JP7632673B2 - コア間クロストークを測定する装置及び方法 - Google Patents

Description

複数コアを有する光ファイバのコア間クロストークを取得できる測定装置及びその測定方法に関する。

近年、伝送トラフィックの急激な増加に伴い、現在の伝送路で用いられているシングルモードファイバ（ＳＭＦ）に代わって複数のコアを有するマルチコアファイバ（ＭＣＦ）が更なる大容量化を可能にするものとして大きな注目を集めている。ＭＣＦを用いた伝送では、従来のＳＭＦに対してコア数分だけ伝送容量の拡大が可能である。一方で、ＭＣＦでは、コア間クロストーク（ＸＴ）が伝送容量を制限するため、ＸＴを可能な限り抑圧する必要がある。また、ＭＣＦのＸＴが所望の値を満たすか評価するために、発生するＸＴの測定が必要となる。

ＭＣＦのＸＴを測定するためには、各コアから出射される光強度を測定し、コア間での光強度比を取得する必要がある。各コアからの出射光強度の測定には、ＭＣＦの各コアとＳＭＦを直接融着接続するパワーメータ法が一般的に用いられる。パワーメータ法は構成がシンプルである利点を有するが、コア数分だけ調心を行い接続する必要があり、測定に時間を要する。したがって、ＭＣＦの各コアとＳＭＦを接続不要にできる手法が望ましい。

ＭＣＦの各コアとＳＭＦを接続不要にするための手法として、ＭＣＦからの出射光をイメージセンサで測定し、その強度からＸＴを取得する手法が提案されている（非特許文献１）。この手法では、ＭＣＦ出射光を拡大光学系で結像し、これをイメージセンサで測定することで、各コアにおける電界強度分布をそれぞれ独立に測定する。これにより、ファイバ等と接続せずにＸＴの測定が可能である。

一方で、イメージセンサではセンサ内の各ピクセルで感度が異なる場合があり、各コアからの出射光強度が同じ場合でも、イメージセンサが取得する光強度が異なる場合がある。したがって、各ピクセルの感度の違いを補正する必要がある。

また測定可能な最低ＸＴは、イメージセンサのダイナミックレンジに依存するため、非特許文献１では基準となるコアからの信号光強度の測定後に、基準コア端面を遮光テープで物理的にマスキングをし、それ以外のコアからの出射光を測定する。したがって、非特許文献１においてもＸＴの測定が容易ではないという問題がある。

Ｓ． Ｓａｉｔｏｈ， Ｙ． Ａｍｍａ， Ｙ． Ｓａｓａｋｉ， Ｋ． Ｔａｋｅｎａｇａ， ａｎｄ Ｋ． Ａｉｋａｗａ， "Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒ－Ｃｏｒｅ Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ｉｎ Ｍｕｌｔｉ－Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｒｅｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｎｅａｒ－Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｃａｍｅｒａ"， ｉｎ ２０１６ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ （ＥＣＯＣ） ｐ７２８ （２０１６）．

本開示の目的は、複数コアを有するファイバのＸＴを簡易に測定できる手法を提供することにある。

本開示では、複数コアを有するファイバから出射した各コアの干渉光を測定する。この干渉光を解析することでコア間のＸＴを取得可能にする。

具体的には、本開示のコア間クロストーク測定装置は、
複数コアを有する光ファイバの一つのコアにレーザ光を入射する手段と、
前記光ファイバに備わる各コアからの出射光がそれぞれ角度差を有した状態で平行光する手段と、
前記平行光の干渉波形の強度分布を測定できる電界強度分布測定手段と、
測定した前記干渉波形の強度分布を用いて、前記一つのコアと前記光ファイバに備わる前記一つのコアと異なるいずれかのコアとの間の干渉成分及び前記干渉成分以外の直流成分をそれぞれ独立に取得できる干渉波形解析手段と、
前記干渉成分及び前記直流成分を用いて、前記一つのコアから前記一つのコアと異なるいずれかのコアへのクロストークを取得できるクロストーク解析手段と、
を有することを特徴とする。

具体的には、本開示のコア間クロストークの測定方法は、
複数コアを有する光ファイバのコア間クロストークの測定方法であって、
前記光ファイバの一つのコアに光を入射すること、
前記光ファイバに備わる各コアからの出射光が角度差を有する状態で平行光にすること、
前記平行光の干渉波形の強度分布を測定すること、
前記平行光の干渉波形を用いて、前記一つのコアと前記光ファイバに備わる前記一つのコアと異なるいずれかのコアとの間の干渉成分及び前記干渉成分以外の直流成分をそれぞれ独立に取得すること、
前記干渉成分及び直流成分を用いて、前記一つのコアから前記一つのコアと異なるいずれかのコアへのクロストークを取得すること、
を特徴とする。

本開示では、光ファイバを接続することなく、かつ基準コア端面のマスキングを行うことなく、複数コアを有するファイバのＸＴを取得することができる。このため、本開示は、複数コアを有するファイバのＸＴを簡易に測定することができる。

本実施形態の測定装置の一例を示す。 被測定光ファイバのコアＣ１からの出射光の一例を示す。 被測定光ファイバのコアＣ２からの出射光の一例を示す。 出射光の電界強度分布の測定例を示す。 観測される干渉縞の例を示す。 ２次元の空間周波数スペクトルの例を示す。 本実施形態の測定方法の一例を示す。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１に本開示を実施するための一例を示す。本実施形態の測定装置は、レーザ光発生部１１、入力コア選択部１２、コリメート部１３、電界強度分布測定部１４、演算処理部１５、を備える。本実施形態の測定装置は、これらの構成を用いて、複数コアを有する被測定光ファイバ９１のコア間クロストークの測定方法を実行する。

レーザ光発生部１１及び入力コア選択部１２は、被測定光ファイバ９１の一つのコアにレーザ光を入射する手段として機能する。
コリメート部１３は、被測定光ファイバ９１に備わる各コアからの出射光がそれぞれ角度差を有した状態で平行光にする手段として機能する。
電界強度分布測定部１４は、前記平行光の干渉波形の強度分布を測定できる電界強度分布測定手段として機能する。

演算処理部１５は、干渉波形解析手段及びクロストーク解析手段として機能する。
干渉波形解析手段は、測定した前記干渉波形の強度分布を用いて、前記一つのコアと被測定光ファイバ９１に備わる前記一つのコアと異なるいずれかのコアとの間の干渉成分、及び前記干渉成分以外の直流成分を、それぞれ独立に取得する。
クロストーク解析手段は、前記干渉成分及び前記直流成分を用いて、前記一つのコアから前記一つのコアと異なるいずれかのコアへのクロストークを取得する。

演算処理部１５は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。本開示のプログラムは、本開示に係る装置に備わる各機能部としてコンピュータを実現させるためのプログラムであり、本開示に係る装置が実行する方法に備わる各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。

レーザ光発生部１１により発生したコヒーレントなレーザ光は、被測定光ファイバ９１の任意のコアへ入射される。ここで、本実施形態の測定装置は、入力コア選択部１２を備えるため、被測定光ファイバ１９の所望のコアへ入射することができる。被測定光ファイバ９１の出射光は、コリメートレンズ等のコリメート部１３を通過後、空間へと出射される。

ここで、コリメート部１３は、出射光を平行光へと変換できる任意のレンズであり、中心にコアを一つ有する汎用ＳＭＦ出射光をコリメートする汎用的なものを用いることができる。このコリメート部１３を被測定光ファイバ９１の出射端に配置することで、各コアからの出射光に角度差が生じる。

図２Ａ及び図２Ｂに被測定光ファイバ９１の各コアからの出射光の一例を示す。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、被測定ファイバ９１の中心軸Ａ_Ｆから距離ｄずれた位置にコアＣ１及びＣ２が配置されているため、コリメート部１３を通過したコアＣ１及びＣ２からの出射光Ｌ１及びＬ２には、中心軸Ａ_ＦからコアＣ１及びＣ２までのずれ量ｄとコリメート部１３の焦点距離ｆに応じた角度差が生じる。ここで、図２Ａ及び図２Ｂにおいて、各コアＣ１及びＣ２の出射光Ｌ１及びＬ２がコリメート部１３のレンズの中心を通過する成分について着目すると、コリメート部１３からの出射光Ｌ１及びＬ２の角度差２θは、以下の関係となる。

コリメート部１３からの各出射光Ｌ１及びＬ２は、イメージセンサ等の電界強度分布測定部１４で測定される。図３に出射光の電界強度分布測定について示す。図３では、各コアＣ１及びＣ２からの出射光Ｌ１及びＬ２が角度差を有した状態で重なり、この強度分布が電界強度分布測定部１４の受光面で測定され様子を表している。ここで、各コアＣ１及びＣ２からの出射光Ｌ１及びＬ２はコヒーレントなレーザ光であることから、電界強度分布測定部１４では出射光Ｌ１及びＬ２の干渉縞の強度波形が測定できる。

なお、図２では、中心軸Ａ_ＦからコアＣ１及びＣ２までのずれ量ｄが等しい例を示すが、本開示はこれに限定されない。また図３では、コリメート部１３の光軸が被測定ファイバ９１の中心軸Ａ_Ｆと一致しており、被測定ファイバ９１の中心軸Ａ_Ｆ上に電界強度分布測定部１４の受光面が配置されている例を示すが、本開示はこれに限定されない。

被測定光ファイバ９１がコアＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を有する４コアファイバであり、入力コア選択部１２がコアＣ１にのみにレーザ光を入射する場合を考える。４コアファイバの出射端では、コアＣ１からの出射光に加えてコアＣ１からのＸＴ成分がコアＣ２、Ｃ３、及びＣ４から出射され、これらの出射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の干渉縞が測定される。

図４に、電界強度分布測定部１４で観測される干渉縞の例を示す。図４は、電界強度分布測定部１４における観測領域内に各コアＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４からの出射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４が全て同じ黒の実線の形状で存在し、それらが重なった状態で測定される様子を示している。

ここで、本開示では、出射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４は重なっているため、各出射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４の角度差に対応した干渉縞Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が測定できる。測定される干渉縞Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の強度波形Ｉは以下の式で表すことができる。

ここで、Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３、Ｅ_４はコアＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４からの出射光の電界複素振幅である。また、Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４およびφ_１、φ_２、φ_３、φ_４はそれぞれＥ_１、Ｅ_２、Ｅ_３、Ｅ_４の振幅および初期位相である。Ｅ_２、Ｅ_３、Ｅ_４はＸＴ成分であるため、これらの直流成分および干渉による成分は無視でき、Ｅ_１の直流成分およびＥ_１との干渉成分のみ観測される。

この強度波形を２次元フーリエ変換すると、図５のような２次元の空間周波数スペクトルが取得できる。このスペクトルのうち原点には、式（２）の第１項の成分であるＩ_ＤＣが存在し、式（１）の角度差に依存して原点からシフトした位置には第２項、第３項、第４項の成分であるＩ _{φ１－ φ２}、Ｉ _{φ１－φ３}、Ｉ_{φ１－φ４}がそれぞれ存在する。この空間周波数スペクトルから求められるＩ_ＤＣ、Ｉ_{φ１－φ２}、Ｉ_{φ１－φ３}、Ｉ_{φ１－φ４}成分をそれぞれバンドパスフィルタで抽出する。

コアＣ１からコアＣ２、Ｃ３、Ｃ４へのＸＴをそれぞれＸＴ_１－２、ＸＴ_１－３、ＸＴ_１－４とすると、抽出したＩ_ＤＣ、Ｉ_{φ１－φ２}、Ｉ_{φ１－φ３}、Ｉ_{φ１－φ４}を用いて以下の式で表せる。

ここで、Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４はそれぞれコアＣ１、コアＣ２、コアＣ３、コアＣ４からの出射光の光パワーである。式（３）～（５）より、測定される干渉縞の強度波形から、コアＣ１からのコア間ＸＴを取得できる。

そこで、本開示は、図１の構成を用いて、図６に示す測定手順を実行することで、ＭＣＦのコア間ＸＴを測定する。
Ｓ１０１． 被測定対象のＭＣＦの所望のコアにコヒーレントなレーザ光を入射する。
Ｓ１０２． ＭＣＦの全コアからの出射光をコリメートし、電界強度分布を測定する。
Ｓ１０３． 測定した電界強度分布をフーリエ変換することで、ＤＣ成分および各コアからの出射光の角度差に対応した空間周波数の高周波成分をそれぞれ抽出する。
Ｓ１０４． 抽出した成分を用いて所望のコアからのＸＴを取得する。

以上説明したように、本開示は、測定対象のマルチコア光ファイバに備わる全てのコアからの出射光の光軸が電界強度分布測定部１４の受光面に対して互いに異なる角度を有するようにすることで、マルチコア光ファイバの出射光の干渉強度波形を用いて、光を入射したコアから他の各コアへのクロストークをそれぞれ求めることができる。したがって、本開示は、ファイバ接続を行うことなく、簡易にコア間クロストークを測定することができる。

上述の実施形態では、被測定光ファイバ９１の中心軸にコアの配置されていない２コア光ファイバ及び４コア光ファイバの例を示したが、本開示はこれに限定されない。本開示の被測定光ファイバ９１は、中心軸にコアが配置されていてもよい。この場合、コリメート部１３は、被測定光ファイバ９１の中心に配置されているコアからの出射光を、被測定光ファイバ９１の中心軸と平行な平行光にする。これにより、被測定光ファイバ９１に備わる全てのコアからの出射光の光軸が互いに異なる角度を有するようにすることができる。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

１１：レーザ光発生部
１２：入力コア選択部
１３：コリメート部
１４：電界強度分布測定部
１５：演算処理部
９１：被測定光ファイバ

Claims (7)

1. 複数コアを有する光ファイバの一つのコアにレーザ光を入射する手段と、
   前記光ファイバに備わる各コアからの出射光がそれぞれ角度差を有した状態で平行光にする手段と、
   前記平行光の干渉波形の強度分布を測定できる電界強度分布測定手段と、
   測定した前記干渉波形の強度分布を用いて、前記一つのコアと前記光ファイバに備わる前記一つのコアと異なるいずれかのコアとの間の干渉成分及び前記干渉成分以外の直流成分をそれぞれ独立に取得できる干渉波形解析手段と、
   前記干渉成分及び前記直流成分を用いて、前記一つのコアから前記一つのコアと異なるいずれかのコアへのクロストークを取得できるクロストーク解析手段と、
   を有することを特徴とするコア間クロストークの測定装置。
2. 前記コア間クロストークの測定装置において、前記光ファイバの中心に配置されているコアからの出射光を、前記光ファイバの中心軸と平行な平行光にする手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１記載のコア間クロストークの測定装置。
3. 前記干渉波形解析手段は、
   前記干渉波形から２次元の空間周波数スペクトルを取得し、
   前記２次元の空間周波数スペクトルで得られた周波数成分を抽出することで、前記干渉成分及び前記直流成分を取得する、
   請求項１又は２に記載のコア間クロストークの測定装置。
4. 前記干渉波形解析手段は、
   前記２次元の空間周波数スペクトルで得られた原点に位置する周波数成分を抽出することで、前記直流成分を取得し、
   前記２次元の空間周波数スペクトルで得られた原点以外に位置する周波数成分を抽出することで、前記干渉成分を取得する、
   請求項３に記載のコア間クロストークの測定装置。
5. 前記干渉波形解析手段は、前記干渉波形を２次元フーリエ変換することで、２次元の空間周波数スペクトルを取得する、
   請求項３又は４に記載のコア間クロストークの測定装置。
6. 複数コアを有する光ファイバのコア間クロストークの測定方法であって、
   前記光ファイバの一つのコアに光を入射すること、
   前記光ファイバに備わる各コアからの出射光が角度差を有する状態で平行光にすること、
   前記平行光の干渉波形の強度分布を測定すること、
   前記平行光の干渉波形を用いて、前記一つのコアと前記光ファイバに備わる前記一つのコアと異なるいずれかのコアとの間の干渉成分及び前記干渉成分以外の直流成分をそれぞれ独立に取得すること、
   前記干渉成分及び直流成分を用いて、前記一つのコアから前記一つのコアと異なるいずれかのコアへのクロストークを取得すること、
   を特徴とするコア間クロストークの測定方法。
7. 前記コア間クロストーク測定方法において、前記光ファイバの中心に配置されているコアからの出射光を、前記光ファイバの中心軸と平行な平行光にすること、
   を特徴とする請求項６記載のコア間クロストークの測定方法。

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