JPH06213770A - 単一モード光ファイバ特性評価方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 任意の屈折率分布を有する単一モードファイ
バの長手方向の特性分布を非破壊で評価する。 【構成】 ２波長以上の光源を用いて後方散乱波形の測
定およびファイバの一端でのモードフィールド半径およ
び屈折率分布を測定することにより、あるいは該光ファ
イバの一端でのモードフィールド半径Ｗ，コア半径ａ，
最大屈折率ｎ_m および最大比屈折率差Δｍの測定値を用
いて、単一モード光ファイバの長手方向の特性を非破壊
で評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等に用いられる
単一モード光ファイバの特性評価方法および特性評価装
置に関し、さらに詳しくは、後方レーリ散乱光波形を含
む単一モード光ファイバの長手方向の屈折率分布に代表
される構造パラメータおよび構造パラメータより評価で
きる伝送パラメータである遮断波長および分散の情報を
光源の波長および被測定ファイバの両方向からの後方レ
ーリ散乱光を測定することにより、単一モード光ファイ
バの長手方向での構造パラメータおよび伝送パレメータ
等を評価するものである。

【０００２】

【従来の技術】単一モード光ファイバを加入者系に導入
するにあたり、一度布設された光ケーブルを新たに、光
ケーブル接続点以外の部分で、光ケーブルを切断して分
岐する作業が必要となる。その際、ケーブルに収納され
ている光ファイバの構造パラメタは、光ケーブル両端で
調べられた値しかなく、光ファイバの長手方向での任意
の位置における屈折率分布に代表される構造パラメータ
の規格パラメータ値については、光ファイバの長手方向
の均一性が仮定されており、実測値として調べられてい
ない。従って、規格パラメータ値は、光ケーブルを切断
してはじめて把握できるのが現状であり、光ケーブル納
入以前の製品段階においても、光ファイバの外径をモニ
タしているのみで、構造パラメータおよび伝送パラメー
タについては定量的に評価していないのが現状である。
このように、光ファイバの長手方向での構造パラメータ
や伝送パラメータは、破壊法で光ファイバを切断し、端
面を観察して測定する必要があった。また、後方レーリ
散乱法により、光ファイバの光損失依存性より構造パラ
メータのゆらぎを観察する方法も非破壊法として考えら
れている。しかし、単一モード光ファイバでは、光ファ
イバがわずかに有するモード複屈折により、得られる後
方散乱波形が使用した光源のコヒーレンスと入射偏光に
依存するため、構造パラメータゆらぎを観察するのが困
難であった。

【０００３】また、一般に、単一モード光ファイバの色
分散要因としては、材料分散と導波路分散（構造分散）
との２種類が存在する。ここで、材料分散は、光の波長
の変化によりファイバ材料の屈折率（これに伴って群速
度）が変化することによって生じる分散をいう。また、
導波路分散は、光ファイバの材料の種類にかかわらず、
導波路構造によって伝搬モードの群速度が光の波長に対
して一定でないために生じる分散をいう。

【０００４】単一モードファイバは、基本モードである
ＨＥ₁₁モードのみ伝搬するように設計、製造されるた
め、上述した材料分散、導波路分散（構造分散）が色分
散を決定する主要因である。すなわち、波長の異なる光
が光ファイバを伝搬するとき、上述した要因によって各
波長に対する伝搬速度が異なるため、単一モード光ファ
イバにパルス光が伝搬する際、波形歪みが生じる。

【０００５】色分散（波長分散）σは、光源の波長をλ
（ｎｍ）、光ファイバの単位長当たりの群遅延時間をτ
（ｐｓ／ｋｍ）とすると、次式（１０１）で定義され
る。

【０００６】

【数３７】

【０００７】この色分散σを測定する方法として時間領
域法と周波数領域法がある。時間領域法は、波長の異な
る２つ以上の光パルスを光ファイバに入射し、出射端に
おける群遅延時間差を測定し、式（１０１）の定義に従
って、色分散を求める方法である。また、周波数領域法
では、波長がλ₁ ，λ₂ の光を変調周波数ｆで正弦並変
調し、この変調信号光を光ファイバに励起し、出射光を
受光器で電気信号に変換する。長さＬの光ファイバを伝
搬したとき、２つの波長には群遅延差Δτがあるため、
出射光の変調信号間に位相差Δθが生じる。この位相差
は、変調周波数との間に、次式（１０２）の関係があ
る。

【０００８】

【数３８】 Δθ＝Δτ・２πｆ・Ｌ …(102) 従って、周波数領域法では、Δθを求めることにより、
光ファイバの群遅延時間差Δτを測定し、式（１０１）
の定義に従って、色分散を測定することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単一モ
ード光ファイバの波長λ₁ およびλ₂ における群遅延時
間差は小さいため、従来の測定法による色分散の測定
は、ファイバ長の比較的長尺なもの、例えば１ｋｍぐら
いのファイバ長が必要であった。従って、従来の測定法
では、例えば１ｋｍ以下のファイバ長では測定が困難で
あるという問題があった。

【００１０】また、かかる問題点を解決するために、数
ｍのファイバを用いて色分散を測定する干渉法が開発さ
れている。しかし、この干渉法では、被測定光ファイバ
の長手方向での色分散を測定するためには光ファイバを
数ｍ毎に切断して測定する必要があった。従って、この
方法では測定した光ファイバを使用できなくなるという
問題があった。

【００１１】なお、光ファイバ特定評価の指標となるモ
ードフィールド半径の長手方向の分布の変動、および遮
断波長の分布測定法は、例えば、M.S.O'Sullivan and
R.S.Lowe,“Interpretation of SM fiber OTDR signatu
res”, Proceeding SPIE '86Optical Testing and Metr
ology, vol.661, pp.171-176, 1986に述べられている
が、屈折率分布がステップ形の光ファイバに限定されて
おり、任意の屈折率分布に適用できないという問題があ
る。

【００１２】本発明は、このような事情に鑑み、任意の
屈折率分布を有する単一モード光ファイバの長手方向の
特性分布を非破壊で評価する単一モード光ファイバ特性
評価方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明では、光ファイバの両端から異なる２つあるい
は３つ以上の波長の光パルスを入射して測定した後方散
乱光強度Ｓ₁ およびＳ₂ を用いる。これらのデータと該
光ファイバの一端での屈折率分布およびモードフィール
ド半径の測定値、あるいは該光ファイバの一端でのモー
ドフィールド半径Ｗ，コア半径ａ，最大屈折率ｎ_m およ
び最大比屈折率差Δｍの測定値を用いて、任意の位置に
おけるモードフィールド半径Ｗ（ｚ），遮断波長λ_c
（ｚ），最大比屈折率差Δｍ（ｚ），コア半径ａ
（ｚ），導波路分散σ_w （ｚ），材料分散σ_m （ｚ）お
よび色分散σ_T （ｚ）を求める。本発明では、これらの
パラメータを各種の関係式を用いて評価するが、光ファ
イバの製造工程においてコア半径および最大比屈折率差
で規格化された屈折率分布形状が長手方向に一定である
ことに着目し、実用的な近似式を用いている。

【００１４】また、光ファイバからの後方散乱光の入射
パルスの偏光の影響による雑音成分、すなわち、偏波ゆ
らぎを押えるために、パルス光源の偏光状態を制御する
ことに着目し、単一モードファイバ特性評価法の測定精
度を向上させている。

【００１５】本発明に係る単一モード光ファイバ特性評
価方法は、具体的には次の通りである。

【００１６】（第１の測定法）第１の測定法では、任意
の長さＬの単一モード光ファイバの一方側から波長λの
パルス光を入射したときの該光ファイバの位置ｚにおけ
る後方散乱光強度Ｓ₁（ｚ）（単位：ｄＢｍ）と、該光
ファイバの他方側から同様に波長λのパルス光を入射し
たときの散乱光強度Ｓ₂ （Ｌ−ｚ）（単位：ｄＢｍ）と
を測定し、このように両端から測定した散乱光強度の相
加平均強度Ｉ（λ，ｚ）を次の関係式（１）より求め、

【００１７】

【数３９】

【００１８】任意の一端の位置ｚ₀ での相加平均強度Ｉ
（λ，ｚ₀ ）でＩ（λ，ｚ）を規格化した次式（２）に
示す規格化相加平均強度Ｉ′（λ，ｚ）を求め、

【００１９】

【数４０】 Ｉ′（λ，ｚ）＝Ｉ（λ，ｚ）−Ｉ（λ，ｚ₀ ） …(2) 前記位置ｚ₀ でのモードフィールド半径Ｗ（λ，ｚ₀ ）
を測定することによって、単一モード光ファイバの長手
方向のモードフィールド半径を次の関係式（３）で評価
する。

【００２０】

【数４１】

【００２１】（第２の測定法）第２の測定法では、第１
の測定法を用いて、任意の２つの波長λ₁ およびλ₂で
単一モード光ファイバのモードフィールド半径Ｗ（λ
₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ）を測定し、該単一モード光フ
ァイバの任意の一端ｚ₀ で該光ファイバの断面内の屈折
率分布を測定し、該屈折率分布を用いて次式（４）で示
す規格化周波数Ｔに対して電磁界波動方程式（ただし、
Ｔ_c は遮断周波数であり、λ_c は遮断波長である）を解
くことにより

【００２２】

【数４２】

【００２３】遮断周波数Ｔ_c およびモードフィールド半
径Ｗとコア半径ａとの比（＝Ｗ／ａ）を表す次の関係式
の係数ｃ₀ ，ｃ₁ ，ｃ₂ を求め、

【００２４】

【数４３】

【００２５】次式（６）で表せる、２つの波長λ₁ およ
びλ₂ のモードフィールド半径の比Ｒ（λ₁ ，λ₂ ，
ｚ）（＝Ｗ（λ₁ ，ｚ）／Ｗ（λ₂ ，ｚ））を評価し、

【００２６】

【数４４】

【００２７】ただし、ΔＩ（ｚ）は次式（７）で表され
る。

【００２８】

【数４５】 ΔＩ（λ₁,λ₂,ｚ）＝Ｉ′（λ₂,ｚ）−Ｉ′（λ₁,ｚ） …(7) さらに、次の関係式（８）より、遮断波長を評価する。

【００２９】

【数４６】

【００３０】（第３の測定法）第３の測定法では、第１
および第２の測定法を用いて、任意の２つの波長λ₁お
よびλ₂ における、単一モード光ファイバのモードフィ
ールド半径Ｗ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ）および遮断
波長λ_c （ｚ）を測定し、下記に示す２つの関係式
（９），（１０）のどちらかを用いることにより、該単
一モード光ファイバの長手方向でのコア半径ａ（ｚ）を
測定する。

【００３１】

【数４７】

【００３２】

【数４８】

【００３３】（第４の測定法）第４の測定法では、第
１，第２および第３の測定法を用いて、モードフィール
ド半径Ｗ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ），遮断波長λ_c
（ｚ）およびコア半径ａ（ｚ）を測定し、任意の位置ｚ
₀ での単一モード光ファイバの断面内での屈折率分布を
測定し、次の関係式（１１）より屈折率分布形状を表す
形状係数Ｓ（ただし、ρは規格化半径（＝ｒ／ａ；ｒは
光ファイバ断面中心からの距離）、Δｍは最大比屈折率
差）を求め、

【００３４】

【数４９】

【００３５】下記関係式（１２）に、光ファイバの任意
の一端での屈折率分布測定から得られるファイバ断面で
の最大屈折率ｎ_m ，Ｓ，Ｔ_c とを代入することにより長
手方向での最大比屈折率差Δｍ（ｚ）を測定する。

【００３６】

【数５０】

【００３７】（第５の測定法）第５の測定法では、第１
の測定方法を用いて３波長以上でモードフィールド半径
Ｗ（λ_i ，ｚ）（ｉ＝１，２，３…ｎ）を測定し、該各
波長でのモードフィールド半径Ｗ（λ_i ，ｚ）を用いて
式（１３）に示す方程式を満足する係数ｇ₀ （ｚ），ｇ
₁ （ｚ）およびｇ₂ （ｚ）を求め、

【００３８】

【数５１】 Ｗ（λ，ｚ）＝ｇ₀(ｚ）＋ｇ₁(ｚ）λ^1.5 ＋ｇ₂(ｚ）λ⁶ …(13) ファイバの任意の一端での屈折率分布の測定より最大屈
折率ｎ_m を求め、次の関係式（１４）より波長λでの導
波路分散σ_w （λ，ｚ）を求める（ただし、ｃは光速で
ある）。

【００３９】

【数５２】

【００４０】（第６の測定法）第６の測定法では、第１
の測定方法を用いて２波長でモードフィールド半径Ｗ
（λ_i ，ｚ）（ｉ＝１，２）を測定し、該各波長でのモ
ードフィールド半径Ｗ（λ_i ，ｚ）を用いて下式（１
５）で示す方程式を満足する係数ｇ₀ （ｚ）およびｇ₁
（ｚ）を求め、

【００４１】

【数５３】 Ｗ（λ，ｚ）＝ｇ₀(ｚ）＋ｇ₁(ｚ）λ^1.5 …(15) ファイバの任意の一端での屈折率分布の測定より最大屈
折率ｎ_m を求め、次の関係式（１６）より波長λでの導
波路分散σ_w （λ，ｚ）を求める（ただし、ｃは光速で
ある）。

【００４２】

【数５４】

【００４３】（第７の測定法）第７の測定法では、第４
の方法を用いて光ファイバの長手方向の比屈折率差Δｍ
（ｚ）を求め、Δｍ（ｚ）に対応する次式（１７）の係
数Ａ_i およびＢ_i （ただし、Ａ_i が紫外および赤外吸収
波長に、Ｂ_i が振動子強度に対応しており、屈折率の波
長依存性を表わす定数である）を光ファイバを構成して
いる材料値から求め、該屈折率の波長依存性を示す式
（１７）を用い、

【００４４】

【数５５】

【００４５】次に示す関係式（１８）より光ファイバの
長手方向での材料分散σ_m （λ，ｚ）を評価する。

【００４６】

【数５６】

【００４７】（第８の測定法）第８の測定法では、第４
の方法を用いて光ファイバの長手方向の比屈折率差Δｍ
（ｚ）を求め、該光ファイバのコアがＧｅＯ₂ ドープ石
英の場合、次の関係式（１９）を用いて波長λでの光フ
ァイバの長手方向での材料分散σ_m （ｚ）を評価する。

【００４８】

【数５７】 σ_m(λ,z) ＝−583.36＋ 1009.91λ−587.86λ² ＋121.31λ³ −Δ_m(z)(89.48−152.20λ＋ 92.13λ² − 18.79λ³) …(19) （第９の測定法）第９の測定法では、第５の方法で光フ
ァイバの長手方向の導波路分散σ_m （λ，ｚ）を求め、
第７の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m
（λ，ｚ）を求め、次の関係式（２０）より光ファイバ
の長手方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定する。

【００４９】

【数５８】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(20) （第１０の測定法）第１０の測定法では、第６の方法で
光ファイバの長手方向の導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求
め、第７の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m
（λ，ｚ）を求め、次の関係式（２１）より光ファイバ
の長手方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定する。

【００５０】

【数５９】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(21) （第１１の測定法）第１１の測定法では、第５の方法で
光ファイバの長手方向の導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求
め、該光ファイバのコアがＧｅＯ₂ ドープ石英の場合、
第８の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m
（λ，ｚ）を求め、次の関係式（２２）より光ファイバ
の長手方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定する。

【００５１】

【数６０】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(22) （第１２の測定法）第１２の測定法では、第６の方法で
光ファイバの長手方向の導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求
め、該光ファイバのコアがＧｅＯ₂ ドープ石英の場合、
第８の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m
（λ，ｚ）を求め、次の関係式（２３）より光ファイバ
の長手方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定する。

【００５２】

【数６１】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(23) （第１３の測定法）第１３の測定法では、任意の長さＬ
の単一モード光ファイバの任意の一端ｚ₀で任意の３つ
以上の波長λ_i でモードフィールド半径Ｗ（λ_i ，ｚ
₀ ）（ｉ＝１，２，３…ｎ；ｎ≧３）を測定し、該ファ
イバの一端でのコア半径ａ（ｚ₀ ）を測定し、また、遮
断波長λ_c （ｚ₀ ）を測定し、該光ファイバの遮断波長
λ_c （ｚ₀ ）およびＷ（λ，ｚ₀ ）の測定値を用いて、
次の関係式（２４）を満足する係数ｃ₀ ，ｃ₁ ，ｃ₂ を
求め、

【００５３】

【数６２】

【００５４】第１の測定法を用いて任意の２つの波長λ
₁ およびλ₂ でＷ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ）を測定
し、次式（２５）で表せる、２つの波長λ₁ およびλ₂
のモードフィールド半径の比Ｒ（λ₁ ，λ₂ ，ｚ）（＝
Ｗ（λ₁ ，ｚ）／Ｗ（λ₂ ，ｚ））を評価し、

【００５５】

【数６３】

【００５６】ただし、ΔＩ（ｚ）は次式（２６）で表さ
れる。

【００５７】

【数６４】 ΔＩ（λ₁,λ₂,ｚ）＝Ｉ′（λ₂,ｚ）−Ｉ′（λ₁,ｚ） …(26) 次の関係式（２７）より、遮断波長を評価する。

【００５８】

【数６５】

【００５９】（第１４の測定法）第１４の測定法では、
第１および第１３の測定法を用いて、モードフィールド
半径Ｗ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ）および遮断波長λ
_c （ｚ）を測定し、下記に示す２つの関係式（２８），
（２９）のどちらかを用いることにより、単一モード光
ファイバの長手方向でのコア半径ａ（ｚ）を測定する。

【００６０】

【数６６】

【００６１】

【数６７】

【００６２】（第１５の測定法）第１５の測定法では、
単一モード光ファイバの任意の一端での位置ｚ₀ での遮
断波長λ_c （ｚ₀ ），コア半径ａ（ｚ₀ ）および最大比
屈折率差Δｍ（ｚ₀ ）を測定し、第１，第１３および第
１４のの測定法を用いて、モードフィールド半径Ｗ（λ
₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ），遮断波長λ_c （ｚ）および
コア半径ａ（ｚ）を測定し、次の関係式（３０）を用い
て長手方向でのコアの最大比屈折率差Δｍ（ｚ）を測定
する。

【００６３】

【数６８】

【００６４】（第１６の測定法）第１６の測定法では、
第１３および第１４の測定方法を用いて遮断波長λ_c
（ｚ）およびコア半径ａ（ｚ）を測定し、ファイバの任
意の一端でのコアの最大屈折率ｎ_m （ｚ₀ ）を求め、次
式の関係式（３１）（ただし、ｃは光速である）より波
長λでの導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求める。

【００６５】

【数６９】

【００６６】（第１７の測定法）第１７の測定法では、
第１５の方法を用いて光ファイバの長手方向の比屈折率
差Δｍ（ｚ）を求め、Δｍ（ｚ）に対応する次式（３
２）の係数Ａ_i およびＢ_i（ただし、Ａ_i が紫外および
赤外吸収波長に、Ｂ_i が振動子強度に対応しており、屈
折率の波長依存性を表す定数である）を光ファイバを構
成している材料値から求め、該屈折率の波長依存性を示
す式（３２）を用い、

【００６７】

【数７０】

【００６８】次に示す関係式（３３）より光ファイバの
長手方向での材料分散σ_m （λ，ｚ）を評価する。

【００６９】

【数７１】

【００７０】（第１８の測定法）第１８の測定法では、
第１５の方法を用いて光ファイバの長手方向の比屈折率
差Δｍ（ｚ）を求め、該光ファイバのコアがＧｅＯ₂ ド
ープ石英の場合、次の関係式（３４）を用いて波長λで
の光ファイバの長手方向での材料分散σ_m （λ，ｚ）を
評価する。

【００７１】

【数７２】 σ_m(λ,z) ＝−583.36＋ 1009.91λ−587.86λ² ＋121.31λ³ −Δ_m(z)(89.48−152.20λ＋ 92.13λ² − 18.79λ³) …(34) （第１９の測定法）第１９の測定法では、第１６の方法
で光ファイバの長手方向の導波路分散σ_w（λ，ｚ）を
求め、第６の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ
_m （λ，ｚ）を求め、次の関係式（３５）より光ファイ
バの長手方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定する。

【００７２】

【数７３】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(35) （第２０の測定法）第２０の測定法では、第１６の方法
で光ファイバの長手方向の導波路分散σ_ｗ（λ，ｚ）を
求め、該光ファイバのコアがＧｅＯ_２ ドープ石英の場
合、第７の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m
（λ，ｚ）を求め、次の関係式（３６）より光ファイバ
の長手方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定する。

【００７３】

【数７４】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(36) 一方、本発明に係る第１の特性評価装置は、被測定ファ
イバに後方レーリ散乱光を発生されるための２波長以上
のパルス光源と、前記被測定光ファイバに入射する前記
光源の波長を切り変えるための波長切替手段と、前記パ
ルル光源の偏光状態を制御するための偏波制御手段と、
前記偏波制御手段から出射された光を前記被測定ファイ
バに導き、かつ該被測定光ファイバで発生した後方レー
リ散乱光を取り出すための合分波手段と、前記合分波手
段から出射された光を前記被測定ファイバの両端のどち
らか一方に入射させるための光学的切替手段と、前記合
波手段により検出された後方レーリ散乱光の時間的波形
を解析するための信号処理手段と、前記被測定光ファイ
バの２波長以上の両端から測定された後方レーリ散乱波
形を第１から第２０のいずれかの方法を用いて解析処理
するための演算処理手段と、前記演算処理手段により処
理された結果を出力するための出力処理装置と、前記被
測定ファイバの入射位置の切替手段、および前記光源の
前記波長切替手段を制御するための制御手段とを具備し
たことを特徴とする。

【００７４】また、本発明に係る第２の特性評価装置
は、被測定ファイバに後方レーリ散乱光を発生されるた
めの２波長以上のパルス光源と、前記被測定光ファイバ
に入射する前記光源の波長を切り変えるための波長切替
手段と、前記パルス光源の偏光状態を制御するための偏
波制御手段と、前記偏波制御手段から出射された光を前
記被測定ファイバに導き、かつ該被測定光ファイバで発
生した後方レーリ散乱光を取り出すための合分波手段
と、前記合分波手段から出射された光を前記被測定ファ
イバの両端のどちらか一方に入射させるための光学的切
替手段と、前記波長切替手段と前記被測定ファイバの両
端に前記光源の光を導くための、ファイバの特性が既知
である参照ファイバと、前記合波手段により検出された
後方レーリ散乱光の時間的波形を解析するための信号処
理手段と、前記被測定光ファイバの２波長以上の両端か
ら測定された後方レーリ散乱波形を第１から第２０のい
ずれかの方法を用いて解析処理するための演算処理手段
と、前記演算処理手段により処理された結果を出力する
ための出力処理装置と、前記被測定ファイバの入射位置
の切替手段、および前記光源の前記波長切替手段を制御
するための制御手段とを具備したことを特徴とする。

【００７５】

【作用】本発明では、２波長以上の後方散乱波形を数値
処理することにより、色分散、導波路分散、材料分散、
比屈折率差、コア径、およびモードフィールド半径の長
手方向の分布特性を評価することができる。このような
長手方向での分布特性は、伝送システムを設計する際に
重要となる。また、本発明は、現実的な条件で製造され
た任意屈折率分布に対しても適用することができるとい
う利点を有している。

【００７６】

【実施例】以下、図面を実施例に基づいて説明する。

【００７７】（実施例１）図１は本発明に係る光ファイ
バの長手方向の分散およびファイバパラメータの測定方
法の一実施例を示す工程図である。同図に示すように、
本発明は、非破壊で単一モード光ファイバの長手方向の
分散特性分布を測定するために、２つ以上の波長の異な
る光源を用いたＯＴＤＲ（後方散乱光測定装置）を用い
て後方散乱光を測定し、測定されたＯＴＤＲ波形を解析
することにより長手方向の分散およびファイバパラメー
タの分布を評価するものである。以下に発明の詳細を説
明する。

【００７８】長手方向でのモードフィールド半径の特性
を評価する方法については、例えば、文献〔M.S.O'Sull
ivan and R.S.Lowe,“Interpretation of SM fiber OTD
R signatures”, Proceeding SPIE '86 Optical Testin
g and Metrology, vol.661,pp.171-176, 1986．〕に述
べられている。

【００７９】入射端からｚでの波長λの後方散乱光強度
Ｐ（ｚ）は次式（３７）で表される。ただし、Ｐ₀ は光
ファイバに励起された波長λでの光強度、α_s （λ，
ｚ）はｚでの波長λの散乱係数、Ｂ（λ，ｚ）は波長λ
の後方散乱光の捕獲率を表し、γ（λ，ｚ）はｚでの波
長λの損失係数を表す。

【００８０】

【数７５】

【００８１】ファイバ長Ｌの両端から測定された長さｚ
での後方散乱光強度をＳ₁ （ｚ），Ｓ₂ （Ｌ−ｚ）（単
位：ｄＢｍ）とすると、これらはそれぞれ次式（３
８），（３９）で表される。

【００８２】

【数７６】

【００８３】

【数７７】

【００８４】また、両端から測定した散乱光強度Ｓ₁
（λ，ｚ）およびＳ₂ （λ，Ｌ−ｚ）の相加平均強度Ｉ
（λ，ｚ）は、次式（４０）で記述できる。

【００８５】

【数７８】

【００８６】ただし、ａ₂ は次式（４１）で与えられ、
ｚに依存しない定数である。

【００８７】

【数７９】

【００８８】従って、Ｉ（λ，ｚ）は、ｚでの散乱係数
α_s （λ，ｚ）および捕獲率Ｂ（λ，ｚ）に比例する。
捕獲率Ｂ（λ，ｚ）は、次式（４２）で表せる。ただ
し、λは波長、ｎはコアの屈折率、Ｗ（λ，ｚ）はｚで
の波長λにおけるモードフィールド半径を表す。

【００８９】

【数８０】

【００９０】散乱係数α_s （ｚ）および屈折率ｎの長手
方向の変動がＩ（λ，ｚ）に与える影響はモードフィー
ルド半径の変動の寄与に比べて小さいため、これらが長
手方向で一定となると仮定することができる。従って、
Ｉ（λ，ｚ）はａ₂ ′がｚによらない定数として次式
（４３）で表現できる。

【００９１】

【数８１】

【００９２】次に、式（４３）を任意の点ｚ＝ｚ₀ での
Ｉ（λ，ｚ₀ ）の値で規格化すると、次式（４４）に書
きなおすことができる。

【００９３】

【数８２】

【００９４】ここで、ファイバの一端での位置ｚ＝ｚ₀
での波長λにおけるモードフィールド半径Ｗ（λ，ｚ
₀ ）を測定すると、モードフィールド半径Ｗ（λ，ｚ）
は次式（４５）で評価できる。

【００９５】

【数８３】

【００９６】次に、遮断波長λ_c （ｚ）を求める方法に
ついて述べる。任意の２つの波長λ₁ およびλ₂ で上述
した方法を用いて、Ｗ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ）を
測定する。次に、任意の位置ｚ₀ での単一モード光ファ
イバの断面内での屈折率分布を測定し、次式（４６）で
定義する屈折率分布の形状係数Ｓを求める。ただし、ａ
はコア半径、ρ（＝ｒ／ａ）は規格化半径を表し、Δｍ
は最大比屈折率差を表す。

【００９７】

【数８４】

【００９８】次に、任意に屈折率分布に適用できる規格
化周波数Ｔを次式（４７）で定義する。ただし、Ｔ_c は
遮断周波数であり、ｋ（＝２π／λ）は波数を表し、λ
_c は遮断波長である。

【００９９】

【数８５】

【０１００】また、式（４６）の形状係数とＴ値との関
係は次式（４８）で表せる。ただし、ｎ_m は最大屈折率
を表す。

【０１０１】

【数８６】

【０１０２】従って、Ｔ値は、ステップ形ファイバにお
いてはＳ＝１となるので、Ｖ値(a kn₁ (2Δ)^1/2：ｎ₁
はコアの屈折率）に一致するため、実効的なＶ値と見な
せる。

【０１０３】また、遮断周波数Ｔ_c は、屈折率分布がわ
かると電磁界波動方程式を解くことにより求まる。

【０１０４】ここで、モードフィールド半径Ｗは、Ｍａ
ｒｃｕｓｅによって、ステップ形ファイバの場合につい
て以下に示すような経験的な近似式が導出されている
（文献〔D.Marcuse,“Loss analysis of single mode f
iber splices”, Bell SystemTechnical Journal, vol.
56, pp.703-718, 1977 〕）。また、この関係式は、任
意の屈折率分布にも適用できることがわかっている（文
献〔M.Ohashi, K.Kitayama, Y.Ishida, and Y.Negishi,
“Simple approximations for chromatic diapersion i
n single-mode fibers with various index profile
s”, IEEE/OSA J.Lightwave Technol., vol.LT-3, pp.1
10-115, 1985 〕）。

【０１０５】モードフィールド半径Ｗとコア半径ａとの
比（Ｗ／ａ）を表す次の関係式（４９）の係数ｃ₀ ，ｃ
₁ ，ｃ₂ は屈折率分布のみに依存する定数であり、Ｔ値
を変化させて電磁界波動方程式を解くことにより求める
ことができる。

【０１０６】

【数８７】

【０１０７】通常、光ファイバ母材製造時に最大比屈折
率差Δｍが長手方向に変動することがあるが、Δ（ｒ）
／Δｍは、ほぼ一定と見ることができる。また、このよ
うな母材を線引きして光ファイバを製造する工程におい
て、長手方向にコア径および比屈折率差が変動し得る
が、屈折率分布形状の変化は、相似変形でよく近似でき
る。従って、最大比屈折率差Δｍおよびコア半径ａで規
格化した形状係数Ｓは長手方向で一定と見なせる。

【０１０８】そこで、２つの波長λ₁ およびλ₂ での測
定された後方散乱波形のそれぞれの波長での規格化相加
平均散乱強度Ｉ′（λ₁ ，ｚ）およびＩ′（λ₂ ，ｚ）
を求め、その差をΔＩ（λ₁ ，λ₂ ，ｚ）とすると、次
式（５０）で表せる。

【０１０９】

【数８８】

【０１１０】次に、モードフィールド半径の比Ｒ（λ
₁ ，λ₂ ，ｚ）（＝Ｗ（λ₁ ，ｚ）／Ｗ（λ₂ ，ｚ）を
求めると次式（５１）のようになる。

【０１１１】

【数８９】

【０１１２】また、２波長でのモードフィールド半径の
比Ｒ（λ₁ ，λ₂ ，ｚ）は、式（４９）を用いて次のよ
うに表すことができる。

【０１１３】

【数９０】

【０１１４】従って、ファイバ一端での屈折率分布を測
定することにより、Ｔ_c ，ｃ₀ ，ｃ₁ およびｃ₂ を上述
した方法で求めることによって、任意の屈折率分布を有
する光ファイバに対して遮断波長λ_c （ｚ）を求めるこ
とができる。

【０１１５】次に、コア半径ａ（ｚ）を評価する方法を
述べる。上述した方法で、モードフィールド半径Ｗ
（λ，ｚ）およびλ_c （ｚ）を測定し、下記に示す関係
式（５３）を用いることにより、単一モード光ファイバ
の長手方向でのコア半径ａ（ｚ）を測定することができ
る。

【０１１６】

【数９１】

【０１１７】さらに上述した測定法を用いて、波長λ₁
およびλ₂ でのＷ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ），λ_c
（ｚ）およびａ（ｚ）を測定する。次に、任意の位置ｚ
₀ での単一モード光ファイバの断面内での屈折率分布を
測定し、式（４６）で定義された形状係数Ｓを求める。
これらのパラメータの値がわかると、式（４８）の関係
と、ファイバ一端で測定した最大屈折率ｎ_m （ｚ₀ ）を
用いて、比屈折率差Δ（ｚ）を以下の式（５４）で評価
できる。

【０１１８】

【数９２】

【０１１９】次に分散を評価する方法について述べる。

【０１２０】一般に、色分散σ_T は、次式（５５）のよ
うに材料分散σ_m と構造分散σ_w の和として表すことが
できる。

【０１２１】

【数９３】 σ_T ＝σ_m ＋σ_w …（５５） ここで、材料分散および構造分散はそれぞれ以下の式
（５６），（５７）で記述できる（ただし、Ｎ_１ はコ
アでの群屈折率を表し、ｃは光速を表している）。

【０１２２】

【数９４】

【０１２３】

【数９５】

【０１２４】ここで、まず、導波路分散の測定法につい
て述べる。式（５７）より、導波路分散は、光ファイバ
のモードフィールド半径の波長依存性から評価できるこ
とがわかる。式（４９）の関係式より、モードフィール
ド半径の波長依存性は次式（５８）で表すことができ
る。

【０１２５】

【数９６】 Ｗ＝ｇ₀ ＋ｇ₁ λ^1.5 ＋ｇ₂ λ⁶ …(58) ここで、式（５８）の第２項は第３項に比べて大きいの
で、これは次式（５９）のように近似することもでき
る。

【０１２６】

【数９７】 Ｗ＝ｇ₀ ＋ｇ₁ λ^1.5 …(59) 従って、式（６０）は、次のように変形できる。

【０１２７】

【数９８】

【０１２８】一方、上記で述べたモードフィールド半径
の測定法を用いて３波長以上でモードフィールド半径Ｗ
（λ_i ，ｚ）（ｉ＝１，２，３…ｎ）を測定し、該各波
長でのモードフィールド半径Ｗ（λ_i ，ｚ）を用いて式
（５８）を満足する係数ｇ₀，ｇ₁ およびｇ₂ を求める
ことができる。次に、ファイバ一端での測定した屈折率
分布の最大屈折率ｎ_m （ｚ₀ ）と上述したようにして得
られた係数ｇ₁ （ｚ），ｇ₂ （ｚ）および式（６０）に
式（５８）に代入することにより得られる下記の式（６
１）より導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求めることができ
る。

【０１２９】

【数９９】

【０１３０】一方、２波長で導波路分散を求める場合に
は、まず、モードフィールド半径Ｗ（λ_i ，ｚ）（ｉ＝
１，２）を測定し、該各波長でのモードフィールド半径
Ｗ（λ_i ，ｚ）を用いて式（５９）を満足する係数ｇ₀
（ｚ）、およびｇ₁ （ｚ）を求める。次に、ファイバ一
端での測定した屈折率分布の最大屈折率ｎ_m （ｚ₀ ）と
上述したようにして得られた係数ｇ₁ （ｚ）および式
（６０）に式（５８）に代入することにより得られる下
記の式（６２）より導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求める
ことができる。

【０１３１】

【数１００】

【０１３２】次に、材料分散を測定する方法について述
べる。一般に、光ファイバの材料分散は、次式（６３）
で示したような関係式で与えられる。

【０１３３】

【数１０１】

【０１３４】この値を求めるために、屈折率の波長依存
性が必要である。この屈折率の波長依存性は、次式（６
４）に示すようなセルマイヤの関係式を使うことにより
得られる。

【０１３５】

【数１０２】

【０１３６】式（６４）は、Ａ_i が紫外および赤外吸収
波長に、Ｂ_i が振動子強度に対応しており、屈折率の波
長依存性を表す物理的内容を示す式であり、材料分散の
大きな波長を含め広い波長領域でよく測定値とあうこと
が知られている。ｋの値は、３項まで用いると十分な精
度得られることがわかっている（文献B.Brinxner, J.Op
t. Soc. Am., vol.55, pp.1205, 1967)。また、光ファ
イバに使用されるガラスのセルマイヤの係数Ａ_i および
Ｂ_i は文献に示されている(S.Kobayashi, S.Shibata,
N.Shibata, and T.Izawa, International Conference o
n Integrated Optics and Optical Fiber Communicatio
n, Tokyo, 1977, Technical Paper P309)。

【０１３７】従って、材料分散は、式（６４）を式（６
３）に代入することによって求めることができる。すな
わち、上述した比屈折率差Δｍ（ｚ）を測定する方法を
用いて光ファイバの長手方向の比屈折率差Δｍ（ｚ）を
求め、Δｍ（ｚ）に対応する式（６４）の係数Ａ_i およ
びＢ_i を光ファイバを構成している材料値から求めるこ
とにより、光ファイバの長手方向での材料分散σ_m
（ｚ）を評価することができる。

【０１３８】光ファイバのコアがＧｅＯ₂ ドープ石英ガ
ラスの場合には式（６３）および（６４）を用いて次式
（６５）の近似式が導ける。

【０１３９】

【数１０３】 σ_m(λ,z) ＝−583.36＋ 1009.91λ−587.86λ² ＋121.31λ³ −Δ_m(z)(89.48−152.20λ＋ 92.13λ² − 18.79λ³) …(65) 従って、コアがＧｅＯ₂ ドープ石英ガラスの場合には、
式（６５）においてΔｍ（ｚ）を代入することにより材
料分散σ_m （λ，ｚ）を求めることができる。

【０１４０】次に、色分散を求める方法について述べ
る。上記で述べたような方法で光ファイバの長手方向の
導波路分散σ_w （λ，ｚ）および材料分散σ_m （λ，
ｚ）を求めることができるので、次の関係式（６６）に
それぞれ導波路分散および材料分散を代入することによ
り、光ファイバの長手方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を
測定することができる。

【０１４１】

【数１０４】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …（６６） （実施例２）本発明の第２の実施例では、２波長１．３
１μｍおよび１．５５μｍでの後方散乱波形より分散お
よびファイバパラメータを測定する方法を示す。

【０１４２】図２および図３は、それぞれ１．３１μｍ
および１．５５μｍでステップ形の被測定ファイバ約３
０ｋｍの後方散乱波形の両端から測定した結果の図であ
る。これら図より、式（４４）および（４５）を用い
て、１．３１μｍおよび１．５５μｍでのモードフィー
ルド半径の長手方向の特性を評価したところ、図４およ
び図５に示す結果が得られた。なお、Ｗ（ｚ_０ ）は、
ファイバの一端でのモードフィールド半径を用いた。次
に、式（４９）〜（５２）を用いて遮断波長λ_c （ｚ）
を求めた結果を図６に示す。

【０１４３】次に、上述したようにして得られた、ｚで
のモードフィールド半径、遮断波長、およびファイバ一
端での屈折率分布の測定結果を用いて算出したＴ_c ，ｃ
₀ ，ｃ₁ およびｃ₂ を式（５３）に代入することにより
コア半径ａ（ｚ）を求めた。その結果を図７に示す。ま
た、式（５４）において、Ｓ＝１，屈折率分布測定から
得られた最大屈折率ｎ_m 、および上述したようにして得
られたコア半径を用いてΔｍ（ｚ）を評価した結果を図
８に示す。

【０１４４】また、導波路分散は、次のようにして導出
した。２波長でのモードフィールド半径の測定値を用い
て、式（５９）の係数ｇ₀ （ｚ）およびｇ₁ （ｚ）を決
定した。１．３１μｍおよび１．５５μｍのモードフィ
ールド半径をＷ（１．３１）およびＷ（１．５５）とす
ると、ｇ₀ （ｚ）およびｇ₁ （ｚ）は次式（６７），
（６８）のように唯一求まる。

【０１４５】

【数１０５】

【０１４６】

【数１０６】

【０１４７】従って、モードフィールド半径，ｎ_m ，ｇ
₁ （ｚ），光速ｃ，波長λを式（６２）に代入すること
により導波路分散σ_w （λ，ｚ）が評価できる。このと
きの長手方向の分布特性を図９に示す。

【０１４８】一方、本光ファイバは、ＧｅＯ₂ ドープ石
英コアファイバであるので、材料分散は、式（６５）を
用いて評価できる。材料分散の１．５５μｍでの分布特
性を図１０に示す。

【０１４９】波長λでの色分散σ_T は、上述した材料分
散および導波路分散の和で求まる。従って、導波路分散
と材料分散を加えることにより得られ、波長１．５５μ
ｍでの色分散の結果を図１１に示す。

【０１５０】（実施例３）本発明の第３の実施例では、
被測定ファイバの一端でのモードフィールド半径Ｗ，コ
ア半径ａ，最大屈折率ｎ_m および最大比屈折率差Δｍの
測定値を用いて、任意の位置における遮断波長λ_c
（ｚ），最大比屈折率差Δｍ（ｚ），コア半径ａ
（ｚ），導波路分散σ_w （ｚ），材料分散σ_m （ｚ）お
よび色分散σ_T （ｚ）を求める方法について述べる。な
お、図１２は本発明の光ファイバの長手方向での分散お
よびファイバパラメータの測定方法の実施例を示す工程
図であり、これに従って説明する。

【０１５１】モードフィールド半径の長手方向の測定に
ついては、実施例１および２で示した通りである。

【０１５２】次に、遮断波長を求める方法について述べ
る。

【０１５３】モードフィールド半径Ｗは、Ｍａｒｃｕｓ
ｅによって、ステップ形ファイバの場合について以下に
示すような経験的な近似式が導出されている（文献〔D.
Marcuse,“Loss analysis of single mode fiber splic
es”, Bell System Technical Journal, vol.56, pp.70
3-718, 1977.〕）。また、この関係式は、任意の屈折率
分布にも適用できることがわかっている（文献〔M.Ohas
hi, K.Kitayama, Y.Ishida, and Y.Negishi,“Simple a
pproximations for chromatic diapersion insingle-mo
de fibers with various index profiles”, IEEE/OSA
J.Lightwave Technol., vol.LT-3, pp.110-115, 1985
〕）。モードフィールド半径Ｗとコア半径ａとの比
（Ｗ／ａ）を表す次の関係式（６９）の係数ｂ₀ ，ｂ
₁ ，ｂ₂ は、屈折率分布に依存する定数であり、Ｖ値を
変化させて電磁界波長方程式を解くことにより求めるこ
とができる。

【０１５４】

【数１０７】

【０１５５】Ｖ値は、規格化周波数と呼ばれるパラメー
タであり次式（７０）で定義されている。ここで、Ｖ_c
は遮断周波数を表し、λ_c は遮断波長を、ｎ_m はコアの
屈折率、Δｍは比屈折率差（＝（ｎ_m ²−ｎ₂ ²）／２
ｎ_m ²；ｎ₂ はクラッドの屈折率）を表す。

【０１５６】

【数１０８】

【０１５７】上記式はステップ形ファイバに適用できる
式である。そこで任意の屈折率分布に対して適用できる
規格化周波数Ｔを次式（７１）のように定義する。ここ
で、Ｔ_c は屈折率分布に依存する遮断周波数であり、ｎ
_m およびΔｍは、ここでは、コアの最大屈折率および最
大比屈折率差を表す。また、ｋは波数（＝２π／λ）を
表す。

【０１５８】

【数１０９】

【０１５９】また、Ｓは屈折率分布形状を表すパラメー
タであり、次式（７２）で定義している。

【０１６０】

【数１１０】

【０１６１】上述した関係式を用いると、任意の屈折率
分布に対してＷ／ａの関係は次式（７３）で書き表せ
る。

【０１６２】

【数１１１】

【０１６３】ここで、式（７３）における係数ｃ₀ ，ｃ
₁ およびｃ₂ は任意の屈折率分布形状係数Ｓ，遮断周波
数λ_c ，最大屈折率ｎ_m ，最大比屈折率差Δｍ等に依存
する定数である。

【０１６４】また、通常、光ファイバ母材製造時に最大
比屈折率差Δｍが長手方向に変動することがあるが、Δ
（ｒ）／Δｍは、ほぼ一定と見ることができる。また、
このような母材を線引きして光ファイバを製造する工程
において、長手方向にコア径および比屈折率差が変動し
得るが、屈折率分布形状の変化は、相似変形でよく近似
できるため、最大比屈折率差Δｍおよびコア半径ａで規
格化した形状係数Ｓは長手方向で一定と見なせる。従っ
て、式（７３）の係数ｃ₀ ，ｃ₁ およびｃ₂ を評価する
ことによって、任意の波長λでのモードフィールド半径
Ｗを求めることができる。

【０１６５】そこで、次に、この係数の決定方法につい
て述べる。まず、被測定ファイバの任意に一端でのコア
半径ａ（ｚ₀ ），遮断波長λ_c （ｚ₀ ）および任意の３
つ以上の波長でモードフィールド半径Ｗ（λ，ｚ₀ ）を
測定する。ここで、コア半径ａ（ｚ₀ ）は、例えばNFP
(Near Field Pattern) 法，RNFP(Refractive Near Fiel
d Pattern) 法などにより測定すればよい。そして、３
つ以上の波長でのモードフィールド半径の測定値および
コア半径の測定値より、次式（７４）を満足するｃ₀ ，
ｃ₁ およびｃ₂ を求めることができる。

【０１６６】

【数１１２】

【０１６７】次に、任意の２つの波長λ₁ およびλ₂ で
上述した方法を用いて、Ｗ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，
ｚ）を測定する。そして、この２つの波長λ₁ およびλ
₂ で測定された後方散乱波形のそれぞれの波長での規格
化相加平均散乱強度Ｉ′（λ₁，ｚ）およびＩ′（λ
₂ ，ｚ）を求め、その差をΔＩ（λ₁ ，λ₂ ，ｚ）とす
ると、これは次式（７５）で表せる。

【０１６８】

【数１１３】

【０１６９】次に、モードフィールド半径の比Ｒ（λ
₁ ，λ₂ ，ｚ）（＝Ｗ（λ₁ ，ｚ）／Ｗ（λ₂ ，ｚ））
を求めると次式（７６）のようになる。

【０１７０】

【数１１４】

【０１７１】また、この２波長でのモードフィールド半
径の比Ｒ（λ₁ ，λ₂ ，ｚ）は式（７３）を用いて次式
（７７）のように表せる。

【０１７２】

【数１１５】

【０１７３】任意の位置ｚでの遮断波長λ_c （ｚ）は式
（７７）を解くことにより求めることができる。従っ
て、ファイバ一端でのコア半径，遮断波長を測定値か
ら、ｃ₀，ｃ₁ およびｃ₂ を上述したような方法で求め
ることによって、任意の屈折率分布を有する光ファイバ
に対して遮断波長を求めることができる。

【０１７４】次に、コア半径を評価する方法を述べる。
上述した方法で、モードフィールド半径Ｗ（λ，ｚ）お
よびλ_c （ｚ）を測定し、下記に示す関係式（７８）を
用いることにより、単一モード光ファイバの長手方向で
のコア半径ａ（ｚ）を測定することができる。

【０１７５】

【数１１６】

【０１７６】さらに上記で述べた測定法を用いて、波長
λ₁ およびλ₂ でのＷ（λ₁ ，ｚ），ｗ（λ₂ ，ｚ），
λ_c （ｚ）およびａ（ｚ）を測定する。

【０１７７】任意の一端ｚ₀ での規格化周波数Ｔ（ｚ
₀ ）はファイバ一端でのコア半径，最大屈折率，最大比
屈折率差および形状係数を用いて次式（７９）で表せ
る。

【０１７８】

【数１１７】

【０１７９】また、任意での位置ｚでの規格化周波数Ｔ
（ｚ）は同様にして次式（８０）で表せる。

【０１８０】

【数１１８】

【０１８１】ここでは、長手方向の最大屈折率ｎ_m の変
化はΔｍの変化に対して小さいと仮定し、ｎ_m （ｚ）＝
ｎ_m （ｚ₀ ）の近似を用いた。この仮定は通常のファイ
バに対しては十分なりたつ近似である。従って、式（７
９）および（８０）より任意の位置での最大比屈折率差
Δｍ（ｚ）は、次式（８１）を用いて評価できる。な
お、この手法では、屈折率分布形状を正確に測定する必
要がない。

【０１８２】

【数１１９】

【０１８３】次に分散を評価する方法について述べる。

【０１８４】一般に、色分散σ_T は、材料分散σ_m と構
造分散σ_w の和として表すことができる。

【０１８５】

【数１２０】 σ_T ＝σ_m ＋σ_w …(82) ここで、材料分散および構造分散は以下の式（８３），
（８４）で記述できる。ただし、Ｎ₁ はコアでの群屈折
率を表し、ｃは光速を表している。

【０１８６】

【数１２１】

【０１８７】

【数１２２】

【０１８８】まず、導波路分散の測定法について述べ
る。式（８４）より、導波路分散は、光ファイバのモー
ドフィールド半径の波長依存性から評価できることがわ
かる。式（７３）の関係式より、モードフィールド半径
の波長依存性は次式（８５）で表すことができる。

【０１８９】

【数１２３】

【０１９０】従って、ａ（ｚ）およびλ_c （ｚ）を測定
することによりモードフィールド半径Ｗ（ｚ，λ）は評
価できる。また、式（８４）は、次式（８６）のように
変形できる。

【０１９１】

【数１２４】

【０１９２】一方、式（８５）を式（８６）に代入する
ことにより、任意の波長λでの導波路分散を評価する次
式（８７）を得ることができる。

【０１９３】

【数１２５】

【０１９４】従って、任意の位置ｚおよび波長λでの導
波路分散σ_w （ｚ，λ）は、上記で述べたようなｃ₀ ，
ｃ₁ ，ｃ₂ の係数を決定し、任意の位置でのａ（ｚ）お
よびλ_c （ｚ）を測定し、式（８７）にそれらの値を代
入することによって求めることができる。

【０１９５】次に、材料分散を測定する方法について述
べる。一般に、光ファイバの材料分散は、次式（８８）
で示したような関係式で与えられる。

【０１９６】

【数１２６】

【０１９７】この値を求めるために、屈折率の波長依存
性が必要である。この屈折率の波長依存性は、次式（８
９）に示すようなセルマイヤの関係式を使うことにより
得られる。

【０１９８】

【数１２７】

【０１９９】式（８９）は、Ａ_i が紫外および赤外吸収
波長に、Ｂ_i が振動子強度に対応しており、屈折率の波
長依存性を表す物理的内容を示す式であり、材料分散の
大きな波長を含め広い波長領域でよく測定値とあること
が知られている。ｋの値は、３項まで用いると十分な精
度得られることがわかっている（文献B.Brinxner, J.Op
t. Soc. Am., vol.55, pp.1205, 1967)。また、光ファ
イバに使用されるガラスのセルマイヤの係数Ａ_i および
Ｂ_i は文献に示されている(S.Kobayashi, S.Shibata,
N.Shibata, and T.Izawa, International Conference o
n Integrated Optics and Optical Fiber Communicatio
n, Tokyo, 1977, Technical Paper P309)。

【０２００】従って、材料分散は、式（８９）を式（８
８）に代入することによって求めることができる。

【０２０１】上記で述べた比屈折率差Δｍ（ｚ）を測定
する方法を用いて光ファイバの長手方向の比屈折率差Δ
ｍ（ｚ）を求め、Δｍ（ｚ）に対応する式（８９）の係
数Ａ_i およびＢ_i を光ファイバを構成している材料値か
ら求めることにより、光ファイバの長手方向での材料分
散σ_m （ｚ）を評価することができる。

【０２０２】光ファイバのコアがＧｅＯ₂ ドープ石英ガ
ラスの場合には式（８８）および（８９）を用いて次式
（９０）の近似式が導ける。

【０２０３】

【数１２８】 σ_m(λ,z) ＝−583.36＋ 1009.91λ−587.86λ² ＋121.31λ³ −Δ_m(z)(89.48−152.20λ＋ 92.13λ² − 18.79λ³) …(90) 従って、コアがＧｅＯ₂ ドープ石英ガラスの場合には、
式（９０）においてΔｍ（ｚ）および波長λを代入する
ことにより材料分散σ_m （λ，ｚ）を求めることができ
る。

【０２０４】次に、色分散を求める方法について述べ
る。上述したような方法で光ファイバの長手方向の導波
路分散σ_w （λ，ｚ）および材料分散σ_m （λ，ｚ）を
求めることができるので、次の関係式（９１）にそれぞ
れ導波路分散および材料分散を代入することにより、光
ファイバの長手方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定す
ることができる。

【０２０５】

【数１２９】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(91) （実施例４）図１３は、本発明の第４の実施例を説明す
るブロック図である。ここで、１はパルス光源であっ
て、被測定ファイバの特性を評価する距離分解能にあっ
たパルス幅を有する光源であり、距離分解能が約１ｍ程
度の場合１０ｎｓのパルス幅を有する必要がある。２
は、パルス光源１の波長を切り変えるためのｎ×１の光
スイッチである。３は、被測定光ファイバ７に入射する
パルス光の偏光を調節するための偏波制御装置である。
４は被測定ファイバ７への入射光と被測定ファイバ７か
らの後方散乱光を分波するための合分波器である。５
は、被測定光ファイバの両端のどちらかに光を入射させ
るための１×２の光スイッチである。９は、光検出器８
からの電気信号を受けてその信号の時間的波形を解析す
るための信号処理装置である。１０は、被測定ファイバ
７の２波長以上での被測定光ファイバ７の両端から測定
された後方レーリ散乱波形を蓄積あるいはその波形を処
理して解析するための演算処理装置である。１１は、光
スイッチ２および５、ならびに偏波制御器３を制御する
ための制御装置である。１２は、処理結果を出力するた
めの出力装置である。

【０２０６】この評価装置の動作は以下の通りである。

【０２０７】波長λ₁ のパルス光源１から出射された光
パルスが偏波制御器３に入射される。入射された光パル
スは、偏光をあらかじめ設定した複数の偏光方向のう
ち、いずれかの方向の直線偏光に制御される。次に、光
は方向性結合器４を通り、光スイッチ５を介して、被測
定光ファイバ７に入射される。被測定ファイバ７からの
後方散乱光は、光スイッチ５、方向性結合器４を介して
光検出器８で検出される。検出器８により得られる１回
の測定波形は図１４に示すような形で得られる。被測定
ファイバ７からの距離ｚで発生した後方レーリ散乱光が
光検出器８で検出されるまでの時間ｔは、光ファイバ中
での光速をＶとすると、次式（９２）の関係があるの
で、この１回の測定波形をＳｉ（λ₁ ，ｚ）と書くこと
ができる。

【０２０８】

【数１３０】 ｔ＝２ｚ／Ｖ …(92) ここで、光パレス光源１からのパルス光を繰り返し被測
定ファイバ７に入射することにより、複数の測定波形を
次々と得ることができる。一般に、測定ファイバにおい
て、後方レーリ散乱光を受光する場合、伝搬する光の偏
光状態が変化することによって、図１５に示すような偏
波によってゆらいだ成分が発生する。また、このとき、
偏波制御器３は、直線偏光状態を０度〜３６０度まで、
一定の時間に従って変化させるか、あるいは直線偏光状
態を０度と９０度に切り替える操作を行う。

【０２０９】例えば、直線偏光状態を偏波制御器を用い
て０度と９０度に切り替える場合の機能について以下に
示す。

【０２１０】図１６に示すような構成の場合について考
える。ここでは、簡単のために偏波制御器３として、偏
光子を入れる場合を考える。まず、偏光状態を記述する
ジョーンズ行列Ｍを下記式（９３）のように定義する。

【０２１１】

【数１３１】 Ｍ＝Ｒ（θ）Ｆ₀ Ｒ（−θ） …(93) ここで、Ｒ（θ）は下記式（９４）に示す回転ベクトル
であり、θはファイバの主軸角を表す。

【０２１２】

【数１３２】

【０２１３】Ｆ₀ は、ファイバの通過を表す下記式（９
５）のジョーンズ行列であり、φはファイバの複屈折率
の大きさを表す。

【０２１４】

【数１３３】

【０２１５】また、ＡＯのジョーンズ行列は、次式（９
６）で表される。

【０２１６】

【数１３４】

【０２１７】ここで、ｋは一般的に１ではない。光源か
らＸ偏波光を入射した場合の受光器のパワーＰ_X は、次
式（９７）で表される。

【０２１８】

【数１３５】

【０２１９】同様にして、Ｙ偏波光Ｅ_Y を入射した場合
の受光パワーＰ_Y は次式（９８）で表される。

【０２２０】

【数１３６】

【０２２１】従って、各々の偏光成分の和をＰとする
と、次式（９９）となる。

【０２２２】

【数１３７】

【０２２３】式（９９）より、偏光成分の和は、φおよ
びθに依存しない定数となることがわかる。従って、こ
の場合、ファイバ内での偏波ゆらぎを補償できる。従っ
て、偏波制御により、ファイバの特性を高精度に評価す
ることができる。

【０２２４】実際に光ファイバの後方散乱光波形を測定
した例を図１７と図１８で示す。図１７および図１８に
おいては、各長さにおけるファイバ損失を補償した値で
示している。図１７は、偏波制御していない場合の結果
であり、パルス幅が１００ｎｓの場合は、ゆらぎの大き
さが約０．０８ｄＢあり、パルス幅１μｓの場合、約
０．０５ｄＢのゆらぎの成分がある。一方、図１８は、
図１６に示したような系で、光源と方向性結合器の間の
偏光子の角度を０度と９０度とに切替ながら後方散乱光
を測定した結果（直交方式）および偏光子を回転しなが
ら測定した結果（回転方式）を示す。図１７と図１８と
を比較すると、明らかに偏波制御することによってゆら
ぎの大きさが激減するのがわかる。

【０２２５】上記のような構成のもとで、両端からのＯ
ＴＤＲ波形が測定できると、その結果を用い、図１およ
び図３に示した工程に従って、単一モード光ファイバの
特性評価を行うことができる。

【０２２６】（実施例５）図１９は、本発明の第５の実
施例を説明するブロック図である。ここで、２１はパル
ス光源であって、被測定ファイバの特性を評価する距離
分解能にあったパルス幅を有する光源であり、距離分解
能が約１ｍ程度の場合１０ｎｓのパルス幅を有する必要
がある。２２は、パルス光源２１の波長を切り変えるた
めのｎ×１の光スイッチである。２３は、被測定光ファ
イバ２７に入射するパルス光の偏光を調節するための偏
波制御装置である。２４は、被測定ファイバ２７への入
射光と被測定ファイバ２７からの後方散乱光を分波する
ための合分波器である。２５は被測定光ファイバ２７の
両端のどちらかに光を入射させるための１×２の光スイ
ッチである。２６は、被測定光ファイバ２７の特性を解
析するために用いられる参照ファイバである。２９は、
光検出器２８からの電気信号を受けてその信号の時間的
波形を解析するための信号処理装置である。２０は、被
測定ファイバ２７の２波長以上での参照ファイバ２６お
よび被測定光ファイバ２７の両端から測定された後方レ
ーリ散乱波形を蓄積あるいはその波形を処理して解析す
るための演算処理装置である。３１は、光スイッチ２２
および２５、ならびに偏波制御器２３を制御するための
制御装置である。３２は、処理結果を出力するための出
力装置である。

【０２２７】この評価装置の動作は実施例４と同様であ
るので、ここでの説明は省略する。なお、本実施例で
は、被測定ファイバ２７の両端に参照ファイバ２６が接
続されているため、被測定ファイバ２７のモードフィー
ルド径を測定する必要がない。つまり、参照ファイバ２
６のモードフィールド径の波長依存性を予め測定しおく
ことにより、任意の屈折率分布を有するファイバのモー
ドフィールド径分布および分散分布を測定することがで
きる。

【０２２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、２波長以
上の光源を用いて後方散乱波形の測定およびファイバの
一端でのモードフィールド半径および屈折率分布を測定
することにより、あるいは該光ファイバの一端でのモー
ドフィールド半径Ｗ，コア半径ａ，最大屈折率ｎ_m およ
び最大比屈折率差Δｍの測定値を用いて、単一モード光
ファイバの長手方向の特性を非破壊で評価することがで
きるという効果を奏する。また、本発明は、どのような
屈折率分布を有するファイバにも適用できるという利点
もある。さらに、本測定装置において、入射パルスの偏
光を制御して光ファイバの後方散乱光を測定することに
より、偏波ゆらぎを大幅に改善することができ、本評価
法および後方散乱光の評価においても測定精度を向上で
きる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す工程図である。

【図２】１．３１μｍでの後方散乱波形を示す図であ
る。

【図３】１．５５μｍでの後方散乱波形を表す図であ
る。

【図４】１．３１μｍでの長手方向のモードフィールド
径を表す図である。

【図５】１．５５μｍでの長手方向のモードフィールド
径を表す図である。

【図６】長手方向の遮断波長の測定結果を示す図であ
る。

【図７】長手方向のコア径２ａを表す図である。

【図８】長手方向の比屈折率差Δを表す図である。

【図９】長手方向の導波路分散特性を表す図である。

【図１０】長手方向の材料分散特性を表す図である。

【図１１】長手方向の色分散特性を表す図である。

【図１２】本発明の第３の実施例を示す工程図である。

【図１３】本発明の第４の実施例を示すブロック図であ
る。

【図１４】後方散乱波形の例を示す図である。

【図１５】偏波ゆらぎを有する後方散乱波形を示す図で
ある。

【図１６】偏波制御の効果を説明するための図である。

【図１７】偏波制御しない場合の従来の後方散乱波形を
示す図である。

【図１８】偏波制御した場合の後方散乱波形を示す図で
ある。

【図１９】本発明の第５の実施例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１，２１ パルス光源 ２，２２ ｎ×１の光スイッチ ３，２３ 偏波制御装置 ４，２４ 方向性結合器 ５，２５ １×２の光スイッチ ７ 被測定ファイバ ８，２８ 光検出器 ９，２９ 信号処理装置 １０，３０ 演算処理装置 １１，３１ 制御装置 １２，３２ 出力装置 ２６ 参照ファイバ

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の長さＬの単一モード光ファイバの
   一方側から波長λのパルス光を入射したときの該光ファ
   イバの位置ｚにおける後方散乱光強度Ｓ₁ （ｚ）（単
   位：ｄＢｍ）と、該光ファイバの他方側から同様に波長
   λのパルス光を入射したときの散乱光強度Ｓ₂ （Ｌ−
   ｚ）（単位：ｄＢｍ）とを測定し、このように両端から
   測定した散乱光強度の相加平均強度Ｉ（λ，ｚ）を次の
   関係式（１）より求め、 【数１】 任意の一端の位置ｚ₀ での相加平均強度Ｉ（λ，ｚ₀ ）
   でＩ（λ，ｚ）を規格化した次式（２）に示す規格化相
   加平均強度Ｉ′（λ，ｚ）を求め、 【数２】 Ｉ′（λ，ｚ）＝Ｉ（λ，ｚ）−Ｉ（λ，ｚ₀ ） …(2) 前記位置ｚ₀ でのモードフィールド半径Ｗ（λ，ｚ₀ ）
   を測定することによって、単一モード光ファイバの長手
   方向のモードフィールド半径を次の関係式（３）で評価
   することを特徴とする単一モード光ファイバ特性評価方
   法。 【数３】
2. 【請求項２】 請求項１記載の測定法を用いて、任意の
   ２つの波長λ₁ およびλ₂ で単一モード光ファイバのモ
   ードフィールド半径Ｗ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ）を
   測定し、該単一モード光ファイバの任意の一端ｚ₀ で該
   光ファイバの断面内の屈折率分布を測定し、該屈折率分
   布を用いて次式（４）で示す規格化周波数Ｔに対して電
   磁界波動方程式（ただし、Ｔ_c は遮断周波数であり、λ
   _c は遮断波長である）を解くことにより 【数４】 遮断周波数Ｔ_c およびモードフィールド半径Ｗとコア半
   径ａとの比（＝Ｗ／ａ）を表す次の関係式（５）の係数
   ｃ₀ ，ｃ₁ ，ｃ₂ を求め、 【数５】 次式（６）で表せる、２つの波長λ₁ およびλ₂ のモー
   ドフィールド半径の比Ｒ（λ₁ ，λ₂ ，ｚ）（＝Ｗ（λ
   ₁ ，ｚ）／Ｗ（λ₂ ，ｚ））を評価し、 【数６】 ただし、ΔＩ（ｚ）は次式（７）で表される。 【数７】 ΔＩ（λ₁,λ₂,ｚ）＝Ｉ′（λ₂,ｚ）−Ｉ′（λ₁,ｚ） …(7) さらに、次の関係式（８）より、遮断波長を評価するこ
   とを特徴とする単一モード光ファイバ特性評価方法。 【数８】
3. 【請求項３】 請求項１および２記載の測定法を用い
   て、任意の２つの波長λ₁ およびλ₂ における、単一モ
   ード光ファイバのモードフィールド半径Ｗ（λ₁ ，
   ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ）および遮断波長λ_c （ｚ）を測定
   し、下記に示す２つの関係式（９），（１０）のどちら
   かを用いることにより、該単一モード光ファイバの長手
   方向でのコア半径ａ（ｚ）を測定することを特徴とする
   単一モード光ファイバ特性評価方法。 【数９】 【数１０】
4. 【請求項４】 請求項１，２および３の記載の測定法を
   用いて、モードフィールド半径Ｗ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ
   ₂ ，ｚ），遮断波長λ_c （ｚ）およびコア半径ａ（ｚ）
   を測定し、任意の位置ｚ₀ での単一モード光ファイバの
   断面内での屈折率分布を測定し、次の関係式（１１）よ
   り屈折率分布形状を表す形状係数Ｓ（ただし、ρは規格
   化半径（＝ｒ／ａ；ｒは光ファイバ断面中心からの距
   離）、Δｍは最大比屈折率差）を求め、 【数１１】 下記関係式（１２）に、光ファイバの任意の一端での屈
   折率分布測定から得られるファイバ断面での最大屈折率
   ｎ_m ，Ｓ，Ｔ_c とを代入することにより長手方向での最
   大比屈折率差Δｍ（ｚ）を測定することを特徴とする単
   一モード光ファイバ特性評価方法。 【数１２】
5. 【請求項５】 請求項１記載の測定方法を用いて３波長
   以上でモードフィールド半径Ｗ（λ_i ，ｚ）（ｉ＝１，
   ２，３…ｎ）を測定し、該各波長でのモードフィールド
   半径Ｗ（λ_i ，ｚ）を用いて式（１３）に示す方程式を
   満足する係数ｇ₀ （ｚ），ｇ₁ （ｚ）およびｇ₂ （ｚ）
   を求め、 【数１３】 Ｗ（λ，ｚ）＝ｇ₀(ｚ）＋ｇ₁(ｚ）λ^1.5 ＋ｇ₂(ｚ）λ⁶ …(13) ファイバの任意の一端での屈折率分布の測定より最大屈
   折率ｎ_m を求め、次の関係式（１４）より波長λでの導
   波路分散σ_w （λ，ｚ）を求める（ただし、ｃは光速で
   ある）ことを特徴とする単一モード光ファイバ特性評価
   方法。 【数１４】
6. 【請求項６】 請求項１記載の測定方法を用いて２波長
   でモードフィールド半径Ｗ（λ_i ，ｚ）（ｉ＝１，２）
   を測定し、該各波長でのモードフィールド半径Ｗ（λ
   _i ，ｚ）を用いて下式（１５）で示す方程式を満足する
   係数ｇ₀ （ｚ）およびｇ₁ （ｚ）を求め、 【数１５】 Ｗ（λ，ｚ）＝ｇ₀(ｚ）＋ｇ₁(ｚ）λ^1.5 …(15) ファイバの任意の一端での屈折率分布の測定より最大屈
   折率ｎ_m を求め、次の関係式（１６）より波長λでの導
   波路分散σ_w （λ，ｚ）を求める（ただし、ｃは光速で
   ある）ことを特徴とする単一モード光ファイバ特性評価
   方法。 【数１６】
7. 【請求項７】 請求項４記載の方法を用いて光ファイバ
   の長手方向の比屈折率差Δｍ（ｚ）を求め、Δｍ（ｚ）
   に対応する次式（１７）の係数Ａ_i およびＢ_i （ただ
   し、Ａ_i が紫外および赤外吸収波長に、Ｂ_i が振動子強
   度に対応しており、屈折率の波長依存性を表わす定数で
   ある）を光ファイバを構成している材料値から求め、該
   屈折率の波長依存性を示す式（１７）を用い、 【数１７】 次に示す関係式（１８）より光ファイバの長手方向での
   材料分散σ_m （λ，ｚ）を評価することを特徴とする単
   一モード光ファイバ特性評価方法。 【数１８】
8. 【請求項８】 請求項４記載の方法を用いて光ファイバ
   の長手方向の比屈折率差Δｍ（ｚ）を求め、該光ファイ
   バのコアがＧｅＯ₂ ドープ石英の場合、次の関係式（１
   ９）を用いて波長λでの光ファイバの長手方向での材料
   分散σ_m （ｚ）を評価することを特徴とする単一モード
   光ファイバ特性評価方法。 【数１９】 σ_m(λ,z) ＝−583.36＋ 1009.91λ−587.86λ² ＋121.31λ³ −Δ_m(z)(89.48−152.20λ＋ 92.13λ² − 18.79λ³) …(19)
9. 【請求項９】 請求項５記載の方法で光ファイバの長手
   方向の導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求め、請求項７記載
   の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ _m （λ，
   ｚ）を求め、次の関係式（２０）より光ファイバの長手
   方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定することを特徴と
   する単一モード光ファイバ特性評価方法。 【数２０】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(20)
10. 【請求項１０】 請求項６記載の方法で光ファイバの長
    手方向の導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求め、請求項７記
    載の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m （λ，
    ｚ）を求め、次の関係式（２１）より光ファイバの長手
    方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定することを特徴と
    する単一モード光ファイバ特性評価方法。 【数２１】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(21)
11. 【請求項１１】 請求項５記載の方法で光ファイバの長
    手方向の導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求め、該光ファイ
    バのコアがＧｅＯ₂ ドープ石英の場合、請求項８記載の
    方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m （λ，ｚ）
    を求め、次の関係式（２２）より光ファイバの長手方向
    での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定することを特徴とする
    単一モード光ファイバ特性評価方法。 【数２２】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(22)
12. 【請求項１２】 請求項６記載の方法で光ファイバの長
    手方向の導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求め、該光ファイ
    バのコアがＧｅＯ₂ ドープ石英の場合、請求項８記載の
    方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m （λ，ｚ）
    を求め、次の関係式（２３）より光ファイバの長手方向
    での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定することを特徴とする
    単一モード光ファイバ特性評価方法。 【数２３】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(23)
13. 【請求項１３】 任意の長さＬの単一モード光ファイバ
    の任意の一端ｚ₀ で任意の３つ以上の波長λ_i でモード
    フィールド半径Ｗ（λ_i ，ｚ₀ ）（ｉ＝１，２，３…
    ｎ；ｎ≧３）を測定し、該ファイバの一端でのコア半径
    ａ（ｚ₀ ）を測定し、また、遮断波長λ_c （ｚ₀ ）を測
    定し、該光ファイバの遮断波長λ_c （ｚ₀ ）およびＷ
    （λ，ｚ₀ ）の測定値を用いて、次の関係式（２４）を
    満足する係数ｃ₀ ，ｃ₁ ，ｃ₂ を求め、 【数２４】 請求項１記載の測定法を用いて任意の２つの波長λ₁ お
    よびλ₂ でＷ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ）を測定し、
    次式（２５）で表せる、２つの波長λ₁ およびλ₂ のモ
    ードフィールド半径の比Ｒ（λ₁ ，λ₂ ，ｚ）（＝Ｗ
    （λ₁ ，ｚ）／Ｗ（λ₂ ，ｚ））を評価し、 【数２５】 ただし、ΔＩ（ｚ）は次式（２６）で表される。 【数２６】 ΔＩ（λ₁,λ₂,ｚ）＝Ｉ′（λ₂,ｚ）−Ｉ′（λ₁,ｚ） …(26) 次の関係式（２７）より、遮断波長を評価することを特
    徴とする単一モード光ファイバ特性評価方法。 【数２７】
14. 【請求項１４】 請求項１および１３記載の測定法を用
    いて、モードフィールド半径Ｗ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ
    ₂ ，ｚ）および遮断波長λ_c （ｚ）を測定し、下記に示
    す２つの関係式（２８），（２９）のどちらかを用いる
    ことにより、単一モード光ファイバの長手方向でのコア
    半径ａ（ｚ）を測定することを特徴とする単一モード光
    ファイバ特性評価方法。 【数２８】 【数２９】
15. 【請求項１５】 単一モード光ファイバの任意の一端で
    の位置ｚ₀ での遮断波長λ_c （ｚ₀ ），コア半径ａ（ｚ
    ₀ ）および最大比屈折率差Δｍ（ｚ₀ ）を測定し、請求
    項１，１３および１４記載の測定法を用いて、モードフ
    ィールド半径Ｗ（λ₁ ，ｚ），Ｗ（λ₂ ，ｚ），遮断波
    長λ_c （ｚ）およびコア半径ａ（ｚ）を測定し、次の関
    係式（３０）を用いて長手方向でのコアの最大比屈折率
    差Δｍ（ｚ）を測定することを特徴とする単一モード光
    ファイバ特性評価方法。 【数３０】
16. 【請求項１６】 請求項１３および１４記載の測定方法
    を用いて遮断波長λ_c （ｚ）およびコア半径ａ（ｚ）を
    測定し、ファイバの任意の一端でのコアの最大屈折率ｎ
    _m （ｚ₀ ）を求め、次式の関係式（３１）（ただし、ｃ
    は光速である）より波長λでの導波路分散σ_w （λ，
    ｚ）を求めることを特徴とする単一モード光ファイバ特
    性評価方法。 【数３１】
17. 【請求項１７】 請求項１５記載の方法を用いて光ファ
    イバの長手方向の比屈折率差Δｍ（ｚ）を求め、Δｍ
    （ｚ）に対応する次式（３２）の係数Ａ_i およびＢ_i
    （ただし、Ａ_i が紫外および赤外吸収波長に、Ｂ_i が振
    動子強度に対応しており、屈折率の波長依存性を表す定
    数である）を光ファイバを構成している材料値から求
    め、該屈折率の波長依存性を示す式（３２）を用い、 【数３２】 次に示す関係式（３３）より光ファイバの長手方向での
    材料分散σ_m （λ，ｚ）を評価することを特徴とする単
    一モード光ファイバ特性評価方法。 【数３３】
18. 【請求項１８】 請求項１５記載の方法を用いて光ファ
    イバの長手方向の比屈折率差Δｍ（ｚ）を求め、該光フ
    ァイバのコアがＧｅＯ₂ ドープ石英の場合、次の関係式
    （３４）を用いて波長λでの光ファイバの長手方向での
    材料分散σ_m（λ，ｚ）を評価することを特徴とする単
    一モード光ファイバ特性評価方法。 【数３４】 σ_m(λ,z) ＝−583.36＋ 1009.91λ−587.86λ² ＋121.31λ³ −Δ_m(z)(89.48−152.20λ＋ 92.13λ² − 18.79λ³) …(34)
19. 【請求項１９】 請求項１６記載の方法で光ファイバの
    長手方向の導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求め、請求項６
    記載の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m
    （λ，ｚ）を求め、次の関係式（３５）より光ファイバ
    の長手方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定することを
    特徴とする単一モード光ファイバ特性評価方法。 【数３５】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(35)
20. 【請求項２０】 請求項１６記載の方法で光ファイバの
    長手方向の導波路分散σ_w （λ，ｚ）を求め、該光ファ
    イバのコアがＧｅＯ₂ ドープ石英の場合、請求項７記載
    の方法で光ファイバの長手方向の材料分散σ_m （λ，
    ｚ）を求め、次の関係式（３６）より光ファイバの長手
    方向での色分散σ_T （λ，ｚ）を測定することを特徴と
    する単一モード光ファイバ特性評価方法。 【数３６】 σ_T(λ，ｚ）＝σ_w(λ，ｚ）＋σ_m(λ，ｚ） …(36)
21. 【請求項２１】 被測定ファイバに後方レーリ散乱光を
    発生されるための２波長以上のパルス光源と、 前記被測定光ファイバに入射する前記光源の波長を切り
    変えるための波長切替手段と、 前記パルル光源の偏光状態を制御するための偏波制御手
    段と、 前記偏波制御手段から出射された光を前記被測定ファイ
    バに導き、かつ該被測定光ファイバで発生した後方レー
    リ散乱光を取り出すための合分波手段と、 前記合分波手段から出射された光を前記被測定ファイバ
    の両端のどちらか一方に入射させるための光学的切替手
    段と、 前記合波手段により検出された後方レーリ散乱光の時間
    的波形を解析するための信号処理手段と、 前記被測定光ファイバの２波長以上の両端から測定され
    た後方レーリ散乱波形を請求項１から２０記載のいずれ
    かの方法を用いて解析処理するための演算処理手段と、 前記演算処理手段により処理された結果を出力するため
    の出力処理装置と、 前記被測定ファイバの入射位置の切替手段、および前記
    光源の前記波長切替手段を制御するための制御手段とを
    具備したことを特徴とする単一モード光ファイバ特性評
    価装置。
22. 【請求項２２】 被測定ファイバに後方レーリ散乱光を
    発生されるための２波長以上のパルス光源と、 前記被測定光ファイバに入射する前記光源の波長を切り
    変えるための波長切替手段と、 前記パルス光源の偏光状態を制御するための偏波制御手
    段と、 前記偏波制御手段から出射された光を前記被測定ファイ
    バに導き、かつ該被測定光ファイバで発生した後方レー
    リ散乱光を取り出すための合分波手段と、 前記合分波手段から出射された光を前記被測定ファイバ
    の両端のどちらか一方に入射させるための光学的切替手
    段と、 前記波長切替手段と前記被測定ファイバの両端に前記光
    源の光を導くための、ファイバの特性が既知である参照
    ファイバと、 前記合波手段により検出された後方レーリ散乱光の時間
    的波形を解析するための信号処理手段と、 前記被測定光ファイバの２波長以上の両端から測定され
    た後方レーリ散乱波形を請求項１から２０記載のいずれ
    かの方法を用いて解析処理するための演算処理手段と、 前記演算処理手段により処理された結果を出力するため
    の出力処理装置と、 前記被測定ファイバの入射位置の切替手段、および前記
    光源の前記波長切替手段を制御するための制御手段とを
    具備したことを特徴とする単一モード光ファイバ特性評
    価装置。