JPH0720004A - 光波長分散測定方法及び装置 - Google Patents

光波長分散測定方法及び装置

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JPH0720004A
JPH0720004A JP5191655A JP19165593A JPH0720004A JP H0720004 A JPH0720004 A JP H0720004A JP 5191655 A JP5191655 A JP 5191655A JP 19165593 A JP19165593 A JP 19165593A JP H0720004 A JPH0720004 A JP H0720004A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光ファイバや光増幅中継システム等の光通信線
路の波長分散特性を高精度に測定することができる波長
分散測定方法及び装置を提供する。 【構成と作用】同一の被測定光通信線路における波長一
定の第1の光信号の伝搬時間と測定波長帯域にわたって
波長が任意に定められる第2の光信号の伝搬時間とを測
定して、その時間差を求めることにより、波長変化に伴
う伝搬時間の変化だけを得ることが出来る。すなわち、
光ファイバの伸縮は、第1の光信号と第2の光信号とが
共に受けているので、時間差を求める場合には誤差には
ならない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバならびに光
ファイバが光増幅器を介して多段に接続された光増幅中
継システム等の光通信線路の光信号についての波長分散
特性を測定する光分散測定方法及び装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】光ファイバの波長分散特性は、光信号の
波長に対する相対的な伝搬時間の劣化すなわち群遅延特
性から求められ、一般に単位波長あたりの伝搬時間差で
表される。光ファイバを伝送路として用いる光ファイバ
通信においては、光信号の波長広がりと光ファイバの波
長分散特性の関係によって伝送後の信号波形に歪が生じ
受信特性が劣化する問題がある。更に光増幅中継システ
ムでは、システムを構成する光ファイバの波長分散特性
が累積する為、この波長分散特性に起因する光ファイバ
の非線形現象が伝送特性に与える影響が極めて大きい。
従って光通信システムを構築するためには、この波長分
散特性を詳細に把握することは必要不可欠である。
【0003】(従来例1)図9は、第1の従来例の光波
長分散測定装置の構成図である。図9において、1は単
一周波数信号を供給する発振器、2は複数の光波長の光
源を配置して構成される波長可変光源あるいは単一の光
源で複数の光信号波長を発振することができる波長可変
光源、3は波長可変光源2の出力を分波する光分波器、
4は基準光ファイバ、5は光ファイバ又は光増幅器を用
いて光ファイバを一段もしくは多段に接続した光増幅中
継システムなどの被測定光通信線路、6は基準光ファイ
バ4の出力を受けて光信号を電気信号に変換する光受信
器、7は被測定光線路5の出力を受けて光信号を電気信
号に変換する光受信器、8は光受信器6と光受信器7の
各出力の電気信号の位相を比較する位相比較器である。
発振器1は、波長可変光源2の光信号出力を強度変調す
るための単一周波数信号を波長可変光源2へ供給する。
強度変調された波長可変光源2からの光信号は、光分波
器3によって分波される。分波された光信号の一方は、
位相比較における信号基準に用いられ、長さが短い基準
光ファイバ4及び光受信器6を介して位相比較器8の基
準入力に印加される。分波された他方の光信号は、被測
定光通信線路5及び光受器7を介して位相比較器8に入
力される。位相比較器8では、この2つの光信号の位相
差を検出する。これを各波長について行えば群遅延特性
を得ることができる。
【0004】すなわち光波長λにおける被測定光通信線
路5の相対伝搬時間τ(λ)は測定された位相差θ
(λ)から、 τ(λ)=θ(λ)/360f で求められる。ここで、fは発振器1の周波数である。
これらを単位距離(km)に換算し、横軸を波長λ、縦
軸をτ(λ)とすれば群遅延特性が求められ、更にこの
τ(λ)特性を波長λで微分することにより、波長分散
特性を得ることができる。
【0005】(従来例2)従来例1の光波長分散測定装
置は、波長を変化していくためある程度の測定時間を要
するが、測定中に周辺温度の変化によって被測定光通信
線路5に用いられている光ファイバの長さが変化し、こ
れによって相対伝搬時間τ(λ)に測定誤差が生じてし
まう問題がある。この環境温度の変化による光ファイバ
の伸縮の問題を解決する方法が提案されている(特公平
3−54292号「光ファイバの分散特性測定方
法」)。これを従来例2として説明する。
【0006】図10は、従来例2の光波長分散測定装置
の構成図である。従来例1と同一部品は、同一の参照番
号を付し、その説明を省く。図10において、9は位相
測定における基準信号を送出するための波長可変光源の
光信号波長とは異なる領域の光信号波長を発振する基準
光源、10は波長可変光源2の出力光と基準光源9の出
力光とを合波する光合波器、11は前記波長可変光源2
と基準光源9の光信号をそれぞれ波長領域で分波するた
めの波長選択型光分波器である。発振器1は、波長可変
光源2および基準光源9の光信号出力を強度変調するた
めの単一周波数信号を波長可変光源2および基準光源9
へ供給する。強度変調された波長可変光源2および基準
光源9からの光信号は、光合波器10によって合波され
る。合波された二つの光信号は、ともに被測定光通信線
路5に入力され伝搬する。伝搬した光信号は、波長選択
型光分波器11によって波長可変光源2から出た光信号
と基準光源9から出た光信号の二つに分波される。分波
された基準光源9からの光信号は、光受信器6を介して
位相比較器8の基準入力に印加され、位相比較における
信号基準に用いられる。分波された波長可変光源2から
の光信号は、光受信器7を介して位相比較器8に入力さ
れる。位相比較器8では、この2つの光信号の位相差を
検出する。これを各波長について行えば群遅延特性を得
ることができる。
【0007】例えば、光ファイバの1.55μmの波長
分散特性を測定する場合、波長可変光源2の発振波長帯
は1.55μmに、また基準光源9の発振波長はこれと
は全く異なる1.3μm帯の光信号とする。このように
基準信号波長を波長可変光源2の信号波長と異なる波長
帯に選択することによって、二つの光信号を波長選択型
光分波器によって分波することができ、1.3μm帯の
光信号を位相測定の基準信号とすることによって位相比
較が行え、これら二つの光信号は同一の光ファイバを伝
搬するためファイバの伸縮に起因する測定誤差を回避す
ることができるという利点を有する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来例
1は、基準信号光と測定信号光とはそれぞれ別の経路で
伝搬するため、被測定光ファイバの環境温度変化による
被測定ファイバの伸縮が被測定光ファイバを伝搬する測
定信号光の伝搬時間に大きく影響し、これによって正確
な波長分散特性の測定が損なわれる問題点があった。ま
た、従来例2では、基準信号光と測定信号光を同時に同
一の被測定光ファイバを伝搬させることによって上記の
光ファイバの伸縮の影響を除いている。しかしこの方法
は前記の特徴である2波の光信号を波長分離するのに十
分な波長間隔の信号光を伝送するに足りる波長帯域を有
する光通信線路であることが必要である。従って、光フ
ァイバ単体の測定は達成できるが、伝送波長帯が限られ
た光増幅器を用いて光ファイバを1段あるいは多段に接
続した光増幅中継システムでは、伝送可能な光波長帯域
が限られるため、基準信号光と測定信号光の2波の信号
光を伝送し、受信端においてこれらの2波を分離するこ
とは極めて困難である。例えば太平洋横断を目的とした
光増幅中継システムに相当する距離では、伝送可能な光
波長帯域は2〜3ナノメートルと狭帯域となり、従来例
2を行うことは極めて困難である。加えてこのような光
増幅中継システムでは、構成要素である各光ファイバの
波長分散特性が累積するため、その総合的な伝送特性を
良好に保つためには各光ファイバの波長分散特性を高精
度に測定し、この測定結果により光中継システムの波長
分散特性の等化を行う等のフィードバック処理を行うこ
とが必要である。しかし、このような要求を充分満足す
る光通信線路の光波長分散特性の測定方法および装置
は、従来まだ提案されていない。
【0009】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決し、光ファイバや光増幅中継システム等の光通信線
路の波長分散特性を高精度に測定することができる波長
分散測定方法及び装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明による光波長分散測定方法は、光源からの光
出力が単一周波数信号で変調された光信号を光ファイバ
等の被測定光通信線路の入力端に入力し、該光通信線路
の出力端で前記変調された光信号を受信し、前記光出力
の波長を変化させ、前記入力端の単一周波数信号との位
相差を測定することによって前記光通信線路の波長分散
特性の測定を行う光波長分散特性測定法であって、波長
可変の第1の光信号と波長一定の第2の光信号から前記
光出力を得て、該第1の波長可変の光信号の発振波長を
変化して前記光通信線路内の光伝搬時間の変化を測定す
る毎に、前記第2の波長一定の光信号を用いて光通信線
路の伸縮に伴う光伝搬時間の変化を測定し、前記第1の
波長可変の光信号と前記第2の波長一定の光信号のそれ
ぞれの光伝搬時間の変化の測定時刻をそれぞれ記録し、
前記第2の波長一定の光信号による該測定時刻および変
動量から、前記第1の波長可変の光信号による該測定時
刻における光通信線路の伸縮による光伝搬時間の変化を
補間により正確に求め、該変化量を第1の波長可変の光
信号を用いて測定された光伝搬時間の変化から除くこと
により光通信線路の伸縮に伴う測定誤差が除去される光
波長分散測定方法である。また、本発明による波長分散
測定装置は、単一周波数信号を送出する発振器と、送出
される光信号が、波長一定の第1の光信号と測定波長帯
域にわたって波長が任意に定められる第2の光信号とか
らなり、該第1の光信号と該第2の光信号が交互に送出
され、該第2の光信号の波長が送出の度に所望の波長だ
け順次変更される光源手段と、該光源手段の光信号に該
発振器の単一周波数信号で強度変調を加える変調器と、
強度変調を加えられた光信号を伝搬させる被測定光通信
線路と、該被測定光通信線路を伝搬した光信号と該発振
器の単一周波数信号との位相差を検出する位相比較手段
と、該位相比較手段の位相差情報を得て、該光源手段か
ら前記第1の光信号と前記第2の光信号が送出される毎
に、該被測定光通信線路における前記第1の光信号と前
記第2の光信号の伝搬時間を測定すると共に測定時刻を
記録し、該第1の光信号の伝搬時間と該第2の光信号の
伝搬時間との差を算出し、該時間差から該被測定光通信
線路の光波長分散特性を算出する波長分散算出器とを備
えた構成を有している。
【0011】
【作用】同一の被測定光通信線路における波長一定の第
1の光信号の伝搬時間と測定波長帯域にわたって波長が
任意に定められる第2の光信号の伝搬時間とを測定し
て、その時間差を求めることにより、波長変化に伴う伝
搬時間の変化だけを得ることが出来る。すなわち、光フ
ァイバの伸縮は、第1の光信号と第2の光信号とが共に
受けているので、時間差を求める場合には誤差にはなら
ない。
【0012】
【実施例1】図1は、本発明の光波長分散測定装置の第
1の実施例の構成図である。図1において、2は温度を
制御することによって単一の光源で複数の光信号波長を
発光することができる波長可変光源(いくつかの光波長
の光源を組合せて構成される波長可変光源や外部共振器
構造の光源を用いた波長可変光源等を用いてもよ
い。)、16は波長可変光源2の光信号波長のうちの一
つの光信号波長の出力光を発光する波長固定光源、12
は波長固定光源16と波長可変光源2の二つの出力光信
号のうちの1つを選択する光切替器、1は単一周波数信
号を供給する発振器、15は発振器1の周波数信号に従
い光切替器12の出力光信号に強度変調を行う光変調
器、5は光ファイバ又は光増幅器を用いて光ファイバを
一段もしくは多段に接続した光増幅中継システムなどの
被測定光通信線路、7は被測定光線路5の出力を受けて
光信号を電気信号に変換する光受信器、8は光受信器7
と発振器1の出力の電気信号の位相差を得る位相比較器
である。また13は、波長可変光源2の出力光の波長切
替及び光切替器12の前記の切替動作を制御すると共に
位相比較器8からの位相差情報を得て、被測定光通信線
路5を伝搬する光信号の相対伝搬時間を測定すると共に
測定時刻を記録し、被測定光通信線路5の群遅延特性な
らびに光波長分散特性を算出する波長分散算出器であ
る。本実施例では、波長分散算出器13にはパーソナル
コンピュータを利用した。
【0013】波長可変光源2は、1556nmから15
60nmにわたって、0.1nm程度毎に36種の波長
の光信号を発光させた。波長固定光源16からは、15
58nmの基準測定信号光を発光させた。波長分散算出
器13の制御に従って、光切替器12は、波長可変光源
2の光信号と波長固定光源16の光信号とを交互に切替
えて出力し、光切替器12を切り替える度に、波長可変
光源2の光信号の波長は所定波長だけ変更される。発振
器1は、1.2GHzの周波数信号をLiNbO3 強度
変調器である光変調器15と位相比較器8に加える。従
って、被測定光通信線路5には、1558nmの基準測
定信号光と1556nmから1560nmまでの間の測
定信号光が交互に通過する。被測定光通信線路5には、
138台の光増幅器と138区間の33km長の光ファ
イバで構成される4564km光増幅システムを用い
た。この被測定光通信線路5を通過した基準測定信号光
と測定信号光を光受信器7で受光し、位相比較器8で光
受信器7の出力の電気信号と発振器1の単一周波数信号
の位相を比較することにより相対伝搬時間が測定され
る。波長分散算出器13は、合わせて測定時刻をそれぞ
れについて記録する。1556nmから1560nmの
各測定信号光について、相対伝搬時間を測定することに
より図2の結果が得られた。
【0014】さらに、波長分散算出器13は、測定信号
光の相対伝搬時間から、該測定信号光の測定時刻に近接
して測定した基準測定信号光の相対伝搬時間から前記測
定信号光の測定時刻における光通信線路の伸縮を求め、
光通信線路の伸縮に伴う測定誤差を除去した相対伝搬時
間差を得て、この伝搬時間差から図3aに示す群遅延量
を算出し、群遅延量から波長分散量を算出する。
【0015】図2は、本発明の光波長分散測定方法にお
ける被測定光通信線路5の伸縮に起因する測定誤差の除
去性能に関する実際の測定結果を示す。図2のaの特性
は、波長可変光源2の測定信号光により、得られた相対
伝搬時間を示しており、図2のbの特性は、波長固定光
源16の基準測定信号光により得られた相対伝搬時間を
示しており、被測定光通信線路5の長さ伸縮の影響を意
味している。図2のbより測定中においてシステムを構
成する光ファイバは81cm短くなっていることが読み
取れる。図2のaから図2のbを引くことによって得ら
れたものが図3のaの群遅延特性であり、これを波長で
微分して図3のbの波長分散特性を求める。
【0016】この波長分散算出器13の処理フローは次
のように要約される。 波長固定光源16の基準測定信号光が被測定光通信
線路5を伝搬する相対伝搬時間(τr(i))を測定すると
共にその測定時刻(tr(i))を記録する。 波長可変光源2の測定信号光の光波長λ(i) を目的
の値に変化させて、該光波長(λ(i) )の測定信号光が
被測定光通信線路5を伝搬する相対伝搬時間(τp(i))
を測定すると共にその測定時刻(tp(i))を記録する。 の光波長(λ(i) )を測定波長帯域にわたって所
定波長だけ順次変化させながら〜を所定の回数(n
回)になるまで図4のように繰り返す。 最後に波長固定光源16の基準測定信号光が被測定
光通信線路5を伝搬する相対伝搬時間(τr(n+1))を測
定すると共にその測定時刻(tr(n+1))を記録する。
【0017】の波長一定の基準測定信号光で測定され
た相対伝搬時間(τr(i))は被測定光通信線路5の長さ
の伸縮変化を示しており、の光波長(λ(i) )を変化
させて得た相対伝搬時間(τp(i))は、群遅延時間(τ
g(i))と被測定光通信線路5の長さの伸縮変化による遅
延時間(τ(i) )を含んでいる(τp(i)=τg(i)+τ
(i) )。ここでτ(i) が求められれば所望の群遅延時間
(τg(i))を求めることができる。被測定光通信線路5
を構成する光ファイバは熱応答速度が遅く、外部環境温
度の変動による急激な長さ変化は生じないため、直線補
間法を用いて次式(1)によりτ(i) を算出することが
できる(図5,6参照)。
【0018】
【数1】 従って、群遅延時間(τg(i))を次式(2)により算出
することができる。
【0019】
【数2】τg(i)=τp(i)−τ(i) (2)
【0020】実施例では、tr(i)とτr(i)およびtr(i
+1)とτr(i+1)の2点データを用いた直線補間に
よりτ(i) を算出したが、tr(1)とτr(1)からtr(n+
1)とτr(n+1)のn+1個のデータを用いた測定点
を一括で補間する公知の方法によっても容易に達成でき
る。なお、誤差が多少増えるがさらに簡単に、τp(i)に
近接して測定したτr(i)を用いて、群遅延時間(τg
(i))を次式(3)により算出することができる。
【0021】
【数3】τg(i)=τp(i)−τr(i) (3)
【0022】一般に測定により求められた群遅延特性は
近似式で近似される。例えばITU(前CCITT)
“Report of WP5/XV SGXV, TD-142,143, 1989 ”の勧告
によると群遅延特性の近似式として1.5μm〜1.6
μmの帯域では最小二乗法二次式が有効であることが示
されている。この近似式は
【0023】
【数4】τgd(λ) =Aλ2 +Bλ+C (4) で表される。A,BおよびCは定数である。
【0024】従って、測定されたτg(λ)を用いて前記
近似式を求めた後、前記τgd(λ)を波長λで微分する
と波長分散D(λ)は
【0025】
【数5】D(λ)=2Aλ+B (5) で求めることができる。
【0026】
【実施例2】図7は、本発明の第2の実施例の光波長分
散測定装置の構成図である。実施例1と同一部品は、同
一参考番号を付している。図7において、3は光変調器
15の出力を分波する光分波器、4は基準光ファイバ、
6は基準光ファイバ4の出力を受けて光信号を電気信号
に変換する光受信器である。この実施例2は、位相比較
を行う信号を波長可変光源2の測定信号光や波長固定光
源の基準測定信号光より得るところが、実施例1と異な
っている。すなわち、光変調器15の出力光を光分波器
3を介して分波し、その分波された光信号を基準光ファ
イバ4に伝搬させ、その伝搬した光信号を光受信器6で
電気信号に変え、位相比較器8に入力する。実施例1で
は測定光通信線路5を伝搬する光信号は光変調器15に
よって変調を受ける際、この変調器の波長特性によって
変調信号出力の信号位相が変化することがある。一方位
相比較器8に加わる基準信号は直接発振器1から供給さ
れるため、測定結果には前記の光変調器15の波長特性
が含まれる誤差となる場合がある。しかし、この実施例
2では位相比較器8に加わる基準信号は光変調器15の
出力を用いるので、光変調器15の波長特性で相殺さ
れ、前記の誤差を生じることはない。
【0027】
【実施例3】図8は、本発明の第3の実施例の波長分散
測定装置の構成図である。実施例2と同一部品は、その
説明を省く。図8において、14は波長可変の切替速度
が極めて早い外部共振器構造の波長可変光源である。本
発明の実施例2では波長固定光源9と波長可変光源2の
二つの光信号源を光切替器11で切り替えて使用してい
たが、波長切替速度が早い波長可変光源14を用いるこ
とにより、該波長可変光源14のみで前記波長固定光源
9、波長可変光源2および光切替器11を代用すること
が可能であり、前記実施例2と同様の良好な効果が得ら
れる。実施例1,実施例2及び実施例3においては、光
変調器を用いて、光信号に単一周波数信号で強度変調を
加えているが、直接変調可能な光源を使用する場合に
は、光源に発振器の出力を与え、直接変調を行わせても
よい。
【0028】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば簡単な構成により光ファイバの伸縮に起因する測定
誤差を良好に除去することができ、高精度な測定が実現
可能である。従って、本発明の分散測定方法は、厳密な
分散特性の把握を必要とする光ファイバ通信システムや
光増幅システム、ならびにそれらを構成する光ファイバ
の分散特性を測定する手段として広く適用が可能であ
り、その効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の第1の実施例による測定結果を説明す
るための図である。
【図3】本発明の第1の実施例による測定結果を説明す
るための図である。
【図4】本発明の第1の実施例による測定結果を説明す
るための図である。
【図5】本発明の第1の実施例による測定結果を説明す
るための図である。
【図6】本発明の第1の実施例による測定結果を説明す
るための図である。
【図7】本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。
【図8】本発明の第3の実施例を示すブロック図であ
る。
【図9】従来の光波長分散測定方法を説明するためのブ
ロック図である。
【図10】従来の光波長分散測定方法を説明するための
ブロック図である。
【符号の説明】
1 発振器 2 波長可変光源 3 光分波器 4 基準光ファイバ 5 被測定光通信線路 6 光受信器 7 光受信器 8 位相比較器 9 基準光源 10 光合波器 11 波長選択型光分波器 12 光切替器 13 波長分散算出器 14 波長可変光源 15 光変調器 16 波長固定光源

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源からの光出力が単一周波数信号で変
    調された光信号を光ファイバ等の被測定光通信線路の入
    力端に入力し、前記光通信線路の出力端で前記変調され
    た光信号を受信し、前記光出力の波長を変化させ、前記
    入力端の単一周波数信号との位相差を測定することによ
    って前記光通信線路の波長分散特性の測定を行う光波長
    分散特性測定法であって、 波長一定の第1の光信号と波長可変の第2の光信号から
    前記光出力を得て、該第2の波長可変の光信号の発振波
    長を変化して前記光通信線路内の光伝搬時間の変化を測
    定する毎に、前記第1の波長一定の光信号を用いて前記
    光通信線路の伸縮に伴う光伝搬時間の変化を測定し、 前記第2の波長可変の光信号と前記第1の波長一定の光
    信号のそれぞれの光伝搬時間の変化の測定時刻をそれぞ
    れ記録し、 前記第1の波長一定の光信号による該測定時刻および光
    伝搬時間の変化量から、前記第2の波長可変の光信号に
    よる該測定時刻における可変光通信線路の伸縮による光
    伝搬時間の変化量を補間により求め、 前記光通信線路の伸縮による光伝搬時間の該変化量を第
    2の波長可変の光信号を用いて測定された光伝搬時間の
    変化量から除くことにより前記光通信線路の伸縮に伴う
    測定誤差が除去される光波長分散測定方法。
  2. 【請求項2】 単一周波数信号を送出する発振器と、 送出される光信号が、波長一定の第1の光信号と測定波
    長帯域にわたって波長が任意に定められる第2の光信号
    とからなり、該第1の光信号と該第2の光信号が交互に
    送出され、該第2の光信号の波長が送出の度に所望の波
    長だけ順次変更される光源手段と、 該光源手段の光信号に該発振器の単一周波数信号で強度
    変調を加える変調器と、 強度変調を加えられた光信号を伝搬させる被測定光通信
    線路と、 該被測定光通信線路を伝搬した光信号と該発振器の単一
    周波数信号との位相差を検出する位相比較手段と、 該位相比較手段の位相差情報を得て、該光源手段から前
    記第1の光信号と前記第2の光信号が送出される毎に、
    該被測定光通信線路における前記第1の光信号と前記第
    2の光信号の伝搬時間を測定すると共に測定時刻を記録
    し、該第1の光信号の伝搬時間と該第2の光信号の伝搬
    時間との差を算出し、該時間差から該被測定光通信線路
    の光波長分散特性を算出する波長分散算出器とを備えた
    光波長分散測定装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の光信号の伝搬時間と前記第2
    の光信号の伝搬時間との差を算出するにあたり、該第2
    の光信号の伝搬時間を測定した時刻に対応する該第1の
    光信号の伝搬時間を、近接した時間に測定した該第1の
    光信号の伝搬時間から補間法を用いて算出するように前
    記波長分散算出器が構成されていることを特徴とする請
    求項2に記載の波長分散測定装置。
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