JPH08334436A - 光ファイバの波長分散測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 両端の設置位置が遠隔地にある被測定ファイ
バにも適用可能な光ファイバの波長分散測定方法を提供
する。 【構成】 光源３より発生した光をビームスプリッタ４
で測定光及び参照光に分け、参照光をそのまま光検出器
５に導くとともに、測定光を光サーキュータ８を介して
被測定ファイバ１の一端１ａより入射して伝搬させ、こ
れを他端１ｂ側に設けた双方向光増幅器９で増幅し、全
反射ミラー１０で反射させて被測定ファイバ１を逆方向
に再度伝搬させ、一端１ａより出射する測定光を光サー
キュータ８を介して光検出器６に導き、参照光及び被測
定ファイバ１往復伝搬後の測定光を電気信号に変換し、
それらの位相差を位相差計７で求め、さらに遅延時間を
求め、これを光波長を変えて繰り返すことにより波長分
散を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単一モード光ファイバ
の波長分散特性を該ファイバの一端において測定する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の位相法による波長分散測定
方法の一例を示すもので、図中、１は被測定ファイバ、
２は発振器、３は波長可変光源、４はビームスプリッ
タ、５，６は広帯域光検出器、７は位相差計である。

【０００３】前記構成において、発振器２より一定の周
波数ｆの正弦波信号を発生させ、これを変調信号として
光源３に入力し、該光源３より前記周波数ｆの正弦波信
号で変調された波長λの光を発生させる。光源３より発
生した光はビームスプリッタ４で２つの光、即ち測定光
と参照光とに分岐され、測定光は被測定ファイバ１の一
端に入射され、参照光は光検出器５に入力される。ま
た、被測定ファイバ１を伝搬し、その他端より出射され
た測定光は光検出器６に入力される。

【０００４】光検出器５に入力された参照光及び光検出
器６に入力された被測定ファイバ１伝搬後の測定光はそ
れぞれ電気信号に変換され、位相差計７に入力される。
位相差計７では入力された２つの電気信号における周波
数ｆの成分の位相差を検出する。この位相差より被測定
ファイバ１における遅延時間を求めることができる。

【０００５】また、波長可変光源３より波長λを変えた
光（変調周波数ｆはそのまま）を発生させ、前記同様の
測定を行い、その時の波長に対する被測定ファイバ１に
おける遅延時間を求める。以下、同様に光の波長を変化
・掃引させて遅延時間を測定することにより、被測定フ
ァイバ１における遅延時間の波長依存性を測定し、さら
にそのデータを波長に関して微分することによって被測
定ファイバ１の波長分散を求めることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た測定方法では、被測定ファイバの一端より測定光を入
射して他端よりこれを取り出しているため、図２中の破
線Ａで囲まれた互いに光ファイバや電気ケーブルで接続
される装置構成（以下、測定装置本体と称す。）に被測
定ファイバの両端を結合しなければならず、既設の光フ
ァイバケーブルのように両端の設置位置が離れている被
測定ファイバには適用できないという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、両端の設置位置が遠隔地
にある被測定ファイバにも適用可能な光ファイバの波長
分散測定方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、請求項１として、正弦波で強度変調された
光を２つに分けて一方を測定光、他方を参照光とし、被
測定ファイバを伝搬させた後の測定光とそのままの参照
光との位相差を測定し、該位相差から遅延時間を求め、
これを光の波長を変えて繰り返すことにより被測定ファ
イバの波長分散を測定する光ファイバの波長分散測定方
法において、測定光を被測定ファイバの一端より入射し
て該被測定ファイバを伝搬させ、被測定ファイバの他端
にて増幅するとともに反射させて該被測定ファイバを再
度伝搬させ、前記一端より出射される測定光と参照光と
の位相差を測定するようになした光ファイバの波長分散
測定方法を提案する。

【０００９】また、請求項２として、パルス光を２つに
分けて一方を測定光、他方を参照光とし、被測定ファイ
バを伝搬させた後の測定光とそのままの参照光との遅延
時間を測定し、これをパルス光の波長を変えて繰り返す
ことにより被測定ファイバの波長分散を測定する光ファ
イバの波長分散測定方法において、測定光を被測定ファ
イバの一端より入射して該被測定ファイバを伝搬させ、
被測定ファイバの他端にて増幅するとともに反射させて
該被測定ファイバを再度伝搬させ、前記一端より出射さ
れる測定光と参照光との遅延時間を測定するようになし
た光ファイバの波長分散測定方法を提案する。

【００１０】また、請求項３として、被測定ファイバの
一端より入射する前の測定光及び被測定ファイバの一端
より出射された後の測定光を増幅するようになした請求
項１又は２記載の光ファイバの波長分散測定方法を提案
する。

【００１１】

【作用】本発明の請求項１によれば、測定光を被測定フ
ァイバの一端より入射して往復伝搬させ、取り出すこと
ができ、他端が遠隔地にあっても位相法による波長分散
測定を行うことができる。また、請求項２によれば、測
定光を被測定ファイバの一端より入射して往復伝搬さ
せ、取り出すことができ、他端が遠隔地にあっても波長
分散測定を行うことができることはもとより、測定光と
参照光との遅延時間を直接、測定でき、波長分散をより
簡単に測定できる。また、請求項３によれば、被測定フ
ァイバへの入射前及び出射後に測定光を増幅することに
より、測定のダイナミックレンジを増加させることがで
きる。

【００１２】

【実施例１】図１は本発明の波長分散測定方法の第１の
実施例を示すもので、図中、従来例と同一構成部分は同
一符号をもって表す。即ち、１は被測定ファイバ、２は
発振器、３は波長可変光源、４はビームスプリッタ、
５，６は広帯域光検出器、７は位相差計、８は光サーキ
ュレータ、９は双方向光増幅器、１０は全反射ミラーで
ある。

【００１３】光サーキュレータ８は光を一定の方向にの
み伝達するもので、ビームスプリッタ４、被測定ファイ
バ１の一端１ａ及び光検出器６と結合され、ビームスプ
リッタ４からの光を被測定ファイバ１の一端１ａに入射
し、該被測定ファイバ１の一端１ａから出射される光を
光検出器６へ導くように設置される。双方向光増幅器９
は光がいずれの方向に伝搬している時でもその光強度を
増幅するもので、被測定ファイバ１の他端１ｂと全反射
ミラーとの間に挿入・結合される。双方向光増幅器９と
しては、例えばエルビウム添加光ファイバ及び励起光を
発生する半導体レーザからなり、光フィルタ、光アイソ
レータを含まない双方向増幅エルビウム添加光ファイバ
増幅器が使用できる。

【００１４】これを動作させるには、まず、従来の場合
と同様に、発振器２より一定の周波数ｆの正弦波信号を
発生させ、これを変調信号として光源３に入力し、該光
源３より前記周波数ｆの正弦波信号で変調された波長λ
の光を発生させる。光源３より発生した光はビームスプ
リッタ４で２つの光、即ち測定光と参照光とに分岐さ
れ、参照光はそのまま光検出器５に入力されるが、測定
光は光サーキュレータ８を介して被測定ファイバ１の一
端１ａに入射される。

【００１５】被測定ファイバ１の一端１ａに入射された
測定光は該被測定ファイバ１を伝搬して他端１ｂに達
し、光増幅器９で増幅される。増幅された測定光は全反
射ミラー１０で全反射され、再び光増幅器９で増幅され
た後、被測定ファイバ１の他端１ｂに入射される。被測
定ファイバ１の他端１ｂに入射された測定光は該被測定
ファイバ１を前記とは逆方向に伝搬して一端１ａに達
し、光サーキュレータ８を介して光検出器６に入力され
る。

【００１６】光検出器５に入力された参照光及び光検出
器６に入力された被測定ファイバ１往復伝搬後の測定光
はそれぞれ電気信号に変換され、位相差計７に入力され
て位相差が検出され、以下、従来の場合と同様に光の波
長を掃引させることにより被測定ファイバ１の遅延時間
の波長依存性が測定され、波長分散が測定される。な
お、この場合、測定光の伝搬長が従来の場合と比べて２
倍になるので、測定精度も向上する。

【００１７】ここで、被測定ファイバ１の測定可能距離
を増加するためには双方向光増幅器９の利得を増やせば
良い（但し、光増幅器の端面と全反射ミラーとの間で発
振が起こらないように注意する必要がある。）。

【００１８】前記構成によれば、測定光を被測定ファイ
バ１の一端１ａより入射して往復伝搬させ、取り出すこ
とができるため、他端１ｂが遠隔地にあっても測定装置
本体Ａをそのまま用いて位相法による波長分散測定を行
うことができ、既設の光ファイバケーブルにも適用でき
る。

【００１９】図３は単一モード分散シフトファイバの分
散特性の測定例を示すもので、同図(a) は群遅延時間の
波長依存性、同図(b) は分散の波長依存性をそれぞれ示
すものである。ここでは被測定ファイバの長さは７５ｋ
ｍ、損失は0.25ｄＢ／ｋｍとした。また、発振器２から
は２ＧＨｚの正弦波信号を発生させ、光源３からはパワ
ーが−１４ｄＢｍのレーザ光を発生させ、波長は1540〜
1560ｎｍの範囲で１ｎｍ間隔で掃引を行った。また、双
方向光増幅器の利得は２０ｄＢとした。

【００２０】

【実施例２】図４は本発明の第２の実施例を示すもの
で、ここでは第１の実施例における双方向光増幅器及び
全反射ミラーの代わりに光サーキュレータ及び光増幅器
を用いた例を示す。即ち、図中、１１は光サーキュレー
タ、１２は光増幅器であり、光サーキュレータ１１は被
測定ファイバ１の他端１ｂ、光増幅器１２の入力端及び
出力端と結合され、被測定ファイバ１の他端１ｂから出
射される光を光増幅器１２の入力端に導き、光増幅器１
２の出力端から出力される光を被測定ファイバ１の他端
１ｂに入射するように設置される。光増幅器１２として
は、例えばエルビウム添加光ファイバ増幅器が使用でき
る。その他の構成は第１の実施例と同様である。

【００２１】これの動作は、被測定ファイバ１の他端１
ｂ側での動作を除いて第１の実施例の場合と同様であ
る。即ち、被測定ファイバ１を伝搬し、他端１ｂに到達
した測定光は光サーキュレータ１１を介して光増幅器１
２に入力され、ここで増幅されて出力されるが、この出
力光は光サーキュレータ１１を介して被測定ファイバ１
の他端１ｂに入射される。つまり、光サーキュレータ１
１が第１の実施例における全反射ミラーの役目を果たし
ていることになる。なお、被測定ファイバ１の測定可能
距離を増加するためには光増幅器１２の利得を増やせば
良い。

【００２２】前記構成によれば、第１の実施例の場合と
同様、測定光を被測定ファイバ１の一端１ａより入射し
て往復伝搬させ、取り出すことができるため、他端１ｂ
が遠隔地にあっても測定装置本体Ａをそのまま用いて位
相法による波長分散測定を行うことができ、既設の光フ
ァイバケーブルにも適用できる。

【００２３】

【実施例３】図５は本発明の第３の実施例を示すもの
で、ここでは第１の実施例においてビームスプリッタ及
び光検出器と光サーキュレータとの間に光増幅器を挿入
した例を示す。即ち、図中、１３，１４はエルビウム添
加光ファイバ増幅器であり、エルビウム添加光ファイバ
増幅器１３はビームスプリッタ４と光サーキュレータ８
との間に挿入・結合され、また、エルビウム添加光ファ
イバ増幅器１４は光サーキュレータ８と光検出器６との
間に挿入・結合される。

【００２４】これの動作は、ビームスプリッタ４及び光
検出器６と光サーキュレータ８との間の動作を除いて第
１の実施例の場合と同様である。即ち、ビームスプリッ
タ４で分岐された測定光は光ファイバ増幅器１３に入力
されて増幅され、光サーキュレータ８を介して被測定フ
ァイバ１の一端１ａに入射される。また、被測定ファイ
バ１を往復し、一端１ａから出射された測定光は光サー
キュレータ８を介して光ファイバ増幅器１４に入力され
て増幅され、光検出器６に入力される。

【００２５】前記構成において、被測定ファイバ１の測
定可能な損失の領域、つまり測定可能距離は光源３の出
力パワーと光検出器６の許容検出範囲とにより制限され
るが、光増幅器１３，１４を用いることにより前記領域
及び距離を拡大することができる。測定可能距離を増加
するためには光増幅器１３，１４の利得を増やすことが
必要であるが、被測定ファイバ１が数１０ｋｍ以上の場
合、測定光のパワーが数ｄＢあると誘導ブリルアン散乱
が発生し、測定誤差を生じさせる。従って、誘導ブリル
アン散乱が発生しないように光増幅器１３の利得を抑え
るか、信号光にブリルアン散乱を抑えるための周波数変
調を加えれば良い。

【００２６】例えば、ビームスプリッタ４で分岐された
測定光のパワーを−１０ｄＢｍ、光検出器６の許容検出
範囲を−３０ｄＢｍ以上とすると、被測定ファイバ１の
両端を測定装置本体Ａに接続する従来の波長分散測定方
法では、ダイナミックレンジは２０ｄＢとなる。第１の
実施例のように、被測定ファイバ１の一端に測定装置本
体Ａを接続し、他端に双方向光増幅器９及び全反射ミラ
ー１０を接続する方法では、双方向光増幅器９の利得を
２０ｄＢとすると、ダイナミックレンジは−３０ｄＢｍ
で受光する場合に４０ｄＢとなるが、被測定ファイバ１
中を信号光が往復することを考慮するとシステムのダイ
ナミックレンジは２０ｄＢとなる。

【００２７】一方、本実施例のように光増幅器１３，１
４を使用すると、各光増幅器の利得を１０ｄＢ，２０ｄ
Ｂとすれば、全ダイナミックレンジは７０ｄＢとなり、
システムとしてのダイナミックレンジは３５ｄＢにまで
改善することができる。３５ｄＢのダイナミックレンジ
があれば、ファイバの光損失を0.25ｄＢ／ｋｍとして１
４０ｋｍの既設ファイバの測定が可能になる。

【００２８】誘導ブリルアン散乱を抑制した最大入力は
＋１０ｄＢｍ程度であり、信号光の光増幅器及びプリア
ンプでの利得をそれぞれ３０ｄＢとすれば、−３０ｄＢ
ｍの受光感度の場合、片道５０ｄＢのダイナミックレン
ジが得られる。従って、0.25ｄＢ／ｋｍの損失を仮定す
ると、２００ｋｍのファイバ長の分散を求めることが可
能となる。

【００２９】この結果から明らかなように、従来の測定
方法に比べて測定可能な光ファイバの長距離化が実現さ
れ、陸上の通信網における中継間隔８０ｋｍを大幅に越
える測定が可能になり、その重要度が高い。

【００３０】

【実施例４】図６は本発明の第４の実施例を示すもの
で、ここでは第１の実施例において波長可変光源及び位
相差計の代わりに波長可変パルス光源及びオシロスコー
プを用いた例を示す。即ち、図中、１５は波長可変パル
ス光源であり、前記波長可変光源３と同様な範囲の波長
のパルス光を発生し、ビームスプリッタ４に出力する。
また、１６はオシロスコープであり、光検出器５，６か
らの電気信号が入力される。

【００３１】これの動作は、測定光及び参照光に正弦波
信号で変調された光を使用して測定光と参照光との位相
差から被測定ファイバ中の遅延時間を求める代わりに、
測定光及び参照光にパルス光を使用して被測定ファイバ
中の遅延時間を直接、求める点を除いて第１の実施例の
場合と同様である。

【００３２】即ち、まず、波長可変パルス光源１５より
波長λのパルス光を発生させる。これはビームスプリッ
タ４で２つの光、即ち測定光と参照光とに分岐され、参
照光はそのまま光検出器５に入力されるが、測定光は被
測定ファイバ１を往復伝搬させた後、光検出器６に入力
される。光検出器５に入力された参照光及び光検出器６
に入力された被測定ファイバ１往復伝搬後の測定光はそ
れぞれ電気信号に変換され、オシロスコープ１６に入力
されて時間差が測定され、この時間差より波長λに対す
る被測定ファイバ１の遅延時間を求める。その後、従来
の場合と同様に波長を掃引させることにより被測定ファ
イバ１の遅延時間の波長依存性が測定され、波長分散が
測定される。

【００３３】前記構成によれば、位相法とは別の参照光
を使用する波長分散測定方法で被測定ファイバの一端の
みから波長分散を測定できる。従来、参照光を必要とす
る波長分散測定方法は位相法に限らずファイバの両端が
同一地点になければ適用できなかったが、一端のみより
波長分散が測定できるようになる。このように本実施例
では、位相法に限らず、参照光を必要とするあらゆる波
長分散測定方法において、既設の光ファイバケーブルに
も適用できる。

【００３４】第１の実施例では隣接した２つの波長でそ
れぞれ測定された位相差が２πを越えると、位相差２π
のずれの判断が困難で位相差から遅延時間を求めるのが
困難であったが、本実施例によれば、遅延時間を直接、
測定できるため、そのような問題が生じず、測定が簡素
化される。

【００３５】なお、本第４の実施例においても、第２の
実施例の場合と同様に双方向光増幅器及び全反射ミラー
の代わりに光サーキュレータ及び光増幅器を用いること
ができ、また、第３の実施例の場合と同様にビームスプ
リッタ及び光検出器と光サーキュレータとの間に光増幅
器を挿入することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明の請求項１によ
れば、測定光を被測定ファイバの一端より入射して往復
伝搬させ、取り出すことができるため、他端が遠隔地に
あっても位相法による波長分散測定を行うことができ、
既設の光ファイバケーブルにも適用できる。

【００３７】現在、光ソリトン通信を含む光ファイバ通
信の超高速化に向けて、既設の光ファイバケーブルの波
長分散の測定が必要不可欠なものとなっているが、本発
明により、測定装置本体の変更を必要とすることなく、
従来の位相法による波長分散測定を実施することができ
る。

【００３８】また、本発明の請求項２によれば、測定光
を被測定ファイバの一端より入射して往復伝搬させ、取
り出すことができるため、他端が遠隔地にあっても波長
分散測定を行うことができ、既設の光ファイバケーブル
にも適用できることはもとより、測定光と参照光との遅
延時間を直接、測定できるため、位相法で位相差が２π
を越えた時のように、直ちに遅延時間が求められないと
いう問題を生じることがない。

【００３９】また、本発明の請求項３によれば、被測定
ファイバへの入射前及び出射後に測定光を増幅すること
により、測定のダイナミックレンジを増加させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波長分散測定方法の第１の実施例を示
す構成図

【図２】従来の位相法による波長分散測定方法の一例を
示す構成図

【図３】第１の実施例による波長分散特性の測定例を示
す図

【図４】本発明の波長分散測定方法の第２の実施例を示
す構成図

【図５】本発明の波長分散測定方法の第３の実施例を示
す構成図

【図６】本発明の波長分散測定方法の第４の実施例を示
す構成図

【符号の説明】

１…被測定ファイバ、２…発振器、３…波長可変光源、
４…ビームスプリッタ、５，６…光検出器、７…位相差
計、８，１１…光サーキュレータ、９…双方向光増幅
器、１０…全反射ミラー、１２，１３，１４…光増幅
器、１５…波長可変パルス光源、１６…オシロスコー
プ、Ａ，Ａ´…測定装置本体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正弦波で強度変調された光を２つに分け
   て一方を測定光、他方を参照光とし、被測定ファイバを
   伝搬させた後の測定光とそのままの参照光との位相差を
   測定し、該位相差から遅延時間を求め、これを光の波長
   を変えて繰り返すことにより被測定ファイバの波長分散
   を測定する光ファイバの波長分散測定方法において、 測定光を被測定ファイバの一端より入射して該被測定フ
   ァイバを伝搬させ、被測定ファイバの他端にて増幅する
   とともに反射させて該被測定ファイバを再度伝搬させ、
   前記一端より出射される測定光と参照光との位相差を測
   定するようになしたことを特徴とする光ファイバの波長
   分散測定方法。
2. 【請求項２】 パルス光を２つに分けて一方を測定光、
   他方を参照光とし、被測定ファイバを伝搬させた後の測
   定光とそのままの参照光との遅延時間を測定し、これを
   パルス光の波長を変えて繰り返すことにより被測定ファ
   イバの波長分散を測定する光ファイバの波長分散測定方
   法において、 測定光を被測定ファイバの一端より入射して該被測定フ
   ァイバを伝搬させ、被測定ファイバの他端にて増幅する
   とともに反射させて該被測定ファイバを再度伝搬させ、
   前記一端より出射される測定光と参照光との遅延時間を
   測定するようになしたことを特徴とする光ファイバの波
   長分散測定方法。
3. 【請求項３】 被測定ファイバの一端より入射する前の
   測定光及び被測定ファイバの一端より出射された後の測
   定光を増幅することを特徴とする請求項１又は２記載の
   光ファイバの波長分散測定方法。