JPS607333A - 偏波保持光フアイバの測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、通信用光ファイバの測定に関する。

特に、単一モード光ファイバの偏波モード結合係数また
は消光比を非破壊的に測定する方法および装置に関する
ものである。

〔従来技術の説明〕

現在、単一モード光ファイバを用いてコヒーレント光伝
送を行う、大容量で長距離の光伝送方式の研究が進めら
れている。この方式では、光ファイバの送端から入射す
る信号光の入射偏波方向が、光ファイバを伝播しても保
持されることが必要であり、受端の出射端では出力光が
直線偏光でなければならない。このための光ファイバと
して、楕円コア形、楕円クラッド形、応力伺与形、サイ
トピント形、あるいはねじれ形などが提案されている。

これらの光ファイバはいずれも、光弾力性効果により縮
退したＨ　Ｅ　ｓ１モードを分離し、光ファイバの長手
方向にわたって偏波を保持するように構成されたもので
ある。

第１図に、従来から用いられているこのような光ファイ
バの偏波モード結合係数および消光比の測定装置を示す
。この従来例装置は、光源１の出力光（この場合には連
続光）を偏光子２を通過させて直線偏光とし、被測定光
ファイバ３の一端に入射させる。このとき、この光ファ
イバ３の偏光方向の主軸をＸ軸とすると、入射光の偏光
方向をＸ軸に合わせる。この光ファイバ３の出射端では
、出力光を検光子４を通過させて、この光ファイノー３
の偏光方向の主軸の方向Ｘ方向とこれに直交するｙ方向
とのそれぞれについて、光電変換器５で検出し、偏波モ
ード結合係数および消光比を計算するものである。

ごの従来例方法は、あくまでも被測定光ファイバ３の全
長にわたる偏波モード結合係数および消光比の測定をす
るものであって、被測定光ファイバ３の偏波モード結合
係数および消光比を部分的に測定することはできない。

かりに、これを部分的に測定するならば、被測定光ファ
イノ＼３を途中で切断しなげればならない。また、長尺
の単一モード光ファイバ、あるいは途中に接続点のある
単一モード光ファイバを通信路に敷設した場合に、その
光ファイバの途中でなんらかの原因によってモートカッ
プリングが増大し、その位置で消光比特性が劣化した場
合には、その位置を探索することができない。

〔発明の目的〕

本発明は、これを改良するもので、長尺の単一モード光
ファイバの途中までの偏波モード結合係数および消光比
を非破壊的に測定することができる方法および装置を提
供することを目的とする。

また、本発明−１長尺の単一モード光ファイバのｌ。

途中に、モードカップリングが大きい点があるときに、
その点の位置を入射端から測定する方法および装置を提
供することを目的とする。

〔発明の特徴〕

本発明は、被測定単一モード光ファイバの入射端から光
パルス信号を入射させ、その光パルス信号によりその光
ファイバに生じる後方散乱光を利用して、その入射端に
戻る後方散乱光を、その光ファイバの偏光方向の主軸と
その主軸の直交方向のそれぞれについて測定し、偏波モ
ード結合係数および消光比を演算することを特徴とする
。

〔実施例による説明〕

本発明実施例装置により、本発明の測定方法およびその
原理を詳しく説明する。

第２図は本発明実施例装置の構成図である。光源１は光
パルス信号を発生ずる。この出力光である光パルス信号
は、偏光子２およびビームスプリンタ７を介して、被測
定単一モード光ファイバ３の一端に入射させる。この被
測定単一モード光ファイバ３では、この光パルス信号に
より後方散乱光が生じる。

入射端に設けられたビームスプリンタ７は、被測定光フ
ァイバ３から戻る光を反射させて、検光子４に導き、さ
らに超音波偏光器６を通過させて、光電変換器５により
電気信号に変換する。

一方、光源ｌはパルス発生器１１の出力信号に同期する
駆動回路１２により駆動される。このパルス発生器１１
の出力は遅延回路１３を介して駆動回路１４に与えられ
、その駆動回路１４の出力は超音波偏光器６を駆動する
。光電変換器５の出力ば増幅器２０で増幅され、演算回
路２１人力し、その演算回路２１の出力は表示器２２に
表示される。

このように構成された装置では、偏光子２の偏光角度を
調節して、入射光が被測定単一モード光ファイバ３の偏
光方向の主軸に一致するようにして、光パルス信号を被
測定光ファイバ３に入射ずる。光ファイバ３の内部では
後方散乱光が発生し、これが入射端に戻る。このとき、
光ファイバ３のモードカップリングが小さければ、後方
散乱光の強度の偏光方向は主軸方向に大きく、主軸の直
交方向には小さい。モードカップリングが大きくなるに
従い、偏光方向が直交方向である後方散乱光が大きくな
る。主軸方向および主軸の直交方向にそれぞれ偏光する
後方散乱光は、検光子４を回転させることにより識別す
る。

また、被測定光ファイバ３には後方散乱光のほか、遠端
の端面でフレネル反射が発生する。このフレネル反射に
よる反射光の強度は、後方散乱光の強度の数−ＦｄＢ以
上も大きいので、この反射光をマスクしないと、後方散
乱光の正確な測定が十分に行えないことがある。そのた
め、超音波偏光器６を用いる。すなわち、遅延回路１３
の遅延量を調節して、フレネル反射のタイミングで超音
波偏光器６を偏向させて、その出力光が光電変換器５に
達しないようにマスクする。

また、増幅器２１の出力信号を時間軸上に表示すると、
光ファイバ長に対する後方散乱光の分布を光ファイバ長
に沿って知ることができる。したがって、後方散乱光の
偏光に急激な変化点があれば、時間軸上でその入射端か
らの距離あるいは位置を知ることができる。

両信号光の強度Ｐ　ｂｓｘおよびＰ　ｂｓｙは演算回路
２Ｉによりその比率が演算される。その結果は、表示器
２２に表示される。ここで、演算回路２１でめられる比
率ηＩ］５（Ｌ）は、 ηｂｓ　（Ｌ）　−２ｈ　Ｉ−＋　Ｋ　−［まただし、
ｈＬ＜＜１ と表わすことができる。ｈは偏波モード結合係数、Ｌは
ファイバ長であり、Ｉ（はモード結合を生じるゆらぎの
大きさとレイリー散乱のゆらぎの大きさとの比率を表わ
す定数である。式（１ンばファイバ長しについての１次
関数であり、その傾きの２として長手方向にわたっての
偏波モード結合係数りが測定できることになる。またフ
ァイバ全長での消光比をＥＲ（Ｌ）とすると、 ＥＲ（Ｌ）　＝１０１ｏｇｔｏｈＬ　（ｄＢ）　＝（２
１で与えられる。

つぎに結合パワ一方程式を用いて上記式（１１および式
（２）を論理的に導出する。偏波保持光ファイノλの各
主軸方向でのパワーをＰｘ　（Ｚ）　、Ｐｙ　（Ｚ）と
すると、それらは次の連立方程式を満足する。

ｄＰｘ　（Ｚ） □＝−αｚ十ｈ　（Ｐｘ−Ｐｙ） Ｚ ・・・・・・（３，１’） ｃｔｐｙ　（Ｚ） □＝−αＺ−ｈ　（Ｐｘ−Ｐｙ） Ｚ ・・・・・・（３，２） ここで、αはファイバの光損失、ｈは偏波モード結合係
数である。上述の測定ではＸ方向偏波の光パルスをファ
イバに入射させるのでＰｘ　（０）＝Ｐｏ　、Ｐｙ　（
’０）＝Ｏのもとで解くと、Ｐｘ　（Ｌ）　＝Ｐｏ　ｅ
ｘｐ　（−ｈＬ）・ｃｏｓｈ　（ｈ　Ｌ）　ｅｘｐ　（
−ｔｘ　Ｌ）・・・・・・（４，１） Ｐｙ　（Ｌ）　＝Ｐｏ　ｅｘｐ　（−ｈＬ）・５ｉｎｈ
　（１１Ｌ）　ｅｘｐ　（ｃｙＬ）・・・・・・（４，
２） を得る。式（４，１）および式（４，２）によりＺ＝Ｌ
における消光比ηば ただしｈＬ＜＜１ となる。各主軸方向からの後方散乱信号Ｐｌ＋５ｘ（Ｌ
）およびＰＬ＋ｓｙ　（Ｌ）はレイリー散乱ｋ乱および
偏波モード結合の後方伝１般成分を８府して、次のよう
になる。

ここで、Ｓはレイリー散乱による後方散乱係数、〈１「
　（２ｋ）１２〉は誘電率テンソルの非対角要素の自己
相関関数Ｒ（Ｚｃｌ）のフーリエ変換である。

＜ｌｐ　（２ｋ）　１２　＞ ＝　ＳＲ（Ｚｄ）　ｅｘｐ　（−４２ｋＺｄ）　ｄ　Ｚ
ｄ　−−−１’？）ここで、ＺｄはＸ軸に沿っての２点
間の距離の差である。またＶｇはファイバ中の光の群速
度、Ｗは光のパルス幅、αＰばレイリー散乱係数である
。

これらの後方散乱信号が再び入射方向に伝搬して入射端
において観測される後方散乱信号Ｐ　ｂｓｘ、Ｐｂ５ｙ
は ＋　２　Ｋｅｘｐ　（−２ｈ　Ｌ）　ｃｏｓｂ　（ｈ　
Ｌ）・５ｉｎｈ　（ｈ　Ｌ）　）　−−（８，１）＋２
Ｋｅｘｐ　（２ｈＬ） ・ｃｏｓｂ２（ｈ　Ｌ）　ｌ　−−（８，２）となる。

ここてＫは次のように表わすことができる。

ＳαＰ Ｂｎ　（ｒｄ）　ｅｘｐ　（−ｉ２ｋＺｄ）　ｄ　Ｖｄ
・・・・・・・・・（９） ただし、ＷｏｘおよびＷｏｙはＸ軸およびＹ軸方向のス
ポットサイズであり、Ｂｎ（ｒｄ）は誘電率テンソルの
対角要素の自己相関関数である。ここで、ｒｄば任意の
２点間の距離である。式（８，１）および式（８，２）
からその比率ηｂｓ（Ｌ）はｈＬ〈〈１の条件ものとで ＃２ｈＬ＋Ｋ　・・・・・・・・・００）となる。この
式は式（１）と同一であり、この方法により長平方向で
のｈの変化が測定できることがわかる。もし、偏波モー
ド結合量を電界で取り扱い、それをａｍｃ（Ｌ）とおく
と、ηｂｓ（Ｌ）はηｂｓ（Ｌ）＝２〈１ａｍｃ（Ｌ）
）２〉→−Ｋ・・・・・・（１１） となることが証明でき、ｈが定数でない場合にも局所的
な偏波モード結合係数を＜　１ａｍｃ’（Ｌ）　１２〉
からめることができる。

〔試験結果〕

実際に、本発明の有用性を長さｌｋｍの応力付耳形偏波
保持ファイバを用いて測定した。光源１は１．３４μｍ
　ＹＡＧレーザ、超音波偏光器６ばＰｂＭ。

ｏ４結晶を用いた。

第３図はＸ方向およびＹ方向の後方散乱光Ｐ　ｂｓｘお
よびＰ　ｂｓｙを示す。両者の比をとることにより、η
ｂｓ（Ｌ）をめたものが第４図である。第４図の波形は
右上りの波形であり、予測とよく一致する。左端ＥＮＤ
Ｉから右端ＥＮＤ２までの消光比をめると１５．１ｄＢ
であり、その波形に対して直線を引くことにより偏波モ
ード結合係数りをめると約１．６　ＸＩＯｍ’であった
。

同様の実験をファイバの逆方向から光パルスを入射して
行った結果を第５図および第６図に示す。

第５図は後方散乱光Ｐ　ｂｓｘおよびＰ　ｂｓｙの強度
を示し、第６図は両者の比をとり、ηｌ＋５（Ｌ）をめ
た結果である。第６図の波形は１８０°回転させると第
４図に重なり一致することがわかる。

このことば本発明による測定は入射方向に依存しないこ
とを実験的に示している。第４図と同様にしてＥＮＤ２
’　とＥＮＤＩ’　との間の消光比をめると１５．０ｄ
Ｂであり、またｈ　＝１．７　ＸＩＯｍ−１が得られた
。これば往復での消光比を測定していることを名産して
、第４図および第６図から全長としての消光比をめると
１７．４±０．５ｄＢとなる。

一方、従来の透過法（第１図の方法）により得られた消
光比は１７．５±０．５　ｄＢであり、両者はよく一致
することがわかった。

〔発明のすＪ果〕

以上説明したように、本発明によれば、被測定光ファイ
バの一端のみから、偏波モード結合係数および消光比を
正確に測定することができる。本発明の方法および装置
は被測定光ファイノ＼の途中の偏波モード結合係数およ
び消光比を、被測定光ファイバを切断することなく測定
することができる。被測定光ファイバの途中に接続点が
ある場合にも、その接続を考慮することなく測定するこ
とができる。さらに、本発明の方法および装置を光ファ
イバの製造工程において実施すれば、製造中の光ファイ
バの適切な監視を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例測定装置の構成図。 第２図は本発明実施例測定装置の構成図。 第３図、第４図、第５図および第６図は本発明実施例装
置により測定した結果を示す図。 ■・・・光源、２・・・偏光子、３・・・被測定光ファ
イバ、４・・・検光子、５・・・光電変換器、６・・・
超音波偏光器、７・・・ビームスプリッタ、１１・・・
パルス発生器、１２・・・光源の駆動回路、１３・・・
遅延回路、１４・・・超音波偏光器の駆動回路、２０・
・・増幅器、２１・・・演算回路、２２・・・表示器。 ゛Ｊｌノ′

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定光ファイバの一端から光パルス信号を入射
   し、 その光パルス信号によりその光ファイバの内部に後方散
   乱光を生じさせて上記一端でこの後方散乱光の強度をそ
   の光ファイバの偏向方向の主軸方向と主軸の直交方向の
   それぞれについて検出し、その後方散乱光の強度から偏
   波モード結合係数およびまたは消光比を演算する 偏波保持光ファイバの測定方法。
2. （２）被測定偏波保持光ファイバの一端から光パルス信
   号を入射する手段と、 上記一端に設けられその光パルス信号によりその光ファ
   イバに生じる後方散乱光の強度をその光ファイバの偏向
   方向の主軸方向およびその主軸の直交方向のそれぞれに
   ついて検出する手段と、この手段により検出された後方
   散乱光の強度からその光ファイバの偏波モード結合係数
   およびまたは消光比を演算する手段と を備えた偏波保持光ファイバの測定装置。
3. （３）検出する手段には、 その入射光パルス信号によりその光ファイバで生じるフ
   レネル反射を時分割的にマスクする手段を含む 特許請求の範囲第（２）項に記載の偏波保持光ファイバ
   の測定装置。