JPS62254023A - 波長分散測定方法及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光導波素子の波長分散測定方法、特に光ファイ
バーの材料分散を測定子る方法及びその方法の実施に使
用する装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、光ファイバーの波長分散を測定する方法として干
渉法が知られている。例えば、特公昭５７−１８８１１
号公報に開示されている。この干渉法は、ファイバー　
ラマン法、パルス法あるいは位相法等の従来とセうにｌ
・−ザー光を光源として利用するものではなく、白色光
を分光した光を利用できる。その結果干渉法は、１ｏ以
りの多種類の波長における測定が上記各種方法に比べ容
易に行なえ、また上記各種の方法が数Ｋｍの長さの測定
対象光ファイバーを必要とするのに対して、わずか数ｍ
でも同程度又はそれ以上の分解能が得られるという長所
を有している。

次に従来の干渉法の測定原理を第６乃至１０図に基いて
説明する。

第６図は従来の干渉法による光ファイバーの波長分散測
定装置の構成を示すものである。

可変波長光源１は、通常ハロゲンランプおよび分光器、
干渉フィルタ等の分光素子から構成さｌ５、スペクトル
線幅が数ｎｍ乃至数１０　ｎｒｙｎ程度の単色光を多ｆ
１類出力する。出力された単色光はビームスプリッタ、
ハーフミラ−等の光分波素子２で２つの光路に分波され
る。一方の光は第１の光学系５０に導波され、分波され
た他方の光は第２の光学系３０に導波される。第１の光
学系６０は図示のように、レンズ５、測定対象の光ファ
イバー（以下ｘ３と遅延素子４とを備える。その３ Ｘａは第２の光学系の光路長を間欠的に順次段階的に微
変化させるＸようにコーナーキューブ等の反射器８１１
をパルスモータステージ等の微動機構１２上に載せ、反
射器８１１を間欠的に移動させる。遅延素子４は多重反
射鏡等を用いて、テストファイバー６の交換に対応して
、第１の光学系の光路長を第２の光学系の光路長とをほ
ぼ等しくするよう粗調節する。

第１の光学系のレンズ７から出力された光と、第２の光
学系の遅延素子４からの出力は光合波素子８において再
び合成される。ここで、第１の光学系と第２の光学系の
光路長が等しい場合は最も強く干渉する。この干渉光の
検出は光検出回路１゜で行なわれ、信号処理装置１１で
データ処理される、この従来の測定装置により次に示す
ようにして波長分散特性が測定される。

本装置において、微動機構１２で反射器３１４々に移動
させると、第２の光学系の光路長が移動距離の２倍だけ
変化する。その結果、第１の光学系と第２の光学系の光
路差が変化し、第Ｘ図に示されるような検出光強度が変
化するフリンジパターンが光検出回路１０から得られる
。ここにフリン：５゛の周期（ピッチ）Ｔは光の波長λ
である。このｊ：ｌ（−長大の下において、第１．第２
の光路差が零即１・５第１光学系と第２光学系の夫々の
光路長が等しい時に、干渉が最大でありフリンジの振幅
が最大となる。光路差が生じるとフリンジの振幅は小さ
くなり、光路差が大きくなるとフリンジの振幅は零とな
る。ここでフリンジの得られる幅（フリンジの振幅が零
でない領域の幅）Ｓは光源のコヒーレント長に依存し、
λ２／△＾（Δ人は光源の光のスペクトル幅）程度であ
る。

そこで、一定の波長λ下におけるフリンジの振幅が最大
となる反射器３１の位置で、第１光学系と第２光学系の
夫々の光路長が等しくなったことを確認できる。

各種波長λ１．λ２．・・・、λ７について、このよう
な時間とも呼ばれる）■第８図はその結果を示す。

波長を横軸に、遅延時間を縦軸にとると、波長と遅延時
間との関係（群遅延特性）は第９図に示すようになる。

なお、ここでは、テストファイバー以外の部分、例えば
レンズ等では波長分散特性が無いものとしている。この
群遅延特性を波長で微分することにより第１０図のよう
な波長分散特性が得られる。ここに＾。は波長分散値が
０の波長である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように従来の干渉法で波長分散特性を求める場合
には、各波長において干渉強度が最大となる反射器３１
の位置を求めることになる。しかしなか、ら、この方法
には次に述べるような欠点がある。

１）フリンジのピッチは上述のように人であり、フリン
ジの振幅の有無及びその最大点を確実に検出するために
は、光路長を一以下のピッチで変化させる必要がある。

この光路長変化ピッチ人を生せしめる反射器８１の移動
ピッチは−である（反射面上で光は反射し往復している
からである）。実用波長においては、−は約０．６μｍ
なので、微動機構１２にはサブミクロンオーダーの精密
なメカニズムが要求される。他方テストファイバーの長
さのバラツキに対して確実に千９を得るためには、微動
機構１２は通常数１ｏｉｎ程度の長いストロークが要求
される。従ってサブミクロンピッチでしかも長いストロ
ークを有する高価な微動機構１２が要求されるという問
題がある。

２）このようにフリンジの振幅最大の位置を求めるには
、長いストロークでサブミクロンピッチで反射器３１を
移動させる必要があるので、検出に長い時間がかかる。

８）第６図の構成において、光源からの光は微弱である
ので雑音対策として通常は光チヨツパ−９を用いる。そ
の場合信号処理装置１１としてはロックイン増幅器など
が必要となり装置が複雑化し高価になるばかりではなく
応答時間も遅くなる。

また光チョッパを使用しない場合は、信号処理装置１１
はＤＣ増幅を行うことになるが、微弱光を扱うので、光
検出回路１０における暗電流が回路が必要となる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明方法は上記のような従来の干渉法の欠点を解消す
ることを目的とするものであって、測定対象の光導波素
子を含む第１の光路と光路長可変機構を含む第２の光路
に対して同一光源から光を導き、第２の光路の光路長を
変えつつ両光路から出力された光を干渉させ、光導波素
子の波長分散を測定する波長分散測定方法において、前
記光路長可変機構によって、第２の光路の長さを段階的
に順次各種長さに間欠変化させ、その各種長さの夫々に
おいて第２の光路の長さを周期的に微小変化させ、 出力された干渉光を光電変換して交流信号を得、その交
流信号に基き干渉のフリンジ強さを測定することにより
光導波素子の波長分散を測定するように構成されている
。

更に本発明装置は、 種々の波長の光を出力する可変波長光源と、その可変波
長光源から出力された光を分波する光分波素子と、 その光合波素子から分波された第１の光が入力され測定
対象の光導波素子が組み込まれた第１の光学系と、 前記光分波素子から分波された第２の光が入力される光
学系であって、その光学系の光路の長さを順次段階的に
間欠変化させるＷｉ、動ステージ及びそれら各種の光路
の長さを基準としてその光路の長さを周期的に微小変化
させる微小振動手段とを有する光路長可変機構を備えた
第２光学系と、第１及び第２の光学系からの出力を合成
する光合波素子と、 その光合波素子の出力を入力し、その出力中の交流成分
を検出し光の干渉強度を検出する光検出器と、 その光検出器からの出力をデータ処理することにより光
導波素子の波長分散を求める信号処理回路と、 を備えた構成をもつものである。

〔作用〕

上記第２の光学系の微動ステージを駆動することによっ
て、第２の光学系の光路長を比較的粗いピッチで段階的
に変化させ、更に微小振動手段を駆動することにより、
第２の光学系の長さを、上記各種長さごとに周期的に微
小振動させる。このようにして光合波素子から出力され
る交流成分を光検出器によって検出することによって光
の干渉強度を検出する。この光検出器からの出力に基き
、信号処理回路において波長分散を測定する。

〔実施例〕

第１図は本発明にかかる波長分散測定装置の一実施例を
示すブロック線図である。

可変波長光源１３は通常ハロゲンランプおよび分光器、
干渉フィルター等の分光素子を備えている。

その可変波長光源１３は数ｎｍ乃至数１０ｎｍ程度のス
ペクトル線幅をもつ単色光を１０種類以上出力すること
が出来る。光分波素子１４はビームスプリッタ、ハーフ
ミラ−等を備え、前記可変波長光源１３からの出力を２
つの経路に分波する素子である。第１の光学系１７０は
分波された光を入力する系であって、入力された光を集
めるレンズ１７とテストファイバー１８とテストファイ
バー１８から出力された光を平行ビームにコリメートす
るレンズ１９とを備えている。第２の光学系２８０は分
波された他の光をタキ、入力された光を反射する反射器
２８と、その×を備えている。その反射器２３はコーナ
ーキューブからなる。微小振動子２４はその反射器２３
に波長オーダーの周期的微小変位を与えるものである。

また微動ステージ２５はその微小振動子２４を間欠的に
移動させるパルスモータステージでアル。第２図はその
微動ステージ２５、微小振動子２４等の側面図であり、
微動ステージ２５上に支柱２４０が立設され、その上部
前面に微小振動子２４が取付けられ、更にその微小振動
子２４の前面に反射器２Ｂが固定されている。従って微
小振動子２４が振動することにより、反射器２３が微小
振動し、その結果光路長が微小振動変位する。

遅延素子１６は多重反射鏡からなり、テストファイバー
１８の切換えに応じて、第２光学系２３０の光路長を粗
調整するものである。

光合波素子２０は、第１光学系１７０と第２光学系２８
０からの出力光を入力し合成する素子であり、出力中の
交流成分を検出して干渉強度を検出する。

信号処理回路２２は光検出器２１からの出力信号を入力
し、テストファイバーの波長分散を測定する回路である
。

次に゛、本発明波長分散測定装置の作用について説明す
る。

測定しようとするテストファイバー１８を第１光学系に
組み込む。可変波長光源１８により一定波長人の光を出
力する。光分波素子１４により分波された光はテストフ
ァイバー１８を通過し光合波素子２０に入力される。他
方の分波された光は光路長可変機構１５内の反射器２８
で反射され、遅延素子１６を通過して光合波素子２０に
入力される。

上記状態において、微動ステージ２５によって微小振動
子２４を間欠的にかなり粗く、例えば、第５図に示すよ
うに、可干渉距離△Ｉの約半分のサーチステップ△して
順次移動する。このようにして、ある位置（第８図にお
けるＡ点）に微小振動子２４を移動させる。そして微小
振動子２４によって反射器２３を微小振動させる。従っ
て、第２光学系の光路長は微小変位する。その光路長の
微小変位の量はフリンジのピッチすなわち波長λオーダ
で十分である。

このように微小振動子２４で光路長の変化λに対応して
反射器２８を振幅λ／２以上で振動させると、振幅の交
流信号成分を含み、その振幅はそのＡ点における干渉強
度（フリンジ振幅）を表わしている。

このようにして、微動ステージ２５により微小振動子２
４を間欠的に移動させ、反射器２３を微小振動させてい
く。なお、微小振動子２４の振幅中は微動ゆるやかなこ
とがあるからである。

光検出器２１によって、光合波素子２０のこのよう乞 な出力から交流信号成分Ｘ検出する。

信号処理回路２２はその光検出器２１からの出力信号に
基いて、フリンジの振幅の最大の位置を検出する。

更に可変波長光源１８によって他の波長の単色を出力し
、同様にしてその波長におけるフリンジの振幅の最大の
位置を検出する。

信号処理回路２２はこのようにして各波長におけるフリ
ンジ最大振幅位置を夫々求め、波長分散を測定する。

なお、微動ステージ２５によって微小振動子２４を移動
させるとき、フリンジが全く現われない部分では、大き
く粗いステップで移動させ、フリンジが現われたときか
ら、その移動ステップ間隔を細かくすることもできる。

このようにすれば、高速に波長分散を測定することが出
来る。

なお、別の実施例として、次のように光ファイバーを用
いてもよい。すなわち、光分波素子１４としてファイバ
ーカプラである光フアイバー分波素子を用い、また光合
波素子２０として、ファイバーカプラである光ファ・イ
バー合波素子を用いる。更に、レンズ１７及びレンズ１
９の代りに光コネクタを用い、遅延素子１６として光フ
ァイバーを用いる。

このように光ファイバーを用いることによって、前述の
実施例のように光合波素子において空間上で波面を合せ
る必要がなく、ファイバーで自然に波面合せが行なわれ
るので、その波面合せが簡単且つ精密に出来、また装置
をコンパクトにすることが出来る。

（以下糸目） 第１１図は本発明波長分散装置の別の光路長可変ｌｔ＃
１５を示す側面図である。微小振動子２４の上には光フ
ァイバー３１とレンズ３３が取付けられている。

他方そのレンズ３３から距離りだけ隔てたところには別
のレンズ３２と光ファイバー３０が固定的に設けられて
いる。

この光路長可変ａ構１５１こおいては、微小振ｖ１子２
４を微小振動させることにより、レンズ３２　、３３１
１１１の距ｔｉｌｌ　Ｄが微小変化する。他方光ファイ
バ３１の長さは変らないので全体として第２光学系の光
路長が微小変化する。このようにして交流信号を得ても
よい、なお、この光ファイバー３０．１１の代りに他の
フにキシプルな光導波索子を用いてもよい。

次に実際の数値例を述べる。

光源トしてはハロゲンランプを２６組の干渉フィルター
で分光し、１．２μｍから１，７μ戸７１までの多挿類
の波長の単色光を得る。光源のスペクトル幅は１５ｎｍ
なので可干渉距離は１７０．＋＋＋＋１程度になる。ま
た、テストファイバー長は１．８ｍで±５　ａｘまでの
が１．５とすると１５ＨＭとなる。微動ステージ２５の
ストロークはそのバラツキに対応するため１２＋１ｆｌ
ｌニ設定している。微小振動子２＋とじてはピエゾ素え 子を瓜いて、振幅１μ”、１００１％の振動を場で。光
検出器２１としては、長波長用のＡ　Ｐ　Ｄ　（ａｖａ
ｌａｎｃｈｅｐｈｏｔｅ　ｄｉｏｄｅ　）を用いる。

このような条件下では１５ＭＮの光路長の中で、可干渉
距離が約１７０μｍのフリンジをみつけ、更にその中の
フリンジ振幅最大の位置を検出することにいステップで
、しかし従来例のサブミクロンオーダーに比べればかな
り粗いステップで振幅最大幅を検出出来ることになる。

〔効果〕

本発明によれば、微振動子によってフリンジの一周期相
当程度光路長を振動変化させてフリンジの振幅を検出す
るので、たとえ移動ステージ２５を粗い間隔で動かして
も、確実にフリンジの存在を検出できる。従って、移動
ステージとして従来のような高価なパルスモータステー
ジを用いる必要がない。

また、フリンジのないところで粗いステップでサーチす
ることが出来るので測定速度が早くなる。

また、微小振動子は従来の微動機構に比べて高速で振動
するので測定速度が早くなる。

更に、交流成分を作り出し、それに基いて干渉強度を測
定しているので、光検出器２１の出力にたとえ暗電流あ
るいは干渉しない光の成分があったとしても、信号処理
として交流増幅を行えばそれらの直流成分の誤差は除去
できる。従って検出感度が高まり高価で特殊な光検出器
や光チョッパーなどは不要となる。

また得られる交流信号が微小変位と同期しているから、
アベレージングやロックイン増幅を行い光チョッパを使
用しなくとも超高感度な干渉光検出も可能となる長所を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明波長分散測定装置の一実施例を示すブロ
ック線図、第２図は本発明波長分散測定装置の微動ステ
ージ、微小振動子及び反射器の側面図、第３図は本発明
波長分散測定装置による光フリンジ振幅の検出原理を説
明す・るための波形図、第４図（ａ）は本発明における
微小振動子の微小変位量の時間的変化を表わす波形図、
第４（ｂ）図は本発明の微小振動子で反射器を振動させ
たときに得られる光検出器の検出光強度の時間的変化を
表わす波形図、第５図は本発明における干渉位置検出に
おけるサーチステップを表わす波形図、第６図は従来の
干渉法による波長分散測定装置を表わすブロック線図、
第７図は光路差に対する検出光強度を示す波形図、第８
図は複数の波長におけるフリンジの、パターンを示す図
、第９図は光の群遅延特性を示すグラフ図、第１０図は
波長分散特性を示すグラフ図、第１１図は本発明波長分
散測定装置の別の光路長可変機構を示すＵＩｔＪ　Ｈｒ
ｉｌｌ　テある。 １３・・・可変波長光源、１４・・・光分波素子、１６
．・・光路長可変機構、１６・・・遅延素子、１７．１
９・・・レンズ、１８・・・テストファイバー、２ｏ・
・・光合波素子、２１・・・光検出、２２・・・信号処
理回路、２３・・・反射器、２４・・・微小振動子、２
５・・・微動ステージ、１７０・・・第１光学系、２１
０・・・第２光学素

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　測定対象の光導波素子を含む第１の光路と光路長可
   変機構を含む第２の光路に対して同一光源から光を導き
   、第２の光路の光路長を変えつつ両光路から出力された
   光を干渉させ、光導波素子の波長分散を測定する波長分
   散測定方法において、 前記光路長可変機構によつて、第２の光路の長さを段階
   的に順次各種長さに間欠変化させ、その各種長さの夫々
   において第２の光路の長さを周期的に微小変化させ、 出力された干渉光を光電変換して交流信号を得、 その交流信号に基き干渉のフリンジ強さを測定すること
   により光導波素子の波長分散を測定することを特徴とす
   る 波長分散測定方法。 ２、前期光路長可変機構は更に、第２の光路の長さを、
   前記測定対象の光導波素子の交換に応じて粗調整するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の波長分散測
   定方法。 ３、種々の波長の光を出力する可変波長光源と、その可
   変波長光源から出力された光を分波する光分波素子と、 その光分波素子から分波された第１の光が入力され測定
   対象の光導波素子が組み込まれた第１の光学系と、 前記光分波素子から分波された第２の光が入力される光
   学系であつて、その光学系の光路の長さを順次段階的に
   間欠変化させる微動ステージ及びそれら各種の光路の長
   さを基準としてその光路の長さを周期的に微小変化させ
   る微小振動手段とを有する光路長可変機構を備えた第２
   た光学系と、 第１及び第２の光学系からの出力を合成する光合波素子
   と、 その光合波素子の出力を入力し、その出力中の交流成分
   を検出し光の干渉強度を検出する光検出器と、 その光検出器からの出力をデータ処理することにより光
   導波素子の波長分散を求める信号処理回路と、 を備えたことを特徴とする波長分散測定装置。 ４、前記微小振動手段は反射器とその反射器を周期的に
   変化させる微小振動子を備えたことを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の波長分散測定装置。 ５、前記微小振動手段は前記微動ステージ上に装置され
   、微動ステージによりその微小振動手段は間欠的に各種
   位置に移動されることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の波長分散測定装置。 ６、前記第２の光路系は測定対象の光導波素子の交換に
   応じて第２の光学系における光路の長さを粗調節するた
   めの遅延素子を更に備えたことを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の波長分散測定装置。