JPS63217246A

JPS63217246A - モ−ドフイ−ルド径の測定方法

Info

Publication number: JPS63217246A
Application number: JP5123687A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Shigematsu; 昌行重松
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-03-06
Filing date: 1987-03-06
Publication date: 1988-09-09

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、モードフィールド径の測定方法に関するもの
であり、更に詳述するならば、シングルモード光ファイ
バのモードフィールド径の測定方法に関するものである
。

従来の技術モードフィールド径は、光ファイバを伝搬する光のパワ
ー分布のひろがりを表わすパラメータである。シングル
モード光ファイバのモードフィールド径は、シングルモ
ード光ファイバの接続損失、マイクロベンド損等の評価
に有効である。

従来、モードフィールド径の測定方法として、光ファイ
バの出射端近傍におけるパワー分布を測定してモードフ
ィールド径を求めるニアフィールドパターン法（ＮＦＰ
法）や、出射端遠方におけるパワー分布を測定してモー
ドフィールド径を求めるファフィールドパターン法（Ｆ
ＦＰ法）がある。しかしながら、真の値に対して２％以
内の誤差範囲でモードフィールド径を求めるには、ＮＦ
Ｐ法では積分範囲をスポットサイズの１．７倍（ダイナ
ミックレンジにして２５ｄＢ　）以上、ＦＦＰ法でもダ
イナミックレンジが３５ｄＢ以上必要であることが報告
されており（エム、オーハシ他、アイ　トリプル　イー
、ジャーナル　オブ　ライトウニイブ　テクノロジー（
Ｍ、　０ｈａｓｈｉ　ｅｔ、　ａｌ、、　　ＩＥεＥ、
　Ｊ。

ｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌｏｇｙ、）　ＶＯＩ、ＬＴ−４，ＮＣＬ２　、　Ｐ２
Ｏ３１９８６）　、測定には高出力光源ならびに高感度
受光器が不可欠であった。更に測定されたパワー分布か
らモードフィールド径を求める定義式として種々の提案
がなされている。しかしながら、定義式と上記接続損失
、マイクロベンド損等の伝送特性との関係は未だ明確化
されていない（グー。ピーターマン、エレクトロニクス
　レターズ（Ｋ、　Ｐｅｔｅｒｍａｎｎ、　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ、　Ｌｅｔｔ、、）　１２゜Ｐ２Ｏ３，１９７６
）　。

発明が解決しようとする問題点以上のように、従来のシングルモード光ファイバのモー
ドフィールド径の測定方法では、所要の精度を確保する
のに必要なダイナミックレンジが大きく、高出力光源な
らびに高感度受光器が不可欠であるという問題があった
。

そこで、本発明は、測定に必要なダイナミックレンジが
小さく、高出力光源を必要としない簡易なモードフィー
ルド径の測定方法を提供せんとするものである。

問題点を解決するための手段すなわち、本発明によるならば、２本の光ファイバを、
各光ファイバの中心軸が互いに平行で且つ各光ファイバ
の一端の端面が所定距離だけ離間して対向するように配
置し、一方の光ファイバの他端に光を入射させ、もう一方の光
ファイバの他端から出射した光を受光して受光光量を測
定し、更に、上記光ファイバ間に適当な量の軸ずれを与
えて軸ずれ量に対する接続損失を測定し、上記軸ずれ量に対する接続損失の測定値と該軸ずれ量と
の関係からモードフィールド径養求めることを特徴とす
る測定方法が提供される。

本発明の好ましい態様によるならば、上記モードフィー
ルド径は、以下の関係式から求める。

α５＝１０　’　ｌｏｇ＋ｏ　ｅ　”　（−）’但し、
α、：接続損失ｄ　：軸ずれ量２ｗ：モードフィールド径更に、本発明の好ましい態様によるならば、上記光ファ
イバ間の軸ずれ量を適宜変えて、各軸ずれ量に対する接
続損失を測定し、接続損失を軸ずれ量の二次関数で近似
して最小二乗法により上記モードフィールド径を求める
。

作用シングルモード光ファイバを伝搬する光のパワー分布が
完全なガウス関数で表わされるものとし、パワーがピー
ク値の１／ｅ２倍となるところのパワーの広がりすなわ
ちモードフィールド径を２ｗとすると、接続損失αｓ　
　ＣｄｔＤは、次式で表わされることが知られている（
ディー、マルユーズ１０ベル　システム　テクニカル　
ジャーナル（Ｄ。

Ｍａｒｕｓｅ、　Ｂｅ１ｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ）　ｐ７Ｑ３゜１９７７　）
）　　。

ｄ αｓ＝ｔＯ−１ｏｇ＋ｏｅ・（ｄ／ｗ）２・−（＋）但
し、ｄは軸ずれ量である。

そこで、本発明者は、比屈折率差０．７５％、コア径５
．７μｍでコアの屈折率分布が二乗分布であるシングル
モードファイバ（零分散波長λ。＝１．５５μｍ）につ
いて、有限要素法を用いて波長１．５５μｍにおけるＬ
Ｐｏ＋モードの半径方向のパワー分布を求め、このパワ
ー分布から軸ずれに対する接続損失の厳密解を算出した
。尚、接続損失の厳密解ＣｄＢ）は、次式を用いて算出
した〔ダブリニ、ティー、アンダーソン、アイ　トリプ
ル　イージャーナル　オブ　ライトウニイブ　テクノロ
ジー（Ｗ、Ｔ、Ａｎｄｅｒｓｏｎ、　　ＩＢＢＥ、　　
Ｊ、　　ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　　Ｔｅｃｈｎｏｌ、、）
ＬＴ−２、ＰＬ９１．　１９８４）　、チー。ピーター
マン、エレクトロニクスレターズ（Ｋ、Ｐｅｔｅｒｍａ
ｎｎ。

Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、　　Ｌｅｔｔ、、）　　ｌ肌　ｐ７
１２．　１９８３）。

但し、Ｒ２＝　ｒ”＋　ｄ２−２　ｒ　ｄｃｏｓθｒ：
ファイバ断面の半径方向距離ｆ（ｒ）：半径方向の電界分布軸ずれ量ｄ＝０．５．１．０、■、５．２．０　μｍに
おける接続損失αいを式（２）により算出し、式（１）
に示すように接続損失を軸ずれ量の二次関数で近似して
最小二乗法によりＷの値を求めたところ、Ｗ＝４．０μ
ｍであった。第１図には、ｗ＝４．０μｍとして式（１
）で算出される接続損失αＳの接続損失の厳密解αいに
対する誤差（αＳ−αｔｈ）／αｔｈを実線で示す。第
１図から明らかなように、軸ずれ　　。

量がりμｍ程度以内であれば厳密解との誤差は５％以内
に抑えられており、式（１）より接続損失がよく近似さ
れることを示している。上記モデルケースに用いたシン
グルモードファイバは、いわゆる１、５μｍ　帯分数シ
フトシングルモードファイバであり、使用波長（１，５
５μｍ）での動作ｖ値が１．５程度と小さく、パワー分
布はガウス関数から大きくずれることが知られている（
大橋他、昭和６１年、信学全大、Ｎα３２３）。このよ
うに、ガウス関数から大きくずれるパワー分布の場合に
ついても、接続損失は式（１）でよく近似されることが
確認できたことになる。

実施例以下添付図面を参照して、本発明のモードフィールド径
の測定方法の実施例を説明する。

比屈折率差０．７５％、コア径６μｍの分散シフトシン
グルモードファイバ（零分散波長λ。＝　１．５３２μ
ｍ）を用い、その接続損失の軸ずれ量依存性を測定した
。

第２図に、本発明の測定方法を実施する装置の構成を示
す。図示の装置は、固定ステージ３及び微動ステージ４
を備えている。固定ステージ３及び微動ステージ４上に
は、それぞれ光ファイバ１及び２がその一端の端面が対
向するように固定されている。被測定光ファイバ１の他
端は、タララドモード除去器８を介して■溝７において
シングルモードダミーファイバ６の一端に接続されてい
る。そのシングルモードダミーファイバ６の他端には、
分光器５が結合され、所定の波長の光が入力されるよう
になされている。被測定光ファイバ２の他端は、■溝９
においてシングルモードダミーファイバ１０の一端に接
続されている。そのシングルモードダミーファイバ１０
の他端はパワーメータ１１に接続されている。

以上のように構成される測定装置は、次のように動作す
る。

約２ｍの被測定光ファイバを中央部で切断してなる２つ
の被測定光ファイバｌ及び２をその切断端面が対向する
ようにそれぞれ固定ステージ３及び微動ステージ４に固
定する。分光器５を出射した波長１．５５μｍの光は、
シングルモードダミーファイバ６を介して■溝７におい
て被測定光ファイバ１の他端に結合する。光ファイバ１
の他端に入射した光は、タララドモード除去器を通過し
てりラッドモードが除去される。光ファイバ１の一端を
出射した光は、被測定光ファイバ２の一端に結合する。

該光ファイバ２を伝搬した光は、■溝９においてシング
ルモードダミーファイバ１０の一端に結合する。シング
ルモードダミーファイバ１０を伝搬した光はパワーメー
タ１１に入射する。

第３図には、固定ステージ３及び微動ステージ４に固定
された２つの光ファイバの対向する端面付近の拡大図を
示す。両ファイバ１及び２の端面間は、マツチングオイ
ル１２に浸されている。図中で示す座標のＺ方向に微動
ステージ４を移動させて、パワーメータ１１の読みが飽
和するまで、すなわち一定値に漸近するまで両ファイバ
端面を近づける（第４図）。次に、Ｘ方向およびＹ方向
に微動ステージ４を移動させてパワーメータ１１の読み
が最大となる点を探し、その点を軸ずれ量が０の点とす
る。そして、微動ステージ４をＸ方向に少しずつ移動さ
せて軸ずれ量を適宜変化させ、各軸ずれ量に対する接続
損失を測定する。なお、軸ずれ量ｄは、軸ずれ量０の点
からの微動ステージ４のＸ方向移動量とし、接続損失は
軸ずれ量０におけるパワーメータ１１の読みとの差とし
た。１つの軸ずれ量と、その時の接続損失を上記した式
（１）に適用することにより、モードフィールド径２ｗ
を求めることかできる。

第５図に、軸ずれ量ｄに対する接続損失α、の実測値を
プロットして示す。上述の最小二乗法で求めたＷの値は
４．１３　ｐ　ｍであり、Ｗ＝４．１３μｍとして式（
１）で算出される接続損失の値を実線で図中に示した。

図から明らかなように、実測値は式（１）でよく近似さ
れている。

また、第１図には、ｗ＝４．１３μｍとして式（１）で
算出される接続損失と接続損失の実測値との誤差をプロ
ットして示した。実線で示した理論的誤差値とよく一致
しており、測定が精度良くなされていることがわかる。

更に、第５図から測定装置の必要なダイナミックレンジ
が数ｄＢであることがわかろう。また、そのようにダイ
ナミックレンジが狭い測定装置で足り且つ光ファイバの
端面結合を利用しているので、測定光のエネルギーも低
くても十分測定できる。

発明の詳細な説明したように、本発明のモードフィールド径の測定
法では、接続損失からモードフィールド径を算出すると
いう原理を利用しており、非常に狭いダイナミックレン
ジしか必要としない。このため、特に高出力な光源を必
要とせず、微動ステージを備えて簡便にモードフィール
ド径を測定することができる。

また、本発明の測定方法では、シングルモードファイバ
内のパワー分布の形態に依らず、求めたモードフィール
ド径より直接接続損失を評価することもできる。

更に、通常の分光器からの出射光を利用できるため、任
意の波長例えば高出力な光源が存在しないような波長域
での測定に用いるとより効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、モードフィールド径の半値ｗ＝４．０μｍと
して式（１）で算出される接続損失α、の、接続損失の
厳密解αｔｈに対する誤差（α、−αｔｈ）／αいを示
すグラフ、第２図は、本発明の測定方法を実施する装置の構成を示
す図、第３図は、第２図に示す装置の固定ステージと微動ステ
ージとに固定された２つの光ファイバの対向する端面付
近の拡大図、第４図は、第２図に示す装置の固定ステージと微動ステ
ージとに固定された２つの光ファイバの端面を近づける
ことによりパワーメータの出力変化が飽和する状態を図
解するグラフ、第５図は、軸ずれ量ｄに対する接続損失α８の実測−と
、計算値とを表示したグラフである。（主な参照番号）１．２・・被測定光ファイバ、３・・固定ステージ、４・・微動ステージ、５・・分光器、６．１０・・シングルモードダミーファイバ、７．９・
・■溝、８・・タララドモード除去器、１１・　・パワーメータ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２本の光ファイバを、各光ファイバの中心軸が互
いに平行で且つ各光ファイバの一端の端面が所定距離だ
け離間して対向するように配置し、一方の光ファイバの
他端に光を入射させ、もう一方の光ファイバの他端から
出射した光を受光して受光光量を測定し、更に、上記光
ファイバ間に適当な量の軸ずれを与えて軸ずれ量に対す
る接続損失を測定し、上記軸ずれ量に対する接続損失の測定値と該軸ずれ量と
の関係からモードフィールド径を求めることを特徴とす
る測定方法。
（２）上記モードフィールド径は、以下の関係式から求
める α＿ｓ＝１０・ｌｏｇ＿１＿０ｅ・（ｄ／ｗ）＾２但し
、α＿ｓ：接続損失　ｄ：軸ずれ量　２ｗ：モードフィールド径ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の測定方法
。
（３）上記光ファイバ間の軸ずれ量を適宜変えて、各軸
ずれ量に対する接続損失を測定し、接続損失を軸ずれ量
の二次関数で近似して最小二乗法により上記モードフィ
ールド径を求めることを特徴とする特許請求の範囲第１
項又は第２項記載の測定方法。