JPS63234130A

JPS63234130A - モ−ド結合評価装置

Info

Publication number: JPS63234130A
Application number: JP6587487A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tsubokawa; 坪川　信; Tsuneto Azuma; 東　恒人; Yoshiyuki Aomi; 青海　恵之
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1987-03-23
Publication date: 1988-09-29
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPH0682086B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、光の伝送路において２つの伝搬モード間の
結合の位置およびその度合を高分解能で測定することの
できるモード結合評価装置に関するものである。

（従来の技術）従来、伝送路にお番プる伝搬モード間の電力結合を評価
する装Ｕとして伝送路の終端で伝搬信号の強度を評価す
るようにしたものがある。しかしこの従来の装置では電
力結合のｍが伝送路の長さで積分されてしまうので、伝
送路の長手方向の依存性は得られず電力結合を適切に評
価することができなかった。

また、他の従来例として、長手方向の依存性を求めるた
めに光パルスを伝送路へ入射し、伝送路中において生じ
る逆方向に伝搬する後方散乱光からモード結合を評価す
るようにしたものがある（Ｍ、　Ｎａｋａｚａｗａ　　
ｃｏａｌ、　　”Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　　ｏｆｐ
ｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　　ｔａｏｄｅ　　ｃｏｕｐｌ
ｉｎｇｓ　　ａｌｏｎｇ　　ｐ。

Ｉａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇＳｉｎ
ｏｌ　　−ｍｏｄｅ　　ｏｐｔｉｃａｌ　　　ｆｉｂｅ
ｒｓ”　　、Ｊ、ｏｐｔ、Ｓｏｃ、　　Ａｍ、Ａ。

ｖｏｌ　　−１，ｐｐ２８５−２９２．　１９８４）。

しかし、この後方散乱光を用いるようにしたものでは、
まず後方散乱光の強度が入射光の強度に対して３０〜４
０ｄＢ低下してしまう。このため入射光の強度を必然的
に上げる必要が生じる。また入射光として光パルスを用
いるため長手方向の分解能がパルス幅程度となり、代表
的な数値例としてパルス幅が１μｓでは約１００ｍとな
ってしまう。

またパルス高（強度）は、光検出器の受光感度限界から
数ｋＷ程度が必要とされ、被測定対象となる光ファイバ
も消光比が２０ｄＢ／ｋｍ稈度以下に限定されて、モー
ド結合の度合に対するダイナミックレンジが狭くなって
しまう。

さらに、光パルスの強度が数ｋＷ以上になると、逆に伝
送路中において銹尋ラマン散乱やプリルアン散乱が誘起
されて、これらの散乱光が雑音として検出される。この
ためその補正が必要になる。

（発明が解決しようとする問題点）伝送路の終端で伝搬信号の強度を評価するようにした従
来例では、伝送路の長手方向の依存性は得られず、モー
ド結合を高分解能で適切に評価することができないとい
う問題点があった。

また、入射光として光パルスを使用し、その後方散乱入
からモード結合を評価するようにした従来例では、後方
散乱光の強度が低下してしまうので入射光の強度を数ｋ
Ｗ以上に上げる必要があり、距離分解能も低く、さらに
はモード結合の度合に対するダイナミックレンジが狭い
という問題点があった。

この発明は上記事情に赫づいてなされたもので、モード
結合度合の長手方向の分布を定量的に高分解能で測定す
ることができ、またモード結合の度合に対するダイナミ
ックレンジを大きくとることのできるモード結合評価装
置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明は上記問題点を解決するために、可干渉性を有
する光を出射する光源と、該光源から出射された光を２
つの伝搬モードを有する被測定伝送路における当該２つ
の伝搬モードのうち何れか一方の伝搬モードに入射させ
る手段と、前記被測定伝送路から出射される２つの伝搬
モード成分を有する光を当該２つの伝搬モードに分離さ
せる分離手段と、該分離手段で分離された両光の間に所
要の光路長差を可変設定する光路長可変手段と、該光路
長可変手段で所要の光路長差に設定された各光路を伝送
された両光を干渉させる合波手段と、該合波手段で合波
された干渉光を光電変換し該干渉光の振幅を前記光路長
差の関数として検出する手段とを有することを要旨とす
る。

（作用）光源から出射される可干渉性を有する光が、２つの伝搬
モードを有する被測定伝送路に一方の伝搬モードとして
入射される。入射された光の一部が被測定伝送路中にお
いてモード変換を受け、当該被測定伝送路から２つの伝
搬モード成分を有する光が出射される。分離手段により
被測定伝送路からの出射光が２つの伝搬モード成分に分
離され、分離された両光の間に所要の光路長差を有する
ように可変設定された後、各光路を伝送された両光が合
波され、両光間の干渉信号の振幅が前記光路長差の関数
として検出される。

このように被測定伝送路を透過した光が用いられて、両
伝播モード成分による干渉信号が検出され、モード結合
の度合が両伝播モード間の群遅延時間差により時間的に
分離して検出される。

而してモード結合度合の長手り向の分布が定量的に九分
解能で測定され、モード結合の度合に対するダイナミッ
クレンジＢ拡大される。

（実施例）まず第１図を用いてこの発明の実施例を概念的に説明す
る。

第１図中、１は可干渉性を有する光波を出射する光源、
２は２つの伝搬モードを有する被測定伝送路であり、図
では模式的に２つり伝搬モードが分離して記載されてい
る。３は光路長可変手段としての光路長可変装置、４は
被測定伝送路２中を２つの伝搬モードで伝搬してきた光
の合波光を光電検出するための光検出器である。

そして、光源１から出Ｉｌｌされた可干渉性を有する光
波が、被測定伝送路２中へ入射してモード１として伝搬
される。

いま、被測定伝送路２の距離をＮ分割し、距離ＺＬ　の
位置における両モード間の結合係数をｈＬとすると、光
検出器４で検出される時間平均光強度Ｉは次式のように
書き表わすことができる。

■＝く１ψｎＲ＞＋＜１ψ１２１２＞＋２Ｒｅ〔〈ψ１１齋・ψ？２　＞　）　　　　・”　
（１）・ｅｘｐｊ　（β１Ｌ＋（ω・ΔＬ／Ｃ）−ωｔ）ｄω・・・（２）・ｆＡ　
（ω）　ｅｘｐｊ　（（β１−β２　）Ｚ１＋しβ２−
ωｔ）ｄω　　　　　　　・・・（３）ここで、ｊはｆ
−＝］−を表わし、ψ１１およびψ１２は、それぞれモ
ード１のまま変換なしに伝搬した電場およびモード１か
らモード２へ変換された電場を表わし、Ｒｅはその実部
を表わしている。β１、β２はモード１およびモード２
における伝播定数、ωは光の角周波数、Ｃは光速、Ｌは
被測定伝送路の長さ、ΔＬは光路長可変装置３で与えら
れた光路差である。

またＡ（ω）は、光源１の振幅スペクトルであり、光ｇ
ｉ１の発振パワースペクトルＳ（ω）とＳ（ω）＝Ａ（
ω）壷・Ａ（ω）の関係になる。

Ｓ（ω）を一般的な近似として、中心角周波数ωｏ１ス
ペクトル幅Δωのガウス分布形Ｓ（ω）−（１／ＩｒＴ
ＴΔω）・ｅＸＯ（−（ω−ωｏ　）　’　／　２Δω２）・・
・（４）と仮定すると、前記（１）式中の干渉項の振幅は次式の
ように計算される。

１＝２Ｒｅ　　（＜ψ１１豪・　ψ１２〉〕１表１・・（５）Ｒｉ＝（（ｄβ１／ｄω）〇 −（ｄβ２／ｄω）ｏ）ＺＬ　＋へＬ／Ｃ・・・（６）（ｄβ１／ｄω）ｏ、（ｄβ２　／　ｄω）０はω＝ω
０における伝搬定数の微係数を表わしている。

上記の＜５）、（６）式より、干渉信号の振幅はＲＬ＝
０において最大値をとる。即ち、位置ＺＬ　において電
力結合が生じた光路に対しては、 ΔＬ＝−（（ｄβ１／ｄω）ａ −（ｄβ２／ｄω）　ｏ　）　Ｃ−（７）を満足する場
合に干渉強度が最大となる。

この場合、位ｔ２ｆｆｉＺＬ　に対する干渉強度が最大
値の１／ｅになる位置ＺＬ　の半幅ΔＺ（光源１の可干
渉距離）は、（５）、（６）式より、ΔＺ−ｆｆア〔（
（ｄβ１／ｄω）。

（ｄＢ２／ｄω）ｏ　）Δω）　　　・（０１で与えら
れる。これより、位置Ｚに対する分解能はΔＺ程度とし
て扱うことができる。このΔＺは光源１の可干渉時間Ｔ　ｃ　＝　（Ｔ　／Δω と、両モード間の群速度差 ΔＶａ＝　（（ｄβ１／ｄω）０ −（ｄβ２／ｄω）　ｏ　）　−’ の積であり、１０時間に生じる両モード間の伝搬距離差
として解釈できる。

次に結合係数ｈ４　　の値を規格化するために光フアイ
バ出射光のうち入射端で励振された伝搬モードと同一の
モード成分を空間的に２分割し、一方の光束が光路長可
変袋＠３を経て両光束が合波した場合を扱う。この場合
、得られる干渉信号の振幅は前記（５）式と同様に１ｏ＝Ｒｅ（＜ψ１１壷・ψ１１〉〕＝　ｎｐ７ＴＴ　（１ｈ　＠　）１雷１ −ｅｘｐ　（−（１／２）　　・　（ΔωΔＬ／Ｃ）　
２）・・・（９） ΔＬ＝Ｏの場合はと表わされ、（５）式と（１式との比は、−ｅｘｐ（−
Δω２Ｒ２２／２）　　・（１１と４算できる。これよ
り、ΔＺ当りのモード結合について考えると、１　／　Ｉ　ｏ　＝　２　　鳴　／（１−ｈ・）　　　
　　・（１２ムとなり、結合係数ｈＬ　　はｈＢ　＝（１／Ｉｏ）２／（２＋（１／Ｉｏ）２）・・
・（■ ；Ｗ　（１／４）　・（１／　Ｉ　ｏ　）　２・”（１
４）（ｈｉ（ｌのとぎ）と与えられる。

さらに、伝搬モード間の消光比ηは、伝送路長りについ
て、結合係数を積分した値し η＝ｆｈｄｚ　　　　　　　　　　　　　　・・・（１
５）で定義されるため、（１４１式より消光比ηは近似
的にここにＮ＝Ｌ／ΔＺと計粋できる。

次いでこの発明の一実施例を第２図および第３図に基づ
いて説明する。

なお第２図において前記第１図における機器等と同一な
いし均等のものは、前記と同一符号を以って示し、重複
した説明を省略する。

まず、モード結合評価装置の構成を説明すると、第２図
中、５は偏光子、６はモード結合を測定するための２つ
の伝搬モードを有する複屈折性の被測定光ファイバ（被
測定伝送路）であり、偏光子５により被測定光ファイバ
６への入射光が、その複屈折軸に一致した直線偏光にさ
れる。而してこの偏光子５により、光源１から出射され
た光を被測定光ファイバ６の２つの伝搬モードのうち一
方の伝搬モードに入射させる手段が構成されている。

７はロション（Ｒｏｃｈｏｎ）プリズムと同等な作用を
有するプリズムで、直交した２つの伝搬モード成分を空
間的に分離するものぐあり、このプリズムにより被測定
光ファイバ６から出射される２つの伝搬モード成分を有
する光束を当該２つの伝搬モードに分＋ＩＩＩＩ　ｌる
手段が構成されている。

８は周波数偏移装置であり、前記プリズム７で分割され
た２光束間に一定の周波数差を与え、干渉信号の光ヘテ
ロゲイン検出を実現するためのものである。周波数偏位
装置８の代表的なものとしては音響光学変調器があり、
超音波と光の相互作用により光の周波数に偏移が与えら
れる。

９ａ、９ｂ、９ｃは反射鏡、１０は合波手段としての半
透鏡、１１は検光子であり、検光子１１は直交偏向され
た２光束を合成する作用を有している。１２は周波数偏
移装置８で与えられた偏移周波数成分を抽出する中間周
波数フィルタ、１３は増幅器、１４は波形記憶装置であ
り、光検出器４、中間周波数フィルタ１２、増幅器１３
および波形記憶装置１４により干渉光の振幅を光路長差
の関数として検出する手段が構成されている。

また、光路長可変装置３としては、例えば第３図に示す
ような可動反射鏡１５および２個の固定反ｒＪ４ｔｉ１
６で構成されたものが用いられている。

次に作用を説明する。

光源１から出射された可干渉性を有する光は、偏光子５
を透過して被測定光ファイバ６にその一方の複屈折軸に
一致した偏光で入射し、ＨＥ　Ｉ＋あるいはＩ」Ｅ　ｎ
モードとして伝搬される。以下、この実施例ではＨＥ　
Ｉ＋モードか励振された場合について述べる。

励振されたＨ　Ｅ　１１モードと、被測定光ファイバ６
中で生じたＨ　Ｅ　ｎモードとが、プリズム７により空
間的に分離され、分離された一方の光束は周波数偏移装
置８により一定角周波数Δωｂだけ周波数偏移が与えら
れ、反０４鏡９ａで反射されて半透鏡１０に入射される
。また、他方の光束は光路長可変装置３を経由して半透
鏡１０に入射される。

そして分割されて互いに直交した２光束は、半透鏡１０
により合波され、検光子１１により同一偏光として抽出
され、光検出器４により光電検出される。

このとき、被測定光ファイバ６中において生じるＨＥｆ
ｉモードとＨＥ　’＋モードとの電力結合の度合いによ
り前記第１図を用いて説明したように被測定光ファイバ
６上の位ｆｆ１Ｚに対応した干渉強度を得ることかでき
る。ただし、この実施例では干渉する２光束間に一定の
角周波数差Δωｂ　（ΔωｂくΔω）が与えられている
ため、前記（１１式は次のように書ける。

−ｅｘｐ（−Δω２ＲＬ２／２）・ｃｏｓ　（Δω、ｔ＋Ｒｊ　　）　　　・・・（Ｉ７
）即ち、干渉信号の角周波数Δωｂ成分が中間周波数フ
ィルタ１２で検出され、その振幅値が位置Ｚにおけるモ
ード結合に関係づけられる。

次に第４図の（Ａ）〜（Ｄ）には、上述の第２図の測定
系に基づいた測定結果の具体例を示す。

被測定光ファイバ６は、全長ｉｏａｍ、使用した光源１
のスペクトル幅は約５００ＧＨｚである。

第４図の（Ａ）〜（Ｃ）は、前記（１１）式で表わされ
る干渉信号の振幅であり、横軸が前記第３図に示した光
路長可変装置で与えられた空間における光路長差ΔＬで
あって８．’　１９ｍｍ／ｄ　ｉ　ｖである。また縦軸
は干渉信号の振幅でリニアスケールである。

まず第４図の（Ａ）は、被測定光ファイバ６の出射光の
うち励起されたモードと同一の伝搬モードをプリズム７
により空間的に２分割した場合に光検出器４で検出され
る干渉信号の振幅のΔＬ依存性である。これは、第２図
においてプリズム７の主軸を所定位置より回転させるこ
とにより実現でき、このとき他方の伝搬モードの影響は
無視できる。

第４図の（Ｂ）は、被測定光ファイバ６を出射した光を
プリズム７により直交した伝搬モードに２分割した場合
に得られる干渉信号の振幅のΔＬ依存性である。左右両
端に見える２つのピークは偏光子５５およびプリズム７
０角度設定の誤差により生じるものであり、被測定光フ
ァイバ６の両９１：位ｌｌに相当する１１図の例では両
ピーク間は空間における光路長差が３９ｍｍであり、こ
れを光束で１．１１６と２つの伝搬モード間の群遅延差
Ｔｐ１３０ｐｓが得られる。これが被測定光ファイバ６
の長さＬ＝１００ｍに相当する。この測定における距離
分解能は、前記（８）式で与えられ、実測値Ｔｃ（−〇
、６７ｐｓ）および群速度差ΔＶｇ（編Ｌ／Ｔｌ））よ
りΔＺは約０．５ｍとなる。

第４図の（Ｃ）、（Ｄ）は、前記第４図の（Ａ）と同じ
条件において、被測定光ファイバ６の入射端から３６ｍ
および３７ｍの位置において、被測定光ファイバ６に側
圧を与えてモード結合を生じさせたときの光路長差に対
するビート振幅を示している一７第４図の（Ｃ）中の中
央部に側圧印加部を示す２つのピークが確認できる。第
４図の（Ｄ）は、この２つのピーク部分の横軸拡大図で
ある。

第４図の（Ｄ）の縦軸（よ第４図の（Δ）に比べて１８
倍に拡大されており、第４図の（Ｄ＞と（Ａ）にＪ３け
るピークの高さの比は約０．１であった。

ピークの高さの比は（１１）式で与えられる石に相当す
るため側圧印加により生じるモード結合係数りとして（
１４１式より約２．５Ｘ１０−３が得られた。

し発明の効果１以−［説明したように、この発明の構成によれば、被測
定伝送路へ励振された一方の伝搬モード光とその被測定
伝送路中でモード結合により生じた他方の伝搬モード光
による干渉信号の振幅が光路長可変手段で両伝搬モード
光の間に設定された光路長差の関数として検出され、こ
のように被測定伝送路を透過した光を用いて両伝搬モー
ド成分による干渉信号の振幅が検出され、モード結合の
度合が両伝播モード間の群近延時間差により時間的に分
離して検出されるので、モード結合度合の長手方向分布
が定量的に高分解能で測定され、モード結合の度合に対
するダイナミックレンジが拡大されるという利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るモード結合評価袋打を概念的に
説明するための構成図、第２図はこの発明の一実施例を
示すブロック図、第３図は同上実施例に適用される光路
長可変装置の一例を示す構成図、第４図は同上実施例で
得た光路長差に対するビート振幅の測定値例を示す図で
ある。１：光源、　　３：光路長可変装置、４：光検出器、　　５：偏光子、６：被測定光ファイバ（被測定伝送路）、７：プリズム
（分離手段）、８：周波数偏移装置、１０：半透鏡（合波手段）、　１１：検光子、１２：中
間周波数フィルタ、１４：波形記憶￥Ｉ４置。代理人　　弁理士　　三　好　　保　男系１　図第２区第３図光路長差ΔＬ第４図（Ａ）光路長差４Ｌ第４図　（Ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

可干渉性を有する光を出射する光源と、該光源から出射
された光を２つの伝搬モードを有する被測定伝送路にお
ける当該２つの伝搬モードのうち何れか一方の伝搬モー
ドに入射させる手段と、前記被測定伝送路から出射され
る２つの伝搬モード成分を有する光を当該２つの伝搬モ
ードに分離させる分離手段と、該分離手段で分離された
両光の間に所要の光路長差を可変設定する光路長可変手
段と、該光路長可変手段で所要の光路長差に設定された
各光路を伝送された両光を干渉させる合波手段と、該合
波手段で合波された干渉光を光電変換し該干渉光の振幅
を前記光路長差の関数として検出する手段とを有するこ
とを特徴とするモード結合評価装置。