JPS6352034A

JPS6352034A - 単一モ−ド光フアイバの測定方法および装置

Info

Publication number: JPS6352034A
Application number: JP19683686A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Iwatsuki; 勝美岩月; Kazuo Hagimoto; 萩本　和男
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-08-21
Filing date: 1986-08-21
Publication date: 1988-03-05

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、光通信用の光ファイバの測定に利用する。

本発明は、長尺単一モード光ファイバの有する分散を高
安定、高分解能で測定する測定方法および装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

単一モード光ファイバの分散を測定する技術（文献（１
））としては、従来からパルス遅延法、ベースバンド位
相変化法、干渉法が知られている。以下に各々の技術の
概略を述べる。

パルス遅延法では、レーザから射出した光パルスをビー
ムスプリフタにより二分し、一方を被測定単一モード光
ファイバに導き、他方は空気中を伝搬させ、上記光フア
イバ出射端で両者を再びビームスプリフタを用いて合波
する。上記光ファイバを通過した光パルスは、光ファイ
バのもつ分散により群遅延を受ける。空気中を伝搬した
光パルスを測定の基準として用い、この群遅延をレーザ
の発振波長を掃引しながら測定する（文献（２））。

この方法を用いて得られる分解能は、光パルスの幅を狭
くすることにより向上するが、その上限は光検出器の応
答速度で制限され、５０〜１００ピコ秒程度と極めて低
く、光ファイバの零分散波長域付近での分散を精度よく
測定できない。

近年、光短パルスの波形を測定する方法として提案され
たオプティカルサンプリング（文献（３））を上記方法
に応用することにより、分解能の向上を図る測定法（文
献（４））が試みられた。しかし、これも光パルス波形
を計測する際に、光学的非線形要素を用いているため、
光源の波長掃引に伴う光軸の変化を調整する必要が生じ
、光学系構成上の難点となる。

ベースバンド位相差法（文献（５））は、レーザから出
射した光に正弦波で振幅変調をかけた後これを被測定光
ファイバに導波する。この光ファイバから出射した光波
を復調し、その位相を読むことから、その波長における
群遅延を求める方法である。この測定法における分解能
は、前述の方法に比べ数十ピコ秒と改善されているもの
の、先に述べた零分散域での分散値を高精度に測定する
には不十分である。

干渉法では、光源として時間的コヒーレンスの悪いもの
を用いて、マツハツエンダ干渉計あるいはマイケルソン
干渉計を構成する。その片側のアームに被測定光ファイ
バを挿入し、この光ファイバのもつ群遅延によるビジィ
ビリティ劣化を測定することによりその分散を評価する
（文献（６））。

この方法によると分解能が０．１　ピコ秒と極めて高い
ものの、干渉計を用いているために、温度や機械的変動
の外乱に敏感に反応し、安定に計測を実行することが困
難である。また、この方法では、被測定光ファイバの長
尺化は、光学系構成規模から制約を受け、現実の光フア
イバケーブルの分散を完全に把握する評価法としては役
立たない。

〔文　献〕

（１）米国ＩＥＥＥ　）ランズアクションＬＴ、　１９
８５年第３巻９５８〜９６５頁（Ｌ、　Ｇ　Ｃｏｈｅｎ
“Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ
　ｆｉｂｅｒ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｍ
ｅｎｔ　ｔｅｃｈ−ｎｉｑｕｅｓ”ＩＥＥＥ　Ｊ、Ｌｉ
ｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈ、、ＬＴ−３＋　ｐｐ９５８
〜９５６　（１９８５）。

（２）米国ＩＥＥＥ　）ランズアクションＱＥ、　１９
７８年第１４巻８５５〜８５９頁（Ｌ、Ｇ、Ｃｏｈｅｎ
　＆　Ｃ，Ｌｉｎ″Ａ　ｕｎｉｖｅｒ−ｓａｌ　ｆｉｂ
ｅｒ−ｏｐｔｉｃ　（ｕＦｏ）　ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔ
　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄｏｎ　ａ　ｎｅａｒ−ＩＲ
Ｒａｍａｎ　１ａｓｅｒ’　ＩＥＥＥ　Ｊ、Ｑｕａｎｔ
ｕｍ　Ｅｌｅ−ｃｔｒｏｎ、、　ＱＢ−１４，ｐｐ８５
５−８５９（１９８５）。

（３）米国雑誌オプティカルレター１９８６年第１１巻
４〜６頁（ＴＪａｎａｄａ　＆　Ｄ、Ｌ、Ｆｒａｎｚｅ
ｎ　”０ｐｔｉｃａｌ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｍｅａｓｕ
ｒｅｍｅｎｔ　ｂｙ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓａｍｐｌｉｎ
ｇ　ｗｉｔｈ　ａｍｏｄｅ−１ｏｃｋｅｄ　１ａｓｅｒ
　ｄｉｏｄｅｓ”Ｏｐｔ、Ｌｅｔｔ、、１１．　Ｉ）ｌ
）　４〜６　　（１９８６）。

（４）米国雑誌オプティカルレター１９８６年第１１巻
３３０〜３３２頁（Ｔ、Ｋａｎａｄａ　＆　Ｄ、Ｌ、Ｆ
ｒａｎｚｅｎ　”Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅｆｉｂｅｒ　
ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔｓ　ｕｓ
ｉｎｇ　ｏｐｔｉｃａｌｓａｍｐｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　
ａ　ｍｏｄｅ−１ｏｃｋｅｄ　１ａｓｅｒ　ｄｉｏｄｅ
ｓ”Ｏｐｔ、Ｌｅｔｔ、、１１．ｐｐ３３０〜３３２　
　（１９８６）。

（５）　　米国ＩＥＥＥ　）ランズアクションＧＥ、　
１９８２年第１８巻１５０９〜１５１５頁（Ｂ、Ｃｏ５
ｔａ＋　Ｄ、Ｍａｚｇｏｎｉ、　Ｍ、Ｐｕ１ｅ。

＆　Ｅ、Ｖｅｚｚｏｎｉ　”Ｐｈａｓｅ　５ｈｉｆｔ　
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅｍｅａｓｕｒｎ＋
ｅｎｔ　ｏｆ　ｃｈｒｏｎ＋ａｔｉｃ　ｄｉｓｐｅｒｓ
ｉｏｎ　ｉｎ　ｏｐｔｉ−ｃａｌ　ｆｉｂｅｒｓ　ｕｓ
ｉｎｇ　ＬＥＤ’ｓ’　ＩＥＥＥ　Ｊ、Ｑｕａｎｔｕｍ
　Ｅｌｅｃ−ｔｒｏｎ、、ＱＥ−１８，’　ｐｐ１５０
９〜ｔｓｉｓ　（１９８２）。

（６）米国ＩＥＥＩＩ！　トランズアクションＱＢ、　
１９８１年第１７巻４０４〜４０７頁（Ｔ、Ｔａｔｅｄ
ａ、　Ｎ、５ｈｉｂａｔａ　＆　Ｓ、５ｅｉ−ｋａｉ″
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ
　ｃｈｒｏｍａｔｉｃ　ｄｉｓ−ｐｅｒｓｉｏｎ　ｍｅ
ａｓｕｒ＋ｗｅｎｔ　ｉｎ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄ
ｅ　ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒ”　ＩＥＥＥ　Ｊ、Ｑｕ
ａｎｔｕａ＋　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、、ＱＥ−１７＋　ｐ
ｐ４０４〜４０７　（１９８１）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、実用的な通信用単一モード光ファイバケ
ーブルの分散評価に利用できる測定法はない。

光パルスは光フアイバケーブルの有する分散の影響でそ
の波形が劣化する。これは、情報伝送にとっては不都合
な現象である。この現象は伝送速度向上のため送信光パ
ルス幅を狭くするにつれ、顕著に現れてくる。将来の大
容量かつ超高速光通信にとっては上記現象を正確に把握
する必要があるため、光フアイバケーブルの分散を高安
定・高分解能で計測する技術は極めて重要である。

本発明の目的は、 ■　高分解能、 ■　高安定計測、 ■　被測定単一モード光ファイバの長尺化にあり、実用
的な通信用単一モード光ファイバケーブルの評価に適す
る測定法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、光源の出力光に対してビートを起こす干渉光
を発生させて上記出力光および上記干渉光を被測定単一
モード光ファイバに入射させ、この被測定単一モード光
ファイバを通過する前後の上記出力光および上記干渉光
のビートについてその位相を測定することにより上記被
測定単一モード光ファイバの群遅延を測定することを特
徴とする。

〔作　用〕

光源から出射した出力光に対してビートを起こす干渉光
を発生させて、被測定単一モード光ファイバに導入する
。これにより、上記被測定光ファイバがもつ分散による
群遅延が上記光波のビート信号の位相変化として得られ
る。このビート信号を光検出器で電気信号に変換し、ビ
ート信号の位相を位相処理回路により測定する。

本発明は、上述した分散測定の分類によれば干渉法に属
する。上述の従来例の干渉法では、時間的にコヒーレン
スの悪い光源を用い、ｍ　測定光ファイバの群遅延によ
るビジィビリティの劣化を利用していたのに対し、本発
明では、通常のコヒーレンスを有するレーザを光源とし
て用いることができる。また光波の位相に群遅延が反映
されるように光学系を構成するところに特徴がある。

上記目的の■高分解能化を達成するため、被測定単一モ
ード光ファイバが有する分散による群遅延が光波の位相
情報として測定でき、しかも■長尺化も同時に達成可能
となるような光学系を構成する。すなわち、被測定単一
モード光ファイバに光を導波する以前に、例えば音響光
学復調器（ＡＯＭ）により、マイケルソン干渉系を構成
し、光波が光ファイバを通過した後に、この音響光学変
調器により周波数シフトした光とそうでない光との間の
位相差がちょうど群遅延に対応するように設定する。被
測定光ファイバに光を導く前に、光波を干渉させである
ため■長尺化が可能となる。

従来の干渉法のように、干渉計の一部に被測定光ファイ
バを含まない。したがって、光ファイバの長尺化に伴い
光学系の規模が大きくなることがなく、現実的な装置が
実現できる。

長尺化に伴い外乱の影響が著しくなるが、■高安定計測
を行うために、発振波長がλ。に固定された光源を外乱
モニタ用として、分散測定用光源とは別に光源系に導入
することができる。これにより波長λ。における群遅延
を同時に上記光源系で測定し、この値と求めたい波長で
の群遅延とを比較して外乱の影響を除去することができ
る。このような安定化構成法は従来の干渉法では講じら
れない。

また本発明の光学系は、被測定光ファイバの他端に全反
射ミラーを置けば、入射端に光を戻すことにより測定系
をすべて被測定光ファイバの入射端に集約することがで
きるから、測定装置として一体化することが可能となり
、とう道内に設置された光フアイバケーブルにも応用で
きる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例の光学系構成図である。

第一の光源となるレーザ１は発振波長がス。に固定され
ている。第二の光源となるレーザ２は発振波長λが可変
である。この二つの波長λ。、λの出力光は光フアイバ
方向性結合器３で結合する。

符号５はハーフミラ−１６は音響光学変調器（ＡＯＭ）
、７はコーナーキューブ、８は全反射ミラーである。光
フアイバ方向性結合器３で合波された光は音響光学変調
器６により、それぞれの角周波数をω、だけ変化させた
光とそうでない光とに分波される。ここで音響光変調器
６に変調波を供給する発振器２２の出力信号角周波数を
ω、とする。

波長λ。の光は測定中に加わる外乱を除去するために用
いるもので、さらにに詳しくは後述する。

分波された光をそれぞれコーナーキューブ７と全反射ミ
ラー８により再び音響光学変調器６に戻し、合波した光
をハーフミラ−５で分波する。

ここで分波された一方の光はポラライザ１０を介してハ
ーフミラ−４により反射され、グレーティング９に導か
れる。これにより波長λ。とこれから２ω、だけ角周波
数がずれた光だけが選択され光検出器１５で受光される
。この光検出器１５からは角周波数２ω、の交流信号が
出力として得られる。

一方、ハーフミラ−４を透過した光は、被測定単一モー
ド光ファイバ１３に導かれる。波長λおよびλ。の光の
角周波数をω、ω。とすると、被測定の光ファイバ１３
には、 ω、ω＋２ω１、ωｏ１ωｏ＋２ω。

なる角周波数をもつ光が入射することとなる。光ファイ
バ１３の有する分散による群遅延で、角周波数がω、ω
＋２ω１、ω。とω。＋２ω、との光の間にそれぞれなる位相差が生じる。ただし、はそれぞれ波長λ。、λにおける群遅延を示す。

光ファイバ１３の出力端では波長選択性のある光フアイ
バ分波器１４により、波長がλ。とλの光に分波される
。それぞれポラライザ１１および１２を介して光検出器
１６．１７に入射し、ここでそれぞれ電気信号として角
周波数２ω、の交流信号が得られる。この交流信号の位
相は、位相差θ１、θ２をそまのの保存している。した
がって、光検出器１５と１６の交流信号および同１５と
１７の交流信号の位相をそれぞれ比較検出すると、位相
差θいθ２を求めることができる。これにより上記群遅
延τ（λ。）、τ（λ）を得る。

次に、０重、θ２を求める位相処理回路１８の実施例に
ついて述べる。第２図は前述の位相差θ７、θ２を読む
ための位相処理回路の実施例構成図である。光検出器１
５．１６．１７から得られる交流信号をそれぞれ高域フ
ィルタ２３．２４．２５により抽出する。位相差θ１、
θ２を求めるには、前述したように、光検出器１５．１
６および１５．１７の交流信号の位相を比較することに
なる。そこでそれぞれ位相可変器２６．２７、掛算器３
０．３１および低域フィルタ２８．２９を用いて位相同
期回路を構成し、掛算器３０．３１の出力電圧を比較す
ることにより位相比較を行う。

低域フィルタ２８．２９に帰還される電圧ｖｌ　、Ｖ　
２は各位相同期回路が安定化したときに位相差θ１、θ
２に比例することになる。位相差θ１、θ２は外乱によ
り変動するため、電圧ｖ１とｖ２とを差動増幅器３２で
比較する。すなわち、群遅延で（λ。）を基準にして群
遅延τ（λ）を安定に測定できることになる。

上記位相同期回路は位相分解能として１０−’ｒａｄ程
度を達成することは容易である。角周波数ω。

に対応する周波数を４０Ｍ）！、　、光ファイバ１３の
全長りを１ｋ１１とすると、群遅延τ（λ）の分解能と
して０．２ピコ秒／ｉが達成可能となる。

第３図は本発明の光学系構成の第二の実施例構成図であ
る。光ファイバ１３の出力端に全反射ミラー３８を設け
、入力側に光強度変調器３４を設けたところに特徴があ
る。この例は光ファイバ１３の一端からすべての測定が
できるように工夫したものである。

測定原理は第１図で説明したものと同等であるが、被測
定単一モード光ファイバ１３の出射端では全反射ミラー
３８により出力光はすべて反射させて、光を光ファイバ
１３の入射端に戻している。入射端に戻った光は、ハー
フミラ−４で反射され波長選択性光フアイバ分波器１４
に導かれ、光検出器１６および１７で電気信号に変換さ
れる。この電気信号は位相処理回路１８でそれぞれ位相
処理される。

このような光学系構成をとることにより、測定系をすべ
て、被測定単一モード光ファイバ１３の入射端に集める
ことができ、測定装置として一体化が可能となる。ただ
し、この光学系では、光ファイバ１３の中で生じる後方
レーリー散乱光の位相が、測定したい光の位相に重畳さ
れて測定雑音として作用する。これを除去するため、光
ファイバ１３に光を導く前に光強度変調器３４によりパ
ルス変調を施し、求めたい信号と後方レーリー散乱光と
を時間的に分離する。この構成は、とう道内に既に設置
された光フアイバケーブルの分散評価を高分解能かつ高
安定に行うために利用できる利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば単一モード光ファ
イバがもつ分散による群遅延が、ビート信号の位相とし
て測定されるので、高分解能を達成することができると
ともに、安定な測定を行うことができる。また被測定単
一モード光ファイバに光を入射する前に光を干渉させで
あるから、原理的に光ファイバの長さに関係なく測定を
行うことができ、長尺の光ファイバにも測定を行うこと
が可能になる。さらに、光源を複数にしてそれぞれの相
対位相を計測する構成により、外乱の影響を除くきわめ
て安定な測定を行うことができる。

本発明の装置では、被測定単一モード光ファイバの一端
に装置を集中的に設置することができるから、すでに施
設した光ファイバについても測定を行うことができる。

近年、零分散シフト光ファイバ、零分散フラット光ファ
イバなどの新しい光ファイバが試作されているが、本発
明はこれらの光ファイバの性能の評価にきわめて有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例装置構成図。第２図は実施例位相処理回路の構成図。第３図は本発明第二実施例装置構成図。１・・・発振波長λ。が固定のレーザ、２・・・発振波
長λが可変なレーザ、３・・・光フアイバ方向性結合器
、４．５・・・ハーフミラ−１６・・・音響光学変調器
、７・・・コーナーキューブ、８・・・全反射ミラー、
９・・・グレーティング、１０．１１．１２・・・ポラ
ライザ、１３・・・被測定光ファイバ、１４・・・波長
選択性光フアイバ分波器、１５．１６．１７・・・光検
出器、１８・・・位相処理回路、１９．２０・・・波長
λ。の光線、２１・・・波長λの光線、２２・・・音響
光学変調器駆動用発振器、２３．２４．２５・・・高域
フィルタ、２６．２７・・・位相可変器、２８．２９・
・・低域フィルタ、３０．３１・・・掛算器、３２・・
・差動増幅器、３３・・・群遅延に比例した出力電圧、
３４・・・光強度変調器、３８・・・全反射ミラー。特許出願人　　日本電信電話株式会社代理人　　弁理士　井　出　直　孝だ　１　図Ｊ￥１２１１２１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源の出力光に対してビートを起こす干渉光を発
生させて上記出力光および上記干渉光を被測定単一モー
ド光ファイバに入射させ、この被測定単一モード光ファイバを通過する前後の上記
出力光および上記干渉光のビートについてその位相を測
定することにより上記被測定単一モード光ファイバの群遅延を測定するこ
とを特徴とする単一モード光ファイバの測定方法。
（２）光源（１、２、３）と、この光源の出力光に対してビートを起こす干渉光を発生
する手段（６、７、８、２２）と、上記光源の出力光お
よび上記干渉光を被測定光ファイバ（１３）に通過させ
る手段と、上記ビートについて上記被測定光ファイバを通過する前
後の位相を測定する手段とを備えたことを特徴とする単一モード光ファイバの測定
装置。
（３）光源は、その波長が異なる二つの光が結合されて
出力光となる構成であり、位相を測定する手段は、上記波長の異なる二つの光のビ
ートについてそれぞれの相対位相を測定する構成である特許請求の範囲第（２）項に記載の単一モード光ファイ
バの測定装置。
（４）被測定光ファイバに通過させる手段は、被測定光
ファイバの遠端に配置された全反射ミラーを含み、位相を測定する手段が被測定光ファイバの近端に配置さ
れた特許請求の範囲第（２）項または第（３）項に記載の単
一モード光ファイバの測定装置。
（５）干渉光を発生する手段は、音響光学変調器、コー
ナーキューブ、およびミラーを含むマイケルソン型ヘテ
ロダイン干渉計である特許請求の範囲第（２）項に記載
の単一モード光ファイバの測定装置。