KR100832470B1 - 광섬유의 복굴절 측정 방법 및 측정 장치, 광섬유의 편파모드 분산 측정 방법 및 광섬유 - Google Patents

Abstract

광섬유의 복굴절 측정 방법에 있어서, 피측정 광섬유에서의 측정 기점(0)에서 소정 위치(z)까지의 제1 구간(O, z)의 왕복의 존스 매트릭스(R(z)) 및 상기 측정 기점(O)에서 상기 위치(z)와는 다른 위치(z+Δz)까지의 제2 구간(0, z+Δz)의 왕복 존스 매트릭스(R(z+Δz))를 얻어 매트릭스(R(z+Δz)R(z)^-1)의 고유값(ρ₁, ρ₂)를 구하고, 다음 식(1), (2)(식 중, φ는 복굴절에 의한 직교 편광간의 위상차, Δn은 복굴절, λ는 파장을 각각 나타냄)의 연산에 의해, 상기 위치(z)에서 상기 위치(z+Δz)까지의 미소 구간(Δz)에서의 복굴절을 얻는다.

Description

광섬유의 복굴절 측정 방법 및 측정 장치, 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법 및 광섬유{Method and device of measuring double refraction of optical fiber, method of measuring polarization mode dispersion of optical fiber and optical fiber}

본 발명은 광섬유의 복굴절 측정 방법 및 측정 장치, 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법 및 광섬유에 관한 것으로, 광섬유의 복굴절 및 편파 모드 분산을 길이 방향을 따라서 정확하면서도 간단하게 측정하기 위한 기술에 관한 것이다.

본원은 2005년 4월 14일에 출원된 특원2005-117030호 및 2005년 8월 8일에 출원된 특원2005-229263호에 대해 우선권을 주장하였으며, 그 내용을 여기에 원용한다.

최근, 광통신 전송 속도의 고속화, 전송 거리의 장거리화가 진행됨에 따라서, 전송로에는 편파 모드 분산(이하, PMD라고 칭함)의 저감이 요구되고 있다. PMD는 광섬유 내부를 전파하는, 직교하는 2개의 고유 편광 성분에 군속도 차이가 발생함에 따라서 일어나는 모드 분산이다(특허문헌 1, 2 및 비특허문헌 1∼5 참조).

PMD를 결정하는 파라미터에는 2가지가 있다. 하나는 광섬유의 복굴절의 크기이고, 다른 하나는 광섬유의 복굴절축의 방향이 광섬유 길이 방향에 어떻게 변화하 고 있는지를 나타내는 편파 모드 결합의 크기이다.

전송로인 광케이블의 PMD를 결정하는 구체적인 요인으로서, 광섬유의 코어 형상의 비진원성(非眞圓性)이나, 코어에 생기는 응력의 비대칭성 등의 광섬유 내부에 기인하는 요인과, 광케이블화 공정에서의 광섬유의 휨에 따른 응력의 비대칭성 등의 광케이블화 공정에 기인하는 요인이 존재한다. 이 때문에, 광섬유 내부에 기인하는 광케이블의 PMD의 악화를 방지하기 위해서는, 광케이블화 공정 이전에 광섬유 내부의 요인에 기인하는 PMD를 측정하여, PMD가 나쁜 광섬유를 제거하는 것이 바람직하다.

광섬유는 일반적으로 보빈에 감긴 상태로 광케이블화 공정으로 수송되지만, 보빈에 감긴 상태의 광섬유는 보빈에 감겨 휨이나 측압에 의해 복굴절이 발생함과 동시에, 광섬유끼리 맞닿거나, 감을 때 큰 비틀림이 가해지거나 하여 편파 모드 결합이 유발된다. 이 때문에, 보빈에 감긴 광섬유의 PMD는 광섬유 내부의 요인에 기인하는 PMD와 일치하지는 않는다.

이 때문에, 광섬유 내부의 요인에 기인하는 PMD를 측정하기 위해서는, 광섬유를 보빈으로부터 개방하여, 직경 20cm 내지 100cm 정도의 직경으로 감고, 광섬유에 가까운 비중을 갖는 액체 중에 가라앉힘으로써, 측압이나 작은 휨에 의해 발생하는 복굴절이나 광섬유끼리의 접촉에 기인하는 편파 모드 결합을 해제하여 PMD를 측정하는 방법을 취할 수 있다. 이 PMD의 측정에 대해서는, 예를 들면 비특허문헌 5 등에 기재되어 있다.

PMD는 비특허문헌 4에 기재되어 있는 바와 같이 통계적인 성질을 갖기 때문 에, 측정에는 불확정성을 동반한다. 불확정성을 감소시키기 위해서는, 피측정 광섬유의 총 PMD를 크게 하거나 측정할 파장을 넓히는, 측정마다 광섬유에 섭동을 가하여 복수회 측정하는 방법 등이 있다. <특허문헌 1:국제 공개 WO 2004/010098호 팜플렛, 특허문헌 2:국제 공개 WO 2004/045113호 팜플렛, 비특허문헌 1:E. Chausse, N. Gisin, Ch. Zimmer, "POTDR, depolarization and detection of sections with large PMD", OFMC'95, 비특허문헌 2:츠루타 마사오, 「응용 광학 2」, pp. 197~200, 바이푸칸, 비특허문헌 3:R. C. Jones, “A new calculus for the treatment of optical systems VI. Experimental determination of the matrix", JOSA, Vo1.37, pp.110~112, 1947, 비특허문헌 4:N. Gisin, “How accurately can one measure a statistical quantity like polarization-mode dispersion", PTL, Vo1.8, NO.12, pp.1671~1673, Dec.1996, 비특허문헌 5:B. L. Heffner, “Automated measurement of polarization mode dispersion using Jones matrix eigenanalysis", IEEE Photonics Tech. Lett. Vo1.4, NO.9, Sep. 1992

그러나, 종래의 PMD의 측정 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

피측정 광섬유의 총 PMD를 크게 하기 위해서는, 피측정 광섬유의 PMD가 작은 경우, 피측정 광섬유의 전체 길이를 길게 해야 하는데, 자유로운 상태에서의 PMD의 측정에 사용된 광섬유는 다시 제품으로 사용할 수 없기 때문에, 이 방법은 측정시마다 긴 광섬유를 필요로 하여 낭비가 많다. 또 측정할 파장을 넓히는 방법은, 광원의 발진 파장에 의해 제한을 받기 때문에 한계가 있다. 또한, 복수회 측정하는 방법은, 그 측정에 시간이 많이 걸려 비효율적이다.

다음에, 다른 종래의 기술과, 그 문제점에 대해서 설명하기로 한다. PMD는 광섬유의 모재(母材)나 방사(紡絲) 조건에 따라서 변동이 크기 때문에, 통상은 동일한 조건으로 제작된 광섬유는 거의 동일한 PMD값을 나타내지만, 돌발적인 원인에 의해 부분적으로 PMD가 악화되는 경우가 있어, 길이 방향으로 측정하는 것이 바람직하다.

종래의 길이 방향의 복굴절, PMD의 측정법으로는 특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 방법을 들 수 있다. 이들 방법은 OTDR과 피측정 광섬유와의 사이에 편광자를 배치했을 때 관측되는, OTDR 파형의 편차의 크기에 의해 복굴절이나 PMD를 측정하는 것이다. 그러나, 이들 측정 방법에는 몇 가지 문제점이 존재한다.

먼저, 종래의 방법에서는 입사하는 편광 상태와, 광섬유의 복굴절축 각도와의 관계에 의해 파형의 진폭이 다르기 때문에, 측정을 정확히 행할 수 없다는 문제점이 있다. 예를 들면, 입사 편광이 직선 편광인 경우, 직선 편광의 방향과 복굴절축이 45도의 각도를 이루는 경우에 진폭이 최대가 되지만, 일치하는 경우에는 진폭은 O이 된다. 이 문제는 종래의 방법에 의한 편파 모드 분산의 측정 결과에 심각한 영향을 미친다.

또 종래의 방법에서는 OTDR 파형의 편차 지표로서, 최소 제곱 근사 직선으로부터의 편차를 지표로 하고 있으나, 그러기 위해서는 어느 정도의 구간에 걸쳐 편차를 평균화할 필요가 있어, 높은 분해능을 얻기는 원리적으로 불가능하다.

또한, 종래의 방법에서는 범용 OTDR을 사용함으로써 간단한 구성으로 하는 것을 특징으로 하고 있으나, 범용의 OTDR의 광원은 스펙트럼 폭이 5nm∼20nm로 넓기 때문에, 일단 PMD가 큰 지점을 통과하면, 펄스 중의 편광 상태가 파장에 의해 달라지는 현상이 발생하고, 진폭은 평균화되어 작아지기 때문에, 그 이후의 PMD의 측정이 불가능해진다는 문제점도 있었다(비특허문헌 1 참조).

본 발명은 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 자유로운 상태에서의 PMD가 비교적 작은, 짧은 광섬유의 복굴절 및 PMD를 짧은 시간에 정확하게 측정하는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 광섬유가 자유로운 상태에서의 길이 방향의 복굴절 및 PMD를 정확하면서도 임의의 분해능으로 측정하며, 또한 PMD가 큰 지점이 도중에 존재하더라도 그 이후의 측정 결과에 영향을 미치지 않는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 피측정 광섬유에서의 측정 기점(O)에서 소정의 위치(z)까지의 제1 구간(0, z)의 왕복 존스 매트릭스(R(z)) 및 상기 측정 기점(0)에서 상기 위치(z)와는 다른 위치(z+Δz)까지의 제2 구간(0, z+Δz)의 왕복 존스 매트릭스(R(z+Δz))를 얻고, 매트릭스(R(z+Δz)R(z)^-1)의 고유값(ρ₁, ρ₂)을 구하고, 다음 식(1), (2)

(식 중, φ는 복굴절에 의한 직교 편광간의 위상차, Δn은 복굴절, λ는 파장을 각각 나타냄)의 연산에 의해, 상기 위치(z)에서 상기 위치(z+Δz)까지의 미소 구간(Δz)에서의 복굴절을 얻는 광섬유의 복굴절 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 광섬유의 복굴절 측정 방법에서, 편파 OTDR을 사용하여 상기 피측정 광섬유의 상기 왕복 존스 매트릭스를 얻는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 타이밍 제어 수단과, 그 타이밍 제어 수단에 의해 제어되는 펄스광 발생 수단과, 그 펄스광 발생 수단으로부터의 펄스광의 편광 상태를 변환하는 편광 변환 수단과, 그 편광 변환 수단으로부터의 펄스광을 피측정 광섬유의 일단에 입사시킴과 동시에, 그 피측정 광섬유의 일단으로 되돌아온 후방 산란광을 조사하는 광순회 수단과, 그 타이밍 제어 수단에 의해 제어된, 그 광순회 수단으로부터의 출사광의 편광 상태를 시계열적으로 검출하는 편광 검출 수단과, 그 편광 검 출 수단의 출력을 바탕으로, 상기 복굴절 측정 방법을 이용하여 상기 피측정 광섬유의 복굴절을 측정하는 해석 수단을 갖는 광섬유의 복굴절 측정 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 광섬유의 복굴절 측정 방법을 이용하여 측정한 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 복굴절과, 자유로운 상태에서의 상기 피측정 광섬유의 편파 모드 분산과의 관계를 이용하여, 자유로운 상태에서의 상기 피측정 광섬유의 편파 모드 분산을 측정하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 보빈에 감긴 광섬유의 일부를 빼내고, 상기 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법을 이용하여 그 편파 모드 분산을 측정한 후, 상기 편파 모드 분산 측정값을, 상기 보빈에 감긴 상기 광섬유의 전체를 자유로운 상태에 두었을 때의 편파 모드 분산으로 하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 광섬유의 복굴절 측정 방법을 이용하여 측정한 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 복굴절과, 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 편파 모드 분산과의 관계를 이용하여, 보빈에 감긴 상태에서 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 편파 모드 분산을 측정하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법을 제공한다.

또 본 발명은 상기 광섬유의 복굴절 측정 방법을 이용하여 측정한, 보빈에 감긴 상태에서의 피측정 광섬유의 복굴절과, 자유로운 상태에서의 상기 피측정 광섬유의 편파 모드 분산과의 관계를 이용하여, 보빈에 감긴 상태에서 자유로운 상태에서의 상기 피측정 광섬유의 편파 모드 분산을 측정하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법을 제공한다.

상기 편파 모드 분산 측정 방법에 있어서, 상기 보빈에 감긴 상태에서 상기 피측정 광섬유에 인가되어 있는 비틀림의 양이 1rad/m이하일 수도 있다.

상기 편파 모드 분산 측정 방법에 있어서, 상기 보빈으로의 권취 장력이나, 권취된 상기 광섬유 자신에 의한 측압의 영향이 작은 부분의 복굴절을 측정하고, 상기 피측정 광섬유의 복굴절의 대표값으로서, 상기 보빈에 감긴 상기 광섬유 전체를 자유로운 상태에 두었을 때의 상기 광섬유의 편파 모드 분산으로 할 수도 있다.

상기 편파 모드 분산 측정 방법에 있어서, 상기 피측정 광섬유를 감는 상기 보빈과 상기 광섬유가 접하는 곳에 완충재를 배치하고, 상기 광섬유로의 측압을 저감시킴과 동시에, 측정 환경의 온도 변화에 따른 상기 보빈의 팽창 수축에 의한, 측정 중의 편광 상태 변동의 영향을 제거할 수도 있다.

상기 편파 모드 분산 측정 방법에 있어서, 상기 광섬유로의 장력을 일시적으로 느슨하게 한 후, 상기 보빈에 감긴 상태에서 상기 피측정 광섬유의 복굴절을 측정하고, 자유로운 상태에서의 상기 광섬유의 편파 모드 분산을 측정할 수도 있다.

또 본 발명은 상기 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법에 의해 측정된 편파 모드 분산이 O.1ps/√km이하인 광섬유를 제공한다.

상기 광섬유에서 보빈에 감긴 상태에서 인가되어 있는 비틀림의 양이 1rad/m이하일 수도 있다.

상기 광섬유에 있어서, 측정된 상기 편파 모드 분산의 값 또는 그 상한값이 표시될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 피측정 광섬유에서의 측정 기점(0)에서 소정 위치(z)까지 의 제1 구간(0, z)의 왕복 존스 매트릭스(R(z)) 및 상기 측정 기점(0)에서 상기 위치(z)와는 다른 위치(z+Δz)까지의 제2 구간(0, z+Δz)의 왕복 존스 매트릭스(R(z+Δz))를 얻고, 매트릭스(R(z+Δz)R(z)^-1)의 고유값(ρ₁, ρ₂)를 구하여, 연산에 의해 미소 구간(Δz)의 복굴절을 얻는 것이며, 또 얻어진 광섬유의 복굴절로부터 광섬유의 PMD를 얻는 것이므로, 자유로운 상태에서의 PMD가 비교적 작은, 짧은 광섬유의 복굴절 및 PMD를 짧은 시간에 정확하게 측정하는 방법과 장치를 제공할 수 있다.

또 본 발명은 광섬유가 자유로운 상태에서의 길이 방향의 복굴절 및 PMD를 정확하면서도 임의의 분해능으로 측정하며, PMD가 큰 지점이 도중에 존재하더라도 그 이후의 측정 결과에 영향을 주지 않는 방법과 장치를 제공할 수 있다.

또 본 발명에 의하면, 보빈에 감긴 상태 또는 보빈에 감겨 장력이 일시적으로 느슨해진 상태의 광섬유에 대해서 자유로운 상태로 만든 광섬유의 PMD를 추정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유의 복굴절 측정 방법에서의 측정 구간을 설명하기 위한 개략도이고,

도 2는 본 발명에 따른 광섬유의 복굴절 측정 장치의 일실시형태를 나타내는 구성도이고,

도 3은 본 발명에 따른 광섬유의 복굴절 측정 장치의 펄스광 발생 수단의 일례를 나타내는 구성도이고,

도 4는 본 발명에 따른 광섬유의 복굴절 측정 장치의 펄스광 발생 수단의 다른 예를 나타내는 구성도이고,

도 5는 본 발명에 따른 광섬유의 복굴절 측정 장치의 편광 변환 수단의 일례를 나타내는 구성도이고,

도 6은 본 발명에 따른 광섬유의 복굴절 측정 장치의 편광 변환 수단의 다른 예를 나타내는 구성도이고,

도 7은 본 발명에 따른 광섬유의 복굴절 측정 장치의 편광 변환 수단의 다른 예를 나타내는 구성도이고,

도 8은 본 발명에 따른 광섬유의 복굴절 측정 장치의 편광 변환 수단의 다른 예를 나타내는 구성도이고,

도 9는 본 발명에 따른 광섬유의 복굴절 측정 장치의 다른 실시형태를 나타내는 구성도이고,

도 10은 광섬유가 고화된 후에 일방향 비틀림이 가해진 경우의, 본 발명의 측정 방법에 의해 측정되는 복굴절을 예시하는 도면이고,

도 11은 광섬유가 고화되기 전에 일방향 비틀림이 가해진 경우의, 실제의 복굴절과 본 발명의 측정 방법에 의해 측정되는 복굴절을 예시하는 도면이고,

도 12는 광섬유가 고화되기 전에 정현파형 비틀림이 가해진 경우의, 실제의 복굴절과 본 발명의 측정 방법에 의해 측정되는 복굴절을 예시하는 도면이고,

도 13은 본 발명의 방법에 의해 측정한 복굴절과, 종래의 방법에 의해 PMD를 10회 측정한 결과의 비교를 나타내는 도면이고,

도 14는 종래의 방법에 의해 PMD를 1회 측정한 결과와, 종래의 방법에 의해 PMD를 10회 측정한 결과의 비교를 나타내는 도면이고,

도 15는 보빈에 감긴 광섬유의 복굴절을 길이 방향으로 측정한 예를 나타내는 도면이고,

도 16은 보빈에 감긴 광섬유의 복굴절을 길이 방향으로 측정한 예를 나타내는 도면이고,

도 17은 광섬유를 보빈에 감은 상태에서 측정한 길이 방향의 복굴절과, 그 광섬유를 중앙에서 2분할하여 자유로운 상태에 두었을 때의 PMD와의 관계를 나타내는 도면이고,

도 18은 장력을 일시적으로 느슨하게 할 수 있는 구성의 보빈에 광섬유를 감고, 장력을 느슨하게 한 상태에서 측정한 길이 방향의 복굴절과, 그 광섬유를 중앙에서 2분할하여 자유로운 상태에 두었을 때의 PMD와의 관계를 나타내는 도면이고,

도 19는 보빈에 감긴 상태에서의 복굴절과 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 비교한 결과를 나타내는 그래프이고,

도 20은 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 복굴절과, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 비교한 결과를 나타내는 그래프이고,

도 21은 보빈에 감긴 상태에서의 복굴절과, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 복굴절을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.

<부호의 설명>

1 복굴절 측정 장치

2 피측정 광섬유

11 타이밍 제어 수단

12 펄스광 발생 수단

13 편광 변환 수단

14 광순회 수단

15 편광 해석 수단

16 해석 수단

17 광로

l8 편광 변환 수단

19 광분기 수단

20 광검출 수단

121 펄스 광원

122 위상 변조기

123 광증폭기

124 자연 방출광 억압 수단

131 위상 차판

132 편광자

133 편광자

134 위상 차판

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하기로 한다. 단, 본 발명은 이하의 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 이들 실시예의 구성 요소끼리 적당히 조합할 수도 있다.

먼저, 본 발명에 의한 광섬유의 복굴절 측정 방법에 대해서 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 광섬유의 복굴절 측정 방법에서의 측정 구간을 설명하기 위한 개략도이다. 본 발명의 복굴절 측정 방법에서는 피측정 광섬유에서의 측정 기점(O)에서 소정 위치(z)까지의 제1 구간(0, z)을 설정하고, 또한 측정 기점(O)에서 상기 위치(z)와는 다른 위치(z+Δz)까지를 제2 구간(0, z+Δz)으로 하며, 위치(z)부터 상기 위치(z+Δz)까지(제1 구간과 제2 구간과의 차이 구간)를 미소 구간(Δz)으로 한다.

또, 제1 구간(O, z)까지의 편도의 존스 매트릭스를 J₁로 하고, 미소 구간(Δz)의 편도의 존스 매트릭스를 J₂로 하고, 제1 구간(0, z)의 왕복 존스 매트릭스를 R(z)로 하면, 다음 식(3)

의 관계가 있다. 여기서, R(z+Δz)R(z)^{- 1}라는 행렬을 생각하면, 다음 식(4)

가 된다. 자유로운 상태에서의 광섬유나 광케이블 내의 광섬유에서는, 광섬유의 복굴절축의 변화나, 광섬유에 가해진 비틀림은 느슨하므로, 미소 구간(Δz)은 직선 복굴절만 가지며, 복굴절의 축의 각도도 일정하다고 생각할 수 있다. 그러면, 미소 구간(Δz)의 편도의 존스 매트릭스(J₂)는 복굴절의 진상축의 각도를 θ, 복굴절에 의한 직교 편광간의 위상차를 φ로 하여, 다음 식(5)

(식(5) 중, P₂는 매트릭스(J₂)의 고유 벡터를 성분으로 하는 매트릭스, Q₂는 매트릭스(J₂)의 고유값을 대각 성분으로 하는 대각 행렬을 각각 나타냄)이므로, 다음 식(6)

이다. 이 경우에는, 다음 식(7)

이다.

한편, R(z+Δz)R(z)^{- 1}를 대각화하면, 다음 식(8)

로 나타낼 수 있으므로, 다음 식(9)

가 성립한다. 따라서, 행렬 R(z+Δz)R(z)^{- 1}를 대각화하여 얻어지는 대각 행렬(Q')은 미소 구간(z, z+Δz)의 존스 매트릭스(J₂)를 대각화하여 얻어지는 대각 행렬(Q₂)의 제곱이라는 것을 알 수 있다. 즉, 다음 식(10)

이다. Q'의 대각 성분은 R(z+Δz)R(z)^-1의 고유값이므로, R(z+Δz)R(z)^-1의 2개의 고유값(ρ₁, ρ₂)을 다음 식(11)

로 하면, 다음 식(12), (13)

에 의해, 임의의 미소 구간(Δz)의 복굴절, 즉 길이 방향의 복굴절 측정이 가능하다.

이와 같이 하여 측정된 복굴절값을, 필요로 하는 분해능에 따라 평균화 처리함으로써 임의의 분해능으로 복굴절을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 복굴절 측정 방법에 의한 복굴절 산출에 있어서, 제1 구간(0, z)의 존스 매트릭스에 대해서 어떠한 제약도 가하지 않았으므로, 제1 구간(0, z)의 존스 매트릭스가 어떤 성질을 갖더라도 측정에는 아무런 영향을 주지 않는다.

다음에, 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 광섬유의 복굴절 측정 장치의 실시형태를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 복굴절 측정 장치의 일실시형태를 나타내는 구성도이다. 본 실시형태의 복굴절 측정 장치(1)는 타이밍 제어 수단(11)과, 그 타이밍 제어 수 단(11)에 의해 제어되는 펄스광 발생 수단(12)과, 그 펄스광 발생 수단(12)으로부터의 펄스광의 편광 상태를 변환하는 편광 변환 수단(13)과, 그 편광 변환 수단(13)으로부터의 펄스광을 피측정 광섬유의 일단에 입사시킴과 동시에, 그 피측정 광섬유의 일단으로 되돌아온후방 산란광을 조사하는 광순회 수단(14)과, 타이밍 제어 수단(11)에 의해 제어된, 그 광순회 수단(14)으로부터의 출사광의 편광 상태를 시계열적으로 검출하는 편광 검출 수단(15)과, 그 편광 검출 수단(15)의 출력을 바탕으로, 상술한 본 발명에 따른 복굴절 측정 방법을 이용하여 피측정 광섬유(2)의 복굴절을 측정하는 해석 수단(16)을 구비하여 구성되어 있다.

본 실시형태의 복굴절 측정 장치(1)에서, 타이밍 제어 수단(11)에 의해 제어되는 펄스광 발생 수단(12)으로부터 출사한 펄스광은 편광 변환 수단(13)으로 입사하고, 3종류의 다른 편광 상태로 변환된 후에 출사된다.

편광 변환 수단(13)으로부터 출사한 펄스광은 광순회 수단(14)으로부터 피측정 광섬유(2)의 일단에 입사하고, 이 일단으로 되돌아온 후방 산란광은 광순회 수단(14)으로부터 타이밍 제어 수단(11)에 의해 제어되는 편광 해석 수단(15)으로 입사하며, 돌아오는 광의 편광 상태를 시계열 데이터로서 검출한다.

편광 상태의 측정은 돌아오는 광에 포함되는 수평 편광 성분, 수직 편광 성분, 45도 직선 편광 성분 및 시계 방향 원형 편광 성분의 4가지 편광 성분의 강도를 시계열로 측정하고, 스토크스 파라미터를 산출하여 완전 편광 성분을 존스 벡터로 변환하는 방법 등이 있다(비특허문헌 2 참조). 이것을 시계열로 행함으로써 편광 상태를 시계열로 검출한다.

해석 수단(16)은 편광 변환 수단(13)에 의해 변환된 3종류의 다른 편광 상태에 대한, 돌아오는 광의 편광 상태 시계열 데이터로부터 피측정 광섬유(2)의 왕복 존스 매트릭스를 측정한다. 3가지의 다른 입사 편광에 대한 출사 편광으로부터 존스 매트릭스를 산출하는 방법에 대해서는, 예를 들면 비특허문헌 3에 상세하게 기재되어 있다.

다음에, 이 복굴절 측정 장치(1)에 사용되고 있는 펄스광 발생 수단(12)의 구성에 대해서 설명하기로 한다. 범용 OTDR의 광원은 스펙트럼 폭이 5nm∼20nm로 넓기 때문에, 일단 PMD가 큰 지점을 통과하면 펄스 중의 편광 상태가 파장에 의해 달라지는 현상이 발생하고, 진폭은 평균화되어 작아지므로, 그 이후의 PMD의 측정이 불가능해진다는 문제점이 알려져 있다(비특허문헌 1 참조). 이 때문에, 펄스광 발생 수단(12)으로부터 출사되는 펄스광의 스펙트럼 폭은 좁은 것이 바람직하다.

그러나, 펄스광의 스펙트럼 폭이 좁아짐에 따라서 다른 문제가 발생한다. 스펙트럼 폭이 좁아짐에 따라 광원의 가간섭성이 높아지므로, 다른 위치로부터의 후방 산란광이 간섭하여 OTDR 측정시에 큰 잡음이 되어 나타난다. 이것을 코히런트 잡음이라고 부른다.

코히런트 잡음이 OTDR 파형에 미치는 영향을 제거하기 위해서는, 도 3에 도시한 바와 같이 펄스광 발생 수단(12)의 펄스 광원(121)의 후단에, 전기 광학 효과나 음향 광학 효과 등을 이용한 위상 변조기(122)를 배치하고, 파장의 변화에 의한 편광 상태의 변화가 무시할 수 있을 정도로 펄스 광원(121)의 스펙트럼 폭을 넓혀 가간섭성을 저감시키는 방법이 효과적이다. 또 스펙트럼 폭이 넓은 펄스 광원(121) 의 후단에 파장 필터를 배치하고, 파장의 변화에 의한 편광 상태의 변화를 무시할 수 있으면서 가간섭성이 문제가 되지 않을 정도로 스펙트럼 폭을 좁히더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

파장의 스펙트럼 폭은 피측정 광섬유(2)의 각 점에서의 파장 변화에 의한 편광 상태의 변화를 무시할 수 있을 정도이어야 하며, 그것은 피측정 광섬유(2)의 각 점까지의 누적 PMD의 크기에 의해 결정되기 때문에 똑같이 결정하기는 어려우나, 코히런트 잡음을 제거하기 위해서 필요한 스펙트럼 폭은 O.1nm로 충분하며, 그 이상 넓을 필요는 없다.

다음에, 본 발명의 광섬유의 복굴절 측정 장치(1)에 사용되는 펄스광 발생 수단(12)의 다른 형태에 대해서 설명하기로 한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 펄스광 발생 수단(12)의 내부에 광증폭기(123)을 배치하면 펄스광이 증폭되기 때문에, 보다 장거리의 측정이 가능해진다. 이 경우, 광증폭기(123)는 자연 방출광을 발생하므로, 광증폭기(123)의 후단에 자연 방출광 억압 수단(124)을 배치하고, 펄스가 출사되지 않은 시간의 자연 방출광을 피측정 광섬유(2)에 입사시키지 않는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 자연 방출광 억압 수단으로는 음향 광학 소자 등의 광변조기를 사용할 수 있다.

다음에, 편광 변환 수단(13)에 대해서 설명하기로 한다. 본 발명에서 사용되는 편광 변환 수단(13)은 3가지의 다른 편광 상태를 형성할 수 있으며, 형성된 편광 상태를 파악할 수 있는 구성이어야 한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 편광 변환 수단으로서 위상 차판(131)을 단일체로 사용하는 경우에는, 위상 차판(131)으로의 입사 편광 상태가 변화되면 출사 편광 상태가 변화되므로, 펄스광 발생 수단(12)이 직선 편광을 출사하고, 편광 변환 수단(13)까지의 광로(17)를 모두 편광 유지형 부품(편파 유지형 광섬유 등의 편파 유지형 도파로)으로 구성함으로써, 편광 변환 수단(13)으로의 입사 편광 상태를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 다른 편광 변환 수단(13)에 대해서 설명하기로 한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 편광 변환 수단(13)으로서, 편광자(132)를 사용하면, 편광 변환 수단(13)으로의 입사 편광 상태가 불명확하더라도 편광 변환 수단(13)으로부터의 출사광은 직선 편광이 된다. 이 때문에, 편광자(132)의 각도를 변화시킴으로써 임의의 직선 편광 상태를 만들 수 있으므로 바람직하다. 이 경우, 편광자(132)의 각도를 변화시키면, 그 각도에 따라서 편광자(132)로부터의 출사 파워가 감소되어 OTDR 측정의 SN비가 저하될 수 있다. 이 때문에, 도 8에 도시한 바와 같이, 편광 변환 수단(13)의 전단에 다른 편광 변환 수단(18)을 배치하고, 편광 변환 수단(13)으로의 입사 편광 상태를 변화시킴으로써, 편광 변환 수단(13) 중의 편광자로부터의 출사 파워를 조정할 수 있는 구성이라면 더욱 바람직하다.

다음에, 본 발명의 또 다른 편광 변환 수단(13)에 대해서 설명하기로 한다. 도 7과 같이, 편광 변환 수단(13)으로서 편광자(133)와, 그 후단에 위상 차판(134)을 배치한 구성을 이용하면, 편광 변환 수단(13)으로의 입사 편광 상태가 불명확하더라도 편광자(133)로부터의 출사광은 직선 편광이 되어, 위상 차판(134)에 의해 편광 상태를 만들기 때문에 바람직하다. 이 경우, 편광 변환 수단(13)으로의 입사 편광 상태에 따라 편광자(133)의 각도를 변화시킴으로써, 편광자(133)로부터의 출 사 파워를 조정할 수 있는 구성으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 편광 변환 수단(13)의 전단에 다른 편광 변환 수단(18)을 배치하고, 편광 변환 수단(13)으로의 입사 편광 상태를 변화시킴으로써, 편광 변환 수단(13) 중의 편광자로부터의 출사 파워를 조정할 수 있는 구성이면 더욱 바람직하다.

다음에, 본 발명의 복굴절 측정 장치의 다른 실시 형태에 대해서 설명하기로 한다. 광섬유는 휨이나 외력 등, 외부로부터 섭동이 가해짐에 따라 통과하는 광의 편광 상태가 크게 변동된다. 이 때문에, 편광 변환 수단(13) 중에 편광자(132, 133)가 사용되고 있는 경우, 펄스광 발생 수단(12)과 편광 변환 수단(13)을 연결하는 광로에 측정 중에 외부로부터 섭동이 가해지면, 편광 변환 수단(13) 중의 편광자(132, 133)를 통과하는 광량이 변화되어 측정 결과에 큰 영향을 미친다. 이 때문에, 도 9에 도시한 바와 같이 편광 변환 수단(13)의 후단에 광분기 수단(19)과 광검출 수단(20)을 배치하고, 편광자(132, 133)를 통과한 광량의 변화를 측정하여 섭동의 영향이 있는지 없는지를 감시함과 동시에, 항상 충분한 펄스광 강도가 얻어지도록 편광 변환 수단(13)을 제어하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 복굴절 측정 장치의 또 다른 실시형태에 대해서 설명하기로 한다. 측정 중에 피측정 광섬유(2)에 동일한 섭동이 가해진 경우, 광섬유의 존스 매트릭스가 변화되어 측정 결과에 영향을 미친다. 이 때문에, 동일한 입사 편광에 의한 측정을 2회 이상 행하여 비교함으로써, 측정 중에 피측정 광섬유(2)에 섭동이 가해졌는지의 여부를 감시하는 방법이 효과적이다. 구체적으로는, 해석 수 단(16)에 상술한 측정 프로그램을 조립하여 동일한 입사 편광에 의한 측정을 2회 이상 행하여 비교함으로써, 측정 중에 피측정 광섬유(2)에 섭동이 가해졌는지의 여부를 표시하도록 구성할 수 있다. 또한, 반드시 3가지 입사 편광 모두에 대해서 측정을 2회 이상 행할 필요는 없으며, 일반적으로는 처음과 마지막에 동일한 입사 편광 상태에서 2회 측정을 행하여, 그 측정 결과를 비교하는 것만으로 충분하다.

다음에, 본 발명에 의한 PMD 측정 방법에 대해서 설명하기로 한다. 본 발명의 PMD 측정 방법은, 상술한 본 발명에 따른 복굴절 측정 방법을 이용하여 측정된 피측정 광섬유(2)의 복굴절을 바탕으로, 그 피측정 광섬유(2)의 PMD를 구하는 것을 특징으로 하고 있다.

상술한 바와 같이, PMD는 국소적인 복굴절과 편파 모드 결합의 2가지 요인에 의해 결정지어진다. 이 때문에, 편파 모드 결합이 거의 일정하다고 생각되는 경우나, 국소적인 복굴절의 크기와 편파 모드 결합간에 일정한 관계가 존재하는 경우에는, 국소적인 복굴절로부터 편파 모드 결합값을 측정할 수 있으며, 따라서 PMD의 값을 측정할 수 있다.

일반적으로, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유는, 복굴절이 클수록 편파 모드 결합은 적고, 복굴절이 작을수록 편파 모드 결합이 많아지므로, 복굴절 크기와 편파 모드 결합간에 일정한 관계가 존재하며, 그 관계를 미리 실험적으로 구함으로써 복굴절 크기로부터 PMD를 측정할 수 있다. 이 방법은, 특히 자유로운 상태에서의 PMD가 비교적 작은, 짧은 광섬유의 PMD를 측정할 때 효과적이다.

실제로, 전체 길이 3000m의 광섬유를 자유로운 상태에 두고, 본 발명의 측정 장치를 사용하여 파장 1.55μm에서의 복굴절을 측정했다. 그 후, 그 광섬유의 자유로운 상태에서의, 파장 1.55μm대에서의 PMD를 측정하여, 그 비교 결과를 도 13에 도시한다. 또한, 도 13의 PMD 측정 결과는, 측정마다 광섬유의 설치 상체를 변화시켜 광섬유가 자유로운 상태의 PMD를 10회 측정하여 평균화한 것이다.

또한, 도 14는 광섬유가 자유로운 상태의 PMD 측정에 있어서, 10회 중 1회의 측정 결과를 취출한 것과 10회의 측정 평균을 비교한 도면이다. PMD의 통계적 성질로부터 10회의 측정 평균값이 실제값에 가깝다고 생각되지만, 도 13과 도 14를 비교하면, PMD를 1회만 측정한 결과와의 비교보다, 본 발명의 방법에 의해 측정한 복굴절과 비교한 결과가 현저하게 좋은 상관을 보인다. 따라서, 본 발명의 방법에서 PMD를 정확하게 측정할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 비특허문헌 4에 의하면, PMD의 측정 정밀도를 실제값으로부터의 표준 편차(σ)로 나타내면, σ는 총 PMD의 1/2승에 반비례한다. 또 총 PMD는 광섬유 길이의 1/2승에 비례하므로, σ는 광섬유 길이의 1/4승에 반비례하게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 3000m의 광섬유를 사용했으나, 1000m의 광섬유를 사용하는 경우에는 약 1.6배, 300m의 경우에는 약 1.8배, 100m의 경우에 약 2.3배로 악화된다. 이 때문에, 실시예보다 짧은 광섬유를 사용하여 동일한 측정을 행한 경우에는, 도 14에 의해 나타나는 상관은 더 약한 상관이 된다고 생각된다. 한편, 복굴절은 통계적인 양이 아니므로, 피측정 광섬유 길이에 의해 측정 정밀도는 영향을 받지 않는다. 이와 같이 본 발명의 방법은 PMD가 비교적 작은, 짧은 광섬유의 PMD를 측정하는 경우에, 종래의 직접 PMD를 측정하는 방법에 비해 특히 효과적인 방법이 된다.

다음에, 본 발명의 다른 PMD의 측정 방법에 대해서 설명하기로 한다. 상술한 바와 같이, 보빈에 감긴 광섬유의 PMD와, 자유로운 상태에 두었을 때의 PMD는 일치하지 않는다. 그러나 외부로부터 인가된 외력에 의한 복굴절의 크기가, 내부의 복굴절의 크기에 비해 작거나, 광섬유에 가해지는 비틀림이 작은 경우에는, 두가지 상태의 광섬유의 복굴절은 거의 동일하다. 그러한 경우, 보빈에 감긴 광섬유의 복굴절과, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 복굴절에는 관계가 존재하여, 보빈에 감긴 광섬유의 복굴절로부터 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 측정할 수 있다.

또한, 광섬유가 고화된 후에 비틀림이 가해지거나 측압이 가해지는 경우에는, 본 발명의 방법에 의한 복굴절의 측정값은 영향을 받으며, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 복굴절과는 다르지만, 모든 광섬유가 동일한 공정을 거쳐 감기는 경우, 즉 일반적인 제조 공정에서는 그들의 영향은 거의 일정하다. 따라서, 그들의 영향이 일정하다고 간주할 수 있는 경우에는, 보빈에 감긴 상태에서의 본 발명의 방법에 의한 복굴절의 측정값과, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 복굴절의 값에는 관계가 존재한다. 이 때문에, 보빈에 감긴 광섬유의 복굴절을 측정함으로써, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 측정할 수 있다.

다음에, 보빈에 감긴 상태에서 측정되는 광섬유에 가해지는 비틀림에 대해서 설명하기로 한다. 본 발명의 복굴절 측정 방법에서는 미소 구간(z, z+Δz)이 직선 복굴절만을 가지며, 복굴절축의 방향도 일정하다고 가정하고 있다. 자유로운 상태에서의 광섬유나 광케이블 내의 광섬유 등은 비틀림의 양이 적기 때문에, 이 가정 에 문제는 없다. 그러나, 보빈에 감긴 광섬유는 권취에 기인하여 큰 비틀림이 광섬유에 가해질 수 있으며, 본 발명의 방법에 의해 측정되는 복굴절값에 영향을 줄 수 있다. 그 영향을 수치 계산으로 계산하여 본 발명의 방법의 적용 범위를 조사했다.

또한, 계산에 있어서 미소 구간(Δz)은 일반적인 OTDR의 분해능인 1m로 했다. 미소 구간의 존스 매트릭스의 계산은, 미소 구간을 또한 O.OO1m의 구간으로 분할하여, 인접하는 구간의 복굴절축을 비틀림의 양만큼 회전시킴으로써 계산했다. O.OO1m의 구간의 존스 매트릭스는, 그 구간에서의 선광성(旋光性)의 효과만을 나타내는 존스 매트릭스와, 그 구간에서의 직선 복굴절의 효과만을 나타내는 존스 매트릭스를 곱하여 계산했다. 광섬유의 도파로 분산, 재료 분산은 고려하지 않았으며, 광섬유 안을 도파하는 광은 평면파에 가까웠다. 비틀림이 인가되기 전의 복굴절의 크기(Δn)는 1.55×10^-7, 선광능(α)은 O.07, 파장은 1.55μm로 했다. 이들은 모두 현재 광통신에서 일반적으로 사용되고 있는 광섬유 및 파장의 전형적인 값이다.

비틀림의 양을 다양하게 바꾸어, 본 발명의 방법에 의해 측정되는 복굴절의 크기가 어느 정도 변화되는지를 나타낸 것이 도 10이다. 도 l0으로부터 광섬유에 가해진 비틀림의 양이 1rad/m라면, 본 발명의 방법에 의해 측정되는 복굴절의 크기는, 비틀림이 없는 경우의 복굴절의 크기와 10% 정도의 차이로 일치한다. 그러나, 비틀림의 양이 2rad/m가 되면, 그 차이는 40% 정도가 된다. 따라서 본 발명의 방법에 의해 측정되는 광섬유에 인가되는 비틀림의 양은 1rad/m이하인 것이 바람직하다.

또한, 최근에는 광섬유의 PMD를 저감시키기 위해서, 광섬유를 용융하여 인선할 때 유리가 굳어지기 전에 비틀림을 가하고, 복굴절의 축방향을 변화시킴으로써 실효적인 복굴절을 저감시키는 방법이 이용되기도 한다. 미소 구간에서의 실효적인 복굴절의 크기(Δn')는, 미소 구획에 고유한 2가지의 직교 고유 편광 사이에 발생하는 위상차(φ)로부터 구할 수 있으며, 미소 구간의 존스 매트릭스를 다음 식(14)

와 대각화한 후, 다음 식(15), (16)

에 의해 구할 수 있다.

이 경우에도, 미소 구간(Δz)에서 복굴절의 축방향은 일정하지 않으므로, 본 발명의 방법에 의해 측정되는 복굴절값에 영향을 줄 수 있다. 그 영향을 수치 계산에 의해 계산하여 본 발명의 방법의 적용 범위를 조사했다. 계산 조건은 동일하다.

먼저, 광섬유가 고정되기 전에 일정한 방향의 비틀림이 인가되는 경우에 대해서, 인가되는 비틀림의 양을 다양하게 바꾸어 구간(Δz)에서의 실효적인 복굴절의 크기와, 본 발명의 방법에 의해 측정되는 복굴절의 크기에 얼마만큼의 차이가 발생하는지를 계산한 것이 도 11이다.

또한, 도 12는 광섬유가 고화되기 전에 정현파형의 비틀림을 가한 경우에 대해서 같은 계산을 행한 결과이다. 정현파형의 비틀림이란, 거리(z) 점에서의 비틀림의 각도(θ)와 스핀 진폭(A), 스핀 주기(P)와의 사이에 다음 식(17)

의 관계가 성립되도록 비틀림을 가하는 방법이다.

도 11 및 도 12로부터, 광섬유가 고화되기 전에 일정한 방향의 비틀림을 가한 경우나, 광섬유가 고화되기 전에 정현파형의 비틀림을 가한 경우에도, 본 발명의 방법에 의해 측정되는 복굴절의 크기는 실효적인 복굴절의 크기와 잘 일치함을 알 수 있다. 따라서, 광섬유가 고화되기 전에 비틀림을 가함으로써 실효적인 복굴절을 저감시킨 경우에는, 본 발명의 방법에 의해 복굴절을 정확하게 측정할 수 있 다.

다음에, 본 발명에 의한 다른 PMD의 측정 방법에 대해서 설명하기로 한다. 보빈으로부터 피측정 광섬유에 가해지는 외력의 영향이 작으면, 본 발명의 방법에 의해 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 측정할 수 있으나, 보빈으로의 권취 장력이 높은 경우에는, 장력에 의한 측압의 영향을 받아 피측정 광섬유의 전체 길이에 걸쳐 외력에 의해 인가된 복굴절의 영향을 작게 하기 어려울 수 있다. 도 15에, 보빈에 감긴 광섬유의 비트 길이를 가장 바깥 둘레로부터 길이 방향으로 측정한 결과를 나타낸다. 도 15로부터, 보빈에 감긴 상태에서는 내주부만큼 큰 복굴절을 가지고 있음을 알 수 있다.

한편, 광섬유의 복굴절은 광섬유의 모재에 기인하는 경우가 많으며, 모재가 동일하면 복굴절의 크기도 거의 동일한 경우가 많다. 이러한 경우에는, 외력에 의해 인가된 복굴절의 영향이 작은 부분, 일반적으로는 감긴 광섬유의 가장 바깥둘레 부근의 복굴절을 측정하고, 피측정 광섬유의 복굴절의 대표값으로서 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 측정할 수 있다.

실제로, 보빈에 감긴 상태에서 가장 바깥 둘레로부터 500m 구간의 복굴절을 측정하고, 그 후, 보빈에 감긴 광섬유 전체를 자유로운 상태로 만들어 PMD를 측정하여 양자를 비교한 것이 도 16이다. 도 16으로부터, 보빈에 감긴 상태에서 가장 바깥 둘레부의 복굴절을 측정함으로써, 보빈에 감긴 광섬유 전체를 자유로운 상태로 만든 경우의 PMD의 대표값으로 할 수 있음을 알 수 있다.

다음에, 본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 보빈의 형태에 대해서 설명하 기로 한다. 보빈으로부터 피측정 광섬유에 가해지는 외력의 영향이 작으면, 상기 방법을 이용하여 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 측정하는 경우에, 가장 바깥 둘레부로부터 보다 긴 거리에 걸쳐 측정할 수 있다. 그러기 위해서는, 보빈과 피측정 광섬유가 접하는 장소에 완충재를 배치하여, 피측정 광섬유에 가해지는 외력의 영향을 저감시키는 방법이 바람직하다. 또 측정 중에 피측정 광섬유에 가해지는 섭동 중 한가지 요인에, 광섬유를 권취하는 보빈이 온도 변화에 따라 팽창 또는 수축하여, 섬유에 가해지는 측압이 변화됨에 따라서 섭동이 있으나, 완충재에 의해 보빈에 팽창 수축이 일어나더라도 그것에 의해 피측정 광섬유로 섭동이 가해지는 것을 방지할 수 있어 바람직하다.

또한, 보빈의 구성을 피측정 광섬유에 대한 장력을 일시적으로 제거할 수 있는 구성으로 하여, 측정 중 일시적으로 광섬유로의 장력을 제거한 다음, 본 발명의 방법에 의해 PMD를 측정한 후, 장력을 원래의 상태로 되돌리는 측정 방법이 바람직하다. 이 방법은 보빈으로의 권취 장력이 높고, 보빈으로의 권취에 기인하는 복굴절이 큰 경우에 특히 효과적이다.

다음에, 광섬유의 복굴절, PMD를 길이 방향으로 측정하는 방법에 대해서 설명하기로 한다. 본 발명의 방법을 이용하면, 광섬유의 길이 방향의 각 점에서의 복굴절을 구할 수 있기 때문에, 상술한 복굴절과 PMD의 관계를 이용하여 PMD를 길이 방향으로 측정할 수 있다.

도 17은, 부분적으로 광섬유의 진원성이 나빠지도록 용융 인선한 전체 길이 5000m의 광섬유를 보빈에 감은 상태에서, 본 발명의 방법에 의해 복굴절 측정을 길 이 방향으로 행하고, 2500m의 지점에서 2분할하여 자유로운 상태에서의 PMD를 측정한 결과와 비교한 것이다. 도 17로부터, 본 발명의 방법을 이용하면 보빈에 감긴 상태에서도 자유로운 상태에서의 PMD를 길이 방향으로 측정할 수 있음을 알 수 있다.

또 보빈과 피측정 광섬유가 접하는 장소에 완충재를 배치하거나, 보빈의 피측정 광섬유로의 장력을 일시적으로 제거할 수 있는 구성으로 하여, 측정 중 일시적으로 광섬유로의 장력을 제거한 다음, 본 발명의 방법에 의해 PMD를 길이 방향으로 측정하면, PMD의 길이 방향의 변동을 매우 높은 정밀도로 검출할 수 있어 바람직하다.

도 18은 부분적으로 광섬유의 진원성이 나빠지도록 용융 인선한 전체 길이 3000m의 광섬유를, 피측정 광섬유로의 장력을 일시적으로 제거할 수 있는 구성으로 한 보빈에 감은 후 일시적으로 장력을 제거하고, 본 발명의 방법에 의해 복굴절을 길이 방향으로 측정한 후, 1500m의 지점에서 2분할하여 자유로운 상태에서의 PMD의 측정을 행한 결과와 비교한 것이다. 도 18로부터, 본 발명의 방법을 이용하면 매우 작은 길이 방향의 PMD의 변화도 잡을 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 본 발명에 의한 PMD의 측정 방법에 의해 측정된 PMD가 0.1ps/√km이하인 광섬유를 제공한다. 본 발명의 광섬유는 석영 유리제의 싱글 모드 광섬유(이하, SM 섬유라고 함), 편파 유지 광섬유 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다.

본 발명의 광섬유는 보빈에 감은 상태로 제공할 수 있으며, 보빈에 감긴 상 태에서 인가되어 있는 비틀림의 양이 1rad/m이하인 것이 바람직하다. 이 비틀림의 양이 1rad/m이하이면, 보빈에 감은 상태에서 측정한 복굴절은, 비틀림이 없는 경우의 복굴절의 크기와 10% 정도의 차이로 일치하므로, 보빈에 감은 상태에서 광섬유의 복굴절을 측정할 수 있다. 한편, 비틀림의 양이 1rad/m을 넘고, 광섬유마다 비틀림의 양이 다른 경우에는, 측정되는 복굴절과, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD간의 관계가 약해져 정확한 PMD를 측정할 수 없게 된다.

본 발명의 광섬유는, 광섬유 자체 또는 그것을 감은 보빈 중 어느 하나에, 상술한 본 발명의 PMD 측정 방법을 이용하여 측정된 PMD의 값 또는 그 상한값이 표시되어 있는 것이 바람직하다. 이 표시 내용은 예를 들면, 「PMD 0.01∼0.05ps/√km」, 「PMD 0.1ps/√km 이하」 등이 바람직하다. 표시 방법은 상기 표시 내용을 인쇄한 라벨을 붙이거나, 표시한 태그를 부착하는 등의 방법일 수 있다. 또한, 광섬유의 성능 일람을 기록한 설명서에 PMD값 또는 상한값을 인쇄하여, 이것을 보빈 감기로 한 광섬유와 동봉하여 포장할 수도 있다.

다양한 길이의 광섬유를 직경 300mm의 보빈에 장력 40g으로 감고, 보빈에 감긴 상태에서 가장 바깥 둘레로부터 1300m 구간의 복굴절을 측정했다. 그 후, 1300m를 자유로운 상태로 만든 후, 복굴절과 PMD를 모두 10회씩 측정했다.(IEC 60793-1-48, Annex E에 기재한 바와 같이)1회의 측정마다 광섬유에 진동을 가했다.

보빈에 감긴 상태에서의 복굴절과 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 비교한 결과를 도 19에 도시한다. 도 19에서 PMD의 측정 결과는 10회 측정의 평균값이다. 도 19로부터, 보빈에 감긴 상태에서 복굴절을 측정함으로써 자유로운 상태 에 놓여진 광섬유의 PMD를 측정할 수 있다.

자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 복굴절과, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 비교한 결과를 도 20에 도시한다. 도 20에서의 점은 각각의 10회 측정 결과의 평균값이며, 에러바는 표준 편차이다. 도 20으로부터, 자유로운 상태에 두어 복굴절을 측정함으로써, 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 PMD를 측정할 수 있다. 또 PMD 측정의 표준 편차에 대해서, 복굴절 측정의 표준 편차가 매우 작다는 것도 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 PMD의 측정 방법은 매우 높은 측정 재현성을 가지고 있다는 것도 알 수 있다.

또한, 보빈에 감긴 상태에서의 복굴절과 자유로운 상태에 놓여진 광섬유의 복굴절을 비교한 결과를 도 21에 도시한다. 도 21로부터, 보빈에 감은 상태에서도 복굴절 상태는 자유로운 상태에 놓여진 경우와 다르지 않음을 알 수 있으며, 본 방법이 보빈에 감긴 광섬유의 측정에 적합하다는 것을 알 수 있다. 보빈에 감은 상태와 자유로운 상태에서 복굴절의 측정값이 동일한 것은, 보빈에 감음으로써 비틀림이 발생하지 않으며, 또 보빈의 휨 직경이나 측압에 의해 발생하는 복굴절의 영향도 충분히 작다.

Claims (14)

1. 피측정 광섬유에서의 측정 기점(O)에서 소정 위치(z)까지의 제1 구간(0, z)의 왕복 존스 매트릭스(R(z)) 및 상기 측정 기점(0)에서 상기 위치(z)와는 다른 위치(z+Δz)까지의 제2 구간(0, z+Δz)의 왕복 존스 매트릭스(R(z+Δz))를 얻어 매트릭스(R(z+Δz)R(z)^-1)의 고유값(ρ₁, ρ₂)를 구하고, 다음 식(1), (2)

   [수학식 1]

   

   [수학식 2]

   

   (식 중, φ는 복굴절에 의한 직교 편광간의 위상차, Δn은 복굴절, λ은 파장을 각각 나타냄)의 연산에 의해, 상기 위치(z)에서 상기 위치(z+Δz)까지의 미소 구간(Δz)에서의 복굴절을 얻는 것을 특징으로 하는 광섬유의 복굴절 측정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   편파 OTDR을 사용하여 피측정 광섬유의 왕복 존스 매트릭스를 얻는 것을 특징으로 하는 광섬유의 복굴절 측정 방법.
3. 적어도 타이밍 제어 수단과, 상기 타이밍 제어 수단에 의해 제어되는 펄스광 발생 수단과, 상기 펄스광 발생 수단으로부터의 펄스광의 편광 상태를 변환하는 편광 변환 수단과, 상기 편광 변환 수단으로부터의 펄스광을 피측정 광섬유의 일단에 입사시킴과 동시에, 상기 피측정 광섬유의 일단으로 되돌아온 후방 산란광을 조사하는 광순회 수단과, 상기 타이밍 제어 수단에 의해 제어된, 상기 광순회 수단으로부터의 출사광의 편광 상태를 시계열적으로 검출하는 편광 검출 수단과, 상기 편광 검출 수단의 출력을 바탕으로 제1항 또는 제2항에 기재된 복굴절 측정 방법을 이용하여 피측정 광섬유의 복굴절을 측정하는 해석 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유의 복굴절 측정 장치.
4. 제1항에 기재된 광섬유의 복굴절 측정 방법을 이용하여 측정한 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 복굴절을 기초로, 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 복굴절과 편파 모드 분산과의 관계를 이용하여, 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 편파 모드 분산을 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법.
5. 보빈에 감긴 광섬유의 일부를 꺼내어, 제4항에 기재된 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법을 이용하여 그 편파 모드 분산을 측정한 후, 그 측정값을 보빈에 감긴 광섬유의 전체를 자유로운 상태에 두었을 때의 편파 모드 분산으로 하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법.
6. 제1항에 기재된 광섬유의 복굴절 측정 방법을 이용하여 측정한 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 복굴절을 기초로, 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 복굴절과 편파 모드 분산과의 관계를 이용하여, 보빈에 감긴 상태에서 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 편파 모드 분산을 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법.
7. 제1항에 기재된 광섬유의 복굴절 측정 방법을 이용하여 측정한 보빈에 감긴 상태에서의 피측정 광섬유의 복굴절을 기초로, 보빈에 감긴 상태에서의 피측정 광섬유의 복굴절과 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 편파 모드 분산과의 관계를 이용하여, 보빈에 감긴 상태에서 자유로운 상태에서의 피측정 광섬유의 편파 모드 분산을 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   보빈에 감긴 상태에서 피측정 광섬유에 인가되어 있는 비틀림의 양이 1rad/m이하임을 특징으로 하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   보빈으로의 권취 장력이나, 권취된 광섬유 자신에 의한 측압의 영향이 작은 부분의 복굴절을 측정하고, 피측정 광섬유의 복굴절 대표값으로서, 보빈에 감긴 광섬유 전체를 자유로운 상태에 두었을 때의 광섬유의 편파 모드 분산으로 하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법.
10. 제6항 또는 제7항에 있어서,

    피측정 광섬유를 감는 보빈과 광섬유가 접하는 장소에 완충재를 배치하고, 광섬유로의 측압을 저감시킴과 동시에, 측정 환경의 온도 변화에 의한 보빈의 팽창 수축에 의한 측정 중의 편광 상태 변동의 영향을 제거하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법.
11. 제6항 또는 제7항에 있어서,

    광섬유로의 장력을 일시적으로 느슨하게 한 다음, 보빈에 감긴 상태에서 피측정 광섬유의 복굴절을 측정하고, 자유로운 상태에서의 광섬유의 편파 모드 분산을 측정하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법.
12. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 광섬유의 편파 모드 분산 측정 방법에 의해 측정된 편파 모드 분산이 O.1ps/√km이하임을 특징으로 하는 광섬유.
13. 제12항에 있어서,

    보빈에 감긴 상태에서 인가되어 있는 비틀림의 양이 1rad/m이하임을 특징으로 하는 광섬유.
14. 제12항에 있어서,

    측정된 편파 모드 분산의 값 또는 그 상한값이 표시되어 있는 것을 특징으로 하는 광섬유.

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