WO2012141092A1 - 光伝送路接続システム及び光伝送路接続方法 - Google Patents

光伝送路接続システム及び光伝送路接続方法 Download PDF

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transmission line
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transmission path
optical
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中村　健太郎
洋輔 水野
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国立大学法人 東京工業大学
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    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
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    • G01M11/31—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G02B6/2555—Alignment or adjustment devices for aligning prior to splicing

Definitions

  • the present invention relates to an optical transmission line connection system and an optical transmission line connection method for butt-joining optical transmission lines.
  • the output light from the end of the optical fiber at the connection destination is monitored, and the position is adjusted so that it becomes the maximum.
  • this method may not always be effective.
  • connection destination optical fiber is embedded in a material or a structure as a sensing head of an optical fiber sensor.
  • end of the optical fiber to be connected is located very far away.
  • attenuation of light in the optical fiber at the connection destination is extremely large and the output light cannot be observed.
  • silica fibers with low optical attenuation but also multi-mode fibers centered on high-performance polymer optical fibers (plastic optical fibers) with high optical attenuation are actively used as sensing heads for optical fiber sensors. It has become.
  • High-performance polymer optical fiber for example, is strong, inexpensive, and easy to handle, has strong special scattered light, and reacts extremely (or small) to environments such as strain and temperature Say things.
  • Patent Document 1 As a conventional technique for performing alignment only on the incident side of the optical fiber end at the connection destination, for example, a technique for visually adjusting the position using a CCD camera is known (see, for example, Patent Document 1).
  • an apparatus for performing alignment only on the incident side of the end of the optical fiber to be connected as in the prior art as described above is generally expensive and large.
  • the technology that aligns only on the incident side of the optical fiber end of the connection destination requires that the connection conditions be programmed in advance, so that connection with an optical fiber having a new material or structure (particularly the core size) is required. Is often not applicable.
  • the present invention provides an optical transmission line connection system that butt-joins two optical transmission lines, a light source unit that outputs laser light, and a laser beam output from the light source unit through one end of one optical transmission line to the other.
  • a pump light generation unit that is incident as pump light from one end of the optical transmission line
  • a measurement unit that receives the reflected light of the pump light from within the other optical transmission line, and observes a non-linear scattering component included in the reflected light
  • a controller that evaluates the spectrum of the nonlinear scattering component observed by the unit and controls the position of the optical axis between one end of one optical transmission path and one end of the other optical transmission path.
  • an optical transmission line connection method in which two optical transmission lines are butt-joined, an output step in which a light source unit outputs laser light, and a laser beam output in the output step.
  • a pump light generating step for making the pump light incident from one end of the other optical transmission path through one end of the optical fiber, and the reflected light of the pump light from the other optical transmission path is incident, and the nonlinear scattering component contained in the reflected light is reduced.
  • An observation step for observation, and a control step for evaluating the spectrum of the nonlinear scattering component observed in the observation step and controlling the position of the optical axis between one end of one optical transmission path and one end of the other optical transmission path .
  • alignment can be optimized only on the incident side of the optical transmission line end of the connection destination and the core centers of the optical transmission lines can be aligned with high accuracy.
  • the transmission lines can be efficiently connected.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an optical transmission line connection system.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an optical transmission line.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the optical transmission line connection system.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of an optical transmission line connection system.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining an optical transmission line connection method.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the connection step.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining an optical transmission line connection method.
  • FIG. 8 is a graph showing measurement results of the Brillouin gain spectrum.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the distance from the optimal position in the x-axis direction and the power of reflected light due to Brillouin scattering.
  • the light source unit 2 includes, for example, a semiconductor laser and a direct current source, and outputs laser light.
  • a semiconductor laser for example, a distributed feedback laser diode (DFB LD) that emits a laser beam that is small and has a narrow spectral width can be used.
  • DFB LD distributed feedback laser diode
  • the optical transmission path 3 has a core, and the laser beam output from the light source unit 2 is incident thereon.
  • the optical transmission line 3 is composed of, for example, a plate-like or sheet-like optical waveguide or an optical fiber.
  • the optical transmission path 3 is made of, for example, an inorganic material or an organic material. Examples of inorganic materials include quartz glass and silicon, and examples of organic materials include high-purity polyimide resins, polyamide resins, and polyether resins.
  • the optical transmission lines 3A and 3B may be made of the same material or different materials.
  • the pump light generation unit 5 includes an optical branching unit, a circulator, a beam splitter, a half mirror, and the like.
  • the pump light generation unit 5 transmits the laser light output from the light source unit 2 to the optical transmission path 3B via one end 3a of the optical transmission path 3A.
  • the light is made incident as pump light from one end 3b.
  • the pump light generation unit 5 causes the reflected light (Stokes light) of the pump light reflected in the optical transmission path 3 ⁇ / b> B to enter the measurement unit 6.
  • the measuring unit 6 is composed of, for example, an optical spectrum analyzer, and the reflected light of the pump light is incident from the inside of the optical transmission line 3B via the pump light generating unit 5, and the intensity and frequency shift of the nonlinear scattering component included in the reflected light. Observe fluctuations.
  • the measurement unit 6 unstable Fresnel reflected light at one end 3b of the optical transmission line 3B is mixed only by observing the intensity due to Rayleigh scattering without frequency change, that is, the intensity of reflected light. Therefore, it becomes difficult to realize stable alignment. Therefore, the measurement unit 6 observes Raman scattering or Brillouin scattering accompanied by a frequency change during reflection (frequency decreases during reflection) as a nonlinear scattering component.
  • strength of reflected light can be observed irrespective of a Fresnel reflection component, the stable alignment can be implement
  • the non-linear scattering component in principle, either the Raman scattering component or the Brillouin scattering component may be measured, but it is particularly preferable to observe the Brillouin scattering component.
  • Brillouin scattering has a lower induction threshold than Raman scattering, that is, the scattering intensity is high for the same incident power. Further, Brillouin scattering has a smaller frequency downshift amount than Raman scattering.
  • the frequency (center frequency) of the peak power of the reflected light is downshifted with respect to the center frequency ⁇ 0 of the pump light that is incident light. This amount of frequency shift is called the Brillouin frequency shift ( ⁇ B ).
  • the center frequency of the reflected light is lower by the Brillouin frequency shift ⁇ B than the center frequency ⁇ 0 of the pump light ( ⁇ 0 ⁇ B ).
  • the amount of frequency downshift largely depends on the optical transmission line material.
  • the Brillouin frequency shift is about 11 GHz and the Raman frequency shift is about 13 THz.
  • Brillouin scattering has a smaller line width than Raman scattering.
  • the line width is several tens of MHz, and in the case of Raman scattering, the line width is on the order of THz.
  • the measurement unit 6 observes the Brillouin scattering component as the nonlinear scattering component.
  • the control unit 7 fixes one of the optical transmission path 3A and the optical transmission path 3B to a multi-axis movable stage (not shown) that operates on the X axis, the Y axis, and the Z axis.
  • the position of the other optical transmission line 3 that is not fixed to the multi-axis movable stage is set to X while applying feedback in real time so that the intensity of the nonlinear scattering component observed by the measurement unit 6 is maximized. Adjust in the axial direction and Y-axis direction.
  • the center of the core 4A of the optical transmission line 3A and the center of the core 4B of the optical transmission line 3B can be aligned with high accuracy without using a connector. Connection between 3A and the optical transmission line 3B can be performed efficiently.
  • the optical transmission line connection system 10 shown in FIG. 3 is different from the optical transmission line connection system 1 in the following points in order to make the resolution higher than that of the optical transmission line connection system 1 described above.
  • the optical transmission line connection system 10 includes a reference light generation unit 11, a detection unit 12, and an optical coupler 13.
  • the optical transmission line connection system 10 observes a nonlinear scattering component included in the interference signal detected by the detection unit 12 in the measurement unit 14.
  • the one end 3a of the optical transmission line 3A and the one end 3b of the optical transmission line 3B are set so that the intensity of the nonlinear scattering component of the interference signal observed by the measurement unit 6 in the control unit 7 is maximized. And control the position of the optical axis.
  • the same components as those of the optical transmission line connection system 1 described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the configuration is omitted.
  • the reference light generation unit 11 includes, for example, an optical splitter, and generates reference light (Reference) from the laser light output from the light source unit 2.
  • the interference signal detected by the detector was shifted in frequency by a 9 GHz frequency shifter, amplified by 23 dB by a preamplifier, and then observed by an electric spectrum analyzer.
  • the controller controls the x-axis direction and y-axis of the GI-MMF attached to the three-axis positioning stage while applying feedback in real time so that the intensity of the Brillouin scattering component included in the interference signal observed by the electric spectrum analyzer is maximized.
  • the axial position was controlled.
  • Example 2 The second embodiment is the same as the first embodiment except that the PFGI-POF (A) is attached to the three-axis positioning stage instead of the GI-MMF and the frequency shifter is not introduced.
  • FIGS. 13 and 14 are graphs showing the distribution measurement results of the Brillouin gain spectrum obtained by the electric spectrum analyzer in Example 3.
  • Brillouin gain spectrum observed at the position of (symbol d) (FIG.
  • the x-axis is 0 ⁇ m (symbol e), ⁇ 20 ⁇ m (symbol f), ⁇ 30 ⁇ m (symbol g), ⁇ 40 ⁇ m (symbol h), ⁇ 60 ⁇ m (
  • the Brillouin gain spectrum (FIG. 14) observed at the position of symbol i) is shown.
  • the optical power (P in ) at one end of the SMF was fixed at 15 dBm.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the distance from the optimal position in the x-axis direction and the power of reflected light due to Brillouin scattering.
  • the horizontal axis in FIG. 15 indicates the distance from the optimum position of PFGI-POF (B) in the x-axis direction (core center of PFGI-POF (B)).
  • the vertical axis in FIG. 15 indicates the power of the Brillouin Stokes signal in PFGI-POF (B).
  • the broken line on the horizontal axis in FIG. 15 indicates the inside of the core of PFGI-POF (B).
  • the result of the power of the Brillouin Stokes signal with respect to x was the same as in the case of Example 1 and Example 2. From this result, it was found that the connection between the SMF, which is an optical transmission line, and the PFGI-POF (B) can be efficiently performed without using a connector.

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Abstract

　光伝送路接続システム（１）は、レーザ光を出力する光源部（２）と、光源部（２）が出力したレーザ光を、一方の光伝送路（３Ａ）の一端（３ａ）を介して他方の光伝送路（３Ｂ）の一端（３ｂ）からポンプ光として入射させるポンプ光生成部（５）と、他方の光伝送路（３Ｂ）内からの反射光に含まれる非線形散乱成分を観測する測定部（６）と、測定部６が観測した非線形散乱成分のスペクトルを評価して、一方の光伝送路（３Ａ）の一端（３ａ）と他方の光伝送路（３Ｂ）の一端（３ｂ）との光軸の位置を制御する制御部（７）とを備える。

Description

光伝送路接続システム及び光伝送路接続方法
　本発明は、本発明は、光伝送路同士を突合わせ接合する光伝送路接続システム及び光伝送路接続方法に関する。本出願は、日本国において２０１１年４月１５日に出願された日本特許出願番号２０１１－０９０９２４を基礎として優先権を主張するものであり、これらの出願を参照することにより、本出願に援用される。
　光伝送路の一例である光ファイバ端にコネクタ（ＦＣ、ＳＣ、ＬＣ等）が付いている場合には、そのコネクタに対応したアダプタを使用することで、容易に高精度なコア中心の位置合わせが可能となる。しかし、光ファイバ端にコネクタが付いていない場合には、例えば光ファイバを多軸可動ステージに固定し、その位置を調整する、すなわち、突合わせ接合する必要がある。コネクタを使用せずに光ファイバ同士の接続を効率的に行うためには、両者のコア中心の高精度な位置合わせが重要となる。
　従来の一般的な手法では、接続先の光ファイバ端からの出力光をモニタリングし、それが最大となるように位置を調整する。しかし、必ずしもこの手法が有効ではない場合がある。
　例えば、接続先の光ファイバが光ファイバセンサのセンシングヘッドとして材料や構造物に埋め込まれている場合が挙げられる。また、接続先の光ファイバ端がきわめて遠くに位置している場合が挙げられる。さらに、接続先の光ファイバ中での光の減衰が極めて大きく、出力光が観測できない場合が挙げられる。特に、近年では、光減衰の低いシリカファイバだけでなく、光減衰こそ高いものの高機能なポリマー光ファイバ（プラスチック光ファイバ）を中心とするマルチモードファイバを光ファイバセンサのセンシングヘッドとして用いる研究が盛んになっている。高機能なポリマー光ファイバとは、例えば、丈夫であったり安価であったり扱いやすかったり、特殊な散乱光が強かったり、歪や温度などの環境に対して極めて大きく（あるいは小さく）反応したりするものをいう。
　これらの場合には、接続先の光ファイバ端からの出力光をモニタリングし、それが最大となるように位置を調整する手法が有効ではない場合があるので、接続先の光ファイバ端の入射側だけで位置合わせを最適化する必要がある。
　接続先の光ファイバ端の入射側だけで位置合わせをする従来技術としては、例えば、ＣＣＤカメラを用いて視覚的に位置を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５－１８９７７０公報
　しかしながら、上述の如き従来技術のように接続先の光ファイバ端の入射側だけで位置合わせをするための装置は、一般的に高価であり大掛りである。また、接続先の光ファイバ端の入射側だけで位置合わせをする技術は、接続条件を予めプログラミングしておく必要があり、新規の材料や構造（特にコアのサイズ）を有する光ファイバとの接続には適用することができないことが多い。
　本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、コネクタを使用せずに光伝送路同士の接続を効率的に行うことができる光伝送路接続システム及び光伝送路接続方法を提供することを目的とする。本発明はさらに他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に老いて図面を参照して説明される実施の形態から一層明らかにされる。
　本発明は、二つの光伝送路を突合わせ接合する光伝送路接続システムにおいて、レーザ光を出力する光源部と、光源部が出力したレーザ光を、一方の光伝送路の一端を介して他方の光伝送路の一端からポンプ光として入射させるポンプ光生成部と、他方の光伝送路内からポンプ光の反射光が入射され、反射光に含まれる非線形散乱成分を観測する測定部と、測定部が観測した非線形散乱成分のスペクトルを評価して、一方の光伝送路の一端と他方の光伝送路の一端との光軸の位置を制御する制御部とを備える。
　また、本発明は、二つの光伝送路を突合わせ接合する光伝送路接続方法において、光源部がレーザ光を出力する出力ステップと、出力ステップで出力されたレーザ光を、一方の光伝送路の一端を介して他方の光伝送路の一端からポンプ光として入射させるポンプ光生成ステップと、他方の光伝送路内から上記ポンプ光の反射光が入射され、反射光に含まれる非線形散乱成分を観測する観測ステップと、観測ステップで観測した非線形散乱成分のスペクトルを評価して、一方の光伝送路の一端と他方の光伝送路の一端との光軸の位置を制御する制御ステップとを有する。
　本発明によれば、接続先の光伝送路端の入射側だけで位置合わせを最適化して光伝送路のコア中心同士を高精度に位置合わせすることができるので、コネクタを使用せずに光伝送路同士の接続を効率的に行うことができる。
図１は、光伝送路接続システムの構成例を示すブロック図である。 図２は、光伝送路を模式的に示す図である。 図３は、光伝送路接続システムの構成例を示すブロック図である。 図４は、光伝送路接続システムの構成例を示すブロック図である。 図５は、光伝送路接続方法を説明するためのフローチャートである。 図６は、接続ステップを説明するためのフローチャートである。 図７は、光伝送路接続方法を説明するためのフローチャートである。 図８は、ブリルアンゲインスペクトルの測定結果を示すグラフである。 図９は、ｘ軸方向の最適位置からの距離とブリルアン散乱による反射光のパワーとの関係を示すグラフである。 図１０は、ｘ軸方向の最適位置からの距離とブリルアン周波数シフトとの関係を示すグラフである。 図１１は、ブリルアンゲインスペクトルの測定結果を示すグラフである。 図１２は、ｘ軸方向の最適位置からの距離とブリルアン散乱による反射光のパワーとの関係を示すグラフである。 図１３は、ブリルアンゲインスペクトルの測定結果を示すグラフである。 図１４は、ブリルアンゲインスペクトルの測定結果を示すグラフである。 図１５は、ｘ軸方向の最適位置からの距離とブリルアン散乱による反射光のパワーとの関係を示すグラフである。
　以下、本発明を適用した光伝送路接続システム及び光伝送路接続方法の具体的な実施の形態の一例について、図面を参照して以下の順序で詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
　１．光伝送路接続システム
　２．光伝送路接続方法
　３．実施例
＜１．光伝送路接続システム＞
（１－１．第１の実施の形態）
　図１に示す光伝送路接続システム１は、光源部２と、レーザ光を一方の光伝送路３Ａの一端３ａを介して他方の光伝送路３Ｂの一端３ｂからポンプ光として入射させるポンプ光生成部５と、光伝送路３Ｂ内からの反射光に含まれる非線形散乱成分を観測する測定部６と、非線形散乱成分のスペクトルを評価して光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとの光軸の位置を制御する制御部７とを備える。
　光源部２は、例えば半導体レーザと直流電流源とから構成されており、レーザ光を出力する。半導体レーザとしては、例えば小型でスペクトル幅の狭いレーザ光を出射する分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ　ＬＤ）を用いることができる。
　光伝送路３は、コアを有しており、光源部２が出力したレーザ光が入射される。光伝送路３は、例えば、板状やシート状の光導波路、光ファイバで構成されている。光伝送路３は、例えば、無機系素材や有機系素材で構成されている。無機系素材としては石英ガラスやシリコン、有機系素材としては高純度ポリイミド系樹脂・ポリアミド系樹脂・ポリエーテル系樹脂が挙げられる。光伝送路３Ａ、３Ｂは、同一の素材で構成されていてもよく、異なる素材で構成されていてもよい。
　ポンプ光生成部５は、光分岐器、サーキュレータ、ビームスプリッタ、ハーフミラー等で構成されており、光源部２が出力したレーザ光を、光伝送路３Ａの一端３ａを介して光伝送路３Ｂの一端３ｂからポンプ光として入射させる。また、ポンプ光生成部５は、光伝送路３Ｂ内で反射されたポンプ光の反射光（ストークス光）を測定部６に入射させる。
　測定部６は、例えば光スペクトラムアナライザで構成され、ポンプ光生成部５を介して光伝送路３Ｂ内からポンプ光の反射光が入射され、この反射光に含まれる非線形散乱成分の強度や周波数シフトの変動を観測する。ここで、測定部６においては、周波数変化を伴わないレイリー散乱による強度、すなわち、単なる反射光の強度を観測するだけでは、光伝送路３Ｂの一端３ｂにおける不安定なフレネル反射光が混合してしまうので、安定した位置合わせを実現することが困難となる。そこで、測定部６は、非線形散乱成分として、反射時に周波数変化を伴う（反射時に周波数が下がる）ラマン散乱又はブリルアン散乱を観測する。これにより、測定部６では、フレネル反射成分に関係なく反射光の強度を観測することができるので、安定した位置合わせを実現することができる。
　非線形散乱成分としては、原理的には、ラマン散乱成分及びブリルアン散乱成分のうちどちらの散乱成分を測定してもよいが、特に、ブリルアン散乱成分を観測することが好ましい。
　ブリルアン散乱は、ラマン散乱よりも誘導閾値が低い、すなわち、同じ入射パワーであれば散乱強度が強い。また、ブリルアン散乱は、ラマン散乱よりも周波数のダウンシフト量が小さい。ここで、反射光のピークパワーの周波数（中心周波数）は、入射光であるポンプ光の中心周波数ν０に対してダウンシフトする。この周波数シフトの量は、ブリルアン周波数シフト（νＢ）と呼ばれる。反射光の中心周波数は、ポンプ光の中心周波数ν０よりも、ブリルアン周波数シフトνＢ下がることになる（ν０－νＢ）。周波数のダウンシフト量は、光伝送路材料に大きく依存するが、例えば、シリカファイバにおいて、ブリルアン周波数シフトは、１１ＧＨｚ程度であり、ラマン周波数シフトは１３ＴＨｚ程度である。さらに、ブリルアン散乱は、ラマン散乱よりも線幅が小さい。具体的には、ブリルアン散乱の場合には、線幅が数１０ＭＨｚであり、ラマン散乱の場合には、線幅がＴＨｚオーダである。以上の理由から、測定部６では、非線形散乱成分としてブリルアン散乱成分を観測することが好ましい。
　制御部７は、例えばパーソナルコンピュータで構成されており、測定部６で観測した光伝送路３Ｂからの反射光に含まれる非線形散乱成分のスペクトルを評価して、光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとの光軸の位置を制御する。
　例えば図２に示すように、制御部７は、光伝送路３Ａ又は光伝送路３Ｂのうち一方が、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とに稼働する多軸可動ステージ（図示せず）に固定された状態で、測定部６で観測した非線形散乱成分の強度が最大となるように、実時間でフィードバックをかけながら、多軸可動ステージに固定されていない他方の光伝送路３の位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に調整する。
　光伝送路接続システム１では、コネクタを使用せずに、光伝送路３Ａのコア４Ａの中心と光伝送路３Ｂのコア４Ｂの中心とを高精度に位置合わせすることができるので、光伝送路３Ａと光伝送路３Ｂとの接続を効率的に行うことができる。
（１－２．第２の実施の形態）
　図３に示す光伝送路接続システム１０は、上述した光伝送路接続システム１よりも分解能を高くするために、以下の点で光伝送路接続システム１とは構成が異なる。まず、光伝送路接続システム１０は、参照光生成部１１と検出部１２と光カプラ１３とを備える。また、光伝送路接続システム１０は、測定部１４において検出部１２が検出した干渉信号に含まれる非線形散乱成分を観測する。さらに、光伝送路接続システム１０は、制御部７において測定部６で観測した干渉信号の非線形散乱成分の強度が最大となるように、光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとの光軸の位置を制御する。なお、光伝送路接続システム１０の構成において、上述した光伝送路接続システム１と同じ構成には同一の符号を付し、その構成の詳細な説明を省略する。
　参照光生成部１１は、例えば光分岐器で構成されており、光源部２が出力したレーザ光から参照光（Reference）を生成する。
　検出部１２は、例えば、フォトダイオードなどの検波部からなる光ヘテロダイン方式の検出手段で構成されており、参照光生成部１１からの参照光と、光伝送路３Ｂからの反射光、すなわちストークス光（Stokes）とをそれぞれ検出する。検出部１２は、周波数の異なる参照光と反射光とを干渉させ（重ね合わせ）、反射光と参照光との差の周波数成分を有する干渉信号、すなわち、参照光と反射光との周波数差に等しい電気的なビート信号を生成する。
　測定部１４は、例えば、検出部１２から出力されたビート信号の周波数特性を観測する周波数分析手段としての電気スペクトラムアナライザ（ＥＳＡ：electrical spectrum analyzer）で構成されている。測定部１４は、ブリルアン周波数シフトの変動を、検出部１２からの干渉信号のピーク周波数変動として観測する。測定部１４での測定結果は、観測データとして制御部７に出力される。
　制御部７には、測定部１４での測定結果が入力される。制御部７は、上述した光伝送路接続システム１の場合と同様に、測定部１４で観測した干渉信号の非線形散乱成分の強度（あるいは強度に比例するパワー）が最大となるように、光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとの光軸の位置を制御する。
　光伝送路接続システム１０では、コネクタを使用せずに、光伝送路３Ａのコア４Ａの中心と光伝送路３Ｂのコア４Ｂの中心とを高精度に位置合わせすることができるので、光伝送路３Ａと光伝送路３Ｂとの接続を効率的に行うことができる。
　光伝送路接続システム１０では、以上のように、ヘテロダイン検波のための参照光路を設け、光ビート信号を電気信号に変換する光検出器としての検出部１２を導入し、測定部として電気スペクトラムアナライザを用いている。これにより、光スペクトラムアナライザの性能（周波数分解能など）が十分でない場合には、ブリルアン周波数シフトが小さい材料で構成される光伝送路３にも適用することができる。したがって、光伝送路接続システム１０では、上述した光伝送路接続システム１の場合よりも分解能を高くすることができるので、光伝送路３Ａと光伝送路３Ｂとの接続をより高効率に行うことができる。
（１－３．第３の実施の形態）
　また、上述した光伝送路３Ｂ内からの反射光に含まれる非線形散乱成分が十分に大きくない場合には、図４に示す光伝送路接続システム２０を用いることが好ましい。光伝送路接続システム２０は、上述した光伝送路接続システム１０の構成に加えて、さらに光アイソレータ２１と光増幅器２２と偏波コントローラ２３Ａ，２３Ｂと周波数シフタ２４と発振器２５とプリアンプ２６とを備える。
　光アイソレータ２１は、光源部２からのレーザ光を通過させ、光源部２への不必要な戻り光が発生して光源部２の動作が不安定になるのを防止する。
　光増幅器２２は、例えばエルビウム添加光増幅器（ＥＤＦＡ）で構成されており、参照光生成部１１からのポンプ光を増幅して出力する。
　偏波コントローラ２３Ａは、光増幅器２２からのポンプ光の偏波状態を調整する。また、偏波コントローラ２３Ｂは、参照光生成部１１で生成された参照光の偏波状態を調整する。
　周波数シフタ２４は、発振器２５から出力された周波数によって、検出部１２が検出した干渉信号の周波数をシフトさせ、周波数がシフトされた干渉信号をプリアンプ２６に出力する。
　プリアンプ２６は、周波数シフタ２４で周波数がシフトされた干渉信号を増幅し、増幅した干渉信号を測定部６に出力する。
　このような光伝送路接続システム２０によれば、光伝送路３Ｂ内からの反射光に含まれる非線形散乱成分が十分に大きくない場合であっても、光伝送路３Ａのコア４Ａの中心と光伝送路３Ｂのコア４Ｂの中心とを高精度に位置合わせすることができるので、光伝送路３Ａと光伝送路３Ｂとを高効率に接続することができる。
＜２．光伝送路接続方法＞
　図５は、光伝送路接続システム１を用いた光伝送路接続方法の処理の一例を説明するためのフローチャートである。光伝送路接続方法は、出力ステップＳ１と、ポンプ光生成ステップＳ２と、測定ステップＳ３と、制御ステップＳ４とを有する。
　出力ステップＳ１では、光源部２がレーザ光を出力する。ポンプ光生成ステップＳ２では、ポンプ光生成部５が、出力ステップＳ１で出力されたレーザ光を、光伝送路３Ａの一端３ａを介して光伝送路３Ｂの一端３ｂからポンプ光として入射させる。測定ステップＳ３では、測定部６が、光伝送路３Ｂ内からの反射光に含まれる非線形散乱成分を観測する。制御ステップＳ４では、制御部７が、測定ステップＳ３で測定された非線形散乱成分の強度が最大となるように、光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとの光軸の位置を制御する。
　図６は、接続ステップＳ４の処理の一例を説明するためのフローチャートである。制御ステップＳ４は、ｚ軸方向調整ステップＳ１０と、ｘ軸方向調整ステップＳ１１と、ｙ軸方向調整ステップＳ１２とを有する。以下では、図２に示す光伝送路３Ａが多軸可動ステージに固定されており、光伝送路３Ｂが多軸可動ステージに固定されていない場合を例に挙げて説明する。
　ｚ軸方向調整ステップＳ１０では、制御部７が、光伝送路３Ｂの位置をｚ軸方向に調整して、光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとを近づける。
　ｘ軸方向調整ステップＳ１１では、制御部７が、光伝送路３Ａが多軸可動ステージに固定された状態で、測定部６で観測した非線形散乱成分の強度が最大となるように、実時間でフィードバックをかけながら、多軸可動ステージに固定されていない光伝送路３Ｂの位置をｘ軸方向に調整する。
　ｙ軸方向調整ステップＳ１２では、制御部７が、測定部６で観測した非線形散乱成分の強度が最大となるように、実時間でフィードバックをかけながら、光伝送路３Ｂの位置をｙ軸方向に調整する。
　光伝送路接続システム１を用いた光伝送路接続方法によれば、コネクタを使用せずに、光伝送路３Ａのコア４Ａの中心と光伝送路３Ｂのコア４Ｂの中心とを高精度に位置合わせすることができるので、光伝送路３Ａと光伝送路３Ｂとの接続を効率的に行うことができる。
　図７は、光伝送路接続システム１０を用いた光伝送路接続方法の処理の一例を説明するためのフローチャートである。この光伝送路接続方法は、出力ステップＳ２０と、参照光生成ステップＳ２１と、ポンプ光生成ステップＳ２２と、検出ステップＳ２３と、測定ステップＳ２４と、制御ステップＳ２５とを有する。
　出力ステップＳ２０では、光源部２がレーザ光を出力する。参照光生成ステップＳ２１では、光源部２からのレーザ光を二分し、一つをポンプ光とし、もう一つを参照光とする。ポンプ光生成ステップＳ２２では、ポンプ光生成部５が、出力ステップＳ１で出力されたレーザ光を、光伝送路３Ａの一端３ａを介して光伝送路３Ｂの一端３ｂからポンプ光として入射させる。検出ステップＳ２３では、検出部１２が、光伝送路３Ｂ内の非線形散乱により生じた反射光と参照光とを干渉させ、反射光と参照光との差の周波数成分を有する干渉信号を検出する。測定ステップＳ２４では、測定部６が、光伝送路３Ｂ内からの反射光に含まれる非線形散乱成分を観測する。制御ステップＳ２５では、制御部７が、測定ステップＳ３で測定された非線形散乱成分の強度が最大となるように、光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとの光軸の位置を制御する。
　光伝送路接続システム１０を用いた光伝送路接続方法によれば、上述した光伝送路接続システム１の場合よりも分解能を高くすることができるので、光伝送路３Ａと光伝送路３Ｂとをより高効率に接続することができる。
　なお、上述した説明では、非線形散乱成分のスペクトルの強度が最大となるように光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとの光軸の位置を制御するものとしたが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、制御部７において、非線形散乱成分のスペクトルの周波数のシフト量を評価して、光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとの光軸の位置を制御するようにしてもよい。また、制御部７において、非線形散乱成分のスペクトルの線幅を評価して、光伝送路３Ａの一端３ａと光伝送路３Ｂの一端３ｂとの光軸の位置を制御するようにしてもよい。
　また、上述した光伝送路接続方法の説明では、光伝送路３Ａが多軸可動ステージに固定されており、光伝送路３Ｂが多軸可動ステージに固定されていない場合について説明したが、この例に限定されるものではない。例えば、光伝送路３Ａ及び光伝送路３Ｂを多軸可動ステージに固定して光伝送路３Ａ及び光伝送路３Ｂの光軸の位置を制御するようにしてもよい。また、図６に示す接続ステップＳ４の処理は、上述した例に限定されず、例えばｚ軸方向調整ステップＳ１０の処理を最後に実行するようにしてもよい。
＜３．実施例＞
　以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、下記のいずれかの実施例に本発明の範囲が限定されるものではない。
　本実施例では、測定系として、図４に示す光伝送路接続システムを用いた。光源部としては、１５５２ｎｍの分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢレーザ）を用いた。光伝送路としては、シリカの単一モードファイバ（Silica SMF 以下、「ＳＭＦ」と呼ぶ。）と、コア径が異なる三種類の屈折率傾斜型多モードファイバ（Silica GI－MMF、PFGI－POF(A)、PFGI－POF(B)）とを用いた。Silica GI－MMFは、シリカで構成されており、PFGI－POF(A)及びPFGI－POF(B)は、全フッ素化ポリマーで構成されている。増幅器としては、エルビウム添加光増幅器（ＥＤＦＡ）を用いた。検出部としては、フォトディテクタを用いた。測定部としては、電気スペクトルアナライザ（ＥＳＡ）を用いた。
　本実施例では、ＳＭＦと屈折率傾斜型多モードファイバとを突合わせ接合する実験を行った。ＳＭＦ及び屈折率傾斜型多モードファイバの材料及び構造定数を以下の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１において、ｄはコアの直径（μｍ）、neffはコアの有効屈折率、ＮＡは開口数、αは伝搬損失（ｄＢ／ｋｍ）、Ｌは光ファイバの長さ（ｍ）を示す。
（実施例１）
　ＳＭＦの位置を固定し、ＧＩ－ＭＭＦを３軸位置決めステージに取り付けた。ここで、３軸位置決めステージにおけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、図２に示すように規定した。光ファイバの位置合わせは、次のように行った。まず、突合わせ接合する各光ファイバの相対的な角度を調整した。続いて、各光ファイバの一端のエアーギャップを満たすとともにフレネル反射を抑制するために、屈折率整合油（ｎ＝１．４６）を各光ファイバの一端に塗布した。続いて、各光ファイバの一端の間隔がほぼ０となるようにｚ軸を調整した。最後に、以下に説明する方法でＧＩ－ＭＭＦのｘ軸方向及びｙ軸方向の位置を調整した。これにより、ＳＭＦとＧＩ－ＭＭＦとを突合わせ接合させた。
　分布帰還型レーザダイオードからの出力光を参照光生成部で二分し、一つの出力光をポンプ光とし、もう一つの出力光を参照光とした。ポンプ光は、エルビウム添加光増幅器で増幅し、偏波コントローラで偏波状態を調整した後、突合わせ接合を介してＧＩ－ＭＭＦに入射させた。ＧＩ－ＭＭＦからの反射光は、参照光と合波させ、反射光と参照光との差の周波数成分を有する干渉信号（ビート信号）をフォトディテクタで電気信号にした。検出部で検出した干渉信号は、９ＧＨｚの周波数シフタで周波数をシフトさせた後、プリアンプで２３ｄＢ増幅させてから電気スペクトルアナライザで観測した。制御部は、電気スペクトルアナライザで観測した干渉信号に含まれるブリルアン散乱成分の強度が最大となるように、実時間でフィードバックをかけながら３軸位置決めステージに取付けたＧＩ－ＭＭＦのｘ軸方向及びｙ軸方向の位置を制御した。
（実施例２）
　実施例２は、ＧＩ－ＭＭＦの代わりにＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ａ）を３軸位置決めステージに取り付けたこと、周波数シフタを導入しなかったこと以外は、実施例１と同様である。
（実施例３）
　実施例３は、ＧＩ－ＭＭＦの代わりにＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ｂ）を３軸位置決めステージに取り付けたこと、周波数シフタを導入しなかったこと以外は、実施例１と同様である。
＜実験結果＞
（実施例１）
　図８は、実施例１において、電気スペクトルアナライザで得られたブリルアンゲインスペクトルの測定結果を示すグラフである。具体的には、３軸位置決めステージに取付けたＧＩ－ＭＭＦをｙ軸０μｍの位置で固定し、ｘ軸が０μｍ（符号ａ）、－１０μｍ（符号ｂ）、－２０μｍ（符号ｃ）、－３０μｍ（符号ｄ）の位置で観測したブリルアンゲインスペクトルを示す。ＳＭＦの一端における光学的パワー（Ｐin）は、１５ｄＢｍに固定した。
　図８に示すように、ブリルアンゲインスペクトルには、１０．５ＧＨｚ付近と１０．９２ＧＨｚ付近にそれぞれピークが観察された。１０．５ＧＨｚ付近のピークは、ＧＩ－ＭＭＦのブリルアンストークス信号（ブリルアン散乱成分）である。１０．９２ＧＨｚ付近のピークは、ＳＭＦのブリルアンストークス信号である。ｘの絶対値（｜ｘ｜）が増大するにつれて、ＧＩ－ＭＭＦのブリルアンストークス信号の最大出力が大幅に減少していることが分かった。
　図９は、ｘ軸方向の最適位置からの距離とブリルアン散乱による反射光のパワーとの関係を示すグラフである。図９の横軸は、ＧＩ－ＭＭＦのｘ軸方向の最適位置（ＧＩ－ＭＭＦのコア中心）からの距離を示している。また、図９の縦軸は、ＧＩ－ＭＭＦにおけるブリルアンストークス信号のパワーを示す。図９の横軸の破線は、その内側が、ＧＩ－ＭＭＦのコア内部を表す。
　図９に示すように、ｘが０μｍのときに、ブリルアンストークス信号のパワーが最大となり、ｘの絶対値が増大するにつれてブリルアンストークス信号のパワーが減少することが分かった。また、ＧＩ－ＭＭＦのコア領域の範囲外、すなわち、｜ｘ｜＞２５μｍにおいて、ブリルアンストークス信号がノイズよりも小さくなった。この挙動は、ガウス分布によく適合した。これらの結果から、ＧＩ－ＭＭＦのブリルアンストークス信号のパワーを観測することによって、コネクタを使用せずに、ＳＭＦのコア中心とＧＩ－ＭＭＦのコア中心とを高効率に突合わせ接合することができることが分かった。
　図１０は、ｘ軸方向の最適位置からの距離とブリルアン周波数シフトとの関係を示すグラフである。図１０に示すように、ブリルアンストークス信号のパワーだけでなく、周波数シフト量もｘに依存していることが分かった。すなわち、ｘの絶対値の平方に比例してＧＩ－ＭＭＦの周波数シフトが変化することが分かった。この結果から、ブリルアン周波数シフト量の観測によっても、ＳＭＦのコア中心とＧＩ－ＭＭＦのコア中心との突合わせ接合を効率的に行う目的を達成できる可能性があることが明らかとなった。
（実施例２）
　図１１は、実施例２において、電気スペクトルアナライザで得られたブリルアンゲインスペクトルの分布測定結果を示すグラフである。具体的には、３軸位置決めステージに取付けたＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ａ）をｙ軸０μｍの位置で固定し、ｘ軸が０μｍ（符号ａ）、－１５μｍ（符号ｂ）、－２０μｍ（符号ｃ）、－３０μｍ（符号ｄ）の位置で観測したブリルアンゲインスペクトルを示す。ＳＭＦの一端における光学的パワー（Ｐin）は、１２ｄＢｍに固定した。
　図１１に示すように、ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ａ）のブリルアンゲインスペクトルを２．５～３．０ＧＨｚの範囲に一つだけ観察することができた。
　図１２は、ｘ軸方向の最適位置からの距離とブリルアン散乱による反射光のパワーとの関係を示すグラフである。図１２の横軸は、ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ａ）のｘ軸方向の最適位置（ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ａ）のコア中心）からの距離を示している。また、図１２の縦軸は、ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ａ）におけるブリルアンストークス信号のパワーを示す。図１２の横軸の破線は、その内側が、ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ａ）のコア内部を表す。
　図１２に示すように、ｘに対するブリルアンストークス信号のパワーの結果が、図９に示す実施例１の場合と同様であった。この結果から、実施例２のように、異材質で構成される光ファイバ（ＳＭＦとＰＦＧＩ－ＰＯＦ）同士を突合わせ接合した場合にも接続を効率的に行うことができることが分かった。
（実施例３）
　図１３、図１４は、実施例３において、電気スペクトルアナライザで得られたブリルアンゲインスペクトルの分布測定結果を示すグラフである。具体的には、３軸位置決めステージに取付けたＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ｂ）をｙ軸０μｍの位置で固定し、ｘ軸が０μｍ（符号ａ）、２０μｍ（符号ｂ）、４０μｍ（符号ｃ）、６０μｍ（符号ｄ）の位置で観測したブリルアンゲインスペクトル（図１３）、ｘ軸が０μｍ（符号ｅ）、－２０μｍ（符号ｆ）、－３０μｍ（符号ｇ）、－４０μｍ（符号ｈ）、－６０μｍ（符号ｉ）の位置で観測したブリルアンゲインスペクトル（図１４）をそれぞれ示す。ＳＭＦの一端における光学的パワー（Ｐin）は、１５ｄＢｍに固定した。
　図１３、図１４に示すように、ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ｂ）のブリルアンゲインスペクトルを２．５～３．０ＧＨｚの範囲に一つだけ観察することができた。また、図１４に示す結果から、ｘが－４０～－３０μｍの範囲においてブリルアンストークス信号のパワーがほとんど変化しないことが分かった。この挙動は、ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ｂ）末端の比較的粗い表面によるものであることが、光ファイバ顕微鏡を用いて調べることにより確認することができた。
　図１５は、ｘ軸方向の最適位置からの距離とブリルアン散乱による反射光のパワーとの関係を示すグラフである。図１５の横軸は、ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ｂ）のｘ軸方向の最適位置（ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ｂ）のコア中心）からの距離を示している。また、図１５の縦軸は、ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ｂ）におけるブリルアンストークス信号のパワーを示す。図１５の横軸の破線は、その内側が、ＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ｂ）のコア内部を表す。図１５に示すように、ｘに対するブリルアンストークス信号のパワーの結果が、実施例１及び実施例２の場合と同様であった。この結果から、コネクタを使用せずに、光伝送路であるＳＭＦとＰＦＧＩ－ＰＯＦ（Ｂ）との接続を効率的に行うことができることが分かった。

Claims (5)

  1. 二つの光伝送路を突合わせ接合する光伝送路接続システムにおいて、
    　レーザ光を出力する光源部と、
    　上記光源部が出力したレーザ光を、一方の上記光伝送路の一端を介して他方の上記光伝送路の一端からポンプ光として入射させるポンプ光生成部と、
    　上記他方の光伝送路内から上記ポンプ光の反射光が入射され、該反射光に含まれる非線形散乱成分を観測する測定部と、
    　上記測定部が観測した非線形散乱成分のスペクトルを評価して、上記一方の光伝送路の一端と他方の光伝送路の一端との光軸の位置を制御する制御部と
    　を備える光伝送路接続システム。
  2. 上記光源部が出力したレーザ光から、参照光と上記ポンプ光とを生成する参照光生成部と、
    　上記他方の光伝送路内からの反射光と上記参照光とを干渉させ、該反射光と該参照光との差の周波数成分を有する干渉信号を検出する検出部とを備え、
    　上記測定部は、上記検出部が検出した干渉信号に含まれる非線形散乱成分を観測し、
    　上記制御部は、上記測定部が観測した干渉信号の非線形散乱成分のスペクトルを評価して、上記一方の光伝送路の一端と他方の光伝送路の一端との光軸の位置を制御する請求項１記載の光伝送路接続システム。
  3. 上記測定部は、上記非線形散乱成分として上記干渉信号に含まれるブリルアン散乱成分を観測し、
    　上記制御部は、上記測定部で観測したブリルアン散乱成分のスペクトルを評価して、上記一方の光伝送路の一端と他方の光伝送路の一端との光軸の位置を制御する請求項２記載の光伝送路接続システム。
  4. 上記制御部は、上記ブリルアン散乱成分の強度が最大となるように、上記一方の光伝送路の一端と他方の光伝送路の一端との光軸の位置を制御する請求項３記載の光伝送路接続システム。
  5. 二つの光伝送路を突合わせ接合する光伝送路接続方法において、
    　レーザ光を出力する出力ステップと、
    　上記出力ステップで出力されたレーザ光を、一方の上記光伝送路の一端を介して他方の上記光伝送路の一端からポンプ光として入射させるポンプ光生成ステップと、
    　上記他方の光伝送路内から上記ポンプ光の反射光が入射され、該反射光に含まれる非線形散乱成分を観測する観測ステップと、
    　上記観測ステップで観測した非線形散乱成分のスペクトルを評価して、上記一方の光伝送路の一端と他方の光伝送路の一端との光軸の位置を制御する制御ステップとを有する光伝送路接続方法。
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