WO2025215696A1 - 光学特性評価装置及び光学特性評価方法 - Google Patents

光学特性評価装置及び光学特性評価方法

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core
mode
dependent loss
waveform
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惇平 早川
篤志 中村
優介 古敷谷
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties

Definitions

  • This disclosure relates to an apparatus and method for evaluating the mode-dependent loss of a coupled multi-core optical fiber.
  • a multi-core optical fiber is an optical fiber that has multiple cores in a single strand. In comparison with conventional fibers, conventional fibers have only one core. Because the number of cores increases, multi-core optical fibers have the advantage of increasing the communication capacity per optical fiber.
  • multi-core optical fibers are divided into uncoupled and coupled types.
  • Uncoupled types are those in which the cores of a multi-core optical fiber are separated by a large distance, and each core is treated as an independent entity.
  • coupled types are those in which the cores of a multi-core optical fiber are not separated by a large distance, and some of the communication light propagating through one core is actively coupled to adjacent cores.
  • a coupled multi-core optical fiber can accommodate a larger number of cores per optical fiber than an uncoupled multi-core optical fiber. This means that the communication capacity per optical fiber can be increased. Therefore, coupled multi-core optical fiber is one of the optical fibers that holds promise as a medium for realizing large-capacity optical communications in the future.
  • MDL mode-dependent loss
  • Mode-dependent loss is considered a parameter that limits transmission capacity, and is known to be highly dependent on bending of coupled multi-core optical fibers and core misalignment during splicing.
  • mode-dependent loss changes due to bending of coupled multi-core optical fibers and poor splicing that occurs during construction of the transmission line. Therefore, it is necessary to evaluate the mode-dependent loss of coupled multi-core optical fibers when constructing a transmission line.
  • Figure 1 is a diagram explaining coupled multi-core optical fibers and mode-dependent loss. Take as an example a coupled multi-core optical fiber 50 with two cores (core C1 and core C2). As shown in Figure 1(A), the two cores are parallel, and light propagating to core C1 moves from core C1 to core C2, and then from core C2 to core C1. This transition of light across cores is called mode coupling, and an optical fiber in which the cores are coupled at any location is called a coupled multi-core optical fiber.
  • Figure 1(B) is a diagram explaining mode-dependent loss. It considers loss per segment. For example, let's say the loss in segment S1 of core C1 is 1 (shown as "-1" on the diagram). Light propagating through core C1 then moves from core C1 to core C2, losing 1 in each of segments S2 and S3. Therefore, light passing through three segments (segment S1 to core C1, segment S2 to core C2, segment S3 to core C2) loses a total of 3. Similarly, light propagating through core 2 loses a total of 7 in three segments (segment S1 to core C2, segment S2 to core C1, segment S3 to core C1). Note that the path taken (including transitions between core C1 and core C2) is determined by the state (amplitude and phase) of the incident light on each core. In other words, mode-dependent loss can be said to be the difference in loss depending on the path light has traveled.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 disclose methods for evaluating mode-dependent loss.
  • Non-Patent Document 1 discloses a method for measuring mode-dependent loss from the amplitude and phase information of the propagating light output from the optical fiber under test.
  • Non-Patent Document 2 proposes a method for evaluating mode-dependent loss from changes in the intensity of light output from the optical fiber under test by randomly changing the intensity and phase state of the light input to the optical fiber under test.
  • Fontaine, N. K. , et al. “Characterization of Space-Division Multiplexing Systems using a Swept-Wavelength Interferometer”. Optical Fiber Communication Conference/National Fiber Optic Engineers Conference 2013. OW1K. 2, 2013. Hasegawa, T. and T. Hayashi. “Measurement of Mode Dependent Loss of Randomly-Coupled Multi-Core Fiber usin g Scrambling Method”, T2C, in 26th Optoelectronics and Communications Conference. 2021.
  • both ends of the optical fiber under test are located at separate locations.
  • the present invention aims to provide an optical characteristic evaluation device and an optical characteristic evaluation method that can evaluate mode-dependent loss from one end of an optical fiber under test.
  • the optical characteristic evaluation device of the present invention evaluates mode-dependent loss by utilizing backscattered light from an optical pulse input from one end of the optical fiber under test.
  • the optical characteristic evaluation apparatus is an optical characteristic evaluation apparatus including an optical time domain tester and an analysis unit
  • the optical time domain tester comprises: a test optical pulse is input to one core of a multi-core optical fiber at one end of the multi-core optical fiber as an optical fiber to be tested, and backscattered light output from the core is received; and a waveform of the light intensity of the backscattered light with respect to a distance of the multi-core optical fiber is obtained,
  • the analysis unit performing a linear approximation on a desired section of the waveform; calculating dispersion for the linear approximation of the waveform in the desired section; and using the dispersion as an evaluation value of mode-dependent loss for the multi-core optical fiber.
  • an optical characteristic evaluation method is an evaluation method for evaluating a mode dependent loss of a multi-core optical fiber that is an optical fiber under test, the method comprising the steps of: connecting an optical time domain tester to one end of the multi-core optical fiber; injecting a test optical pulse into one of the cores of the multi-core optical fiber; receiving backscattered light output from the core; acquiring a waveform of the light intensity of the backscattered light with respect to the distance of the multi-core optical fiber; performing a linear approximation on a desired section of the waveform; calculating dispersion for the linear approximation of the waveform in the desired section; and using the dispersion as an evaluation value of mode-dependent loss for the multi-core optical fiber.
  • the backscattered light of an optical pulse incident on an optical fiber has various states (phase/amplitude).
  • the backscattered light then returns to the input end of the optical pulse.
  • This backscattered light it is possible to evaluate the mode-dependent loss at one end of a coupled multi-core optical fiber.
  • the intensity of backscattered light that passes through a segment in which mode-dependent loss (difference in loss between cores) occurs changes depending on the core through which it passes within that segment, resulting in a large difference (variation) in the intensity of the backscattered light.
  • the difference (variation) in the intensity of the backscattered light is small, it is backscattered light that occurred when the test light pulse passed through a segment with no (or small) mode-dependent loss, and if the difference (variation) in the intensity of the backscattered light is large, it can be said to be backscattered light that occurred when the test light pulse passed through a segment with (or large) mode-dependent loss.
  • mode-dependent loss can be evaluated by performing a linear approximation on the waveform of the backscattered light and calculating the variance of the waveform relative to that approximate straight line.
  • the present invention can provide an optical characteristic evaluation device and optical characteristic evaluation method that can evaluate mode-dependent loss from one end of the optical fiber under test.
  • the analysis unit determines the position where the dispersion changes as the position where mode-dependent loss occurs.
  • the present invention provides an optical characteristic evaluation device and optical characteristic evaluation method that can evaluate mode-dependent loss from one end of an optical fiber under test.
  • 1A and 1B are diagrams illustrating a coupled multi-core optical fiber and mode-dependent loss.
  • 1A and 1B are diagrams illustrating a conventional coupled multi-core optical fiber and a method for evaluating mode-dependent loss.
  • 1 is a diagram illustrating an optical property evaluation apparatus according to the present invention.
  • 1A to 1C are diagrams illustrating an optical property evaluation method according to the present invention.
  • 1A to 1C are diagrams illustrating an optical property evaluation method according to the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a method for evaluating mode-dependent loss.
  • 1 is a diagram illustrating the difference between a conventional method and the method of the present invention for evaluating mode-dependent loss.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating waveforms of backscattered light obtained in evaluation of mode-dependent loss.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating information displayed on a display unit of the optical property evaluation apparatus according to the present invention.
  • the optical characteristic evaluation apparatus 301 includes an optical time domain tester 10 and an analysis unit 20.
  • the optical pulse tester 10 includes: At one end of the multi-core optical fiber 50, which is the optical fiber under test, a test optical pulse is input into one of the cores of the multi-core optical fiber 50, and backscattered light output from the core is received; and a waveform of the light intensity of the backscattered light with respect to the distance of the multi-core optical fiber 50 is obtained.
  • the analysis unit 20 performing a linear approximation on a desired section of the waveform;
  • the dispersion for the linear approximation of the waveform in the desired section is calculated; and the dispersion is used as an evaluation value of the mode-dependent loss for the multi-core optical fiber.
  • the optical pulse tester 10 includes a pulse light source unit 11, an input/output unit 12, and a receiving unit 13.
  • the pulse light source unit 11 outputs a test optical pulse to be incident on the optical fiber under test.
  • the input/output unit 12 includes, for example, an optical circulator 12a and an input/output device 12b.
  • the receiving unit 13 includes, for example, an opto-electrical converter 13a and an AD converter 13b.
  • the analysis unit 20 includes a waveform analysis unit 21, a mode-dependent loss evaluation unit 22, and a display unit 23.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the optical property evaluation device 301.
  • the optical characteristic evaluation device 301 connecting the optical time domain tester (10) to one end of the multi-core optical fiber (50);
  • a test optical pulse is input from the optical pulse tester 10 to one of the cores of the multi-core optical fiber 50 (step St01); receiving backscattered light output from the core with an optical time domain tester (10) (step St02);
  • the analysis unit 20 acquires a waveform of the light intensity of the backscattered light with respect to the distance of the multi-core optical fiber 50 (step St03); performing linear approximation on a desired section of the waveform in an analysis unit; calculating a variance of the linear approximation of the waveform in the desired section by an analysis unit;
  • the analysis unit 20 uses the dispersion as an evaluation value of the mode-dependent loss for the multi-core optical fiber (step St04), and the display unit 23 displays the evaluation value (step St05). It is characterized by:
  • step St00 the input/output unit 12 of the optical time domain tester 10 is connected to one end of the multi-core optical fiber 50.
  • step St01 a test optical pulse is generated by the pulse light source 11, and the test optical pulse is incident on an arbitrary core at one end of the multi-core optical fiber 50 via the input/output unit 12, thereby generating backscattered light within the multi-core optical fiber 50.
  • step St02 the backscattered light output from an arbitrary core at one end of the multi-core optical fiber 50 is sent to the receiving unit 13 via the input/output unit 12.
  • the photoelectric converter 13a of the receiving unit 13 converts the backscattered light intensity into an electric signal
  • the AD converter 13b converts it into a digital signal and sends it to the analyzing unit 20.
  • the waveform analyzer 21 of the analyzer 20 acquires the backscattered light intensity waveform with respect to the distance from one end of the multi-core optical fiber 50 from the received light signal.
  • the mode-dependent loss evaluation unit 22 of the analysis unit 20 analyzes and evaluates the backscattered light intensity waveform. Details of the evaluation method will be described later.
  • step St05 the evaluation value obtained by the mode-dependent loss evaluation unit 22 is displayed on the display unit 23.
  • Figure 5 is a diagram explaining this optical characteristic evaluation method. The explanation will be given assuming that the optical fiber under test is a two-core coupled multi-core fiber 50, but the same applies if the multi-core fiber 50 has three or more cores.
  • test optical pulse generated by the pulse light source 11 is input into any one core of the multi-core fiber 50 via the optical circulator 12a and the input/output device 12b. For example, let's assume that the test optical pulse is input into core C1.
  • the test optical pulse propagates through the multi-core optical fiber 50, and during this propagation process it couples with another core C2. Assume that there is a region 50X at an arbitrary location in the multi-core optical fiber 50 where the difference in loss between cores is large (large mode-dependent loss). In region 50X, there is a difference in loss between core C1 and core C2 (large loss in core C1, small loss in core C2) (see Figure 5(A)).
  • the test light pulse is scattered as it propagates through the optical fiber under test, with a portion returning to the side where the test light pulse is incident. This returning light is called backscattered light.
  • the measurement target is the backscattered light intensity of a single core (core C1).
  • the backscattered light is converted into a digital signal by photoelectric converter 13a and AD converter 13b via input/output device 12b and optical circulator 12a.
  • the waveform analysis unit 21 acquires the relationship between the distance of the optical fiber under test and the backscattered light intensity (OTDR waveform).
  • Figure 5(B) shows an OTDR waveform with the horizontal axis representing distance and the vertical axis representing backscattered light intensity.
  • This OTDR waveform has two sections: one with small variation and one with large variation. It is believed that differences in mode-dependent loss occur where the variation in the OTDR waveform changes (including steps). In other words, the magnitude of the difference in mode-dependent loss is evaluated from the magnitude of the change in variation in the OTDR waveform.
  • the location can be identified from the horizontal axis. Specifically, as shown in I-2 in Figure 5(B), the location where the variation changes is considered to be the MDL occurrence point (location of area 50X).
  • Figure 6 is a diagram explaining a method for evaluating mode-dependent loss. By randomly changing the state of the incident light, all manner of mode-coupled states can be generated, and the magnitude of mode-dependent loss can be evaluated from the variation in the intensity of the light (output light) that passes through the core.
  • Figure 6(A) is a diagram explaining the case where light is concentrated on the path Rs, which has low loss.
  • Figure 6(B) is a diagram explaining the case where light is concentrated on the path Rl, which has high loss.
  • Figure 6(C) is a diagram explaining the change in the light intensity of the output light when the difference in mode-dependent loss is large.
  • Figure 6(D) is a diagram explaining the change in the light intensity of the output light when the difference in mode-dependent loss is small.
  • Figure 7 is a diagram explaining the difference between the conventional method and the method of the present invention for evaluating mode-dependent loss.
  • Figure 7(A) is a diagram explaining the conventional method.
  • test light is generated by giving random phase and amplitude to light from a light source 31 using an optical modulator 32. The test light is then incident on one end of a multi-core optical fiber 50, passes through the multi-core optical fiber 50, and is received by a light-receiving device 33 located at the other end, obtaining a waveform such as that described in Figure 6. For this reason, it is necessary to position workers at both ends of the multi-core optical fiber 50.
  • Figure 7(B) is a diagram explaining the technique of the present invention.
  • the test light pulse input into the multi-core optical fiber 50 is scattered at each point in the multi-core optical fiber 50, and a portion of it returns as backscattered light.
  • the backscattered light has a random phase and amplitude. For this reason, it is possible to evaluate the mode-dependent loss without modulating the light on the side where the test light is input, and because the backscattered light that returns to the input side of the test light is used, the mode-dependent loss can be evaluated at the input end of the test light.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the waveform of backscattered light obtained in the evaluation of mode-dependent loss.
  • the backscattered light at each point in the coupled multi-core optical fiber has a random optical state (phase and amplitude).
  • the mode coupling state in the coupled multi-core optical fiber varies depending on the phase difference of the light propagating through the multiple cores. Therefore, the backscattered light generated at each point (generated beyond the target position of the multi-core optical fiber 50) randomly changes the mode coupling state at the target position.
  • Figure 8 shows the backscattered light intensity waveform that passes through the target position and returns to the input end of the test light.
  • a linear approximation is performed on the backscattered light intensity waveform in Figure 8 (linear approximation line I-7), and the variance of the backscattered light intensity waveform relative to linear approximation line I-7 is used as the evaluation value for mode-dependent loss. If the variance is large, it can be evaluated that the difference in mode-dependent loss at the point of interest is large.
  • Figure 9 is a diagram explaining the information displayed on the display unit 23.
  • the display unit 23 displays the acquired backscattered light intensity waveform.
  • the operator sets the range I-9 for calculating the mode-dependent loss evaluation value.
  • the mode-dependent loss evaluation unit 22 performs a linear approximation of range I-9, calculates the variance within the same range, and displays the variance on the display unit 23 (I-10).
  • the magnitude of the mode-dependent loss of a coupled multi-core optical fiber can be easily evaluated by measuring it at one end of the optical fiber. By repeating such measurements, a high-quality network can be constructed and high-quality services can be provided to users.
  • Mode-dependent loss The loss ratio between the core with the highest loss and the core with the lowest loss among the cores in a multi-core optical fiber.
  • PM in the optical modulation unit 32 in FIG. 7 Phase modulator PM connected to the far end of the multi-core optical fiber 50 in FIG. 7: Power meter
  • Optical pulse tester 11 Pulse light source 12: Input/output unit 12a: Optical circulator 12b: Input/output device 13: Receiver 13a: Photoelectric converter 13b: AD converter 20: Analyzer 21: Waveform analyzer 22: Mode-dependent loss evaluation unit 23: Display 31: Light source (tunable wavelength light source) 32: Modulation unit 33: Light receiving device (power meter) 50: Multi-core optical fiber 50X: Region 301: Optical characteristic evaluation device

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Abstract

モード依存損失を被試験光ファイバの片端から評価することができる光学特性評価装置及び光学特性評価方法を提供することを目的とする。 本発明に係る光学特性評価装置３０１は、光パルス試験器１０と解析部２０を備える。　光パルス試験器１０は、被試験光ファイバであるマルチコア光ファイバ５０の一端において、マルチコア光ファイバ５０のコアの１つに試験光パルスを入射し、前記コアから出力する後方散乱光を受光すること、及び前記後方散乱光の光強度についてマルチコア光ファイバ５０の距離に対する波形を取得することを特徴とする。解析部２０は、前記波形の所望区間に対して線形近似を行うこと、前記所望区間の前記波形について前記線形近似に対する分散を計算すること、及び前記分散をマルチコア光ファイバ５０についてのモード依存損失の評価値とすることを特徴とする。

Description

光学特性評価装置及び光学特性評価方法
　本開示は、結合型マルチコア光ファイバのモード依存損失を評価する装置及びその方法に関する。
　マルチコア光ファイバは、１本の光ファイバに複数のコアを有する光ファイバである。従来とのファイバの比較であるが、従来ファイバはコアが１つである。コアの数が増えるため、マルチコア光ファイバは、光ファイバ１本あたりの通信容量が増加する特徴を有する。
　さらに、マルチコア光ファイバは、非結合型と結合型に区分される。非結合型とは、マルチコア光ファイバの各コア間の距離を離すことで、それぞれのコアを独立なものとして扱うものである。対して結合型とは、マルチコア光ファイバの各コア間の距離を離さず、コアを伝搬する通信光の一部を隣のコアに積極的に結合をさせるタイプである。
　そのため、結合型マルチコア光ファイバは、非結合型マルチコア光ファイバに比べ、光ファイバ１本あたりに設けることのできるコア数が多い。つまり、光ファイバ１本あたりの通信容量をより増加させることができる。よって、結合型マルチコア光ファイバは、将来の大容量光通信を実現するための媒体として有望な光ファイバの一つである。
　しかし、結合型マルチコア光ファイバでは、入射光の状態（位相や振幅など）により、隣接コアに通信光の一部がランダムに結合し、光の経路に依存した異なる損失を受ける。この損失の違いを、モード依存損失（ＭＤＬ）と定義している。
　モード依存損失は、伝送容量を制限するパラメータと考えられており、結合型マルチコア光ファイバの曲げや接続時のコアのずれに大きく依存することが知られている。伝送システムを考えた場合、モード依存損失は、伝送路構築時に生じる結合型マルチコア光ファイバの曲げや接続不良により変化する。そのため、伝送路構築時に、結合型マルチコア光ファイバのモード依存損失を評価する必要がある。
　図１は、結合型マルチコア光ファイバとモード依存損失について説明する図である。コアが２つ（コアＣ１とコアＣ２）の結合型マルチコア光ファイバ５０を例とする。図１（Ａ）のように２つのコアは平行であり、コアＣ１に伝搬する光が、コアＣ１からコアＣ２に移り、そして、コアＣ２からコアＣ１に移っている。このように、光がコア間を跨いで遷移することをモード結合と呼び、コアのいずれかの場所で結合する光ファイバを結合型マルチコア光ファイバとする。
　図１（Ｂ）は、モード依存損失について説明する図である。セグメント毎での損失を考えている。例えば、コアＣ１のセグメントＳ１での損失を１とする（図面上では“－１”と表示）。コアＣ１を伝搬してきた光は、その後、コアＣ１からコアＣ２に移り、セグメントＳ２とＳ３でそれぞれ１を損失する。よって、３つのセグメント（セグメントＳ１はコアＣ１、セグメントＳ２はコアＣ２、セグメントＳ３はコアＣ２）を通過する光はトータル３の損失となる。同様にコア２を伝搬してきた光は、３つのセグメント（セグメントＳ１はコアＣ２、セグメントＳ２はコアＣ１、セグメントＳ３はコアＣ１）でトータル７を損失する。なお、どの経路（経路はコアＣ１とコアＣ２との間を遷移することを含めた経路とする）を通るかは、各コアの入射光の状態（振幅や位相）によって決まる。つまり、モード依存損失とは、光が通過してきた経路による損失の違いといえる。
　例えば、非特許文献１と２にモード依存損失を評価する方法が開示されている。非特許文献１では、被試験光ファイバから出力される伝搬光の振幅および位相情報からモード依存損失を測定する方法が開示されている。また、非特許文献２では、被試験光ファイバに入力する光の強度と位相状態をランダムに変化させ、被試験光ファイバから出力される光強度の変化からモード依存損失を評価する方法が提案されている。
Ｆｏｎｔａｉｎｅ，　Ｎ．Ｋ．，　ｅｔ　ａｌ．　"Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｐａｃｅ－Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｓｗｅｐｔ－Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ"．　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ／Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　２０１３．　ＯＷ１Ｋ．２、２０１３． Ｈａｓｅｇａｗａ，　Ｔ．　ａｎｄ　Ｔ．　Ｈａｙａｓｈｉ．　"Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｏｄｅ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　Ｌｏｓｓ　ｏｆ　Ｒａｎｄｏｍｌｙ－Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｍｕｌｔｉ－Ｃｏｒｅ　Ｆｉｂｅｒ　ｕｓｉｎｇ　Ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ"，Ｔ２Ｃ，ｉｎ　２６ｔｈ　Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．　２０２１．
　図２のように、伝送路構築時は、被試験光ファイバの両端が互いに離れた場所に存在する。両端測定の非特許文献１や２の方法でモード依存損失を評価しようとすれば、被試験光ファイバの両端に作業者を配置する必要がある。つまり、非特許文献１や２の方法では、モード依存損失を被試験光ファイバの片端から評価することができず、作業効率を改善することが困難という課題がある。
　そこで、本発明は、前記課題を解決するために、モード依存損失を被試験光ファイバの片端から評価することができる光学特性評価装置及び光学特性評価方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る光学特性評価装置は、被試験光ファイバの一端から入力した光パルスの後方散乱光を利用してモード依存損失を評価することとした。
　具体的には、本発明に係る光学特性評価装置は、光パルス試験器と解析部を備える光学特性評価装置であって、
　前記光パルス試験器は、
　被試験光ファイバであるマルチコア光ファイバの一端において、前記マルチコア光ファイバのコアの１つに試験光パルスを入射し、前記コアから出力する後方散乱光を受光すること、及び
　前記後方散乱光の光強度について前記マルチコア光ファイバの距離に対する波形を取得すること
を特徴とし、
　前記解析部は、
　前記波形の所望区間に対して線形近似を行うこと、
　前記所望区間の前記波形について前記線形近似に対する分散を計算すること、及び
　前記分散を前記マルチコア光ファイバについてのモード依存損失の評価値とすること
を特徴とする。
　また、本発明に係る光学特性評価方法は、被試験光ファイバであるマルチコア光ファイバのモード依存損失を評価する評価方法であって、
　光パルス試験器を前記マルチコア光ファイバの一端に接続すること、
　前記マルチコア光ファイバのコアの１つに試験光パルスを入射すること、
　前記コアから出力する後方散乱光を受光すること、
　前記後方散乱光の光強度について前記マルチコア光ファイバの距離に対する波形を取得すること、
　前記波形の所望区間に対して線形近似を行うこと、
　前記所望区間の前記波形について前記線形近似に対する分散を計算すること、及び
　前記分散を前記マルチコア光ファイバについてのモード依存損失の評価値とすること
を特徴とする。
　光ファイバに入射した光パルスの後方散乱光は様々な状態（位相／振幅）を持つ。そして、後方散乱光は光パルスの入射端に戻ってくる。この後方散乱光を利用することで結合型マルチコア光ファイバの一端にてモード依存損失の評価が可能になる。
　モード依存損失（コアの損失間差）が生じているセグメントを通過した後方散乱光は当該セグメント内の通過コアにより強度が変化するので、後方散乱光の強度差（ばらつき）が大きくなる。つまり、後方散乱光の強度差（ばらつき）が小さい場合、試験光パルスがモード依存損失がない（あるいは小さい）セグメントを通過したときに発生した後方散乱光であり、後方散乱光の強度差（ばらつき）が大きい場合、試験光パルスがモード依存損失がある（あるいは大きい）セグメントを通過したときに発生した後方散乱光といえる。このため、後方散乱光の波形に対して線形近似を行い、その近似直線に対する波形の分散を計算することでモード依存損失の評価を行うことができる。
　従って、本発明は、モード依存損失を被試験光ファイバの片端から評価することができる光学特性評価装置及び光学特性評価方法を提供することができる。
　さらに、前記解析部は、前記分散が変化する位置をモード依存損失が発生する位置と判断することを特徴とする。
　なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
　本発明は、モード依存損失を被試験光ファイバの片端から評価することができる光学特性評価装置及び光学特性評価方法を提供することができる。
結合型マルチコア光ファイバとモード依存損失について説明する図である。 従来の結合型マルチコア光ファイバとモード依存損失を評価する方法を説明する図である。 本発明に係る光学特性評価装置を説明する図である。 本発明に係る光学特性評価方法を説明する図である。 本発明に係る光学特性評価方法を説明する図である。 モード依存損失の評価方法を説明する図である。 モード依存損失の評価について従来の手法と本発明の手法との違いを説明する図である。 モード依存損失の評価で得られる後方散乱光の波形を説明する図である。 本発明に係る光学特性評価装置の表示部で表示される情報を説明する図である。
　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
　図３は、本実施形態の光学特性評価装置３０１を説明する図である。光学特性評価装置３０１は、光パルス試験器１０と解析部２０を備える。
　光パルス試験器１０は、
　被試験光ファイバであるマルチコア光ファイバ５０の一端において、マルチコア光ファイバ５０のコアの１つに試験光パルスを入射し、前記コアから出力する後方散乱光を受光すること、及び
　前記後方散乱光の光強度についてマルチコア光ファイバ５０の距離に対する波形を取得すること
を特徴とする。
　解析部２０は、
　前記波形の所望区間に対して線形近似を行うこと、
　前記所望区間の前記波形について前記線形近似に対する分散を計算すること、及び
　前記分散をマルチコア光ファイバ５０についてのモード依存損失の評価値とすること
を特徴とする。
　図３のように、光パルス試験器１０は、パルス光源部１１、入出力部１２、及び受信部１３を備える。パルス光源部１１は、被試験光ファイバへ入射する試験光パルスを出力する。入出力部１２は、例えば、光サーキュレータ１２ａ及び入出力デバイス１２ｂを有する。受信部１３は、受信部は、例えば、光電変換器１３ａ及びＡＤ変換器１３ｂを有する。
　図３のように、解析部２０は、波形解析部２１、モード依存損失評価部２２、及び表示部２３を備える。
　図４は、光学特性評価装置３０１の動作を説明する図である。
 光学特性評価装置３０１は、マルチコア光ファイバ５０のモード依存損失を評価するために、
　光パルス試験器１０をマルチコア光ファイバ５０の一端に接続すること、
　光パルス試験器１０からマルチコア光ファイバ５０のコアの１つに試験光パルスを入射すること（ステップＳｔ０１）、
　光パルス試験器１０で前記コアから出力する後方散乱光を受光すること（ステップＳｔ０２）、
　解析部２０で前記後方散乱光の光強度についてマルチコア光ファイバ５０の距離に対する波形を取得すること（ステップＳｔ０３）、
　解析部２０で前記波形の所望区間に対して線形近似を行うこと、
　解析部２０で前記所望区間の前記波形について前記線形近似に対する分散を計算すること、
　解析部２０で前記分散を前記マルチコア光ファイバについてのモード依存損失の評価値とすること（ステップＳｔ０４）、及び
　表示部２３で前記評価値を表示すること（ステップＳｔ０５）
を特徴とする。
 より詳細に説明する。
　まず、ステップＳｔ００で、光パルス試験器１０の入出力部１２をマルチコア光ファイバ５０の一端に接続する。
　次に、ステップＳｔ０１で、パルス光源１１で試験光パルスを生成し、入出力部１２を介して、マルチコア光ファイバ５０の一端の任意のコアに試験光パルスを入射し、マルチコア光ファイバ５０内で後方散乱光を発生させる。
　そして、ステップＳｔ０２で、マルチコア光ファイバ５０の一端の任意のコアから出力する後方散乱光を、入出力部１２を介して、受信部１３に送る。受信部１３の光電変換器１３ａで後方散乱光強度を電気信号に変換し、ＡＤ変換器１３ｂでデジタル信号に変換し、解析部２０へ送る。
　ステップＳｔ０３で、解析部２０の波形解析部２１は、受光信号から、マルチコア光ファイバ５０の一端からの距離に対する後方散乱光強度波形を取得する。
　ステップＳｔ０４で、解析部２０のモード依存損失評価部２２は、当該後方散乱光強度波形を解析し、評価を行う。評価方法の詳細については後述する。
　最後に、ステップＳｔ０５で、モード依存損失着評価部２２にて得られた評価値を表示部２３にて表示する。
　図５は、本光学特性評価方法を説明する図である。被試験光ファイバが２コアの結合型マルチコアファイバ５０であるとして説明するが、マルチコアファイバ５０が３以上のコアであっても同様である。
　まずは、試験光パルスをマルチコアファイバ５０に入射することについて説明する。パルス光源１１で生成された試験光パルスは、光サーキュレータ１２ａと入出力デバイス１２ｂを介して、マルチコアファイバ５０の任意の１コアに入力する。例えば、コアＣ１に試験光パルスを入射したとする。
　試験光パルスはマルチコア光ファイバ５０内を伝搬をするが、その伝搬過程で他のコアＣ２に結合する。マルチコア光ファイバ５０の任意箇所に損失のコア間差が大きい（モード依存損失が大きい）領域５０Ｘがあるとする。領域５０Ｘでは、コアＣ１とコアＣ２の損失に差（コアＣ１の損失が大、コアＣ２の損失が小）が生じている（図５（Ａ）を参照。）。
　試験光パルスは被試験光ファイバを伝搬する際に散乱され、一部が試験光パルス入射側に戻ってくる。この戻ってくる光を後方散乱光とする。測定対象は任意の１つのコア（コアＣ１）の後方散乱光強度のみである。後方散乱光は、入出力デバイス１２ｂと光サーキュレータ１２ａを介して光電変換器１３ａおよびＡＤ変換器１３ｂでデジタル信号に変換される。
　波形解析部２１は、被試験光ファイバの距離に対する後方散乱光強度の関係（ＯＴＤＲ波形）を取得する。図５（Ｂ）は、横軸が距離、縦軸が後方散乱光強度であるＯＴＤＲ波形である。このＯＴＤＲ波形には、ばらつきが小さい区間とばらつきが大きい区間の２つの区間が存在している。ＯＴＤＲ波形のばらつきが変化する（段差を含む）ところで、モード依存損失の差が発生していると考えられる。つまり、ＯＴＤＲ波形のばらつきの変化の大きさからモード依存損失の差の大小を評価する。具体的には、図５（Ｂ）のＩ－１で示すように、ばらつき量の変化が大きい場合、ＭＤＬが大きく、ばらつき量の変化が小さい場合、ＭＤＬが小さいといえる。また、横軸からその位置を特定できる。具体的には、図５（Ｂ）のＩ－２で示すように、ばらつきが変化する位置をＭＤＬ発生地点（領域５０Ｘの場所）とする。
　図６は、モード依存損失の評価方法を説明する図である。入射光の状態をランダムに変化させることで、あらゆるモード結合状態を発生させ、コアを通過した光（出力光）の強度のばらつきからモード依存損失の大小を評価することができる。図６（Ａ）は、光が損失の小さい経路Ｒｓに集中している場合を説明する図である。図６（Ｂ）は、光が損失の大きい経路Ｒｌに集中している場合を説明する図である。図６（Ｃ）は、モード依存損失の差が大きい場合の出力光の光強度変化を説明する図である。図６（Ｄ）は、モード依存損失の差が小さい場合の出力光の光強度変化を説明する図である。
　図６（Ａ）のように光が損失の小さい経路Ｒｓに集中している場合、図６（Ｃ）や（Ｄ）では光強度が強くなる（Ｉ－３）。一方、図６（Ｂ）のように光が損失の大きい経路Ｒｌに集中している場合、図６（Ｃ）や（Ｄ）では光強度が弱くなる（Ｉ－４）。このように、モード依存損失の差が大きい場合には図６（Ｃ）のように光強度のばらつきが大きくなり、モード依存損失の差が小さい場合には図６（Ｄ）のように光強度のばらつきが小さくなるので、波形からモード依存損失の差の大小を評価することができる。
　図７は、モード依存損失の評価について従来の手法と本発明の手法との違いを説明する図である。図７（Ａ）は従来の手法を説明する図である。従来は、光源３１からの光を光変調部３２でランダムな位相や振幅を与えて試験光を生成する。そして、試験光はマルチコア光ファイバ５０の一端から入射され、マルチコア光ファイバ５０を通過して他端に配置された受光装置３３で受光され、図６で説明したような波形を取得する。このため、マルチコア光ファイバ５０の両端に作業者を配置する必要がある。
　図７（Ｂ）は本発明の手法を説明する図である。マルチコア光ファイバ５０に入射された試験光パルスはマルチコア光ファイバ５０の各地点で散乱され、一部が後方散乱光として戻ってくる。後方散乱光はランダムな位相及び振幅を持つ。このため、試験光を入射する側で光の変調を行わなくてもモード依存損失の評価が可能であり、且つ試験光の入射側に戻ってくる後方散乱光を利用するのでモード依存損失の評価を試験光の入射端で行うことができる。
　図８は、モード依存損失の評価で得られる後方散乱光の波形を説明する図である。
　結合型マルチコア光ファイバの各地点での後方散乱光はランダムな光の状態（位相及び振幅）を持つ。そして、結合型マルチコア光ファイバにおけるモード結合状態は、複数のコアを伝搬する光の位相差により変動する。したがって、各地点で発生した後方散乱光（マルチコア光ファイバ５０の注目位置以遠で発生）は、注目位置におけるモード結合状態をランダムに変化させる。注目地点を通過して試験光の入射端に戻ってくる後方散乱光強度波形を図８に示す。様々なモード結合状態で注目地点に入射した光の後方散乱光強度データであり、損失が小さい経路を通った光（後方散乱光強度が大きいデータＩ－５）や損失が大きい経路を通った光（後方散乱光強度が小さいデータＩ－６）などがランダムに分布する。
　つまり、図８の後方散乱光強度波形について線形近似を行い（線形近似線Ｉ－７）、線形近似線Ｉ－７に対する後方散乱光強度波形の分散をモード依存損失の評価値とする。分散が大きい場合、注目地点におけるモード依存損失の差が大きいと評価できる。
　図９は、表示部２３で表示される情報を説明する図である。表示部２３は取得した後方散乱光強度波形を表示する。作業者は、モード依存損失評価値を算出する範囲Ｉ－９を設定する。モード依存損失評価部２２は、範囲Ｉ－９の線形近似を行い、同範囲で分散を算出し、表示部２３に当該分散を表示させる（Ｉ－１０）。
（実施形態２）
　本実施形態では、結合型マルチコアファイバをケーブル化し、そのケーブルに対して光学特性評価を行うことを説明する。ケーブルを敷設した後に、実施形態１で説明した測定を行う。
　ケーブルの敷設時にモード依存損失の評価を行う（図９で説明した測定を行う）。図５のような波形を得ることで、Ｉ－１（モード依存損失の有無）やＩ－２（モード依存損失発生地点）が判明する。そして、モード依存損失の評価値（分散）が大きい場合、敷設の際の異常があると判断できる。例えば、光ケーブルが想定以上に曲がっており、その状況が測定で判明した場合、ケーブル敷設の再工事や再工事ができない場合はケーブル交換をすることができる。また、光ファイバの接続が想定より品質が悪く、その状況が測定で判明した場合、再接続等の判断をすることができる。
（効果）
　本発明により、結合型マルチコア光ファイバのモード依存損失の大小を光ファイバの一端での測定で簡易的に評価することができる。そして、このような測定を繰り返すことで、高品質なネットワークを構築し、質の高いサービスをユーザに提供できる。
（定義など）
モード依存損失：マルチコア光ファイバのコアの中で、損失が最も大きいコアと損失が最も小さいコアの損失比。
図７の光変調部３２内のＰＭ：位相変調器
図７のマルチコア光ファイバ５０の遠端に接続されたＰＭ：パワーメータ
１０：光パルス試験器
１１：パルス光源
１２：入出力部
１２ａ：光サーキュレータ
１２ｂ：入出力デバイス
１３：受信部
１３ａ：光電変換器
１３ｂ：ＡＤ変換器
２０：解析部
２１：波形解析部
２２：モード依存損失評価部
２３：表示部
３１：光源（波長可変光源）
３２：変調部
３３：受光装置（パワーメータ）
５０：マルチコア光ファイバ
５０Ｘ：領域
３０１：光学特性評価装置

Claims (4)

  1. 　光パルス試験器と解析部を備える光学特性評価装置であって、
    　前記光パルス試験器は、
    　被試験光ファイバであるマルチコア光ファイバの一端において、前記マルチコア光ファイバのコアの１つに試験光パルスを入射し、前記コアから出力する後方散乱光を受光すること、及び
    　前記後方散乱光の光強度について前記マルチコア光ファイバの距離に対する波形を取得すること
    を特徴とし、
    　前記解析部は、
    　前記波形の所望区間に対して線形近似を行うこと、
    　前記所望区間の前記波形について前記線形近似に対する分散を計算すること、及び
    　前記分散を前記マルチコア光ファイバについてのモード依存損失の評価値とすること
    を特徴とする光学特性評価装置。
  2. 　前記解析部は、
    　前記分散が変化する位置をモード依存損失が発生する位置と判断すること
    を特徴とする請求項１に記載の光学特性評価装置。
  3. 　被試験光ファイバであるマルチコア光ファイバのモード依存損失を評価する評価方法であって、
    　光パルス試験器を前記マルチコア光ファイバの一端に接続すること、
    　前記マルチコア光ファイバのコアの１つに試験光パルスを入射すること、
    　前記コアから出力する後方散乱光を受光すること、
    　前記後方散乱光の光強度について前記マルチコア光ファイバの距離に対する波形を取得すること、
    　前記波形の所望区間に対して線形近似を行うこと、
    　前記所望区間の前記波形について前記線形近似に対する分散を計算すること、及び
    　前記分散を前記マルチコア光ファイバについてのモード依存損失の評価値とすること
    を特徴とする評価方法。
  4. 　さらに、前記分散が変化する位置をモード依存損失が発生する位置と判断すること
    を特徴とする請求項３に記載の評価方法。
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