WO2025224786A1 - 後方クロストーク測定装置及び測定方法 - Google Patents

後方クロストーク測定装置及び測定方法

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light
core
optical fiber
crosstalk
backward crosstalk
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PCT/JP2024/015749
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真輝 中森
篤志 中村
優介 古敷谷
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NTT Inc
NTT Inc USA
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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 a measurement device and method for measuring backward crosstalk in multi-core optical fibers and optical cables.
  • MCFs multi-core optical fibers
  • Figure 1 is a diagram explaining crosstalk during co-directional transmission in a multi-core optical fiber 50 with two cores. Communication is performed using a transmitter Tx1, a receiver Rx1, a transmitter Tx2, and a receiver Rx2. Communication is achieved by placing a pair of transmitters and receivers at both ends of a single core. For example, communication light is output from transmitter Tx1, and the communication light that passes through core C1 is received by receiver Rx1. When there are two cores, each core is treated as an independent transmission path, so two sets of transmitters and receivers are installed.
  • FIG 2 is a diagram explaining backward crosstalk in bidirectional transmission in a multi-core optical fiber 50 having two cores.
  • Bidirectional transmission is the same as unidirectional transmission in Figure 1 in that it has a transmitter Tx1, a receiver Rx1, a transmitter Tx2, and a receiver Rx2 for communication, but transmits communication light in opposite directions to a pair of adjacent cores.
  • the advantage of bidirectional transmission is that it can reduce crosstalk compared to unidirectional transmission.
  • the backward crosstalk component is a component of the crosstalk component of the transmitter Tx1 that is scattered in the opposite direction to the output direction, and is therefore very weak light. Therefore, the crosstalk of the entire system in bidirectional transmission is smaller than the crosstalk in unidirectional transmission. Specifically, the crosstalk in bidirectional communication is improved by 20 dB compared to unidirectional communication.
  • the backward crosstalk is the quotient obtained by dividing the light intensity of the backscattered light RL by the light intensity of the transmitted light TL in the following equation. [Equation 2]
  • Backward crosstalk light intensity of backscattered light / light intensity of transmitted light (2)
  • Non-Patent Document 1 discloses a method for measuring the statistical properties of crosstalk in uncoupled MCF. However, while this measurement method can measure the statistical properties of crosstalk for signals traveling in the forward direction (forward crosstalk in Figure 1), it cannot measure the statistical properties of backward crosstalk.
  • the present invention aims to provide a measurement device and measurement method that can measure the statistical characteristics of backward crosstalk in uncoupled multi-core optical fibers.
  • the measurement device of the present invention injects test light into one core of an uncoupled multi-core optical fiber while sweeping the wavelength, measures the transmitted light from that core and the backscattered light from another core, and calculates the backward crosstalk corresponding to each wavelength using the ratio between the transmitted light and the backscattered light.
  • the measuring device comprises: a light source that inputs test light of different wavelengths into any one of the cores at one end of the multi-core optical fiber; a transmitted light receiver configured to receive transmitted light, which is the test light that has passed through the cores, at the other end of the multi-core optical fiber; a scattered light receiver configured to receive backscattered light output from a core other than the core at one end of the multi-core optical fiber; an arithmetic circuit that calculates, for each wavelength of the test light, a ratio of the light intensity of the backscattered light to the light intensity of the transmitted light as backward crosstalk; Equipped with.
  • the measurement method includes the steps of: Injecting test light of different wavelengths into any one core at one end of the multi-core optical fiber; receiving transmitted light, which is the test light that has passed through the cores, at the other end of the multi-core optical fiber; receiving backscattered light output from cores other than the core at one end of the multi-core optical fiber; and calculating, as backward crosstalk, a ratio of an intensity of the backscattered light to an intensity of the transmitted light for each wavelength of the test light.
  • the calculation circuit creates a histogram that counts the number of test lights with different wavelengths relative to the backward crosstalk value, and calculates the average and variance of the backward crosstalk, thereby obtaining the statistical characteristics of the backward crosstalk.
  • the scattered light receiver simultaneously receives the backscattered light output from all of the other cores.
  • the present invention can provide a measurement device and method that can measure the statistical characteristics of backward crosstalk in uncoupled multi-core optical fibers.
  • the present invention can measure backward crosstalk in bidirectional transmission. Because this backward crosstalk corresponds to noise, evaluating the magnitude of the backward crosstalk makes it possible to confirm the quality of optical fiber installation and inspect the optical fiber after installation, providing a basis for maintaining communication quality.
  • FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating crosstalk in codirectional transmission in a multi-core optical fiber. 1A and 1B are diagrams illustrating backward crosstalk in bidirectional transmission in a multi-core optical fiber.
  • 1 is a diagram illustrating a configuration of a measurement device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section of a two-core optical fiber.
  • 1 is a diagram illustrating the measurement principle of a measurement device according to the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a measurement method according to the present invention.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating backward crosstalk measured by the measuring device according to the present invention.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating backward crosstalk measured by the measuring device according to the present invention.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating backward crosstalk measured by the measuring device according to the present invention.
  • 10A and 10B are diagrams illustrating backward crosstalk measured by the measuring device according to the present invention.
  • the backward crosstalk measurement device 301 is a device for measuring backward crosstalk in bidirectional communication of an uncoupled multi-core optical fiber 50, a light source 31 that inputs test light of different wavelengths into any one core at one end of the multi-core optical fiber 50; a transmitted light receiver 34 that receives transmitted light, which is the test light that has passed through the cores, at the other end of the multi-core optical fiber 50; a scattered light receiver 35 that receives backscattered light output from cores other than the core at one end of the multi-core optical fiber 50; an arithmetic circuit 36 that calculates the ratio of the light intensity of the backscattered light to the light intensity of the transmitted light as backward crosstalk for each wavelength of the test light; Equipped with.
  • the backward crosstalk measurement device 301 in FIG. 3 measures the two-core optical fiber in FIG. 4 as the multi-core optical fiber 50.
  • the backward crosstalk measurement device 301 in FIG. 3 also uses a wavelength swept light source as the light source 31, which outputs light with a continuously changing wavelength.
  • Reference numerals 32 and 33 denote optical input/output devices that can input and output light to desired cores of the multi-core optical fiber 50.
  • the optical input/output devices (32, 33) are fan-in/fan-out.
  • the optical input/output device 32 inputs test light from the light source 31 into core C1 of the two-core optical fiber at one end of the two-core optical fiber and extracts backscattered light output from core C2 of the two-core optical fiber.
  • the optical input/output device 33 extracts transmitted light that has passed through core C1 of the two-core optical fiber at the other end of the two-core optical fiber.
  • the scattered light receiver 35 receives the backscattered light from core C2 extracted by the light input/output device 32.
  • the transmitted light receiver 34 receives the transmitted light from core C1 extracted by the light input/output device 33.
  • the calculation unit 36 calculates the back crosstalk from the light intensity of the acquired transmitted light and the light intensity of the backscattered light.
  • the display unit 37 displays the result (back crosstalk) calculated by the calculation unit 36.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating backward crosstalk measurement performed by backward crosstalk measurement device 301.
  • transmitter TX1 is light source (wavelength swept light source) 31
  • receiver RX1 is photoreceiver 34
  • receiver RX2 is photoreceiver 35.
  • backward crosstalk which is recognized as noise by receiver RX2 in bidirectional transmission, is measured by photoreceiver 35 in backward crosstalk measurement device 301. Therefore, backward crosstalk measurement device 301 can evaluate backward crosstalk using equation (2) using the light intensity of transmitted light TL measured by photoreceiver 34 and leakage light RL measured by photoreceiver 35.
  • backward crosstalk measurement device 301 uses light that passes directly through core C1 as propagating light TL instead of propagating light TL through core C2 in Figure 2.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a backward crosstalk measurement method performed by the backward crosstalk measurement device 301.
  • Selecting two cores to be measured (a core to which test light is incident and a core to which leaked light is received) from among the cores of the multi-core optical fiber 50 (step S01); Injecting test light of a different wavelength (wavelength-swept test light in this embodiment) into any one core at one end of the multi-core optical fiber 50 (step S02); receiving, at the other end of the multi-core optical fiber, transmitted light that is the test light that has passed through the core, and receiving, at one end of the multi-core optical fiber, backscattered light output from cores other than the core (step S03); and calculating, as backward crosstalk, a ratio of an intensity of the backscattered light to an intensity of the transmitted light for each wavelength of the test light (step S05); Do the following.
  • step S04 If the multi-core optical fiber 50 has three or more cores, the core that receives the leaked light is changed (the core that receives the test light is fixed) and the process is repeated from step S01 (step S04). In other words, if the multi-core optical fiber 50 has n cores, one core is used for receiving the test light, and the leaked light from the remaining n-1 cores is measured. In FIG. 6, step S04 is between step S03 and step S05, but step S04 may be performed after step S05.
  • FIG. 11 shows backward crosstalk measurement device 302, which differs from backward crosstalk measurement device 301 in that it includes photodetectors (35-1 to 35-n-1) that receive the backscattered light output from all cores other than the core onto which the test light is incident.
  • a method for calculating backward crosstalk and statistical characteristics performed by the arithmetic circuit 36 in step S05 will be described.
  • a two-core optical fiber will be described, but the same applies to three or more cores.
  • the arithmetic circuit 36 creates a histogram that counts the number of test lights with different wavelengths relative to the value of backward crosstalk, and calculates the average and variance of the backward crosstalk.
  • the wavelength dependency of backward crosstalk is calculated from the light intensity of the transmitted light TL and the light intensity of the leaked light (backscattered light) RL obtained in step S03, as shown in equation (3).
  • P 1 ( ⁇ ) is the light intensity of the transmitted light TL for each wavelength (wavelength dependency of the transmitted light)
  • P bs2 ( ⁇ ) is the light intensity of the leaked light (backscattered light) RL for each wavelength (wavelength dependency of the backscattered light).
  • the values calculated by equation (3) correspond to the backward crosstalk corresponding to each wavelength, and can be used to obtain statistical characteristics such as a histogram of the backward crosstalk.
  • 7 is a histogram illustrating backward crosstalk before and after bending the multi-core optical fiber 50.
  • the horizontal axis represents the magnitude of backward crosstalk obtained for each wavelength from Equation (3), and the vertical axis represents the frequency of backward crosstalk for each magnitude.
  • the dark gray bins represent data before bending the multi-core optical fiber 50, and the light gray bins represent data after bending the optical fiber 50.
  • Figure 7 shows that bending the multi-core optical fiber 50 causes changes within the multi-core optical fiber 50, resulting in an increase in backward crosstalk. In this way, by obtaining a histogram of backward crosstalk, it is possible to measure and evaluate changes in backward crosstalk.
  • Figure 7 shows an example of bending the multi-core optical fiber 50, but the backward crosstalk also changes in the same way when a twist is applied.
  • Figure 8 shows the histogram of backward crosstalk after bending in Figure 7, with the fitting curve superimposed.
  • the statistical distribution of crosstalk in an uncoupled multi-core optical fiber follows a chi-square distribution. Since the backward crosstalk is also considered to follow this statistical property, the mean and variance can be determined by fitting with the chi-square distribution shown in Equation (4).
  • the parameters are as follows: XT: backward crosstalk ⁇ : mode coupling coefficient ⁇ : propagation constant R: bending radius ⁇ : core spacing L: fiber length
  • Fig. 8 has explained the calculation of the average and variance when measurements are made at a certain bending magnitude.
  • the magnitude of the backward crosstalk changes by changing the bending magnitude applied to the multi-core optical fiber 50.
  • Fig. 9 is a graph plotting the average backward crosstalk when the bending magnitude applied to the multi-core optical fiber 50 is changed.
  • the measurement data can be fitted with equation (5).
  • the average backward crosstalk can be estimated even for bending magnitudes for which measurements have not been made.
  • the parameters are the same as those in equation (4).
  • the backward crosstalk measuring device 301 outputs the backward crosstalk mean and variance, as well as their bending dependence, to the display unit 37. By checking the output values, the measurer can statistically grasp the backward crosstalk in the multi-core optical fiber 50.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating two main types of optical cable structures.
  • Figure 10(A) shows a slot type. This structure has a concave groove formed in the slot, and a ribbon fiber is stored in the groove.
  • a ribbon fiber is a bundle of four or eight optical fibers in a ribbon shape.
  • Figure 10(B) shows a non-slot type, which is different from the previous slot type in that it does not have a slot.
  • the ribbon fiber is bundled and is covered with an outer jacket.
  • the plurality of optical fibers constituting the tape fiber are uncoupled multi-core optical fibers 50 .
  • Optical cables are usually laid in a straight line. However, if an unintended bend is applied in the installation environment, stress is generated and applied to the fibers inside the optical cable. As a result, the crosstalk characteristics of the multi-core optical fiber 50 inside the ribbon fiber inside the optical cable change. By performing the measurements described in embodiment 1 on an installed optical cable, it is possible to detect an increase in unintended backward crosstalk.
  • Optical cables are long, so when measurements are performed using the configuration of the embodiment described in Figure 3, the receiver 34 must be installed at a distance.
  • data from the receiver 34 can be transferred wirelessly or via a network, allowing calculation processing to be performed on the input side of the test light.
  • the backward crosstalk measurement device 301 in Figure 3 is capable of measuring everything from optical fiber in a laboratory environment to optical cables that are actually installed, and can be used in any environment.
  • a crosstalk value (margin) that is acceptable for communication is designed into the communication system.
  • backward crosstalk measurement devices (301, 302)
  • the backward crosstalk measurement devices (301, 302), it is possible to determine whether a stable communication service can be provided.
  • the backward crosstalk measuring devices (301, 302) can also be used to inspect the backward crosstalk of laid optical fibers. As described above, by measuring backward crosstalk using the backward crosstalk measuring devices (301, 302), it is possible to obtain important criteria for ensuring communication quality.

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Abstract

非結合型マルチコア光ファイバの後方クロストークの統計特性を測定することができる測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。　本発明に係る後方クロストーク測定装置３０１は、非結合型マルチコア光ファイバ５０の双方向通信における後方クロストークを測定する装置であって、マルチコア光ファイバ５０の一端において異なる波長の試験光を任意の１つのコアに入射する光源３１と、マルチコア光ファイバ５０の他端において前記コアを通過した前記試験光である透過光を受光する透過光受光器３４と、マルチコア光ファイバ５０の一端において前記コア以外の他のコアから出力される後方散乱光を受光する散乱光受光器３５と、前記試験光の波長毎に前記透過光の光強度に対する前記後方散乱光の光強度の比を後方クロストークとして計算する演算回路３６と、を備える。

Description

後方クロストーク測定装置及び測定方法
　本開示は、マルチコア光ファイバや光ケーブルにおける後方クロストークを測定する測定装置及びその測定方法に関する。
　既存のシングルモード光ファイバ１本あたりの伝送容量限界を打破する技術として空間分割多重伝送技術が注目されている。非結合型マルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）は従来のシングルモード光ファイバベースの伝送システムと親和性が高いため、実用化への期待が高まっている。
　非結合型ＭＣＦの伝送システムにおいてクロストークは伝送距離を制限するため、クロストークを低減することは重要である。近年、非結合型ＭＣＦのコアのうち互いに隣接する１対のコアに対して逆向きに信号を伝送することでシステム全体のクロストークを低減する双方向伝送が有力視されている。
　この双方向伝送においては、あるコアを伝搬する信号の後方散乱光で隣接するコアに漏れ出た光は、隣接コアにおけるクロストーク成分になり、これを後方クロストークという。図１と図２でクロストークと後方クロストークを説明する。
　図１は、コアを２つ有するマルチコア光ファイバ５０での同方向伝送におけるクロストークを説明する図である。通信を行うにあたり送信機Ｔｘ１、受信機Ｒｘ１、送信機Ｔｘ２、受信機Ｒｘ２を有する。１つのコアの両端に１対の送信機と受信機を配置することで通信が成立する。例えば、送信機Ｔｘ１から通信光を出力し、コアＣ１を透過した通信光を受信機Ｒｘ１が受信する。コアが２つある場合、各コアを独立の伝送路として扱うので、送信機と受信機を２セット設置する。
　同方向に通信を行う場合、１つのコアから他のコアへ、１つのコアを伝搬する通信光の一部が漏れ出す。この漏れ出す光をクロストークと呼ぶ。同方向のクロストークの大きさは、送信機Ｔｘ１からの通信光がコアＣ１を伝搬した場合、一部がコアＣ２に結合してコア２を進む漏洩光ＬＬとなる。そして、送信機Ｔｘ２からの通信光はコアＣ２を伝搬して受信機Ｒｘ２で受光される。これを透過光ＴＬとする。同方向のクロストークは、下式の漏洩光ＬＬの光強度を透過光ＴＬの光強度で除した商である。
［数１］
同方向のクロストーク＝漏洩光の光強度／透過光の光強度　　　（１）
　図２は、コアを２つ有するマルチコア光ファイバ５０での双方向伝送における後方クロストークを説明する図である。双方向伝送は、通信を行うにあたり送信機Ｔｘ１、受信機Ｒｘ１、送信機Ｔｘ２、受信機Ｒｘ２を有することは図１の同方向伝送と同じであるが、隣接する１対のコアに対して互いに逆向きに通信光を伝送する。双方向伝送は、同方向伝送に比べてクロストークを低減できることがメリットである。
　双方向伝送においては、あるコアを伝搬する通信光が隣接するコアに漏れ出し、その後方散乱成分が隣接コアにおけるクロストーク成分になる。この後方散乱成分を後方クロストークと呼ぶ。図２では、コアＣ１からコアＣ２に移行し、コアＣ２で散乱した光の内、受信機Ｒｘ２側に戻る後方散乱光ＲＬが後方クロストーク成分である。
　後方クロストーク成分は、送信機Ｔｘ１のクロストーク成分のうち出力方向と逆方向に散乱した成分であるため、非常に弱い光となる。したがって双方向伝送のシステム全体のクロストークは、同方向伝送の場合のクロストークに比べて小さくなる。具体的には、同方向通信に比べ、双方向通信のクロストークは２０ｄＢ改善される。後方クロストークは、下式の後方散乱光ＲＬの光強度を透過光ＴＬの光強度で除した商である。
［数２］
後方クロストーク＝後方散乱光の光強度／透過光の光強度　　　（２）
Ｔ．　Ｈａｙａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ．，"　Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉ－Ｃｏｒｅ　Ｆｉｂｒｅ　ｄｕｅ　ｔｏ　Ｆｉｂｒｅ　Ｂｅｎｄ"，　ｉｎＰｒｏｃ．　ＥＣＯＣ’　１０，　Ｗｅ．８．Ｆ．６（２０１０）
　双方向伝送においては後方クロストークを把握することは重要である。後方クロストークは曲げや捻じれといった外乱によって変化するので、後方クロストークの評価のためには平均や分散といった統計的性質を測定する必要がある。ここで、非特許文献１には非結合型ＭＣＦのクロストークの統計特性の測定方法が開示されている。しかし、この測定方法は順方向に進む信号に対するクロストーク（図１の前方クロストーク）の統計特性を測定することができるが、後方クロストークの統計特性を測定することができない。
　つまり、双方向伝送のために後方クロストークを把握することは重要であっても後方クロストークの統計特性を測定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、非結合型マルチコア光ファイバの後方クロストークの統計特性を測定することができる測定装置及び測定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、本発明に係る測定装置は、非結合型マルチコア光ファイバの１つのコアに波長を掃引しながら試験光を入射し、当該コアの透過光と当該コアとは別のコアの後方散乱光を測定し、透過光と後方散乱光の比を用いて各波長に対応した後方クロストークを算出することとした。
　具体的には、本発明に係る測定装置は、
　マルチコア光ファイバの一端において異なる波長の試験光を任意の１つのコアに入射する光源と、
　前記マルチコア光ファイバの他端において前記コアを通過した前記試験光である透過光を受光する透過光受光器と、
　前記マルチコア光ファイバの一端において前記コア以外の他のコアから出力される後方散乱光を受光する散乱光受光器と、
　前記試験光の波長毎に前記透過光の光強度に対する前記後方散乱光の光強度の比を後方クロストークとして計算する演算回路と、
を備える。
　また、本発明に係る測定方法は、
　マルチコア光ファイバの一端において異なる波長の試験光を任意の１つのコアに入射すること、
　前記マルチコア光ファイバの他端において前記コアを通過した前記試験光である透過光を受光すること、
　前記マルチコア光ファイバの一端において前記コア以外の他のコアから出力される後方散乱光を受光すること、及び
　前記試験光の波長毎に前記透過光の光強度に対する前記後方散乱光の光強度の比を後方クロストークとして計算すること、
を行う。
　ここで、前記演算回路が、前記後方クロストークの値に対する波長が異なる前記試験光の数をカウントしたヒストグラムを作成し、前記後方クロストークの平均と分散を計算することで後方クロストークの統計特性を取得することができる。
　また、測定時間を短縮するため、前記散乱光受光器は、全ての前記他のコアから出力されるそれぞれの前記後方散乱光を同時に受光することが好ましい。
　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、非結合型マルチコア光ファイバの後方クロストークの統計特性を測定することができる測定装置及び測定方法を提供することができる。本発明は、双方向伝送における後方クロストークの測定ができる。この後方クロストークは雑音に相当するため後方クロストークの大きさを評価することで光ファイバ敷設時における良否の確認や敷設後の光ファイバの点検を行うことができ、通信品質を維持する判断基準を得ることができる。
マルチコア光ファイバでの同方向伝送におけるクロストークを説明する図である。 マルチコア光ファイバでの双方向伝送における後方クロストークを説明する図である。 本発明に係る測定装置の構成を説明する図である。 ２コア光ファイバの断面を説明する図である。 本発明に係る測定装置の測定原理を説明する図である。 本発明に係る測定方法を説明する図である。 本発明に係る測定装置で測定した後方クロストークを説明する図である。 本発明に係る測定装置で測定した後方クロストークを説明する図である。 本発明に係る測定装置で測定した後方クロストークを説明する図である。 光ケーブルの構造を説明する図である。 本発明に係る測定装置の構成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。また、本実施形態ではマルチコア光ファイバのコア数が２である場合を説明するが、コア数が３以上であっても同様に後方クロストークを測定することができる。
（実施形態１）
　図３は、本実施形態に係る後方クロストーク測定装置３０１を説明する図である。後方クロストーク測定装置３０１は、非結合型マルチコア光ファイバ５０の双方向通信における後方クロストークを測定する装置であって、
　マルチコア光ファイバ５０の一端において異なる波長の試験光を任意の１つのコアに入射する光源３１と、
　マルチコア光ファイバ５０の他端において前記コアを通過した前記試験光である透過光を受光する透過光受光器３４と、
　マルチコア光ファイバ５０の一端において前記コア以外の他のコアから出力される後方散乱光を受光する散乱光受光器３５と、
　前記試験光の波長毎に前記透過光の光強度に対する前記後方散乱光の光強度の比を後方クロストークとして計算する演算回路３６と、
を備える。
　図３の後方クロストーク測定装置３０１は、マルチコア光ファイバ５０として図４の２コア光ファイバを測定対象としている。また、図３の後方クロストーク測定装置３０１は、光源３１として光の波長を連続的に変化させて出力させる波長掃引光源を使用している。符号３２と３３は、マルチコア光ファイバ５０の所望のコアに対して光を入出力させることができる光入出力器である。例えば、光入出力器（３２、３３）は、ファンイン／ファンアウトである。本実施形態では測定対象のマルチコア光ファイバ５０が２コア光ファイバであるので、光入出力器３２は、２コア光ファイバの一端にて光源３１からの試験光を２コア光ファイバのコアＣ１に入射し、２コア光ファイバのコアＣ２から出力する後方散乱光を取り出す。また、光入出力器３３は、２コア光ファイバの他端にて２コア光ファイバのコアＣ１を通過した透過光を取り出す。
　散乱光受光器３５は、光入出力器３２が取り出したコアＣ２の後方散乱光を受光する。透過光受光器３４は、光入出力器３３が取り出したコアＣ１の透過光を受光する。演算部３６は、取得した透過光の光強度と後方散乱光の光強度から後方クロストークを算出する。表示部３７は、演算部３６が算出した結果（後方クロストーク）を表示する。
　図５は、後方クロストーク測定装置３０１が行う後方クロストーク測定を説明する模式図である。図２の後方クロストークの説明に対して、後方クロストーク測定装置３０１では送信機ＴＸ１が光源（波長掃引光源）３１、受信機ＲＸ１が受光器３４、受信機２が受光器３５となっている。図２と図５を比較すると、双方向伝送で受信機ＲＸ２がノイズとして認識する後方クロストークを、後方クロストーク測定装置３０１では受光器３５が測定をしている。このため、後方クロストーク測定装置３０１は、受光器３４で測定した透過光ＴＬの光強度と受光器３５が測定した漏洩光ＲＬを用いて、式（２）より後方クロストークを評価できる。なお、透過光の光強度はコアＣ１でもコアＣ２でも変わらないことを利用し、後方クロストーク測定装置３０１では、図２のコアＣ２の伝搬光ＴＬの代替としてコアＣ１をそのまま透過する光を伝搬光ＴＬとしている。
　図６は、後方クロストーク測定装置３０１が行う後方クロストーク測定方法を説明するフローチャートである。本方法は、
　マルチコア光ファイバ５０のコアのうち、測定対象とする２つのコア（試験光を入射するコアと漏洩光を受光するコア）を選定すること（ステップＳ０１）、
　マルチコア光ファイバ５０の一端において異なる波長の試験光（本実施形態では波長掃引された試験光）を任意の１つのコアに入射すること（ステップＳ０２）、
　前記マルチコア光ファイバの他端において前記コアを通過した前記試験光である透過光を受光すること、且つ前記マルチコア光ファイバの一端において前記コア以外の他のコアから出力される後方散乱光を受光すること（ステップＳ０３）、及び
　前記試験光の波長毎に前記透過光の光強度に対する前記後方散乱光の光強度の比を後方クロストークとして計算すること（ステップＳ０５）、
を行う。
　なお、マルチコア光ファイバ５０のコアが３以上ある場合、漏洩光を受光するコアを変更して（試験光を入射するコアは固定）ステップＳ０１から作業を繰り返す（ステップＳ０４）。つまり、マルチコア光ファイバ５０のコアがｎ個存在すれば、１つのコアを試験光の入射用とし、残りのｎ－１個のコアの漏洩光を測定することになる。
　図６では、ステップＳ０４がステップＳ０３とステップＳ０５の間にあるが、ステップＳ０４をステップＳ０５の後に行ってもよい。
　なお、マルチコア光ファイバ５０のコアが３以上である場合、図１１のように試験光を入射するコア以外のコア全てに受光器３５を接続し、当該コア全てから出力されるそれぞれの後方散乱光を同時に受光することとしてもよい。ステップＳ０４の繰り返し作業が不要となるので、測定時間を短縮することができる。図１１は後方クロストーク測定装置３０２であり、試験光を入射するコア以外のコア全てから出力される後方散乱光を受光する受光器（３５－１～３５－ｎ－１）を備えることが後方クロストーク測定装置３０１と相違する。
　ステップＳ０５において演算回路３６が行う後方クロストークと統計特性の算出方法を説明する。本説明では２コア光ファイバで説明するが、３コア以上であっても同様である。
　演算回路３６は、後方クロストークの値に対する波長が異なる前記試験光の数をカウントしたヒストグラムを作成し、後方クロストークの平均と分散を計算することを特徴とする。
　ステップＳ０３で得られた透過光ＴＬの光強度と漏洩光（後方散乱光）ＲＬの光強度から後方クロストークの波長依存性を式（３）のように演算する。
ここで、Ｐ１（λ）は波長毎の透過光ＴＬの光強度（透過光の波長依存性）、Ｐｂｓ２（λ）は波長毎の漏洩光（後方散乱光）ＲＬの光強度（後方散乱光の波長依存性）である。
　式（３）によって計算された値は、各波長に対応する後方クロストークに相当し、これらを用いて後方クロストークのヒストグラム等の統計特性を取得することができる。
　図７は、マルチコア光ファイバ５０の曲げ前後における後方クロストークを説明するヒストグラムである。横軸は波長毎に得られた式（３）の後方クロストークの大きさ、縦軸は当該大きさ毎の後方クロストークの度数である。濃いグレーのビンはマルチコア光ファイバ５０に曲げを与える前のデータであり、薄いグレーのビンは光ファイバ５０に曲げを与えた後のデータである。
　図７ではマルチコア光ファイバ５０に曲げを与えることでマルチコア光ファイバ５０の中で変化が発生し、後方クロストークが増加することを示している。このように、後方クロストークのヒストグラムを取得することで、後方クロストークの変化の測定及び評価を行うことができる。図７は、マルチコア光ファイバ５０に曲げを与えた例であるが、ねじれを与えても同様に後方クロストークが変化する。
　図８は、図７の曲げを与えた後の後方クロストークのヒストグラムにフィッテイング曲線を重ね合わせた図である。非結合マルチコア光ファイバのクロストークの統計分布はカイ二乗分布に従う。後方クロストークもこの統計特性に従うと考えられるため、式（４）に示すカイ二乗分布でフィッティングすることで平均と分散を決定することができる。

なお、各パラメータは次の通りである。
ＸＴ：後方クロストーク
κ：モード結合係数
β：伝搬定数
Ｒ：曲げ半径
Λ：コア間隔
Ｌ：ファイバ長
　さらなる統計処理について図９で説明する。図８は、ある大きさの曲げで測定をしたときの平均と分散を算出することを説明した。ここでマルチコア光ファイバ５０に与える曲げの大きさを変えることで後方クロストークの大きさが変わる。図９は、マルチコア光ファイバ５０に与える曲げの大きさを変えたときの後方クロストークの平均をプロットしたグラフである。マルチコア光ファイバ５０に与える曲げの大きさと後方クロストークの平均には関連性があり、測定データを式（５）でフィッティングすることができる。つまり、測定を行っていない曲げの大きさに対しても、後方クロストークの平均値を推定することできる。

なお、各パラメータは式（４）と同じである。
　このようにして、後方クロストークについて平均と分散、及びそれらの曲げ依存性を求めることができる。なお、この後方クロストークの平均と分散の計算は、マルチコア光ファイバに曲げを与える前でも可能である。後方クロストーク測定装置３０１は、後方クロストークの平均と分散、及びそれらの曲げ依存性を表示部３７に出力する。出力された値を計測者が確認することで、マルチコア光ファイバ５０内の後方クロストークを統計的に把握することができる。
（実施形態２）
　実施形態１では、単独のマルチコア光ファイバでの評価方法について説明した。通常、光ファイバを屋外に設置する際は光ファイバを複数本束ねた光ケーブルとして敷設される。よって、ケーブル化されたマルチコア光ファイバの後方クロストークを測定することも重要である。
　図１０は、主な２種類の光ケーブル構造を説明する図である。
　図１０（Ａ）はスロット型である。この構造はスロットに凹型の溝を構成し、その溝にテープファイバを収納する構造である。テープファイバとは、光ファイバを４本又は８本をテープ状に束ねたものである。
　図１０（Ｂ）は、非スロット型である、先のスロット型と異なりスロットを無くした構成である。テープファイバを束にし、その周りを外皮で覆う構造である。
　本実施形態では、いずれの構造もテープファイバを構成する複数の光ファイバが非結合型マルチコア光ファイバ５０である。
　光ケーブルは通常直線的に敷設される。しかし、敷設環境の中で意図しない曲げが加わった場合は、そこで応力が発生し、その応力が光ケーブル内のファイバに加わる。その結果、光ケーブルの中にあるテープファイバ内のマルチコア光ファイバ５０のクロストーク特性が変化する。敷設された光ケーブルに対して実施形態１で説明した測定をすることで、意図しない後方クロストークの増加を検知することができる。
　光ケーブルは長尺であるので、図３で説明した実施形態の構成で測定を行う場合、受信器３４を遠方に設置する必要がある。この場合、例えば、受信器３４のデータを無線やネットワークで転送するなどして、試験光の入力側で演算処理を行うことができる。つまり、図３の後方クロストーク測定装置３０１は、実験室環境にある光ファイバから実際に敷設された光ケーブルに対してまでも測定が可能であり、環境を限定せずに使用できる。
（効果）
　通信サービスを提供する観点から考えると、通信光以外は全て雑音であり、安定な通信サービスを提供する上では信号光の強度が常に雑音の強度以上のレベルでやり取りされることが求められる。双方向伝送において後方クロストークは雑音であり、その値は小さいことが望ましい。
　例えば、図２で示すような双方向伝送を提供する場合、通信に許容できるクロストーク値（マージン）が通信システムに設計される。このとき、後方クロストーク測定装置（３０１、３０２）を使用して後方クロストークの大きさを測定することで、通信システムに設計された許容範囲内で光ファイバ（あるいは光ケーブル）敷設ができているのか（マージンの中に測定値が入っているのか）を評価することができる。つまり、後方クロストーク測定装置（３０１、３０２）を使用することで、安定して通信サービスを提供できるか判断することができる。
　さらに、通信システムの保守運用の観点から、敷設されている光ファイバの後方クロストークの点検としても後方クロストーク測定装置（３０１、３０２）を活用することができる。
　以上のように、後方クロストーク測定装置（３０１、３０２）を用いて後方クロストークを測定することで通信品質を担保する上で重要な判断基準を得られることが大きい。
３１：光源
３２、３３：光入出力器
３４：受光器
３５、３５－１、・・・、３５－ｎ－１：受光器
３６：演算回路
３７：表示部
５０：マルチコア光ファイバ
５２：クラッド
３０１、３０２：後方クロストーク測定装置

Claims (4)

  1. 　マルチコア光ファイバの一端において異なる波長の試験光を任意の１つのコアに入射する光源と、
    　前記マルチコア光ファイバの他端において前記コアを通過した前記試験光である透過光を受光する透過光受光器と、
    　前記マルチコア光ファイバの一端において前記コア以外の他のコアから出力される後方散乱光を受光する散乱光受光器と、
    　前記試験光の波長毎に前記透過光の光強度に対する前記後方散乱光の光強度の比を後方クロストークとして計算する演算回路と、
    を備える後方クロストーク測定装置。
  2. 　前記演算回路は、前記後方クロストークの値に対する波長が異なる前記試験光の数をカウントしたヒストグラムを作成し、前記後方クロストークの平均と分散を計算することを特徴とする請求項１に記載の後方クロストーク測定装置。
  3. 　前記散乱光受光器は、全ての前記他のコアから出力されるそれぞれの前記後方散乱光を同時に受光することを特徴とする請求項１に記載の後方クロストーク測定装置。
  4. 　マルチコア光ファイバの一端において異なる波長の試験光を任意の１つのコアに入射すること、
    　前記マルチコア光ファイバの他端において前記コアを通過した前記試験光である透過光を受光すること、
    　前記マルチコア光ファイバの一端において前記コア以外の他のコアから出力される後方散乱光を受光すること、及び
    　前記試験光の波長毎に前記透過光の光強度に対する前記後方散乱光の光強度の比を後方クロストークとして計算すること、
    を行う後方クロストーク測定方法。
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