(57)【要約】【課題】複数モードが伝搬する光ファイバにおいて、光ファイバの各位置における所定のモードの損失を正確に測定可能な光ファイバの損失測定装置を提供すること。【解決手段】複数のモードを伝搬する被測定対象光ファイバに、一端から所定のモードの第１の周波数のポンプ光を、他端からはブリルアン周波数シフトが与えられた第２の周波数のプローブ光を入射する手段と、前記一端から出力される光の強度を測定して、ＢＯＴＤＡ法により前記被測定対象光ファイバの長手方向におけるブリルアン利得を取得するブリルアン利得取得手段と、前記被測定対象光ファイバの長手方向の各位置におけるブリルアン利得同士の大きさを比較することにより、前記被測定対象光ファイバの前記所定のモードにおける損失を測定する手段とを備えた光ファイバの損失測定装置であって、前記プローブ光は前記被測定対象光ファイバの断面における電界分布が軸対称となるモードである。【選択図】図１
2020030106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモードを伝搬する被測定対象光ファイバに対して、所定のモードの第１の周波数の光をポンプ光として入射すると共に、前記第１の周波数から前記所定のモードのブリルアン周波数シフトに相当する周波数だけ低い第２の周波数の光をプローブ光として入射する光入射手段と、
前記被測定対象光ファイバから出力される光の強度を測定して、ＢＯＴＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により前記被測定対象光ファイバの長手方向におけるブリルアン利得を取得するブリルアン利得取得手段と、
前記被測定対象光ファイバの長手方向の各位置における前記ブリルアン利得同士の大きさを比較することにより、前記被測定対象光ファイバの前記所定のモードにおける損失を測定する手段とを備えた光ファイバの損失測定装置であって、
前記プローブ光は、前記ポンプ光のモードにかかわらず、前記被測定対象光ファイバの断面における電界分布が軸対称となるモードであることを特徴とする光ファイバの損失測定装置。
【請求項２】
前記光入射手段は、前記被測定対象光ファイバの一端から前記ポンプ光を入射すると共に、前記被測定対象光ファイバの他端から前記プローブ光を入射し、前記ブリルアン利得取得手段は、前記被測定対象光ファイバの他端から出力される光の強度を測定することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの損失測定装置。
【請求項３】
前記被測定対象光ファイバの光入射端に対向する端部に設けられた光反射手段をさらに備え、前記光入射手段は、前記ポンプ光および前記プローブ光をパルス化した後に、前記被測定対象光ファイバの一端から異なるタイミングで入射し、前記ブリルアン利得取得手段は、前記光反射手段で反射されて前記被測定対象光ファイバの一端から出力される光の強度を測定することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの損失測定装置。
【請求項４】
前記被測定対象光ファイバの他端から入射する前記プローブ光の偏波状態を変化させる偏波変調手段と、偏波状態を変化させたときの前記ブリルアン利得を平均化する平均化演算手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバの損失測定装置。
【請求項５】
前記ポンプ光の前記所定のモードは、前記被測定対象光ファイバの断面における電界分布が非軸対称となるモードであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバの損失測定装置。
【請求項６】
前記被測定対象光ファイバの他端から入射する前記ポンプ光の前記被測定対象光ファイバの断面における電界分布を回転させる非軸対称モード回転機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバの損失測定装置。
【請求項７】
複数のモードを伝搬する被測定対象光ファイバに対して、所定のモードの第１の周波数の光をポンプ光として入射すると共に、前記第１の周波数から前記所定のモードのブリルアン周波数シフトに相当する周波数だけ低い第２の周波数の光をプローブ光として入射する光入射ステップと、
前記被測定対象光ファイバから出力される光の強度を測定して、ＢＯＴＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により前記被測定対象光ファイバの長手方向における前記ブリルアン利得を取得するブリルアン利得取得ステップと、
前記被測定対象光ファイバの長手方向の各位置におけるブリルアン利得同士の大きさを比較することにより、前記被測定対象光ファイバの前記所定のモードにおける損失を測定するステップとを備えた光ファイバの損失測定方法であって、
前記プローブ光は、前記ポンプ光のモードにかかわらず、前記被測定対象光ファイバの断面における電界分布が軸対称となるモードであることを特徴とする光ファイバの損失測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの損失測定装置および光ファイバの損失測定方法に関し、詳細には、光ファイバ中を伝搬する各伝搬モードが受ける損失を長手方向に非破壊で測定する光ファイバの損失測定装置および光ファイバの損失測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、伝送トラフィックの急激な増加に伴い、現在の伝送路で用いられているＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ）に代わって複数の伝搬モードが利用できるＦＭＦ（Ｆｅｗ  ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ）やＭＭＦ（Ｍｕｌｔｉ  ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ）が更なる大容量化を可能にするものとして大きな注目を集めている。これらの光ファイバでは、伝搬中に複数のモードに結合するクロストークが発生するため、受信側において信号処理によりクロストークの補償を行うことでモード多重通信を実現している。
【０００３】
一方で、モード毎に受ける損失が異なることによりモード間損失差が発生すると、クロストークを補償できない。そのため、伝送路においてモード間の損失差を小さくする必要がある。モード間の損失差は一般に、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）やモード合分波器といったデバイスや、光ファイバの接続点で発生する。すなわち、光ファイバ長手方向でモード毎の損失を測定する必要がある。
【０００４】
モード毎に受ける損失が異なる要因としては、光ファイバ断面における電界分布の形状が異なることがあげられる。電界分布はモード毎に光ファイバ断面で異なる形状を示し、大きく分けると、強度が軸対称のモード（ＬＰ0jモード）と、非軸対称のモード（ＬＰijモード）の２種類がある。非軸対称のＬＰijモードについては、伝搬モードの形状に加えて、光ファイバ断面の軸の角度パターンも存在する。このとき、非軸対称のモードについては、同じモードであってもモードの回転角毎に損失が異なる（非特許文献１）。したがって、これらのモードでは位相板を回転させるなどモードの回転を変化させて、その時に受ける損失を取得する必要がある。
【０００５】
これまで光ファイバ長手方向で損失を測定するものとしてＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が提案されている（非特許文献２）。しかしながらＯＴＤＲでは、光ファイバ中で発生するレイリー散乱を用いて損失測定を行うが、この散乱過程において複数のモードが発生するため、複数モードが混ざった情報として得られ、純粋なモード毎の損失が得られない。例えば、ＬＰ11モードの損失を取得する際に、ＬＰ11モードよりも一般的に損失が小さいＬＰ01モードと混ざった場合、ＬＰ11モードの損失が実際よりも小さく測定される。このように光ファイバ中で発生する後方散乱光を利用した損失測定法では、複数モードの発生の影響を排除できず、モード毎の損失を正しく評価できない問題がある。
【０００６】
このように従来は、モード毎の損失を測定するのはＯＴＤＲが主流であったが、複数モードが伝搬する光ファイバにおいてモード毎に伝搬特性を評価する手法としては、誘導ブリルアン散乱を用いたブリルアン利得解析法（ＢＯＴＤＡ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）（非特許文献３）が提案されている。ＢＯＴＤＡでは、光ファイバに入射するポンプ光とプローブ光の周波数差の制御により、光ファイバ中で特定のモードのみを発生できることを利用して、光ファイバ長手方向におけるモード毎の伝搬特性を観測することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】K. Ozaki, et al., Asia Communications and Photonics Conference, ATh3A.98 (2014).
【非特許文献２】M. Nakazawa et al., Opt. Express, Vol. 22,Issue 25, pp. 31299-31309 (2014).
【非特許文献３】H. Takahashi, et. al., Proc. OFC2017, Th4H.3 (2017).
【非特許文献４】H. Takahashi, et. al., Opt. Express, Vol. 21, Issue 6, pp. 6739-6748 (2013).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＢＯＴＤＡを利用してモード毎の損失を測定した場合は、光ファイバ中で発生するブリルアン利得は、モードの損失だけでなく、モードの偏波状態やポンプ光・プローブ光の電界分布の重なりによって発生量が変化する特性のため、結果としてモード毎の損失を正しく測定できない。この点、これまでのＳＭＦでは基本モードであるＬＰ01モードのみの利用であるため、ポンプ光・プローブ光の電界分布の重なりは常に同一であり、また偏波状態については、偏波スクランブラ等を用いて発生する利得量を偏波無依存化してきた（非特許文献４）。
【０００９】
一方で、複数モードが伝搬するＦＭＦやＭＭＦでは、ＬＰ11モードの偏波を変化させると、電界分布も同時に変化する。また、これらのモードは伝搬時に電界分布が光ファイバ断面の方位角方向に回転する等の変化を伴うため、ポンプ光・プローブ光共にこのようなモードを利用すると、長手方向で重なりの状態が変化するという問題も発生する。
【００１０】
このように複数モードが伝搬する光ファイバにおいて、モード毎の伝搬特性を評価が可能なＢＯＴＤＡを利用してモード毎の損失を測定しようとしても、発生した利得量からモード毎およびモード回転毎の損失を測定することができない。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、複数モードが伝搬する光ファイバにおいて、光ファイバの各位置における所定のモードの損失を正確に測定可能な光ファイバの損失測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載された光ファイバの損失測定装置は、複数のモードを伝搬する被測定対象光ファイバに対して、所定のモードの第１の周波数の光をポンプ光として入射すると共に、前記第１の周波数から前記所定のモードのブリルアン周波数シフトに相当する周波数だけ低い第２の周波数の光をプローブ光として入射する光入射手段と、前記被測定対象光ファイバから出力される光の強度を測定して、ＢＯＴＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により前記被測定対象光ファイバの長手方向におけるブリルアン利得を取得するブリルアン利得取得手段と、前記被測定対象光ファイバの長手方向の各位置における前記ブリルアン利得同士の大きさを比較することにより、前記被測定対象光ファイバの前記所定のモードにおける損失を測定する手段とを備えた光ファイバの損失測定装置であって、前記プローブ光は、前記ポンプ光のモードにかかわらず、前記被測定対象光ファイバの断面における電界分布が軸対称となるモードであることを特徴とする。
【００１３】
他の実施形態に記載された光ファイバの損失測定方法は、複数のモードを伝搬する被測定対象光ファイバに対して、所定のモードの第１の周波数の光をポンプ光として入射すると共に、前記第１の周波数から前記所定のモードのブリルアン周波数シフトに相当する周波数だけ低い第２の周波数の光をプローブ光として入射する光入射ステップと、前記被測定対象光ファイバから出力される光の強度を測定して、ＢＯＴＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により前記被測定対象光ファイバの長手方向におけるブリルアン利得を取得するブリルアン利得取得ステップと、前前記被測定対象光ファイバの長手方向の各位置における前記ブリルアン利得同士の大きさを比較することにより、前記被測定対象光ファイバの前記所定のモードにおける損失を測定するステップとを備えた光ファイバの損失測定方法であって、前記プローブ光は、前記ポンプ光のモードにかかわらず、前記被測定対象光ファイバの断面における電界分布が軸対称となるモードであることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る光ファイバの損失測定装置の一例を示す図である。
【図２】地点Ａにおけるポンプ光およびプローブ光とそれらの相互作用を説明する図である。
【図３】地点Ｂにおけるポンプ光およびプローブ光とそれらの相互作用を説明する図である。
【図４】第２の実施形態に係る光ファイバの損失測定装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１６】
本実施形態の光ファイバの損失測定装置は、光ファイバの一方から所定のモードのポンプ光を入射すると共に、光ファイバの断面における電界分布が軸対称となるモードのプローブ光を一方または他方から入射することによって発生したブリルアン利得を取得し、光ファイバの長手方向の各位置におけるブリルアン利得同士の大きさを比較することで、光ファイバ中の所定のモードにおける損失を長手方向で分布的に測定することができるものである。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態に係る光ファイバの損失測定装置の一例を示す図である。図１に示す本実施形態の光ファイバの損失測定装置は、レーザ光発生手段１１と、レーザ光発生手段１１に入力側が接続された分岐素子１２と、分岐素子１２で２分岐された一方と接続されたパルス生成器１３および他方と接続された周波数制御手段１４と、パルス生成器１３に接続されたモード分波手段１５と、モード分波手段１５に接続された光サーキュレータ１７と、光サーキュレータ１７に一端が接続された被測定対象光ファイバｆおよび光電変換手段１８と、光電変換手段１８に対して直列に接続されたＡ／Ｄ変換手段１９、データ抽出手段２０、および利得解析手段２１と、周波数制御手段１４と被測定対象光ファイバｆの他端との間に設けられた軸対称モード変換手段１６とを備えた構成が示されている。
【００１８】
本実施形態の光ファイバの損失測定装置において、コヒーレントな光を発生させるレーザ光発生手段１１から出力された光を分岐素子１２によって２分岐する。２分岐された光の一方はポンプ光ｐ１とし、パルス生成器１３によってパルス化したのちにモード分波手段１５で基本モードから被測定対象光ファイバｆに対応した高次の伝搬モードに変換した後、被測定対象光ファイバｆに入射される。
【００１９】
モード分波手段１５は、位相板やＰＬＣ、空間光変調器等を用いることができ、ポンプ光ｐ１のモードを損失を求めたい伝搬モードに変換する。モード分波手段１５は、ポンプ光ｐ１を軸対称モードまたは非軸対称モードに変換して光サーキュレータ１７を介して被測定対象光ファイバｆに入射することができる。
【００２０】
モード分波手段１５は、ポンプ光ｐ１を非軸対称モードに変換する場合に、被測定対象光ファイバｆの断面方向（光ファイバ断面方向）におけるモードの回転状態毎の損失特性を評価することを可能とするために、光ファイバ断面方向における電界分布を回転させる非軸対称モード回転機構を有していてもよい。
【００２１】
周波数制御手段１４は、分岐された光の他方であるプローブ光ｐ２に対して、被測定対象光ファイバｆに入射するポンプ光・プローブ光のモードの組み合わせに対応したブリルアン周波数シフトに相当する約１０〜１１ＧＨｚ程度の周波数差を付与する。この周波数制御手段１４は、ＬｉＮｂ3で構成されたＳＳＢ変調器等の外部変調器で制御しても、周波数（波長）の異なるレーザを２台用い、２台のレーザ間の光周波数差を制御してもよい。ポンプ光・プローブ光のモードの組み合わせに対応したブリルアン周波数シフトは、ポンプ光のモードにおけるブリルアン周波数シフト量を用いることができる。具体的には、ポンプ光の周波数から所定のモードのブリルアン周波数シフトに相当する周波数だけ低い周波数にプローブ光の周波数を設定することができる。
【００２２】
軸対称モード変換手段１６は、周波数差が付与されたプローブ光ｐ２を、軸対称の伝搬モードに変換し、ポンプ光ｐ１と逆方向から被測定対象光ファイバｆに入射する。この軸対称モード変換手段１６としては、モード分波手段１５と同じ構成を用いてもよく、また、軸対称モードのうち基本モードを利用する場合はＳＭＦとＦＭＦを直接接続する形でもよい。
【００２３】
被測定対象光ファイバｆの両端からポンプ光ｐ１とプローブ光ｐ２とがそれぞれ入射されると、被測定対象光ファイバｆの長手方向の各位置ではポンプ光ｐ１とプローブ光ｐ２の衝突により、光サーキュレータ１７に向けて出力されるプローブ光においてブリルアン利得が発生する。図１では、このブリルアン利得を受けたプローブ光はブリルアン散乱光ｓとして示している。
【００２４】
光サーキュレータ１７は、ポンプ光ｐ１によって増幅されたプローブ光ｐ２（ブリルアン散乱光ｓ）を光電変換手段１８に送る。光電変換手段１８では増幅されたプローブ光ｐ２（ブリルアン散乱光ｓ）の光強度を電気信号に変換し、Ａ／Ｄ変換手段１９でデジタルデータに変換した後、データ抽出手段２０で光の信号強度のデータを抽出し、この抽出したデータから利得解析手段２１で利得を解析する。
【００２５】
ブリルアン利得の解析は、ＢＯＴＤＡ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）法により、被測定対象光ファイバｆの一端から出力される光の強度から被測定対象光ファイバｆの長手方向におけるブリルアン利得を取得する。具体的には、まず、ポンプ光を入射しない場合にデータ抽出手段２０で抽出されるプローブ光の信号強度を参照強度として取得する。その後、ポンプ光とプローブ光を入射した場合にデータ抽出手段２０で抽出される信号強度を取得する。さらに、ポンプ光とプローブ光を入射した場合の信号強度について参照強度からの増加量を算出することによって、ブリルアン利得が取得できる。この測定により、被測定光ファイバ長手方向の各位置におけるブリルアン利得同士の大きさを比較することで、被測定光ファイバ長手方向の各位置における所定のモードにおける損失の測定が可能である。
【００２６】
（ブリルアン利得）
ここで被測定対象光ファイバｆにおいて発生するブリルアン利得について説明する。一例としてＦＭＦにおける誘導ブリルアン散乱現象を考えると、任意のモードにおけるブリルアン周波数シフトνbは、式（１）で与えられる。
【００２７】
【数１】
2020030106.tif 000003
【００２８】
式（１）において、ｎiは当該モードの実効屈折率、Ｖaは音響波の実効速度、λは波長である。
【００２９】
式（１）によれば、ＦＭＦにおいては、伝搬するモードによりブリルアン周波数シフトが異なることを意味しており、得られる各モードにおける任意の位置でのブリルアンスペクトル情報が、モード毎にピークを有することが判る。本実施形態の光ファイバの損失測定装置では任意の位置でのブリルアン利得（ブリルアンスペクトル情報）がモード毎にピークを有することを利用するものである。さらに言えば、簡単のために２つのモードで伝搬するＦＭＦを考えた場合、ポンプ光、プローブ光の各々がＬＰ01およびＬＰ11モードの双方で振幅を有する場合には、以下の［１］から［３］の３つのスペクトルピークを有する。
［１］ｖ01-01（ＬＰ01同士のポンプ光、プローブ光成分間の相互作用）
［２］ｖ01-11（ＬＰ01のポンプ光成分とＬＰ11のプローブ光成分間の相互作用、およびＬＰ11のポンプ光成分とＬＰ01のプローブ光成分間の相互作用）
［３］ｖ11-11（ＬＰ11同士のポンプ光、プローブ光成分間の相互作用）
【００３０】
ここで、ポンプ光とプローブ光間の周波数差を伝搬するモードに対応するブリルアン周波数に設定した際に光ファイバ中で発生するブリルアン利得ＧB（ｘ，ｙ）は次式（２）となる。
【００３１】
【数２】
2020030106.tif 000004
【００３２】
上式（２）において、ｘ，ｙは光ファイバ断面における座標、Ａij（ｘ，ｙ）は音響モードの強度分布、Ｅp（ｘ，ｙ）、Ｅs（ｘ，ｙ）はそれぞれポンプ光・プローブ光の強度分布である。この式（２）において、音響モードの強度分布はポンプ光・プローブ光の相互作用によって励振されることから、電界分布の重なりと同一のものとしてみなすことが可能である。
【００３３】
一方で、ブリルアン利得はポンプ光・プローブ光の電界分布の重なりに応じて変化する。つまり、光ファイバ長手方向で、ポンプ光・プローブ光の電界分布が共に変化した場合は、重なりの関係が変化し、発生する利得も変わることから、利得量からモード毎の損失を取得することができない。
【００３４】
本実施形態の光ファイバの損失測定装置では、ポンプ光・プローブ光の電界分布の重なりの状態変化による利得発生量の変化を排除するため、プローブ光において基本モードのような電界分布の状態が軸対称であるモードを選択し、このプローブ光と電界分布が変化しうる非軸対称モードであるポンプ光との間でブリルアン利得を発生させる。なお、本構成は一例であり、ポンプ光は軸対称のモードを選択してもよい。
【００３５】
図２は、地点Ａにおけるポンプ光およびプローブ光とそれらの相互作用を説明する図である。図２において、（ａ）は地点Ａでのプローブ光の光ファイバ断面における電界強度分布の形状、（ｂ）は地点Ａでのポンプ光の光ファイバ断面における電界強度分布の形状、（ｃ）は地点Ａでの相互作用の光ファイバ断面における電界強度分布の形状、（ｄ）は地点Ａでのブリルアン利得の光ファイバ断面における電界強度分布の形状をそれぞれ示している。図２ではプローブ光およびポンプ光の強度がある領域をそれぞれ斜線および黒塗りで示しており、簡単のため、軸対称のモードの光ファイバ断面の形状を矩形のものとして説明している。しかしながら、実際には軸対称のモードの場合、光ファイバ断面の形状は円形となる。
【００３６】
ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示すポンプ光およびプローブ光の強度Ｅｐ、Ｅｒは式（３）、（４）で示すことができる。
【００３７】
【数３】
2020030106.tif 000005
【００３８】
【数４】
2020030106.tif 000006
【００３９】
このとき、ポンプ光とプローブ光とは図２（ｃ）に示すように相互作用するので、取得ブリルアン利得Ｇは図２（ｄ）に示す状態、すなわち式（５）に示す関係となる。
【００４０】
【数５】
2020030106.tif 000007
【００４１】
式（５）によれば、ブリルアン利得は光ファイバの断面方向におけるプローブ光の強度分布との重なりに対応した領域で発生していることが分かる。
【００４２】
ここで、地点Ａとは長手方向において異なる地点Ｂにおける利得を考える。図３は、ある地点Ｂにおけるポンプ光およびプローブ光とそれらの相互作用を説明する図である。図３において、（ａ）は地点Ｂでのプローブ光の光ファイバ断面における電界強度分布の形状、（ｂ）は地点Ｂでのポンプ光の光ファイバ断面における電界強度分布の形状、（ｃ）は地点Ｂでの相互作用の光ファイバ断面における電界強度分布の形状、（ｄ）は地点Ｂでのブリルアン利得の光ファイバ断面における電界強度分布の形状をそれぞれ示している。図３でもプローブ光およびポンプ光の強度がある領域をそれぞれ斜線および黒塗りで示しており、簡単のため、軸対称のモードの光ファイバ断面の形状を矩形のものとして説明している。しかしながら、実際には軸対称のモードの場合、光ファイバ断面の形状は円形となる。
【００４３】
ここで、図３（ａ）、（ｂ）に示すポンプ光およびプローブ光の強度Ｅｐ、Ｅｒは式（６）、（７）で示すことができる。
【００４４】
【数６】
2020030106.tif 000008
【００４５】
【数７】
2020030106.tif 000009
【００４６】
地点Ｂにおけるプローブ光の断面方向の電界強度分布は、電界分布の状態が軸対称であるモードであるため、地点Ａと同一である。このとき、ポンプ光とプローブ光とは図３（ｃ）に示すように相互作用するので、ブリルアン利得Ｇは図３（ｄ）に示す状態、すなわち式（８）に示す関係となる。
【００４７】
【数８】
2020030106.tif 000010
【００４８】
式（８）によれば、回転状態（光ファイバ断面における相互作用する部位）は異なるものの、地点Ｂと同様にポンプ光・プローブ光が相互作用する。
【００４９】
このように本実施形態の光ファイバの損失測定装置では、プローブ光において電界分布の状態が軸対称となるモードを利用することで、伝搬等によりポンプ光の電界分布の形状が変化した場合でも同一の条件でブリルアン利得を取得できる。つまり、ポンプ光の電界分布の形状に依存せずにブリルアン利得を発生させることが可能である。
【００５０】
また、プローブ光の電界分布が軸対称であるため、偏波スクランブラを適用し利得量の平均化を行うことで、ブリルアン利得の偏波依存性を解消することが可能である。具体的には、図１の光ファイバの損失測定装置において、周波数制御手段１４と軸対称モード変換手段１６との間にプローブ光ｐ２の偏波状態を変化させる偏波変調手段を設けて、利得解析手段２１において複数の偏波状態のブリルアン利得を平均化する処理を行えばよい。偏波変調手段としては例えば波長板を用いることができる。偏波変調手段においてプローブ光ｐ２の偏波状態を変化させたときに、利得解析手段２１において、複数に変化した偏波状態のブリルアン利得を取得し、取得したブリルアン利得を平均化する。
【００５１】
なお、軸対称の電界分布の状態とは、ＬＰ01、ＬＰ02、ＬＰ03のような光ファイバ断面の方位角方向に回転した場合でも電界分布が変化しないモードのことをさす。また、被測定光ファイバに入射するポンプ光・プローブ光の周波数差は、上記［２］に示すように、異なるモード間で作用するブリルアン周波数シフトに設定する。これにより、光ファイバ長手方向においてポンプ光・プローブ光の重なりの条件を同一にすることが可能である。
【００５２】
（被測定対象光ファイバｆにおけるモード毎の損失）
次に、被測定対象光ファイバｆの長手方向の各位置におけるモード毎の損失について説明する。一例としてＦＭＦにおけるモード毎の損失の測定について考えると、重なりの状態を長手方向で同一にした場合、光ファイバのｚ地点で発生するブリルアン利得は以下の式（９）で表すことができる。
【００５３】
【数９】
2020030106.tif 000011
【００５４】
式（９）において、ｇBはブリルアン利得係数であり、ＩP、ＩSはそれぞれポンプ光・プローブ光の光ファイバ断面領域での積分値である。
【００５５】
ここで、ポンプ光入射地点の座標を０、プローブ光入射地点の座標をＬ、光ファイバの損失係数をαとし、ｚ1地点で発生したブリルアン利得をポンプ光入射地点で観測する場合を考えると、観測されるブリルアン利得は式（１０）で表すことができる。
【００５６】
【数１０】
2020030106.tif 000012
【００５７】
同様に、ｚ2地点におけるブリルアン利得は式（１１）で表すことができる。
【００５８】
【数１１】
2020030106.tif 000013
【００５９】
ここで、ある地点ｚ1からの損失分布は、下記式（１２）を演算することにより取得可能である。下記式（１２）においてｌｎは自然対数を示す。
【００６０】
【数１２】
2020030106.tif 000014
【００６１】
以上より、誘導ブリルアン散乱光の特性を解析すれば、ある地点ｚ1を基準にしたＦＭＦのモード毎の損失を測定することができる。
【００６２】
本実施形態の光ファイバの損失測定装置における測定方法は以下の４つの段階を含む。
【００６３】
第１段階：ポンプ光とプローブ光の周波数差を設定する。周波数差は、被測定対象光ファイバｆに入射するポンプ光とプローブ光のモードの組み合わせに対応したブリルアン周波数シフトに相当するように設定する。
【００６４】
第２段階：ポンプ光のモードを損失を測定しようとするモードに変換し、プローブ光のモードを光ファイバ断面において電界分布が軸対称となるモードに変換する。
【００６５】
第３段階：第２段階で変換したポンプ光とプローブ光を光ファイバに入射する。
【００６６】
第４段階：プローブ光の出力からブリルアン利得を取得し、損失を算出する。
【００６７】
本実施形態の光ファイバの損失測定装置によれば、プローブ光をＬＰ01、ＬＰ02、ＬＰ03のような被測定対象光ファイバの断面における方位角方向に回転した場合でも電界分布が変化しない軸対称のモードに変換し、被測定対象光ファイバへ入射してブリルアン利得を発生させることで、被測定対象光ファイバの長さ方向の任意の位置において非軸対称のモードであるポンプ光の電界分布が変化した場合であっても、ポンプ光が受ける損失を非破壊で測定することが可能である。これにより被測定対象光ファイバの伝送路中における接続点やデバイス等の良否判定が可能である。
【００６８】
［第２の実施形態］
図４は第２の実施形態に係る光ファイバの損失測定装置の一例を示す図である。第１の実施形態の光ファイバの損失測定装置では、被測定対象光ファイバｆに対して、一方からポンプ光ｐ１を入射し、他方からプローブ光ｐ２を入射していたが、本実施形態の光ファイバの損失測定装置では、被測定対象光ファイバｆに対してポンプ光ｐ１とプローブ光ｐ２とを同じ端部から入射する。ポンプ光ｐ１とプローブ光ｐ２とをそれぞれ異なるタイミングのパルスとして入射し、被測定対象光ファイバの入射端とは反対の端面に設けられた光反射器でポンプ光ｐ１またはプローブ光ｐ２を反射して２つの光を相互作用させ、入射端と同じ端部から出力される光の強度を測定する。その他の構成は第１の実施形態と同じであるので、その説明は省略する。
【００６９】
図４に示す本実施形態の光ファイバの損失測定装置は、レーザ光発生手段１１から出力され分岐素子１２で２分岐された光がそれぞれ所定のタイミングでパルス化されるようにパルス生成器１３ａ、１３ｂとタイミング制御手段２２ａ、２２ｂとが設けられている。パルス生成器１３ａ、１３ｂおよびタイミング制御手段２２ａ、２２ｂで所定のタイミングのパルスとされた２つの光はモード分波手段１５と周波数制御手段１４および軸対称モード変換手段１６とによりそれぞれ処理された後、合波素子２３により合波され光サーキュレータ１７によりポンプ光ｐ１、プローブ光ｐ２として被測定対象光ファイバｆの一端から入射される。
【００７０】
パルス生成器１３ａ、１３ｂおよびタイミング制御手段２２ａ、２２ｂは、被測定対象光ファイバｆの各位置に応じた入射時間差でポンプ光ｐ１およびプローブ光ｐ２が被測定対象光ファイバｆに入射されるように２つの光をタイミングをずらしてパルス化する。
【００７１】
図４に示す本実施形態の光ファイバの損失測定装置において、被測定対象光ファイバｆの光サーキュレータ１７に接続された端部とは反対側である他端には光反射器２４が設けられている。被測定対象光ファイバｆの一端から入射されたポンプ光ｐ１とプローブ光ｐ２は異なるタイミングで入射されるので、光反射器２４は先に入射された光を反射する。反射した光は、進行方向が反転して、２つの光が被測定対象光ファイバｆ中で対向伝搬する結果、衝突してブリルアン利得を生じる相互作用をすることとなる。被測定対象光ファイバｆの一端から出力されるブリルアン散乱光ｓには、相互作用により生じたブリルアン利得が重畳されているので、このブリルアン利得を観測することによって被測定対象光ファイバｆのモード毎の損失を測定することができる。
【００７２】
本実施形態の光ファイバの損失測定装置では、発生したブリルアン利得から損失分布を取得するためには、１回の測定を入射時間差を変えつつ行う必要がある。具体的には、被測定対象光ファイバｆの一端において発生した利得を取得し、入射時間差を少し変えて衝突位置をずらして再度利得を取得することを繰り返し、最終的に、被測定対象光ファイバｆの他端までブリルアン利得を取得することでファイバ各位置におけるブリルアン利得から損失分布を取得する。
【００７３】
本実施形態の光ファイバの損失測定装置では、１回の利得の測定では被測定対象光ファイバにポンプ光ｐ１とプローブ光ｐ２とがそれぞれ１個ずつ入っている状態となる。ブリルアン利得が重畳したプローブ光ｐ２（ブリルアン散乱光ｓ）のパルスと反射して戻ってきたポンプ光ｐ１のパルスとは出力されるタイミングが異なることから、出力光の測定タイミングを調整することによりブリルアン利得を測定することが可能である。
【００７４】
以上説明した実施形態の光ファイバの損失測定装置の構成は一例であり、同様に周波数（波長）シフトに相当する光周波数差をポンプ光とプローブ光間に与え、任意の伝搬モードを励起して増幅されたプローブ光を時間領域で取り出すことのできる装置構成であれば、手段は問わない。また、一般的なＳＭＦにおいても入射する波長を短くすることで、本実施形態の光ファイバの損失測定装置の構成を適用できるため、被測定光ファイバについては、複数モードが伝搬する条件を有するものであればよい。
【符号の説明】
【００７５】
１１  レーザ光発生手段
１２  分岐素子
１３  パルス生成器
１４  周波数制御手段
１５  モード分波手段
１６  軸対称モード変換手段
１７  光サーキュレータ
１８  光電変換手段
１９  Ａ／Ｄ変換手段
２０  データ抽出手段
２１  利得解析手段
２２ａ、２２ｂ  タイミング制御手段
２３  合波素子
２４  光反射器
ｆ    被測定対象光ファイバ
【図１】
2020030106.tif 000015
【図２】
2020030106.tif 000016
【図３】
2020030106.tif 000017
【図４】
2020030106.tif 000018