(57)【要約】【課題】安価かつ簡易なマルチモード光ファイバの実効モード帯域の測定方法を提供すること。【解決手段】本発明にマルチモード光ファイバの帯域測定装置は、入力される信号に応じた光信号を生成するレーザ光源と、前記レーザ光源に接続され、入力された前記光信号を励振する励振器と、測定対象であるマルチモード光ファイバを介して、前記励振器と接続された検出器と、を備え、前記励振器を構成する光ファイバのコア径が、前記測定対象であるマルチモード光ファイバのコア径の０．３６〜０．９倍であって、かつ、前記励振器を構成する光ファイバの開口数が前記測定対象であるマルチモード光ファイバの開口数と略同一であることを特徴とするものである。【選択図】図１
2010101669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される信号に応じた光信号を生成するレーザ光源と、
前記レーザ光源に接続され、入力された前記光信号を励振する励振器と、
測定対象であるマルチモード光ファイバを介して、前記励振器と接続された検出器と、を備え、
前記励振器を構成する光ファイバのコア径が、前記測定対象であるマルチモード光ファイバのコア径の０．３６〜０．９倍であって、かつ、前記励振器を構成する光ファイバの開口数が前記測定対象であるマルチモード光ファイバの開口数と略同一であることを特徴とするマルチモード光ファイバの帯域測定装置。
【請求項２】
前記励振器を構成する光ファイバの開口数と前記測定対象であるマルチモード光ファイバの開口数とのずれが、１０％以内であることを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバの帯域測定装置。
【請求項３】
前記測定対象であるマルチモード光ファイバのコア径が５０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチモード光ファイバの帯域測定装置。
【請求項４】
前記測定対象であるマルチモード光ファイバの開口数が０．２であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチモード光ファイバの帯域測定装置。
【請求項５】
測定波長が８５０〜１３１０ｎｍにあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマルチモード光ファイバの帯域測定装置。
【請求項６】
前記励振器を構成する光ファイバが、ステップインデックスファイバとグレーデットインデックスファイバとを接続したものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のマルチモード光ファイバの帯域測定装置。
【請求項７】
前記励振器を構成する光ファイバが、２本のステップインデックスファイバと、その間に接続された１本のグレーデットインデックスファイバとの３本のファイバから構成されており、前記３本のファイバの長さがそれぞれ２ｍ±０．３ｍであることを特徴とする請求項６に記載のマルチモード光ファイバの帯域測定装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の帯域測定装置を用いた、マルチモード光ファイバの帯域測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信や光インターコネクションの分野で用いられるマルチモード光ファイバの帯域測定装置及び帯域測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信は長距離、大容量伝送が可能であることから、長距離通信では以前より広く実用化されている。また、近年では、コンピュータやネットワークの発展に伴い、コンピュータ間のネットワークやデータセンター内など比較的短距離でも高速通信が求められてきている。このような短距離通信には、光通信の中でもマルチモード光ファイバを使った伝送システムが適している。マルチモード光ファイバは、ファイバ内に複数のモードを伝搬させる通信方式であり、長距離伝送には適さない。一方、光学部品の実装が容易など低コスト化を見込めるため、安価な伝送システムが求められる短距離通信には適している。
【０００３】
このようなマルチモード光ファイバを使った通信システムでは、当初光源に発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられていた。しかし、発光ダイオードでは高速化に限界があり、近年のデータ通信の高速化に伴い、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などの半導体レーザが用いられるようになった。特に、最近では８ギガビット〜１０ギガビットクラスの高速通信にも使われている。
【０００４】
マルチモード光ファイバ伝送における伝送速度を制限する要因としては、モード分散が支配的である。モード分散は、異なるモード間で伝搬時間が異なるために生じる分散である。そのため、高速用のマルチモード光ファイバは、通常、グレーデットインデックス構造とする必要がある。このグレーデットインデックスファイバは、光を伝搬させるコアの中心部の屈折率が高く、外側にむかって徐々に屈折率を下げていく構造をしている。光は、実効的な屈折率分の１の速度で伝搬するため、中心を通るモードは伝搬距離が短い代わりに伝搬速度が遅く、外側を伝搬する光は伝搬距離が長くなる代わりに伝搬速度が速くなるようにする。すなわち、コアのどこを伝搬する光でもほぼ等しい伝搬時間になるような屈折率分布とする。ここで、屈折率分布をパラボリック（２乗関数）にすることにより、理論的には伝搬時間に差がなくなることが知られている。しかし、マルチモード光ファイバに用いられるＳｉＯ２やＧｅＯ２などの屈折率は波長依存性を有するため、また、目標とする波長でモード分散を減らすため、ファイバの特性に合わせて屈折率分布を調整する場合が多い。
【０００５】
製造されたファイバの伝送特性の評価方法として、非特許文献１に記載の全モード励振させたファイバの評価方法がある。この方法では、全モード励振器を使って光のモード分布をファイバ全体に広げた状態で特性を測定する。ファイバのモード分散の影響は、モード帯域を指標としている。これは長さ×周波数特性が３ｄＢ低下した帯域の積である。一般に、このような全モード励振による帯域測定は、測定結果が３００ＭＨｚ−ｋｍ以上となる特性評価に用いられる。このような評価結果を持つファイバは、ギガビットクラス以下の用途か、それ以上でも距離が短い用途に用いられる。
【０００６】
一方、例えば１０ギガビットで、１００ｍ以上のような用途で使われるような高速な伝送システムでは、よりモード分散が小さい広帯域なファイバが求められている。また、このような高速な伝送システムでは、マルチモードのコアの全ての領域ではなく、コアの極中心部を除く同心円状にフィールドが分布するように、ファイバを結合する必要がある。すなわち、限定モード励振（実効モードともいう）状態で使用する必要がある。その理由としては、マルチモード光ファイバの極中心部の屈折率が製造上の理由で揺らぎやすいことと、外側の外縁部はモーダルノイズが発生しやすく、モード分散が大きくなることの２点が挙げられる。
【０００７】
このような限定モード励振状態での帯域を求める方法として、非特許文献２に記載の測定方法がある。この方法は、ＤＭＤ（Differential mode delay）測定とよばれる。この方法では、ビームをシングルモードに絞り、光のマルチモード光ファイバへの結合位置をずらしながら、パルス列の応答を測定する。そして、そのパルス列の応答をフーリエ変換して帯域を求める。この方法で求められる実効モード帯域は、２０００ＭＨｚ−ｋｍ以上の広帯域なファイバに用いられる。すなわち、この方法は、高速なマルチモード伝送用のファイバの選別に適している。そのため、１０ギガビット以上の伝送速度で１００ｍ以上の距離で使われるような広帯域なファイバの評価方法として一般的に用いられている。
【０００８】
マルチモード光ファイバの伝送には、これまで波長が１３１０ｎｍ帯と８５０ｎｍ帯が主に使われてきた。１３１０ｎｍ帯では端面発光レーザが主に、８５０ｎｍ帯では面発光レーザが専ら使われている。特に、高速用途に適しているのは８５０ｎｍ帯である。面発光レーザは低消費電力動作が可能で消費電力が少ない等の特徴があり、またこの近傍の波長のものがつくりやすいなどから、高速低速問わずデータコム用途などに広く使われるようになってきている。
【０００９】
一方、大規模なデータセンターや、処理量の増加が著しいネットワークスイッチシステム等では、さらなるデータ速度の高速化が求められるようになってきている。そこで、リンクアグリゲーション技術などの複数のポートを使って、複数の伝送線路を仮想的にまとめて擬似的に高速化する技術が知られている。また、複数本のファイバをリボン状にしたファイバを使って入出力のポートを一つにし、パラレルに信号を送ることで帯域を増加させるような伝送システムも使われるようになってきている。
【００１０】
しかし、今後のさらなる高速化や低コスト化へのニーズに対応するためには、１ｃｈ当たりの伝送速度を高速化することが望ましい。高速化の方法として、波長多重化と信号そのものの高速化が考えられる。信号そのものの高速化をするためには、８５０ｎｍよりも長波長を使った方が適している。ここで、１１００〜１２００ｎｍ程度の波長までであれば、既存の面発光レーザの延長で改良することができる。すなわち、活性層と反射鏡の共振波長を変えるといった比較的、難易度が低い変更で済む。そして、活性層にＩｎを含む歪補償活性層を使うことで高い微分利得（ｄｇ／ｄｎ）が期待でき、その結果、高速化が可能になる。
【００１１】
また、光ファイバの特性として、波長毎に屈折率が変わるため、波長毎に伝搬速度も変わる現象がある。面発光レーザの動作上の特徴として、動作時には横マルチモードになっている。このとき発振波長は、完全なシングルモードではなく、それぞれの横モードに対応したスペクトルに広がりを持っている。そのため、横モード毎に伝搬速度が変わってしまい、この波長分散によって伝送特性が劣化する。これらの現象を抑えるために、スペクトルの広がりを抑制する必要が生じ、伝送速度に合わせてスペクトル広がりには厳しい制約が課されてしまう。一般に、面発光レーザを高速化するには、光閉じ込めを強くする必要があり、スペクトルは広がる傾向にあるため、８５０ｎｍ帯での高速化は技術的に難しい。しかし、この波長分散量は、波長の４乗に逆比例し、１３００ｎｍ帯で最も小さくなる。すなわち、１０００〜１２００ｎｍ帯では８５０ｎｍにくらべ大きく波長分散量を減らすことができる。このため、この付近の波長帯を使う方が光伝送には適していると考えられる。
【００１２】
一方、波長多重化の場合、８５０ｎｍを中心としたとしても、波長をそれぞれ離して配置する必要がある。波長のばらつきや波長分離のしやすさを考えて、各チャンネルを２０ｎｍずつ離して４波多重した場合、６０ｎｍに亘って利用することになる。
【００１３】
なお、本発明に関連する技術が特許文献１及び２に開示されている。
【００１４】
【特許文献１】特開昭５９−１１１１０３号公報
【特許文献２】特開平１１−０３８２５５号公報
【非特許文献１】日本工業規格  ＪＩＳ−Ｃ６８２４
【非特許文献２】日本工業規格  ＪＩＳ−Ｃ６８６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
このように、マルチモード光ファイバ伝送を高速化するにあたっては、８５０ｎｍだけではなく、１３００ｎｍまでの種々の波長帯を有効に使うことが効果的である。しかし、マルチモード光ファイバのモード帯域は波長に大きく依存する。また。製造ばらつきなどもあるため、使用する波長毎に実効モード帯域を測定することが望ましい。さらに、波長多重等で比較的隣接する波長を使うとしてもそれぞれの波長で測定することが望ましい。ここで、当然のことながら高速用途に適したモード帯域の測定であるから、非特許文献２に記載の方法で測定を行う必要が生じる。
【００１６】
しかしながら、非特許文献２に記載の方法では、シングルモードのモード径を波長に応じて変える必要があり、かつ、精密な光学系が必要となる。そして、使用予定の波長毎にそれらのシステムを用意するのが困難になっている。
【００１７】
本発明の目的は、安価かつ簡易なマルチモード光ファイバの実効モード帯域の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明にマルチモード光ファイバの帯域測定装置は、
入力される信号に応じた光信号を生成するレーザ光源と、
前記レーザ光源に接続され、入力された前記光信号を励振する励振器と、
測定対象であるマルチモード光ファイバを介して、前記励振器と接続された検出器と、を備え、
前記励振器を構成する光ファイバのコア径が、前記測定対象であるマルチモード光ファイバのコア径の０．３６〜０．９倍であって、かつ、前記励振器を構成する光ファイバの開口数が前記測定対象であるマルチモード光ファイバの開口数と略同一であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、双方向通信であって、視認性のある高速な伝送システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
標準的に使われるマルチモード光ファイバのコア径は、５０μｍ又は６２．５μｍである。この内、高速な伝送に使われるのは、コア径が５０μｍのＧＩ５０と呼ばれるものである。一般的に、マルチモード光ファイバの特徴として、入射モードや光源とファイバとの光学的な結合状態によって、伝搬するモードが大きく変わってしまう。ファイバの特性評価等には、それらに依存しない安定したモードにする必要がある。安定したモードにするためには、ステップインデックスファイバ（Ｓ）とグレーデットインデックスファイバ（Ｇ）をＳＧＳ（またはＧＳＧ）の順番に２ｍずつ接続したファイバを使うとよいことが知られている。特に、帯域を測定するときにはＳＧＳの順に接続したものが多い。
【００２１】
発明者らは、ＳＧＳ構成のファイバのコアを細くすることで、モード径の小さい安定したモードにすることができることを見出した。これによって、実効モードを測定するのに必要なモード形状に調整することができる。このモード径のサイズは、細コア径のコア直径によって決定される。高速なマルチモード伝送では、エンサークルドフラックス（ＥＦ：Encircled Flux）という指標が重要な役割を果たしている。エンサークルドフラックス値は、中心から外周部（ｒ）に向けて、光強度分布を積分したもので、光モード分布が中心から半径（ｒ）までに全体の強度のうちどれぐらいの割合があるのかを示す指標である。
【００２２】
高速なデータ通信として、ＩＥＥＥ（米国電気電子学会）の８０２．３ａｅで標準化されているイーサネット（登録商標）が、一般的に使われている。このイーサネットの中には、マルチモード光ファイバ伝送について規格化した１０Ｇ−Ｂａｓｅ−ＳＲがある。このなかでエンサークルドフラックスは、半径４．５μｍ以内では０．３以下に、半径１９μｍ以上では０．８６以上にすることが規定されている。
【００２３】
これは、マルチモード光ファイバの特性を鑑みると、モード分散等の特性が安定するのは、半径４．５〜１９μｍだからである。特に、半径４．５μｍよりも中心部では、ファイバの製法時のドーピングが十分にコントロールできず、設計値よりも屈折率が小さくなる場合が多い。一方、１９μｍよりも外周部では、モーダルノイズと言われる、モードの間の干渉によるスペックルノイズが出やすくなる。また、外周部はファイバのモードでも高次なモードに該当する。カットオフに近い高次なモードはモード分散が大きくなってしまうため、外周部をさけて伝送させる必要がある。そのため、このエンサークルドフラックス値がこの規定に入っているモードで、実効モード帯域を測定する必要がある。
【００２４】
そこで、本発明では、測定対象であるマルチモード光ファイバのコア径の０．３６〜０．９倍の細コア径を持つＳＧＳファイバで構成された励振器を非特許文献１記載の励振器部分に用いる。これにより、全モード励振と同じ装置構成で、簡単に実効モード帯域を測定することができる。また、この方法では、光源だけ交換すれば、簡単に複数の波長で測定することが可能である。また、細コア径ファイバを１８〜４５μｍの範囲内で、複数通り測定すれば、精度も向上する。
【００２５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２６】
実施の形態１
以下に、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る実効モード帯域装置を説明する。実効モード帯域測定装置１００は、信号発生器１０１、半導体レーザ光源１０２、細コア径ＳＧＳ励振器１０３、被測定ファイバ１０４、検出器１０５、信号受信器１０６、信号処理器１０７を備える。
【００２７】
信号発生器１０１は、トラッキングジェネレータ、掃引発生器、シンセサイザーなどを用いる。この高周波信号発生器１０１は、被測定ファイバ１０４の帯域に対して十分高い高周波信号まで出せるものを用いる。
【００２８】
半導体レーザ光源１０２には、十分にスペクトル幅の狭い、軸モードがシングルのレーザ発振しているものを用いる。また、半導体レーザ光源１０２は、信号発生器１０１からの信号に基づいて光出力信号を変調できる機構を有し、被測定ファイバ１０４の帯域に対して十分な応答が可能である。
【００２９】
細コア径ＳＧＳ励振器１０３には、図２に示すように、コア径が１８〜４５μｍのステップインデックスファイバ２０１、２０３及びグレーデットインデックスファイバ２０２を用いて、被入射シングルモードを実効モードに整形する。それぞれファイバ２０１〜２０３の長さは２ｍである。なお、図２の詳細については後述する。
【００３０】
検出器１０５には、光ファイバ１０４の出射光の全てを受光できるものを用いる。また、検出器１０５は、光の入射強度レベルに対して線形で、高周波まで応答可能である。
【００３１】
信号受信器１０６は、検出器１０５からの高周波信号を信号発生と同期して振幅を測定するためのものである。
信号処理器１０７は、信号発生器１０１と信号受信器１０６をコントロールし、信号レベルの周波数特性を観測する。
ここで、信号発生器１０１、信号受信器１０６、信号処理器１０７が一体となったネットワークアナライザを用いると、より簡便に測定することが可能になる。
【００３２】
次に、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して、細コア径ＳＧＳ励振器１０３を用いた実効モード帯域測定方法について、詳細に説明する。図２（ａ）に示すように、細コア径ＳＧＳ励振器１０３は、順に接続されたステップインデックスファイバ２０１、グレーデットインデックスファイバ２０２、ステップインデックスファイバ２０３からなるＳＧＳファイバ２００を備えている。ステップインデックスファイバ２０１と２０３は同一のものであり、それぞれのファイバは、ファイバ融着法で接合されている。
【００３３】
図２（ｂ）は、ステップインデックスファイバの断面と屈折率分布を示している。ステップインデックスファイバ２０１及び２０３には、コアとクラッドの屈折率がステップ構造のものを用いる。ステップインデックスファイバ２０１及び２０３の開口数（コアとクラッドの比屈折率差によって決まる係数）は、被測定ファイバ１０４と同じ０．２とする。
【００３４】
図２（ｃ）は、グレーデットインデックスファイバの断面と屈折率分布を示している。グレーデットインデックスファイバ２０２には、コアの屈折率分布にグレーデットインデックス構造のものを用いる。グレーデットインデックスファイバ２０２の開口数も０．２とする。
【００３５】
ＳＧＳファイバ２００の開口数が小さ過ぎると、コアとクラッドの屈折率差が十分に取れなくなるので、モードを実効モード状態までにすることが難しくなる。一方、開口数が大き過ぎると、モードは整形できるが、被測定ファイバ１０４との光伝搬モードの等価屈折率に差が生じてしまうため、その不連続性によって、反射や実効モード以上の高次のモードが励振されてしまう恐れがある。そのため、ＳＧＳファイバ２００の開口数は被測定ファイバ１０４の開口率と同じにするのが好ましい。具体的には、両者のずれは±１０％以内であることが好ましい。本実施の形態では、被測定ファイバ１０４の開口率が０．２であるから、ＳＧＳファイバ２００の開口数は０．２±０．０２とするのが好ましい。
【００３６】
ＳＧＳファイバ２００を構成する各ファイバ２０１〜２０３の長さは、日本工業規格（非特許文献１参照）と同様に２ｍとする。具体的には、２ｍ±０．３ｍが好ましい。これよりも短いと、十分にモードが広がらず、ＳＧＳ励振器への入力のモードに依存してしまう。一方、これよりも長いと、モード形状がほとんど変わらなくなる上に、励振器それ自体の帯域によって、測定可能な帯域が制限されてしまう。
【００３７】
次に、細コア径ファイバのコア径とモード径について、図３を参照して説明する。図は、１８μｍ、３２μｍ及び４５μｍの細コア径で構成されたＳＧＳ励振器を経由後のエンサークルドフラックス（ＥＦ：Encircled Flux）を示したものである。ＴＩＡ／ＥＩＡ４５５−２０３の非規定領域である半径４．５μｍ以下ＥＦ０．３以上及び半径１９μｍ以上ＥＦ０．８６以上の領域は、斜線部として示した。このデータは、シングルモード発振した光源をもとにしたマルチモード伝搬のシミュレーションにより求めた。上記２つの斜線部を通過しない曲線が、実効モードである。
【００３８】
このデータから明らかなように、コア径１８μｍのときに、内側の斜線部ぎりぎりとなり、コア径４５μｍのときに外側の斜線部ぎりぎりになる。これらのことから、細コア径としては、１８〜４５μｍが有効な範囲となる。すなわち、ＳＧＳファイバ２００のコア径を、測定対象であるマルチモード光ファイバのコア径の０．３６〜０．９倍とする。また、中心の３２μｍ付近だけではなく、１８μｍと４５μｍの両方のケースについて測定することによってより実態に即した実効モードの測定が可能になる。
【００３９】
なお、この励振器構造として、最も安定なモード径に整形しやすいＳＧＳの例を挙げたが、ＳＧＳの順だけではなく、モード整形が可能な組み合わせであれば適宜選択可能である。一方、測定波長として、ここではシングルモード波長としか記載していないが、一般的に適している波長は、最も使われている８５０ｎｍ〜１３１０ｎｍの範囲に相当する。これまでに製造・敷設されてきたマルチモード光ファイバは全て、この波長の一方か、また両方に最適化されている。そのため、この間にある波長は、最低でも既存ファイバでも数百ＭＨｚ−ｋｍ程度の帯域が期待でき、良好なものでは３０００ＭＨｚ−ｋｍ以上の帯域が得られるものもある。従って、このマルチモード光ファイバの伝送帯域には、この８５０ｎｍ〜１３１０ｎｍが適しているといえる。
【００４０】
次に、測定方法について、説明する。まず、図１において被測定ファイバのない状態で、測定系の周波数応答を測定する。これは、測定系のキャリブレーションに相当する。このとき、ファイバの帯域と長さに応じた周波数範囲を選択する必要がある。被測定ファイバのない状態で求められた周波数特性をＡ（ｆ）とする。また、被測定ファイバを接続した状態で測定した周波数特性をＢ（ｆ）とすると、被測定ファイバの周波数応答特性Ｃ（ｆ）は、次式で表される。
Ｃ（ｆ）＝−２０×ｌｏｇ（Ｂ（ｆ）／Ａ（ｆ））＋２０ｌｏｇ（Ｂ（０）／Ａ（０））
最後に、ＤＣ応答特性の影響（測定系の変換効率や、ファイバの損失の影響）をなくすために、ＤＣ成分を足している。
【００４１】
この周波数応答特性が、６ｄＢ低下したところをｆ０、３ｄＢ低下したところをｆ１、測定したファイバの長さをＬとすると、以下に示すＦａ及びＦｂを比較し、小さい方をファイバの単位長さ当たりの帯域Ｆとする。
Ｆａ＝ｆ０×Ｌγ
Ｆｂ＝１．４１２×ｆ１×Ｌγ
ここで、γは距離換算係数で０．５〜１の間である。損失が少なく均一なファイバでは、γ≒１になる。
【００４２】
このようにする理由は、ファイバの周波数応答関数が一旦劣化した後に、応答特性が持ち上がることがあり、ファイバの帯域を誤判定してしまうおそれがあるからである。そのため、ファイバの帯域は一旦下がった形状を外挿して求める方が、本来必要な実効モード帯域に近くなる。一般には、ファイバの帯域はガウス関数の応答に近いことを示すことが分かっている。この場合、３ｄＢを１．４１２倍したのと６ｄＢのときの値は同じになる。このようにして、ファイバのモード帯域を測定することができる。
【００４３】
本実施の形態に係る評価方法とＪＩＳで定められた全モード帯域の評価方法との相違は、励振器の構成が、被測定ファイバのコアと同じか、細いかの違いである。従って、細いコア径の有する励振器であれば、このように実効モード帯域を簡易に測定することが可能になる。
【００４４】
実施の形態２
次に、第２の実施の形態に係る実効モード帯域測定装置３００について図３を参照して説明する。実効モード帯域測定装置３００は、パルス信号発生器３０１、半導体レーザ光源３０２、細コア径ＳＧＳ励振器３０３、被測定ファイバ３０４、検出器３０５、信号増幅器３０６、オシロスコープ３０７、信号処理器３０８を備える。
【００４５】
パルス信号発生器３０１には、パルス発生装置や、パルスパターン発生装置などを用いる。このパルス信号発生器３０１は、被測定ファイバ３０４の帯域に対して十分高い周波数応答が求まるような高速で短パルスを発生させる。
【００４６】
半導体レーザ光源３０２には、十分にスペクトル幅の狭い、軸モードがシングルのレーザ発振しているものを用いる。また、半導体レーザ光源３０２は、信号発生器３０１からの信号に基づいて光出力信号を変調できる機構を有し、被測定ファイバ３０４の帯域に対して十分な応答が可能である。
【００４７】
細コア径ＳＧＳ励振器３０３には、コア径が１８〜４５μｍまでの間のステップインデックスファイバとグレーデットインデックスファイバを用いて、被入射シングルモードを実効モードに整形する。ＳＧＳ細径コアファイバは、上記実施の形態１と同一のものである。
【００４８】
検出器３０５には、光ファイバ３０４の出射パルス光の全てを受光できるものを用いる。また、検出器３０５の応答は、光の入射強度レベルに対して線形で、高周波まで応答するものを用いる。
【００４９】
信号増幅器３０６は、検出器３０５からの高周波信号を増幅する。
オシロスコープ３０７は、パルス信号発生器３０１から得たクロック信号をもとに同期し、信号増幅器３０６出力パルスを観測する。
信号処理機３０８は、オシロスコープで観測したパルスをデータ処理する。
【００５０】
次に、測定方法について説明する。まず、図４において被測定ファイバのない状態で、測定系の出力のパルス応答を測定する。これは、測定系のキャリブレーションに相当する。このとき、ファイバの帯域と長さに応じたパルス形状にする必要がある。このようにして測定した被測定ファイバのない状態で求められたパルス波形をＡ（ｔ）とする。また、被測定ファイバを接続した状態で測定したパルス波形をＢ（ｔ）とする。また、測定系を通過していないパルス信号発生器の出力パルス波形をＤ（ｔ）とする。
【００５１】
測定系の周波数応答Ａ（ｆ）は、高速フーリエ変換処理をＦＦＴとすると、次式で表される。
Ａ（ｆ）＝ＦＦＴ（Ａ（ｔ））／ＦＦＴ（Ｄ（ｔ））
また、被測定ファイバを繋いだ状態での周波数応答Ｂ（ｆ）は、次式で表される。
Ｂ（ｆ）＝ＦＦＴ（Ｂ（ｔ））／ＦＦＴ（Ｄ（ｔ））
これらの結果から、ファイバの周波数応答特性は、実施の形態１と同様に、次式で表される。
Ｃ（ｆ）＝−２０×ｌｏｇ（Ｂ（ｆ）／Ａ（ｆ））＋２０ｌｏｇ（Ｂ（０）／Ａ（０））
最後に、ＤＣ応答特性の影響（測定系の変換効率や、ファイバの損失の影響）をなくすために、最後にＤＣ成分を足している。
【００５２】
実施の形態１と同様に、この周波数応答特性が、６ｄＢ低下したところをｆ０、３ｄＢ低下したところをｆ１、測定したファイバの長さをＬとすると、以下に示すＦａ及びＦｂを比較し、小さい方をファイバの単位長さ当たりの帯域Ｆとする。
Ｆａ＝ｆ０×Ｌγ
Ｆｂ＝１．４１２×ｆ１×Ｌγ
ここで、γは距離換算係数で０．５〜１の間になる。損失が少なく均一なファイバでは、γ≒１になる。
【００５３】
実施の形態２では、周波数ドメインではなく、時間ドメインで測定したものをフーリエ変換し、ファイバの特性を求める。結果的に、実施の形態１と同じ結果が得られる。
【実施例】
【００５４】
第１の実施例として、図１を参照して細コア径ファイバを使った波長１０００ｎｍ帯の周波数ドメイン法による実効モード帯域測定方法及び装置を説明する
【００５５】
信号発生器１０１には、５ＧＨｚまでの信号を発生させることができるシンセサイザーを用いる。
【００５６】
半導体レーザ光源１０２には、変調速度には、変調帯域７ＧＨｚ、発振波長が１０００ｎｍの十分にスペクトル幅の狭い、軸モードがシングルのレーザ発振しているものを用いる。また、信号発生器１０１とはバイアスを使って接続し、半導体レーザ１０２の光出力信号を変調できるようにする。このとき直流バイアスには複数のモードが発生しないよう３ｍＡ用いる。
【００５７】
細コア径ＳＧＳ励振器４０３には、コア径が３２μｍまでの間ステップインデックスファイバとグレーデットインデックスファイバをそれぞれの長さが２ｍで、ＮＡが０．２のものを用いる。
【００５８】
検出器１０５には、受光径５０μｍの大口径で、３ｄＢ帯域が８ＧＨｚあるＩｎＧａＡｓ系のフォトダイオードを用い、光ファイバ１０４の出射光の全てを受光できるようにする。また、検出器１０５の応答は、光の入射強度レベルに対して線形にするために抵抗で終端し、そのあとにベースバンドアンプを接続し、高いＳＮ比が得られるようにする。
【００５９】
信号受信器４０６は、検出器４０５からの高周波信号を信号発生と同期して振幅を測定するスペクトルスペクトルアナライザまたは、パワーメータを用いる。
信号処理器４０７、信号発生器４０１と信号受信器４０６をＧＰＩＢでコントロールし、信号レベルの周波数特性を観測する。細コア径ＳＧＳ励振器４０３については、コア径が１８μｍ、３２μｍ、４５μｍの場合ついて測定を行う。
【００６０】
次に、測定方法について、説明する。まず、図１において被測定ファイバのない状態で、測定系の周波数応答を測定する。これは、測定系のキャリブレーションに相当する。このとき、ファイバの帯域と長さに応じた周波数範囲を選択する必要がある。被測定ファイバのない状態で求められた周波数特性をＡ（ｆ）とする。また、被測定ファイバを接続した状態で測定した周波数特性をＢ（ｆ）とすると、被測定ファイバの周波数応答特性Ｃ（ｆ）は、次式で表される。
Ｃ（ｆ）＝−２０×ｌｏｇ（Ｂ（ｆ）／Ａ（ｆ））＋２０ｌｏｇ（Ｂ（０）／Ａ（０））
最後に、ＤＣ応答特性の影響（測定系の変換効率や、ファイバの損失の影響）をなくすために、ＤＣ成分を足している。
【００６１】
この周波数応答特性が、６ｄＢ低下したところをｆ０、３ｄＢ低下したところをｆ１、測定したファイバの長さをＬとすると、以下に示すＦａ及びＦｂを比較し、小さい方をファイバの単位長さ当たりの帯域Ｆとする。
Ｆａ＝ｆ０×Ｌγ
Ｆｂ＝１．４１２×ｆ１×Ｌγ
ここで、γは距離換算係数で０．５〜１の間である。損失が少なく均一なファイバでは、γ≒１になる。
【００６２】
このようにする理由は、ファイバの周波数応答関数が一旦劣化した後に、応答特性が持ち上がることがあり、ファイバの帯域を誤判定してしまう可能性があるからである。そのため、ファイバの帯域は一旦下がった形状を外挿して求める方が、本来必要な実効モード帯域に近くなる。一般には、ファイバの帯域はガウス関数の応答に近いことを示すことが分かっている。この場合、３ｄＢを１．４１２倍したのと６ｄＢのときの値は同じになる。この結果、Ｆａ＝１．２ＧＨｚが得られたとすると、距離換算係数γ＝１で計算すると、帯域は６０００ＭＨｚ−ｋｍとなる。
【００６３】
このようにして、１０００ｎｍ帯で、３つのコア径について測定を行い、その３つの測定結果のうちの最小のものが実効モード帯域になる。この１０００ｎｍ帯は、一般的なマルチモード光ファイバ通信には使われない波長帯である。しかし、シングルモード光源と、この細コア径ＳＧＳさえあれば簡単に特性を求めることができる。この方法で選別したファイバを使うことによって、１０００ｎｍ帯で高速長距離伝送を安定して行うことができる。
【００６４】
上記の通り、本発明の実施の形態では、簡便に実効モード帯域の測定が可能になる。また、複数の波長での測定が容易に行える上に、励振系のみの交換で全モード励振の測定が可能になり、装置の共有化や低コスト化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施の形態及び実施例１に係る実効モード帯域測定装置を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る励振器の構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係るモード励振器を使用した場合のエンサークルドフラックスを示す図である。
【図４】第２の実施に係る実効モード帯域測定装置を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１００  実効モード帯域測定装置
１０１  信号発生器
１０２  半導体レーザ光源
１０３  細コア径ＳＧＳ励振器
１０４  被測定ファイバ
１０５  検出器
１０６  信号受信器
１０７  信号処理器
２００  ＳＧＳファイバ
２０１  細コア径ステップインデックスファイバ
２０２  細コア径グレーデットインデックスファイバ
２０３  細コア径ステップインデックスファイバ
３００  第二の実施の形態であるマルチモード光ファイバの帯域測定装置
３０１  パルス信号発生器
３０２  半導体レーザ光源
３０３  細コア径ＳＧＳ励振器
３０４  被測定ファイバ
３０５  検出器
３０６  信号増幅器
３０７  オシロスコープ
３０８  信号処理器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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