(57)【要約】【課題】本発明は、基本モードの光強度の影響を低減しながら、任意の高次モードの遮断波長の測定を精度良く実行することを目的とする。【解決手段】本発明の高次モード遮断波長測定システムＥは、白色光源Ｅ１からの入力光を基本モードを有する光として入力され、被測定光ファイバＥ２への出力光を、基本モードを有する光として出力することなく、高次モードを有する光として出力し、基本モードを有する光として入力された白色光源Ｅ１からの入力光を、高次モードを有する光として出力する被測定光ファイバＥ２への出力光に変換する高次モード励振器１と、被測定光ファイバＥ２における損失の使用波長依存性を測定することにより、被測定光ファイバＥ２における高次モードを有する光の遮断波長を測定する光スペクトラムアナライザＥ３と、を備える。【選択図】図８
2014002093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本モードを有する光を伝搬可能な入力導波路と、
高次モードを有する光を伝搬可能な出力導波路と、
前記入力導波路の基本モードを前記出力導波路の高次モードに結合させることにより、前記入力導波路が入力され伝搬する基本モードを有する光を、前記出力導波路が伝搬し出力する高次モードを有する光に変換するモード励振部と、
を備えることを特徴とする高次モード励振器。
【請求項２】
前記モード励振部は、前記入力導波路及び前記出力導波路が平行に配置され、モード結合が発生する領域であるモード結合部と、前記入力導波路及び前記出力導波路が平行に配置されず光路差を有し、モード結合が発生しない領域であるモード遅延部と、を備え、
前記モード励振部全体のモード励振効率は、使用波長に対して略依存せずに略一定であることを特徴とする請求項１に記載の高次モード励振器。
【請求項３】
光源からの入力光を基本モードを有する光として入力され、光ファイバへの出力光を高次モードを有する光として出力し、基本モードを有する光として入力された前記光源からの入力光を、高次モードを有する光として出力する前記光ファイバへの出力光に変換する高次モード励振器と、
前記光ファイバにおける損失の使用波長依存性を測定することにより、前記光ファイバにおける高次モードを有する光の遮断波長を測定する光スペクトラムアナライザと、
を備えることを特徴とする高次モード遮断波長測定システム。
【請求項４】
前記高次モード励振器は、
前記光源からの入力光を基本モードを有する光として伝搬可能な入力導波路と、
前記光ファイバへの出力光を高次モードを有する光として伝搬可能な出力導波路と、
前記入力導波路の基本モードを前記出力導波路の高次モードに結合させることにより、前記入力導波路が基本モードを有する光として入力され伝搬する前記光源からの入力光を、前記出力導波路が高次モードを有する光として伝搬し出力する前記光ファイバへの出力光に変換するモード励振部と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載の高次モード遮断波長測定システム。
【請求項５】
前記モード励振部は、前記入力導波路及び前記出力導波路が平行に配置され、モード結合が発生する領域であるモード結合部と、前記入力導波路及び前記出力導波路が平行に配置されず光路差を有し、モード結合が発生しない領域であるモード遅延部と、を備え、
前記モード励振部全体のモード励振効率は、使用波長に対して略依存せずに略一定であることを特徴とする請求項４に記載の高次モード遮断波長測定システム。
【請求項６】
基本モードを有する光が入力され、入力された基本モードを、出力する高次モードに結合させることにより、入力された基本モードを有する光を、出力する高次モードを有する光に変換して出力することを特徴とする高次モード励振方法。
【請求項７】
光源からの入力光が基本モードを有する光として入力され、入力された基本モードを、出力する高次モードに結合させることにより、基本モードを有する光として入力された前記光源からの入力光を、高次モードを有する光として出力する光ファイバへの出力光に変換して出力する高次モード励振ステップと、
前記光ファイバにおける損失の使用波長依存性を測定することにより、前記光ファイバにおける高次モードを有する光の遮断波長を測定する光スペクトラム分析ステップと、
を順に備えることを特徴とする高次モード遮断波長測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シングルモード光伝送方式あるいはマルチモード光伝送方式において、高次伝搬モードの遮断波長を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
シングルモード光伝送方式では、基本モードを有する光が伝搬される一方で、高次モードを有する光が伝搬されないため、モード分散が発生することなく、高速通信が可能である。高次モードを有する光が伝搬されないためには、高次モードの遮断波長を測定して、使用波長帯域を高次モードの遮断波長以上に設定する必要がある。
【０００３】
実効遮断波長の光ファイバ長依存性を図１に示す。高次モードの遮断波長として、理論遮断波長λｃ及び実効遮断波長λｃｅｆｆが定義される。理論遮断波長λｃは、コア及びクラッドの屈折率分布及び断面形状を考慮して算出される。実効遮断波長λｃｅｆｆは、さらに基本モード及び高次モードのモード損失の差分を考慮して測定される。
【０００４】
図１では、基本モードＬＰ０１を有する光が伝搬される一方で、第１高次モードＬＰ１１を有する光が伝搬されない、シングルモード伝送方式を考慮している。実効遮断波長λｃｅｆｆは、光ファイバ長が長くなるほど、つまり、曲げ損失が大きくなるほど、短波長側に遷移する一方で、光ファイバ長が０となる極限で、つまり、曲げ損失が０となる極限で、理論遮断波長λｃに接近する。実効遮断波長λｃｅｆｆの測定方法として、非特許文献１に記載の曲げ損失法及びマルチモード励振法があげられる。
【０００５】
曲げ損失法に基づく高次モード遮断波長測定システムを図２に示す。図２の高次モード遮断波長測定システムＢは、白色光源Ｂ１、分光器Ｂ２、被測定光ファイバＢ３、受光器Ｂ４及び計算機Ｂ５から構成される。
【０００６】
白色光源Ｂ１は、分光器Ｂ２に白色の光を出力する。分光器Ｂ２は、白色光源Ｂ１から白色の光を入力され、白色の光から特定波長の光を抽出し、被測定光ファイバＢ３に当該波長の光を出力する。被測定光ファイバＢ３は、分光器Ｂ２から受光器Ｂ４へと、当該波長の光を伝搬する。受光器Ｂ４は、被測定光ファイバＢ３から当該波長の光を入力する。計算機Ｂ５は、分光器Ｂ２での出力強度及び受光器Ｂ４での入力強度に基づいて、被測定光ファイバＢ３での透過率ＰＢ（λ）を算出する。
【０００７】
長さ２ｍの被測定光ファイバＢ３が直径２８０ｍｍφのループを構成している状態を、被測定光ファイバＢ３に曲げがない状態とする。長さ２ｍの被測定光ファイバＢ３がさらに直径６０ｍｍφの１回巻きのループを構成している状態を、被測定光ファイバＢ３に曲げがある状態とする。被測定光ファイバＢ３に曲げがない状態では、被測定光ファイバＢ３での透過率をＰＢ２（λ）とする。被測定光ファイバＢ３に曲げがある状態では、被測定光ファイバＢ３での透過率をＰＢ１（λ）とする。
【０００８】
曲げ損失法では、曲げ損失が高次モードでは基本モードより大きいことを利用する。つまり、測定波長λが実効遮断波長λｃｅｆｆに短波長側から接近するにつれて、ＰＢ１（λ）はほぼ変化しないが、ＰＢ２（λ）はＰＢ１（λ）へ減少する。そこで、ＰＢ２（λ）がＰＢ１（λ）へある程度減少した測定波長λを、実効遮断波長λｃｅｆｆとする。
【０００９】
マルチモード励振法に基づく高次モード遮断波長測定システムを図３に示す。図３の高次モード遮断波長測定システムＭは、白色光源Ｍ１、分光器Ｍ２、多モード光ファイバＭ３、被測定光ファイバＭ４、受光器Ｍ５及び計算機Ｍ６から構成される。分光器Ｍ２及び受光器Ｍ５の間に、多モード光ファイバＭ３及び被測定光ファイバＭ４を接続する状態と、分光器Ｍ２及び受光器Ｍ５の間に、多モード光ファイバＭ３を接続するが被測定光ファイバＭ４を接続しない状態で、受光器Ｍ５での入力強度を測定する。
【００１０】
白色光源Ｍ１は、分光器Ｍ２に白色の光を出力する。分光器Ｍ２は、白色光源Ｍ１から白色の光を入力され、白色の光から特定波長の光を抽出し、上記の光ファイバに当該波長の光を出力する。上記の光ファイバは、分光器Ｍ２から受光器Ｍ５へと、当該波長の光を伝搬する。受光器Ｍ５は、上記の光ファイバから当該波長の光を入力する。計算機Ｍ６は、分光器Ｍ２での出力強度及び受光器Ｍ５での入力強度に基づいて、上記の光ファイバでの透過率ＰＭ（λ）を算出する。
【００１１】
多モード光ファイバＭ３は、測定波長λのうち全領域で、基本モード及び高次モードを伝搬可能である。被測定光ファイバＭ４は、測定波長λのうち実効遮断波長λｃｅｆｆより短波長側では、基本モード及び高次モードを伝搬可能であり、測定波長λのうち実効遮断波長λｃｅｆｆより長波長側では、基本モードを伝搬可能であるが高次モードを伝搬不能である。多モード光ファイバＭ３を備えるが被測定光ファイバＭ４を備えない光ファイバでの透過率をＰＭ２（λ）とする。多モード光ファイバＭ３及び被測定光ファイバＭ４を備える光ファイバでの透過率をＰＭ１（λ）とする。
【００１２】
マルチモード励振法では、多モード光ファイバＭ３及び被測定光ファイバＭ４の境界で、測定波長λのうち実効遮断波長λｃｅｆｆより短波長側では、光強度があまり減少しないが、測定波長λのうち実効遮断波長λｃｅｆｆより長波長側では、光強度が大きく減少することを利用する。つまり、測定波長λが実効遮断波長λｃｅｆｆに短波長側から接近するにつれて、ＰＭ１（λ）／ＰＭ２（λ）は大きく減少する。そこで、ＰＭ１（λ）／ＰＭ２（λ）がある程度減少した測定波長λを、実効遮断波長λｃｅｆｆとする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】松本弘一編集、光測定器ガイド、オプトロニクス社、平成１６年、ｐｐ．１７６−１７８．
【非特許文献２】Ｋ．Ｊｉｎｇｕｊｉ,Ｎ．Ｔａｋａｔｏ，Ｙ．Ｈｉｄａ，Ｔ．Ｋｉｔｏｈ  ａｎｄ  Ｍ．Ｋａｗａｃｈｉ，“Ｔｗｏ−Ｐｏｒｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  Ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ  Ｃａｓｃａｄｅｄ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ  ｗｉｔｈ  Ｐｏｉｎｔ−Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．１０，ｐｐ．２３０１−２３１０，１９９６．
【非特許文献３】Ｂ．Ｅ．Ｌｉｔｔｌｅ  ａｎｄ  Ｔ．Ｍｕｒｐｈｙ，“Ｄｅｓｉｇｎ  Ｒｕｌｅｓ  ｆｏｒ  Ｍａｘｉｍａｌｌｙ  Ｆｌａｔ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｖｉｄｅｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，”ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１６０７−１６０９，１９９７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、曲げ損失法には、実効遮断波長λｃｅｆｆの測定精度が低いという問題がある。高次モードの曲げ損失が小さい光ファイバとして、ＢＩＦ（Ｂｅｎｄ  Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｆｉｂｅｒ）が開発されている。測定波長λのうち実効遮断波長λｃｅｆｆより短波長側でも、ＰＢ１（λ）が大きくＰＢ２（λ）及びＰＢ１（λ）の差分は小さくなるため、ＰＢ２（λ）がＰＢ１（λ）へある程度減少した測定波長λを精度良く求めることができず、ひいては実効遮断波長λｃｅｆｆを精度良く求めることができない。
【００１５】
そして、マルチモード励振法にも、実効遮断波長λｃｅｆｆの測定精度が低いという問題がある。通常では、多モード光ファイバＭ３では被測定光ファイバＭ４よりコア直径が大きいため、多モード光ファイバＭ３及び被測定光ファイバＭ４の境界で光が漏れ出す。測定波長λの全領域で、ＰＭ１（λ）はＰＭ２（λ）と比較して小さくなるため、ＰＭ１（λ）／ＰＭ２（λ）がある程度減少した測定波長λを精度良く求めることができず、ひいては実効遮断波長λｃｅｆｆを精度良く求めることができない。
【００１６】
被測定光ファイバＢ３及び多モード光ファイバＭ３において、高次モードの入力強度が基本モードの入力強度と比較して低いときにも、実効遮断波長λｃｅｆｆの測定精度が低くなる。被測定光ファイバＢ３及び被測定光ファイバＭ４において、第１高次モードＬＰ１１の漏れ損失が大きいＰＣＦ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｆｉｂｅｒ）が適用されるときにも、実効遮断波長λｃｅｆｆの測定精度が低くなる。
【００１７】
つまり、曲げ損失法では、測定波長λのうち実効遮断波長λｃｅｆｆより短波長側でも、ＰＢ２（λ）が小さくＰＢ２（λ）及びＰＢ１（λ）の差分は小さくなるため、ＰＢ２（λ）がＰＢ１（λ）へある程度減少した測定波長λを精度良く求めることができない。そして、マルチモード励振法では、測定波長λのうち実効遮断波長λｃｅｆｆより短波長側でも、ＰＭ１（λ）の高次モード成分が小さくなるため、ＰＭ１（λ）／ＰＭ２（λ）がある程度減少した測定波長λを精度良く求めることができない。
【００１８】
曲げ損失法及びマルチモード励振法では、被測定光ファイバＢ３及び被測定光ファイバＭ４において、ＯＨ基吸収損失（波長領域λ〜１４００ｎｍ）等の吸収損失が大きいときにも、実効遮断波長λｃｅｆｆの測定精度が低くなる。
【００１９】
マルチモード光伝送では、基本モードを有する光が伝搬されるうえに、高次モードを有する光が伝搬されるため、モード分散が補償されるならば、高速通信が可能である。伝搬が許容される最高の高次モードより高次の非許容モードを有する光が伝搬されないためには、非許容モードの遮断波長を測定して、使用波長帯域を非許容モードの遮断波長以上に設定する必要がある。しかし、任意の高次モードの実効遮断波長λｃｅｆｆを精度良く測定する技術は、上述の通り存在していなかった。
【００２０】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、基本モードの光強度の影響を低減しながら、任意の高次モードの遮断波長の測定を精度良く実行することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、高次モード励振器及び高次モード励振方法において、入力導波路の基本モードを出力導波路の高次モードに結合させることにより、入力導波路が入力され伝搬する基本モードを有する光を、出力導波路が伝搬し出力する高次モードを有する光に変換することとした。
【００２２】
そして、高次モード遮断波長測定システム及び高次モード遮断波長測定方法において、高次モード励振器が、光源からの入力光を基本モードを有する光として入力され、光ファイバへの出力光を高次モードを有する光として出力し、光スペクトラムアナライザが、光ファイバにおける損失の使用波長依存性を測定することにより、光ファイバにおける高次モードを有する光の遮断波長を測定することとした。
【００２３】
具体的には、本発明は、基本モードを有する光を伝搬可能な入力導波路と、高次モードを有する光を伝搬可能な出力導波路と、前記入力導波路の基本モードを前記出力導波路の高次モードに結合させることにより、前記入力導波路が入力され伝搬する基本モードを有する光を、前記出力導波路が伝搬し出力する高次モードを有する光に変換するモード励振部と、を備えることを特徴とする高次モード励振器である。
【００２４】
また、本発明は、基本モードを有する光が入力され、入力された基本モードを、出力する高次モードに結合させることにより、入力された基本モードを有する光を、出力する高次モードを有する光に変換して出力することを特徴とする高次モード励振方法である。
【００２５】
この構成によれば、基本モードを有する光の出力を抑制しながら、基本モードを有する光を任意の高次モードを有する光に変換することができる。
【００２６】
また、本発明は、前記モード励振部は、前記入力導波路及び前記出力導波路が平行に配置され、モード結合が発生する領域であるモード結合部と、前記入力導波路及び前記出力導波路が平行に配置されず光路差を有し、モード結合が発生しない領域であるモード遅延部と、を備え、前記モード励振部全体のモード励振効率は、使用波長に対して略依存せずに略一定であることを特徴とする高次モード励振器である。
【００２７】
この構成によれば、広帯域で、基本モードを有する光の出力を抑制しながら、基本モードを有する光を任意の高次モードを有する光に変換することができる。
【００２８】
また、本発明は、光源からの入力光を基本モードを有する光として入力され、光ファイバへの出力光を高次モードを有する光として出力し、基本モードを有する光として入力された前記光源からの入力光を、高次モードを有する光として出力する前記光ファイバへの出力光に変換する高次モード励振器と、前記光ファイバにおける損失の使用波長依存性を測定することにより、前記光ファイバにおける高次モードを有する光の遮断波長を測定する光スペクトラムアナライザと、を備えることを特徴とする高次モード遮断波長測定システムである。
【００２９】
また、本発明は、光源からの入力光が基本モードを有する光として入力され、入力された基本モードを、出力する高次モードに結合させることにより、基本モードを有する光として入力された前記光源からの入力光を、高次モードを有する光として出力する光ファイバへの出力光に変換して出力する高次モード励振ステップと、前記光ファイバにおける損失の使用波長依存性を測定することにより、前記光ファイバにおける高次モードを有する光の遮断波長を測定する光スペクトラム分析ステップと、を順に備えることを特徴とする高次モード遮断波長測定方法である。
【００３０】
この構成によれば、基本モードの光強度の影響を低減しながら、任意の高次モードの遮断波長の測定を精度良く実行することができる。光ファイバが通常の光ファイバのみならずＢＩＦやＰＣＦであっても、上述の効果を奏する。
【００３１】
また、本発明は、前記高次モード励振器は、前記光源からの入力光を基本モードを有する光として伝搬可能な入力導波路と、前記光ファイバへの出力光を高次モードを有する光として伝搬可能な出力導波路と、前記入力導波路の基本モードを前記出力導波路の高次モードに結合させることにより、前記入力導波路が基本モードを有する光として入力され伝搬する前記光源からの入力光を、前記出力導波路が高次モードを有する光として伝搬し出力する前記光ファイバへの出力光に変換するモード励振部と、を備えることを特徴とする高次モード遮断波長測定システムである。
【００３２】
この構成によれば、高次モード励振器が入力導波路の基本モードを出力導波路の高次モードに結合させることにより、基本モードの光強度の影響を低減しながら、任意の高次モードの遮断波長の測定を精度良く実行することができる。光ファイバが通常の光ファイバのみならずＢＩＦやＰＣＦであっても、上述の効果を奏する。
【００３３】
また、本発明は、前記モード励振部は、前記入力導波路及び前記出力導波路が平行に配置され、モード結合が発生する領域であるモード結合部と、前記入力導波路及び前記出力導波路が平行に配置されず光路差を有し、モード結合が発生しない領域であるモード遅延部と、を備え、前記モード励振部全体のモード励振効率は、使用波長に対して略依存せずに略一定であることを特徴とする高次モード遮断波長測定システムである。
【００３４】
この構成によれば、広帯域で、高次モード励振器が入力導波路の基本モードを出力導波路の高次モードに結合させることにより、基本モードの光強度の影響を低減しながら、任意の高次モードの遮断波長の測定を精度良く実行することができる。光ファイバが通常の光ファイバのみならずＢＩＦやＰＣＦであっても、上述の効果を奏する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、基本モードの光強度の影響を低減しながら、任意の高次モードの遮断波長の測定を精度良く実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実効遮断波長の光ファイバ長依存性を示す図である。
【図２】曲げ損失法に基づく高次モード遮断波長測定システムを示す図である。
【図３】マルチモード励振法に基づく高次モード遮断波長測定システムを示す図である。
【図４】本発明の高次モード励振器の構成を示す図である。
【図５】本発明の高次モード励振器の原理を示す図である。
【図６】本発明の高次モード励振器の変換効率を示す図である。
【図７】本発明の高次モード励振器の変換効率を示す図である。
【図８】本発明の高次モード遮断波長測定システムを示す図である。
【図９】本発明の高次モード遮断波長測定方法を示す図である。
【図１０】比較例の損失の波長依存性を示す図である。
【図１１】本発明の損失の波長依存性を示す図である。
【図１２】変形例の高次モード遮断波長測定システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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の例であり、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。
【００３８】
（高次モード励振器及び高次モード励振方法）
本発明の高次モード励振器の構成を図４に示す。高次モード励振器１は、入力導波路１１、出力導波路１２及びモード励振部１３から構成される。
【００３９】
入力導波路１１は、基本モードＬＰ０１を有する光を入力される。出力導波路１２は、基本モードＬＰ０１を有する光を出力することなく、第１高次モードＬＰ１１を有する光を出力する。モード励振部１３は、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１を出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１に結合させることにより、入力導波路１１が入力された基本モードＬＰ０１を有する光を、出力導波路１２が出力する第１高次モードＬＰ１１を有する光に変換する。
【００４０】
図４の上側は、入力導波路１１及び出力導波路１２において、実際の屈折率の分布を示す。入力導波路１１及び出力導波路１２のコア部分の屈折率はｎ１であり、入力導波路１１及び出力導波路１２のクラッド部分の屈折率はｎ０であり、比屈折率差はΔ＝（ｎ１２−ｎ０２）／（２ｎ１２）である。伝搬の方向に垂直な面内で、入力導波路１１の断面形状は、幅がｗ２であり高さがｈ（＝ｗ２）である矩形形状であり、出力導波路１２の断面形状は、幅がｗ１であり高さがｈ（＝ｗ２）である矩形形状である。伝搬の方向に垂直な面内で、入力導波路１１及び出力導波路１２の相互間の導波路間隔はｇである。
【００４１】
本発明の高次モード励振器の原理を図５に示す。入力導波路１１及び出力導波路１２において、実際の屈折率を実線で示し、各モードの実効屈折率を破線で示す。実際の屈折率は、入力導波路１１及び出力導波路１２のコア部分でｎｃｏｒｅ（＝ｎ１）であり、入力導波路１１及び出力導波路１２のクラッド部分でｎｃｌａｄ（＝ｎ０）である。
【００４２】
図５の上段は、出力導波路１２の幅ｗ１を入力導波路１１の幅ｗ２と等しくしたときを示す。出力導波路１２は、入力導波路１１と同様に、基本モードＬＰ０１のみを伝搬可能である。出力導波路１２の基本モードＬＰ０１の実効屈折率ｎｅｆｆ＿ＬＰ０１は、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１の実効屈折率ｎｅｆｆ＿ＬＰ０１とほぼ一致する。
【００４３】
図５の中段は、出力導波路１２の幅ｗ１を図５の上段より広くしたときを示す。出力導波路１２は、基本モードＬＰ０１及び第１高次モードＬＰ１１を伝搬可能である。出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１の実効屈折率ｎｅｆｆ＿ＬＰ１１は、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１の実効屈折率ｎｅｆｆ＿ＬＰ０１より小さく一致しない。よって、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１及び出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１は、位相整合が図られず結合可能でない。そこで、出力導波路１２の幅ｗ１を広くする。
【００４４】
図５の下段は、出力導波路１２の幅ｗ１を図５の中段より広くしたときを示す。出力導波路１２は、基本モードＬＰ０１及び第１高次モードＬＰ１１を伝搬可能である。出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１の実効屈折率ｎｅｆｆ＿ＬＰ１１は、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１の実効屈折率ｎｅｆｆ＿ＬＰ０１とほぼ一致する。よって、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１及び出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１は、位相整合が図られて結合可能である。このようにして、図４に示した入力導波路１１及び出力導波路１２の断面形状及び屈折率分布を設計することができる。
【００４５】
このように、基本モードＬＰ０１を有する光の出力を抑制しながら、基本モードＬＰ０１を有する光を第１高次モードＬＰ１１を有する光に変換することができる。ここで、出力導波路１２の他の高次モードの実効屈折率が、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１の実効屈折率ｎｅｆｆ＿ＬＰ０１とほぼ一致すれば、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１及び出力導波路１２の当該高次モードは、位相整合が図られて結合可能である。よって、基本モードＬＰ０１を有する光の出力を抑制しながら、基本モードＬＰ０１を有する光を任意の高次モードを有する光に変換することもできる。
【００４６】
モード励振部１３は、モード結合部１４−１、１４−２、１４−３及びモード遅延部１５−１、１５−２から構成されるため、モード励振部１３全体のモード励振効率は、使用波長に対して略依存せずに高い状態で略一定となる。
【００４７】
モード結合部１４−１、１４−２、１４−３は、入力導波路１１及び出力導波路１２が平行に配置され、モード結合が発生する領域である。モード遅延部１５−１、１５−２は、入力導波路１１及び出力導波路１２が平行に配置されず光路差を有し、モード結合が発生しない領域である。
【００４８】
モード結合部１４−１では、入力導波路１１及び出力導波路１２の光路長は、ともにＬ１である。モード結合部１４−２では、入力導波路１１及び出力導波路１２の光路長は、ともにＬ２である。モード結合部１４−３では、入力導波路１１及び出力導波路１２の光路長は、ともにＬ３である。モード遅延部１５−１では、入力導波路１１の光路長は、出力導波路１２の光路長より、光路差ΔＬ１だけ長い。モード遅延部１５−２では、入力導波路１１の光路長は、出力導波路１２の光路長より、光路差ΔＬ２だけ長い。
【００４９】
以下に、非特許文献２に記載の技術を応用して、モード結合部１４−１、１４−２、１４−３での光路長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びモード遅延部１５−１、１５−２での光路差ΔＬ１、ΔＬ２を適切に設計することにより、モード励振部１３全体のモード励振効率が、使用波長に対して略依存せずに高い状態で略一定となることを説明する。
【００５０】
使用波長λにおいて、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１及び出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１の結合効率が１００％となるような、曲げ部分を含まず平行に配置された入力導波路１１及び出力導波路１２の光路長は、Ｌｃ（λ）であるとする。使用波長λにおいて、モード結合部１４−１、１４−２、１４−３における、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１及び出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１の結合効率Ｐ１（λ）、Ｐ２（λ）、Ｐ３（λ）は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌｃ（λ）に基づいて算出される。
【００５１】
使用波長λにおいて、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１を有する光の波数と、出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１を有する光の波数は、β（λ）であるとする。使用波長λにおいて、モード励振部１３全体における、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１及び出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１の結合効率Ｐ（λ）は、Ｐ１（λ）、Ｐ２（λ）、Ｐ３（λ）、ΔＬ１、ΔＬ２、β（λ）に基づいて算出される。
【００５２】
モード結合部１４−１、１４−２、１４−３での光路長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びモード遅延部１５−１、１５−２での光路差ΔＬ１、ΔＬ２を適切に設計することにより、モード励振部１３全体のモード励振効率Ｐ（λ）は、使用波長λに対して略依存せずに高い状態で略一定となる。具体的な設計方法及び変換効率については後述する。
【００５３】
このように、広帯域で、基本モードＬＰ０１を有する光の出力を抑制しながら、基本モードＬＰ０１を有する光を第１高次モードＬＰ１１を有する光に変換することができる。ここで、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１及び出力導波路１２の他の高次モードの結合効率が１００％となるような、曲げ部分を含まず平行に配置された入力導波路１１及び出力導波路１２の光路長Ｌｃ（λ）が分かれば、モード励振部１３全体における入力導波路１１の基本モードＬＰ０１及び出力導波路１２の当該高次モードの結合効率Ｐ（λ）を、使用波長λに対して略依存させることなく高い状態で略一定とすることができる。よって、広帯域で、基本モードＬＰ０１を有する光の出力を抑制しながら、基本モードＬＰ０１を有する光を任意の高次モードを有する光に変換することもできる。
【００５４】
以下に、高次モード励振器１の設計方法を説明する。まず、入力導波路１１について、Δ及びｗ２を決定する。入力導波路１１において、使用波長帯域の下限波長において、単一モードのみが存在するかどうかを確認する。使用波長帯域の下限波長において、単一モードのみが存在するならば、使用波長帯域の全波長において、単一モードのみが存在する。この設計段階では、有限要素法などの導波路解析を適用することができる。
【００５５】
次に、出力導波路１２について、ｗ１を決定する。使用波長帯域の中心波長において、入力導波路１１の基本モードＬＰ０１と出力導波路１２の第１高次モードＬＰ１１が結合可能であるかどうかを確認する。使用波長帯域の中心波長において、モード結合が可能であるならば、使用波長帯域の全波長において、モード結合が可能と言える。この設計段階では、有限要素法などの導波路解析を適用することができる。
【００５６】
次に、モード励振部１３について、ｇ及びＬｃを決定する。所望の結合効率（例えば、使用波長帯域の全波長において、〜１００％）が得られるかどうかを確認する。この設計段階では、ビーム伝搬法などの伝搬解析を適用することができる。
【００５７】
次に、モード励振部１３について、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、ΔＬ１、ΔＬ２を決定する。所望の波長特性（例えば、使用波長帯域の全波長において、Ｐ（λ）が略一定）が得られるかどうかを確認する。以上で、高次モード励振器１の設計処理が終了する。
【００５８】
非特許文献３によれば、モード励振部１３が１個のモード遅延部１５を有するときには、β（λ）ΔＬ＝ａ（２π／３）（ａは正の整数）であるとき、モード励振器１全体のモード励振効率Ｐ（λ）は、使用波長λに対して略依存せずに約５０％となると考えられる。そこで、本実施形態では、モード励振部１３が２個のモード遅延部１５を有するにあたり、β（λ）ΔＬ１＝２π／３、β（λ）ΔＬ２＝４π／３と決定する。
【００５９】
本発明の高次モード励振器の変換効率を図６、７に示す。使用波長帯域は、１０００ｎｍから１８００ｎｍまでを想定している。変換効率は、入力導波路１１への入力の強度に対する、出力導波路１２からの出力の強度の比率である。
【００６０】
ｗ１＝１５．６μｍ、ｗ２＝５．５μｍ、Δ＝０．３５％、ｇ＝３．０μｍとしている。モード結合部１４−１、１４−２、１４−３において、図６ではＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝３００μｍとしており、図７ではＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝４００μｍとしている。モード遅延部１５−１、１５−２において、入力導波路１１の曲げ半径を、ともにＲ＝５０ｍｍとしており、入力導波路１１の曲げ領域の伝搬方向に平行な方向の長さを、それぞれｄＬ１＝５．７３ｍｍ、ｄＬ２＝４．００ｍｍとしており、入力導波路１１の曲げ領域の伝搬方向に垂直な方向の長さを、それぞれｄＷ１＝４１μｍ、ｄＷ２＝２０μｍとしている。ここで、ｄＬｉ＝２√｛（４Ｒ−ｄＷｉ）ｄＷｉ｝（ｉ＝１、２）が成り立つ。
【００６１】
〜１１００ｎｍから〜１８００ｎｍまでの使用波長帯域においては、変換効率は〜６０％以上である。〜１０００ｎｍから〜１１００ｎｍまでの使用波長帯域においては、変換効率は〜５０％以下であるが、基本モードＬＰ０１を有する光は出力されておらず、第１高次モードＬＰ１１を有する光のみ出力されている。
【００６２】
本実施形態では、モード励振部１３は、３個のモード結合部１４を有するとともに、入力導波路１１に伝搬遅延を与える２個のモード遅延部１５を有している。変形例として、モード励振部１３は、個数を限定されないモード結合部１４を有するとともに、入力導波路１１又は出力導波路１２に伝搬遅延を与える個数を限定されないモード遅延部１５を有してもよい。各モード結合部１４は、異なる光路長Ｌを有してもよく、同一の光路長Ｌを有してもよい。各モード遅延部１５は、異なる光路差ΔＬを有してもよく、同一の光路差ΔＬを有してもよい。モード励振部１３全体のモード励振効率は、本実施形態及び変形例でも、同様の考え方で算出することができ、同様の考え方で最適化することができる。
【００６３】
本実施形態では、モード励振部１３は、入力導波路１１において２個のモード遅延部１５を有している。変形例として、モード励振部１３は、入力導波路１１において１個のモード遅延部１５を有しており、出力導波路１２において１個のモード遅延部１５を有してもよい。ただし、本実施形態では、出力導波路１２は、高次モードを伝搬すべきところ、曲げを生じるモード遅延部１５を有さないため、当該高次モードを基本モードや他の高次モードに変換する問題がなく、当該高次モードを曲げ損失により減衰させる問題もない。
【００６４】
入力導波路１１の屈折率分布及び断面形状は、使用波長において基本モードのみが存在するならば、図４の上側に示した屈折率分布及び断面形状に限られない。出力導波路１２の屈折率分布及び断面形状は、使用波長において基本モード及び高次モードが存在し、入力導波路１１の基本モード及び出力導波路１２の高次モードが結合するならば、図４の上側に示した屈折率分布及び断面形状に限られない。
【００６５】
（高次モード遮断波長測定システム及び高次モード遮断波長測定方法）
本発明の高次モード遮断波長測定システムを図８に示す。図８の高次モード遮断波長測定システムＥは、白色光源Ｅ１、高次モード励振器１、被測定光ファイバＥ２、光スペクトラムアナライザＥ３及び接続点Ｅ４、Ｅ５から構成される。
【００６６】
高次モード励振器１は、図４、８で同様である。つまり、高次モード励振器１は、白色光源Ｅ１からの入力光を、基本モードＬＰ０１を有する光として入力導波路１１において入力され、被測定光ファイバＥ２への出力光を、基本モードＬＰ０１を有する光として出力導波路１２において出力することなく、第１高次モードＬＰ１１を有する光として出力導波路１２において出力する。これにあたり、高次モード励振器１は、基本モードＬＰ０１を有する光として入力導波路１１において入力された白色光源Ｅ１からの入力光を、第１高次モードＬＰ１１を有する光として出力導波路１２において出力する被測定光ファイバＥ２への出力光に変換する。
【００６７】
光スペクトラムアナライザＥ３は、被測定光ファイバＥ２における損失の使用波長依存性を測定することにより、被測定光ファイバＥ２における第１高次モードＬＰ１１を有する光の遮断波長を測定する。ここでの遮断波長は、理論遮断波長λｃではなく、実効遮断波長λｃｅｆｆである。接続点Ｅ４、Ｅ５は、被測定光ファイバＥ２を、それぞれ高次モード励振器１の出力導波路１２及び光スペクトラムアナライザＥ３に接続する。接続点Ｅ４、Ｅ５は、コネクタ接続、突き合わせ接続又は空間光学系などによるものである。
【００６８】
本発明の高次モード遮断波長測定方法を図９に示す。最初に、被測定光ファイバＥ２における損失の影響を受けていない、第１高次モードＬＰ１１の出力特性ＰＥ２（λ）を測定する。白色光源Ｅ１及び高次モード励振器１の入力導波路１１を接続する（ステップＳ１）。高次モード励振器１の出力導波路１２及び光スペクトラムアナライザＥ３を、接続点Ｅ４、Ｅ５を利用して接続する（ステップＳ２）。白色光源Ｅ１から、基本モードＬＰ０１を有する光を出力し、高次モード励振器１から、基本モードＬＰ０１を有する光を出力せず、第１高次モードＬＰ１１を有する光を出力し、高次モード励振器１からの第１高次モードＬＰ１１の出力特性ＰＥ２（λ）を測定する（ステップＳ３）。
【００６９】
次に、被測定光ファイバＥ２における損失の影響を受けている、第１高次モードＬＰ１１の出力特性ＰＥ１（λ）を測定する。高次モード励振器１の出力導波路１２及び光スペクトラムアナライザＥ３の接続を解除する（ステップＳ４）。高次モード励振器１の出力導波路１２及び被測定光ファイバＥ２の入力側を、接続点Ｅ４を利用して接続する（ステップＳ５）。被測定光ファイバＥ２の出力側及び光スペクトラムアナライザＥ３を、接続点Ｅ５を利用して接続する（ステップＳ６）。白色光源Ｅ１から、基本モードＬＰ０１を有する光を出力し、高次モード励振器１から、基本モードＬＰ０１を有する光を出力せず、第１高次モードＬＰ１１を有する光を出力し、被測定光ファイバＥ２からの第１高次モードＬＰ１１の出力特性ＰＥ１（λ）を測定する（ステップＳ７）。
【００７０】
最後に、ステップＳ３で測定した第１高次モードＬＰ１１の出力特性ＰＥ２（λ）と、ステップＳ７で測定した第１高次モードＬＰ１１の出力特性ＰＥ１（λ）と、の比ＰＥ１（λ）／ＰＥ２（λ）を算出する。そして、損失特性を短波長側から掃引し、損失特性の下降が飽和した波長を実効遮断波長λｃｅｆｆとする（ステップＳ８）。
【００７１】
比較例の損失の波長依存性を図１０に示す。比較例では、図３のマルチモード励振法を利用している。基本モードＬＰ０１及び第１高次モードＬＰ１１を合わせた光ファイバでの損失は、１０ｌｏｇ（ＰＭ１（λ）／ＰＭ２（λ））で表わされる。λ〜１５５０ｎｍからλ〜１３００ｎｍへと向かうにつれて、ＯＨ基吸収損失が発生するλ〜１４００ｎｍを除いて、光ファイバでの損失が直線的に増加しており、光ファイバでの損失特性は、左肩下がりの破線のうち下側の破線で近似することができる。λ〜１２５０ｎｍからλ〜１３００ｎｍへと向かうにつれて、第１高次モードＬＰ１１の損失が直線的に増加しており、光ファイバでの損失特性は、右肩下がりの破線で近似することができる。
【００７２】
基本モードＬＰ０１及び第１高次モードＬＰ１１を合わせた光ファイバでの損失が０．１ｄＢだけ減少する方向に、左肩下がりの破線のうち下側の破線を移し、左肩下がりの破線のうち上側の破線を引く。左肩下がりの破線のうち上側の破線及び右肩下がりの破線の交点を求め、実効遮断波長λｃｅｆｆ＝１２８７ｎｍを求めることができる。
【００７３】
本発明の損失の波長依存性を図１１に示す。本発明では、図８の高次モード励振器１を利用している。第１高次モードＬＰ１１の損失は、１０ｌｏｇ（ＰＥ１（λ）／ＰＥ２（λ））で表わされる。λ〜１２５０ｎｍからλ〜１３００ｎｍへと向かうにつれて、第１高次モードＬＰ１１の損失が直線的に増加しており、第１高次モードＬＰ１１の損失特性は、右肩下がりの破線で近似することができる。第１高次モードＬＰ１１の損失特性の下降の飽和波長を求め、実効遮断波長λｃｅｆｆ＝１２９３ｎｍを求めることができる。
【００７４】
このように、本発明でも、比較例と同様に、実効遮断波長λｃｅｆｆ〜１２９０ｎｍを求めることができる。しかし、本発明では、比較例と異なり、基本モードＬＰ０１の光強度の影響を低減しながら、第１高次モードＬＰ１１の遮断波長の測定を精度良く実行することができる。つまり、本発明では、比較例と異なり、λ〜１２５０ｎｍからλ〜１３００ｎｍへと向かうにつれて、被測定光ファイバＥ２での損失が急激に増加するため、第１高次モードＬＰ１１の遮断波長の測定を精度良く実行することができる。
【００７５】
本発明は、基本モードＬＰ０１の光強度の影響を低減することができるため、第１高次モードＬＰ１１の曲げ損失が小さい光ファイバであるＢＩＦや、第１高次モードＬＰ１１の漏れ損失が大きいＰＣＦに、適用することができる。また、本発明は、コア直径が異なる光ファイバの境界で光が漏れ出す問題がない。また、本発明は、ＯＨ基吸収損失（波長領域λ〜１４００ｎｍ）等の吸収損失が影響する問題がない。
【００７６】
さらに、高次モード励振器１が、広帯域で、基本モードＬＰ０１を有する光の出力を抑制しながら、基本モードＬＰ０１を有する光を任意の高次モードを有する光に変換することもできるならば、高次モード遮断波長測定システムＥは、広帯域で、基本モードＬＰ０１の光強度の影響を低減しながら、任意の高次モードの遮断波長の測定を精度良く実行することもできる。
【００７７】
変形例の高次モード遮断波長測定システムを図１２に示す。図１２の高次モード遮断波長測定システムＥは、白色光源Ｅ１、高次モード励振器１、被測定光ファイバＥ２、光スペクトラムアナライザＥ３及び接続点Ｅ４、Ｅ５から構成される。高次モード励振器１は、高次モード励振器１−１及び高次モード励振器１−２から構成され、高次モード励振器１−１は、入力導波路１１−１及び出力導波路１２−１から構成され、高次モード励振器１−２は、入力導波路１１−２及び出力導波路１２−２から構成される。
【００７８】
高次モード励振器１−１及び高次モード励振器１−２は、縦列に接続されている。つまり、高次モード励振器１−１の出力導波路１２−１の出力側と、高次モード励振器１−２の出力導波路１２−２の入力側が、接続されている。
【００７９】
高次モード励振器１−１では、入力導波路１１−１が、白色光源Ｅ１から基本モードＬＰ０１を有する光を入力され、入力導波路１１−１の基本モードＬＰ０１を出力導波路１２−１の第１高次モードＬＰ１１に結合させ、出力導波路１２−１が、被測定光ファイバＥ２に第１高次モードＬＰ１１を有する光を出力する。
【００８０】
高次モード励振器１−２では、入力導波路１１−２が、白色光源Ｅ１から基本モードＬＰ０１を有する光を入力され、入力導波路１１−２の基本モードＬＰ０１を出力導波路１２−２の第２高次モードＬＰ２１に結合させ、出力導波路１２−２が、被測定光ファイバＥ２に第２高次モードＬＰ２１を有する光を出力する。
【００８１】
このように、複数の高次モード励振器１が、入力導波路１１において基本モードＬＰ０１を有する光を入力され、出力導波路１２においてそれぞれ異なる高次モードを有する光を出力し、それぞれ縦列に接続されることにより、複数の高次モードの遮断波長の測定を実行することができる。ただし、他の高次モードの光強度の影響を低減しながら、ある高次モードの遮断波長の測定を精度良く実行するためには、複数の高次モード励振器１は、それぞれ別個のタイミングで処理を実行することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係る高次モード励振器、高次モード遮断波長測定システム、高次モード励振方法及び高次モード遮断波長測定方法は、シングルモード光伝送方式及びマルチモード光伝送方式のいずれにも適用することができるとともに、通常の光ファイバ並びにＢＩＦ及びＰＣＦ等の特殊な光ファイバのいずれにも適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
Ｂ：高次モード遮断波長測定システム
Ｂ１：白色光源
Ｂ２：分光器
Ｂ３：被測定光ファイバ
Ｂ４：受光器
Ｂ５：計算機
Ｍ：高次モード遮断波長測定システム
Ｍ１：白色光源
Ｍ２：分光器
Ｍ３：多モード光ファイバ
Ｍ４：被測定光ファイバ
Ｍ５：受光器
Ｍ６：計算機
Ｅ：高次モード遮断波長測定システム
Ｅ１：白色光源
Ｅ２：被測定光ファイバ
Ｅ３：光スペクトラムアナライザ
Ｅ４、Ｅ５：接続点
１、１−１、１−２：高次モード励振器
１１、１１−１、１１−２：入力導波路
１２、１２−１、１２−２：出力導波路
１３：モード励振部
１４、１４−１、１４−２、１４−３：モード結合部
１５、１５−１、１５−２：モード遅延部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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