(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モード毎に変調周波数が異なる信号光を入力して、信号光とクロストーク光の強度差によってモード間のクロストークを測定するクロストーク測定装置であって、
Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）の変調周波数の異なる変調信号光を生成して出力する光送信手段と、
前記光送信手段から出力された前記変調信号光が被測定物に入力されて異なるモードに変換され、該被測定物より出力された出力光を受信する光受信手段と、
前記光受信手段により受信した前記出力光の変調信号に基づき、前記被測定物のモード間のクロストークを算出するクロストーク算出手段と
を備えることを特徴とするクロストーク測定装置。
【請求項２】
前記光受信手段は、受信した前記出力光を電気信号に変換する光電気変換手段と、
変調周波数に対する前記電気信号の強度を測定する電気信号測定手段とをさらに備え、  前記クロストーク算出手段は、前記変調周波数それぞれに対する前記電気信号の測定強度間の差分より前記クロストークを算出することを特徴とする請求項１に記載のクロストーク測定装置。
【請求項３】
前記光受信手段は、受信した前記出力光の波長もしくは周波数に対する光パワーを測定する光測定手段をさらに備え、
前記変調周波数が、前記波長もしくは周波数の測定分解能よりも大きく、
光透過スペクトルの波長λｐとλｑ（ｐとｑは異なる整数）もしくは周波数νｐとνｑに対する透過率の差分より前記クロストークを算出することを特徴とする請求項１に記載のクロストーク測定装置。
【請求項４】
モード毎に変調データが異なる信号光を入力して、信号光とクロストーク光の強度差によってモード間のクロストークを測定するクロストーク測定装置であって、
Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）の変調データの異なる変調信号光を生成して出力する光送信手段と、
前記光送信手段から出力された前記変調信号光が被測定物に入力されて異なるモードに変換され、該被測定物より出力された出力光を受信する光受信手段と、
前記光受信手段により受信した前記出力光の変調信号に基づき、前記被測定物のモード間のクロストークを算出するクロストーク算出手段と
を備えることを特徴とするクロストーク測定装置。
【請求項５】
前記光受信手段は、受信した前記出力光の符号誤り率を測定する符号誤り率測定手段をさらに備え、
前記クロストーク算出手段は、前記Ｍ個の変調信号光に対し測定された符号誤り率よりＱ値ペナルティ値を求め、該Ｑ値ペナルティ値の差分より前記クロストークを算出することを特徴とする請求項４に記載のクロストーク測定装置。
【請求項６】
前記光受信手段は、１入力Ｍ出力のモード分波器を備える、
もしくは、前記光送信手段は、Ｍ入力１出力のモード合波器を備える、
もしくは、前記光送信手段にＭ入力１出力のモード合波器を、前記光受信手段に１入力Ｍ出力のモード分波器を備える
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のクロストーク測定装置。
【請求項７】
モード毎に変調周波数が異なる信号光を入力して、信号光とクロストーク光の強度差によってモード間のクロストークを測定するクロストーク測定装置が行うクロストーク測定方法であって、
Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）の変調周波数の異なる変調信号光を生成して出力する光送信ステップと、
前記光送信ステップにより出力された前記変調信号光が被測定物に入力されて異なるモードに変換され、該被測定物より出力された出力光を受信する光受信ステップと、
前記光受信ステップにより受信した前記出力光の変調信号に基づき、前記被測定物のモード間のクロストークを算出するクロストーク算出ステップと
を有することを特徴とするクロストーク測定方法。
【請求項８】
モード毎に変調データが異なる信号光を入力して、信号光とクロストーク光の強度差によってモード間のクロストークを測定するクロストーク測定装置が行うクロストーク測定方法であって、
Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）の変調データの異なる変調信号光を生成して出力する光送信ステップと、
前記光送信ステップにより出力された前記変調信号光が被測定物に入力されて異なるモードに変換され、該被測定物より出力された出力光を受信する光受信ステップと、
前記光受信ステップにより受信した前記出力光の変調信号に基づき、前記被測定物のモード間のクロストークを算出するクロストーク算出ステップと
を有することを特徴とするクロストーク測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信におけるクロストークを測定するクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光ファイバ通信の普及に伴うブロードバンドサービスの急速な発展とともに、通信容量は年々増え続けている。通信容量の急増に対応する光ネットワークの大容量化は、これまで、光ファイバの構造は変えずに、光通信システム装置の大容量化により実現されてきた。現在の大容量光ネットワークの基盤となっている光ファイバは、１本の光ファイバに光信号の通路となる１つのコアを持つもので、毎秒１テラビットの容量を長距離に渡り伝送する光ネットワークが実用化されている。しかし、近年の通信容量の増加率から、さらなる通信容量の大容量化が課題となっていた。
【０００３】
このような中で、１つのコアに複数のモードを伝送させるモード分割多重光通信技術が注目されている。複数のモードを用いることで、１本の光ファイバで伝送できる容量はモード数分だけ増大する。このモード分割多重光通信の実現には、複数のモードを伝搬するマルチモード光ファイバ（伝搬モードの制御がしやすい低次の少数のモードのみを選択的に伝搬する数モード光ファイバ・フューモード光ファイバを含む）や、モードを合波、分波できるモード合分波器が重要部品である。最近の光伝送試験では、ＬＰ０１とＬＰ１１（ＬＰ１１ａとＬＰ１１ｂに縮退）モードの３つのモード（ＬＰ０１モード、ＬＰ１１ａモード、ＬＰ１１ｂモード）を伝搬するよう設計された数モード光ファイバと、位相板と空間光学系によるモード合分波器によるモード分割多重伝送が示された（例えば、非特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、数モード光ファイバと、スポット型のモード合分波器によるモード分割多重伝送（例えば、非特許文献３参照）、三つのコアを近接させた強結合型の数モード光ファイバと３つのコリメーターによるモード分割多重伝送（例えば、非特許文献４参照）などが報告されている。さらに、数モード光ファイバと、６本の導波路を近接させたモード合分波器を用いて、１本のコアで６つのモードまで伝搬させた伝送（例えば、非特許文献５参照）が報告されている。また、上記伝送以外のその他のモード合分波器として、垂直グレーティング型のモード合分波器（例えば、非特許文献６参照）や、グレーティング型のモード合分波器（例えば、非特許文献７参照）が報告されている。
【０００５】
これらマルチモード光ファイバやモード合分波器内、そしてこれら光部品の接続点において、あるモードが別のモードに変換されることでクロストークとなり、信号品質が劣化する。そのため、モード分割多重通信用では、モード間のクロストークは重要な性能指数の一つである。複数モードのモード間クロストークを測定する方法として、以下のような測定方法がある。
【０００６】
非特許文献８には、各モードグループのパルス波形のモーメントとエネルギーを測定し、モード結合係数を計算する方法が開示されている。また非特許文献９には、管状のモードをマルチモード光ファイバに入力し、出力されたフィールド分布の内側のモード（モードμ１＝２、Ｆｉｇ．６ｂ）と、外側のモード（モードμ２＝１２、Ｆｉｇ．６ａ）をマスキング技術で空間的に分け、それぞれのパワーを測定してモードクロストークを算出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】R.Ryf et al.,OFC2011、PDPB10.
【非特許文献２】E.Ip et al.,OFC2013、PDP5A.2.
【非特許文献３】R.Ryf et al.,OFC2012、PDP5B.5.
【非特許文献４】S.Randel et al.,OFC2012、PDP5C.2.
【非特許文献５】R.Ryf et al.,OFC2013、PDP5A.1.
【非特許文献６】A.M.J.Koonen et al.,IEEE Photonics Technology Letters、Vol.24、No.21、pp.1961-1964、Nov.2012.
【非特許文献７】I.Giles et al.,IEEE Photonics Technology Letters、Vol.24、No.21、pp.1922-1925、Nov.2012.
【非特許文献８】K.Kitayama et al.,Applied Optics、Vol.17、No.24、pp.3979-3983、Dec.1978.
【非特許文献９】S.Berdague et al.,Applied Optics、Vol.21、No.11、pp.1950-1955、June 1982.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、近年ではモード分割多重光通信技術の研究開発が急速に進んでおり、モード分割多重伝送技術による更なる伝送容量の拡大や実用システムへの導入には、高性能なマルチモード光ファイバやモード合分波器の実現が必須である。これら光部品の、伝送における性能の評価指標として、モード間の損失差、モード分散、モード間のクロストークなどがあり、正確に評価することが重要である。
【０００９】
上記評価指標のうち、モード間の損失差やモード分散は、従来の測定技術で評価できるものの、モード間のクロストークを評価する一般的な測定法は無く、従来技術では定量化が困難であった。モード間のクロストークとは、あるモードが別のモードに変換される割合を示したものであり、光部品単体だけでなく、光部品間の接続点でも生じる。したがって、モード分割多重伝送用装置の組み立て、光伝送路の構築、実システムへの導入時など、随時評価する必要があり、モードクロストークを精度良く測定できる方法の確立、およびユーザが簡単に測定できるための測定装置が必要とされていた。
【００１０】
前述した従来技術を適用して、モード結合係数を求め、それよりモードクロストークを推定する手法が考えられるが、この方法には以下の問題がある。非特許文献８のＦｉｇ．３に、各モードを８．５ｋｍ伝搬させた後の出力波形が示されている。モードグループ５〜８は判別できるものの、モードグループ０〜４は重なっており、判別するのが困難である。また、非特許文献８のＦｉｇ．７に、各モードを０．５１ｋｍ伝搬させた後の出力波形が示されている。これでも、モードグループ０〜４は判別するのが困難である。また、非特許文献８のＦｉｇ．１０に、モード結合係数の理論値と測定値が示されている。８．５ｋｍ伝搬させたケース１では、理論値と測定値の傾向が比較的合っているが、０．５１ｋｍ伝搬させたケース２では、理論値と測定値は大きくずれている。被測定物の長さによって、モード結合係数の測定精度が変化し、測定できる被測定物の長さが限られる。さらに、異なる被測定物では、長さと測定精度の関係も異なる可能性があり、どの長さであれば測定できるか不明確である。
【００１１】
以上の結果から、従来技術による方法では低次のモードグループの判別が困難であり、近年のモード分割多重通信で用いられている低次のモードの結合係数を求めることができない。また、被測定物の長さによって測定精度が変化し、測定値の精度が不明確という問題がある。
【００１２】
また、前述した従来技術を適用して、フィールド分布の強度の測定によりモードクロストークを算出する手法が考えられるが、この方法には以下の問題がある。近年のモード分割多重伝送で使用される代表的なモードであるＬＰ０１モード（基本モード）や、ＬＰ１１モードのフィールド分布は互いに重なり合っているため、フィールド分布が分別できず、これらのモードのモードクロストークが測定できない。このように、フィールド分布を用いる方法では、内側のモード（モード２）と、外側のモード（モード１２）のように特殊な形状を有するモードに限られ、一般的なモードのモードクロストークには適用できないという問題がある。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光通信におけるモード間のクロストークを測定することができるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、モード毎に変調周波数が異なる信号光を入力して、信号光とクロストーク光の強度差によってモード間のクロストークを測定するクロストーク測定装置であって、Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）の変調周波数の異なる変調信号光を生成して出力する光送信手段と、前記光送信手段から出力された前記変調信号光が被測定物に入力されて異なるモードに変換され、該被測定物より出力された出力光を受信する光受信手段と、前記光受信手段により受信した前記出力光の変調信号に基づき、前記被測定物のモード間のクロストークを算出するクロストーク算出手段とを備えることを特徴とするクロストーク測定装置である。
【００１６】
本発明は、前記光受信手段は、受信した前記出力光を電気信号に変換する光電気変換手段と、変調周波数に対する前記電気信号の強度を測定する電気信号測定手段とをさらに備え、前記クロストーク算出手段は、前記変調周波数それぞれに対する前記電気信号の測定強度間の差分より前記クロストークを算出することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、前記光受信手段は、受信した前記出力光の波長もしくは周波数に対する光パワーを測定する光測定手段をさらに備え、前記変調周波数が、前記波長もしくは周波数の測定分解能よりも大きく、前記光透過スペクトルの波長λｐとλｑ（ｐとｑは異なる整数）もしくは周波数νｐとνｑに対する透過率の差分より前記クロストークを算出することを特徴とする。
【００１８】
本発明は、モード毎に変調データが異なる信号光を入力して、信号光とクロストーク光の強度差によってモード間のクロストークを測定するクロストーク測定装置であって、Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）の変調データの異なる変調信号光を生成して出力する光送信手段と、前記光送信手段から出力された前記変調信号光が被測定物に入力されて異なるモードに変換され、該被測定物より出力された出力光を受信する光受信手段と、前記光受信手段により受信した前記出力光の変調信号に基づき、前記被測定物のモード間のクロストークを算出するクロストーク算出手段とを備えることを特徴とするクロストーク測定装置である。
【００１９】
本発明は、前記光受信手段は、受信した前記出力光の符号誤り率を測定する符号誤り率測定手段をさらに備え、前記クロストーク算出手段は、前記Ｍ個の変調信号光に対し測定された符号誤り率よりＱ値ペナルティを求め、該Ｑ値ペナルティ値の差分より前記クロストークを算出することを特徴とする。
【００２０】
本発明は、前記光受信手段は、１入力Ｍ出力のモード分波器を備える、もしくは、前記光送信手段は、Ｍ入力１出力のモード合波器を備える、もしくは、前記光送信手段にＭ入力１出力のモード合波器を、前記光受信手段に１入力Ｍ出力のモード分波器を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明は、モード毎に変調周波数が異なる信号光を入力して、信号光とクロストーク光の強度差によってモード間のクロストークを測定するクロストーク測定装置が行うクロストーク測定方法であって、Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）の変調周波数の異なる変調信号光を生成して出力する光送信ステップと、前記光送信ステップにより出力された前記変調信号光が被測定物に入力されて異なるモードに変換され、該被測定物より出力された出力光を受信する光受信ステップと、前記光受信ステップにより受信した前記出力光の変調信号に基づき、前記被測定物のモード間のクロストークを算出するクロストーク算出ステップとを有することを特徴とするクロストーク測定方法である。
本発明は、モード毎に変調データが異なる信号光を入力して、信号光とクロストーク光の強度差によってモード間のクロストークを測定するクロストーク測定装置が行うクロストーク測定方法であって、Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）の変調データの異なる変調信号光を生成して出力する光送信ステップと、前記光送信ステップにより出力された前記変調信号光が被測定物に入力されて異なるモードに変換され、該被測定物より出力された出力光を受信する光受信ステップと、前記光受信ステップにより受信した前記出力光の変調信号に基づき、前記被測定物のモード間のクロストークを算出するクロストーク算出ステップとを有することを特徴とするクロストーク測定方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光通信におけるモード間のクロストークを簡単な装置構成で容易に測定することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態におけるモード間のクロストークの測定方法の基本構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態におけるモード間のクロストーク測定方法の一例を示す説明図である。
【図３】図２に示すクロストーク測定方法によって測定したそれぞれの変調周波数に対する出力光の強度の測定結果を示す図である。
【図４】モード間のクロストーク測定方法の一例を示す説明図である。
【図５】図４に示すクロストーク測定方法によって測定したそれぞれの変調周波数に対する出力光の強度の測定結果を示す図である。
【図６】第１実施形態で用いた光送信部１０１、被測定物１０２及び光受信部１０３の内部構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態における光スイッチを光受信部に内蔵したクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】電気スイッチを光受信部に内蔵したクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】第４実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示すクロストーク測定装置において、それぞれの変調周波数に対する出力光の強度の測定結果を示す図である。
【図１２】Ｍ個のシングルモード入力をＭ個のモードに変換・合波し出力するモード合波器３０１と、モード分割多重信号を伝送するマルチモード光ファイバ３０２とから構成された被測定物の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２に示すクロストーク測定装置において、それぞれの変調周波数に対する出力光の強度の測定結果を示す図である。
【図１４】図１１に示す測定強度と図１３に示す測定強度の差分を示す図である。
【図１５】第５実施形態におけるモードクロストークの測定装置を示すブロック図である。
【図１６】波長に対する透過スペクトルの測定結果を示す図である。
【図１７】周波数に対する透過スペクトルの測定結果を示す図である。
【図１８】第６実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】第７実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】第８実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】第９実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】第１０実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２３】図２２に示す測定器４０１の外観を示す図である。
【図２４】第１１実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】データ１のみ入力時、データ１とデータ２入力時、データ１、２、３入力時に対するＱ値を示す図である。
【図２６】測定で使用したデータ１のＱ値ペナルティとクロストークの関係を示す図である。
【図２７】第１２実施形態におけるクロストーク測定装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２８】図２７に示すクロストーク測定装置の外観を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。図１は同実施形態におけるモード間のクロストークの測定方法の基本構成を示すブロック図である。なお、本明細書及び図面において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。本実施形態におけるクロストーク測定では、異なる電気信号で変調された複数の変調信号光を生成する光送信部１０１と、光を受信する光受信部１０３を用いる。光送信部１０１で生成された複数の変調信号光１、変調信号光２、…、変調信号光Ｍ（Ｍは２以上の整数）は被測定物１０２に入力され、被測定物１０２内部で異なるモードに変換される。そして、被測定物１０２より出力された出力光が光受信部１０３で受信され、その変調信号により被測定物１０２のモード間のクロストークを算出する。以上が本実施形態におけるクロストーク測定装置で用いる測定方法の基本構成である。
【００２５】
次に、モード間のクロストーク測定方法をより具体的に説明する。本実施形態では、変調信号光として、変調周波数が異なるＭ個（Ｍは２以上の整数）の変調信号光を使用した。また測定方法を理解しやすくするため、本実施形態で評価する被測定物１０２はＭ本の入力ポートとＭ本の出力ポートを備え、光をｍ（１≦ｍ≦Ｍ）本目の入力ポートより入力すると主にモードｍが励振され、被測定物１０２内のモードｍの光は主にｍ本目の出力ポートより出力される性質を有すると仮定する。これについては図６を参照して後述する。
【００２６】
図２は、第１実施形態におけるモード間のクロストーク測定方法の一例を示す説明図である。図２に示すように、光送信部１０１において生成した変調周波数ｆｍ１、ｆｍ２、…、ｆｍＭのＭ個の変調信号光を被測定物１０２のＭ本の入力ポートにそれぞれ入力し、被測定物１０２の１本目の出力ポートから出力された出力光の強度を光受信部１０３で測定する。図３は、図２に示すクロストーク測定方法によって測定したそれぞれの変調周波数に対する出力光の強度の測定結果を示す図である。図３において、縦軸Ｐｏは電気の測定強度Ｐｅから換算した値である。前述の通り、本実施形態の被測定物１０２は、変調周波数ｆｍ１の変調信号光１でモード１が励振されるので、変調周波数ｆｍ１における測定光強度Ｐｏ１が、本被測定物１０２におけるモード１の透過パワーである。測定強度Ｐｏは受信した光の絶対強度でもよいし、入力に対する相対強度でもよい。
【００２７】
被測定物１０２に入力する前の変調周波数ｆｍ１の入力光強度と出力光強度との差分、すなわち入力に対する相対強度を取ることで、モード１のモード損失を同時に測定することもできる。続いて、変調周波数ｆｍ２の変調信号光２でモード２が励振され、大部分は本被測定物１０２のポート２より出力されるが、ポート１に漏れてきた光の測定強度がＰｏ２である。したがって、Ｐｏ１とＰｏ２をデシベルに換算し、その差分より、モード１へのモード２のモードクロストークＸＴ１−２を算出する。さらに、変調周波数ｆｍＭの変調信号光ＭでモードＭが励振されるが、ポート１に漏れてきた光の測定強度がＰｏＭである。モード１へのモードＭのモードクロストークＸＴ１−Ｍは同様に、（１）式により算出する。
ＸＴ１−Ｍ＝−（１０・ｌｏｇ１０Ｐｏ１−１０・ｌｏｇ１０ＰｏＭ）＝−１０・ｌｏｇ１０（Ｐｏ１／ＰｏＭ）・・・（１）
【００２８】
図４は、モード間のクロストーク測定方法の一例を示す説明図である。図４に示すように、光送信部１０１において生成した変調周波数ｆｍ１、ｆｍ２、…、ｆｍＭのＭ個の変調信号光を被測定物１０２のＭ本の入力ポートにそれぞれ入力し、被測定物１０２の２本目の出力ポートから出力された出力光の強度を光受信部１０３で測定する。図５は、図４に示すクロストーク測定方法によって測定したそれぞれの変調周波数に対する出力光の強度の測定結果を示す図である。図５において、縦軸Ｐｏは電気の測定強度Ｐｅから換算した値である。変調周波数ｆｍ２に対する測定光強度Ｐｏ２と変調周波数ｆｍ１に対する測定光強度Ｐｏ１間の差分よりモード２へのモード１のモードクロストークＸＴ２−１が算出され、変調周波数ｆｍ２に対する測定光強度Ｐｏ２と変調周波数ｆｍＭに対する測定光強度ＰｏＭ間の差分よりモード２へのモードＭのモードクロストークＸＴ２−Ｍが算出される。残りの出力ポートについて同様の測定を行うことで、本被測定物１０２における全てのモード間の組み合わせのモードクロストークが得られる。
【００２９】
図６は、本実施形態で用いた光送信部１０１、被測定物１０２及び光受信部１０３の内部構成を示すブロック図である。光送信部１０１は、光源２０１と、光源２０１の光強度をＭ等分する光分岐２１１と、光分岐２１１に接続され、それぞれ変調周波数ｆｍ１、ｆｍ２、…、ｆｍＭで変調されるＭ（図６に示す例ではＭ＝３）個の変調器２２１、２２２、２２３を備える。被測定物１０２はモード分割多重伝送路であり、Ｍ個のシングルモード入力をＭ個のモードに合波し出力するモード合波器３０１と、モード分割多重信号を伝送するマルチモード光ファイバ３０２と、モード多重された光を分波し、Ｍ個の出力にシングルモード光を出力するモード分波器３０３とから構成される。光受信部１０３は、受信した光信号を電気信号に変換する光電気変換器２５１と、変調周波数に対する電気信号の強度を測定する電気スペクトラム測定器２６１とを備える。光の測定強度Ｐｏと電気の測定強度Ｐｅの間にはＰｅ＝ｋ×Ｐ2ｏ（ｋ：係数）の関係があるので、電気スペクトラム測定器２６１における測定強度Ｐｅを光の強度Ｐｏに変換することで（１）式を用いることができる。
【００３０】
本実施形態の測定装置で用いる測定原理では、前述のように、ある変調周波数に対応する出力光強度の測定値のデシベル換算と、異なる変調周波数に対応する出力光強度の測定値のデシベル換算の差分を評価するので、測定しようとしているモードクロストークの範囲以上のダイナミックレンジを有する電気スペクトラム測定器２６１を用いることが望ましい。例えば、光ファイバ通信で評価されるクロストークは、一般的に０ｄＢ〜−４０ｄＢの範囲内であり、モードについてもこの範囲内が測定できれば充分である。電気スペクトラム測定器２６１のダイナミックレンジは一般的には７０ｄＢ位あるので、本測定装置では、測定方法として原理的にモード分割多重伝送の実用システムに必要なモードクロストークの測定性能を充分備えていると言える。
【００３１】
次に、本実施形態によるモードクロストーク評価の一例を説明する。モード合波器３０１、モード分波器３０３としては、位相板と空間光学系を組み合わせたものを使用した（構成法は例えば非特許文献１のＦｉｇ．１を参照）。モード合波器３０１の１本目の入力ポートよりシングルモード光を入力するとモード合波器３０１の出力ポートよりＬＰ０１モード（モード１）が出力され、モード合波器３０１の２本目の入力ポートよりシングルモード光を入力するとモード合波器３０１の出力ポートよりＬＰ１１ａモード（モード２）が出力され、モード合波器３０１の３本目の入力ポートよりシングルモード光を入力するとモード合波器３０１の出力ポートよりＬＰ１１ｂモード（モード３）が出力されるようモード合波器３０１を構成した。
【００３２】
モード分波器３０３の入力ポートよりＬＰ０１モード（モード１）を入力するとモード分波器３０３の１本目の出力ポートよりシングルモード光が出力され、モード分波器３０３の入力ポートよりＬＰ１１ａモード（モード２）を入力するとモード分波器３０３の２本目の出力ポートよりシングルモード光が出力され、モード分波器３０３の入力ポートよりＬＰ１１ｂモード（モード３）を入力するとモード分波器３０３の３本目の出力ポートよりシングルモード光が出力されるようモード合波器３０１を構成した。マルチモード光ファイバ３０２としては、長さ１０ｋｍのステップインデックス型の数モード光ファイバ（フューモード光ファイバ）を使用した。
【００３３】
光送信部１０１の光源２０１の波長は１５５０ｎｍ、Ｍ＝３とし、光分岐２１１で３分岐した光を変調器２２１〜２２３により変調をかけた。前述の通り、本測定法では、異なる変調周波数でクロストーク光を識別するため、変調周波数に高調波成分や、変調周波数でビートが発生する可能性を考慮すれば、異なる変調周波数は互いに倍数関係になく、その差周波成分及び和周波成分が変調周波数と弁別できる関係にある変調周波数成分を選択することが望ましい。例えば、変調周波数ｆｍ１が１５０ｋＨｚだとすると、ｆｍ２〜ｆｍＭとして、１５０ｋＨｚの倍数である３００ｋＨｚ、４５０ｋＨｚ、・・・、以外の変調周波数を用いることが望ましい。
【００３４】
さらに、モード分割多重通信技術では、モード間の群遅延時間差（Differential Group Delay：ＤＧＤ）が重要な指標であり、長距離伝送にはＤＧＤを抑えることが重要である。例えば、非特許文献５では、ＤＧＤ特性の異なる複数の数モードファイバを組み合わせることで、ＤＧＤを１０ｎｓ以下に抑えている。周波数はＤＧＤの逆数で表すことができ、波形の劣化を防ぐためには、分散の影響が無い変調周波数を使用するとよい。すなわち、変調周波数として、モード間のＤＧＤの逆数よりも小さい値を使用することが望ましい。使用するシステムによるが、一例として１０ｎｓを分散の上限とすると、変調周波数を１００ＭＨｚ以下に設定すればよい。
【００３５】
そこで、ここでは、変調周波数として上記条件を満たすｆｍ１＝１５０ｋＨｚ、ｆｍ２＝２００ｋＨｚ、ｆｍ３＝２５０ｋＨｚを用いた。これら変調信号光をそれぞれ被測定物１０２のモード合波器３０１の１、２、３本目の入力ポートに入力した。被測定物１０２のモード分波器３０３の１本目の出力ポートから出力された出力光を光受信部１０３の光電気変換器２５１で電気信号に変換し、電気スペクトラム測定器２６１で変調周波数に対する電力レベルを測った結果、それぞれＰｅ１＝０．６４、Ｐｅ２＝０．０００４、Ｐｅ３＝０．０００１であった。なお、これら測定電力は、入力光を直接光受信部１０３に入力して得られる電力レベルを１とした時の相対的な電力である。Ｐｅ１、Ｐｅ２、Ｐｅ３はそれぞれ、Ｐｏ１＝０．８、Ｐｏ２＝０．０２、Ｐｏ３＝０．０１に換算される。これら測定光強度は、入力光強度を１とした時の、光受信部で受光した光の相対的な強度である。前述の（１）式を用いて、これら測定光強度よりモードクロストークはＸＴ１−２＝−１６ｄＢ、ＸＴ１−３＝−１９ｄＢと算出された。すなわち、被測定物１０２であるモード分割多重伝送路におけるモード１へのモード２のモードクロストークは−１６ｄＢ、モード１へのモード３のモードクロストークは−１９ｄＢと評価された。
【００３６】
本実施形態では、光源の波長は１つの波長に固定したが、波長を変えることで、モードクロストークの波長特性も測定できる。また、モードクロストークと同時にモード依存損失のスペクトルも測定できる。また、本実施形態では光源を３分岐して使用したが、任意の数の分岐、及び分岐比を用いることができる。絶対強度よりモードクロストークを算出する際は、各変調信号光の被測定物１０２への入力光強度が揃っていることが望ましいが、揃っていない場合は算出の際に校正してもよい。
【００３７】
相対強度よりモードクロストークを算出する際は、それぞれの変調信号光の入力光強度に対する相対値を使用するので、例えば３分岐の分岐比が１：２：２などであっても構わない。さらに、本実施形態では、被測定物１０２はＭ入力Ｍ出力としたが、任意の数の入力ポートと、任意の数の出力ポートを有する任意の被測定物１０２を評価することができる。モード合分波器とマルチモード光ファイバより構成されたモード分割多重伝送路以外の被測定物１０２も評価できるし、光合分波器や光ファイバの種類も任意である。
【００３８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。本実施形態では、第１実施形態とは異なる構成の光送信部１０１を用いた。図７は、第２実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。光送信部１０１は、Ｍ個の光源２３１〜２３３からなり、光のＯＮ／ＯＦＦによりそれぞれ変調周波数ｆｍ１、ｆｍ２、…、ｆｍＭで変調される。このように、複数の直接変調の光源２３１〜２３３により複数の変調信号光が生成されてもよいし、複数の光源にそれぞれ変調器が内蔵もしくは接続され、これら変調器により複数の変調信号光が独立した光源により生成されてもよい。
【００３９】
光源２３１〜２３３は異なる波長でもよいが、一般的な被測定物１０２のモードクロストークには波長依存性があると予想されるので、その影響を除き、より正確に評価するため、複数の光源の波長（周波数）は揃える方が望ましい。
【００４０】
本実施形態のモードクロストーク評価の一例を示す。光送信部１０１の光源２３１〜２３３の波長はいずれも１５７０ｎｍとし、変調周波数としてｆｍ１＝１５０ｋＨｚ、ｆｍ２＝２００ｋＨｚ、ｆｍ３＝３００ｋＨｚを用いた。
【００４１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。本実施形態では、第１実施形態とは異なる構成の光受信部１０３を用いた。第１実施形態では、図２、図３で示したように、測定する出力ポートごとに被測定物１０２の出力ポートを手動で切り替えて光受信部１０３で被測定物１０２より出力された出力光を受信した。本実施形態では、光受信部１０３に、受信した変調信号の光路を光学的に、もしくは、受信した変調信号の電気信号を電気的に切り替えるスイッチを備えることで、測定を容易にかつ高速化した。
【００４２】
図８は、光スイッチを光受信部に内蔵したクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。光受信部１０３は、光スイッチ２８１と、光スイッチ２８１に接続され、受信した光を電気信号に変換する光電気変換器２５１と、変調周波数に対する電気信号の強度を測定する電気スペクトラム測定器２６１とを備える。本実施形態では、光スイッチ２８１として、Ｍ（＝３）入力、１出力の光スイッチを用い、被測定物１０２の１本目、２本目、Ｍ（＝３）本目の出力ポートをそれぞれ光スイッチ２８１の１本目、２本目、Ｍ（＝３）本目に入力した。光スイッチ２８１の１出力は光電気変換器２５１に入力した。第１実施形態では、被測定物１０２の１本目の出力ポートの測定を終えた後、手動で出力ポートをつなぎかえ、２本目以降の出力ポートを測定したのに対し、本実施形態では、測定後、光スイッチ２８１でポートを切り替えて次の測定に移った。
【００４３】
図９は、電気スイッチを光受信部に内蔵したクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。光受信部１０３は、受信した光を電気信号に変換する複数の光電気変換器２５１〜２５３と、光電気変換器２５１〜２５３の電気出力に接続された電気スイッチ２７１と、電気スイッチ２７１に接続され、変調周波数に対する電気信号の強度を測定する電気スペクトラム測定器２６１とを備える。本実施形態では、Ｍ（＝３）個の光電気変換器を用い、被測定物１０２の１本目、２本目、Ｍ（＝３）本目の出力ポートをそれぞれ光電気変換器２５１、２５２、２５３に入力した。電気スイッチ２７１として、Ｍ（＝３）入力、１出力の電気スイッチを用い、光電気変換器２５１、２５２、２５３で電気信号に変換された変調信号を電気スイッチ２７１で切り替えることにより、それぞれの出力ポートの変調信号を測定した。
【００４４】
なお、本実施形態では、被測定物１０２の出力ポートの数と、光電気変換器の数、電気スイッチの入力ポート数を一致させたが、それらが異なっていてもよい。
【００４５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。本実施形態では、第１〜３実施形態とは異なる被測定物１０２のモード特性を評価する例を説明する。図１０は、第４実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。図１０において、被測定物１０２はモード合分波器であり、Ｍ個のシングルモード入力をＭ個のモードに合波し出力するモード合波器３０１より構成されている。変調周波数の異なる電気信号で変調された３つの変調信号光を、被測定物１０２のＭ（＝３）本の入力ポートにそれぞれ入力し、被測定物１０２の出力ポートから出力された出力光の強度を光受信部１０３で測定する。
【００４６】
図１１は、図１０に示すクロストーク測定装置において、それぞれの変調周波数に対する出力光の強度の測定結果を示す図である。図１１において、縦軸Ｐｏは電気の測定強度Ｐｅから換算した値である。なお、これら測定強度は、入力光強度を１とした時の、光受信部で受光した光の相対的な強度とした。この時、Ｐｏ１、Ｐｏ２、Ｐｏ３のデシベル換算には、被測定物１０２のモードごとの過剰損失やモード変換損失などが含まれる。
【００４７】
図１２は、被測定物１０２はモード合分波器にマルチモード光ファイバを接続したものであり、Ｍ個のシングルモード入力をＭ個のモードに合波し出力するモード合波器３０１と、モード分割多重信号を伝送するマルチモード光ファイバ３０２とから構成されたクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。変調周波数の異なる電気信号で変調された３つの変調信号光を、被測定物１０２のＭ（＝３）本の入力ポートにそれぞれ入力し、被測定物１０２の出力ポートから出力された出力光の強度を光受信部１０３で測定した。図１３は、図１２に示すクロストーク測定装置において、それぞれの変調周波数に対する出力光の強度の測定結果を示す図である。図１３において、縦軸Ｐｏは電気の測定強度Ｐｅから換算した値である。なお、これら測定強度は、入力光強度を１とした時の、光受信部で受光した光の相対的な強度とした。この時、Ｐｏ１、Ｐｏ２、Ｐｏ３のデシベル換算には、被測定物１０２のモードごとの過剰損失やモード変換損失などが含まれる。
【００４８】
図１４は、図１１に示す測定強度と図１３に示す測定強度の差分を示す図である。図１４において、縦軸ΔＰｏは電気の測定強度Ｐｅから換算した値Ｐｏの差分である。この差分は、被測定物１０２のうちのマルチモード光ファイバ３０２を各モードが伝搬した後に失われたパワーに相当し、モード依存損失とモードクロストークを含む。したがって、図１４の測定値をデシベル換算し、マルチモード光ファイバ３０２のモード依存損失を引くことで、モード１〜３の、他のモードからのクロストークを求めることができる。
【００４９】
図１１と図１３において、測定強度の差がわずかであることから、本実施形態で評価したマルチモード光ファイバのモードクロストークは小さいと言える。このように、本実施形態の測定方法を適用することで、モードクロストークが小さな被測定物１０２のモードクロストークを測定することもできる。
【００５０】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。図１５は本発明の第５実施形態におけるモードクロストークの測定装置を示すブロック図である。第１〜４実施形態では、光受信部１０３に入力された光を光電気変換器で電気信号に変換し、電気スペクトラム測定器により測定したが、本実施形態では、光受信部１０３に入力された光を光スペクトラム測定器により測定し、モードクロストークを算出する。
【００５１】
図１５に示す測定装置では、異なる電気信号で変調された複数の変調信号光を生成する光送信部１０１と、光を受信する光受信部１０３を用いる。光送信部１０１で生成された変調信号光は被測定物１０２に入力され、被測定物１０２内部で異なるモードに変換される。そして、被測定物１０２より出力された出力光が光受信部１０３で受信され、その変調信号により被測定物のモードクロストークが算出される。変調信号光として、変調周波数が異なるＭ個（Ｍ≧２の整数）の変調信号光を使用する。
【００５２】
光受信部１０３は、波長もしくは周波数に対する光パワーを測定する光スペクトラム測定器２６２からなる。そして、変調信号光の変調周波数ｆｍ１、ｆｍ２、…、ｆｍＭが、波長もしくは周波数の測定分解能よりも大きくなるよう、光スペクトラム測定器２６２を用いて光パワーを測定する。
【００５３】
本実施形態によるモードクロストーク評価の一例を示す。光送信部１０１の光分岐２１１で３分岐した光源２０１の光を変調器２２１〜２２３により変調周波数ｆｍ１、ｆｍ２、ｆｍ３で変調をかける。これら変調信号光をそれぞれ被測定物１０２のモード合波器３０１の１、２、３本目の入力ポートに入力する。被測定物１０２のモード分波器３０３の１本目の出力ポートから出力された出力光の光パワーを、光受信部１０３の光スペクトラム測定器２６２で測定する。この時の光スペクトラム測定器２６２の測定分解能は０．０１ｎｍに設定する。この分解能を周波数に換算すると、例えば波長１５５０ｎｍでは約１．２５ＧＨｚ（周波数分解能＝周波数×波長分解能／波長より計算）であるので、変調周波数ｆｍ１、ｆｍ２、ｆｍ３は、約１．２５ＧＨｚよりも大きな値を用いる。
【００５４】
さらに、本モードクロストーク評価では、異なる変調周波数でクロストーク光を識別するため、変調周波数に高調波成分や、変調周波数でビートが発生する可能性を考慮すれば、異なる変調周波数は互いに倍数関係になく、その差周波成分及び和周波成分が変調周波数と弁別できる関係にある変調周波数成分を選択することが望ましい。例えば、変調周波数ｆｍ１が１０ＧＨｚだとすると、ｆｍ２〜ｆｍＭとして、１０ＧＨｚの倍数である２０ＧＨｚ、３０ＧＨｚ、・・・、以外の変調周波数を用いることが望ましい。本実施例では、上記条件を満たす変調周波数ｆｍ１＝１０ＧＨｚ、ｆｍ２＝１９ＧＨｚ、ｆｍ３＝２９ＧＨｚを用いる。
【００５５】
図１６は、波長に対する透過スペクトルの測定結果を示す図である。縦軸は透過率とし、被測定物１０２の入力光に対する透過光の光パワーをＰとしたとき、透過率は１０・ｌｏｇＰより計算される。波長λｐで透過率が最大となる。また、波長λｐとは異なる波長λｑにもピークが見られる。これは他のモードからのクロストークによるものであり、光透過スペクトルの波長λｐとλｑ（ｐとｑは異なる整数）に対する透過率の差分よりモードクロストークがＸＴ＝−２０ｄＢと算出された。
【００５６】
図１７は、周波数に対する透過スペクトルの測定結果を示す図である。同様に、光透過スペクトルの周波数νｐとνｑ（ｐとｑは異なる整数）に対する透過率の差分よりモードクロストークがＸＴ＝−２０ｄＢと算出された。
【００５７】
本実施形態のクロストーク測定装置で用いる測定原理では、前述のように、波長λｐもしくは周波数νｐにおける透過率と、異なる波長λｑもしくは周波数νｑにおける透過率の差分を評価するので、測定しようとしているモードクロストークの範囲以上のダイナミックレンジを有する光スペクトラム測定器２６２を用いることが望ましい。例えば、光ファイバ通信で評価されるクロストークは、一般的に０ｄＢ〜−４０ｄＢの範囲内であり、モードについてもこの範囲内が測定できれば充分である。光スペクトラム測定器のダイナミックレンジは一般的には８０ｄＢ位あるので、本クロストーク測定装置では、測定方法として原理的にモード分割多重伝送の実用システムに必要なモードクロストークの測定性能を充分備えていると言える。
【００５８】
＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。図１８は、第６実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の光送信部１０１は、第１、第３、第４実施形態などと同じであり、本実施形態の光受信部１０３は、第３実施形態などと類似であるが、１入力Ｍ出力のモード分波器２４２を備える点で異なる。
【００５９】
このような構成にすることで、例えば、被測定物１０２として、図９で示したようなマルチモード光ファイバ３０２やモード分波器３０３が無くても、モード合波器３０１単体を直接測定でき、これまでに説明した測定方法でモードクロストークを評価できる。
【００６０】
＜第７実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。図１９は、第７実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の光受信部１０３は、第３実施形態などと同じであり、本実施形態の光送信部１０１は、第１、第３、第４実施形態などと類似であるが、Ｍ入力１出力のモード合波器２４１を備える点で異なる。
【００６１】
このような構成にすることで、例えば、被測定物１０２として、図９で示したようなモード合波器３０１やマルチモード光ファイバ３０２が無くても、モード分波器３０３単体を直接測定でき、これまでに説明した測定方法でモードクロストークを評価できる。また、モード合波器２４１を光送信部１０１に備えることで、この測定装置の光送信部におけるモード合波のモード変換率などの特性は既知となる。そのため、第４実施形態の測定方法で本測定装置を用いれば、図１１に示す測定を行う必要が無くなり、被測定物１０２を直接測定して、１回の測定で図１３に示す結果から図１４に示す結果を算出できる。
【００６２】
＜第８実施形態＞
次に、本発明の第８実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。図２０は、第８実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の光送信部１０１は、第１、第３、第４実施形態などと類似であるが、Ｍ入力１出力のモード合波器２４１を備える点で異なる。また、本実施形態の光受信部１０３は、第３実施形態などと類似であるが、１入力Ｍ出力のモード分波器２４２を備える点で異なる。
【００６３】
このような構成にすることで、例えば、被測定物１０２として、図９で示したようなモード合波器３０１やモード分波器３０３が無くても、マルチモード光ファイバ３０２単体を直接測定でき、これまでに説明した測定方法でモードクロストークを評価できる。また、モード合波器２４１を光送信部１０１に、モード分波器２４２を光受信部１０３に備えることで、この測定装置のモード合波、及び、モード分波のモード変換率などの特性は既知となる。そのため、校正は装置内部で行えばよく、測定のたびに校正をすることなく、被測定物１０２を測定できる。また、例えば、このようなクロストーク測定装置により、マルチモード光ファイバ３０２のモードクロストークの時間変動や、波長掃引して測定することで波長／周波数依存性なども容易に評価することができ、被測定物１０２の品質検査に有用である。
【００６４】
＜第９実施形態＞
次に、本発明の第９実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。図２１は、第９実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。前述した実施形態では、光送信部１０１で生成する変調信号光の数と被測定物１０２の入力ポートの数が等しい場合を説明したが、それらが異なっていてもよい。図２１に示す通り、本実施形態では、異なる電気信号で変調された２つの変調信号光を生成する光送信部１０１と、光を受信する光受信部１０３とからなる。光送信部１０１は、光源２０１と、光源２０１の光強度を２等分する光分岐２１１と、光分岐２１１に接続され、それぞれ変調周波数ｆｍ１、ｆｍ２で変調される２個の変調器２２１、２２２とからなる。光受信部１０３は、受信した光を電気信号に変換する光電気変換器２５１と、変調周波数に対する電気信号の強度を測定する電気スペクトラム測定器２６１とを備える。
【００６５】
変調周波数ｆｍ１、ｆｍ２の変調信号光を、それぞれ被測定物１０２の１本目と２本目の入力ポートより入力する。そして、被測定物１０２の１本目の出力ポートより出力された出力光の強度を光受信部１０３で測定し、変調周波数（ｆｍ１、ｆｍ２）に対する測定強度（Ｐｏ１、Ｐｏ２）間のデシベル換算の差分よりモードクロストークを算出する。このような測定を、２つの入力ポートの組み合わせを変えながら繰り返し、全ての組み合わせに対するモードクロストークを評価する。本実施形態のように、最少で２種類の変調信号光があればモードクロストークが評価でき、最小限の装置で、任意の数の入出力ポートを有する被測定物１０２のモードクロストークを測定することができる。
【００６６】
＜第１０実施形態＞
次に、本発明の第１０実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。図２２は、第１０実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。この構成は第９実施形態と類似であるが、光送信部１０１と光受信部１０３が一つの測定器４０１に収められた点が異なる。このように、光送信部１０１と光受信部１０３を一体にすれば、１つの測定装置でモードクロストークの測定を行うことができる。また、測定器４０１に、計算機４６１を含んでいてもよい。
【００６７】
図２３は、図２２に示す測定器４０１の外観を示す図である。測定器４０１の前面のパネルには、光送信部１０１で生成された変調信号光を出力する光出力ポート４２１、４２２と、光受信部１０３につながる光入力ポート４１１と、表示画面４３１と、操作パネル４４１と、電源スイッチ４５１とからなる。このように各実施形態で説明した本発明の構成要素を一つの筐体に収めることで、ユーザが簡単に測定できるようになる。
【００６８】
また、波長を掃引させながらモードクロストークを測定することで、モードクロストークの波長依存性を評価することができる。さらに、モードクロストーク以外にも、モード依存損失、モード間群遅延時間差、波長分散、偏波モード分散などを算出する機能も加えることで、被測定物１０２の光学特性を総合的に評価することができる。
【００６９】
＜第１１実施形態＞
次に、本発明の第１１実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。図２４は、第１１実施形態におけるクロストーク測定装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態において説明した通り、モード間のクロストークの測定では、異なる電気信号で変調された複数の変調信号光を生成する光送信部１０１と、光を受信する光受信部１０３を用いる。光送信部１０１で生成された変調信号光は被測定物１０２に入力され、被測定物１０２内部で異なるモードに変換される。そして、被測定物１０２より出力された出力光が光受信部１０３で受信され、その変調信号により被測定物１０２のモードクロストークが算出される。
【００７０】
本実施形態のモード間のクロストーク測定方法をより具体的に説明する。本実施形態では、変調信号光として、データが異なるＭ個（Ｍ≧２の整数）の変調信号光を使用する。この点が、第１〜第１０実施形態と大きく異なる。図２４に示すように、光送信部１０１で生成したデータｄｍ１、ｄｍ２、…、ｄｍＭのＭ個の変調信号光を被測定物１０２のＭ（＝３）本の入力ポートにそれぞれ入力し、被測定物１０２の１本目の出力ポートから出力された出力光を光受信部１０３で測定する。
【００７１】
測定には、ビット誤り率測定器２９１を用い、各データｄｍ１、ｄｍ２、…、ｄｍＭに対するビット誤り率ＢＥＲ１、ＢＥＲ２、ＢＥＲ３を測定する。そして、ビット誤り率ＢＥＲ１、ＢＥＲ２、ＢＥＲ３よりＱ値ペナルティＱｐ１、Ｑｐ２、Ｑｐ３を算出した。用いるデータにより、Ｑ値ペナルティＱｐ１、Ｑｐ２、Ｑｐ３とクロストークの関係がそれぞれ決まるので、データｄｍ１に対するＱ値ペナルティＱｐ１から求めたクロストークとデータｄｍ２に対するＱ値ペナルティＱｐ２から求めたクロストークの差分より、データｄｍ１に対するデータｄｍ２のクロストークが算出される。このような測定をＭ本目の出力ポートまで繰り返すことで、本被測定物１０２におけるすべての組み合わせのモードクロストークが得られる。あるいは、別の測定方法として、あるデータｄｍのみ入力した時のＱ値と、あるデータｄｍと、あるデータｄｍとは別のデータの複数のデータを入力した時のＱ値の差分がＱ値ペナルティとなるので、あるデータｄｍのＱ値ペナルティとクロストークの関係より、あるデータｄｍに対する、あるデータｄｍとは別のデータからのクロストークが算出される。
【００７２】
図２４に、一例として本実施形態で用いた光送信部１０１と光受信部１０３の内部構成を示す。光送信部１０１は、光源２０１と、光源２０１の光強度をＭ等分する光分岐２１１と、光分岐２１１に接続され、それぞれデータｄｍ１、ｄｍ２、…、ｄｍＭを生成するＭ（＝３）個の変調器２２１、２２２、２２３とからなる。光受信部１０３は、受信した光の符号誤り率を測定するビット誤り率測定器２９１を備える。
【００７３】
被測定物１０２はモード分割多重伝送路であり、Ｍ個のシングルモード入力をＭ個のモードに合波し出力するモード合波器３０１と、モード分割多重信号を伝送するマルチモード光ファイバ３０２と、モード多重された光を分波し、Ｍ個の出力にシングルモード光を出力するモード分波器３０３とから構成されている。
【００７４】
本実施形態のモードクロストーク評価の一例を説明する。モード合分波器３０１、３０３としては、シングルモード入力を複数のモードに合成するモード合分波デバイスを使用した（構成法は、例えば非特許文献５のＦｉｇ．２や、非特許文献６のＦｉｇ．３を参照）。マルチモード光ファイバ３０２としては、長さ２５ｋｍのグレーデッドインデックス型の数モード光ファイバ（フューモード光ファイバ）を４スパン接続したものを使用した。
【００７５】
光送信部１０１の光源２０１の波長は１５５０ｎｍ、Ｍ＝３とし、光分岐２１１で３分岐する。これら変調信号光をそれぞれ被測定物１０２のモード合波器３０１の１、２、３本目の入力ポートに入力する。被測定物１０２のモード分波器３０３の１本目の出力ポートから出力された出力光を光受信部１０３のビット誤り率測定器２９１によって測定する。
【００７６】
本実施形態では、前述の測定方法のうち、後者の測定方法によりクロストークを評価した。図２５は、データｄｍ１のみ入力した場合、データｄｍ１とデータｄｍ２を入力した場合、そしてデータｄｍ１、ｄｍ２、ｄｍ３を入力した場合のそれぞれのケースに対するＱ値の測定結果を示す図である。また、図２６は、データ１のＱ値ペナルティとクロストークの関係を示す図である。それぞれのケースについて、ビット誤り率の測定値から各モードのＱ値ペナルティが計算される。データｄｍ１のみ入力した時のＱ値と、データｄｍ１とデータｄｍ２を入力した時のＱ値の差分からＱ値ペナルティは０．５ｄＢとなり、さらにデータｄｍ１における図２５の関係から、クロストークが−２９ｄＢと算出される。すなわち、データｄｍ１に対するデータｄｍ２のクロストークは−２９ｄＢと算出された。データｄｍ２をデータｄｍ３に置き換えることで、データｄｍ１に対するデータｄｍ３のクロストークも算出される。次に、データｄｍ１のみ入力した時のＱ値と、データｄｍ１、ｄｍ２、ｄｍ３を入力した時のＱ値の差分からＱ値ペナルティは０．７ｄＢとなり、さらにデータｄｍ１における図２５の関係から、クロストークが−２５ｄＢと算出される。すなわち、データｄｍ１に対するデータｄｍ２とデータｄｍ３のクロストークは−２５ｄＢと算出された。このような測定をＭ本目の出力ポートまで繰り返すことで、本被測定物１０２におけるすべての組み合わせのクロストークが得られる。本実施形態では、データの異なる変調信号光を使用しているが、それが変調方式の違い（ＱＰＳＫ、ＡＭ、ＱＡＭなど）、ＰＮ長の違い、同一変調方式の多値度の違い（１６ＱＡＭと３２ＱＡＭと６４ＱＡＭなど）、ビットレートの違いなどであってもよい。任意のデータやデータの組み合わせを用いることができる。
【００７７】
また、第２実施形態で示したように、複数の光源によりデータの異なる複数の変調信号光が生成されてもよい。また、第３実施形態で示したように、光受信部に、受信した変調信号の光路を光学的に、もしくは、受信した変調信号の電気信号を電気的に切り替えるスイッチを備えてもよい。それにより、測定を高速化かつ容易にできる。
【００７８】
また、第４実施形態で示したように、様々な異なる被測定物１０２のモード特性を評価することができる。さらに、図９に示した被測定物１０２を測定する前に、図１０、図１２のように被測定物１０２を測定することで、被測定物１０２の個々の要素のモード特性を明らかにし、キャリブレーションすることで、より正確にモードクロストークが評価できる。
【００７９】
また、第６〜８実施形態で示したように、光送信部にＭ入力１出力のモード合波器を備える、もしくは、光受信部に１入力Ｍ出力のモード分波器を備える、もしくは、光送信部にＭ入力１出力のモード合波器を、光受信部に１入力Ｍ出力のモード分波器を備えていてもよい。これにより、様々な種類の被測定物１０２が測定できる。
【００８０】
また、第９実施形態で示したように、光送信部で生成するデータの異なる変調信号光の数と被測定物１０２の入力ポートの数が異なっていてもよい。また、第１０実施形態で示したように、光送信部１０１と光受信部１０３を一つの測定器４０１に収めてもよい。さらに、ユーザインタフェースを備えることで、１つの装置で簡単に測定できるようになる。
【００８１】
＜第１２実施形態＞
次に、本発明の第１２実施形態によるクロストーク測定装置及びクロストーク測定方法を説明する。本実施形態では、これまでに説明した各実施形態の特徴を一つの装置に収め、任意の組み合わせで測定できるようにしたものである。図２７は、第１２実施形態におけるクロストーク測定装置の内部構成を示すブロック図である。図２８は、図２７に示すクロストーク測定装置の外観を示す図である。なお、図中の４２４、４１２、４１３はマルチモードの入出力ポートである。
【００８２】
光送信部１０１の光スイッチ２８１、２８２、２８３の切り替えにより、ポート４２１、４２２、４２３より変調信号光を個別に出力してもよいし、装置内のモード合波器２４１により合波し、ポート４２４より複数のモードを合波した変調信号光を出力してもよい。また、例えば、光スイッチ２８１は個別出力ポート、光スイッチ２８２、２８３は合波ポート側にスイッチし、一部光をシングルモードで、一部光をマルチモードで出力してもよい。
【００８３】
光受信部１０３の電気スイッチ２７１により、光入力ポート４１１、もしくはマルチモード入力４１２、もしくはマルチモード入力を装置内のモード分波器２４２でシングルモードに分波した光のいずれかを、光電気変換器２５１を通して電気スペクトラム測定器２６１、もしくは光スペクトラム測定器２６２、もしくはビット誤り率測定器２９１のいずれかに切り替えて測定し、モードクロストークを算出してもよい。
【００８４】
また、波長を掃引させながらモードクロストークを測定することで、モードクロストークの波長依存性を評価することができる。さらに、モードクロストーク以外にも、モード依存損失、モード間群遅延時間差、波長分散、偏波モード分散などを算出する機能も加えることで、被測定物１０２の光学特性を総合的に評価することができる。
【００８５】
なお、前述した説明においては、モード毎に変調周波数又は変調データの少なくともいずれか一つが異なる信号光を入力する例を説明したが、モード毎に変調周波数又は変調データ又は入力時間又は波長の少なくともいずれか一つが異なる信号光を入力してもよい。このとき、波長の場合は波長依存性を補正するために波長を順次入れ替えて平均化したり、入力時間の場合は温度や振動などの時間変動の影響を補正する平均化したりする工夫を行うことが望ましい。
【００８６】
また、前述した説明において、変調信号光の変調周波数が波長もしくは周波数の測定分解能よりも大きい」とは、０〜信号光の線幅の和程度の周波数に発生する信号光同士のビート雑音と変調周波数との周波数差と異なるモードの変調周波数同士の周波数差がそれぞれ測定する際の分解能よりも大きいことを意味する。
【００８７】
以上説明したように、モード分割多重通信用のモード間のクロストーク測定装置において、モード毎に変調周波数又は変調データの少なくともいずれか一つが異なる信号光を入力し、信号光とクロストーク光の強度差によってモード間のクロストークを測定するようにした。これにより、光通信におけるモード間のクロストークを簡単な装置構成で容易に測定することができる。
【００８８】
前述した実施形態におけるクロストーク測定装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
【００８９】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
光通信におけるモード間のクロストークを簡単な装置構成で容易に測定することが不可欠な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１０１・・・光送信部、１０２・・・被測定物、１０３・・・光受信部、２０１・・・光源、２１１・・・光分岐、２２１〜２２３・・・変調器、２３１〜２３３・・・直接変調光源、２４１・・・Ｍ入力１出力のモード合波器、２５１〜２５３・・・光電気変換器、２６１・・・電気スペクトラム測定器、２６２・・・光スペクトラム測定器、２７１・・・電気スイッチ、２８１〜２８３・・・光スイッチ、２４２・・・１入力Ｍ出力のモード分波器、２９１・・・ビット誤り率測定器、３０１・・・モード合波器、３０２・・・マルチモード光ファイバ、３０３・・・モード分波器、４０１、４０２・・・測定器、４１１〜４１３・・・光入力ポート、４２１〜４２４・・・光出力ポート、４３１・・・表示画面、４４１・・・操作パネル、４５１、４５２・・・電源スイッチ、４６１・・・計算機
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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