(57)【要約】  時間ドメイン偏光反射率計を用いる、ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）を選別する方法。検査下にあるファイバ内にパルス光が放射され、後方散乱光がＰＯＴＤＲで測定されて、ＰＯＴＤＲトレースを得るために用いられる。１つより多くのＰＯＴＤＲトレースの複合トレースが得られる。次いで複合トレースはファイバの長さに沿う信号の変動を比較するために解析され、信号の変動はファイバの長さに沿うＰＭＤのレベルに関係する。高レベルのＰＭＤは低局所変動レベルに対応するから、信号変動閾値を十分低く設定することによって、許容できないほど高い局所ＰＭＤを有するファイバを識別し、排除することができる。
2009500606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線及び該軸線に沿う長さを有する光ファイバにおける偏波モード分散を測定する方法において、前記方法が、
（ａ）光路を介してもつ前記光ファイバの前記長さの第１の末端に複数の入力偏光パルスを送り込み、よって前記入力偏光パルスのそれぞれが、前記光ファイバの前記第１の末端から出て前記光路に入る、それぞれの後方散乱光信号を生じさせて、前記入力パルスのそれぞれと前記それぞれの後方散乱光信号から複数のパルス−信号対を生成する、工程、
（ｂ）前記後方散乱信号の偏光感応測定を実施し、よって前記光ファイバの前記長さの一部分に対応する後方散乱強度トレースを得る工程、
（ｃ）少なくとも２つの前記パルス−信号対の通過の間で前記光路の偏光条件を非縮退的に改変する工程、
（ｄ）前記光ファイバの前記長さの一部分に対応する複合強度レベルトレースを（ｉ）第１の加重係数を乗じた前記後方散乱強度トレースの内の少なくとも１つと（ii）前記第１の加重係数とは符合が逆の別の加重係数を乗じた前記後方散乱強度トレースの内の別の少なくとも１つの和をとることによって生成する工程、
（ｅ）前記複合トレースの強度レベルの変動を解析する工程、
を有してなり、
前記解析する工程は、前記複合トレースからのデータのスライディングウインドウにわたり前記強度変動を解析し、前記強度変動の前記解析を続けながら前記ファイバの前記長さの一部分に沿って長さ方向に前記データウインドウを移動させ、よって前記ファイバの前記長さの一部分に沿う局所強度変動に関係付けられる情報を生成する工程、及び強度レベルの変動のレベルを前記ファイバにおける前記偏波モード分散（ＰＭＤ）分布に関係付ける工程を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
軸線及び該軸線に沿う長さを有する光ファイバにおける偏波モード分散を測定する方法において、前記方法が、
（ａ）光路を介して前記光ファイバの前記長さに第１の入力偏光パルスを送り込み、よって第１の後方散乱光信号を、前記光ファイバから出させて前記光路に入らせる工程、次いで
（ｂ）前記第１の後方散乱光信号の偏光感応測定を実施し、よって前記光ファイバの前記長さの一部分に対応する第１の後方散乱強度トレースを得る工程、次いで
（ｃ）前記光路の偏光条件を非縮退的に改変する工程、次いで
（ｄ）前記光路を介して前記光ファイバの前記長さに第２の入力偏光パルスを送り込み、よって第２の後方散乱光信号を、前記光ファイバから出させて前記光路に入らせる工程、次いで
（ｅ）前記第２の後方散乱光信号の偏光感応測定を実施し、よって前記光ファイバの前記長さの一部分に対応する第２の後方散乱強度トレースを得る工程、次いで
（ｆ）前記光ファイバの前記長さの一部分に対応する複合強度レベルトレースを（ｉ）加重係数Ａを乗じた前記第１の後方散乱強度トレースと（ii）加重係数Ｂを乗じた前記第２の後方散乱強度トレースの和をとることによって生成する工程であって、ＡとＢは逆の符号を有するものである工程、次いで
（ｇ）前記複合トレースの強度レベルの変動を解析する工程、
を含み、
前記解析する工程は、前記複合トレースからのデータのスライディングウインドウにわたり前記強度変動を解析し、前記強度変動の前記解析を続けながら前記ファイバの前記長さの一部分に沿って長さ方向に前記データウインドウを移動させ、よって前記ファイバの前記長さの一部分に沿う強度の局所変動に関係付けられる情報を生成する工程、及び前記強度レベルの変動のレベルを前記ファイバにおける前記偏波モード分散（ＰＭＤ）分布に関係付ける工程を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記偏光感応測定が前記後方散乱光信号を、偏光子を通して、検出器に送り込む工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記データウインドウが約０.５ｋｍと２.０ｋｍの間の幅を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記送り込まれるパルスが、約１０ナノ秒と５００ナノ秒の間のパルス幅を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００５年６月３０日に出願された、米国特許出願第１１/１７４１３７号による優先権の恩典を主張する。上記出願の明細書の内容は本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には光ファイバに関し、特に高レベル偏波モード分散（ＰＭＤ）を示す光ファイバを識別する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＰＭＤは最新の光ファイバ伝送システムの設計において重要な要因である。ファイバシステムにおけるＰＭＤの効果は、ネットワーク内で十分な距離の伝搬後に、１つのデジタルパルスが時間ドメイン内で広がり、隣のパルスと弁別できなくなり得る場合に明白である。ＰＭＤによるパルス広がりはデータ伝送にエラーを導入し、パルスの伝送レートまたは連鎖ファイバ媒体の最大距離を事実上制限し得る。
【０００４】
ＰＭＤはファイバの幾何学的変形及び応力非対称性により生じる。外部摂動がなければ、ＰＭＤは、ファイバ長が大きくなるにつれて、ファイバの固有複屈折のレベルに対応するレートに比例して大きくなる。しかし、ファイバは異なる偏波モード間のモード結合を誘起するランダムな外部摂動を受ける。外部モード結合は一般にその発生頻度１/ｈで特徴付けられ、ここでｈはモード結合長と称される。長領域（ファイバ長ｌ＞＞ｈ）におけるファイバについては、統計的に、ファイバＰＭＤはファイバのビート長及びモード結合長のいずれにも密接に関係し、式（１）：
【数１】
2009500606.tif 000003
【０００５】
で表される。ここで、λは光の波長、ｃは光の速度、Ｌｂはファイバの、非特許文献１に説明されるような、ビート長である。ビート長は製造プロセス中にファイバにつくり込まれた固有複屈折を反映する。モード結合長はファイバ敷設の影響を反映し、ファイバ敷設条件が変れば変り得る。式（１）の理解は、ＰＭＤがどのように測定され、解釈されるかに関して、重要な意味をもつ。ファイバのビート長及びＰＭＤのいずれについても測定方式が開発されている。
【０００６】
式（１）の背後にある仮定は、ファイバが線形複屈折を有するかまたは無スパンファイバであることである。近年、ファイバＰＭＤを低減するため、ファイバ線引きプロセス中にファイバスピニングが導入された。今日、市販されているファイバの内のかなりがスパンファイバである。スパンファイバに対し、ファイバＰＭＤは、ファイバ複屈折及びランダムモード結合への依存性に加えて、ファイバスピニングパラメータにも依存する。ファイバスピニングが最適条件下では行われていない（例えば最大ＰＭＤ低減が達成されていない）ほとんどの場合、ファイバＰＭＤは（ファイバにスピンがかけられる前の）ファイバ複屈折またはファイバビート長及びモード結合長に依存したままである。しかし、非特許文献２に説明されているように、ファイバスピニングは正弦波態様でスピンがかけられたファイバに対して、式（１）を補正するために用いられる、因子|Ｊ０（２α/η）|を付加する。ここで、Ｊ０はゼロ次ベッセル関数、αはスピンの強さ、ηは正弦波プロファイルの角周波数である。
【０００７】
ファイバ製造業者は、高データレート／長距離伝送システムを目標にした製品については特に、ＰＭＤが一様に低いファイバの供給に関心がある。残念ながら、ファイバの全長にわたるファイバＰＭＤの直接選別は一般に困難であり、費用のかかるプロセス工程である。
【０００８】
従来のＰＭＤ測定は一般に、検査下にあるファイバ全体について総微分群遅延（ＤＧＤ）値を得る工程を含む。ファイバＤＧＤ値が妥当なレベルより高い場合、これは試験下にあるファイバの少なくとも一部が高いＰＭＤ値を帯びていることを示唆し、ファイバはその後棄却される。逆に、ファイバのＤＧＤ値が低ければ、当然、ファイバＰＭＤは許容できるとされる。しかし、実際には、ファイバＰＭＤには分布する性質があり、したがって、ファイバＰＭＤはファイバの長さに沿う１つのセグメントと別のセグメントの間で変わり得る。したがって、ファイバ全体は、ファイバセグメントの接合点においてモード結合がおこる多くの無摂動ファイバセグメントの連鎖として見なすことができる。大きなファイバ集団に対しては、ＤＧＤ全体は式（１）に示されるような統計的挙動にしたがうが、個々のファイバに対しては、モード結合のため、ＤＧＤ値はファイバの一セグメントとファイバの別のセグメントの間である程度相殺されて、ファイバ全体では低ＤＧＤ値を示すことがあり得よう。したがって、検査下にあるファイバの総ＤＧＤにおける低い値は必ずしもファイバが一様に低いＰＭＤ値を有することを意味しない。そのようなファイバが現場に敷設され、モード結合条件が変化すると、ファイバが高ＤＧＤ値を示す確率が高くなるであろう。
【０００９】
ファイバ製造工場におけるＰＭＤ測定では、プロセス能力に基づくサンプリング頻度で、小率のファイバを測定することが多い。一般的なＰＭＤ検査測定中、長さが約１ｋｍのファイバ試料が大径測定スプールに低張力で巻き付けられる。この構成により、曲げ及び巻きの張力によって誘起される複屈折が最小であることが保証される。このタイプの測定では、検査下にあるファイバの特定のセグメントについては正確な結果を得られるが、ＰＭＤの分布する性質により、許容できないレベルのＰＭＤ値を有する全てのファイバを決定論的に排除するためにこの選別方法を用いることは困難である。さらに、この選別形態は、サンプリングされたファイバは再使用できないから、費用が高くなる。したがって、ファイバＰＭＤの分布する性質を考慮することができる、より頑健な選別方法が必要とされている。
【非特許文献１】「短／長単一モードファイバの偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion of Short and Long Single-Mode Fibers）」，Journal of Lightwave Technology，１９９１年，第９巻，ｐ.８２１
【非特許文献２】「ランダムモード結合の下でのスパンファイバの偏波モード分散のスケーリング特性（Scaling properties of polarization mode dispersion of spun fibers in the presence of random mode coupling）」，OPTICS LTTERS，２００２年，第２７巻，第１８号，ｐ.１５９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、ＰＭＤ値が高いファイバを識別するための測定を、分布性を考慮し、非破壊的に行うことができる代替方法は、そのような方法は、測定（品質管理）費用、したがって低ＰＭＤ光ファイバに対する総製造コストを低減するという点で、工業にとって大きな価値があるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）を測定する方法に関する。光ファイバの長さに沿って分布するＰＭＤレベルについてファイバを選別することができる。光ファイバの軸線に沿う光ファイバの長さに光が送り込まれるかまたは投射される。光は、レーザ源から放射されるパルス光のような、パルス光であることが好ましい。
【００１２】
次いで、投射光からファイバによって後方散乱されるかまたは反射されて戻る光が測定されて、ファイバの長さに沿う後方散乱光の強度変動に関する情報を得るために解析される。次いで、強度変動を光ファイバの偏波モード分散レベルに関係付けて、ファイバの長さの内の不同等及び／または非許容レベルのＰＭＤを示す領域を識別することができる。そのような測定は、ファイバのＰＭＤがファイバの長さに沿うある点においてあらかじめ定められた閾値をこえているか否かを、ファイバを破壊する必要なしに、非破壊的に判定するために用いることができる。
【００１３】
光ファイバの偏波モード分散を測定する方法が本明細書に開示される。光ファイバは軸線及び軸線に沿う長さを有する。本方法は、（ａ）光路を介して光ファイバの長さの第１の末端に複数の入力偏光パルスを送り込み、よってそれぞれの入力偏光パルスが、入力パルスの方向に対して後方に進行し、光ファイバの第１の末端から出て光路に入る、それぞれの後方散乱光信号を生じさせて、複数の入力パルス−後方散乱信号対、すなわちパルス−信号対を入力光パルス及びそれぞれの後方散乱光信号から生成する工程、（ｂ）後方散乱光信号の偏光感応測定を実施し、よって光ファイバの長さの一部分に対応する後方散乱強度トレースを得る工程、（ｃ）少なくとも２つのパルス−信号対の通過の間に光路の偏光条件を非縮退的に改変する工程、（ｄ）後方散乱強度トレースを線形結合することにより、すなわち、（ｉ）第１の加重係数を乗じた、少なくとも１つの後方散乱強度トレースと、（ii）第１の加重係数と符号が逆の別の加重係数を乗じた、少なくとも１つの別の後方散乱強度トレースの和をとることにより、光ファイバの長さの一部分に対応する複合強度レベルトレースを生成する工程、及び（ｅ）複合トレースの強度レベルの変動を解析する工程を含み、解析する工程は、複合トレースからのデータのスライディングウインドウにわたり強度変動を解析し、強度変動の解析を続けながらファイバの長さの一部分に沿って長さ方向にデータウインドウを移動させ、よってファイバの長さの一部分に沿う局所強度変動に関係付けられる情報を生成する工程、及び強度レベルの変動のレベルをファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）分布に関係付ける工程を含む。
【００１４】
偏波感応測定は後方散乱光信号を、検出器に入る前に、偏光子を通す工程を含むことが好ましい。
【００１５】
光路は少なくとも１つの光コンポーネントを含む。好ましい実施形態において、光路の偏光条件を非縮退的に修正する工程は光路に配置された光コンポーネントの方位角を光路の方向に対して変更する工程を含み、光コンポーネントは光路に配置され、偏光角の変化の絶対値は１８０°の整数倍に等しくはないか、または実質的に等しくはない。整数倍には０倍が含まれ、よって偏光角の変化は、実質的に１８０°の整数倍に等しくはなく、実質的に０°に等しくはない。
【００１６】
光路は少なくとも１つの偏光コンポーネントを含み、偏光コンポーネントの少なくとも１つは偏光子であり、よって光路は少なくとも１つの偏光子を含む。光路はさらに、（第２の）偏光子または波長板のような、少なくとも１つの別の偏光コンポーネントを含むことができる。光路の偏光条件を非縮退的に改変する工程は、少なくとも１つの偏光コンポーネントの偏光角を調節する工程を含むことが好ましい。いくつかの実施形態において、改変は光路への別の偏光コンポーネントの追加挿入を含む。別の実施形態において、改変は光路からの偏光コンポーネントの除去を含む。別の実施形態において、少なくとも１つの偏光コンポーネントはＯＴＤＲ（時間ドメイン光反射率計）内に配置される。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態において、光路には入力経路部及び帰還経路部がある。いくつかの実施形態においては、入力経路部が少なくとも１つの偏光コンポーネントを含む。別の実施形態においては、帰還経路部が少なくとも１つの偏光コンポーネントを含む。入力経路部が少なくとも１つの偏光コンポーネントを含み、帰還経路部が少なくとも１つの偏光コンポーネントを含むことが好ましい。帰還経路部は検出器より前で光路に配置された偏光アナライザ、すなわち偏光子を含むことが好ましい。好ましい実施形態において、検出器はＯＴＤＲ内に配置される。
【００１８】
本発明の別の好ましい実施形態において、入力パルス及び後方散乱光信号はそれぞれ、検査下にある光ファイバへの及び光ファイバからの、同じ光路を実質的に共有する。
【００１９】
複合トレースの強度レベル変動を解析する工程はデータの、その範囲内でウインドウにわたる標準偏差を計算することができる、スライディングウインドウを解析する工程を含む。標準偏差は対数スケールで計算されることが好ましい。対数スケールにより、これは測定される信号の全体レベルにしか影響しないから、計算された信号変動は検査下にあるファイバ内に投射される光強度または光パワーのレベルに依存しない。解析する工程は光ファイバの長さに関して標準偏差を空間的に分解する工程を含むことが好ましい。別の実施形態において、解析する工程は、データの、その範囲内でスライディングウインドウ内の極大値及び極小値が計算され、スライディングウインドウ内の極大値と極小値の平均が計算される、スライディングウインドウを解析する工程を含む。
【００２０】
解析する工程はさらに、光ファイバの、選択された、すなわち閾値の、偏波モード分散より大きな最小偏波モード分散を有する区画を識別する工程を含むことが好ましい。選択される偏波モード分散閾値は、０.０５ピコ秒/ｋｍ１/２ないしそれより高いことが好ましい。
【００２１】
したがって、好ましい実施形態において、複合トレースの強度レベルの変動は、ファイバの長さに沿う一領域がＰＭＤについてあらかじめ定められた閾値をこえるＰＭＤを示すか否かを判定するため、及び／またはファイバの長さに沿うＰＭＤがより高いかまたはより低い領域を識別するために用いられる。
【００２２】
好ましい実施形態において、複数のパルスはＯＴＤＲから放射され、後方散乱光はＯＴＤＲを用いて測定される。いくつかの好ましい実施形態において、ＯＴＤＲから放射されるパルスは偏光パルスであり、光ファイバから放射される後方散乱光はＯＴＤＲに戻る前に偏光解析コンポーネントを通して導かれる。
【００２３】
一組の好ましい実施形態において、測定が行われている間、光ファイバはスプールに巻き付けられている。いくつかの実施形態において、スプールは約７ｃｍと２０ｃｍの間の半径を有するバレル型である。
【００２４】
別の組の好ましい実施形態において、測定が行われている間、光ファイバはケーブル内に配置されている。
【００２５】
一組の好ましい実施形態において、スピン光ファイバが測定される。別の組の好ましい実施形態において、無スピン光ファイバが測定される。
【００２６】
データのウインドウは約０.５ｋｍと２.０ｋｍの間の幅を有することが好ましい。
【００２７】
入力パルスのパルス幅は、約１０ナノ秒と５００ナノ秒の間であることが好ましく、約５０ナノ秒と２００ナノ秒の間の間であることがさらに好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
好ましい実施形態において、ファイバの長さに沿う、偏波モード分散がより高いかまたはより低い領域を識別するために、ファイバの長さに沿う、他の領域に対して変動がより小さいかまたはより大きい領域が識別される。これは、例えば、データの、その範囲内で（対数スケールであることが好ましい）標準偏差がウインドウにわたって計算される、スライディングウインドウを解析し、ファイバの長さに沿って長さ方向にデータウインドウを移動させて、ファイバの長さに沿う局所変動に関係付けられる情報を生成することによって達成することができる。いくつかの好ましい実施形態において、ファイバＰＭＤ値があるレベルをこえていると、信号変動（ＶＯＳ）があらかじめ定められた閾値より低下する。そのような場合には、あらかじめ定められた閾値より低下するファイバは容易に識別し、棄却することができる。あらかじめ定められた閾値は同じタイプの１つまたはそれより多くのファイバについて実際に測定された偏波モード分散レベルに対して信号変動をマッピングすることによって選択することができる。このようにすれば、信号変動のレベルを、そのレベルの上または下で光ファイバが与えられたＰＭＤレベルに対して合格するかまたは不合格になるように選択することができ、したがってＰＭＤについてファイバを選別することができる。
【００２９】
本発明の方法及び装置によって、ＰＭＤの測定についての従来方法に優る多くの利点が得られる。第１に、本明細書に開示される方法を用いれば、ＰＭＤ測定を非破壊的態様で、及びファイバの長さに沿う分布態様で、行うことができる。したがって、これらの方法は、新しく製造されたファイバ及び遠距離通信システムに既に設置されているファイバのいずれをも検査するために用いることができる。本明細書に開示される方法は、スパンファイバ製品にも無スパンファイバ製品にも有用かつ有効であることが確かめられている。高空間分解能ＯＴＤＲは必要ではなく、既存の市販ＯＴＤＲでそれを上回る空間分解能が得られる。最も重要なことは、本明細書に開示される方法を用いれば、ファイバのＰＭＤをファイバを破壊せずにファイバの長さに沿って測定できることである。本明細書に開示される方法を用いて、１５ｋｍより長いファイバに対して、さらには２５ｋｍより長いファイバに対しても、ＰＭＤについての解析に成功している。
【００３０】
好ましい実施形態の１つにおいて、本発明は軸線及び軸線に沿う長さを有する光ファイバの偏波モード分散を測定する方法に関し、本方法は、（ａ）光路を介して光ファイバの長さの一端に第１の入力偏光パルスを送り込み、よって第１の後方散乱光信号を、光ファイバから出させて、光路に入らせる工程、次いで（ｂ）第１の後方散乱光信号の偏光感応測定を実施し、よって光ファイバの長さの一部分に対応する第１の後方散乱強度トレースを得る工程、次いで（ｃ）光路の偏光条件を非縮退的に改変する工程、次いで（ｄ）光路を介して光ファイバの長さの一端に第２の入力偏光パルスを送り込み、よって第２の後方散乱光信号を、光ファイバから出させて、光路に入らせる工程、次いで（ｅ）第２の後方散乱光信号の偏光感応測定を実施し、よって光ファイバの長さの一部分に対応する第２の後方散乱強度トレースを得る工程、次いで（ｆ）光ファイバの長さの一部分に対応する複合強度レベルトレースを、（ｉ）加重係数Ａを乗じた、第１の後方散乱強度トレースと（ii）加重係数Ｂを乗じた、第２の後方散乱強度トレースの和をとることによって、生成する工程、ここでＡとＢの算術符号は逆である、次いで（ｇ）複合トレースの強度レベルの変動を解析する工程を含み、解析する工程は、複合トレースからのデータのスライディングウインドウにわたる強度変動を解析し、強度変動の解析を続けながら、ファイバの長さの一部分に沿って長さ方向にデータウインドウを移動させ、よってファイバの長さの一部分に沿う局所強度変動に関係付けられる情報を生成する工程、及び強度レベルの変動のレベルをファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）分布に関係付ける工程を含む。本方法はさらに、光路を介して光ファイバの長さの一端に第３の入力偏光パルスを送り込み、よって第３の後方散乱光信号を、光ファイバから出させて、光路に入らせる工程、次いで（ｂ）第３の後方散乱光信号の偏光感応測定を実施し、よって光ファイバの長さの一部分に対応する第３の後方散乱強度トレースを得る工程；次いで、工程（ｇ）において、加重係数Ｃを乗じた、第３の後方散乱強度トレースを前記和に加える工程を含むことができる。別の好ましい実施形態において、本方法は３つより多くの非縮退的に得られた後方散乱強度トレースの和をとる工程を含む。
【００３１】
別の好ましい実施形態においては、本発明は軸線及び軸線に沿う長さ有する光ファイバの偏波モード分散を測定する方法に関し、本方法は、（ａ）光路を介して光ファイバの長さに第１の入力偏光パルスを送り込み、よって第１の後方散乱光信号を、光ファイバから出させて、光路に入らせる工程、次いで（ｂ）第１の後方散乱光信号を偏光させる工程、次いで（ｃ）偏光された第１の後方散乱光信号を検出し、よって光ファイバの長さの一部分に対応する第１の後方散乱強度トレースを得る工程、次いで（ｄ）光路の偏光条件を非縮退的に改変する工程、次いで（ｅ）第２の後方散乱光信号を偏光させる工程、次いで（ｆ）偏光された第２の後方散乱光信号を検出し、よって光ファイバの長さの一部分に対応する第２の後方散乱強度トレースを得る工程、次いで（ｇ）光ファイバの長さの一部分に対応する複合強度レベルトレースを、（ｉ）加重係数Ａを乗じた、第１の後方散乱強度トレースと（ii）加重係数Ｂを乗じた、第２の後方散乱強度トレースの和をとることによって、生成する工程であって、ＡとＢの算術符号は逆である工程、次いで（ｈ）複合トレースの強度レベルの変動を解析する工程を含み、解析する工程は、複合トレースからのデータのスライディングウインドウにわたる強度変動を解析し、強度変動の解析を続けながら、ファイバの長さの一部分に沿って長さ方向にデータウインドウを移動させ、よってファイバの長さの一部分に沿う局所強度変動に関係付けられる情報を生成する工程、及び強度レベルの変動のレベルをファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）分布に関係付ける工程を含む。本方法はさらに、光路を介して光ファイバの長さの一端に第３の入力偏光パルスを送り込み、よって第３の後方散乱光信号を、光ファイバから出させて、光路に入らせる工程、次いで（ｂ）第３の後方散乱光信号の偏光感応測定を行い、よって、光ファイバの長さの一部分に対応する第３の後方散乱強度トレースを得る工程、次いで、工程（ｇ）において、加重係数Ｃを乗じた、第３の後方散乱強度トレースを前記和に加える工程を含むことができる。
【００３２】
パルス光の放射及び、後方散乱されるかまたは反射されて、ファイバを通って戻る光のいずれにも好ましいソースは、時間ドメイン光反射率計（ＯＤＴＲ）である。ＯＤＴＲは光ファイバの様々な特性を測定するために用いられているが、ファイバ減衰を測定するため及びファイバの破断または中断が生じている場所を識別するために最も普通に用いられる。本明細書に用いられるようなＯＴＤＲは、光導波路ファイバに光を送り込み、散乱されて検出器に向かって戻る光の内の小分率を観察することができる装置を意味する。代表的なＯＴＤＲはファイバの長さに沿って後方散乱された光の強度を分解することができる。ほとんどのＯＤＴＲは、検査下にあるファイバにパルス光を送り込み、与えられたタイミングにおいて後方散乱光を測定することによってこれを達成する。代表的なパルス幅は０.５ｍ（５ナノ秒）から２０００ｍ（２０マイクロ秒）の範囲とすることができるが、本発明では、好ましくは約１０ナノ秒と５００ナノ秒の間、さらに好ましくは約５０ナノ秒と２００ナノ秒の間のパルス幅が用いられる。ＯＤＴＲは、偏光を放射することができ、後方散乱光からの偏光を解析することができるＯＤＴＲである、偏光ＯＤＴＲであることが好ましい。
【００３３】
図１は、エミッター１０のような光パルス源及び光検出器１２を備える、本発明の方法の実施に用いるに適する第１の構成を示す。エミッター１０及び検出器１２は個別コンポーネントとするころができ、あるいは、レーザ光パルスを発生して光導波路ファイバ３０に送り込むことができる、ＯＴＤＲ２０内に配置することができる。ＯＴＤＲは検査下にある光ファイバ３０に光路４０を介して一連の光パルスを注入することができ、ＯＴＤＲ２０は、散乱されて戻る光を、光路４０を介し、ファイバ３０の同じ端から検出して、その光から情報を抽出することもできる。本明細書に用いられるように、光路は、検査下にある光ファイバに向けて入力パルスが進み、検査下にある光ファイバから後方散乱帰還信号が戻ってくる経路を指す。光路は少なくとも１つの光コンポーネントを含む。図１において、光路４０は入力部４２及び帰還部４４を含む。帰還パルスの強度が測定され、時間の関数として積分されて、ファイバ長の関数としてプロットされる。ＯＴＤＲ２０は、ＰＭＤについて検査されるべき光ファイバ３０内にパルス光を投射する。図１において、ＯＴＤＲ２０は、偏光子のような、偏光手段１４を有する。光サーキュレータ５０は、ＯＤＴＲ２０から放射された初期光パルスを検査下にあるファイバ３０に向けるように構成される。レイリー後方散乱の結果、いくらかの光が反射され、ファイバ３０を通してＯＴＤＲ２０に向けて戻される。好ましい実施形態において、これらの後方散乱信号すなわちパルスは分流されて、入力パルスが進んだ経路部分とは異なる経路部分を通ってＯＴＤＲ２０に戻される。例えば、図１に示される実施形態において、後方散乱パルスは、後方散乱光がＯＴＤＲ２０内部の検出器１２に到達する前に、（基本的に偏光子である）偏光アナライザ６０を通して導かれる。偏光アナライザ６０と検出器１２の組合せにより、光路４０を通って、特に光路４０の帰還部４４を通って伝搬する光の偏光感応測定を行うことが可能になる。図示される光サーキュレータ５０において、それぞれのポートにおける光の伝搬または進行は単方向性であることに注意されたい。詳しくは、ポート１からポート２へ、またポート２からポート３へ、単一方向に光を進ませることができる。偏光手段１４を有するＯＴＤＲのような、いくつかの市販ＯＴＤＲの場合には、ＯＴＤＲ２０からでた光パルスは既に偏光になっている。（ＰＯＴＤＲの場合のように）ＯＴＤＲ放射光が既に偏光になっていれば、ＯＴＤＲ２０と検査下にある光ファイバ３０の間の偏光子は必要ではなく、したがって損失源が１つ排除され、これはＰＯＴＤＲにとってさらに広いダイナミックレンジを得るに役立つことができる。
【００３４】
図２は図１と同様の適する構成を示すが、偏光能力を有し、光路４０の一部として共有入力／出力ファイバ接続ライン部４６を利用する、ＰＯＴＤＲ装置２０を示す。図２に示される実施形態において、２つの光サーキュレータ５０及び５２並びに１つの偏光子６０が光路４０に備えられる。光サーキュレータ５０及び５２はＯＴＤＲ２０から放射された初期光パルスを検査下にあるファイバ３０に導き、後方散乱されたパルスを、後方散乱光がＯＴＤＲ２０内部の検出器に到達する前に光路４０の帰還部４４にある（基本的に偏光子である）偏光アナライザ６０を通して導くように配置される。図示される光サーキュレータ５０及び５２において、ポート２だけが光の出入りを可能にすることに注意されたい。他の全てのポートにおける光の進行は単方向である。詳しくは、ポート１からポート２へ、またポート２からポート３へ、単一方向に光を進ませることができる。
【００３５】
図３は、（ＯＴＤＲからでてくる光が偏光ではない）通常のＯＴＤＲ装置２０または偏光能力を有するＰＯＴＤＲ装置２０を備える別の適する構成を示す。図３に示される実施形態においては、２つの光サーキュレータ５０及び５２が備えられる。光路４０を通る光の伝搬は、図２の構成における光の進行と同様である。偏光子６２が光路４０の入力部４２に挿入され、偏光アナライザ（偏光子）６０が光路４０の帰還部４４に挿入される。この構成において、ＯＴＤＲ内の偏光手段は必要に応じる。
【００３６】
図４は、（ＯＴＤＲからでてくる光が偏光ではない）通常のＯＴＤＲ装置２０または偏光能力を有するＰＯＴＤＲ装置２０を備える別の適する構成を示す、図４に示される実施形態においては、２つの光サーキュレータ５０及び５２が備えられる。光路４０を通る光の伝搬は、図３の構成における光の進行と同様である。偏光子６２及び、必要に応じて、波長板７２が光路４０の入力部４２に挿入され、偏光アナライザ（偏光子）６０及び、必要に応じて、波長板７０が光路４０の帰還部４４に挿入される。偏光パルスの発生にＰＯＴＤＲが用いられる場合には、偏光子６２も必要に応じる。
【００３７】
図５は本発明にしたがって利用することができる別の構成を示す。この構成では光サーキュレータの使用が回避される。図５に示されるように、ＯＴＤＲ２０が、必要に応じて用いられる波長板７４，偏光子６４及び、必要に応じて用いられる別の波長板７６を含む光路４０を介して、検査下にあるファイバ３０の一端にパルス光を投射する。後方散乱光信号がファイバ３０の同じ端を通って出てきて光路４０に戻り、ＯＴＤＲ２０内の検出器に着く前に偏光される。したがって、ＯＴＤＲ２０と検査下にあるファイバ３０の間の光路４０は入力パルスと後方散乱光に共有される。ＯＴＤＲは必要に応じてＰＯＴＤＲとすることができる。
【００３８】
本明細書に開示される実施形態の光路４０には、他の光コンポーネントを配置することができる。例えば、検査下にあるファイバ３０に投射される光の量を最大化するために偏光コントローラを用いることができる。光路４０の偏光子の前に配置された偏光コントローラはファイバ３０内の偏光状態を揃えて偏光子に入射させることができる。
【００３９】
本明細書に開示される実施形態において、検査下にあるファイバ３０に入る光パルスは偏光しており、後方散乱光は偏光感応測定を行うために検出される以前に偏光している。
【００４０】
光路４０の偏光状態の非縮退的改変は、例えば、偏光子の偏光角を変えるような、光路内の１つまたはそれより多くの光コンポーネントの偏光角を変えることによって、行うことができる。偏光軸の角度を変えるために可回転偏光子を有効に用いることができる。偏光パルスを供給するためにＰＯＴＤＲが用いられる場合には、ＰＯＴＤＲから出てくるパルスの偏光角を変えることもできる。さらに、または代りに、光路の偏光状態を非縮退的に改変するため、１つまたはそれより多くの光コンポーネントを光路に付加することができ、及び／または１つまたはそれより多くの光コンポーネントを光路から取り除くことができる。
【実施例】
【００４１】
実施例１
図３に示されるような光ファイバ検査構成を本発明の実施形態を実証するために作成された光ファイバとともに用いた。ファイバＰＭＤを０.３６ピコ秒/ｋｍ１/２に高めた長さ４ｋｍの光ファイバの両端をＰＭＤ値が０.０６ピコ秒/ｋｍ１/２より低い光ファイバに永久接続した。高ＰＭＤファイバ部、すなわち「欠陥ファイバ部」は、長さ２２ｋｍのファイバの長さに沿って（すなわち軸線に沿って）測定して１０ｋｍと１４ｋｍの間に配置した。偏光子６２の偏光角は全測定について固定した。偏光子６０の偏光角を０°に設定して、第１のＰＯＴＤＲトレースを得た。次いで（偏光角を４５°違えるために）偏光子６０の偏光角を４５°に設定して、第２のＰＯＴＤＲトレースを得た。第１のＰＯＴＤＲトレースに加重因子１を乗じ、第２のＰＯＴＤＲトレースに加重因子−１を乗じ、加重されたトレースのそれぞれを線形結合して、すなわち和をとって、図６にみられるような、光ファイバの長さのそれぞれの部分に対応する複合強度レベルトレースＩ（ｚ）を生成した。図６に高ＰＭＤファイバ領域（１０〜１４ｋｍ）における変動をＰＭＤが比較的低い他のファイバ領域と比較して見ることができる。さらに、複合トレースの強度レベルの変動の解析を、複合トレースからのデータのスライディングウインドウにわたる複合トレースＩ（ｚ）の標準偏差を決定し、強度の変動の解析を続けながら、データウインドウをファイバの長さに沿って長さ方向に移動させることで行った。得られた複合トレースの局所変動の、ファイバの軸線に沿う位置に対してプロットした、ｄＢ単位の、定量表示を図７に示す。すなわち、ファイバの長さのそれぞれの部分に沿う強度の局所変動に関係付けられる情報を生成し、強度レベルの変動のレベルをファイバ内の偏波モード分散（ＰＭＤ）分布に関連付けるために示した。このような検査ファイバは、望ましくない高いＰＭＤを有するファイバあるいはファイバの一部または複数の部分を選別して排除するための閾値レベルを、少なくとも大まかに、較正するために用いることができるであろう。
【００４２】
実施例２
図３に示されるような光ファイバ検査構成を実施例１に説明した光ファイバとともに用いた。偏光子６０の偏光角は３０°に設定して、第１のＰＯＴＤＲトレースを得た。次いで偏光子６０の偏光角を（偏光角を３０°違えるために）６０°に設定して、第２のＰＯＴＤＲトレースを得た。第１のＰＯＴＤＲトレースに加重因子１を乗じ、第２のＰＯＴＤＲトレースに加重因子−１を乗じ、加重されたトレースのそれぞれを線形結合して、すなわち和をとって、図８にみられるような、光ファイバの長さのそれぞれの部分に対応する複合強度レベルトレースＩ（ｚ）を生成した。図８に高ＰＭＤファイバ領域（１０〜１４ｋｍ）における変動をＰＭＤが比較的低い他のファイバ領域と比較して見ることができる。さらに、複合トレースの強度レベルの変動の解析を、複合トレースからのデータのスライディングウインドウにわたる複合トレースＩ（ｚ）の標準偏差を決定し、強度の変動の解析を続けながら、データウインドウをファイバの長さに沿って長さ方向に移動させることで行った。得られた複合トレースの局所変動の、ファイバの軸線に沿う位置に対してプロットした、ｄＢ単位の、定量表示を図９に示す。この結果は実施例１で得られた結果と整合している。
【００４３】
実施例３−対照
実施例１及び２で用いた方法を、単一のＰＯＴＤＲトレースを用いて局所変動を計算する場合との違いを明らかにすることができる。不等式：
【数２】
2009500606.tif 000004
【００４４】
を実証することができる。ここで、ＩＣ１及びＩＣ２は（偏光子アライメント、または偏光角、及び偏光子と波長板の組合せを含む）異なる２つの偏光子構成において得られた強度トレースであり、σは移動標準偏差である。説明のため、実施例２の第１のＰＯＴＤＲトレースの標準偏差（局所偏差）を、５００ｍ移動ウインドウを用いて計算し、実施例２の第２のＰＯＴＤＲトレースの標準偏差（局所偏差）を、５００ｍ移動ウインドウを用いて計算した。図１０は、第１及び第２のＰＯＴＤＲトレースから計算された標準偏差の間の差を示す。得られた、ファイバ長に関する局所変動はゼロの近くでふらつき、ＰＭＤが高いファイバ区画の場所に関する明瞭な特徴は全く捕えられていない。
【００４５】
実施例４
図３に示されるような光ファイバ検査構成をＰＯＴＤＲとともに用いた。線引き時にスピンをかけた、ＰＭＤがほぼ０.１４ピコ秒/ｋｍ１/２で長さが２ｋｍのコーニング社（Corning Incorporated）のＬＥＡＦ光ファイバを、ＰＭＤ値がより低い、より一般的なＬＥＡＦ光ファイバの中間に挿入した。欠陥（ＰＭＤが欠陥と見なすに十分に高い）場所はほぼ１１ｋｍと１３ｋｍの間においた。全ての測定について偏光子６０の偏光角を固定し、異なるＰＯＴＤＲトレースを得ることができるように、偏光子の方位６０を既知の角度で変えた。例えば、偏光子６０の変更軸の角度を１５°に設定して、第１のＰＯＴＤＲトレースを得た。次いで、偏光子６０の偏光軸を（偏光角の差を６０°にするため）７５°に設定して、第２のＰＯＴＤＲトレースを得た。第１のＰＯＴＤＲトレースに加重因子１を乗じ、第２のＰＯＴＤＲトレースに加重因子−１を乗じて、加重されたトレースのそれぞれを線形結合して、すなわち和をとって、図１１にみられるような、光ファイバの長さのそれぞれの部分に対応する複合強度レベルトレースＩ（ｚ）を生成した。図１１に高ＰＭＤファイバ領域（１１〜１３ｋｍ）における変動をＰＭＤがかなり低い他のファイバ領域と比較して見ることができる。さらに、複合トレースの強度レベルの変動の解析を、複合トレースからのデータのスライディングウインドウ（幅５００ｍ）にわたる複合トレースＩ（ｚ）の標準偏差を決定し、強度変動の解析を続けながら、データウインドウをファイバの長さに沿って長さ方向に移動させることで行った。得られた複合トレースの局所変動の、ファイバの軸線に沿う位置に対してプロットした、ｄＢ単位の、定量表示を図１２に示す。
【００４６】
図３に開示される装置に用いられるインラインファイバ偏光子６０及び６２は２つの主要な目的を果たす。第１に、インラインファイバ偏光子６２により、検査下にあるファイバ３０に入っていく光が偏光していることが保証されるが、これはインラインファイバ偏光子がなくとも（例えば、既に偏光している光を放射するＯＴＤＲを用いることによって）達成することができよう。より重要なことは、インラインファイバ偏光子６０が検査下にあるファイバから後方散乱されてＯＴＤＲに戻る光に対するアナライザとしてはたらくことであり、この後方散乱光は検査下にある光ファイバ３０の偏光状態についての情報を提供する。ファイバ３０からの後方散乱光を解析するための偏光子６０が適所になければ、ＯＴＤＲは光パルスの総強度しか検出しないであろう。しかし、ファイバ偏光子６０を組み込むことによって、ファイバに沿う偏光状態に関連付けられる情報も得ることができる。これは、幾何学的非対称性及び歪により、導波路ファイバが複屈折を帯びるからである。この結果、ファイバ内を進んでいる光パルスの偏光状態は、前進伝搬方向においても、光が後方反射されたときの後進伝搬方向においても、連続的に変化する。ＯＴＤＲ内の検出器の前で偏光アナライザとしてはたらく偏光子６０の挿入により、ファイバの相異なる場所からの偏光情報が捕えられることが保証される。
【００４７】
標準偏差はリニアスケールで計算することができるが、対数スケールで計算することが好ましい。スライディングデータウインドウに好ましいサイズは５００〜２０００ｍである。ファイバの長さに沿ってデータウインドウをスライドさせ、ファイバの長さに沿って連続的に標準偏差を計算することにより、発明者等が信号変動（ＶＯＳ）と呼ぶ、新しいデータセットが生成される。ウインドウサイズは１つのＶＯＳデータ点を計算するために用いられるデータの幅を示す。ウインドウサイズが広くなるほど、ＶＯＳの結果における変動量は小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】光エミッター及び光検出器を備える、本発明の方法の実施に用いるに適する第１の構成を簡略に示す
【図２】偏光能力及び共有入力／出力ファイバ接続ライン部を含む光ファイバ路を有するＰＯＴＤＲ装置を備える、本発明の方法の実施に用いるに適する第２の構成を簡略に示す
【図３】本発明の方法の実施に用いるに適する第３の構成を簡略に示す
【図４】本発明の方法の実施に用いるに適する第４の構成を簡略に示す
【図５】本発明の方法の実施に用いるに適する第５の構成を簡略に示す
【図６】図３の構成を用いて評価した第１の光ファイバの複合強度レベルトレースＩ（z）を示す
【図７】ファイバの軸線に沿う位置に対してプロットした、図６の複合トレースの局所変動の、ｄＢを単位とする、定量表示を示す
【図８】偏光条件設定が異なる図３の構成を用いて評価した第１の光ファイバの複合強度レベルトレースＩ（z）を示す
【図９】ファイバの軸線に沿う位置に対してプロットした、図８の複合トレースの局所変動の、ｄＢを単位とする、定量表示を示す
【図１０】本発明との比較のために、図８及び９のトレースを得るために用いた構成、ファイバ及び偏光条件設定に対して得られた、第１及び第２のＰＯＴＤＲトレースの標準偏差の計算値の間の差を示す
【図１１】図３の構成を用いて評価した第２の光ファイバの複合強度レベルトレースＩ（z）を示す
【図１２】ファイバの軸線に沿う位置に対してプロットした、図１１の複合トレースの局所変動の、ｄＢを単位とする、定量表示を示す
【符号の説明】
【００４９】
１，２，３    光サーキュレータポート
２０    ＯＴＤＲ
３０    検査下の光ファイバ
４０    光路
４２    光路の入力部
４４    光路の帰還部
４６    共有入力／出力ファイバ接続ライン部
５０，５２    光サーキュレータ
６０    偏光アナライザ
【図１】
2009500606.tif 000005
【図２】
2009500606.tif 000006
【図３】
2009500606.tif 000007
【図４】
2009500606.tif 000008
【図５】
2009500606.tif 000009
【図６】
2009500606.tif 000010
【図７】
2009500606.tif 000011
【図８】
2009500606.tif 000012
【図９】
2009500606.tif 000013
【図１０】
2009500606.tif 000014
【図１１】
2009500606.tif 000015
【図１２】
2009500606.tif 000016
【国際調査報告】
2009500606.tif 000017
2009500606.tif 000018