(57)【要約】【課題】あらゆる種類の光ファイバに対応が可能で、その光ファイバの波長分散値の長手方向での分布特性を精度良く測定できるようにする。【解決手段】直線偏光したプローブパルス光と、プローブ光とは異なる波長を有し偏波状態が一致するポンプパルス光とを被測定光ファイバ５に入射させ、レーリー散乱により生じる前記プローブパルス光の後方散乱光の強度振動、もしくは非線形現象により生じるアイドラー光の後方散乱光の強度振動の少なくとも一方を測定し、該測定した強度振動の瞬時周波数を求め、前記被測定光ファイバ５の長手方向における前記ポンプ光の強度振動に対する前記瞬時周波数の依存性を求め、該瞬時周波数の依存性から位相不整合条件と非線形定数とのファイバ長手方向変化量を求め、当該変化量に基づいて波長分散値及び非線形定数の少なくとも一方に対するファイバ長手方向の分布を特定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光したプローブパルス光と、該プローブ光とは異なる波長を有し偏波状態が一致するポンプパルス光とを被測定光ファイバに入射させ、該被測定光ファイバ内でレーリー散乱により生じる前記プローブパルス光の後方散乱光の強度振動、もしくは前記被測定光ファイバ内で発生する非線形現象により生じるアイドラー光の後方散乱光の強度振動の少なくとも一方を測定し、該測定した強度振動の瞬時周波数を求め、前記被測定光ファイバのファイバ長手方向における前記ポンプ光の強度振動に対する前記瞬時周波数の依存性を求め、該瞬時周波数の依存性から前記被測定光ファイバの位相不整合条件と非線形定数とのファイバ長手方向変化量を求め、当該変化量に基づいて前記被測定光ファイバの波長分散値及び非線形定数の少なくとも一方に対するファイバ長手方向の分布を特定することを特徴とする光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
【請求項２】
前記被測定光ファイバに入力するポンプパルス光及びプローブパルス光に対する波長及び強度に係る条件を用いて、前記被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値の正負を判別することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
【請求項３】
前記被測定光ファイバのパルス出射側において前記アイドラー光の強度振動の平均値を測定し、該測定結果に基づいて入力ポンプパルス光の強度振動に対する前記アイドラー光の変換効率の依存性を測定し、該測定結果に基づいてポンプ光の強度振動に依存するアイドラー光の変換効率を表す理論関数を用いて当該変換効率を回帰分析することにより、前記被測定光ファイバ全体の平均波長分散値と平均非線形定数とを同時に特定することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
【請求項４】
前記被測定光ファイバの各両端に対して、波長分散値と非線形定数とのファイバ長手方向の分布値を測定し、当該測定した二つの分布値を比較して前記被測定光ファイバ内における偏波変動の影響を取り除くことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
【請求項５】
前記アイドラー光又はプローブパルス光の強度振動データのうち前記被測定光ファイバの両端近傍のデータを所定分だけ削除し、当該削除後の前記強度振動データを解析することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
【請求項６】
ポンプ光を発生するポンプ光源と、
プローブ光を発生するプローブ光源と、
前記ポンプ光及び／又はプローブ光をパルス化する変調器と、
前記パルス化されたポンプ光と前記パルス化されたプローブ光とを合波して被測定光ファイバに入力する第１の合波器と、
前記ポンプパルス光及びプローブパルス光が前記被測定光ファイバに入力された後、該被測定光ファイバ内で生じる当該プローブパルス光の後方散乱光、又は該被測定光ファイバ内で生じるアイドラー光の後方散乱光の何れかを波長選択して、該選択された散乱光の波形を表す電気信号を出力する受光手段と、
前記電気信号波形から前記被測定光ファイバの波長分散値及び非線形定数の双方のファイバ長手方向の分布値を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
【請求項７】
前記ポンプパルス光を増幅する光増幅手段を備えたことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
【請求項８】
前記プローブ光源から発生したプローブ光を二つの光に分岐する分岐手段と、
前記二つに分岐されたプローブ光のうちの第１の光をパルス化して波数シフトする音響光学変調器と
を備え、
前記受光手段は、前記音響光学変調器から出力されたプローブパルス光の後方散乱光と、前記分岐手段により分岐された第２の光とを合波する第２の合波器を備えることを特徴する請求項６又は７に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
【請求項９】
前記被測定光ファイバの両端又は何れか一端に前記ポンプパルス光及びプローブパルス光と波長の異なる他の光を入射して、該被測定光ファイバ内における該ポンプパルス光、プローブパルス光及び前記アイドラー光をラマン増幅するラマン増幅手段を備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
【請求項１０】
前記被測定光ファイバのパルス出射側にアイドラー光の強度振動を測定する強度測定器を備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
【請求項１１】
前記第１の合波器と前記被測定光ファイバとの間の光伝送路に非線形光学媒体を設けたことを特徴とする請求項６又は７に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
【請求項１２】
前記ポンプ光源と前記プローブ光源とは、互いに平行な直線偏光を有する光を各々発生し、
前記第１の合波器は、前記互いに平行な直線偏光を有する二つの光を偏波偏光面が一致するように合波することを特徴とする請求項６又は７に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
【請求項１３】
前記ポンプ光源と前記プローブ光源とは、互いに平行な直線偏光を有する光を各々発生し、
前記第１の合波器は、前記互いに平行な直線偏光を有する二つの光を偏波偏光面が一致するように合波し、
前記第２の合波器は、前記プローブ光の後方散乱光と、
前記音響光学変調器から出力されたプローブパルス光の後方散乱光と、前記分岐手段により分岐された第２の光とを、互いに平行な偏波状態で合波することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
【請求項１４】
請求項６〜１３のうち何れかに記載の測定装置を用いて、線引した光ファイバの波長分散値及び非線形定数のファイバ長手方向の分布状態を測定し、当該測定結果に基づき、前記波長分散値及び非線形定数の何れか又はその両者がファイバ長手方向に分布した値が前記光ファイバ全長の平均値に対して±5％以内になるように前記光ファイバを切り出すことを特徴とする光ファイバ製造方法。
【請求項１５】
直線偏光したプローブ光と、該プローブ光とは異なる波長を有し偏波状態が一致するポンプ光とをそれぞれ独立に光増幅し、増幅後の光信号波形をパルス変調部でパルス化し、パルス化したプローブパルス光とポンプパルス光の雑音成分を光フィルタで除去し、その後プローブパルス光とポンプパルス光を合波して被測定光ファイバに入射し、該被測定光ファイバ中の非線形現象により生じるアイドラー光の後方散乱光の強度振動を測定し、該測定した強度振動の瞬時周波数を求め、前記被測定光ファイバのファイバ長手方向における位相不整合条件の変化量を求め当該変化量に基づいて前記被測定光ファイバの波長分散値に対するファイバ長手方向の依存性を特定することを特徴とする光ファイバの波長分散値測定方法。
【請求項１６】
前記被測定光ファイバへ入射するポンプパルス光及びプローブパルス光の強度と、前記被測定光ファイバから透過するポンプパルス光及びプローブパルス光の強度を観測し、入射時と透過時でのプローブパルス光とポンプパルス光の強度を比較し、透過時の両パルス光の強度比が入射時の両パルスの強度比に対し、１０％以内となるように入射時のポンプパルス光及びプローブパルス光の強度を調整することを特徴とする請求項１５に記載の光ファイバの波長分散値測定方法。
【請求項１７】
前記ポンプパルス光及びプローブパルス光の後方散乱光を観測し、被測定光ファイバ中での両パルス光の長手方向の伝播強度を用いて長手方向の波長分散値分布の解析補正を行うことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の光ファイバの波長分散値測定方法。
【請求項１８】
ポンプ光を発生するポンプ光源と、ポンプ光をパルス化するパルス変調手段と、ポンプパルス光の強度を増幅する光増幅器と、ポンプパルス光のノイズを除去する光フィルタと、
プローブ光を発生するプローブ光源と、プローブ光をパルス化するパルス変調手段と、プローブパルス光の強度を増幅する光増幅器と、プローブパルス光のノイズを除去する光フィルタと、
前記ポンプパルス光と前記プローブパルス光を合波して被測定光ファイバに入力する第１の合波器と、
合波された前記ポンプパルス光と前記プローブパルス光が前記被測定光ファイバに入力された後、該被測定光ファイバ内で生じるアイドラー光の後方散乱光を波長選択して、該選択された散乱光の波形を表す電気信号を出力する受光手段と、
前記電気信号波形から前記被測定光ファイバの波長分散値の長手方向の分布を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする光ファイバの波長分散値測定装置。
【請求項１９】
前記ポンプ光及びプローブ光をパルス化するパルス変調手段は、任意の電気信号パルス波形を発生することのできる電気信号発生器を備えることを特徴とする請求項１８記載の光ファイバの波長分散値測定装置。
【請求項２０】
前記被測定光ファイバの両端または何れか一端に前記ポンプパルス光及びプローブパルス光と異なる波長を有する他の光を入射させ、該被測定光ファイバ内における該ポンプ光、プローブ光及び前記アイドラー光をラマン増幅するラマン増幅手段を備えたことを特徴とする請求項１８又は１９に記載の光ファイバの波長分散値測定装置。
【請求項２１】
前記受光手段には、被測定光ファイバ内で生じるアイドラー光の後方散乱光を波長選択するためのファブリペローフィルタが備えられ、前記ファブリペローフィルタは、Finesse2000以上、透過半値全幅5GHz以下、透過される波長光と遮断される波長光との強度比が40dB以上の特性を有することを特徴とする請求項１８〜２０のうち何れか一項に記載の光ファイバの波長分散値測定装置。
【請求項２２】
被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値の分布状態を測定する分散分布測定方法であって、
光ファイバ内を伝搬する光信号の波形データを複数の領域毎に抽出し、該抽出した波形データの各々に対し正弦関数に非線形フィッティングして該抽出した各波形データの分散値をそれぞれ算出することにより、分散状態を測定することを特徴とする分散分布測定方法。
【請求項２３】
被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値の分布状態を測定する際に生じる測定誤差の補償方法であって、
入力ポンプ光の振動強度と、入力シグナル光の振動強度と、該二つの入力光の波長間隔の測定条件と、被測定光ファイバの非線形定数と、測定対象のアイドラー光の振動強度とを用いて測定誤差を補償することを特徴とする測定誤差補償方法。
【請求項２４】
被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値の分布状態を測定する際に設定する測定条件を特定するための測定条件特定方法であって、
前記被測定光ファイバの波長分散値と非線形定数とに基づいて前記測定条件を特定することを特徴とする測定条件特定方法。
【請求項２５】
請求項１８から２１のうち何れか一項に記載の測定装置を用いて、線引した光ファイバの波長分散値の長手方向の分布状態を測定し、当該測定結果に基づき、前記光ファイバ長手方向に分布した波長分散値が前記光ファイバ全長の平均値に対して±５％以内になるように前記光ファイバを切り出すことを特徴とする光ファイバ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に使用される光ファイバの非線形定数及び波長分散値の評価方法、その装置及びそれらを用いたファイバ製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報通信分野の自由化と情報社会の発展により、通信情報量が飛躍的に増大する傾向にある。光を直接増幅するエルビウムドープファイバ増幅器（EDFA ; Erbium-doped Fiber Amplifier）やラマンファイバ増幅器（Raman Fiber Amplifier）の実用化によって、波長1.55μm 帯では非常に高い強度の光信号が得られるようになった。これによって光ファイバの伝送損失が補償され、数千kmにもおよぶ無中継伝送が可能となっている。
【０００３】
このような光増幅技術を用いて、波長多重（Wavelength Division Multiplex; WDM）通信方式や時分割多重（Time Division Multiplex; TDM）通信方式が研究されている。また光増幅技術を用いて光中継システムを構築する際、光信号が光ファイバ中を伝搬する際に起こる信号波形劣化をできるだけ抑えることが重要である。光信号波形劣化の要因としては、光ファイバ中の分散による光パルスの広がり、また、光信号強度の大きさに比例して生じる非線形効果などがある。
【０００４】
光ファイバ内で発生する非線形光学効果としては、自己位相変調（SPM）や相互位相変調（XPM）、四光波混合（Four Wave Mixing;以下FWM）等があり、これらの非線形現象は伝送品質に悪影響を及ぼす。このような非線形効果の大きさは光ファイバの非線形定数で決まるため、伝送路設計を行う上でその値を高い精度で測定する方法が必要とされている。非線形定数は、波長λの光に対して、γ＝２π・ｎ２／λ・Ａeffで表され、光ファイバの非線形効果の評価には上記したγあるいはn2/Aeffの値が用いられる。なお、ｎ２は非線形屈折率、Ａeffは有効コア断面積である。
【０００５】
非線形定数の測定方法としては、パルス光源を用いて光ファイバに光パルスを入射し自己位相変調によって引き起こされるパワースペクトル波形の変化から、位相変調を測定し非線形定数を求める方法が報告されている（R.H.Stolen and Chinlon Lin, Physical Review A, Vol.17, No.4, pp.1448-1453 (1992)）。この方法は一般に自己位相変調法（以下SPM法）と呼ばれている。
【０００６】
また異なる二つの波長の光信号を発生する二つの光源を用い、合波して発生するビートパルスを被測定光ファイバに入射し、自己位相変調効果によって生じる光スペクトルの変化から該光ファイバの非線形定数を求めることができる。この方法は一般にCW-SPM法と呼ばれている。
【０００７】
さらに、プローブ光と特定周波数で正弦波変調されたポンプ光とを光ファイバに入射し、プローブ光を遅延自己へテロダイン検波することにより、ポンプ光がプローブ光にもたらす位相変調を求めて非線形定数を計算する方法も報告されている（A.Wada et al., ECOC92, p.42 (1992)）。この方法は一般に相互位相変調法（以下XPM法）と呼ばれている。
【０００８】
波長多重通信に関して特に問題となる非線形現象はFWMである。FWMによって発生する側帯波がWDM通信において他の伝送信号波長と重なった場合、雑音の元となりクロストークが引き起こされる。このFWMは非線形効果の大きな光ファイバで起きやすく、また、信号光が光ファイバの零分散波長の近傍にある場合には特に起きやすくなることが知られている。
【０００９】
一方で、光伝送路での波長分散値に対するFWMを抑制する要求は、波長分散による波形劣化の条件と相反するという問題が生じる。このような問題を解決するため、光伝送路の局所的な波長分散値は零でないが、伝送信号波長で正の波長分散値を持つ光ファイバと負の波長分散値を持つ光ファイバとを組み合わせて光伝送路全体の波長分散量を零に近づける分散補償システムが考え出されている。
【００１０】
このような分散補償システムを設計・構築する際には、光伝送路の非線形特性と分散特性をより最適な形で設計する必要がある。設計の際には光ファイバの平均波長分散値と条長とから最適な光ファイバの組み合わせを求めることが多い。
【００１１】
しかし、現実に使用される光ファイバの波長分散値は、ある波長に対してファイバ長手方向に必ずしも一様ではない。これは光ファイバ及びケーブル製造上でのばらつき等が原因である。そのため、より制限の厳しい高速、高密度大容量伝送においては、理論的な設計と実際に使用される光ファイバでの伝送状態が一致しない場合がある。
【００１２】
従って、そのような場合、分散補償システムに用いられる光ファイバのファイバ長手方向の波長分散値の分布値を正確に把握し設計に反映させる必要がある。
【００１３】
このような経緯から光ファイバのファイバ長手方向の波長分散値の分布値を測定する方法が検討されてきた。そして現在、線形現象を利用した全反射OTDRや非線形光学現象の一つであるFWMを利用した方法等が提案されている。なお、現在多く用いられている測定方式は、L.F.Mollenauer,et.al.により開示されているもので、光ファイバ内のFWMにより発生するアイドラー光の後方散乱光を測定し、その強度変動周期から分散を求めるものであり、非線形OTDRと呼ばれている（特許文献１、非特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平8-21783号
【非特許文献１】Optics Letters 1996, 21,pp.1724-1726
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
近年の高速化、WDM容量の増大化により、光ファイバ伝送路設計はより厳密な制御を求められている。そのため現在主に行われている、各ファイバ一定の長さに対する平均的な波長分散値及び非線形定数を元にした光伝送路設計から、より現実的な光ファイバのファイバ長手方向での波長分散値の変動を考慮した設計が必要に迫られている。それと同時に、光ファイバの非線形定数もファイバ長手方向に変動がある場合には、この非線形定数の変動も伝送パルスに影響を与える。そのため、より詳細な設計をするには、波長分散値の分布値の測定だけではなく、非線形定数の分布値も測定する必要が生じる。
【００１５】
しかし、現在のところ、非線形定数のファイバ長手方向の変動を測定する有効な手段は存在しない。このため、現在使用されているあらゆる光ファイバにおいて非線形定数の変動がどの程度のものであるのか、その変動が光伝送特性に与える影響はどの程度なのか、については未知である。従って、光伝送路の設計やその他光伝送解析に対し、非線形定数のファイバ長手方向の変動が及ぼす影響について検討された例は皆無である。
【００１６】
しかし、光ファイバの非線形定数は光伝送特性を特徴づける重要なパラメータであり、非線形定数のファイバ長手方向における変動を調査することは大きな意義がある。これらの展開を考慮し、次世代光伝送路、波長分散値及び非線形定数を調整する必要のあるファイバデバイスの開発に寄与できるファイバ特性（分散、非線形特性）の長手方向依存性を測定する方法及び測定器の開発が課題となっている。
【００１７】
また、ファイバ製造過程においてファイバ長手方向における波長分散値の変動を与える要因として、線引時のガラス径の変化が考えられている。線引される光ファイバ母材はプリフォームアナライザによってその屈折率分布が測定できるため、その測定結果を元に、目標とする波長分散値となるようなガラス径で線引が行われている。しかし、光ファイバ母材の加工精度の誤差やプリフォームアナライザの測定誤差が存在し、少なからずファイバ長手方向における変動が生じてしまう。従って、ファイバ製造の観点からも、より安定で歩留まりがよい光ファイバの製造方法が求められ、そのためのファイバ特性評価方法の開発が求められている。
【００１８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、被測定光ファイバ内の非線形光学効果を利用することにより、波長分散値及び非線形定数の双方のファイバ長手方向に対する分布値を測定できるようにすることである。
【００１９】
また、上述した非線形OTDR法を用いた光ファイバの波長分散分布測定法を用いて評価する際には、他の課題としてより精度よく測定する方法及び正確な解析手法の開発が挙げられる。
【００２０】
非線形OTDR法においてばらつきの少ないアイドラー戻り光観測波形を得るには、アイドラー戻り光の強度が強いことが望まれる。特に、条長が長い伝送路光ファイバを末端まで精度よく測定する場合には重要である。そのためには、より高いピーク強度を持つパルス光を入射することが必要となる。
【００２１】
しかしながら、被測定光ファイバに入射するパルスピーク強度を強くした場合、誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ; Stimulated Brillouin Scattering）の発生、また、異常分散性ファイバにおけるＭＩ(Modulation Instability；変調不安定性)の発生の恐れがある。
【００２２】
まず、ＳＢＳの発生について説明する。ＳＢＳの発生は、ある強度以上のパルスを入力すると、光ファイバ中において起こる現象であり、入力光と異なる波長の後方散乱光が発生してしまい、全ての入力パワーが出力端まで透過しない。このＳＢＳ発生は、ファイバ条長が長い場合や、非線形性が高い光ファイバでより発生しやすい現象であり、また、入力光のパワーが高い場合は、ＳＢＳ発生を完全に抑えることは難しい。
【００２３】
さらに、入力ポンプ光及びプローブ光は、強いピーク強度が必要になる為、LDからの光をＥＤＦＡ等の光増幅器で増幅して使用することが一般的である。このとき光増幅器で増幅されるポンプ光及びプローブ光は、被測定光ファイバの全長を往復する周期で繰り返すパルスであり、そのDuty比（パルス繰り返し時間間隔に対するパルス時間幅の割合）は０．１〜数％程度（１０％以下）である。
【００２４】
例えば、条長１０ｋｍの光ファイバでは、パルス繰り返し時間間隔が９８μｓ、パルス幅が５００ｎｓという値である。このようなDuty比が低く、繰返し周期が長いパルスを光増幅器で増幅すると、パルスの先端部分が急激に増幅されパルス形状が変形する（パルスサージが発生する）現象が起きてしまう。これは光増幅器に使用されているエルビウム添加ファイバ中で、パルスが透過しない間に、励起光によりエルビウムイオンがエネルギー上準位に励起され、次にパルスが透過する際に上準位から急激なレーザ遷移が生じるためである。
【００２５】
このように、パルスの先頭部分だけが変形したパルスは、光ファイバ伝播中にそのパルス先頭部分においてＳＢＳを誘発してしまう。このような現象を防ぐには、光増幅器においてパルスを増幅せず、LDからの連続光を光増幅器で増幅させた後、光強度変調器でパルスを整形する方法がある。
【００２６】
しかしながら、この場合、光増幅器で増幅されたパルスの強度が、光強度変調器の伝送損失により低下してしまうという問題がある。また、過大な強度の光を光強度変調器に入力すると、光強度変調器が破損してしまうという問題点もある。さらに、この波長分散分布測定法においてポンプ光とプローブ光の強度設定は、後述する数（6）に示したようにその強度比が1：2となるように設定している。しかし、先端にサージが生じパルス幅の中でピーク強度が変化するパルスにおいては、パルス幅の全幅において強度比を2：1に設定することは困難である。
【００２７】
数（6）が示すように強度比を2：1に保つことで余計な非線形効果を相殺しているわけであるが、この条件が崩れると相殺されない非線形効果の影響で、後述する数（12）で示した理論関係に誤差を生じる。
【００２８】
そして、数（12）で示されるようにファイバ長手方向の任意の地点zにおける後方散乱アイドラー光強度はポンプ光及びプローブ光のパルス幅とピーク強度に比例しているため、後方散乱アイドラー光の振動波形はパルス幅で積算された効果として現れる。従ってパルスの全幅において強度が一様なすなわち矩形のパルス形状でパルス全幅において数（6）の条件を満たすことが最も望ましい。
【００２９】
次にＭＩの発生について説明する。ＭＩの発生現象は、信号光と周辺の波長の雑音との非線形な相互作用によるもので、異常分散性光ファイバ中で発生することが知られている。特に高出力を得るためにＥＤＦＡを用いる際、信号光とＡＳＥノイズとの相関で発生することが多い。この波長分散分布測定法において波長の異なる二波長の強度設定は、数（6）に示したようにその強度比が２：１となるように設定している。
【００３０】
しかしながら、光ファイバ中でＭＩが発生すると、エネルギーが周辺の波長成分として広がり、入力条件として強度比を２：１に設定しても、出力端では二波長の光の強度比は２：１からかけ離れた状態となる。このような状態では上記ＳＢＳにおける問題と同様に、相殺されない非線形効果の影響で、数（12）で示した理論関係に誤差を生じる。ＭＩは、光ファイバ条長が長いほどより発生するため、この影響がある場合には波長分散分布の測定結果はパルス入力側から末端に進むにつれその測定精度が悪くなり誤差が大きくなっていく。
【００３１】
図２６に非線形ＯＴＤＲ法において、異常分散性光ファイバ測定時にＭＩが発生した場合の被測定光ファイバへの入力時及び透過時のスペクトルを示す。入力時のスペクトルでは、ポンプ光波長１５５３．４ｎｍ、プローブ光波長１５５５.４ｎｍに対し、出力時では中心波長は変わらないものの波長スペクトルに広がりが生じている。また、このとき観測するアイドラー光は１５５１．４ｎｍに位置している。ＭＩが発生すると、数（12）の理論関係式に誤差を生じると共に、図２６の透過スペクトルのように、観測するアイドラー光波長におけるノイズレベルが上昇し、アイドラー光ピークがノイズレベルに埋もれてしまい識別できない状態になってしまう。
【００３２】
ＭＩの発生は、ポンプ光もしくはプローブ光のピーク強度に依存するため、その影響を抑えるためには両者もしくは一方のピーク強度を下げることが必要になる。しかし、ピーク強度を下げると観測するアイドラー光の発生も弱くなりＳＮ比が悪くなることから測定誤差が大きくなる。
【００３３】
異常分散光ファイバの波長分散分布を測定する際は、上述したような問題が論文で問題提議されており、この問題を回避する測定方法が、Miguel Gonzalez Herraez and Luc Thevenaz, 29th European Conference of Optical Communication 2003, PD Th4.1.5に提案されている。しかしながら、この論文に記載されている手法を用いる場合、ＭＩの発生を回避する為、より複雑な測定系構成が必要になり作業性が悪い難点がある。
【００３４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、あらゆる種類の光ファイバに対応が可能で、その光ファイバの波長分散値の長手方向での分布特性を精度よく測定できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
前記課題を解決するために本発明の第１の態様は、直線偏光したプローブパルス光と、該プローブ光とは異なる波長を有し偏波状態が一致するポンプパルス光とを被測定光ファイバに入射させ、該被測定光ファイバ内でレーリー散乱により生じる前記プローブパルス光の後方散乱光の強度振動、もしくは前記被測定光ファイバ内で発生する非線形現象により生じるアイドラー光の後方散乱光の強度振動の少なくとも一方を測定し、該測定した強度振動の瞬時周波数を求め、前記被測定光ファイバのファイバ長手方向における前記ポンプ光の強度振動に対する前記瞬時周波数の依存性を求め、該瞬時周波数の依存性から前記被測定光ファイバの位相不整合条件と非線形定数とのファイバ長手方向変化量を求め、当該変化量に基づいて前記被測定光ファイバの波長分散値及び非線形定数の少なくとも一方に対するファイバ長手方向の分布を特定する光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法である。
【００３６】
本発明の第２の態様は、前記被測定光ファイバに入力するポンプパルス光及びプローブパルス光に対する波長及び強度に係る条件を用いて、前記被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値の正負を判別する光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法である。
【００３７】
本発明の第３の態様は、前記被測定光ファイバのパルス出射側において前記アイドラー光の強度振動の平均値を測定し、該測定結果に基づいて入力ポンプパルス光の強度振動に対する前記アイドラー光の変換効率の依存性を測定し、該測定結果に基づいてポンプ光の強度振動に依存するアイドラー光の変換効率を表す理論関数を用いて当該変換効率を回帰分析することにより、前記被測定光ファイバ全体の平均波長分散値と平均非線形定数とを同時に特定する光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法である。
【００３８】
本発明の第４の態様は、前記被測定光ファイバの各両端に対して、波長分散値と非線形定数とのファイバ長手方向の分布値を測定し、当該測定した二つの分布値を比較して前記被測定光ファイバ内における偏波変動の影響を取り除く光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法である。
【００３９】
本発明の第５の態様は、前記アイドラー光又はプローブパルス光の強度振動データのうち前記被測定光ファイバの両端近傍のデータを所定分だけ削除し、当該削除後の前記強度振動データを解析する光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法である。
【００４０】
本発明の第６の態様は、ポンプ光を発生するポンプ光源と、プローブ光を発生するプローブ光源と、前記ポンプ光及び／又はプローブ光をパルス化する変調器と、前記パルス化されたポンプ光と前記パルス化されたプローブ光とを合波して被測定光ファイバに入力する第１の合波器と、前記ポンプパルス光及びプローブパルス光が前記被測定光ファイバに入力された後、該被測定光ファイバ内で生じる当該プローブパルス光の後方散乱光、又は該被測定光ファイバ内で生じるアイドラー光の後方散乱光の何れかを波長選択して、該選択された散乱光の波形を表す電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号波形から前記被測定光ファイバの波長分散値及び非線形定数の双方のファイバ長手方向の分布値を算出する算出手段とを備えた光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置である。
【００４１】
本発明の第７の態様は、前記ポンプパルス光を増幅する光増幅手段を備えた光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置である。
【００４２】
本発明の第８の態様は、前記プローブ光源から発生したプローブ光を二つの光に分岐する分岐手段と、前記二つに分岐されたプローブ光のうちの第１の光をパルス化して波数シフトする音響光学変調器とを備え、前記受光手段は、前記音響光学変調器から出力されたプローブパルス光の後方散乱光と、前記分岐手段により分岐された第２の光とを合波する第２の合波器を備えた光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
【００４３】
本発明の第９の態様は、前記被測定光ファイバの両端又は何れか一端に前記ポンプパルス光及びプローブパルス光と波長の異なる他の光を入射して、該被測定光ファイバ内における該ポンプパルス光、プローブパルス光及び前記アイドラー光をラマン増幅するラマン増幅手段を備えた光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置である。
【００４４】
本発明の第１０の態様は、前記被測定光ファイバのパルス出射側にアイドラー光の強度振動を測定する強度測定器を備えた光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置である。
【００４５】
本発明の第１１の態様は、前記第１の合波器と前記被測定光ファイバとの間の光伝送路に非線形光学媒体を設けた光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置である。
【００４６】
本発明の第１２の態様は、前記ポンプ光源と前記プローブ光源とは、互いに平行な直線偏光を有する光を各々発生し、前記第１の合波器は、前記互いに平行な直線偏光を有する二つの光を偏波偏光面が一致するように合波する光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置である。
【００４７】
本発明の第１３の態様は、前記ポンプ光源と前記プローブ光源とは、互いに平行な直線偏光を有する光を各々発生し、前記第１の合波器は、前記互いに平行な直線偏光を有する二つの光を偏波偏光面が一致するように合波し、前記第２の合波器は、前記プローブ光の後方散乱光と、前記音響光学変調器から出力されたプローブパルス光の後方散乱光と、前記分岐手段により分岐された第２の光とを、互いに平行な偏波状態で合波する光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置である。
【００４８】
本発明の第１４の態様は、上述した測定装置を用いて、線引した光ファイバの波長分散値及び非線形定数のファイバ長手方向の分布状態を測定し、当該測定結果に基づき、前記波長分散値及び非線形定数の何れか又はその両者がファイバ長手方向に分布した値が前記光ファイバ全長の平均値に対して±５％以内になるように前記光ファイバを切り出す光ファイバ製造方法である。
【００４９】
本発明の第１５の態様は、直線偏光したプローブ光と、該プローブ光とは異なる波長を有し偏波状態が一致するポンプ光とをそれぞれ独立に光増幅し、増幅後の光信号波形をパルス変調部でパルス化し、パルス化したプローブパルス光とポンプパルス光の雑音成分を光フィルタで除去し、その後プローブパルス光とポンプパルス光を合波して被測定光ファイバに入射し、該被測定光ファイバ中の非線形現象により生じるアイドラー光の後方散乱光の強度振動を測定し、該測定した強度振動の瞬時周波数を求め、前記被測定光ファイバのファイバ長手方向における位相不整合条件の変化量を求め当該変化量に基づいて前記被測定光ファイバの波長分散値に対するファイバ長手方向の依存性を特定することを特徴とする光ファイバの波長分散値測定方法。
【００５０】
本発明の第１６の態様は、前記被測定光ファイバへ入射するポンプパルス光及びプローブパルス光の強度と、前記被測定光ファイバから透過するポンプパルス光及びプローブパルス光の強度を観測し、入射時と透過時でのプローブパルス光とポンプパルス光の強度を比較し、透過時の両パルス光の強度比が入射時の両パルスの強度比に対し、１０％以内となるように入射時のポンプパルス光及びプローブパルス光の強度を調整する光ファイバの波長分散値測定方法である。
【００５１】
本発明の第１７の態様は、前記ポンプパルス光及びプローブパルス光の後方散乱光を観測し、被測定光ファイバ中での両パルス光の長手方向の伝播強度を用いて長手方向の波長分散値分布の解析補正を行う光ファイバの波長分散値測定方法である。
【００５２】
本発明の第１８の態様は、ポンプ光を発生するポンプ光源と、ポンプ光をパルス化するパルス変調手段と、ポンプパルス光の強度を増幅する光増幅器と、ポンプパルス光のノイズを除去する光フィルタと、プローブ光を発生するプローブ光源と、プローブ光をパルス化するパルス変調手段と、プローブパルス光の強度を増幅する光増幅器と、プローブパルス光のノイズを除去する光フィルタと、前記ポンプパルス光と前記プローブパルス光を合波して被測定光ファイバに入力する第１の合波器と、合波された前記ポンプパルス光と前記プローブパルス光が前記被測定光ファイバに入力された後、該被測定光ファイバ内で生じるアイドラー光の後方散乱光を波長選択して、該選択された散乱光の波形を表す電気信号を出力する受光手段と、前記電気信号波形から前記被測定光ファイバの波長分散値の長手方向の分布値を算出する算出手段とを備えた光ファイバの波長分散値測定装置である。
【００５３】
本発明の第１９の態様は、前記ポンプ光及びプローブ光をパルス化するパルス変調手段は、任意の電気信号パルス波形を発生することのできる電気信号発生器を備えることを特徴とする請求項１８記載の光ファイバの波長分散値測定装置である。
【００５４】
本発明の第２０の態様は、前記被測定光ファイバの両端または何れか一端に前記ポンプパルス光及びプローブパルス光と異なる波長を有する他の光を入射させ、該被測定光ファイバ内における該ポンプ光、プローブ光及び前記アイドラー光をラマン増幅するラマン増幅手段を備えた光ファイバの波長分散値測定装置である。
【００５５】
本発明の第２１の態様は、前記受光手段には、被測定光ファイバ内で生じるアイドラー光の後方散乱光を波長選択するためのファブリーペローフィルタが備えられ、前記ファブリペローフィルタは、Finesse2000以上、透過半値全幅5GHz以下、透過される波長光と遮断される波長光との強度比が40dB以上の特性を有する光ファイバの波長分散値測定装置である。
【００５６】
本発明の第２２の態様は、被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値の分布状態を測定する分散分布測定方法であって、光ファイバ内を伝搬する光信号の波形データを複数の領域毎に抽出し、該抽出した波形データの各々に対し正弦関数に非線形フィッティングして該抽出した各波形データの分散値をそれぞれ算出することにより、分散状態を測定する分散分布測定方法である。
【００５７】
本発明の第２３の態様は、被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値の分布状態を測定する際に生じる測定誤差の補償方法であって、入力ポンプ光の振動強度と、入力シグナル光の振動強度と、該二つの入力光の波長間隔の測定条件と、被測定光ファイバの非線形定数と、測定対象のアイドラー光の振動強度とを用いて測定誤差を補償する測定誤差補償方法である。
【００５８】
本発明の第２４の態様は、被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値の分布状態を測定する際に設定する測定条件を特定するための測定条件特定方法であって、前記被測定光ファイバの波長分散値と非線形定数とに基づいて前記測定条件を特定することを特徴とする測定条件特定方法である。
【００５９】
本発明の第２５の態様は、上述した測定装置を用いて、線引した光ファイバの波長分散値の長手方向の分布状態を測定し、当該測定結果に基づき、前記光ファイバ長手方向に分布した波長分散値が前記光ファイバ全長の平均値に対して±５％以内になるように前記光ファイバを切り出す光ファイバ製造方法である。
【発明の効果】
【００６０】
本発明は、被測定光ファイバ内の非線形光学効果を利用することにより、波長分散値及び非線形定数の双方の光ファイバ長手方向に対する分布値を測定できるようにすることである。
【００６１】
また、本発明は、光ファイバの波長分散値の長手方向での分布特性を精度よく測定することができる。さらに、1.55μm帯においてさまざまな分散特性のファイバに対して適切な解析方法が採れるため、各種分散のファイバに対して対応することができる。そのためエルビウムドープファイバ増幅器を用いた光強度の強い無中継長距離伝送に用いられる分散補償線路や光ソリトン通信等の伝送路を設計する上で大きな寄与が期待されその利用価値は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
まず、FWM発生過程を示す非線形の結合モード方程式を用いて行われている非線形OTDR法の測定概念を説明する。
【００６３】
一般に、縮退FWM（DFWM；Degenerated Four Wave Mixing）を記述する方程式としては、非線形の結合モード方程式（数１）〜（数３）が用いられる。
【数１】
2006112926.tif 000003
【数２】
2006112926.tif 000004
【数３】
2006112926.tif 000005
【００６４】
ここでp、s、cは各々ポンプ光、プローブ光、アイドラー光を表す。αは光ファイバの損失の程度を表し、γは非線形定数（γ=2π/λp・n2/ Aeff、n2；非線形屈折率、Aeff；有効コア断面積）である。Δβは伝搬定数の位相不整合条件であり数(4)に示す。
【数４】
2006112926.tif 000006
なお、周波数的に位相整合条件は、
【数５】
2006112926.tif 000007
を満たしているものとする（ωp、ωs、ωcはそれぞれポンプ光、プローブ光、アイドラー光の角周波数）。
【００６５】
数(1)〜(3)の非線形結合モード方程式の厳密な解を求めるのが困難なため、以下のような近似による解析解の条件（１）、（２）を用いて考察している。
（1）FWM発生過程においては伝送損失が影響しない
（2）SPM及びXPMの効果は考慮しない
このとき入力ポンプ光強度Pp(z=0)と入力プローブ光強度Ps(z=0)は以下の数(6)のような関係を保つことが必要である。
【数６】
2006112926.tif 000008
この数（6）の条件を保つことにより、SPMやXPMの効果を打ち消し、上記条件（2）の仮定を成立させることになる。
【００６６】
上記条件（1）、（2）を考慮した式の導出は以下のようになる。
【数７】
2006112926.tif 000009
【数８】
2006112926.tif 000010
【数９】
2006112926.tif 000011
ここで、Ｅp；波長λｐ（ポンプ光）電界、Ｅｓ；波長λｓ（プローブ光）電界、Ｅｃ；アイドラー光電界、Ｐｐ０；入力波長λｐ強度、Ｐｓ０；入力波長λｓ強度、Δλ；入力二波長間隔である。
【００６７】
これより、長手方向ｚの位置におけるアイドラー光の電界及び光強度は以下のようになる。
【数１０】
2006112926.tif 000012
【数１１】
2006112926.tif 000013
【００６８】
ここでポンプ光、プローブ光及びアイドラー光の伝送損失を考慮して、ファイバ距離zを伝搬し受光されるアイドラー光の後方散乱光の強度は以下の式で記される。
【数１２】
2006112926.tif 000014
なお、Ｒ；レーリー散乱係数、α；損失係数、Ｄ；波長分散値である。
【００６９】
ここで、位相不整合条件Δβとポンプ光波長での波長分散値Ｄとの関係は次式で表される。
【数１３】
2006112926.tif 000015
ここで、λ=2πc／ωを用いると、数（13）は、
【数１４】
2006112926.tif 000016
と表すことができる。そして得られる波長分散値Ｄは、数（15）に示すものとなる。
【数１５】
2006112926.tif 000017
なお、f(t)；tにおけるアイドラー光の後方散乱光の波形の瞬時周波数である。
【００７０】
上述した従来から行われている非線形OTDR法では、光ファイバ内で発生する自己位相変調（SPM）及び相互位相変調（XPM）のような非線形効果の影響は考慮されていない。本実施例では、光ファイバの非線形定数を求めるために、これらの非線形効果を与える測定系を構築し、その測定系におけるファイバ長手方向の非線形効果の影響を測定し、その測定結果からファイバ長手方向に対する波長分散値と非線形定数の各分布値を同時に求める。
【００７１】
ここで、ポンプ光によるSPMやXPMのプローブ光及びアイドラー光に与える非線形効果が無視できない場合の解として、StolenとBjorkholmが導いた解（以下SB解と記す  R.Stolen and J.E.Bjorkholm,J.Ouantum Electron.,QE-18, p.1062,1982に詳細が記載されている）を示す。SB解の特徴としてはポンプ光によるSPMやXPMといった非線形効果が取り込まれていることである。そしてこのSB解はポンプ光が非常に強い場合に成り立つ。
【００７２】
しかし、このSB解は、光ファイバの伝送損失が考慮されていない。以下、SB解の基礎方程式を数（16）〜（18）に示す。
【数１６】
2006112926.tif 000018
【数１７】
2006112926.tif 000019
【数１８】
2006112926.tif 000020
【００７３】
また、この場合の距離z伝搬後のアイドラー光Pc(z)は以下のように示される。
（ケースＡ）
Δβ＜０（異常分散）かつPp0＞−Δβ/4γの場合、アイドラー光は数(19)に示され、プローブ光は数(20)に示される。
【数１９】
2006112926.tif 000021
【数２０】
2006112926.tif 000022
ここで、
【数２１】
2006112926.tif 000023
である。なお、Ps0は入射プローブ光強度を、Pp0は入射ポンプ光パワーを表す。
【００７４】
（ケースＢ）
Δβ＜０（異常分散）かつPp0＜−Δβ/4γの場合、またはΔβ≧0（正常分散）の場合、アイドラー光は数(22)に示され、プローブ光は数(23)に示される。
【数２２】
2006112926.tif 000024
【数２３】
2006112926.tif 000025
ここで
【数２４】
2006112926.tif 000026
である。
【００７５】
数（19）、（20）や（22）、（23）によれば、ファイバ長手方向に伝搬するアイドラー光及びプローブ光の強度Pc(z)、Ps(z)はΔβやγ及びポンプ光の強度Ppに依存してga及びgbが変化するのがわかる。そこでMollenaureらが数（12）においてアイドラー後方散乱光のga及びgbに着目しga及びgbからΔβを求めたように、数（19）、（20）及び数（22）、（23）においてアイドラー光またはプローブ光の後方散乱光の強度を測定し、距離zに対するga、gbを求めると、このga、gbから分散値や非線形定数に関する情報が得られる。
【００７６】
ところで、上記SB解では光ファイバの伝送損失は考慮されていない。プローブ光またはアイドラー光のga及びgbはポンプ光の強度に依存しているため、伝送損失ga及びgbが変化してしまう。そのため、Δβとγの正確な値を得ようとする場合には、伝送損失が考慮されなければならない。数（19）〜（24）に伝送損失の効果を取り込む方法としては、以下の二つの方法が考えられる。
【００７７】
（ケースＣ）
入力ポンプ光強度とファイバ損失係数dからファイバ長手方向各点でのポンプ光強度を計算し、その値を取り込んでga及びgbを計算する。この場合、上記した二つの場合においてそれぞれ、
（Ｃ１のケース）Δβ＜0（異常分散）かつPp0＞−Δβ/4γの場合、
【数２５】
2006112926.tif 000027
で表される。
（Ｃ２のケース）Δβ＜０（異常分散）かつPp0＜−Δβ/4γの場合、またはΔβ≧0（正常分散）の場合、
【数２６】
2006112926.tif 000028
で表される。
【００７８】
（ケースＤ）
ポンプ光の後方散乱光を測定することによりファイバ長手方向各点でのポンプ光強度Pp(z)を実測し、その値を取り込んでga及びgbを計算する。この場合も上記ケースＣと同様に二つの条件の違いにより、以下のように示される。
（Ｄ1のケース）Δβ＜0（異常分散）かつPp0＞−Δβ/4γの場合、
【数２７】
2006112926.tif 000029
で表される。
（Ｄ2のケース）Δβ＜０（異常分散）かつPp0＜−Δβ/4γの場合、またはΔβ≧0（正常分散）の場合、
【数２８】
2006112926.tif 000030
で表される。
【００７９】
損失係数αが大きいか、又は条長が長く全長での総損失が大きい光ファイバの場合、前方及び後方からのラマン増幅により、ポンプ光、プローブ光及びアイドラー光を増幅することが効果的である。このような場合、ポンプ光の長手方向での強度変化はファイバ損失係数に比例した減少特性ではないため、上記ケースＤのように実測値を用いることが有効になる。
【００８０】
Δβ及びPpに対する条件から数（19）、（20）あるいは数（22）、（23）の二つの解が得られるが、その何れの解を用いてもよい。しかし波長分散値の評価に対しては数（22）及び数（23）が有効である。これはポンプ光の強度振動に対するgbの依存性が異常分散（Δβ＜0）の場合と正常分散（Δβ＞0）の場合とでは異なるからである。つまり、Δβの正負の違いにより、ポンプ光強度増加時に見られるgbの変化は、異常分散（Δβ＜0）では減少、正常分散（Δβ＞0）では増加するからである。従ってポンプ光の強度に対するgbの増減を測定することにより、光ファイバの波長分散値の正負が判別可能となる。この利点は、既存の測定法では得られない。
【００８１】
次に、図１を参照して、本実施例における測定装置１００について説明する。測定装置１００は、被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値と非線形定数の各分布値を同時に測定するためのものである。
【００８２】
ポンプ光源１から出た光は位相変調器２にて位相変調がかけられる。位相変調器２には信号発生器３から出力される100ＭＨｚ前後の周波数の正弦波電気信号が電気信号アンプ４を介して入力される。位相変調は被測定光ファイバ５内で発生する誘導ブリユアン散乱（SBS）を抑圧するために行われる。被測定光ファイバ５に入射するポンプ光強度がSBS閾値よりも低い場合は位相変調の必要はない。
【００８３】
次に、強度変調器６でパルス化される。強度変調器６に印可されるパルスの周期fは伝搬するパルスが被測定光ファイバ５の条長の往復に費やす時間で決まり、f=c/2nL（L；ファイバ条長、n；ファイバの屈折率）である。パルスのduty比は数％程度である。強度変調器６を出た光パルスはEDFA７で増幅され、増幅されたポンプ光はバンドパスフィルタ８、偏波コントローラ９を透過してカプラ１０に入射する。
【００８４】
一方、プローブ光源１１から発生されたプローブ光は上記ポンプ光と同様に強度変調器１２にてパルス化され、カプラ１０において当該ポンプ光と合波される。この時、上記二つのパルス（ポンプ光及びプローブ光のパルス）のタイミングと偏波状態とを一致させるため、ディレーライン１３と偏波コントローラ１４を用いて調整を行う。合波された光はサーキュレータ１５と透過し、被測定光ファイバ５に入射する。ここで被測定光ファイバ５の終端は無反射端１６に接続されている。
【００８５】
被測定光ファイバ５からのプローブ光またはアイドラー光の後方散乱光はサーキュレータ１５を透過し光フィルタ１７、EDFA１８、更に光フィルタ１９を介してO/E変換器２０にて電気信号に変換される。この電気信号はオシロスコープ２１で測定される。オシロスコープ２１にはパルス発生器２２から出力されるトリガー信号が入力されている。また入射されるポンプ光及びプローブ光の強度はサーキュレータ１５の出力ポートにおいて光パワーメータ１３１により測定される。
【００８６】
また、上記ポンプ光及びプローブ光をパルス化するために必要となる電気パルス信号は、パルス発生器２２で生成され、二分岐された後、各々電気信号アンプ２３、２４で増幅され、更にＤＣ電源２５、２６から出力される直流電圧成分と合成され、二つの強度変調器１２、６にそれぞれ入力される。オシロスコープ２１に入力された電気信号は、デジタル化されてコンピュータ１２４に入力される。
【００８７】
ここで、ポンプ光波長λpとその入力強度及びプローブ光波長λsは、被測定光ファイバ５の特性により適宜設定されるものである。この波長設定の詳細に関しては下記で説明するが、この波長設定が必要な理由は、上記した測定・解析の条件（SB解の条件）が満たされなければならないからである。
【００８８】
ここで、測定装置１００を用いた具体的な測定の手順を示してみる。ここでは波長分散値の正負の情報が得られる数（22）、（23）及び（24）を用いた解析手法について示す。この測定において重要な点は、被測定光ファイバ５の波長分散値及び非線形定数に合わせて、上記した条件式を満たす測定条件に設定することである。また、このような測定条件を設定する際には、実際に使用する測定機器１００の能力範囲内に納めることも必須である。
【００８９】
まず、測定条件の設定から最終的に解析データを算出するまでの流れを以下に示す。
（測定1）被測定光ファイバ５及び測定器１００の各特性を考慮して測定条件（下記参照）を設定する。
（測定2）測定器１００を用いてポンプ光の後方散乱光を測定し、ポンプ光のファイバ長手方向での強度を取得する。
（測定3）測定器１００を用いてプローブ光あるいはアイドラー光の各後方散乱光の波形を測定する。
（測定4）入力ポンプ光の強度を複数回変化させて、上記測定２、３の処理を繰り返す。
（測定5）測定器１００を用いて、プローブ光あるいはアイドラー光の波形からファイバ長手方向各点でのgbを各々求める。
【００９０】
そして、上記測定5で得られたファイバ長手方向各点におけるポンプ光の強度に対する各gbの値（複数のgbの値）を数（28）に代入し、Δβ及びγを求める。
【００９１】
次に測定１についての詳細を示す。
被測定光ファイバの特性により測定条件の設定は大きく異なる。そこで、まず、被測定光ファイバ５の種類に応じた測定条件の設定について検討する。
【００９２】
測定条件の設定に当たっては、被測定光ファイバ５に対する条長、平均分散値、非線形定数（全長での平均値）の値は事前にわかっていることを前提として行う。非線形定数、平均波長分散値は、被測定光ファイバの種類により、おおよその値は一般に知られている。
【００９３】
従って、測定条件の設定に必要な最低限の情報は、被測定光ファイバ５の種類と、被測定光ファイバ５の条長の値である。一例として、現在知られている1.55μm帯シングルモード光ファイバの代表的な種類とその波長分散値、非線形定数に関する一般的特性を表1に示す。
【表１】
2006112926.tif 000031
【００９４】
測定条件は、Δβの正負（波長分散値が正常か異常か）によって異なる。そこでΔβの正負毎に測定条件の設定手順を例示する。
【００９５】
条件設定手順１：異常波長分散値（Δβ＜0）の場合。
1-1.距離分解能の設定
測定波形の1km当たりの振動数（波の数；gb(km-1)/π）を2〜10（Pp=0W相当時）と定める。
Pp=0時、Δβ=−2gbより、Δβ(km-1)=−4π〜−２０π（≡Δβmax）
【００９６】
1-2.入力ポンプ光強度上限値の設定
非線形定数γよりポンプ光の臨界条件を満たす強度Ppmaxを求める。
Ppmax=−Δβmax/4γ
Ppmaxと測定器の上限値Ppmeasureを比較する。
a）Ppmeasure≦Ppmax⇒設定上限値Pphigh=Ppmeasure
b）Ppmeasure＞Ppmax⇒設定上限値Pphigh=Ppmax
【００９７】
1-3.Δβの決定
数(13)を用いて、上記1-1.で求めたΔβに対するポンプ光−プローブ光の二波長間隔Δλを求める。
a）Δλ≦Δλmax（；測定器限界）⇒Δλ決定
b）Δλ＞Δλmax                ⇒Δλ=Δλmax（Δβが新たに定まる）
【００９８】
1-4.入力ポンプ光強度可変領域の決定
ローブ光またはアイドラー光の振動振幅成分Ａ；Ａ＝４γ２Ｐｐ２／Δβ（Δβ＋４γＰｐ）であり、測定可能な値であるポンプ光領域を決定する。
【００９９】
測定可能限界値Alimは使用する測定器の受信感度に依存して決定される。AがAlimとなるポンプ光強度をPpminとするとポンプ光強度可変領域は
Ppmin≦Pp≦Pphigh
となる。
【０１００】
1-5.測定されるプローブ光またはアイドラー光に対するgbの確認
数(23)を用いて、上記1-4.で求めたポンプ光領域におけるプローブ光またはアイドラー光波形のgbを求める。
gb(Pp=Pphigh)≦gb≦gb(Pp=Ppmin)
【０１０１】
条件設定手順2：正常波長分散値（Δβ＞0）の場合。
2-1.距離分解能の設定
測定波形の１ｋｍ当たりの振動数（波の数；gb(km-1)/π）を2〜10（Pp=０Ｗ相当時）と定める。
Δβ=4π〜20π（≡Δβmax）
【０１０２】
2-2.Δβの決定
数(13)を用いて決定されたΔβからポンプ光-プローブ光の二波長間隔Δλを求める。
a）Δλ≦Δλmax（；測定器限界）⇒Δλ決定
b）Δλ＞Δλmax                ⇒Δλ＝Δλmax
【０１０３】
2-3.入力ポンプ光強度可変領域の決定
プローブ光またはアイドラー光の振動振幅成分Ａ；Ａ＝４γ２Ｐｐ２／Δβ（Δβ＋４γＰｐ）が測定可能な値であるポンプ光領域を決定する。
【０１０４】
測定可能限界値Alimは使用する測定器の受信感度に依存して決定される。
AがAlimとなるポンプ光強度をPpminとするとポンプ光強度可変領域は
Ppmin≦Pp≦Pphigh
となる。
【０１０５】
2-4.測定されるプローブ光またはアイドラー光におけるgbの確認
数(23)を用いて、上記2-3.で求めたポンプ光領域におけるプローブ光またはアイドラー光波形のgbを求める。
gb(Pp=Ppmin)≦gb≦gb(Pp=Pphigh)
【０１０６】
条件設定手順3：波長分散値の正負が判別できない光ファイバの場合
特に、DSF系の光ファイバ等のように平均波長分散値がゼロに近いために製造上の都合で波長分散値の正負がファイバ長手方向で変化している光ファイバの場合や、意図的に光ファイバ長手方向に波長分散値を調整した光ファイバ（例えば、分散減少光ファイバ）の場合には、事前に波長分散値の正負を明確に決めることができない。
【０１０７】
そのような場合には、以下に示すように光ファイバを異常分散光ファイバと仮定して測定条件の設定を行い、当該設定値を実験時に修正するような手順を取るのが有効と考えられる。これは異常分散光ファイバの場合の方が、ポンプ光の臨界条件（Pp(0)＜−Δβ/4γ）が存在するために制限要因が多くなるからである。
【０１０８】
一方、正常分散光ファイバの方が異常分散光ファイバに比べて測定条件の設定が容易かというと必ずしもそうではない。この場合、プローブ光及びアイドラー光の振動振幅成分は、波長分散値の絶対値は等しく且つ符号が異なる異常分散光ファイバを比較した場合だと、同じポンプ光の強度振動において正常分散光ファイバの方が小さくより微弱な変動となる。そのため、異常分散光ファイバと仮定して求めた条件からΔβ（Δλ）の値を小さくする方向に補正し、プローブ光及びアイドラー光の振動振幅成分を大きくして測定可能領域を広げる必要が生じてくる。以下、波長分散値の正負が判別できない光ファイバの場合における、測定条件の設定手順について説明する。
【０１０９】
3-1.距離分解能の設定
測定波形の1km当たりの振動数（波の数；gb(km-1)/π）を2〜10（Pp=0W相当時）と定める。
Δβ=4π〜20π（≡Δβmax）
【０１１０】
3-2.入力ポンプ光強度上限値の設定
非線形定数γよりポンプ光の臨界条件を満たす強度Ppmaxを求める。
Ppmax＝−Δβmax/4γ
Ppmaxと測定器の上限値Ppmeasureを比較する。
a）Ppmeasure≦Ppmax  ⇒  設定上限値Pphigh=Ppmeasure
b）Ppmeasure＞Ppmax  ⇒  設定上限値Pphigh=Ppmax
【０１１１】
3-3.Δβの決定
数(13)を用いて、上記3-1.から求めたΔβに対するポンプ光-プローブ光の二波長間隔Δλを求める。
a）Δλ≦Δλmax（；測定器限界）⇒Δλ決定
b）Δλ＞Δλmax                ⇒Δλ＝Δλmax（Δβが新たに定まる）
【０１１２】
3-4.入力ポンプ光強度可変領域の決定
プローブ光またはアイドラー光の振動振幅成分Ａ；Ａ＝４γ２Ｐｐ２／Δβ（Δβ＋４γＰｐ）が測定可能な値であるポンプ光領域を決定する。
【０１１３】
測定可能限界値Alimは使用する測定器の受信感度に依存して決定される。AがAlimとなるポンプ光強度をPpminとするとポンプ光強度可変領域は、
Ppmin≦Pp≦Pphigh
となる。
【０１１４】
3-5.測定されるプローブ光またはアイドラー光におけるgbの確認
数(23)を用いて、上記3-3.で求めたポンプ光領域におけるプローブ光またはアイドラー光のgbを求める。
異常分散の場合    gb(Pp=Pphigh)≦gb≦gb(Pp=Ppmin)
正常分散の場合    gb(Pp=Ppmin)≦gb≦gb(Pp=Pphigh)
【０１１５】
上記した測定条件の設定手順１〜３により、被測定光ファイバ５に対する測定条件が設定される。表2及び表3にその結果を示す。また図８、図９に、RDF（Reversed Dispersion Fiber；逆分散ファイバ）及びHNLF（High NonLinearity Fiber；高非線形ファイバ） （D=4ps/nm/km）に対する測定可能領域を図示した。ここでは測定器１００の受信感度をAlim=0.1として示した。なお、Alimは、測定器１００の機器特性に応じて定まるため、上記した測定条件が本特許を限定するものではない。
【表２】
2006112926.tif 000032
【表３】
2006112926.tif 000033
【０１１６】
ポンプ光の最大入力強度を設定する際に、誘導ブリユアン散乱（SBS; Stimulated Brillouin Scattering）による影響を考慮する必要がある。SBSが発生するとポンプ光の入力強度を上げても光ファイバを伝搬する際の光強度には限界があり、ポンプ光の強度依存性を正確に測定するのが困難である。そのため、入力強度は、光ファイバのSBS閾値以下に設定する必要がある。
【０１１７】
SBS閾値は被測定光ファイバ５の特性（非線形特性等）や条長によって異なるため、測定の際には、被測定光ファイバ５に対し事前にSBSが発生していないことを確認する必要がある。また、SBS閾値を上げ、ポンプ光の入力強度を拡大するためには、位相変調をかける等の方法によりポンプ光のスペクトル線幅を広げることが効果的である。
【０１１８】
上記測定１〜４の後、得られたプローブ光又はアイドラー光の各後方散乱光の強度・波形から被測定光ファイバのファイバ長手方向の各地点でのgbを求め（測定５）、その値gbとポンプ光の強度とからΔβとγとを求める。
【０１１９】
まず、gbを求める。正弦波的な波形のgbは、L.F.Mollenauer,et.al.が示した方法と同様な方法によって求めることができる。この方法では、まず取り込んだ測定データに対してバンドパスフィルタ処理を行い、信号周波数成分以外の周波数成分を除去する。次に、FFT（Fast Fourier Transform）し、さらに負の周波数をゼロに置き換えてIFFT（Inverse Fast Fourier Transform）を行うことにより、当該測定データの虚数成分を算出する。
【０１２０】
続いて、実数成分と虚数成分とからファイバ長手方向の各地点での位相角を算出する。この位相角がgbに対応する値である。このようにして、各入力ポンプ光強度に対するファイバ長手方向の各地点におけるgbの値が得られる。
【０１２１】
次に、上記得られた複数のgbを用いてΔβとγとを求める。まず、ファイバ長手方向の各地点でのポンプ光強度に対する4gb2の値をプロットする。このプロットに対し直線でフィッティングを行い、切片と傾きを求める。数（24）に示すように、当該切片はΔβ2を表している。この時、当該直線の傾きが正であるならば、その地点での被測定光ファイバの分散特性は正常分散であり、逆に負の場合には異常分散である。そして上記傾きの絶対値は4Δβγであることから、上記切片から得られたΔβの値を用いてγを得ることができる。この操作をファイバ長手方向全域に渡って行うことにより、波長分散値とその正負及び非線形定数の双方の長手方向での分布状態を知ることができる。
【０１２２】
また、測定されるポンプ光、プローブ光及びアイドラー光の各後方散乱光の波形は、被測定光ファイバの両端の接続部分で反射が起こり、ピークが発生する場合がある。さらにアイドラー光を測定する場合には入射側での波形の立上がり部分の波形歪みがFFT解析時に誤差を与える影響がある。そのため、得られた波形の両端の一定部分を削除して計算することにより全体の計算誤差を抑えることができる。
【０１２３】
ここで、図１０には、被測定光ファイバとして高非線形ファイバを用いた場合にファイバに入力するポンプ光の強度を変えた場合に測定されたアイドラー光の後方散乱光の波形の一例を示す。また、図１１及び図１２には、図１０に示す値から上記の解析方法を用いて算出した波長分散値と非線形定数のファイバ長手方向の分布値を示す。
【０１２４】
次に、図１３を参照して、上記した測定装置１００を用いたファイバ長手方向の波長分散値及び非線形定数に対する測定方法に基づいて光ファイバを製造する光ファイバ製造方法について説明する。
【０１２５】
まず、準備した（ステップＳ１）光ファイバの母材の屈折率分布をプリフォームアナライザで測定する（ステップＳ２）。その結果から線引の条件（線引張力、速度、溶融部の温度等）を決定する（ステップＳ３）。そして母材を線引し、得られた光ファイバについて上記した測定装置１００を用いて波長分散値及び非線形定数のファイバ長手方向の分布値を測定する（ステップＳ４）。
【０１２６】
その評価結果により、非線形定数、波長分散値のどちらかあるいはその両者のファイバ長手方向の分布状態が、光ファイバ全長での平均値に対して±5％以内の変動に含まれるように部分的に切り出す（ステップＳ５）。以上のようにして本実施例においては光ファイバの波長分散値及び非線形定数をファイバ長手方向で測定し、非線形定数及び波長分散値が最適値を持つ部分を切り出す工程を施すことにより、ファイバ長手方向に、従来よりもより均一で安定した波長分散値及び非線形定数を有する光ファイバが製造される（ステップＳ６）。
【０１２７】
以上説明したように、本実施の形態における測定装置１００によれば、光ファイバの非線形定数と波長分散値の双方のファイバ長手方向での分布値を、同時に測定することができる。また1.55μm帯の様々な分散値を有する光ファイバに対しても適切な解析方法が用いられるため、各種の波長分散値を有する光ファイバに対しても対応可能である。更にファイバ製造過程において上記測定方法を用いることによりファイバ長手方向の特性が均一で安定した光ファイバが得られる。そのため、エルビウムドープファイバ増幅器を用いた光強度の強い無中継長距離伝送に用いられる分散補償線路や光ソリトン通信等の伝送路を設計する上で大きな寄与が期待され、その利用価値は大きい。
【０１２８】
＜他の実施例について＞
次に、測定装置１００に代えて、他の測定装置を用いて被測定光ファイバ５のファイバ長手方向における波長分散値と非線形定数の各分布値を測定するようにしてもよい。以下、測定装置１００以外の他の測定装置１０１〜１０６について、図２〜図７を参照して説明する。
【０１２９】
まず、図２に示す測定装置１０１について説明する。測定装置１０１は、受光部側の感度を向上させるためにヘテロダイン検波方式を用いてプローブ光を受信する構成を有する。この場合、プローブ光源１１から出力されたプローブ光はタップカプラ１２５で二分岐され、一方の光はＡＯ（音響光学）変調器１２６にてパルス化される。この時、プローブ光はドライブ周波数分だけ周波数シフトする。
【０１３０】
また、他方の光は偏波コントローラ２７を介して受光部側に設置された３ｄＢカプラ２８に入力される。その後、被測定光ファイバ５からのアイドラー光の後方散乱光をサーキュレータ１５、光フィルタ１７及び偏波コントローラ１２８を介して３ｄＢカプラ２８に入力される。従って、３ｄＢカプラ２８ではタップカプラ１２５で二分岐された光とアイドラー光の後方散乱光とが合波される。
【０１３１】
この時、当該両光の偏波状態は、偏波コントローラ２７、１２８により互いに一致するように調整される。当該合波された光は、二分岐され、ダブルバランスド型フォトディテクタ２９に受光される。ダブルバランスド型フォトディテクタ２９から出力される電気信号は、電気アンプ３０で増幅された後、ミキサー３１にて信号発生装置３２から出力されるＡＯ変調器１２６のドライブ周波数に対応した周波数信号でベースバンドに落とされ、ローパスフィルタ３３を介してオシロスコープ２１に送られる。オシロスコープ２１は、当該入力された電気信号をデジタル化してコンピュータ１２４に入力し、コンピュータ１２４は、当該入力されたデジタルデータに対して二乗平均処理を行う。
【０１３２】
次に、図３に示す測定装置１０２について説明する。測定装置１０２は、被測定光ファイバ５の両端或いは何れか一端からポンプ光及びプローブ光とは異なる波長の第三の光を入射することにより、被測定光ファイバ５内でポンプ光、プローブ光及びアイドラー光の強度をラマン増幅させるための構成を有する。ラマン増幅は、二つのラマン増幅用光源３５、３６の各々から二つのＷＤＭカプラ３７、３８を介して被測定光ファイバ５の両端に入力されるラマン増幅光により行われる（ここで、ＷＤＭカプラ３８は、サーキュレータであってもよい）。ポンプ光及びプローブ光が1550nm付近で使用する場合は1450nm付近の波長の光を入射させる。このようなラマン増幅は被測定光ファイバの条長が長い場合、また伝送損失が大きな場合に有効である。
【０１３３】
次に、図４に示す測定装置１０３について説明する。測定装置１０３は、被測定光ファイバ５のパルス出射側に光スペクトラムアナライザ３９を備える。この光スペクトラムアナライザ３９により、被測定光ファイバ５を透過した後のアイドラー光の光強度Pc(z)が測定可能となる。この測定した光強度Pc(z)の値からアイドラー光の変換効率GＣ（＝Pc(z)／Ps(0)）が求められる。測定条件として上記の同様な場合を考えると、この変換効率は、下記ケース１、２毎に次式で表される。
【０１３４】
ケース１：Δβ＜0（異常分散）かつPp0＞−Δβ/4γの場合、数(29)で表される。
【数２９】
2006112926.tif 000034
ケース２：Δβ＜０（異常分散）かつPp0＜−Δβ/4γの場合、またはΔβ≧0（正常分散）の場合、数(30)で表される。
【数３０】
2006112926.tif 000035
【０１３５】
数(29)、(30)からわかるように、アイドラー光の変換効率ＧＣはポンプ光の光強度ＰＰに依存して変化していく。またΔβやγがその変化に寄与している。そのため実験において入力ポンプ光の光強度を強くしていったときの被測定光ファイバ５透過後のアイドラー光の変換効率ＧＣの変化を求めると、その測定値には波長分散値や非線形性定数の情報が得られることになる。従って上記ケース１、２の条件が成り立つ設定として数（29）、（30）を用いた回帰分析をすることにより、Δβ及びγの二つのパラメータを決定することができる。このΔβ及びγの値から被測定光ファイバ５の全長での波長分散値及び非線形定数の平均値が得られる。
【０１３６】
また、一般に、光ファイバには偏波モード分散が存在する。そのため、サーキュレータ１５と接続された被測定光ファイバ５の光入射端でポンプ光及びプローブ光の偏波状態が一致していたとしても、被測定光ファイバ５内を伝搬していく過程で両光の偏波状態が変化する。そのため、条長の長い被測定光ファイバ５や偏波モード分散値が大きな被測定光ファイバ５を測定する場合、被測定光ファイバ５のファイバ終端付近では、測定されるアイドラー光及びプローブ光の強度Pc(z)及びPs(z)と、数（19）、（20）及び数（22）、（23）に示した関数との間に誤差が生じてしまう。
【０１３７】
このような場合、被測定光ファイバ５の一方のファイバ端をサーキュレータに接続し、波長分散値及び非線形定数のファイバ長手方向の分布値を測定した後、この時終端となっていた被測定光ファイバ５の他方のファイバ端をサーキュレータ１５に接続しなおし、波長分散値及び非線形定数のファイバ長手方向の分布値を同様に測定する。このようにして、被測定光ファイバ５の両端からポンプ光及びプローブ光を入射させ、同様の測定を行って、当該二つの測定結果を比較する。それにより、より偏波モード分散の影響の少ないデータが選択可能となり、光ファイバにおける偏波変動の影響が除去可能となる。
【０１３８】
次に、図５に示す測定装置１０４について説明する。測定装置１０４は、ポンプ光パルスとプローブ光パルスとを合波するカプラ１０と、被測定光ファイバ５との間に非線形光学媒体４０を備える。上記したように、特にアイドラー光の後方散乱光を測定する際、被測定光ファイバ５のパルス光入射部ではアイドラー光の強度Pc(z)（ｚはゼロ近傍）が急激に立上がり、当該測定されたPc(z)（ｚはゼロ近傍）と、数（19）及び（22）で示される解析解Pc(z)（ｚはゼロ近傍）との間の誤差が大きい。そのため被測定光ファイバ５に入射する前に適度な非線形効果により微弱なアイドラー光を発生する非線形光学媒体４０を設けることで被測定光ファイバ５の当該パルス光入射部では誤差の少ない光波形が得られる。非線形光学媒体４０としては非線形性の高い光ファイバを短い距離で使用するのが効果的である。
【０１３９】
次に、図６に示す測定装置１０５について説明する。測定装置１０５は、ポンプ光、プローブ光の二つのパルス光の光伝送路（ポンプ光においては、ポンプ光源１、位相変調器２、強度変調器６、ＥＤＦＡ７、バンドパスフィルタ８、カプラ１０、サーキュレータ１５を経由する光伝送路であり、プローブ光においては、プローブ光源１１、強度変調器１２、ディレーライン１３、カプラ１０、サーキュレータ１５を経由する光伝送路である）において、各光パルスの偏光状態を各々平行な偏波面を持つ直線偏光に保つように、位相変調器２、強度変調器６、ＥＤＦＡ７、バンドパスフィルタ８、強度変調器１２、ディレーライン１３、カプラ１０、サーキュレータ１５等がすべて偏波保持特性を持つ部品（各々、特に、位相変調器２ａ、強度変調器６ａ、ＥＤＦＡ７ａ、バンドパスフィルタ８ａ、強度変調器１２ａ、ディレーライン１３ａ、カプラ１０ａ、サーキュレータ１５ａとして表す）及びこれらに接続している光ファイバ伝送路（上記各部を接続する光ファイバ）等を備えて構成される。
【０１４０】
この測定装置１０５のパルス光源部（ポンプ光源１及びプローブ光源１１）からは二波長のパルス光が直線偏波で偏波偏光面を一致させるよう出射され、被測定光ファイバ５に入射される。このような構成により偏波変動によるFWMの効果低下を防ぐことができる。
【０１４１】
次に、図７に示す測定装置１０６について説明する。測定装置１０６は、受信部側に光ヘテロダイン検波方式を用い（図２参照）、更に、ポンプ光、プローブ光の二つのパルス光の光伝送路（ポンプ光においては、ポンプ光源１、位相変調器２、強度変調器６、ＥＤＦＡ７、バンドパスフィルタ８、カプラ１０を経由する光伝送路であり、プローブ光においては、プローブ光源１１、ＡＯ変調器１２６、ディレーライン１３、カプラ１０、光フィルタ１７、３ｄＢカプラ２８、タップカプラ１２５、サーキュレータ１５等を経由する光伝送路である）において、各光パルスの偏光状態を各々平行な偏波面を持つ直線偏光に保つように、位相変調器２、強度変調器６、ＥＤＦＡ７、バンドパスフィルタ８、カプラ１０、ＡＯ変調器１２６、ディレーライン１３、カプラ１０、サーキュレータ１５、光フィルタ１７、３ｄＢカプラ２８、タップカプラ１２５がすべて偏波保持特性を持つ部品（各々、特に、位相変調器２ａ、強度変調器６ａ、ＥＤＦＡ７ａ、バンドパスフィルタ８ａ、カプラ１０ａ、ＡＯ変調器１２６ａ、ディレーライン１３ａ、サーキュレータ１５ａ、光フィルタ１７ａ、３ｄＢカプラ２８ａ、タップカプラ１２５ａ等として表す）及びこれらを接続している光ファイバ伝送路（上記各部を接続する光ファイバ）等を備えて構成される。
【０１４２】
従って、光へテロダイン検波方式を用いた受光部側では、二つのパルス光源部（プローブ光源１１）から発生する光と、被測定光ファイバからの後方散乱光との偏波状態が常に一致した安定的な受信が実現できる。
【０１４３】
＜他の実施形態について＞
以下、本発明のその他の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明は特に、被測定光ファイバ中の非線形光学効果を利用した光ファイバの波長分散値測定方法、測定装置及びデータ解析手法に関するもので、波長分散値の長手方向の分布特性を得られることを特徴としている。この測定方法では被測定光ファイバに入射する波長の異なる二波長のプローブパルス光とポンプパルス光のノイズを除去し、両パルス光を矩形波に整形することにより、観測するアイドラー光のＳＮ比の向上、ＳＢＳ発生の抑圧、異常分散性光ファイバにおける変調不安定性（ＭＩ発生）の抑制を行い、従来よりも高精度での測定が可能となっている。さらにファイバ製造過程において使用することにより長手方向の特性が均一で安定した光ファイバを得ることができる。そのため、光増幅器を用いた光強度の強い無中継長距離伝送に用いられる分散補償線路や光ソリトン通信等の伝送路を設計する上で大きな寄与が期待される。以下に、図１６を参照して本発明の実施形態を説明する。
【０１４４】
図１６は、本発明による光ファイバの波長分散値の測定装置２００の一実施例の構成を示している。本実施例の装置２００は、ポンプ光を制御するために、ポンプ光源２０１と、光位相変調器２０６と、パルス変調部２１０と、光増幅器２１２と、光アッテネータ２１４と、光バンドパスフィルタ２１６と、偏波コントローラ２１８と、偏光子２２０とが順に接続され、光位相変調器２０６には、印加電気信号強度及び周波数を制御するために、電気信号発生器２０３と、電気信号増幅器２０４とが順に接続されている。なお、パルス変調部２１０には、印加する電気信号を与えるパルスパターン発生器２３６が接続され、またパルスパターン発生器２３６からのトリガ信号を受けるオシロスコープ２３５がパルスパターン発生器２３６に接続されている。
【０１４５】
また、プローブ光を制御するためには、プローブ光源２０２と、光位相変調器２０７と、パルス変調部２１１と、光増幅器２１３と、光アッテネータ２１５と、光バンドパスフィルタ２１７と、偏波コントローラ２１９と、偏光子２２１とが順に接続され、光位相変調器２０７には、電気信号発生器２０３と、電気信号増幅器２０５とが順に接続されている。なお、パルス変調部２１１には、印加電気信号強度、周波数及びパルス伝播時間を制御するために、パルスパターン発生器２３６と、ディレーライン２３８とが順に接続されている。またパルスパターン発生器２３６からのトリガ信号を受けるオシロスコープ２３５がパルスパターン発生器２３６に接続されている。
【０１４６】
偏光子２２０と偏光子２２１には、制御されたポンプ光とプローブ光とを結合する３ｄＢカプラ２２２が接続され、３ｄＢカプラ２２２には、３ポート型の光サーキュレータ２２３と、被測定光ファイバ２２４と、無反射端２２６とが順に設置されている。つまり、光サーキュレータ２２３の３ポートのうち１ポート目は３ｄＢカプラ２２２に結合され、２ポート目は被測定光ファイバ２２４に結合され、もう一つの３ポート目は後述する光フィルタ２２９に結合されている。なお、３ｄＢカプラ２２２には、光パルス波形を観測するため、オシロスコープ２３５と、ＯＥ変換器２３４と、光アッテネータ２２８とが順に接続されている。
【０１４７】
また、被測定光ファイバ２２４の入力側には、入力前の光強度を測定するための光パワーメータ２２７が配置され、被測定光ファイバ２２４の出力側には、無反射端２２６側に出力される光の状態を測定するための光スペクトラムアナライザ２２５が配置されている。
【０１４８】
光サーキュレータ２２３の３ポート目には、光フィルタ２２９と、光増幅器２３０と、光フィルタ２３１と、APD（アベランジェ  フォトダイオード）２３２と、電気信号増幅器２３３と、オシロスコープ２３５とが順に接続されている。なお、オシロスコープ２３５には、制御用のコンピュータ２３７が接続されている。
【０１４９】
次に上述した測定装置２００による光ファイバの波長分散値の測定方法について説明する。
まず、ポンプ光源２０１から出力したポンプ光は、光位相変調器２０６にて位相変調がかけられる。光位相変調器２０６には、電気信号発生器２０３から出力される１００ＭＨｚ前後の周波数を有する正弦波電気信号の一部が電気信号増幅器２０４を介して入力される。位相変調は被測定光ファイバ２２４中で発生する誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）を抑圧するために行われる。このため、被測定光ファイバ２２４に入射するポンプ光の強度がＳＢＳ閾値よりも低い場合は位相変調の必要はない。
【０１５０】
次に、ポンプ光は、パルス変調部２１０でパルス化される。パルス変調部２１０に印可されるパルスの周期fは伝搬するパルスが被測定光ファイバ２２４の条長の往復に費やす時間で決まり、ｆ＝ｃ／２ｎＬ（L；ファイバ条長、n；ファイバの屈折率）である。パルスのduty比は数％程度である。
【０１５１】
パルス変調部２１０から出力したポンプ光は、光増幅器２１２で増幅され、増幅されたポンプ光は光アッテネータ２１４、光バンドパスフィルタ２１６、偏波コントローラ２１８、偏光子２２０の順に透過した後、３ｄＢカプラ２２２に入射する。
【０１５２】
一方、プローブ光源２０２から出力したプローブ光は、上記ポンプ光と同様に光位相変調器２０７にて位相変調がかけられる。光位相変調器２０７には、電気信号発生器２０３から出力される１００ＭＨｚ前後の周波数を有する正弦波電気信号の一部が分岐され、電気信号増幅器２０５を介して入力される。
【０１５３】
光位相変調器２０７から出力した光は、パルス変調部２１１にてパルス化された後、光増幅器２１３で増幅され、増幅されたプローブ光は、光アッテネータ２１５、光バンドパスフィルタ２１７、偏波コントローラ２１９、偏光子２２１を順に透過した後、３ｄＢカプラ２２２に入射する。
【０１５４】
上述したように、３ｄＢカプラ２２２には、ポンプ光とプローブ光が入射され、両者は合波される。なお、両者を合波させる際、２つの（ポンプ光及びプローブ光の）パルスの偏波状態を一致させた方が好ましいため、合波前に予め偏波コントローラ２１８、２１９を用いて両者の偏波状態の調整を行う。
【０１５５】
また、偏光子２２０、２２１の透過偏波軸は、３ｄＢカプラ２２２で合波される際、ポンプ光及びプローブ光の偏光軸が直線的に一致するように調整されている。さらに、３ｄＢカプラ２２２、光サーキュレータ２２３およびそれらを接続している光ファイバ、３ｄＢカプラ２２２と偏光子２２０、２２１を接続している光ファイバは、必要に応じて偏波状態を保持するものを使用することが好ましい。
【０１５６】
ポンプ光とプローブ光が合波された光は、光サーキュレータ２２３の１ポートに入力して２ポートから出力し、被測定光ファイバ２２４に入射する。ここで、被測定光ファイバ２２４の終端には、無反射端２２６に接続されている。なお、無反射端２２６は必要に応じて配置すればよい。
【０１５７】
被測定光ファイバ２２４では、ポンプ光とプローブ光が伝搬する際に、非線形現象が起こり、アイドラー光が発生する。被測定光ファイバ２２４からのアイドラー光の後方散乱光は、光サーキュレータ２２３を透過し、光フィルタ２２９、光増幅器２３０、更に光フィルタ２３１を介してAPD２３２にて電気信号に変換する。この電気信号は、電気信号増幅器２３３で増幅した後、オシロスコープ２３５で測定する。オシロスコープ２３５に入力された電気信号は、デジタル化処理し、制御用コンピュータ２３７に入力する。なお、光フィルタ２２９、光増幅器２３０、更に光フィルタ２３１は、必要に応じて配置させればよい。
【０１５８】
オシロスコープ２３５には、パルスパターン発生器２３６から出力されるトリガー信号が入力されている。また入力されるポンプ光及びプローブ光の強度は、光サーキュレータ２２３の出力ポート（２ポート）において光パワーメータ２２７により測定される。また、上記ポンプ光及びプローブ光をパルス化するために必要となる電気パルス信号は、パルスパターン発生器２３６で生成され、二分岐された後、各々パルス変調部２１０及び２１１にそれぞれ入力される。
【０１５９】
この際、３ｄＢカプラ２２２で合波されたポンプ光のパルスとプローブ光のパルスの発生タイミングが一致するように、パルスパターン発生器２３６から生成され二分岐されたどちらか一方の電気信号パルスに、必要に応じてディレーライン２３８で遅延を与える。ポンプ光及びプローブ光のパルスタイミングの一致を確認するためには、３ｄＢカプラ２２２の出力ポート２２２ａから出力される光の一部を、光アッテネータ２２８を介してＯＥ変換器２３４に入力し、電気信号パルスに変換した後、オシロスコープ２３５に入力する。
【０１６０】
この際、パルスパターン発生器２３６からのトリガー信号に同期して両パルス光の時間波形を観測することによりパルス間の遅延時間を把握することができる。この遅延時間に応じて、ディレーライン２３８で遅延時間量を調節し、二つのパルスのタイミングを一致させる。
【０１６１】
次に本測定装置および測定方法による具体的な測定の手順を説明する。なお、この測定では、被測定光ファイバの波長分散値及び条長に合わせて測定条件を設定する点に特徴がある。またこの測定条件を設定する際は、実際に使用する光源、受光器等測定機器の機能、能力を考慮することは言うまでもない。まず測定条件の設定方法から最終的に解析データを算出するまでの流れを以下に示す。
【０１６２】
被測定光ファイバの波長分散値は、まず、被測定光ファイバ及び測定器特性を考慮し測定条件（入力ポンプ光波長・強度、入力プローブ光波長・強度）を決定し、次に、アイドラー光の後方散乱光波形を観測し、続いて、アイドラー光波形から長手方向各点での瞬時周波数を求め、最後に、長手方向各点におけるΔβから波長分散値Dを求める手順となる。以下に各工程について説明する。
【０１６３】
まず、測定条件（入力ポンプ光波長・強度、入力プローブ光波長・強度）の設定について説明する。この設定は、被測定光ファイバの特性により大きく異なるが、一般に光ファイバを測定する際、その光ファイバの種類により、どのような波長分散特性を持つのか、という情報は事前に分かっていることが通常である。そこで、測定条件の設定の際は、被測定光ファイバに対する条長、平均波長分散値の値が、予め分かっていることを前提としその値を用いて条件を設定することとする。平均波長分散値は光ファイバの種類によりおおよその値は一般に知られている。従って、測定条件の設定の際、被測定光ファイバの最低限必要な情報は、光ファイバの種類と、条長の値である。現在知られている1.55μm帯シングルモード光ファイバの代表的な種類とその波長分散値に関する一般的特性を表４に示した。次に測定条件の設定手順について説明する。
【表４】
2006112926.tif 000036
【０１６４】
測定条件の設定では、まず測定波長（ポンプ光波長）の設定を行う。この測定で得られる波長分散値はポンプ光波長での値である。従って、ポンプ光波長を所望の波長に設定する。次に、距離分解能の設定を行う。観測波形の１ｋｍ当たりの振動数（波の数；Δβ/2π）を定める。単位長さ当たりのアイドラー光波形の振動数がより多い方が、波長分散値の距離に対する変化をより細かく求めることができるため、Δβ/2πが距離分解能の目安となる。
【０１６５】
次に、Δβの設定を行う。Δβは、数（14）で示されるように、光ファイバの波長分散値Dとプローブ光波長及びポンプ光とプローブ光の波長間隔Δλによって定まる。ここで、分散値Dには、被測定光ファイバの平均波長分散値を代入する。そして、距離分解能で設定したΔβにおけるポンプ光とプローブ光の二波長間隔Δλを求める。このΔλを測定器が持つ波長間隔限界値（Δλmax）と比較する。この比較の際、Δλ≦Δλmax（測定器限界）の場合はΔλがその二波長間隔として決定し、Δλ＞Δλmaxの場合はΔλ＝Δλmax（Δβが新たに定まる）となるΔλが二波長間隔として決定する。
【０１６６】
ΔλがΔλmaxよりも大きい場合では、二波長間隔はΔλmaxとしそのときのΔβが新たに定まる。例えば、Δλmax＝10nmである場合は、測定対象として考えられる主なファイバに対する設定条件は概ね表５のような値に定める。
【表５】
2006112926.tif 000037
【０１６７】
次に、ポンプ光及びプローブ光のパルスピーク強度を決定する。ポンプ光とプローブ光の強度関係は数（6）で示される。数(6)からわかるように、プローブ光の強度が定まればポンプ光強度は一意に定まる。プローブ光の最大入力強度を設定する際は、ＳＢＳによる影響を排除する必要がある。ＳＢＳが発生するとプローブ光の入力強度を上げたとしても、光ファイバを伝搬する光強度に限界が生じてしまい、入力で定めたポンプ光とプローブ光の強度関係を保つことができない。このため入力強度の設定では、光ファイバのSBSしきい値以下に定める必要がある。なお、ＳＢＳしきい値は光ファイバの特性（非線形特性等）や条長によって異なる。上述のようにＳＢＳしきい値を考慮して入力強度の設定を行うが、実際の測定の際には、各被測定光ファイバに対し事前にＳＢＳが発生していないことを確認することも必要である。
【０１６８】
また、被測定光ファイバが異常分散性ファイバである場合は、ＭＩの影響も考慮する必要がある。ＭＩの発生効率はピーク強度に比例するため、強度の異なるポンプ光とプローブ光ではその発生の度合いが異なる。従って入力部で最適な強度比に合わせたとしても、光ファイバ伝搬中ではその強度比が徐々に崩れてしまう。
【０１６９】
図１７は、被測定光ファイバへの入力光強度と、光ファイバからの出力光強度を観測し、その強度比を比較することにより最適な入力強度条件を設定する手順をフローチャートとして示している。まず、光ファイバに入力するポンプ光及びプローブ光の強度比と、光ファイバから出力されるポンプ光及びプローブ光の強度比を測定する。ポンプ光及びプローブ光の強度は、光スペクトラムアナライザ等を用いることによりそれぞれの波長での強度を調べることができる。
【０１７０】
光ファイバからの透過光の強度比が入力光の強度比と比較して１０％以上変化する場合は、ＳＢＳあるいはＭＩの影響が大きいと考えられる。このようなときは、ポンプ光とプローブ光の強度比を保ったまま光ファイバへの入力強度を下げてみる。そして、光ファイバからの透過光の強度比を測定し、入力光強度比に対しその変化が１０％以内になるようにこの操作を繰り返し、強度調整を行う。上記のようにして、ポンプ光及びプローブ光の入力光強度条件を定めることにより、ＳＢＳもしくは異常分散性ファイバの測定時におけるＭＩによる測定誤差を、所望の範囲に抑えることができる。
【０１７１】
次に入力強度が設定されたポンプ光およびプローブ光のパルス形状に調整するためのパルス変調について説明する。図１８は、被測定光ファイバ２２４に入力するポンプ光及びプローブ光のパルス形状を整えるためのパルス変調部２１０、２１１の構成を示したものである。なお、パルス変調部２１０は、ファンクションジェネレータ２３９と、バイアスティ２４１と、ＤＣ電源２４３と、光強度変調器２４５とがパルスパターン発生器２３６に順に接続されて構成される。また、パルス変調部２１１は、ファンクションジェネレータ２４０と、バイアスティ２４２と、ＤＣ電源２４４と、光強度変調器２４６とがパルスパターン発生器２３６に順に接続されて構成される。以下に各構成における機能について説明する。
【０１７２】
まず、パルスパターン発生器２３６は、光ファイバの条長に対応した周期の電気パルス信号が発生するものである。パルスパターン発生器２３６からの電気パルス信号は、二台のファンクションジェネレータ２３９、２４０に外部からのTrigger信号として入力される。ファンクションジェネレータ２３９、２４０は任意の形状の電気信号パルスを生成することができる。ファンクションジェネレータ２３９、２４０からの電気信号パルスは、バイアスティ２４１、２４２によりＤＣ電源２４３、２４４から発生するＤＣ電圧と合波され、光強度変調器２４５、２４６に印加される。光強度変調器２４５及び２４６を透過する光は、光強度変調器２４５、２４６に印加された電気パルス波形に同等な波形に変換される。
【０１７３】
光強度変調器２４５、２４６を出力した光パルスは、図１６に示すように、光増幅器２１２、２１３で増幅される。ここで光増幅器２１２、２１３から出力された増幅後の光パルスを３ｄＢカプラ２２２の出力ポート２２２ａから光アッテネータ２２８を介してＯＥ変換器２３４で電気信号に変換し、オシロスコープ２３５でそのパルス形状を観測する。そして、そのパルス形状が矩形になるようにファンクションジェネレータ２３９、２４０からの出力電気パルス形状を変化させる。この様にして、光増幅器２１２、２１３から出力された高強度の光パルスを理想的な矩形波にすることができる。これによって光ファイバ中でのＳＢＳの発生を防ぎ、アイドラー光の振動波形の安定化を実現できる。
【０１７４】
図１９は、パルス整形を行わず光強度変調器２４５、２４６に矩形の電気パルスを印加した場合に、ＥＤＦＡ等の光増幅器２１２、２１３から出力される光パルス波形を示す。パルス先頭部において、強度が大きくサージしているのがわかる。図２０は、パルス整形を施した場合の光増幅器２１２、２１３からの出力光パルス波形を示すものである。パルス形状は、矩形でありサージが発生していないのがわかる。このため、ＳＢＳは回避されることになる。
【０１７５】
上記のようにして定められたポンプ光とプローブ光の入力条件により測定を行い、アイドラー光の後方散乱光を観測する。次に、得られたアイドラー光の後方散乱光の波形から、各地点での瞬時周波数を求め、Δβを求める。正弦波的な振動波形の瞬時周波数は、L.F.Mollenauer,et.al.が示した方法で求めることができる。この方法では、まず取り込んだ測定データに対してバンドパスフィルタ処理を行い、信号周波数成分以外の周波数成分を除去する。
【０１７６】
次に、FFT（Fast Fourier Transform）を行い、さらに負の周波数をゼロに置き換えIFFT（Inverse Fast Fourier Transform）を行うことにとり、測定データの虚数成分を導く。続いて、実数成分と虚数成分から各距離での位相角を算出する。この位相角が、瞬時周波数に対応する値である。このようにして各入力ポンプ光強度に対する光ファイバの条長各点におけるΔβの値が得られる。
【０１７７】
図２１は、被測定光ファイバとして波長1552nmにおいて平均波長分散値15.92ps/nm/kmの特性を有する条長25kmの光ファイバを用いた場合に観測されたアイドラー光の後方散乱光の振動波形である。また、図２２は、図２１の値から上記の解析方法を用いて算出した波長分散の長手方向分布である。
【０１７８】
なお、本実施の形態では、Δβを求める際にFFT、IFFTを用いたが、これに限らず、正弦波関数でフィッテングする方法を用いても、観測波形に最も位置する正弦波パラメータ（周波数）から各地点での周波数（Δβ）を求めることができる。
【０１７９】
すなわち、アイドラー後方散乱光波形から、一部の連続するデータ点を抽出して正弦関数に非線形フィッティングすることにより局所的な分散値を求め、抽出するデータ範囲を逐次変更してフィッティングを行うことによりファイバ長手方向の波長分散値の分布を求めることができる。図１４には全部で3743点のデータ点をもつ測定波形があるが、例えば、中心付近の連続する201点である1800点目から2000点目を抽出する。抽出した200点に対して、単一の周期を持つと仮定すると、強度の変化は、数３１で表すことができ、
【数３１】
2006112926.tif 000038
この式に非線形フィッティングを行う。ここで、zは位置、a2が分散に関するパラメータである。a1は振幅パラメータ、a3は位相のオフセット、a4は強度のオフセットであり、これらは必要に応じてフィッティングパラメータとする。
パラメータa2を使用すると、波長分散値は、
【数３２】
2006112926.tif 000039
で求められる。
【０１８０】
この求められた波長分散値を、上記抽出したデータ範囲の中心位置、つまり1900点目の波長分散値とする。パラメータa2の初期値はフィルタ無しのフーリエ変換で求められた周期を初期値としたが，初期値は求める分散近傍の値であれば構わなく、予測手法は問わない。
【０１８１】
次に、抽出するデータ範囲を変更して、例えば、1801点目から2001点目のデータを抽出して同様に非線形フィッティングにより波長分散値を求め、この求められた波長分散値を1901点目の波長分散値とする。抽出するデータ範囲を変更した後のパラメータa2の初期値は、当該データ範囲を変更する前の計算結果を用いた。同じようにして、抽出するデータ範囲を変更しながら非線形フィッティングにより局所的な波長分散値を求めることにより、ファイバ長手方向における各位置での波長分散値が求められ、波長分散値のファイバ長手方向の分布が得られる。
【０１８２】
図１５には図１４の波形から直接フィッティングの手法で算出された波長分散値の分布が示されており、精度良く波長分散値が求められている。
抽出するデータ範囲としては、位置分解能と精度との兼ね合いから適当な範囲でよい。フィッティングの性質上、抽出するデータ範囲は、強度振動が1〜10周期程度であるとき十分な精度が得られる。
【０１８３】
また、数（31）では、抽出するフィッティングデータ範囲内において波長分散値が一定と近似できるような場合に特に有効であるが、波長分散値がファイバ長手方向に大きく変化するような場合には、抽出するフィッティングデータ範囲内において波長分散値が距離の１次で分布する数式を用いたほうがよい。さらに、強度振動の振幅も、抽出するフィッティングデータ範囲内で変化する場合には、当該振幅の１次のパラメータを加えたほうがよい場合もある。１次のパラメータについて、波長分散値に関するものをb2、振幅に関するものをb1とした式、
【数３３】
2006112926.tif 000040
を用いればよい。
【０１８４】
次に、測定に用いている近似式の近似誤差を用いて、測定データの振動周期から算出される波長分散値を補正する手段について説明する。
【０１８５】
アイドラー後方散乱光波形は数(31)によって表されることを前提としているが、数(31)は、入力光に対してFWMによって発生するアイドラー光が十分小さいとする近似を用いた微分方程式から導かれているため、波長分散値Dとアイドラー光の強度振動の周期に関するパラメータa2とは厳密には数（２）を満たさない。特に、入力光が強い場合や、被測定光ファイバの非線形定数が大きい場合など、非線形現象が強い系では、観測するアイドラー光の強度が大きく観測しやすくなる反面、近似による誤差が大きくなる。
【０１８６】
所定の波長分散値をもつ厳密な微分方程式を解くシミュレーションによって得られた強度変化データから数（31）、(32)を用いて非線形フィッティングにより算出された波長分散値を、シミュレーションで使用した波長分散値と比較することにより、誤差と各パラメータとの関係式が求められる。例えば、入力ポンプ光量と入力プローブ光量の比が１：２である場合、下記Ａをパラメータとして、
【数３４】
2006112926.tif 000041
と定義すると、当該A値が10以上の場合に、波長分散値の誤差は、
【数３５】
2006112926.tif 000042
となる。数（35）により、波長分散値の真値と、アイドラー後方散乱光波形から算出される波長分散値との誤差が求められるので、測定値から誤差を算出し、求められた誤差分を補償することにより波長分散値の真値を求めることが可能となる。
【０１８７】
例えば、入力ポンプ光の強度がPp=200mW、入力プローブの強度がPs=400mW、２つの入力光の波長間隔が2.298nmという測定条件で、波長分散値が2.00ps/nm/km，非線形定数がγ＝2.025/km/Wの光ファイバを測定すると、誤差が0.07ps/nm/km、つまり測定された波形から数(31)、(32)により波長分散値を求めると2.07 ps/nm/kmとなる。よって、測定された波長分散値が2.07ps/nm/kmであった場合、誤差を含んだ波長分散値の測定値2.07ps/nm/kmから誤差分0.07ps/nm/kmを補償して、正確な波長分散値2.00ps/nmが算出できる。
【０１８８】
数（35）では、非線形定数、２つの入力光パワー、２つの入力光パワーの波長間隔から誤差が求められるが、レーリー散乱係数を10-4とした時のアイドラー光の強度振幅をPcとして、光ファイバの損失は０とした場合に、
【数３６】
2006112926.tif 000043
【数３７】
2006112926.tif 000044
のようにも表すこともできる。
【０１８９】
このため、非線形定数、観測されたアイドラー光の強度振幅と、２つの入力光パワーの波長間隔とを用いて、測定された波長分散値の誤差補償をすることもできるし、また入力ポンプ光パワーと観測されたアイドラー光の強度振幅だけから測定された波長分散値の誤差補償をすることもできる。特に、数（37）を用いれば、非線形定数がわからなくても誤差の補償ができるので有用である。すなわち、数（37）を用いれば、上記と同様の測定条件ではアイドラー光の強度振幅が4x10-4 mWなので、非線形定数を計算に用いなくても、波長分散値が2.0ps/nm/kmの場合に、入力ポンプ光の強度振幅Pp=200mWを用いて誤差0.07ps/nm/kmが算出できる。
【０１９０】
逆に、入力ポンプ光の光量と入力プローブ光の光量の比が１：２である場合、波長分散値が2.0ps/nm/km、非線形定数がγ=2.025/km/Wの光ファイバの波長分散値を測定する際には、波長間隔を大きく、または入力ポンプ光の強度振動を小さくすれば誤差が小さくなることがわかる。近似誤差は波長間隔の４乗に反比例し、入力ポンプ光パワーの２乗に比例する。ただし、発生するアイドラー光は入力ポンプ光パワーの２乗に比例して小さくなってしまうため、アイドラー光が測定可能な範囲内で入力ポンプ光の強度振動を決定することになる。
【０１９１】
従って、測定データの局所的な強度振動の周期を求めるために、正弦関数で非線形フィッティングを直接行うことによって、ノイズ成分に影響されにくくでき、解析精度の向上が図れる。また、このように非線形フィッティングを直接行う解析法ではフィルタ処理が不要となり、または簡易的なもので済むため、解析がより容易となる。また、近似による誤差を逆算により補償することにより、解析の精度を上げることが可能となる。さらに、近似誤差の小さい想定条件を選ぶことによっても測定誤差を小さくすることができ、測定の精度が向上する。
【０１９２】
次に、他実施例として、前記ポンプ光及びプローブ光の後方散乱光を観測し、被測定光ファイバ中での両光の長手方向での伝播強度の測定結果を用いて長手方向の波長分散値分布の解析補正を行う手段を説明する。
【０１９３】
アイドラー光の波形は、数（11）によって表されることを前提としているが、数（11）は、FWM発生過程においては伝送損失が影響しない、SPM及びXPMの効果は考慮しない、という近似の仮定を用いた微分方程式から導かれているため、ポンプ光及びアイドラー光の強度関係が数（6）から外れた場合、波長分散値Dは厳密には数（14）を満たさない。L.F.Mollenauer,et.al.は、このような影響下でのΔβに対する誤差を次式の数（38）で表している。
【数３８】
2006112926.tif 000045
【０１９４】
数（38）を考慮した場合のΔβと波長分散値Dの関係式は次式の数（39）のようになる。
【数３９】
2006112926.tif 000046
【０１９５】
このようにΔβの誤差は、特に被測定光ファイバの非線形定数γが大きい場合、誤差の影響が大きくなる。最近では、非線形定数γが通常のファイバより５倍以上の高非線形ファイバが開発されており、このような光ファイバを評価する際には特に誤差の問題が大きくなる。そこで数（38）の影響を取り除く測定手順を以下に示す。
【０１９６】
まず、上記の方法でアイドラー光の後方散乱光の波形から長手方向各地点での瞬時周波数を求め、数（12）の関係式を用いてΔβを求める。次に、ポンプ光及びプローブ光の後方散乱光を観測し、光ファイバ中での各光の伝搬強度の長手方向分布を求める。ポンプ光及びプローブ光の後方散乱光は、受光部でポンプ光、プローブ光それぞれの波長の光を選択するように光フィルタで調整し、オシロスコープを用いてその波形が観測される。また非線形定数γは、既存の測定方法により求めることができる。例えば、R.H.Stolen and Chinlon Lin, Physical Review A, Vol.17, No.4, pp.1448-1453 (1992)、もしくは、A.Wada et al., 18th European Conference of Optical Communication 1992, Technical digest p.42 (1992)）に記載された測定方法を用いることが可能である。
【０１９７】
次に、光ファイバ中での各光の伝搬強度の長手方向分布の結果から、長手方向の各地点での数（38）で示されるΔβNLが求められる。ΔβからΔβNLを差し引くことで波長分散値Dに依存した成分のみを得ることができる。
【０１９８】
この様にして決定した長手方向の波長分散値Ｄは、ポンプ光及びプローブ光が光ファイバ中での非線形効果等により強度が変化したことによる影響を取り除いた値となり、より確度の高い値と考えることができる。
【０１９９】
次に、他実施例について図２３を参照して説明する。図２３は、被測定光ファイバ２２４の両端、あるいはどちらかの片端から、ポンプ光、プローブ光とは異なる波長の第三の光を入射することにより、被測定光ファイバ２２４中でポンプ光、プローブ光及びアイドラー光の強度をラマン増幅させる構成を有する測定装置構成を用いたものである。
【０２００】
ラマン増幅は、二つのラマン増幅用光源２４７、２４９の各々から、二つのＷＤＭカプラ２４８、２５０を介して被測定光ファイバ２２４の両端に入力されるラマン増幅光により行われる。なお、ＷＤＭカプラ２５０は、サーキュレータを使用してもよい。ポンプ光及びプローブ光を１５５０ｎｍ付近で使用する場合は、１４５０ｎｍ付近の波長の光を入射させる。このようなラマン増幅は、被測定光ファイバ２２４の条長が長い場合、また伝送損失が大きな場合に有効である。ラマン増幅を行うことにより光ファイバ中の伝送損失が補償されるため、入力するポンプ光及びプローブ光の強度を下げてもアイドラー光のSN比を保つことができる。これは光ファイバ中でのＭＩの影響をより低減させることにつながり、測定誤差の低減にも有効である。
【０２０１】
さらに、他の実施例として、図１６及び図２３で示される測定系の構成において、アイドラー光の後方散乱光を波長選択する素子として、Finesse２０００以上、透過半値全幅５ＧＨｚ以下、フィルタ出力光における透過波長光と遮断波長光との強度比（contrast ratio）が４０ｄＢ以上のファブリーペローフィルタを用いてもよい。
【０２０２】
アイドラー光の強度は、ポンプ光及びプローブ光の強度に比較して、３０〜４０ｄＢ程度小さいため、アイドラー光の振動波形を観測するには波長選択素子の特性として、透過幅が狭く、contrast ratio（透過波長と遮断波長帯との伝播損失差）が大きなものが望まれる。このような条件を満たすフィルタとしては、一般的なものが使用できるが、例えばFinesse2000、透過半値全幅２．５ＧＨｚのフィルタ（chromux社製、型式TFM-2000）がこれに相当する。このフィルタは、ファブリーペロー共振器をMEMS（Micro Electrical Mechanical System）で構成したものであり、従来のファブリーペロー共振器と比較し、Finesseが大きく、透過半値全幅が狭く、さらに透過損失も3dB程度と低い。またcontrast ratioは４０ｄＢ以上であり、この値も一般的に市販されているファブリペローエタロンフィルタが20dBであることに比べ大きな違いである。このような狭帯域フィルタを用いることでポンプ光及びプローブ光の混入を防ぎ、アイドラー光のSN比を向上することができる。なお、アイドラー光の波長選択特性をより向上させるためには、図２４に示すように、光増幅器２５１と光フィルタ２５２の配置数を増やし、アイドラー光の波長選択・強度増幅を繰り返し行い、波長選択性を向上させることもできる。
【０２０３】
次に、図２５を参照して、上記した測定装置を用いたファイバ長手方向の波長分散値に対する測定方法に基づいて光ファイバを製造する光ファイバ製造方法について説明する。
【０２０４】
まず最初に、準備した光ファイバの母材の屈折率分布をプリフォームアナライザで測定する。その結果から線引の条件（線引張力、速度、溶融部の温度等）を定める。そして母材を線引し、得られた光ファイバについて上記した波長分散分布測定装置を用いて波長分散値の光ファイバ長手方向の分布を評価する。その評価結果により、波長分散値のファイバ長手方向の分布状態が、光ファイバ全長での平均値に対して±５％以内の変動に含まれるように部分的に切り出す。以上のようにして本実施例においては光ファイバの波長分散値のファイバ長手方向での評価を行い、波長分散値が最適値を持つ部分を切り出す工程を施すことにより、ファイバ長手方向に、従来より均一で安定した波長分散値を有する光ファイバの製造が可能となる。
【０２０５】
上述したように、本発明による光ファイバの波長分散分布測定方法では、送信部で光ファイバに入力する二つの波長のパルス光（ポンプパルス光とプローブパルス光）をそれぞれ独立して光増幅し、狭帯域光バンドパスフィルタを透過させている。各パルス光をそれぞれ独立して光増幅を行うことにより、光増幅器で発生するＡＳＥノイズをカットすることができる。
【０２０６】
また、本発明では、ポンプパルス光またはプローブパルス光の少なくとも一方を、時間的に重なり合うように遅延時間を調整し、カプラで合波する。次に、合波した光を、被測定光ファイバに入力する。光ファイバ中では非線形効果によりアイドラー光が発生する。被測定光ファイバが異常分散性光ファイバの場合は、光ファイバ中でＭＩが発生するが、被測定光ファイバへ入力するポンプパルス光及びプローブパルス光は、光フィルタでＡＳＥノイズが除去されているため、ポンプパルス光及びプローブパルス光のＳＮ比が向上し、ＭＩの発生効率を低減させることができる。
【０２０７】
そのため、アイドラー光の波長においてもＭＩによるノイズの増加を抑えることができ、観測する後方散乱アイドラー光のＳＮ比を向上させることができる。また、アイドラー光のノイズレベルが低下したことにより、戻り光を観測する受光部の感度が向上し、入力ポンプパルス光、プローブパルス光の強度をより下げることが可能になり、さらにＭＩの影響を低減させた測定を行うことができる。
【０２０８】
また、ポンプ光及びプローブ光のパルス変調部において、光増幅器からの出力パルス波形が矩形波になるようにパルス整形を施すことにより、光増幅器によるパルスサージの発生を抑え、光ファイバ中でのＳＢＳの発生を抑制することができる。
【０２０９】
さらに被測定光ファイバに入力されるポンプパルス光とプローブパルス光の強度比と被測定光ファイバを透過したポンプパルス光とプローブパルス光の強度比を比較し１０％以内の変動に収まるように入力ポンプパルス光及びプローブパルス光のピーク強度を定めることにより、光ファイバ中でのＭＩの影響を所望の範囲内に抑えることができる。
【０２１０】
さらにアイドラー光のＳＮ比が向上したことにより、より微弱な強度のアイドラー光を観測することが可能になる。このため、ポンプ光とプローブ光の波長間隔を広げ、観測するアイドラー光の繰り返し振動数を増やすことにより、位置に対する分散値の確度を向上することができる。また、ポンプ光とプローブ光の波長間隔を広げない状態では、より遠方からの微弱光を観測できることになるため、測定可能な距離が伸長することになる。
【０２１１】
さらに、ポンプパルス光及びプローブパルス光の後方散乱光を観測し、被測定光ファイバ中での両光の長手方向の伝播強度分布値を用いて長手方向の波長分散値分布の解析補正を行うことでより正確な波長分散値を得ることができる。
【０２１２】
上述した測定においては、ポンプ光、プローブ光及びアイドラー光に対しラマン増幅を使用することにより観測するアイドラー光の強度が増幅されるためファイバへの入力ポンプ光及びプローブ光強度をさらに低下させても同等なSN比で観測することが可能となりよりMIの影響を低減することができる。
【０２１３】
さらに、受光部でのアイドラー後方散乱光の波長選択素子として、Finesse2000以上、透過半値全幅5GHz以下、フィルタ出力光における透過波長光と遮断波長光との強度比が40dB以上の狭帯域ファブリーペローを用いることにより、ポンプ光及びプローブ光の混入を阻止しアイドラー光のみを観測することができる。
【０２１４】
このようにノイズの低減、パルス整形によるSBS発生の抑制、アイドラー光SN比の向上により、より低い入力光強度で測定が可能となり、測定誤差が低減し正確な波長分散値を得ることができる。この効果は条長の長いファイバや異常分散性ファイバの遠端部分で特に顕著である。
【０２１５】
また、このような測定装置を用いることにより、線引した光ファイバの長手方向の波長分散分布状態を測定し、ファイバ長手方向に分布した波長分散値が光ファイバ全長の平均値に対して±５％以内になるように光ファイバを切り出すことで全長でより均一な波長分散値を持つ光ファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２１６】
【図１】本実施の形態における測定装置の構成を示す図である。
【図２】他の実施例における測定装置の構成を示す図である。
【図３】他の実施例における測定装置の構成を示す図である。
【図４】他の実施例における測定装置の構成を示す図である。
【図５】他の実施例における測定装置の構成を示す図である。
【図６】他の実施例における偏波保持機能を有する測定装置の構成を示す図である。
【図７】他の実施例における光ヘテロダイン検波方式を用いた偏波保持機能を有する測定装置の構成を示す図である。
【図８】ＲＤＦにおける測定可能領域図である。
【図９】ＨＮＬＦ（Ｄ＝４ps/nm/km）における測定可能領域図である。
【図１０】入力ポンプ光強度を変えた時に測定されたアイドラー光の後方散乱光波形である。
【図１１】解析の結果得られたファイバ長手方向の波長分散分布図である。
【図１２】解析の結果得られたファイバ長手方向の非線形係数分布図である。
【図１３】本実施の形態における光ファイバの製造方法の工程を説明するフローチャートである。
【図１４】ＯＴＤＲ波形の一例を示す図である。
【図１５】直接フィッティングにより求められた分散分布である。
【図１６】他の実施例における測定装置の構成を示す図である。
【図１７】本実施の形態における被測定光ファイバへの入力条件の工程を説明するフローチャートである。
【図１８】他の実施例におけるパルス変調部の構成を示す図である。
【図１９】パルス変調部でパルス整形を行わない場合のＥＤＦＡからの出力パルス波形である。
【図２０】パルス変調部でパルス整形を施された場合のＥＤＦＡからの出力パルス波形である。
【図２１】観測されたアイドラー光の後方散乱光波形である。
【図２２】解析の結果得られた長手方向波長分散分布図である。
【図２３】他の実施例における被測定光ファイバの両端あるいは一方の片端からラマン増幅を行う測定装置の構成を示す図である。
【図２４】他の実施例におけるアイドラー光の波長選択部で光増幅器と波長選択フィルタを増やした測定装置の構成を示す図である。
【図２５】他の実施例における光ファイバの製造方法の工程を説明するフローチャートである。
【図２６】非線形ＯＴＤＲ法においてＭＩが発生した状態での被測定光ファイバ入力光及び透過光スペクトルである。
【符号の説明】
【０２１７】
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，２００  測定装置
１  ポンプ光源
２，２ａ  位相変調器
３  信号発生器
４，２３，２４  電気信号アンプ
５  被測定光ファイバ
６，６ａ，１２，１２ａ  強度変調器
７，７ａ，１８  ＥＤＦＡ
８，８ａ  バンドパスフィルタ
９，１４，２７，１２８  偏波コントローラ
１０，１０ａ  カプラ
１１  プローブ光源
１３，１３ａ  ディレーライン
１５，１５ａ  サーキュレータ
１６  無反射端
１７，１７ａ，１９  光フィルタ
２０  Ｏ／Ｅ変換器
２１  オシロスコープ
２２  パルス発生器
２５，２６  ＤＣ電源
２８，２８ａ  ３ｄＢカプラ
２９  フォトディテクタ
３０  電気アンプ
３１  ミキサー
３２  信号発生装置
３３  ローパスフィルタ
３５，３６  ラマン増幅用光源
３７，３８  ＷＤＭカプラ
３９  光スペクトラムアナライザ
４０  非線形光学媒体
１２４  コンピュータ
１２５，１２５ａ  タップカプラ
１２６，１２６ａ  ＡＯ変調器
１３１  光パワーメータ
２００  測定装置
２０１  ポンプ光源
２０２  プローブ光源
２０３  電気信号発生器
２０４，２０５  電気信号増幅器
２０６，２０７  光位相変調器
２０８，２０９  偏波コントローラ
２１０，２１１  パルス変調部
２１２，２１３  光増幅器
２１４，２１５  光アッテネータ
２１６，２１７  光バンドパスフィルタ
２１８，２１９  偏波コントローラ
２２０，２２１  偏光子
２２２  ３ｄＢカプラ
２２２ａ  ３ｄＢカプラ出力ポート
２２３  光サーキュレータ
２２４  被測定光ファイバ
２２５  光スペクトラムアナライザ
２２６  無反射端
２２７  光パワーメータ
２２８  光アッテネータ
２２９  光フィルタ
２３０  光増幅器
２３１  光フィルタ
２３２  APD
２３３  電気信号増幅器
２３４  OE変換器
２３５  オシロスコープ
２３６  パルスパターン発生器
２３７  制御用コンピュータ
２３８  ディレーライン
２３９，２４０  ファンクションジェネレータ
２４１，２４２  バイアスティ
２４３，２４４  DC電源
２４５，２４６  光強度変調器
２４７，２４９  ラマン増幅用光源
２４８  WDMカプラ
２５０  WDMカプラ
２５１  光増幅器
２５２  光フィルタ
【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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