(57)【要約】      （修正有）【課題】双方向ＯＴＤＲによって光ファイバのＭＦＤ及びその長手方向分布を短時間で正確に測定できる測定方法の提供。【解決手段】双方向ＯＴＤＲ法によって被測定光ファイバの実効断面積を測定し、かつ被測定光ファイバの屈折率分布からｋ−ｆａｃｔｏｒを算出し、次式（ａ）ＭＦＤ＝２・√（Ａｅｆｆ／ｋπ）      …（ａ）（式中、Ａｅｆｆは実効断面積、ｋはｋ−ｆａｃｔｏｒ、ＭＦＤはモードフィールド径を表す。）によって被測定光ファイバのモードフィールド径を測定することを特徴とする光ファイバのモードフィールド径測定方法。【選択図】  図１
2006105961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向ＯＴＤＲ法によって被測定光ファイバの実効断面積を測定し、かつ被測定光ファイバの屈折率分布からｋ−ｆａｃｔｏｒを算出し、次式（ａ）
【数１】
2006105961.tif 000014
（式中、Ａｅｆｆは実効断面積、ｋはｋ−ｆａｃｔｏｒ、ＭＦＤはモードフィールド径をそれぞれ表す。）
によって被測定光ファイバのモードフィールド径を測定することを特徴とする光ファイバのモードフィールド径測定方法。
【請求項２】
被測定光ファイバのｋ−ｆａｃｔｏｒを、次式（ｂ）
【数２】
2006105961.tif 000015
（式中、Ａｅｆｆ、ＭＦＤは、屈折率分布から算出した実効断面積、モードフィールド径をそれぞれ表す。）
によって算出することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径測定方法。
【請求項３】
被測定光ファイバを製造する光ファイバ母材の屈折率分布から算出したｋ−ｆａｃｔｏｒを被測定光ファイバのｋ−ｆａｃｔｏｒとして式（ａ）によって被測定光ファイバのモードフィールド径を測定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モードフィールド径測定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバのモードフィールド径測定方法によって被測定光ファイバのモードフィールド径の長手方向の変動を測定することを特徴とする光ファイバのモードフィールド径の長手方向分布測定方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバのモードフィールド径測定方法を用いて、複数の波長で被測定光ファイバのモードフィールド径を測定し、被測定光ファイバの波長分散を測定することを特徴とする光ファイバの波長分散測定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光ファイバの波長分散測定方法を用いて、被測定光ファイバの波長分散の長手方向分布を測定することを特徴とする光ファイバの波長分散の長手方向分布測定方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバのモードフィールド径測定方法を用いて、複数の波長で被測定光ファイバのモードフィールド径を測定し、被測定光ファイバのゼロ分散波長を測定することを特徴とする光ファイバのゼロ分散波長測定方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光ファイバの波長分散測定方法を用いて、被測定光ファイバのゼロ分散波長の長手方向分布を測定することを特徴とする光ファイバのゼロ分散波長の長手方向分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバのモードフィールド径、波長分散特性、およびその長手方向分布測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバのモードフィールド径（Mode Field Diameter、以下、ＭＦＤと記す。）は、異なる光ファイバを接続する際の接続損失を予測するための指標として、広く用いられている。一般に光ファイバのＭＦＤを測定する方法には、ファーフィールドパタン法（ＦＦＰ法）、Variable Aperture法（ＶＡ法）などが知られている（非特許文献１参照。）。
これらの従来の測定方法は、ＭＦＤを正確に測定することができる反面、測定時間が長い、ＭＦＤの長手方向の分布を測定することができないなどの問題点を有している。
【０００３】
一方、光ファイバのＭＦＤを測定する別の方法として、双方向ＯＴＤＲ法がある（非特許文献１参照）。この方法は、測定時間が非常に短い、ＭＦＤの長手方向の分布を測定できるといった利点を有している。以下に、双方向ＯＴＤＲ法によるＭＦＤ測定方法について述べる。
【０００４】
ＯＴＤＲにより観測される光ファイバの後方レーリー散乱光強度ｄＩは、レーリー散乱係数αＲ、そして、全レーリー散乱光のうち、再び伝搬モード（シングルモード光ファイバの場合、ＬＰ０１モード）に結合し、逆方向に伝搬する割合（以後、捕獲率ＣＲと記す。）の積であり、その地点での全光パワーをＩとすると、微小区間ｄｚにおける後方レーリー散乱光強度ｄＩは、次式（１）により表すことができる。
【０００５】
【数１】
2006105961.tif 000003
【０００６】
ここで、非特許文献２によれば、光ファイバのコア−クラッド間の比屈折率差が小さく、また、モードフィールドがガウシアン形状である場合、捕獲率ＣＲは次式（２）
【０００７】
【数２】
2006105961.tif 000004
【０００８】
（式中、ｎは屈折率、ｃは光速、ωは光の角周波数をそれぞれ表す。）で表されるため、後方レーリー散乱光強度ｄＩは次式（３）のように、ＭＦＤの関数として表すことができる。
【０００９】
【数３】
2006105961.tif 000005
【００１０】
ここで、同種の光ファイバならば、レーリー散乱係数αＲはほぼ等しいため、同種の光ファイバを接続してＯＴＤＲ測定を行った際に測定される後方レーリー散乱光強度の違いは、光ファイバのＭＦＤの違いに起因するものである。
【００１１】
よって、あらかじめＭＦＤを測定しておいた光ファイバを準備すれば、ＭＦＤが未知の被測定ファイバと接続してＯＴＤＲ測定を行うことにより、ＭＦＤ測定を行うことができる。これが双方向ＯＴＤＲ法によるＭＦＤ測定方法の原理である。
【００１２】
また、双方向ＯＴＤＲ法で波長分散を測定する方法が、非特許文献１に述べられている。この方法によれば、例えば３波長以上でＭＦＤを測定し、次式（４）
【００１３】
【数４】
2006105961.tif 000006
【００１４】
（式中、λは波長、Ｗ＝ＭＤＦ／２、ｇ０〜ｇ２はそれぞれ最小自乗近似係数を表す。）
式に最小自乗近似して係数ｇ０〜ｇ２を決定したのち、次式（５）
【００１５】
【数５】
2006105961.tif 000007
【００１６】
により導波路分散Ｄｗを測定する。導波路分散と波長分散には強い関係が存在するため、導波路分散から、波長分散を測定することができる。また非特許文献１には関係ないが、導波路分散とゼロ分散波長との間にある関係を用いたり、複数の波長での波長分散を用いたりすることで、ゼロ分散波長の測定を行うこともできる。
【非特許文献１】ITU-T Recommendation G.650
【非特許文献２】M.Nakazawa,“Rayleigh backscattering theory for single-mode optical fibers”, JOSA Vol.73, No.9, Sep.1983, pp.1175-1180
【非特許文献３】A.H.Hartog,“On the theory of backscattering in single-mode optical fibers”, JLT, Vol.LT-2, No.2, Apr.1984, pp.76-82
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、現実には、いわゆるステップインデックス型光ファイバの場合でも、光ファイバのモードフィールドがガウシアン形状であるという仮定は成立せず、これが式（２）を用いてＭＦＤを測定する際の問題点である。
【００１８】
この問題点について、さらに詳細に検討する。非特許文献３によると、比屈折率差が小さく、任意のモードフィールドを有する光ファイバに対しては、次式（６）の関係が成り立つ。
【００１９】
【数６】
2006105961.tif 000008
【００２０】
双方向ＯＴＤＲによって実際に測定している値はＭＦＤではなく、実効断面積（Effective Area、以下Ａｅｆｆと記す。）の値である。この違いを解決するため、次式（７）によって表され、一般によく知られているＡｅｆｆとＭＦＤとの関係、
【００２１】
【数７】
2006105961.tif 000009
【００２２】
を用い、式中ｋで表されるｋ−ｆａｃｔｏｒをＡｅｆｆの関数として予め求めておき、双方向ＯＴＤＲによって測定したＡｅｆｆをＭＦＤに変換する方法が考えられる。
【００２３】
このｋ−ｆａｃｔｏｒは、光ファイバの屈折率分布に固有の値であり、同一設計の光ファイバに対しても、その製造ばらつきにより異なる値を持つ。そのため、同じＡｅｆｆでも異なるｋ−ｆａｃｔｏｒを持つ場合には、ｋ−ｆａｃｔｏｒをＡｅｆｆの関数として正確に表すことができず、双方向ＯＴＤＲ法でＭＦＤを正確に測定することができない。
【００２４】
この問題は、従来の方法による波長分散、ゼロ分散波長の測定にも悪影響を及ぼす。本方法により波長分散、ゼロ分散波長を測定する際に、ＭＦＤの波長依存性が、光ファイバの導波路分散と関連があることを利用しているため、ＭＦＤが正確に測定できないと、波長分散、ゼロ分散波長の測定精度が悪化するという問題を抱えていた。
【００２５】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、双方向ＯＴＤＲによって光ファイバのＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長とそれらの長手方向分布を短時間で正確に測定できる測定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前記目的を達成するため、本発明は、双方向ＯＴＤＲ法によって被測定光ファイバのＡｅｆｆを測定し、かつ被測定光ファイバの屈折率分布からｋ−ｆａｃｔｏｒを算出し、次式（ａ）
【００２７】
【数８】
2006105961.tif 000010
【００２８】
（式中、ｋはｋ−ｆａｃｔｏｒを表す。）
によって被測定光ファイバのＭＦＤを測定することを特徴とする光ファイバのＭＦＤ測定方法を提供する。
【００２９】
本発明の光ファイバのＭＦＤ測定方法において、被測定光ファイバのｋ−ｆａｃｔｏｒを、次式（ｂ）
【００３０】
【数９】
2006105961.tif 000011
【００３１】
（式中、Ａｅｆｆ、ＭＦＤは、屈折率分布から算出した実効断面積、モードフィールド径をそれぞれ表す。）
によって算出することが好ましい。
【００３２】
本発明の光ファイバのＭＦＤ測定方法において、被測定光ファイバを製造する光ファイバ母材の屈折率分布から算出したｋ−ｆａｃｔｏｒを被測定光ファイバのｋ−ｆａｃｔｏｒとして前記式（ａ）によって被測定光ファイバのＭＦＤを測定することが好ましい。
【００３３】
また本発明は、前述した本発明に係る光ファイバのＭＦＤ測定方法によって被測定光ファイバのＭＦＤの長手方向の変動を測定することを特徴とする光ファイバのＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長とそれらの長手方向分布測定方法を提供する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の光ファイバのＭＦＤ測定方法によれば、双方向ＯＴＤＲ法によって被測定光ファイバのＡｅｆｆを測定し、かつ被測定光ファイバの屈折率分布からｋ−ｆａｃｔｏｒを算出し、これらをもとに被測定光ファイバのＭＦＤを測定するので、被測定光ファイバのＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長を短時間で正確に測定することができる。
また、本発明の光ファイバのＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長の長手方向分布測定方法は、本発明の光ファイバのＭＦＤ測定方法によって被測定光ファイバのＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長の長手方向の変動を測定するので、双方向ＯＴＤＲ法によって短時間でＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長の長手方向の変動を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の光ファイバのＭＦＤ測定方法は、双方向ＯＴＤＲ法によって被測定光ファイバのＡｅｆｆを測定し、かつ被測定光ファイバの屈折率分布からｋ−ｆａｃｔｏｒを算出し、次式（ａ）
【００３６】
【数１０】
2006105961.tif 000012
【００３７】
（式中、ｋはｋ−ｆａｃｔｏｒを表す。）
によって被測定光ファイバのＭＦＤを測定することを特徴としている。
【００３８】
双方向ＯＴＤＲ法によって被測定光ファイバのＡｅｆｆを測定する方法は、従来公知である。
【００３９】
また、本発明において、被測定光ファイバのｋ−ｆａｃｔｏｒは、被測定光ファイバの屈折率分布から算出する。通常、ｋ−ｆａｃｔｏｒは、ＦＦＰ法やＶＡ法などにより被測定光ファイバのＡｅｆｆとＭＦＤを測定して算出する。しかし、被測定光ファイバの屈折率分布がわかれば、階段近似法や有限要素法などの公知の方法により、計算で算出することができる。本発明の好ましい実施態様において、ｋ−ｆａｃｔｏｒは、次式（ｂ）により算出する。
【００４０】
【数１１】
2006105961.tif 000013
【００４１】
光ファイバの屈折率分布は、ＲＮＦＰ（Refracted Near Field Pattern）法などの従来公知の方法（例えば、非特許文献１参照。）により測定することができるが、これに限定されない。
【００４２】
本発明のＭＦＤ測定方法によれば、双方向ＯＴＤＲ法によって被測定光ファイバのＡｅｆｆを測定し、かつ被測定光ファイバの屈折率分布からｋ−ｆａｃｔｏｒを算出し、これらをもとに被測定光ファイバのＭＦＤを測定するので、被測定光ファイバのＭＦＤを短時間で正確に測定することができる。
【００４３】
本発明のＭＦＤ測定方法の好ましい実施形態において、被測定光ファイバを製造する光ファイバ母材の屈折率分布から算出したｋ−ｆａｃｔｏｒを被測定光ファイバのｋ−ｆａｃｔｏｒとして前記式（ａ）によって被測定光ファイバのＭＦＤを測定することが好ましい。
【００４４】
光ファイバ母材の屈折率分布は、プリフォームアナライザなどの計測装置を用いて容易に測定することができる。
【００４５】
この方法を適用するにあたっては、光ファイバ母材時点での屈折率分布から予想したｋ−ｆａｃｔｏｒと、該光ファイバ母材を光ファイバとした後のｋ−ｆａｃｔｏｒとが実質同一となる関係が存在する必要があるため、実験により確認を行った。その結果を図１に示す。図１からわかるように、光ファイバ母材時点でのｋ−ｆａｃｔｏｒと、該光ファイバ母材を光ファイバとした後のｋ−ｆａｃｔｏｒとは非常に良く一致している。
【００４６】
また、プリフォームアナライザで測定を行うのは、光ファイバ母材中の有限個の箇所に対してであるが、その際、光ファイバ長手方向のｋ−ｆａｃｔｏｒの変動は、母材時点でのｋ−ｆａｃｔｏｒを基にして補完を行うことができる。
【００４７】
実際に光ファイバ母材のｋ−ｆａｃｔｏｒの長手方向の変動を測定したところ、図２に示すように非常に緩やかであり、このような場合には、該光ファイバ母材から得られた光ファイバのｋ−ｆａｃｔｏｒは、光ファイバ母材時点でのある代表測定点でのｋ−ｆａｃｔｏｒ、もしくはすべての測定点でのｋ−ｆａｃｔｏｒの測定結果の平均値を用いても差し支えない。
【００４８】
本発明による光ファイバのＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長の長手方向分布測定方法は、前述したＭＦＤ測定方法によって被測定光ファイバのＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長の長手方向の変動を測定する方法である。
前述したＭＦＤ測定方法により被測定光ファイバのＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長の長手方向の変動を測定することにより、双方向ＯＴＤＲ法によって短時間でＭＦＤ、波長分散及びゼロ分散波長の長手方向の変動を正確に測定することができる。
【実施例】
【００４９】
［実施例１］
Ｇ．６５２シングルモード光ファイバを用いて、双方向ＯＴＤＲ法により測定したＡｅｆｆと、該光ファイバの光ファイバ母材時点での屈折率分布から計算により求めたｋ−ｆａｃｔｏｒを用いて、光ファイバのＭＦＤを測定した。結果を図３に示す。
本方法によるＭＦＤの測定方法は、ファーフィールドパタン法によるＭＦＤ測定結果と、非常に良好に一致しており、本方法を用いて、高い測定精度でＭＦＤを測定できることが確認された。
【００５０】
［比較例１］
実施例１と同じシングルモード光ファイバを用い、実施例１とは異なり、光ファイバ母材の屈折率分布を用いることなく、双方向ＯＴＤＲ法によりＭＦＤを測定した。
ＭＦＤの測定は、ファーフィールドパタン法により測定したすべてのファイバのＡｅｆｆとＭＦＤの測定結果から、最小自乗近似でＡｅｆｆとＭＦＤとの関係を算出し、双方向ＯＴＤＲ法で測定したＡｅｆｆの結果を代入してＭＦＤを算出した。結果を図４に示す。
本方法でのＭＦＤ測定は、実施例１の方法と比べて、ＭＦＤの測定精度が悪化していることがわかる。
【００５１】
［実施例２］
実施例１と同じシングルモード光ファイバを用い、実施例１と同様の方法を用いて、波長１．３１μｍ、１．５５μｍ、１．６２５μｍにおけるＭＦＤを測定し、その結果から、波長１．４７５μｍにおける導波路分散を算出した。これを、変調位相シフト法によって測定した。波長１．５５μｍにおける波長分散と比較したのが図５であり、ゼロ分散波長と比較したのが図６である。
図５、図６より、本発明の方法により測定したＭＦＤの波長依存性を用いて導波路分散を求めることで、波長分散と、ゼロ分散波長を正確に測定できることがわかる。
本実施例中、波長１．４７５μｍでの導波路分散から波長１．５５μｍでの波長分散や、ゼロ波長分散を算出することができるのは、Ｇ．６５２シングルモードファイバの場合、個別のファイバによって波長分散スロープが異なることがほとんどないためである。
導波路分散を算出する波長として１．４７５μｍを選んだのは、波長１．３１μｍ、１．５５μｍ、１．６２５μｍにおけるＭＦＤを測定して代入して式（４）により最小自乗近似し、その後式（５）により導波路分散を算出する際に、ＭＦＤの測定誤差が導波路分散の算出結果に影響を与えにくい波長であるからである。
【００５２】
［比較例２］
実施例１と同じシングルモード光ファイバを用い、比較例１と同様の方法を用いて、波長１．３１μｍ、１．５５μｍ、１．６２５μｍにおけるＭＦＤを測定し、その結果から、波長１．４７５μｍにおける導波路分散を算出した。波長１．５５μｍにおける波長分散と比較したのが図７であり、ゼロ分散波長と比較したのが図８である。
図７、図８より、実施例２の方法と比べて、波長分散、ゼロ分散波長の測定精度が悪化していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】光ファイバ母材の屈折率分布から計算したｋ−ｆａｃｔｏｒと、該光ファイバ母材を光ファイバとした後のｋ−ｆａｃｔｏｒの関係を示すグラフである。
【図２】光ファイバ母材の屈折率分布から計算したｋ−ｆａｃｔｏｒの長手方向変動を示すグラフである。
【図３】実施例１のＭＦＤ測定結果と、ＦＦＰ法によるＭＦＤ測定結果とを比較したグラフである。
【図４】比較例１のＭＦＤ測定結果と、ＦＦＰ法によるＭＦＤ測定結果とを比較したグラフである。
【図５】実施例２の導波路分散測定結果と、変調位相シフト法による波長分散測定結果を比較したグラフである。
【図６】実施例２の導波路分散測定結果と、変調位相シフト法によるゼロ分散波長測定結果を比較したグラフである。
【図７】比較例２の導波路分散測定結果と、変調位相シフト法による波長分散測定結果を比較したグラフである。
【図８】比較例２の導波路分散測定結果と、変調位相シフト法によるゼロ分散波長測定結果を比較したグラフである。
【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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