(57)【要約】【課題】光ファイバ断面上におけるＬＰ１１ａモードおよびＬＰ１１ｂモードの混合比率を評価できる２モード光ファイバ特性解析方法および２モード光ファイバ特性解析装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る２モード光ファイバ特性解析方法および２モード光ファイバ特性解析装置は、被試験光ファイバに２モード動作する波長の試験光をＬＰ１１モードで入射し、被試験光ファイバの出射端面上の光強度分布を測定し、測定した光強度分布から実効断面積およびモードフィールド径を計算し、これらから縮退モード比率を算出することとした。【選択図】図１
2018063215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験光ファイバである２モード光ファイバの特性を解析する２モード光ファイバ特性解析方法であって、
前記被試験光ファイバの一端に第1高次モードで試験光を入射する光入射手順と、
前記光入射手順で入射した前記試験光が前記被試験光ファイバを伝搬し、前記被試験光ファイバの他端から出射する第1高次モードの試験光の光強度分布を測定する光強度測定手順と、
前記光強度測定手順で測定した前記光強度分布からモードフィールド径と実効断面積を計算し、前記モードフィールド径と前記実効断面積とから前記光強度分布における縮退モード比率を演算する演算処理手順と、
を順に行うことを特徴とする２モード光ファイバ特性解析方法。
【請求項２】
前記演算処理手順では、
前記光強度分布であるＥを前記モードフィールド径ＭＦＤと前記実行断面積Ａｅｆｆを計算する数式
【数Ｃ１】
2018063215.tif 000014
【数Ｃ２】
2018063215.tif 000015
に代入して計算し、計算したＭＦＤとＡｅｆｆを数式
【数Ｃ３】
2018063215.tif 000016
に代入し、前記縮退モード比率Ｋを演算することを特徴とする請求項１に記載の２モード光ファイバ特性解析方法。
【請求項３】
被試験光ファイバである２モード光ファイバの特性を解析する２モード光ファイバ特性解析装置であって、
前記被試験光ファイバの一端に第1高次モードで試験光を入射する光入射手段と、
前記光入射手段が入射した前記試験光が前記被試験光ファイバを伝搬し、前記被試験光ファイバの他端から出射する第1高次モードの試験光の光強度分布を測定する光強度測定手段と、
前記光強度測定手段が測定した前記光強度分布からモードフィールド径と実効断面積を計算し、前記モードフィールド径と前記実効断面積とから前記光強度分布における縮退モード比率を演算する演算処理手段と、
を備えることを特徴とする２モード光ファイバ特性解析装置。
【請求項４】
前記演算処理手段は、前記光強度分布であるＥを前記モードフィールド径ＭＦＤと前記実行断面積Ａｅｆｆを計算する数式
【数Ｃ１】
2018063215.tif 000017
【数Ｃ２】
2018063215.tif 000018
に代入して計算し、計算したＭＦＤとＡｅｆｆを数式
【数Ｃ３】
2018063215.tif 000019
に代入し、前記縮退モード比率Ｋを演算することを特徴とする請求項３に記載の２モード光ファイバ特性解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、２モード光ファイバ断面における第一高次モードの縮退モード比率を評価するための、光ファイバ特性解析方法および光ファイバ特性解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動画やゲームに代表される大容量コンテンツの増加やスマートフォンの普及伴い、光ファイバネットワークにおけるトラフィック量は年々増加している。一方で、現在伝送媒体として用いられているシングルモードファイバには、伝送容量の限界が近づいている。将来的なトラフィック増大に対応するための一つの技術として、数モードファイバを用いたモード多重伝送が注目されている。
【０００３】
光ファイバの特性は光ファイバ中の電界分布と密接に関係しているため、数モードファイバにおいては基本モードだけではなく伝送に用いる高次モードに対する電界分布が重要である。高次モードの電界分布を測定する方法の一つとして、所望のモードのみを選択的に数モードファイバに励振し、数モードファイバ出射端面上の光強度分布を測定するニアフィールドパターン（ＮＦＰ）法が挙げられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｎ．  Ｈａｎｚａｗａ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｔｗｏ−ｍｏｄｅ  ＰＬＣ−ｂａｓｅｄ  ｍｏｄｅ  ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｆｏｒ  ｍｏｄｅ  ａｎｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，  Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  ｖｏｌ．  ２１，  ｎｏ．  ２２，  ｐｐ．  ２５７５２−２５７６０，  ２０１３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、高次モードに空間的に直交する縮退モードがある場合、出射端面上における電界分布は縮退モードの混合比率によって変化する。例えば、光ファイバにおける第一高次モード（ＬＰ１１モード）はＬＰ１１ａモードおよびＬＰ１１ｂモードと呼ばれる直交する２つの縮退モードが存在し、それらは容易に結合するため、測定される電界分布もそれらの比率に応じて変化する。したがって、高次モード電界分布を正確に評価するためには、測定した電界分布における縮退モードの混合比率（縮退モード比率）を把握することが重要となる。
【０００６】
本発明は、上記事情に着目してなされたもので、光ファイバ断面上におけるＬＰ１１ａモードおよびＬＰ１１ｂモードの混合比率を評価できる２モード光ファイバ特性解析方法および２モード光ファイバ特性解析装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、被試験光ファイバに２モード動作する波長の試験光をＬＰ１１モードで入射し、被試験光ファイバの出射端面上の光強度分布を測定し、測定した光強度分布から実効断面積およびモードフィールド径を計算し、これらから縮退モード比率を算出することとした。
【０００８】
具体的には、本発明に係る２モード光ファイバ特性解析方法は、被試験光ファイバである２モード光ファイバの特性を解析する２モード光ファイバ特性解析方法であって、
前記被試験光ファイバの一端に第1高次モードで試験光を入射する光入射手順と、
前記光入射手順で入射した前記試験光が前記被試験光ファイバを伝搬し、前記被試験光ファイバの他端から出射する第1高次モードの試験光の光強度分布を測定する光強度測定手順と、
前記光強度測定手順で測定した前記光強度分布からモードフィールド径と実効断面積を計算し、前記モードフィールド径と前記実効断面積とから前記光強度分布における縮退モード比率を演算する演算処理手順と、
を順に行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る２モード光ファイバ特性解析装置は、被試験光ファイバである２モード光ファイバの特性を解析する２モード光ファイバ特性解析装置であって、
前記被試験光ファイバの一端に第1高次モードで試験光を入射する光入射手段と、
前記光入射手段が入射した前記試験光が前記被試験光ファイバを伝搬し、前記被試験光ファイバの他端から出射する第1高次モードの試験光の光強度分布を測定する光強度測定手段と、
前記光強度測定手段が測定した前記光強度分布からモードフィールド径と実効断面積を計算し、前記モードフィールド径と前記実効断面積とから前記光強度分布における縮退モード比率を演算する演算処理手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
本２モード光ファイバ特性解析装置を用いることで、被試験光ファイバの縮退モードの混合比率を実測することができる。従って、本発明は、光ファイバ断面上におけるＬＰ１１ａモードおよびＬＰ１１ｂモードの混合比率を評価できる２モード光ファイバ特性解析方法および２モード光ファイバ特性解析装置を提供することができる。
【００１１】
具体的な演算式は次の通りである。
前記演算処理手段は、前記光強度分布であるＥを前記モードフィールド径ＭＦＤと前記実行断面積Ａｅｆｆを計算する数式
【数Ｃ１】
2018063215.tif 000003
【数Ｃ２】
2018063215.tif 000004
に代入して計算し、計算したＭＦＤとＡｅｆｆを数式
【数Ｃ３】
2018063215.tif 000005
に代入し、前記縮退モード比率Ｋを演算する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、光ファイバ断面上におけるＬＰ１１ａモードおよびＬＰ１１ｂモードの混合比率を評価できる２モード光ファイバ特性解析方法および２モード光ファイバ特性解析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る２モード光ファイバ特性解析装置を説明する構成図である。
【図２】ＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードの光強度分布とｘｙ座標の関係を示す図である。
【図３】ＬＰ１１ａモードおよびＬＰ１１ｂモードの混合比率に対する実効断面積とモードフィールド径の関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１５】
図１は、本実施形態の２モード光ファイバ特性解析装置１０１の構成を説明する図である。２モード光ファイバ特性解析装置１０１は、被試験光ファイバ３である２モード光ファイバの特性を解析する２モード光ファイバ特性解析装置であって、
被試験光ファイバ３の一端に第1高次モードで試験光を入射する光入射手段と、
前記光入射手段が入射した前記試験光が被試験光ファイバ３を伝搬し、被試験光ファイバ３の他端から出射する第1高次モードの試験光の光強度分布を測定する光強度測定手段と、
前記光強度測定手段が測定した前記光強度分布からモードフィールド径と実効断面積を計算し、前記モードフィールド径と前記実効断面積とから前記光強度分布における縮退モード比率を演算する演算処理手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
より具体的に説明する。２モード光ファイバ特性解析装置１０１は、被試験光ファイバ３が２モード動作する波長の試験光を生成する光源１と、光源１が生成した試験光をＬＰ１１モードに変換して被試験光ファイバ３に入射するモード変換器２と、被試験光ファイバ３の出射端面上の光強度分布を拡大するレンズ系４と、拡大した前記光強度分布を測定するビジコンカメラ５と、測定した前記光強度分布からＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードの比率を取得する演算処理部６と、測定結果および演算処理結果を表示するモニタ７と、を備える。
光源１とモード変換器２が前記光入射手段、レンズ系４とビジコンカメラ５が前記光強度測定手段、演算処理部６が前記演算処理手段である。
【００１７】
光源１は、被試験光ファイバ３が２モード動作する波長の連続光を出力し、モード変換器２は連続光をＬＰ１１モードに変換して試験光とする。モード変換器２は、例えば非特許文献２に示されるような二つの異なるモード間の方向性結合を原理とした平面光波回路である。被試験光ファイバ３の出射端面上における光強度分布をレンズ系４で拡大し、ビジコンカメラ５で光強度分布を測定する。測定された光強度分布は演算処理器６で演算処理を行い、ＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードの比率を取得する。光強度分布測定結果および演算処理結果をモニタ７に表示する。
【００１８】
２モード光ファイバ特性解析装置１０１は、
前記光入射手段が、被試験光ファイバ３の一端に第1高次モードで試験光を入射する光入射手順と、
前記光強度測定手段が、前記光入射手順で入射した前記試験光が前記被試験光ファイバを伝搬し、前記被試験光ファイバの他端から出射する第1高次モードの試験光の光強度分布を測定する光強度測定手順と、
前記演算処理手段が、前記光強度測定手順で測定した前記光強度分布からモードフィールド径と実効断面積を計算し、前記モードフィールド径と前記実効断面積とから前記光強度分布における縮退モード比率を演算する演算処理手順と、
を順に行う。
【００１９】
以下、ＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードの比率を取得するための演算処理手順について説明する。
【００２０】
２モード光ファイバにおけるＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードの電界分布をエルミートガウス分布で近似すると、それらは以下の式で表される。
【数１】
2018063215.tif 000006
【数２】
2018063215.tif 000007
ただし、ＥａおよびＥｂはそれぞれ、ＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードの電界分布を、ｗはビーム半径を、ｘおよびｙはファイバ断面における座標を表す。図２は、ＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードの光強度分布とｘｙ座標の関係を示す図である。
【００２１】
２モード光ファイバの出射端面上におけるＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードが混合した電界分布Ｅは以下の式で表すことができる。
【数３】
2018063215.tif 000008
ただし、ＫはＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードの混合比率によって変換する定数で、０〜１の値をとる。Ｋが２モード光ファイバ特性解析装置１０１で取得しようとする縮退モード比率である。つまり、光強度測定手順で、式（３）の座標（ｘ，ｙ）毎の光強度を得る。
【００２２】
ここで、ＬＰ１１モードのモードフィールド径を以下の式で定義する。
【数４】
2018063215.tif 000009
つまり、演算処理手順では、光強度測定手順で取得した光強度のｘとｙの積分からモードフィールド径を計算する。
【００２３】
ここで、式（４）に式（３）を代入すると、以下の式が得られる。
【数５】
2018063215.tif 000010
【００２４】
また、光ファイバの電界分布から実効断面積は以下の式で定義されている。
【数６】
2018063215.tif 000011
つまり、演算処理手順では、光強度測定手順で取得した光強度のｘとｙの積分から実効断面積を計算する。
【００２５】
ここで、式（６）に式（３）を代入すると、以下の式が得られる。
【数７】
2018063215.tif 000012
【００２６】
図３に一例として、ｗを４μｍとしたときの実効断面積およびモードフィールド径の計算結果を示す。図より、Ｋの変化に対して実効断面積は変化しているのに対して、モードフィールド径は一定の値となっていることがわかる。
【００２７】
次に、式（４）と式（６）を用いて以下の式を定義する。
【数８】
2018063215.tif 000013
式（８）左辺のＡｅｆｆおよびＭＦＤは、２モード光ファイバ出射端面上の光強度分布と式（６）および式（４）から算出することができるので、式（８）からＫの値を取得することができる。すなわち、縮退モードの比率を取得できる。
【００２８】
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１：光源
２：モード変換器
３：被試験光ファイバ（２モード光ファイバ）
４：レンズ系
５：ビジコンカメラ
６：演算処理器
７：モニタ
１０１：２モード光ファイバ特性解析装置
【図１】
2018063215.tif 000020
【図２】
2018063215.tif 000021
【図３】
2018063215.tif 000022