(57)【要約】【課題】数モード光ファイバの高次モードに対するＭＦＤの測定方法を確立し、ＭＦＤと接続損失の関係を明らかにするモードフィールド径測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るモードフィールド径測定方法は、ＶＡ法において光ファイバの中心軸と可変開口部の開口からなる角度をθとした時、最大の開口角θｍａｘを数１を満たすようにすることで、高次モードにおけるＭＦＤを正確に測定することを可能とする。【数１】2018096880.tif 000010【選択図】図１
2018096880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモードを伝搬可能な光ファイバにおける基本モードおよび高次モードの実効モードフィールド径をＶＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）法で測定するモードフィールド径測定方法であって、
任意の伝搬モードを選択的に励振した光を被測定光ファイバに入射し、
前記被測定光ファイバの中心軸と可変開口部の開口部とからなる角度をθとした時、
前記被測定光ファイバからの出射光を、前記可変開口部を通過させる際、前記θをゼロから数１を満たす最大の開口角θｍａｘまで変化させ、
前記θのときに前記可変開口部を通過した前記出射光の光強度Ｐ（θ）と前記θから数２でモードフィールド径ＭＦＤを計算することを特徴とするモードフィールド径測定方法。
【数１】
2018096880.tif 000008
ただし、ＭＦＤ*は予想される前記被測定光ファイバのモードフィールド径である。
【数２】
2018096880.tif 000009
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数の伝搬モードを伝搬可能な光ファイバにおけるモードフィールド径の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のコア領域を有するマルチコア光ファイバや複数の伝搬モードを伝搬可能な数モード光ファイバが、空間多重技術を用いることによる飛躍的な伝送容量拡大に向け、活発に検討されている。特に複数の伝搬モードを用いたモード多重伝送は、伝搬可能なモード数分だけ伝送容量を向上させることができることから、新たな大容量伝送方式として注目を集めている。
【０００３】
ここで光通信システムにおいて、光ファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ）は伝搬中の光波の拡がりを示すものであり、特に接続損失の推定に使用できることから通信システム設計に直接的に関係する重要なパラメータである。従来の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）ではＭＦＤの測定方法として、国際標準にてＮＦＰ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）法、ＦＦＰ（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）法、ＶＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）法の３つが規定されている。
【０００４】
数モード光ファイバにおいても、基本モードについてはＳＭＦと同様の振る舞いを示すことから、既存の測定方法が利用できる。しかしながら数モード光ファイバにおける高次モードのＭＦＤについては、電界分布およびＦＦＰが基本モードと大きく異なることから、高次モードにおけるＭＦＤと接続損失の関係が明らかでなく、その測定方法も確立されていない。
【０００５】
非特許文献１では、数値計算によって数モード光ファイバの高次モードにおけるＭＦＤを実効断面積の平方根とすることで、接続損失と高い相関を示すことを報告している。また非特許文献２では、ＮＦＰ法において画像処理技術を適用することで、基本モード及び高次モードのビーム幅を測定できる事を示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋ．  Ｏｚａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｐｌｉｃｅ  Ｌｏｓｓ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＬＰ１１  Ｍｏｄｅ  ｉｎ  Ｆｅｗ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒｓ”，  Ｐｒｏｃ．  ＡＣＰ２０１４，  ＡＴｈ３Ａ−９８  （２０１４）．
【非特許文献２】Ｙ．  Ｗａｋａｙａｍａ  ｅｔ  ａｌ．，  “ＭＦＤ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｓｉｘ−Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｌｏｗ−Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ”，  Ｐｒｏｃ．  ＯＥＣＣ／ＰＳ２０１６，  ＴｈＣ２−３  （２０１６）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高次モードに対するＭＦＤの測定値と接続損失の関係は明らかではなく、ＭＦＤ測定方法の高次モードに対する適用性も明らかではないため、高次モードに対してどのようにＭＦＤを測定してよいかが不明である、といった課題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、前記課題を解決するために、数モード光ファイバの高次モードに対するＭＦＤの測定方法を確立し、ＭＦＤと接続損失の関係を明らかにするモードフィールド径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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るモードフィールド径測定方法は、ＶＡ法において被測定光ファイバの出射角に対する最大開口角を予想されるＭＦＤに基づいて設定することとした。
【００１０】
具体的には、本発明に係るモードフィールド径測定方法は、複数のモードを伝搬可能な光ファイバにおける基本モードおよび高次モードの実効モードフィールド径をＶＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）法で測定するモードフィールド径測定方法であって、
任意の伝搬モードを選択的に励振した光を被測定光ファイバに入射し、
前記被測定光ファイバの中心軸と可変開口部の開口部とからなる角度をθとした時、
前記被測定光ファイバからの出射光を、前記可変開口部を通過させる際、前記θをゼロから数１を満たす最大の開口角θｍａｘまで変化させ、
前記θのときに前記可変開口部を通過した前記出射光の光強度Ｐ（θ）と前記θから数２でモードフィールド径ＭＦＤを計算することを特徴とするモードフィールド径測定方法。
【数１】
2018096880.tif 000003
ただし、ＭＦＤ*は予想される前記被測定光ファイバのモードフィールド径である。
【数２】
2018096880.tif 000004
【００１１】
本モードフィールド径測定方法は、数モード光ファイバのモード毎のＭＦＤをＶＡ法で測定する際に、ＭＦＤを算出する数２において、正確なＭＦＤを算出する（例えば、十分に大きなθｍａｘとした場合のＭＦＤとの誤差が１％以下とする）ために必要最小限のθｍａｘの値を数１から求めている。θがゼロからθｍａｘまでの光強度を測定して求めた本モードフィールド径測定方法のＭＦＤに基づく接続損失と実験で測定した接続損失とは概ね一致する。従って、本発明は、数モード光ファイバの高次モードに対するＭＦＤの測定方法を確立し、ＭＦＤと接続損失の関係を明らかにするモードフィールド径測定方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、数モード光ファイバの高次モードに対するＭＦＤの測定方法を確立し、ＭＦＤと接続損失の関係を明らかにするモードフィールド径測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るモードフィールド測定方法を行う装置の概略図である。
【図２】本発明に係るモードフィールド測定方法を行う装置にて被測定光ファイバから出射するＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの光強度を測定した例である。
【図３】本発明に係るモードフィールド測定方法で測定したＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードのＭＦＤ精度と開口数範囲の関係を示す一例である。
【図４】本発明に係るモードフィールド測定方法で測定したＭＦＤから推定される接続損失と実測した接続損失との関係を示す一例である。
【図５】本発明に係るモードフィールド測定方法においてＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードのＭＦＤ測定に最小限必要な最大開口数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】
本実施形態のモードフィールド測定方法は、複数のモードを伝搬可能な光ファイバにおける基本モードおよび高次モードの実効モードフィールド径をＶＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）法で測定するモードフィールド径測定方法であって、
任意の伝搬モードを選択的に励振した光を被測定光ファイバに入射し、
前記被測定光ファイバの中心軸と可変開口部の開口部とからなる角度をθとした時、
前記被測定光ファイバからの出射光を、前記可変開口部を通過させる際、前記θをゼロから数１を満たす最大の開口角θｍａｘまで変化させ、
前記θのときに前記可変開口部を通過した前記出射光の光強度Ｐ（θ）と前記θから数２でモードフィールド径ＭＦＤを計算することを特徴とするモードフィールド径測定方法。
【数１】
2018096880.tif 000005
ただし、ＭＦＤ*は予想される前記被測定光ファイバのモードフィールド径である。
【数２】
2018096880.tif 000006
【００１６】
図１は、本モードフィールド測定方法を行う測定機の概略図である。本測定機は、光源１１、モード励振器１２、可変開口部１３、及び受光部１４を有する。光波は、光源１１からモード励振器１２を経て被測定光ファイバ５０に入射され、任意の伝搬モードを選択的に励振する。被測定光ファイバ５０を伝搬し出射端より出射された光波は、可変開口部１３を通過し受光部１４にて受光され、その光強度が計測される。このとき、可変開口部１３において開口数を変化させながら受光部１４で光強度を計測する。
【００１７】
光ファイバの中心軸と開口部とからなる角度θに対する受光光強度をＰ（θ）とすると、ＭＦＤは数２で求められる。なお、θｍａｘは、ゼロから増加させていったときの測定終了時のθである。
【００１８】
なお、可変開口部１３の開口の中心と被測定光ファイバ５０の中心軸を合わせるため、被測定光ファイバ５０の出射部に調心台１５を設置することが好ましい。また可変開口部１３と受光部１４の間に光学レンズ（コリメータ）１６を設置すると、受光部１４における受光効率が向上し、好ましい。
【００１９】
図２は、図１の測定機において可変開口部１３の開口（ｓｉｎθ）を変化させたときの受光部１４が測定する光強度を説明する図である。ここでは被測定光ファイバ５０をステップ型数モード光ファイバとし、そのコア直径および比屈折率差をそれぞれ１４μｍ、０．４％とした。当該光ファイバは波長１５５０ｎｍにおいて、２つのＬＰモードを伝搬することができる。ここでモード励振器１２で基本モード（ＬＰ０１モード）および第１高次モード（ＬＰ１１モード）を選択的に励振し、開口数に対する光強度の変化を得た。数２を用いてＭＦＤを計算したところ、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードに対しそれぞれ、１２．５μｍ及び８．１μｍであった。
【００２０】
図３は、可変開口部１３における最大開口数（ｓｉｎθｍａｘ）を変化させて受光部１４で光強度を測定した時に計算されるＭＦＤと接続損失実測値から推定されるＭＦＤとの誤差の関係を説明する図である。いずれのモードに対しても開口数の範囲（ｓｉｎθｍａｘ）が小さいほどＭＦＤの誤差が大きいことがわかる。ここでＬＰ０１モード、ＬＰ１１モードに対し測定誤差１％以下とするためには、最大開口数はそれぞれ０．１２、０．１８以上必要である事がわかる。
【００２１】
図４は、接続損失実測値と数２のＭＦＤから推定した接続損失値との関係を説明する図である。横軸はＬＰ０１モード、ＬＰ１１モードに対し実験によって得られた接続損失である。縦軸は数２のＭＦＤ測定値から次式を用いて推定した接続損失である。
【数３】
2018096880.tif 000007
ここでは軸ずれ量ｄを３μｍとした。
黒丸は本モードフィールド径測定方法のＶＡ法によって得られたＬＰ０１モードの接続損失、
白丸は本モードフィールド径測定方法のＶＡ法によって得られたＬＰ１１モードの接続損失、
黒三角はＮＦＰ法によって得られたＬＰ０１モードの接続損失、
白三角はＮＦＰ法によって得られたＬＰ１１モードの接続損失、
を表す。
【００２２】
図４より、ＮＦＰ法ではＬＰ０１モードに対しては概ね実験とＭＦＤからの推定値が一致しているのに対し、ＬＰ１１モードに対しては大きく乖離していることがわかる。実験ではＬＰ１１モードの方がＬＰ０１モードより接続損失が大きいにもかかわらず、ＮＦＰ法では高次モードの方がＭＦＤが大きく見積もられるため、接続損失評価の観点ではＮＦＰ法は適切ではない。一方、本モードフィールド径測定方法のＶＡ法によって得られた値はＬＰ０１、ＬＰ１１モードいずれに対しても実験値に近接する。この結果より、本モードフィールド径測定方法のＶＡ法によって得られたＭＦＤは、基本モードおよび高次モードいずれに対しても、接続損失の推定に有効であることがわかる。
【００２３】
図５は、ＶＡ法において測定対象のＭＦＤに対して最小限必要となる最大開口数（ｓｉｎθｍａｘ）の関係を示す。横軸は十分に大きな最大開口数（例えば、図１の可変開口部１３で設定できる最大の開口数）で得られるＭＦＤ（真値）であり、縦軸はこの真値をＶＡ法にて誤差１％以下で測定するために最小限必要となる最大開口数（ｓｉｎθｍａｘ）である。
【００２４】
図中の黒丸はＬＰ０１モードの結果、白丸はＬＰ１１モードの結果である。この比較結果より、本モードフィールド径測定方法で必要となる最大開口数は測定対象のＭＦＤ値に対して数１の指数関数で近似することができる。
つまり、数１を満たす最大開口数（ｓｉｎθｍａｘ）を図１の測定機に設定することで基本モードおよび高次モードいずれに対しても、十分な精度でＭＦＤを測定することが可能となる。
【００２５】
（本発明の効果）
本発明のモードフィールド測定方法では、高次モードに対するＭＦＤ測定を可能とし、得られたＭＦＤの値によって高次モードに対する接続損失の推定を可能とする、といった効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、数モード光ファイバに対する光学特性試験および空間分割多重伝送システムのシステム設計に利用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１１：光源
１２：モード励振器
１３：可変開口部
１４：受光部
１５：調心台
１６：光学レンズ
５０：被測定光ファイバ
【図１】
2018096880.tif 000011
【図２】
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【図３】
2018096880.tif 000013
【図４】
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【図５】
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