(57)【要約】この光ファイバの偏波モード分散の測定方法は、単一直線偏波としたパルス光を被測定光ファイバに入力し、この入力パルス光による後方散乱光から、単一直線偏波を分離したのち、その光強度をパルス光発生からの時系列データとして検出し、この時系列データにおける光強度のばらつきを算出し、この算出値に基づいて、前記被測定光ファイバの偏波モード分散を評価する。
2004010098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、
単一直線偏波としたパルス光を被測定光ファイバに入力し、この入力パルス光による後方散乱光から、単一直線偏波を分離したのち、その光強度をパルス光発生からの時系列データとして検出し、この時系列データにおける光強度のばらつきを算出し、この算出値に基づいて、前記被測定光ファイバの偏波モード分散を評価する。
【請求項２】
光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、
単一直線偏波としたパルス光を被測定光ファイバに入力し、この入力パルス光による後方散乱光から、前記入力パルス光と同一の偏光面の単一直線偏波を分離したのち、その光強度をパルス光発生からの時系列データとして検出し、この時系列データにおける光強度のばらつきを算出し、この算出値に基づいて、前記被測定光ファイバの偏波モード分散を評価する。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、
被測定光ファイバの一端に単一直線偏波としたパルス光を入力して前記光強度の時系列データを検出することにより、第１の光強度のばらつきを算出し、
前記被測定光ファイバの他端に単一直線偏波としたパルス光を入力して前記光強度の時系列データを検出することにより、第２の光強度のばらつきを算出し、
前記第１の光強度のばらつきと前記第２の光強度のばらつきとの平均値に基づいて、前記被測定光ファイバの偏波モード分散を評価する。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、
被測定光ファイバの所定の区間について測定された前記光強度のばらつきを、偏波モード分散が既知の光ファイバについて同様の方法により測定された光強度のばらつきと比較することにより、前記被測定光ファイバの所定の区間の偏波モード分散を評価する。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、
被測定光ファイバの長手方向の複数の各区間について測定された前記光強度のばらつきを、偏波モード分散が既知の光ファイバについて同様の方法により測定された光強度のばらつきと比較することにより、前記被測定光ファイバの偏波モード分散の長手方向の分布を評価する。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、
前記光強度のばらつきは、最小二乗法による回帰残差のばらつきとして算出する。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、
前記光強度のばらつきの尺度は、標準偏差である。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、
前記光強度のばらつきの尺度は、最大値と最小値との差である。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の光ファイバの偏波モード分散の測定方法を実施するための、光ファイバの偏波モード分散の測定装置であって、
パルス光発生手段と、
該パルス光発生手段により発生されたパルス光を被測定光ファイバの一端に入射させるとともに、該被測定光ファイバの一端に戻ってきた後方散乱光を出射する光周回手段と、
該光周回手段から出射された後方散乱光の光強度をパルス光発生からの時系列として検出する光検出手段と、
該光検出手段の出力に基づいて、光ファイバの偏波モード分散を解析する解析手段と、
被測定光ファイバへの入力光と被測定光ファイバからの出力光とを単一直線偏波とする少なくとも１個の偏光分離手段とを具備する。
【請求項１０】
請求項９記載の光ファイバの偏波モード分散の測定装置であって、
前記偏光分離手段は、前記入力光の偏光分離と前記出力光の偏光分離とが、それぞれ同一の偏光面の単一直線偏波を分離するように調整される。
【請求項１１】
請求項９記載の光ファイバの偏波モード分散の測定装置であって、
前記偏光分離手段は、偏波合分波型カプラである。
【請求項１２】
請求項１又は２に記載の光ファイバの偏波モード分散の測定方法を実施するための、光ファイバの偏波モード分散の測定装置であって、
汎用ＯＴＤＲ装置と、
被測定光ファイバへの入力光と被測定光ファイバからの出力光とを同一の偏光面の単一直線偏波とする偏光分離手段とを具備する。
【請求項１３】
請求項１２記載の光ファイバの偏波モード分散の測定装置であって、
前記汎用ＯＴＤＲ装置と前記偏光分離手段との間に、光増幅手段を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光通信に用いられ、複屈折率が比較的小さい光ファイバの偏波モード分散の測定方法及びその測定装置に関する。
【背景技術】  光通信システムに用いられる光ファイバにおいては、コアの偏心や非円性、外部応力などにより、偏波モード分散（ＰＭＤ）が生じることがある。偏波モード分散とは、光ファイバを伝搬する光の直交する２つの偏波モード間の群遅延差である。光ファイバの偏波モード分散が大きいと、この群遅延差によりパルス幅が拡がるため、伝送速度の高速化を妨げる要因の一つになる。このため、光通信システムの設計や構築に際し、光ファイバの偏波モード分散がどのようになっているのか、測定する必要がある。従来、光ファイバの偏波モード分散の測定方法としては、干渉法やジョーンズマトリクス法等が知られている。
しかしながら、従来の測定方法では、光ファイバの全長で累積された偏波モード分散しか測定することができない。このため、例えば、既設線路の高速化のため、偏波モード分散が大きい不良区間を除去しようとしても、その不良区間の特定が難しく、長い区間の光ファイバの張替えを行うか、短い区間で偏波モード分散の測定を繰り返して不良区間を特定する必要があり、不都合であった。
また、光ファイバから光通信ケーブルを製造するに際しても、予め、光ファイバの偏波モード分散の小さい区間を選別することができず、光ファイバをケーブル化したのち、それぞれのケーブルについて偏波モード分散を測定して検査する必要がある。このため、検査の手間が掛かるとともに、検査によって不良と判定された光通信ケーブルについては、ケーブル化に要したコストが無駄になる。
さらに、偏波モード分散の測定の際、被測定光ファイバの一端に投光部を、他端に受光部を設ける必要があるが、既設線路の所定の区間を対象とする場合などでは、投光部と受光部との距離が極めて遠くなるため、測定系の同期を取ることが難しいという不都合がある。
これらの問題に対して、例えば、Ｂ．ハットナーら、ジャーナル・オブ・ライドウェーブ・テクノロジー誌、第１７巻、第１０号、ｐ．１８４３−１８４８や、富岡ら、２００２年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１０−１１３、または、特開平２０００−３２９６５１号公報等では、レーリー散乱光を利用して偏波モード分散の長手方向の分布を測定する方法が提案されている。
しかし、これらの方法は、波長可変光源、偏波コントローラ、偏波アナライザ、位相検出器等の非常に高価な装置を必要とするため、実用とするにはコストが高い。また、複数の偏光状態について測定を行うためには、測定時間が長くなったり、複数の光検出器が必要となったりするなどし、さらなるコスト増になる。
【発明の開示】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡単な装置で容易に光ファイバの長手方向に亘る偏波モード分散の分布を得ることができる光ファイバの偏波モード分散の測定方法及びその測定装置を提供することを課題とする。
本発明の第１の態様は、光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、単一直線偏波としたパルス光を被測定光ファイバに入力し、この入力パルス光による後方散乱光から、単一直線偏波を分離したのち、その光強度をパルス光発生からの時系列データとして検出し、この時系列データにおける光強度のばらつきを算出し、この算出値に基づいて、前記被測定光ファイバの偏波モード分散を評価することができる。若しくは、光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、単一直線偏波としたパルス光を被測定光ファイバに入力し、この入力パルス光による後方散乱光から、前記入力パルス光と同一の偏光面の単一直線偏波を分離したのち、その光強度をパルス光発生からの時系列データとして検出し、この時系列データにおける光強度のばらつきを算出し、この算出値に基づいて、前記被測定光ファイバの偏波モード分散を評価してもよい。
この場合、被測定光ファイバの偏波モード分散を評価するには、単一直線偏波としたパルス光を被測定光ファイバに入力し、この入力パルス光による後方散乱光から、前記入力パルス光と同一の偏波面の単一直線偏波を分離したのち、その光強度をパルス光発生からの時系列データとして検出し、この時系列データにおける光強度のばらつきを算出し、この算出値に基づいて、前記被測定光ファイバの偏波モード分散を評価することが好ましい。
また、被測定光ファイバの一端に単一直線偏波としたパルス光を入力して前記光強度の時系列データを検出することにより、第１の光強度のばらつきを算出し、
前記被測定光ファイバの他端に単一直線偏波としたパルス光を入力して前記光強度の時系列データを検出することにより、第２の光強度のばらつきを算出し、
前記第１の光強度のばらつきと前記第２の光強度のばらつきとの平均値に基づいて、前記被測定光ファイバの偏波モード分散を評価してもよい。
さらに、被測定光ファイバの所定の区間について測定された前記光強度のばらつきを、偏波モード分散が既知の光ファイバについて同様の方法により測定された光強度のばらつきと比較することにより、前記被測定光ファイバの所定の区間の偏波モード分散を評価してもよい。若しくは、被測定光ファイバの長手方向の複数の各区間について測定された前記光強度のばらつきを、偏波モード分散が既知の光ファイバについて同様の方法により測定された光強度のばらつきと比較することにより、前記被測定光ファイバの偏波モード分散の長手方向の分布を評価してもよい。
また、光強度のばらつきは、最小二乗法による回帰残差のばらつきとして算出することが好ましく、さらには、光強度のばらつきの尺度は、標準偏差であり、また、最大値と最小値との差であってもよい。
本発明の第２の態様は、上記の光ファイバの偏波モード分散の測定方法を実施するための、光ファイバの偏波モード分散の測定装置であって、パルス光発生手段と、該パルス光発生手段により発生されたパルス光を被測定光ファイバの一端に入射させるとともに、該被測定光ファイバの一端に戻ってきた後方散乱光を出射する光周回手段と、該光周回手段から出射された後方散乱光の光強度をパルス光発生からの時系列として検出する光検出手段と、該光検出手段の出力に基づいて、光ファイバの偏波モード分散を解析する解析手段と、被測定光ファイバへの入力光と被測定光ファイバからの出力光とを単一直線偏波とする少なくとも１個の偏光分離手段とを具備する。
偏光分離手段は、前記入力光の偏光分離と前記出力光の偏光分離とが、それぞれ同一の偏光面の単一直線偏波を分離するように調整されることが好ましく、また、偏波合分波型カプラを用いることが好ましい。
また、汎用ＯＴＤＲ装置と、被測定光ファイバへの入力光と被測定光ファイバからの出力光とを同一の偏光面の単一直線偏波とする偏光分離手段とを具備するものでもよい。この場合、前記汎用ＯＴＤＲ装置と前記偏光分離手段との間に、光増幅手段を備えることが好ましい。
【図面の簡単な説明】  図１は、偏波モード分散の測定装置の第１例を示す概略構成図である。
図２は、被測定光ファイバにおける長手方向の距離と、後方散乱光の光強度との関係の一例を示すグラフである。
図３は、被測定光ファイバにおける長手方向の距離と、後方散乱光の光強度の回帰残差との関係の一例を示すグラフである。
図４は、被測定光ファイバにおける長手方向の距離と、後方散乱光の光強度の回帰残差の所定間隔毎の標準偏差との関係の一例を示すグラフである。
図５は、偏波モード分散の測定装置の第２例を示す概略構成図である。
図６は、偏波モード分散の測定装置の第３例を示す概略構成図である。
図７は、偏波モード分散の測定装置の第４例を示す概略構成図である。
図８は、本発明の偏波モード分散の測定方法の第２例を模式的に説明するグラフである。
図９は、本発明の偏波モード分散の測定方法の第２例を模式的に説明するグラフである。
図１０Ａ〜図１０Ｃは、偏波モード分散が既知である標準光ファイバの後方散乱光の光強度の例を示すグラフである。
図１１は、標準光ファイバにおける光強度のばらつきと偏波モード分散との関係の一例を示すグラフである。
図１２Ａ及び図１２Ｂは、被測定光ファイバにおける長手方向の距離と、後方散乱光の光強度の回帰残差との関係の一例を示すグラフである。
図１３は、被測定光ファイバにおける光強度のばらつきと偏波モード分散との関係の一例を示すグラフである。
図１４は、被測定光ファイバにおける光強度のばらつきの他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１に、本発明の偏波モード分散の測定方法に用いられる測定装置の第１の実施の形態を示す。
この測定装置１は、タイミング制御手段１０と、パルス光発生手段１１と、第１および第２の偏光分離手段１２ａ、１２ｂと、光周回手段１３と、光検出手段１４と、解析手段１５とを備えている。
タイミング制御手段１０は、パルス光の出力タイミングに対応したタイミング信号を、パルス光発生手段１１、光検出手段１４、解析手段１５にそれぞれ出力する。タイミング信号は所定の時間幅を有するパルス状の信号である。
パルス光発生手段１１は、数ｋＨｚの波長の連続光を出射するもので、タイミング制御手段１０から入力されたタイミング信号をトリガとして所定の波長の光パルスを出射する。このタイミング信号の信号幅を制御することによって光パルスの幅を適当に制御することができる。パルス光発生手段１１としては、例えば、外部共振器付き半導体レーザ、半導体レーザ励起固体レーザ等が好適に用いられる。
第１および第２の偏光分離手段１２ａ、１２ｂは、それぞれ入力パルス光および後方散乱光から特定の方向の単一直線偏光を分離するものである。被測定光ファイバ２への入力光の偏光分離と、被測定光ファイバ２への出力光の偏光分離は、それぞれ任意の偏光面を分離するように偏光分離手段１２ａ、１２ｂを配置してもよいが、好適には、偏光分離手段１２ａ、１２ｂが、それぞれ同一の偏光面の単一直線偏波を分離するように調整されていることが望ましい。例えば、任意の被測定光ファイバを測定使用としたときに、稀に、偏光分離手段によって分離された偏光面の光強度が小さくて測定できない場合がある。この場合、予め偏光分離手段１２ａ、１２ｂを、同一の偏光面の単一直線偏波を分離させるように調整することによって、測定が可能になるよう被測定ファイバの軸方向と偏光面の角度の調整を行う際に、容易に偏光分離手段１２ａ、１２ｂを調整できる。これらの偏光分離手段１２ａ、１２ｂとしては、バルク型偏光子などを用いることもできるが、偏波合分波型カプラは、低損失であり、高い信頼性を備えるので、ダイナミックレンジや長期信頼性の点から好ましい。偏光分離手段１２ａ、１２ｂとして使用できる偏波合分波型カプラとしては、例えば、特開２００１−５１１５０号公報に記載のものを用いることができる。
光周回手段１３は、パルス光発生手段１１から入射された光を被測定光ファイバ２に入射させるとともに、被測定光ファイバ２からの後方散乱光を光検出手段１４に出射する光部品である。この光周回手段１３としては、サーキュレータ、ビームスプリッタ、方向性結合器などが好適に用いられる。
光検出手段１４は、タイミング制御手段１０から送られた制御信号に基づいて、パルス光の発生時点を知り、パルス光発生時点からの時系列として、第２の偏光分離手段１２ｂにより偏光化された後方散乱光の光強度を時間領域で測定する。これには、Ａ／Ｄ変換器などの光検出器を用いることができる。
解析手段１５は、光検出手段１４により検出された時系列データにおける光強度のばらつきに基づいて、後述の方法により、被測定光ファイバ２の長手方向に亘る偏波モード分散の分布を解析する装置である。これには、被測定光ファイバ２における距離と光強度との関係で表された時系列データを統計的に解析することができるような計算装置を用いることができる。
次に、上述の測定装置１を用いた光ファイバの偏波モード分散の測定方法の第１の実施の形態を説明する。
まず、パルス光発生手段１１と第１の偏光分離手段１２ａを用いて、単一直線偏波としたパルス光を発生させ、これを光周回手段１３を介して被測定光ファイバ２に入力する。被測定光ファイバ２に入力された入力パルス光は、被測定光ファイバ２を伝播する間に、レイリー散乱により後方に散乱され、測定装置１に戻ってくる。この後方散乱光から、第２の偏光分離手段１２ｂを用いて、特定の単一直線偏波を分離したのち、光検出手段１４により、光強度をパルス光発生からの時系列データとして検出する。
このようにして得られた光強度の時系列データは、例えば図２に示すように、横軸はパルス光発生からの時間、縦軸は光強度として測定される。パルス光発生からの時間は、測定装置１と被測定光ファイバ２における後方散乱光の発生箇所との間を光が往復するのに要する時間であり、これは、測定装置１と後方散乱光の発生箇所との間の距離に対応する。このような時系列データにおいて、後方散乱光の光強度には、ばらつきが生じている。
本発明者が鋭意検討した結果、入力パルス光を単一直線偏波とし、後方散乱光の光強度を、特定の単一直線偏波成分として検出した場合、光ファイバの偏波モード分散と、後方散乱光の光強度のばらつきには、単調な関係があり、偏波モード分散が大きいほど、光強度のばらつきが小さくなり、偏波モード分散が小さいほど、光強度のばらつきが大きくなる傾向を有していることが分かった。
この理由としては、以下のような理由が考えられる。
被測定光ファイバ２を伝搬するパルス光は、偏波モード分散により偏波状態が変化するが、偏波モード分散が大きいほど、より短い距離で変化する。
一方、測定装置１の空間分解能は、パルス光発生手段１１より発生するパルス光の被測定光ファイバ２中での長さと、光検出手段１４の時間分解能から決定される。
偏波モード分散が大きい場合には、被測定光ファイバ２中を伝搬するパルス光の偏波状態は、測定装置１の空間分解能よりも充分に短い距離で変化するために、後方散乱光の、単一直線偏波成分は平均化され、光強度のばらつきが小さくなる。
一方、偏波モード分散が小さい場合には、パルス光の偏波状態の変化は、測定装置１の空間分解能と同程度、もしくは空間分解能よりも長い距離で変化するために、後方散乱光の、単一直線偏波成分は平均化されることがなく、光強度のばらつきは大きくなる。
従って、光強度のばらつきに基づいて、光ファイバの偏波モード分散を評価することができる。
次に、得られた時系列データにおける光強度のばらつきから光ファイバの所定の区間の偏波モード分散を評価する方法の１例について説明する。
光強度のばらつきを指標化するためには、まず、ばらつきの中心となる代表値を算出する必要がある。この代表値としては、例えば、当該区間内の光強度の平均値を用いることもできる。しかし、一般に、後方散乱光の光強度は入力パルス光の減衰により、距離が遠くなるにつれてほぼ一定の割合で減衰する。このため、距離と光強度の関係について被測定光ファイバ２の全長に亘り、最小二乗法により線形回帰を行い、この回帰推定量を前記代表値とし、光強度の測定値から最小二乗推定量を差し引いて得られる回帰残差に基づいて、光強度のばらつきを算出することが好ましい。これにより、距離による光強度の減衰の影響を相殺することができる。例として、図２の光強度の分布から、回帰残差の分布を算出した結果を図３に示す。このように、光強度を回帰残差に変換することにより、そのばらつきは、０を中心としたものになる。
光強度の回帰残差のばらつきは、統計学的に一般的に用いられている適切な尺度として指標化することができる。このような尺度としては、標準偏差、最大値と最小値との差（レンジ）、平均偏差、平均差等が挙げられるが、中でも、標準偏差は不偏であり、レンジは算出が容易であるので好ましい。
偏波モード分散の分布を求めるための区間の長さは、被測定光ファイバ２のビート長に合わせて決定することが好ましい。なお、ビート長とは、互いに直交するＸ偏波およびＹ偏波の位相差が光ファイバ中を伝播する間に２π増加する長さをいう。通常のシングルモード光ファイバでは、ビート長は数〜数十ｍであるので、区間の長さをビート長の２〜１０倍とすることが好ましく、１００ｍ程度が適当である。これにより、偏波の位相差による測定値の偏りが十分に平均化され、有意義な値を得ることができる。
例として、図３に示す光強度の回帰残差の分布から、１００ｍ間隔で光強度のばらつきを算出した結果を、図４に示す。この図から分かるように、ビート長より十分長い区間長をとることにより、著しい振動や変動を平均化し、実際の偏波モード分散の分布に即したグラフを得ることができる。
上述のような手順により、各区間において、光強度の回帰残差のばらつきの尺度を求めれば、これは、当該区間の偏波モード分散と高い相関を示す。そこで、ジョーンズマトリクス等の公知の方法により偏波モード分散が測定されている光ファイバを標準として、この標準光ファイバについて、光強度の回帰残差のばらつきの尺度を測定することにより、偏波モード分散と光強度の回帰残差のばらつきとの関係を求めることができる。そして、標準光ファイバの光強度の回帰残差のばらつきと、被測定光ファイバ２の光強度の回帰残差のばらつきとを比較することにより、被測定光ファイバ２の所望の区間の偏波モード分散を評価することができる。
標準光ファイバとしては、被測定光ファイバ２と材料や光学特性などが同種類であるものを用いることが好ましい。さらに、光強度の回帰残差のばらつきが、長手方向の全長に亘ってほぼ一様であるものを選択することが好ましい。
次に、本発明の偏波モード分散の測定方法に用いられる測定装置の他の例について説明する。
図５に示す測定装置の第２例は、偏光分離手段１２を光周回手段１３と被測定光ファイバ２の間に配置することにより、入力パルス光と後方散乱光のいずれにも適用されるようにしたものである。他の構成は、図１に示す測定装置１の第１例と同様の構成とすることができる。この測定装置１によれば、必要な偏光分離手段１２の個数を１個にすることができるので、測定装置１をより低価格にすることができる。しかも、図１に示す測定装置１では、より好適な実施形態として示した，入力パルス光の偏波方向と後方散乱光の偏波方向を一致させる場合に，第１の偏光分離手段１２ａと第２の偏光分離手段１２ｂの方向をそれぞれ調整して、入力パルス光の偏波方向と後方散乱光の偏波方向を一致させる必要があったが、本実施の形態の測定装置１によれば、このような調整をする必要がない。
図６に示す測定装置１の第３例は、汎用のＯＴＤＲ装置３と偏光分離手段１２とを備える装置である。偏光分離手段１２は、ＯＴＤＲ装置３と被測定光ファイバ２との間に配置されている。ＯＴＤＲ装置３には、タイミング制御手段１０、パルス光発生手段１１、光周回手段１３、光検出手段１４、解析手段１５が含まれていることにより、図１に示す測定装置１と同様の測定を実施することができる。これにより、偏波モード分散を測定するときに汎用ＯＴＤＲ装置３と偏光分離手段１２を組み合わせ、不要なときには偏光分離手段１２を取り外し、通常の汎用ＯＴＤＲ装置３として使用することができるので、偏波モード分散の測定を一層簡便に行うことができる。
図７に示す測定装置１の第４例は、図３に示す測定装置１のＯＴＤＲ装置３と偏光分離手段１２との間に、入力パルス光を増幅するための光増幅手段３０を付け加えて配置したものである。この光増幅手段３０は、光アンプ３１と、２個のサーキュレータ３２と、迂回用伝送路３３からなる。サーキュレータ３２の周回方向は、入力パルス光が光アンプ３１側を伝播し、後方散乱光が迂回用伝送路３３を伝播するようなものとされている。これにより、入力パルス光のみが増幅され、後方散乱光は偏光分離手段１２により単一直線偏波成分を分離されたあと、そのままＯＴＤＲ装置３に入射するので、より長距離の測定が可能になる。しかも、各部品は特殊なものではなく、すべて汎用品を使用できるので、コストが低減される。
次に、本発明の偏波モード分散の測定方法の第２の実施の形態について説明する。
この測定方法においては、被測定光ファイバ２の両端を、例えば、それぞれａ端、ｂ端と呼んで区別するものとして、まず、測定装置１を被測定光ファイバ２のａ端に接続し、上述した測定方法の第１例と同様の手法を用いて、前記ａ端に単一直線偏波としたパルス光を入力して前記光強度の時系列データを検出することにより、第１の光強度のばらつきを算出する。
次いで、測定装置１を被測定光ファイバ２のｂ端に接続し、同様にして、前記ｂ端に単一直線偏波としたパルス光を入力して前記光強度の時系列データを検出することにより、第２の光強度のばらつきを算出する。
そして、ａ端側から測定された第１の光強度のばらつきと、ｂ端側から測定された第２の光強度のばらつきとを、被測定光ファイバ２の長手方向の位置を揃えて平均し、この平均値に基づいて、上述した測定方法の第１の実施形態と同様の手法を用いることにより、被測定光ファイバ２の偏波モード分散を評価することができる。
このように、被測定光ファイバ２の各端から、それぞれ１回ずつ測定することが好ましい場合としては、例えば、被測定光ファイバ２が長尺である場合が挙げられる。この場合、測定装置１側の一端（入射端）から入力されたパルス光は、被測定光ファイバ２を長距離に亘って伝搬することにより、デポラライズされるため、該パルス光のコヒーレンシーが低下し、図８に模式的に示すように、測定装置１に戻ってきた光強度のばらつきが、実際の被測定光ファイバ２の偏波モード分散を反映した大きさよりも小さくなることがある。つまり、例えば、被測定光ファイバ２の偏波モード分散が長手方向全長に亘ってほぼ一定である場合、入射端からの累積偏波モード分散は、入射端からの距離によって決まり、図８に示すように、入射端から離れるほど累積偏波モード分散の影響をより強く受けて、光強度のばらつきが小さくなる。すると、入射端からの距離が遠い位置では、見掛けの偏波モード分散が、実際の偏波モード分散よりも悪いものとして観測されることになる。
このような見掛けの偏波モード分散の増大は、被測定点と測定装置１との距離が長いほど顕著であり、例えば被測定光ファイバ２の長さが１５ｋｍ以上である場合には、この影響が無視できない。
このため、光強度のばらつきをａ端からの測定値とｂ端からの測定値とで平均することにより、図８に破線で示すように、パルス光のコヒーレンシーの低下による見掛け上の偏波モード分散の劣化の影響を低減させ、より正確な値を得ることができる。
また、パルス光のコヒーレンシーの低下は、被測定点と測定装置１との間の累積ＰＭＤによっても影響を受ける。例えば、被測定光ファイバ２の途中に偏波モード分散が著しく悪い区間があった場合、その区間より遠い位置の偏波モード分散は、その位置からの後方散乱光が前記偏波モード分散が著しく悪い区間を通過せざるを得ない。つまり、被測定点と測定装置１との間に偏波モード分散が著しく悪い区間があると、見掛け上、実際の値より悪く観測されがちである。
この問題について、図９に示す模式図を参照しながら説明する。例えば、被測定光ファイバ２の一部に偏波モード分散が著しく悪い区間が二箇所、ｐｑおよびｓｔがあるものとする（点ｐ、点ｑ、点ｓ、点ｔの順序は、この順でａ端からｂ端に向かうものとする）。
ａ端からパルス光を入力して測定した前記光強度のばらつきの波形ＡＰＱＳＴＢにおいて、区間ｐｑの影響によりラインＡＰとラインＱＳとの間に段差Δ１が生じ、区間ｓｔの影響によりラインＱＳとラインＴＢとの間に段差Δ２が生じるので、光強度のばらつきは、区間ｑｓにおいてΔ１だけ、また、区間ｔｂにおいてΔ１＋Δ２だけ余計に低下する。このため、一端側からの測定だけでは、測定装置から遠い側の区間における偏波モード分散が、見掛け上、実際の偏波モード分散より悪く観測されることになる。
そこで、同様にして、測定装置１をｂ端側に接続し、このｂ端からパルスを入力して光強度のばらつきを測定すると、前記光強度のばらつきの波形Ａ′Ｐ′Ｑ′Ｓ′Ｔ′Ｂ′において、区間ｓｔの影響によりラインＴ′Ｂ′とラインＱ′Ｓ′との間に段差Δ２が生じ、区間ｐｑの影響によりラインＱ′Ｓ′とラインＡ′Ｐ′との間に段差Δ１が生じるので、光強度のばらつきは、区間ｑｓにおいてΔ２だけ、また、区間ａｐにおいてΔ１＋Δ２だけ余計に低下する。
従って、ａ端からの測定値とｂ端からの測定値とを平均すれば、区間ａｐ、区間ｑｓ、区間ｔｂの間に、段差Δ１および段差Δ２の影響が均等に生じ、その影響を相殺することができるので、被測定光ファイバ２の中で、実際に偏波モード分散が悪い区間を、確実に特定することができる。
次に、本発明を実施例に基づいてより詳しく説明する。
偏波モード分散が長手方向の全長に亘ってほぼ一様であり、ジョーンズマトリクス法により０．０４ｐｓ／√ｋｍ、０．０９ｐｓ／√ｋｍ、０．１２ｐｓ／√ｋｍの標準となるシングルモード光ファイバについて、単一直線偏波としたパルス光を入力し、それによる後方散乱光の入力パルス光と特定の単一直線偏波成分の強度を測定したものをそれぞれ、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す。これらの結果に示されているように、偏波モード分散が大きいほど、光強度の変動幅が小さくなっている。
図１１に、ジョーンズマトリクス法により求められた偏波モード分散の測定結果と、本測定方法により測定された光強度のばらつきとの関係を示す。横軸はジョーンズマトリクス法にて測定された偏波モード分散であり、縦軸は、本発明の測定方法を用いて測定された光強度の回帰残差の標準偏差である。ジョーンズマトリクス法と本発明の測定方法とのいずれにおいても、それぞれの標準光ファイバについて、測定を時間をおいて５回繰り返し、その平均値をとっている。
図１１に示すように、偏波モード分散と光強度のばらつきとの間に、非常によい相関が得られている。これにより、本発明の測定方法により、光ファイバの偏波モード分散を評価することが可能であることが分かる。
次に、上記図５の装置を用いて光強度の時系列測定を行った。ここで用いた被測定光ファイバ２は、ジョーンズマトリクス法により偏波モード分散が既知のシングルモード光ファイバを１．２ｋｍずつ、１８本用意し、これらを順に接続したものである。
図１２に、上記被測定光ファイバ２についての光強度の時系列データを示す。
図１２Ａは、全体を、図１２Ｂは、測定装置に近い側の４本分を示している。
このように、被測定光ファイバ２の長手方向に偏波モード分散の変化が存在している場合、それに対応して光強度のばらつきが変化していることが分かる。
上記被測定光ファイバ２の各区間について測定された。図１３に、光強度のばらつきと、ジョーンズマトリクス法によって測定された偏波モード分散との関係の一例を示す。
図１３中、■は、上記被測定光ファイバ２に対する結果であり、◆は、図９に示す標準光ファイバに対する結果である。図１３に示す結果から明らかなように、長手方向に１８本の光ファイバを接続し、総延長を約２１．６ｋｍとした場合でも、偏波モード分散と光強度のばらつきとの相関関係は、図９の結果と同様の傾向を示し、偏波モード分散が０．１０ｐｓ／√ｋｍを超える区間と、下回る区間とを、明瞭に識別することができた。
すなわち、複屈折率が比較的小さく、偏波モード分散が０．０１〜０．２ｐｓ／√ｋｍ程度となる光ファイバについて、長手方向の偏波モード分散の分布を十分実用的な程度に測定し、偏波モード分散が比較的大きい不良区間と比較的小さい優良区間とを一回の測定にて区別することができた。
なお、偏波モード分散と光強度のばらつきとの相関にずれが見られるのは、被測定光ファイバ２についてのジョーンズマトリクス法の測定を、各区間１回ずつのみ行ったためであり、ジョーンズマトリクス法の誤差の影響（標準偏差は約０．０１ｐｓ／√ｋｍ）を受けているためである。
さらに、図７に示すように光増幅手段３０を用いて被測定光ファイバ２に入出力されるパルス光および後方散乱光を増幅して測定したところ、測定可能距離を約３０ｋｍとし、光増幅手段３０を用いない場合に比べて、１．５倍に延長することができた。また、本発明による偏波モード分散の測定値は、測定ジョーンズマトリクス法により測定した偏波モード分散の測定値とほぼ一致した。
次に、本発明の偏波モード分散の測定方法の第２の実施の形態に関する実施例を説明する。
被測定光ファイバは、長さが約３５ｋｍであり、ジョーンズマトリックス法により、偏波モード分散が既知である。また、測定装置としては、図６に示す測定装置を用いた。被測定光ファイバの長手方向のそれぞれの位置における光強度のばらつきは、１００ｍごとに区間を分け、各区間の範囲での光強度の回帰残差の標準偏差として求めた。
図１４に、被測定光ファイバ２の一端（ａ端と呼ぶことにする）からの光強度のばらつきを太い実線で、他端（ｂ端と呼ぶことにする）からの光強度のばらつきを太い一点鎖線で示す。また、ａ端からの測定値とｂ端からの測定値を平均した値を太い破線で示す。
図１４中、直線Ｊは、被測定光ファイバ２の全長に対して、ジョーンズマトリックス法で測定されたＰＭＤの平均値から推定される光強度のばらつきのレベルを示し、また、直線Ｈは、本発明の手法を用いて測定された光強度のばらつきの平均のレベルを示している。
この結果からわかるように、光強度のばらつきは、比較的一致したパターンを示して上下しているものの、測定装置１の側から見て、ＰＭＤの悪い区間（例えば、図１４中のＸ１、Ｘ２）より遠いところでは、例えば、ｂ端から測定した場合のＹ付近や、ａ端から測定した場合のＺ付近のように、光強度のばらつきがかなり小さくなり、ＰＭＤが見掛け上、悪く観測される区間が現れていることが見て取れる。また、これらの区間Ｙ、Ｚ付近において、図１４に太い破線で示される平均値においては、光強度のばらつきは、ジョーンズマトリックス法の測定に基づく推定値にかなり近くなっていることから、被測定光ファイバの両端のそれぞれからの測定値を平均することにより、前記ＰＭＤの悪い区間の影響を避けることができることが分かる。
【産業上の利用の可能性】
本発明によれば、光ファイバの偏波モード分散の測定方法であって、パルス光発生手段と、該パルス光発生手段により発生されたパルス光を被測定光ファイバの一端に入射させるとともに、該被測定光ファイバの一端に戻ってきた後方散乱光を出射する光周回手段と、該光周回手段から出射された後方散乱光の光強度をパルス光発生からの時系列として検出する光検出手段と、該光検出手段の出力に基づいて、光ファイバの偏波モード分散を解析する解析手段と、被測定光ファイバへの入力光と被測定光ファイバからの出力光とを単一直線偏波とする少なくとも１個の偏光分離手段とを具備する測定装置を用いるので、波長可変光源、偏波コントローラ、偏波アナライザ、位相検出器も必要とせず、簡便な装置を用いて、実用的な精度にて、光ファイバの偏波モード分散の長手方向の分布を測定することができるという効果を有する。
【図１】
2004010098.tif 000003
【図２】
2004010098.tif 000004
【図３】
2004010098.tif 000005
【図４】
2004010098.tif 000006
【図５】
2004010098.tif 000007
【図６】
2004010098.tif 000008
【図７】
2004010098.tif 000009
【図８】
2004010098.tif 000010
【図９】
2004010098.tif 000011
2004010098.tif 000012
【図１１】
2004010098.tif 000013
2004010098.tif 000014
【図１３】
2004010098.tif 000015
【図１４】
2004010098.tif 000016
【国際調査報告】
2004010098.tif 000017
2004010098.tif 000018
2004010098.tif 000019
2004010098.tif 000020