(57)【要約】【課題】伝送路に接続されたＰＣＦやＨＡＦの光ファイバの特性を評価できるようにした光ファイバの特性評価装置を提供することにある。【解決手段】固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ測定光ファイバの一端に単一モード光ファイバが接続され、全長Ｌとなる伝送路の両端から双方向ＯＴＤＲ測定により得られた測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）が入力される入力部６１と、これら測定波形から測定光ファイバの和波形Ｉ（λ，ｚ1）と単一モード光ファイバの和波形Ｉ（λ，ｚ2）とを演算する和波形演算部６２と、これら和波形からその差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を演算する和波形差分演算部６３と、この和波形の差分を用いて測定光ファイバの特性を算出するファイバ特性算出部６４と、算出された測定光ファイバの特性を出力する出力部６５とを有するようにした。【選択図】図５
2008203184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ測定光ファイバの特性を評価する光ファイバの特性評価方法であって、
前記測定光ファイバの一端に単一モード光ファイバが接続されて全長Ｌの伝送路を形成し、
前記伝送路の両端から双方向ＯＴＤＲ測定により得られた測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）から和波形Ｉ（λ，ｚ）を導出し、
前記測定光ファイバの任意の位置ｚ1における和波形Ｉ（λ，ｚ1）と前記単一モード光ファイバの任意の位置ｚ2における和波形Ｉ（λ，ｚ2）とから演算された和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を用い前記測定光ファイバの特性を算出して評価するようにした
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行って演算された和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2）と、前記波長λａにおける前記測定光ファイバおよび前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、両ファイバのコア屈折率ｎとを用いて、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1を導出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【数１】
2008203184.tif 000052
【数２】
2008203184.tif 000053
なお、添え数字１，２は、測定光ファイバ，単一モード光ファイバをそれぞれ示す。
【請求項３】
請求項２に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
前記単一モード光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ2をさらに用いて、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1を導出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【請求項４】
請求項１に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａおよび当該波長λａとは異なる波長λｂで行って演算された、和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2），Ｉ（λｂ，ｚ1）−Ｉ（λｂ，ｚ2）と、前記波長λａにおける両ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとを用いて、下記（※３）式で表される演算により、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを導出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【数３】
2008203184.tif 000054
【請求項５】
請求項１に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
前記単一モード光ファイバは、第１の単一モード光ファイバと第２の単一モード光ファイバとが連結されたものであり、当該第１の単一モード光ファイバにおける任意の位置をｚ2とする一方、当該第２の単一モード光ファイバにおける任意の位置をｚ3とし、
前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行って演算された和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2），（λａ，ｚ3）−Ｉ（λａ，ｚ2）と、前記波長λａにおける前記第１，第２の単一モード光ファイバのモードフィールド径または実効断面積とを用いて、下記（※４）式または（※５）式で表される演算により、前記測定光ファイバのモードフィールド径または実効断面積を導出し、さらに、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1を導出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【数４】
2008203184.tif 000055
【数５】
2008203184.tif 000056
【数６】
2008203184.tif 000057
【数７】
2008203184.tif 000058
【請求項６】
請求項１に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行って演算された和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2）と、両ファイバにおけるRayleigh散乱係数と、両ファイバのコア屈折率と、前記波長λａにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとを用いて、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、前記波長λａにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを導出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【数８】
2008203184.tif 000059
【数９】
2008203184.tif 000060
【請求項７】
請求項１に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行い測定された測定波形Ｓ（λａ，ｚ）の接続点における段差と、両ファイバの接続損失と、前記波長λａにおける両ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、両光ファイバのコア屈折率とを用いて、下記（※１）式または（※２）式により表される演算により、両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1を導出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【数１０】
2008203184.tif 000061
【数１１】
2008203184.tif 000062
【請求項８】
請求項７に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
前記単一モード光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ2をさらに用いて、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1を導出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【請求項９】
請求項１に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａおよび当該波長λａと異なる波長λｂで行い測定された測定波形Ｓ（λａ，ｚ），Ｓ（λｂ，ｚ）の接続点における段差と、前記波長λａにおける両ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとを用いて、下記（※６）式で表される演算により、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを導出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【数１２】
2008203184.tif 000063
【請求項１０】
請求項１に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行い測定された測定波形Ｓ（λａ，ｚ）の接続点における段差と、前記波長λａにおける両ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1，Ｒ2と、両ファイバのコア屈折率と、前記波長λａにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとを用いて、下記（※１）式または（※２）式により表される演算により、前記波長λａにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを導出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
【数１３】
2008203184.tif 000064
【数１４】
2008203184.tif 000065
【請求項１１】
固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ測定光ファイバの特性を評価する光ファイバの特性評価装置であって、
前記測定光ファイバの一端に単一モード光ファイバが接続され、全長Ｌとなる伝送路の両端から双方向ＯＴＤＲ測定により得られた測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）が入力される入力部と、
前記測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）から前記測定光ファイバの任意の位置ｚ1における和波形Ｉ（λ，ｚ1）と前記単一モード光ファイバの任意の位置ｚ2における和波形Ｉ（λ，ｚ2）とをそれぞれ演算する和波形演算部と、
前記和波形Ｉ（λ，ｚ1），Ｉ（λ，ｚ2）から和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を演算する和波形差分演算部と、
前記和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を用いて前記測定光ファイバの特性を算出するファイバ特性算出部と、
算出された測定光ファイバの特性を出力する出力部とを有した
ことを特徴とする光ファイバの特性評価装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載された光ファイバの特性評価装置であって、
前記ファイバ特性算出部は、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1を算出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価装置。
【数１５】
2008203184.tif 000066
【数１６】
2008203184.tif 000067
【請求項１３】
請求項１１に記載された光ファイバの特性評価装置であって、
前記ファイバ特性算出部は、下記（※３）式で表される演算により、任意の波長λａとは異なる波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを算出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価装置。
【数１７】
2008203184.tif 000068
【請求項１４】
請求項１１に記載された光ファイバの特性評価装置であって、
前記単一モード光ファイバは、第１の単一モード光ファイバと第２の単一モード光ファイバとが連結されたものであり、当該第１の単一モード光ファイバにおける任意の位置がｚ2とされる一方、当該第２の単一モード光ファイバにおける任意の位置がｚ3とされ、
前記ファイバ特性算出部は、下記（※４）式または（※５）式で表される演算により、前記測定光ファイバのモードフィールド径または実効断面積を算出し、さらに、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1を算出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価装置。
【数１８】
2008203184.tif 000069
【数１９】
2008203184.tif 000070
【数２０】
2008203184.tif 000071
【数２１】
2008203184.tif 000072
【請求項１５】
請求項１１に記載された光ファイバの特性評価装置であって、
前記ファイバ特性算出部は、下記（※６）式で表される演算により、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを算出する
ことを特徴とする光ファイバの特性評価装置。
【数２２】
2008203184.tif 000073
【請求項１６】
固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ測定光ファイバの特性を評価するプログラムであって、
前記測定光ファイバの一端に単一モード光ファイバが接続され、全長Ｌとなる伝送路の両端から双方向ＯＴＤＲ測定により得られた測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）が入力されると、
前記測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）から前記測定光ファイバの任意の位置ｚ1における和波形Ｉ（λ，ｚ1）と前記単一モード光ファイバの任意の位置ｚ2における和波形Ｉ（λ，ｚ2）とをそれぞれ演算し、
前記和波形Ｉ（λ，ｚ1），Ｉ（λ，ｚ2）から和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を演算し、
前記和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を用いて前記測定光ファイバの特性を算出して出力するようにした
ことを特徴とするプログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載されたプログラムであって、
前記測定光ファイバの特性は、下記（※１）式または（※２）式で演算される、両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1である
ことを特徴とするプログラム。
【数２３】
2008203184.tif 000074
【数２４】
2008203184.tif 000075
【請求項１８】
請求項１６に記載されたプログラムであって、
前記測定光ファイバの特性は、下記（※３）式で演算される、任意の波長λａとは異なる波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffである
ことを特徴とするプログラム。
【数２５】
2008203184.tif 000076
【請求項１９】
請求項１６に記載されたプログラムであって、
前記単一モード光ファイバは、第１の単一モード光ファイバと第２の単一モード光ファイバとが連結されたものであり、当該第１の単一モード光ファイバにおける任意の位置がｚ2とされる一方、当該第２の単一モード光ファイバにおける任意の位置がｚ3とされ、
前記測定光ファイバの特性は、下記（※４）式または（※５）式で表される演算により、前記測定光ファイバのモードフィールド径または実効断面積が算出され、さらに、下記（※１）式または（※２）式で演算される、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1である
ことを特徴とするプログラム。
【数２６】
2008203184.tif 000077
【数２７】
2008203184.tif 000078
【数２８】
2008203184.tif 000079
【数２９】
2008203184.tif 000080
【請求項２０】
請求項１６に記載されたプログラムであって、
前記測定光ファイバの特性は、下記（※６）式で演算される、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffである
ことを特徴とするプログラム。
【数３０】
2008203184.tif 000081
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの特性評価方法および装置ならびにプログラムに関し、特に、周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ光ファイバおよび単一モード光ファイバ全般の、光損失および構造パラメータの評価方法および装置ならびにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石英系光の単一モード光ファイバ（以下、ＳＭＦと称す）の光損失（以下、単に損失と略す）の要因のうちRayleigh散乱損失αRは、波長の−４乗（１／λ4）に比例して増大し、一般に下記（１）式で表すことができる。ここでＲはRayleigh散乱係数と呼ばれる定数である。なお、ここでは、Rayleigh散乱損失は光ファイバ材料自体に由来するものだけを指す（つまり、αRと、後述するフォトニック結晶ファイバや空孔アシストファイバなどで生じる空孔の表面の凹凸粗さに由来する散乱損失αHとを区別する）。αRは１．５５μｍなどの通信波長域で最も支配的な損失要因である。そこで、このαRおよびＲを評価することは、光ファイバの低損失化を実現する上で非常に重要である。
【０００３】
従来の評価方法では、測定した光ファイバの損失波長スペクトルαと１／λ4の関係をプロットし、下記（２）式でフィッテイングすることによって、フィッテイング直線の傾きからＥを求め、さらにＲ＝Ｅと仮定して、Ｒを決定していた（以下、従来技術１と称す）。ここで、波長に依存しない定数Ｂは、構造不整損失を表す。他の損失要因の影響を排除し、Ｒの見積もりの精度を向上するために、通常はＯＨ基不純物やガラス自体の吸収損失などの影響が少ない１μｍ付近などの波長域でフィッテイングを行う。
【０００４】
【数１】
2008203184.tif 000003
【０００５】
一方、近年、固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ光ファイバの研究開発が進展している。これらの新しい構造のファイバとしてはフォトニック結晶ファイバ（以下、ＰＣＦと称す）、空孔アシストファイバ（以下、ＨＡＦと称す）などが有り、これらの分類や特性については、例えば非特許文献１に示されている。ＨＡＦやＰＣＦは伝送路や光デバイスへの応用が期待されており、固体コア部には石英系のガラスなどが現在は主に用いられているが、今後は、さらに様々なコア材料が用いられるようになると考えられる。したがって、低損失化は、これらの光ファイバの重要な課題であり、そのためにもＨＡＦやＰＣＦのRayleigh散乱損係数Ｒの測定評価による評価技術を確立する必要がある。
【０００６】
さらに、非線型光学特性や接続損失特性の支配的なパラメータであるモードフィールド径（２Ｗ）または実効断面積（Ａeff）の測定評価も、ＨＡＦやＰＣＦの特性評価上の重要な課題である。これらの構造パラメータの評価方法としては、従来、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）測定や双方向ＯＴＤＲによる測定方法が知られており（以下、従来技術２と称す）、これらの詳細についてはＡeffの定義式なども含めて、例えば非特許文献２に記載されている。
【０００７】
【非特許文献１】辻川恭三、「フォトニック結晶ファイバの低損失化技術の動向」、レーザー研究、社団法人レーザ学会、２００６年１月１５日、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．１、ＰＰ．１２−１６
【非特許文献２】「ＤＷＤＭ光測定技術」、株式会社オプトニクス社、平成１３年３月１０日、ＰＰ６１−７２，２１６−２２９
【非特許文献３】辻川恭三、外２名、「低レイリー散乱光ファイバ」、電子情報通信学会論文誌、２００３年１月、Ｂ，Ｖｏｌ．Ｊ８６−Ｂ，Ｎｏ．１，ｐｐ．１−１２
【非特許文献４】Alberto Rossaro et al,「Spatially Resolved Chromatic Dispersion Measurement by a Bidirectional OTDR Technique」IEEE JOURNAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS,MAY/JUNE 2001,VOL.7，NO.3，PP.475-483
【非特許文献５】「［改訂版］実務に役立つ光ファイバ技術２００のポイント」,社団法人  電気通信協会、平成８年１２月１６日、ｐｐ．２９０−２９５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した非特許文献１にも記載されているように、ＰＣＦやＨＡＦなどの光ファイバでは空孔の表面の凹凸粗さに起因する散乱損失を無視することができない。この散乱損失αHは波長に依存しない定数成分と波長の−４乗に比例する成分の和で良い近似で表されることが、実験的に明らかにされている。したがって、上記従来技術１に述べた方法では、仮にどのような波長域を選んでも、フィッテイング直線の傾きであるＥにαHの一部の成分（波長の−４乗に比例する成分）が含まれてしまい、その結果、Ｒを正確に評価することができない。
【０００９】
一方、ＰＣＦやＨＡＦなどの光ファイバの２ＷやＡeffの実験室内での測定に、上記従来技術２の一例として示したＦＦＰ測定を用いることは、問題なく可能である。しかし、ＦＦＰ測定では比較的に測定系が複雑となり、また長尺なファイバに対する長手方向の分布測定は原理的に不可能である。また、将来にＰＣＦやＨＡＦが通信設備に実用化導入された際に、ＦＦＰの現場測定を実施することは、測定機器の設置などの観点から非常に困難である。
【００１０】
これらの課題は、現在通信用として用いられている汎用の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）などの光ファイバの場合は、上記従来技術２として示した双方向ＯＴＤＲ測定によって解決できる。しかしながら、非特許文献２の記載や実施例において述べるように双方向ＯＴＤＲ測定では、事前に被測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒを知る必要が有り、この値を用いて２ＷやＡeffの評価を行う。既に述べたようにＰＣＦやＨＡＦでは損失の波長スペクトルからＲを正確に見積もることはできず、したがって、双方向ＯＴＤＲ測定によって２ＷやＡeffを評価できない。
【００１１】
以上のように、ＰＣＦやＨＡＦでは、損失の波長スペクトルから正確なＲの値を評価することができない。Ｒの値は光ファイバ材料の組成だけではなく、光ファイバの線引き時の温度や速度によっても変化することが知られているので、ＰＣＦやＨＡＦに関して、この課題は将来更に大きなものとなると考えられる。さらに、Ｒの値を正確に知る手段が無いため、簡易且つ現場測定も容易で、長手分布の測定が可能な双方向ＯＴＤＲ測定によって２ＷやＡeffを評価することもできなかった。
【００１２】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、ＰＣＦやＨＡＦの光ファイバの特性であるＲの値を正確に評価する光ファイバの特性評価方法および装置ならびにプログラムを提供すること、さらに、当該の方法によって求めたＲの値に基づいてＰＣＦやＨＡＦおよびこれらと接続された光ファイバの２ＷおよびＡeffの値を評価する光ファイバの特性評価方法および装置ならびにプログラム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】
【００１３】
上述した課題を解決する第１の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ測定光ファイバの特性を評価する光ファイバの特性評価方法であって、前記測定光ファイバの一端に単一モード光ファイバが接続されて全長Ｌの伝送路を形成し、前記伝送路の両端から双方向ＯＴＤＲ測定により得られた測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）から和波形Ｉ（λ，ｚ）を導出し、前記測定光ファイバの任意の位置ｚ1における和波形Ｉ（λ，ｚ1）と前記単一モード光ファイバの任意の位置ｚ2における和波形Ｉ（λ，ｚ2）とから演算された和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を用い前記測定光ファイバの特性を算出して評価するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
上述した課題を解決する第２の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、第１の発明に係る光ファイバの特性評価方法であって、前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行って演算された和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2）と、前記波長λａにおける前記測定光ファイバおよび前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、両ファイバのコア屈折率ｎとを用いて、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1を導出することを特徴とする。
【数２】
2008203184.tif 000004
【数３】
2008203184.tif 000005
なお、添え数字１，２は、測定光ファイバ，単一モード光ファイバをそれぞれ示す。
【００１５】
上述した課題を解決する第３の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、第２の発明に係る光ファイバの特性評価方法であって、前記単一モード光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ2をさらに用いて、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1を導出することを特徴とする。
【００１６】
上述した課題を解決する第４の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、第１の発明に係る光ファイバの特性評価方法であって、前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａおよび当該波長λａとは異なる波長λｂで行って演算された、和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2），Ｉ（λｂ，ｚ1）−Ｉ（λｂ，ｚ2）と、前記波長λａにおける両ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとを用いて、下記（※３）式で表される演算により、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを導出することを特徴とする。
【数４】
2008203184.tif 000006
【００１７】
上述した課題を解決する第５の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、第１の発明に係る光ファイバの特性評価方法であって、前記単一モード光ファイバが、第１の単一モード光ファイバと第２の単一モード光ファイバとが連結されたものであり、当該第１の単一モード光ファイバにおける任意の位置をｚ2とする一方、当該第２の単一モード光ファイバにおける任意の位置をｚ3とし、前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行って演算された和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2），（λａ，ｚ3）−Ｉ（λａ，ｚ2）と、前記波長λａにおける前記第１，第２の単一モード光ファイバのモードフィールド径または実効断面積とを用いて、下記（※４）式または（※５）式で表される演算により、前記測定光ファイバのモードフィールド径または実効断面積を導出し、さらに、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1を導出することを特徴とする。
【数５】
2008203184.tif 000007
【数６】
2008203184.tif 000008
【数７】
2008203184.tif 000009
【数８】
2008203184.tif 000010
【００１８】
上述した課題を解決する第６の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、第１の発明に係る光ファイバの特性評価方法であって、前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行って演算された和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2）と、両ファイバにおけるRayleigh散乱係数と、両ファイバのコア屈折率と、前記波長λａにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとを用いて、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、前記波長λａにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを導出することを特徴とする。
【数９】
2008203184.tif 000011
【数１０】
2008203184.tif 000012
【００１９】
上述した課題を解決する第７の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、第１の発明に係る光ファイバの特性評価方法であって、前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行い測定された測定波形Ｓ（λａ，ｚ）の接続点における段差と、両ファイバの接続損失と、前記波長λａにおける両ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、両光ファイバのコア屈折率とを用いて、下記（※１）式または（※２）式により表される演算により、両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1を導出することを特徴とする。
【数１１】
2008203184.tif 000013
【数１２】
2008203184.tif 000014
【００２０】
上述した課題を解決する第８の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、第７の発明に係る光ファイバの特性評価方法であって、前記単一モード光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ2をさらに用いて、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1を導出することを特徴とする。
【００２１】
上述した課題を解決する第９の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、第１の発明に係る光ファイバの特性評価方法であって、前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａおよび当該波長λａと異なる波長λｂで行い測定された測定波形Ｓ（λａ，ｚ），Ｓ（λｂ，ｚ）の接続点における段差と、前記波長λａにおける両ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとを用いて、下記（※６）式で表される演算により、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを導出することを特徴とする。
【数１３】
2008203184.tif 000015
【００２２】
上述した課題を解決する第１０の発明に係る光ファイバの特性評価方法は、第１の発明に係る光ファイバの特性評価方法であって、前記双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行い測定された測定波形Ｓ（λａ，ｚ）の接続点における段差と、前記波長λａにおける両ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1，Ｒ2と、両ファイバのコア屈折率と、前記波長λａにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとを用いて、下記（※１）式または（※２）式により表される演算により、前記波長λａにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを導出することを特徴とする。
【数１４】
2008203184.tif 000016
【数１５】
2008203184.tif 000017
【００２３】
上述した課題を解決する第１１の発明に係る光ファイバの特性評価装置は、固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ測定光ファイバの特性を評価する光ファイバの特性評価装置であって、前記測定光ファイバの一端に単一モード光ファイバが接続され、全長Ｌとなる伝送路の両端から双方向ＯＴＤＲ測定により得られた測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）が入力される入力部と、前記測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）から前記測定光ファイバの任意の位置ｚ1における和波形Ｉ（λ，ｚ1）と前記単一モード光ファイバの任意の位置ｚ2における和波形Ｉ（λ，ｚ2）とをそれぞれ演算する和波形演算部と、前記和波形Ｉ（λ，ｚ1），Ｉ（λ，ｚ2）から和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を演算する和波形差分演算部と、前記和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を用いて前記測定光ファイバの特性を算出するファイバ特性算出部と、算出された測定光ファイバの特性を出力する出力部とを有したことを特徴とする。
【００２４】
上述した課題を解決する第１２の発明に係る光ファイバの特性評価装置は、第１１の発明に係る光ファイバの特性評価装置であって、前記ファイバ特性算出部は、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1を算出することを特徴とする。
【数１６】
2008203184.tif 000018
【数１７】
2008203184.tif 000019
【００２５】
上述した課題を解決する第１３の発明に係る光ファイバの特性評価装置は、第１１の発明に係る光ファイバの特性評価装置であって、前記ファイバ特性算出部は、下記（※３）式で表される演算により、任意の波長λａとは異なる波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを算出することを特徴とする。
【数１８】
2008203184.tif 000020
【００２６】
上述した課題を解決する第１４の発明に係る光ファイバの特性評価装置は、第１１の発明に係る光ファイバの特性評価装置であって、前記単一モード光ファイバが、第１の単一モード光ファイバと第２の単一モード光ファイバとが連結されたものであり、当該第１の単一モード光ファイバにおける任意の位置がｚ2とされる一方、当該第２の単一モード光ファイバにおける任意の位置がｚ3とされ、前記ファイバ特性算出部は、下記（※４）式または（※５）式で表される演算により、前記測定光ファイバのモードフィールド径または実効断面積を算出し、さらに、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1を算出することを特徴とする。
【数１９】
2008203184.tif 000021
【数２０】
2008203184.tif 000022
【数２１】
2008203184.tif 000023
【数２２】
2008203184.tif 000024
【００２７】
上述した課題を解決する第１５の発明に係る光ファイバの特性評価装置は、第１１の発明に係る光ファイバの特性評価装置であって、前記ファイバ特性算出部は、下記（※６）式で表される演算により、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffを算出することを特徴とする。
【数２３】
2008203184.tif 000025
【００２８】
上述した課題を解決する第１６の発明に係るプログラムは、固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ測定光ファイバの特性を評価するプログラムであって、前記測定光ファイバの一端に単一モード光ファイバが接続され、全長Ｌとなる伝送路の両端から双方向ＯＴＤＲ測定により得られた測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）が入力されると、前記測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）から前記測定光ファイバの任意の位置ｚ1における和波形Ｉ（λ，ｚ1）と前記単一モード光ファイバの任意の位置ｚ2における和波形Ｉ（λ，ｚ2）とをそれぞれ演算し、前記和波形Ｉ（λ，ｚ1），Ｉ（λ，ｚ2）から和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を演算し、前記和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）を用いて前記測定光ファイバの特性を算出して出力するようにしたことを特徴とする。
【００２９】
上述した課題を解決する第１７の発明に係るプログラムは、第１６の発明に係るプログラムであって、前記測定光ファイバの特性が、下記（※１）式または（※２）式で演算される、両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1であることを特徴とする。
【数２４】
2008203184.tif 000026
【数２５】
2008203184.tif 000027
【００３０】
上述した課題を解決する第１８の発明に係るプログラムは、第１６の発明に係るプログラムであって、前記測定光ファイバの特性が、下記（※３）式で演算される、任意の波長λａとは異なる波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffであることを特徴とする。
【数２６】
2008203184.tif 000028
【００３１】
上述した課題を解決する第１９の発明に係るプログラムは、第１６の発明に係るプログラムであって、前記単一モード光ファイバが、第１の単一モード光ファイバと第２の単一モード光ファイバとが連結されたものであり、当該第１の単一モード光ファイバにおける任意の位置がｚ2とされる一方、当該第２の単一モード光ファイバにおける任意の位置がｚ3とされ、前記測定光ファイバの特性が、下記（※４）式または（※５）式で表される演算により、前記測定光ファイバのモードフィールド径または実効断面積が算出され、さらに、下記（※１）式または（※２）式で演算される、前記測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1であることを特徴とする。
【数２７】
2008203184.tif 000029
【数２８】
2008203184.tif 000030
【数２９】
2008203184.tif 000031
【数３０】
2008203184.tif 000032
【００３２】
上述した課題を解決する第２０の発明に係るプログラムは、第１６の発明に係るプログラムであって、前記測定光ファイバの特性が、下記（※６）式で演算される、前記波長λｂにおける前記測定光ファイバまたは前記単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffであることを特徴とする。
【数３１】
2008203184.tif 000033
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、従来、損失スペクトルから評価されていたＲの値をまず双方向ＯＴＤＲ測定によって評価する。このＲの値は、本発明で初めて明らかにするように、測定する波長や、光ファイバの空孔の表面の凹凸粗さの程度によって変動することはなく、コア材料の組成と光ファイバの線引き条件に対して、一意的に与えられる正確な評価値となる。
【００３４】
したがって、あらかじめ、適当な波長で双方向ＯＴＤＲ測定によって、ＰＣＦやＨＡＦのＲの絶対値または相対値を評価しておけば、必要な所定の波長λで双方向または片方向からのＯＴＤＲ測定を行い、このＲの値と、あらかじめ評価しておいた波長λでの光ファイバの特性パラメータ（ｎ，２ＷまたはＡeff）の値を、これらの間に成立する関係式に代入することで、ＰＣＦやＨＡＦ、およびこれらと接続された単一モード光ファイバの２ＷやＡeffの値を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本発明の最良の形態に係る光ファイバ（固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ光ファイバ）の特性評価方法、ＰＣＦやＨＡＦのＲの値を正確に評価する光ファイバの特性評価方法、さらには、当該の方法によって求めたＲの値を用いて、ＰＣＦやＨＡＦの２ＷやＡeffの値、およびこれらと接続された単一モード光ファイバの２ＷやＡeffの値をＯＴＤＲ測定によって評価する光ファイバの特性評価方法について、図面を用いて具体的に説明する。
【００３６】
まず、双方向のＯＴＤＲ測定による光ファイバパラメータの評価方法の原理を説明する。上述した非特許文献２にも概要が示されているように、双方向のＯＴＤＲ測定では異なる２種類の光ファイバ（以下、第１の光ファイバ、第２の光ファイバと称す）を接続して構成された伝送路の両端から測定を行う。その測定波形Ｓ（λ，ｚ）とＳ（λ，Ｌ−ｚ）の和波形であるＩ（λ，ｚ）はそれぞれ第１，第２の光ファイバの屈折率ｎ、モードフィールド半径Ｗ、光ファイバのコア部のRayleigh散乱係数Ｒという６つのパラメータの関数である。
【００３７】
具体的には、第１の光ファイバにおける任意の位置をｚ1とし、第２の光ファイバにおける任意の位置をｚ2とすると、２つの光ファイバのＩ（λ，ｚ）のレベル差Ｉn（λ）は（※１）および（※２）式で与えられる（添え字１は第１の光ファイバを示し、添え字２は第２の光ファイバを示す）。なお、（※１）、（※２）式は光ファイバの断面内での光パワー分布をGaussianと仮定して導出された理論式であり、空孔を持たない通常の単一モード光ファイバでは、実験結果と良好な一致が得られている近似式である。
【００３８】
【数３２】
2008203184.tif 000034
【数３３】
2008203184.tif 000035
【００３９】
したがって、あらかじめ別途に実験評価などを行い、上述した（※１）または（※２）式に含まれる６つのパラメータのうち５つを既知とした場合、（※１）または（※２）式を近似式として用いて、双方向ＯＴＤＲ測定から得られるＩn（λ）の値から残る１つのパラメータを決定することができる。また、６つのパラメータのうち両ファイバのＲ（Ｒ1とＲ2）以外の４つを既知とした場合、両ファイバのＲの比Ｑ＝Ｒ1／Ｒ2を求めることができる。さらに、Ｉ1（λ，ｚ）とＩ2（λ，ｚ）の長手方向（ｚ方向）の分布から各パラメータの長手分布の評価も可能になる。また、第１の光ファイバと第２の光ファイバの間に、これらとは別の光ファイバが挿入されているような場合にも、原理的に測定は可能である。
【００４０】
双方向ＯＴＤＲ測定の原理は、概略、以上のようなものであるが、これまでＰＣＦやＨＡＦのような空孔を多数持つ光ファイバへの適用例は報告されておらず、したがって、双方向ＯＴＤＲ測定で得られたパラメータの値が正確な評価値である保証は全く得られていなかった。
【００４１】
そこで、本発明者等は以下に詳細を述べるように、ＰＣＦとＨＡＦに対して双方向ＯＴＤＲ測定による評価を初めて行ったところ、これらの光ファイバのＲの評価値は、測定波長や空孔の表面の凹凸粗さの程度によって変動することはなく、コア材料の組成や光ファイバの線引き条件から予測される値となることを見出した。そこで、この実験事実に基づいて、鋭意検討を進め、本発明に至ったものである。
【００４２】
以下では、本発明の効果を実証するために行った実験の概要について述べる。図１は、固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ光ファイバの断面図であり、図１（ａ）に空孔アシストファイバ（ＨＡＦ）の断面を模式的に示し、図１（ｂ）にフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）の断面の模式的に示す。
【００４３】
図１（ａ）に示すように、ＨＡＦ１０は、中心に配置され、コア半径ａであるコア１１と、このコア１１の中心から所定の間隔（距離）Ｌに配置され、空孔直径ｄである空孔１２とを有する。なお、このＨＡＦ１０では、正六角形の頂点をなす位置に空孔１２が配置される。図１（ｂ）に示すように、ＰＣＦ３０は、中心のコア部３１の周囲に周期的に空孔３２が複数配置される。なお、隣接する空孔３２の中心間の距離は、Λである。
【００４４】
ここで、下記の表１には測定したＨＡＦとＰＣＦの構造パラメータを示す。ＨＡＦ１は断面内にＮ＝６個の空孔と、汎用のＧｅＯ2ドープ石英コアＳＭＦ（Ｇ−ＳＭＦ）と同等のガラス組成のコアを持つ。ＨＡＦ１のコア半径ａは、４．５μｍであり、コアと純石英クラッドとの比屈折率差Δは、０．３６％である。これらのａとΔの値は汎用のＧ−ＳＭＦと同等である。また、ＰＣＦ１とＰＣＦ２はともに純石英製であり、ＰＣＦ１は４層構造にてＮ＝６０個の空孔を持ち、ＰＣＦ２は、５層構造にてＮ＝９０個の空孔を持つ。ＰＣＦ２のクラッド外径のみが１７０μｍであり、ＨＡＦ１とＰＣＦ１のクラッド外径は１２５μｍである。
【００４５】
【表１】
2008203184.tif 000036
【００４６】
図２は、本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価方法にて用いられる測定系の概要を模式的に示した図である。
【００４７】
最初に、図２（ａ）に示すように、ＨＡＦ１０の一端にはＧ−ＳＭＦ２１を接続して伝送路２０を形成し、図２（ｂ）に示すように、ＰＣＦ３０の一端には汎用の純石英コアＳＭＦ（Ｐ−ＳＭＦ）４１を接続して伝送路４０を形成した。光ファイバ相互の接続には、測定誤差を低減する観点から融着接続を用いたが、簡易な方法として各種の光コネクタやメカニカルスプライスを用いることでも可能である。また、ＨＡＦ１０とＧ−ＳＭＦ２１、ＰＣＦ３０とＰ−ＳＭＦ４１のコア材料組成（屈折率）はそれぞれ同じであるので、（※１）や（※２）式の右辺の第３項（屈折率ｎの項）はゼロと近似できる。当然ながら、接続する光ファイバのコア材料組成は同じにする必要は無く、その際は各光ファイバのコアの屈折率ｎを用いて、（※１）や（※２）式に代入すれば良い（一般的な通信用光ファイバの条件では、第３項の値は他の項に比べて非常に小さくなる）。
【００４８】
続いて、伝送路（系）２０，４０の両端から図示しない光パルス試験器によるＯＴＤＲ測定により２つの波形Ｓ（λ，ｚ）とＳ（λ，Ｌ−ｚ）を測定する。続いて、得られた２つの波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）から和波形Ｉ（λ，ｚ）を導出する。この和波形Ｉ（λ，ｚ）の一例を、図３に示す。この図に示すように、Ｉ（λ，ｚ）の各ファイバの平坦部分のレベルをＩ1（λ，ｚ1），Ｉ2（λ，ｚ2）とみなし、両者のレベル差から（※１）や（※２）式の左辺のＩn（λ）を見積もることができる。
【００４９】
実験では、それぞれの系に対して通信波長帯（１．３μｍ〜１．６μｍ付近）に含まれる複数の波長でＯＴＤＲ測定を行った。また、これらの波長で各光ファイバのＦＦＰ測定も行い、各波長での２ＷとＡeffの評価を行った。
【００５０】
ここで、本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価装置について、図面を用いて詳述する。
図４は、本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価方法に用いられる伝送路を模式的に示す図である。図５は、本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価装置の機能ブロックを模式的に示す図であり、図６は、この装置にて処理フローを示す図である。図７は、本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価方法において、ＯＴＤＲ測定により一方の端部で得られた測定データを示すグラフであり、図８は、この方法において、ＯＴＤＲ測定により他方の端部で得られた測定データを示すグラフであり、図９は、図８にて得られた測定データを一方の端部にて得られたデータに変換した測定データを示すグラフであり、図１０は、図７，９に示す測定データの和を示すグラフである。
【００５１】
本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価装置は、固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ測定光ファイバの特性を評価する光ファイバの特性評価装置である。すなわち、この装置の測定系には、図４に示す、全長Ｌとなる伝送路５０が用いられる。この伝送路５０は、前述した測定光ファイバである第１の光ファイバ５１と、この第１の光ファイバ５１の一端に融着接続された単一モード光ファイバである第２の光ファイバ５２とからなる。前述した装置６０は、図５に示すように、伝送路５０の両端から双方向ＯＴＤＲ測定により得られた測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）が入力される入力部６１を有する。この装置６０は、測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）から和波形を演算する和波形演算部６２と、和波形から和波形の差分を演算する和波形差分演算部６３と、この和波形の差分を用いて測定光ファイバの特性を算出するファイバ特性算出部６４と、測定光ファイバの特性を出力する出力部６５を有する。なお、前記装置６０は、これらデータを記憶する記憶部（メモリ）６６と、演算処理する演算部（ＣＰＵ）６７とを有する。
【００５２】
以下に、上述した装置５０における処理フローを説明する。
この装置では、図６に示すように、全長Ｌとなる伝送路５０の両端から双方向ＯＴＤＲ測定により得られた測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）が入力部に入力される（ステップＳ１）。詳細には、図７に示すような、伝送路５０の一方の端部（（ａ）端）５０ａからの測定データ（ｚ，Ｓ1（λ，ｚ）が入力部６１に入力される。さらに、図８に示すような、伝送路５０の他方の端部（（ｂ）端）５０ｂにおける測定データ（ｚ'，Ｓ2（λ，ｚ'））が入力部６１に入力される。この測定データ（ｚ'，Ｓ2（λ，ｚ'））が図示しない変換部にて、図９に示すように、（Ｌ−ｚ'，Ｓ2（Ｌ−ｚ'））に変換される。
【００５３】
続いて、図６におけるステップＳ２に進み、このステップにて、これらの測定データ（（ｚ，Ｓ1（λ，ｚ）），（Ｌ−ｚ'，Ｓ2（λ，Ｌ−ｚ'））が和波形演算部６２（図５参照）に入力され、図１０に示すような和波形Ｉ（λ，ｚ）が演算される。詳細には、測定波形Ｓ（λ，ｚ），Ｓ（λ，Ｌ−ｚ）から前記測定光ファイバ（第１の光ファイバ）の任意の位置ｚ1における和波形Ｉ（λ，ｚ1）と前記単一モード光ファイバ（第２の光ファイバ）の任意の位置ｚ2における和波形Ｉ（λ，ｚ2）とが演算される。第１，第２のファイバにおける任意の領域でのＩ（λ，ｚ）の平均値が用いられる（ただし、反射等の影響によるノイズ部分などを除外し、できるだけフラットな領域が用いられる）。
【００５４】
続いて、ステップＳ３に進み、このステップにて、これら和波形Ｉ（λ，ｚ1），Ｉ（λ，ｚ2）から和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）が和波形差分演算部６３（図５参照）にて演算される（両者の差からＩｎ（λ，ｚ0）が決定される）。続いて、ステップＳ４に進み、この和波形の差分Ｉ（λ，ｚ1）−Ｉ（λ，ｚ2）がファイバ特性算出部６４（図５参照）に入力され、測定光ファイバの特性が算出される。続いて、ステップＳ５に進み、算出された測定光ファイバの特性は、出力部６５（図５参照）を介して出力される。
【００５５】
ファイバ特性算出部６４は、既知のデータに応じ所定の演算式を用いて測定光ファイバの特性を算出する。
［両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1の算出］
双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行って演算された和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2）と、波長λａにおける測定光ファイバおよび単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、両ファイバのコア屈折率ｎとが既知である場合には、これらのデータを用いて、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、両ファイバのRayleigh散乱係数の比Ｒ2／Ｒ1が算出される。
【００５６】
【数３４】
2008203184.tif 000037
【数３５】
2008203184.tif 000038
【００５７】
［波長λｂにおける測定光ファイバまたは単一モード光ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffの算出］
双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａおよび当該波長λａとは異なる波長λｂで行って演算された、和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2），Ｉ（λｂ，ｚ1）−Ｉ（λｂ，ｚ2）と、波長λａにおける両ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、波長λｂにおける測定光ファイバまたは単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとが既知である場合には、これらのデータを用いて、下記（※３）式で表される演算により、波長λｂにおける測定光ファイバまたは単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffが算出される。
【００５８】
【数３６】
2008203184.tif 000039
【００５９】
［測定光ファイバのモードフィールド径または実効断面積の算出］
単一モード光ファイバは、第１の単一モード光ファイバと第２の単一モード光ファイバとが連結されたものであり、当該第１の単一モード光ファイバにおける任意の位置をｚ2とする一方、当該第２の単一モード光ファイバにおける任意の位置をｚ3とし、双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａで行って演算された和波形の差分Ｉ（λａ，ｚ1）−Ｉ（λａ，ｚ2），（λａ，ｚ3）−Ｉ（λａ，ｚ2）と、波長λａにおける第１，第２の単一モード光ファイバのモードフィールド径または実効断面積とが既知である場合には、これらのデータを用いて、下記（※４）式または（※５）式で表される演算により、測定光ファイバのモードフィールド径または実効断面積を導出し、さらに、下記（※１）式または（※２）式で表される演算により、測定光ファイバのRayleigh散乱係数Ｒ1が算出される。
【００６０】
【数３７】
2008203184.tif 000040
【数３８】
2008203184.tif 000041
【数３９】
2008203184.tif 000042
【数４０】
2008203184.tif 000043
【００６１】
［波長λｂにおける測定光ファイバまたは単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffの算出］
双方向ＯＴＤＲ測定を任意の波長λａおよび当該波長λａと異なる波長λｂで行い測定された測定波形Ｓ（λａ、ｚ），Ｓ（λｂ，ｚ）の接続点における段差と、波長λａにおける両ファイバのモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffと、波長λｂにおける測定光ファイバまたは単一モード光ファイバの一方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffとが既知である場合、これらのデータを用いて、下記（※６）式で表される演算により、波長λｂにおける測定光ファイバまたは単一モード光ファイバの他方のモードフィールド径Ｗまたは実効断面積Ａeffが算出される。
【００６２】
【数４１】
2008203184.tif 000044
【００６３】
なお、上記では、本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価装置を用いて説明したが、これらをプログラムとして構成したり、このプログラムを記録した記録媒体として構成したり、ネットワークを介して提供されるプログラムとして構成したりして良く、これらのようなプログラムや記録媒体であっても、上述した本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価装置と同様な作用効果を奏する。
【実施例１】
【００６４】
本実施例は、系の両端からのＯＴＤＲ測定によって、ＰＣＦやＨＡＦ、およびこれらと接続された単一モード光ファイバのＲの値を決定する方法に関するものである。
【００６５】
図１１には、上述した（２）式から定数Ｅを求める際に用いた損失スペクトル（損失と波長の−４乗：λ-4との関係）の一例を示す。また、上記表１にはこのようにして得られたＥの値を示す。
【００６６】
一方、実験に用いた汎用のＧ−ＳＭＦとＰ−ＳＭＦのＥ（＝Ｒ）の値を見積もったところ、それぞれ０．８６（ｄＢ／ｋｍ／μｍ4）、０．９７（ｄＢ／ｋｍ／μｍ4）であった。つまり、ＰＣＦ１およびＰＣＦ２のＥの値はそれぞれ同じ純石英のコアを持つＰ−ＳＭＦの約２．１倍および１．２倍に達し、同様にＨＡＦのＥの値は同じＧｅＯ2ドープ石英コアを持つＧ−ＳＭＦの約１．５倍に達している。これは、既に述べたようにＰＣＦやＨＡＦでは、空孔の表面の凹凸粗さに起因する散乱損失が材料固有のRayleigh散乱にさらに加わっているためである。つまり、ＰＣＦやＨＡＦではＥとＲはしばしば大きく異なっており、従来の方法では、Ｒの正確な値を得ることはできない。
【００６７】
一方、図１２に本発明によって得たＲの相対値の一例（Ｑ＝ＲPCF／ＲP-SMF，ＲHAF／ＲG-SMF）を示している。これらは、（※１）式にＩn（λ）の測定値とＦＦＰ測定から得た各光ファイバの２Ｗ（λ）の値を代入して求めている。図より、これらのＲの相対値は波長によらず、ほとんど一定であり、系に対して一意的な値が得られていることが分かる。
【００６８】
また、図１３に本発明によって得たＲの相対値の一例（Ｑ＝ＲPCF／ＲS-SMF）を示している。これらの値は（※２）式にＩn（λ）の測定値とＦＦＰ測定から得た各光ファイバのＡeff（λ）の値を代入して求められている。図より、これらのＲの相対値は波長によらず、ほとんど一定であり、系に対して一意的な値が得られていることが分かる。
【００６９】
さらに、図１２の平均値からは、ＰＣＦ１ではＲPCF／ＲP-SMF＝０．９５、ＰＣＦ２ではＲPCF／ＲP-SMF＝０．８１という値が得られ、図１３の平均値からは、ＰＣＦ１ではＲPCF／ＲP-SMF＝０．９４、ＰＣＦ２ではＲPCF／ＲP-SMF＝０．７７という値が得られた。つまり、図１２と図１３でＲの相対値についての良好な一致が得られており、本発明の方法の妥当性が確認できた。
【００７０】
既に述べたように損失スペクトルから評価を行うことで、ＳＭＦのＲの値は評価することができるので、これらの値（ＲP-SMF＝０．８６，ＲG-SMF＝０．９７）と、例えば、図１２の結果を用いてＲの絶対値を、ＨＡＦ１ではＲ＝０．９１（ｄＢ／ｋｍ／μｍ4）、ＰＣＦ１ではＲ＝０．８１（ｄＢ／ｋｍ／μｍ4）、ＰＣＦ２ではＲ＝０．７１（ｄＢ／ｋｍ／μｍ4）と決定できる。本実施例のようにＲの相対値および絶対値を求める際、複数波長での評価を行い、その平均値から決定しても良いが、１つの波長だけで測定評価を行って、決定することも、当然可能である。
【００７１】
なお、上記のＲの絶対値について、ＨＡＦ１は市販のＧｅＯ2ドープ石英コアＳＭＦとコアのガラス組成が同じである。ＧｅＯ2ドープ石英コアＳＭＦのＲの値自体も０．９〜１．０（ｄＢ／ｋｍ／μｍ4）程度の製造上の歩留まり幅を持つことから、ＨＡＦ１のＲ＝０．９１（ｄＢ／ｋｍ／μｍ4）という値は至極妥当な値である。
【００７２】
同様に、ＰＣＦは市販の純石英コアＳＭＦとコアのガラス組成が同じである。純石英コアＳＭＦのＲの値自体も０．７５〜０．９（ｄＢ／ｋｍ／μｍ4）程度の製造上の歩留まり幅を持つことから、ＰＣＦ１のＲ＝０．８１という値は至極妥当な値である。ＰＣＦ２のＲ＝０．７１という値は、純石英コアＳＭＦの値よりもわずかに低い。この理由は、市販の純石英コアＳＭＦでは２０００度以上の高温において、１０ｍ／ｓ程度もしくはそれ以上の高速で線引きされるのに対して、ＰＣＦ２はこれよりも低温・低速で線引きされたこと、さらに、クラッド外径が１７０μｍと市販の純石英コアＳＭＦの１２５μｍよりも大きいことから、ＰＣＦ２は線引き時に徐冷された結果、市販の純石英コアＳＭＦよりもわずかに低いＲを持つことになったものと理解できる。線引き時の徐冷によってＲの値が低減される理由については、例えば、非特許文献３に記載されている。
【００７３】
以上の考察からも、本発明の方法によって求めたＰＣＦとＨＡＦのＲの絶対値は十分に信頼性の高いものであり、ＰＣＦとＨＡＦの正確なＲの値が評価できることが確認された。したがって、これらの、Ｒの絶対値が既知となったＰＣＦやＨＡＦに別の単一モード光ファイバを新たに接続し、さらに本発明に記載の方法を用いることで、接続した単一モード光ファイバのＲや、Ｗ1またはＡeff1の絶対値を決定することも可能である。
【実施例２】
【００７４】
本実施例は、系の両端からのＯＴＤＲ測定によって、ＰＣＦやＨＡＦ、およびこれらと接続された単一モード光ファイバのモードフィールド径２Ｗまたは実効断面積Ａeffを決定する方法に関するものである。
【００７５】
既に、上記実施例１で示した方法により、特定の波長λａにおいてＰＣＦやＨＡＦ、およびこれらと接続された単一モード光ファイバのＲの相対値Ｑ＝Ｒ1／Ｒ2を決定できる。次にλａとは異なる波長λｂで測定を行い、このＱを（※１）または（※２）式に代入し、さらに、波長λｂにおける、右辺の４つのパラメータ（（ｎ1，ｎ2，Ｗ1，Ｗ2）または（ｎ1，ｎ2，Ａeff1，Ａeff2）のうち３つを既知とすれば、残る１つを決定できる。
【００７６】
ただし、２ＷやＡeffを評価する場合、以下で述べるように、途中でＱを求めることは必須の条件ではない。また、コアの屈折率ｎの比（通常ほぼ１）の波長依存性は十分小さいので、測定値Ｉn（λａ）とＩn（λｂ）との差分であるＩn（λａ）−Ｉn（λｂ）は、以下の（※３）式で良好な近似で与えられるので、測定値Ｉn（λａ）とＩn（λｂ）および（※３）式の右辺の４つのパラメータ（２組の２ＷまたはＡeff）のうち３つを既知とすれば、残る１つを決定でき、２ＷやＡeffを評価できる。
【００７７】
【数４２】
2008203184.tif 000045
【００７８】
本実施例では、λａ＝１．５５μｍとし、実施例１において求めた図１２と図１３のＰＣＦ２のＱ（１．５５μｍ）を用いて、ＰＣＦ２の３つの波長全てでの２ＷまたはＡeffを既知の値と仮定して（ＦＦＰ測定による測定値を用いて）、ＰＣＦ２と接続したＰ−ＳＭＦの２ＷまたはＡeffを評価した。本発明の方法による評価値と真値（ＦＦＰ測定値）を図１４と図１５に示す。図１４において２Ｗの評価値と真値との相対誤差は１．４％以内であり、図１５においてＡeffの評価値と真値との相対誤差は２．９％以内であり、本発明の方法の良好な精度が実証された。
【００７９】
なお、既に述べたように、接続する光ファイバのコア材料組成は必ずしも同じにする必要はないが、上記の実施例のように、コア材料組成が同じ光ファイバを用いれば、さらに評価精度の向上が期待できる。また、ＰＣＦでは空孔の配置や大きさを適切に設計することで、ＳＭＦと比べて２ＷやＡeffの絶対値をＳＭＦと同じ程度に保ちながら、２ＷやＡeffの波長依存性を非常に小さくすることができる。本実施例では、このようなＰＣＦを用いることで、より誤差の少ない評価を行うことが可能になる。
【実施例３】
【００８０】
本実施例は、系の両端からのＯＴＤＲ測定によって、ＰＣＦやＨＡＦのＲの値を決定する方法に関するものである。
【００８１】
上述した実施例１においては、ＰＣＦやＨＡＦについて波長λにおけるＷやＡeffの値が既知である場合の方法について述べた、しかし、布設された伝送路においては、λにおける２ＷやＡeffの値が不明の場合も当然ながら考えられる。本実施例は、そのような場合のＲの値を決定する方法に関するものである。
【００８２】
まず、ＰＣＦやＨＡＦのＲを決定する前に、まず２ＷまたはＡeffを決定する必要があるが、決定方法として、上記非特許文献４で既に提案されている方法を用いることができる。この方法では、被測定光ファイバに対して、２ＷまたはＡeffが既知の２つの参照用光ファイバを接続した上で、双方向ＯＴＤＲ測定を行い、Ｒの値とは全く独立に、被測定光ファイバの２ＷまたはＡeffを決定することができる。
【００８３】
ＰＣＦやＨＡＦを第１の光ファイバとし（位置ｚ1に対応）、２ＷまたはＡeffが既知の参照用の単一光ファイバを第２の光ファイバおよび第３の光ファイバとする（参照点位置ｚ2およびｚ3に対応）。第２の光ファイバの値を２Ｗ2またはＡeff2とし、第３の光ファイバの値を２Ｗ3またはＡeff3とすると、求めるＰＣＦやＨＡＦの値２Ｗ1またはＡeff1は、以下の（※４）または（※５）式で与えられる。したがって、この方法によって、ＰＣＦやＨＡＦの値２Ｗ1またはＡeff1を決定後、実施例１で示した方法によって、ＰＣＦやＨＡＦのＲの値を決定することができる。
【００８４】
【数４３】
2008203184.tif 000046
【数４４】
2008203184.tif 000047
【実施例４】
【００８５】
本実施例は、系の両端からのＯＴＤＲ測定によって、ＰＣＦやＨＡＦ、またはこれらと接続された単一モード光ファイバのＲの値、モードフィールド径２Ｗまたは実効断面積Ａeffの値を決定する方法に関するものである。
【００８６】
図１６に系の片端からのＯＴＤＲ測定波形Ｓ（λ，ｚ）の模式図を示す。この図に示したように接続点ｚ＝ｚ0での波形段差ΔＳ（λ，ｚ0）とＩｎ（λ）と、両ファイバの接続点での接続損失をＣ（λ）とすると、これらの間には以下の（３）式の関係が成り立つ。
【００８７】
【数４５】
2008203184.tif 000048
【００８８】
したがって、Ｃ（λ）が既知であれば、系の片端のみからのＯＴＤＲ測定によっても、実施例１および２で述べた方法によって、ＰＣＦとＨＡＦ、およびこれらと接続された単一モード光ファイバのＲの値、モードフィールド径２Ｗまたは実効断面積Ａeffの値を決定することが可能になる。
【００８９】
例えば、波長λａにおいて、接続する２つの光ファイバの損失Ｘ１，Ｘ２（ｄＢ）を事前に評価しておき、接続後の伝送路の系全体の損失Ｘ（ｄＢ）を、光源とパワーメータなどを用いて評価すれば、Ｃ（λ）は以下の（４）式から求めることができる。
【００９０】
また、λａ以外の波長λｂで系の両端から、ＯＴＤＲ測定を行い、以下の近似式（５）式から求めても良い。この際は、Ｃの波長依存性に伴う誤差を抑制する観点から、波長λｂはλａに近い波長であることが望ましく、接続手段としても、融着接続などによって、より低損失な接続を行うことが望ましい。
【００９１】
なお、ＯＴＤＲ測定波形から、高い精度で波形段差ΔＳ（λ，ｚ0）や接続損失Ｃ（λ）を見積もる方法の詳細については、例えば上記非特許文献５に示されている。
【００９２】
【数４６】
2008203184.tif 000049
【００９３】
したがって、以上のような手段を用いて、Ｃ（λａ）を評価し、これを既知とすれば、波長λａでの系の片端からのＯＴＤＲ測定波形Ｓ（λａ，ｚ）の波形段差ΔＳ（λａ，ｚ0）とＣ（λ）からＩn（λａ）を決定することができ、実施例１および２で述べて方法によって、Ｒの値、モードフィールド径２Ｗまたは実効断面積Ａeffの値を決定することが可能になる。
【実施例５】
【００９４】
本実施例は、系の片端からの複数波長でのＯＴＤＲ測定によって、ＰＣＦやＨＡＦ、またはこれらと接続された単一モード光ファイバのモードフィールド径２Ｗまたは実効断面積Ａeffを決定する方法に関するものである。
【００９５】
本方法では、波長λａと、λａとは異なる波長λｂで系の片端から、ＯＴＤＲ測定を行う。この時に得られる、図１６に示したような波形段差ΔＳ（λａ，ｚ0）とΔＳ（λｂ，ｚ0）（ｄＢ）を評価し、その差分Ｕをとる。（３）式より、Ｕは以下の（６）式で与えられる。（６）式に（※１）または（※２）式を代入し、波長依存性の小さいＣ項（Ｃ（λａ）−Ｃ（λｂ）），ｎおよびＲの項を０と仮定すると、Ｕは近似的に（※６）式で表すことが出来る。
【００９６】
【数４７】
2008203184.tif 000050
【数４８】
2008203184.tif 000051
【００９７】
したがって、両ファイバのＲの値と接続損失の値Ｃが不明であっても、測定値ΔＳ（λａ，ｚ0）とΔＳ（λｂ，ｚ0）および（※６）式の右辺の４つのパラメータ（２組の２ＷまたはＡeff）のうち３つを既知とすれば、残る１つを決定でき、２ＷやＡeffを評価できる。この際は、Ｃ，ｎの波長依存性に伴う誤差を抑制する観点から、波長λｂはλａに近い波長であることが望ましく、接続手段としても、融着接続などに用いてより低損失な接続を行うことが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、光ファイバおよび光ファイバケーブル製造時や布設後に、損失やモードフィールド径または実効断面積を評価する際に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】固体コア部とその周辺に周期的に配列された空孔から成るクラッド部を持つ光ファイバの断面図である。
【図２】本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価方法にて用いられる測定系の概要を模式的に示した図である。
【図３】本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価方法に用いられるＩｎの一例を示す図である。
【図４】本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価方法に用いられる伝送路を模式的に示す図である。
【図５】本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価装置の機能ブロックを模式的に示す図である。
【図６】本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価装置にて処理フローを示す図である。
【図７】本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価方法において、ＯＴＤＲ測定により一方の端部で得られた測定データを示すグラフである。
【図８】本発明の最良の形態に係る光ファイバの特性評価方法において、ＯＴＤＲ測定により他方の端部で得られた測定データを示すグラフである。
【図９】図８にて得られた測定データを一方の端部にて得られたデータに変換した測定データを示すグラフである。
【図１０】図７，９に示す測定データの和を示すグラフである。
【図１１】従来技術で用いられる光ファイバの損失スペクトルの一例を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施例に係る光ファイバの特性評価方法にて得たRayleigh散乱係数の相対値Ｑの一例を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施例に係る光ファイバの特性評価方法にて得たRayleigh散乱係数の相対値Ｑの一例を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施例に係る光ファイバの特性評価方法にて得たモードフィールド径２Ｗの一例を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施例に係る光ファイバの特性評価方法にて得た実効断面積Ａeffの一例を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施例に係る光ファイバの特性評価方法にて用いるＯＴＤＲ測定波形Ｓ（λ，ｚ）の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０      ＨＡＦ
１１      コア
１２      空孔
２０      伝送路
２１      Ｇ−ＳＭＦ
３０      ＰＣＦ
３１      コア部
３２      空孔
４０      伝送路
４１      Ｐ−ＳＭＦ
５０      伝送路
５１      第１の光ファイバ
５２      第２の光ファイバ
６０      光ファイバの特性評価装置
６１      入力部
６２      和波形演算部
６３      和波形差分演算部
６４      ファイバ特性算出部
６５      出力部
６６      メモリ
６７      ＣＰＵ
【図１】
2008203184.tif 000082
【図２】
2008203184.tif 000083
【図３】
2008203184.tif 000084
【図４】
2008203184.tif 000085
【図５】
2008203184.tif 000086
【図６】
2008203184.tif 000087
【図７】
2008203184.tif 000088
【図８】
2008203184.tif 000089
【図９】
2008203184.tif 000090
【図１０】
2008203184.tif 000091
【図１１】
2008203184.tif 000092
【図１２】
2008203184.tif 000093
【図１３】
2008203184.tif 000094
【図１４】
2008203184.tif 000095
【図１５】
2008203184.tif 000096
【図１６】
2008203184.tif 000097