(57)【要約】【課題】従来の光伝搬特性測定装置は、被測定物１に光を入出射させる際、レンズによる結合光学系を用いる必要があり、装置が大型になる。また、レンズによる結合光学系は振動に弱く、安定な測定が困難である。【解決手段】波長可変光源２と、その出力光を変調して出力する光変調器３と、前記光変調器３の入力信号として所定の周波数の変調信号３１を出力する発振器４と、一端が前記光変調器３の出力端に接続され、他端が前記第１の光コネクタ２１に接続された偏波保持光ファイバ５と、一端が前記第２の光コネクタ２２に接続され、他端が光電変換素子６に接続された第３の光ファイバ７と、前記変調信号３１に同期した変調信号３３と前記光電変換素子６の出力信号３２とを入力し互いの位相差を計測する位相比較器８と、前記位相比較器８の出力を表示する出力表示部１６で装置を構成する。【選択図】図１
2008268094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光コネクタ２１と第２の光コネクタ２２とを備え、両端に第１の光ファイバ９と第２の光ファイバ１０とを備えた被測定物１の前記第１の光ファイバ９の前記被測定物１に接続されていない側の端部に第３の光コネクタ２３と、前記第２の光ファイバ１０の前記被測定物１に接続されていない側の端部に第４の光コネクタ２４とを備え、前記第１の光コネクタ２１と前記第３の光コネクタ２３とがコネクタ接続され、かつ前記第２の光コネクタ２２と前記第４の光コネクタ２４とがコネクタ接続される構成により、前記被測定物１の光伝搬特性を測定する光伝搬特性測定装置であって、
波長可変光源２と、
前記波長可変光源２の出力光を入力として変調光を出力する光変調器３と、
前記光変調器３の入力信号として所定の周波数の変調信号３１を出力する発振器４と、
一端が前記光変調器３の出力端に接続され、他端が前記第１の光コネクタ２１に接続された偏波保持光ファイバ５と、
一端が前記第２の光コネクタ２２に接続され、他端が光電変換素子６に接続された第３の光ファイバ７と、
前記変調信号３１に同期した変調信号３３と前記光電変換素子６の出力信号３２とを入力して、それぞれの位相差を計測する位相比較器８と、
前記位相比較器８の出力を表示する出力表示部１６とを備えることを特徴とする光伝搬特性測定装置。
【請求項２】
前記第１の光コネクタ２１と前記第３の光コネクタ２３とが相対的に回転  する回転機構を備えることを特徴とする請求項１記載の光伝搬特性測定装置。
【請求項３】
前記出力装置１６に表示されるデータが、前記被測定物１の群遅延特性お  よび波長分散特性であることを特徴とする請求項１および２に記載の光伝搬特性測定装  置。
【請求項４】
前記出力装置１６に表示されるデータが、前記被測定物１の偏波モード分  散特性であることを特徴とする請求項１および２に記載の光伝搬特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被測定物の光伝搬特性を小型かつ振動に強い系で測定する装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、光素子や光ファイバの群遅延特性、波長分散特性、偏波モード分散特性などの光伝搬特性は、伝送信号の高速化や波長多重伝送を行う際に重要な意味を持つ。そのため、光通信システムの構築には、これらの特性を正確に測定する技術が重要となっている。
【０００３】
被測定物の群遅延特性などの光伝搬特性を測定することは、従来より行われている。例えば、特許文献１にも被測定物の光伝搬特性測定装置についての記載がある。特許文献１の偏波モード分散特性測定装置を図８に示す。図８を参照して、被測定物の群遅延特性、波長分散特性および偏波モード分散特性の測定方法について説明する。
【０００４】
まず、波長可変光源２によって入射光を生成する。生成された入射光は空間中を伝搬し、光変調器３に入射して、発振器４から入力される所定の周波数fm の変調信号３１で変調され、光変調３から自由空間中に出射される。変調された光は空間中を伝搬し、偏波コントローラ１４を介して空間中を伝搬して被測定物１に入射される。被測定物１を透過した光は空間中を伝搬し、光電変換素子６に入射して、電気信号に変換される。
【０００５】
次に、位相比較器８において、光変調器３に入力した変調信号３１の位相fr と透過光を光電変換した電気信号の位相fs との位相差f を計測する。つまり、位相差f＝fｓ−fｒ である。群遅延量t はこの位相差f と変調周波数fm から、t＝f/2 p fm の式で求められる。
【０００６】
波長可変光源２で光波の波長を掃引し、波長と対応付けながら群遅延量を測定すれば群遅延特性が得られる。また、波長分散特性Dは群遅延特性t からD=∂t/∂l の式で求められる。更に、偏波コントローラ１４を用いて偏波方向を制御して位相差f を計測し、位相差の最大値fmax と最小値fmin を求め、これらと変調周波数fm から、偏波モード分散特性PMDが求められる。なお、PMD=（fmax−fmin）/2pfm である。これを光源の波長と対応付けて記録すればよい。
【０００７】
以上の方法で被測定物の光伝搬特性を測定することができる。
【特許文献１】特開２００１−３３３７０８号公報
【特許文献２】特開２００２−０７０５１２号公報
【特許文献３】特開平０６−２２９８７０号公報
【特許文献４】特開平１０−３３２５３７号公報
【非特許文献１】光ネットワーク・アナライザQ7760取り扱い説明書（株式会社アドバンテスト）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の方法では、光変調器３からの出射光は空間中を伝搬して被測定物１に入射し、また出射光も空間中を伝搬して光電変換素子６に入射する。そのため、被測定物１への変調光の入出射にはレンズによる結合光学系を用いる必要があり、装置が大型になるという課題があった。また、レンズによる結合光学系は振動に弱く、安定な測定が困難であるという課題があった。
【０００９】
また、両端にファイバを備えた被測定物の光伝搬特性を測定する装置としては、光ネットワークアナライザが市販されている。しかし、光ネットワークアナライザでは、その出力部の光コネクタからの光出力の偏波が安定しないという課題がある。また、その光出力の偏波方向を制御するためには偏波コントローラを用いる方法が非特許文献１に開示されているが、偏波コントローラを備えるために装置が大型になるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１の光コネクタ２１と第２の光コネクタ２２とを備え、両端に第１の光ファイバ９と第２の光ファイバ１０とを備えた被測定物１の前記第１の光ファイバ９の前記被測定物１に接続されていない側の端部に第３の光コネクタ２３と、前記第２の光ファイバ１０の前記被測定物１に接続されていない側の端部に第４の光コネクタ２４とを備え、前記第１の光コネクタ２１と前記第３の光コネクタ２３とがコネクタ接続され、かつ前記第２の光コネクタ２２と前記第４の光コネクタ２４とがコネクタ接続される構成により、前記被測定物１の光伝搬特性を測定する光伝搬特性測定装置であって、波長可変光源２と、前記波長可変光源２の出力光を入力として変調光を出力する光変調器３と、前記光変調器３の入力信号として所定の周波数の変調信号３１を出力する発振器４と、一端が前記光変調器３の出力端に接続され、他端が前記第１の光コネクタ２１に接続された偏波保持光ファイバ５と、一端が前記第２の光コネクタ２２に接続され、他端が光電変換素子６に接続された第３の光ファイバ７と、前記変調信号３１に同期した変調信号３３と前記光電変換素子６の出力信号３２とを入力しそれぞれの位相差を計測する位相比較器８と、前記位相比較器８の出力を表示する出力表示部１６から構成する。
【００１１】
前記第１の光コネクタ２１と前記第３の光コネクタ２３とが相対的に回転する回転機構を備えることが好ましい。
【００１２】
前記出力装置１６に表示されるデータが、前記被測定物１の群遅延特性および波長分散特性であることが好ましい。
【００１３】
前記出力装置１６に表示されるデータが、前記被測定物１の偏波モード分散特性であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、前記被測定物１に前記第１の光ファイバ９を介して接続された第３の光コネクタ２３を前記第１の光コネクタ２１にコネクタ接続し、かつ、前記被測定物１に前記第２の光ファイバ１０を介して接続された前記第４の光コネクタ２４を前記第２の光コネクタ２２に接続することで、被測定物１に光を入出射する際にレンズによる結合光学系を用いる必要がなく、装置を小型化することができる。また、レンズによる結合光学系を用いず、偏波制御された光ファイバにより安定した偏光の出力光が前記第１の光コネクタ２１から得られるので、振動に強く、安定な測定を行うことが可能となる。
【００１５】
前記第１の光コネクタ２１が回転機構を備える場合、前記第１の光コネクタ２１を回転させることで被測定物１に入射する変調光の偏波方向を任意に制御することが可能となり、前記被測定物１の偏波特性が容易に測定できる。この際、偏波方向の制御に偏波コントローラを必要としないため、装置を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態にかかる光伝搬特性測定装置の構成を示している。本発明の実施形態にかかる光伝搬特性測定装置は、被測定物の群遅延特性、波長分散特性、偏波モード分散特性を測定するものである。本発明の実施形態にかかる光伝搬特性測定装置は、波長可変光源２、光変調器３、発振器４、偏波保持光ファイバ５、光コネクタ２１、光コネクタ２２、第３の光ファイバ７、光電変換素子６、位相比較器８、出力表示部１６から構成される。
【００１８】
光源には波長可変光源２を用いる。波長λを掃引できる光源により入射光を生成し、生成された光は光変調器３へ入射させる。
【００１９】
発振器４は、所定の周波数ｆｍの変調信号３１を生成する。生成された変調信号３１は光変調器３に入力される。この時の変調信号３１の位相をfｒとする。
【００２０】
光変調器３においては、前記入射光を前記周波数ｆｍの変調信号３１で変調する。光変調器３はリチウムニオベート（LN）を有する。
【００２１】
なお、LNによる光変調器は入射光の偏波によって変調度が異なるため、偏波保持光ファイバで光変調器３と波長可変光源２を接続して偏波を安定させ、更に偏波方向をLN結晶のZ軸の方向あるいはZ軸に垂直な方向に合わせる必要がある。
【００２２】
なお、偏波保持光ファイバで光変調器３と波長可変光源２を接続する代わりに、偏波コントローラを用いて偏波を制御しても良い。
【００２３】
また、光変調器３は必ずしもLNを有している必要はなく、例えば、EA（Electro Absorption）変調器などでも良い。
【００２４】
また、波長可変光源２と光変調器３は必ずしも別々に用意する必要はなく、変調した電気信号を直接レーザ光源に加えて発振させる直接変調型の光変調器を用いても良い。
【００２５】
光変調器３の出射端には偏波保持光ファイバ５が接続されており、光変調器３で変調された光は偏波保持光ファイバ５中を伝搬する。また、偏波保持光ファイバ５のもう一端は第１の光コネクタ２１に接続されており、変調光は第１の光コネクタ２１から出力する。
【００２６】
この時、偏波保持光ファイバ５を用いているため、光変調器３から出力した変調光の偏波方向はファイバにねじれや曲げが生じても保持される。
【００２７】
次に、第１の光コネクタ２１と被測定物１の第３の光コネクタ２３とをコネクタ接続する。更に、第４の光コネクタ２４を第２の光コネクタ２２とコネクタ接続する。なお、本明細書において、コネクタ接続するとは、２つの光コネクタを勘合させて接続することを意味する。
【００２８】
第１の光コネクタ２１から出力した変調光は第３の光コネクタ２３に入力される。また、第３の光コネクタ２３は第１の光ファイバ９を介して被測定物１に接続されており、変調光は被測定物１に入力される。被測定物１の出力端には第２の光ファイバ１０が接続されており、被測定物１を透過した変調光は第２の光ファイバ１０中を伝搬する。第２の光ファイバ１０のもう一端には第４の光コネクタ２４が接続されており、第２の光ファイバ１０を伝搬する変調光は第４の光コネクタ２４から出力する。第４の光コネクタ２４から出力した変調光は第２の光コネクタ２２に入力され、第２の光コネクタ２２に接続された第３の光ファイバ７へ入射される。
【００２９】
この際、被測定物１での光の入出射にはレンズによる結合光学系を用いていないため、装置を小型化することができる。また、レンズによる結合光学系を用いず、偏波保持された光ファイバにより安定した偏光の出力光が第１の光コネクタ２１より得られるので、振動に強く安定な測定を行うことが可能となる。
【００３０】
なお、この際、第１の光コネクタ２１から出力される変調光の偏波の方向は、第１の光コネクタ２１の角度を第３の光コネクタ２３に対して相対的に変化させることで調整できる。
【００３１】
なお、第１の光コネクタ２１に回転機構を備えさせ、第３の光コネクタ２３を固定した状態で第１の光コネクタ２１を回転させれば、回転に伴い被測定物１へ入射される変調光の偏波方向を制御することもできる。これにより、任意の偏波方向を持つ変調光を被測定物１に入射することができ、被測定物１の偏波特性を測定することができる。また、この際、偏波コントローラを用いる必要がないため装置の小型化ができる。
【００３２】
なお、この際必ずしも第１の光コネクタ２１に回転機構を備えさせる必要はなく、第１の光コネクタ２１を固定し、第３の光コネクタ２３に回転機構を備えさせても良い。また、第１の光コネクタ２１および第３の光コネクタ２３の両方に回転機構を備えさせ、両コネクタを相対的に回転させても良い。
【００３３】
第３の光ファイバ７は光電変換素子６に接続されており、被測定物１を透過した変調光は光電変換素子６において出力信号３２へと変換される。この時の出力信号３２の位相をfｓとする。
【００３４】
なお、この際、偏波方向は必ずしも保持する必要はなく、第３の光ファイバ７には必ずしも偏波保持光ファイバを使わなくても良い。
【００３５】
位相比較器８においては、出力信号３２と変調信号３１に同期した変調信号３３との位相差fを計測する。つまり、f＝fｓ−fｒ を計測する。
【００３６】
光の群遅延量τは、測定した位相差f と変調信号３１の周波数ｆｍ から求める。群遅延量τ  は、τ＝f/２pｆｍ の式で表せる。これにより群遅延量τを求めることができる。
【００３７】
続いて、本発明による実施形態の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３８】
まず、波長可変光源２の波長を測定レンジの下限に設定する。そして、前述の方法で位相差fを計測し、位相差fから群遅延量τを求め、波長可変光源２の波長と対応付けて記録する。その後、波長可変光源２の波長を増加させ、波長が測定レンジの上限に達していないかをチェックする。達していなければ先ほど同様に位相差を計測し群遅延量を求めて記録し、波長可変光源２の波長を増加させる。これを波長が測定レンジの上限に達するまで繰り返し、上限に達すれば測定を終了する。
【００３９】
波長分散特性Dは群遅延特性τ  を波長で微分すれば求められる。つまり、D= ∂τ/∂λ の式から求めることができる。この際、測定値は離散データであるため、差分などのデータ処理が必要となる。
【００４０】
測定した結果は出力表示部１６に表示される。出力表示は、表によるものであってもグラフによるものであっても良い。また、測定値の出力表示は測定値を記録するたびに順次行ってもよいし、測定終了後にまとめて表示しても良い。図９(a)および表１(a)に群遅延特性の出力表示例を、また、図９(ｂ)および表１(ｂ)に波長分散特性の測定結果の出力表示例を示す。
【００４１】
【表１】
2008268094.tif 000003
以上により、被測定物１の群遅延特性および波長分散特性を測定できる。
【００４２】
なお、波長可変光源２の波長は必ずしも開始時に測定レンジの下限に設定し順次長くしていく必要はなく、開始時に測定レンジの上限に設定し順次短くしていっても良い。
【００４３】
なお、第１の光コネクタ２１に回転機構を備えさせ偏波方向を制御した場合には、任意の偏波について群遅延特性、波長分散特性を測定することができる。
【００４４】
また、第１の光コネクタ２１に回転機構を備えさせ偏波方向を制御した場合には、図３のフローチャートのようにすれば偏波モード分散特性を測定することも可能である。以下で説明する。
【００４５】
まず、波長可変光源２の波長を測定レンジの下限に設定する。次に、第１の光コネクタ２１を所定の角度に設定し、入射光の偏波方向を初期値に設定する。その後、前述の方法で位相差fを計測して記録する。続いて、第１の光コネクタ２１を第３の光コネクタ２３に対して所定の角度だけ回転させ入射光の偏波方向を変化させた後、同様に位相差fを記録する。この第１の光コネクタ２１を所定の角度だけ回転させて位相差fを記録するというステップを第１の光コネクタ２１が３６０度回転するまで繰り返す。
【００４６】
次に、記録したfから最大値fmaxおよび最小値fminを求める。ここでfmax、fminはそれぞれ直交する偏波での位相差に対応するため、偏波モード分散特性PMDは、PMD=(fmax-fmin)/2pfm から求められる。これを波長可変光源２の波長と対応付けて記録する。
【００４７】
次に、波長を増加させて波長が測定レンジの上限に達していないかをチェックする。上限に達していない場合は、先ほど同様の過程で偏波モード分散特性を測定・記録し、更に光源の波長を増加させて測定・記録を繰り返す。波長可変光源２の波長が上限に達すれば測定を終了する。
【００４８】
測定した結果は出力表示部１６に表示される。測定値の出力表示は測定値を記録するたびに順次行ってもよいし、測定終了後にまとめて表示しても良い。図９(ｃ)および表１(ｃ)に偏波モード分散特性の測定結果の出力表示例を示す。
【００４９】
以上により、偏波モード分散特性の波長特性を測定できる。
【００５０】
（実施例）
群遅延量の波長依存性を持つLN導波路の入出力端にファイバピグテイルが接続されたものを被測定物１として測定を行う場合の測定例について説明する。被測定物であるLN導波路は、図のように光導波路１２の上部に溝１１を周期的に掘り凹凸構造をつくることで実効屈折率に周期的な変化を設けている。
【００５１】
被測定物１の透過特性を図４に示す。図は波長１５４０nmから１５５５nmまでの被測定物１の透過特性を示しているが、波長１５５１〜１５５８nmの範囲で光の阻止域を持ち、さらにその阻止域中の波長１５５４．１nm付近で局在モードと呼ばれる光の透過モードが確認される。局在モードにおいては、光の群速度が低下し、群遅延量が大きくなることが知られている。
【００５２】
実際に図５のような測定系を用い、１５４０nm〜１５５５nmの測定レンジで群遅延特性を測定する。
【００５３】
測定系は、波長可変光源２、光変調器３、光アンプ１７、偏波保持光ファイバ５、第１の光コネクタ２１、第２の光コネクタ２２、第３の光ファイバ７、光電変換素子６、ネットワークアナライザ１８、出力表示部１６から構成する。
【００５４】
まず、波長可変光源２を光変調器３の入力端に偏波保持光ファイバにより接続する。次に、光変調器３の出力端を偏波保持光ファイバで光アンプ１７の入力端に接続する。光アンプ１７の出力端を偏波保持光ファイバ５と接続し、偏波保持光ファイバのもう一端には第１の光コネクタ２１を接続する。第２の光コネクタ２２は第３の光ファイバ７を介して光電変換素子６に接続する。
【００５５】
ネットワークアナライザ１８のポート１からは、アンプ１９を介して光変調器３に変調信号３１を入力する。また、光電変換素子６の出力信号３２はネットワークアナライザ１８のポート２に入力する。ネットワークアナライザ１８ではポート１の信号から出力する変調信号３１とポート２に入力される出力信号３２の位相差を計測する。つまり、これらは発振器４と位相比較器８の役割を果たす。
【００５６】
波長可変光源２としては、波長可変LD光源を用いる。光源から出力される光は直線偏波であり、光強度は５ｍWとし波長を掃引する際にも一定に保つ。波長は、まず測定レンジの下限である１５４０nmに設定する。
【００５７】
光変調器３には、住友大阪セメント株式会社製の４０Gbit/s LN強度変調器を用いる。なお、波長可変光源２と光変調器３は偏波保持光ファイバで接続されているので、光ファイバの曲げやねじれによらず安定した偏波の光を光変調器３に入射することができる。
【００５８】
変調信号３１としては、ネットワークアナライザ１８のポート１からの信号をアンプ１９により増幅し、周波数３GHz、信号強度１５mWの信号を入力する。
【００５９】
光変調器３からの出射光は光アンプ１７で光強度を１５dBmに増幅された後に偏波保持光ファイバ５を介して第１の光コネクタ２１に達する。第１の光コネクタ２１はアナライザで出射光の偏波方向を確認しながら所定の偏波となるように角度を調整する。
【００６０】
次に、第１の光コネクタ２１と第３の光コネクタ２３をコネクタ接続し、第１の光ファイバ９を介して被測定物１に変調光を入射させる。また、第４の光コネクタ２４と第２光コネクタ２２をコネクタ接続し、被測定物１の透過光を第３の光ファイバ７を介して光電変換素子６に入力する。光電変換素子６としてはフォトダイオードを用いる。
【００６１】
ネットワークアナライザ１８において、光変調器３に入力する変調信号３１と光電変換された出力信号３２の位相差φを計測する。この位相差を1/2πfm倍して群遅延量を求め、光源の波長と対応付けて記録し、出力表示部１６に表示する。
【００６２】
次に、波長を０．００５nm増加させ同様のステップで群遅延量を記録し、出力表示を更新する。これを波長が１５５５nmとなるまで繰り返し、１５４０nm〜１５５５nmまでの群遅延特性を計測する。
【００６３】
実際に測定した結果の一例を図６に示す。被測定物１において局在モードが存在する波長１５５４．１nmにおいて約１５psecの群遅延が確認され、群遅延特性を測定することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明による光伝搬特性測定装置は、光ファイバ、光導波路素子などの光素子が持つ群遅延特性、波長分散特性、偏波モード分散特性などの光伝搬特性を計測するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明による光伝搬特性測定装置の構成を示す図
【図２】本発明による群遅延特性測定手順を示すフロー図
【図３】本発明による偏波モード分散特性測定手順を示すフロー図
【図４】被測定物の透過特性を示すグラフ
【図５】本発明による群遅延特性の測定系の一例を示す図
【図６】本発明による測定系で測定した被測定物の群遅延特性を示すグラフ
【図７】群速度低下が得られる光導波を示す図
【図８】特許文献１による偏波モード分散特性測定装置の構成を示す図
【図９】本発明による光伝搬特性測定装置の出力表示例を示す図
【符号の説明】
【００６６】
１  被測定物
２  波長可変光源
３  光変調器
４  発振器
５  偏波保持光ファイバ
６  光電変換素子
７  第３の光ファイバ
８  位相比較器
９  第１の光ファイバ
１０  第２の光ファイバ
１１  溝
１２  光導波路
１３  中間部
１４  偏波コントローラ
１５  偏波モード分散測定部
１６  出力表示部
１７  光アンプ
１８  ネットワークアナライザ
１９  アンプ
２１  第１の光コネクタ
２２  第２の光コネクタ
２３  第３の光コネクタ
２４  第４の光コネクタ
３１  変調信号
３２  出力信号
３３  変調信号
【図１】
2008268094.tif 000004
【図２】
2008268094.tif 000005
【図３】
2008268094.tif 000006
【図４】
2008268094.tif 000007
【図５】
2008268094.tif 000008
【図６】
2008268094.tif 000009
【図７】
2008268094.tif 000010
【図８】
2008268094.tif 000011
【図９】
2008268094.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月27日(2007.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被測定物の光伝搬特性を小型かつ振動に強い系で測定する装置に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいて、光素子や光ファイバの群遅延特性、波長分散特性、偏波モード分散特性などの光伝搬特性は、伝送信号の高速化や波長多重伝送を行う際に重要な意味を持つ。そのため、光通信システムの構築には、これらの特性を正確に測定する技術が重要となっている。
【０００３】
被測定物の群遅延特性などの光伝搬特性を測定することは、従来より行われている。例えば、特許文献１にも被測定物の光伝搬特性測定装置についての記載がある。特許文献１の偏波モード分散特性測定装置を図８に示す。図８を参照して、被測定物の群遅延特性、波長分散特性および偏波モード分散特性の測定方法について説明する。
【０００４】
まず、波長可変光源２によって入射光を生成する。生成された入射光は空間中を伝搬し、光変調器３に入射して、発振器４から入力される所定の周波数fm の変調信号３１で変調され、光変調３から自由空間中に出射される。変調された光は空間中を伝搬し、偏波コントローラ１４を介して空間中を伝搬して被測定物１に入射される。被測定物１を透過した光は空間中を伝搬し、光電変換素子６に入射して、電気信号に変換される。
【０００５】
次に、位相比較器８において、光変調器３に入力した変調信号３１の位相φr と透過光を光電変換した電気信号の位相φs との位相差φを計測する。つまり、位相差φ＝φｓ−φｒである。群遅延量τ はこの位相差φ と変調周波数fm から、τ＝φ/2πfm の式で求められる。
【０００６】
波長可変光源２で光波の波長を掃引し、波長と対応付けながら群遅延量を測定すれば群遅延特性が得られる。また、波長分散特性Dは群遅延特性τからD=∂τ/∂λの式で求められる。更に、偏波コントローラ１４を用いて偏波方向を制御して位相差φを計測し、位相差の最大値φmax と最小値φmin を求め、これらと変調周波数fm から、偏波モード分散特性PMDが求められる。なお、PMD=（φmax−φmin）/２πfm である。これを光源の波長と対応付けて記録すればよい。
【０００７】
以上の方法で被測定物の光伝搬特性を測定することができる。
【特許文献１】特開２００１−３３３７０８号公報
【特許文献２】特開２００２−０７０５１２号公報
【特許文献３】特開平０６−２２９８７０号公報
【特許文献４】特開平１０−３３２５３７号公報
【非特許文献１】光ネットワーク・アナライザQ7760取り扱い説明書（株式会社アドバンテスト）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の方法では、光変調器３からの出射光は空間中を伝搬して被測定物１に入射し、また出射光も空間中を伝搬して光電変換素子６に入射する。そのため、被測定物１への変調光の入出射にはレンズによる結合光学系を用いる必要があり、装置が大型になるという課題があった。また、レンズによる結合光学系は振動に弱く、安定な測定が困難であるという課題があった。
【０００９】
また、両端にファイバを備えた被測定物の光伝搬特性を測定する装置としては、光ネットワークアナライザが市販されている。しかし、光ネットワークアナライザでは、その出力部の光コネクタからの光出力の偏波が安定しないという課題がある。また、その光出力の偏波方向を制御するためには偏波コントローラを用いる方法が非特許文献１に開示されているが、偏波コントローラを備えるために装置が大型になるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、第１の光コネクタ２１と第２の光コネクタ２２とを備え、両端に第１の光ファイバ９と第２の光ファイバ１０とを備えた被測定物１の前記第１の光ファイバ９の前記被測定物１に接続されていない側の端部に第３の光コネクタ２３と、前記第２の光ファイバ１０の前記被測定物１に接続されていない側の端部に第４の光コネクタ２４とを備え、前記第１の光コネクタ２１と前記第３の光コネクタ２３とがコネクタ接続され、かつ前記第２の光コネクタ２２と前記第４の光コネクタ２４とがコネクタ接続される構成により、前記被測定物１の光伝搬特性を測定する光伝搬特性測定装置であって、波長可変光源２と、前記波長可変光源２の出力光を入力として変調光を出力する光変調器３と、前記光変調器３の入力信号として所定の周波数の変調信号３１を出力する発振器４と、一端が前記光変調器３の出力端に接続され、他端が前記第１の光コネクタ２１に接続された偏波保持光ファイバ５と、一端が前記第２の光コネクタ２２に接続され、他端が光電変換素子６に接続された第３の光ファイバ７と、前記変調信号３１に同期した変調信号３３と前記光電変換素子６の出力信号３２とを入力しそれぞれの位相差を計測する位相比較器８と、前記位相比較器８の出力を表示する出力表示部１６から構成する。
【００１１】
前記第１の光コネクタ２１と前記第３の光コネクタ２３とが相対的に回転する回転機構を備えることが好ましい。
【００１２】
前記出力装置１６に表示されるデータが、前記被測定物１の群遅延特性および波長分散特性であることが好ましい。
【００１３】
前記出力装置１６に表示されるデータが、前記被測定物１の偏波モード分散特性であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、前記被測定物１に前記第１の光ファイバ９を介して接続された第３の光コネクタ２３を前記第１の光コネクタ２１にコネクタ接続し、かつ、前記被測定物１に前記第２の光ファイバ１０を介して接続された前記第４の光コネクタ２４を前記第２の光コネクタ２２に接続することで、被測定物１に光を入出射する際にレンズによる結合光学系を用いる必要がなく、装置を小型化することができる。また、レンズによる結合光学系を用いず、偏波制御された光ファイバにより安定した偏光の出力光が前記第１の光コネクタ２１から得られるので、振動に強く、安定な測定を行うことが可能となる。
【００１５】
前記第１の光コネクタ２１は回転機構を備える場合、前記第１の光コネクタ２１を回転させることで被測定物１に入射する変調光の偏波方向を任意に制御することが可能となり、前記被測定物１の偏波特性が容易に測定できる。この際、偏波方向の制御に偏波コントローラを必要としないため、装置を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態にかかる光伝搬特性測定装置の構成を示している。本発明の実施形態にかかる光伝搬特性測定装置は、被測定物の群遅延特性、波長分散特性、偏波モード分散特性を測定するものである。本発明の実施形態にかかる光伝搬特性測定装置は、波長可変光源２、光変調器３、発振器４、偏波保持光ファイバ５、光コネクタ２１、光コネクタ２２、第３の光ファイバ７、光電変換素子６、位相比較器８、出力表示部１６から構成される。
【００１８】
光源には波長可変光源２を用いる。波長λを掃引できる光源により入射光を生成し、生成された光は光変調器３へ入射させる。
【００１９】
発振器４は、所定の周波数ｆｍの変調信号３１を生成する。生成された変調信号３１は光変調器３に入力される。この時の変調信号３１の位相をφｒとする。
【００２０】
光変調器３においては、前記入射光を前記周波数ｆｍの変調信号３１で変調する。光変調器３はリチウムニオベート（LN）を有する。
【００２１】
なお、LNによる光変調器は入射光の偏波によって変調度が異なるため、偏波保持光ファイバで光変調器３と波長可変光源２を接続して偏波を安定させ、更に偏波方向をLN結晶のZ軸の方向あるいはZ軸に垂直な方向に合わせる必要がある。
【００２２】
なお、偏波保持光ファイバで光変調器３と波長可変光源２を接続する代わりに、偏波コントローラを用いて偏波を制御しても良い。
【００２３】
また、光変調器３は必ずしもLNを有している必要はなく、例えば、EA（Electro Absorption）変調器などでも良い。
【００２４】
また、波長可変光源２と光変調器３は必ずしも別々に用意する必要はなく、変調した電気信号を直接レーザ光源に加えて発振させる直接変調型の光変調器を用いても良い。
【００２５】
光変調器３の出射端には偏波保持光ファイバ５が接続されており、光変調器３で変調された光は偏波保持光ファイバ５中を伝搬する。また、偏波保持光ファイバ５のもう一端は第１の光コネクタ２１に接続されており、変調光は第１の光コネクタ２１から出力する。
【００２６】
この時、偏波保持光ファイバ５を用いているため、光変調器３から出力した変調光の偏波方向はファイバにねじれや曲げが生じても保持される。
【００２７】
次に、第１の光コネクタ２１と被測定物１の第３の光コネクタ２３とをコネクタ接続する。更に、第４の光コネクタ２４を第２の光コネクタ２２とコネクタ接続する。なお、本明細書において、コネクタ接続するとは、２つの光コネクタを勘合させて接続することを意味する。
【００２８】
第１の光コネクタ２１から出力した変調光は第３の光コネクタ２３に入力される。また、第３の光コネクタ２３は第１の光ファイバ９を介して被測定物１に接続されており、変調光は被測定物１に入力される。被測定物１の出力端には第２の光ファイバ１０が接続されており、被測定物１を透過した変調光は第２の光ファイバ１０中を伝搬する。第２の光ファイバ１０のもう一端には第４の光コネクタ２４が接続されており、第２の光ファイバ１０を伝搬する変調光は第４の光コネクタ２４から出力する。第４の光コネクタ２４から出力した変調光は第２の光コネクタ２２に入力され、第２の光コネクタ２２に接続された第３の光ファイバ７へ入射される。
【００２９】
この際、被測定物１での光の入出射にはレンズによる結合光学系を用いていないため、装置を小型化することができる。また、レンズによる結合光学系を用いず、偏波保持された光ファイバにより安定した偏光の出力光が第１の光コネクタ２１より得られるので、振動に強く安定な測定を行うことが可能となる。
【００３０】
なお、この際、第１の光コネクタ２１から出力される変調光の偏波の方向は、第１の光コネクタ２１の角度を第３の光コネクタ２３に対して相対的に変化させることで調整できる。
【００３１】
なお、第１の光コネクタ２１に回転機構を備えさせ、第３の光コネクタ２３を固定した状態で第１の光コネクタ２１を回転させれば、回転に伴い被測定物１へ入射される変調光の偏波方向を制御することもできる。これにより、任意の偏波方向を持つ変調光を被測定物１に入射することができ、被測定物１の偏波特性を測定することができる。また、この際、偏波コントローラを用いる必要がないため装置の小型化ができる。
【００３２】
なお、この際必ずしも第１の光コネクタ２１に回転機構を備えさせる必要はなく、第１の光コネクタ２１を固定し、第３の光コネクタ２３に回転機構を備えさせても良い。また、第１の光コネクタ２１および第３の光コネクタ２３の両方に回転機構を備えさせ、両コネクタを相対的に回転させても良い。
【００３３】
第３の光ファイバ７は光電変換素子６に接続されており、被測定物１を透過した変調光は光電変換素子６において出力信号３２へと変換される。この時の出力信号３２の位相をφｓとする。
【００３４】
なお、この際、偏波方向は必ずしも保持する必要はなく、第３の光ファイバ７には必ずしも偏波保持光ファイバを使わなくても良い。
【００３５】
位相比較器８においては、出力信号３２と変調信号３１に同期した変調信号３３との位相差φを計測する。つまり、φ＝φｓ−φｒ を計測する。
【００３６】
光の群遅延量τは、測定した位相差φと変調信号３１の周波数ｆｍ から求める。群遅延量τ  は、τ＝φ/2πｆｍ の式で表せる。これにより群遅延量τを求めることができる。
【００３７】
続いて、本発明による実施形態の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３８】
まず、波長可変光源２の波長を測定レンジの下限に設定する。そして、前述の方法で位相差φを計測し、位相差φから群遅延量τを求め、波長可変光源２の波長と対応付けて記録する。その後、波長可変光源２の波長を増加させ、波長が測定レンジの上限に達していないかをチェックする。達していなければ先ほど同様に位相差を計測し群遅延量を求めて記録し、波長可変光源２の波長を増加させる。これを波長が測定レンジの上限に達するまで繰り返し、上限に達すれば測定を終了する。
【００３９】
波長分散特性Dは群遅延特性τ  を波長で微分すれば求められる。つまり、D= ∂τ/∂λ の式から求めることができる。この際、測定値は離散データであるため、差分などのデータ処理が必要となる。
【００４０】
測定した結果は出力表示部１６に表示される。出力表示は、表によるものであってもグラフによるものであっても良い。また、測定値の出力表示は測定値を記録するたびに順次行ってもよいし、測定終了後にまとめて表示しても良い。図９(a)および表１(a)に群遅延特性の出力表示例を、また、図９(ｂ)および表１(ｂ)に波長分散特性の測定結果の出力表示例を示す。
【００４１】
【表１】
2008268094.tif 000013
以上により、被測定物１の群遅延特性および波長分散特性を測定できる。
【００４２】
なお、波長可変光源２の波長は必ずしも開始時に測定レンジの下限に設定し順次長くしていく必要はなく、開始時に測定レンジの上限に設定し順次短くしていっても良い。
【００４３】
なお、第１の光コネクタ２１に回転機構を備えさせ偏波方向を制御した場合には、任意の偏波について群遅延特性、波長分散特性を測定することができる。
【００４４】
また、第１の光コネクタ２１に回転機構を備えさせ偏波方向を制御した場合には、図３のフローチャートのようにすれば偏波モード分散特性を測定することも可能である。以下で説明する。
【００４５】
まず、波長可変光源２の波長を測定レンジの下限に設定する。次に、第１の光コネクタ２１を所定の角度に設定し、入射光の偏波方向を初期値に設定する。その後、前述の方法で位相差φを計測して記録する。続いて、第１の光コネクタ２１を第３の光コネクタ２３に対して所定の角度だけ回転させ入射光の偏波方向を変化させた後、同様に位相差φを記録する。この第１の光コネクタ２１を所定の角度だけ回転させて位相差φを記録するというステップを第１の光コネクタ２１が３６０度回転するまで繰り返す。
【００４６】
次に、記録したφから最大値φmaxおよび最小値φminを求める。ここでφmax、φminはそれぞれ直交する偏波での位相差に対応するため、偏波モード分散特性PMDは、PMD=(φmax-φmin)/2πfm から求められる。これを波長可変光源２の波長と対応付けて記録する。
【００４７】
次に、波長を増加させて波長が測定レンジの上限に達していないかをチェックする。上限に達していない場合は、先ほど同様の過程で偏波モード分散特性を測定・記録し、更に光源の波長を増加させて測定・記録を繰り返す。波長可変光源２の波長が上限に達すれば測定を終了する。
【００４８】
測定した結果は出力表示部１６に表示される。測定値の出力表示は測定値を記録するたびに順次行ってもよいし、測定終了後にまとめて表示しても良い。図９(ｃ)および表１(ｃ)に偏波モード分散特性の測定結果の出力表示例を示す。
【００４９】
以上により、偏波モード分散特性の波長特性を測定できる。
【００５０】
（実施例）
群遅延量の波長依存性を持つLN導波路の入出力端にファイバピグテイルが接続されたものを被測定物１として測定を行う場合の測定例について説明する。被測定物であるLN導波路は、図のように光導波路１２の上部に溝１１を周期的に掘り凹凸構造をつくることで実効屈折率に周期的な変化を設けている。
【００５１】
被測定物１の透過特性を図４に示す。図は波長１５４０nmから１５５５nmまでの被測定物１の透過特性を示しているが、波長１５５１〜１５５８nmの範囲で光の阻止域を持ち、さらにその阻止域中の波長１５５４．１nm付近で局在モードと呼ばれる光の透過モードが確認される。局在モードにおいては、光の群速度が低下し、群遅延量が大きくなることが知られている。
【００５２】
実際に図５のような測定系を用い、１５４０nm〜１５５５nmの測定レンジで群遅延特性を測定する。
【００５３】
測定系は、波長可変光源２、光変調器３、光アンプ１７、偏波保持光ファイバ５、第１の光コネクタ２１、第２の光コネクタ２２、第３の光ファイバ７、光電変換素子６、ネットワークアナライザ１８、出力表示部１６から構成する。
【００５４】
まず、波長可変光源２を光変調器３の入力端に偏波保持光ファイバにより接続する。次に、光変調器３の出力端を偏波保持光ファイバで光アンプ１７の入力端に接続する。光アンプ１７の出力端を偏波保持光ファイバ５と接続し、偏波保持光ファイバのもう一端には第１の光コネクタ２１を接続する。第２の光コネクタ２２は第３の光ファイバ７を介して光電変換素子６に接続する。
【００５５】
ネットワークアナライザ１８のポート１からは、アンプ１９を介して光変調器３に変調信号３１を入力する。また、光電変換素子６の出力信号３２はネットワークアナライザ１８のポート２に入力する。ネットワークアナライザ１８ではポート１の信号から出力する変調信号３１とポート２に入力される出力信号３２の位相差を計測する。つまり、これらは発振器４と位相比較器８の役割を果たす。
【００５６】
波長可変光源２としては、波長可変LD光源を用いる。光源から出力される光は直線偏波であり、光強度は５mWとし波長を掃引する際にも一定に保つ。波長は、まず測定レンジの下限である１５４０nmに設定する。
【００５７】
光変調器３には、住友大阪セメント株式会社製の４０Gbit/s LN強度変調器を用いる。なお、波長可変光源２と光変調器３は偏波保持光ファイバで接続されているので、光ファイバの曲げやねじれによらず安定した偏波の光を光変調器３に入射することができる。
【００５８】
変調信号３１としては、ネットワークアナライザ１８のポート１からの信号をアンプ１９により増幅し、周波数３GHz、信号強度１５mWの信号を入力する。
【００５９】
光変調器３からの出射光は光アンプ１７で光強度を１５dBmに増幅された後に偏波保持光ファイバ５を介して第１の光コネクタ２１に達する。第１の光コネクタ２１はアナライザで出射光の偏波方向を確認しながら所定の偏波となるように角度を調整する。
【００６０】
次に、第１の光コネクタ２１と第３の光コネクタ２３をコネクタ接続し、第１の光ファイバ９を介して被測定物１に変調光を入射させる。また、第４の光コネクタ２４と第２光コネクタ２２をコネクタ接続し、被測定物１の透過光を第３の光ファイバ７を介して光電変換素子６に入力する。光電変換素子６としてはフォトダイオードを用いる。
【００６１】
ネットワークアナライザ１８において、光変調器３に入力する変調信号３１と光電変換された出力信号３２の位相差φを計測する。この位相差を1/2πfm倍して群遅延量を求め、光源の波長と対応付けて記録し、出力表示部１６に表示する。
【００６２】
次に、波長を０．００５nm増加させ同様のステップで群遅延量を記録し、出力表示を更新する。これを波長が１５５５nmとなるまで繰り返し、１５４０nm〜１５５５nmまでの群遅延特性を計測する。
【００６３】
実際に測定した結果の一例を図６に示す。被測定物１において局在モードが存在する波長１５５４．１nmにおいて約１５psecの群遅延が確認され、群遅延特性を測定することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明による光伝搬特性測定装置は、光ファイバ、光導波路素子などの光素子が持つ群遅延特性、波長分散特性、偏波モード分散特性などの光伝搬特性を計測するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明による光伝搬特性測定装置の構成を示す図
【図２】本発明による群遅延特性測定手順を示すフロー図
【図３】本発明による偏波モード分散特性測定手順を示すフロー図
【図４】被測定物の透過特性を示すグラフ
【図５】本発明による群遅延特性の測定系の一例を示す図
【図６】本発明による測定系で測定した被測定物の群遅延特性を示すグラフ
【図７】群速度低下が得られる光導波を示す図
【図８】特許文献１による偏波モード分散特性測定装置の構成を示す図
【図９】本発明による光伝搬特性測定装置の出力表示例を示す図
【符号の説明】
【００６６】
１  被測定物
２  波長可変光源
３  光変調器
４  発振器
５  偏波保持光ファイバ
６  光電変換素子
７  第３の光ファイバ
８  位相比較器
９  第１の光ファイバ
１０  第２の光ファイバ
１１  溝
１２  光導波路
１３  中間部
１４  偏波コントローラ
１５  偏波モード分散測定部
１６  出力表示部
１７  光アンプ
１８  ネットワークアナライザ
１９  アンプ
２１  第１の光コネクタ
２２  第２の光コネクタ
２３  第３の光コネクタ
２４  第４の光コネクタ
３１  変調信号
３２  出力信号
３３  変調信号