(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験光ファイバを基本モードと第１高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの一端に入射する第１入射手順と、
前記第１入射手順で前記被試験光ファイバの一端に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離する第１モード分波手順と、
前記第１モード分波手順で分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第１強度分布を取得する第１光強度取得手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの他端に入射する第２入射手順と、
前記第２入射手順で前記被試験光ファイバの他端に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離する第２モード分波手順と、
前記第２モード分波手順で分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第２強度分布を取得する第２光強度取得手順と、
前記第１光強度取得手順で取得した第１強度分布と前記第２光強度取得手順で取得した第２強度分布とから前記被試験光ファイバの任意位置における前記戻り光のモード成分それぞれの強度の相加平均を算出し、基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差に基づいて基本モードのモードフィールド径ｗ１に対する第１高次モードのモードフィールド径ｗ２の比率ｗ２／ｗ１を次式で取得する演算処理手順と、
を行う光パルス試験方法。
【数Ｃ１】
0006653616.tif 000027
ただし、Ｉ２−Ｉ１は前記被試験光ファイバの任意位置における基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差であり、Ｋは前記被試験光ファイバの一端から他端までの基本モードと第１高次モードとの損失差である。
【請求項２】
被試験光ファイバを基本モードと第１高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの一端に入射する第１入射手順と、
前記第１入射手順で前記被試験光ファイバの一端に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離する第１モード分波手順と、
前記第１モード分波手順で分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第１強度分布を取得する第１光強度取得手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの他端に入射する第２入射手順と、
前記第２入射手順で前記被試験光ファイバの他端に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離する第２モード分波手順と、
前記第２モード分波手順で分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第２強度分布を取得する第２光強度取得手順と、
前記第１光強度取得手順で取得した第１強度分布と前記第２光強度取得手順で取得した第２強度分布とから前記被試験光ファイバの任意位置における前記戻り光のモード成分それぞれの強度の相加平均を算出し、基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差に基づいて基本モードのモードフィールド径に対する第１高次モードのモードフィールド径の比率を取得する演算処理手順と、
前記被試験光ファイバの基本モードのモードフィールド径分布を取得する基本モードモードフィールド径分布取得手順と、
前記基本モードモードフィールド径分布取得手順で取得した基本モードのモードフィールド径分布と前記演算処理手順で取得した前記比率とを乗算して第１高次モードのモードフィールド径分布を算出する第１高次モードモードフィールド径分布算出手順と、
を行うことを特徴とする光パルス試験方法。
【請求項３】
前記第１高次モードモードフィールド径分布算出手順で算出した第１高次モードのモードフィールド径分布から第１高次モードに対する実効断面積を算出する第１高次モード実効断面積算出手順をさらに行うことを特徴とする請求項２に記載の光パルス試験方法。
【請求項４】
被試験光ファイバを基本モードと第１高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成部と、
前記生成部が生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバに入射し、かつ前記試験光パルスからの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離するモード合分波部と、
前記モード合分波部が分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換する受光部と、
前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの一端に入射したときの前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第１強度分布、及び前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの他端に入射したときの前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第２強度分布を取得し、前記第１強度分布と前記第２強度分布とから前記被試験光ファイバの任意位置における前記戻り光のモード成分それぞれの強度の相加平均を算出し、基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差に基づいて基本モードのモードフィールド径ｗ１に対する第１高次モードのモードフィールド径ｗ２の比率ｗ２／ｗ１を次式で取得する演算処理部と、
を備える光パルス試験装置。
【数Ｃ２】
0006653616.tif 000028
ただし、Ｉ２−Ｉ１は前記被試験光ファイバの任意位置における基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差であり、Ｋは前記被試験光ファイバの一端から他端までの基本モードと第１高次モードとの損失差である。
【請求項５】
被試験光ファイバを基本モードと第１高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成部と、
前記生成部が生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバに入射し、かつ前記試験光パルスからの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離するモード合分波部と、
前記モード合分波部が分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換する受光部と、
前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの一端に入射したときの前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第１強度分布、及び前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの他端に入射したときの前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第２強度分布を取得し、前記第１強度分布と前記第２強度分布とから前記被試験光ファイバの任意位置における前記戻り光のモード成分それぞれの強度の相加平均を算出し、基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差に基づいて基本モードのモードフィールド径に対する第１高次モードのモードフィールド径の比率を取得し、該比率と予め取得した前記被試験光ファイバの基本モードのモードフィールド径分布とを乗算して第１高次モードのモードフィールド径分布を算出する演算処理部と、
を備える光パルス試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は，光ファイバ中の第１高次モードに対するモードフィールド径を評価するための光パルス試験方法及び光パルス試験装置に関する。
【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に伴い、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】
ところで、光ファイバ中を伝搬する光の拡がりを表すモードフィールド径は接続損失と密接に関係し、伝送路を設計する上で重要なパラメータの一つである。数モードファイバにおいては、基本モード（ＬＰ０１モード）だけではなく、第１高次モード（ＬＰ１１モード）など、伝搬可能な高次モードに対するモードフィールド径を把握することが重要となる。
【０００４】
非特許文献１では、２モード光ファイバにおけるＬＰ０１モードのモードフィールド径を測定する手法が開示されているが、ＬＰ１１モードのモードフィールド径を測定する手法については言及されていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍ．  Ｏｈａｓｈｉ，  Ｈ．  Ｋｕｂｏｔａ，  Ｙ．  Ｍｉｙｏｓｈｉ，  Ｒ．  Ｍａｒｕｙａｍａ  ａｎｄ  Ｎ．  Ｋｕｗａｋｉ，“Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｗｏ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ  ｌｉｎｋｓ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ＯＴＤＲ”，  ＥＣＯＣ２０１４，  Ｔｈ．１．４．５，  ２０１４．
【非特許文献２】Ａ．  Ｎａｋａｍｕｒａ，  Ｋ．  Ｏｋａｍｏｔｏ，  Ｙ．  Ｋｏｓｈｉｋｉｙａ，  Ｔ．  Ｍａｎａｂｅ，  Ｍ．  Ｏｇｕｍａ，  Ｔ．  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｉｔｏｈ，“Ｈｉｇｈ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｆｉｂｅｒ  ｂｅｎｄｓ：  １−μｍ−ｂａｎｄ  ｍｏｄｅ−ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ＯＴＤＲ”，  Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  ｖｏｌ．  ３３，  ｎｏ．  ２３，  ｐｐ．  ４８６２−４８６９，  ２０１５．
【非特許文献３】Ｎｏｂｕｔｏｍｏ  Ｈａｎｚａｗａ，  Ｋｕｎｉｍａｓａ  Ｓａｉｔｏｈ，  Ｔａｉｊｉ  Ｓａｋａｍｏｔｏ，  Ｋｙｏｕｚｏ  Ｔｓｕｊｉｋａｗａ，  Ｔａｋｕｉ  Ｕｅｍａｔｓｕ，  Ｍａｓａｎｏｒｉ  Ｋｏｓｈｉｂａ  ａｎｄ  Ｆｕｍｉｈｉｋｏ  Ｙａｍａｍｏｔｏ，“Ｔｈｅｒｅ−ｍｏｄｅ  ＰＬＣ−ｔｙｐｅ  ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｆｏｒ  ｍｏｄｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，  ＥＣＯＣ２０１３，  Ｔｕ．１．Ｂ．３，  ２０１３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、第１高次モードのモードフィールド径を取得できる光パルス試験方法及び光パルス試験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、本開示の光パルス試験方法及び光パルス試験装置は、第１高次モードのモードフィールド径を直接測定するのではなく、基本モードと第１高次モードのモードフィールド径の比率を取得し、当該比率を用いて基本モードのモードフィールド径から第１高次モードのモードフィールド径を算出することとした。
【０００８】
具体的には、本開示の光パルス試験方法は、
被試験光ファイバを基本モードと第１高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの一端に入射する第１入射手順と、
前記第１入射手順で前記被試験光ファイバの一端に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離する第１モード分波手順と、
前記第１モード分波手順で分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第１強度分布を取得する第１光強度取得手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの他端に入射する第２入射手順と、
前記第２入射手順で前記被試験光ファイバの他端に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離する第２モード分波手順と、
前記第２モード分波手順で分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第２強度分布を取得する第２光強度取得手順と、
前記第１光強度取得手順で取得した第１強度分布と前記第２光強度取得手順で取得した第２強度分布とから前記被試験光ファイバの任意位置における前記戻り光のモード成分それぞれの強度の相加平均を算出し、基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差に基づいて基本モードのモードフィールド径と第１高次モードのモードフィールド径との比率を取得する演算処理手順と、
を行う。
【０００９】
また、本開示の光パルス試験装置は、
被試験光ファイバを基本モードと第１高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成部と、
前記生成部が生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバに入射し、かつ前記試験光パルスからの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離するモード合分波部と、
前記モード合分波部が分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換する受光部と、
前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの一端に入射したときの前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第１強度分布、及び前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの他端に入射したときの前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第２強度分布を取得し、前記第１強度分布と前記第２強度分布とから前記被試験光ファイバの任意位置における前記戻り光のモード成分それぞれの強度の相加平均を算出し、基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差に基づいて基本モードのモードフィールド径と第１高次モードのモードフィールド径との比率を取得する演算処理部と、
を備える。
【００１０】
本開示では、被試験光ファイバに光パルスを入射し、後方散乱光に含まれるＬＰ０１モードとＬＰ１１モード成分の強度の比率から、被試験２モード光ファイバ長手方向のＬＰ０１モードのモードフィールド径に対するＬＰ１１モードのモードフィールド径の比率分布を測定する。この比率を利用すれば、測定可能なＬＰ０１モードのモードフィールド径からＬＰ１１モードのモードフィールド径を算出することができる。
【００１１】
従って、本発明は、第１高次モードのモードフィールド径を取得できる光パルス試験方法及び光パルス試験装置を提供することができる。
【００１２】
本開示の光パルス試験方法の前記演算処理手順では、基本モードのモードフィールド径ｗ１に対する第１高次モードのモードフィールド径ｗ２の比率ｗ２／ｗ１を式（２４）で取得することを特徴とする。
【００１３】
本開示の光パルス試験方法は、
前記演算処理手順の後、基本モードのモードフィールド径分布を取得する基本モードモードフィールド径分布取得手順と、
前記基本モードモードフィールド径分布取得手順で取得した基本モードのモードフィールド径分布と前記演算処理手順で取得した基本モードのモードフィールド径に対する第１高次モードのモードフィールド径の比率とを乗算して第１高次モードのモードフィールド径分布を算出する第１高次モードモードフィールド径分布算出手順と、
をさらに行うことを特徴とする。
【００１４】
本開示の光パルス試験方法は、前記第１高次モードモードフィールド径分布算出手順で算出した第１高次モードのモードフィールド径分布から第１高次モードに対する実効断面積を算出する第１高次モード実効断面積算出手順をさらに行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、第１高次モードのモードフィールド径を取得できる光パルス試験方法及び光パルス試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る光パルス試験装置を説明する図である。
【図２】被試験光ファイバに入射した試験光パルスによる後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの強度を説明する図である。（ａ）は試験光パルスを被試験光ファイバの一端から入射したときの後方散乱光の強度（Ｓ１（ｚ）とＳ２（ｚ））と試験光パルスを被試験光ファイバの他端から入射したときの後方散乱光の強度（Ｓ’１（ｚ）とＳ’２（ｚ））を説明し、（ｂ）はモード毎に相加平均した強度を説明している。
【図３】ＬＰ０１、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４】被試験光ファイバ内での、試験光パルスによる散乱光の長手方向、散乱方向、平面角θ、微小な立体角ｄΩの関係を示す図である。
【図５】異なる種類の２モード光ファイバが直列する被試験光ファイバに入射した試験光パルスによる後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの強度を説明する図である。（ａ）は試験光パルスを被試験光ファイバの一端から入射したときの後方散乱光の強度（Ｓ１（ｚ）とＳ２（ｚ））と試験光パルスを被試験光ファイバの他端から入射したときの後方散乱光の強度（Ｓ’１（ｚ）とＳ’２（ｚ））を説明し、（ｂ）はモード毎に相加平均した強度を説明し、（ｃ）はＬＰ１１モードに対するＬＰ０１モードのモードフィールド径比率を説明している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、実施形態に係わる光パルス試験装置１０１の構成例を説明するための図である。光パルス試験装置１０１は、
被試験光ファイバ１０を基本モードと第１高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成部Ａと、
生成部Ａが生成した前記試験光パルスを任意のモードで被試験光ファイバ１０に入射し、かつ前記試験光パルスからの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離するモード合分波部Ｂと、
モード合分波部Ｂが分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換する受光部Ｃと、
前記試験光パルスを任意のモードで被試験光ファイバ１０の一端に入射したときの被試験光ファイバ１０の一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第１強度分布、及び前記試験光パルスを任意のモードで被試験光ファイバ１０の他端に入射したときの被試験光ファイバ１０の一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第２強度分布を取得し、前記第１強度分布と前記第２強度分布とから被試験光ファイバ１０の任意位置における前記戻り光のモード成分それぞれの強度の相加平均を算出し、基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差に基づいて基本モードのモードフィールド径と第１高次モードのモードフィールド径との比率を取得する演算処理部Ｄと、
を備える。
ここで、光パルス試験装置１０１は、被測定光ファイバ１０に実効遮断波長より短い波長の光パルスを入力する。実効遮断波長より短い波長の光は被測定光ファイバ１０をマルチモード伝搬することができる。
【００１９】
生成部Ａは、光源１１、パルス発生器１２及び光強度変調器１３を有する。光源１１から出力される連続光は、パルス発生器１２の信号に従って光強度変調器１３でパルス化される。光強度変調器１３は、例えば音響光学素子をパルス駆動するようにした音響光学スイッチを備える、音響光学変調器である。本実施形態では、光源１１から出力される連続光の波長を、被試験光ファイバ１０が２モード動作する波長である場合を例にとって説明する。
【００２０】
モード合分波部Ｂは、光サーキュレータ１４及びモード合分波器１５を有する。光強度変調器１３で生成された試験光パルスは、光サーキュレータ１４を介してモード合分波器１５に入射される。モード合分波器１５は、例えば非特許文献２や非特許文献３に記載されるような平面光波回路で構成された方向性結合器を備える、モード合分波器である。試験光パルスは、モード合分波器１５で任意のモードに変換されて被試験光ファイバ１０の一端又は他端に入射される。
ＬＰ０１モードで入射された試験光パルスが被試験光ファイバ１０を伝搬する際、レイリー散乱によって試験光パルスの一部は逆方向に伝搬するＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モード（後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モード）に結合する。この戻り光（後方散乱光）は、モード合分波器１５に再入射される。このとき戻り光のＬＰ０１モードとＬＰ１１モードのモード成分はモード合分波器１５で分離される。
【００２１】
光スイッチ１０２は、光パルス試験装置１０１と被試験光ファイバ１０の間に設置され、被試験光パルス試験装置１０１と接続される被試験光ファイバ１０の一端と他端とを選択的に切り替える機能を備える。
【００２２】
受光部Ｃは、２つの光受信器（１６、１７）を有する。モード合分波器１５でモード毎に分離された戻り光のうち、１のモード成分（例えばＬＰ０１）は光サーキュレータ１４を経由して光受信器１６に、他のモード成分（例えばＬＰ１１）は光受信器１７に入射され、光電変換される。
【００２３】
演算処理部Ｄは、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１９、信号処理回路２０及び演算処理回路２１を有する。光受信器１６及び１７からの電気信号は、Ａ／Ｄ変換器１８でデジタルデータに変換される。前記デジタルデータは信号処理回路２０に入力される。
信号処理回路２０は、戻り光のＬＰ０１とＬＰ１１のモード成分に対する強度分布Ｓ１（ｚ）及びＳ２（ｚ）を取得する。さらに、演算処理回路２１は、以下に説明する演算処理を行う。
【００２４】
本明細書では、被試験光ファイバにおける長手方向の揺らぎに起因するＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モード間の結合が無視できるほど小さいと仮定する。モード間結合が大きい場合、モード多重による通信は不安定となるため、通常２モード光ファイバのモード結合は極めて小さい。したがって、実用的に使われる２モード光ファイバに対しては、この仮定は妥当であるといえる。
【００２５】
このとき、被試験光ファイバの一端から距離ｚの位置で生じた後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの強度Ｐ１（ｚ）およびＰ２（ｚ）は次式で表される。
【数１】
0006653616.tif 000002
【数２】
0006653616.tif 000003
ただし、Ｐ０は被試験光ファイバに入射された試験光パルスのパワー、αｓ（ｚ）はＬＰ０１モードで伝搬する試験光パルスに対する距離ｚでのレイリー散乱係数、Ｂ１（ｚ）およびＢ２（ｚ）は距離ｚでの後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードに対する捕獲率、γ１およびγ２は距離ｚでのＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードに対する損失係数を表す。
【００２６】
ここで、被試験光ファイバの一端から測定した後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの強度Ｐ１（ｚ）およびＰ２（ｚ）をデシベル表示した後方散乱光強度をＳ１（ｚ）およびＳ２（ｚ）とする。さらに、他端から測定した後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの強度Ｐ１（ｚ）およびＰ２（ｚ）をデシベル表示した後方散乱光強度をＳ１’（Ｌ−ｚ）およびＳ２’（Ｌ−ｚ）とする。なお、“Ｌ”は被試験光ファイバの全長である。
【００２７】
このとき、両端から測定した後方散乱光のＬＰ０１モードに対する強度Ｓ１（ｚ）およびＳ１’（ｚ）の相加平均強度Ｉ１（ｚ）は、次式で表される。
【数３】
0006653616.tif 000004
ただし、ａ１はｚに依存しない定数で、次式で表される。
【数４】
0006653616.tif 000005
【００２８】
また、両端から測定した後方散乱光のＬＰ１１モードに対する強度Ｓ２（ｚ）およびＳ２’（ｚ）の相加平均強度Ｉ２（ｚ）は、次式で表される。
【数５】
0006653616.tif 000006
ただし、ａ２はｚに依存しない定数で、次式で表される。
【数６】
0006653616.tif 000007
［補足］
Ｓ１’（ｚ）及びＳ２’（ｚ）は、被試験光ファイバの他端から測定した後方散乱光のＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの強度であるＳ１’（Ｌ−ｚ）及びＳ２’（Ｌ−ｚ）を被試験光ファイバの一端から情報に変換したものである。
【００２９】
図２は、Ｓ１（ｚ）、Ｓ１’（ｚ）、Ｓ２（ｚ）およびＳ２’（ｚ）の関係とＩ１（ｚ）およびＩ２（ｚ）の関係を示す図である。
【００３０】
以上より、後方散乱光のＬＰ１１モードに対する相加平均強度Ｉ２（ｚ）と後方散乱光のＬＰ０１モードに対する相加平均強度Ｉ１（ｚ）の差は次式で表される。
【数７】
0006653616.tif 000008
ただし、ＫはＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの損失差を示し、以下の式で表される。
【数８】
0006653616.tif 000009
【００３１】
ここで式（７）の右辺第二項はｚに依存しない定数であるため、後方散乱光のＬＰ１１モードおよびＬＰ０１モードに対する相加平均強度の差は、後方散乱光のＬＰ１１モードに対する捕獲率Ｂ２（ｚ）と後方散乱光のＬＰ０１モードに対する捕獲率Ｂ１（ｚ）の比に従って変化する。
【００３２】
ここで、ＬＰ０１モードおよび直交する２つのＬＰ１１モード（以降、ＬＰ１１ａモードおよびＬＰ１１ｂモードと称する）の電界分布をガウス分布および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９】
0006653616.tif 000010
【数１０】
0006653616.tif 000011
【数１１】
0006653616.tif 000012
ただし、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３はそれぞれ、ＬＰ０１、ＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードの電界分布を、ｗ１およびｗ２はそれぞれ、ＬＰ０１モードおよびＬＰ１１のモードフィールド径を、ｘおよびｙはファイバ断面における座標を表す。
【００３３】
図３は、ＬＰ０１、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。
【００３４】
試験光パルスが被試験光ファイバを伝搬する際、試験光パルスは被試験光ファイバ各所で全方向に散乱される。散乱される光強度は散乱する方向に依存することが知られており、微小な立体角ｄΩに散乱される割合は以下の式で表される。
【数１２】
0006653616.tif 000013
ただし、θは被試験光ファイバ長手方向と散乱方向がなす平面角を表し、平面角θと立体角Ωの関係は以下の式で表される。
【数１３】
0006653616.tif 000014
【００３５】
図４は、被試験光ファイバ長手方向、散乱方向、平面角θ、微小な立体角ｄΩの関係を示す図である。
【００３６】
ＬＰ０１モードで伝搬する試験光パルスが角度θ方向に散乱されたとき、ｘｙ平面における散乱された光の電界分布Ｅｓは以下の式で表される。
【数１４】
0006653616.tif 000015
ただし、ｎは被試験光ファイバの屈折率、λは試験光パルスの波長を、φはｘ軸と散乱方向がなす角度を表す。
【００３７】
散乱された光と伝搬モードの結合効率は、それらの電界分布の重なり積分で求めることができ、以下の式で近似される。
【数１５】
0006653616.tif 000016
【数１６】
0006653616.tif 000017
【数１７】
0006653616.tif 000018
ただし、Ｔ１、ＴａおよびＴｂは散乱された光がＬＰ０１、ＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードに結合する効率を表す。また、ｗ０は以下の式で表される。
【数１８】
0006653616.tif 000019
【００３８】
ここでＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードは被試験光ファイバに生じるわずかな応力変化によって強く結合するため、現実的にはそれらのモードを区別することは難しい。そこでＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂモードをＬＰ１１モードとしてグループ化して考えると、散乱された光がＬＰ１１モードに結合する効率Ｔ２は以下の式で表される。
【数１９】
0006653616.tif 000020
【００３９】
後方散乱光の捕獲率は、特定の角度に散乱された光強度と散乱光が伝搬モードに結合する効率の積を、立体角Ωについて０〜２πの範囲で積分することで求まり、以下の式で表される。
【数２０】
0006653616.tif 000021
【数２１】
0006653616.tif 000022
【００４０】
ここで、式（２０）および式（２１）における被積分関数はθ＞π／２の領域で極めて小さいため、積分範囲の上限を無限大に変更することができる。このとき、後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードに対する捕獲率Ｂ１およびＢ２は以下の式で表される。
【数２２】
0006653616.tif 000023
【数２３】
0006653616.tif 000024
【００４１】
従って、式（７）、式（２２）および式（２３）より、ＬＰ０１モードのモードフィールド径に対するＬＰ１１モードのモードフィールド径の比率ｗ２／ｗ１は、以下の式より求めることができる。
【数２４】
0006653616.tif 000025
【００４２】
つまり、光パルス試験装置１０１は、
被試験光ファイバを基本モードと第１高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの一端に入射する第１入射手順と、
前記第１入射手順で前記被試験光ファイバの一端に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離する第１モード分波手順と、
前記第１モード分波手順で分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第１強度分布を取得する第１光強度取得手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバの他端に入射する第２入射手順と、
前記第２入射手順で前記被試験光ファイバの他端に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び第１高次モードに分離する第２モード分波手順と、
前記第２モード分波手順で分離した前記戻り光のモード成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの一端からの距離に対する前記戻り光のモード成分それぞれの第２強度分布を取得する第２光強度取得手順と、
前記第１光強度取得手順で取得した第１強度分布と前記第２光強度取得手順で取得した第２強度分布とから前記被試験光ファイバの任意位置における前記戻り光のモード成分それぞれの強度の相加平均を算出し、基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差に基づいて基本モードのモードフィールド径と第１高次モードのモードフィールド径との比率を取得する演算処理手順と、
を有する光パルス試験方法を行う。
そして、前記演算処理手順では、基本モードのモードフィールド径ｗ１に対する第１高次モードのモードフィールド径ｗ２の比率ｗ２／ｗ１を式（２４）で取得することを特徴とする。式（２４）において、Ｉ２−Ｉ１は前記被試験光ファイバの任意位置における基本モードの強度の相加平均と第１高次モードの強度の相加平均との差であり、Ｋは前記被試験光ファイバの一端から他端までの基本モードと第１高次モードとの損失差である。
【００４３】
ここで、非特許文献１の手法等で、予めＬＰ０１モードのモードフィールド径分布を測定しておき、その値を式（２４）に代入することで、ＬＰ１１モードのモードフィールド径分布を取得することができる。
つまり、光パルス試験装置１０１は、
前記演算処理手順の後、基本モードのモードフィールド径分布を取得する基本モードモードフィールド径分布取得手順と、
前記基本モードモードフィールド径分布取得手順で取得した基本モードのモードフィールド径分布と前記演算処理手順で取得した基本モードのモードフィールド径に対する第１高次モードのモードフィールド径の比率とを乗算して第１高次モードのモードフィールド径分布を算出する第１高次モードモードフィールド径分布算出手順と、
をさらに行うことを特徴とする。
【００４４】
光パルス試験装置１０１は、前記第１高次モードモードフィールド径分布算出手順で算出した第１高次モードのモードフィールド径分布から第１高次モードに対する実効断面積を算出する第１高次モード実効断面積算出手順をさらに行うことができる。
【００４５】
ＬＰ１１モードの実効断面積Ａｅｆｆは以下の式で表される。
【数２５】
0006653616.tif 000026
ＬＰ１１モードの実効断面積Ａｅｆｆは、ＬＰ１１モードのモードフィールド径の関数で表されるため、ＬＰ１１モードのモードフィールド径分布から、ＬＰ１１モードの実効断面積分布も取得することができる。
【００４６】
（実施形態２）
実施形態１で説明した光パルス試験方法は、異なる種類の２モード光ファイバが接続された線路においても、接続点におけるモード結合が十分に小さいという条件で適用できる。図５は、異なる種類の２モード光ファイバが接続された線路への適用を説明するための図である。図５（ａ）は、モードフィールド径が異なる２モード光ファイバＡと２モード光ファイバＢが接続され、その両端から後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードを測定した波形Ｓ１（ｚ）、Ｓ１’（ｚ）、Ｓ２（ｚ）およびＳ２’（ｚ）である。ここで、Ｓ１’（ｚ）及びＳ２’（ｚ）は、被試験光ファイバの他端から測定した後方散乱光のＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの強度であるＳ１’（Ｌ−ｚ）及びＳ２’（Ｌ−ｚ）を被試験光ファイバの一端から情報に変換したものである。
【００４７】
図５（ｂ）は、このときの相加平均強度Ｉ１（ｚ）およびＩ２（ｚ）を説明する図である。Ｉ１（ｚ）およびＩ２（ｚ）は２モード光ファイバＡと２モード光ファイバＢ間のモードフィールド径の違いに起因してそれぞれのファイバに対する区間で異なる値を示す。この相加平均強度の違いにより、ＬＰ１１モードに対するＬＰ０１モードのモードフィールド径比率が取得できる（図５（ｃ））。
【００４８】
（実施形態３）
実施形態１で説明した光パルス試験方法は、同様の考え方で試験光パルスをＬＰ１１モードで被試験光ファイバに入射した場合においても、ＬＰ１１モードのモードフィールド径に対するＬＰ０１モードのモードフィールド径の比率、ＬＰ１１モードのモードフィールド径分布、及びＬＰ１１モードの実効断面積分布を取得することが可能である。
【００４９】
（他の実施形態）
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。具体的には、光スイッチ１０２を削除し、光パルス試験装置１０１と接続される被試験光ファイバ１０の端面を手動で選択して接続してもよい。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】
【００５０】
１０：被測定光ファイバ
１１：光源
１２：パルス発生器
１３：光強度変調器
１４：光サーキュレータ
１５：モード合分波器
１６、１７：光受信器
１８：Ａ／Ｄ変換器
２０：信号処理回路
２１：演算処理回路
１０１：光パルス試験装置
【図１】
0006653616.tif 000029
【図２】
0006653616.tif 000030
【図３】
0006653616.tif 000031
【図４】
0006653616.tif 000032
【図５】
0006653616.tif 000033