(57)【要約】【課題】  光速伝送システムの伝送特性に重要な影響を与えるシングルモード光ファイバおよび各種光デバイスの偏波分散を安価に簡単に測定できる方法を提供すること。【解決手段】  上記の目的を達成するために本発明に係わる偏波分散測定方法は光源部に半導体レーザ、正弦波振幅変調装置を用い円偏光あるいは回転する直線偏光波を被測定対象に入射しその出力を複屈折が所定の値に設定された中間偏光素子を介してＲＦパワーメータで検出する場合に変調成分のＲＦパワーを被測定光媒質と中間偏光素子の相対偏光方位の関数として偏波分散を測定する手段を採用した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の伝送ビットレートあるいは周期的電気信号で振幅変調された光を被測定光媒体に特定の偏光状態で入射できる光部を有しその出力を変調周波数で決まる所定の複屈折率を有する中間の複屈折媒体を介して受光する光学系において該変調信号の基本周波数成分の振幅を該測定媒体の固有偏光軸と該中間複屈折媒体の固有偏光軸の相対方位角の関数として求めることによって被測定光媒体の偏波分散を測定する偏波分散測定方法。
【請求項２】
請求項１の偏波分散測定方法に用いる中間複屈折媒体の複屈折がその固有偏光モードのベースバンド変調信号間に９０度の位相差を与えるような大きさであるような偏波分散測定方法。
【請求項３】
請求項１の偏波分散測定装置において光源部からの出力が円偏光または偏光方位が回転できる直線偏光であることを特徴とする偏波分散測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏波分散測定方法に関するものである。さらに詳しく詳述すれば本発明は高速光通信システムの伝送特性に重要な影響を与えるシングルモード光ファイバおよび各種ＷＤＭ光デバイスの偏波分散を簡易に測定出来る偏波分散測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在幹線系の光通信伝送システムの伝送速度は１０Ｇｂ／ｓが主流になっているがインターネットの急速な普及による今後のトラフィックの増大に対応するため４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送システムも実用化が検討されている。このような高速光伝送システムにおいては伝送距離が増大するにつれて伝送路であるシングルモード光ファイバ（以下ＳＭＦと略す）のコアのわずかな非対称性によって発生する偏波分散がビットエラーレートの劣化をもたらすことが問題になっている。この偏波分散は伝送路に使われる光部品によっても発生する。特に前者のＳＭＦの場合には偏波分散は伝送路の温度変化による光ファイバの歪などによってランダムに変動するのでその補償は大きな課題になっている。従って伝送システムを構築する場合には光ケーブルの偏波分散を事前に測定しその補償が必要かどうかをあらかじめ把握することが必要である。また光ファイバアンプとＷＤＭ光伝送技術の進展により伝送路には光部品が多数使われるよため個別の光部品の偏波分散もあらかじめ工場出荷段階で測定することが規定されている。
【０００３】
偏波分散の測定法は非特許文献１に詳述されているように周波数領域と時間領域の２種類ある。SMFの場合には時間領域の測定法である干渉法が主に使われている。一方光部品には周波数領域の測定法である偏光解析法と固定アナライザ法が使われている。２０００年４月のＩＴＵ―TSG15において偏光解析法の１種であるJones行列法とポアンカレ−球法が基準測定に認定された。一方代替基準測定法として偏光解析法の１種である偏光状態法、時間領域測定法である干渉法が規定されている。
【０００４】
干渉法においては通常は広帯域な光源が用いられ光源のスペクトルの平均的な偏波分散しか測定できない。一方偏光解析法においては入射側においては波長可変レーザおよび４種類の偏光状態を発生させる偏光制御装置が必要である。一方受光側においては偏光解析装置（ポラリメータ）が必要であり通常は計測システムの価格は２０００万円以上と高価である。代替基準測定法である固定アナライザ法においては一般に入射側で光源の波長と偏光状態を制御する装置、受光部で光スペクトル解析装置が必要となるのでやはり高価である。偏波分散の測定法としてはこの他にも偏波分散の原理に立ち返り光源を電流パルスで駆動し受光部で偏光モード間のパルスの到達時間の差を観測するパルス法や光源を正弦波で振幅変調し偏光モードによる変調信号の位相差を測定する変調波位相測定法などがあるが直交偏光モードの振幅変調波の位相差を測定するためネットワークアナライザあるいは選択レベルメータが必要でありまた入射側で偏光を制御する装置も必要であるため高価であるという問題があった。
【０００５】
【非特許文献１】波平編、「DWDM光測定技術」、第８章、（株）オプトロにクス社、平成１３年３月１０日発行。
【０００６】
【非特許文献２】Ｈｅｎｒｉｋ  Ｓｕｎｎｅｒｄ  ｅｔａｌ，”Ｏｕｔａｇｅ  Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓ  ｉｎ  ＰＭＤ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｐｒｏｃ．２７ｔｈ  ＥＣＯＣ（ＥＣＯＣ’０１），Ｔｕ．Ａ．３．１，Ｓｅｐｔ．３０−Ｏｃｔ．４，２００１，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ．（先のＥＣＯＣ−０１−Ｔｕ．Ａ．３．１スエーデンのＣｈａｌｍｅｒｓ大の報告である。）
【非特許文献３】Ｋ．Ｏｇａｋｉ，Ｍ．Ｎａｋａｄａ，Ｙ．Ｎａｇａｎｏ，”Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  Ｓｔａｔｅｓ  ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ａｅｉａｌ  ａｎｄ  Ｂｕｒｉｅｄ  Ｃａｂｌｅｓ”，ＫＤＤＩ，ＯＦＣ２００３，ＭＦ１３，Ｍａｒｃｈ．２３−２８，２００３，Ａｔｌａｎｔａ，ＵＳＡ．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本特許は上記の問題点を解決するため光通信用光ケーブルや光部品などの光伝送媒体の安価な偏波分散測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために本発明に係わる偏波分散測定方法は光源部に半導体レーザ、正弦波振幅変調装置を用い円偏光あるいは回転する直線偏光波を被測定対象に入射しその出力を複屈折が所定の値に設定された中間偏光素子を介してＲＦパワーメータで検出する場合に変調成分のＲＦパワーを被測定光媒質と中間偏光素子の相対偏光方位の関数として
偏波分散を測定する手段を採用した。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明の偏波分散測定方法によれば光源部に複雑な偏光発生装置を使わずまた受光部にネットワークアナライザや光スペクトル解析装置を使う必要がないため光伝送媒体や光部品の偏波分散を安価に簡単に測定できる方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１によって本発明の偏波分散測定方法の一つの実施例を説明する。DFBレーザ１から出た光を振幅変調器２に３の正弦波信号発生器から出力される正弦波信号で光振幅変調をする。光源の波長は１５５０ｎｍである。また変調周波数は１０ＧＨｚとした。振幅変調器２は電気光学結晶ＬｉＮｂＯ３上にマッハツエ−ンダーの干渉系を構成した外部変調器を用いた。変調器の出力はレンズでコリメートされ４の偏光制御器を介して被測定対象の光媒体この場合はＳＭ光ファイバ５に入射される。この場合４の偏光制御器は偏光子と4分の１波長板からなる円偏光化光学系を用いた。光源出力が円偏光であるということは原理的に被測定媒質の2つの固有偏光モードが等しい振幅で励振されるということを意味する。被測定媒体５の出力は偏光制御器６を介して偏波面保存光ファイバ（PMF）７に入射され受光器８を介してＲＦ（高周波）パワーメータに導かれ信号処理回路１０に導かれる。ＲＦパワーメータは市販の高周波パワーメータに変調周波数近傍の成分が通過するフィルタを付加したものを用いた。
【００１１】
６の偏光制御装置は２分の１波長板の方位を電気的に回転するタイプであり光ケーブルの出射光の偏光面を回転させ偏波面保存光ファイバ７の固有偏光方位と被測定光ケーブルの固有偏光モード（PSP）の方位との相対方位（以下αとする）を変化させる。なお偏光制御器６を省略して偏波面保存光ファイバ７を回転させても同様の効果が得られる。被測定媒体５はＳＭファイバケーブルでボビンに巻いてあり長さはおよそ５０ｋｍである。なお複屈折媒体は偏波面保存光ファイバ以外にもルチルやＹＶＯ４（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｖａｎａｄａｔｅ）なども使える。
【００１２】
今変調周波数ｆを１０GHｚとすると屈折率ｎの媒質中の変調波の周期は次式で表される。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
ｆ=10GHz,ｎ＝１．５とするとΛはおよそ２ｃｍとなる。ここで偏波面保存光ファイバ７の長さｄを変調周波数と以下の関係式で定義されるように設定した。
【００１５】
【数２】
2005274375.tif 000004
【００１６】
ここでLは波長１５５０ｎｍで３ｍｍであるのでｄ＝１０ｍとした。数式２は振幅変調された光が波偏波面保存光ファイバを通過する場合にその固有偏光モードに９０度の位相差あるいは変調周期１００ｐｓの４分の１の２５ｐｓの偏波分散を与えることを意味する。
【００１７】
ここで被測定対象の光ケーブルの偏波分散の平均値をτ（ｐｓ）とする。従って光ケーブルを伝送する振幅変調波は固有偏光モードPSP間に次式で表される位相差φが生じる。
【００１８】
【数３】
2005274375.tif 000005
【００１９】
今光源部において振幅変調波は円偏光で入射されているので前述したように光ケーブルのPSPは振幅が等しく光位相差９０度で入射されている。ベースバンドの振幅変調波の位相を考える場合には光搬送波の位相差９０度は無視してよい。このような場合光ケーブルの出力端におけるベースバンド変調信号振幅Pは次式で表される。
【００２０】
【数４】
2005274375.tif 000006
【００２１】
光ケーブルに偏波分散がなければφ＝０であるのでPは偏波分散による減衰は受けないことが分かる。またφ＝πすなわち偏波分散が５０ｐｓの場合にはベースバンド変調成分の振幅が零となる。
【００２２】
今受光部に偏波分散がπ／２の偏波面保存光ファイバ７を用いているのでその出力のＲＦパワーメータ１０の出力（ベースバンド変調信号の振幅）Pは光ケーブルのPSPと偏波面保存光ファイバ７の固有偏光方位差αの関数として若干の計算の結果以下で表される。
【００２３】
【数５】
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【００２４】
ここで被測定光ケーブルのφすなわち偏波分散τを測定する方法を考える。数式５よりαを変化させたベースバンド信号振幅Ｐを測定すればαが求められる。
α＝０、α＝π／２の場合のＰはそれぞれ以下のように表される。
【００２５】
【数６】
2005274375.tif 000008
【００２６】
【数７】
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【００２７】
ここでＷを数式８で定義する。
【００２８】
【数８】
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【００２９】
数式６、数式７、数式８よりφは次式で求められる。
【００３０】
【数９】
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【００３１】
数式８によってφを求めるためにはα＝０の方位を特定する必要がある。すなわち被測定対象光ケーブルのPSPの方位を求める必要がある。α＝０の場合には被測定光ケーブルの偏波分散φと測定用の偏波面保存光ファイバのＦａｓｔ軸、Ｓｌｏｗ軸が一致しており偏波分散が加算されるのでPが最小になる。すなわちこの場合がα＝０の場合である。測定の結果φ＝２度と得られた。数式３よりφは０．５６ｐｓと測定された。
【００３２】
もうひとつの実施例を説明する。前述した円偏光光源は被測定光ファイバまでのリード部で円偏光性が崩れる可能性があるので偏光制御器４が直線偏光を回転できる装置である場合を考える。この場合偏光方位は被測定光ファイバ５と中間の複屈折媒質７との相対偏光方位を変化させる速度よりも早い一定の速度で回転させた。今光源の偏光方位と光ケーブル５のＰＳＰの相対偏光方位をβとする。
【００３３】
今βを変化させながら受信側で偏光制御器６を駆動させαを変化させＲＦパワーメータの出力Ｐをモニターするとそれはαとβの関数となって時間的に変化する。今βはαより高速に変化するのでＰが最大になるのはβ＝０でα＝０または９０度の場合である。α＝０の場合でＰが最小になるのはβ＝４５度の場合でそのときのＰは数式６で与えられることが分かる。またα＝９０度でＰが最小になるのはβ＝４５度でそのときのＰは数式７で与えられることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明偏波分散測定方法の一実施例を示した基本構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：半導体レーザ
２      振幅変調器
３      正弦波信号発生器
４      偏光制御器
５      被測定光媒質
６      偏光制御素子
７      複屈折光媒体
８      受光器
９      ＲＦパワーメータ
１０    信号処理回路
【図１】
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