(57)【要約】【課題】光ファイバの長手方向の特性を精密な波長により測定可能な光パルス試験器、及び該光パルス試験器を用いた試験方法を提供する。【解決手段】本発明の光パルス試験器の光源として、複数の縦モードが発振し、かつそのモード間隔に非常に狭いためスペクトル全体の波長幅が細い光を発生する光ファイバレーザを使用する。この光源により波長依存特性を正確に測定することができ、さらにコヒーレンスノイズが低減される。本発明の光パルス試験器は、特に狭い測定波長幅が必要な双方向ＯＴＤＲ測定及び偏波ＯＴＤＲ測定に有効であり、測定誤差の低減を実現する。【選択図】      図１
2007085754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源である光ファイバレーザと、
前記光ファイバレーザからの出力光をパルス化する光パルス制御部と、
前記光パルス制御部から出力される光パルスを被測定光ファイバに入力して発生させた後方散乱光を測定する測定部とを備え、
前記光ファイバレーザは、レーザ増幅媒体としての希土類金属元素添加光ファイバと、発振スペクトルのエンベローブの半値全幅を1nm以下とするための波長選択素子とを有してレーザ発振縦モード間隔が1GHz以下の共振器を形成し、該共振器により複数本のレーザ縦モードを発振させて前記出力光を生成する
ことを特徴とする光パルス試験器。
【請求項２】
前記波長選択素子は、
透過中心波長の変更が可能な波長可変フィルタである
ことを特徴とする請求項１に記載の光パルス試験器。
【請求項３】
前記光ファイバレーザは、
前記共振器1周回での波長分散の絶対値が、発振光スペクトルの中心波長において1ps/nm以上である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光パルス試験器。
【請求項４】
前記光ファイバレーザは、
前記波長選択素子の波長選択特性を変更することで、前記出力光の発振中心波長を変更できる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光パルス試験器。
【請求項５】
前記波長選択素子は、
前記被測定光ファイバからの後方散乱光の測定中に、前記波長測定特性を変更できる
ことを特徴とする請求項４に記載の光パルス試験器。
【請求項６】
前記光パルス制御部から出力される前記光パルスを入力してその偏波状態を制御する偏波コントローラを追加し、
前記偏波コントローラで偏波状態が調整された光パルスを前記被測定光ファイバに入力させる
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光パルス試験器。
【請求項７】
前記偏波コントローラで前記偏波状態が調整された光パルスを入力して所定の直線偏光のみを通過させる偏光子を追加し、
前記偏光子で直線変更された光パルスを前記被測定光ファイバに入力させる
ことを特徴とする請求項６に記載の光パルス試験器。
【請求項８】
発振スペクトルのエンベローブの半値全幅が1nm以下で、かつ間隔が1GHz以下の複数本の縦モードを有するレーザ光をもとに所定の光パルスを生成し、
前記光パルスを被測定光ファイバに入力して後方散乱光を発生させ、前記後方散乱光を入力して前記被測定光ファイバの長手方向の特性を測定する
ことを特徴とする光ファイバ長手方向特性試験方法。
【請求項９】
前記被測定光ファイバからの後方散乱光の測定中に、前記レーザ光の中心波長を変化させる
ことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ長手方向特性試験方法。
【請求項１０】
前記光パルスを所定の直線偏光に変換し、前記直線偏光を前記被測定光ファイバに入力して後方散乱光を発生させ、
前記後方散乱光を入力して偏波状態を測定する
ことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ長手方向特性試験方法。
【請求項１１】
所定の基準光ファイバと前記被測定光ファイバのそれぞれの一端を接続し、
前記基準光ファイバの開放端からと前記被測定光ファイバの開放端からの２方向から前記光パルスを入力し、
前記基準光ファイバ及び前記被測定光ファイバで発生した前記後方散乱光の強度分布波形を前記２方向から測定して両者の平均値を算出し、
前記光パルスの波長を所定の波長範囲内で２回以上の所定回数変更して用いることにより前記平均値を複数回算出し、
前記基準光ファイバのＭＦＤ値を基準として、前記所定回数の平均値から被測定光ファイバの長手方向のＭＦＤ分布及び波長分散分布を算出する
ことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ長手方向特性試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に光ファイバの長手方向の特性を評価する光パルス試験器及び該光パルス試験器を用いた試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの長手方向の特性として、損失、波長分散及び偏波モード分散（ＰＭＤ: Polarization Mode Dispersion）があるが、これらの特性は製造上の何らかの原因で変動が生じてしまう。光ファイバの長手方向特性試験では、これらの特性の測定が行われる。
【０００３】
光ファイバの長手方向の損失変動を測定するのに、通常は、光パルス試験器（ＯＴＤＲ : Optical Time Domain Reflectmeter）が用いられる。この測定器は、被測定光ファイバに光パルスを入射し、ファイバ中のレーリ散乱による後方散乱光強度の時間的変化を測定し、該被測定光ファイバの距離に対する後方散乱光強度の変化から長手方向の損失変化を求めるものである。
【０００４】
一般的な光パルス試験器の光源は、中心波長が1.55μmまたは1.31μmであり、光スペクトル幅が数nmから10nm弱に広がったファブリペローＬＤを使用している。このファブリペローＬＤには、複数の発振縦モードを有することにより、レーリ散乱する際のコヒーレントノイズを低減させる効果がある。
【０００５】
近年の光ファイバ通信の高速化に伴い、光ファイバの損失だけでなく、波長分散及びＰＭＤの長手方向の変動も、光ファイバ中を伝搬する光パルスの品質に影響を与えることが明らかとなっている。そこで、敷設伝送路及び光ファイバ製造過程での光ファイバの検査として、長手方向における波長分散分布及びＰＭＤ分布の測定も行われるようになり、それぞれいくつかの測定方法が提案されている。
【０００６】
波長分散分布の測定方法としては、光ファイバ中の非線形効果（四光波混合）を利用した非線形ＯＴＤＲ法（非特許文献１及び特許文献１）や、被測定光ファイバの両端から測定したＯＴＤＲ波形の平均から算出する双方向ＯＴＤＲ法（非特許文献２）などがある。双方向ＯＴＤＲは、市販の光パルス試験器を用いることができ、非線形ＯＴＤＲ法に比べ容易に行うことができる。
【０００７】
以下では、双方向ＯＴＤＲ法の原理について説明する。
ＯＴＤＲで測定される後方散乱光波形は、損失に依存した成分と、長手方向にコア径や比屈折率差などが変化する構造変化に依存した成分との和として与えられる。そこで、被測定光ファイバの両端からＯＴＤＲで前記後方散乱光波形を測定し、両者の相加平均を算出する。これにより、損失に依存した成分は相殺され、構造変化に依存した成分のみの変化を求めることができる。
【０００８】
光ファイバの一端からの距離zの地点で発生される後方散乱光の強度をS(z)[dB]とすると、光ファイバの構造変化成分I(λ、z)は次式で表される。
2007085754.tif 000003
λ：測定波長
L：被測定光ファイバの長さ
Sf(λ、z)：前記一端（距離z=0）から光を入射して測定した後方散乱光強度
Sb(λ、L-z)：他端（距離z=L）から光を入射して測定した後方散乱光強度
αs(z)：距離zにおける局所的散乱係数
2W(λ、z)：波長λ、距離zにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）
A：距離zに依存しない定数
【０００９】
任意の距離z0における値
2007085754.tif 000004
を基準値として（1）式を規格化すると、下記の（2）式が得られる。
2007085754.tif 000005
（2）式より、長手方向のＭＦＤの分布は次式で表される。
2007085754.tif 000006
【００１０】
上記のとおり、長手方向のＭＦＤ分布は、波長λで任意の距離z0におけるＭＦＤが決定されれば、（３）式から計算することができる。そこで通常は、事前に別の方法で測定されＭＦＤの値がわかっている条長z0の基準光ファイバを用い、これを被測定光ファイバに接続して上記の通りＯＴＤＲによる測定を行う。測定結果から、基準光ファイバのＭＦＤを
2007085754.tif 000007
として（３）式を計算する方法が行われている。
【００１１】
次に、光ファイバの波長分散は、材料分散と導波路（構造）分散の和として表される。材料分散は光ファイバの比屈折率差を用い、セルマイヤの関係式から求めることができる。ここで、材料分散は長手方向では一様と考える。また、導波路（構造）分散σｗは、ＭＦＤの波長微分の関係式を用いて次式のように表される。    
2007085754.tif 000008
c：光速度
n：コア屈折率
【００１２】
（3）式を用いて任意の２波長におけるＭＦＤ分布を測定し、（4）式の関係を用いることにより、長手方向の導波路（構造）分散σｗの分布を求めることができる。以上から、材料分散の値と（４）式で求めた導波路（構造）分散の値とを加算することで、波長分散分布が得られる。
【００１３】
さらに、偏波モード分散（ＰＭＤ）分布の測定方法として、従来のＯＴＤＲと偏光子とを組み合わせた装置を用いる方法が、より簡易な方法として提案されている（非特許文献３）。非特許文献３の方法について、その測定原理を以下に示す。
【００１４】
非特許文献３の測定原理では、被測定光ファイバにおいて偏波間モード結合がない状態を考える。光ファイバの損失を無視した場合、直交する固有直線偏波モードの距離zにおける電場Ei(t)（i=xまたはy）は、各モードの伝搬定数をβiとして、次式で表される。
2007085754.tif 000009
F(ω)：光源のフーリエスペクトル
【００１５】
偏光子を通過する光強度I(z)は、直交する両偏波モードの干渉となり、偏光子の複屈折軸のなす角度が45°の場合には、次式で表すことができる。
2007085754.tif 000010
｜γ(Dω0z)｜：コヒーレンス度
D：単位長さ当たりの群遅延時間差（Differential mode delay;ＤＧＤ）
ω：光源の中心周波数
コヒーレンス度γは、光源スペクトルが理想的な単一周波数成分のときに1となる。
【００１６】
ここで、条長Lの光ファイバにおける後方散乱光を考えると、距離zでの後方散乱光強度R(z)は次のようになる。
2007085754.tif 000011
（7）式より後方散乱光波形の強度変化の周期を読み取ることにより、長手方向各地点でのＤＧＤを求めることができる。
【００１７】
【特許文献１】特開平８−２１７８３号
【非特許文献１】L.F.Mollenauer、P.V.Mamyshev and M.J.Neubelt “Method for facile and accurate measurement of optical fiber dispersion maps” Optics Letters 1996、 21、pp.1724-1726
【非特許文献２】K.Nakajima、M.Ohashi and M.Tateda、“Chromatic dispersion distribution measurement along a single-mode optical fiber” J. Lightwave Technology、vol.15、 pp.1095-1101、 July 1997.
【非特許文献３】谷川庄二，後藤龍一郎，松尾昌一郎，姫野邦彦、“偏波OTDRを用いたファイバ長手方向PMDの評価法”、2003年電子情報通信学会秋期大会B-825、信学技報  OFT2003-17 P.41
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記従来のＯＴＤＲを用いた光ファイバの測定方法では、以下のような問題があった。
上記で説明した測定原理では、単一波長の後方散乱光の測定を前提としている。しかし、従来のＯＴＤＲは、コヒーレントノイズを抑制するために、通常、光源として光スペクトル幅の広いファブリペローＬＤを使用している。
【００１９】
そのため、ファブリペローＬＤを光源として双方向ＯＴＤＲ法で波長分散分布を測定すると、コヒーレントノイズは抑えられているものの、測定波長を明確に設定することができず、得られる結果も使用波長帯で平均した値しか得られない。同様に、偏波モード分散分布を測定する場合でも、明確な測定波長を設定することができず、得られる測定値も偏波モード分散の波長依存性を含んでしまい、光源波長で平均化された値となってしまう。
【００２０】
測定波長をより精度良く設定するため、例えば単一縦モード発振しているＤＦＢ−ＬＤを光源として用いると、今度はコヒーレンス性が良いためにコヒーレントノイズが増大し、正確な値を得ることができなくなってしまう。特にＰＭＤは、波長に依存してランダムに変化することから、単一波長でかつコヒーレントノイズを抑制して測定することが強く望まれる。そのため、ＤＦＢ−ＬＤ等の単一モード発振レーザを温度制御し、発振波長を時間的に微小変化させるなどの方法が用いられている。しかし、このような温度制御は、構成が複雑になるという問題がある。
【００２１】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、      光ファイバの長手方向の特性を精密な波長により測定可能な光パルス試験器、及び該光パルス試験器を用いた試験方法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】
【００２２】
この発明の車両用給電システムの第１の態様は、光源である光ファイバレーザと、前記光ファイバレーザからの出力光をパルス化する光パルス制御部と、前記光パルス制御部から出力される光パルスを被測定光ファイバに入力して発生させた後方散乱光を測定する測定部とを備え、前記光ファイバレーザが、レーザ増幅媒体としての希土類金属元素添加光ファイバと、発振スペクトルのエンベローブの半値全幅を1nm以下とするための波長選択素子とを有してレーザ発振縦モード間隔が1GHz以下の共振器を形成し、該共振器により複数本のレーザ縦モードを発振させて前記出力光を生成することを特徴とする光パルス試験器である。
【００２３】
第２の態様は、前記波長選択素子が、透過中心波長の変更が可能な波長可変フィルタであることを特徴とする光パルス試験器である。
【００２４】
第３の態様は、前記光ファイバレーザが、前記共振器1周回での波長分散の絶対値が発振光スペクトルの中心波長において1ps/nm以上であることを特徴とする光パルス試験器である。
【００２５】
第４の態様は、前記光ファイバレーザが、前記波長選択素子の波長選択特性を変更することで、前記出力光の発振中心波長を変更できることを特徴とする光パルス試験器である。
【００２６】
第５の態様は、前記波長選択素子が、前記被測定光ファイバからの後方散乱光の測定中に、前記波長測定特性を変更できることを特徴とする光パルス試験器である。
【００２７】
第６の態様は、前記光パルス制御部から出力される前記光パルスを入力してその偏波状態を制御する偏波コントローラを追加し、前記偏波コントローラで偏波状態が調整された光パルスを前記被測定光ファイバに入力させることを特徴とする光パルス試験器である。
【００２８】
第７の態様は、前記偏波コントローラで前記偏波状態が調整された光パルスを入力して所定の直線偏光のみを通過させる偏光子を追加し、前記偏光子で直線変更された光パルスを前記被測定光ファイバに入力させることを特徴とする光パルス試験器である。
【００２９】
第８の態様は、発振スペクトルのエンベローブの半値全幅が1nm以下で、かつ間隔が1GHz以下の複数本の縦モードを有するレーザ光をもとに所定の光パルスを生成し、前記光パルスを被測定光ファイバに入力して後方散乱光を発生させ、前記後方散乱光を入力して前記被測定光ファイバの長手方向の特性を測定することを特徴とする光ファイバ長手方向特性試験方法である。
【００３０】
第９の態様は、前記被測定光ファイバからの後方散乱光の測定中に、前記レーザ光の中心波長を変化させることを特徴とする光ファイバ長手方向特性試験方法である。
【００３１】
第１０の態様は、前記光パルスを所定の直線偏光に変換し、前記直線偏光を前記被測定光ファイバに入力して後方散乱光を発生させ、前記後方散乱光を入力して偏波状態を測定することを特徴とする光ファイバ長手方向特性試験方法である。
【００３２】
第１１の態様は、所定の基準光ファイバと前記被測定光ファイバのそれぞれの一端を接続し、前記基準光ファイバの開放端からと前記被測定光ファイバの開放端からの２方向から前記光パルスを入力し、前記基準光ファイバ及び前記被測定光ファイバで発生した前記後方散乱光の強度分布波形を前記２方向から測定して両者の平均値を算出し、前記光パルスの波長を所定の波長範囲内で２回以上の所定回数変更して用いることにより前記平均値を複数回算出し、前記基準光ファイバのＭＦＤ値を基準として、前記所定回数の平均値から被測定光ファイバの長手方向のＭＦＤ分布及び波長分散分布を算出することを特徴とする光ファイバ長手方向特性試験方法である。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明による光パルス試験器を用いることにより、精密な波長における損失、偏波モード分散、ＭＦＤ及び波長分散の長手方向の分布特性を低ノイズで測定することができ、光ファイバ伝送路の伝送設計ならびに光ファイバ製造時の品質安定化に貢献することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における光パルス試験器の構成、及び該光パルス試験器を用いた試験方法について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００３５】
光ファイバの長手方向の特性を測定するのに用いられる本発明の光パルス試験器は、光源として、波長可変なマルチ縦モード発振光ファイバレーザを用いることを特徴としている。該光ファイバレーザの共振器としてリング型共振器を用いた場合、レーザ発振するモードの共振周波数f(Hz)は、共振器長をL(m)としたとき次式の条件を満たす。
【００３６】
2007085754.tif 000012
q：整数
L：共振器長（m）
c：光速度
n：コア屈折率
このとき、隣り合う発振モード間の周波数差Δfは
2007085754.tif 000013
となる。
【００３７】
前記光ファイバレーザを構成する希土類金属元素のレーザ増幅媒体として、例えば代表的なエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）を用いた場合、共振器長Lはメートルオーダーの距離となる。例えば、L=1（ｍ）のリング型共振器の場合には、n=1.47、λ＝1.55μmとすると、（９）式よりΔfは2.04×108（Hz）となる。
【００３８】
ＥＤＦの利得波長帯域は1530nm付近から1560nm付近までの広い帯域を持っている。そのため、レーザ増幅媒体であるＥＤＦの利得波長帯域内において、周波数差Δfの多数のモードがレーザ発振可能となる。これら多数のモードが同時に発振されている状態が、マルチ縦モードレーザ発振状態である。
【００３９】
さらに、前記光ファイバレーザの共振器内に波長選択素子を挿入することにより、発振波長を制御することが可能となる。例えば、波長選択素子として中心波長1550nm、透過半値全幅1nmのバンドパスフィルタを共振器内に挿入した場合、レーザ発振される利得波長帯域が該バンドパスフィルタの透過波長帯域内に制限されるため、1549.5nm〜1550.5nm付近の波長のみでレーザ発振が行われる。
【００４０】
上記において共振器長L=1（m）とした場合、発振スペクトルのエンベローブを測定すると、中心波長1550nm、半値全幅約1nmのスペクトルが得られ、このスペクトル内にはΔf=2.04×108（Hz）間隔で多数の縦モードが存在する。すなわち、スペクトル幅1nm内には約612本の縦モードが存在している。
【００４１】
これに対し従来のＯＴＤＲでは、光源としてファブリペロー型半導体レーザが用いられている。ファブリペロー型半導体レーザは、共振器長が300μm、屈折率が3.5（InGaAsP）程度であり、発振するモードの周波数間隔Δfは100GHz程度となる。また、用いられているレーザ媒体の利得広がりから、発振スペクトルのエンベローブは、通常、数nm程度の広がりを持っている。
【００４２】
上記の通り、本発明の光パルス試験器の光源である前記光ファイバレーザからの出力光は、従来のＯＴＤＲの光源と比べて、発振光スペクトルのエンベロープが一定波長内に制限されているにもかかわらず、その中に多数の発振モードを有している。
【００４３】
このように、多数の発振モードが存在する光を光パルス試験器の光源に用いると、コヒーレントノイズが低減されるという効果がある。しかも、発振スペクトル全体の広がりが、前記波長選択素子の透過波長帯域以下に抑えられていることから、測定波長の設定精度を向上させることができ、かつノイズが抑えられた後方散乱光波形を測定することが可能となる。
【００４４】
また、前記波長選択素子として、中心波長を変更できる波長可変フィルタを使用することにより、レーザ媒体の利得帯域内の各波長における特性を測定することができる。
【００４５】
上記の本発明の光パルス試験器に使用されるマルチ縦モード発振光ファイバレーザは、発振中心波長における波長分散値の絶対値が、共振器1周回あたり1ps/nm以上となるように設定されている場合には、安定的なマルチモード発振を実現することができる。
【００４６】
さらに、共振器内に挿入される前記波長選択素子（波長可変フィルタ）の透過中心波長の設定を、後方散乱光測定時に変化させることにより、コヒーレントノイズをさらに低減することが可能となる。
【００４７】
本発明の第一の実施形態に係る光パルス試験器の構成を図１に示す。本実施形態の光パルス試験器１は、光ファイバレーザ２、アイソレータ３、光パルス制御部４、サーキュレータ５、電気パルス発生器６、電気信号増幅器７、フォトディテクタ８、電気信号増幅器９、及びオシロスコープ１０を有して構成されている。
【００４８】
本実施形態の光パルス試験器１では、光源として光ファイバレーザ２が用いられており、これは上記説明のマルチ縦モード発振の光ファイバレーザである。この光ファイバレーザ２の共振器構成として、例えば図２に示すリング型のものと、図３に示す反射型のものが考えられる。
【００４９】
図２に示すリング型共振器構成の光ファイバレーザ２１は、励起光源２２、ＷＤＭカプラ２３、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）２４、アイソレータ２５、波長選択素子２６、及びカプラ２７から構成されている。励起光源２２は、波長が980nmまたは1480nmの励起光を出力する。図２において、ＷＤＭカプラ２３、ＥＤＦ２４、アイソレータ２５、波長選択素子２６、及びカプラ２７で構成されるリングが共振器を形成している。
【００５０】
また、図３に示す反射型共振器構成の光ファイバレーザ３１は、励起光源２２、ＥＤＦ２４、波長選択素子２６、及びカプラ２７を備えており、さらにＥＤＦ２４の両端に反射ミラー（ハーフミラー）又はファイバグレーティング３２を備えている。光ファイバレーザ３１では、２つの反射ミラー（ハーフミラー）又はファイバグレーティング３２の間で共振器を形成している。
【００５１】
光パルス試験器１の光源である光ファイバレーザ２は、図２に示した光ファイバレーザ２１、あるいは図３に示した光ファイバレーザ３１が適用される。光ファイバレーザ２のレーザ増幅媒体として、例えばエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）を用いることができる。また、波長選択素子２６として、透過波長帯域幅（ＦＷＭＨ）が1nmで波長可変領域が1520nmから1570nmである光フィルタを用いることができる。
【００５２】
光ファイバレーザ２として例えば光ファイバレーザ２１を用いた場合、共振器部分のファイバの全長（共振器長）は283mとなる。光ファイバレーザ２１の発振縦モード間隔は、（９）式に示す通り、共振器長に反比例する関係にある。（９）式において共振器長L=283(m)としたとき、発振縦モード間隔Δfは約720(kHz)となる。
【００５３】
上記構成の光ファイバレーザ２１において、波長選択素子２６の中心波長を1555nmに設定したときのレーザ発振光スペクトルを、光スペクトラムアナライザで測定した結果を図４に示す。該レーザ発振光スペクトルの半値全幅は、図４より0.18nmであることがわかる。このレーザ発振光スペクトルは、多数の縦モードレーザ発振状態のエンベロープである。
【００５４】
前記レーザ発振光スペクトルは、波長分解能が0.01nm程度の前記光スペクトラムアナライザでは、１本毎の縦モードを測定することができない。そこで、これを遅延自己ヘテロダイン干渉計を用いて測定した。測定されたスペクトル波形を図５に示す。同図より、周波数間隔720kHzで複数のモードが存在していることがわかる。
【００５５】
前記マルチ縦モードレーザの発振を安定化させるため、前記共振器内の波長分散値の絶対値を、共振器1周回あたり1ps/nm以上とすることも可能である。すなわち、前記共振器内に波長分散特性の異なる光ファイバ、例えばＳＭＦ（1.3μm帯シングルモード光ファイバ、分散値D=17ps/nm/km@1550nm）やＤＣＦ（分散補償ファイバ、分散値D=-120ps/nm/km@1550nm）を適切な長さで挿入することにより、共振器一周回あたりの波長分散値を制御することが可能である。
【００５６】
本発明の第ニの実施形態に係る光パルス試験器の構成を図６に示す。本実施形態では、従来の光パルス試験器であるＯＴＤＲを使用して光パルス試験器を構成している。本実施形態の光パルス試験器４１は、光ファイバレーザ２、アイソレータ３、光パルス制御部４、サーキュレータ５、フォトディテクタ８、電気信号増幅器７、及び別のサーキュレータ４２に加えて、ＯＴＤＲ４３を備えている。本実施形態の光パルス試験器４１においても、光ファイバレーザ２として、第一の実施形態で用いられているものを適用することができる。
【００５７】
前記光ファイバレーザの共振器構成は、図２と図３に示すものに限られず、例えば複数の励起光源を用いた構成や、構成光部品の配置が図２、図３とは異なった構成も可能である。
【００５８】
次に、図１に示した本発明の第一の実施形態に係る光パルス試験器１を用いて、光ファイバの長手方向の波長分散特性を測定する測定方法について以下に説明する。
【００５９】
測定対象の光ファイバである被測定光ファイバ１１は、本実施形態の光パルス試験器１が光パルスを出射するサーキュレータ５のポート５ｂに接続される。光パルス試験器１から被測定光ファイバ１１に光パルスを出射するため、まず、光ファイバレーザ２では、励起光源２２から励起光が出力されてマルチ縦モード発振され、カプラ２７から所定の出力光が送出される。
【００６０】
カプラ２７から光ファイバレーザ２の外部に送出された前記出力光は、アイソレータ３を経由して、光パルス制御部４に到達する。一方、電気パルス発生器６で発生された電気パルスが電気信号増幅器７で増幅された後、光パルス制御部４に入力される。
【００６１】
光パルス制御部４は、前記電気パルスのパルス形状及び繰り返し周期に基づいて光パルスを整形する。なお、電気パルス発生器６から出力される前記電気パルスのパルス幅及び繰り返し周期は、測定対象である被測定光ファイバ１１の条長及び必要とする距離分解能に応じて適宜調整・設定される。光パルス制御部６の具体的な構成としては、例えばＡＯ変調器（音響光学変調器）あるいはＬＮ変調器と電気パルスを増幅する電気増幅器とを組み合わせて構成される。
【００６２】
光パルス制御部４から出力された前記光パルスは、サーキュレータ５のポート５ａに入力され、ポート1５ｂから外部に出射される。すなわち、ポート５ｂから前記光パルスが被測定光ファイバ１１に入射される。
【００６３】
前記光パルスが被測定光ファイバ１１の中を伝搬していくと、被測定光ファイバ１１の長手方向の各地点で、レーリ散乱による後方散乱現象が生じる。後方散乱された光（後方散乱光）は、前記の入射光パルスとは逆方向に進行して再びサーキュレータ５のポート５ｂに戻る。
【００６４】
被測定光ファイバ１１を逆走してサーキュレータ５に到達した前記後方散乱光は、ポート５ｂに入力した後ポート５ｃから出力され、フォトディテクタ８に送信されて電気信号に変換される。変換された前記電気信号は、電気信号増幅器９により増幅されてオシロスコープ１０に入力される。
【００６５】
オシロスコープ１０は、電気パルス発生器６から所定の電気信号をトリガ信号として入力し、該トリガ信号に従って前記後方散乱光の時間変動波形を表示する。条長１２ｋｍの被測定光ファイバ１１に対し、本実施形態の光パルス試験器１を用いて、前記後方散乱光の時間変動波形を測定した結果を図７の５１に示す。同図には、比較として、光源に従来のＤＦＢ−ＬＤを用いて測定した結果を５２として併せて表示している。
【００６６】
測定結果５１と５２の両波形を比較すると、光源に本発明の光ファイバレーザ２を用いた測定結果５１の方が、従来の光源を用いた測定結果５２よりも、コヒーレントノイズが低減されて光ファイバの損失変化が明確に測定されていることがわかる。図７は、本発明の第一の実施形態を用いて測定した結果を示したが、図６に示した本発明の第二の実施形態の光パルス試験器４１を用いても、図７と同様の測定結果が得られる。
【００６７】
また、上記で説明した被測定光ファイバ１１を対象とする前記後方散乱光の時間変動波形の測定方法において、光源である光ファイバレーザ２内に設置された波長選択素子２６の透過中心波長を変動させることによって、コヒーレントノイズを低減させることも可能である。これは、例えば当初設定された透過中心波長に対し、±１ｎｍの周期的な変化を与えることによって実現することができる。
【００６８】
次に、被測定光ファイバ１１の長手方向の偏波モード分散分布に関する測定方法について以下に説明する。
図８に、本発明の第三の実施形態である光パルス試験器６１の構成を示す。本実施形態の光パルス試験器６１は、図１に示す第一の実施形態の光パルス試験器１に、偏波コントローラ６２と偏光子６３が追加されている。
【００６９】
また、被測定光ファイバ１１の長手方向の偏波モード分散分布を測定するための別の実施形態を図９に示す。図９は、本発明の第四の実施形態である光パルス試験器６４の構成を示している。本実施形態の光パルス試験器６４では、図６に示した第二の実施形態の光パルス試験器４１と同様に、従来のＯＴＤＲを用いて構成している。本実施形態においても、図６に示す第二の実施形態の光パルス試験器４１に、偏波コントローラ６２と偏光子６３が追加されている。
【００７０】
以下では、一実施例として、図８に示す光パルス試験器６１を用いて被測定光ファイバ１１の長手方向偏波モード分散分布を測定する本発明の測定方法を説明する。
【００７１】
図８において、光ファイバレーザ２から出力された光は、アイソレータ３を透過して光パルス制御部４に送られ、ここでパルス化が行われる。光パルス制御部４で整形された光パルスは、偏波コントローラ６２で偏波状態を制御された後、サーキュレータ５を介して偏光子６３を透過する。偏波コントローラ６２は、偏光子６３の出力強度が最大になるよう調整されている。
【００７２】
偏光子６３を透過した前記光パルスは、被測定光ファイバ１１に入射され、被測定光ファイバ１１の内部で後方散乱光を発生させる。発生された前記後方散乱光は、偏光子６３及びサーキュレータ５を逆方向から入射し、サーキュレータ５のポート５Ｃからフォトディテクタ８に入射されて電気信号に変換される。
【００７３】
フォトディテクタ８で変換された前記電気信号は、電気信号増幅器９で増幅されてオシロスコープ１０に入力される。オシロスコープ１０は、電気パルス発生器６からの所定の電気信号をトリガとして、前記後方散乱光の時間変動波形を表示する。また、この時間変動波形を用いて、前述の測定原理に基づいて、被測定光ファイバ１１の長手方向の偏波モード分散（ＤＧＤ；Differential Group Delay）分布特性を求める。
【００７４】
図８に示した本発明の第三の実施形態の光パルス試験器を用いて、被測定光ファイバ１１の長手方向偏波モード分散分布を測定した一実施例を図１０に示す。同様の測定は、図９に示した本発明の第四の実施形態の光パルス試験器６４を用いても可能である。
【００７５】
次に、被測定光ファイバ１１の長手方向のＭＦＤ及び波長分散値分布を測定する本発明の別の実施形態の光パルス試験器を図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の第五の実施形態である光パルス試験器７１の構成を示す図である。本実施形態では、図１に示した本発明の第一の実施形態の光パルス試験器１に、偏波コントローラ６２と基準光ファイバ７２が追加されている。
【００７６】
また、被測定光ファイバ１１の長手方向のＭＦＤ及び波長分散値分布を測定する本発明の第六の実施形態の光パルス試験器７３を図１２に示す。本実施形態は、第二の実施形態及び第四の実施形態と同様に、従来の光パルス試験器であるＯＴＤＲを用いて構成されている。本実施形態では、図６に示した本発明の第二の実施形態の光パルス試験器４１に、偏波コントローラ６２と基準光ファイバ７２が追加されている。
【００７７】
図１１に示した光パルス試験器７１を用いて、被測定光ファイバ１１の長手方向のＭＦＤ及び波長分散値分布を測定する本発明の測定方法を以下に説明する。
光ファイバレーザ２から出力される光の波長は、光ファイバレーザ２内に備えられた波長選択素子２６で所定の値に設定されている。光ファイバレーザ２からの光出力は、アイソレータ３を透過して光パルス制御部４に送られ、ここで光パルスに整形される。
【００７８】
光パルス制御部４から出力された光パルスは、偏波コントローラ６２、サーキュレータ５を透過して基準光ファイバ７２に入射される。基準光ファイバ７２は、被測定光ファイバ１１と接続されており、基準光ファイバ７２に入射された前記光パルスは、基準光ファイバ７２と被測定光ファイバ１１とを透過する。
【００７９】
上記において、偏波コントローラ６２は、基準光ファイバ７２及び被測定光ファイバ１１に入射される前記光パルスの偏波状態が時間的にランダムになるよう、前記光パルスの偏波状態を常時変化させている。
【００８０】
基準光ファイバ７２及び被測定光ファイバ１１の中で後方散乱された光は、サーキュレータ５を通り、フォトディテクタ８に入射されて電気信号に変換される。該電気信号は、電気信号増幅器９で増幅されてオシロスコープ１０に入力される。オシロスコープ１０は、パルス発生器６からの所定の電気信号をトリガとして、前記後方散乱光の時間変動波形を表示する。
【００８１】
なお、後方散乱光の測定にあたっては、波長選択素子２６の透過中心波長を変化させることにより、さらなるコヒーレントノイズの低減が可能となる。例えば、中心波長から±0.5nmの周期的な波長変化を与えるのがよい。
【００８２】
上記の基準光ファイバ７２及び被測定光ファイバ１１からの後方散乱光の測定に続いて、次に、接続された基準光ファイバ７２と被測定光ファイバ１１の逆方向から同様の測定を行う。そして、両方向からの測定で得られた２つの波形の相加平均を算出する。
【００８３】
上記で説明したような、接続された基準光ファイバ７２と被測定光ファイバ１１の両方向からの測定を、光ファイバレーザ２の出力光の波長を変えて複数回実施する。光ファイバレーザ２の出力光の波長の調整は、光ファイバレーザ２に備えられた波長選択素子２６を調整して行われる。前記両方向からの測定結果から算出された各波長における長手方向変動の相加平均から、前述の測定原理に基づいてＭＦＤ及び波長分散の長手方向分布を求めることができる。
【００８４】
図１３と図１４に、上記の測定方法を用いて求めたＭＦＤと波長分散値のそれぞれの長手方向分布の一実施例を示す。上記の測定方法は、図１２に示した本発明の第六の実施形態の光パルス試験器７３でも適用でき、図１３、１４と同様な測定結果が得られる。
【００８５】
上記説明のとおり、偏光子６３を用いた偏波モード分布測定、及び双方向ＯＴＤＲ法による波長分散分布測定においても、より正確な波長で理論に近い測定条件で測定を行うことができ、波長分散分布及び偏波モード分布の波長依存性を精度良く測定することができる。
【００８６】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る光パルス試験器の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における光パルス試験器の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】図１は、ファイバレーザを光源とした本発明の第一の実施形態の光パルス試験器１の構成図である。
【図２】図２は、本発明の光パルス試験器に用いる光ファイバレーザ２のリング型共振器の構成図である。
【図３】図３は、本発明の光パルス試験器に用いる光ファイバレーザ２の反射型共振器の構成図である。
【図４】図４は、光スペクトラムアナライザで測定した光ファイバレーザ２の出力光スペクトルの一実施例である。
【図５】図５は、遅延自己ヘテロダイン干渉計で測定した光ファイバレーザ２の出力スペクトルの一実施例である。
【図６】図６は、従来のＯＴＤＲを用いた本発明の第二の実施形態の光パルス試験器４１の構成図である。
【図７】図７は、条長12kmの光ファイバを測定したときの後方散乱光変動波形の一実施例である。
【図８】図８は、波長可変光ファイバレーザを用いたＰＭＤ分布測定用の本発明の第三の実施形態の光パルス試験器６１の構成図である。
【図９】図９は、波長可変可変光ファイバレーザと従来のＯＴＤＲを用いたＰＭＤ分布測定用の本発明の第四の実施形態の光パルス試験器６４の構成図である。
【図１０】図１０は、ＤＧＤ分布の測定結果の一実施例を示すグラフである。
【図１１】図１１は、波長可変光ファイバレーザを用いた双方向ＯＴＤＲ測定用の本発明の第五の実施形態の光パルス試験器７１の構成図である。
【図１２】図１２は、波長可変光ファイバレーザと従来のＯＴＤＲを用いた双方向ＯＴＤＲ測定用の本発明の第六の実施形態の光パルス試験器７３の構成図である。
【図１３】図１３は、本発明の第五の実施形態の光パルス試験器７１を用いて測定した光ファイバの長手方向ＭＦＤ径分布特性の一実施例である。
【図１４】図１４は、本発明の第五の実施形態の光パルス試験器７１を用いて測定した光ファイバの長手方向波長分散分布特性の一実施例である。
【符号の説明】
【００８８】
１、４１、６１、６４、７１、７３・・・光パルス試験器
２、２１、３１・・・光ファイバレーザ
３、２５・・・アイソレータ
４・・・光パルス制御部
５、４２・・・サーキュレータ
６・・・電気パルス発生器
７、９・・・電気信号増幅器
８・・・フォトディテクタ
１０・・・オシロスコープ
１１・・・被測定光ファイバ
２２・・・励起光源
２３・・・ＷＤＭカプラ
２４・・・エルビウム添加光ファイバ
２６・・・波長選択素子
２７・・・カプラ
３２・・・ハーフミラー又はファイバグレーティング
４３・・・ＯＴＤＲ
５１、５２・・・後方散乱光の時間変動波形
６２・・・偏波コントローラ
６３・・・偏光子
７２・・・基準光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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