(57)【要約】マルチモード光ファイバのＤＭＤ測定精度を向上させ、マルチモード光ファイバの特性を正確に測定し、評価するための精密な測定方法を提供する。マルチモード光ファイバのＤＭＤ測定において、測定時間内の温度変化をモニターし、温度変化量を制御した環境下でＤＭＤ測定を行うことを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモード光ファイバのＤＭＤ測定において、測定時間内の温度変化をモニターし、温度変化量を制御した環境下でＤＭＤ測定を行うことを特徴とするマルチモード光ファイバの測定方法。
【請求項２】
測定時間と被測定ファイバの測定時の温度変化率との積が０．４℃以下であることを特徴とする請求項１記載のマルチモード光ファイバの測定方法。
【請求項３】
測定時間と被測定ファイバの測定時の温度変化率との積が０．３℃以下であることを特徴とする請求項１記載のマルチモード光ファイバの測定方法。
【請求項４】
周囲環境の温度変化率を±１．０℃／時間以下に制御した環境下で行うことを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバの測定方法。
【請求項５】
測定時間を１０分以内とすることを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバの測定方法。
【請求項６】
測定時間を３分以内とすることを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバの測定方法。
【請求項７】
周囲環境の温度変化率を±１．０℃以下に制御した環境下で、且つ測定時間を１０分以内とすることを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバの測定方法。
【請求項８】
ＤＭＤ測定を行う前に、被測定ファイバを測定環境下に置いて、該光ファイバの温度が測定環境の温度と実質的に等しくなった後、ＤＭＤ測定を行うことを特徴とする請求項１に記載のマルチモード光ファイバの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、マルチモード光ファイバの特性を正確に測定する方法に関する。広帯域マルチモード光ファイバの評価方法としてＤＭＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｍｏｄｅ  ｄｅｌａｙ）測定があり、本発明を用いてＤＭＤを測定することにより、測定環境の変化による影響を低減し、正確な測定が可能となる。
本願は、２００４年１月２７日に出願された特願２００４−１８５１２号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】  近年、高帯域なＧＩ光ファイバを評価する方法として、ＤＭＤ測定法が規格化されている。この測定を行うことにより、ＩＥＣの規格で規定されているような１０Ｇｂｐｓで３００ｍ伝送可能な高帯域ＧＩ光ファイバを保証することができる。
そこで、ＤＭＤ測定を高い精度で行うことは、品質保証の面から非常に重要である。測定の規格には、測定精度に関して「測定の揺らぎは、測定するＤＭＤ値の５％以内でなければならない」と規定している。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ８０２．３ａｅ
【非特許文献２】ＩＥＣ／ＰＡＳ  ６０７９３−１−４９
【非特許文献３】ＴＩＡ−４５５−２２０
【非特許文献４】信越石英、石英ガラス技術ガイド−１  石英ガラスの化学的、物理的特性、ｐ．７．（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｑｐ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｅｉｈｉｎ／ｃａｔａｌｏｇ／ｐｄｆ／ｇ１．ｐｄｆ）
【非特許文献５】信越石英、石英ガラス技術ガイド−２  石英ガラスの光学的特性、ｐ．７．（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｑｐ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｅｉｈｉｎ／ｃａｔａｌｏｇ／ｐｄｆ／ｇ２．ｐｄｆ）
【非特許文献６】ＩＥＣ  ６０７９３−２−１０
【特許文献１】特開２００３−１９５０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかしながら、前述した非特許文献１〜３、６には、ＤＭＤ測定を高い精度で行うための具体的な手段は記載されていない。本発明者らは、実際にＤＭＤ測定を行い、その測定精度に問題が生じないかを検討した。
その結果、ＤＭＤ測定中に光ファイバの温度が変化することにより、光ファイバの屈折率、条長が変化し、ＤＭＤ測定を正確に行うことができないという問題点を見出した。
これは、僅かな温度変化によっても引き起こされ、ＤＭＤの測定及び評価において非常に重要な問題である。【０００４】  本発明は前記事情に鑑みてなされ、光ファイバのＤＭＤ測定精度を向上させ、マルチモード光ファイバの特性を正確に測定し、評価するための精密な測定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  前記目的を達成するため、本発明は、マルチモード光ファイバのＤＭＤ測定において、測定時の温度変化をモニターし、その温度変化が小さくなる環境下で測定を行うことを特徴とするマルチモード光ファイバの測定方法を提供する。
本発明において、測定時間と被測定ファイバの測定時の温度変化率との積の絶対値が０．４℃以下であることが好ましい。また、測定時間と被測定ファイバの測定時の温度変化率との積の絶対値が０．３℃以下であることがより好ましい。
本発明において、測定時間と被測定ファイバの測定時の温度変化率との積の絶対値が小さくなるように、測定する周囲環境の温度変化を小さく制御してＤＭＤ測定を行うことが好ましい。
この場合、周囲環境の温度変化率を±１．０℃／時間以下に制御した環境下でＤＭＤ測定を行うことがより好ましい。
また本発明の方法において、測定時間と被測定ファイバの測定時の温度変化率との積の絶対値が０．４℃以下になるように、測定時間を短くしてＤＭＤ測定を行うこともできる。
この場合、測定時間を１０分以内とすることが好ましく、さらに測定時間を３分以内にすることがより好ましい。
また、本発明において、測定時間と被測定ファイバの測定時の温度変化率との積の絶対値が０．４℃以下になるように、測定する周囲環境の温度変化が小さくなるように制御された環境下で、且つ測定時間を短くしてＤＭＤ測定を行うこともできる。
さらに、本発明において、ＤＭＤ測定を行う前に、被測定ファイバを測定環境下に置いて、該光ファイバの温度が測定環境の温度と実質的に等しくなった後、ＤＭＤ測定を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】  本発明によれば、マルチモード光ファイバのＤＭＤ測定において、測定時間、測定ファイバの温度変化率の積の絶対値を小さく保ちながら測定することによって、精度の高いＤＭＤ測定をすることができる。
また、測定温度変化が小さくなるように周囲環境の温度を制御することによって、精度の高いＤＭＤ測定が可能になる。
また、測定時間を短くすることによって、測定ファイバの温度変化の影響を小さくすることが可能となり、精度の高いＤＭＤ測定が可能となる。
このように、高い測定精度でマルチモード光ファイバのＤＭＤ測定を実施することによって、製品の高い品質保証が可能になるとともに、生産歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】マルチモード光ファイバの温度変化量とパルス伝搬時間変化量比との関係を示すグラフである。
【図２】マルチモード光ファイバの測定時間１０分の場合の温度変化率とパルスの伝搬時間変化量比との関係を示すグラフである。
【図３】マルチモード光ファイバの測定時間１０分、５分、３分の場合のそれぞれの温度変化率とパルスの伝搬時間変化量比との関係を示すグラフである。
【図４】マルチモード光ファイバのＤＭＤ測定において、被測定光ファイバの励振位置を示す光ファイバの斜視図である。
【図５】マルチモード光ファイバのＤＭＤ測定において、ＤＭＤ測定波形を例示するグラフである。
【符号の説明】
【０００８】１…被測定光ファイバ（マルチモード光ファイバ）、２…コア領域、３…クラッド領域、４…励振位置。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  本発明のマルチモード光ファイバの測定方法は、マルチモード光ファイバのＤＭＤ測定において、測定時間と被測定ファイバの測定時の温度変化率との積の絶対値が０．４℃以下、好ましくは０．３℃以下になる条件下でＤＭＤ測定を行うことを特徴としている。【００１０】  温度変化によってＤＭＤ測定に影響が現れる原因は、測定する光ファイバが温度変化を受けることにより、光ファイバの屈折率、長さが変化することにある。すなわち、温度変化により光ファイバ中の伝搬時間が温度変化前後で異なることが原因である。パルスを用いて時間領域で測定するＤＭＤ測定は、このズレが直接測定に反映され、ＤＭＤ測定で測定されるモード分散による変化と見分けがつかなくなる。よって、温度変化によりＤＭＤ測定の結果は影響を受ける。【００１１】  そこで、まず計算により温度変化がＤＭＤ測定に与える影響について定量的に求めた。
その計算及び計算結果について次に説明する。
長さＬ、屈折率ｎの光ファイバの、温度がΔＴだけ変化した時の、長さＬ’、屈折率ｎ’は、線膨張係数αと屈折率温度係数βを用いて、それぞれ下式（１）、（２）により表される。【００１２】
【数１】
2005071381.tif 000002
【００１３】
【数２】
2005071381.tif 000003
【００１４】  また、温度変化前、温度変化後の光のファイバ伝搬時間ｔ（Ｌ，ｎ）、ｔ（Ｌ＋ΔＬ，ｎ＋Δｎ）は下記式（３），（４）のように表される。ここで、ｃは高速である。正確には光ファイバ中の伝搬速度は、モードごとに異なり、あるモードの群屈折率をｎｇとしたときにｃ／ｎｇとなるが、ここでは伝搬時間の差のみを扱うので、わずかな差は問題にならない。よってｎｇ≒ｎとして式（３），（４）を導き出した。【００１５】
【数３】
2005071381.tif 000004
【００１６】
【数４】
2005071381.tif 000005
【００１７】  よって、温度変化前後の光のファイバ伝搬時間の差Δｔは次式（５）のようになる。式（５）の２行目は１行目の右辺の最後の項を無視して近似し整理した式である。【００１８】
【数５】
2005071381.tif 000006
【００１９】  ここで、測定規格（非特許文献２）からの要請である「測定の揺らぎは、測定するＤＭＤ値の５％以内でなければならない」を満足するため次式（６）が導出される。ここで、ＤＭＤｍｉｎ（（ｐｓ／ｍ））は測定を想定する最小ＤＭＤ値である。【００２０】
【数６】
2005071381.tif 000007
【００２１】  よって式（６）の条件から、最大の温度変化量ΔＴｍａｘを求めることができる。ここで、ΔＴｍａｘは、式（６）を満たす最大の変化量の絶対値である。【００２２】  以上のことから「測定時間ｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」と「測定中の光ファイバの温度変化率ｋｆｉｂｅｒ」は、次式（７）を満たさなければならない。【００２３】
【数７】
2005071381.tif 000008
【００２４】  具体的なΔＴｍａｘは、測定するＤＭＤｍｉｎと式（１）〜（５）のα、β，ｎによって決まる値である。【００２５】  被測定光ファイバとして石英系の光ファイバを想定し、以下具体的な値を求めてみる。線膨張係数αと屈折率温度係数β、屈折率ｎとして、それぞれ合成石英の値α＝０．５１×１０−６（Ｋ−１）、β＝９．８×１０−６（Ｋ−１）、ｎ＝１．４５２５０（波長８５０ｎｍにて）（非特許文献４，５参照）を代入した。温度変化を０〜１．０℃まで振って計算した。図１に式（６）式の左辺の計算結果を示した。ここでは、ＤＭＤｍｉｎは０．３０ｐｓ／ｍ、０．２０ｐｓ／ｍと２つの場合について計算した。このＤＭＤｍｉｎの値は、ＤＭＤ測定で要求される測定精度から必要と思われる値を採用した（後述するＤＭＤ測定についての補足説明参照。）。計算結果から、測定ズレをＤＭＤｍｉｎの５％以下に抑えるためには、その値を０．３０ｐｓ／ｍ、０．２０ｐｓ／ｍとしたとき、許容温度変化をそれぞれ、±０．４℃、±０．３℃に抑えなければならないことが分かる。
以下、この結果をもとに、解決手段について述べる。【００２６】  本発明の第１の手段は、周囲環境の温度が制御された場所でＤＭＤ測定を行うことにより、ＤＭＤ測定の測定誤差を低減することである。
この第１の手段の有効性を示す実施例として、次に示す測定を行った。被測定光ファイバの中心にシングルモード光ファイバを用いて波長８５０ｎｍのパルス光を入射し、出射パルスの時間波形を１０分間、２分間隔で測定し、最初に測定したパルス中心とのズレを測定した。この実験は、ＤＭＤ測定そのものではなく、式（５）のΔｔを測定ファイバにパルス光を伝搬させることによって求めるものである。測定には、ＩＥＣ  ６０７９３−２−１０（非特許文献６参照）のＡｌａ．２に準拠した石英系の５０／１２５ＧＩ光ファイバ３０００ｍを用いて、温度の変化率が＋１．０℃／時間（以下ｈと略記する場合がある）、＋２．０℃／ｈ、＋３．０℃／ｈ、＋４．０℃／ｈ、＋５．０℃／ｈ程度となるように測定周囲温度を制御して測定を行った。測定結果を表１に示す。【００２７】
【表１】
2005071381.tif 000009
【００２８】  また、この結果から、単位時間あたりのパルス中心のズレ量を求め、測定時間ｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＝１０分を仮定し、ＤＭＤｍｉｎ＝０．３０ｐｓ／ｍ、０．２０ｐｓ／ｍとして、ＤＭＤｍｉｎに対するパルスの変化量の比（％）を求めた結果を図２に示す。
図２の値は表１の５回の測定平均から求めた値である。求めた量を式で表すと次式（８）になる。次式（８）中、Δｔ＝ｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ×単位時間あたりのパルスのズレ量を表す。【００２９】
【数８】
2005071381.tif 000010
【００３０】  ここでパルスのズレ量は、測定ファイバの長さで規格化したものを用いた。この結果から、測定時間が１０分で、温度変化率が＋１．０℃／ｈ程度であれば、測定のズレはＤＭＤｍｉｎに対して５％以下であることがわかる。それに対して、温度変化率が＋３．０℃／ｈであると測定のズレはＤＭＤｍｉｎに対して５％を大きく超えていることが分かる。【００３１】  本発明の第２の手段は測定時間を短くすることにより、ＤＭＤ測定の測定誤差を低減することである。
この第２の手段の実施例として、前記第１の実施例の実験において測定時間を１０分、５分、３分と仮定した場合について、図２と同様に温度変化に対する、パルスの伝搬時間変化量の比を求めた。その結果を図３に示す。【００３２】  この結果より、測定時間を短くすると、ＤＭＤ測定に与える影響が小さくなり、測定時間を３分にすると温度変化率が５．０℃／ｈであっても測定精度を５％以内にできることが分かる。【００３３】  本発明の第３の手段は、前記第１，第２の手段を併用することにより、更に測定精度を低減することである。
第３の手段の実施例として、第２の手段の実施例で挙げた図３において、温度変化率が１．０℃／ｈで測定時間３分の場合を見ると、測定精度は１％以内であることが分かる。
この結果から、第１，第２の手段を併用することにより、非常に精度の高いＤＭＤ測定が可能であることが分かる。【００３４】  第３の手段の２つ目の実施例として、実際にＤＭＤ測定を行った。測定には、波長８５０ｎｍにおいて、半径０〜２３μｍのＤＭＤ値が０．１５ｐｓ／ｍ、０．２４ｐｓ／ｍと非常に小さな２種類のファイバを用いて行った。ここで挙げたＤＭＤ値は、第３の手段を用いて、測定時間３分、温度変化率±１．０℃／ｈ以下の環境で１０回測定した平均値である。以後、この条件で求めた値をＤＭＤｉｄｅａｌとする。また、ＤＭＤｉｄｅａｌの条件以外で、測定したＤＭＤ値をＤＭＤｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔとする。以後評価する測定誤差の値は、以下の式（９）によって求めた値である。【００３５】
【数９】
2005071381.tif 000011
【００３６】  測定条件として以下の４つの条件で行った。ここで、温度変化率２．０℃／ｈは、空調設備を備えた部屋での最大変動幅であり、また温度変化率４．０℃／ｈは野外でのおおよその変動幅である。但し、ここで示した値は、実際に測定時に温度をモニターした最大変動幅であり、勿論温度変動は、季節、時間帯、天候などにより異なる可能性がある。【００３７】［１］測定時間１０分、温度変化率±２．０℃／ｈの変動［２］測定時間１０分、温度変化率±４．０℃／ｈの変動［３］測定時間５分、温度変化率±４．０℃／ｈの変動［４］測定時間３分、温度変化率±２．０℃／ｈの変動。【００３８】  測定結果を表２に示す。【００３９】
【表２】
2005071381.tif 000012
【００４０】  表２の結果から、測定時間を短くし、温度変化が小さい方が測定誤差が小さいことが分かる。【００４１】  また、ＤＭＤ測定では、波長８５０ｎｍにおける光ファイバの伝送損失が約２．４ｄＢ／ｋｍと大きいので、測定ノイズを減らすため、測定平均化回数を多くする必要があり、測定に時間がかかる。この実施例では、測定時間を減らす手段として、光源の出力を大きくすること、測定感度の高い検出器を使用することにより解決した。測定時間を減らす方法は、それ以外にも検出器のデータサンプリング速度を上げることなどによっても可能である。【００４２】＜ＤＭＤ測定についての補足説明＞
ＤＭＤ測定は、ＩＥＣ／ＰＡＳ  ６０７９３−１−４９（非特許文献２参照。）で規格されている測定方法であり、マルチモード光ファイバのモード分散を測定する方法である。
ＤＭＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｍｏｄｅ  ｄｅｌａｙ）とは、モード間遅延時間差であり、被測定ファイバの径方向オフセットのある範囲内（Ｒｉｎｎｅｒ〜Ｒｏｕｔｅｒ）での最も速いモードと最も遅いモードとのパルス遅延時間差と定義される。【００４３】（ＤＭＤ測定方法）
図４に示すように、コア領域２とその外周に設けられたクラッド領域３とを有する被測定光ファイバ１を用い、この被測定光ファイバ１のコア領域２のある位置（励振位置４）に励振ファイバ（シングルモード光ファイバ）から光を入射し、そのパルス応答を測定する。この励振位置４をＲｉｎｎｅｒ＝０μｍ（コア中心）からＲｏｕｔｅｒ＝２３μｍまで径方向に変化させ、各点でのパルス応答を測定する。そのパルス応答を図２に示すように、オフセット位置ごとに記録する。【００４４】（ＤＭＤ算出方法）
測定によって得られたデータから、オフセットのピークパワーの２５％にあたる点をｆａｓｔ  ｅｄｇｅ、ｓｌｏｗ  ｅｄｇｅとする。あるオフセット範囲内（図２ではＲ＝１〜５μｍ）のｆａｓｔ  ｅｄｇｅの最も早いものをＴｆａｓｔとし、ｓｌｏｗ  ｅｄｇｅのうちで最も遅いものをＴｓｌｏｗとする。このときのＤＭＤの値は次式（１０）で表される。【００４５】
【数１０】
2005071381.tif 000013
【００４６】  但し、ΔＴＲＥＦは、入射パルスのパルス幅ΔＴｐｕｌｓｅと波長分散による広がりΔｔｃｈｒｏｍより次式（１１）で表される。【００４７】
【数１１】
2005071381.tif 000014
【００４８】  以上のように算出されたＤＭＤについて、径方向のオフセットがＲ＝５〜１８μｍまでの範囲（ｉｎｎｅｒ）とＲ＝０〜２３μｍまでの範囲（ｏｕｔｅｒ）のそれぞれを算出する。【００４９】（ＤＭＤの規格）
ＩＥＣ  ６０７９３−２−１０（非特許文献６参照。）のＡｌａ．２に準拠した、１０Ｇｂｐｓで３００ｍ伝送可能な光ファイバは、ＤＭＤの算出方法によって算出された２つのＤＭＤが表３中の６つのテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）のうちのいずれかを満たさなければならない。【００５０】
【表３】
2005071381.tif 000015
【図１】
2005071381.tif 000016
【図２】
2005071381.tif 000017
【図３】
2005071381.tif 000018
【図４】
2005071381.tif 000019
【図５】
2005071381.tif 000020
【国際調査報告】
2005071381.tif 000021
2005071381.tif 000022