JP2020027070A - ラマン利得効率分布試験方法およびラマン利得効率分布試験装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】数モードファイバにおける基本モードおよび第一高次モードのラマン利得効率分布を測定するラマン利得効率分布試験方法およびラマン利得効率分布試験装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るラマン利得効率分布試験方法およびラマン利得効率分布試験装置は、励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、励起光の波長、及び任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から被試験光ファイバのラマン利得係数を演算し、信号光の波長での各モードのモードフィールド径と励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算し、前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得する。【選択図】図1
Description
本開示は、数モード光ファイバにおけるラマン利得効率分布を測定するための試験方法および試験装置に関する。
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。このモード多重伝送の長距離化に向けて、伝送に用いる各モードの増幅技術についても検討が進められている。
光増幅技術を用いたモード多重伝送において、モード依存利得(Mode dependent gain:MDG)は伝送品質を劣化させる要因となるため、MDGを極力低減することが必要となる。伝送に用いる数モードファイバ自体を増幅媒体とする分布ラマン増幅技術は、信号光を増幅する励起光の入射モードを制御することや、光ファイバの設計を最適化することにより、MDGを最小化することが可能であるため、モード多重伝送用の増幅技術として有力な候補の一つである。
M. Ohashi et. al., "Longitudinal fiber parameter measurements of two−mode fiber links by using OTDR", ECOC2014, Th.1.4.5, 2014.
A. Nakamura et.al., "Effective mode field diameter for LP11 mode and its measurement technique," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 28, no. 22, pp. 2553−2556, 2016.
一方、分布ラマン増幅技術における増幅効率(ラマン利得効率)は、光ファイバ中を伝搬する各モードの電界分布や、コアに添加されているドーパントの添加量に依存することが知られている。各モードの電界分布やドーパントの添加量は、光ファイバ製造メーカの違いや同一製造メーカでも製造ロットの違いによって変化するため、実際にモード多重伝送システムに用いる光ファイバ伝送路を構築すると、長手方向のラマン利得効率変動が起こりうる。したがって、分布ラマン増幅を用いたモード多重伝送システムの設計や評価のために、伝送に用いる数モードファイバのラマン利得効率分布を試験する技術が必要となる。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、数モードファイバにおける基本モードおよび第一高次モードのラマン利得効率分布を測定するラマン利得効率分布試験方法およびラマン利得効率分布試験装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るラマン利得効率分布試験方法および試験装置は、数モードファイバの長手方向における各モードのモードフィールド径(電界分布の大きさに相当)およびコアとクラッドの比屈折率差(ドーパントの添加量に相当)を取得し、取得した値からラマン利得効率分布を算出することとした。
具体的には、本発明に係るラマン利得効率分布試験方法は、
被試験光ファイバへ入射した、前記被試験光ファイバの実効遮断波長より短い信号光の波長及び励起光の波長の試験光パルスで発生した戻り光の情報に基づいて、
演算器が、
前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得する比屈折率差算出手順と、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得するモードフィールド径算出手順と、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記比屈折率差算出手順で取得した前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から前記被試験光ファイバのラマン利得係数を演算するラマン利得係数演算手順と、
前記モードフィールド径算出手順で取得した、前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算する電界分布重なり積分演算手順と、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得するラマン利得効率演算手順と、
を行う。
被試験光ファイバへ入射した、前記被試験光ファイバの実効遮断波長より短い信号光の波長及び励起光の波長の試験光パルスで発生した戻り光の情報に基づいて、
演算器が、
前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得する比屈折率差算出手順と、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得するモードフィールド径算出手順と、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記比屈折率差算出手順で取得した前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から前記被試験光ファイバのラマン利得係数を演算するラマン利得係数演算手順と、
前記モードフィールド径算出手順で取得した、前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算する電界分布重なり積分演算手順と、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得するラマン利得効率演算手順と、
を行う。
また、本発明に係るラマン利得効率分布試験装置は、
被試験光ファイバへ、前記被試験光ファイバの実効遮断波長より短い信号光の波長及び励起光の波長の試験光パルスを入射する試験光入射器と、
前記試験光パルスにより前記被試験光ファイバで発生した戻り光をモード毎に受光する戻り光受光器と、
前記光受光器が受光した前記戻り光に基づいて、
前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得し、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得し、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から前記被試験光ファイバのラマン利得係数を演算し、
前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算し、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得する演算器と、
を備える。
被試験光ファイバへ、前記被試験光ファイバの実効遮断波長より短い信号光の波長及び励起光の波長の試験光パルスを入射する試験光入射器と、
前記試験光パルスにより前記被試験光ファイバで発生した戻り光をモード毎に受光する戻り光受光器と、
前記光受光器が受光した前記戻り光に基づいて、
前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得し、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得し、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から前記被試験光ファイバのラマン利得係数を演算し、
前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算し、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得する演算器と、
を備える。
数モードファイバの長手方向における各モードのモードフィールド径とコアとクラッドの比屈折率差は、数モードファイバへ入射した試験光パルスの戻り光を解析することで演算できる。従って、本発明は、数モードファイバにおける基本モードおよび第一高次モードのラマン利得効率分布を測定するラマン利得効率分布試験方法およびラマン利得効率分布試験装置を提供することができる。
詳細な演算は次の通りである。
前記被試験光ファイバがコアにGeO2が添加された石英系光ファイバであり、前記ラマン利得係数演算手順で、ラマン利得係数を数C1で演算することを特徴とする。
ただし、g0は励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、Δはコアとクラッドの比屈折率差、λPは励起光の波長である。
前記被試験光ファイバがコアにGeO2が添加された石英系光ファイバであり、前記ラマン利得係数演算手順で、ラマン利得係数を数C1で演算することを特徴とする。
前記電界分布重なり積分演算手順で、電界分布重なり積分を数C2から数C6で演算することを特徴とする。
ただし、
w1(λs)は前記信号光の基本モード(LP01)のモードフィールド径、
w1(λp)は前記励起光の基本モード(LP01)のモードフィールド径、
w2(λs)は前記信号光の第一高次モード(LP11a又はLP11b)のモードフィールド径、
w2(λp)は前記励起光の第一高次モード(LP11a又はLP11b)のモードフィールド径
であり、Fijはiとjのモード間の電界分布重なり積分であり、
i=1は前記信号光の基本モード(LP01)、
i=2は前記信号光の第一高次モード(LP11a)、
i=3は前記信号光の第一高次モード(LP11b)、
j=1は前記励起光の基本モード(LP01)、
j=2は前記励起光の第一高次モード(LP11a)、
j=3は前記励起光の第一高次モード(LP11b)
を表す。
w1(λs)は前記信号光の基本モード(LP01)のモードフィールド径、
w1(λp)は前記励起光の基本モード(LP01)のモードフィールド径、
w2(λs)は前記信号光の第一高次モード(LP11a又はLP11b)のモードフィールド径、
w2(λp)は前記励起光の第一高次モード(LP11a又はLP11b)のモードフィールド径
であり、Fijはiとjのモード間の電界分布重なり積分であり、
i=1は前記信号光の基本モード(LP01)、
i=2は前記信号光の第一高次モード(LP11a)、
i=3は前記信号光の第一高次モード(LP11b)、
j=1は前記励起光の基本モード(LP01)、
j=2は前記励起光の第一高次モード(LP11a)、
j=3は前記励起光の第一高次モード(LP11b)
を表す。
本発明は、数モードファイバにおける基本モードおよび第一高次モードのラマン利得効率分布を測定するラマン利得効率分布試験方法およびラマン利得効率分布試験装置を提供することができる。
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、本明細書および図面において、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。
図1は、本実施形態のラマン利得効率分布試験方法を説明するフローチャートである。本ラマン利得効率分布試験方法は、ステップS1からステップS6で構成される。
ステップS1では、信号光に用いる波長で被測定光ファイバの両端から各モード成分の後方散乱光強度を測定する。
ステップS2では、被試験光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差を取得する。
ステップS3では、信号光に用いる波長における基本モードおよび第一高次モードのモードフィールド径を取得する。
ステップS4では、励起光に用いる波長で被測定光ファイバの両端から各モード成分の後方散乱光強度を測定する。
ステップS5では、励起光に用いる波長における基本モードおよび第一高次モードのモードフィールド径を取得する。
ステップS6では、ラマン利得効率を算出する。
ステップS1では、信号光に用いる波長で被測定光ファイバの両端から各モード成分の後方散乱光強度を測定する。
ステップS2では、被試験光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差を取得する。
ステップS3では、信号光に用いる波長における基本モードおよび第一高次モードのモードフィールド径を取得する。
ステップS4では、励起光に用いる波長で被測定光ファイバの両端から各モード成分の後方散乱光強度を測定する。
ステップS5では、励起光に用いる波長における基本モードおよび第一高次モードのモードフィールド径を取得する。
ステップS6では、ラマン利得効率を算出する。
つまり、本ラマン利得効率分布試験方法は、被試験光ファイバへ入射した、前記被試験光ファイバの実効遮断波長より短い信号光の波長及び励起光の波長の試験光パルスで発生した戻り光の情報に基づいて(ステップS1、S4)、
演算器が、
前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得する比屈折率差算出手順(ステップS2)と、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得するモードフィールド径算出手順(ステップS3、S5)と、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記比屈折率差算出手順で取得した前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から前記被試験光ファイバのラマン利得係数を演算するラマン利得係数演算手順と、
前記モードフィールド径算出手順で取得した、前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算する電界分布重なり積分演算手順と、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得するラマン利得効率演算手順(ステップS6)と、
を行う。
演算器が、
前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得する比屈折率差算出手順(ステップS2)と、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得するモードフィールド径算出手順(ステップS3、S5)と、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記比屈折率差算出手順で取得した前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から前記被試験光ファイバのラマン利得係数を演算するラマン利得係数演算手順と、
前記モードフィールド径算出手順で取得した、前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算する電界分布重なり積分演算手順と、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得するラマン利得効率演算手順(ステップS6)と、
を行う。
本ラマン利得効率分布試験方法について詳細に説明する。
本ラマン利得効率分布試験方法では、
被試験光ファイバを基本モードと第一高次モードで伝搬可能な信号光として用いる波長の試験光パルスを生成する「第1生成手順」と、
前記第1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および第一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、
前記第1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および第一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対数変換した強度の相加平均を算出し、基本モードの対数変換した強度の相加平均に基づいて被試験光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差を取得する「比屈折率差算出手順」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対数変換した強度の相加平均を算出し、基本モードの対数変換した強度の相加平均と第一高次モードの対数変換した強度の相加平均との差に基づいて信号光の波長における基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得する「信号光波長モードフィールド径算出手順」と、
被試験光ファイバを基本モードと第一高次モードで伝搬可能な励起光として用いる波長の試験光パルスを生成する「第2生成手順」と、
前記第2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3入射手順」と、
前記第3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および第一高次モードに分離する「第3モード分波手順」と、
前記第3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3強度分布を取得する「第3光強度取得手順」と、
前記第2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4入射手順」と、
前記第4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および第一高次モードに分離する「第4モード分波手順」と、
前記第4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4強度分布を取得する「第4光強度取得手順」と、
前記第3光強度取得手順で取得した第3強度分布と前記第4光強度取得手順で取得した第4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対数変換した強度の相加平均を算出し、基本モードの対数変換した強度の相加平均と第一高次モードの対数変換した強度の相加平均との差に基づいて励起光の波長における基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得する「励起光波長モードフィールド径算出手順」と、
前記比屈折率差算出手順で取得した比屈折率差、前記信号光波長モードフィールド径算出手順で取得した信号光波長モードフィールド径、及び前記励起光波長モードフィールド径算出手順で取得した励起光波長モードフィールド径からラマン利得効率を算出する「ラマン利得効率算出手順」と、
を行う。
本ラマン利得効率分布試験方法では、
被試験光ファイバを基本モードと第一高次モードで伝搬可能な信号光として用いる波長の試験光パルスを生成する「第1生成手順」と、
前記第1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および第一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、
前記第1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および第一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対数変換した強度の相加平均を算出し、基本モードの対数変換した強度の相加平均に基づいて被試験光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差を取得する「比屈折率差算出手順」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対数変換した強度の相加平均を算出し、基本モードの対数変換した強度の相加平均と第一高次モードの対数変換した強度の相加平均との差に基づいて信号光の波長における基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得する「信号光波長モードフィールド径算出手順」と、
被試験光ファイバを基本モードと第一高次モードで伝搬可能な励起光として用いる波長の試験光パルスを生成する「第2生成手順」と、
前記第2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3入射手順」と、
前記第3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および第一高次モードに分離する「第3モード分波手順」と、
前記第3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3強度分布を取得する「第3光強度取得手順」と、
前記第2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4入射手順」と、
前記第4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および第一高次モードに分離する「第4モード分波手順」と、
前記第4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4強度分布を取得する「第4光強度取得手順」と、
前記第3光強度取得手順で取得した第3強度分布と前記第4光強度取得手順で取得した第4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対数変換した強度の相加平均を算出し、基本モードの対数変換した強度の相加平均と第一高次モードの対数変換した強度の相加平均との差に基づいて励起光の波長における基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得する「励起光波長モードフィールド径算出手順」と、
前記比屈折率差算出手順で取得した比屈折率差、前記信号光波長モードフィールド径算出手順で取得した信号光波長モードフィールド径、及び前記励起光波長モードフィールド径算出手順で取得した励起光波長モードフィールド径からラマン利得効率を算出する「ラマン利得効率算出手順」と、
を行う。
ステップS1にて、非特許文献1、非特許文献2および特許文献1に示されるような後方散乱光測定技術を用いて、信号光として用いる波長における被試験光ファイバ両端から基本モードおよび第一高次モードの後方散乱光強度分布を測定する。ステップS1は、前記信号光波長における試験光パルスの前記第1生成手順、前記第1入射手順、前記第1モード分波手順、前記第1光強度取得手順、前記第2入射手順、前記第2モード分波手順、および前記第2光強度取得手順である。
ステップS2にて、測定波形から被試験光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差を算出する。ステップS2は、前記比屈折率差算出手順である。コアとクラッドの比屈折率差を算出する一例が非特許文献1に記載される(付録1の式A15を参照。)。
ステップS3にて、測定波形から信号光に用いる波長における各モードのモードフィールド径を算出する。ステップS3は、前記信号光波長における信号光波長モードフィールド径算出手順である。モードフィールド径を算出する一例が非特許文献2及び特許文献1に記載される(付録2の式25を参照。)。
ステップS4にて、励起光として用いる波長における被試験光ファイバ両端から基本モードおよび第一高次モードの後方散乱光強度分布を測定する。ステップS4は、前記励起光波長における試験光パルスの前記第2生成手順、前記第3入射手順、前記第3モード分波手順、前記第3光強度取得手順、前記第4入射手順、前記第4モード分波手順、および前記第4光強度取得手順である。
ステップS5にて、測定波形から励起光に用いる波長における各モードのモードフィールド径を算出する。ステップS5は、前記励起光波長モードフィールド径算出手順である。モードフィールド径を算出する詳細はステップS3と同様である。
最後に、ステップS6にて、ステップS2で算出した比屈折率差分布と、ステップS3およびステップS5で算出したモードフィールド径分布を解析することにより、ラマン利得効率分布を算出する。ステップS6は、前記ラマン利得効率算出手順である。ラマン利得効率を算出する詳細は後述する。
図2は、本実施形態のラマン利得効率分布試験装置101の構成例を説明する図である。ラマン利得効率分布試験装置101は、
被試験光ファイバ10へ、被試験光ファイバ10の実効遮断波長より短い信号光の波長及び励起光の波長の試験光パルスを入射する試験光入射器(生成部A及びモード合分波部B)と、
前記試験光パルスにより被試験光ファイバ10で発生した戻り光をモード毎に受光する戻り光受光器(モード合分波部B及び受光部C)と、
前記光受光器が受光した前記戻り光に基づいて、
被試験光ファイバ10の長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得し、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、被試験光ファイバ10の長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得し、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から被試験光ファイバ10のラマン利得係数を演算し、
前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算し、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得する演算器(演算処理部D)と、
を備える。
被試験光ファイバ10へ、被試験光ファイバ10の実効遮断波長より短い信号光の波長及び励起光の波長の試験光パルスを入射する試験光入射器(生成部A及びモード合分波部B)と、
前記試験光パルスにより被試験光ファイバ10で発生した戻り光をモード毎に受光する戻り光受光器(モード合分波部B及び受光部C)と、
前記光受光器が受光した前記戻り光に基づいて、
被試験光ファイバ10の長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得し、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、被試験光ファイバ10の長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得し、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から被試験光ファイバ10のラマン利得係数を演算し、
前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算し、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得する演算器(演算処理部D)と、
を備える。
ラマン利得効率分布試験装置101は、被試験光ファイバ10に信号光または励起光として用いる波長の光パルスを入力する。これらの波長は被試験光ファイバ10の実効遮断波長より短い波長であり、被試験光ファイバ10において基本モードのみならず第一高次モードも伝搬することができる。
生成部Aは、被試験光ファイバ10を信号光および励起光として伝搬する波長の試験光パルスを生成する。生成部Aは、光源11、パルス発生器12および光強度変調器13を有する。光源11は信号光および励起光の2つの波長のいずれかを選択的に出力可能であり、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。光源11は、例えば波長可変光源や2台の単一波長光源である。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が、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。
モード合分波部Bは、生成部Aが生成した信号光および励起光として伝搬する波長のいずれか一方の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および第一高次モードに分離する。モード合分波部Bは、光サーキュレータ14およびモード合分波器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および特許文献1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の一端または他端に入射される。
基本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基本モードおよび第一高次モード(後方散乱光の基本モードおよび第一高次モード)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。このとき戻り光の基本モードと第一高次モードのモード成分はモード合分波器15で分離される。
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、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。
受光部Cは、モード号分波部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(例えば基本モード成分)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(例えば第一高次モード成分)は光受信器17に入射され、光電変換される。
演算処理部Dは、
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、およ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対数変換した強度の相加平均を算出し、基本モードの対数変換した強度の相加平均に基づいて被試験光ファイバ10の比屈折率差を取得する比屈折率差算出部20と、
基本モードの対数変換した強度の相加平均と第一高次モードの対数変換した強度の相加平均との差に基づいて基本モードおよび第一高次モードのモードフィールド径を取得するモードフィールド径算出部21と、
比屈折率差算出部20とモードフィールド径算出部21が取得した比屈折率差と信号光および励起光として伝搬する波長における各モードのモードフィールド径からラマン利得効率を取得するラマン利得効率算出部22と
を備える。
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、およ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対数変換した強度の相加平均を算出し、基本モードの対数変換した強度の相加平均に基づいて被試験光ファイバ10の比屈折率差を取得する比屈折率差算出部20と、
基本モードの対数変換した強度の相加平均と第一高次モードの対数変換した強度の相加平均との差に基づいて基本モードおよび第一高次モードのモードフィールド径を取得するモードフィールド径算出部21と、
比屈折率差算出部20とモードフィールド径算出部21が取得した比屈折率差と信号光および励起光として伝搬する波長における各モードのモードフィールド径からラマン利得効率を取得するラマン利得効率算出部22と
を備える。
演算処理部Dにおいて、光受信器16および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部19に入力される。
信号処理部19は、戻り光の基本モードと第一高次モード成分に対する強度分布S1(z)およびS2(z)を取得する。
さらに、比屈折率差算出部20は、例えば、非特許文献1に記載される手法で被試験光ファイバの比屈折率差を取得する(付録1参照)。そして、モードフィールド径算出部21は、非特許文献2および特許文献1に記載されるように、一端および他端から測定された戻り光の基本モード成分に対する対数変換した強度分布の相加平均値I1(z)と、一端および他端から測定された戻り光の第一高次モード成分に対する対数変換した強度分布の相加平均値I2(z)とから、各モードのモードフィールド径を取得する(付録2参照)。
ラマン利得効率算出部22は、取得した比屈折率差と信号光および励起光として伝搬する波長における各モードのモードフィールド径からラマン利得効率を算出する演算処理を行う。
以下、ラマン利得効率を算出する演算処理について説明する。
本明細書では、被試験光ファイバとしてコアにGeO2が添加された石英系光ファイバを想定する。
光ファイバのラマン利得効率ηRはラマン利得係数gRとモード間の電界分布重なり積分Fの積で表される。
ここで、コアにGeO2が添加された石英系光ファイバのラマン利得係数gRは、以下の式で表される。
なお、g0は励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、Δは比屈折率差、λPは励起光の波長である。
ここで、基本モードおよび直交する2つの第一高次モード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。
なお、E(1)は基本モードの電界分布、E(2)およびE(3)はそれぞれ、直交する2つの第一高次モードの電界分布を、w1およびw2はそれぞれ、基本モードおよび第一高次モードのモードフィールド径を、xおよびyは光ファイバ断面における中心を原点とする座標である。
図3は、基本モードおよび直交する2つの第一高次モードの光強度分布とxy座標の関係を示す図である。
式(B1)および式(B6)〜式(B10)より、各モードに対するラマン利得効率は、「被試験光ファイバの比屈折率差」と「信号光および励起光の波長における各モードのモードフィールド径」の関数として表すことができる。
したがって、比屈折率差算出手順と信号光波長におけるモードフィールド径算出手順と励起光波長におけるモードフィールド径算出手順で取得した比屈折率差とモードフィールド径から、ラマン利得効率を算出することができる。
(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。
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、上位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。例えば、演算処理部Dは、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を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。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。
[付録1]
ここでは、比屈折率差算出手順の例を説明する。
2モードファイバ(TMF)の長さ方向zに沿うLP01およびLP11モードの電力は、以下の結合電力方程式として表すことができる。
ここで、P1およびP2はそれぞれLP01およびLP11モードの電力を示す。α1とα2はモードの光損失であり、hはLP01モードとLP11モード間のモード結合係数である。α1=α2=αとする。
境界条件P1(0)=P0およびP2(0)=0に対して、以下の式を得る。
次のモード結合係数h*は、ファイバ長zの全体にわたる平均モード結合係数である。
位置zにおけるTMF内のLP01およびLP11モードの後方散乱光のパワーを考える。
TMFの位置zで後方散乱された光のパワーPb1(z)およびPb2(z)は、次のように表すことができる。
ここで、αsは局所散乱係数であり、Bi(i=1,2)は後方散乱捕獲比である。
ここでは、B1=B2=Bと仮定した。
図4は、OTDRでモードクロストークを測定する手法を説明する図である。
図4に示すように、モードカプラは、モード変換器とモード結合器として機能する。ポートBからモードカプラに入ったLP01モードは、LP11モードに変換される。
図5は、長手方向のファイバパラメータを測定する手法を説明する図である。
図5に示すように試験用TMFがモードカプラ間に挿入される。ファイバ長がLの両端から入射されるLP01モードのOTDR信号S1(z)(=10log Pb1(z))とS3(z)(=10log Pb3(z))は、次式で表すことができる。
式(A8)および式(A9)は、欠陥、電力減衰およびモード結合による光損失を含む。 したがって、双方向OTDRを用いてTMFの長手方向ファイバパラメータを推定する場合、モード間のモード結合による損失を知る必要がある。モード結合損失は後方散乱パワーPb1(z)およびPb2(z)から推定することができる。
OTDR信号から光パワー減衰と導波路の欠陥の影響を分離する信頼性のある手段が報告されている(M.S.O’Sullivan and J. Ferner, “Interpretation of SM fiber OTDR signature,” Proc. SPIE’86, Vol. 661, p. 171 (1986).)。
したがって、欠陥寄与I(z)は、次式で得ることができる。
ここで、C(z)は、モード間のモード結合による損失を示す。
後方散乱捕獲比Bは、コアの屈折率nとMFD 2w(λ、z)を用いて次式で表現される。
局部散乱係数αsの変化は、MFDのものに比べて無視できる程度である。
第1の基準点z=z0における値によって正規化されたコアの欠陥損失寄与In(z)は、次式で表すことができる。
第2の基準点z=z1も、式(A12)を満たす。したがって、zoとz1の2つの基準点において正規化された欠陥損失とMFDを用いて、TMFの長手方向のMFD分布を次式で推定することができる。
局所散乱係数はレイリー散乱係数に比例する。GeO2添加コアファイバのレイリー散乱係数Rは次式で表される。
ここでRoとΔはそれぞれ%で表したSiO2のレイリー散乱係数と相対屈折率差Δである。k値は実験的に0.62と推定する。
相対屈折率差Δ(z)は、2つの基準点z0とz1のMFDと相対屈折率差を用いて、MFD手順と同じ方法で推定することができる。
ここでは、比屈折率差算出手順の例を説明する。
2モードファイバ(TMF)の長さ方向zに沿うLP01およびLP11モードの電力は、以下の結合電力方程式として表すことができる。
境界条件P1(0)=P0およびP2(0)=0に対して、以下の式を得る。
TMFの位置zで後方散乱された光のパワーPb1(z)およびPb2(z)は、次のように表すことができる。
ここでは、B1=B2=Bと仮定した。
図4は、OTDRでモードクロストークを測定する手法を説明する図である。
図4に示すように、モードカプラは、モード変換器とモード結合器として機能する。ポートBからモードカプラに入ったLP01モードは、LP11モードに変換される。
図5は、長手方向のファイバパラメータを測定する手法を説明する図である。
図5に示すように試験用TMFがモードカプラ間に挿入される。ファイバ長がLの両端から入射されるLP01モードのOTDR信号S1(z)(=10log Pb1(z))とS3(z)(=10log Pb3(z))は、次式で表すことができる。
OTDR信号から光パワー減衰と導波路の欠陥の影響を分離する信頼性のある手段が報告されている(M.S.O’Sullivan and J. Ferner, “Interpretation of SM fiber OTDR signature,” Proc. SPIE’86, Vol. 661, p. 171 (1986).)。
したがって、欠陥寄与I(z)は、次式で得ることができる。
後方散乱捕獲比Bは、コアの屈折率nとMFD 2w(λ、z)を用いて次式で表現される。
第1の基準点z=z0における値によって正規化されたコアの欠陥損失寄与In(z)は、次式で表すことができる。
相対屈折率差Δ(z)は、2つの基準点z0とz1のMFDと相対屈折率差を用いて、MFD手順と同じ方法で推定することができる。
[付録2]
ここでは、電界分布重なり積分演算手順の例を説明する。
被試験光ファイバ(2モード光ファイバ)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。
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。
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。
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。
ただし、a1はzに依存しない定数で、次式で表される。
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。
ただし、a2はzに依存しない定数で、次式で表される。
[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。
図6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。
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。
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。
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。
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。
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。
ここで、LP01、LP11aおよびLP11bモードの光強度分布とxy座標の関係は図3の通りである。
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。
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。
図7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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
LP11モードの実効断面積Aeffは以下の式で表される。
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。
ここでは、電界分布重なり積分演算手順の例を説明する。
被試験光ファイバ(2モード光ファイバ)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。
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。
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。
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。
図6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。
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。
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。
ここで、LP01、LP11aおよびLP11bモードの光強度分布とxy座標の関係は図3の通りである。
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。
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。
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。
LP11モードの実効断面積Aeffは以下の式で表される。
10:被試験光ファイバ
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
19:信号処理部
20:比屈折率差算出部
21:モードフィールド径算出部
22:ラマン利得効率算出部
101:光パルス試験装置
102:光スイッチ
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
19:信号処理部
20:比屈折率差算出部
21:モードフィールド径算出部
22:ラマン利得効率算出部
101:光パルス試験装置
102:光スイッチ
Claims (6)
- 被試験光ファイバへ入射した、前記被試験光ファイバの実効遮断波長より短い信号光の波長及び励起光の波長の試験光パルスで発生した戻り光の情報に基づいて、
演算器が、
前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得する比屈折率差算出手順と、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得するモードフィールド径算出手順と、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記比屈折率差算出手順で取得した前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から前記被試験光ファイバのラマン利得係数を演算するラマン利得係数演算手順と、
前記モードフィールド径算出手順で取得した、前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算する電界分布重なり積分演算手順と、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得するラマン利得効率演算手順と、
を行うラマン利得効率分布試験方法。 - 前記電界分布重なり積分演算手順で、電界分布重なり積分を数C2から数C6で演算することを特徴とする請求項1又は2に記載のラマン利得効率分布試験方法。
w1(λs)は前記信号光の基本モード(LP01)のモードフィールド径、
w1(λp)は前記励起光の基本モード(LP01)のモードフィールド径、
w2(λs)は前記信号光の第一高次モード(LP11a又はLP11b)のモードフィールド径、
w2(λp)は前記励起光の第一高次モード(LP11a又はLP11b)のモードフィールド径
であり、Fijはiとjのモード間の電界分布重なり積分であり、
i=1は前記信号光の基本モード(LP01)、
i=2は前記信号光の第一高次モード(LP11a)、
i=3は前記信号光の第一高次モード(LP11b)、
j=1は前記励起光の基本モード(LP01)、
j=2は前記励起光の第一高次モード(LP11a)、
j=3は前記励起光の第一高次モード(LP11b)
を表す。 - 被試験光ファイバへ、前記被試験光ファイバの実効遮断波長より短い信号光の波長及び励起光の波長の試験光パルスを入射する試験光入射器と、
前記試験光パルスにより前記被試験光ファイバで発生した戻り光をモード毎に受光する戻り光受光器と、
前記光受光器が受光した前記戻り光に基づいて、
前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差を取得し、
前記信号光の波長及び前記励起光の波長のそれぞれについて、前記被試験光ファイバの長手方向の任意位置zにおける基本モードのモードフィールド径と第一高次モードのモードフィールド径を取得し、
励起波長1μmにおける純石英コア光ファイバのラマン利得係数、前記励起光の波長、及び前記任意位置zにおけるコアとクラッドの比屈折率差から前記被試験光ファイバのラマン利得係数を演算し、
前記信号光の波長での各モードのモードフィールド径と前記励起光の波長での各モードのモードフィールド径とのモード間それぞれで、前記任意位置zにおける電界分布重なり積分を演算し、
前記ラマン利得係数と前記電界分布重なり積分との積を演算し、前記任意位置zにおける前記信号光と前記励起光とのモード間それぞれのラマン利得効率を取得する演算器と、
を備えるラマン利得効率分布試験装置。 - 前記被試験光ファイバがコアにGeO2が添加された石英系光ファイバであり、
前記演算器は、ラマン利得係数を数C1で演算することを特徴とする請求項4に記載のラマン利得効率分布試験装置。 - 前記演算器は、電界分布重なり積分を数C2から数C6で演算することを特徴とする請求項4又は5に記載のラマン利得効率分布試験装置。
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