JP3376251B2 - 光ファイバスパン内の色分散をマッピングする方法 - Google Patents
光ファイバスパン内の色分散をマッピングする方法Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信に
関し、特に光ファイバの色分散をマッピングするシステ
ムと方法に関する。
関し、特に光ファイバの色分散をマッピングするシステ
ムと方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバの色分散は、複数のカスケー
ド接続を行う光ファイバシステムのデザインに対し、重
要な役目を果たす。エルビウムドープの光ファイバ増幅
器の出現までは、システムは多かれ少なかれ線系であっ
た。したがって、光ファイバのスパンに亘って、システ
ム性能に影響を及ぼすものは、積み重なった分散だけで
あった。長距離に亘る伝送容量の要求を満たすために、
光信号の高度の処理が必要となるにつれて、光ファイバ
の非線系性の影響を最少にするおよび/または利用する
ために分散「マップ」が選択されるような分散管理がま
すます重要なツールとなりつつある。
ド接続を行う光ファイバシステムのデザインに対し、重
要な役目を果たす。エルビウムドープの光ファイバ増幅
器の出現までは、システムは多かれ少なかれ線系であっ
た。したがって、光ファイバのスパンに亘って、システ
ム性能に影響を及ぼすものは、積み重なった分散だけで
あった。長距離に亘る伝送容量の要求を満たすために、
光信号の高度の処理が必要となるにつれて、光ファイバ
の非線系性の影響を最少にするおよび/または利用する
ために分散「マップ」が選択されるような分散管理がま
すます重要なツールとなりつつある。
【0003】分散シフトファイバ(dispersion-shifted
fiber(DSF))においては、分散は光ファイバの場
所の関数として変化することが知られている。K. Inoue
著の論文 "Four-Wave Mixing in an Optical Fiber in
the Zero-Dispersion Wevelength Region", (J. Light
wave Technol., Vol. 10, pp. 1553-1561 (1992))によ
れば、例えばDSFの10km長さを2.5kmの小区
間の4個に分割すると、この小区間に対する平均的なゼ
ロ分散波長は、少なくとも1nm変化し、これはあるア
プリケーションにとっては大きな変動である。したがっ
て、色分散の信頼性あるマップは、光ファイバのスパン
内の平均的分散を測定するだけでは得ることができな
い。
fiber(DSF))においては、分散は光ファイバの場
所の関数として変化することが知られている。K. Inoue
著の論文 "Four-Wave Mixing in an Optical Fiber in
the Zero-Dispersion Wevelength Region", (J. Light
wave Technol., Vol. 10, pp. 1553-1561 (1992))によ
れば、例えばDSFの10km長さを2.5kmの小区
間の4個に分割すると、この小区間に対する平均的なゼ
ロ分散波長は、少なくとも1nm変化し、これはあるア
プリケーションにとっては大きな変動である。したがっ
て、色分散の信頼性あるマップは、光ファイバのスパン
内の平均的分散を測定するだけでは得ることができな
い。
【0004】そのためレーレイ後方散乱技術(Rayleigh
backscattering technique) を用いて、光ファイバの
スパンに沿って色分散の分布をマッピングすることが提
案されている。ゼロ分散が光ファイバのコアのサイズに
依存することに基づくこの分解的技術(destructive te
chnique) は、M. Ohashi, M. Tateda著の論文 "Novel
Technique for Measuring the Distributed Zero-Dispe
rsion Wavelength ofOptical Fibers", (Electron Let
ters., 29, 426-428 (1993))に記載されている。
backscattering technique) を用いて、光ファイバの
スパンに沿って色分散の分布をマッピングすることが提
案されている。ゼロ分散が光ファイバのコアのサイズに
依存することに基づくこの分解的技術(destructive te
chnique) は、M. Ohashi, M. Tateda著の論文 "Novel
Technique for Measuring the Distributed Zero-Dispe
rsion Wavelength ofOptical Fibers", (Electron Let
ters., 29, 426-428 (1993))に記載されている。
【0005】光ファイバプリフォームのドーピングがそ
の全長に亘って、変化しない場合にはゼロ分散の変化
は、コアサイズの変化から推論できる。このコアサイズ
の変化は、レーレイ後方散乱光(Rayleigh backscatter
ed light)に対する捕獲比率を決定するために、光学時
間領域反射率測定法(optical time domain reflectome
try(OTDR))を用いて予測することができる。反
対方向で得られたOTDRの測定結果を加算することに
より、光ファイバの損失の影響を取り除き、捕獲比率の
変化を観測してその変化を用いてゼロ分散ファイバの変
動を決定できる。
の全長に亘って、変化しない場合にはゼロ分散の変化
は、コアサイズの変化から推論できる。このコアサイズ
の変化は、レーレイ後方散乱光(Rayleigh backscatter
ed light)に対する捕獲比率を決定するために、光学時
間領域反射率測定法(optical time domain reflectome
try(OTDR))を用いて予測することができる。反
対方向で得られたOTDRの測定結果を加算することに
より、光ファイバの損失の影響を取り除き、捕獲比率の
変化を観測してその変化を用いてゼロ分散ファイバの変
動を決定できる。
【0006】近年ゼロ分散よりも長い波長における変調
−不安定−導入ゲイン(modulation-instability-induc
ed gain) から局部的分散ゼロを決定する非分解的(no
n-destructive) 分散測定法が発表された。波長λp の
強いポンプパルスと波長λsの弱い信号パルスとが同時
にテスト用ファイバに注入され、そしてこのλpとλsの
波長差は約5〜10nmである。この後方散乱された信
号光がOTDRにより観測される。ポンプ波長がゼロ分
散に近いが、異常分散領域にある場合には、変調の不安
定性がプローブパルスに対し、OTDRトレースで観測
されるゲインを与えてしまう。
−不安定−導入ゲイン(modulation-instability-induc
ed gain) から局部的分散ゼロを決定する非分解的(no
n-destructive) 分散測定法が発表された。波長λp の
強いポンプパルスと波長λsの弱い信号パルスとが同時
にテスト用ファイバに注入され、そしてこのλpとλsの
波長差は約5〜10nmである。この後方散乱された信
号光がOTDRにより観測される。ポンプ波長がゼロ分
散に近いが、異常分散領域にある場合には、変調の不安
定性がプローブパルスに対し、OTDRトレースで観測
されるゲインを与えてしまう。
【0007】かくして、ある特定の距離におけるOTD
Rの光ファイバ内への傾斜の減少は、ポンプ信号は光フ
ァイバ内のその点における異常分散の影響を受けている
ことを意味する。ファイバの分散をマッピングするため
に、ポンプ波長とプローブ波長とは、λp−λsの差を一
定に維持しながら掃引され、その結果得られたOTDR
トレースが記録される。光ファイバ内の特定ポイントの
ゼロ分散は、変調−不安定ゲインが観測されるポンプ波
長の短波長側である。この技術は、0.2nmの波長解
像度と約1kmの空間解像度を示す。
Rの光ファイバ内への傾斜の減少は、ポンプ信号は光フ
ァイバ内のその点における異常分散の影響を受けている
ことを意味する。ファイバの分散をマッピングするため
に、ポンプ波長とプローブ波長とは、λp−λsの差を一
定に維持しながら掃引され、その結果得られたOTDR
トレースが記録される。光ファイバ内の特定ポイントの
ゼロ分散は、変調−不安定ゲインが観測されるポンプ波
長の短波長側である。この技術は、0.2nmの波長解
像度と約1kmの空間解像度を示す。
【0008】現在提案されている別の技術は、ゼロ分散
を決定するために、部分的に縮退した4光子ミキシング
を用いている。本質的にこのミキシングは、光ファイバ
内を伝播する角周波数がωp とωs がポンプ波と信号波
からアイドルな波(idler wave)を生成する。周波数ω
i=2ωp−ωs のこのアイドル波のパワーは、処理が位
相マッチングしたとき、即ちΔβ=2β(ωp)−β
(ωs)−β(ωi)=0の時に最大となる、ここでβ
(ω)は伝播定数である。一次近似として位相マッチン
グは、ωp が光ファイバのゼロ分散に設定されたときに
発生する。
を決定するために、部分的に縮退した4光子ミキシング
を用いている。本質的にこのミキシングは、光ファイバ
内を伝播する角周波数がωp とωs がポンプ波と信号波
からアイドルな波(idler wave)を生成する。周波数ω
i=2ωp−ωs のこのアイドル波のパワーは、処理が位
相マッチングしたとき、即ちΔβ=2β(ωp)−β
(ωs)−β(ωi)=0の時に最大となる、ここでβ
(ω)は伝播定数である。一次近似として位相マッチン
グは、ωp が光ファイバのゼロ分散に設定されたときに
発生する。
【0009】このためωp を回転し、アイドルパワーの
最大値を探すことによりゼロ分散波長を測定できる。最
少識別距離(distance resolution) は、大幅に分離し
た波長の信号パルスとポンプパルスを用いることにより
得られる。特にポンプパルスと信号パルスの群速度の差
によりポンプパルスは、信号パルスを追い越してしまう
(ポンプ波長は光ファイバのゼロ分散に近いものと仮定
すると)。十分な群速度分散と、十分な短パルスでもっ
てパルスのオーバラップ領域は、ある有益な距離で発生
する。その結果ωp とωs のパルスのタイミングを調整
することによりこのオーバラップは、光ファイバ内のあ
る所望点で発生する。
最大値を探すことによりゼロ分散波長を測定できる。最
少識別距離(distance resolution) は、大幅に分離し
た波長の信号パルスとポンプパルスを用いることにより
得られる。特にポンプパルスと信号パルスの群速度の差
によりポンプパルスは、信号パルスを追い越してしまう
(ポンプ波長は光ファイバのゼロ分散に近いものと仮定
すると)。十分な群速度分散と、十分な短パルスでもっ
てパルスのオーバラップ領域は、ある有益な距離で発生
する。その結果ωp とωs のパルスのタイミングを調整
することによりこのオーバラップは、光ファイバ内のあ
る所望点で発生する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記に述べた従来技術
でもゼロ分散波長を測定することができる。しかし、従
来技術はかなり広い波長範囲に亘ってデータを集めその
結果たった1つの分散マップを作るための測定は長時間
を要する。さらに、測定されるべきファイバの両端にア
クセスする必要がある。したがって本発明の目的は、色
分散パラメータを光ファイバのある区間の距離の関数と
して測定するシステムと方法を提供することである。
でもゼロ分散波長を測定することができる。しかし、従
来技術はかなり広い波長範囲に亘ってデータを集めその
結果たった1つの分散マップを作るための測定は長時間
を要する。さらに、測定されるべきファイバの両端にア
クセスする必要がある。したがって本発明の目的は、色
分散パラメータを光ファイバのある区間の距離の関数と
して測定するシステムと方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施例によれ
ば、第1と第2の光パルスをテスト用ファイバに繰り返
し注入して、ファイバ内の4波ミキシングプロセスによ
りプローブ信号を生成する。波ベクトル位相ミスマッチ
により、プローブ信号のパワーは、光ファイバ内の距離
の関数として測定できる空間周波数でもって発振する。
この強度発振は、光ファイバの入力端で検知できるレー
レイ後方散乱光内の時間的変動として測定できる。本発
明によれば、第1と第2の光信号波長の一方あるいは両
方の分散パラメータは、光ファイバの長さの関数として
この強度発振の測定値から直接得ることができる。そし
てこの情報から他のある波長におけるマップを抽出でき
る。
ば、第1と第2の光パルスをテスト用ファイバに繰り返
し注入して、ファイバ内の4波ミキシングプロセスによ
りプローブ信号を生成する。波ベクトル位相ミスマッチ
により、プローブ信号のパワーは、光ファイバ内の距離
の関数として測定できる空間周波数でもって発振する。
この強度発振は、光ファイバの入力端で検知できるレー
レイ後方散乱光内の時間的変動として測定できる。本発
明によれば、第1と第2の光信号波長の一方あるいは両
方の分散パラメータは、光ファイバの長さの関数として
この強度発振の測定値から直接得ることができる。そし
てこの情報から他のある波長におけるマップを抽出でき
る。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明によれば、固定波長λ1 ,
λ2 の強いマイクロ秒以下のパルスが同時にテスト用の
ファイバ内に注入され、その結果これらパルスはファイ
バの各部分内にシーケンシャルにストーク(Stokes)波
長λS とアンチストーク(anti-Stokes) 波長λA のそ
れぞれのFWMプロダクトフィールドを生成する。
λ2 の強いマイクロ秒以下のパルスが同時にテスト用の
ファイバ内に注入され、その結果これらパルスはファイ
バの各部分内にシーケンシャルにストーク(Stokes)波
長λS とアンチストーク(anti-Stokes) 波長λA のそ
れぞれのFWMプロダクトフィールドを生成する。
【0013】このようにして生成されたプローブ信号内
の強度発振の周波数を測定することにより、詳細な分散
マップD(λi ,z)が直接得られる。ここで、Dは分
散パラメータで、λi は使用される前述した2つの固定
波長ソースの一方の波長であり、zは光ファイバに沿っ
た特定点までの距離を表す。本発明により詳細な分散マ
ップを得るために用いられる代表的システムを説明する
前に関連する基本的原理を簡単に述べる。
の強度発振の周波数を測定することにより、詳細な分散
マップD(λi ,z)が直接得られる。ここで、Dは分
散パラメータで、λi は使用される前述した2つの固定
波長ソースの一方の波長であり、zは光ファイバに沿っ
た特定点までの距離を表す。本発明により詳細な分散マ
ップを得るために用いられる代表的システムを説明する
前に関連する基本的原理を簡単に述べる。
【0014】色分散
光ファイバの分散関係式は、次式で表される。
【数1】
ここで、k0 と全ての微分は、(任意の)周波数ω0 で
の値である。ωに関連する分散関係式の1次微分は逆群
速度であり、その2次微分は対応する分散である。分散
パラメータDは逆群速度の波長微分である。
の値である。ωに関連する分散関係式の1次微分は逆群
速度であり、その2次微分は対応する分散である。分散
パラメータDは逆群速度の波長微分である。
【数2】
【0015】4波ミキシングプロセス
基本的に本発明は、分散パラメータD(λi)は、 図1
に示された2つの4波ミキシングプロセスの一方の波長
ベクトルのミスマッチに正比例するという発明者の知見
に基づいている。この第1のミキシングプロセスでは、
まず角度周波数ω1 の2つのフォトンは、角度周波数ω
2 の1つのフォトンと組み合わされてωS のストーク
(Stokes)フォトンを形成する。
に示された2つの4波ミキシングプロセスの一方の波長
ベクトルのミスマッチに正比例するという発明者の知見
に基づいている。この第1のミキシングプロセスでは、
まず角度周波数ω1 の2つのフォトンは、角度周波数ω
2 の1つのフォトンと組み合わされてωS のストーク
(Stokes)フォトンを形成する。
【0016】これとは対称的に第2のミキシングプロセ
スにおいては、角度周波数ω2 の2つのフォトンが角度
周波数ω1 の1つのフォトンと組み合わされてωA のア
ンチストーク(anti-Stokes) のフォトンを形成する。
このためエネルギ変換の為に、図1の全てのスペクトラ
ム項は、δωで均一に離間している。
スにおいては、角度周波数ω2 の2つのフォトンが角度
周波数ω1 の1つのフォトンと組み合わされてωA のア
ンチストーク(anti-Stokes) のフォトンを形成する。
このためエネルギ変換の為に、図1の全てのスペクトラ
ム項は、δωで均一に離間している。
【0017】この4波ミキシングの原理に関する詳細な
説明は、本発明者らの論文 "Pseude-phase-matched fou
r-wave mixing in soliton WDM transmission", Opt. L
ett.21, 396 (1996) を参照されたい。
説明は、本発明者らの論文 "Pseude-phase-matched fou
r-wave mixing in soliton WDM transmission", Opt. L
ett.21, 396 (1996) を参照されたい。
【0018】波長ベクトルミスマッチ
前述の第1と第2のミキシングプロセスにおける波ベク
トルミスマッチδkは、それぞれ分散パラメータD(λ
1)とD(λ2)に正比例している。例えば、第1ミキシ
ングプロセスの場合には、この波ベクトルミスマッチ
は、次式に示すように分散パラメータD(λ1) に関連
づけられる。
トルミスマッチδkは、それぞれ分散パラメータD(λ
1)とD(λ2)に正比例している。例えば、第1ミキシ
ングプロセスの場合には、この波ベクトルミスマッチ
は、次式に示すように分散パラメータD(λ1) に関連
づけられる。
【数3】
【0019】(3)式の最終形式は、正確なものである
がその理由は、本発明の方法によれば、条件δω/ω=
−δλ/λ<<1は、常に満足されるからである。三次
分散δ3k/δω3:δD/δλが寄与する(3)式内の
正味項は、理想的にはゼロである。より高次の分散の影
響は、常に理想的にはゼロではないが無視し得る。その
理由は、微分の大きさとδλが小さいためである。
がその理由は、本発明の方法によれば、条件δω/ω=
−δλ/λ<<1は、常に満足されるからである。三次
分散δ3k/δω3:δD/δλが寄与する(3)式内の
正味項は、理想的にはゼロである。より高次の分散の影
響は、常に理想的にはゼロではないが無視し得る。その
理由は、微分の大きさとδλが小さいためである。
【0020】信号パワーの計算
前述したように本発明の方法は、2つの光信号を放射
し、それにより光ファイバの各部分に連続的にストーク
波長λS とアンチストーク波長λA で、それぞれのAF
WMプロダクトフィールドを生成する。前述の位相ミス
マッチ(δk)の為にストーク信号PS(z) の対応す
るパワーは、次式で表される空間周波数でもって発振す
る。
し、それにより光ファイバの各部分に連続的にストーク
波長λS とアンチストーク波長λA で、それぞれのAF
WMプロダクトフィールドを生成する。前述の位相ミス
マッチ(δk)の為にストーク信号PS(z) の対応す
るパワーは、次式で表される空間周波数でもって発振す
る。
【数4】
【0021】したがって、ストーク信号のパワー内の強
度発振の周波数FS(z) を測定することにより、空間
解像度ΛS を有する分散マップD(λ1,z) を得るこ
とができる。当然のことながら、同時にアンチストーク
信号のパワー内の強度発振の周波数FA(z) を測定す
ることにより、分散マップD(λ2,z) を得ることも
できる。
度発振の周波数FS(z) を測定することにより、空間
解像度ΛS を有する分散マップD(λ1,z) を得るこ
とができる。当然のことながら、同時にアンチストーク
信号のパワー内の強度発振の周波数FA(z) を測定す
ることにより、分散マップD(λ2,z) を得ることも
できる。
【0022】その結果、テスト用の光ファイバ内に入射
された信号の一方、あるいは両方に対する正確な分散マ
ップは、本発明の教示を適用することにより容易に得る
ことができる。さらにまた3次分散定数(分散マップD
(λ1,z),D(λ2,z)の測定値を比較することに
より容易に決定できる)を知ることにより、測定された
分散マップのいずれかは他の所望のいずれにでも容易に
変換できる。
された信号の一方、あるいは両方に対する正確な分散マ
ップは、本発明の教示を適用することにより容易に得る
ことができる。さらにまた3次分散定数(分散マップD
(λ1,z),D(λ2,z)の測定値を比較することに
より容易に決定できる)を知ることにより、測定された
分散マップのいずれかは他の所望のいずれにでも容易に
変換できる。
【0023】様々な技術を用いて前述の強度発振を測定
できる。例えば、この強度発振は、テスト用ファイバの
入力端におけるレーレイ後方散乱現象にも観測できる。
信号は次式の時間周波数で変動する。
できる。例えば、この強度発振は、テスト用ファイバの
入力端におけるレーレイ後方散乱現象にも観測できる。
信号は次式の時間周波数で変動する。
【数5】
ここでnは、光ファイバの有効屈折率で、tは光ファイ
バの入力点からある点zに行き、そして戻るまでの周回
時間即ち次式で表される。
バの入力点からある点zに行き、そして戻るまでの周回
時間即ち次式で表される。
【数6】
【0024】屈折率が1.46に対しては、δtは1k
mの光ファイバに対して9.73μsである。式(4)
と(5)を組み合わせると分散マップは、波長λ1 の第
1入力信号に対して得られる。
mの光ファイバに対して9.73μsである。式(4)
と(5)を組み合わせると分散マップは、波長λ1 の第
1入力信号に対して得られる。
【数7】
以下に詳述するように、(7)式により示される周波数
は、通常数十から数百kHzの範囲内にある。
は、通常数十から数百kHzの範囲内にある。
【0025】光ファイバの公知の損失と散乱特性と前述
の4波ミキシングプロセスを理解することにより、レー
レイ後方散乱された信号の強度を予測できる。λ1 とλ
2 の入力パルスが同極性であり、λS とλA の初期信号
が存在しない場合にはストーク波長λS における信号パ
ワーは、次式で表される。
の4波ミキシングプロセスを理解することにより、レー
レイ後方散乱された信号の強度を予測できる。λ1 とλ
2 の入力パルスが同極性であり、λS とλA の初期信号
が存在しない場合にはストーク波長λS における信号パ
ワーは、次式で表される。
【数8】
【0026】上記と同様の式がアンチストーク波長λA
の信号パワーPA(z) についても得られる。(8)式
中P1 0とP2 0は、光ファイバの入力点におけるパルスパ
ワーであり、Aeff は光ファイバのコアの有効面積で,
n2は非線系屈折率係数(n2はシリカ製ガラスファイバ
に対しては2.7×10-8μm2 /W)で、Rはレーレ
イ後方散乱係数で、δzはある所定時間におけるパルス
により占有される光ファイバ長で、αは光ファイバの損
失係数である。
の信号パワーPA(z) についても得られる。(8)式
中P1 0とP2 0は、光ファイバの入力点におけるパルスパ
ワーであり、Aeff は光ファイバのコアの有効面積で,
n2は非線系屈折率係数(n2はシリカ製ガラスファイバ
に対しては2.7×10-8μm2 /W)で、Rはレーレ
イ後方散乱係数で、δzはある所定時間におけるパルス
により占有される光ファイバ長で、αは光ファイバの損
失係数である。
【0027】指数関数の損失項内の4の倍数は、(1)
P1 2P2 の積はexp(−3αz)で減少し、(2)光
ファイバの所定点zにおけるレーレイ後方散乱は、光フ
ァイバ入力に戻る際にexp(−αz)のさらなる損失
係数を受けるという事実から派生している。(8)式か
ら1Wのオーダーのパルス入力パワー(P1 0とP2 0)に
おいては、数十km長さまでの光ファイバのスパンを測
定するのに十分な信号強度が存在する。
P1 2P2 の積はexp(−3αz)で減少し、(2)光
ファイバの所定点zにおけるレーレイ後方散乱は、光フ
ァイバ入力に戻る際にexp(−αz)のさらなる損失
係数を受けるという事実から派生している。(8)式か
ら1Wのオーダーのパルス入力パワー(P1 0とP2 0)に
おいては、数十km長さまでの光ファイバのスパンを測
定するのに十分な信号強度が存在する。
【0028】次に図2において、長距離伝送用の現在の
ところ最大の関心事である波長のバンド幅は、1552
と1560nmの間にあるエルビウムファイバ増幅器の
広領域で平坦なゲインピークに対応している。「分散が
テーパー状」のファイバスパンを用いるソリトン伝送に
おいては、ゼロ分散の波長λ0 は約1542から155
3nmの間の範囲内にあり、「ノンリターントゥゼロシ
ステム」("non-return-to-zero systems"(NRZ))
においては、λ0 は幾分長めの波長のところにある。
ところ最大の関心事である波長のバンド幅は、1552
と1560nmの間にあるエルビウムファイバ増幅器の
広領域で平坦なゲインピークに対応している。「分散が
テーパー状」のファイバスパンを用いるソリトン伝送に
おいては、ゼロ分散の波長λ0 は約1542から155
3nmの間の範囲内にあり、「ノンリターントゥゼロシ
ステム」("non-return-to-zero systems"(NRZ))
においては、λ0 は幾分長めの波長のところにある。
【0029】いくつかの理由により入力波長、即ち測定
用波長λ1 ,λ2 は、λ0 に対する最短の予測値の短波
長側にあるのが必要ではないが望ましい。例えばこの関
係により、それぞれのパワーレベルに係わらず「変調の
不安定性(modulational instability)」が存在しなく
なる。1Wに近付くパワーレベルにおいては、このこと
はλ1 とλ2 がλ0 より大きい場合には当てはまらな
い。さらに信号は、分散パラメータDの符号には依存し
ていないので、分散マップは、D=0の一側に常にない
限り不明確となる。最後に空間解像度は、D(λ1) が
ゼロに近付くにつれて不明瞭となる。
用波長λ1 ,λ2 は、λ0 に対する最短の予測値の短波
長側にあるのが必要ではないが望ましい。例えばこの関
係により、それぞれのパワーレベルに係わらず「変調の
不安定性(modulational instability)」が存在しなく
なる。1Wに近付くパワーレベルにおいては、このこと
はλ1 とλ2 がλ0 より大きい場合には当てはまらな
い。さらに信号は、分散パラメータDの符号には依存し
ていないので、分散マップは、D=0の一側に常にない
限り不明確となる。最後に空間解像度は、D(λ1) が
ゼロに近付くにつれて不明瞭となる。
【0030】さらに本発明によれば、例えばλ1 とλ2
は図2に示すように、エルビウムドープ増幅器のゲイン
ピークである1530nmの近傍にあるよう選択された
場合に優れた効果が得られる。当然のことながら問題と
なっている波長バンド幅が、λ0 に対する最短の予測値
のさらに短波長側にない場合には、λ0 のバンド幅が例
えば1515nmを中心とするような一般的な場合では
ないが測定波長信号の入力パワーレベルは、変調不安定
性のしきい値以下、即ち約200mw以下に低減しなけ
ればならない。別法として異なる特性ゲインカーブを有
する増幅器を用いることもできる。
は図2に示すように、エルビウムドープ増幅器のゲイン
ピークである1530nmの近傍にあるよう選択された
場合に優れた効果が得られる。当然のことながら問題と
なっている波長バンド幅が、λ0 に対する最短の予測値
のさらに短波長側にない場合には、λ0 のバンド幅が例
えば1515nmを中心とするような一般的な場合では
ないが測定波長信号の入力パワーレベルは、変調不安定
性のしきい値以下、即ち約200mw以下に低減しなけ
ればならない。別法として異なる特性ゲインカーブを有
する増幅器を用いることもできる。
【0031】波ベクトルミスマッチδkに対しては、非
線系の寄与分が存在し、一次(ストーク)のミキシング
プロセスに対するものは次式で与えられる。
線系の寄与分が存在し、一次(ストーク)のミキシング
プロセスに対するものは次式で与えられる。
【数9】
二次(アンチストーク)ミキシングプロセスに対しても
同様の式(添え字1,2をちょうど逆にしたもの)が得
られる。(9)においては、γは次式で与えられる。
同様の式(添え字1,2をちょうど逆にしたもの)が得
られる。(9)においては、γは次式で与えられる。
【数10】
【0032】一次ミキシングプロセスに対しては、P2
=2P1の場合には、δknlはゼロである。同様に二次
ミキシングプロセスに対しては、P1=2P2の場合に
は、δknlはゼロである。しかし、これらの条件の一方
が正確には満足されない場合でもδknlは、全ての分散
パラメータDに対し、線系のδkの一部に過ぎず極めて
ゼロに近い。その理由は、γは非常に小さく、例えば
2.5W-1km-1である。ここでAeff=50μm2で、
λは約1530nmとする。
=2P1の場合には、δknlはゼロである。同様に二次
ミキシングプロセスに対しては、P1=2P2の場合に
は、δknlはゼロである。しかし、これらの条件の一方
が正確には満足されない場合でもδknlは、全ての分散
パラメータDに対し、線系のδkの一部に過ぎず極めて
ゼロに近い。その理由は、γは非常に小さく、例えば
2.5W-1km-1である。ここでAeff=50μm2で、
λは約1530nmとする。
【0033】図3において本発明の分散マップ測定シス
テム10が示されている。同図において、固定入力信号
λ1 ,λ2 がそれぞれcwソース12,14により生成
される。この実施例においては、cwソース12,14
はそれぞれ1532.6nmと1536.15nmのパ
ルスを与えるよう同調されたダイオードレーザとして構
成されている(波長差は3.55nmである)。
テム10が示されている。同図において、固定入力信号
λ1 ,λ2 がそれぞれcwソース12,14により生成
される。この実施例においては、cwソース12,14
はそれぞれ1532.6nmと1536.15nmのパ
ルスを与えるよう同調されたダイオードレーザとして構
成されている(波長差は3.55nmである)。
【0034】この波長は単なる例示であり、これらは光
パルス生成を含む光信号生成デバイスにより適宜生成で
きる。直交極性は潜在的に信号強度を十分の1以下に低
減することができるので、cwソース12と14は同極
性で十分の信号強度を提供するものとする。cwソース
12,14に出力されたcw信号は、組み合わされて位
相変調器16に入力される。
パルス生成を含む光信号生成デバイスにより適宜生成で
きる。直交極性は潜在的に信号強度を十分の1以下に低
減することができるので、cwソース12と14は同極
性で十分の信号強度を提供するものとする。cwソース
12,14に出力されたcw信号は、組み合わされて位
相変調器16に入力される。
【0035】必ずしも必要なことではないが、位相変調
器は入力信号から、励起パルスの有限時間幅から発生す
る高周波(約1MHz)変調を取り除くのが好ましい。
この位相変調器の出力は増幅器18により増幅され、パ
ルス生成器22に接続された音響光学変調器20がこの
cwソースの出力をλ1 のパルスとλ2 のパルスに成形
する。
器は入力信号から、励起パルスの有限時間幅から発生す
る高周波(約1MHz)変調を取り除くのが好ましい。
この位相変調器の出力は増幅器18により増幅され、パ
ルス生成器22に接続された音響光学変調器20がこの
cwソースの出力をλ1 のパルスとλ2 のパルスに成形
する。
【0036】音響光学変調器20の出力は光増幅器24
に与えられる。この光増幅器24は、実施例ではエルビ
ウムドープ(erbium doped fiber amplifier(EDF
A))である。光増幅器24は、パルス信号を1W近傍
のピークパワーレベルにまで上げるのに十分なゲインを
与える。光増幅器24の出力点におけるパルスパワー
は、1Wのオーダーであるにもかかわらず、この増幅器
の低デューティサイクルと、エネルギ蓄積性能により増
幅器へのポンプパワーはわずか数十mwのオーダーが可
能となる。
に与えられる。この光増幅器24は、実施例ではエルビ
ウムドープ(erbium doped fiber amplifier(EDF
A))である。光増幅器24は、パルス信号を1W近傍
のピークパワーレベルにまで上げるのに十分なゲインを
与える。光増幅器24の出力点におけるパルスパワー
は、1Wのオーダーであるにもかかわらず、この増幅器
の低デューティサイクルと、エネルギ蓄積性能により増
幅器へのポンプパワーはわずか数十mwのオーダーが可
能となる。
【0037】3ポート光学サーキュレータ26はこのパ
ルスをFで示されたテスト用ファイバに入力し、可調受
信装置28へのレーレイ後方散乱信号を検出する。図3
に示された装置においては、この可調受信装置28はE
DFAプレ増幅器30を有し、このEDFAプレ増幅器
30は後方散乱された信号の後続の処理が可能となる十
分のゲインを与える。所望の後方散乱信号(ストーク波
長あるいはアンチストーク波長のいずれか)への同調
は、検出用にある信号を光検出器34に通過させる可調
狭バンド光学フィルタ32により行われる。
ルスをFで示されたテスト用ファイバに入力し、可調受
信装置28へのレーレイ後方散乱信号を検出する。図3
に示された装置においては、この可調受信装置28はE
DFAプレ増幅器30を有し、このEDFAプレ増幅器
30は後方散乱された信号の後続の処理が可能となる十
分のゲインを与える。所望の後方散乱信号(ストーク波
長あるいはアンチストーク波長のいずれか)への同調
は、検出用にある信号を光検出器34に通過させる可調
狭バンド光学フィルタ32により行われる。
【0038】このような光学フィルタは、例えば20G
Hzのバンド幅と16nmの自由スペクトラル領域のピ
エゾ同調ファブリペローエタロンを同調可能な1nmの
バンド幅の干渉フィルタ(いずれも図示せず)でもって
カスケード接続することにより構成される。光検出器3
4の出力は、バンドパスフィルタ36によりフィルタ処
理され、増幅器37により増幅され、サンプリングオシ
ロスコープ38に与えられる。
Hzのバンド幅と16nmの自由スペクトラル領域のピ
エゾ同調ファブリペローエタロンを同調可能な1nmの
バンド幅の干渉フィルタ(いずれも図示せず)でもって
カスケード接続することにより構成される。光検出器3
4の出力は、バンドパスフィルタ36によりフィルタ処
理され、増幅器37により増幅され、サンプリングオシ
ロスコープ38に与えられる。
【0039】図4は、図3の装置を用いてテスト用のフ
ァイバの34.4km長の分散テーパー型の光ファイバ
から戻ってきた信号のサンプルを示す。このサンプル
は、λS =1539.70nmの信号電圧波形で0.2
秒以下の必要とされる全平均時間でもって数百回繰り返
された平均である。高強度入力端は、0kmである。優
れたSN比が光ファイバスパンの遠隔点でも観測され
た。
ァイバの34.4km長の分散テーパー型の光ファイバ
から戻ってきた信号のサンプルを示す。このサンプル
は、λS =1539.70nmの信号電圧波形で0.2
秒以下の必要とされる全平均時間でもって数百回繰り返
された平均である。高強度入力端は、0kmである。優
れたSN比が光ファイバスパンの遠隔点でも観測され
た。
【0040】その原因の一部は、EDFAプレ増幅器3
0(図3)の入力点に示されたノイズを計算するのに用
いられる狭い有効バンド幅に起因する。この狭い有効バ
ンド幅は、連続した受信機内の2つのフィルタのバンド
幅20GHzと250kHzの幾何平均から得られた7
0MHzである。同様な結果は、λA =1529.05
nmのアンチストーク信号波形についても得られる。
0(図3)の入力点に示されたノイズを計算するのに用
いられる狭い有効バンド幅に起因する。この狭い有効バ
ンド幅は、連続した受信機内の2つのフィルタのバンド
幅20GHzと250kHzの幾何平均から得られた7
0MHzである。同様な結果は、λA =1529.05
nmのアンチストーク信号波形についても得られる。
【0041】次に図5において、上記した同一の分散が
テーパー状の光ファイバスパンのほぼ分散マップD(1
557,z)を示す。これは、(1)ストーク信号と、
(2)アンチストーク信号から推論されたものと、
(3)1557nmの共通波長に変換されたものを示
す。点線のカーブは理想的な指数関数のテーパーに適合
する。同様な結果は、光ファイバを5個の小部分に分割
する従来の分解的技術によっても得られる。
テーパー状の光ファイバスパンのほぼ分散マップD(1
557,z)を示す。これは、(1)ストーク信号と、
(2)アンチストーク信号から推論されたものと、
(3)1557nmの共通波長に変換されたものを示
す。点線のカーブは理想的な指数関数のテーパーに適合
する。同様な結果は、光ファイバを5個の小部分に分割
する従来の分解的技術によっても得られる。
【0042】本発明の方法によって得られた結果は、従
来の分解的検査方法の結果に比較して好ましいものであ
る。即ち、従来の分解的検査方法は、図5の水平方向の
実線で示されている。変換するために、三次の分散値
が、ストーク信号とアンチストーク信号の比較から決定
されたように用いられた。この三次の分散値は、スパン
全体に亘って、厳密な意味で一定ではない。
来の分解的検査方法の結果に比較して好ましいものであ
る。即ち、従来の分解的検査方法は、図5の水平方向の
実線で示されている。変換するために、三次の分散値
が、ストーク信号とアンチストーク信号の比較から決定
されたように用いられた。この三次の分散値は、スパン
全体に亘って、厳密な意味で一定ではない。
【0043】図5に示された分散マップを決定するため
に、λ1 とλ2 のポンプ光強度は、λS で測定するため
にそれぞれ2:1の比率に、そしてλA で測定するため
に1:2の比率になるよう調整された。上記の(9)式
から波ベクトルミスマッチへの非線系寄与分は、識別で
きなかった。この予測は、ネットポンプパワーが減少す
るにつれて2:1のパワー比が維持される限り、観測さ
れた周波数中にいかなる測定可能な変動もないことによ
り確認された。
に、λ1 とλ2 のポンプ光強度は、λS で測定するため
にそれぞれ2:1の比率に、そしてλA で測定するため
に1:2の比率になるよう調整された。上記の(9)式
から波ベクトルミスマッチへの非線系寄与分は、識別で
きなかった。この予測は、ネットポンプパワーが減少す
るにつれて2:1のパワー比が維持される限り、観測さ
れた周波数中にいかなる測定可能な変動もないことによ
り確認された。
【0044】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法によれ
ば、長い光ファイバスパンの分散マップを±0.03p
s/nm−km以上の精度で、且つ1km未満の空間解
像度でもって分散マップの測定が容易となる。
ば、長い光ファイバスパンの分散マップを±0.03p
s/nm−km以上の精度で、且つ1km未満の空間解
像度でもって分散マップの測定が容易となる。
【図1】本発明により用いられる4波ミキシングプロセ
スのスペクトラムを表す図
スのスペクトラムを表す図
【図2】エルビウムドープの光ファイバ増幅器のゲイン
プロファイルに関連して、伝送用の最も試験可能なバン
ドと、分散パラメータマップの測定用に最も適した波長
を表す図
プロファイルに関連して、伝送用の最も試験可能なバン
ドと、分散パラメータマップの測定用に最も適した波長
を表す図
【図3】本発明の一実施例による色分散特性の測定シス
テムを表すブロック図
テムを表すブロック図
【図4】光ファイバの「分散がテーパー状」のスパンか
ら戻った信号のいくつかのサンプルを表すグラフ
ら戻った信号のいくつかのサンプルを表すグラフ
【図5】本発明の方法により得られた分散マップと従来
の分解技法により得られた分散マップの比較を表す図
の分解技法により得られた分散マップの比較を表す図
10 本発明の分散マップ測定システム
12 第1cwソース
14 第2cwソース
16 位相変調器
18 増幅器
20 音響光学変調器
22 パルス生成器
24 光増幅器
26 3ポート光学サーキュレータ
28 可調受信装置
30 EDFAプレ増幅器
32 可調狭バンド光学フィルタ
34 光検出器
36 バンドパスフィルタ
37 増幅器
38 サンプリングオシロスコープ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 パヴェル エム.マミーシェフ
アメリカ合衆国,07748 ニュージャー
ジー,ミドルタウン,ノルウッド ドラ
イブ 1210
(72)発明者 リン フレデリック モレナウアー
アメリカ合衆国,07722 ニュージャー
ジー,コルツ ネック,キャリッジ ヒ
ル ドライブ 11
(56)参考文献 特開 平7−294381(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G01M 11/02
G02F 1/35
Claims (10)
- 【請求項1】 光ファイバスパン内の色分散をマッピン
グする方法において、 (A)第1波長の第1光学信号と第2波長の第2光学信
号とを同時に光ファイバの第1端内に放射し、これによ
り前記第1波長の2光子と前記第2波長の1光子とを結
合する4波ミキシングプロセスを介して、パワーが発振
するプローブ信号を生成するステップと、 (B)前記光ファイバに沿ったそれぞれ異なる位置で前
記プローブ信号の一部のパワーの発振の周波数を測定す
るステップと、 (C)前記第1波長と第2波長の少なくとも一方に対
し、前記(B)の測定ステップにより得られた測定値か
ら色分散パラメータを得るステップとからなることを特
徴とする光ファイバスパン内の色分散をマッピングする
方法。 - 【請求項2】 前記プローブ信号は、ストーク(Stoke
s)信号であることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項3】 前記第2波長は、第1波長よりも短く、
前記第1波長と第2波長のパワー比率は約1:2である
ことを特徴とする請求項2の方法。 - 【請求項4】 前記プローブ信号は、アンチストーク
(anti-Stokes) 信号であることを特徴とする請求項1
の方法。 - 【請求項5】 前記第2波長は、第1波長よりも短く、
前記第1波長と第2波長の間の注入パワー比率は約2:
1であることを特徴とする請求項4の方法。 - 【請求項6】 色分散パラメータが前記第1波長と第2
波長の各々に対し得られ、 (D)このようにして得られた2つの色分散パラメータ
の間の差から三次分散パラメータを計算するステップを
さらに有することを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項7】 前記(B)の測定ステップは、光ファイ
バの第1端におけるプローブ信号のレーレイ後方散乱サ
ンプルを観測することにより行われることを特徴とする
請求項1の方法。 - 【請求項8】 前記(B)の測定ステップは、プローブ
信号の複数の側面散乱サンプル(side-scattered sampl
es)を観測することにより行われることを特徴とする請
求項1の方法。 - 【請求項9】 前記第1と第2の波長は、テスト用光フ
ァイバのスパンのゼロ分散の最短予測波長よりも短いこ
とを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項10】 前記(A)の放射ステップは、前記第
1と第2の波長でもってパルスを繰り返し放射すること
を含むことを特徴とする請求項1の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/682,229 US5956131A (en) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | System and method for mapping chromatic dispersion in optical fibers |
US682229 | 1996-07-17 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1083006A JPH1083006A (ja) | 1998-03-31 |
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Family
ID=24738772
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19166097A Expired - Fee Related JP3376251B2 (ja) | 1996-07-17 | 1997-07-16 | 光ファイバスパン内の色分散をマッピングする方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5956131A (ja) |
EP (1) | EP0819926B1 (ja) |
JP (1) | JP3376251B2 (ja) |
CA (1) | CA2206413A1 (ja) |
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1997
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