JP4690690B2 - 光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法、光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置、ファイバ製造方法、分散分布測定方法、測定誤差補償方法、測定条件特定方法 - Google Patents
光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法、光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置、ファイバ製造方法、分散分布測定方法、測定誤差補償方法、測定条件特定方法 Download PDFInfo
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Description
(1)FWM発生過程においては伝送損失が影響しない
(2)SPM及びXPMの効果は考慮しない
このとき入力ポンプ光強度Pp(z=0)と入力プローブ光強度Ps(z=0)は以下の数(6)のような関係を保つことが必要である。
(ケースA)
Δβ<0(異常分散)かつPp 0>−Δβ/4γの場合、アイドラー光は数(19)に示され、プローブ光は数(20)に示される。
入力ポンプ光強度とファイバ損失係数dからファイバ長手方向各点でのポンプ光強度を計算し、その値を取り込んでga及びgbを計算する。この場合、上記した二つの場合においてそれぞれ、
(C1のケース)Δβ<0(異常分散)かつPp 0>−Δβ/4γの場合、
(C2のケース)Δβ<0(異常分散)かつPp 0<−Δβ/4γの場合、またはΔβ≧0(正常分散)の場合、
ポンプ光の後方散乱光を測定することによりファイバ長手方向各点でのポンプ光強度Pp(z)を実測し、その値を取り込んでga及びgbを計算する。この場合も上記ケースCと同様に二つの条件の違いにより、以下のように示される。
(D1のケース)Δβ<0(異常分散)かつPp 0>−Δβ/4γの場合、
(D2のケース)Δβ<0(異常分散)かつPp 0<−Δβ/4γの場合、またはΔβ≧0(正常分散)の場合、
(測定1)被測定光ファイバ5及び測定器100の各特性を考慮して測定条件(下記参照)を設定する。
(測定2)測定器100を用いてポンプ光の後方散乱光を測定し、ポンプ光のファイバ長手方向での強度を取得する。
(測定3)測定器100を用いてプローブ光あるいはアイドラー光の各後方散乱光の波形を測定する。
(測定4)入力ポンプ光の強度を複数回変化させて、上記測定2、3の処理を繰り返す。
(測定5)測定器100を用いて、プローブ光あるいはアイドラー光の波形からファイバ長手方向各点でのgbを各々求める。
被測定光ファイバの特性により測定条件の設定は大きく異なる。そこで、まず、被測定光ファイバ5の種類に応じた測定条件の設定について検討する。
1-1.距離分解能の設定
測定波形の1km当たりの振動数(波の数;gb(km-1)/π)を2〜10(Pp=0W相当時)と定める。
Pp=0時、Δβ=−2gbより、Δβ(km-1)=−4π〜−20π(≡Δβmax)
非線形定数γよりポンプ光の臨界条件を満たす強度Ppmaxを求める。
Ppmax=−Δβmax/4γ
Ppmaxと測定器の上限値Ppmeasureを比較する。
a)Ppmeasure≦Ppmax⇒設定上限値Pphigh=Ppmeasure
b)Ppmeasure>Ppmax⇒設定上限値Pphigh=Ppmax
数(13)を用いて、上記1-1.で求めたΔβに対するポンプ光−プローブ光の二波長間隔Δλを求める。
a)Δλ≦Δλmax(;測定器限界)⇒Δλ決定
b)Δλ>Δλmax ⇒Δλ=Δλmax(Δβが新たに定まる)
ローブ光またはアイドラー光の振動振幅成分A;A=4γ2Pp 2/Δβ(Δβ+4γPp)であり、測定可能な値であるポンプ光領域を決定する。
Ppmin≦Pp≦Pphigh
となる。
数(23)を用いて、上記1-4.で求めたポンプ光領域におけるプローブ光またはアイドラー光波形のgbを求める。
gb(Pp=Pphigh)≦gb≦gb(Pp=Ppmin)
2-1.距離分解能の設定
測定波形の1km当たりの振動数(波の数;gb(km-1)/π)を2〜10(Pp=0W相当時)と定める。
Δβ=4π〜20π(≡Δβmax)
数(13)を用いて決定されたΔβからポンプ光-プローブ光の二波長間隔Δλを求める。
a)Δλ≦Δλmax(;測定器限界)⇒Δλ決定
b)Δλ>Δλmax ⇒Δλ=Δλmax
プローブ光またはアイドラー光の振動振幅成分A;A=4γ2Pp 2/Δβ(Δβ+4γPp)が測定可能な値であるポンプ光領域を決定する。
AがAlimとなるポンプ光強度をPpminとするとポンプ光強度可変領域は
Ppmin≦Pp≦Pphigh
となる。
数(23)を用いて、上記2-3.で求めたポンプ光領域におけるプローブ光またはアイドラー光波形のgbを求める。
gb(Pp=Ppmin)≦gb≦gb(Pp=Pphigh)
特に、DSF系の光ファイバ等のように平均波長分散値がゼロに近いために製造上の都合で波長分散値の正負がファイバ長手方向で変化している光ファイバの場合や、意図的に光ファイバ長手方向に波長分散値を調整した光ファイバ(例えば、分散減少光ファイバ)の場合には、事前に波長分散値の正負を明確に決めることができない。
測定波形の1km当たりの振動数(波の数;gb(km-1)/π)を2〜10(Pp=0W相当時)と定める。
Δβ=4π〜20π(≡Δβmax)
非線形定数γよりポンプ光の臨界条件を満たす強度Ppmaxを求める。
Ppmax=−Δβmax/4γ
Ppmaxと測定器の上限値Ppmeasureを比較する。
a)Ppmeasure≦Ppmax ⇒ 設定上限値Pphigh=Ppmeasure
b)Ppmeasure>Ppmax ⇒ 設定上限値Pphigh=Ppmax
数(13)を用いて、上記3-1.から求めたΔβに対するポンプ光-プローブ光の二波長間隔Δλを求める。
a)Δλ≦Δλmax(;測定器限界)⇒Δλ決定
b)Δλ>Δλmax ⇒Δλ=Δλmax(Δβが新たに定まる)
プローブ光またはアイドラー光の振動振幅成分A;A=4γ2Pp 2/Δβ(Δβ+4γPp)が測定可能な値であるポンプ光領域を決定する。
Ppmin≦Pp≦Pphigh
となる。
数(23)を用いて、上記3-3.で求めたポンプ光領域におけるプローブ光またはアイドラー光のgbを求める。
異常分散の場合 gb(Pp=Pphigh)≦gb≦gb(Pp=Ppmin)
正常分散の場合 gb(Pp=Ppmin)≦gb≦gb(Pp=Pphigh)
次に、測定装置100に代えて、他の測定装置を用いて被測定光ファイバ5のファイバ長手方向における波長分散値と非線形定数の各分布値を測定するようにしてもよい。以下、測定装置100以外の他の測定装置101〜106について、図2〜図7を参照して説明する。
以下、本発明のその他の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明は特に、被測定光ファイバ中の非線形光学効果を利用した光ファイバの波長分散値測定方法、測定装置及びデータ解析手法に関するもので、波長分散値の長手方向の分布特性を得られることを特徴としている。この測定方法では被測定光ファイバに入射する波長の異なる二波長のプローブパルス光とポンプパルス光のノイズを除去し、両パルス光を矩形波に整形することにより、観測するアイドラー光のSN比の向上、SBS発生の抑圧、異常分散性光ファイバにおける変調不安定性(MI発生)の抑制を行い、従来よりも高精度での測定が可能となっている。さらにファイバ製造過程において使用することにより長手方向の特性が均一で安定した光ファイバを得ることができる。そのため、光増幅器を用いた光強度の強い無中継長距離伝送に用いられる分散補償線路や光ソリトン通信等の伝送路を設計する上で大きな寄与が期待される。以下に、図16を参照して本発明の実施形態を説明する。
まず、ポンプ光源201から出力したポンプ光は、光位相変調器206にて位相変調がかけられる。光位相変調器206には、電気信号発生器203から出力される100MHz前後の周波数を有する正弦波電気信号の一部が電気信号増幅器204を介して入力される。位相変調は被測定光ファイバ224中で発生する誘導ブリユアン散乱(SBS)を抑圧するために行われる。このため、被測定光ファイバ224に入射するポンプ光の強度がSBS閾値よりも低い場合は位相変調の必要はない。
パラメータa2を使用すると、波長分散値は、
抽出するデータ範囲としては、位置分解能と精度との兼ね合いから適当な範囲でよい。フィッティングの性質上、抽出するデータ範囲は、強度振動が1〜10周期程度であるとき十分な精度が得られる。
1 ポンプ光源
2,2a 位相変調器
3 信号発生器
4,23,24 電気信号アンプ
5 被測定光ファイバ
6,6a,12,12a 強度変調器
7,7a,18 EDFA
8,8a バンドパスフィルタ
9,14,27,128 偏波コントローラ
10,10a カプラ
11 プローブ光源
13,13a ディレーライン
15,15a サーキュレータ
16 無反射端
17,17a,19 光フィルタ
20 O/E変換器
21 オシロスコープ
22 パルス発生器
25,26 DC電源
28,28a 3dBカプラ
29 フォトディテクタ
30 電気アンプ
31 ミキサー
32 信号発生装置
33 ローパスフィルタ
35,36 ラマン増幅用光源
37,38 WDMカプラ
39 光スペクトラムアナライザ
40 非線形光学媒体
124 コンピュータ
125,125a タップカプラ
126,126a AO変調器
131 光パワーメータ
200 測定装置
201 ポンプ光源
202 プローブ光源
203 電気信号発生器
204,205 電気信号増幅器
206,207 光位相変調器
208,209 偏波コントローラ
210,211 パルス変調部
212,213 光増幅器
214,215 光アッテネータ
216,217 光バンドパスフィルタ
218,219 偏波コントローラ
220,221 偏光子
222 3dBカプラ
222a 3dBカプラ出力ポート
223 光サーキュレータ
224 被測定光ファイバ
225 光スペクトラムアナライザ
226 無反射端
227 光パワーメータ
228 光アッテネータ
229 光フィルタ
230 光増幅器
231 光フィルタ
232 APD
233 電気信号増幅器
234 OE変換器
235 オシロスコープ
236 パルスパターン発生器
237 制御用コンピュータ
238 ディレーライン
239,240 ファンクションジェネレータ
241,242 バイアスティ
243,244 DC電源
245,246 光強度変調器
247,249 ラマン増幅用光源
248 WDMカプラ
250 WDMカプラ
251 光増幅器
252 光フィルタ
Claims (22)
- 直線偏光したプローブパルス光と、該プローブパルス光とは異なる波長を有し偏波状態が一致するポンプパルス光とを、被測定光ファイバに入射させ、その際ポンプパルス光の強度を複数回変化させて入射し、それに対する該被測定光ファイバ内でレーリー散乱により生じる前記ポンプパルス光の後方散乱光の強度及び、前記プローブパルス光の後方散乱光の強度、もしくは前記被測定光ファイバ内で発生する非線形現象により生じるアイドラー光の後方散乱光の強度の少なくとも一方のファイバ長手方向に対する変化を各ポンプパルス光入射強度条件に対して測定し、該測定したプローブパルス後方散乱光もしくはアイドラー後方散乱光のファイバ長手方向に対する正弦波的な強度振動分布からファイバ長手方向各地点での局所的な振動周期である瞬時周波数を求め、ファイバ長手方向の各地点での該瞬時周波数のポンプ光強度依存性から前記被測定光ファイバの波長分散値及び非線形定数の少なくとも一方を求め,これら一連の処理をファイバの長手方向の各地点で繰り返すことにより,波長分散値及び非線形定数の少なくとも一方に対するファイバ長手方向の分布を特定することを特徴とする光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
- 前記被測定光ファイバに入力するポンプパルス光及びプローブパルス光に対する波長及び強度に係る条件を用いて、前記被測定光ファイバのファイバ長手方向における波長分散値の正負を判別することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
- 前記被測定光ファイバのパルス出射側において前記アイドラー光の強度振動の平均値を測定し、該測定結果に基づいて入力ポンプパルス光の強度振動に対する前記アイドラー光の変換効率の依存性を測定し、該測定結果に基づいてポンプ光の強度振動に依存するアイドラー光の変換効率を表す理論関数を用いて当該変換効率を回帰分析することにより、前記被測定光ファイバ全体の平均波長分散値と平均非線形定数とを同時に特定することを特徴とする請求項2に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
- 前記被測定光ファイバの各両端に対して、波長分散値と非線形定数とのファイバ長手方向の分布値を測定し、当該測定した二つの分布値を比較して前記被測定光ファイバ内における偏波変動の影響を取り除くことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
- 前記アイドラー光又はプローブパルス光の強度振動データのうち前記被測定光ファイバの両端近傍のデータを所定分だけ削除し、当該削除後の前記強度振動データを解析することを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定方法。
- ポンプ光を発生するポンプ光源と、
プローブ光を発生するプローブ光源と、
前記ポンプ光及び/又はプローブ光をパルス化する変調器と、
前記パルス化されたポンプ光と前記パルス化されたプローブ光とを合波して被測定光ファイバに入力する第1の合波器と、
前記ポンプパルス光及びプローブパルス光が前記被測定光ファイバに入力された後、該被測定光ファイバ内で生じる当該プローブパルス光の後方散乱光、又は該被測定光ファイバ内で生じるアイドラー光の後方散乱光の何れかを波長選択して、該選択された散乱光の波形を表す電気信号を出力する受光手段と、
前記電気信号波形から前記被測定光ファイバの波長分散値及び非線形定数の双方のファイバ長手方向の分布値を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。 - 前記ポンプパルス光を増幅する光増幅手段を備えたことを特徴とする請求項6に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
- 前記プローブ光源から発生したプローブ光を二つの光に分岐する分岐手段と、
前記二つに分岐されたプローブ光のうちの第1の光をパルス化して波数シフトする音響光学変調器とを備え、
前記受光手段は、前記音響光学変調器から出力されたプローブパルス光の後方散乱光と、前記分岐手段により分岐された第2の光とを合波する第2の合波器を備えることを特徴とする請求項6又は7に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。 - 前記被測定光ファイバの両端又は何れか一端に前記ポンプパルス光及びプローブパルス光と波長の異なる他の光を入射して、該被測定光ファイバ内における該ポンプパルス光、プローブパルス光及び前記アイドラー光をラマン増幅するラマン増幅手段を備えたことを特徴とする請求項6又は7に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
- 前記被測定光ファイバのパルス出射側にアイドラー光の強度振動を測定する強度測定器を備えたことを特徴とする請求項6又は7に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
- 前記第1の合波器と前記被測定光ファイバとの間の光伝送路に非線形光学媒体を設けたことを特徴とする請求項6又は7に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。
- 前記ポンプ光源と前記プローブ光源とは、互いに平行な直線偏光を有する光を各々発生し、
前記第1の合波器は、前記互いに平行な直線偏光を有する二つの光を偏波偏光面が一致するように合波することを特徴とする請求項6又は7に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。 - 前記ポンプ光源と前記プローブ光源とは、互いに平行な直線偏光を有する光を各々発生し、
前記第1の合波器は、前記互いに平行な直線偏光を有する二つの光を偏波偏光面が一致するように合波し、
前記第2の合波器は、前記プローブ光の後方散乱光と、
前記音響光学変調器から出力されたプローブパルス光の後方散乱光と、前記分岐手段により分岐された第2の光とを、互いに平行な偏波状態で合波することを特徴とする請求項8に記載の光ファイバの波長分散値及び非線形定数の測定装置。 - 請求項6〜13のうち何れかに記載の測定装置を用いて、線引した光ファイバの波長分散値及び非線形定数のファイバ長手方向の分布状態を測定し、当該測定結果に基づき、前記波長分散値及び非線形定数の何れか又はその両者がファイバ長手方向に分布した値が前記光ファイバ全長の平均値に対して±5%以内になるように前記光ファイバを切り出すことを特徴とする光ファイバ製造方法。
- 直線偏光したプローブ光と、該プローブ光とは異なる波長を有し偏波状態が一致するポンプ光とをそれぞれ独立にパルス変調部でパルス化した後、それぞれ独立に光増幅し、増幅後のプローブパルス光とポンプパルス光の雑音成分をそれぞれ個別の光フィルタで除去し、その後プローブパルス光とポンプパルス光を合波して被測定光ファイバに入射し、該被測定光ファイバ中の非線形現象により生じるアイドラー光の後方散乱光の強度のファイバ長手方向に対する変化を測定し、該測定したファイバ長手方向に対する正弦波的な強度振動分布からファイバ長手方向各地点での局所的な振動周期である瞬時周波数を求め、ファイバ長手方向各地点での該瞬時周波数から局所的な波長分散値を求め、これら一連の処理をファイバの長手方向の各地点で繰り返すことにより、前記被測定光ファイバの波長分散値に対するファイバ長手方向の依存性を特定することを特徴とする光ファイバの波長分散値測定方法。
- 前記被測定光ファイバへ入射するポンプパルス光及びプローブパルス光の強度と、前記被測定光ファイバから透過するポンプパルス光及びプローブパルス光の強度を観測し、入射時と透過時でのプローブパルス光とポンプパルス光の強度を比較し、透過時の両パルス光の強度比が入射時の両パルスの強度比に対し、10%以内となるように入射時のポンプパルス光及びプローブパルス光の強度を調整することを特徴とする請求項15に記載の光ファイバの波長分散値測定方法。
- 前記ポンプパルス光及びプローブパルス光の後方散乱光を観測し、被測定光ファイバ中での両パルス光の長手方向の伝播強度を用いて長手方向の波長分散値分布の解析補正を行うことを特徴とする請求項15又は16に記載の光ファイバの波長分散値測定方法。
- ポンプ光を発生するポンプ光源と、ポンプ光をパルス化する第1のパルス変調手段と、ポンプパルス光の強度を増幅する第1の光増幅器と、ポンプパルス光のノイズを除去する第1の光フィルタと、
プローブ光を発生するプローブ光源と、プローブ光をパルス化する第2のパルス変調手段と、プローブパルス光の強度を増幅する第2の光増幅器と、プローブパルス光のノイズを除去する第2の光フィルタと、
前記ポンプパルス光と前記プローブパルス光を合波して被測定光ファイバに入力する第1の合波器と、
合波された前記ポンプパルス光と前記プローブパルス光が前記被測定光ファイバに入力された後、該被測定光ファイバ内で生じるアイドラー光の後方散乱光を波長選択して、該選択された散乱光の波形を表す電気信号を出力する受光手段と、
前記電気信号波形から前記被測定光ファイバの波長分散値の長手方向の分布を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする光ファイバの波長分散値測定装置。 - 前記ポンプ光及びプローブ光をパルス化するパルス変調手段は、任意の電気信号パルス波形を発生することのできる電気信号発生器を備えることを特徴とする請求項18記載の光ファイバの波長分散値測定装置。
- 前記被測定光ファイバの両端または何れか一端に前記ポンプパルス光及びプローブパルス光と異なる波長を有する他の光を入射させ、該被測定光ファイバ内における該ポンプ光、プローブ光及び前記アイドラー光をラマン増幅するラマン増幅手段を備えたことを特徴とする請求項18又は19に記載の光ファイバの波長分散値測定装置。
- 前記受光手段には、被測定光ファイバ内で生じるアイドラー光の後方散乱光を波長選択するためのファブリペローフィルタが備えられ、前記ファブリペローフィルタは、Finesse2000以上、透過半値全幅5GHz以下、透過される波長光と遮断される波長光との強度比が40dB以上の特性を有することを特徴とする請求項18〜20のうち何れか一項に記載の光ファイバの波長分散値測定装置。
- 請求項15から17のうち何れか一項に記載の測定方法を用いて、線引した光ファイバの波長分散値の長手方向の分布状態を測定し、当該測定結果に基づき、前記光ファイバ長手方向に分布した波長分散値が前記光ファイバ全長の平均値に対して±5%以内になるように前記光ファイバを切り出すことを特徴とする光ファイバ製造方法。
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