JP5273696B2 - 単一モード光ファイバの特性評価方法及び装置並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、単一モード光ファイバの特性評価方法及び装置並びにプログラムに関し、特に、接続された複数の光ファイバで構成される光ファイバ伝送路の、伝搬方向における比屈折率差、材料分散、および波長分散の特性評価方法及び装置並びにプログラムに関する。

高密波長分割多重（ＤＷＤＭ：Dense Wavelength Division Multiplexing）、および光増幅技術の進展に伴い、単一モード光ファイバ１心当たりの伝送容量は飛躍的に増大している。このような大容量光伝送システムでは、単一モード光ファイバ中の光非線形現象による伝送特性の劣化が問題となっている。

単一モード光ファイバ中の光非線形現象は、光ファイバの伝搬方向で順次発生し、累積する特徴を有する。また、光非線形現象の影響は、例えばモードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）や波長分散といった光ファイバパラメータと光強度の積に密接に関係して変化する。このため、単一モード光ファイバ中における光非線形現象の影響を詳細に把握するためには、光ファイバパラメータの伝搬方向における分布特性（変動特性）を高精度に測定する必要が生じる。

しかしながら、従来の光ファイバパラメータの測定技術では、光ファイバの伝搬方向における均一性を仮定しており、当該光ファイバの任意の一端、または全長における平均値しか評価することができなかった。

そのため、例えば非特許文献１には、単一モード光ファイバの双方向から測定した後方散乱光強度波形を解析し、当該光ファイバ中におけるモードフィールド径、および波長分散の分布特性を非破壊で評価する手法が開示されている。さらに、当該評価技術の複数の光ファイバで構成される光ファイバ伝送路への適用を目的として、接続された光ファイバ間における比屈折率差の変化を補正係数Ｋとして考慮することにより、当該光ファイバ伝送路中の分布特性の評価精度を向上させる手法も開示されている。

非特許文献２には、単一モード光ファイバまたは光ファイバ伝送路中の第１，第２の参照点ｚ₀，ｚ₁におけるモードフィールド径である２Ｗ（λ，ｚ₀），２Ｗ（λ，ｚ₁）を用い、散乱係数α_s、およびコアの屈折率ｎの影響を除去し、当該単一モード光ファイバまたは光ファイバ伝送路の伝搬方向の任意の位置ｚにおけるモードフィールド径である２Ｗ（λ，ｚ）を評価する手法が開示されており、次の関係式（７）となる。

非特許文献３には、単一モード光ファイバ中における散乱係数α_sの近似手法が開示されており、純石英ガラスのレイリー散乱係数Ｒ₀、およびコアの添加材料に依存する係数ｋ、ならびに単一モード光ファイバ中の比屈折率差Δ（単位％）を用いて、次の関係式（８）となる。

単一モード光ファイバ中の材料分散Ｄｍ（λ，ｚ）の関係式（９）における、コアの添加材料に起因する係数Ａ_iおよびＢ_i（ｉ＝１，２，３，…，Ｎ）は、屈折率の波長依存性を表すセルマイヤの関係式から求めることができる。非特許文献４には、各種コアの添加材料に対するセルマイヤの関係式が開示されており、例えば、コアにゲルマニウムが添加された単一モード光ファイバの場合、関係式（９）は次の関係式（１０）により近似できる。

K.Nakajima,et al., "Chromatic dispersion distribution measurement along a single-mode optical fiber",J.Lightwave Technol., vol.15,no.7,pp.1095-1101,1997 A. Rossaro, et al., "Spatially resolved chromatic dispersion measurement by a bidirectional OTDR technique",J.Sel. Topics Quantum Electron., vol.7,no.3,pp.475-483,2001 K. Tsujikawa,et al., "Scattering property of F and GeO2 codoped silica glasses", Electron. Lett,vol.30,no.4,pp.351-352,1994 N.Shibata,et al.,"Optical loss characteristics of high-GeO2 content silica fibers", IECE(J)Trans,vol.E65,no.12,pp.166-172,1980

しかしながら、非特許文献１に記載の手法では、同一の単一モード光ファイバ中における屈折率の均一性を仮定しており、光ファイバ中の比屈折率差が光ファイバの伝搬方向で変化する場合は、モードフィールド径、および波長分散の評価精度が著しく劣化するという課題があった。

また、敷設後の光ファイバ伝送路において、伝送路中で接続された各単一モード光ファイバの比屈折率差を評価することは困難なため、非特許文献１による補正係数Ｋを考慮することは不可能であった。このため、光ファイバ伝送路全体における比屈折率差の均一性を仮定した場合、すなわち、補正係数Ｋを無視した場合には、非特許文献１による波長分散の分布特性において十分な評価精度が得られないといった課題があった。

そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、複数の単一モード光ファイバで構成される光ファイバ伝送路において、接続された光ファイバ間の長手方向の分布特性を非破壊、かつ高精度に評価することができる単一モード光ファイバの特性評価方法及び装置並びにプログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る単一モード光ファイバの特性評価方法は、任意の長さＬの単一モード光ファイバを有する光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射したときに一方側および他方側にて測定された、当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの後方散乱光強度Ｓ_A（λ，ｚ），Ｓ_B（λ，Ｌ−ｚ）（単位：ｄＢ）から演算された、当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）と、当該光ファイバ伝送路の任意の参照点ｚ₀でのモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）および比屈折率差Δ（ｚ₀）と、次の関係式（１）´とを用い、当該光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける比屈折率差Δ（ｚ）を次の関係式（１）により評価することを特徴とする。

ただし、ｎは単一モード光ファイバのコアの屈折率であり、ｋは単一モード光ファイバのコアの形成に用いる添加材料の種類に依存して決定される定数である。また、２Ｗ（λ，ｚ）は、波長λ、当該光ファイバ伝送路の位置ｚにおけるモードフィールド径を表す。

上述した課題を解決する第２の発明に係る単一モード光ファイバの特性評価方法は、第１の発明に記載された単一モード光ファイバの特性評価方法であって、前記比屈折率差Δ（ｚ）、純石英ガラスの屈折率ｎ₀、光速ｃ、コアの添加材料に起因する係数Ａ_iおよびＢ_i（ｉ＝１，２，３，…，Ｎ）を用い、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）を次の関係式（２）または関係式（３）により評価することを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る単一モード光ファイバの特性評価方法は、第２の発明に記載された単一モード光ファイバの特性評価方法であって、前記材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）と、前記光ファイバ伝送路の位置ｚにおける導波路分散Ｄ_w（λ，ｚ）との和により、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける波長分散Ｄ（λ，ｚ）を評価することを特徴とする。

上述した課題を解決する第４の発明に係る単一モード光ファイバの特性評価装置は、任意の長さＬの単一モード光ファイバを有する光ファイバ伝送路の位置ｚにおける波長λでの後方散乱光強度Ｓ（λ，ｚ）を測定する後方散乱光強度測定手段と、前記後方散乱光強度Ｓ（λ，ｚ）から当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）と、モードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）とを演算する演算手段とを有し、第１乃至第３の何れかの発明に記載の単一モード光ファイバの特性評価方法により、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける、比屈折率差Δ（ｚ）、材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）、および波長分散Ｄ（λ，ｚ）を評価することを特徴とする。

上述した課題を解決する第５の発明に係るプログラムは、任意の長さＬの単一モード光ファイバを有する光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射したときに一方側および他方側にて測定された、当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの後方散乱光強度Ｓ_A（λ，ｚ），Ｓ_B（λ，Ｌ−ｚ）（単位：ｄＢ）から、当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）を演算しメモリに格納する機能と、前記光ファイバ伝送路の任意の参照点ｚ₀にて測定された、当該任意の参照点ｚ₀でのモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）をメモリに格納する機能と、前記光ファイバ伝送路の任意の参照点ｚ₀にて測定された当該任意の参照点ｚ₀での比屈折率差Δ（ｚ₀）をメモリに格納する機能と、メモリに格納された規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）、モードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）、比屈折率差Δ（ｚ₀）、次の関係式（４）´を用いて、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける比屈折率差Δ（ｚ）を次の関係式（４）により演算する機能とを有し、前記機能をコンピュータに実行させて前記単一モード光ファイバを評価したことを特徴とする。

ただし、ｎは単一モード光ファイバのコアの屈折率であり、ｋは単一モード光ファイバのコアの形成に用いる添加材料の種類に依存して決定される定数である。また、２Ｗ（λ，ｚ）は、波長λ、当該光ファイバ伝送路の位置ｚにおけるモードフィールド径を表す。

上述した課題を解決する第６の発明に係るプログラムは、第５の発明に記載されたプログラムであって、純石英ガラスの屈折率ｎ₀、光速ｃ、コアの添加材料に起因する係数Ａ_iおよびＢ_i（ｉ＝１，２，３，…，Ｎ）を用い、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）を次の関係式（５）または関係式（６）により演算する機能を有することを特徴とする。

上述した課題を解決する第７の発明に係るプログラムは、第６の発明に記載されたプログラムであって、前記材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）と、前記光ファイバ伝送路の位置ｚにおける導波路分散Ｄ_w（λ，ｚ）とを加算する機能を有することを特徴とする。

本発明に係る単一モード光ファイバの特性評価方法および装置ならびにプログラムによれば、光ファイバ伝送路の一方側および他方側における波長λのパルス光による当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの後方散乱光強度Ｓ_A，Ｓ_Bを測定し、この後方散乱光強度Ｓ_A，Ｓ_Bから光ファイバ伝送路の位置ｚでの規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）が求められ、前記規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）、当該光ファイバの任意の参照点ｚ₀におけるモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）および比屈折率差Δ（ｚ₀）、上述の近似式を用いて、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける比屈折率差Δ（ｚ）を演算するようにしたので、従来評価不可能であった敷設後の複数の光ファイバで構成される光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける比屈折率差Δ（ｚ）を非破壊、かつ高精度に評価することができる。

また、前記比屈折率差Δ（ｚ）を用いて、光ファイバ伝送路の材料分散、および波長分散の分布特性を演算することができるので、前記光ファイバ伝送路の材料分散、および前記波長分散の分布特性を高精度に評価することができる。

さらに、伝搬方向で比屈折率差が不均一な単一モード光ファイバに対しても、その比屈折率差、材料分散、および波長分散の分布特性を高精度に評価することができる。

以下に、本発明に係る単一モード光ファイバの特性評価方法及び装置並びにプログラムを実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。本実施形態では、単一モード光ファイバまたは単一モード光ファイバを有する光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける比屈折率差、材料分散、および波長分散の分布特性の評価手法について説明する。
図１は、本発明の最良の形態に係る単一モード光ファイバの特性評価装置の構成を示す概略図である。

本発明の最良の形態に係る単一モード光ファイバの特性評価装置１０は、図１に示すように、後方散乱光強度測定装置（後方散乱光強度測定手段）１１と、後方散乱光強度波形解析装置１２とにより構成される。

後方散乱光強度測定装置１１は、通常のＯＴＤＲ（Optical Time Domain reflectometer）と同様の機能を有し、少なくとも１波長以上の測定光源を有する。

後方散乱光強度測定装置１１では、長さＬｋｍの被測定単一モード光ファイバ１３に波長λの測定パルス光を測定端Ａ１４または測定端Ｂ１５から入射し、当該被測定単一モード光ファイバ１３の位置ｚからの後方散乱光強度Ｓ_A（λ，ｚ）およびＳ_B（λ，Ｌ−ｚ）（単位：ｄＢ）を測定端Ａ１４または測定端Ｂ１５にてそれぞれ測定する。

一方、後方散乱光強度波形解析装置１２では、以下に示す手順により、当該被測定単一モード光ファイバ１３の位置ｚにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）である２Ｗ（λ，ｚ）、比屈折率差Δ（ｚ）、材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）および波長分散Ｄ（λ，ｚ）を演算して評価する。

最初に、被測定単一モード光ファイバ１３の両端１４，１５にて後方散乱光強度Ｓ_A（λ，ｚ）およびＳ_B（λ，Ｌ−ｚ）をそれぞれ測定する。この後方散乱光強度Ｓ_A，Ｓ_Bを用いて、光ファイバ伝送路１３の構造不整合損失成分Ｉ（λ，ｚ）を次の関係式（１１）で設定する（例えば、非特許文献１を参照）。

また、前記構造不整合損失成分Ｉ（λ，ｚ）を任意の参照点ｚ₀の値Ｉ（λ，ｚ₀）で規格化した規格化構造不整合損失成分Ｉ_n（λ，ｚ）は、散乱係数α_s、コアの屈折率ｎ、およびモードフィールド径２Ｗを用いて、次の関係式（１２）で設定する。

ここで、上記関係式（１２）中右辺第１項の散乱係数α_s、およびコアの屈折率ｎは、被測定単一モード光ファイバ１３の比屈折率差Δと関係するパラメータであり、非特許文献１ではこの右辺第１項を補正係数Ｋとして記述している。このため、前記被測定単一モード光ファイバ１３の伝搬方向における比屈折率差Δの変化が自明であり、且つ、任意の参照点ｚ₀におけるモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）を知ることができる場合に、関係式（１２）を用い、任意の位置ｚにおけるモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ）の分布特性を評価することが可能となる。

一方、被測定単一モード光ファイバ１３の伝搬方向の任意の位置ｚにおけるモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ）は、当該被測定単一モード光ファイバ１３中の第１，第２の参照点ｚ₀，ｚ₁におけるモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀），２Ｗ（λ，ｚ₁）を用い、散乱係数α_s、およびコアの屈折率ｎの影響を除去することで、次の関係式（１３）と記述することができる（例えば、非特許文献２を参照）。

前記散乱係数α_sは、光ファイバ中でのレイリー散乱係数に対応させた純石英ガラスのレイリー散乱係数Ｒ₀、およびコアの添加材料に依存する係数ｋ、ならびに単一モード光ファイバ中の比屈折率差Δ（単位％）を用いて、次の関係式（１４）にて記述することができる（非特許文献３を参照）。

さらに、関係式（１２）中で、通常の単一モード光ファイバにおいては、光ファイバの比屈折率差Δが異なっていても、コアの屈折率の差が小さいため、ｎ²（ｚ₀）／ｎ²（ｚ）＝１と近似できる。

このため、被測定単一モード光ファイバ１３の伝搬方向における比屈折率差の分布特性Δ（ｚ）は、関係式（１２）、関係式（１３）、および関係式（１４）に基づき、次の関係式（１５）にて表すことができる。

したがって、本発明の最良の形態に係る単一モード光ファイバの特性評価方法によれば、波長λのパルス光で被測定単一モード光ファイバ１３の位置ｚにおける後方散乱光強度Ｓ_A，Ｓ_Bから演算された構造不整合損失成分Ｉ（λ，ｚ）と、任意の参照点ｚ₀およびｚ₁におけるモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）および２Ｗ（λ，ｚ₁）とを用いて関係式（１３）により、被測定単一モード光ファイバ１３のモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ）の分布を求め、さらに、関係式（１５）を適用することにより、被測定単一モード光ファイバ１３の伝搬方向における比屈折率差の分布特性Δ（ｚ）を直接、かつ高精度に求めて評価することができる。すなわち、非特許文献１における補正係数を用いることなく、被測定単一モード光ファイバ１３の伝搬方向における比屈折率差の分布特性Δ（ｚ）を直接、かつ高精度に求めて評価することができる。なお、後方散乱光強度波形解析装置１２は、後方散乱光強度Ｓ（λ，ｚ）から当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）と、モードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）とを演算する演算手段を有する。

一方、単一モード光ファイバ中の材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）は、屈折率の波長依存性から求めることができ、比屈折率差Δ（ｚ）との関係は、光速ｃ、純石英ガラスの屈折率ｎ₀、およびコアの添加材料に起因する係数Ａ_iおよびＢ_i（ｉ＝１，２，３，…，Ｎ）を用いて、次の関係式（１６）または関係式（１７）で記述することができる。

ここで、上記関係式（１７）中の係数Ａ_iおよびＢ_i（ｉ＝１，２，３，…，Ｎ）は、上述した非特許文献４に記載の技術を用いることにより、次の関係式（１８）で近似できる。

したがって、関係式（１５）で得られた比屈折率分布Δ（ｚ）を用いることにより、被測定単一モード光ファイバ１３の伝搬方向における材料分散分布Ｄ_m（λ，ｚ）を高精度に求めることが可能となる。

さらに、モードフィールド径の波長依存性から単一モード光ファイバ中の導波路分散Ｄ_w（λ，ｚ）を評価する手法については、次の関係式（１９）で記述することができる（例えば、非特許文献１を参照）。

したがって、関係式（１３）により、異なる２波長以上におけるモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ）を求め、関係式（１５）により得られる比屈折率差分布Δ（ｚ）を用いることにより、被測定単一モード光ファイバ１３における導波路分散分布Ｄ_w（λ，ｚ）を高精度に求めて評価することが可能となる。

さらに、前記被測定単一モード光ファイバ１３の波長分散の分布特性Ｄ（λ，ｚ）は、関係式（１６）、関係式（１７）、関係式（１８）および関係式（１９）による、材料分散分布Ｄ_m（λ，ｚ）および導波路分散分布Ｄ_w（λ，ｚ）を用いて、次の関係式（２０）で記述できる。

したがって、関係式（１５）により被測定単一モード光ファイバ１３の比屈折率差分布Δ（ｚ）を求め、関係式（１６）〜（２０）を用いることにより、当該単一モード光ファイバまたは光ファイバ伝送路１３の波長分散分布Ｄ（λ，ｚ）を高精度に演算して評価することが可能となる。

以上述べたように、本発明の最良の形態に係る単一モード光ファイバの特性評価方法および装置によれば、非特許文献１に記載の従来技術において測定精度の主要な劣化要因であった比屈折率差Δの変化に対し、関係式（１５）を見出したことにより、被測定単一モード光ファイバ１３の比屈折率差Δ（ｚ）、材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）、および波長分散Ｄ（λ，ｚ）の分布特性を高精度に演算して評価することが可能となる。

なお、上記では、長さＬの単一モード光ファイバ１３を用いて説明したが、長さＬの単一モード光ファイバを有する光ファイバ伝送路としても良く、このような光ファイバ伝送路であっても、上述した単一モード光ファイバの特性評価方法と同様な作用効果を奏する。

なお、上記では、装置を用いて説明したが、プログラムとしても良い。すなわち、プログラムが、任意の長さＬの単一モード光ファイバに波長λのパルス光を入射したときに一方側および他方側にて測定された、当該光ファイバの位置ｚでの後方散乱光強度Ｓ_A（λ，ｚ），Ｓ_B（λ，Ｌ−ｚ）（単位：ｄＢ）から、当該単一モード光ファイバの位置ｚでの規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）を演算しメモリに格納する機能と、前記単一モード光ファイバの任意の参照点ｚ₀にて測定された、当該任意の参照点ｚ₀でのモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）をメモリに格納する機能と、前記単一モード光ファイバの任意の参照点ｚ₀にて測定された当該任意の参照点ｚ₀での比屈折率差Δ（ｚ₀）をメモリに格納する機能と、メモリに格納された規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）、モードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）、比屈折率差Δ（ｚ₀）、上述の近似式を用いて、上記関係式（１５）により前記単一モード光ファイバの任意の位置ｚにおける比屈折率差Δ（ｚ）を演算する機能とを有し、前記機能をコンピュータに実行させて前記単一モード光ファイバを評価するようにしても良い。このようなプログラムであっても、上述した本発明の最良の形態に係る単一モード光ファイバの特性評価方法と同様な作用効果を奏する。

上記プログラムが、前記比屈折率差Δ（ｚ）、純石英ガラスの屈折率ｎ₀、光速ｃ、コアの添加材料に起因する係数Ａ_iおよびＢ_i（ｉ＝１，２，３，…，Ｎ）を用い、上記関係式（１６）または上記関係式（１７）により、前記単一モード光ファイバの任意の位置ｚにおける材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）を演算する機能をさらに有するようにしても良い。このようなプログラムであっても、上述した本発明の最良の形態に係る単一モード光ファイバの特性評価方法と同様な作用効果を奏する。

上記プログラムが、前記材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）と、前記単一モード光ファイバの位置ｚにおける導波路分散Ｄ_w（λ，ｚ）とを加算する機能をさらに有するようにしても良い。このようなプログラムであっても、上述した本発明の最良の形態に係る単一モード光ファイバの特性評価方法と同様な作用効果を奏する。

以下に、本発明の第１の実施例に係る単一モード光ファイバの特性評価装置につき、図面を用いて説明する。本実施例では、単一モード光ファイバの比屈折率差分布Δ（ｚ）、および波長分散分布Ｄ（λ，ｚ）の測定例について説明する。
図２は、本発明の第１の実施例に係る単一モード光ファイバの特性評価装置の構成を示す概略図である。図３は、その装置による波長１５５５ｎｍでのモードフィールド分布の測定結果を示すグラフであり、図４は、その装置による比屈折率差分布の測定結果を示すグラフである。なお、図４では、関係式（１５）を用いて演算し、係数ｋについては、コアにゲルマニウムを添加した単一モード光ファイバの係数である０．６３とした（非特許文献３を参照）。

本発明の第１の実施例に係る単一モード光ファイバの特性評価装置２０は、図２に示すように、波長１３１０ｎｍ、および１５５５ｎｍの測定光源を有する後方散乱光強度測定装置２１と、後方散乱光強度波形解析装置２２とからなる。

本実施例では、長さ２５ｋｍの１．３μｍ帯零分散ファイバ（ファイバＡ）、長さ１０ｋｍの分散シフトファイバ（ファイバＢ）からなる参照用単一モード光ファイバ２３と、参照用単一モード光ファイバ２３に接続点２８にて接続され、長さ２０．０ｋｍの分散シフトファイバ（ファイバＣ）からなる被測定単一モード光ファイバ２４とを有する光ファイバ伝送路２５を用いた。前記ファイバＡおよびＢの任意の参照点ｚ₀，ｚ₁におけるモードフィールド径をそれぞれ２Ｗ（λ，ｚ₀），２Ｗ（λ，ｚ₁）と設定した。なお、光ファイバ伝送路２５中の任意の２点が参照点となる構成であっても構わない。

この時、波長λ＝１３１０ｎｍおよび１５５５ｎｍにおける、測定端２６，２７からの後方散乱光強度波形Ｓ_A（λ，ｚ）およびＳ_B（λ，Ｌ−ｚ）をそれぞれ測定し、後方散乱光強度波形解析装置２２にて、上述した本発明の最良の形態に係る単一モード光ファイバの特性評価手法を用いて、被測定単一モード光ファイバ２４のモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ）の分布、および比屈折率差分布Δ（ｚ）を演算した。

ここで、本発明の第１の実施例に係る単一モード光ファイバの特性評価装置で用いた各単一モード光ファイバの特性を表１に示す。なお、この表には、各単一モード光ファイバを接続する前に、従来技術により当該光ファイバの一端、または全長の平均値として測定した値を示す。

図３に示すように、ファイバＡ，ＢおよびファイバＣのモードフィールド径は表１に示した従来技術による測定結果と良く一致しており、各単一モード光ファイバの伝搬方向におけるモードフィールド径の分布特性が高精度に測定されていることが分かる。

図４に示すように、ファイバＡ，ＢおよびファイバＣにおける比屈折率差は表１に示した従来技術による測定結果と良く一致しており、各単一モード光ファイバの伝搬方向における比屈折率差の変動特性が詳細に測定されていることが分かる。したがって、本発明の第１の実施例に係る単一モード光ファイバの特性評価方法によれば、接続された光ファイバ伝送路中の比屈折率差分布を非破壊、かつ高精度に測定して評価するできることが分かる。

ここで、図５に、波長λ＝１５５５ｎｍにおける波長分散分布Ｄ（λ，ｚ）について、図４の図示、および関係式（１８）〜（２０）を用いて測定した結果を示す。ただし、図５では、関係式（１７）中のモードフィールド径の波長依存性に関して、波長１３１０ｎｍおよび１５５５ｎｍにおけるモードフィールド径分布２Ｗ（λ＝１３１０，ｚ）および２Ｗ（λ＝１５５５、ｚ）の測定結果と、次の関係式（２１）（非特許文献１を参照）とを用い、任意の位置ｚにおける係数ｇ₀およびｇ₁を求めることにより実施した。

図５に示すように、ファイバＡ，ＢおよびファイバＣにおける波長分散は表１に示した従来技術による測定結果と良く一致しており、各単一モード光ファイバの伝搬方向における波長分散の変動特性が詳細に測定されていることが分かる。

したがって、本発明の第１の実施例に係る光ファイバの特性評価方法によれば、比屈折率差分布Δ（ｚ）を演算して求めることにより、光ファイバ伝送路２５の波長分散分布を高精度に演算して評価できることが分かる。よって、本発明による比屈折率差に対する関係式（１５）を用い、参照用光ファイバ（ファイバＡおよびＢ）２３の任意の２参照点ｚ₀およびｚ₁におけるモードフィールド径を考慮することにより、被測定単一モード光ファイバ２４の伝搬方向における比屈折率差分布、および波長分散分布を、非破壊、かつ高精度に演算して評価することができる。

なお、上記では、参照用単一モード光ファイバ２３を被測定単一モード光ファイバ２４の前段に配置した光ファイバ伝送路２５を用いて説明したが、参照用単一モード光ファイバ２３を被測定単一モード光ファイバ２４の後段または両端に接続した構成の光ファイバ伝送路であっても良い。このような構成の光ファイバ伝送路であっても、上記と同様な作用効果を奏する。

本発明は、単一モード光ファイバの特性評価方法及び装置並びにプログラムに利用することが可能であり、特に、接続された複数の光ファイバで構成される光ファイバ伝送路の、伝搬方向における比屈折率差、材料分散、および波長分散の特性評価方法及び装置並びにプログラムに利用することが可能である。

本発明の最良の形態に係る単一モード光ファイバの特性評価装置の構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施例に係る単一モード光ファイバの特性評価装置の構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施例に係る単一モード光ファイバの特性評価装置による波長１５５５ｎｍでのモードフィールド径分布の測定結果を示すグラフである。 本発明の第１の実施例に係る単一モード光ファイバの特性評価装置による比屈折率差分布の測定結果を示すグラフである。 本発明の第１の実施例に係る単一モード光ファイバの特性評価装置による波長分散分布の測定結果を示すグラフである。

１０ 単一モード光ファイバの特性評価装置
１１ 後方散乱光強度測定装置
１２ 後方散乱光強度波形解析装置
１３ 被測定単一モード光ファイバ
１４ 測定端Ａ
１５ 測定端Ｂ
２０ 単一モード光ファイバの特性評価装置
２１ 後方散乱光強度測定装置
２２ 後方散乱光強度波形解析装置
２３ 参照用単一モード光ファイバ
２４ 被測定単一モード光ファイバ
２５ 光ファイバ伝送路
２６ 測定端Ａ
２７ 測定端Ｂ
２８ 接続点

Claims (7)

1. 任意の長さＬの単一モード光ファイバを有する光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射したときに一方側および他方側にて測定された、当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの後方散乱光強度Ｓ_A（λ，ｚ），Ｓ_B（λ，Ｌ−ｚ）（単位：ｄＢ）から演算された、当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）と、当該光ファイバ伝送路の任意の参照点ｚ₀でのモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）および比屈折率差Δ（ｚ₀）と、次の関係式（１）´とを用い、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける比屈折率差Δ（ｚ）を次の関係式（１）により評価する
   ことを特徴とする単一モード光ファイバの特性評価方法。
   

   

   ただし、ｎは単一モード光ファイバのコアの屈折率であり、ｋは単一モード光ファイバのコアの形成に用いる添加材料の種類に依存して決定される定数である。また、２Ｗ（λ，ｚ）は、波長λ、当該光ファイバ伝送路の位置ｚにおけるモードフィールド径を表す。
2. 請求項１に記載された単一モード光ファイバの特性評価方法であって、
   前記比屈折率差Δ（ｚ）、純石英ガラスの屈折率ｎ₀、光速ｃ、コアの添加材料に起因する係数Ａ_iおよびＢ_i（ｉ＝１，２，３，…，Ｎ）を用い、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）を次の関係式（２）または関係式（３）により評価する
   ことを特徴とする単一モード光ファイバの特性評価方法。
   

   

   
3. 請求項２に記載された単一モード光ファイバの特性評価方法であって、
   前記材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）と、前記光ファイバ伝送路の位置ｚにおける導波路分散Ｄ_w（λ，ｚ）との和により、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける波長分散Ｄ（λ，ｚ）を評価する
   ことを特徴とする単一モード光ファイバの特性評価方法。
4. 任意の長さＬの単一モード光ファイバを有する光ファイバ伝送路の位置ｚにおける波長λでの後方散乱光強度Ｓ（λ，ｚ）を測定する後方散乱光強度測定手段と、
   前記後方散乱光強度Ｓ（λ，ｚ）から当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）と、モードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）とを演算する演算手段とを有し、
   請求項１乃至請求項３の何れかに記載の単一モード光ファイバの特性評価方法により、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける、比屈折率差Δ（ｚ）、材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）、および波長分散Ｄ（λ，ｚ）を評価する
   ことを特徴とする単一モード光ファイバの特性評価装置。
5. 任意の長さＬの単一モード光ファイバを有する光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射したときに一方側および他方側にて測定された、当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの後方散乱光強度Ｓ_A（λ，ｚ），Ｓ_B（λ，Ｌ−ｚ）（単位：ｄＢ）から、当該光ファイバ伝送路の位置ｚでの規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）を演算しメモリに格納する機能と、
   前記光ファイバ伝送路の任意の参照点ｚ₀にて測定された、当該任意の参照点ｚ₀でのモードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）をメモリに格納する機能と、
   前記光ファイバ伝送路の任意の参照点ｚ₀にて測定された当該任意の参照点ｚ₀での比屈折率差Δ（ｚ₀）をメモリに格納する機能と、
   メモリに格納された規格化構造不整合損失成分Ｉｎ（λ，ｚ）、モードフィールド径２Ｗ（λ，ｚ₀）、比屈折率差Δ（ｚ₀）、次の関係式（４）´を用いて、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける比屈折率差Δ（ｚ）を次の関係式（４）により演算する機能とを有し、
   前記機能をコンピュータに実行させて前記単一モード光ファイバを評価した
   ことを特徴とするプログラム。
   

   

   ただし、ｎは単一モード光ファイバのコアの屈折率であり、ｋは単一モード光ファイバのコアの形成に用いる添加材料の種類に依存して決定される定数である。また、２Ｗ（λ，ｚ）は、波長λ、当該光ファイバ伝送路の位置ｚにおけるモードフィールド径を表す。
6. 請求項５に記載されたプログラムであって、
   前記比屈折率差Δ（ｚ）、純石英ガラスの屈折率ｎ₀、光速ｃ、コアの添加材料に起因する係数Ａ_iおよびＢ_i（ｉ＝１，２，３，…，Ｎ）を用い、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおける材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）を次の関係式（５）または関係式（６）により演算する機能を有する
   ことを特徴とするプログラム。
   

   

   
7. 請求項６に記載されたプログラムであって、
   前記材料分散Ｄ_m（λ，ｚ）と、前記光ファイバ伝送路の位置ｚにおける導波路分散Ｄ_w（λ，ｚ）とを加算する機能を有する
   ことを特徴とするプログラム。

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