WO2024053224A1 - 光学特性測定システム及び光学特性測定方法 - Google Patents

光学特性測定システム及び光学特性測定方法 Download PDF

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WO2024053224A1
WO2024053224A1 PCT/JP2023/024437 JP2023024437W WO2024053224A1 WO 2024053224 A1 WO2024053224 A1 WO 2024053224A1 JP 2023024437 W JP2023024437 W JP 2023024437W WO 2024053224 A1 WO2024053224 A1 WO 2024053224A1
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WO
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light
core
backscattered
light intensity
optical fiber
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Application number
PCT/JP2023/024437
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English (en)
French (fr)
Inventor
優斗 小林
健美 長谷川
哲也 林
Original Assignee
住友電気工業株式会社
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Publication date
Application filed by 住友電気工業株式会社 filed Critical 住友電気工業株式会社
Priority to JP2023557368A priority Critical patent/JP7405318B1/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02Testing optical properties

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical property measurement system and an optical property measurement method.
  • This application claims priority based on Japanese Application No. 2022-141933 filed on September 7, 2022, and incorporates all the contents described in the said Japanese application.
  • Patent Document 1 Non-Patent Document 1
  • Non-Patent Document 2 disclose methods for measuring such crosstalk.
  • one or more OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) devices are connected to one end of a multi-core optical fiber, and pulsed test light is incident on one core of the multi-core optical fiber from the one end.
  • the backscattered lights that return to the one end due to backscattering in the plurality of cores are input to the OTDR device, and crosstalk is measured based on the intensity of these backscattered lights.
  • An optical property measurement system is an optical property measurement system that measures the optical properties of a multi-core optical fiber having at least a first core and a second core.
  • This optical property measurement system includes at least one light source that is optically coupled to the first core and capable of inputting pulsed light from one end of the multi-core optical fiber to the first core, and that is optically coupled to at least the second core.
  • a second backscattered light beam that is communicatively connected to the light receiver and that travels from the first core to the second core as part of the pulsed light and returns to the one end based on the optical intensity of at least the second backscattered light; and an arithmetic device that calculates a backscattered crosstalk index representing backscattered crosstalk related to the light intensity of light.
  • the arithmetic unit performs data processing to obtain the light intensity of the second backscattered light at each time when the light receiver receives the light in association with each position from one end to an arbitrary measurement position along the longitudinal direction of the multi-core optical fiber.
  • an arithmetic processing unit that calculates a term including a ratio of an integral value obtained by integrating the light intensity of , as a backscattering crosstalk index.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an optical property measurement system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of crosstalk in the multi-core optical fiber shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the arithmetic device shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the longitudinal position of a multi-core optical fiber and the power coupling coefficient.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the longitudinal position of a multi-core optical fiber and backscattered crosstalk.
  • FIG. 6 is another graph showing the relationship between the longitudinal position of a multi-core optical fiber and the power coupling coefficient.
  • FIG. 7 is another graph showing the relationship between longitudinal position of a multi-core optical fiber and backscattered crosstalk.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of an optical property measuring method performed using the optical property measuring system shown in FIG.
  • FIG. 9 is a flowchart showing another example of the optical property measuring method.
  • FIG. 10 is a flowchart showing another example of the optical property measuring method.
  • FIG. 11 is a flowchart showing another example of the optical property measuring method.
  • FIG. 12 is a configuration diagram showing an optical characteristic measuring system according to a modified example.
  • Crosstalk that can occur between the cores of a multicore optical fiber is an optical signal that moves from a source core to a destination core, and that propagates in the same direction as the propagation direction of the optical signal in the source core.
  • signal hereinafter referred to as "parallel crosstalk”
  • An optical signal hereinafter referred to as "countercrosstalk”
  • backscattered crosstalk those caused by backscattering
  • backscattered crosstalk are often the main cause of opposing crosstalks.
  • Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 do not disclose a method for deriving backscattered crosstalk.
  • Non-Patent Document 2 discloses a method for deriving backscattered crosstalk.
  • this method makes assumptions to simplify the derivation of backscattered crosstalk, and under this assumption, backscattered crosstalk may not be accurately evaluated.
  • the present disclosure provides an optical property measurement system and an optical property measurement method that can more accurately evaluate backscattered crosstalk between cores of a multicore optical fiber.
  • An optical property measurement system is an optical property measurement system that measures the optical properties of a multi-core optical fiber having at least a first core and a second core.
  • This optical property measurement system includes at least one light source that is optically coupled to the first core and capable of inputting pulsed light from one end of the multi-core optical fiber to the first core, and that is optically coupled to at least the second core.
  • a second backscattered light that travels from the first core to the second core as part of the pulsed light and returns to the one end based on the light intensity of at least the second backscattered light; and an arithmetic device that calculates a backscattered crosstalk index representing backscattered crosstalk related to the light intensity of light.
  • the arithmetic unit performs data processing to obtain the light intensity of the second backscattered light at each time when the light receiver receives the light in association with each position from one end to an arbitrary measurement position along the longitudinal direction of the multi-core optical fiber.
  • an arithmetic processing unit that calculates a term including a ratio of an integral value obtained by integrating the light intensity of , as a backscattering crosstalk index.
  • the power coupling coefficient between cores used for deriving backscattered crosstalk is constant regardless of the position of the multi-core optical fiber (that is, the power coupling coefficient has no position dependence).
  • the backscattered crosstalk is derived under the assumption that Therefore, when there is position dependence of the power coupling coefficient, there is a problem that backscattering crosstalk cannot be accurately evaluated. Therefore, the present inventors have repeatedly studied a method for accurately evaluating backscattered crosstalk in consideration of the positional dependence of the power coupling coefficient.
  • Backscattered crosstalk refers to the backscattering of light that travels from the first core to the second core and returns to that end, relative to the intensity of light that enters the first core from one end of a multicore optical fiber and reaches the measurement position. It can be defined as the ratio of the intensity of the light caused.
  • the intensity of light at the measurement position of the first core is a loss value representing the transmission loss of the multi-core optical fiber when the light travels from one end of the first core to the measurement position.
  • the present inventors have determined that the intensity of the light returning to the one end of the second core is determined by the second core corresponding to each position from the one end to an arbitrary measurement position when pulsed light is incident on the first core.
  • the present inventors have also discovered that a term including the ratio of the integral value to the loss value can be treated as a backscattered crosstalk index representing backscattered crosstalk.
  • the backscattered crosstalk index can be calculated using all the light intensities of the second backscattered light from the one end to the measurement position. Therefore, according to the optical property measurement system described above, even when the power coupling coefficient has position dependence, it is possible to accurately evaluate backscattering crosstalk.
  • the light receiver may be optically coupled to the first core and can receive the first backscattered light emitted from the first core at one end. It may be.
  • the data processing unit may acquire the light intensity of the first backscattered light at each time when the light receiver receives the light, in association with each position from one end to the measurement position.
  • the arithmetic processing unit uses the light intensity of the first backscattered light corresponding to each position of the first core from one end to the measurement position to calculate the multi-core light when the pulsed light moves through the first core from one end to the measurement position.
  • a loss value representing the transmission loss of the fiber may be calculated.
  • the arithmetic processing unit calculates the following equation when the loss value is D 11 and the integral value is D 2 [W ⁇ m].
  • the ratio expressed by the following equation (3) may be calculated using the loss value expressed by (1) and the integral value expressed by the following equation (2).
  • the present inventors determined that the term including the ratio D 2 /D 11 expressed by equation (3) is proportional to the backscattered crosstalk. We found that it can be used as a backscatter crosstalk indicator.
  • the arithmetic processing unit adds a coefficient A 1 [/(W ⁇ m)] or a coefficient B 1 [/(W ⁇ m)] expressed by the following equation (5), the backscatter crosstalk index may be calculated.
  • the present inventors added the coefficient A expressed by formula (4) to the ratio D 2 /D 11 expressed by formula (3). It has been found that the backscattered crosstalk can be directly calculated by multiplying by [/(W ⁇ m)] 1 or the coefficient B 1 [/(W ⁇ m)] expressed by equation (5).
  • the light intensity of the first backscattered light corresponding to one end is P bs1 (0) [W]
  • the light intensity of the pulsed light is P 0 [W]
  • the group of pulsed light when moving through the multi-core optical fiber is The speed is V g [m/s]
  • the pulse width of the pulsed light is W [s]
  • the scattering cross section of the multi-core optical fiber is S
  • the transmission loss coefficient due to Rayleigh scattering of the multi-core optical fiber is ⁇ R [ /m].
  • the arithmetic processing unit calculates the following when the transmission loss is D 12 [W 1/2 ] and the integral value is D 2 [W ⁇ m].
  • the ratio represented by the following formula (8) may be calculated using the loss value represented by the formula (6) and the integral value represented by the following formula (7).
  • the present inventors determined that the term including the ratio D 2 /D 12 expressed by equation (8) is proportional to the backscattered crosstalk. We found that it can be used as a backscatter crosstalk indicator.
  • the arithmetic processing unit adds a coefficient A 2 [/(W 1 /2 ⁇ m)] or a coefficient B 2 [/(W 1/2 ⁇ m)] expressed by the following equation (10), the backscatter crosstalk index may be calculated.
  • the present inventors added the coefficient A expressed by formula (9) to the ratio D 2 /D 12 expressed by formula (8). 2 [/(W 1/2 ⁇ m)] or by multiplying by the coefficient B 2 [/(W 1/2 ⁇ m)] expressed by equation (10), the backscattered crosstalk can be calculated directly. I found it.
  • the backscattered crosstalk can be reduced. can be directly and accurately evaluated.
  • the light intensity of the first backscattered light corresponding to one end is P bs1 (0) [W]
  • the light intensity of the pulsed light is P 0 [W]
  • the group of pulsed light when moving through the multi-core optical fiber is The speed is V g [m/s]
  • the pulse width of the pulsed light is W [s]
  • the scattering cross section of the multi-core optical fiber is S
  • the transmission loss coefficient due to Rayleigh scattering of the multi-core optical fiber is ⁇ R [ /m].
  • the optical property measurement system guides the pulsed light from the light source to the first core, and the first backscattered light from the first core and the second backscattered light from the first core. It may further include an optical system that guides the second backscattered light from the core to the light receiver. In this case, it is possible to easily realize a configuration in which the pulsed light is incident on the first core and the light receiver receives the first backscattered light and the second backscattered light emitted from the first core and the second core, respectively.
  • the optical property measurement system displays a log-log graph showing the relationship between the position along the longitudinal direction of the multi-core optical fiber and the backscattering crosstalk index. It may further include a display section. By using the log-log graph in this way, it becomes possible to easily grasp the change in the backscattering crosstalk index with respect to the position of the multi-core optical fiber. Thereby, backscattered crosstalk can be easily evaluated.
  • An optical property measuring method is an optical property measuring method using an optical property measuring system that measures the optical properties of a multi-core optical fiber having at least a first core and a second core.
  • This method for measuring optical properties includes the steps of injecting pulsed light into the first core from one end of a multi-core optical fiber, and emitting pulsed light from the first core and second core at one end as the pulsed light enters the first core.
  • the step of calculating the backscattered crosstalk index is to calculate the light intensity of the second backscattered light at each time when the light receiver receives the light at each position from one end to an arbitrary measurement position along the longitudinal direction of the multi-core optical fiber.
  • the power coupling coefficient between cores used for deriving backscattered crosstalk is constant regardless of the position of the multi-core optical fiber (that is, the power coupling coefficient has no position dependence).
  • the backscatter crosstalk is derived under the assumption that Therefore, when there is position dependence of the power coupling coefficient, there is a problem that backscattering crosstalk cannot be accurately evaluated. Therefore, the present inventors have repeatedly studied a method for accurately evaluating backscattered crosstalk in consideration of the positional dependence of the power coupling coefficient.
  • Backscattered crosstalk refers to the backscattering of light that travels from the first core to the second core and returns to that end, relative to the intensity of light that enters the first core from one end of a multicore optical fiber and reaches the measurement position. It can be defined as the ratio of the intensity of light caused by this.
  • the intensity of light at the measurement position of the first core is a loss value representing the transmission loss of the multi-core optical fiber when the light travels from one end of the first core to the measurement position.
  • the present inventors have determined that the intensity of the light returning to the one end of the second core is determined by the second core corresponding to each position from the one end to an arbitrary measurement position when pulsed light is incident on the first core.
  • the present inventors have also discovered that a term including the ratio of the integral value to the loss value can be treated as a backscattered crosstalk index representing backscattered crosstalk.
  • the backscattered crosstalk index can be calculated using all the light intensities of the second backscattered light from the one end to the measurement position. Therefore, according to the optical characteristic measuring method described above, even when the power coupling coefficient has position dependence, it is possible to accurately evaluate backscattering crosstalk.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an optical property measurement system 1 according to this embodiment.
  • the optical property measurement system 1 is a system for measuring the optical properties of a multi-core optical fiber (MCF) 10 to be measured.
  • the MCF 10 includes, for example, a first core 11 and a second core 12.
  • the first core 11 and the second core 12 extend from one end to the other end in the longitudinal direction of the MCF 10.
  • the number of cores that the MCF 10 has is not limited to two, but may be three or more.
  • the MCF 10 may be, for example, a non-coupled MCF that enables optical transmission using each core as a separate channel.
  • the optical property measurement system 1 includes, for example, a measurement device 30 and a calculation device 50.
  • the measuring device 30 is, for example, an OTDR device that can measure the optical characteristics of the MCF 10 using an OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) method.
  • the OTDR method is widely used as a technique for evaluating the optical characteristics of the MCF 10 because it can easily measure the optical characteristics of the MCF 10 from one end of the MCF 10.
  • the measuring device 30 enters the pulsed light L p into one end of the MCF 10 to be measured, and measures the distance distribution (light intensity distribution) of the light intensity of the backscattered light returning to the one end of the MCF 10 .
  • one end of the MCF 10 into which the pulsed light Lp is incident will be referred to as the "incidence end 10a", and the other end of the MCF 10 on the opposite side thereof will be referred to as the "output end 10b".
  • the calculation device 50 uses the results measured by the measurement device 30 to calculate a backscatter XT index representing backscatter crosstalk (Crosstalk, hereinafter referred to as "XT") between the first core 11 and the second core 12. calculate.
  • Backscatter XT index is an example of an optical property of MCF10.
  • “Backscatter XT index” is an index value representing a change in "backscatter XT.”
  • the index value representing "backscattering XT” means a value that changes according to a change in "backscattering XT", that is, a value that changes following backscattering XT.
  • the index value representing "backscattering XT” may be, for example, a value proportional to "backscattering XT” or a value indicating "backscattering XT" itself.
  • the "backscattering XT index” will be explained as a value indicating the "backscattering XT" itself.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of XT.
  • the continuous light L cw is incident on the incident end 10 a of the MCF 10 .
  • the continuous light L cw that has entered the first core 11 from the input end 10a moves from the input end 10a to the output end 10b while causing backscattering and XT in the first core 11.
  • backscattering is indicated by a dotted arrow
  • XT is indicated by a dash-dotted arrow.
  • part of the light L A of the continuous light L cw moves backward due to Rayleigh scattering in the first core 11, moves the first core 11 in the opposite direction, and reaches the incident end 10a.
  • backscattering XT There is a phenomenon in which the continuous light L cw propagates through the second core 12 in the opposite direction to the continuous light L cw that propagates through the second core 11 (hereinafter referred to as "backscattering XT").
  • backscattering XT occurs.
  • part of the light LA of the continuous light L cw causes back scattering in the first core 11, and further, part of the light LA leaks from the first core 11 to the second core 12 due to parallel XT. This is a case in which a portion of the leaked light moves toward the entrance end 10a in the second core 12.
  • the parallel XT is It is defined as the ratio P 2 /P 1 of the light intensity P 2 at the output end 10b of light due to backscattering to the light intensity P 1 at the backscattered light 10b.
  • the backscattering XT is the ratio of the light intensity Pb2 at the output end 10b to the light intensity P1 at the output end 10b .
  • Non-Patent Document 2 discloses a method of measuring parallel XT and backscattered XT using an OTDR device.
  • the pulsed test light output from the OTDR device is incident on one end of the MCF, and the light intensity corresponding to the above light intensities P 1 , P 2 , and P b2 is determined based on the backscattered light from each core at the one end.
  • the light intensity is estimated and optical properties such as parallel XT and backscattered XT are derived.
  • the method using an OTDR device even if it is difficult to connect measurement devices to both ends of the MCF, information can be obtained from that end by simply connecting the OTDR device to one end of the MCF. It becomes possible to easily derive the optical characteristics of the MCF based on .
  • the method using the OTDR device it is also possible to non-destructively measure the optical characteristics at any position of the MCF.
  • Non-Patent Document 2 when deriving backscattered XT, the power coupling coefficient used for deriving backscattered XT is constant regardless of the longitudinal position of the MCF (that is, the power coupling coefficient is It is assumed that there is no position dependence. Therefore, when the power coupling coefficient changes depending on the position of the MCF, there is a problem that backscattering XT cannot be accurately evaluated. Therefore, in this embodiment, we focus on a method for deriving backscattered XT using an OTDR device, and propose a method for accurately evaluating backscattered XT even when the power coupling coefficient has position dependence. do. The specific method will be described later.
  • the measuring device 30 includes, for example, a light source 31, a light receiver 33, a circulator 35, and a switch 37.
  • the light source 31, the light receiver 33, the circulator 35, and the switch 37 are connected, for example, by an optical waveguide such as a single mode optical fiber (SMF).
  • SMF single mode optical fiber
  • the circulator 35 and the switch 37 are connected to the input end 10a of the MCF 10 by, for example, an optical device such as a fan-in/fan-out (FIFO).
  • FIFO fan-in/fan-out
  • the light source 31 is optically coupled to the first core 11 at the input end 10a via a circulator 35. Specifically, the light source 31 is connected to the input port of the circulator 35 via an optical waveguide. The input/output port of the circulator 35 is connected to the first core 11 of the input end 10a via another optical waveguide.
  • the light source 31 is, for example, a pulsed light source that outputs pulsed light Lp . Pulsed light Lp refers to light whose output peaks appear repeatedly at predetermined time intervals. The pulsed light Lp output from the light source 31 enters the first core 11 at the input end 10a via the circulator 35.
  • first backscattered light L1 the light that returns to the input end 10a in the first core 11
  • second backscattered light L2 the light that returns to the input end 10a in the second core 12
  • the light receiver 33 is optically coupled to the second core 12 at the input end 10a via a switch 37. Further, the light receiver 33 is optically coupled to the first core 11 at the input end 10a via a switch 37 and a circulator 35. Specifically, the light receiver 33 is connected to the output port of the switch 37 via an optical waveguide.
  • the input port of the switch 37 is connected to the second core 12 of the input end 10a via another optical waveguide.
  • Another input port of switch 37 is connected to an output port of circulator 35 via another optical waveguide.
  • the switch 37 switches an optical path connecting two input ports and an output port.
  • the first backscattered light L1 emitted from the incident end 10a of the first core 11 is received by the light receiver 33 via the circulator 35 and the switch 37.
  • the second backscattered light L2 emitted from the incident end 10a of the second core 12 is received by the light receiver 33 via the switch 37.
  • the circulator 35 and the switch 37 guide the pulsed light Lp from the light source 31 to the first core 11, while guiding the first backscattered light L1 from the first core 11 and the backscattered light L1 from the second core 12.
  • An optical system 39 is configured to guide the two backscattered lights L2 to the light receiver 33.
  • the light receiver 33 measures the light intensity of the first backscattered light L1 at a predetermined sampling period from the time when the light source 31 emits the pulsed light Lp . Then, the light receiver 33 transmits the measured light intensity of the first backscattered light L1 to the arithmetic device 50 as first light intensity data D L1 at each sampling period. Furthermore, the light receiver 33 measures the light intensity of the second backscattered light L2 at a predetermined sampling period from the time when the light source 31 emits the pulsed light Lp . Then, the light receiver 33 transmits the measured light intensity of the second backscattered light L2 to the arithmetic device 50 as second light intensity data D L2 at each sampling period.
  • the predetermined sampling period may be set by a sampling period generating device synchronized with the light source 31.
  • the computing device 50 is communicably connected to the measuring device 30.
  • the calculation device 50 uses the first light intensity data D L1 and the second light intensity data D L2 from the measurement device 30 to calculate backscattering XT.
  • the "backscattering XT index" will be explained as a value indicating the "backscattering XT" itself. Therefore, in the following description, “backscattering XT” may be appropriately replaced with “backscattering XT index”.
  • the arithmetic device 50 physically includes a CPU (Central Processing Unit), a main storage device such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), an auxiliary storage device such as a hard disk device, and an input device.
  • the computer is configured to include an input device such as an input key, an output device such as a display, and a communication module.
  • Each function of the arithmetic unit 50 operates the input device, output device, and communication module under the control of the CPU by loading predetermined computer software onto hardware such as the CPU, RAM, and ROM. This is realized by reading and writing data in the main storage device and the auxiliary storage device.
  • the arrangement of the arithmetic device 50 is not particularly limited.
  • the calculation device 50 does not need to be placed outside the measurement device 30.
  • the calculation device 50 may be placed inside the measurement device 30. That is, the computing device 50 may be incorporated into a part of the measuring device 30.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the functional configuration of the arithmetic device 50.
  • the arithmetic device 50 has, as a functional configuration, a data processing section 51, an arithmetic processing section 53, and a result display section 55 (an example of a "display section").
  • the data processing unit 51 receives the first light intensity data D L1 transmitted at a predetermined sampling period from the light receiver 33, and calculates the light intensity of the first backscattered light L1 indicated by the first light intensity data D L1 in a time series. Memorize in order.
  • the data processing unit 51 calculates the time from the time when the light source 31 emits the pulsed light Lp to the time when the light receiver 33 receives the first backscattered light L1 , based on the length of the MCF 10 from the incident end 10a. Convert to . Thereby, the data processing unit 51 calculates the light intensity of the first backscattered light L1 at each time when the light receiver 33 receives the light at each position along the longitudinal direction of the MCF 10 from the input end 10a to the output end 10b. Correlate and memorize.
  • the data processing unit 51 outputs first time series data D T1 , which is time series data of the first light intensity data D L1 associated with each position along the longitudinal direction of the MCF 10, to the arithmetic processing unit 53.
  • the data processing unit 51 may output the first time series data D T1 to the arithmetic processing unit 53 at the timing when all the first light intensity data D L1 from the input end 10a to the output end 10b of the MCF 10 is acquired. . Every time the data processing unit 51 acquires the first light intensity data D L1 , the data processing unit 51 outputs the first time series data D T1 up to the acquisition of the first light intensity data D L1 to the arithmetic processing unit 53 in real time. Good too.
  • the data processing unit 51 receives the second light intensity data D L2 transmitted from the light receiver 33 at a predetermined sampling period, and calculates the light intensity of the second backscattered light L2 indicated by the second light intensity data D L2 in a time series. Memorize in order. Then, the data processing unit 51 calculates the time from the time when the light source 31 emits the pulsed light L p to the time when the light receiver 33 receives the second backscattered light L 2 based on the length of the MCF 10 from the incident end 10 a. Convert to .
  • the data processing unit 51 calculates the light intensity of the second backscattered light L2 at each time when the light receiver 33 receives the light at each position along the longitudinal direction of the MCF 10 from the input end 10a to the output end 10b. Correlate and memorize. For example, after completing the measurement of the first core 11 for one pulse, the data processing unit 51 switches the switch 37 to measure the second core 12 for the next pulse, thereby generating the first light intensity data D L1. and the second light intensity data D L2 can be acquired separately. More specifically, in a state where the light receiver 33 and the first core 11 are optically coupled, the data processing unit 51 transmits, for example, N pulses (N is an integer of 1 or more) to the first core 11.
  • the light intensity of the first backscattered light L1 obtained from the first core 11 when incident on the first core 11 may be obtained N times, or the average of the light intensities may be obtained as the first light intensity data DL1 . good.
  • the data processing unit 51 processes the pulses N times.
  • the light intensity of the second backscattered light L2 obtained from the second core 12 when it is incident on the first core 11 may be obtained N times, and the average of the light intensities is taken as the second light intensity data D L2. You may obtain it.
  • the data processing unit 51 outputs second time series data DT2 , which is time series data of the second light intensity data DL2 associated with each position along the longitudinal direction of the MCF 10, to the arithmetic processing unit 53.
  • the data processing unit 51 may output the second time series data D T2 to the arithmetic processing unit 53 at the timing when all the second light intensity data D L2 from the input end 10a to the output end 10b of the MCF 10 is acquired. . Every time the data processing unit 51 acquires the second light intensity data D L2 , the data processing unit 51 outputs the second time series data D T2 up to the acquisition of the second light intensity data D L2 to the arithmetic processing unit 53 in real time. Good too.
  • the arithmetic processing unit 53 uses the first time series data D T1 and the second time series data D T2 output from the data processing unit 51 to calculate backscatter XT.
  • the theoretical formula for backscattering XT will be explained.
  • FIG. 2 it is assumed that continuous light L cw having a light intensity P 0 is incident on the first core 11 from the incident end 10 a.
  • Equations (11) and (12) can be derived, for example, based on the description in Non-Patent Document 2.
  • P 0 indicates the optical intensity of the light incident on the first core 11
  • indicates the transmission loss coefficient of the MCF 10
  • h indicates the difference between the first core 11 and the second core 12.
  • L indicates the total length of the MCF 10 in the longitudinal direction.
  • Equation (13) S represents the scattering cross section of the MCF 10
  • ⁇ R represents the transmission loss coefficient due to Rayleigh scattering of the MCF 10.
  • the integral value P b2 is expressed as follows. It can be expressed by equation (14).
  • backscattering XT can be defined as the ratio P b2 /P 1 of the integral value P b2 of the second core 12 to the light intensity P 1 at the output end 10b of the first core 11. Therefore, if backscattering XT is expressed as XT b , XT b can be expressed as in the following equation (15).
  • the light intensity of the first backscattered light L1 backscattered at the position z of the first core 11 is P bs1 (z)
  • the light intensity of the second backscattered light L2 backscattered at the position z of the second core 12 is P bs1 (z).
  • P bs2 (z) is defined as P bs2 (z)
  • the light intensity P bs1 (z) and the light intensity P bs2 (z) can be expressed by the following equations (16) and (17), respectively.
  • equations (16) and (17) an approximation is used in which hz is sufficiently smaller than 1 (hz ⁇ 1).
  • the integral value of the light intensity P bs2 (z) corresponding to each position from the input end 10a to the output end 10b (hereinafter , referred to as "light intensity integral value D 2 ") can be expressed by the following equation (16) using equation (14) and equation (15).
  • the light intensity integral value D 2 in equation (16) corresponds to the integral value P b2 in the theoretical equation (14) described above.
  • the light intensity P 1 of the above-mentioned theoretical equation (11) (that is, the intensity of light that enters the first core 11 from the input end 10a and exits from the output end 10b) cannot be directly measured. Therefore, exp(- ⁇ L) is a value representing the transmission loss of the MCF 10 (hereinafter referred to as "loss value D 11 '') and changes depending on the light intensity P1 , and considering that the light intensity P1 is estimated using the loss value D11 . Then, by taking the ratio D 2 /D 11 of the light intensity integral value D 2 expressed by equation (18) to the loss value D 11 expressed by the following equation (19), backscattering XT can be calculated.
  • the transmission loss coefficient ⁇ can be determined, for example, by the method described in Non-Patent Document 3. However, in Non-Patent Document 3, the unit of the transmission loss coefficient ⁇ is expressed as (dB/unit length), but in the present disclosure, the unit of the transmission loss coefficient ⁇ is expressed as (/unit length). This unit conversion can be performed by multiplying the transmission loss coefficient ⁇ in Non-Patent Document 3 by ln(10)/10.
  • Equation (20) The ratio D 2 /D 11 of the light intensity integral value D 2 to the loss value D 11 is expressed as the following equation (20). Then, by substituting XT b in equation (12) expressed by the above-mentioned theoretical equation into equation (20), equation (20) is rewritten as the following equation (21), and equation (21) becomes can be rewritten as equation (22). Using the coefficient A1 expressed by the following equation (23), the equation (22) can be expressed as the following equation (24).
  • the group velocity V g is expressed as in the following equation (25) using the speed of light c and the effective refractive index n eff of the MCF 10.
  • the effective refractive index n eff is a constant determined depending on the MCF 10.
  • the pulse width W is a constant determined by the setting value for the light source 31.
  • the light intensity P0 of the coefficient A1 may be treated as a constant determined by the setting value for the light source 31, but the light intensity P0 is the light intensity of the pulsed light Lp when it enters the input end 10a of the MCF 10. Therefore, in reality, loss at the connection point from the light source 31 to the input to the MCF 10 and insertion loss of the medium connecting the light source 31 and the MCF 10 may occur.
  • the loss at the connection point in particular cannot be easily measured because it is greatly affected by errors and the like. Therefore, the light intensity P 0 may be replaced with another constant.
  • the light intensity P bs1 (0) of the first backscattered light L 1 at the incident end 10a is expressed as the following equation (26), and the equation ( 26) can be rewritten as the following equation (27).
  • equation (23) can be rewritten into the coefficient B 1 expressed by the following equation (28).
  • (24) representing XT b is rewritten as the following equation (29).
  • equation (24) or equation (29 ) can be found . That is, both the term obtained by multiplying the ratio D 2 /D 11 by the coefficient A 1 and the term obtained by multiplying the ratio D 2 /D 11 by the coefficient B 1 can be used as the term representing XT b .
  • Equation (24) expressed using a coefficient A of 1 assumes that the loss in the transmission path between the MCF 10 and the light source 31 and the loss in the transmission path between the MCF 10 and the optical receiver 33 are respectively zero. The assumption is that Therefore, when considering these losses, the transmission loss of the transmission line from the light source 31 until the light enters the MCF 10 is ⁇ in , and the transmission loss of the transmission line from the MCF 10 until the light enters the optical receiver 33 is ⁇ in. If Consequentlyut , then the coefficient A1 can also be rewritten as in the following equation (30).
  • the formula representing XT b is not limited to the above-mentioned formula (24) or formula (29).
  • the transmission loss (exp(- ⁇ L)) represented by the loss value D 11 in equation (24) or equation (29) can be rewritten as follows. If the transmission loss coefficient ⁇ has position dependence, exp(- ⁇ L) can be defined as the percentage of light intensity that decreases when the pulsed light L p travels from the input end 10a to the output end 10b. Therefore, exp(- ⁇ L) is expressed by the ratio of the light intensity P bs1 (0) at the input end 10a of the first core 11 to the light intensity P bs1 (L) at the output end 10b of the first core 11. be able to.
  • exp(- ⁇ L) when calculating exp(- ⁇ L) using the first backscattered light L1 , after the light travels from the input end 10a to the output end 10b, the light that returns from the output end 10b to the input end 10a is measured. Therefore, the distance traveled by the light is doubled. This is equivalent to the light being transmitted twice through the MCF 10, so by calculating the square root of the ratio between the light intensity P bs1 (0) and the light intensity P bs2 (L), exp(- ⁇ L ) can be obtained. Therefore, exp(- ⁇ L) can be expressed as in equation (31).
  • formula (22) is substituted into formula (31), formula (22) is rewritten as the following formula (32).
  • the square root of the light intensity P bs1 (L) in equation (32) is a value representing the transmission loss of the MCF 10 when the pulsed light L p moves from the input end 10a to the output end 10b (hereinafter referred to as "loss value D 12 ). Therefore, by using the loss value D 12 expressed by the following equation (33) and the coefficient A 2 expressed by the following equation (33), equation (32) becomes as shown in the following equation (35). Can be expressed in writing.
  • Equation (34) expressed using the coefficient A2 is similar to Equation (23) expressed using the coefficient A1 , and the loss in the transmission path between the MCF 10 and the light source 31, and the loss between the MCF 10 and the light receiver. It is assumed that the loss in the transmission path between the 33 and 33 is zero. Therefore, when considering these losses, the transmission loss of the transmission line from the light source 31 until the light enters the MCF 10 is ⁇ in , and the transmission loss of the transmission line from the MCF 10 until the light enters the optical receiver 33 is ⁇ in. If Consequentlyut , then the coefficient A2 can also be rewritten as in the following equation (36).
  • equation (32) can be rewritten as the following equation (37).
  • equation (37) can be written as the following equation (39).
  • XT b in equation (35) or equation (39) can be obtained.
  • backscattering XT can be determined using any of the above equations (24), (29), (35), and (39).
  • the loss values D 11 and D 12 can be determined using the light intensity P bs1 (z) of the first backscattered light L 1
  • the integrated light intensity value D 2 can be calculated using the light intensity P bs1 (z) of the first backscattered light L 1 . It can be determined using the light intensity P bs2 (z) of L 2 .
  • the coefficient A 1 , the coefficient B 1 , the coefficient A 2 , and the coefficient B 2 can be set as constants determined according to the settings of the light source 31, the characteristics of the MCF 10, and the like.
  • the backscattering XT is calculated as a value that includes all the light intensities P bs2 (z) at each position in the longitudinal direction of the MCF10. Calculated.
  • equation (19) used to calculate XT b in equation (24) or equation (29) is obtained under the assumption that the transmission loss coefficient ⁇ is constant regardless of the longitudinal position of the MCF 10.
  • the loss value D11 in equation (19) represents the transmission loss of the MCF 10 obtained under this condition.
  • the loss value D 12 in equation (33) is Even if the loss coefficient ⁇ changes depending on the longitudinal position of the MCF 10, the transmission loss of the MCF 10 can be accurately expressed. Therefore, when considering the position dependence of the transmission loss coefficient ⁇ , the loss value D 12 in equation (33) can represent the transmission loss of the MCF 10 more accurately than the loss value D 11 in equation (19).
  • a specific method for deriving XT f is described in, for example, Non-Patent Document 2.
  • the arithmetic processing unit 53 includes, as a functional configuration, a loss value calculation unit 53a, an integral value calculation unit 53b, and an XT calculation unit 53c, for example.
  • the loss value calculation unit 53a receives the first time series data D T1 from the data processing unit 51 , and calculates the loss value D 11 or Calculate D12 .
  • the loss value calculation section 53a outputs loss value data D10 indicating the loss value D11 or D12 to the XT calculation section 53c.
  • the integral value calculation unit 53b receives the second time series data D T2 from the data processing unit 51, and calculates the light intensity integral value D 2 from the second time series data D T2 using the above-mentioned formula (18). do.
  • the integral value calculation unit 53b outputs integral value data D20 indicating the light intensity integral value D2 to the XT calculation unit 53c.
  • the XT calculation unit 53c calculates backscattering XT using the loss value data D10 and the integral value data D20 output from the loss value calculation unit 53a and the integral value calculation unit 53b, respectively. For example, when the loss value data D 10 indicates the loss value D 11 , the XT calculation unit 53c calculates the ratio D 2 /D 11 (see equation (20)) of the light intensity integral value D 2 to the loss value D 11 . . Then, the XT calculation unit 53c calculates XT b expressed by equation (24) or equation (29) by multiplying the ratio D 2 /D 11 by the coefficient A 1 or the coefficient B 1 .
  • the XT calculation unit 53c calculates the ratio D2 / D12 of the light intensity integral value D2 to the loss value D12 . Then, the XT calculation unit 53c calculates XT b expressed by equation (35) or equation (39) by multiplying the ratio D 2 /D 12 by the coefficient A 2 or the coefficient B 2 . The XT calculating section 53c outputs the calculation result D30 including the calculated XT b to the result display section 55.
  • the calculation result D 30 may include various parameters such as a power coupling coefficient and a position of the MCF 10 in the longitudinal direction.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the longitudinal position of the MCF 10 and the power coupling coefficient between the first core 11 and the second core 12.
  • the horizontal axis indicates the longitudinal position (km) of the MCF 10
  • the vertical axis indicates the power coupling coefficient (dB/km).
  • Graph G1 shows the change in the power coupling coefficient when there is a dependence on the position of the MCF 10.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the longitudinal position of the MCF 10 and backscattering XT.
  • the horizontal axis indicates the longitudinal position (km) of the MCF 10
  • the vertical axis indicates backscattering XT (dB).
  • Graph G2 is a theoretical line obtained by the theoretical formula for backscattering XT when there is a dependence on the position of MCF10 (specifically, a formula in which "hL” in formula (15) is replaced with " ⁇ 0 L hdz"). It shows.
  • Graph G3 shows the position dependence of backscattering XT calculated using the method according to this embodiment.
  • Graph G4 shows the position dependence of backscattering XT calculated using the method described in Non-Patent Document 2 as a comparative example.
  • backscattering XT is calculated on the assumption that the power coupling coefficient has no position dependence. Therefore, when the power coupling coefficient has position dependence as shown in graph G1 in FIG. 4, as shown in FIG. 5, backscattering XT (Graph G4) deviates from the theoretical line (graph G2).
  • the backscattering XT is calculated using all the light intensities P bs2 (z) at each position in the longitudinal direction of the MCF 10.
  • the backscattering XT (graph G3) calculated using the method according to the above is a value that takes into account the position dependence of the power coupling coefficient, and matches the theoretical line (graph G2).
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the longitudinal position of the MCF 10 and the power coupling coefficient between the first core 11 and the second core 12.
  • FIG. 6 shows a graph G11 showing the power coupling coefficient when there is dependence on the position of the MCF 10, and a graph G12 showing the power coupling coefficient when there is dependence on the position of the MCF 10.
  • the power coupling coefficient increases greatly near the zero position of the MCF 10 (that is, near the incident end 10a), and then becomes a constant value.
  • FIFO Full-in/Fan-out
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the longitudinal position of the MCF 10 and backscattering XT.
  • FIG. 7 is shown as a logarithmic graph. Therefore, both the vertical and horizontal axes in FIG. 7 are logarithmic axes.
  • Graph G21 shows backscattering XT calculated by the method according to the present embodiment when the power coupling coefficient has position dependence (in the case of graph G11 in FIG. 6).
  • Graph G22 shows backscattering XT calculated by the method according to the present embodiment when the power coupling coefficient has no position dependence (in the case of graph G12 in FIG. 6).
  • the slope of the change in backscattering XT when the power coupling coefficient has position dependence is the slope of the change in backscatter XT when the power coupling coefficient has no position dependence. It can be seen that they do not match a certain 20 (dB/decade). From this, it can be seen that there is a difference in backscattering XT between when the power coupling coefficient has position dependence and when the power coupling coefficient has no position dependence.
  • backscattering XT is displayed in a logarithmic graph as shown in FIG. 7, the portion that was represented by a curve in FIG. It becomes possible to easily evaluate the backscattered XT at. In the method described in Non-Patent Document 2, even if the power coupling coefficient has position dependence, backscattering XT having a slope of 20 (dB/decade) is obtained, similar to graph G22. .
  • the result display unit 55 uses the calculation result D 30 output from the XT calculation unit 53c to display data indicating the relationship between the longitudinal position of the MCF 10 and backscattered XT.
  • the result display unit 55 may display one of the graph in FIG. 5 and the graph in FIG. 7, or may display both the graph in FIG. 5 and the graph in FIG.
  • the result display section 55 may display the graph of FIG. 4 together with the graph of FIG. 5, or may display the graph of FIG. 6 together with the graph of FIG. Using the graph displayed on the result display section 55 in this way, it becomes possible to evaluate the position dependence of backscattered XT.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of an optical property measuring method.
  • the light source 31 inputs pulsed light Lp into the first core 11 from the input end 10a of the MCF 10 (step S11).
  • the light receiver 33 receives the second backscattered light L2 emitted from the second core 12 at the entrance end 10a as the pulsed light Lp enters the first core 11 (Step S12).
  • the data processing unit 51 of the arithmetic unit 50 outputs the intensity of the second backscattered light L2 at each time when the light receiver 33 receives the light from the incident end 10a. It is acquired in association with each position along the longitudinal direction of the MCF 10 up to the end 10b (step S13).
  • the integral value calculation unit 53b of the arithmetic device 50 calculates a light intensity integral value D2 by integrating the light intensity of the second backscattered light L2 corresponding to each position of the MCF 10 from the input end 10a to the output end 10b. (Step S14).
  • the light receiver 33 receives the first backscattered light L1 emitted from the first core 11 at the entrance end 10a as the pulsed light Lp enters the first core 11 (step S22). .
  • the data processing unit 51 of the arithmetic unit 50 outputs the intensity of the first backscattered light L1 at each time when the light receiver 33 receives the light from the incident end 10a. It is acquired in association with each position along the longitudinal direction of the MCF 10 up to the end 10b (step S23).
  • the loss value calculation unit 53a of the arithmetic device 50 calculates a loss value D11 or D12 representing the transmission loss of the MCF 10 when the pulsed light Lp moves from the input end 10a to the output end 10b (step S24). .
  • the XT calculation unit 53c of the arithmetic device 50 calculates the ratio of the light intensity integral value D2 to the loss value D11 or D12 (step S15).
  • the XT calculation unit 53c calculates backscattering XT by multiplying the calculated ratio by a coefficient (step S16) (step S17). Specifically, when the XT calculation unit 53c calculates the ratio D 2 /D 11 , the ratio D 2 /D 11 is multiplied by the coefficient A 1 or B 1 to calculate the equation (24) or the equation (29). Calculate XT b expressed by .
  • the XT calculation unit 53c calculates the ratio D 2 /D 12
  • the ratio D 2 /D 12 is multiplied by the coefficient A 2 or B 2 to obtain the result expressed by equation (35) or equation (39).
  • Calculate XT b Thereafter, the result display section 55 displays a graph showing the calculated XT b .
  • a step group for calculating the light intensity integral value D2 specifically, steps S22, S23, and S24
  • a step group for calculating the loss value D11 or D12 specifically, steps S12, S13, and S14
  • FIG. 9 is a flowchart showing another example of the optical property measuring method.
  • the measurement of the first backscattered light L1 from the first core 11 and the measurement of the second backscattered light L2 from the second core 12 are performed in one common measurement. Although the case where these measurements are performed is shown, these measurements may be performed separately.
  • step S21 is provided separately from step S11.
  • Step S21 like step S11, is a step in which the pulsed light Lp is incident on the first core 11 from the entrance end 10a of the MCF 10, but is performed in a different measurement from step S11.
  • step S21 is performed before step S11, and after the loss value D11 or D12 is calculated in advance in steps S22, S23, and S24, a series of processes from step S11 to step S17 is performed. It's okay to be hurt. That is, the step group for calculating the loss value D11 or D12 (specifically, steps S11, S12, S13, and S14) is the step group for calculating the light intensity integral value D2 (specifically, step S14). S21, S22, S23, and S24) may be performed. The step group for calculating the loss value D 11 or D 12 may be performed after the step group for calculating the integrated light intensity value D 2 .
  • FIG. 10 is a flowchart showing another example of the optical property measuring method.
  • the loss value D11 or D12 is calculated by measuring the light intensity of the first backscattered light L1 emitted from the first core 11 at the input end 10a.
  • the loss value D 11 may be measured by directly measuring the light emitted from the first core 11 of the emission end 10b.
  • a device for measuring the light emitted from the first core 11 may be connected to the emission end 10b of the MCF 10, and the loss value D11 may be calculated by the device.
  • the light incident on the input end 10a of the MCF 10 may be either "pulsed light" or "continuous light".
  • the light emitted from the output end 10b as the light enters the input end 10a is measured by a device connected to the output end 10b, so that light (pulsed light or continuous light) is transmitted from the input end 10a to the output end 10b.
  • a loss value D11 representing the transmission loss of the MCF 10 when the light) moves can be calculated. Then, as shown in FIG. 10, after acquiring the loss value D11 from the device (step S31), the next steps S15 to S17 may be performed.
  • step S31 when the loss value over the entire length L of the MCF 10 is measured using a device connected to the output end 10b, the loss value D can be expressed as exp(- ⁇ L) (see equation (19)), so D
  • FIG. 11 is a flowchart showing another example of the optical property measuring method.
  • the example shown in FIG. 8 shows a case where backscattering XT is directly calculated.
  • the coefficient A 1 , B 1 , A 2 , or The calculation of multiplying by B2 may not be performed. Even if no calculation is performed to multiply these coefficients, the calculated ratio can be used as a value proportional to the backscatter XT.
  • Backscatter XT is usually expressed in dB.
  • a value proportional to backscattered XT is obtained, it is possible to understand how the position dependence of backscattered XT expressed in dB is expressed in arbitrary units.
  • the parts of the coefficient A 1 , B 1 , A 2 or B 2 that multiply the value proportional to the backscatter XT are added together in the graph of FIG. 5 or FIG. 7 expressed in dB notation. Therefore, when the values proportional to backscattered XT are displayed in these graphs, the values proportional to backscattered XT will show the same change as backscattered XT, with a vertical shift from backscattered XT. .
  • the value proportional to the backscattering XT (i.e. the ratio of the light intensity integral value D2 to the loss value D11 or D12 ) is a value that changes according to the change in the backscattering XT. It can be used as a scattering XT indicator. Therefore, as shown in FIG. 11, after step S15, the calculated ratio may be used as the backscattering XT index without producing the coefficients A 1 , B 1 , A 2 , or B. Step S18).
  • the "backscattered XT index" of the present disclosure does not have to be the backscattered XT itself, but is a value proportional to the backscattered XT (i.e., the value of the light intensity integral value D2 for the loss value D11 or D12 ). ratio).
  • the power coupling coefficient between the cores used for deriving the backscattered XT is constant regardless of the position of the MCF (that is, the power coupling coefficient has no position dependence).
  • Backscattering XT is derived under the assumption that Therefore, when there is position dependence of the power coupling coefficient, there is a problem that backscattering XT cannot be accurately evaluated. Therefore, the present inventors have repeatedly studied a method for accurately evaluating backscattering XT by taking into consideration the positional dependence of the power coupling coefficient.
  • Backscattering XT is the intensity of light that moves from the first core 11 to the second core 12 and returns to the input end 10a, relative to the intensity of light that enters the first core 11 from the input end 10a and exits from the output end 10b. It can be defined as the ratio of the intensity of light caused by backscatter.
  • the light intensity at the output end 10b represents the transmission loss of the MCF 10 when the pulsed light Lp moves through the first core 11 from the input end 10a to the output end 10b. It has been found that it can be estimated by the loss value D 11 or D 12 .
  • the present inventors have determined that the intensity of the light returning to the input end 10a in the second core 12 is determined by each position from the input end 10a to the output end 10b when the pulsed light Lp is input to the first core 11.
  • the idea was to represent the light intensity integral value D 2 of the second backscattered light L 2 corresponding to the second backscattered light L 2 .
  • the present inventors have also found that a term including the ratio of the light intensity integral value D 2 to the loss value D 11 or D 12 can be treated as backscattering XT.
  • the backscattered light XT can be calculated using the light intensity of all the second backscattered light L2 from the incident end 10a to the output end 10b. Therefore, according to this embodiment, even if the power coupling coefficient has position dependence, it is possible to accurately evaluate backscattering XT.
  • the arithmetic processing unit 53 calculates the loss value D 11 using the light intensity of the first backscattered light L 1 corresponding to each position of the first core 11 from the input end 10 a to the output end 10 b.
  • D12 may be calculated.
  • the loss value D 11 or D 12 representing the transmission loss of the MCF 10 can be calculated more accurately.
  • the transmission loss of the MCF 10 can be expressed more accurately by using the loss value D 12 of equation (33).
  • equation (33) it is possible to obtain a more accurate loss value D12 that takes into account the position dependence of the transmission loss coefficient ⁇ . If backscattering XT is calculated using the loss value D12 obtained in this way, it becomes possible to evaluate backscattering XT more accurately even if the transmission loss coefficient ⁇ has position dependence. .
  • the arithmetic processing unit 53 uses the loss value D 11 expressed by Expression (19) and the light intensity integral value D 2 expressed by Expression (18) to calculate Expression (20).
  • the ratio D 2 /D 11 may be calculated.
  • the present inventors discovered that the term including the ratio D 2 /D 11 expressed by equation (20) has a value proportional to the backscattering XT. I found out that it shows.
  • a term including this ratio D 2 /D 11 it is possible to accurately evaluate backscattering XT even if the power coupling coefficient between the first core 11 and the second core 12 has position dependence. It becomes possible.
  • the arithmetic processing unit 53 adds the coefficient A 1 expressed by the expression (23) to the ratio D 2 /D 11 expressed by the expression (20), or the coefficient A 1 expressed by the expression (28).
  • the backscatter XT may be calculated by multiplying by a factor B1 .
  • the present inventors added the coefficient A 1 expressed by equation (23) to the ratio D 2 /D 11 expressed by equation (20), Alternatively, it has been found that the backscattering XT can be directly calculated by multiplying by the coefficient B1 expressed by equation (28). Therefore, by using a value obtained by multiplying the ratio D 2 /D 11 by the coefficient A 1 or the coefficient B 1 , it becomes possible to directly and accurately evaluate backscattering XT.
  • equation (35) or equation (39) is used.
  • the expressed ratio D 2 /D 12 may be calculated.
  • the term including the ratio D 2 /D 12 expressed by equation (35) or equation (39) is the backscattering XT index. It was found that the value is proportional to .
  • the term including this ratio D 2 /D 12 even if the power coupling coefficient between the first core 11 and the second core 12 has position dependence, it is possible to accurately evaluate backscattering XT. It becomes possible.
  • the arithmetic processing unit 53 adds the coefficient A 2 expressed by equation (36) or equation (38) to the ratio D 2 /D 12 expressed by equation (35) or equation (39).
  • the backscatter XT may be calculated by multiplying by a factor B2 represented by ).
  • the present inventors determined that the ratio D 2 /D 12 expressed by equation (35) or equation (39) was changed to the ratio D 2 /D 12 expressed by equation (36). It has been found that the backscattering XT can be directly calculated by multiplying by the coefficient A 2 expressed by the equation (38) or the coefficient B 2 expressed by the equation (38). Therefore, by using a value obtained by multiplying the ratio D 2 /D 12 by the coefficient A 2 or the coefficient B 2 , it becomes possible to directly and accurately evaluate backscattering XT.
  • the optical property measurement system 1 guides the pulsed light Lp from the light source 31 to the first core 11, and the first backscattered light L1 from the first core 11 and the second core 12.
  • An optical system 39 may be provided that guides the second backscattered light L 2 from the light receiver 33 .
  • the pulsed light Lp is incident on the first core 11, and the first backscattered light L1 and the second backscattered light L2 emitted from the first core 11 and the second core 12 are received by the light receiver 33.
  • a configuration for receiving light can be easily realized.
  • the optical property measurement system 1 may include a result display unit 55 that displays a logarithmic graph showing the relationship between the position along the longitudinal direction of the MCF 10 and backscattering XT.
  • a result display unit 55 displays a logarithmic graph showing the relationship between the position along the longitudinal direction of the MCF 10 and backscattering XT.
  • FIG. 12 shows an optical property measurement system 1 according to a modification.
  • the optical property measurement system 1A shown in FIG. 12 includes, for example, a plurality of light sources 31A, 31B, and 31C, a plurality of light receivers 33A, 33B, and 33C, and a plurality of circulators 35A, 35B, and 35C.
  • the MCF 10A includes a third core 13 in addition to the first core 11 and the second core 12. In the example shown in FIG. 12, there are three light sources 31A, 31B, and 31C, three light receivers 33A, 33B, and 33C, and three circulators 35A, 35B, and 35C, corresponding to the number of cores of MCF 10A. is provided.
  • the light source 31A and the light receiver 33A are optically coupled to the first core 11 via the circulator 35A. Specifically, the light source 31A is connected to the input port of the circulator 35A, and the light receiver 33A is connected to the output port of the circulator 35A. The input/output port of the circulator 35A is connected to the first core 11 of the input end 10a.
  • the pulsed light Lp output from the light source 31A is incident on the first core 11 at the input end 10a, and the first backscattered light L1 output from the first core 11 at the input end 10a is received by the light receiver 33A. be done.
  • the light source 31B and the light receiver 33B are optically coupled to the second core 12 via the circulator 35B. Specifically, the light source 31B is connected to the input port of the circulator 35B, and the light receiver 33B is connected to the output port of the circulator 35B. The input/output port of the circulator 35B is connected to the second core 12 at the input end 10a. The pulsed light output from the light source 31B can enter the second core 12 at the input end 10a. The second backscattered light L2 emitted from the second core 12 at the input end 10a is received by the light receiver 33B.
  • the light source 31C and the light receiver 33C are optically coupled to the third core 13 via a circulator 35C.
  • the light source 31C is connected to the input port of the circulator 35C
  • the light receiver 33C is connected to the output port of the circulator 35C.
  • the input/output port of the circulator 35C is connected to the third core 13 of the input end 10a.
  • the pulsed light output from the light source 31C can enter the third core 13 at the input end 10a.
  • the third backscattered light L3 emitted from the third core 13 at the input end 10a is received by the light receiver 33C.
  • pulsed light Lp is incident on the first core 11 of the incident end 10a from the light source 31A, and as the pulsed light Lp is incident on the first core 11, the first core 11 of the incident end 10a, the second A case is shown in which the first backscattered light L 1 , the second backscattered light L 2 , and the third backscattered light are emitted from the core 12 and the third core 13, respectively.
  • the light receiver 33A measures the light intensity of the first backscattered light L1 at a predetermined sampling period, and uses the measured light intensity of the first backscattered light L1 as first light intensity data D L1 to the arithmetic unit. Send to 50.
  • the light receiver 33B measures the light intensity of the second backscattered light L2 at a predetermined sampling period, and transmits the measured light intensity of the second backscattered light L2 to the calculation device 50 as second light intensity data DL2 .
  • the light receiver 33C measures the light intensity of the third backscattered light L3 at a predetermined sampling period, and transmits the measured light intensity of the third backscattered light L3 to the calculation device 50 as third light intensity data DL3 . do.
  • the arithmetic device 50 uses the first light intensity data D L1 , the second light intensity data D L2 , and the third light intensity data D L3 to calculate the first core 11 and the second light intensity data by the same method as in the embodiment described above.
  • the backscattering XT between the core 12 and the backscattering XT between the first core 11 and the third core 13 are calculated. If the pulsed light Lp is incident on the second core 12 from the light source 31B or the pulsed light Lp is incident on the third core 13 from the light source 31C, the rear part between the second core 12 and the third core 13 is Scattering XT can also be calculated.
  • the backscattering XT between any of the first core 11, second core 12, and third core 13 can be calculated using the same method as in the embodiment described above. Therefore, even with the optical property measuring system 1A shown in FIG. 12, the same effects as in the above-described embodiment can be obtained. Furthermore, according to the optical property measurement system 1A that includes a plurality of light sources 31A, 31B, and 31C and a plurality of light receivers 33A, 33B, and 33C, the rear Even when measuring the scattered XT, the backscattered XT between any cores of the MCF 10A can be easily calculated without changing the connections between the light source 31 and the MCF 10A, and without changing the connections between the light receiver 33 and the MCF 10A. becomes possible.
  • the measurement device may include one light source and a plurality of light receivers, or may include a plurality of light sources and one light receiver.
  • the case where pulsed light is incident on the first core is illustrated.
  • backscattering XT can be calculated using the same derivation method as in the embodiment described above.
  • the case where the MCF has the first core and the second core, and the case where the MCF has the first core, the second core, and the third core have been described, respectively.
  • the MCF has four or more cores, one of those cores can be regarded as the "first core" and the other one as the "second core".
  • the same derivation method as in the embodiment described above can be applied.
  • Characters (variables) such as physical quantities used in the above formula have the following dimensions in the ⁇ KS unit system.
  • the scattering cross section S and the loss value D11 of the multi-core optical fiber are dimensionless quantities.
  • the light intensity of the pulsed light is P 0 [W]
  • the light intensity of the first backscattered light corresponding to one end is P bs1 (0) [W]

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Abstract

本開示の光学特性測定システムは、マルチコア光ファイバの第一コアにパルス光を入射可能な光源と、マルチコア光ファイバの第二コアからの第二後方散乱光を受光可能な受光器と、少なくとも第二後方散乱光の光強度に基づいて後方散乱クロストーク指標を算出する演算装置と、を備える。演算装置は、受光器が受光した各時刻での第二後方散乱光の光強度を、一端から測定位置までの各位置に対応付けて取得するデータ処理部と、一端から測定位置まで第一コアを光が移動したときのマルチコア光ファイバの伝送損失を表す損失値に対する、一端から測定位置までの第二コアの各位置に対応する第二後方散乱光の光強度を積分した積分値の比、を含む項を後方散乱クロストーク指標として算出する演算処理部と、を含む。

Description

光学特性測定システム及び光学特性測定方法
 本開示は、光学特性測定システム及び光学特性測定方法に関する。
 本出願は、2022年9月7日出願の日本出願第2022-141933号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用する。
 複数のコアを有するマルチコア光ファイバでは、複数のコアの間においてクロストークが発生することが知られている。例えば特許文献1、非特許文献1、及び非特許文献2は、このようなクロストークを測定する方法を開示する。これらの方法では、一台又は複数台のOTDR(Optical Time Domain Reflectometer)装置がマルチコア光ファイバの片端に接続され、当該片端からマルチコア光ファイバの一つのコアにパルス試験光が入射される。そして、複数のコアにおいて後方散乱により当該片端に戻る後方散乱光がOTDR装置に入力され、これら後方散乱光の強度に基づいてクロストークが測定される。
特開2012-202827号公報
 本開示の一実施形態に係る光学特性測定システムは、少なくとも第一コア及び第二コアを有するマルチコア光ファイバの光学特性を測定する光学特性測定システムである。この光学特性測定システムは、第一コアと光学的に結合され、マルチコア光ファイバの一端から第一コアにパルス光を入射可能な少なくとも一つの光源と、少なくとも第二コアと光学的に結合され、第一コアへのパルス光の入射に伴い一端の第一コア及び第二コアからそれぞれ出射される第一後方散乱光及び第二後方散乱光のうち少なくとも第二後方散乱光を受光可能な少なくとも一つの受光器と、受光器と通信可能に接続され、少なくとも第二後方散乱光の光強度に基づいて、パルス光の一部として第一コアから第二コアへ移動し一端に戻る第二後方散乱光の光強度に関する後方散乱クロストークを表す後方散乱クロストーク指標を算出する演算装置と、を備える。演算装置は、受光器が受光した各時刻での第二後方散乱光の光強度を、一端からマルチコア光ファイバの長手方向に沿った任意の測定位置までの各位置に対応付けて取得するデータ処理部と、一端から測定位置まで第一コアを光が移動したときのマルチコア光ファイバの伝送損失を表す損失値に対する、一端から測定位置までの第二コアの各位置に対応する第二後方散乱光の光強度を積分した積分値の比、を含む項を後方散乱クロストーク指標として算出する演算処理部と、を含む。
図1は、一実施形態に係る光学特性測定システムの一例を示す構成図である。 図2は、図1に示すマルチコア光ファイバにおけるクロストークの原理を説明するための図である。 図3は、図1に示す演算装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。 図4は、マルチコア光ファイバの長手方向の位置とパワー結合係数との関係を示すグラフである。 図5は、マルチコア光ファイバの長手方向の位置と後方散乱クロストークとの関係を示すグラフである。 図6は、マルチコア光ファイバの長手方向の位置とパワー結合係数との関係を示す別のグラフである。 図7は、マルチコア光ファイバの長手方向の位置と後方散乱クロストークとの関係を示す別のグラフである。 図8は、図1に示す光学特性測定システムを用いて実施される光学特性測定方法の一例を示すフローチャートである。 図9は、光学特性測定方法の他の例を示すフローチャートである。 図10は、光学特性測定方法の他の例を示すフローチャートである。 図11は、光学特性測定方法の他の例を示すフローチャートである。 図12は、変形例に係る光学特性測定システムを示す構成図である。
[発明が解決しようとする課題]
 マルチコア光ファイバのコア間に発生し得るクロストークとして、結合元のコアから結合先のコアに移動した光信号であって、結合元のコアでの光信号の伝播方向と同一方向に伝播する光信号(以下、「並行クロストーク」と称する)と、結合元のコアから結合先のコアに移動した光信号であって、結合元のコアでの光信号の伝播方向とは逆方向に伝播する光信号(以下、「対向クロストーク」と称する)と、が考えられる。対向クロストークの中でも後方散乱に起因するもの(以下、「後方散乱クロストーク」と称する)は、対向クロストークの主要因であることが多い。マルチコア光ファイバの実用化の際、隣接するコア間において、一方のコアを伝搬する信号に対して、他方のコアではその信号と後方散乱する方向に信号を伝搬する。そのため、後方散乱クロストークを測定して評価することは、マルチコア光ファイバの実用上極めて重要である。
 しかしながら、特許文献1及び非特許文献1は、後方散乱クロストークを導出する方法を開示していない。一方、非特許文献2は、後方散乱クロストークを導出する方法を開示する。しかし、この方法では、後方散乱クロストークの導出を簡略化するための仮定が置かれており、この仮定の下では、後方散乱クロストークを正確に評価することができない場合がある。
 本開示は、マルチコア光ファイバのコア間の後方散乱クロストークをより正確に評価できる光学特性測定システム及び光学特性測定方法を提供する。
[本開示の効果]
 本開示による光学特性測定システム及び光学特性測定方法によれば、マルチコア光ファイバのコア間の後方散乱クロストークをより正確に評価できる。
 [本開示の実施形態の説明]
 最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
 (1)本開示の一実施形態に係る光学特性測定システムは、少なくとも第一コア及び第二コアを有するマルチコア光ファイバの光学特性を測定する光学特性測定システムである。この光学特性測定システムは、第一コアと光学的に結合され、マルチコア光ファイバの一端から第一コアにパルス光を入射可能な少なくとも一つの光源と、少なくとも第二コアと光学的に結合され、第一コアへのパルス光の入射に伴い一端の第一コア及び第二コアからそれぞれ出射される第一後方散乱光及び第二後方散乱光のうち少なくとも第二後方散乱光を受光可能な少なくとも一つの受光器と、受光器と通信可能に接続され、少なくとも第二後方散乱光の光強度に基づいて、パルス光の一部として第一コアから第二コアへ移動し一端に戻る第二後方散乱光の光強度に関する後方散乱クロストークを表す後方散乱クロストーク指標を算出する演算装置と、を備える。演算装置は、受光器が受光した各時刻での第二後方散乱光の光強度を、一端からマルチコア光ファイバの長手方向に沿った任意の測定位置までの各位置に対応付けて取得するデータ処理部と、一端から測定位置まで第一コアを光が移動したときのマルチコア光ファイバの伝送損失を表す損失値に対する、一端から測定位置までの第二コアの各位置に対応する第二後方散乱光の光強度を積分した積分値の比、を含む項を後方散乱クロストーク指標として算出する演算処理部と、を含む。
 非特許文献2に記載された方法では、後方散乱クロストークの導出に用いられるコア間のパワー結合係数が、マルチコア光ファイバの位置に依らず一定である(すなわち、パワー結合係数に位置依存性がない)との仮定の下で、後方散乱クロストークを導出している。そのため、パワー結合係数の位置依存性がある場合には、後方散乱クロストークを正確に評価できないという問題がある。そこで、本発明者らは、パワー結合係数の位置依存性を考慮して後方散乱クロストークを正確に評価するための方法について検討を重ねた。後方散乱クロストークは、マルチコア光ファイバの一端から第一コアに入射されて測定位置に至る光の強度に対する、第一コアから第二コアに移動して当該一端に戻る光のうちの後方散乱に起因する光の強度の比で定義できる。本発明者らは、検討を重ねる過程で、第一コアの測定位置における光の強度については、第一コアを一端から測定位置まで光が移動したときのマルチコア光ファイバの伝送損失を表す損失値によって推定できることを見出した。更に、本発明者らは、第二コアにおいて当該一端に戻る光の強度については、第一コアにパルス光を入射した際の、当該一端から任意の測定位置までの各位置に対応する第二後方散乱光の光強度の積分値で表すことを着想した。そして、本発明者らは、損失値に対する積分値の比を含む項を、後方散乱クロストークを表す後方散乱クロストーク指標として扱うことができることを見出した。このように第二後方散乱光の光強度の積分値を用いれば、当該一端から測定位置までの全ての第二後方散乱光の光強度を用いて後方散乱クロストーク指標を算出できる。従って、上記の光学特性測定システムによれば、パワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱クロストークを正確に評価することが可能になる。
 (2)上記(1)に記載の光学特性測定システムにおいて、受光器は、第一コアと光学的に結合されてもよく、一端の第一コアから出射される第一後方散乱光を受光可能であってもよい。データ処理部は、受光器が受光した各時刻での第一後方散乱光の光強度を、一端から測定位置までの各位置に対応付けて取得してもよい。演算処理部は、一端から測定位置までの第一コアの各位置に対応する第一後方散乱光の光強度を用いて、一端から測定位置まで第一コアをパルス光が移動したときのマルチコア光ファイバの伝送損失を表す損失値を算出してもよい。この場合、第一コアから出射される第一後方散乱光の光強度を用いて、マルチコア光ファイバの任意の位置での伝送損失を表す損失値をより正確に算出することができる。その結果、損失値に対する積分値の比を含む項として算出される後方散乱クロストーク指標を用いて、マルチコア光ファイバの任意の位置での後方散乱クロストークをより正確に評価することが可能となる。
 (3)上記(1)又は(2)に記載の光学特性測定システムにおいて、演算処理部は、損失値をD11とし、積分値をD[W・m]とした場合に、以下の式(1)によって表される損失値と、以下の式(2)によって表される積分値とを用いて、以下の式(3)によって表される比を算出してもよい。本発明者らは、後方散乱クロストーク指標を算出するための数式について検討を重ねる過程で、式(3)によって表される比D/D11を含む項を、後方散乱クロストークに比例する後方散乱クロストーク指標として利用できることを見出した。この比D/D11を含む項を用いれば、第一コアと第二コアとのパワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱クロストークを正確に評価することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
但し、一端を原点としたときのマルチコア光ファイバの長手方向に沿った位置をz[m]とし、位置z[m]に対応する第二後方散乱光の光強度をPbs2(z)[W]とし、測定位置をz[m]とし、マルチコア光ファイバの伝送損失係数をα[/m]とする。
 (4)上記(3)に記載の光学特性測定システムにおいて、演算処理部は、式(3)によって表される比に、以下の式(4)によって表される係数A[/(W・m)]、又は以下の式(5)によって表される係数B[/(W・m)]を乗じることによって、後方散乱クロストーク指標を算出してもよい。本発明者らは、後方散乱クロストーク指標を算出するための数式について検討を重ねる過程で、式(3)によって表される比D/D11に、式(4)によって表される係数A[/(W・m)]、又は式(5)によって表される係数B[/(W・m)]を乗じることで、後方散乱クロストークを直接算出できることを見出した。従って、比D/D11に係数A[/(W・m)]又は係数B[/(W・m)]を乗じた値を用いれば、後方散乱クロストークを直接的に且つ正確に評価することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
但し、一端に対応する第一後方散乱光の光強度をPbs1(0)[W]とし、パルス光の光強度をP[W]とし、マルチコア光ファイバを移動する際のパルス光の群速度をV[m/s]とし、パルス光のパルス幅をW[s]とし、マルチコア光ファイバの散乱断面積をSとし、マルチコア光ファイバのレイリー散乱に起因する伝送損失係数をα[/m]とする。
 (5)上記(2)に記載の光学特性測定システムにおいて、演算処理部は、伝送損失をD12[W1/2]とし、積分値をD[W・m]とした場合に、以下の式(6)によって表される損失値と、以下の式(7)によって表される積分値とを用いて、以下の式(8)によって表される比を算出してもよい。本発明者らは、後方散乱クロストーク指標を算出するための数式について検討を重ねる過程で、式(8)によって表される比D/D12を含む項を、後方散乱クロストークに比例する後方散乱クロストーク指標として利用できることを見出した。この比D/D12を含む項を用いれば、第一コアと第二コアとのパワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱クロストークを正確に評価することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
但し、一端を原点としたときのマルチコア光ファイバの長手方向に沿った位置をz[m]とし、位置z[m]に対応する第一後方散乱光の光強度をPbs1(z)[W]とし、位置z[m]に対応する第二後方散乱光の光強度をPbs2(z)[W]とし、測定位置をz[m]とする。
 (6)上記(5)に記載の光学特性測定システムにおいて、演算処理部は、式(8)によって表される比に、以下の式(9)によって表される係数A[/(W1/2・m)]、又は以下の式(10)によって表される係数B[/(W1/2・m)]を乗じることによって、後方散乱クロストーク指標を算出してもよい。本発明者らは、後方散乱クロストーク指標を算出するための数式について検討を重ねる過程で、式(8)によって表される比D/D12に、式(9)によって表される係数A[/(W1/2・m)]、又は式(10)によって表される係数B[/(W1/2・m)]を乗じることで、後方散乱クロストークを直接算出できることを見出した。従って、比D/D12に係数A[/(W1/2・m)]又は係数B[/(W1/2・m)]を乗じた値を用いれば、後方散乱クロストークを直接的に且つ正確に評価することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
但し、一端に対応する第一後方散乱光の光強度をPbs1(0)[W]とし、パルス光の光強度をP[W]とし、マルチコア光ファイバを移動する際のパルス光の群速度をV[m/s]とし、パルス光のパルス幅をW[s]とし、マルチコア光ファイバの散乱断面積をSとし、マルチコア光ファイバのレイリー散乱に起因する伝送損失係数をα[/m]とする。
 (7)上記(2)から(6)のいずれかに記載の光学特性測定システムは、光源からのパルス光を第一コアに導く一方で、第一コアからの第一後方散乱光及び第二コアからの第二後方散乱光を受光器に導く光学系を更に備えてもよい。この場合、パルス光を第一コアに入射し、第一コア及び第二コアからそれぞれ出射される第一後方散乱光及び第二後方散乱光を受光器で受光する構成を、容易に実現できる。
 (8)上記(1)から(7)のいずれかに記載の光学特性測定システムは、マルチコア光ファイバの長手方向に沿った位置と後方散乱クロストーク指標との関係を示す両対数グラフを表示する表示部を更に備えてもよい。このように両対数グラフを用いれば、マルチコア光ファイバの位置に対する後方散乱クロストーク指標の変化を容易に捉えることが可能になる。これにより、後方散乱クロストークの評価を容易に行うことができる。
 (9)本開示の一実施形態に係る光学特性測定方法は、少なくとも第一コア及び第二コアを有するマルチコア光ファイバの光学特性を測定する光学特性測定システムを用いた光学特性測定方法である。この光学特性測定方法は、マルチコア光ファイバの一端から第一コアにパルス光を入射するステップと、第一コアへのパルス光の入射に伴い一端の第一コア及び第二コアからそれぞれ出射される第一後方散乱光及び第二後方散乱光のうち少なくとも第二後方散乱光を受光器で受光するステップと、少なくとも第二後方散乱光の強度に基づいて、パルス光の一部として第一コアから第二コアへ移動し一端に戻る第二後方散乱光の光強度に関する後方散乱クロストークを表す後方散乱クロストーク指標を算出するステップと、を備える。後方散乱クロストーク指標を算出するステップは、受光器が受光した各時刻での第二後方散乱光の光強度を、一端からマルチコア光ファイバの長手方向に沿った任意の測定位置までの各位置に対応付けて取得するステップと、一端から測定位置まで第一コアを光が移動したときのマルチコア光ファイバの伝送損失を表す損失値に対する、一端から測定位置までの第二コアの各位置に対応する第二後方散乱光の光強度を積分した積分値の比、を含む項を後方散乱クロストーク指標として算出するステップと、を含む。
 非特許文献2に記載された方法では、後方散乱クロストークの導出に用いられるコア間のパワー結合係数が、マルチコア光ファイバの位置に依らず一定である(すなわち、パワー結合係数に位置依存性がない)との仮定の下で、後方散乱クロストークを導出している。そのため、パワー結合係数の位置依存性がある場合には、後方散乱クロストークを正確に評価できないという問題がある。そこで、本発明者らは、パワー結合係数の位置依存性を考慮して後方散乱クロストークを正確に評価するための方法について検討を重ねた。後方散乱クロストークは、マルチコア光ファイバの一端から第一コアに入射されて測定位置に至る光の強度に対する、第一コアから第二コアに移動して当該一端に戻る光のうちの後方散乱に起因する光の強度の比で定義できる。本発明者らは、検討を重ねる過程で、第一コアの測定位置における光の強度については、第一コアを一端から測定位置まで光が移動したときのマルチコア光ファイバの伝送損失を表す損失値によって推定できることを見出した。更に、本発明者らは、第二コアにおいて当該一端に戻る光の強度については、第一コアにパルス光を入射した際の、当該一端から任意の測定位置までの各位置に対応する第二後方散乱光の光強度の積分値で表すことを着想した。そして、本発明者らは、損失値に対する積分値の比を含む項を、後方散乱クロストークを表す後方散乱クロストーク指標として扱うことができることを見出した。このように第二後方散乱光の光強度の積分値を用いれば、当該一端から測定位置までの全ての第二後方散乱光の光強度を用いて後方散乱クロストーク指標を算出できる。従って、上記の光学特性測定方法によれば、パワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱クロストークを正確に評価することが可能になる。
 [本開示の実施形態の詳細]
 本開示の実施形態に係る測定システム及び測定方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
 [光学特性測定システム]
 図1は、本実施形態に係る光学特性測定システム1を示す構成図である。光学特性測定システム1は、測定対象となるマルチコア光ファイバ(MCF:Multi-core optical fiber、以下「MCF」と称する)10の光学特性を測定するためのシステムである。MCF10は、例えば、第一コア11及び第二コア12を有する。第一コア11及び第二コア12は、MCF10の長手方向において一端から他端まで延在している。MCF10が有するコアの数は、2つに限らず、3つ以上であってよい。MCF10は、例えば、各コアを別々のチャネルとして光伝送を可能にする非結合型MCFとしてよい。
 光学特性測定システム1は、例えば、測定装置30と、演算装置50と、を備える。測定装置30は、例えば、OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)法を用いてMCF10の光学特性を測定可能なOTDR装置である。OTDR法は、MCF10の片端からMCF10の光学特性を容易に測定できるため、MCF10の光学特性を評価する技術として広く用いられている。具体的には、測定装置30は、測定対象のMCF10の一端にパルス光Lを入射し、MCF10の一端に戻る後方散乱光の光強度の距離分布(光強度分布)を測定する。以下、パルス光Lが入射されるMCF10の一端を「入射端10a」と称し、その反対側のMCF10の他端を「出射端10b」と称する。
 演算装置50は、測定装置30が測定した結果を用いて、第一コア11と第二コア12との間の後方散乱クロストーク(Crosstalk、以下「XT」と称する)を表す後方散乱XT指標を算出する。後方散乱XT指標は、MCF10の光学特性の例である。「後方散乱XT指標」は、「後方散乱XT」の変化を表す指標値である。「後方散乱XT」を表す指標値とは、「後方散乱XT」の変化に応じて変化する値、すなわち、後方散乱XTに追従して変化する値を意味する。「後方散乱XT」を表す指標値は、例えば、「後方散乱XT」に比例する値であってもよいし、「後方散乱XT」自体を示す値であってもよい。本実施形態では、「後方散乱XT指標」を、「後方散乱XT」自体を示す値として説明する。
 ここで、図2を参照して、XTの原理について説明する。図2は、XTの原理を説明するための図である。ここでは、便宜上、連続光LcwがMCF10の入射端10aに入射された場合を想定する。図2に示されるように、入射端10aから第一コア11に入射された連続光Lcwは、第一コア11において後方散乱及びXTを起こしながら、入射端10aから出射端10bまで移動する。図2において、後方散乱が点線の矢印で示され、XTが二点鎖線の矢印で示されている。連続光Lcwが後方散乱を起こす場合、第一コア11において連続光Lcwの一部の光Lがレイリー散乱によって後方へ移動し、第一コア11を逆方向に移動して入射端10aに戻る。
 連続光LcwがXTを起こす場合、連続光Lcwの一部がモード結合により第一コア11から第二コア12に漏れ出し、第二コア12を伝播する。ここで、XTとしては、第一コア11から第二コア12に漏れ出した連続光Lcwの一部の光Lが、第一コア11を伝播する連続光Lcwと同一方向に第二コア12を伝播する現象(以下、「並行XT」と称する)と、第一コア11から第二コア12に漏れ出した連続光Lcwの一部の光Lが、後方散乱によって第一コア11を伝播する連続光Lcwとは逆方向に第二コア12を伝播する現象(以下、「後方散乱XT」と称する)と、がある。後方散乱XTが起こる場合としては、次の2通りが考えられる。1つは、第一コア11において連続光Lcwの一部の光Lが後方散乱を起こし、更に、その光Lの一部が並行XTにより第一コア11から第二コア12に漏れ出し、その漏れ出した一部が第二コア12において入射端10aに向かって移動する場合である。他の1つは、連続光Lcwの一部が並行XTにより第一コア11から第二コア12に漏れ出し、その漏れ出した一部が、第二コア12において後方散乱を起こした場合である。これらの場合に、第二コア12を逆方向に伝播する光Lが生じる。
 第一コア11の出射端10bでの連続光Lcwの光強度をPとし、第二コア12の出射端10bでの光Lの光強度をPとすると、並行XTは、出射端10bでの光強度Pに対する、後方散乱による光の出射端10bでの光強度Pの比P/Pで定義される。一方、第二コア12の入射端10aでの光Lの光強度をPb2とすると、後方散乱XTは、出射端10bでの光強度Pに対する出射端10bでの光強度Pb2の比Pb2/Pで定義される。MCF10を実用化する際には、第一コア11と第二コア12とが互いに隣接する場合には、第一コア11を伝搬する光信号に対して、第二コア12では逆方向に光信号を伝搬する。そのため、XTのうち逆方向に進むXTの主要因であることが多い後方散乱XTを測定することは、MCF10の実用上極めて重要である。
 非特許文献2は、OTDR装置を用いて並行XT及び後方散乱XTを測定する方法を開示する。この方法では、OTDR装置から出力されるパルス試験光をMCFの片端に入射し、当該片端の各コアからの後方散乱光に基づいて上記の光強度P、P、及びPb2に対応する光強度を推定し、並行XT及び後方散乱XTといった光学特性を導出している。このようにOTDR装置を用いた方法では、MCFの両端に測定用の装置をそれぞれ接続することが難しい状況であっても、MCFの片端にOTDR装置を接続するだけで、当該片端から得られる情報に基づいてMCFの光学特性を容易に導出することが可能となる。更に、OTDR装置を用いた方法によれば、MCFの任意の位置での光学特性を非破壊で測定することも可能となる。
 しかしながら、非特許文献2が開示する方法では、後方散乱XTの導出の際、後方散乱XTの導出に用いるパワー結合係数がMCFの長手方向の位置に依らず一定である(すなわち、パワー結合係数に位置依存性がない)との仮定が置かれている。そのため、パワー結合係数がMCFの位置に応じて変化する場合には、後方散乱XTを正確に評価できないという問題がある。そこで、本実施形態では、OTDR装置を用いた後方散乱XTの導出方法に着目し、パワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱XTを正確に評価するための方法を提案する。その具体的な方法については後述する。
 再び図1を参照する。測定装置30は、例えば、光源31と、受光器33と、サーキュレーター35と、スイッチ37と、を有する。光源31と、受光器33と、サーキュレーター35と、スイッチ37とは、例えば、シングルモードファイバ(SMF:Single Mode Optical Fiber)等の光導波路により接続される。サーキュレーター35及びスイッチ37は、MCF10の入射端10aに対して、例えば、ファンイン・ファンアウト(FIFO:Fan-In/Fan-Out)等の光デバイスにより接続される。
 光源31は、サーキュレーター35を介して入射端10aの第一コア11と光学的に結合されている。具体的には、光源31は、光導波路を介してサーキュレーター35の入力ポートに接続されている。サーキュレーター35の入出力ポートは、別の光導波路を介して入射端10aの第一コア11に接続されている。光源31は、例えば、パルス光Lを出力するパルス光源である。パルス光Lは、その出力のピークが所定の時間間隔で繰り返し現れる光をいう。光源31から出力されたパルス光Lは、サーキュレーター35を経由して入射端10aの第一コア11に入射する。第一コア11へのパルス光Lの入射に伴い、第一コア11においてパルス光Lの一部が後方散乱により入射端10aに戻る。更に、第一コア11へのパルス光Lの入射に伴い、パルス光Lの他の一部が後方散乱XTにより第一コア11から第二コア12に移動して入射端10aに戻る。以下、第一コア11において入射端10aに戻る光を「第一後方散乱光L」と称し、第二コア12において入射端10aに戻る光を「第二後方散乱光L」と称する。
 受光器33は、スイッチ37を介して入射端10aの第二コア12と光学的に結合されている。更に、受光器33は、スイッチ37及びサーキュレーター35を介して入射端10aの第一コア11と光学的に結合されている。具体的には、受光器33は、光導波路を介してスイッチ37の出力ポートに接続されている。スイッチ37の入力ポートは、別の光導波路を介して入射端10aの第二コア12に接続されている。スイッチ37の別の入力ポートは、別の光導波路を介してサーキュレーター35の出力ポートに接続されている。スイッチ37は、2つの入力ポートと出力ポートとの間を接続する光路の切り替えを行う。
 第一コア11の入射端10aから出射された第一後方散乱光Lは、サーキュレーター35及びスイッチ37を経由して、受光器33に受光される。第二コア12の入射端10aから出射された第二後方散乱光Lは、スイッチ37を経由して受光器33に受光される。このように、サーキュレーター35及びスイッチ37は、光源31からのパルス光Lを第一コア11に導く一方で、第一コア11からの第一後方散乱光L及び第二コア12からの第二後方散乱光Lを受光器33に導く光学系39を構成する。
 受光器33は、光源31がパルス光Lを出射した時刻から所定のサンプリング周期で、第一後方散乱光Lの光強度を測定する。そして、受光器33は、サンプリング周期ごとに、測定した第一後方散乱光Lの光強度を、第一光強度データDL1として演算装置50に送信する。更に、受光器33は、光源31がパルス光Lを出射した時刻から所定のサンプリング周期で、第二後方散乱光Lの光強度を測定する。そして、受光器33は、サンプリング周期ごとに、測定した第二後方散乱光Lの光強度を、第二光強度データDL2として演算装置50に送信する。所定のサンプリング周期は、光源31と同期したサンプリング周期生成装置により設定されてよい。
 演算装置50は、測定装置30と通信可能に接続されている。演算装置50は、測定装置30からの第一光強度データDL1及び第二光強度データDL2を用いて、後方散乱XTを算出する。本実施形態では、上述したように、「後方散乱XT指標」は、「後方散乱XT」自体を示す値として説明する。そのため、以下では、「後方散乱XT」を「後方散乱XT指標」に適宜置き換えて説明できる。演算装置50は、物理的には、CPU(Central Processing Unit)と、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)と、ハードディスク装置等の補助記憶装置と、入力デバイスである入力キー等の入力装置と、ディスプレイ等の出力装置と、通信モジュールと、を含むコンピュータとして構成されている。
 演算装置50の各機能は、CPU、RAM、及びROM等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、CPUの制御のもとで、入力装置、出力装置、及び通信モジュールを動作させると共に、主記憶装置及び補助記憶装置におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。演算装置50の配置については特に限定されない。演算装置50は、測定装置30の外部に配置されてなくてもよい。演算装置50は、測定装置30の内部に配置されてもよい。すなわち、演算装置50は、測定装置30の一部に組み込まれてもよい。
 図3は、演算装置50の機能的構成を示すブロック図である。図3に示されるように、演算装置50は、機能的構成として、例えば、データ処理部51と、演算処理部53と、結果表示部55(「表示部」の一例)と、を有する。データ処理部51は、受光器33から所定のサンプリング周期で送信される第一光強度データDL1を受け取り、第一光強度データDL1が示す第一後方散乱光Lの光強度を時系列順に記憶する。そして、データ処理部51は、光源31がパルス光Lを出射した時刻から、受光器33が第一後方散乱光Lを受光する時刻までの時間を、入射端10aからのMCF10の長さに換算する。これにより、データ処理部51は、受光器33が受光した各時刻での第一後方散乱光Lの光強度を、入射端10aから出射端10bまでのMCF10の長手方向に沿った各位置に対応付けて記憶する。
 データ処理部51は、MCF10の長手方向に沿った各位置に対応付けられた第一光強度データDL1の時系列データである第一時系列データDT1を演算処理部53に出力する。データ処理部51は、MCF10の入射端10aから出射端10bまでの全ての第一光強度データDL1を取得したタイミングで、第一時系列データDT1を演算処理部53に出力してもよい。データ処理部51は、第一光強度データDL1を取得する度に、その第一光強度データDL1を取得するまでの第一時系列データDT1をリアルタイムで演算処理部53に出力してもよい。
 データ処理部51は、受光器33から所定のサンプリング周期で送信される第二光強度データDL2を受け取り、第二光強度データDL2が示す第二後方散乱光Lの光強度を時系列順に記憶する。そして、データ処理部51は、光源31がパルス光Lを出射した時刻から、受光器33が第二後方散乱光Lを受光する時刻までの時間を、入射端10aからのMCF10の長さに換算する。これにより、データ処理部51は、受光器33が受光した各時刻での第二後方散乱光Lの光強度を、入射端10aから出射端10bまでのMCF10の長手方向に沿った各位置に対応付けて記憶する。データ処理部51は、例えば、一つのパルスに対する第一コア11の測定が終了した後、スイッチ37を切り替えて次のパルスに対する第二コア12の測定を行うことにより、第一光強度データDL1と第二光強度データDL2とを区別して取得することが可能である。より具体的には、データ処理部51は、受光器33と第一コア11とが光学的に結合された状態において、例えば、N回(Nは1以上の整数)のパルスが第一コア11に入射されたときに第一コア11から得られる第一後方散乱光Lの光強度をN回取得してもよく、その光強度の平均を第一光強度データDL1として取得してもよい。第一光強度データDL1の測定が終了し、スイッチ37により受光器33と第二コア12とが光学的に結合された状態に切り替えられた後、データ処理部51は、N回のパルスが第一コア11に入射されたときに第二コア12から得られる第二後方散乱光Lの光強度をN回取得してもよく、その光強度の平均を第二光強度データDL2として取得してもよい。
 データ処理部51は、MCF10の長手方向に沿った各位置に対応付けられた第二光強度データDL2の時系列データである第二時系列データDT2を演算処理部53に出力する。データ処理部51は、MCF10の入射端10aから出射端10bまでの全ての第二光強度データDL2を取得したタイミングで、第二時系列データDT2を演算処理部53に出力してもよい。データ処理部51は、第二光強度データDL2を取得する度に、その第二光強度データDL2を取得するまでの第二時系列データDT2をリアルタイムで演算処理部53に出力してもよい。
 演算処理部53は、データ処理部51から出力された第一時系列データDT1及び第二時系列データDT2を用いて、後方散乱XTを算出する。まず、再び図2を参照しながら、後方散乱XTの理論式について説明する。ここでは、図2に示すように、光強度Pを有する連続光Lcwが入射端10aから第一コア11に入射される場合を想定する。
 第一コア11の出射端10bでの光強度をPとし、第二コア12の出射端10bでの光強度をPとすると、光強度P及び光強度Pは、それぞれ次の式(11)及び式(12)により表すことができる。式(11)及び式(12)は、例えば非特許文献2の記載に基づいて導出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
式(11)及び式(12)において、Pは第一コア11に入射する光の光強度を示し、αはMCF10の伝送損失係数を示し、hは第一コア11と第二コア12との間のパワー結合係数を示し、LはMCF10の長手方向の全長を示している。但し、式(11)及び式(12)では、hLが1よりも十分に小さい(hL≪1)との近似が用いられている。hL≪1との近似はXTが十分に小さいことを表している。従って、hL≪1との近似は、非結合型MCFにおいて有効である。
 MCF10の入射端10aを基準(すなわち原点)として定義されるMCF10の長手方向の位置をzとし、位置zから位置z+dzまでの間に後方散乱される光の光強度をdPb2とすると、光強度dPb2は、次の式(13)によって表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
式(13)において、SはMCF10の散乱断面積を示し、αはMCF10のレイリー散乱起因の伝送損失係数を示している。そして、光強度dPb2を入射端10aから出射端10bまで(すなわち、z=0からz=Lまで)積分した光強度dPb2の積分値をPb2とすると、積分値Pb2は、次の式(14)により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
 積分値Pb2は、第二コア12の入射端10aでの光強度に相当する。そのため、後方散乱XTは、第一コア11の出射端10bでの光強度Pに対する、第二コア12の積分値Pb2の比Pb2/Pで定義することができる。従って、後方散乱XTをXTと表すと、XTは、次の式(15)のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
 次に、OTDR装置を用いた後方散乱XTの導出方法について説明する。ここでは、パルス幅W及び光強度Pを有するパルス光Lが入射端10aの第一コア11に入射される場合を想定する。第一コア11及び第二コア12を導波する際のパルス光Lの群速度をVとする。この場合、入射端10aの第一コア11及び第二コア12からそれぞれ出射される第一後方散乱光L及び第二後方散乱光Lを用いて、XTが算出される。
 第一コア11の位置zにおいて後方散乱した第一後方散乱光Lの光強度をPbs1(z)とし、第二コア12の位置zにおいて後方散乱した第二後方散乱光Lの光強度をPbs2(z)とすると、光強度Pbs1(z)及び光強度Pbs2(z)は、それぞれ次の式(16)及び式(17)により表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
但し、式(16)及び式(17)において、hzが1よりも十分に小さい(hz≪1)との近似が用いられている。更に、式(16)及び式(17)において、入射端10a(z=0)での第一コア11への光の入射強度をPとし第二コア12への光の入射強度をゼロとする境界条件が設定されている。
 後方散乱XTの理論式を求めた際と同様に光強度Pbs2(z)を積分すると、入射端10aから出射端10bまでの各位置に対応する光強度Pbs2(z)の積分値(以下、「光強度積分値D」と称する)は、式(14)及び式(15)を用いて、次の式(16)によって表すことができる。式(16)の光強度積分値Dは、前述した理論式の式(14)の積分値Pb2に対応する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
 一方、OTDR装置を用いた方法では、前述した理論式の式(11)の光強度P(すなわち、入射端10aから第一コア11に入射して出射端10bから出射される光の強度)については、直接測定することはできない。そこで、exp(―αL)が、入射端10aから出射端10bまで光(本実施形態では「パルス光L」)が伝送されたときのMCF10の伝送損失を表す値(以下、「損失値D11」と称する)であり、光強度Pに依存して変化するものであることを考慮し、損失値D11を用いて光強度Pを推定することを考える。そうすると、次の式(19)によって表される損失値D11に対する、式(18)によって表される光強度積分値Dの比D/D11をとれば、後方散乱XTを算出可能であると考えられる。伝送損失係数αは、例えば、非特許文献3に記載された方法によって求めることができる。但し、非特許文献3では、伝送損失係数αの単位が(dB/unit length)で示されているが、本開示では、伝送損失係数αの単位は(/unit length)で示される。この単位の変換は、非特許文献3における伝送損失係数αにln(10)/10を乗ずることで行うことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
 損失値D11に対する光強度積分値Dの比D/D11は、次の式(20)のように表される。そして、前述した理論式によって表される式(12)のXTを式(20)に代入すると、式(20)は次の式(21)のように書き換えられ、式(21)は、次の式(22)のように書き換えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
そして、次の式(23)によって表される係数Aを用いると、式(22)は次の式(24)のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000033
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000034
 式(23)の係数Aについて、群速度Vは、光速度c及びMCF10の実効屈折率neffを用いて、次の式(25)のように表される。実効屈折率neffは、MCF10に応じて定まる定数である。パルス幅Wは、光源31への設定値によって定まる定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000035
係数Aの光強度Pは、光源31への設定値によって定まる定数として扱ってもよいが、光強度Pは、MCF10の入射端10aへの入射時のパルス光Lの光強度であるから、実際には、光源31からMCF10に入射されるまでの接続点での損失、及び光源31とMCF10とを接続する媒体の挿入損失等が生じ得る。しかし、特に接続点の損失は、誤差等の影響が大きいため、容易に測定できない。そこで、光強度Pを別の定数で代替してもよい。例えば、式(16)にz=0を代入すると、入射端10aでの第一後方散乱光Lの光強度Pbs1(0)は、次の式(26)のように表され、式(26)は次の式(27)のように書き換えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000037
 従って、式(23)によって表される係数Aは、次の式(28)によって表される係数Bに書き換えることができる。この場合、XTを表す(24)は、次の式(29)のように書き換えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000038
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000039
このように、式(20)の比D/D11に対して、式(23)の係数A、又は式(28)の係数Bを乗じることによって、式(24)又は式(29)のXTを求めることができる。つまり、比D/D11に係数Aを乗じた項、及び比D/D11に係数Bを乗じた項のいずれも、XTを表す項として用いることができる。係数Aを用いて表される式(24)は、MCF10と光源31との間の伝送路での損失、及びMCF10と受光器33との間の伝送路での損失がそれぞれゼロであるとの仮定の下が置かれている。そのため、これらの損失を考慮する場合、光源31からMCF10へ光が入射するまでの伝送路の伝送損失をαinとし、MCF10から受光器33に光が入射するまでの伝送路の伝送損失をαоutとすると、係数Aを以下の式(30)のように書き換えることもできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000040
 XTを表す式は、上述した式(24)又は式(29)に限られない。例えば、式(24)又は式(29)の損失値D11が表す伝送損失(exp(-αL))は、次のように書き換えることもできる。exp(-αL)は、伝送損失係数αに位置依存性がある場合には、入射端10aから出射端10bまでパルス光Lが進む際に減少した光強度の割合として定義できる。そのため、exp(-αL)は、第一コア11の入射端10aでの光強度Pbs1(0)と、第一コア11の出射端10bでの光強度Pbs1(L)との比によって表すことができる。但し、第一後方散乱光Lを用いてexp(-αL)を求める場合、入射端10aから出射端10bまで光が移動した後に、出射端10bから入射端10aまで戻ってきた光を測定するため、光の移動した距離は2倍となる。これは、MCF10中を光が2回伝送されたことと等価であるから、光強度Pbs1(0)と光強度Pbs2(L)との比の平方根を算出することによって、exp(-αL)を求めることができる。従って、exp(-αL)は、式(31)のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000041
 式(31)に式(22)を代入すると、式(22)は、次の式(32)のように書き換えられる。ここで、式(32)の光強度Pbs1(L)の平方根は、パルス光Lが入射端10aから出射端10bまで移動した際のMCF10の伝送損失を表す値(以下、「損失値D12」と称する)として扱うことができる。そこで、次の式(33)によって表される損失値D12と、次の式(33)によって表される係数Aを用いると、式(32)は、次の式(35)のように書き表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000042
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000043
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000044
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000045
係数Aを用いて表される式(34)は、係数Aを用いて表される式(23)と同様、MCF10と光源31との間の伝送路での損失、及びMCF10と受光器33との間の伝送路での損失がそれぞれゼロであるとの仮定が置かれている。そのため、これらの損失を考慮する場合、光源31からMCF10へ光が入射するまでの伝送路の伝送損失をαinとし、MCF10から受光器33に光が入射するまでの伝送路の伝送損失をαоutとすると、係数Aを以下の式(36)のように書き換えることもできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000046
 更に、上述した式(27)の関係を用いれば、式(32)は、次の式(37)のように書き換えることもできる。この場合、次の式(38)によって表される係数Bを用いると、式(37)は、次の式(39)のように書き表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000047
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000048
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000049
このように、比D/D12に対して、式(36)の係数A、又は式(38)の係数Bを乗じることによって、式(35)又は式(39)のXTを求めることもできる。つまり、比D/D12に係数Aを乗じた項、及び比D/D12に係数Bを乗じた項のいずれも、XTを表す項として用いることができる。
 以上に説明したように、上述した式(24)、式(29)、式(35)、及び式(39)のいずれかによって、後方散乱XTを求めることが可能である。上述したように、損失値D11及びD12は、第一後方散乱光Lの光強度Pbs1(z)を用いて求めることができ、光強度積分値Dは、第二後方散乱光Lの光強度Pbs2(z)を用いて求めることができる。そして、係数A、係数B、係数A、及び係数Bは、光源31の設定、及びMCF10の特性等に応じて定まる定数として設定できる。従って、第一後方散乱光Lの光強度Pbs2(z)、及び第二後方散乱光Lの光強度Pbs2(z)を測定すれば、後方散乱XTを求めることが可能である。式(24)、式(29)、式(35)、及び式(39)のいずれにも含まれる光強度積分値Dは、MCF10の入射端10aから出射端10bまでの各位置に対応する光強度Pbs2(z)の積分値であるため、いずれの式を用いても、MCF10の長手方向の各位置での光強度Pbs2(z)が全て含まれた値として、後方散乱XTが算出される。その結果、第一コア11と第二コア12との間のパワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱XTを正確に算出して評価することが可能となる。但し、式(24)又は式(29)のXTを求める際に用いられる式(19)は、伝送損失係数αがMCF10の長手方向の位置に関わらず一定であるとの仮定の下で得られる式であり、式(19)の損失値D11は、この条件の下で得られるMCF10の伝送損失を表している。一方、式(35)又は式(39)のXTを求める際に用いられる式(33)には上述したような仮定が置かれていないため、式(33)の損失値D12は、伝送損失係数αがMCF10の長手方向の位置に応じて変化する場合であっても、MCF10の伝送損失を正確に表すことができる。従って、伝送損失係数αの位置依存性を考慮すると、式(33)の損失値D12は、式(19)の損失値D11よりも正確にMCF10の伝送損失を表すことができる。
 上述した説明では、入射端10aから出射端10bまでのMCF10の全長Lに対応する後方散乱XTを算出する場合を説明した。しかし、入射端10aから任意の測定位置でのMCF10の長さに対応する後方散乱XTを算出することも可能である。例えば、測定位置をzとすると、入射端10aから測定位置までのMCF10の長さをzと表すことができるため、上述した式(24)、式(29)、式(35)、及び式(39)はそれぞれ、次の式(40)、式(41)、式(42)、及び式(43)に書き換えることができる。これら式(40)、式(41)、式(42)、及び式(43)によって、MCF10の任意の測定位置zでの後方散乱XTを算出することが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000050
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000051
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000052
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000053
 以上では、OTDR装置を用いた後方散乱XTの導出方法について具体的に説明した。しかし、OTDR装置を用いて並行XTを導出することも可能である。並行XTをXTと表すと、XTは、第一コア11の出射端10b(位置z=L)での光強度Pbs1(L)と、第二コア12の出射端10b(位置z=L)での光強度Pbs2(L)とを用いて、次の式(44)のように表すことができる。XTの具体的な導出方法については、例えば非特許文献2に記載されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000054
 以上の後方散乱XTの導出方法を踏まえ、図3を参照しながら、演算処理部53による処理の流れを説明する。図3に示されるように、演算処理部53は、機能的構成として、例えば、損失値算出部53aと、積分値算出部53bと、XT算出部53cと、を含む。損失値算出部53aは、データ処理部51から第一時系列データDT1を受け取り、第一時系列データDT1から、上述した式(19)又は式(33)を用いて損失値D11又はD12を算出する。損失値算出部53aは、損失値D11又はD12を示す損失値データD10をXT算出部53cに出力する。一方、積分値算出部53bは、データ処理部51から第二時系列データDT2を受け取り、第二時系列データDT2から、上述した式(18)を用いて光強度積分値Dを算出する。積分値算出部53bは、光強度積分値Dを示す積分値データD20をXT算出部53cに出力する。
 XT算出部53cは、損失値算出部53a及び積分値算出部53bからそれぞれ出力される損失値データD10及び積分値データD20を用いて、後方散乱XTを算出する。例えば、損失値データD10が損失値D11を示す場合、XT算出部53cは、損失値D11に対する光強度積分値Dの比D/D11(式(20)参照)を算出する。そして、XT算出部53cは、比D/D11に係数A又は係数Bを乗じることにより、式(24)又は式(29)によって表されるXTを算出する。
 損失値データD10が損失値D12を示す場合、XT算出部53cは、損失値D12に対する光強度積分値Dの比D/D12を算出する。そして、XT算出部53cは、比D/D12に係数A又は係数Bを乗じることにより、式(35)又は式(39)によって表されるXTを算出する。XT算出部53cは、算出したXTを含む算出結果D30を結果表示部55に出力する。算出結果D30には、XTに加えて、パワー結合係数、MCF10の長手方向の位置といった各種パラメータが含まれてよい。
 続いて、図4及び図5を用いて、XT算出部53cによって算出された後方散乱XTを検証する。図4は、MCF10の長手方向の位置と、第一コア11と第二コア12との間のパワー結合係数と、の関係を示すグラフである。図5において、横軸は、MCF10の長手方向の位置(km)を示し、縦軸は、パワー結合係数(dB/km)を示している。グラフG1は、MCF10の位置に対する依存性がある場合のパワー結合係数の変化を示している。
 図5は、MCF10の長手方向の位置と後方散乱XTとの関係を示すグラフである。図5において、横軸は、MCF10の長手方向の位置(km)を示し、縦軸は、後方散乱XT(dB)を示している。グラフG2は、MCF10の位置に対する依存性がある場合の後方散乱XTの理論式(具体的には式(15)の「hL」を「∫ hdz」に置き換えた式)によって求められる理論線を示している。グラフG3は、本実施形態に係る方法を用いて算出された後方散乱XTの位置依存性を示している。グラフG4は、比較例として非特許文献2に記載された方法を用いて算出された後方散乱XTの位置依存性を示している。
 非特許文献2に記載された方法では、上述したように、パワー結合係数に位置依存性がないとの仮定の下で後方散乱XTを算出している。そのため、図4のグラフG1のようにパワー結合係数に位置依存性がある場合には、図5に示されるように、非特許文献2に記載された方法を用いて算出された後方散乱XT(グラフG4)は、理論線(グラフG2)からずれる。これに対し、本実施形態に係る方法では、上述したように、MCF10の長手方向の各位置での光強度Pbs2(z)を全て用いて後方散乱XTを算出しているため、本実施形態に係る方法を用いて算出された後方散乱XT(グラフG3)は、パワー結合係数の位置依存性が考慮された値となり、理論線(グラフG2)に一致している。このように、本実施形態によれば、パワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱XTを正確に求められることが分かる。
 図6及び図7を用いて、算出された後方散乱XTを更に検証する。図6は、図4と同様、MCF10の長手方向の位置と、第一コア11と第二コア12との間のパワー結合係数と、の関係を示すグラフである。但し、図6では、MCF10の位置に対する依存性がある場合のパワー結合係数を示すグラフG11と、MCF10の位置に対する依存性がある場合のパワー結合係数を示すグラフG12と、が示されている。グラフG11では、MCF10の位置がゼロの付近(すなわち入射端10aの付近)でパワー結合係数が大きく上昇した後に一定値となっている。例えば、MCF10と光源31との接続、及びMCF10と受光器33との接続に用いられる光学デバイスであるFIFO(Fan-in/Fan-out)デバイスでのXTが大きい場合、グラフG11に示されるようなパワー結合係数が得られる。
 図7は、図5と同様、MCF10の長手方向の位置と、後方散乱XTとの関係を示すグラフである。但し、図7は、図5とは異なり、両対数グラフとして示されている。従って、図7の縦軸及び横軸はともに対数軸で示されている。グラフG21は、パワー結合係数に位置依存性がある場合(図6のグラフG11の場合)に、本実施形態に係る方法によって算出される後方散乱XTを示している。グラフG22は、パワー結合係数に位置依存性がない場合(図6のグラフG12の場合)に、本実施形態に係る方法によって算出される後方散乱XTを示している。グラフG22においてMCF10の位置がゼロに近い部分(具体的には、MCF10の位置をzとし、MCF10の伝送損失係数をαとした場合に、αz≪1となる部分)では、後方散乱XTの変化の傾きが20(dB/decade)となる。グラフG23は、後方散乱XTの変化の傾きが20(dB/decade)となる線を示している。
 図7のグラフG21に示されるように、パワー結合係数に位置依存性がある場合の後方散乱XTの変化の傾きは、パワー結合係数に位置依存性がない場合の後方散乱XTの変化の傾きである20(dB/decade)とは一致しないことが分かる。このことから、パワー結合係数に位置依存性がある場合と、パワー結合係数に位置依存性がない場合とで、後方散乱XTに違いが生じることが分かる。図7のように両対数グラフで後方散乱XTを表示すると、図5において曲線で表されていた部分(すなわち、MCF10の位置がゼロに近い部分)を直線で表示することができるため、当該部分における後方散乱XTの評価を容易に行うことが可能となる。非特許文献2に記載された方法では、パワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、グラフG22と同様、20(dB/decade)の傾きを有する後方散乱XTが得られることになる。
 結果表示部55は、XT算出部53cから出力される算出結果D30を用いて、MCF10の長手方向の位置と後方散乱XTとの関係を示すデータを表示する。例えば、結果表示部55は、図5のグラフ及び図7のグラフの一方を表示してもよいし、図5のグラフ及び図7のグラフの両方を表示してもよい。結果表示部55は、図5のグラフに図4のグラフを併せて表示してもよいし、図7のグラフに図6のグラフを併せて表示してもよい。このように結果表示部55に表示されるグラフを用いて、後方散乱XTの位置依存性等を評価することが可能となる。
 [光学特性測定方法]
 続いて、図8を参照しながら、光学特性測定システム1を用いた光学特性測定方法について説明する。図8は、光学特性測定方法の一例を示すフローチャートである。
 まず、光源31が、MCF10の入射端10aから第一コア11にパルス光Lを入射する(ステップS11)。次に、受光器33が、第一コア11へのパルス光Lの入射に伴い入射端10aの第二コア12から出射される第二後方散乱光Lを受光する(ステップS12)。受光器33が第二後方散乱光Lを受光すると、演算装置50のデータ処理部51は、受光器33が受光した各時刻の第二後方散乱光Lの強度を、入射端10aから出射端10bまでのMCF10の長手方向に沿った各位置に対応付けて取得する(ステップS13)。そして、演算装置50の積分値算出部53bは、入射端10aから出射端10bまでのMCF10の各位置に対応する第二後方散乱光Lの光強度を積分した光強度積分値Dを算出する(ステップS14)。
 ステップS11の後、受光器33は、第一コア11へのパルス光Lの入射に伴い入射端10aの第一コア11から出射される第一後方散乱光Lを受光する(ステップS22)。受光器33が第一後方散乱光Lを受光すると、演算装置50のデータ処理部51は、受光器33が受光した各時刻の第一後方散乱光Lの強度を、入射端10aから出射端10bまでのMCF10の長手方向に沿った各位置に対応付けて取得する(ステップS23)。そして、演算装置50の損失値算出部53aは、入射端10aから出射端10bまでパルス光Lが移動したときのMCF10の伝送損失を表す損失値D11又はD12を算出する(ステップS24)。
 次に、演算装置50のXT算出部53cは、損失値D11又はD12に対する光強度積分値Dの比を算出する(ステップS15)。次に、XT算出部53cは、算出した比に係数を乗じることにより(ステップS16)、後方散乱XTを算出する(ステップS17)。具体的には、XT算出部53cは、比D/D11を算出した場合は、比D/D11に係数A又はBを乗じることにより、式(24)又は式(29)によって表されるXTを算出する。一方、XT算出部53cは、比D/D12を算出した場合は、比D/D12に係数A又はBを乗じることにより、式(35)又は式(39)によって表されるXTを算出する。その後、結果表示部55は、算出されたXTを示すグラフを表示する。光強度積分値Dを算出するステップ群(具体的には、ステップS22、S23、及びS24)と、損失値D11又はD12を算出するステップ群(具体的には、ステップS12、S13、及びS14)とは、同時に行われてもよいし、時間的に前後していてもよい。
 本開示の光学特性測定方法は、図8に示される例に限られない。図9は、光学特性測定方法の他の例を示すフローチャートである。図8に示される例では、第一コア11からの第一後方散乱光Lの測定と、第二コア12からの第二後方散乱光Lの測定とが、共通の一回の測定で行われる場合を示したが、これらの測定は別々に行われてもよい。図9に示される例では、ステップS11とは別に、ステップS21が設けられる。ステップS21は、ステップS11と同様、MCF10の入射端10aから第一コア11にパルス光Lを入射するステップであるが、ステップS11とは別の測定で行われる。
 例えば、ステップS11よりも前に、ステップS21が行われ、ステップS22、S23、及びS24によって損失値D11又はD12が事前に算出された後に、ステップS11からステップS17までの一連の処理が行われてもよい。すなわち、損失値D11又はD12を算出するステップ群(具体的には、ステップS11、S12、S13、及びS14)は、光強度積分値Dを算出するステップ群(具体的には、ステップS21、S22、S23、及びS24)よりも前に行われてもよい。損失値D11又はD12を算出するステップ群は、光強度積分値Dを算出するステップ群よりも後に行われてもよい。
 図10は、光学特性測定方法の他の例を示すフローチャートである。図8に示される例では、入射端10aの第一コア11から出射される第一後方散乱光Lの光強度を測定して損失値D11又はD12を算出する場合を示した。しかし、例えば、出射端10bの第一コア11から出射される光を直接測定して損失値D11を測定してもよい。この場合、例えば、MCF10の出射端10bに、第一コア11から出射される光を測定するための装置が接続され、当該装置によって損失値D11が算出されてもよい。MCF10の入射端10aに入射される光は、「パルス光」及び「連続光」のいずれであってもよい。入射端10aへの光の入射に伴って出射端10bから出射される光が、出射端10bに接続された装置によって測定されることによって、入射端10aから出射端10bまで光(パルス光又は連続光)が移動したときのMCF10の伝送損失を表す損失値D11を算出することができる。そして、図10に示されるように、その装置から損失値D11を取得した後(ステップS31)、次のステップS15からステップS17が行われてもよい。ステップS31において、出射端10bに接続された装置を用いてMCF10の全長Lでの損失値を測定すると、その損失値Dはexp(―αL)で表せることから(式(19)参照)、D=exp(―αL)の式を解くことによって伝送損失係数αを推定できる。そこで、推定した伝送損失係数αをexp(―αz)に代入することで、MCF10の任意の測定位置zでの損失値D11を得ることもできる。
 図11は、光学特性測定方法の他の例を示すフローチャートである。図8に示される例では、後方散乱XTを直接算出する場合を示した。しかし、必ずしも後方散乱XTを直接算出しなくてもよい。例えば、図11に示されるように、損失値D11又はD12に対する光強度積分値Dの比が算出された後(ステップS15)、当該比に係数A、B、A、又はBを乗じる計算が行われなくてもよい。これらの係数を乗じる計算が行われなくても、算出された比は、後方散乱XTに比例する値として利用することができる。
 後方散乱XTは通常dB表記で表される。これに対し、後方散乱XTに比例する値を得れば、dB表記の後方散乱XTの位置依存性が任意単位ではどのように表されるかを把握することができる。後方散乱XTに比例する値に乗じる係数A、B、A、又はBの部分は、dB表記で表される図5又は図7のグラフにおいて足し算で加算される。そのため、これらのグラフで、後方散乱XTに比例する値を表示すると、後方散乱XTに比例する値は、後方散乱XTから上下にずれた状態で、後方散乱XTと同一の変化を示すことになる。後方散乱XTに比例する値(すなわち、損失値D11又はD12に対する光強度積分値Dの比)は、後方散乱XTの変化に応じて変化する値であるため、後方散乱XTを表す後方散乱XT指標として用いることができる。そこで、図11に示されるように、ステップS15の後、算出された比に係数A、B、A、又はBを生じることなく、当該比を後方散乱XT指標として用いてもよい(ステップS18)。このように、本開示の「後方散乱XT指標」は、後方散乱XT自体でなくてもよく、後方散乱XTに比例する値(すなわち、損失値D11又はD12に対する光強度積分値Dの比)であってもよい。
 以上に説明した、本実施形態に係る光学特性測定システム1及び光学特性測定方法によって得られる効果を説明する。上述したように、非特許文献2に記載された方法では、後方散乱XTの導出に用いられるコア間のパワー結合係数が、MCFの位置に依らず一定である(すなわち、パワー結合係数に位置依存性がない)との仮定の下で、後方散乱XTを導出している。そのため、パワー結合係数の位置依存性がある場合には、後方散乱XTを正確に評価できないという問題がある。そこで、本発明者らは、パワー結合係数の位置依存性を考慮して後方散乱XTを正確に評価するための方法について検討を重ねた。
 後方散乱XTは、入射端10aから第一コア11に入射されて出射端10bから出射される光の強度に対する、第一コア11から第二コア12に移動して当該入射端10aに戻る光のうちの後方散乱に起因する光の強度の比で定義できる。本発明者らは、検討を重ねる過程で、出射端10bでの光強度については、第一コア11を入射端10aから出射端10bまでパルス光Lが移動したときのMCF10の伝送損失を表す損失値D11又はD12によって推定できることを見出した。更に、本発明者らは、第二コア12において入射端10aに戻る光の強度については、第一コア11にパルス光Lを入射した際の、入射端10aから出射端10bまでの各位置に対応する第二後方散乱光Lの光強度積分値Dで表すことを着想した。そして、本発明者らは、損失値D11又はD12に対する光強度積分値Dの比を含む項を後方散乱XTとして扱うことができることを見出した。このように光強度積分値Dを用いれば、入射端10aから出射端10bまでの全ての第二後方散乱光Lの光強度を用いて後方散乱XTを算出できる。従って、本実施形態によれば、パワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱XTを正確に評価することが可能になる。
 本実施形態のように、演算処理部53は、入射端10aから出射端10bまでの第一コア11の各位置に対応する第一後方散乱光Lの光強度を用いて、損失値D11又はD12を算出してもよい。この場合、第一コア11から出射される第一後方散乱光Lの光強度を用いて、MCF10の伝送損失を表す損失値D11又はD12をより正確に算出することができる。このように第一コア11の各位置に対応する第一後方散乱光Lの光強度を用いた場合、例えば式(40)、式(41)、式(42)、及び式(43)を用いてMCF10の任意の測定位置zでの伝送損失を表す損失値D11又はD12をより正確に算出することも可能となる。その結果、損失値D11又はD12に対する光強度積分値Dの比を含む項を用いて、MCF10の任意の測定位置zでの後方散乱XTをより正確に評価することが可能となる。OTDR装置を用いる本実施形態では、式(19)の損失値D11、及び式(33)の損失値D12のいずれもMCF10の伝送損失を表す値として用いることができる。しかし、上述したように、伝送損失係数αの位置依存性を考慮すれば、式(33)の損失値D12を用いた方が、より正確にMCF10の伝送損失を表すことができる。つまり、式(33)を用いれば、伝送損失係数αの位置依存性を考慮した、より正確な損失値D12を得ることができる。このように求めた損失値D12を用いて後方散乱XTを算出すれば、伝送損失係数αに位置依存性がある場合であっても、後方散乱XTをより正確に評価することが可能となる。
 本実施形態のように、演算処理部53は、式(19)によって表される損失値D11と、式(18)によって表される光強度積分値Dとを用いて、式(20)によって表される比D/D11を算出してもよい。本発明者らは、後方散乱XT指標を算出するための数式について検討を重ねる過程で、式(20)によって表される比D/D11を含む項が、後方散乱XTに比例する値を示すことを見出した。この比D/D11を含む項を用いれば、第一コア11と第二コア12とのパワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱XTを正確に評価することが可能となる。
 本実施形態のように、演算処理部53は、式(20)によって表される比D/D11に、式(23)によって表される係数A、又は式(28)によって表される係数Bを乗じることによって、後方散乱XTを算出してもよい。本発明者らは、後方散乱XTを算出するための数式について検討を重ねる過程で、式(20)によって表される比D/D11に、式(23)によって表される係数A、又は式(28)によって表される係数Bを乗じることで、後方散乱XTを直接算出できることを見出した。従って、比D/D11に係数A又は係数Bを乗じた値を用いれば、後方散乱XTを直接的に且つ正確に評価することが可能となる。
 本実施形態のように、式(34)によって表される損失値D12と、式(38)によって表される光強度積分値Dとを用いて、式(35)又は式(39)によって表される比D/D12を算出してもよい。本発明者らは、後方散乱XT指標を算出するための数式について検討を重ねる過程で、式(35)又は式(39)によって表される比D/D12を含む項が、後方散乱XTに比例する値を示すことを見出した。この比D/D12を含む項を用いれば、第一コア11と第二コア12とのパワー結合係数に位置依存性がある場合であっても、後方散乱XTを正確に評価することが可能となる。
 本実施形態のように、演算処理部53は、式(35)又は式(39)によって表される比D/D12に、式(36)によって表される係数A、又は式(38)によって表される係数Bを乗じることによって、後方散乱XTを算出してもよい。本発明者らは、後方散乱XTを算出するための数式について検討を重ねる過程で、式(35)又は式(39)によって表される比D/D12に、式(36)によって表される係数A、又は式(38)によって表される係数Bを乗じることで、後方散乱XTを直接算出できることを見出した。従って、比D/D12に係数A又は係数Bを乗じた値を用いれば、後方散乱XTを直接的に且つ正確に評価することが可能となる。
 本実施形態のように、光学特性測定システム1は、光源31からのパルス光Lを第一コア11に導く一方で、第一コア11からの第一後方散乱光L及び第二コア12からの第二後方散乱光Lを受光器33に導く光学系39を備えてもよい。この場合、パルス光Lを第一コア11に入射し、第一コア11及び第二コア12からそれぞれ出射される第一後方散乱光L及び第二後方散乱光Lを受光器33で受光する構成を、容易に実現できる。
 本実施形態のように、光学特性測定システム1は、MCF10の長手方向に沿った位置と後方散乱XTとの関係を示す両対数グラフを表示する結果表示部55を備えてもよい。このように両対数グラフを用いれば、MCF10の位置に対する後方散乱XTの変化を容易に捉えることが可能になる。これにより、後方散乱XTの位置依存性等の評価を容易に行うことができる。
 本開示は、上述した実施形態に限定されず、請求の範囲に記載された趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。図12は、変形例に係る光学特性測定システム1を示している。図12に示される光学特性測定システム1Aは、例えば、複数の光源31A,31B,及び31Cと、複数の受光器33A,33B,及び33Cと、複数のサーキュレーター35A,35B,及び35Cと、を備える。MCF10Aは、第一コア11及び第二コア12に加えて第三コア13を有する。図12に示される例では、MCF10Aのコアの数に対応して、3つの光源31A,31B,及び31Cと、3つの受光器33A,33B,及び33Cと、3つのサーキュレーター35A,35B,及び35Cが設けられている。
 光源31A及び受光器33Aは、サーキュレーター35Aを介して第一コア11に光学的に結合されている。具体的には、光源31Aは、サーキュレーター35Aの入力ポートに接続され、受光器33Aは、サーキュレーター35Aの出力ポートに接続されている。サーキュレーター35Aの入出力ポートは、入射端10aの第一コア11に接続されている。光源31Aから出力されるパルス光Lは、入射端10aの第一コア11に入射され、入射端10aの第一コア11から出射される第一後方散乱光Lは、受光器33Aに受光される。
 光源31B及び受光器33Bは、サーキュレーター35Bを介して第二コア12に光学的に結合されている。具体的には、光源31Bは、サーキュレーター35Bの入力ポートに接続され、受光器33Bは、サーキュレーター35Bの出力ポートに接続されている。サーキュレーター35Bの入出力ポートは、入射端10aの第二コア12に接続されている。光源31Bから出力されるパルス光は、入射端10aの第二コア12に入射可能である。入射端10aの第二コア12から出射される第二後方散乱光Lは、受光器33Bに受光される。
 光源31C及び受光器33Cは、サーキュレーター35Cを介して第三コア13に光学的に結合されている。具体的には、光源31Cは、サーキュレーター35Cの入力ポートに接続され、受光器33Cは、サーキュレーター35Cの出力ポートに接続されている。サーキュレーター35Cの入出力ポートは、入射端10aの第三コア13に接続されている。光源31Cから出力されるパルス光は、入射端10aの第三コア13に入射可能である。入射端10aの第三コア13から出射される第三後方散乱光Lは、受光器33Cに受光される。
 図12では、光源31Aから入射端10aの第一コア11にパルス光Lが入射され、第一コア11へのパルス光Lの入射に伴って入射端10aの第一コア11、第二コア12、及び第三コア13からそれぞれ第一後方散乱光L、第二後方散乱光L、及び第三後方散乱光がそれぞれ出射される場合を示している。この場合、受光器33Aは、所定のサンプリング周期で第一後方散乱光Lの光強度を測定し、測定した第一後方散乱光Lの光強度を第一光強度データDL1として演算装置50に送信する。受光器33Bは、所定のサンプリング周期で第二後方散乱光Lの光強度を測定し、測定した第二後方散乱光Lの光強度を第二光強度データDL2として演算装置50に送信する。受光器33Cは、所定のサンプリング周期で第三後方散乱光Lの光強度を測定し、測定した第三後方散乱光Lの光強度を第三光強度データDL3として演算装置50に送信する。
 演算装置50は、第一光強度データDL1、第二光強度データDL2、及び第三光強度データDL3を用いて、上述した実施形態と同様の方法により、第一コア11と第二コア12との間の後方散乱XT、及び第一コア11と第三コア13との間の後方散乱XTを算出する。光源31Bから第二コア12にパルス光Lを入射するか、或いは、光源31Cから第三コア13にパルス光Lを入射すれば、第二コア12と第三コア13との間の後方散乱XTについても算出できる。
 このように、第一コア11、第二コア12、及び第三コア13のうちの任意のコア間の後方散乱XTを、上述した実施形態と同様の方法により算出できる。従って、図12に示される光学特性測定システム1Aであっても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、複数の光源31A,31B,及び31Cと、複数の受光器33A,33B,及び33Cとを備える光学特性測定システム1Aによれば、第一コア11と第二コア12以外の組み合わせについての後方散乱XTを測定する場合であっても、光源31とMCF10Aとの繋ぎ変え、及び受光器33とMCF10Aとの繋ぎ変えを行うことなく、MCF10Aの任意のコア間の後方散乱XTを容易に算出することが可能となる。
 測定装置が備える光源の数及び受光器の数は、上述した実施形態及び変形例に限られず、適宜変更可能である。例えば、測定装置は、一つの光源と複数の受光器とを備えてもよいし、複数の光源と一つの受光器とを備えてもよい。上述した実施形態では、第一コアにパルス光が入射される場合を例示した。しかし、第二コアにパルス光が入射された場合であっても、上述した実施形態と同様の導出方法によって後方散乱XTを算出できる。上述した実施形態及び変形例では、MCFが第一コア及び第二コアを有する場合、MCFが第一コア、第二コア、及び第三コアを有する場合についてそれぞれ説明した。しかし、MCFが4つ以上のコアを有する場合であっても、それらのコアのうちの一つを「第一コア」と捉え、他の一つを「第二コア」と捉えることで、上述した実施形態と同様の導出方法を適用できる。
1,1A…光学特性測定システム
10,10A…マルチコア光ファイバ(MCF)
10a…入射端
10b…出射端
11…第一コア
12…第二コア
13…第三コア
30…測定装置
31,31A,31B,31C…光源
33,33A,33B,33C…受光器
35,35A,35B,35C…サーキュレーター
37…スイッチ
39…光学系
50…演算装置
51…データ処理部
53…演算処理部
53a…損失値算出部
53b…積分値算出部
53c…XT算出部
55…結果表示部(「表示部」の一例)
,A,B,B…係数
11,D12…損失値
…光強度積分値(「積分値」の一例)
10…損失値データ
20…積分値データ
30…算出結果
L1…第一光強度データ
L2…第二光強度データ
L3…第三光強度データ
T1…第一時系列データ
T2…第二時系列データ
L…全長
…第一後方散乱光
…第二後方散乱光
…第三後方散乱光
cw…連続光
…パルス光
 
上記の式(1)から式(44)は任意の単位系で成立する。上記の式で用いられている物理量等の文字(変数)は、МKS単位系では下記の次元を持つ。マルチコア光ファイバの散乱断面積Sと損失値D11とは、無次元量である。
 
測定位置z [m]
マルチコア光ファイバの伝送損失係数α [/m]
伝送損失係数α [/m]
パルス光の群速度V [m/s]
パルス光のパルス幅W [s]
パルス光の光強度をP [W]
一端に対応する第一後方散乱光の光強度をPbs1(0) [W]
第一後方散乱光の光強度Pbs1 [W]
第二後方散乱光の光強度Pbs2 [W]
積分値D [W・m]
伝送損失D12 [W1/2
係数A [/(W・m)]
係数B [/(W・m)]
係数A [/(W1/2・m)]
係数B [/(W1/2・m)]

 

Claims (9)

  1.  少なくとも第一コア及び第二コアを有するマルチコア光ファイバの光学特性を測定する光学特性測定システムであって、
     前記第一コアと光学的に結合され、前記マルチコア光ファイバの一端から前記第一コアにパルス光を入射可能な少なくとも一つの光源と、
     少なくとも前記第二コアと光学的に結合され、前記第一コアへの前記パルス光の入射に伴い前記一端の前記第一コア及び前記第二コアからそれぞれ出射される第一後方散乱光及び第二後方散乱光のうち少なくとも前記第二後方散乱光を受光可能な少なくとも一つの受光器と、
     前記受光器と通信可能に接続され、少なくとも前記第二後方散乱光の光強度に基づいて、前記パルス光の一部として前記第一コアから前記第二コアへ移動し前記一端に戻る前記第二後方散乱光の光強度に関する後方散乱クロストークを表す後方散乱クロストーク指標を算出する演算装置と、を備え、
     前記演算装置は、
     前記受光器が受光した各時刻での前記第二後方散乱光の光強度を、前記一端から前記マルチコア光ファイバの長手方向に沿った任意の測定位置までの各位置に対応付けて取得するデータ処理部と、
     前記一端から前記測定位置まで前記第一コアを光が移動したときの前記マルチコア光ファイバの伝送損失を表す損失値に対する、前記一端から前記測定位置までの前記第二コアの各位置に対応する前記第二後方散乱光の光強度を積分した積分値の比、を含む項を前記後方散乱クロストーク指標として算出する演算処理部と、を含む、光学特性測定システム。
  2.  前記受光器は、前記第一コアと光学的に結合され、前記一端の前記第一コアから出射される前記第一後方散乱光を受光可能であり、
     前記データ処理部は、前記受光器が受光した各時刻での前記第一後方散乱光の光強度を、前記一端から前記測定位置までの各位置に対応付けて取得し、
     前記演算処理部は、前記一端から前記測定位置までの前記第一コアの各位置に対応する前記第一後方散乱光の光強度を用いて、前記一端から前記測定位置まで前記第一コアを前記パルス光が移動したときの前記マルチコア光ファイバの伝送損失を表す前記損失値を算出する、請求項1に記載の光学特性測定システム。
  3.  前記演算処理部は、前記損失値をD11とし、前記積分値をD[W・m]とした場合に、以下の式(1)によって表される前記損失値と、以下の式(2)によって表される前記積分値とを用いて、以下の式(3)によって表される前記比を算出する、請求項1又は請求項2に記載の光学特性測定システム。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     但し、前記一端を原点としたときの前記マルチコア光ファイバの前記長手方向に沿った位置をz[m]とし、前記位置z[m]に対応する前記第二後方散乱光の光強度をPbs2(z)[W]とし、前記測定位置をz[m]とし、前記マルチコア光ファイバの伝送損失係数をα[/m]とする。
  4.  前記演算処理部は、前記式(3)によって表される前記比に、以下の式(4)によって表される係数A[/(W・m)]、又は以下の式(5)によって表される係数B[/(W・m)]を乗じることによって、前記後方散乱クロストーク指標を算出する、請求項3に記載の光学特性測定システム。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
     但し、前記一端に対応する前記第一後方散乱光の光強度をPbs1(0)[W]とし、前記パルス光の光強度をP[W]とし、前記マルチコア光ファイバを移動する際の前記パルス光の群速度をV[m/s]とし、前記パルス光のパルス幅をW[s]とし、前記マルチコア光ファイバの散乱断面積をSとし、前記マルチコア光ファイバのレイリー散乱に起因する伝送損失係数をα[/m]とする。
  5.  前記演算処理部は、前記伝送損失をD12[W1/2]とし、前記積分値をD[W・m]とした場合に、以下の式(6)によって表される前記損失値と、以下の式(7)によって表される前記積分値とを用いて、以下の式(8)によって表される前記比を算出する、請求項2に記載の光学特性測定システム。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
     但し、前記一端を原点としたときの前記マルチコア光ファイバの前記長手方向に沿った位置をz[m]とし、前記位置z[m]に対応する前記第一後方散乱光の光強度をPbs1(z)[W]とし、前記位置z[m]に対応する前記第二後方散乱光の光強度をPbs2(z)[W]とし、前記測定位置をz[m]とする。
  6.  前記演算処理部は、前記式(8)によって表される前記比に、以下の式(9)によって表される係数A[/(W1/2・m)]、又は以下の式(10)によって表される係数B[/(W1/2・m)]を乗じることによって、前記後方散乱クロストーク指標を算出する、請求項5に記載の光学特性測定システム。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
     但し、前記一端に対応する前記第一後方散乱光の光強度をPbs1(0)[W]とし、前記パルス光の光強度をP[W]とし、前記マルチコア光ファイバを移動する際の前記パルス光の群速度をV[m/s]とし、前記パルス光のパルス幅をW[s]とし、前記マルチコア光ファイバの散乱断面積をSとし、前記マルチコア光ファイバのレイリー散乱に起因する伝送損失係数をα[/m]とする。
  7.  前記光源からの前記パルス光を前記第一コアに導く一方で、前記第一コアからの前記第一後方散乱光及び前記第二コアからの前記第二後方散乱光を前記受光器に導く光学系を更に備える、請求項2から請求項6のいずれか一項に記載の光学特性測定システム。
  8.  前記マルチコア光ファイバの前記長手方向に沿った位置と前記後方散乱クロストーク指標との関係を示す両対数グラフを表示する表示部を更に備える、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の光学特性測定システム。
  9.  少なくとも第一コア及び第二コアを有するマルチコア光ファイバの光学特性を測定する光学特性測定システムを用いた光学特性測定方法であって、
     前記マルチコア光ファイバの一端から前記第一コアにパルス光を入射するステップと、
     前記第一コアへの前記パルス光の入射に伴い前記一端の前記第一コア及び前記第二コアからそれぞれ出射される第一後方散乱光及び第二後方散乱光のうち少なくとも前記第二後方散乱光を受光器で受光するステップと、
     少なくとも前記第二後方散乱光の光強度に基づいて、前記パルス光の一部として前記第一コアから前記第二コアへ移動し前記一端に戻る前記第二後方散乱光の光強度に関する後方散乱クロストークを表す後方散乱クロストーク指標を算出するステップと、を備え、
     前記後方散乱クロストーク指標を算出する前記ステップは、
     前記受光器が受光した各時刻での前記第二後方散乱光の光強度を、前記一端から前記マルチコア光ファイバの長手方向に沿った任意の測定位置までの各位置に対応付けて取得するステップと、
     前記一端から前記測定位置まで前記第一コアを光が移動したときの前記マルチコア光ファイバの伝送損失を表す損失値に対する、前記一端から前記測定位置までの前記第二コアの各位置に対応する前記第二後方散乱光の光強度を積分した積分値の比、を含む項を前記後方散乱クロストーク指標として算出するステップと、を含む、光学特性測定方法。

     
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