JP2000510573A - 単一モード光ファイバ内の非常に低いレベルの偏波モード分散（ｐｍｄ）を高い解像度で測定する方法およびｐｍｄ測定装置を較正する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光源を有する偏波モード分散測定装置を備えるステップと、テストファイバを備えるステップと、安定な既知の偏波モード分散値を有する構造をテストファイバと直列に配置するステップと、光源からの光を構造およびテストファイバ中に伝送するステップと、ゼロ偏波モード分散値から離れてバイアスされた偏波モード分散測定装置を使用して、バイアスされた偏波モード分散値を測定するステップと、バイアスされた測定偏波モード分散値から光ファイバの偏波モード分散を決定するステップとを含む光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）を高い解像度で測定する方法。

Description

【発明の詳細な説明】 単一モード光ファイバ内の非常に低いレベルの偏波モード分散（ＰＭＤ）を高い 解像度で測定する方法およびＰＭＤ測定装置を較正する方法 本願は、参照により本明細書の一部となる１９９５年５月１９日出願の同時係 属出願第０８／４４５３２０号の分割出願である。 発明の分野 本発明は、光ファイバをテストする方法に関し、さらに詳細には、単一モード 光ファイバ内の偏波モード分散（ＰＭＤ）の値を高い解像度で測定する方法に関 する。 発明の背景 単一モード光ファイバは、大量の情報をかなりの距離にわたって伝送するため に使用される。そのような伝送の完全性を保存するために、ひずみをなくすこと が望ましい。しかしながら、伝送媒体からすべての形のひずみを除去することは できない。したがって、伝送媒体の最大情報容量の適合性を決定するためか、ま たはひずみを処理する最も充分な方法を決定するために、ひずみを測定する必要 がある。ファイバオプティック通信シス テムの場合、ビットエラー率は、システムの情報担持容量を決定するために最も 重要な仕様である。ビットエラー率は、数ある要因の中で、ファイバ内の分散に よってもたらされるパルス広がりによって増大する。単一モードファイバを使用 すれば、モード分散はなくなるが、色分散または偏波モード分散はなくならない 。偏波モード分散は、光伝送に適したすべての単一モードファイバ内である程度 存在する帯域幅限定効果である。したがって、偏波モード分散は、光通信システ ム内の信号ひずみの潜在的な発生源である。 一般に、偏波モード分散測定装置は、当技術分野において知られており、特に 米国バージニア州アーリントンに本部があるＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏ ｎｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎの草案規格に定義されて いる。これらの規格は、波長走査による単一モード光ファイバの偏波モード分散 測定のファイバオプティックテスト手順ＦＯＴＰ−１１３、Ｊｏｎｅｓ行列固有 分析による単一モード光ファイバの偏波モード分散測定のＦＯＴＰ−１２２、お よび干渉計方法による単一モード光ファイバの偏波モード分散測定のＦＯＴＰ− １２４を含んでいる。偏波モード分散測定装置の動作および手順は、 これらの規格に記載されている。 また、特定の従来技術の回路手段が参照により本明細書の一部となるＲ．Ｊｏ ｎｅｓに発行された米国特許出願第４７５０８３３号に記載されている。偏波モ ード分散測定装置は、以下で詳細に論じるように、サイクル計数、時間パルス方 法、相対位相方法またはＪｏｎｅｓ行列固有分析を含んでいる。例えば、Ｊｏｎ ｅｓの特許出願には、光ファイバ内の分散を測定する周知の方法が記載されてい る。特に、Ｊｏｎｅｓの特許出願には、色分散または偏波分散など、伝送分散を 測定する相対位相方法および装置が記載されている。第一の周波数で変調した光 源を、伝送パラメータ、例えば光源波長または偏波状態の第一の値と第二の値と に又はこれらの値から前後により低い周波数において同期して変化させる。第一 の変調信号およびテスト中のファイバ内を伝送される光の相対位相を位相検出器 によって測定する。ロックイン増幅器を使用して、位相検出器の出力を低周波数 信号と比較して、分散を示す直流出力を発生させる。 光ファイバ内の分散を測定する他の方法は、時間差を測定する方法である。Ｊ ｏｎｅｓ行列固有分析方法では、ＤＧＤΔλを波長の関数として測定する。ただ し、ＤＧＤは差群遅延と呼 ばれ、ＰＭＤは＜Δτ＞_λで表される。Ｊｏｎｅｓの特許出願に記載されている 相対位相方法および装置は、時間差を測定する方法よりも解像度の点で優れてい ることが分かった。 光ファイバ内の偏波モード分散を測定する他の方法には、干渉計方法、Ｊｏｎ ｅｓ行列固有分析方法、波長走査（ＷＳ）サイクル計数方法、およびＷＳフーリ エ方法がある。干渉計方法では、時間領域を用いて低コヒーレンス光源を使用し 、およびマイケルソン干渉計またはマッハツェンダー干渉計を用いて時間分布の 自動補正関数の形で出力を観測し、ファイバの偏波モード分散をこのデータから 得る。干渉計方法は、使用する広帯域光源のコヒーレンス時間、一般に０．１５ ピコ秒によって下端において制限される。 Ｊｏｎｅｓ行列固有分析方法では、主偏波状態（ＰＳＰ）と呼ばれる二つの固 有状態を有するＪｏｎｅｓ行列の形で、瞬時偏波伝送挙動の偏光分析決定を実施 する。Ｊｏｎｅｓ行列の波長変化、したがってＰＳＰを測定することによって、 ＰＳＰ間の様々な遅延を決定する。遅延は、ファイバ偏波モード分散値を確定す るために特定の波長走査にわたって平均化される。Ｊｏｎｅｓ行列固有分析方法 は、偏光分析の確度および解像精 度によって０．０１ピコ秒に制限される。 ＷＳサイクル計数方法ならびにＷＳフーリエ方法は、光検出器の前に直線偏光 光源および検光子を使用して、ファイバ中の光パワー伝送を実施する。ファイバ は、その発振周波数が偏波モード分散に関連する発振パターンをもたらす。ＷＳ サイクル計数方法では、所与の波長間隔内の完全な発振の数を計数して、偏波モ ード分散を決定する。ＷＳサイクル計数方法は、波長走査における三つのサイク ルの最小値、一般に０．０９ピコ秒に制限される。しかしながら、ＷＳフーリエ 方法では、フーリエ変換に基づく発振パターンに関する周波数分析技法によって 波長走査偏波モード分散を決定する。フーリエ方法は、使用する波長走査におけ る一つのサイクルの最小値、一般に０．０３ピコ秒に制限される。 周知の従来技術の一つの重要な欠点は、偏波モード分散値の決定が、測定結果 と結合して偏波モード分散値をひずませるスプリアス応答によって悪影響を受け ることである。 発明の概要 本発明の目的は、例えば、毎秒５ギガビットまたはそれ以上で動作する伝送シ ステム用に使用されるファイバを使用して、 ０．１ピコ秒以下の有用な偏波モード分散値をより高い解像度で測定する方法を 提供することである。 本発明の他の目的は、例えば、ＷＳフーリエ方法および干渉計方法とともに使 用される０．０１ピコ秒から０．１ピコ秒の間の偏波モード分散値を測定する方 法を提供することである。 本発明の他の目的は、複屈折構造または波長固有構造を使用して、偏波モード 分散をゼロから離れてバイアスし、構造の偏波モード分散ピークを広くすること によって、光ファイバ内の非常に低い偏波モード分散レベルの検出および決定を 改善することである。 本発明の他の目的は、広くなった構造ピークの適切なデータ処理によって光フ ァイバの偏波モード分散を決定することである。 本発明の他の目的は、複屈折デバイスまたは波長選択性デバイスを使用して、 波長走査偏波モード分散装置を較正することである。 本発明によれば、安定した既知の偏波モード分散値を有する構造を偏波モード 分散測定装置内に組み込み、光源の光をテストすべき光ファイバおよび構造中に 連続的に伝送することによ って偏波モード分散の測定を改善する方法が提供される。構造は、偏波モード分 散測定装置によって測定された全偏波モード分散をゼロから離れてバイアスし、 それにより測定値からスプリアス（ゼロに近い）偏波モード分散応答の望ましく ない影響を取り除く。次いで、測定した偏波モード分散の適切なデータ処理によ って光ファイバの偏波モード分散を正確に決定する。構造は、波長走査偏波モー ド分散装置を較正するためにも使用される。 本発明によれば、従来技術の相対位相システムまたは時間測定システムによっ て達成できるものよりも、少なくとも一桁高い、おそらく二桁高い偏波モード分 散の高解像度測定が可能である。 本発明は、その編成ならびに動作方法に関して、以下の説明とともに第１図か ら第４図を含む図面（一定の縮尺で描かれていない）を参照すればさらに理解す ることができる。 図面の簡単な説明 第１図は、マッハツェンダー干渉計を使用した本発明による偏波モード分散測 定装置の概略ブロック図である。 第２図は、波長走査フーリエ分析（ＷＳフーリエ）とともに 使用するのに適した本発明の他の実施形態による偏波モード分散測定装置の概略 ブロック図である。 第３ａ図は、従来技術の偏波モード分散測定装置の時間対偏波モード分散値の グラフである。 第３ｂ図は、本発明の偏波モード分散測定装置の時間対偏波モード分散値のグ ラフである。 第４図は、偏波モード分散測定装置を較正する本発明の用途のブロック図であ る。 本発明の最善の態様の説明 第１図および第２図は、本発明の主題である高解像度偏波分散測定用の二つの 偏波モード分散測定装置のブロック図である。第１図は、干渉計測定技法を使用 した一つの偏波モード分散測定装置を示し、第２図は、波長走査フーリエ分析（ ＷＳフーリエ）技法を使用した他の偏波モード分散測定装置を示す。 第１図において、偏波モード分散測定装置は、図示のように発光ダイオード（ ＬＥＤ）であるか、または代替実施形態では、超蛍光光源（図示せず）である光 源１０を有する。偏波モード分散測定装置は、光源１０の出力からきた光に応答 して、偏光をもたらす偏光子１２を有する。偏光子１２に結合されたビー ムスプリッタ１４は、第一の経路１６および第二の経路１８内で伝送すべき偏光 を分割する。第二の経路１８は、光の伝送を遅延する遅延線２０を含んでいる。 遅延線２０を調整すれば、第一の経路１６と第二の経路１８との間の相対光遅延 を変更することができる。示されるように、遅延線２０は、当技術分野において 周知であるマッハツェンダー干渉計である。ビームスプリッタ２２は、第一の経 路１８および第二の経路２０に沿って伝送された光を受光し、それを構造２８に 送達する。 構造２８は、既知の安定した偏波モード分散をもたらすデバイスである。構造 ２８は、第３ｂ図に最もよく示されているように、偏波モード分散測定装置が特 定の時刻値Ｔにおいて既知の干渉ピークレベルを有することを保証する。第１図 に示される実施形態では、構造２８は、複屈折波長板、複屈折ファイバまたはそ の他の複屈折デバイスのような複屈折デバイスである。時刻Ｔは、高速偏光モー ドと低速偏光モードとの間の時間差であるか、または単に構造２８の偏波モード 分散である。本発明では、構造２８は第３ｂ図に示すように、装置によって測定 された偏波モード分散をゼロから離れてバイアスし、測定値からスプリアス（ゼ ロに近い）偏波モード分散応答の影響を取り除 く。 テストファイバ２６は、構造２８の出力から光を受光する。 構造２８とテストファイバ２６の間の接続は、当技術分野において周知であり、 レンズシステム、単一モードファイバピグテイルへのバットスプライスまたは屈 折率整合カップリングを含む。しかしながら、本発明の範囲は、構造２８とテス トファイバ２６の間の特定の直列配置に限定されるものではない。例えば、図示 のように、構造２８は、第１図ではテストファイバ２６の前に配置され、第２図 では構造６０はテストファイバ５６の後に配置される。また、そのような構成を これらの技法に従ってマイケルソン干渉計内に組み込むこともでできる。 ファイバ２６の出力は、主直交偏光状態間の干渉を観測する検光子３０に送達 され、分析された信号を、偏光状態対パワーを表示する検出器３２に与える。検 出器３２は、光信号を電気信号に変換する。代替手法では、偏光計が使用される 。ロックイン増幅器３４は、信号処理のためにチョップされた光信号または変調 された光信号を復調するために使用される同期位相電圧計である。コンピュータ ３６は、電気信号処理機能および装置制御機能を実施する。干渉特性対遅延線２ ０の設定は、標準 のコンピュータ３６を使用して決定され、記憶される。 第２図は、偏波モード分散測定装置が、テストファイバ５６の出力に結合され た構造６０を有する本発明の代替実施形態を示す。第２図において、光源５０は 、光を偏光子５２に送達し、スプライス５４を介してテスト中のファイバ５６に 結合する。スプライス５８は、テストファイバ５６の出力を構造６０に結合する 。検光子６２は、光の偏光状態を分析し、光スペクトルアナライザまたはモノク ロメータ６４は、偏光伝送対光波長の測定を可能にする。コンピュータ６８は、 フーリエ解析機能および装置制御機能、および偏波モード分散計算を実施する。 構造６０は、既知の安定した偏波モード分散をもたらす。構造６０は、偏波モ ード分散測定出力が特定の時刻値Ｔにおいて既知のピークレベルを有することを 保証する。第２図の実施形態では、構造６０は、複屈折波長板、複屈折ファイバ またはその他の複屈折デバイスのような複屈折デバイスである。時刻Ｔは、高速 偏光モードと低速偏光モードとの間の時間差であるか、または単に構造６０の偏 波モード分散である。代替実施形態では、構造６０はまた、構造の挿入損失スペ クトルを示すパワー対波長の既知の安定した正弦応答をもたらす反射デバイスま た は透過デバイスである。いずれかの構造６０の一例は、干渉計を含むファブリー ペロエタロンである。パワー対波長の正弦応答は、構造の既知の安定した挿入損 失スペクトルに対応する時刻Ｔにおいて明らかな偏波モード分散ピークを与える 。 第３ａ図および第３ｂ図のグラフの結果の比較は、本発明の構造２８（第１図 ）または構造６０（第２図）の追加が、第１図および第２図に示される偏波モー ド分散測定装置の解像度をいかに大幅に改善するかを示す。第３ａ図および第３ ｂ図において、横座標は時間、縦座標は偏波モード分散値である。図示のように 、スプリアス応答は点線で示されており、測定結果は実線で示されている。偏波 モード分散値がゼロに近づくにつれて、偏波モード分散値よりも大きい誤差をも たらす多数の効果が現れる。スプリアス応答は、光損失および他の光学欠陥、ま たは光源コヒーレンスに起因する。そのような応答は、低いレベルの偏波モード 分散と結合し、それをひずませる結果をもたらす。第３ａ図に示すように、従来 技術の（構造２８または６０を有しない）偏波モード分散測定装置では、テスト 中のファイバの偏波モード分散を決定するために、特性の幅、例えば二乗平均幅 （実線）を計算する。しかしながら、スプリアス応 答は、測定結果と結合して、偏波モード分散値をひずませた。 反対に、第３ｂ図に示すように、本発明の偏波モード分散測定装置では、基本 偏波モード分散特性は、構造２８または６０によってゼロから時刻Ｔまで移動す る。スプリアス効果は、測定結果と相互作用しない。第３ｂ図に示すように、ス プリアス応答は、測定ピークの幅、例えば二乗平均幅の計算中、偏波モード分散 の測定に影響を及ぼさない。 第４図に、本発明による偏波モード分散の較正を示す。テストファイバは、光 路内に含まれてない。広帯域光源１００から伝送され、スプライス１０４に結合 された偏光子１０２を通過した光を受光する構造１０６が含まれている。スプラ イス１０８は、構造１０６の出力を検光子１１０に結合する。検光子１１０の出 力は、光スペクトルアナライザまたはモノクロメータを含む測定手段１１２、お よび第２図に関して説明した原理に従って動作する計算手段１１４によって分析 される。構造１０４は、測定した偏波モード分散をゼロから離れてバイアスする 。測定した偏波モード分散は、構造１０４の既知の偏波モード分散値と比較され る。この結果は、いくつかの方法で観察することができる。したがって、第４図 のシステムは、特定の 電気出力が構造１０４の既知の値に対応するように較正される。さらに、この動 作は、ファクトリ較正または定期フィールド較正を最新のものにする。この方法 は、上述のＷＳフーリエ方法およびＷＳサイクル計数測定方法に適用できる。 さらに、構造用に波長透過デバイスまたは波長反射デバイスを使用した、波長 走査方法に使用できる他の較正技法がある。そのような場合、偏波モード分散装 置は、第２図に関して説明した原理に従って構造の既知の安定した挿入損失スペ クトルに対応する時刻Ｔにおいて偏波モード分散特性をもたらす。上記の技法に よれば、当業者は、構造用に波長透過デバイスを使用する高解像度測定手段の多 数の様々な実施形態を実施することができる。 したがって、上記の目的、および上述の説明から明らかな目的は、効率的に達 成されることが理解できよう。また、本発明の範囲から逸脱することなく上記の 構造にいくつかの変更を加えることができるので、上記の説明に含まれるすべて の内容、または添付の図面に示されるすべての内容は、限定的な意味ではなく、 例示的なものと解釈されたい。 また、下記の請求の範囲は、本明細書に記載の本発明のすべ ての一般的な特徴および特定の特徴、および言語の問題として、それらの間に入 ると言える本発明の範囲のすべての陳述を含むものとする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＣＮ，Ｊ Ｐ，ＫＰ，ＫＲ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光源を有する偏波モード分散測定装置を用意するステップと、 テストファイバを用意するステップと、 安定な既知の偏波モード分散値を有する構造をテストファイバと直列に配置す るステップと、 光源からの光を構造およびテストファイバ中に伝送するステップと、 ゼロ偏波モード分散値から離れてバイアスされた偏波モード分散測定装置を使 用して、バイアスされた偏波モード分散値を測定するステップと、 バイアスされた測定偏波モード分散値から光ファイバの偏波モード分散を決定 するステップとを含む光ファイバの偏波モード分散を高い解像度で測定する方法 。 ２．干渉計方法を使用した偏波モード分散測定装置を用意するステップを含む請 求の範囲第１項に記載の方法。 ３．構造が複屈折デバイスである請求の範囲第２項に記載の方法。 ４．複屈折デバイスが複屈折波長板または複屈折ファイバである請求の範囲第３ 項に記載の方法。 ５．偏波モード分散測定装置が波長走査フーリエ方法を使用する請求の範囲第１ 項に記載の方法。 ６．構造が複屈折デバイスである請求の範囲第５項に記載の方法。 ７．複屈折デバイスが複屈折波長板または複屈折ファイバである請求の範囲第５ 項に記載の方法。 ８．構造が波長依存透過デバイスである請求の範囲第５項に記載の方法。 ９．構造が波長依存反射デバイスである請求の範囲第５項に記載の方法。 １０．構造を備えるステップが、既知の波長依存透過特性または既知の波長依存 反射特性を有する構造を備えるステップをさらに含む請求の範囲第１項に記載の 方法。