JP5966672B2 - 光ファイバ測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ測定方法に関する。

デジタルコヒーレント通信の普及に伴い、光通信システムにおける光信号雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio）の向上が求められている。光通信システムにおけるＯＳＮＲの向上のために、光伝送路として用いられる光ファイバの実効断面積（Ａｅｆｆ：Effective area）を大きくする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、光ファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ：mode field diameter）も、光ファイバの性能を評価する指標として用いられる。

光ファイバにおける実効断面積Ａｅｆｆの測定は、光ファイバのファーフィールドパターン（ＦＦＰ：far-field pattern）を測定し、評価を行う手法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２０１１−１９７６６７号公報

R.Billington, "Effective Area of Optical Fibres - Definition and MeasurementTechniques," Tech. Rep. (National Physical Laboratory, Teddington, Middlesex,UK, 2003) RecommendationITU-T G.650.2 (2010), Definitions and test methods for statistical andnon-linear related attributes of single-mode fibre and cable.

しかしながら、実効断面積Ａｅｆｆが大きくなるとＦＦＰ分布の幅が狭くなる。ＦＦＰ分布の幅が狭くなると、ＦＦＰ測定結果の僅かな差がＦＦＰの測定結果から導かれるＡｅｆｆの値に大きく影響を与えることになる。したがって、Ａｅｆｆが大きな光ファイバについて、ＭＦＤやＡｅｆｆを測定する場合には、ＦＦＰの測定精度を高める必要がある。ＦＦＰの測定精度に影響を与える要素の１つとして、光ファイバの端面を中心として回転しながら光ファイバの当該端面から出射される光を検出する検出器の回転角のずれがある。この回転角のずれは測定対象の光ファイバの位置ずれ等に由来する。従来の測定方法では、検出器の回転中心位置にピン等を置くことで目印をつけ、カメラや顕微鏡等を用いて上方から観察をしつつ回転中心と測定対象の光ファイバとの位置を合わせる方法が用いられている。この方法では、光ファイバの位置合わせを高精度に行うことは困難であり、特にＡｅｆｆが大きい光ファイバに係るＦＦＰの測定精度を高めることが困難であった。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、ＦＦＰの測定精度を高めることが可能な光ファイバの測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る光ファイバ測定方法は、移動可能な検出器を有する測定装置に光ファイバをセットし、検出器を半径Ｒの円弧に沿って回転させながら前記光ファイバの出射端面から出射される光の強度を測定することで当該光ファイバのファーフィールドパターンを求め、このファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径を求める光ファイバ測定方法であって、準備工程と測定工程とを備え、準備工程は、半径Ｒを変動させても実効断面積又はモードフィールド径が変化しない出射端面のセット位置を求める工程を含み、測定工程は、セット位置に光ファイバの出射端面をセットした状態で、検出器を半径Ｒの円弧に沿って回転させながら光ファイバの出射端面から出射される光の強度を測定することで当該光ファイバのファーフィールドパターンを求め、このファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径を求める工程を含むことを特徴とする。

上記の光ファイバ測定方法によれば、準備工程においてＲを変動させても実効断面積又はモードフィールド径が変化しない出射端面のセット位置を求める工程を含み、この結果得られたセット位置に光ファイバの出射端面をセットすることで、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）の測定が行われる。このような準備工程を設けることで、光ファイバの設置位置のずれを抑制することができるため、ＦＦＰの測定精度を向上することができる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には、準備工程は、第１の位置に出射端面を配置して、互いに異なる複数のＲにおけるファーフィールドパターンをそれぞれ求め、これらのファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径をそれぞれ求めることで、Ｒを変化させたときの実効断面積又はモードフィールド径の変化の割合を調べ、Ｒを変化させたときの実効断面積又はモードフィールド径の変化の割合が所定の値より小さい場合には、第１の位置をセット位置とし、Ｒを変化させたときの前記実効断面積又はモードフィールド径の変化の割合が所定の値より大きい場合には、第１の位置とは異なる第２の位置に出射端面を配置して、Ｒを変化させたときの実効断面積又はモードフィールド径の変化の割合を調べ、Ｒを変化させたときの実効断面積又はモードフィールド径の変化の割合が所定の値より小さくなるまで出射端面の位置を変更して変化の割合を調べることを繰り返すことで、セット位置を求める態様が挙げられる。

この場合、所定の値は、半径Ｒを１０ｍｍ≦Ｒ１＜Ｒ２である半径Ｒ１から半径Ｒ２まで変化させたときの実効断面積又はモードフィールド径の変化の割合であって、この割合を３％とすることで、実効断面積Ａｅｆｆが大きい光ファイバであってもＦＦＰの測定を十分な精度で行うことができる。

また、上記作用を効果的に奏する他の構成として、具体的には、準備工程は、第１の位置に出射端面を配置して、互いに異なる２つのＲであるＲ１，Ｒ２におけるファーフィールドパターンをそれぞれ求め、これらのファーフィールドパターンから、実効断面積又はモードフィールド径をそれぞれ求める第１の工程と、第１の位置とは異なる第２の位置に出射端面を配置して、Ｒ１及びＲ２におけるファーフィールドパターンをそれぞれ求め、これらのファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径のうち第１の工程で求めたものと同じものをそれぞれ求める第２の工程と、第１の位置における２つの実効断面積又はモードフィールド径と第２の位置における２つの実効断面積又はモードフィールド径とに基づいて、セット位置を求める態様が挙げられる。

また、準備工程において、回転中心位置と光ファイバの出射端面のセット位置とが重なって見えるような位置に光学系を設け、測定工程において、光学系を利用して光ファイバの出射端面をセット位置にセットする態様とすることができる。

この場合、光学系を利用して、光ファイバをセット位置にセットすることが可能となるので、光ファイバをセットし直す場合であっても好適な位置にセットすることが可能となる。

本発明によれば、ＦＦＰの測定精度を高めることが可能な光ファイバの測定方法が提供される。

図１（Ａ）は、本実施形態に係るＦＦＰ測定装置の概略構成を説明する平面図である。図１（Ｂ）はＦＦＰ測定装置の概略構成を説明する正面図である。 ＡｅｆｆによるＦＦＰの分布の違いについて説明する図である。 図３（Ａ）は、光ファイバの出射端面の位置がずれた場合の回転角について説明する図であり、図３（Ｂ）は、出射端面付近の拡大図である。 測定に用いた光ファイバの屈折率を示す図である。 水平方向の位置ずれに由来するＡｅｆｆの変動について説明する図である。 垂直方向の位置ずれに由来するＡｅｆｆの変動について説明する図である。 光軸方向の位置ずれに由来するＡｅｆｆの変動について説明する図である。 本実施形態に係る光ファイバ測定方法のうち準備工程について説明するフローチャートである。 Ｒを変更した場合の光軸方向の位置ずれとＡｅｆｆとの関係を示す図である。 ｚを変更した場合のＲとＡｅｆｆとの関係を示す図である。 ｘを変更した場合のＲとＭＦＤとの関係を示す図である。 ｘを変更した場合のＲとＡｅｆｆとの関係を示す図である。 両側のＦＦＰを用いてＡｅｆｆを求めた場合の結果を示す図である。 左側のＦＦＰを用いてＡｅｆｆを求めた場合の結果を示す図である。 右側のＦＦＰを用いてＡｅｆｆを求めた場合の結果を示す図である。 ｙを変更した場合のＲとＭＦＤとの関係を示す図である。 ｙを変更した場合のＲとＡｅｆｆとの関係を示す図である。 ｚを変更した場合のＲとＭＦＤとの関係を示す図である。 ｚを変更した場合のＲとＡｅｆｆとの関係を示す図である。 互いに異なる測定機を用いてＡｅｆｆ測定を行った場合の機器間差を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る光ファイバ測定方法を実施するためのＦＦＰ測定装置の概略構成図であり、図１（Ａ）はＦＦＰ測定装置の平面図であり、図１（Ｂ）はＦＦＰ測定装置の正面図である。図１に示すように、ＦＦＰ測定装置１は、光源１０と、測定対象の光ファイバ１００を取り付けるための固定台２０と、回転ステージ３０と、回転ステージ３０に取り付けられた検出器４０と、パワーメータ５０と、コンピュータ６０と、を含んで構成される。なお、図１（Ｂ）では、パワーメータ５０及びコンピュータ６０は図示していない。また、ＦＦＰ測定装置１には、光ファイバ１００の位置を確認するための光学系として、カメラ等をさらに取り付けることもできる。

光源１０は、光ファイバ１００のＦＦＰを測定するための光（レーザ光）を出射する。光ファイバ１００のＦＦＰ測定には、例えば波長が１．５５μｍのレーザ光が用いられる。光ファイバ１００の一端側の端面１０１は光源１０側に接続され、他端側の出射端面１０２が回転ステージ３０の回転中心位置３１と一致するように固定台２０に取り付けられる。これにより、光源１０から出射された光は、光ファイバ１００の端面１０１から入射し、光軸方向に伝播した後に他方の出射端面１０２から出射される。回転ステージ３０の周縁には、検出器４０が回転中心位置３１を軸として回転できるように設けられている。

検出器４０は、光源１０から出射されて光ファイバ１００内を伝播した後に、光ファイバ１００の端面１０２から出射される光を検出する機能を有する。検出器４０は回転ステージ３０に取り付けられることで、回転半径がＲとなるように回転可能とされている。これにより、出射端面１０２からの距離がＲとなる位置で光ファイバ１００の出射端面１０２から出射される光の強度を測定することが可能となる。検出器４０により検出された光は、検出器４０に接続されたパワーメータ５０によりその強度が測定される。コンピュータ６０は、回転ステージ３０の回転を制御する。これにより、回転ステージ３０は指定の角度ステップで回転し、回転ステージ３０に取り付けられた検出器４０は、各ステップにおいて、光ファイバ１００の出射端面１０２から出射された光を検出する。そして、パワーメータ５０により測定された光の強度と当該強度の検出が行われた時点での回転ステージ３０の回転角とに基づいてＦＦＰを算出する。また、得られたＦＦＰから、ＭＦＤ又はＡｅｆｆの算出も行われる。なお、以下の説明では、ＦＦＰからＡｅｆｆを算出する構成について基本的に説明をするが、ＡｅｆｆではなくＭＦＤを算出する場合でも同様の構成を有することにより、同様の作用・効果が得られる。

ここで、Ａｅｆｆが異なる場合のＦＦＰの変動について、図２を用いて示す。図２は、Ａｅｆｆが８０μｍ^２の場合と１３５μｍ^２の場合とについてのＦＦＰを示したものである。図２では、横軸を角度とし縦軸を強度として示した。図２に示すように、Ａｅｆｆが大きくなると、各ピークの幅が狭くなる。したがって、ＦＦＰの測定誤差がＡｅｆｆの算出に大きく影響を与えることになる。

ＦＦＰの測定誤差が生じる主な要因としては、（１）回転角のずれ、（２）検出器において検出された光の強度のずれ、が考えられる。このうち（１）回転角のずれは、（Ａ）測定対象の光ファイバの固定位置のずれ、（Ｂ）検出器の位置ずれ、（Ｃ）ＦＦＰ測定装置１における位置決め精度（ステップモーターのバックラッシュ等）に由来することが考えられる。また、（２）検出器における検出強度のずれは、検出器の特性に由来すると考えられる。本実施形態に係るＦＦＰ測定装置１を用いた測定では、（１）回転角のずれのうち測定対象の光ファイバの固定位置のずれ、すなわち測定毎に改めて固定台２０に対して固定される光ファイバ１００の出射端面１０２と回転中心位置３１との位置ずれをより小さくすることで、ＦＦＰの測定誤差を小さくすることを目的とする。

図３は、光ファイバ１００の位置が回転中心位置３１からずれた場合を説明する図である。図３（Ａ）は、光ファイバ１００の出射端面１０２の位置がずれた場合の回転角について説明する図であり、図３（Ｂ）は、出射端面１０２付近の拡大図である。図３では、回転ステージ３０はＸ，Ｚ軸に沿った平面上で回転するものとし、ＸＺ平面に対して垂直な方向（回転ステージ３０に対して垂直な方向）をＹ軸とする。光ファイバ１００の光軸はＺ軸に平行に伸びるものとする。また、図３（Ａ）では、検出器４０が回転ステージの回転中心位置３１を軸に回転移動するときの動線Ｌ０を示している。また、回転中心位置３１からＺ軸に沿って伸ばした線をＬ１とし、Ｌ１とＬ０との交点をＬ２とする。光ファイバ１００の出射端面１０２は、通常は出射された光線がＺ軸に平行となるように調整されるが、図３（Ａ）においては、検出器４０が交点Ｌ２にあるときに最大のパワーを検出するようにその角度が調整されている。

ここで、回転中心位置３１を（０，０，０）としたときに、光ファイバ１００の出射端面１０２の位置が（ｘ，ｙ，ｚ）となるようにずれた位置にあるとする。検出器４０が図３（Ａ）に示す位置にある場合、回転中心位置３１と検出器４０とを結ぶ直線と直線Ｌ１とがなす角はθである。一方、光ファイバ１００の出射端面１０２の中心と交点Ｌ２とを結ぶ直線（検出器４０が最大のパワーを検出する方向）と、光ファイバ１００の出射端面１０２と検出器４０とを結ぶ直線と、のなす角φはφ１＋φ２となる。回転中心位置３１と検出器４０との距離（検出器４０が移動する動線Ｌ１の半径）をＲとすると、φは、Ｒ，ｘ，ｙ，ｚ，θを用いて、以下の数式（１）のように表すことができる。

このうち、第１項は、光ファイバ１００の位置ずれに由来する測定角度のずれを示す項であり、第２項は、検出器４０が交点Ｌ２にあるときに最大のパワーを検出するように光ファイバ１００の出射端面１０２の角度を調整したことに由来する項である。

次に、光ファイバ１００の出射端面１０２の位置がずれたことによるＡｅｆｆの影響について検討する。ここでは、測定光として波長１５５０ｎｍの光を用い、回転中心位置３１と検出器４０間の距離Ｒを２０ｍｍとし、図４に示す屈折率分布を示すＷ型の光ファイバ１００を用いた。出射端面１０２の位置がずれた状態におけるＡｅｆｆの値を算出するため、まず、図４の屈折率分布に基づいて数値計算により、ニアフィールドパターン（ＮＦＰ：near-field pattern）を求め、非特許文献２記載の数式（３−２）を用いてＮＦＰをＦＦＰに変換し、これにＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の軸ずれの影響を式に含めて出射端面１０２の位置がずれた状態で観測されるＦＦＰを求めた。その後に、非特許文献２記載の数式（３−３）を用いて再度ＮＦＰを算出した上で、非特許文献２記載の数式（２−２）を用いてＡｅｆｆを算出した。また、ＭＦＤは、上記位置がずれた状態で観測されるＦＦＰから非特許文献２記載の数式（２−５）を用いて計算するか、非特許文献２記載の数式（２−４）を用いて算出した。この結果を図５〜７に示す。

図５は、図３（Ｂ）におけるＸ軸方向（水平方向）の位置ずれと計算されたＡｅｆｆの変化を示す図であり、図６は、図３（Ｂ）におけるＹ軸方向（垂直方向）の位置ずれと計算されたＡｅｆｆの変化を示す図であり、図７は、図３（Ｂ）におけるＺ軸方向（光ファイバ１００の光軸方向）の位置ずれと計算されたＡｅｆｆの変化を示す図である。また、図５〜７では、位置ずれが０であるときに対してＡｅｆｆが０．１％変動する位置を示している。図５〜７に示すように、Ａｅｆｆが０．１％変動する光ファイバ１００の出射端面１０２の位置ずれ量は、ｘ＝４５０μｍ、ｙ＝６３０μｍ、ｚ＝１０μｍであることが分かった。すなわち、光ファイバ１００の光軸方向（Ｚ軸方向）の位置ずれがＡｅｆｆの測定結果に大きく影響することが確認された。

ここで、Ｚ軸方向の位置ずれがＡｅｆｆの算出に当たって最も大きく影響することに基づいて、数式（１）のｘ及びｙが０だったと仮定し、数式（１）を修正すると、数式（２）のようになる。

数式（２）によれば、ｚ＝０の場合φはＲの値によらずθとなることから、Ｒを変動させた場合でもＡｅｆｆは変動しないことが分かった。

上記の結果に基づいて、発明者らは、光ファイバ１００のＦＦＰを測定する際に光軸方向の調整を事前に行ってＦＦＰの測定精度を向上させる方法を見出した。以下では、光ファイバ１００のＦＦＰを測定する際に光軸方向の調整を行う方法を説明する。

図８は、光ファイバの位置調整方法を説明するフローチャートである。本実施形態に係る光ファイバの測定方法は、（１）Ｒを変動させても実効断面積又はモードフィールド径が変化しない出射端面のセット位置を求める準備工程と、（２）セット位置に光ファイバの出射端面をセットして光ファイバの出射端面から出射される光の強度を測定することで、当該光ファイバのファーフィールドパターンを求め、このファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径を求める測定工程と、が含まれるが、以下の位置調整方法は、このうちの（１）の準備工程に相当する。

まず、固定台２０に対して光ファイバ１００を取り付ける（Ｓ０１）。次に、その状態で光源１０から測定光を出射することで、出射端面１０２から出射されて検出器４０で検出する光の強度からＦＦＰを測定しＮＦＰへ変換し（Ｓ０２）、ＮＦＰから、Ａｅｆｆを算出する（Ｓ０３）。次に、光ファイバ１００を移動させずに検出器４０の距離Ｒを変更する（Ｓ０４）。その後移動後の検出器４０を用いてＦＦＰを測定しＮＦＰへ変換し（Ｓ０５）、ＮＦＰからＡｅｆｆを算出する（Ｓ０６）。

ここで、検出器４０の移動前のＡｅｆｆと移動後のＡｅｆｆとの差分が所定の閾値よりも小さいかどうかにより、光ファイバ１００の出射端面１０２が回転中心位置３１もしくはその近傍にあるか否かを判断する。ここで用いられる閾値は、移動前後のＲの差分と誤差として許容されるべきＡｅｆｆの変動幅とに基づいて決定されるが、例えば、Ａｅｆｆに対して半径Ｒを１０ｍｍ≦Ｒ１＜Ｒ２である半径Ｒ１から半径Ｒ２まで変化させたときの変化の割合（Ｒ２−Ｒ１）／Ｒ２×１００であって、３％というように設定をすることができる。なおこの割合を２％とすればより厳密な位置を保証することができ、１％以下とすればさらに厳密な位置を保証することができる。上記数式（２）に示したように、出射端面１０２が回転中心位置３１にある場合、すなわちｚ＝０の場合には計算されるＡｅｆｆはＲによらず一定であり、ｚが０ではない場合にはｚの絶対値に応じてＲの変動に対するＡｅｆｆの変動が大きくなる。したがって、移動前のＡｅｆｆと移動後のＡｅｆｆとの差分が所定の閾値よりも小さい場合には、光ファイバ１００の出射端面１０２の固定位置が適切であると判断し位置調整を終了する。一方、検出器４０の差分が所定の閾値よりも大きい場合には、光ファイバ１００の出射端面１０２の位置が回転中心位置３１から離れていてＡｅｆｆの測定には適さないと判断し、光ファイバ１００の出射端面１０２を光軸方向に前後に移動させる（Ｓ０８）。その後、再度ＦＦＰの測定（Ｓ０２）からを繰り返し実施する。この方法により、回転中心位置３１と光ファイバ１００の出射端面１０２との位置合わせを行うことができ、位置ずれに由来する測定誤差を低減することができる。

次に、上記の方法を用いて、光ファイバの位置合わせを行った結果について説明をする。図９は、Ｒ＝１０，２０，３０ｍｍの場合について、光軸方向の位置ずれｚを変化させた場合のＡｅｆｆについて測定した結果である。また、図１０は、ｚ＝−１０，０，１０μｍの場合について、Ｒを変化させた場合のＡｅｆｆの変動を測定した結果である。図９，１０において、各点は実機を用いて測定した結果であり、破線は光ファイバの屈折率分布を元に算出したＦＦＰから求められたＡｅｆｆの計算値を示したものである。図９及び図１０によれば、ｚ＝０μｍの場合には、Ｒを１０〜３０に変化させてもＡｅｆｆは一定であることが確認された。また、実機を用いた測定結果が計算値とほぼ同様の挙動を示していることも確認することができた。

また、図９の結果を利用して、上記の位置合わせ方法、すなわち図８に示すフローチャートの順の位置合わせ方法とは異なる位置合わせの方法を行うことができる。すなわち、図９では、Ｒ＝１０ｍｍ、Ｒ＝２０ｍｍ、Ｒ＝３０ｍｍのそれぞれについて、位置ずれｚとＡｅｆｆとの対応関係を示す直線が得られた。そして、これらの３つの直線は、位置ずれがｚの位置において交わる。したがって、２種類のＲ（Ｒ１，Ｒ２）と２種類のｚ（ｚ１，ｚ２）とを組み合わせることで得られる４種類の測定条件（Ｒ１ｚ１、Ｒ１ｚ２、Ｒ２ｚ１、Ｒ２ｚ２）の条件において、Ａｅｆｆを測定することで、４つの測定結果（Ａｅｆｆ_１１，Ａｅｆｆ_１２，Ａｅｆｆ_２１，Ａｅｆｆ_２２）が得られるので、これらをプロットし、Ａｅｆｆ_１１とＡｅｆｆ_１２とを繋いで得られる直線とＡｅｆｆ_２１とＡｅｆｆ_２２とを繋いで得られる直線との交点がｚ＝０となる位置となる。この方法を用いて光ファイバ１００の位置合わせを行うことも可能である。この方法を用いても光ファイバ１００の出射端面１０２の位置合わせを精度よく行うことができ、ＦＦＰを高い精度で測定することができる。

（水平方向の位置合わせについて）
次に、光ファイバの端面の水平方向（Ｘ軸方向）の位置合わせについて検討する。上記の説明では、光軸方向（Ｚ軸方向）の位置合わせについて説明したが、上記の位置合わせの方法は、光軸方向のみに適用されるのではなく、他の方向の位置合わせにも適用できると考えられる。ここで、図１１に光ファイバ１００の出射端面１０２の水平方向の位置ｘが０μｍ、±５００μｍ、±１０００μｍ、±１５００μｍである場合の出射端面１０２と検出器４０との間の距離Ｒに対応したＭＦＤを算出した結果を示す。また、図１２では光ファイバ１００の出射端面１０２の水平方向の位置ｘが０μｍ、±５００μｍ、±１０００μｍ、±１５００μｍの場合それぞれについて、出射端面１０２と検出器４０との間の距離Ｒに対応したＡｅｆｆを算出した結果を示す。これらの算出の過程では、簡単のためにＹ軸方向及びＺ軸方向の位置ずれはない（ｙ＝ｚ＝０）と仮定した。この結果、ＭＦＤ及びＡｅｆｆのいずれについても、ｘ＝０である場合にはＲに依存せず一定となることが確認できた。したがって光軸方向と同様に水平方向の位置合わせにおいても、上記の方法を利用することができると確認された。

次に、水平方向（Ｘ軸方向）の位置合わせの場合は、同じくＸ軸方向に大きく移動する検出器４０の回転方向の影響が大きくなる。ＦＦＰの測定を行うに際し、図１で示す検出器４０をθ＝０の位置から図示上方（右側）又は図示下方（左側）に回転させて測定した結果を利用するか、或いは、双方の測定結果を利用するかによっても測定精度が変わることを以下に説明する。図１３は、ｘが０μｍ、±５０μｍ、±１００μｍ、±１５０μｍの場合それぞれについて、出射端面１０２と検出器４０との間の距離Ｒに対応したＡｅｆｆを算出した結果である。ここでは、右側及び左側のＦＦＰ測定結果の平均値を利用してＡｅｆｆを算出している。一方、図１４は、同じ条件において左側のＦＦＰ測定結果のみを利用してＡｅｆｆを算出した結果を示している。また、図１５は、同じ条件において右側のＦＦＰ測定結果のみを利用してＡｅｆｆを算出した結果を示している。図１３と図１４，１５とを比較すると、一方側のＡｅｆｆを利用した場合のほうが、水平方向の位置ずれ（ｘの変化量）に対するＡｅｆｆの変化量が大きい。したがって、一方側のＦＦＰを利用して、Ａｅｆｆを求めたほうがより正確に位置合わせをすることができると考えられる。

（垂直方向の位置合わせについて）
次に、光ファイバの端面の垂直方向（Ｙ軸方向）の位置合わせについて検討する。図１６に光ファイバ１００の出射端面１０２の垂直方向の位置ｙが０μｍ、±５００μｍ、±１０００μｍ、±１５００μｍである場合の出射端面１０２と検出器４０との間の距離Ｒに対応したＭＦＤを算出した結果を示す。また、図１７では光ファイバ１００の出射端面１０２の垂直方向の位置ｙが０μｍ、±５００μｍ、±１０００μｍ、±１５００μｍの場合それぞれについて、出射端面１０２と検出器４０との間の距離Ｒに対応したＡｅｆｆを算出した結果を示す。これらの算出の過程では、簡単のためにＸ軸方向及びＺ軸方向の位置ずれはない（ｘ＝ｚ＝０）と仮定した。この結果、ＭＦＤ及びＡｅｆｆのいずれについても、ｙ＝０である場合にはＲに依存せず一定となることが確認できた。したがって、光軸方向と同様に垂直方向の位置合わせにおいても上記の方法を利用することができると確認された。

（光軸方向の位置合わせについて）
光ファイバの端面の光軸方向（Ｚ軸方向）については既に上記説明したが、Ｘ軸方向・Ｙ軸方向と同様の条件にて算出した結果を示す。図１８に光ファイバ１００の出射端面１０２の光軸方向の位置ｚが０μｍ、±５００μｍ、±１０００μｍ、±１５００μｍである場合の出射端面１０２と検出器４０との間の距離Ｒに対応したＭＦＤを算出した結果を示す。また、図１９では光ファイバ１００の出射端面１０２の光軸方向の位置ｚが０μｍ、±５００μｍ、±１０００μｍ、±１５００μｍの場合それぞれについて、出射端面１０２と検出器４０との間の距離Ｒに対応したＡｅｆｆを算出した結果を示す。これらの算出の過程では、簡単のためにＸ軸方向及びＹ軸方向の位置ずれはない（ｘ＝ｙ＝０）と仮定した。この結果、ＭＦＤ及びＡｅｆｆのいずれについても、ｚ＝０である場合にはＲに依存せず一定となることが確認できた。

（位置合わせ用カメラの位置・傾き合わせの方法）
実際には、光ファイバのＭＦＤ又はＡｅｆｆを測定するには、上記の光ファイバ１００の位置合わせが完了した後にＦＦＰ測定装置１の上方に設けられたカメラの位置合わせを行う。すなわち、光ファイバ１００の出射側の出射端面１０２と回転中心位置３１とが重なって映るように、カメラの位置及び傾きを調整する。これにより、光ファイバ１００をＦＦＰ測定装置１の光学系から外したり移動したりすることがあっても、回転中心位置３１と光ファイバ１００の出射端面１０２とが重なるようにカメラで確認をしながら出射端面１０２を移動させることで、再度同じ位置に光ファイバ１００の出射端面１０２の位置を合わせることが可能となる。

（再現性確認）
上記の位置合わせを含む測定方法は特定の装置依存ではないことを確認する目的から、同じ構成を有する２つの異なるＦＦＰ測定装置を用いて、上記の位置合わせ方法で位置合わせをした後にＦＦＰを測定し、Ａｅｆｆを求めた結果を図２０に示す。測定対象の光ファイバとしては、Ａｅｆｆが８５，１１０，１３５，１５５μｍ^２と既知であるものを用いて、それぞれの測定装置（測定機１、測定機２）を用いて求められたＡｅｆｆをプロットした。また、図２０ではそれぞれの光ファイバについて得られたＡｅｆｆの測定機差を示している。この結果、Ａｅｆｆの測定機差は±０．１％程度であることが分かった。Ａｅｆｆが１５０μｍ^２の光ファイバにあっても測定機差が同程度であったことから、Ａｅｆｆの大きな光ファイバにおいてもＦＦＰ精度良く測定することが可能であると言える。すなわち、本実施形態にかかる光ファイバ測定方法は、Ａｅｆｆが大きな光ファイバに適用が可能することが好ましく、具体的には、Ａｅｆｆが３０μｍ^２以上の光ファイバに適用することが好ましく、６０μｍ^２以上の光ファイバに適用することがさら好ましく、Ａｅｆｆが９０μｍ^２以上の光ファイバに適用することがより好ましく、Ａｅｆｆが１１０μｍ^２以上の光ファイバに適用することが最も好ましい。

以上、本発明に係る光ファイバ測定方法の実施形態について説明したが、本発明に係る光ファイバ測定方法は上記に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、ＦＦＰ測定装置１の構成は、上記実施形態に限定されない。

１…ＦＦＰ測定装置、１０…光源、２０…固定台、３０…回転ステージ、４０…検出器、５０…パワーメータ、６０…コンピュータ、１００…光ファイバ。

Claims (4)

1. 移動可能な検出器を有する測定装置に光ファイバをセットし、前記検出器を半径Ｒの円弧に沿って回転させながら前記光ファイバの出射端面から出射される光の強度を測定することで当該光ファイバのファーフィールドパターンを求め、このファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径を求める光ファイバ測定方法であって、
   準備工程と測定工程とを備え、
   前記準備工程は、
   第１の位置に前記出射端面を配置して、互いに異なる複数の前記Ｒにおけるファーフィールドパターンをそれぞれ求め、これらのファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径をそれぞれ求めることで、前記Ｒを変化させたときの前記実効断面積又は前記モードフィールド径の変化の割合を調べ、
   前記Ｒを変化させたときの前記実効断面積又は前記モードフィールド径の変化の割合が所定の値より小さい場合には、前記第１の位置をセット位置とし、
   前記Ｒを変化させたときの前記実効断面積又は前記モードフィールド径の変化の割合が所定の値より大きい場合には、前記第１の位置とは異なる第２の位置に前記出射端面を配置して、前記Ｒを変化させたときの前記実効断面積又は前記モードフィールド径の変化の割合を調べ、
   前記Ｒを変化させたときの前記実効断面積又は前記モードフィールド径の変化の割合が所定の値より小さくなるまで前記出射端面の位置を変更して変化の割合を調べることを繰り返すことで、前記半径Ｒを変動させても前記実効断面積又は前記モードフィールド径が変化しない前記出射端面の前記セット位置を求める工程を含み、
   前記測定工程は、
   前記セット位置に前記光ファイバの前記出射端面をセットした状態で、前記検出器を半径Ｒの円弧に沿って回転させながら前記光ファイバの出射端面から出射される光の強度を測定することで当該光ファイバのファーフィールドパターンを求め、このファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径を求める工程を含む
   ことを特徴とする光ファイバ測定方法。
2. 前記所定の値は前記Ｒを１０ｍｍ≦Ｒ１＜Ｒ２である半径Ｒ１から半径Ｒ２まで変化させたときの前記実効断面積又は前記モードフィールド径の変化の割合であって、３％であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ測定方法。
3. 移動可能な検出器を有する測定装置に光ファイバをセットし、前記検出器を半径Ｒの円弧に沿って回転させながら前記光ファイバの出射端面から出射される光の強度を測定することで当該光ファイバのファーフィールドパターンを求め、このファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径を求める光ファイバ測定方法であって、
   準備工程と測定工程とを備え、
   前記準備工程は、
   第１の位置に前記出射端面を配置して、互いに異なる２つの前記ＲであるＲ１，Ｒ２におけるファーフィールドパターンをそれぞれ求め、これらのファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径をそれぞれ求める第１の工程と、
   前記第１の位置とは異なる第２の位置に前記出射端面を配置して、前記Ｒ１及び前記Ｒ２におけるファーフィールドパターンをそれぞれ求め、これらのファーフィールドパターンから前記実効断面積及び前記モードフィールド径のうち前記第１の工程で求めたものと同じものをそれぞれ求める第２の工程と、
   前記第１の位置における２つの実効断面積又はモードフィールド径と前記第２の位置における２つの実効断面積又はモードフィールド径とに基づいて、前記半径Ｒを変動させても前記実効断面積又は前記モードフィールド径が変化しない前記出射端面のセット位置を求める工程を含み、
   前記測定工程は、
   前記セット位置に前記光ファイバの前記出射端面をセットした状態で、前記検出器を半径Ｒの円弧に沿って回転させながら前記光ファイバの出射端面から出射される光の強度を測定することで当該光ファイバのファーフィールドパターンを求め、このファーフィールドパターンから実効断面積又はモードフィールド径を求める工程を含む
   ことを特徴とする光ファイバ測定方法。
4. 前記準備工程において、さらに、前記検出器の回転中心位置と前記セット位置に位置合わせされた前記光ファイバの出射端面とが重なって見えるような位置に光学系を設け、
   前記測定工程において、前記光学系を利用して前記回転中心位置と前記光ファイバの出射端面とが重なって見えるように前記光ファイバの出射端面を前記セット位置にセットする
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ測定方法。

Images