JP6560647B2 - 損失測定システム、損失測定制御装置、損失測定方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、数モード光ファイバの損失の測定評価に関する技術である。

現在、単一モードファイバの伝送容量を打破するために、マルチコアファイバや数モードファイバ（ＦＭＦ）を用いた空間多重伝送技術が注目されている。ＦＭＦはコア１つあたりの伝送容量拡大を可能とし、４ＬＰモードファイバを使い、６つのモードそれぞれで４０Ｇｂ／ｓの速度で９６ｋｍ伝送を可能としたことなどが報告されている（例えば非特許文献１を参照。）。ＦＭＦではモードごとに損失が異なり、モード分割多重伝送においてチャネル間の損失差（モード間損失差：ＭＤＬ）が生じ、ＭＤＬにより伝送特性が劣化することが知られている（例えば非特許文献２を参照。）。そのためＦＭＦはモード間の損失差を小さくすることが重要であり、単一モード励振と全モード励振で十分差が小さいＦＭ−ＭＣＦが実現されている（例えば非特許文献３を参照。）。以上のように、ＭＤＬの小さい光ファイバの設計・試作において、ＬＰモードごとの損失評価が重要となっている。

ＬＰモード毎の損失評価方法としては非特許文献４の手法が提案されており、基本モード（ＬＰ_０１モード）と第１高次モード（ＬＰ_１１モード）について両者の曲げ損失差を利用して損失評価を行う。

Ｒ． Ｒｙｆ ｒ， ｅｔ ａｌ．， "Ｍｏｄｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｏｖｅｒ ９６ ｋｍ ｏｆ ｆｅｗ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｕｓｉｎｇ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ６×６ ＭＩＭＯ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ"， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌｕｍｅ：３０ （４）， ２０１２．］ Ｐ．Ｊ． Ｗｉｎｚｅｒ， ｅｔ ａｌ．， "Ｍｏｄｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓ， ｇａｉｎ， ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｉｎ ＭＩＭＯ−ＳＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ"， ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＥＣＯＣ ２０１４， ｐａｐｅｒ Ｍｏ． ３． ３． ２， ２０１４． Ｔ． Ｓａｋａｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ．， "Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ ａｎｄ ｌｏｗ−ＤＭＤ ｆｅｗ−ｍｏｄｅ ｍｕｌｔｉ−ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｓｔ ｃｏｒｅ ｍｕｌｔｉｐｌｉｃｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ"， ＯＦＣ２０１６， Ｔｈ５Ａ．２， ２０１６． 久保田 他，"曲げ法を用いた２モードファイバのモード結合係数及び励振比の測定"，電子情報通信学会技術研究報告． ＯＦＴ， 光ファイバ応用技術 １１４（２６９）， ５１−５４， ２０１４． Ｎ． Ｈａｎｚａｗａ， ｅｔ ａｌ．， "ＰＬＣ−ｂａｓｅｄ ｆｏｕｒ−ｍｏｄｅ ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｗｉｔｈ ＬＰ１１ ｍｏｄｅ ｒｏｔａｔｏｒ ｏｎ ｏｎｅ ｃｈｉｐ"， ＪＬＴ， ｖｏｌ． ３３， ｎｏ． ６， ２０１５． Ｋ． Ｎａｋａｎｉｓｈｉ， ｅｔ ａｌ．， "Ｍｏｄｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｔｗｏ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ｏｆｆｓｅｔ ｆｕｓｉｏｎ ｓｐｌｉｃｅ"， ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＯＥＣＣ ２０１５， ｐａｐｅｒ ＰＷｅ． ４３， ２０１５．

しかしながら、非特許文献４の手法は高次モードの曲げ損失が低次モードに対して十分大きい事が前提となっており、例えば２ＬＰモード以上を伝搬するＦＭＦなどモードごとの曲げ損失差が小さいＦＭＦでは、各モードの損失を正確に評価することが困難であるといった課題があった。更には、モード合分波器を利用して個別モード励振を行い各モードの伝送損失を測定することも考えられるが、この場合にはモード合分波器および測定系全体に極めて高いモード間消光比が求められ、モード合分波器および接続点においてそのような高いモード間消光比を実現することが極めて困難である、といった課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、極めて高いモード間消光比を測定系全体に要求せずに、モードごとの曲げ損失差に依存しない数モードファイバの各モードの損失を正確に測定評価することができる損失測定システム、損失測定制御装置、損失測定方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る損失測定システムは、伝送可能なＬＰモード数が２以上の数モード光ファイバについてＬＰモード毎の伝送損失を測定するために、前記数モード光ファイバに入力する試験光のモード励振比の種類を伝送可能なＬＰモード数以上とし、前記モード励振比の種類毎に前記試験光を前記数モード光ファイバを伝搬させて損失測定値を測定し、前記損失測定値が前記試験光に含まれる各ＬＰモードの励振比を係数とした各ＬＰモードの伝送損失の線形和であるとした、前記モード励振比の種類の数の方程式からＬＰモード毎の伝送損失を計算することとした。

具体的には、本発明に係る損失測定システムは、伝送可能なＬＰモード数が２以上の数モード光ファイバについてＬＰモード毎の伝送損失を測定する損失測定システムであって、
連続光又はパルス光を出力する光源、
前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上に前記光源からの光を分岐するパワーカプラ、
前記パワーカプラで分岐された光の光強度を減衰する光減衰器、
前記光減衰器で減衰された光を互いに異なるＬＰモードとして前記数モード光ファイバに入力するモード合分波器、
前記数モード光ファイバから出力した光を受光する受光器、及び
試験パルス光の時間差を発生させる時間差生成手段、
を備える測定系と、
前記受光器が受光した光の光強度が入力され、前記パワーカプラで分岐された光に光強度差を発生させる減衰量を前記光減衰器に設定する損失測定制御装置と、
を有し、
前記損失測定制御装置は、
前記測定系に、前記光源から前記連続光を出力させ、前記連続光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する測定光について前記光強度差をつけて前記数モード光ファイバに伝搬させ、前記数モード光ファイバを伝搬後の前記測定光の光強度を全てのＬＰモードについて一括して前記受光器に測定させる光強度測定を、前記光強度差を変えて、前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上の回数だけ実施させ、
任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて、前記測定系に、再度前記光強度測定を前記回数だけ実施させ、
前記数モード光ファイバの切断前後の前記測定光の光強度から前記数モード光ファイバの前記光強度差毎の損失測定値を算出し、
前記測定系に、前記光源から前記パルス光を出力させ、同一の前記パルス光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する前記試験パルス光について前記光強度差及び時間差をつけて前記試験パルス光を前記数モード光ファイバに伝搬させ、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバを伝搬後の前記試験パルス光についてＬＰモード毎に積算光強度を測定させ、ＬＰモード毎の前記積算光強度の比をモード励振比とするモード励振比測定を、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて実施させ、
前記損失測定値が前記モード励振比を係数とした各ＬＰモードの伝送損失の線形和であるとした、前記光強度差の種類の数の方程式からＬＰモード毎の伝送損失を計算する
ことを特徴とする。

また、本発明に係る損失測定制御装置は、伝送可能なＬＰモード数が２以上の数モード光ファイバについてＬＰモード毎の伝送損失を測定する損失測定システムを制御する損失測定制御装置であって、
連続光又はパルス光を出力する光源、
前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上に前記光源からの光を分岐するパワーカプラ、
前記パワーカプラで分岐された光の光強度を減衰する光減衰器、
前記光減衰器で減衰された光を互いに異なるＬＰモードとして前記数モード光ファイバに入力するモード合分波器、
前記数モード光ファイバから出力した光を受光する受光器、及び
試験パルス光の時間差を発生させる時間差生成手段、
を備える前記損失測定システムの測定系と接続され、
前記受光器が受光した光の光強度が入力され、前記パワーカプラで分岐された光に光強度差を発生させる減衰量を前記光減衰器に設定する機能を有しており、
前記測定系に、前記光源から前記連続光を出力させ、前記連続光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する測定光について前記光強度差をつけて前記数モード光ファイバに伝搬させ、前記数モード光ファイバを伝搬後の前記測定光の光強度を全てのＬＰモードについて一括して前記受光器に測定させる光強度測定を、前記光強度差を変えて、前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上の回数だけ実施させ、
任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて、前記測定系に、再度前記光強度測定を前記回数だけ実施させ、
前記数モード光ファイバの切断前後の前記測定光の光強度から前記数モード光ファイバの前記光強度差毎の損失測定値を算出し、
前記測定系に、前記光源から前記パルス光を出力させ、同一の前記パルス光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する前記試験パルス光について前記光強度差及び時間差をつけて前記試験パルス光を前記数モード光ファイバに伝搬させ、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバを伝搬後の前記試験パルス光についてＬＰモード毎に積算光強度を測定させ、ＬＰモード毎の前記積算光強度の比をモード励振比とするモード励振比測定を、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて実施させ、
前記損失測定値が前記モード励振比を係数とした各ＬＰモードの伝送損失の線形和であるとした、前記光強度差の種類の数の方程式からＬＰモード毎の伝送損失を計算する
ことを特徴とする。

さらに、本発明に係る損失測定方法は、伝送可能なＬＰモード数が２以上の数モード光ファイバについてＬＰモード毎の伝送損失を測定する損失測定方法であって、
連続光又はパルス光を出力する光源、
前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上に前記光源からの光を分岐するパワーカプラ、
前記パワーカプラで分岐された光の光強度を減衰する光減衰器、
前記光減衰器で減衰された光を互いに異なるＬＰモードとして前記数モード光ファイバに入力するモード合分波器、
前記数モード光ファイバから出力した光を受光する受光器、及び
試験パルス光の時間差を発生させる時間差生成手段、
を備える測定系と、
前記受光器が受光した光の光強度が入力され、前記パワーカプラで分岐された光に光強度差を発生させる減衰量を前記光減衰器に設定する損失測定制御装置と、
を有する損失測定システムを用い、
前記損失測定制御装置が、
前記測定系に、前記光源から前記連続光を出力させ、前記連続光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する測定光について前記光強度差をつけて前記数モード光ファイバに伝搬させ、前記数モード光ファイバを伝搬後の前記測定光の光強度を全てのＬＰモードについて一括して前記受光器に測定させる光強度測定を、前記光強度差を変えて、前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上の回数だけ実施させ、
任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて、前記測定系に、再度前記光強度測定を前記回数だけ実施させ、
前記数モード光ファイバの切断前後の前記測定光の光強度から前記数モード光ファイバの前記光強度差毎の損失測定値を算出し、
前記測定系に、前記光源から前記パルス光を出力させ、同一の前記パルス光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する前記試験パルス光について前記光強度差及び時間差をつけて前記試験パルス光を前記数モード光ファイバに伝搬させ、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバを伝搬後の前記試験パルス光についてＬＰモード毎に積算光強度を測定させ、ＬＰモード毎の前記積算光強度の比をモード励振比とするモード励振比測定を、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて実施させ、
前記損失測定値が前記モード励振比を係数とした各ＬＰモードの伝送損失の線形和であるとした、前記光強度差の種類の数の方程式からＬＰモード毎の伝送損失を計算する
ことを特徴とする。

本発明は、伝送損失の測定値αがモード励振比の測定値ａ_ｎ（ｎ＝１，２，…，ｘ）を係数とした各ＬＰモードの伝送損失α_ｎの線形和であることを利用している。ここでｘは、測定対象のＦＭＦを伝送可能なＬＰモードの数である。モード励振比を変えたｙ種類（ｙ≧ｘ）の試験光を測定対象のＦＭＦに伝搬させ、それぞれの種類の試験光に対するαを測定し、伝送損失α_ｎを連立方程式から算出している。つまり、本発明は、試験光のモード励振比と全体の伝送損失から各ＬＰモードの伝送損失を算出するので、極めて高いモード間消光比を測定系全体に要求せずに、モードごとの曲げ損失差に依存しない数モードファイバの各モードの損失を正確に測定評価することができる。

本発明に係る損失測定システムの前記損失測定制御装置は、前記測定系に、前記数モード光ファイバの切断前にも、前記モード励振比測定を行わせることを特徴とする。切断前の数モード光ファイバ出力端でのデータと切断後の数モード光ファイバでのデータと比較することで、数モード光ファイバ中で特異なモード変換やモード結合がないことを確認することができる。

本発明に係る損失測定システムは、前記モード励振比測定における前記積算光強度が、前記数モード光ファイバを伝搬後の前記試験パルス光について時間に対する光強度のグラフとした時にＬＰモード毎のパルスの面積であることを特徴とする。伝搬定数の近い複数のＬＰモードを１つのモード群とした際に、パルスの頂点が複数箇所となっても、モード励振比を容易に判断できる。

本発明に係るプログラムは、コンピュータに、前記損失測定制御装置として機能させるためのプログラムである。本発明に係る損失測定制御装置はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

本発明は、極めて高いモード間消光比を測定系全体に要求せずに、モードごとの曲げ損失差に依存しない数モードファイバの各モードの損失を正確に測定評価することができる損失測定システム、損失測定制御装置、損失測定方法、及びプログラムを提供することができる。

本発明に係る損失測定システムを説明する図である。 本発明に係る損失測定システムを説明する図である。 本発明に係る損失測定方法を説明するフロー図である。 モード励振比の算出方法を説明する図である。 本発明に係る損失測定システムで測定した２ＬＰモードファイバの基本的な特性パラメータを示した表である。 本発明に係る損失測定システムで測定した励振比と損失測定値との関係を説明する図である。 本発明に係る損失測定システムで測定した測定データ間のモード間消光比と損失値の関係を説明する図である。 本発明に係る損失測定システムで測定した４ＬＰモードファイバの基本的な特性パラメータを示した表である。 本発明に係る損失測定システムで測定した励振比と損失測定値との関係を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（測定原理）
本発明の測定原理を説明する。
測定対象のＦＭＦに対して、入力光に対してのインパルス応答法によるモード励振比の測定と、カットバック法による光ファイバの損失測定を行う。その際、伝送可能なＬＰモード数をｘとすると、入力光の各ＬＰモードの励振条件をｙ種類の異なる条件に設定する。ただしｙはｘ以上の数である。この際の励振条件の設定および各ＬＰモードの励振比の調整には、例えば、各種のモード合分波器を用いれば良い。この時の損失の測定値α（ｙ）は、理論的には各ＬＰモードの励振比ａ_ｘ（ｙ）と各ＬＰモードの損失α_ｘの線形和に一致する。ただし、ここでは、ファイバ途中でのモード変換の影響は無視している。従って、ｙ種類の異なる励振条件について測定を行えば、このｙ種類の関係式を数学的に解くことによって、未定の定数であった各ＬＰモードの損失α_ｘを決定することが可能になる。励振条件数ｙは多ければ多いほど、最小二乗法などの計算処理によって、α_ｘの評価精度を向上することができるが、測定の稼働も増えるため、現実的な範囲で決めれば良い。

まず、本発明は、伝送可能なＬＰモード数ｘが２以上の数モード光ファイバに対して行う各ＬＰモードの損失の測定評価方法であり、入力光に対してのインパルス応答法によるモード励振比の測定と、カットバック法による光ファイバの損失測定を行い、両者の測定値を用いて、各ＬＰモードの損失を計算によって求めることを特徴とする。

そして、本発明は、各ＬＰモードの損失の測定評価方法の際に、入力光における各ＬＰモードの励振条件をｙ種類の異なる条件に設定し（ただしｙはｘ以上の数）、そのうちｙ個目の励振条件において、インパルス応答法によって測定したモード励振比の測定値をａ_１（ｙ）、 ａ_２（ｙ）、・・・ａ_ｘ（ｙ）（ただし、０以上１以下の値）、この時の損失の測定値をα（ｙ）とした時、各ＬＰモードの損失α_１、 α_２、・・・α_ｘを式１によって求めることを特徴とする。

さらに、本発明は、光源、モード合波部、受光部およびオシロスコープから構成され、上記測定評価方法によって各ＬＰモードの伝送損失を算出する計算機から構成される、損失測定装置である。

（実施形態１）
本実施形態では、数モード光ファイバの損失測定システムの基本的な動作を説明する。
図１及び図２は、本実施形態の損失測定システムを説明する図である。実施形態の損失測定システムは、伝送可能なＬＰモード数が２以上の数モード光ファイバ１００についてＬＰモード毎の伝送損失を測定する損失測定システムであって、
連続光又はパルス光を出力する光源１１、
数モード光ファイバ１００を伝送可能なＬＰモード数以上に光源１１からの光を分岐するパワーカプラ１２、
パワーカプラ１２で分岐された光の光強度を減衰する光減衰器１３、
光減衰器１３で減衰された光を互いに異なるＬＰモードとして数モード光ファイバ１００に入力するモード合分波器１４、
数モード光ファイバ１００から出力した光を受光する受光器１５、及び
試験パルス光の時間差を発生させる時間差生成手段、
を備える測定系と、
受光器１５が受光した光の光強度が入力され、パワーカプラ１２で分岐された光に光強度差を発生させる減衰量を光減衰器１５に設定する損失測定制御装置１６と、
を有する。

図１の損失測定システムは、時間差生成手段としてダミーファイバ５０をモード合分波器１４の後段に接続し、図２の損失測定システムは、時間差生成手段としてダミーファイバ５０を光減衰器１３の前段に接続している。

励振比測定の際には、光源１１としてパルス光源、受光器１５としてコヒーレントレシーバ及びオシロスコープを使用し、損失測定の際には、光源１１としてスーパールミネッセントダイオード光源、受光器１５としてパワーメータを使用する。光源１１や受光器１５がそれらを内蔵しており、適宜切り替える構成でもよい。

各ＬＰモードの励振比の調節には、対象となるＦＭＦのモード数ｘに対応できるＰＬＣ型のモード合分波器１４を用いることが好適となる。ＰＬＣ型のモード合分波器１４については、非特許文献５に詳細に説明されているが、これに限られるものではなく、他の原理や構造のモード合分波器などを用いても良い。ｙ種類の異なる励振条件を実現するためには、光減衰器１３として可変アッテネータを使用する。モード合分波器１４のｘ個の各入力ポートが各ＬＰモードに対応するため、入力パワーの制御には、各ポートの直前に可変アッテネータを設置し、これを調整する。なお、励振比の調節には、軸ずれ接続において異なる軸ずれ量を設定することによりｙ種類のモード間励振比を設定する事もできる。このとき、被測定光ファイバの伝搬モード数に対応したモード合波器は必要なく、簡便な測定系にて評価が可能となる。

損失測定法として挿入損失法やカットバック法が挙げられる。モード合分波器１４と被測定ファイバ（ＦＵＴ）１００の融着接続点、あるいは軸ずれ融着点において発生するモード変換やモード結合を含めて詳細な励振比及び損失測定を行うには、接続点以降で評価が可能なカットバック法が好適である。

以下の説明では、簡単のため２モードの場合について説明するが、基本的な手順はモード数ｘが３以上になっても同様に行えばよい。
励振比測定の際、図１〜図２に中に示したように、必要に応じて各ＬＰモードのパルスを時間的に分離するためのダミーファイバ５０を設置しても良い。図２のように、パワーカプラ１２と光減衰器１３との間にダミーファイバ５０を設置する場合は、モード合分波器１４から出力されるパルスを各モードに選別することが困難な場合に好適である。モード合分波器１４の１つのポートに入力された光の出力光と、他のポートに入力された光の出力光に対して、時間的な分離が可能となる。パワーカプラ１２と光減衰器１３と間の伝送路が単一モードファイバ（ＳＭＦ）で構成されている場合は、ダミーファイバ５０としてＳＭＦを挿入すればよい。

損失測定システムを図１のように設置する場合、モード合分波器１４から出力されるＬＰ_０１モードのパルスとＬＰ_１１モードのパルスを時間的に分離することが可能である。この場合のダミーファイバ５０は、ＦＵＴ１００と同一のファイバ、もしくはＬＰモード数がＦＵＴと等しく、かつ、モードフィールド径の近いファイバを使用することが望ましい。

ダミーファイバ５０の長さは、ＦＵＴ１００のモード間群遅延差を考慮して決定する。図１と図２は組み合わせることも可能である。以上のように、ダミーファイバ５０を適切に設置することで、モード変換が発生するポートの特定、及びＦＵＴ出力端におけるモード変換量の評価が可能となる。例えば、ＬＰ_１１ポートに入力した光の出力光の一部がＦＵＴ１００でＬＰ_０１モードに変換される場合、ＦＵＴ１００の出力端において、ＬＰ_１１ポートに入力した光は、ＬＰ_０１モードとＬＰ_１１モードの２つのパルスが時間的に分離して観測される。

損失測定制御装置１６は、
前記測定系に、光源１１から連続光を出力させ、前記連続光から発生させた、数モード光ファイバ１００を互いに異なるＬＰモードで伝搬する測定光について前記光強度差をつけて数モード光ファイバ１００に伝搬させ、数モード光ファイバ１００を伝搬後の前記測定光の光強度を全てのＬＰモードについて一括して受光器１５に測定させる光強度測定を、前記光強度差を変えて、数モード光ファイバ１００を伝送可能なＬＰモード数以上の回数だけ実施させ、
任意の位置で切断された数モード光ファイバ１００について、前記測定系に、再度前記光強度測定を前記回数だけ実施させ、
数モード光ファイバ１００の切断前後の前記測定光の光強度から数モード光ファイバ１００の前記光強度差毎の損失測定値を算出し、
前記測定系に、光源１１からパルス光を出力させ、同一の前記パルス光から発生させた、数モード光ファイバ１００を互いに異なるＬＰモードで伝搬する前記試験パルス光について前記光強度差及び時間差をつけて前記試験パルス光を数モード光ファイバ１００に伝搬させ、任意の位置で切断された数モード光ファイバ１００を伝搬後の前記試験パルス光についてＬＰモード毎に積算光強度を測定させ、ＬＰモード毎の前記積算光強度の比をモード励振比とするモード励振比測定を、任意の位置で切断された数モード光ファイバ１００について実施させ、
前記損失測定値が前記モード励振比を係数とした各ＬＰモードの伝送損失の線形和であるとした、前記光強度差の種類の数の方程式からＬＰモード毎の伝送損失を計算する。

図３は、図１や図２の損失測定システムがＦＵＴ１００のＬＰモード毎の損失を測定する方法を説明するフローチャートである。当該損失測定方法は、
前記測定系に、光源１１から連続光を出力させ、前記連続光から発生させた、数モード光ファイバ１００を互いに異なるＬＰモードで伝搬する測定光について前記光強度差をつけて数モード光ファイバ１００に伝搬させ、数モード光ファイバ１００を伝搬後の前記測定光の光強度を全てのＬＰモードについて一括して受光器１５に測定させる光強度測定を、前記光強度差を変えて、数モード光ファイバ１００を伝送可能なＬＰモード数以上の回数だけ実施させ（ステップＳ０２）、
任意の位置で切断された数モード光ファイバ１００について、前記測定系に、再度前記光強度測定を前記回数だけ実施させ（ステップＳ０３）、
数モード光ファイバ１００の切断前後の前記測定光の光強度から数モード光ファイバ１００の前記光強度差毎の損失測定値を算出し（ステップＳ０５）、
前記測定系に、光源１１からパルス光を出力させ、同一の前記パルス光から発生させた、数モード光ファイバ１００を互いに異なるＬＰモードで伝搬する前記試験パルス光について前記光強度差及び時間差をつけて前記試験パルス光を数モード光ファイバ１００に伝搬させ、任意の位置で切断された数モード光ファイバ１００を伝搬後の前記試験パルス光についてＬＰモード毎に積算光強度を測定させ、ＬＰモード毎の前記積算光強度の比をモード励振比とするモード励振比測定を、任意の位置で切断された数モード光ファイバ１００について実施させ（ステップＳ０４）、
前記損失測定値が前記モード励振比を係数とした各ＬＰモードの伝送損失の線形和であるとした、前記光強度差の種類の数の方程式からＬＰモード毎の伝送損失を計算する（ステップＳ０６）
ことを特徴とする。

図３では、前記測定系に、前記数モード光ファイバの切断前にも、前記モード励振比測定を行わせるステップＳ０１も記載している。

まず、ＦＵＴを除く測定系を構築し、次に、励振比測定系において、モード合分波器１４の出力端あるいはＦＵＴ１００前に設置したダミーファイバ５０の出力端にてパルスがモードごとに分離しているか確認を行う。モードごとに分離していない場合は、前述の通り、ダミーファイバ５０の設置及び変更を行う。次に、ＦＵＴ１００を測定系へ組み込む。

図３は、測定系間の繋ぎ替えの回数が最も少ない場合の例である。ＦＵＴ１００出力端において、ＦＵＴ１００出力端でｙ種全ての励振比測定及び光パワー測定を行った（ステップＳ０１、Ｓ０２）のち、ＦＵＴ１００をカットバックし、カットバック長にてｙ種全ての励振比測定及び光パワー測定を行う（ステップＳ０３、Ｓ０４）手順となる。モード合分波器１４を使用した場合で、光減衰器１３のパワー調整の再現性が高い場合はこちらが好適である。

一方、軸ずれ接続において異なる軸ずれ量を設定することにより複数のモード間励振比を設定するとき、あるいは、モード合分波器１４を使用した場合で、かつ光減衰器１３のパワー調整の再現性が低い場合は、１種の励振比ごとにＦＵＴ１００のカットバックを行えばよい。

ｙ種の励振比を決定するには、励振比測定系のＦＵＴ１００出力端にて、各ＬＰモードに対応する光減衰器１３を適切な値に設定すればよい。初めに、各ＬＰモード間の励振比がＬＰ_０１モード：ＬＰ_１１モード＝１：１程度となる条件を設定することが好ましい。この条件から、ＬＰ_０１モードのアッテネータの値を増加させることで、ＬＰ_０１モードの励振比が小さい条件、さらに、ＬＰ_０１モードのアッテネータの値を元に戻し、ＬＰ_１１モードのアッテネータの値を増加させることでＬＰ_０１モードの励振比が大きい条件を取得でき、励振比のレンジを広くとることが可能となる（ステップＳ０１）。

ｙ種類の励振条件を決定したのち、励振比測定及び光パワー測定を行う。測定後、励振比及び損失値の算出を行う。励振比は、ＦＵＴ１００出力端にて測定したデータと、カットバック長にて測定したデータの２種あるが、式１の励振比は、カットバック長でのデータを使用するのが好適である。ＦＵＴ１００出力端でのデータは、カットバック長でのデータと比較し、ＦＵＴ１００中で特異なモード変換やモード結合がないことを確認するために使用する。励振比の算出は、一例としてインパルス応答の各パルスの面積比を励振比とする。他の案として、各インパルス応答波形の最大値を励振比とする場合も考えられるが、伝搬定数の近い複数のＬＰモードを１つのモード群とした際に、パルスの頂点が複数箇所となり、励振比の決定が困難になる可能性がある。

図４に励振比の算出方法を示す。ＬＰ_０１ポートに入力した光の一部がＦＵＴ１００でＬＰ_１１モードに変換され（図４の［２］ＬＰ_１１モード）、かつ、ＬＰ_１１ポートに入力した光の一部がＦＵＴ１００でＬＰ_０１モードに変換された場合（図４の［４］ＬＰ_０１モード）の一例を示す。この場合は、４種のパルスの面積を算出し、励振比は ＬＰ_０１モード：ＬＰ_１１モード＝（［１］＋［４］の面積）：（［２］＋［３］の面積）、と決定する。

（実施形態２）
本実施形態は、本発明による数モード光ファイバの損失測定評価方法の２ＬＰモード光ファイバへの適用例に関する。

図５に測定を行った２ＬＰモードファイバの基本的な特性パラメータを示す。測定した際のファイバ長は１４．９ｋｍ、測定波長は１５５０ｎｍであり、ステップインデックス型である。実施形態１で述べた手順に従い、図１の実験系を用いて、励振比を６種類の異なる条件に設定（ｙ＝６）し、それぞれの条件について各モードの励振比と損失を測定した。ここでは複数のモードが伝搬したときに得られる損失は、式１で示されるようにモード励振比と各モードの伝送損失との線形和として表すことができると考える。したがってＬＰ_０１モードの損失をα_１、ＬＰ_１１モードの損失をα_２とすると、２ＬＰモードファイバの場合は

となる。

これを用いて測定結果を式２に、最小二乗法を用いて近似した結果、ＬＰ_０１モードの損失α_１は０．１９８ｄＢ／ｋｍ、ＬＰ_１１モードの損失α_２は０．２４５ｄＢ／ｋｍとなった。

図６は、ＬＰ_０１モードとＬＰ_１１モードについて、励振比と損失測定値との関係を説明する図である。図６の横軸は、左側ほどＬＰ_０１モードの光パワーが占める割合が大きく、右側ほどＬＰ_１１モードの光パワーが占める割合が大きいことを示している。両者の関係は直線で極めてよく近似され、式２で示した線形結合の関係がモード励振比と各モードの伝送損失の間で高い精度で成立していることが確認でき、ファイバ途中で不規則なモード変換が発生している可能性が低いことが示唆された。

さらに、このファイバを単一モード励振法及び非特許文献６に示される曲げ法で測定したところ、結果はＬＰ_０１モードの損失値がそれぞれ０．１９３ｄＢ／ｋｍ、０．２０±０．０１ｄＢ／ｋｍであり、本発明による測定評価方法とよく一致した。以上から本発明の有効性が確認できた。

図７は、測定データ間のモード間消光比と損失値の関係を説明する図である。ここでは測定データのうち、モード間消光比の値が低いデータから高いデータへプロット数を増加（ｙ＝２から６へ増加）させたときの、モード間消光比と得られる損失値の評価を行った。データ点数が２〜３点でモード消光比が低い（−４ｄＢ以上）とき、損失値にばらつきが見られた。またデータ点が４点以上でモード間消光比が−５ｄＢ以下のとき、各ＬＰモードの損失は一定の値に収束した。以上より、本測定法では、モード間消光比が−５ｄＢ程度においても、精度よく損失評価が可能であることが示唆された。

したがって、式１で表されるモード励振比と各モードの伝送損失の関係を用いて、複数のモード励振比に対するモード励振比と損失の測定を行う事で、各モードの伝送損失を精度よく評価できることがわかる。さらに、本測定法では、高消光比のモード合分波器１４を必要とせず、各ＬＰモードの損失を精度よく測定できる事を確認した。

（実施形態３）
本実施形態は、本発明による数モード光ファイバの損失測定評価方法の４ＬＰモード光ファイバへの適用例に関する。

図８に測定を行った４ＬＰモードファイバの基本的な特性パラメータを示す。測定した際のファイバ長は６．７ｋｍ、測定波長は１５５０ｎｍ、グレーデッドインデックス型である。

４ＬＰモードファイバのＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２モードは一般に伝搬定数が近いため、これらを一つのモード群と見なしても実用的には問題はほとんどなく、本実施形態では以下の方法によって、これらのモードの平均の損失を求めることができる。つまり、ＬＰ_０１モードをモード群〔１〕、ＬＰ_１１モードをモード群〔２〕、ＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２をモード群〔３〕（ｘ＝３）と見なす。

実施形態１で述べた手順に従い、図１の実験系を用いて、励振比を１０種類の異なる条件に設定（ｙ＝１０）し、それぞれの条件について各モード群の励振比と損失を測定した。各モード群の損失をα_１、α_２、α_３とすることで、損失測定値α（１）、α（２）、・・・、α（１０）との関係式は式３のように表されることになる。

図９は、ＬＰ_０１モードとその他の各モードについて、励振比と損失測定値との関係を説明する図である。図９の横軸は、左側ほどＬＰ_０１モードの光パワーが占める割合が大きく、右側ほどＬＰ_１１モードあるいはＬＰ_２１及びＬＰ_０２モードの光パワーが占める割合が大きいことを示している。ＬＰ_０１モードとＬＰ_１１モードの励振比と損失の関係は、ＬＰ_２１及びＬＰ_０２モード（モード群〔３〕）が励振比７％以下のとき、直線で近似された。ＬＰ_０１モードとＬＰ_２１及びＬＰ_０２モードの励振比と損失の関係は、ＬＰ_１１モードが励振比４％以下のとき、直線で近似された。これら２本の近似曲線は、式１で示したモード励振比と各モードの伝送損失の間の線形結合の関係が、高い精度で成立していることが確認できた。

１０種類の異なる励振条件での測定結果から、最小二乗法によって各モード群の損失を求めたところ、ＬＰ_０１モードの損失α_１は０．２２０ ｄＢ／ｋｍ、ＬＰ_１１モードの損失α_２は０．１９８ｄＢ／ｋｍ、ＬＰ_２１及びＬＰ_０２モードの平均損失α_３は０．２３６ｄＢ／ｋｍとなった。

なお、このファイバにおいても従来技術である曲げ法による測定評価を試みたが、各モード１５５０ｎｍでの曲げ損失の差が小さいため、実施することができなかった。そこでＬＰ_０１モードについてのみ、入力端側に汎用のＳＭＦを接続し、近似的にＬＰ_０１モードの単独励振状態での損失の測定を行ったところ、この時の損失測定値は０．２２３ｄＢ／ｋｍであり、本発明の方法によるＬＰ_０１モードの評価値α_１＝０．２２０ｄＢ／ｋｍと良く一致した。

この結果より、本発明に係る損失測定方法が、従来では個別モード評価ができなかった４ＬＰモードファイバにおいても測定を行う事が確認できる。

（実施形態４）
本実施形態は、本発明による数モード光ファイバの損失測定評価方法の４ＬＰモード光ファイバへの適用例に関する。

図８に測定を行った４ＬＰモードファイバの基本的な特性パラメータを示す。測定した際のファイバ長は６．７ｋｍ、測定波長は１５５０ｎｍ、グレーデッドインデックス型である。

実施形態３ではＬＰ_２１モードとＬＰ_０２モードを一体として評価したが、本実施形態では、ＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２モードを独立のモード群と見なし、分離して評価を行う。本実施形態では以下の方法によって、これらのモードの損失を求めることができる。

実施形態１で述べた手順に従い、図１の実験系を用いて、励振比を１０種類の異なる条件に設定（ｙ＝１０）し、それぞれの条件について各モード群の励振比と損失を測定した。ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、ＬＰ_２１モード、ＬＰ_０２モードの損失をそれぞれα_１、α_２、α_３、α_４とすることで、損失測定値α（１）、α（２）、・・・、α（１０）との関係式は式４のように表されることになる。

１０種類の異なる励振条件での測定結果から、ＬＰ_２１モードとＬＰ_０２モードの励振比が常に２：１であるとし、最小二乗法によって各モード群の損失を求めたところ、ＬＰ_０１モードの損失α_１は０．２２０ｄＢ／ｋｍ、ＬＰ_１１モードの損失α_２は０．１９８ｄＢ／ｋｍ、ＬＰ_２１モードの平均損失α_３は０．２３９ｄＢ／ｋｍ、ＬＰ_０２モードの損失α_４は０．２３７ｄＢ／ｋｍとなった。

この結果より、本発明に係る損失測定方法が、従来では個別モード評価ができなかった４ＬＰモードファイバにおいても測定を行う事が確認できる。また同じ測定手順を用いて４ＬＰ以上のモード数を有する光ファイバについても、個別のモード損失を測定することも可能である。

（本発明の効果）
本発明の数モード光ファイバの各ＬＰモードの損失の測定評価方法によれば、ＦＭＦの曲げ損失特性及びデバイス等におけるモード間消光比に依らず、従来技術では特に困難であった３ＬＰモード以上を伝搬するＦＭＦで各モードの損失を正確に評価することが可能になる。

１１：光源
１２：パワーカプラ
１３：光減衰器
１４：モード合分波器
１５：受光器
１６：損失測定制御装置
５０：ダミーファイバ
１００：被測定光ファイバ（ＦＵＴ）

Claims (6)

1. 伝送可能なＬＰモード数が２以上の数モード光ファイバについてＬＰモード毎の伝送損失を測定する損失測定システムであって、
   連続光又はパルス光を出力する光源、
   前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上に前記光源からの光を分岐するパワーカプラ、
   前記パワーカプラで分岐された光の光強度を減衰する光減衰器、
   前記光減衰器で減衰された光を互いに異なるＬＰモードとして前記数モード光ファイバに入力するモード合分波器、
   前記数モード光ファイバから出力した光を受光する受光器、及び
   試験パルス光の時間差を発生させる時間差生成手段、
   を備える測定系と、
   前記受光器が受光した光の光強度が入力され、前記パワーカプラで分岐された光に光強度差を発生させる減衰量を前記光減衰器に設定する損失測定制御装置と、
   を有し、
   前記損失測定制御装置は、
   前記測定系に、前記光源から前記連続光を出力させ、前記連続光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する測定光について前記光強度差をつけて前記数モード光ファイバに伝搬させ、前記数モード光ファイバを伝搬後の前記測定光の光強度を全てのＬＰモードについて一括して前記受光器に測定させる光強度測定を、前記光強度差を変えて、前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上の回数だけ実施させ、
   任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて、前記測定系に、再度前記光強度測定を前記回数だけ実施させ、
   前記数モード光ファイバの切断前後の前記測定光の光強度から前記数モード光ファイバの前記光強度差毎の損失測定値を算出し、
   前記測定系に、前記光源から前記パルス光を出力させ、同一の前記パルス光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する前記試験パルス光について前記光強度差及び時間差をつけて前記試験パルス光を前記数モード光ファイバに伝搬させ、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバを伝搬後の前記試験パルス光についてＬＰモード毎に積算光強度を測定させ、ＬＰモード毎の前記積算光強度の比をモード励振比とするモード励振比測定を、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて実施させ、
   前記損失測定値が前記モード励振比を係数とした各ＬＰモードの伝送損失の線形和であるとした、前記光強度差の種類の数の方程式からＬＰモード毎の伝送損失を計算する
   ことを特徴とする損失測定システム。
2. 前記損失測定制御装置は、
   前記測定系に、前記数モード光ファイバの切断前にも、前記モード励振比測定を行わせることを特徴とする請求項１に記載の損失測定システム。
3. 前記モード励振比測定における前記積算光強度が、前記数モード光ファイバを伝搬後の前記試験パルス光について時間に対する光強度のグラフとした時にＬＰモード毎のパルスの面積であることを特徴とする請求項１又は２に記載の損失測定システム。
4. 伝送可能なＬＰモード数が２以上の数モード光ファイバについてＬＰモード毎の伝送損失を測定する損失測定システムを制御する損失測定制御装置であって、
   連続光又はパルス光を出力する光源、
   前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上に前記光源からの光を分岐するパワーカプラ、
   前記パワーカプラで分岐された光の光強度を減衰する光減衰器、
   前記光減衰器で減衰された光を互いに異なるＬＰモードとして前記数モード光ファイバに入力するモード合分波器、
   前記数モード光ファイバから出力した光を受光する受光器、及び
   試験パルス光の時間差を発生させる時間差生成手段、
   を備える前記損失測定システムの測定系と接続され、
   前記受光器が受光した光の光強度が入力され、前記パワーカプラで分岐された光に光強度差を発生させる減衰量を前記光減衰器に設定する機能を有しており、
   前記測定系に、前記光源から前記連続光を出力させ、前記連続光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する測定光について前記光強度差をつけて前記数モード光ファイバに伝搬させ、前記数モード光ファイバを伝搬後の前記測定光の光強度を全てのＬＰモードについて一括して前記受光器に測定させる光強度測定を、前記光強度差を変えて、前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上の回数だけ実施させ、
   任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて、前記測定系に、再度前記光強度測定を前記回数だけ実施させ、
   前記数モード光ファイバの切断前後の前記測定光の光強度から前記数モード光ファイバの前記光強度差毎の損失測定値を算出し、
   前記測定系に、前記光源から前記パルス光を出力させ、同一の前記パルス光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する前記試験パルス光について前記光強度差及び時間差をつけて前記試験パルス光を前記数モード光ファイバに伝搬させ、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバを伝搬後の前記試験パルス光についてＬＰモード毎に積算光強度を測定させ、ＬＰモード毎の前記積算光強度の比をモード励振比とするモード励振比測定を、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて実施させ、
   前記損失測定値が前記モード励振比を係数とした各ＬＰモードの伝送損失の線形和であるとした、前記光強度差の種類の数の方程式からＬＰモード毎の伝送損失を計算する
   ことを特徴とする損失測定制御装置。
5. 伝送可能なＬＰモード数が２以上の数モード光ファイバについてＬＰモード毎の伝送損失を測定する損失測定方法であって、
   連続光又はパルス光を出力する光源、
   前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上に前記光源からの光を分岐するパワーカプラ、
   前記パワーカプラで分岐された光の光強度を減衰する光減衰器、
   前記光減衰器で減衰された光を互いに異なるＬＰモードとして前記数モード光ファイバに入力するモード合分波器、
   前記数モード光ファイバから出力した光を受光する受光器、及び
   試験パルス光の時間差を発生させる時間差生成手段、
   を備える測定系と、
   前記受光器が受光した光の光強度が入力され、前記パワーカプラで分岐された光に光強度差を発生させる減衰量を前記光減衰器に設定する損失測定制御装置と、
   を有する損失測定システムを用い、
   前記損失測定制御装置が、
   前記測定系に、前記光源から前記連続光を出力させ、前記連続光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する測定光について前記光強度差をつけて前記数モード光ファイバに伝搬させ、前記数モード光ファイバを伝搬後の前記測定光の光強度を全てのＬＰモードについて一括して前記受光器に測定させる光強度測定を、前記光強度差を変えて、前記数モード光ファイバを伝送可能なＬＰモード数以上の回数だけ実施させ、
   任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて、前記測定系に、再度前記光強度測定を前記回数だけ実施させ、
   前記数モード光ファイバの切断前後の前記測定光の光強度から前記数モード光ファイバの前記光強度差毎の損失測定値を算出し、
   前記測定系に、前記光源から前記パルス光を出力させ、同一の前記パルス光から発生させた、前記数モード光ファイバを互いに異なるＬＰモードで伝搬する前記試験パルス光について前記光強度差及び時間差をつけて前記試験パルス光を前記数モード光ファイバに伝搬させ、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバを伝搬後の前記試験パルス光についてＬＰモード毎に積算光強度を測定させ、ＬＰモード毎の前記積算光強度の比をモード励振比とするモード励振比測定を、任意の位置で切断された前記数モード光ファイバについて実施させ、
   前記損失測定値が前記モード励振比を係数とした各ＬＰモードの伝送損失の線形和であるとした、前記光強度差の種類の数の方程式からＬＰモード毎の伝送損失を計算する
   ことを特徴とする損失測定方法。
6. コンピュータに、請求項４に記載の損失測定制御装置として機能させるためのプログラム。

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