JPH0334017B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 分 野 本発明は光学的フアイバーの特性づけ方法に関
し、且つ、より特別には、高度複屈折単一モード
光学的フアイバーの偏光ビート長を測定する方法
及び機器に関係する。

光学的フアイバーは２直交軸（フアイバーの複
屈折軸）に沿う反射率差による複屈折を表わすこ
とが知られている。この差は完全に円形のフアイ
バーを製造することが実際上不可能なこと及び製
造工程によつて生ずる不完全さの両者より発生す
る。

複屈折はフアイバーに沿う放射伝播の偏光の状
態中に変化を生ぜしめる。かかる現象はよく画定
された周期性によつて特性づけられる。偏光の同
一状態を提供する伝播する放射が存在するフアイ
バーの２連続点間の距離はビート長と称せられ、
且つ、該２複屈折軸に沿つて、該放射に関連した
電界の２成分間の位相φ_x、_yの差が2πの値を有す
る点における距離である。

知られているように、かかる位相差は下記の関
係に従う２軸に沿う該反射率間の差によるもので
ある。

φ_x、_y＝Lπ／λ（n_x−n_y）Ｚ (1) ここでλは放射波長であり、Ｚはフアイバー内
におおわれる距離であり、且つ、n_x、n_yは該２反
射率である。

偏光保持はセンサーとして単一光学的フアイバ
ーを用いる場合の基本である。高度複屈折フアイ
バーはこれらの応用中に用いられ、該フアイバー
は製造中に複屈折を課することにより得られる：
強い異方性は非円形コア形状及び／または該コア
それ自身に含まれた永久的機会ストレスから得ら
れる。かかるフアイバーは数ミリメータ程度のビ
ート長を有する。ビート長に関する正確な知識
は、かかる応用に使用されるフアイバーの長さを
正確に寸法決めする上にとつて必要欠くべからざ
るものである。

従来技術 高度複屈折光学的フアイバー中の偏光ビート長
を測定する種々の方法が知られている。例えば、
1985年12月15日の応用光学（アプライドオプテイ
クス：Applied Optics）の第24巻、第24巻の
4387頁及び続頁に、ケー・タカダ（K.Takada）、
ジエイ．ノダ（J.Noda）及びアール．ウルリツ
チ（R.Ulrich）による“周期的側面力による高度
複屈折フアイバーの形態複屈折の精密測定”の記
事は横断方向の力が該フアイバーに対して、複屈
折軸の１個に従つて加えられ、かかる力は拡声器
による可聴周波数で変調され、力を加える点及び
変調する手段はフアイバーに沿つて転位され、且
つ、フアイバーへ射出された放射強度の、２複屈
折軸に沿う成分間の比が測定される。ビート長は
かかる比が同一の値を回復する後の長さである。

この方法は数多くの不利益点を呈する。

−測定条件は基本モード１のみが励振され、且
つ、２モードの結合係数が非常に小さいこと；
かかる係数に比例し測定される信号であつて、
たとえ低強度のノイズですらも測定精密に厳し
く影響する； −フアイバー複屈折軸は、何が測定時間を長くす
るか、前以つて識別されるものであること； −フアイバーに沿つて変位出来る同一装置中に
て、変更の状態を偏向する力を加える手段、及
び、測定器用参照を発生するための、かかる力
を周期的に変調する手段の存在は力の強度及び
方向を正確にコントロールすることを困難に
し、且つ、また測定精密に対しても有害であ
る。

該不利益は本発明の方法及び機器によつて克服
される、即ち；輻射測定解析の代りに干渉計的偏
光解析をなし、従つて低信号レベルによる問題を
提供せず；一定である力、従つて方向及び強度の
コントロールが容易である力を加え；フアイバー
に複屈折軸の前以つての決定を必要としない。

本発明の概要及び目的 本発明は高度複屈折単一モードフアイバー中の
ビート長を測定する方法を提供し、該フアイバー
中へ偏光された放射が射出され、該フアイバー軸
に対して垂直にフアイバーへ力が加えられ、その
力の加わる点は該フアイバーに沿つて変位され、
且つ、最後にビート値が該フアイバーから出て行
く信号の測定で得られる。本方法は一定強度の力
がフアイバーへ加えられ、且つ、その出力信号の
偏光は干渉計的技術によつて解析され、ビート長
はフアイバーへ射出された放射に関連される電界
の２複屈折軸に沿う成分の振巾間の比（Ｒ（Ｚ））
の値及び該２成分間の相対位相（φ_x、_y（Ｚ））の
値から、力の加わる点の函数として得られる特徴
を有する：ビート長は前記振巾比対力の加わる点
の変位を表現する函数の周期と該相対位相がめい
めい2πだけ変る２点間の距離によつて表現され
る。

本発明による機器は偏光放射源と、力をフアイ
バーに与え、且つ、該力の加わる点をフアイバー
軸に沿つて変位させる、応力を加える手段、及
び、フアイバー出力信号を解析するための手段を
含み、且つ、該応力を加える手段はフアイバーに
一定の力を加え、且つ、該出力信号を解析する手
段はフアイバーへ射出された放射に関連した電界
の成分の振巾間の比と該２成分の相対位置の両者
から、ビート長の値を得るに適した計算手段に関
連した干渉計的ポラリメータを含むことを特徴と
する。

本発明を添付された図面を参照して説明する。

実施例 第１図中で、本装置は純単色光源１、即ち、半
導体レーザーを含む。レンズ３，４による配列の
適当な光学系によつて、射出された放射は平行光
束化され、且つ、テスト下におけるフアイバー２
の入力面に焦点合せされる。前述のフアイバーは
高度複屈折（即ち偏光保持）単一モードフアイバ
ー、即ち、短ビート長（数ミリメーター）を有す
るフアイバーである。測定に用いられるフアイバ
ー長は２モード間の伝播が光源コヒーレント時間
より少いものであらねばならない。

ローラー５で示される機械的な応力を加える装
置は、フアイバー軸に沿う直線的サイズがビート
長（即ち、1/100のオーダを有する）に比して非
常に小さい、フアイバー領域に、一定なる力を加
え、且つ、フアイバー軸に沿つて、力を加える点
を変位させる。このシステムを第２図を参照して
詳述する。

フアイバー２よりの外方に出て行く光は、レン
ズ６で示される適当なる光学系を通り、ポラリメ
ータ７へ送られ、該ポラリメータ７はフアイバー
へ射出された放射に関連する電界の、２複屈折軸
に沿つて、２成分の振巾E_x、E_y間の比Ｒ及び位
相差φの値を供給する。ポラリメータ７は、
IOOC−ECOC85、ベニス（venice）、1985年10
月14日で提供された“リアルタイムフアイバーポ
ラリメトリ（polarimetry）用の高速ヘテロダイ
ン干渉計”と題した紙面中に、アール・カルバニ
（R.Calvani）、アール・カポニ（R.Caponi）、エ
フ・シスターニノ（F.Cisternino）によつて記述
されているタイプの干渉計的ポラリメータであ
る。

計算装置８は、後に説明されるが、振巾比及び
相対位相差の両者から、ビート長L_Bの値を得る。

第２図中に、フアイバーに力を加え、且つ、該
力の加わる点を変位させる手段の可能なる１実施
例を示す。

ペースプレート９はフアイバー２を格納し、且
つ、フアイバー突端の約半分程の深さを有するＶ
字形成された溝を含む。

フアイバー軸に対して垂直な水平軸を有するロ
ーラー１１はフアイバー２上を転がる。ローラー
１１はフレーム１３上に枢軸されたレバー１２に
よつて運ばれ、ベース９と一体のプレート１５に
よつて運ばれるマイクロメータスクリユー１４の
命令でコントロールされる態様で、ベースプレー
ト９に沿い、ステツプ バイ ステツプで変位さ
れる。図面上、簡略化のために、フレーム１３の
直線的変位のコントロールを許容する手段は示さ
れていない。

レバー１２はフアイバー２の変形及び、従つ
て、その複屈折変化を生ずる原因となる所定の重
量１７を搭載するための手段、ピン１６を具備す
る。カム部材２０はフアイバ２の挿入のために、
たとえ負荷されている場合にも、レバー１２を持
ち上げることを許容する。

レバー１２の枢軸、ローラ１１の軸及びピン１
６の相対的位置はフアイバー上のローラー１１に
よつて加えられた力がレバーへ加えられた重量の
倍数、即ち、３倍であるように有用に選ばれる。
このようにして、フアイバー変形、及び従つて複
屈折変化の希望された等級が著しい重量を用いる
ことなしに得ることが出来る。

ローラー直径は、該変形がフアイバー軸に沿う
フアイバー２の領域がビート長に比較して無視し
得るサイズに影響を及ぼすように選ばれる；即
ち、もし、仮にローラーの直径が１cmであるとす
ると、輪郭的変形として、その主軸が約40μｍの
ものが得られ、従つて実質的にビート長（数ミリ
メータ）に関して無視し得る。かかるサイズは２
連続測定点間の最小距離を決定するので、本発明
が非常に高い分解能を供給するこが明かである。

前述の装置の動作は何を先行させるかによつて
直接、推断される。該フレームは初めにその走行
の一端へ動かされる、即ち、本図では左端へであ
る。そして、所定の重量がピン１６に設置され、
且つ、該フレームはフアイバーに沿つて前述の等
級の程度のステツプだけ前進する。おのおののス
テツプにおいてポラリメータ７によつて供給され
た位相差φの値及び電界成分E_x、E_yの振巾間の
比Ｒの値は計算装置８に記憶される。横座標Ｚの
与えられたフアイバー点において、２成分間の位
相差Ｋの結果となる複屈折効果をフアイバー中に
生ずる力に関し、Ｒ及びφの値は次の関係で与え
られる。

Ｒ（Ｚ）＝１−sinK sinδβZ／１＋sinK sinδβZ (2) φ（Ｚ）＝arctg（cosK tgδβZ）＋δβ（Ｌ−Ｚ）(3) ここで Ｌ＝フアイバー長 δ＝2π（n_x−n_y） Ｋ＝π／２の特別の場合には、上記の関係は下記
になる Ｒ（Ｚ）＝１−sinδβZ／１＋sinδβZ (4) φ（Ｚ）＝δβ（Ｌ−Ｚ） (5) フアイバー上のローラー１１の走行の端におい
て、計算機系８はL_Bの値を計算出来、該値はＲ
の周期で与えられ、且つ、φのφ（Z1）、φ（Z2）
の値がφ（Z1）−φ（Z2）＝2πなるような横座標Z1、
Z2の２点間の距離によつて、めいめい与えられ
る。もし仮に横断ストレスに呈されるフアイバー
長が数センチメータの程度を有するならば（且
つ、ミリメータの程度の長さL_B）、それはビート
長の高次数を含み、且つ、計算機系８で与えられ
るL_Bの値は測定値の平均となるだろう。これは
フアイバークラツデイング中の可能なる局部的不
均一性の補償を許容する。

測定器及び機械的欠陥の可能なる対称的誤差を
もまた補償することを、もし希望するならば、該
測定は右より左へ、あるいは異つた重量で、繰り
返され、且つ、得られた値間の平均値が再び計算
されるだろう。

第３図はＫ＝π／２の特別な場合のＲ及びφを
示す。

該位相へ影響するノイズは該界振巾に影響を与
えず、且つ、この逆も成立するので、位相と振巾
のような２個の異つた量からL_Bを得ることはよ
り大きいノイズの免除を確実にする；その上に加
えて、干渉計的ポラリメータは高度に精密な測定
器である。応力を与える装置に関し説明される構
成は加えられた力の強さ、及び方向の両者の簡単
にして、且つ、正確なコントロールを確実にす
る：事実、溝１０の正確な構造は該溝の端と該フ
アイバー軸との間の平面化を確実にし、従つてロ
ーラーの変位をコントロールする手段は力を軸に
対して正確に垂直であるように許容する。

その上、さらに、該力は該フアイバーの複屈折
軸に従つて備えられていることを必要とせず、従
つて前記軸の前の検知はまた不必要である。最後
に、該界の干渉計的測定及び該強さに関しない測
定は上述の書面中の該ポラリメータに関して説明
された利点のすべてを提供する。

変化及び変更は本発明のスコープから逸脱する
ことなしに可能であることは明白である。フレー
ム１３が希望される測定ステツプに対応する変位
を生ずるように、計算機系８によつて制御される
モーターによる駆動が可能であるので、より特別
には本機器は容易に自動化される。

最後にリアルタイムビート長測定を許容する解
決が考えられ得る。この解決は第４図に示されて
おり：機械系５（そしてより特別にはフレーム１
３、第２図）は傾斜発生器１８によつて発生さ
れ、低速上昇及び高速衰退を有する、直線的傾斜
周期信号によりコントロールされた往復運動モー
ターに結合されている。

フレーム１３は波形の上昇時間には、ゆつくり
と前方向へ動き、一方においては、衰退時には、
出発位置にすばやく戻る。その上、フレーム１３
の前方向ストロークは加えられた信号の周期内の
測定の繰り返しを許容するためにビート長よりも
大きくされている。

出力Ｒ、即ち、ポラリメータ７に接続されたチ
ヤネルｙ及び傾斜発生器に接続されたチヤネルｘ
を有するｘ−ｙモードの状態で動作するオシロス
コープ１９の使用が第３図に示され、波形Ｒ（Ｚ）
とφ（Ｚ）及び長さvL_Bの画定のリアルタイム観
察が適当な較正でなされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定装置の図解的説明である。第２図
は力をフアイバーに加え、且つ、力を加えている
点を変位させる手段の可能なる１例の斜視図であ
る。第３図は振巾比及び２電界成分間の位相差対
力を加えている点の変位を示す。第４図は装置の
１変形の部分図である。 １……純単色光源、２……フアイバー、３，４
……レンズ、５……ローラー、７……ポラリメー
タ、８……計算機系、９……ベースプレート、１
０……溝、１２……レバー、１３……フレーム、
１４……マイクロスクリユー、１５……プレー
ト、１６……ピン、１８……傾斜発生器、１９…
…オシロスコープ、２０……カム部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高度複屈折単一モード光学的フアイバーの偏
   光ビート長を測定する方法であつて、偏光された
   放射が該フアイバー内へ送られ、フアイバー軸に
   垂直な力がフアイバーの偏光状態を変化するよう
   に、該フアイバーへ加えられ、その力が加わる点
   は該フアイバー軸に沿つて変位され、且つ、該ビ
   ート長が該フアイバーから出て行く信号の解析よ
   り得られる該方法において、一定強度の力が該フ
   アイバーへ加えられ、該出力信号の偏光が干渉計
   的技術によつて解析され、且つ、該ビート長が力
   の加わる点の変化するにつれて、フアイバーへ射
   出された放射に関連した電界の該２複屈折軸に沿
   う成分の値間の比（Ｒ（Ｚ））の値及び前記２成分
   間の相対位相（φ（Ｚ））の値より得られ、該長さ
   は、各々、前記振巾比対力が加わる点の変位を表
   わす函数の周期及び前記相対位相が2πだけ変る
   ２点間の距離で提供されることを特徴とする前記
   高度複屈折単一モード光学的フアイバーの偏光ビ
   ート長を測定する方法。 ２ 高度複屈折単一モード光学的フアイバー２の
   偏光ビート長を測定する装置であつて、偏光放射
   源１と、該フアイバーへ該放射を結合する光学系
   ３，４と、フアイバー２の軸に対して垂直な力を
   与え且つ該フアイバー軸に沿つて力の加わる点を
   変位させるための手段５、及びフアイバー２より
   出て行く信号からビート長値を得るための測定手
   段７及び計算手段８を含む該装置において、力を
   与える手段５は一定強度の力を与えるように配置
   され、且つ、該測定手段７は該フアイバーへ射出
   された放射に関連した電界の該２フアイバー複屈
   折軸に沿う成分の振巾間の比の値とこれらの成分
   の相対位相の値を供給する干渉計的ポラリメータ
   ７を含み、該計算手段８は前記比対該力を与える
   手段５の変位を表わす函数の周期及び該相対位相
   が2πだけ異る２点間の距離として、おのおの、
   該ビート長を得ることを特徴とする前記高度複屈
   折単一モード光学的フアイバーの偏光ビート長の
   測定装置。 ３ 該フアイバーへ力を与える手段５は、フアイ
   バー軸に対して垂直な水平軸を有し、レバー１２
   に搭載され、且つ、該軸周辺を回転し得るローラ
   ー１１を含み、該ローラーは、コントロールされ
   た状態で変位出来るフレーム１３上に枢軸された
   レバー１２によつて運ばれる重量１７により、フ
   アイバーと接触状態を維持することを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ フレーム１３のコントロールされた変位が該
   計算手段８に従属したモータで得られ、且つ、フ
   アイバーに沿つてフレームのステツプ バイ ス
   テツプ状の変位を生ぜしめることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の装置。 ５ フレーム１３のコントロールされた変位は低
   速上昇、高速衰退直線傾斜の周期信号発生器１８
   によつてコントロールされた往復運動モータによ
   つて、得られ、該フレームは該傾斜上昇時間の間
   に出発位置から移動し、且つ、傾斜衰退の間に該
   位置へ戻ることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の装置。 ６ ｘ−ｙモードで動作するオシロスコープ１９
   を含み、そのｘ軸及びｙ軸のおのおのに、該傾斜
   信号及び該ポラリメータ７から出て行く信号が加
   えられることを特徴とする特許請求の範囲第５項
   記載の装置。