JPH0682086B2 - モ−ド結合評価装置 - Google Patents

モ−ド結合評価装置

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JPH0682086B2
JPH0682086B2 JP6587487A JP6587487A JPH0682086B2 JP H0682086 B2 JPH0682086 B2 JP H0682086B2 JP 6587487 A JP6587487 A JP 6587487A JP 6587487 A JP6587487 A JP 6587487A JP H0682086 B2 JPH0682086 B2 JP H0682086B2
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信 坪川
恒人 東
恵之 青海
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    • 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
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/33Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face
    • G01M11/331Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face by using interferometer

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、光の伝送路において2つの伝搬モード間の
結合の位置およびその度合を高分解能で測定することの
できるモード結合評価装置に関するものである。
(従来の技術) 従来、伝送路における伝搬モード間の電力結合を評価す
る装置として伝送路の終端で伝搬信号の強度を評価する
ようにしたものがある。しかしこの従来の装置では電力
結合の両が伝送路の長さで積分されてしまうので、伝送
路の長手方向の依存性は得られず電力結合を適切に評価
することができなかった。
また、他の従来例として、長手方向の依存性を求めるた
めに光パルスを伝送路へ入射し、伝送路中において生じ
る逆方向に伝搬する後方散乱光からモード結合を評価す
るようにしたものがある(M,Nakazawa etal,“Measure
ments of polarization mode couplings along p
olarization−maintaining Singl−mode optical fi
bers",J.Opt.Soc.Am.A,vol−1,pp285−292,1984)。
しかし、この後方散乱光を用いるようにしたものでは、
まず後方散乱光の強度が入射光の強度に対して30〜40dB
低下してしまう。このため入射光の強度を必然的に上げ
る必要が生じる。また入射光として光パルスを用いるた
め長手方向の分解能がパルス幅程度となり、代表的な数
値例としてパルス幅が1μsでは約100mとなってしま
う。
またパルス高(強度)は、光検出器の受光感度限界から
数kW程度が必要とされ、被測定対象となる光ファイバも
消光比が20dB/km程度以下に限定されて、モード結合の
度合に対するダイナミックレンジが狭くなってしまう。
さらに、光パルスの強度が数kW以上になると、逆に伝送
路中において誘導ラマン散乱やブリルアン散乱が誘起さ
れて、これらの散乱光が雑音として検出される。このた
めその補正が必要になる。
(発明が解決しようとする問題点) 伝送路の終端で伝搬信号の強度を評価するようにした従
来例では、伝送路の長手方向の依存性は得られず、モー
ド結合を高分解能で適切に評価することができないとい
う問題点があった。
また、入射光として光パルスを使用し、その後方散乱光
からモード結合を評価するようにした従来例では、後方
散乱光の強度が低下してしまうので入射光の強度を数kW
以上に上げる必要があり、距離分解能も低く、さらには
モード結合の度合に対するダイナミックレンジが狭いと
いう問題点があった。
この発明は上記事情に基づいてなされたもので、モード
結合度合の長手方向の分布を定量的に高分解能で測定す
ることができ、またモード結合の度合に対するダイナミ
ックレンジを大きくとることのできるモード結合評価装
置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明は上記問題点を解決するために、可干渉性を有
する光を出射する光源と、該光源から出射された光を2
つの伝搬モードを有する比測定伝送路における当該2つ
の伝搬モードのうち何れか一方の伝搬モードに入射させ
る手段と、前記被測定伝送路から出射される2つの伝搬
モード成分を有する光を当該2つの伝搬モードに分離さ
せる分離手段と、該分離手段で分離された両光の間に所
要の光路長差を可変設定する光路長可変手段と、該光路
長可変手段で所要の光路長差に設定された各光路を伝送
された両光を干渉させる合波手段と、該合波手段で合波
された干渉光を光電変換し該干渉光の振幅を前記光路長
差の関数として検出する手段とを有することを要旨とす
る。
(作用) 光源から出射される可干渉性を有する光が、2つの伝搬
モードを有する被測定伝送路に一方の伝搬モードとして
入射される。入射された光の一部が被測定伝送路中にお
いてモード変換を受け、当該被測定伝送路から2つの伝
搬モード成分を有する光が出射される。分離手段により
被測定伝送路からの出射光が2つ伝搬モード成分に分離
され、分離された両光の間に所要の光路長差を有するよ
うに可変設定された後、各光路を伝送された両光が合波
され、両光間の干渉信号の振幅が前記光路長差の関数と
して検出される。
このように被測定伝送路を透過した光が用いられて、両
伝播モード成分による干渉信号が検出され、モード結合
の度合が両伝播モード間の群遅延時間差により時間的に
分離して検出される。
而してモード結合度合の長手方向の分布が定量的に光分
解能で測定され、モード結合の度合に対するダイナミッ
クレンジが拡大される。
(実施例) まず第1図を用いてこの発明の実施例を概念的に説明す
る。
第1図中、1は可干渉性を有する光波を出射する光源、
2は2つの伝搬モードを有する被測定伝送路であり、図
では模式的に2つの伝搬モードが分離して記載されてい
る。3は光路長可変手段としての光路長可変装置、4は
被測定伝送路2中を2つの伝搬モードで伝搬してきた光
の合波光を光電検出するための光検出器である。
そして、光源1から出射された可干渉性を有する光波
が、被測定伝送路2中へ入射してモード1として伝搬さ
れる。
いま、被測定伝送路2の距離をN分割し、距離Ziの位置
における両モード間の結合係数をhiとすると、光検出器
4で検出される時間平均光強度Iは次式のように書き表
わすことができる。
ここで、jは を表わし、ψ11およびψ12は、それぞれモード1のまま
変換なしに伝搬した電場およびモード1からモード2へ
変換された電場を表わし、Reはその実部を表わしてい
る。β、βはモード1およびモード2における伝播
定数、ωは光の角周波数、Cは光速、Lは被測定伝送路
の長さ、ΔLは光路長可変装置3で与えられた光路差で
ある。
またA(ω)は、光源1の振幅スペクトルであり、光源
1の発振パワースペクトルS(ω)とS(ω)=A
(ω)・A(ω)の関係になる。
S(ω)を一般的な近似として、中心角周波数ω、ス
ペクトル幅Δωのガウス分布形 と仮定すると、前記(1)式中の干渉項の振幅は次式の
ように計算される。
(dβ1/dω)、(dβ2/dω)はω=ωにおける
伝搬定数の微係数を表わしている。
上記の(5)、(6)式より、干渉信号の振幅はRi=0
において最大値をとる。即ち、位置Ziにおいて電力結合
が生じた光路に対しては、 ΔL=−{(dβ1/dω)−(dβ2/dω)}C……
(7) を満足する場合に干渉強度が最大となる。
この場合、位置Ziに対する干渉強度が最大値の1/eにな
る位置Ziの半幅ΔZ(光源1の可干渉距離)は、
(5)、(6)式より、 で与えられる。これより、位置Zに対する分解能はΔZ
程度として扱うことができる。このΔZは光源1の可干
渉時間 と、両モード間の群速度差 ΔVg={(dβ1/dω)−(dβ2/dω)-1 の積であり、Tc時間に生じる両モード間の伝搬距離差と
して解釈できる。
次に結合係数hiの値を規格化するために光ファイバ出射
光のうち入射端で励振された伝搬モードと同一のモード
成分を空間的に2分割し、一方の光束が光路長可変装置
3を経て両光束が合波した場合を扱う。この場合、得ら
れる干渉信号の振幅は前記(5)式と同様に と表わされ、(5)式と(10)式との比は、 と計算できる。これより、ΔZ当りのモード結合につい
て考えると、 となり、結合係数hiは hi=(/2/{2+(/}……(13) (1/4)・(/ ……(14) (hi≪1のとき) と与えられる。
さらに、伝搬モード間の消光比ηは、伝送路長Lについ
て、結合係数を積分した値 で定義されるため、(14)式より消光比ηは近似的に ここにN=L/ΔZ と計算できる。
次いでこの発明の一実施例を第2図および第3図に基づ
いて説明する。
なお第2図において前記第1図における機器等と同一な
いし均等のものは、前記と同一符号を以って示し、重複
した説明を省略する。
まず、モード結合評価装置の構成を説明すると、第2図
中、5は偏光子、6はモード結合を測定するための2つ
の伝搬モードを有する複屈折性の被測定光ファイバ(被
測定伝送路)であり、偏光子5により被測定光ファイバ
6への入射光が、その複屈折軸に一致した直線偏光にさ
れる。而してこの偏光子5により、光源1から出射され
た光を被測定光ファイバ6の2つの伝搬モードのうち一
方の伝搬モードに入射させる手段が構成されている。
7はロション(Rochon)プリズムと同等な作用を有する
プリズムで、直交した2つの伝搬モード成分を空間的に
分離するものであり、このプリズムにより被測定光ファ
イバ6から出射される2つの伝搬モード成分を有する光
束を当該2つの伝搬モードに分離する手段が構成されて
いる。8は周波数偏移装置であり、前記プリズム7で分
割された2光束間に一定の周波数差を与え、干渉信号の
光へテロダイン検出を実現するためのものである。周波
数偏位装置8の代表的なものとしては音響光学変調器が
あり、超音波と光の相互作用により光の周波数に偏移が
与えられる。
9a、9b、9cは反射鏡、10は合波手段としての半透鏡、11
は検光子であり、検光子11は直交偏向された2光束を合
成する作用を有している。12は周波数偏移装置8で与え
られた偏移周波数成分を抽出する中間周波数フィルタ、
13は増幅器、14は波形記憶装置であり、光検出器4、中
間周波数フィルタ12、増幅器13および波形記憶装置14に
より干渉光の振幅を光路長差の関係として検出する手段
が構成されている。
また、光路長可変装置3としては、例えば第3図に示す
ような可動反射鏡15および2個の固定反射鏡16で構成さ
れたものが用いられている。
次に作用を説明する。
光源1から出射された可干渉性を有する光は、偏光子5
を透過して被測定光ファイバ6にその一方の複屈折軸に
一致した偏光で入射し、H▲Ex 11▼あるいはH▲Ey 11
▼モードとして伝搬される。以下、この実施例ではH▲
y 11▼モードか励振された場合について述べる。
励振されたH▲Ey 11▼と、被測定光ファイバ6中で生
じたH▲Ex 11▼モードとが、プリズム7により空間的
に分離され、分離された一方の光束は周波数偏移装置8
により一定角周波数Δωbだけ周波数偏移が与えられ、
反射鏡9aで反射されて半透鏡10に入射される。また、他
方の光束は光路長可変装置3を経由して半透鏡10に入射
される。そして分割されて互いに直交した2光束は、半
透鏡10により合波され、検光子11により同一偏光として
抽出され、光検出器4により光電検出される。
このとき、被測定光ファイバ6中において生じるH▲E
x 11▼モードとH▲Ey 11▼モードとの電力結合の度合い
により前記第1図を用いて説明したように被測定光ファ
イバ6上の位置Zに対応した干渉強度を得ることができ
る。ただし、この実施例では干渉する2光束間に一定の
角周波数差Δωb(Δωb≪Δω)が与えられているた
め、前記(11)式は次のように書ける。
即ち、干渉信号の角周波数Δωb成分が中間周波数フィ
ルタ12で検出され、その振幅値が位置Zにおけるモード
結合に関連づけられる。
次に第4図の(A)〜(D)には、上述の第2図の測定
系に基づいた測定結果の具体例を示す。
被測定光ファイバ6は、全長100m、使用した光源1のス
ペクトル幅は約500GHzである。
第4図の(A)〜(C)は、前記(17)式で表わされる
干渉信号の振幅であり、横軸が前記第3図に示した光路
長可変装置で与えられた空間における光路長差ΔLであ
て8.19mm/divである。また縦軸は干渉信号の振幅でリニ
アスケールである。
まず第4図の(A)は、被測定光ファイバ6の出射光の
うち励起されたモードと同一の伝搬モードをプリズム7
により空間的に2分割した場合に光検出器4で検出され
る干渉信号の振幅のΔL依存性である。これは、第2図
においてプリズム7の主軸を所定位置より回転させるこ
とにより実現でき、このとき他方の伝搬モードの影響は
無視できる。
第4図の(B)は、被測定光ファイバ6を出射した光を
プリズム7により直交した伝搬モードに2分割した場合
に得られる干渉信号の振幅のΔL依存性である。左右両
端に見える2つのピークは偏光子5およびプリズム7の
角度設定の誤差により生じるものであり、被測定光ファ
イバ6の両端位置に相当する。図の例では両ピーク間は
空間における光路長差が39mmであり、これを光束で割る
と2つの伝搬モード間の群遅延差Tp130psが得られる。
これが被測定光ファイバ6の長さL=100mに相当する。
この測定における距離分解能は、前記(8)式で与えら
れ、実測値Tc(0.67ps)および群速度差ΔVg(L/T
p)よりΔZは約0.5mとなる。
第4図の(C)、(D)は、前記第4図の(A)と同じ
条件において、被測定光ファイバ6の入射端から36mお
よび37mの位置において、被測定光ファイバ6に側圧を
与えてモード結合を生じさせたときの光路長差に対する
ビート振幅を示している。第4図の(C)の中央部に側
圧印加部を示す2つのピークが確認できる。第4図の
(D)は、この2つのピーク部分の横軸拡大図である。
第4図の(D)の縦軸は第4図の(A)に比べて18倍に
拡大されており、第4図の(D)と(A)におけるピー
クの高さの比は約0.1であった。ピークの高さの比は(1
1)式で与えられる量に相当するため側圧印加により生
じるモード結合係数hとして(14)式より約2.5×10-3
が得られた。
[発明の効果] 以上説明したように、この発明の構成によれば、被測定
伝送路へ励振された一方の伝搬モード光とその被測定伝
送路中でモード結合により生じた他方の伝搬モード光に
よる干渉信号の振幅が光路長可変手段で両伝搬モード光
の間に設定された光路長差の関数として検出され、この
ように被測定伝送路を透過した光を用いて両伝搬モード
成分による干渉信号の振幅が検出され、モード結合の度
合が両伝播モード間の群遅延時間差により時間的に分離
して検出されるので、モード結合度合の長手方向分布が
定量的に高分解能で測定され、モード結合の度合に対す
るダイナミックレンジが拡大されるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明に係るモード結合評価装置を概念的に
説明するための構成図、第2図はこの発明の一実施例を
示すブロック図、第3図は同上実施例に適用される光路
長可変装置の一例を示す構成図、第4図は同上実施例で
得た光路長差に対するビート振幅の測定値例を示す図で
ある。 1:光源、3:光路長可変装置、 4:光検出器、5:偏光子、 6:被測定光ファイバ(被測定伝送路)、 7:プリズム(分離手段)、 8:周波数偏移装置、 10:半透鏡(合波手段)、11:検光子、 12:中間周波数フィルタ、 14:波形記憶装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可干渉性を有する光を出射する光源と、該
    光源から出射された光を2つの伝搬モードを有する被測
    定伝送路における当該2つの伝搬モードのうち何れか一
    方の伝搬モードに入射させる手段と、前記被測定伝送路
    から出射される2つの伝搬モード成分を有する光を当該
    2つの伝搬モードに分離させる分離手段と、該分離手段
    で分離された両光の間に所要の光路長差を可変設定する
    光路長可変手段と、該光路長可変手段で所要の光路長差
    に設定された各光路を伝送された両光を干渉させる合波
    手段と、該合波手段で合波された干渉光を光電変換し該
    干渉光の振幅を前記光路長差の関数として検出する手段
    とを有することを特徴とするモード結合評価装置。
JP6587487A 1987-03-23 1987-03-23 モ−ド結合評価装置 Expired - Lifetime JPH0682086B2 (ja)

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JPS63234130A JPS63234130A (ja) 1988-09-29
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JP6132332B2 (ja) * 2013-02-06 2017-05-24 国立大学法人東北大学 マルチモード光ファイバ用モード結合測定装置
JP6785711B2 (ja) * 2017-04-20 2020-11-18 Kddi株式会社 光学部材の評価装置

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