JP5227152B2 - 光ファイバのシングルモード伝送の確認方法、カットオフ波長の測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ通信網を構築する各種の光ファイバにおいて、ある波長以上の光をシングルモード伝送することが可能かどうかを判定する、もしくはカットオフ波長を測定評価する技術に関する。

光ファイバにおいて、シングルモード伝送が可能な波長領域（シングルモード波長域）は、一般にコア径や、コアとクラッド間の比屈折率差により決定される。シングルモード波長域では高次のモードがファイバ中を伝搬しないため、多モード分散による信号劣化が生じず、高速での信号伝送が可能となる。

従って、シングルモード波長域を規定するパラメータとしてのカットオフ波長、およびその測定評価方法は重要である。カットオフ波長には、理論カットオフ波長λｃと、実効カットオフ波長λｃｅとの２つがあり、理論カットオフ波長λｃ以上に長い波長では基本伝搬モードＬＰ０１だけしか存在しない。一方、実効カットオフ波長λｃｅ以上に長い波長であっても理論カットオフ波長λｃより短い波長であれば、光ファイバ中に１次の高次モードＬＰ１１が存在し得る。しかし上記の波長域ではＬＰ１１の曲げ損失が大きいため、ＬＰ１１モードの光パワーはほとんど光ファイバの終端には到達しないため、実効的にはＬＰ０１だけのシングルモード伝送が実現できる。従って、図１に示すように、実効カットオフ波長λｃｅは光ファイバ長依存性を持ち、ファイバ長を０に外挿したときのλｃｅの極限値が、理論カットオフ波長λｃに対応すると考えられる。

従来、実効カットオフ波長λｃｅの測定方法としては、曲げ損失法とマルチモード励振法とが知られている（非特許文献１）。

図２に示すように、曲げ損失法の測定系では、白色光源２０の光を分光器２１で分光し、分光された光を被測定ファイバ２３に入射し、その透過光（透過パワーの波長特性）を受光器２４で測定する。この方法では、シングルモードの被測定ファイバ２３に、小さな曲げ２３ａを与えた場合と与えない場合とで透過パワーの波長依存性をそれぞれ測定し、計算機２５において、それらの変化を解析することで、カットオフ波長を求めている。このように、曲げ損失法はシングルモードファイバの基本モードＬＰ０１と１次の高次モードＬＰ１１との曲げ損失の差を利用したものである。

また図３に示すように、マルチモード励振法では、白色光源２０の光を分光器２１で分光し、分光された光をマルチモード光ファイバ３０に入射し、その透過光（透過パワーの波長特性）を受光器２４で測定する。つぎに、マルチモード光ファイバ３０に被測定ファイバ２３を接続し、その透過光（透過パワーの波長特性）を受光器２４で測定する。そして、計算機２５では、取得した２つの測定における透過パワーの比の波長特性を求め、この波長特性が大きく変化した波長を被測定ファイバ２３のカットオフ波長として求めている。このように、マルチモード励振法は被測定ファイバの伝搬光強度が多モードからシングルモードに変化する波長領域で大きく変化することを利用している。

上杉直、大橋正治、「光ファイバパラメータの測定」、光測定器ガイド：全面改定版、オプトロニクス社、平成１６年、ｐ．１７６−１７７

近年では、ドーパント分布の工夫や空孔の付与によって、曲げ損失が非常に小さな光ファイバの研究開発が進められている。このような光ファイバでは１次の高次モードＬＰ１１の曲げ損失も小さいため、曲げ損失法によるカットオフ波長の測定は非常に困難である。また、マルチモード励振法もマルチモードファイバでのモードの励振状態や、マルチモードファイバと被測定ファイバとの接続状態によって誤差が生じやすいという問題がある。

さらに図２、３に示したように、従来方法では被測定ファイバに一定径（直径２８０ｍｍ）の曲げを与えることが望ましいため、ごく短尺な、接続用部品などとして用いられる光コード用のファイバなどを直接的に測定する方法としては適さない。

一方、現実的な対応方法としては、仮にカットオフ波長の具体的な値を各種の方法によって決定しなくても、仮にある波長λａで、対象の光ファイバがシングルモード動作していることを確認できれば、λａ以上の波長では、当該の光ファイバにおいてはシングルモード伝送が可能と見なすことができ、伝送信号波長の最短波長をλａ以上に設定すれば問題を回避できる。しかしながら、簡易な測定系を用いて、ある波長λａでシングルモード伝送がなされていることを確認する適切な方法はこれまで存在しなかった。

そこで、本発明は、前述した課題に鑑みて提案されたもので、極端に曲げ損失の小さな（もしくは大きな）光ファイバに対しても適用が可能であり、光ファイバ長を調整せずに、短尺な状態でのカットオフ波長を正確に評価する方法、あるいは特定の波長でシングルモード伝送がなされていることを、簡易に確認する方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シングルモード伝送の確認方法において、確認対象である下部側光ファイバに間隙量または軸ずれ量が可変な接続部を介して上部側の光ファイバを接続し、上部側光ファイバに光を入射させて、下部側光ファイバのシングルモード伝送の確認を行う光ファイバのシングルモード伝送の確認方法であって、上記下部側光ファイバに光電力Ｐ０の光を入射することと、上記接続部の間隙量または軸ずれ量を変化させながら下部側光ファイバの接続部近傍において漏洩する漏洩光の光電力Ｐ１を測定することと、上記下部側光ファイバの終端において透過光の光電力Ｐ３を測定することと、上記下部側光ファイバに入射する光の光電力Ｐ０および上記測定した透過光の光電力Ｐ３に基づいて接続損失Ｌを算出することと、下記（式１）の関係を満たす場合に、下部側光ファイバがシングルモード伝送であると判断することとを含むことを特徴とする。

（式１）において、ｋは受光効率を表す定数である

請求項２に記載の発明は、シングルモード伝送の確認方法において、確認対象である下部側光ファイバに間隙量または軸ずれ量が可変な接続部を介して上部側光ファイバを接続し、上部側光ファイバに光を入射させて、下部側光ファイバのシングルモード伝送の確認を行う光ファイバのシングルモード伝送の確認方法であって、上記接続部の間隙量または軸ずれ量を変化させながら下部側光ファイバの接続部近傍において漏洩する漏洩光の光電力Ｐ１を測定することと、上記変化させた間隙量Ｘまたは軸ずれ量に対する光電力Ｐ１の関係において、極値点が生じない場合に、シングルモード伝送であると判断することとを含むことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、シングルモード伝送の確認装置において、確認対象である下部側光ファイバに間隙量または軸ずれ量が可変な接続部を介して上部側光ファイバを接続し、上部側光ファイバに光を入射させて、下部側光ファイバのシングルモード伝送の確認を行う光ファイバのシングルモード伝送の確認装置であって、上記下部側光ファイバに光電力Ｐ０の光を入射する手段と、上記接続部の間隙量または軸ずれ量を変化させる手段と、下部側光ファイバと上部側光ファイバとの接続部の近傍において、円弧状の曲げであるマクロベンドまたは微少な曲げであるマイクロベンドを上記下部側光ファイバに与える手段によって上記接続部近傍において下部側光ファイバから漏洩させた漏洩光の光電力Ｐ１を測定する手段と、上記下部側光ファイバの終端において透過光の光電力Ｐ３を測定する手段と、上記下部側光ファイバに入射する光の光電力Ｐ０および上記測定した透過光の光電力Ｐ３に基づいて接続損失Ｌを算出する手段と、下記（式１）の関係を満たす場合に、下部側光ファイバがシングルモード伝送であると判断する手段とを備えることを特徴とする。

（式１）において、ｋは受光効率を表す定数である

請求項４に記載の発明は、シングルモード伝送の確認装置において、確認対象である下部側光ファイバに間隙量または軸ずれ量が可変な接続部を介して上部側光ファイバを接続し、上部側光ファイバに光を入射させて、下部側光ファイバのシングルモード伝送の確認を行う光ファイバのシングルモード伝送の確認装置であって、上記接続部の間隙量または軸ずれ量を変化させる手段と、下部側光ファイバと上部側光ファイバとの接続部の近傍において、円弧状の曲げであるマクロベンドまたは微少な曲げであるマイクロベンドを上記下部側光ファイバに与える手段によって上記接続部近傍において下部側光ファイバから漏洩させた漏洩光の光電力Ｐ１を測定する手段と、上記変化させた間隙量Ｘまたは軸ずれ量に対する光電力Ｐ１の関係において、極値点が生じない場合に、シングルモード伝送であると判断する手段とを備えることを特徴とする。

このように請求項１に記載の発明によれば、第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間隙量または軸ずれ量を変化させながら第１の光ファイバの接続部近傍において漏洩する漏洩光の光電力Ｐ１を測定し、第１の光ファイバ３の終端において接続損失Ｌを測定し、上記（式１）の関係を満たす場合に、第１の光ファイバ３がシングルモード伝送であると判断するようにしているので、極端に曲げ損失の小さな（もしくは大きな）光ファイバに対しても、シングルモード伝送がなされていることを、簡易に確認することができる。

このように請求項２に記載の発明によれば、第１の光ファイバと第２の光ファイバの間隙量または軸ずれ量を変化させながら第１の光ファイバの接続部近傍において漏洩する漏洩光の光電力Ｐ１を測定し、変化させた間隙量Ｘまたは軸ずれ量に対する光電力Ｐ１の関係において、極値点が生じない場合に、シングルモード伝送であると判断することとしているので、極端に曲げ損失の小さな（もしくは大きな）光ファイバに対しても、また光ファイバ長を調整せずに、シングルモード伝送がなされていることを、より簡易に確認することができる。

このように請求項３に記載の発明によれば、第１の光ファイバと第２の光ファイバとが所定の間隙量または軸ずれ量を有するよう設定した状態で、波長λを連続的に変化させながら、第２の光ファイバに光を入射し、波長λに対する漏洩光の光電力Ｐ１と入射光の光電力Ｐ１との差光電力（Ｐ１−Ｐ０）の関係が、所定のしきい値Ｓを超えて変化したときの波長をカットオフ波長として決定することとしているので、極端に曲げ損失の小さな（もしくは大きな）光ファイバに対しても、また光ファイバ長を調整せずに、カットオフ波長を測定することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（実施の形態の概要）
本実施の形態では、被測定ファイバである下部側ファイバと、測定器（パワーメータ５）が接続された上部側ファイバとを、適切な量の軸ずれまたは間隙を与えつつ、突き合わせ接続する。このとき、理論カットオフ波長以上に長い波長では、下部側ファイバのクラッドまたは被覆を伝搬する光（クラッドモード光）だけが生じるが、理論カットオフ波長未満の波長では、クラッドモード光に加え、下部側ファイバのコアに結合し伝搬する高次モード（ＬＰ１１など）が発生する。このことを利用して、ある波長λａで対象の光ファイバがシングルモード動作しているかどうかの確認と、カットオフ波長の測定とを行う。

適切な量の軸ずれまたは間隙を与えた突き合わせ接続部のごく近傍、典型的には接続部からの距離数ｃｍ程度の位置において、クラッドモード光の光パワーＰ１を選択的に、光ファイバの側方から測定する。シングルモード波長領域においては、クラッドモード光の光パワーＰ１と（基本伝搬モードＬＰ０１の）接続損失Ｌとの実験的な関係は、簡単な理論式で非常に良好に表される。その一方、多モード波長域では高次モード（ＬＰ１１など）が発生するため、終端までの間に高次モードを除去し、終端で接続損失Ｌを正しく測定した場合、上記の理論式からの大きな乖離が生じる。従って、クラッドモード光の光パワーＰ１を適切な条件で測定することによって、光ファイバがシングルモード動作しているかどうかを確認できる。

一方、適切な一定量の軸ずれまたは間隙を与えた状態で、異なる複数の波長の光を接続部へ順次入力すると、カットオフ波長より短い波長では高次のＬＰ１１モードが発生するため、その分だけ、クラッドモード光の光パワーＰ１の値は減少する。従って、Ｐ１の波長による変化量が、設定したしきい値を超えた波長λｍを、カットオフ波長として決定することができる。

クラッドモード光は、コアを伝搬する基本モードＬＰ０１や１次の高次モードＬＰ１１とは異なり、クラッドを伝搬するため、どのようなファイバにおいても、ごくわずかな押圧によって生じる微小な曲げであるマイクロベンドまたは光ファイバを曲げたときの円弧状の曲げであるマクロベンドによって漏洩する（特に意図した曲げなどを加えない時に十分なパワーが漏洩することも、しばしばある）。従って、クラッドモード光については、ＬＰ０１モードやＬＰ１１モードと分離して、その光パワーを観測することが容易に可能である。従って、本方法は曲げ損失の小さなファイバにも適用することができる。

図４はクラッドモード光の発生の様子を模式的に示した図である。図４（ａ）は理論カットオフ波長λｃより長い波長域の入射光を入射させた場合における接続部の様子を示しており、図４（ｂ）は理論カットオフ波長λｃより短い波長域の入射光を入射させた場合における接続部の様子を示している。図４（ａ）のように、理論カットオフ波長λｃより長い波長であるシングルモード波長域の入射光を入射させた場合においては、接続部で軸ずれや間隙などの損失要因があると、コアを伝搬する基本モードＬＰ０１の光の一部は、下部側の光ファイバではクラッドモード光となり、クラッドや被覆をごく短い距離伝搬した後に漏洩する。

一方、図４（ｂ）のように理論カットオフ波長λｃより短い波長域の入射光を入射させた場合では、図４（ａ）と同等な軸ずれや間隙が与えられている条件下において、クラッドモード光だけでなく１次の高次モードＬＰ１１が発生するため、発生した高次モードＬＰ１１の分だけクラッドモード光のパワーは減少する。また、高次モードＬＰ１１はクラッドモード光よりも曲げ損失が小さいため、接続部近傍に付与したマイクロベンドでは漏洩せず、強い曲げなどが加わらなければ、数１０ｍ〜数ｋｍ程度の距離を、パワーの大部分が伝搬する。従って、クラッドモード光を、基本モードＬＰ０１および高次モードＬＰ１１から分離することができる。

（第１の実施形態）
図５、図６は、本発明のシングルモード伝送を確認する方法を実施するための構成の一例を示す図である。図５において、光ファイバに入射させる光を出射する光源１が、上部側光ファイバ２に接続されており、下部側光ファイバ３が上部側光ファイバ２の下部側に突き合わせ接続されている。Ｖ溝接続部４は、上部側光ファイバ２と下部側光ファイバ３とを適切な量の軸ずれまたは間隙を与えつつ突き合わせ接続している。また、パワーメータ５は下部側光ファイバ３の接続部近傍に設けられており、パワーメータ６は下部側光ファイバ３の終端に設けられている。さらに、パワーメータ５およびパワーメータ６はコンピュータ７に接続されている。この構成において、評価対象の被測定光ファイバは、Ｖ溝接続部４の後段に接続された下部側光ファイバ３である。下部側光ファイバ３は、上部側光ファイバ２よりも十分短尺なものを用いることができる。

光源１は上部側光ファイバ２に接続されており、所定の波長の光を所定のパワーで上部側光ファイバ２に入射させる。上部側光ファイバ２は、その終端部においてＶ溝接続部４により下部側光ファイバ３と突き合わせ接続されている。

ここで図６を用いてＶ溝接続部４について説明する。図６に示すように、Ｖ溝接続部４は、ファイバを支持するためのステージ４１、４３と、ステージ４１、４３の上面にファイバを固定するための固定部材４２、４４と、ステージ上の光ファイバの接続部分を覆うための透明のふた部材４５、４６とを備えている。ステージ４１、４３の上面には、Ｖ字状に切欠された長尺の溝４１ａ、４３ａが設けられており、この溝４１ａ、４３ａ上に長手方向に沿って光ファイバを載置して固定部材４２、４４で上から固定することによって、光ファイバをステージ４１、４３上に固定することができる。ステージ４１および４３にはＶ字状の溝４１ａ、４３ａが対向するように設置されており、光ファイバをステージ４１および４３上にそれぞれ固定したときに、上部側光ファイバ２の終端面と下部側光ファイバ３の先端面とが対向するように突き合わせ接続される。

また、ステージ４３はＸ軸駆動部４３ｂ、Ｙ軸駆動部４３ｃを有しており、Ｘ軸駆動部４３ｂ、Ｙ軸駆動部４３ｃを駆動することで、ステージ４３をＸ方向およびＹ方向に微動させることができる。ステージ４３に固定された光ファイバは、ステージをＸ方向、Ｙ方向に微動させることによって、ステージ４２に固定された光ファイバに対する相対位置を変化させることができる。図示の例では、Ｘ方向に微動させると光ファイバの間隔量を調整でき、Ｙ方向に微動させると光ファイバの軸ずれ量を調整できる。

図５に戻って、Ｖ溝接続部４の近傍の下部側光ファイバ３に押圧を加えて微小な曲げを発生させて、パワーメータ５でクラッドモード光を測定する。押圧の方法は図１２を参照して後述する。

下部側光ファイバ３には、その途中に曲げ３ａが付与されている。曲げ３ａは、クラッドモード光を測定するために接続部近傍に付与される微小な曲げとは異なる。この曲げ３ａを付与したことによって、下部側光ファイバ３に高次モードＬＰ１１が発生した場合に、発生した高次モードＬＰ１１を外部に放射することによって除去できる。

パワーメータ５は、下部側ファイバ３の接続部近傍において漏洩する漏洩光の光電力（パワー）Ｐ１を測定する。パワーメータ５において測定した漏洩光は、接続部近傍において下部側ファイバ３の微小な曲げにより漏洩したクラッドモード光である。

パワーメータ６は、下部側光ファイバ３の終端において透過光パワー（透過光の光電力）Ｐ３を測定する。このパワーメータ６で測定した透過光パワーＰ３は、後述するように基本伝搬モードＬＰ０１の接続損失Ｌを算出する際に利用される。

また、パワーメータ５およびパワーメータ６に接続されたコンピュータ７は、パワーメータ５で測定した漏洩光の光電力Ｐ１およびパワーメータ６で測定した透過光パワーＰ３を取得する。コンピュータ７には、別途入射光の光電力Ｐ０が入力され、漏洩光の光電力Ｐ２および透過光パワーＰ３を取得すると、接続損失Ｌを算出して、下記の方法を実施してシングルモードの伝送がなされているか否かの判定を行うことができる。ここで接続損失Ｌは、例えば、光源１の出力Ｐｏｕｔが同じ状態における、上部側光ファイバ２の終端での透過光パワーＰ０から下部側光ファイバ３の終端での透過光のパワーＰ３を減算した値として求めることができる。このとき透過光パワーＰ０は、下部側光ファイバ３を接続しない状態で上部側光ファイバ２の終端においてパワーメータ６を接続して予め測定しておいたものを用いることができる。なお、下部側光ファイバ３は、上部側光ファイバ２よりも十分長さが短いので、下部側光ファイバ３における伝送損失は無視できるものとする。

次に上記の構成において、シングルモード伝送を確認する方法について説明する。予め、上部側光ファイバ２を経由してその終端から下部側光ファイバ３に入射される光のパワーＰ０が所定の値Ｐ０になるように、光源１を調整しておく。この入射光のパワーＰ０の調整は、予め別途に測定して調整してもよいし、上部側光ファイバ２の伝送損失を考慮して光源１を調整してもよい。

Ｖ溝接続部４において、上部側光ファイバ２の終端面と下部側光ファイバ３の先端面との間隔量Ｘまたは軸ずれ量Ｙを連続的に変化させながら、Ｖ溝接続部４近傍の下部側光ファイバ３から漏洩するクラッドモード光のパワーＰ１をパワーメータ５により測定すると共に、下部側光ファイバ３の終端における透過光の光電力Ｐ３をパワーメータ６により測定して、コンピュータ７が接続損失Ｌを算出する。

つぎに、間隔量Ｘまたは軸ずれ量Ｙを連続的に変化させた際の、上記の測定した結果が次式（１）を満たすか否かをコンピュータ７が判断する。次式（１）を満たす場合にはシングルモード伝送がなされていると判断する。具体的には、測定値群をそれぞれ最小二乗法により多項式でフィッティングして得られる関数と式（１）との乖離の最大値が所定のしきい値を超えない場合は式（１）の関係を満たすと判断する。このしきい値は、典型的には０．５から１ｄＢとすることができる。

また、次式（１）において、ｋは受光効率を表す定数である。この受光効率ｋは、漏洩光Ｐ２の測定位置、漏洩光Ｐ２を生じさせる押圧力などの測定条件や、個々のファイバのコアや被覆の状態によって決まる値である。このｋは、判定を行う毎に、間隔量Ｘまたは軸ずれ量Ｙを２、３回変動させて得られた各測定値Ｐ０、Ｐ１、Ｌを下記式（１）に代入して決定することができる。

なお、上記式（１）が、シングルモード伝送がなされている場合に成立することは、以下の実験によって確認される。

ここで、上記式（１）について確認した実験について説明する。実験系は、上記図５、図６に示す構成において、上部側光ファイバ２および下部側光ファイバ３として通常のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）２および３を用いた。評価対象のファイバはＶ溝接続部４の後段に接続されたＳＭＦ３である。接続部への入力光パワーＰ０を別途に測定し、その値は約０ｄＢｍであった。この実験では、波長λａ＝１５５０ｎｍの光源を用い、接続損失Ｌの値は間隙量を変化させることによって調整した。反射光の発生を防ぐため、接続部には屈折率整合材を用いた。実験に用いたＳＭＦの実効カットオフ波長は約１２００ｎｍ（２ｍでの値）なので、１５５０ｎｍは完全にシングルモード波長領域（理論カットオフ波長λｃ以上）と考えられる。なお、下部側ＳＭＦ３には、仮にＬＰ１１モードが発生しても、これを除去（外部に放射）するために、半径約５ｃｍの曲げを付与している。

一方、理論計算ではλｃ以上のシングルモード条件を想定し、接続部で損失した基本伝搬モードＬＰ０１が、すべてクラッドモード光に変換されたと仮定する。すると接続損失Ｌの定義から、クラッドモード光の受光効率ｋを用いて、Ｐ１−Ｐ０（ｄＢ）と接続損失Ｌ（ｄＢ）の関係は式（１）により与えられる。

図７に、上記実験系で測定したＰ１−Ｐ０（ｄＢ）に対する接続損失Ｌ（ｄＢ）の測定結果（点）を理論計算値（実線）と共に示す。図７に示すように、接続部上で測定した実験値と実験値を式（１）でフィッティングして得た計算値とは、良好な一致を示している。特に、接続損失Ｌが３ｄＢ以下の領域では相対誤差は０．２ｄＢ程度以下となる。このことは、予測した通り、シングルモード波長域では式（１）が良好に成立することを示している。すなわち、図５、図６の実験系を用いて、実験結果と式（１）との対応が良好に成立することを実証できるので、用いた光源波長λａにおいてシングルモード伝送が可能であることを確認できる。

一方、λｃより短い波長では、損失した基本モードＬＰ０１が、クラッドモード光と高次のＬＰ１１モードの両方に変換されるため、式（１）からの乖離が生じる。この場合の特性は、ファイバ心線によって異なるが、ＬＰ１１モードは接続部の直近の微小曲げによって漏洩することはなく、ファイバ終端の近傍までコアを伝播していくため、その分だけ漏洩光パワーＰ１が減少する。傾向としては、図８において太線で模式的に示したような特性を示す。図８には、接続損失Ｌに対する差電力（Ｐ１−Ｐ０）の関係について、実効カットオフ波長λｃｅより長い波長λａ（λａ＞λｃｅ：シングルモード波長）について太線で示され、実効カットオフ波長λｃｅより短い波長λａ（λａ＜λｃｅ：マルチモード波長）については細線で示されている。式（１）から乖離の有無を判断する場合は、図８の屈曲点、すなわち所定の接続損失Ｌに対してシングルモード波長での差電力（Ｐ１−Ｐ０）とマルチモード波長での差電力（Ｐ１−Ｐ０）との最大の差分値ａが、典型的には０．５から１ｄＢ程度となることをしきい値として判断すればよい。

このように第１の実施の形態においては、上部側光ファイバ２と下部側光ファイバ３との間隙量または軸ずれ量を変化させながら下部側光ファイバ３の接続部近傍において漏洩する漏洩光の光電力Ｐ１を測定し、下部側光ファイバ３の終端において接続損失Ｌを測定し、上記（式１）の関係を満たす場合に、下部側光ファイバ３がシングルモード伝送であると判断するようにしているので、極端に曲げ損失の小さな（もしくは大きな）光ファイバに対しても、シングルモード伝送がなされていることを、簡易に確認することができる。すなわち、クラッドモード光はコアを伝搬する光に比べて、非常に容易に光ファイバ外に漏洩するため、曲げ損失の小さなファイバにも適用でき、正確な評価が可能になる。

（第２の実施形態）
より簡易な方法として、間隙量Ｘまたは軸ずれ量Ｙと、漏洩光パワーＰ１の関係を測定し、Ｐ１（Ｘ）またはＰ１（Ｙ）の関数の形状から、シングルモード伝送がなされているかを判断することもできる。図１０（ｂ）に模式的に示すように、シングルモード波長域では、漏洩光パワーＰ１はＸまたはＹに対して単調に増加していく。一方、高次のＬＰ１１モードの発生する多モード波長域では、図１０（ａ）に示すように、漏洩光パワーＰ１には極値点が発生する。この特性の違いにより、測定に使用した光源の波長λａにおいて、当該光ファイバがシングルモードで動作しているかどうかを確認することができる。

この方法を実施するための構成は、下部側光ファイバ３の終端における透過光を測定するパワーメータ６が不要であることと、下部側光ファイバ３には、曲げ３ａを付与しなくてもよいことの他は、上記実施の形態１の構成と同一の構成を用いることができるのでその説明を省略する。ただし、この方法では、間隙量Ｘまたは軸ずれ量Ｙをコンピュータ７に入力するよう構成する。間隙量Ｘまたは軸ずれ量Ｙと、対応する漏洩光の光電力Ｐ１とがコンピュータ７に入力されると、コンピュータ７が以下の手順の処理を実行することによって、用いた光源波長においてシングルモード伝送が可能であることを確認する。

図９を用いて、第２の実施形態の処理流れについて説明する。まず、コンピュータ７は、複数の間隙量Ｘ_N（または、軸ずれ量Ｙ_N）と、この間隙量Ｘ_N（または、軸ずれ量Ｙ_N）とした状態で測定される漏洩光の光電力Ｐ１_N（Ｎ＝０、１、・・・、ｎ）との入力を受け付ける（ステップＳ１）。

上記の入力を受け付けると、コンピュータ７は、ｍ＝１、２、・・・・、ｎ−１のそれぞれについて、Ｎ＝０からｍまでの測定点群、およびＮ＝ｍからｎまでの測定点群を、それぞれ最小二乗法により多項式等でフィッティングする（ステップＳ２）。

ｍ＝１、２、・・・、ｎ−１のそれぞれについて、得られた２つのフィッティング関数のＮ＝ｍの測定点における微分係数を求め、それら微分係数の差が所定のしきい値以上であれば、Ｎ＝ｍの測定点が極値点であると判定する（ステップＳ３）。

ステップＳ３での判定においてすべての測定点が極値点でなければ、測定波長はカットオフ波長より長く、被測定光ファイバの伝搬光はシングルモードであると判定し、一方いずれかの測定点が極値点であれば、測定波長はカットオフ波長より短く、被測定光ファイバの伝搬光はマルチモードであると判定する（ステップＳ４）。

このように第２の実施の形態においては、上部側光ファイバ２と下部側光ファイバ３の間隙量または軸ずれ量を変化させながら下部側光ファイバ３の接続部近傍において漏洩する漏洩光の光電力Ｐ１を測定し、変化させた間隙量Ｘまたは軸ずれ量に対する光電力Ｐ１の関係において、極値点が生じない場合に、シングルモード伝送であると判断することとしているので、極端に曲げ損失の小さな（もしくは大きな）光ファイバに対しても、シングルモード伝送がなされていることを、より簡易に確認することができる。すなわち、クラッドモード光はコアを伝搬する光に比べて、非常に容易に光ファイバ外に漏洩するため、曲げ損失の小さなファイバにも適用でき、正確な評価が可能になる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態は、入射光の波長λを変化させながら漏洩光パワーＰ１および入射光のパワーＰ０を測定した場合に、これらのパワー差Ｐ１−Ｐ０がカットオフ波長の前後で急激に変化することを利用して行うカットオフ波長の測定方法に関する。第３の実施形態を実施するための構成としては、波長を変化させることができる光源１、上部側光ファイバ２、被測定光ファイバとしての下部側光ファイバ３、上部側光ファイバ２と下部側光ファイバ３とを突き合わせ接続するＶ溝接続部４、接続部近傍における漏洩光を測定するパワーメータ５およびコンピュータ７を用いる。

先の図１０に示したように、適切な量の間隔Ｘまたは軸ずれＹの値を設定すれば（図１０（ａ）中のＸ１，Ｙ１）、カットオフ波長の前後で漏洩光パワーＰ１の値は急激に変化する。図１０は、入力光パワーＰ０がほぼ一定と想定した場合のＰ１の挙動を示している。

Ｐ０が波長により大きく異なる場合も考慮し、各測定波長に対して接続部への入力光パワーＰ０を測定し、Ｘ１またはＹ１を設定してＰ１の測定した値がコンピュータ７に入力されると、コンピュータ７が、縦軸としてＰ１の代わりに、差光電力（Ｐ１−Ｐ０）をプロットし、プロット群をそれぞれ最小二乗法により多項式でフィッティングして２つの関数を求めて、以下の方法によりカットオフ波長λｃｅを求めることが可能になる。Ｐ０としては、光源における各波長の出力光パワーを用いることも可能である。

上記式（１）において、受光効率を表すｋおよび接続損失Ｌは、それぞれ若干の波長λ依存性を有する。しかしながら、波長λに対するｋやＬの変化は、波長λに対する（Ｐ１−Ｐ０）の変化に比べて緩やかである。したがって、波長λに対する（Ｐ１−Ｐ０）の変化に基づいてカットオフ波長λｃｅを決定することができる。具体的には、例えば、ｎ個の測定点が得られた場合に、λ（１、２、３・・・・ｋ）に対する差電力（Ｐ１−Ｐ０）（１、２、３・・・・ｋ）の測定点を最小二乗法により多項式などでフィッティングして得られる関数ｆ１と、λ（ｋ、ｋ＋１、ｋ＋２、・・・、ｎ）に対する差電力（Ｐ１−Ｐ０）（ｋ、ｋ＋１、ｋ＋２、・・・、ｎ）の測定点を最小二乗法により多項式などでフィッティングして得られる関数ｆ２とを算出する。さらに図１１に示すように、両関数ｆ１、ｆ２が示すフィッティング曲線ｆ１、ｆ２の交点における差電力（Ｐ１−Ｐ０）の値が最小値となるときの波長λｍ（ｋ）をカットオフ波長λｍとする。両関数（フィッティング曲線）の交点が存在しないときは測定波長域を広げたり、測定点数を増せばよい。

また、ＳＭＦでは、間隙量のみを与える場合はＸ１としては、たとえば１５０μｍ付近に設定すれば良く、軸ずれ量のみを与える場合はＹ１としては、例えば３μｍ付近に設定すれば良い。また測定波長の間隔はできるだけ細かいこと、測定波長数は多いこと、測定波長領域は広いことが、測定精度の面では望ましいが、状況に応じて調整し、適宜フィッティングなどを用いてλｍを決定すれば良い。

このように第３の実施形態においては、上部側光ファイバ２と下部側光ファイバ３とが所定の間隙量または軸ずれ量を有するようＶ溝接続部４を設定した状態で、波長λを連続的に変化させながら、上部側光ファイバ２に光を入射し、波長λに対する漏洩光の光電力Ｐ１と入射光の光電力Ｐ１との差光電力（Ｐ１−Ｐ０）の関係が、所定のしきい値Ｓを超えて変化したときの波長をカットオフ波長として決定することとしているので、極端に曲げ損失の小さな（もしくは大きな）光ファイバに対しても、また光ファイバ長を調整せずに、カットオフ波長を測定することができる。すなわち、クラッドモード光はコアを伝搬する光に比べて、非常に容易に光ファイバ外に漏洩するため、曲げ損失の小さなファイバにも適用でき、正確な評価が可能になる。また、接続部近傍で漏洩パワーを測定するため、被測定ファイバの長さを厳密に調整する必要なしに、光ファイバが短尺な状況でのカットオフ波長、つまり、従来は直接測定することが困難であった理論カットオフ波長に近い値を測定することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、上記第１の実施形態ないし第３の実施形態においてパワーメータ５で漏洩光の光電力Ｐ１を測定する際に、マイクロベンドを用いた場合に、クラッドモード光の受光効率係数ｋ、すなわち検知されるクラッドモード光の漏洩パワーＰ１の値をより大きくし、測定精度を向上するための方法および装置に関するものである。

なお、各種条件での検討を行ったところ、あえて意図的にマイクロベンドやマクロベンドを与えない場合でも、クラッドモード光の漏洩が観測されることがある。これは、そもそも製造技術上不可避な被覆外径などの微小な凹凸に起因するもので、広義のマイクロベンドによるものと考えられるが、より測定精度を向上するためには下記の手段を用いることが望ましい。

図１２はクラッドモード光の受光部分の構成例を示す図である。図１２において、１０は支持台であり、２０は押圧部材である。また、２は上部側光ファイバであり、３は被測定ファイバとしての下部側光ファイバであり、４は図６で詳述したＶ溝接続部であり、５はパワーメータである。

押圧部材２０は下部側光ファイバ３のクラッドよりも高屈折率の部材であり、Ｖ溝接続部４近傍において下部側光ファイバ３に接触して、高次のＬＰ１１モードを漏洩させない範囲で、図中上から下向きの矢印に示す方向に最適押圧となるように押圧力を調整して微小な曲げの付与を行う。クラッドモード光のパワーを減衰させないために、押圧部材２０の材質としてはガラスや樹脂などの高い透過率を持ち、厚みが薄いものが望ましい。

支持台１０は、漏洩したクラッドモード光をパワーメータ５へ集光するためのもので、高反射率の部材であることが望ましい。なお、パワーメータ５のヘッドの部材材質も同様に高反射率の部材であることが望ましい。また、パワーメータ５のヘッド面積を拡大することでも同様に、漏洩したクラッドモード光を高精度に集光できるという効果が得られる。

図１２では簡単のため支持台１０を光ファイバ（心線）の下部に設置した場合を示しているが、心線周囲からパワーメータ５全体を完全に遮蔽する構成の方がより高い集光効果が期待できる。これにより、クラッドモード光以外の雑音成分となる光を遮蔽する効果も得ることができる。雑音光を遮蔽すれば、測定用の入射光として連続光（ＣＷ光）を用いても高精度な測定が実現できる。

検知されるクラッドモード光の漏洩パワーを大きくするためには、パワーメータ５のヘッド（受光部）を複数個設置しても良い。１台のヘッドを有するパワーメータ５を用いた測定では、漏洩光の光電力Ｐ１に測定位置依存性が生じ、誤差や測定ばらつきの要因となる可能性がある。その際は適切な間隔に配置した複数台のパワーメータ５のヘッドを用い、各パワーメータ５のヘッドにおける測定値の和を計算してＰ１の値とすることが好適となる。その場合、クラッドモード光の長手方向の損失は１ｄＢ／ｃｍ程度なので、接続部から測定位置までの距離が離れすぎると効果が得られない。従って、接続部から光ファイバの長手方向の距離として１０ｃｍ以内の範囲に、複数個のパワーメータ５のヘッドを設置することが望ましい。

また、上記では、クラッドモード光を漏洩させて測定するための手段としてマイクロベンドを付与する手段を例に挙げて説明したが、マイクロベンドの代わりに、以下に示す円弧状の曲げであるマクロベンドを付与する手段を用いることもできる。

図１３は、マイクロベンドの代わりに用いることができる、円弧状の曲げであるマクロベンドを付与する手段を示す図である。図１３において、１０は支持台であり、２０は押圧部材である。また、２は上部側光ファイバであり、３は被測定ファイバとしての下部側光ファイバであり、４は図６で詳述したＶ溝接続部であり、５はパワーメータである。

図１３に示す構成では、支持台１０および押圧部材２０が湾曲面を有しており、押圧部材２０が湾曲面に沿って光ファイバ３を支持台１０方向に押圧することによって、円弧状の曲げを付与している。この曲げの曲率は、高次のＬＰ１１モードを漏洩させない範囲の曲率を選択できる。

本実施形態においては、光ファイバ３にマイクロベンドまたはマクロベンドを付与する手段について図１２および図１３に示す構成を例に挙げて説明したが、クラッドモード光を漏洩させる手段としてその他の公知の手段を用いることができる。

本発明は、高速伝送に用いる光ファイバの構造設計や選定に利用することが可能である。

実効カットオフ波長λｃｅの光ファイバ長依存性の模式図である。 従来技術である曲げ損失法の測定系の一例を示す図である。 従来技術である曲げ損失法の測定系の一例を示す図である。 本発明で利用するクラッドモード光の発生の様子を模式的に示した図である。 本発明のシングルモード伝送の確認方法に用いる構成の一例を示す図である。 Ｖ溝接続部の構成を示す図である。 測定したＰ１−Ｐ０と接続損失Ｌの関係の一例を示す図である。 Ｐ１−Ｐ０と接続損失Ｌの関係の模式図である。 第２の実施形態によるシングルモード伝送の確認方法を示すフロー図である。 Ｐ１とＸまたはＹとの関係を示す模式図である。 Ｐ１−Ｐ０と波長λとの関係を示す模式図である。 クラッドモード光の受光部分の構成例を示す図である。 クラッドモード光の受光部分の他の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 上部側光ファイバ
３ 下部側光ファイバ
４ Ｖ溝接続部
５、６ パワーメータ
７ コンピュータ
４１、４３ ステージ
４１ａ、４３ａ 溝
４３ｂ Ｘ軸駆動部
４３ｃ Ｙ軸駆動部
４２、４４ 固定部材
４５、４６ ふた部材
１０ 支持台
２０ 押圧部材

Claims (4)

1. 確認対象である下部側光ファイバに間隙量または軸ずれ量が可変な接続部を介して上部側光ファイバを接続し、上部側光ファイバに光を入射させて、下部側光ファイバのシングルモード伝送の確認を行う光ファイバのシングルモード伝送の確認方法であって、
   前記下部側光ファイバに光電力Ｐ０の光を入射することと、
   前記接続部の間隙量または軸ずれ量を変化させながら下部側光ファイバの接続部近傍において漏洩する漏洩光の光電力Ｐ１を測定することと、
   前記下部側光ファイバの終端において透過光の光電力Ｐ３を測定することと、
   前記下部側光ファイバに入射する光の光電力Ｐ０および前記測定した透過光の光電力Ｐ３に基づいて接続損失Ｌを算出することと、
   下記（式１）の関係を満たす場合に、下部側光ファイバがシングルモード伝送であると判断することと
   を含むことを特徴とする、シングルモード伝送の確認方法。
   （式１）において、ｋは受光効率を表す定数である
   

   
2. 確認対象である下部側光ファイバに間隙量または軸ずれ量が可変な接続部を介して上部側光ファイバを接続し、上部側光ファイバに光を入射させて、下部側光ファイバのシングルモード伝送の確認を行う光ファイバのシングルモード伝送の確認方法であって、
   前記接続部の間隙量または軸ずれ量を変化させながら下部側光ファイバの接続部近傍において漏洩する漏洩光の光電力Ｐ１を測定することと、
   前記変化させた間隙量Ｘまたは軸ずれ量に対する光電力Ｐ１の関係において、極値点が生じない場合に、シングルモード伝送であると判断することと
   を含むことを特徴とする、シングルモード伝送の確認方法。
3. 確認対象である下部側光ファイバに間隙量または軸ずれ量が可変な接続部を介して上部側光ファイバを接続し、上部側光ファイバに光を入射させて、下部側光ファイバのシングルモード伝送の確認を行う光ファイバのシングルモード伝送の確認装置であって、
   前記下部側光ファイバに光電力Ｐ０の光を入射する手段と、
   前記接続部の間隙量または軸ずれ量を変化させる手段と、
   下部側光ファイバと上部側光ファイバとの接続部の近傍において、円弧状の曲げであるマクロベンドまたは微少な曲げであるマイクロベンドを前記下部側光ファイバに与える手段によって前記接続部近傍において下部側光ファイバから漏洩させた漏洩光の光電力Ｐ１を測定する手段と、
   前記下部側光ファイバの終端において透過光の光電力Ｐ３を測定する手段と、
   前記下部側光ファイバに入射する光の光電力Ｐ０および前記測定した透過光の光電力Ｐ３に基づいて接続損失Ｌを算出する手段と、
   下記（式１）の関係を満たす場合に、下部側光ファイバがシングルモード伝送であると判断する手段と
   を備えることを特徴とする、光ファイバのシングルモード伝送の確認装置。
   （式１）において、ｋは受光効率を表す定数である
   

   
4. 確認対象である下部側光ファイバに間隙量または軸ずれ量が可変な接続部を介して上部側光ファイバを接続し、上部側光ファイバに光を入射させて、下部側光ファイバのシングルモード伝送の確認を行う光ファイバのシングルモード伝送の確認装置であって、
   前記接続部の間隙量または軸ずれ量を変化させる手段と、
   下部側光ファイバと上部側光ファイバとの接続部の近傍において、円弧状の曲げであるマクロベンドまたは微少な曲げであるマイクロベンドを前記下部側光ファイバに与える手段によって前記接続部近傍において下部側光ファイバから漏洩させた漏洩光の光電力Ｐ１を測定する手段と、
   前記変化させた間隙量Ｘまたは軸ずれ量に対する光電力Ｐ１の関係において、極値点が生じない場合に、シングルモード伝送であると判断する手段と
   を備えることを特徴とする、シングルモード伝送の確認装置。

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