JPS61269037A - 光ファイバの分散特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は光ファイバの分散特性を測定する装置に関する
ものである。

（従来技術とその問題点） 光フアイバ通信に使用する光の波長や中継伝送する際の
中継距離は、光ファイバの伝送損失と分散特性とによっ
て決定される。特に、光ファイバのもつ分散特性は、波
形歪を生起させ、ディジタ　　　　　　ｉル伝送する際
の伝送速度に制限を与える。従って、　　　　　　□１
ｉｔｉ　＊ゝ７　ｙ　４　ｉ＃ｃ’＃Ｊ°゛Ｔ＜＞’ｌ
ｔ、７ｙ４ｉ＜０）＠ｊ　　　　　ｉ分散特性によって
中継距離が制限されることもあり、光ファイバの分散特
性の測定は、伝送損失の測定と同様非常に重要なことで
ある。

光ファイバにおける分散とは、光フアイバ内を伝搬する
光の速度が波長によって異なる現象であり・′″″′”
！（ＤＮ：ＺｔｉＣｆ！ＩＩ−’ｔｕ：ＩＣｔＬｔ？Ｉ
ｚ゛、、。

くつかの方法が提案されている。従来のこの種の　　　
　　　□。

１１゜ 測定装置の代表例を第１図及び第２図に示した。　　　
　　　　；□第１図において、半導体レーザ等の光源１
−１からパルス幅数百ピコ秒の光パルスを光ファイバ１
−２に入射させると、光ファイバー−２内でラマン効果
により第１ストークス光、第２ストークス光−・・−・
第ｎストークス光が発生する。この波長の異なる各スト
ークス光のうち１つのストークス光、例えば、第１スト
ークス光を波長選択回路１−５により抽出し、抽出され
た第１ストークス光は分光器１−７により分岐され、一
方は被測定光ファイバ１−３を伝搬した後、受光器１４
によって電気パルスに変換され、オシロスコープ１−６
に入力される。分光器１−７によって分岐された他方の
第１ストークス光は受光器ｌ−４′で電気パルスに変換
され、基準信号となるように遅延回路１−８で一定の遅
延が与えられ、オシロスコープ１−６に入力される。オ
シロスコープ１−６では、基準信号の基準電気パルスと
被測定光ファイバを伝搬した後に電気信号に変換された
被測定用電気パルスとの両パルス位置から相対遅延時間
差を求めることができる。

次に、波長選択回路１−５で波長の異なる第２ストーク
ス光を選択し同様の作業を行い、基準信号との相対遅延
時間差を求める。この作業を第ｎストークス光まで繰り
返すことにより、光ファイバ１−３を伝搬する光の各波
長に対する相対遅延時間の関係が測定され、光ファイバ
１３０分散特性が求められる（Ｌ、Ｇ、　Ｃｏｈｅｎ　
ｅｔ　ａｌ、　Ａｐｐｌ、ｏｃｔ。

Ｖｏｌ　１６．　ｐ　３１３６．１９７７）。

なお、光源１−１としては、ＹＡＧレーザ等のような高
出力レーザを用い、光フアイバｌ−２内で誘導ラマン現
象が発生するようにしている。

次に、第２図に示す分散測定装置について説明する。い
くつかの波長の異なる半導体レーザ（ＬＤ）２−１の出
射光は、シンセサイザ２−６によって周波数ｆで正弦波
状に変調される。この変調された半導体レーザ２−１の
うちの一つが光スイッチ２−２によって選択され、その
出力が光ファイバ２−３に入射される。光ファイバ２−
３の出射光は受光器２−４によって電気信号２−７に変
換され、基準となる電気信号２−８との位相差が位相差
器２−５によって求められる。同様にして、いくつかの
波長に対する変調信号の位相変化が求められ、この結果
から、光ファイバ２−３の分散特性が求められる（　Ｋ
、　　Ｔａｔｅｋｕｒａ　ｅＬ　ａｔ、　Ｓｙｍｐｏｓ
ｉｕｓ　ｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅ？　　ｓ＋ｅ
ａｓｕｒｅ＋ｗｅｎｔｓ、　Ｂｏｕｌｄｅｒ。

Ｕ、Ｓ、Ａ　　、１９８４　”）。

以上説明したように、従来の光フアイバ分散測定装置は
１つ１つの波長に対して、別々に光フアイバ内での光遅
延又は光遅延差を測定していた。

この測定方法では、■測定に時間がかかり、測定中の温
度変化による光ファイバの長さ変動が測定結果に誤差と
なって現れること、■光源側と受光側とが別々の場所に
位置しているような場合の測定、すなわち遠端測定が困
難であること、■また、波長の異なる光源を必要とする
ことから、光源が複雑化すること等の欠点があった。

（発明の目的） 本発明は、上述した従来技術の欠点に鑑みなされたもの
で、高精度でかつ、多波長の相対遅延時間差を瞬時に測
定でき、遠端測定も可能な光ファイバの分散特性測定方
式を提供することを目的とする。

（発明の構成と作用） 本発明による光ファイバの分散特性測定方式は、測定光
としてパルス幅の狭い縦多モードの光パルスを発生させ
て被測定用の光ファイバに入射させるための光入射手段
と、前記光ファイバからの出射光を集光する集光手段と
、該集光手段の出力を各モードに分離するモード分離手
段と、該モード分離手段により分離された各モードの遅
延時間差を求めて前記光ファイバの分散特性として同一
表示面上に同時に可視表示する表示手段とを備えている
。

以下に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

（実施例） 第３図は本発明による分散測定装置の実施例である。こ
の実施例において、縦多モード発振している半導体レー
ザ３−１を周波数ｆの正弦波を発生するシンセサイザ３
−６とパルス波形を発生させるためのコムジェネレータ
あるいはパルス発生器３−１１とを用いて駆動すると、
パルス幅数十ピコ秒で繰り返し周波数ｆＨｚの縦多モー
ドを有する光パルスが発生する。この発振している光パ
ルスはレンズ３−２Ａを用いて効率良く被測定媒体であ
る光ファイバ３−３に入射される。光ファイバ３−３の
出力側ではレンズ３−２Ｂで光ファイバ３−３の出射光
を集光し、各波長ごとに分離するためのモノクロメータ
３−４に導かれる。このモノクロメータ３−４は、グレ
ーティングを内蔵しており、入射光を波長ごとの各モー
ドに空間的に分離するものであり、モノクロメータ３−
４の出力端にあるスリットを完全に開放しておくと、各
モード全てが空間的に分離され、出射される。なお、各
モードを空間的に分離する手段として、プリズムを用い
ても良い。次に空間的に分離された各モードは、更に時
間的に分離するためにストリークカメラ３−５及びＳＩ
Ｔカメラ３−７に導かれる。

この両カメラ３−５及び３−７は、被測定媒体である光
ファイバ３−３によって各波長ごとに異なった遅延時間
を例えば縦軸に、各波長を横軸に電気信号で一次画面上
に表示させるための装置である。また、この両カメラ３
−５及び３−７は、数本 ピコ秒の精度で時間的に各モードを分離することが可能
である。−次画面上にプロットされた各モードの信号は
、アナライザ３−９で読み出され、画像解析能力をもっ
たテレビモニタ３−ＩＯに与えられる。

なお、シンセサイザ３−６の出射光は分岐され、一方は
数十ピコ秒のパルス幅の光パルスを発生させるためのパ
ルス発生器またはコムゼネレータ３−１１へ、他方は、
遅延回路３−８によって、一定の遅延時間が与えられて
基準信号となる。この基準信号は、ストリークカメラ３
−５のトリガパルスとして用いられる。すなわち、波長
の異なる各モードの遅延時間差は、アナライザ３−９の
出力信号を上述の遅延回路３−８によって作り出された
基準信号をトリガとしてテレビモニター３−１０に可視
表示され、可視表示された遅延時間差から各モードごと
の光ファイバ３−３による分散特性を求めることができ
る。

第４図（ａｌ及び（ｂ）は上述した本発明の測定装置を
用いて、分散特性を測定した測定例を示す特性図である
。

１ｍＩｇ（ａ）１″゛３＋゛″”（７）′＜′ｖ″゛″
？ｍ＃−Ｅ−Ｆ　　　。

発振している半導体レーザからの出射光を、被測定媒体
である光ファイバ３−３を通さずに、直接モノクロメー
タ３−４に入射させた時の、テレビモニタ３−ＩＯによ
ってとらえたストリーク像である。光ファイバ３−３を
通さない時は、波長の異なる縦多モード発振している１
００ｐｓ以下の光パルスが横軸に一列になっており、波
長が異なっても遅延時間がないことがわかる。なお、同
図で輝度は光強度に相当している。

次に、第４図（ｂ）は長さ４．５　（ｋｍ）光ファイバ
３−３を伝搬した上述の光パルスをテレビモニタ３−１
０で測定したストリーク像である。同図から各モードの
ストリーク像が斜めに傾斜していることが分かる。これ
は各波長（各モード）によって光ファイバ３−３の伝搬
時間が異なることを意味し、各波長に対して伝搬時間が
異なる性質、すなわち、各波長の相対遅延時間差が求め
ようとする光ファイバ３−３の分散特性である。例えば
、同図から波長１．２９μｍにおける分散値りは、次式
の通りである。

但し、Ｔ１は１．２８６１６μ輪（１，２９−△−／２
）における遅延時間（ｐｓ） Ｔ、は１．２９３８４μａ＋（１，２９＋△讐／２）に
おける遅延時間（ｐｓ） ΔＷはＴ２の波長−Ｔ１の波長（μｍ）ｌ　は光ファイ
バの長さ　（ｋｍ） である。

尚、第４図（ｂ）は横軸と縦軸の単位が極めて不明確に
なっているが、実際のテレビモニタ３−１０では、横軸
が１　（ｎｍ）　、縦軸が１．６３　（ｐｓ）まで解読
できるようになっている。

また、通常は上式により測定者による計算処理によって
分散値りを求めるのではなく、図示されていないが、テ
レビモニタ３−１０に内蔵されているマイコン等により
計算され、求めようとする分散値りがディジタル表示あ
るいは印字されるような構造となっている。

（実施例２） 実施例１では、送信側と受信側とが同一地点にある場合
、例えば光フアイバ製造の工場内等において測定する近
端測定の分散特性測定装置について説明した。しかし、
通常は測定しようとする光ファイバの長さが数十キロメ
ータと長いため、送信側と受信側とが互いに離れた地点
で測定するのが通例である。この遠端測定を行う場合、
基準信号をどのように取り出すか、あるいは、受信側で
送信側に同期した基準信号を作り出すかが問題となり、
従来は分散特性の遠端測定が可能な測定方式については
何ら開示されていない。

第５図は本発明の他の実施例であり、分散特性を遠端測
定により測定する場合の構成図である。

（１）　　送信器 まず送信器の構成について説明する。

送信器としては、縦多モード発振する１個の光源３−１
と、その光源から出射光が少なくとも数十ピコ秒のパル
ス幅を有する光パルスとなるような変調手段があれば良
い。同図では、変調手段として、シンセサイザ３−６と
パルス発生器３−１１とを組合わせたものを用いている
が、シンセサイザ３−６とコムジェネレータとの組合わ
せでも良い。また、光源３−１からの出力光を効率良く
光ファイバ３−３に入射させるために凸レンズ３−２Ａ
を用いればさらに効果的である。

（２）　　受信器 光ファイバ３−３からの出射光を集光させるレンズ３−
２Ｂから遅延時間差を可視表示させるテレビモニタ３−
１０までは、第３図と全（同一である。

第３図と異なる点は、新たに基準信号を作り出す手段を
有している点である。すなわち、受信器にシンセサイザ
３−６′　と可変遅延器３−１２とを設け、送信器のシ
ンセサイザ３−６と同期をとるようにしている。ところ
で可変遅延器３−１２の遅延量りとしては で与えられる。但し、Ｃは真空中における光速、ｌは光
ファイバ３−３の長さ、ｎは光ファイバ３−３の屈折率
である。または、遅延量りとして、テレビモニタ３−１
０を見ながらストリーク像がテレビ画面の中央に写し出
されるように調整しても良い。

なお、シンセサイザ３−６′の周波数ｆについては、予
め送受信側で決めておく必要がある。

以上のように送信器と同期のとれた基準信号を作り出し
、第３図と同様にストリークカメラ３−５にトリガとし
て与えれば良い。

（実施例３） 第６図は本発明による他の実施例であり、遠端測定に用
いる受信器の構成図である。本実施例では基準信号を送
信側の変調周波数ｆを取り出して用いることに特徴があ
り、集光レンズ３−２Ｂの後に光を分岐するための分光
器３−１３を挿入し、一方は第５図と同様の測定系に行
き、他方は基準信号を作るための受光素子３−１４に入
力される。受光素子３−１４はＡＰＤ等の半導体受光素
子を用いれば良り、数十ピコ秒のパルス幅の光パルスを
受光した時のみ電気信号に変換されるように構成してお
く。このような構成にすれば、受信側で送信側と同期の
取れた基準信号を簡単に作り出すことができる。なお、
図示していないが被測定媒体である光ファイバ３−３が
長い場合には、半導体受光素子３−１４の後に増幅器を
挿入すれば良い。

（発明の効果） 以上のように、本発明の測定方式を用いれば、各波長に
対する光ファイバの分散特性が同時に可視表示が出来る
とともに瞬時に測定が可能であり、周囲の環境温度によ
る測定誤差もなくすことができる。また、ｌｐｓ以下の
時間分解能が期待できるので、高精度の分散特性を求め
ることができる。

更に、従来の技術では困難であった遠端測定も可能とな
りその効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は従来の分散測定装置の構成図、第３
図は本発明の一実施例を示す構成図、第４図（ａ）及び
（ｂｌは本発明による分散測定装置を用いて測定した特
性側図、第５図及び第６図は本発明により遠端測定を行
うための実施例の構成図である。 ｉｆ・・・光源、　　１−２・・・光ファイバ、１−３
・・・光ファイバ（被測定用）、１−４・・・受光器、
　　１−４′・・・受光器、１−５・・・波長選択回路
、１−６・・・オシロスコープ、　　１−７・・・分光
器、１−８・・・遅延回路、２−１・・・半導体レーザ
、　　２−２・・・光スィッチ、２−３・・・光ファイ
バ、　　２−４・・・受光器、２−５・・・位相差器、
　　２−６・・・シンセサイザ、２−７・・・受信電気
信号、２−８・・・基準電気信号、３−１・・・光源、
　　３−２Ａ・・・レンズ、　　３−２Ｂ・・・レンズ
、　　３−３・・・光ファイバ、　　３−４・・・モノ
クロメータ、　　３−５・・・ストリークカメラ、３−
６・・・シンセサイザ、　　３−７・・・ＳＩＴカメラ
、）　　　　　　３−８°°°遅延回路・　　３−９°
°°アナラ９ザ・３−１０・・・テレビモニタ、３−１
１・・・パルス発生器、　　３−１２・・・可変遅延回
路、　　３−１３・・・分光器、　　３−１４・・・受
光素子。 第１［Ｘ］ ツリＩ幻

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 測定光としてパルス幅の狭い縦多モードの光パルスを発
   生させて、被測定用の光ファイバに入射させるための光
   入射手段と、前記光ファイバからの出射光を集光する集
   光手段と、該集光手段の出力を各モードに分離するモー
   ド分離手段と、該モード分離手段により分離された各モ
   ードの遅延時間差を求めて前記光ファイバの分散特性と
   して同一表示面上に同時に可視表示する表示手段とを備
   えた光ファイバの分散特性測定方式。