JPS63113338A - 単一モ−ド光フアイバ線路の検査方法 - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、１本の単一モード光ファイバにより構成さ
れた、もしくは複数本の単一モード光ファイバを接続し
て構成された、単一モード光ファイバ線路の伝送特性の
検査を行うための方法に関する。

【従来の技術】

光通信に使用される光ファイバは、第４図に示される光
ファイバ１のように、長さ方向（Ｚ方向）には均一で、
且つ断面形状は同心円状であって、その中心に屈折率の
高い領域であるコア１４を有し、その周囲にコア１４よ
りは屈折率の低い領域のクラッド１５を備える。ここで
、コア１４とクラッド１５との間の屈折率差を低くし、
且つコア１４の直径を小さくしていくと、光フアイバ１
中を伝播可能なモードは徐々に少なくなり、最後にはた
だ１つのモードが伝播するだけとなり、いわゆる単一モ
ード光ファイバとなる。この単一モード光ファイバの特
徴は、伝播するモードが１つしかないので、情報を光パ
ルスとして長距離送ってもパルス波形に歪が生じないこ
とにあり、これにより非常に大きい伝送容量を達成でき
る。ちなみに、複数個のモードが伝播可能な多モード光
ファイバでは、個々のモードがそれぞれ異なる速度で光
フアイバ中を伝播するので光パルス波形の歪が大きくな
る欠点がある。光ファイバの半径ｒ方向の屈折率分布が
第５図に示すようなステップ型の場合、理論的にただ１
つのモードが伝播する条件は、コア半径をａ、コア・ク
ラッド間の比屈折率差をΔとすると、つぎの（１）式で
示されるパラメータＶ（正規化周波数と呼ぶ）が２．４
０５以下となることである。 Ｖ＝（２ｇ／λ）　ａ　ｎＩＦ＝ｍ　Ｈ＋・（１）ここ
で、λは光通信に使用する光源の発光波長、ｎｌはコア
の部分のガラスの屈折率である。厳密に言えば、ＬＰｏ
！モードと呼ばれる基本モードには２つのモードが属し
ているが、この２つのモードは単に光フアイバ断面内に
おける電界の向きが直交している点が異なるだけで、こ
れを除けば全く同じ伝播状態を表しているので、通常の
光フアイバ通信では単一モードとして扱って差し支えな
い。 理論的な単一モード条件は上の式（１）で与えられると
しても、実際には、もう少し大きい■の値であっても、
実効的な単一モード状態となることが知られている。す
なわち、コア半径ａ、比屈折率差Δの一方または両方が
、理論的な単一モード状態を与えるａ、Δよりも大きい
場合でも、実効的な単一モード条件が成立する。この理
由を第６図を用いて説明する。この第６図Ａ、　Ｂ、　
Ｃは■の値を変えた各場合であり、これらの（イ）に基
本モードであるｔ、ｐ、、モードの電界分布を、同（ロ
）に第２次モードであるＬｐＨモードの電界分布を示す
。 この第６図の各図からＶ＝３程度であっても、第２次モ
ードであるｔｐ、、モードの電磁界分布はコアよりも大
きく、クラッド中にはみ出していることが分かる。とこ
ろが、実際の光ファイバの使用状態はまっすぐのもので
はなく、光フアイバケーブル中で撚り合わされており、
曲がりや圧力を受けている。また、ケーブルの敷設環境
においてもいたるところで曲がりを受けている。このよ
うな曲がりなどが存在すると、コアから大きくはみ出し
ているモードは容易に放射して遠方まで伝播しなくなる
。その結果、■の値が２．４０５よりも多少大きくても
実効的に単一モード伝送が可能となるからである。 実効的に単一モード伝送となるＶの値は、屈折率分布に
よって異なり、たとえば直径方向の屈折率分布が第７図
に示すようにコア部分において２乗分布型となっている
光ファ、イバでは、■・３．５程度で理論的な単一モー
ド条件となる。 ところで、このように■の値を大きくして実効的な単一
モード光ファイバを設計するのは、コア内への基本モー
ドの閉じ込め作用が大きくなるという利点があるからで
ある。すなわち、第８図に示すように、■値を大きくし
ていくと、クラッド中を伝播する光エネルギーの割合が
小さくなり、また、実際にもＶ値を大きくして得た実効
的な単一モード光ファイバは曲がりなどが与えられたと
きでもコア内の光エネルギーが外部に放射することなく
、安定な特性を示すことが知られている。 しかし、実際の使用にあたっては、複数本の光ファイバ
を長さ方向に接続して長尺化することが不可避であるが
、このようにＶ値が大きい単一モード光ファイバではそ
の接続点で問題が生じる場合がある。たとえば、第９図
に示すように光ファイバ１１．１２を接続する場合、そ
の接続部１３は必ずしも完全なものとなっているとは限
らず、この第９図のように不完全になっている場合が実
際上柱々にして起こる。そして、このような不完全な接
続部１３では、光ファイバ１１の基本モードであるＬＰ
０１モードが光ファイバ１２のＬＰ１１モードに変換さ
れることがある。もちろん、この変換されて発生したｔ
、ｐｌ、モードの電磁界は、上に述べたようにコアから
大きくはみ出しており、あまり長距離伝播できないが、
光ファイバ２の長さが短い場合には、最終的に受光器に
入射し、受信光パルスの歪を発生させかねない。また、
光ファイバ２の長さが短い場合でない場合でも、光ファ
イバ１２の実際の製造条件によっては同じ問題が生じる
場合もある。すなわち、■値の大きい実効的単一モード
光ファイバの製造過程での製造装置の偏差により、ＬＰ
、ｌモードもかなりの長距離伝播可能な■の条件、具体
的にはＶ・４近くかそれ以上と思われる条件で製造が行
われることもあるからである。 このように、Ｖ値の大きい実効的な単一モード光ファイ
バを実際に用いる場合には、主パルスの他に不要パルス
も受信されることになって波形の歪が引き起こされる虞
が生じる。すなわち、たとえば第１０図の測定系におい
て、不完全な接続部１３によって光ファイバ１１．１２
が接続されて形成されている単一モード光ファイバ線路
に光源２からパルス変調された光信号を入射し、この光
フアイバ線路の出射光を受光器６で検出し、その受信信
号の波形をオシロスコープって観測すると、第１１図Ａ
のようにＬＰｏ１モードパルスの他にＬＰ、。 モードパルスが現れたり、あるいは第１１図Ｂのように
ｔ、ｐ、、モードの伝播による裾引き現象が現れたりす
る。 そこで、近時、この不要なＬＰ１１モードの存在をどの
ように確認したらよいか、が問題となっている。その１
つの方法として第１２図に示すように、被測定光ファイ
バ線路１の一端に安定な光源２から光を入射し、他端に
光パワーメーター６１を配し、光フアイバ線路１の途中
の適当な箇所に曲がり５や圧力などの擾乱を与えて、そ
の光フアイバ線路１の出射光のパワーの変化を調べるこ
とが考えられている。 また、第１３図のように光フアイバ線路１に対しパルス
信号で変調された光源２からの光パルスを入射し、その
出射光を受光器６で受け、受信信号の波形をオシロスコ
ープって観測し、光フアイバ線路１の適当な箇所に曲が
り５などの擾乱を加えたときに、第１４図Ａのｔ、ｐ、
、モードパルスと思われる部分が点線のように減衰した
り消滅したりすることを確認する方法も考えられる。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、上記の第１２図で示す光フアイバ線路か
らの出射パワー変化を捉える方法では、曲がりなどの擾
乱を与えたときに、基本モードが損失を受けたのか、Ｌ
Ｐ１１モードが損失を受けたのかが明確にならないとい
う本質的な欠点がある。 また、第１３図に示した光パルス法では、仮に基本モー
ドと不要モードとがその伝播速度が等しいとすると、曲
げを与えても第１４図Ｂのように主パルスと考えられる
部分の高さが低くなるだけであるから、第１２図の方法
と同様に曲げによる損失がＬＰ、、モードに生じたのか
ＬＰ、、モードに生じたのか判別ができない。さらに、
このパルス法では、パルス間隔をある程度離しておかな
いと、不要パルスが発生していても、等間隔で送られて
くる主パルスと重なり、これに埋もれて区別することが
難しいという問題もある。加えて、パルス法の場合には
光源自身の時間的なエネルギー利用効率が低下するので
、必ずしも高い信号対雑音比で測定することが難しくな
り、このことは長尺の光ファイバの測定ができないこと
を意味する。また、ＬＰｏｌ、ＬＰｌ、モードの伝搬速
度を予め知ることは容易でなく、ＬＰ１ｚモードのパル
スと思われる部分をオシロスコープの画面上で探すこと
も時間と経験を要する。 この発明は、単一モード光ファイバ線路に不要なモード
が伝播していないかどうかを精度よくかつ簡便に測定で
き、しかも光源出力の利用効率を高くして非常に長尺の
線路のように損失の大きい線路でも測定できる、検査方
法を提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明による単一モード光ファイバ線路の検査方法は
、基準信号発生器からの正弦波信号で変調された光を該
線路内に入射し、該線路の長さ方向の適当な位置で光フ
ァイバに対し曲がり、圧力などの擾乱を加え及びこれを
取り除き、この擾乱の有無の各状態での、該線路からの
出射光のベースバンド周波数領域における振幅及び位相
を測定し、且つこの測定を上記正弦波信号の周波数を変
えて行うことを特徴とする。

【作　　用】

単一モード光ファイバ線路の出射光のベースバンド出力
は、基本モードと不要モードとのベク）・ル的な合成波
として観測される。そこで、該線路に対し曲がり等の擾
乱を与えれば、不要モードを減衰させることができるの
で、このベースバンド出力の振幅と位相とを変化させる
ことができる。 したがって、単一モード光ファイバ線路に対し擾乱を与
えたときに出射光のベースバンド出力の振幅及び位相が
変化すれば、不要モードが存在していることが分かる。 また、たまたま基本モードと不要モードとの位相が一致
している場合には、擾乱を与えても合成波たる出射光出
力の振幅のみが変化し、位相は変化しないが、正弦波の
変調信号の周波数を変えることにより、これら２つのモ
ードの位相をずらすことができ、振幅及び位相の変化と
して不要モードの存在を知ることができる。

【実　施　例】

第１図において、被測定単一モード光ファイバ線路１は
、１本の単一モード光ファイバにより構成された、もし
くは複数本の単一モード光ファイバを接続して構成され
た線路で、この光フアイバ線路１に、出力の安定化され
なレーザダイオードあるいは発光ダイオードによる光源
２からの光を光学系３を介して入射させる。この光源２
は、周波数の安定化された高周波発振器４がらの正弦波
信号により変調されている。光フアイバ線路１の出射光
は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの受
光器６により検出され、その出力がアンプ７を経てベク
Ｉ・ルボルトメーター８の信号入力端子に送られる。他
方、このベクトルボルトメーター８の基準信号入力端子
には、高周波発振器４からの正弦波信号が入力されてい
る。 受光器６から出力される受信信号は、変調波と同じ正弦
波信号となるはずであり、この出力はいわゆるベースバ
ンド信号と呼ばれるものである。 これが、ベクトルポルＩ・メーター８において、その位
相と振幅につき正弦波変調信号と比較される。 つぎに、光フアイバ線路１の適当な位置で光ファイバに
曲がり５などの擾乱を与えて、仮に高次モード（ＬＰ１
１モード）が伝播しているときにはこれを曲げ等により
放射せしめ、受光器６に到達しないようにする。そして
、このときの受光器６の出力の振幅及び位相をベクトル
ボルトメーター８で測定する。 この光フアイバ線路１の２つの状態で測定された振幅及
び位相に変化がなければ、ＬＰ、１などの高次モードが
伝播していないことが分かるし、位相が変化すれば、高
次モードが伝播していることの証拠となる。もし、位相
の変化がなくて、振幅のみが幾らか変化するような場合
には、ＬＰｏｌモードとｔｐ、、モードの位相がたまた
ま同じになっている可能性もあるので、高周波発振器４
からの変調信号の周波数を変化させて同じ測定を繰り返
す。このとき、最初の周波数と次の周波数との関係は、
整数比にない方がよい。なぜなら、ｔ、ｐ、　１モード
の伝播速度をτｏ１、ｔ、ｐ、、モードの伝播速度をτ
１１、変調周波数をｆ、線路１の長さをＬとするとき、
ＬＰ、、モードとＬｐＨモードの位相が一致していると
いうことは、つぎの（２）式が成立しているからである
。 ２ｇｆＬ（τｏｘ−τｔｔ）＝　２πｎ−・−・・（２
）（ｎは整数） すなわち、ｆを整数倍もしくは整数分の１としても、（
２）式が再び成立してしまうからである。 このように、いくつかの周波数で測定を行い、光フアイ
バ線路１に与えた擾乱による線路１がらのベースバンド
出力の位相が変化を示さなければ、その擾乱を与えた線
路１の位置において線路１は実効的に単一モード伝送を
行っていることが確認できる。 なお、上記を第２図のベクトル図を用いて説明すると、
受光器６から得られる受信信号は同図Ａに示すようにＬ
Ｐｏｌモードの信号とＬＰ１１モードの信号とのベクト
ル的な合成波である。そのため、同図Ａのように２つの
モードの位相が異なっている場合には、線路１に曲がり
を与えることによってＬＰ１１モードを減衰させれば、
ＬＰ０１モードの信号のみとなるので位相がθ０　から
θｌへと変化するとともに振幅も変化する。これに対し
、同図Ｂのように２つのモードの位相が一致している場
合には、曲げを与えても位相は変化せず、単に振幅のみ
が変化する。そこでこの第２図Ｂの場合には、変調周波
数を変１ヒさせて第２図Ａの状態とした上で、曲げを与
えればよい。変調周波数を変化させても位相変化がなけ
れば、不要モードは伝播していないと考えることができ
る。 つぎに第３図に示すように２本の光ファイバ１１．１２
を不完全に接続して光フアイバ線路を形成し、これにつ
き上記の方法で検査してみた。ここで、光ファイバ１１
．１２は、波長１．３μｍにおいてＶ値がほぼ３．５で
、屈折率分布がほぼステップ型の実効的な単一モード光
ファイバであり、その長さは各々ｌｋｍで合計２ｋｍの
長さの線路を構成した。接続部１３は故意に不完全にし
てあり、基本モード間の接続損失として約１．５ｄＢ程
度の損失を有する。この線路を第１図に示す測定系で測
定した。曲がりは接続部１３の後方（受光器６側）にお
いて与えた。この曲がりは光ファイバ１２を直径約２０
ｍｍに１０回転させたものである。この曲がりを与えな
いときと、与えたときとの位相、振幅を測定したところ
、次の表に示す結果を得た。この表から、この光フアイ
バ線路は、不完全な接続部１３により１０％程度の不要
モードが伝播していると判定できる。 （以下余白）

【発明の効果】

この発明の検査方法によれば、単一モード光ファイバ線
路に不要モードが伝播しているかどうかを窩い精度で、
且つ確実に検査できる。また、従来のパルス法で測定す
る場合のように不要モードによる信号をブラウン管上で
探す手間が不要となり、容易に測定できる。さらに、正
弦波で変調した光信号を用いているので、光源出力の利
用効率が高く、そのため信号対雑音比を高くでき、非常
に長尺の線路のように損失の大きい光フアイバ線路につ
いても確実な検査が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる検査方法を実施す
るための測定系のブロック図、第２図は動作を説明する
ためのベクＩ・ル図、第３図は被測定単一モード光ファ
イバ線路の一例を示す模式図、第４図は光ファイバの構
造を示す模式図、第５図は屈折率分布の一例を示すグラ
フ、第６図は各モードの電界分布を示すグラフ、第７図
は屈折率分布の他の例を示すグラフ、第８図はＶ値に対
するクラッド中を伝播する光の割合を示すグラフ、第９
図は不完全な接続により不要モードが発生することを示
す模式図、第１０図は不要モードの測定系を示すブロッ
ク図、第１１図は第１０図の系で得られる波形を示す波
形図、第１２図は従来の検査方法の例を示すためのブロ
ック図、第１３図は池の従来例のブロック図、第１４図
は第１３図の系で得られる波形を示す波形図である。 １・・・被測定単一モード光ファイバ線路、２・・・光
源、３・・・光学系、４・・・高周波発振器、５・・・
曲がり、６・・・受光器、７・・・アンプ、８・・・ベ
クトルポルＩ・メーター、９・・・オシロスコープ、１
１．１２・・・光ファイバ、１３・・・不完全な接続部
、１４・・・コア、１５・・・クラッド、６１・・・光
パワーメーター。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準信号発生器からの正弦波信号で変調された光
   を該線路内に入射し、該線路の長さ方向の適当な位置で
   光ファイバに対し曲がり、圧力などの擾乱を加え及びこ
   れを取り除き、この擾乱の有無の各状態での、該線路か
   らの出射光のベースバンド周波数領域における振幅及び
   位相を測定し、且つこの測定を上記正弦波信号の周波数
   を変えて行う単一モード光ファイバ線路の検査方法。