JP6281864B2 - 光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は，光ファイバの特性を測定するための測定装置及び測定方法に関する。具体的に説明すると，本発明は，光ファイバの特性として，光ファイバの群速度分散値を測定するための測定装置及び測定方法に関するものである。

光ファイバ通信において，光ファイバが持つ特性の一つである群速度分散は，光信号の波形歪みを引き起こす原因となる。このため，光ファイバ通信を行う際には，その光ファイバが持つ群速度分散を光学的及び電気的に補償する必要がある。

ここで，光ファイバの群速度分散を補償するためには，その群速度分散値を正確に測定する必要がある。特に，光信号の分配経路は，光ルーティングにより光経路（接続経路だけでなく光ファイバの種類や長さ）がダイナミックに変化する。このため，光ルーティングでは，光経路の変化毎に瞬時に光ファイバの特性を測定し，通信信号へのフィードバック・フィードフォワードによって，その特性に応じた補償を行う必要がある。従って，光ルーティングでは，より高速かつ精密に光ファイバの特性を計測することのできる手段が必要とされている。

そこで，一般的な従来手法では，両側波側帯光変調信号における［搬送波・上部側波帯成分］と［搬送波・下部側波帯成分］の位相が群速度分散により変化するという原理に基づいて，この群速度分散系数を逆算する手法をとっている。すなわち，従来手法では，特定周波数により，［搬送波・上部側波帯成分］及び［搬送波・下部側波帯成分］それぞれの成分が打ち消し合って出力ＲＦ信号がゼロになるという効果を利用して，周波数掃引を行うことで，その群速度分散値を逆算することとしていた（非特許文献１，非特許文献２等）

また，光ファイバの特性を計測する手法として，従来から，周波数掃引信号を発生させることのできる特殊レーザを用いて光ファイバの群速度分散を計測することも知られている（特許文献１）。

T. Yamamoto, T. Mori, T. Sakamoto, K. Kurokawa, S. Tomita, and M.Tsubokawa, "Group velocity dispersion measurement method usingsinusoidally phase-modulated continuous wave light based on cyclic nature ofoptical waveform change by group velocity dispersion", Applied Optics, vol. 49,no. 27, pp. 5148-5156 (2010). 山本貴司、森崇嘉、坂本泰志、冨田茂、「位相変調光を用いた群速度分散測定における高次分散の影響」信学技法ＯＦＴ２０１０−５５，ｐｐ．４３−４６（２０１０）

特開２００１−２２８０５３号公報

しかしながら，上記した一般的な手法は，群速度分散によって変化した［搬送波・上部側波帯成分］と［搬送波・下部側波帯成分］の位相差を直接計測することに相当するため，光変調信号の周波数帯域と計測可能な群速度分散値が互いに反比例することとなる。つまり，この手法では，光ファイバが十分に大きい群速度分散値を有していなければ，リーズナブルな変調信号（例えば１０ＧＨｚなど）を利用して，光ファイバの特性を測定することが困難であるという問題があった。例えば，従来の手法によって，群速度分散値が１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである通常の光ファイバの測定では，６０ＧＨｚの変調信号を用いると，４００ｍ程度の地点でＲＦパワーがゼロとなるため，数１００ｍの光ファイバ長が必要となる。１０ＧＨｚの変調ではさらに長い光ファイバが必要なことは自明である。

また，周波数掃引信号を発生させることのできるレーザを用いる方法は，このレーザそのものが特殊であるという問題がある。この特殊なレーザは，光ファイバの構築及び設計用の専用システムであり，既存部品を流用することが困難になっている。

従って，本発明は，光ファイバの群速度分散値が小さい場合であっても高速かつ高精度に光ファイバの群速度分散値を測定することができ，しかも既存の光ファイバ通信コンポーネントを流用して簡易的に構築することのできる光ファイバ特性測定装置及び方法を提供することを解決課題としている。

そこで，本発明の発明者は，上記の従来発明の問題点を解決する手段について鋭意検討した結果，下記の構成を有する測定装置及び測定方法によれば，光ファイバの群速度分散値が小さい場合であっても高速かつ高精度に光ファイバの群速度分散値を測定することができ，しかも既存の光ファイバ通信コンポーネントを流用して簡易的に構築することができるという知見を得た。

本発明の第１の側面は，光ファイバの特性の測定装置に関する。
本発明に係る測定装置は，光源１と，信号源２と，光変調器３と，第１の光カプラ４と，測定対象たる光ファイバ５と，第２の光カプラ６と，検波器７と，演算手段８と，を含む。
光源１は，所定の光周波数の光信号を出力する。
信号源２は，変調信号を出力する。
光変調器３は，信号源２からの変調信号によって，光源１からの光信号に対して両側波帯・搬送波抑圧変調（ＤＳＢ−ＳＣ）の光変調を施した変調光を出力する。
第１の光カプラ４は，光変調器３からの変調光を２つに分波する。これにより，第１の光カプラ４からは，第１の変調光（光ＤＳＢ−ＳＣ信号）と第２の変調光（光ＤＳＢ−ＳＣ信号）が出力される。
測定対象たる光ファイバ５には，第１の光カプラ４によって分波された一方の変調光が入射する
第２の光カプラ６は，光ファイバ５の端にて反射した又は光ファイバ５を透過した一方の変調光と，第１の光カプラ４によって分波された他方の変調光を合波する。
検波器７は，第２の光カプラ６によって合波された光信号の周波数を検出する。
演算手段８は，検波器７によって検出された光信号の周波数に基づいて，光ファイバ５の特性としての群速度分散値（Ｄ）を測定する。

本発明の測定装置において，信号源２は，変調信号の周波数を掃引することで，光変調器３から出力される変調光の上部側波帯及び下部側波帯の周波数を掃引することが好ましい。

本発明の測定装置において，演算手段８は，検波器７によって検出した光信号の上部側波帯成分由来のピーク周波数（ｆ_ｄｅｔ＋）と光信号の下部側波帯成分由来のピーク周波数（ｆ_ｄｅｔ−）との周波数差（Δｆ_ｄｅｔ）に基づいて，光ファイバ５の特性としての群速度分散値（Ｄ）を測定することが好ましい。

本発明の測定装置において，演算手段８は，上記の周波数差（Δｆ_ｄｅｔ），一方の変調光が光ファイバ５の中を伝送した距離（Ｌ），真空中の光速（ｃ），光源１から発せられた光信号の周波数（ｆ_０），掃引された変調信号の下限周波数（ｆ_１）と上限周波数（ｆ_２），及び下限周波数（ｆ_１）と上限周波数（ｆ_２）間の掃引期間（Ｔ）に基づいて，光ファイバ５の特性としての群速度分散値（Ｄ）を測定することが好ましい。

本発明の第２の側面は，光ファイバの特性の測定方法に関する。
本発明の測定方法は，
光源１から所定の光周波数の光信号を出力する工程と，
信号源２から変調信号を出力する工程と，
光変調器３が，信号源２からの変調信号によって，光源１からの光信号を対して両側波帯・搬送波抑圧変調（ＤＳＢ−ＳＣ）の光変調を施した変調光を出力する工程と，
第１の光カプラ４により光変調器３からの変調光を２つに分波する工程と，
第１の光カプラ４によって分波された一方の変調光を，測定対象たる光ファイバ５に入射する工程と，
第２の光カプラ６により，光ファイバ５の端にて反射した又は光ファイバ５を透過した一方の変調光と，第１の光カプラ４によって分波された他方の変調光を合波する工程と，
検波器７により，第２の光カプラ６によって合波された光信号の周波数を検出する工程と，
演算手段８により，検波器７によって検出された光信号の周波数に基づいて，光ファイバ５の特性としての群速度分散値を測定する工程と，を含む。

本発明は，基本的に，光ファイバの群速度分散値の測定に，光周波数領域リフレクトメトリの手法を応用するという知見に基づく。この光周波数領域リフレクトメトリは，基本的には，光の光路長を計測するための手法である。ここで，本発明では，両側波側帯・搬送波抑圧（ＤＳＢ−ＳＣ）信号における上部側波帯及び下部側波帯に周波数掃引信号を発生させ，それぞれ帯域の周波数差から光路長差を計測することで，光ファイバの実効屈折率差，つまり群速度分散値を実測することとしている。

本発明は，従来手法のように，［搬送波・上部側波帯成分］及び［搬送波・下部側波帯成分］の位相差を直接計測するものではない。本発明は，掃引した両側波側帯・搬送波抑圧（ＤＳＢ−ＳＣ）信号における上部側波帯成分由来のピーク周波数と下部側波帯成分由来のピーク周波数の周波数差を検出して，光ファイバの群速度分散値を測定することができる。従って，本発明は，光ファイバの群速度分散値が小さい場合であっても，リーズナブルな変調信号（例えば１０ＧＨｚなど）を利用して，光ファイバの群速度分散値を効率的に測定することができる。

また，本発明は，従来技術のように，周波数掃引信号を発生させることのできる特殊なレーザを用いる必要がない。本発明は，例えば，公知の光変調器と，公知の変調信号を発生する電気シンセサイザと，公知の電気スペクトラムアナライザを用いて，光ファイバの特性（群速度分散値）を計測可能である。従って，本発明に係る測定装置は，その構成が容易になる。

また，本発明は，電気シンセサイザ（信号源）による周波数掃引速度を調整することで，ほぼあらゆる長さの光ファイバの特性を測定することができる。また，本発明は，測定対象たる光ファイバの反射光を検出する方式（反射型方式）だけでなく，光ファイバの透過光を検出する方式（透過型方式）にも対応することができる。従って，本発明の測定装置は，すでに敷設された光ファイバの特性を計測することも可能である。

図１は，本発明の第１の実施形態に係る測定装置の構造を示した概略図である。 図２（ａ）は，信号源から光変調器に印加される変調信号の波形の概略を示している。図２（ｂ）は，光変調器から出力される変調光の光スペクトルの概略を示している。 図３は，反射波と入力波が合成された信号の波形の概略を示している。 図４は，検波器によって検出される周波数成分の概略を示している。 図５は，本発明の第２の実施形態に係る測定装置の構造を示した概略図である。

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。
なお，本願明細書において，「Ａ〜Ｂ」とは，「Ａ以上Ｂ以下」であることを意味する。

図１は，本発明の好ましい実施形態に係る測定装置の構造を示した概略図である。図１に示した実施形態の測定装置は，いわゆる反射型方式で，光ファイバの特性を測定する。反射型方式とは，変調光を測定対象たる光ファイバの一端に入射し，その光ファイバの他端で反射した変調光を検出する方式である。

図１に示された実施形態において，測定装置は，光源１と，信号源２と，光変調器３と，第１の光カプラ４と，測定対象となる光ファイバ５と，第２の光カプラ６と，検波器７と，演算手段（ＰＣ）８と，光サーキュレータ９と，光電変換器１０と，を有している。

光源１は，所定の周波数の光信号を出力する。光源１から出力される光信号の周波数は，“ｆ_０”で表される。光源１は，連続光を出力するＣＷ光源であることが好ましい。光源１の具体的な例として，例えば，レーザーダイオードやＬＥＤが挙げられる。ただし，光源１は，これらに限定されず，適宜公知のものを用いることができる。

信号源２は，光変調器３に対して伝達すべき変調信号を出力するためのデバイスである。信号源２としては，公知の信号源を採用することができる。信号源の例は，ＦＳＫ信号源である。ＦＳＫとしての信号源２は，光ＦＳＫ変調器である光変調器３の電極へ伝達される信号を制御する。信号源２から光変調器３の電極に入力される信号としては，１ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数成分をもつ信号が挙げられ，５ＧＨｚ〜１００ＧＨｚ，若しくは１０ＧＨｚ〜５０ＧＨｚであることが好ましい。

また，本発明において，信号源２は，光変調器３に対して印加する変調信号の周波数を掃引することのできるものであることが好ましい。周波数の掃引としては，例えば，上り掃引と下り掃引とが挙げられる。例えば，掃引される周波数の下限周波数を“ｆ_１”とし，上限周波数を“ｆ_２”とする。この場合に，上り掃引とは，変調信号の周波数が下限周波数ｆ_１から上限周波数ｆ_２に達するように一定のペースで周波数を上げていくことをいう。これに対し，下り掃引とは，変調信号の周波数が上限周波数ｆ_２から下限周波数ｆ_１に達するように一定のペースで周波数を下げていくことをいう。また，上り掃引又は下り掃引において，下限周波数ｆ_１から上限周波数ｆ_２に達するまでの期間，又は上限周波数ｆ_２から下限周波数ｆ_１に達するまでの期間を「掃引期間」という。この掃引期間は，“Ｔ”で表される。

また，信号源２による変調信号の周波数掃引の形態としては，上り掃引又は下り掃引のみが連続して行われるノコギリ波型の掃引や，上り掃引と下り掃引とが交互に繰り返される三角波型の掃引が挙げられる。

光変調器３は，信号源２から供給される変調信号に応じて，光源１から出力された光信号を変調するデバイスである。本発明において，光変調器３は，光信号に対して，両側波帯・搬送波抑圧変調（ＤＳＢ−ＳＣ：Double Side Band Suppressed Carrier）を行う光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である。光変調器３としては，公知の光ＤＳＢ−ＳＣ変調器を適宜用いることができる。例えば，公知の光ＳＳＢ変調器や光ＦＳＫ変調器を，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器として用いてもよい。また，例えば，光変調器３としては，特開平２００４−２５２３８６号公報の図３７に示されるように，マッハツェンダー型の光ＤＳＢ−ＳＣ変調器を用いることとしてもよい。例えば，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器は，ＬＮ導波路上に形成されたマッハツェンダー導波路（ＭＺ）と，マッハツェンダー導波路（ＭＺ）の両アームに設けられた位相変調器（ＰＭ）と，マッハツェンダー導波路（ＭＺ）の一方のアームに設けられた固定位相器を有する。

上記のように，光変調器３から出力される変調光は，光ＤＳＢ−ＳＣ信号となる。光ＤＳＢ−ＳＣ信号は，上部側波帯（ＵＳＢ）信号と下部側波帯（ＬＳＢ）信号とを有し，搬送波が抑圧された信号である。信号源２から光変調器３に供給される変調信号の周波数を“ｆ_ｍ”とし，搬送波の中心周波数を“ｆ_０”とすると，上部側波帯信号の中心周波数は，“ｆ_０＋ｆ_ｍ”で表され，下部側波帯信号の中心周波数は，“ｆ_０−ｆ_ｍ”で表される。

図１に示されるように，光変調器３から出力された光ＤＳＢ−ＳＣ信号は，第１の光カプラ４に入力される。第１の光カプラ４は，光ＤＳＢ−ＳＣ信号を２つに分波（強度分離）する。すなわち，第１の光カプラ４は，光変調器３から出力された光ＤＳＢ−ＳＣ信号を，第１の光ＤＳＢ−ＳＣ信号と第２の光ＤＳＢ−ＳＣ信号とに分離して出力する。図１に示されるように，第１の光カプラ４により分離された一方の光ＤＳＢ−ＳＣ信号は，第２の光カプラ６に入力され，他方の光ＤＳＢ−ＳＣ信号は，光サーキュレータ９に入力される。

また，図１に示されるように，光サーキュレータ９には，測定対象たる光ファイバ５の一端が接続されている。このため，光サーキュレータ９に入力された変調光は，測定対象たる光ファイバ５へと導入される。図１に示された実施形態において，光ファイバ５は，他端がどのデバイスにも接続されていない自由端となっている。このため，光ファイバ５に導入された変調光は，この光ファイバ５の他端において反射される。反射された変調光は，光ファイバ５の一端側から光サーキュレータ９に再度導入される。光サーキュレータ９は，光ファイバ５で反射した変調光を，第２の光カプラ６へと導入する。

図１に示されるように，第２の光カプラ６には，第１の光カプラ４において分波された一方の変調光（光ＤＳＢ−ＳＣ信号）と，第１の光カプラ４において分波されて光ファイバ５に入射された他方の変調光（光ＤＳＢ−ＳＣ信号）とが導入される。これにより，第２の光カプラ６では，一方の変調光と他方の変調光とが合波される。

第２の光カプラ６において合成された光信号は，光電変換器１０にて電気信号へと変換された後，検波器７において信号検出される。検波器７は，入力された光信号／電気信号の周波数を検出するデバイスである。検波器７としては，公知の電気スペクトラムアナライザを利用すればよい。

検波器７は，コンピュータ（ＰＣ）８（「演算手段」に相当）に接続されている。ＰＣ８は，検波器７によって検出された光信号／電気信号の周波数に基づいて，測定対象たる光ファイバ５の特性を求める演算を行う。具体的には，ＰＣ８は，光ファイバ５の群速度分散値を求める。以下では，ＰＣ８において行われる演算について説明する。

まず，本実施形態において，信号源２から光変調器３に対して供給される変調信号の形態を図２（ａ）に示す。図２（ａ）に示されるように，本実施形態では，信号源２は，変調信号に対して，上り掃引のみが連続して行われるノコギリ波型の掃引を行っている。このように，信号源２から供給される電気信号は，ノコギリ波型電気信号である。ノコギリ波型電気信号の周波数は，以下の数式により表される。

ここで，“ｆ_１”は下限周波数であり，“ｆ_２”は上限周波数であり，“Ｔ”は下限周波数ｆ_１から上限周波数ｆ_２に達するまでの掃引期間である。

また，上記の掃引された変調信号に応じて，光変調器３により両側波帯・搬送波抑圧変調（ＤＳＢ−ＳＣ）が施された変調光の光スペクトルを，図２（ｂ）に示す。図２（ｂ）に示されるように，変調信号が掃引されることで，光変調器３から出力される光ＤＳＢ−ＳＣ信号の上部側波帯と下部側波帯に周波数掃引信号が発生する。上部側波帯ｆ_ＵＳＢ及び下部側波帯ｆ_ＬＳＢについて，光ＤＳＢ−ＳＣ信号の光周波数遷移を周波数領域で数式化すると，以下の数式により表される。

また，測定対象たる光ファイバ５の端で反射されて第２の光カプラ６へ到達する一方の変調光（光ＤＳＢ−ＳＣ信号）は，光源１の光周波数を“ｆ_０”とすると，以下の数式により表される。

ここで，“τ”は，変調光が光ファイバ５の中を伝送した時間である。

また，第２の光カプラ６には，第１の光カプラ４において分波されて光ファイバ５の中を伝送した一方の変調光と，第１の光カプラ４において分波された他方の変調光とが導入される。第２の光カプラ６において，一方の変調光（反射波）と他方の変調光（入力波）とが合成された信号は，例えば図３のように書き表すことができる。すなわち，検波器７により検出される信号は，第２の光カプラ６で合成された一方の変調光（反射波）と他方の変調光（入力波）の差分をとった中間周波数となる。従って，一方の変調光（反射波）と他方の変調光（入力波）の差分は，上部側波帯と下部側波帯の両方とも，以下の数式により表される。

ここで，“ｆ^Ｒｅｆ _ｘＳＢ”は，光ファイバ５の中を伝送した一方の変調光（反射波）における上部側波帯又は下部側波帯の周波数であり，“ｆ_ｘＳＢ”は，第１の光カプラ４から第２の光カプラ６に直接導入された他方の変調光（入力波）における上部側波帯又は下部側波帯の周波数である。

また，光ファイバ５の中を光信号が伝送した時間“τ”は，一般的に，以下の数式により表される。

ここで，“ｎ”は，光ファイバ５の屈折率であり，“Ｌ”は，変調光が光ファイバ５の中を伝送する距離であり，“ｃ”は，真空中の光速である。なお，一般的に，光ファイバ５の屈折率は，その中を伝送する光信号の光周波数に依存するため，ｎ（ｆ）と書くこともできる。ただし，ここでは簡単化のため，上部側波帯から下部側波帯にわたり，屈折率変化が線形かつ変化が十分に小さいものとして考える。このため，光ファイバ５の屈折率は，光周波数ｆ_０に対応する屈折率ｎ_０からの差として，Δｎ（光周波数ｆ_０±（ｆ_２−ｆ_１）／２に対して）とする。従って，光ファイバ５の中を伝送する光信号の上部側波帯成分の伝送時間“τ_ＵＳＢ”と下部側波帯成分の伝送時間“τ_ＬＳＢ”は，それぞれ，以下の数式により表される。

また，上述のように，検波器７により検出される周波数は，第２の光カプラ６で合成された一方の変調光（反射波）と他方の変調光（入力波）の差分をとった中間周波数となる。検波器７により検出される中間周波数は，例えば図４のように書き表される。図４において，“ｆ_ｄｅｔ＋”は，検波器７によって検出された上部側波帯成分由来のピーク周波数であり，“ｆ_ｄｅｔ−”は，検波器７によって検出された下部側波帯成分由来のピーク周波数である。ｆ_ｄｅｔ＋とｆ_ｄｅｔ−は，それぞれ，以下の数式により表される。

また，もしΔｎ＝０である場合，検波器７によって検出される周波数は，以下の数式により表されるものとなる。

ここで，図４にも示されるように，上記の数式における“ｆ_ｄｅｔ”が，ｆ_ｄｅｔ＋とｆ_ｄｅｔ−の中点に相当するものであることは自明である。

さらに，ｆ_ｄｅｔ＋とｆ_ｄｅｔ−の差分から求められる周波数差“Δｆ_ｄｅｔ”は，以下の数式により表される。

また，一般的に，光信号の周波数に応じた光ファイバの屈折率変化は，群速度分散値Ｄ［ｓ／ｍ／ｍ］（単位ファイバあたり，離調波長における伝播時間差）で表される。例えば，光周波数ｆ_０（屈折率ｎ_０）の光信号と，光周波数ｆ_０＋（ｆ_２−ｆ_１）／２（屈折率ｎ＋Δｎ）の光信号が，長さＬの光ファイバの中を伝送した場合，それぞれの光信号の到達時間（伝送時間）は，以下の数式により表される。

従って，以上の数式をまとめると，光ファイバ５の屈折率差Δｎと群速度分散値Ｄの関係は，以下の数式により表される。

さらに，上記の数式を，Δｆ_ｄｅｔを求める数式に書き直すと以下のとおりとなる。

よって，長さ（伝送距離）Ｌが自明な光ファイバ５については，図４に示されるような離れた検出ピークの周波数を測定することで，上記の数式（１７）に基づいて，群速度分散値Ｄを計算することが可能となる。従って，図１に示された構成の測定装置によれば，簡易的な構成で，測定対象たる光ファイバ５の群速度分散値Ｄを測定することができる。

すなわち，本発明において，ＰＣ８は，以下の（ａ）〜（ｇ）の値に基づいて，図１に示された実施形態に係る測定装置の構成により，光ファイバ５の特性としての群速度分散値Ｄを測定することが可能である。
（ａ）検波器７によって検出した光信号の上部側波帯成分由来のピーク周波数ｆ_ｄｅｔ＋と光信号の下部側波帯成分由来のピーク周波数ｆ_ｄｅｔ−との周波数差Δｆ_ｄｅｔ
（ｂ）変調光が光ファイバ５の中を伝送した距離Ｌ
（ｃ）真空中の光速ｃ
（ｄ）光源１から発せられた光信号の周波数ｆ_０
（ｅ）掃引された変調信号の下限周波数ｆ_１
（ｆ）掃引された変調信号の上限周波数ｆ_２
（ｇ）下限周波数ｆ_１と上限周波数ｆ_２間の掃引期間Ｔ

また，本発明では，検波器７により検出された離れた検出ピークの中点をｆ_ｄｅｔとすることで，上記式（１１）に基づいて，光周波数ｆ_０に対応する光ファイバ５の屈折率ｎ_０を計算することもできる。

続いて，図５は，本発明の他の実施形態に係る測定装置の構造を示した概略図を示している。図５に示されるように，本発明の測定装置は，いわゆる透過型方式で，光ファイバの特性を測定することもできる。透過型方式とは，測定対象たる光ファイバの一端から変調光を入射し，光ファイバの他端から射出された変調光を検出する方式である。図５に示されるように，測定装置が透過型方式である場合，第１の光カプラ４に，測定対象たる光ファイバ５の一端を接続し，第２の光カプラ６に，測定対象たる光ファイバ５の他端を接続すればよい。このように，測定装置が透過型方式である場合，図１に示した反射型方式の測定装置と比較して，光サーキュレータ９が不要となる。

なお，図１に示した反射型方式の測定装置及び図５に示した透過型方式の測定装置どちらにおいても光ファイバ５の長さはＬであるが，光信号が伝送した距離は，反射型方式の場合は２Ｌ，透過型方式の場合はＬとなり，伝送する距離が異なる点に注意が必要である。

具体的に説明すると，透過型方式の測定装置（図５）においても，上述した反射型方式の測定装置（図１）と同様に，（１）〜（６）の数式を適用することができる。

他方，透過型方式の測定装置では，上述した反射型方式の測定装置とは異なり，光ファイバ５の中を光信号が伝送した時間“τ”は，一般的に，以下の数式により表される。

このように，透過型方式の測定装置と反射型方式の測定装置とでは，光ファイバ５の中を光信号が伝送した時間“τ”の定義が異なる。従って，透過型方式の測定装置において，上述した（７）〜（１７）の数式は，以下に示す（７）´〜（１７）´の数式に置き換えられる。

すなわち，透過型方式の測定装置において，光ファイバ５の中を伝送する光信号の上部側波帯成分の伝送時間“τ_ＵＳＢ”と下部側波帯成分の伝送時間“τ_ＬＳＢ”は，それぞれ，以下の数式により表される。

また，検波器７によって検出された上部側波帯成分由来のピーク周波数“ｆ_ｄｅｔ＋”と，検波器７によって検出された下部側波帯成分由来のピーク周波数“ｆ_ｄｅｔ−”は，それぞれ，以下の数式により表される。

従って，透過型方式の測定装置において，もしΔｎ＝０である場合，検波器７によって検出される周波数は，以下の数式により表されるものとなる。

ここで，図４にも示されるように，上記の数式における“ｆ_ｄｅｔ”が，ｆ_ｄｅｔ＋とｆ_ｄｅｔ−の中点に相当するものであることは自明である。

さらに，透過型方式の測定装置において，ｆ_ｄｅｔ＋とｆ_ｄｅｔ−の差分から求められる周波数差“Δｆ_ｄｅｔ”は，以下の数式により表される。

また，一般的に，光信号の周波数に応じた光ファイバの屈折率変化は，群速度分散値Ｄ［ｓ／ｍ／ｍ］（単位ファイバあたり，離調波長における伝播時間差）で表される。例えば，光周波数ｆ_０（屈折率ｎ_０）の光信号と，光周波数ｆ_０＋（ｆ_２−ｆ_１）／２（屈折率ｎ＋Δｎ）の光信号が，長さＬの光ファイバの中を伝送した場合，それぞれの光信号の到達時間（伝送時間）は，以下の数式により表される。

従って，以上の数式をまとめると，光ファイバ５の屈折率差Δｎと群速度分散値Ｄの関係は，以下の数式により表される。

さらに，透過型方式の測定装置では，上記の数式を，Δｆ_ｄｅｔを求める数式に書き直すと以下のとおりとなる。

よって，透過型方式の測定装置（図５）においても，反射型方式の測定装置（図１）と同様に，長さ（伝送距離）Ｌが自明な光ファイバ５については，図４に示されるような離れた検出ピークの周波数を測定することで，上記の数式（１７）´に基づいて，群速度分散値Ｄを計算することが可能となる。従って，本発明の測定装置によれば，簡易的な構成で，測定対象たる光ファイバ５の群速度分散値Ｄを測定することができる。

また，透過型方式の測定装置（図５）においても，検波器７により検出された離れた検出ピークの中点をｆ_ｄｅｔとすることで，上記式（１１）´に基づいて，光周波数ｆ_０に対応する光ファイバ５の屈折率ｎ_０を計算することができる。

以上に説明したとおり，本発明の測定装置及び測定方法は，光ファイバの実効屈折率，つまり群速度分散系数の評価に利用することができる。具体的には，反射型方式の測定装置を利用して，敷設前の新規な光ファイバの特性を効率的に測定することができる。また，透過型の測定装置を利用すれば，既に敷設された光ファイバの特性を効率的に測定することも可能となる。特に，既に敷設された光ファイバの特性を測定することで，光ファイバ経路の実効距離を求めることができる。また，既に敷設された光ファイバについては，群速度分散値を計測することで，光ファイバ通信用補償係数を推定することができ，さらには信号劣化の度合を評価することも可能となる。

また，既に敷設された光ファイバに関し，例えばトラブルにより光ファイバが切断された場合には，光ファイバの故障箇所や，光ファイバに与えられたダメージをチェックする必要がある。この点，本発明の測定装置及び測定方法によれば，光周波数領域リフレクトメトリ手法を応用して，光ファイバの実効距離を測定することで切断された箇所を同定することができる。また，光ファイバが曲げ延びストレスにより群速度分散値が変化することがあるため，本発明の測定装置及び測定方法によって群速度分散値を測定すれば，光ファイバのダメージの度合いを推定することも可能となる。

以上，本願明細書では，本発明の内容を表現するために，図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし，本発明は，上記実施形態に限定されるものではなく，本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。

本発明は，光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法に関する。従って，本発明は，光ファイバを利用した通信産業において好適に利用し得る。

１…光源 ２…信号源 ３…光変調器
４…第１の光カプラ ５…光ファイバ ６…第２の光カプラ
７…検波器 ８…演算手段（ＰＣ） ９…光サーキュレータ
１０…光電変換器

Claims (3)

1. 光ファイバの特性の測定装置であって，
   所定の光周波数の光信号を出力する光源（１）と，
   変調信号を出力する信号源（２）と，
   前記信号源（２）からの前記変調信号によって，前記光源（１）からの前記光信号対して両側波帯・搬送波抑圧変調（ＤＳＢ−ＳＣ）の光変調を施した変調光を出力する光変調器（３）と，
   前記光変調器（３）からの前記変調光を２つに分波し，一方の変調光を測定対象たる光ファイバ（５）に入射する第１の光カプラ（４）と，
   前記光ファイバ（５）の端にて反射した又は前記光ファイバ（５）を透過した前記一方の変調光と，前記第１の光カプラ（４）によって分波された他方の変調光を合波する第２の光カプラ（６）と，
   前記第２の光カプラ（６）によって合波された光信号の周波数を検出する検波器（７）と，
   前記検波器（７）によって検出された前記光信号の周波数に基づいて，前記光ファイバ（５）の特性としての群速度分散値（Ｄ）を測定する演算手段（８）と，を含み，
   前記信号源（２）は，前記変調信号の周波数を掃引することで，前記光変調器（３）から出力される前記変調光の上部側波帯及び下部側波帯の周波数を掃引し，
   前記演算手段（８）は，前記検波器（７）によって検出した前記光信号の上部側波帯成分由来のピーク周波数（ｆ _ｄｅｔ＋ ）と前記光信号の下部側波帯成分由来のピーク周波数（ｆ _ｄｅｔ− ）との周波数差（Δｆ _ｄｅｔ ）に基づいて，前記光ファイバ（５）の特性としての群速度分散値（Ｄ）を測定する
   測定装置。
2. 前記演算手段（８）は，
   前記周波数差（Δｆ_ｄｅｔ），
   前記一方の変調光が前記光ファイバ（５）の中を伝送した距離（Ｌ），
   真空中の光速（ｃ），
   前記光源（１）から発せられた光信号の周波数（ｆ_０），
   掃引された前記変調信号の下限周波数（ｆ_１）と上限周波数（ｆ_２），及び
   前記下限周波数（ｆ_１）と前記上限周波数（ｆ_２）の間の掃引期間（Ｔ）
   に基づいて，前記光ファイバ（５）の特性としての群速度分散値（Ｄ）を測定する
   請求項１に記載の測定装置。
3. 光ファイバの特性の測定方法であって，
   光源（１）から所定の光周波数の光信号を出力する工程と，
   信号源（２）から変調信号を出力する工程と，
   光変調器（３）が，前記信号源（２）からの前記変調信号によって，前記光源（１）からの前記光信号を光変調に対して両側波帯・搬送波抑圧変調（ＤＳＢ−ＳＣ）を施した変調光を出力する工程と，
   第１の光カプラ（４）により前記光変調器（３）からの前記変調光を２つに分波する工程と，
   前記第１の光カプラ（４）によって分波された一方の変調光を，測定対象たる光ファイバ（５）に入射する工程と，
   第２の光カプラ（６）により，前記光ファイバ（５）の端にて反射した又は前記光ファイバ（５）を透過した前記一方の変調光と，前記第１の光カプラ（４）によって分波された他方の変調光を合波する工程と，
   検波器（７）により，前記第２の光カプラ（６）によって合波された光信号の周波数を検出する工程と，
   演算手段（８）により，前記検波器（７）によって検出された前記光信号の周波数に基づいて，前記光ファイバ（５）の特性としての群速度分散値を測定する工程と，を含み，
   前記信号源（２）は，前記変調信号の周波数を掃引することで，前記光変調器（３）から出力される前記変調光の上部側波帯及び下部側波帯の周波数を掃引し，
   前記演算手段（８）は，前記検波器（７）によって検出した前記光信号の上部側波帯成分由来のピーク周波数（ｆ _ｄｅｔ＋ ）と前記光信号の下部側波帯成分由来のピーク周波数（ｆ _ｄｅｔ− ）との周波数差（Δｆ _ｄｅｔ ）に基づいて，前記光ファイバ（５）の特性としての群速度分散値（Ｄ）を測定する
   測定方法。

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