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技術 伝搬遅延差の測定装置及び伝搬遅延の測定装置

出願人 KDDI株式会社
発明者 若山雄太釣谷剛宏
出願日 2015年8月7日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2015-157484
公開日 2017年2月16日 (3年9ヶ月経過) 公開番号 2017-036967
状態 特許登録済
技術分野 光学的変換 光学装置、光ファイバーの試験
主要キーワード 各伝搬モード 各物体光 伝搬遅延差 各遅延量 サンプリング定理 被測定ファイバ 共役複素数 フーリエ逆変換
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この項目の情報は公開日時点(2017年2月16日)のものです。
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図面 (3)

課題

短い時間で光ファイバにおける伝搬遅延伝搬モード間の伝搬遅延差を測定できる測定装置を提供する。

解決手段

測定装置は、物体光及び参照光を出力する分波手段と、物体光を2つ以上の伝搬モードに変換して被測定ファイバに出力する変換手段と、遅延量が可変であり、参照光を遅延させる遅延手段と、被測定ファイバを伝搬した2つ以上の伝搬モードの物体光と、遅延された参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉手段と、干渉光の干渉縞撮像して干渉縞を示すデータを取得する撮像手段と、干渉縞を示すデータをフーリエ変換して1次回折成分を取り出し、1次回折成分の光強度を求めることを遅延手段での遅延量を変えながら繰り返して遅延量と光強度との関係を求め、遅延量と光強度の関係から伝搬遅延差を判定する処理を行う処理手段と、を備えている。

概要

背景

光通信における伝送容量の拡大のため、モード多重光通信ステムが提案されている。モード多重光通信システムの送信側においては、複数の光信号を異なる伝搬モードの光信号に変換して1本の光ファイバ入射し、受信側においては各伝搬モードの光信号を分離して取り出す。しかしながら、光ファイバにおける伝搬速度は伝搬モードによって異なり、よって、モード多重光通信システムにおいては伝搬モード毎に異なる伝搬遅延が生じる。つまり、伝搬モード間での伝搬遅延差が生じる。

非特許文献1は、この伝搬モード間の伝搬遅延差を測定する方法を開示している。図2は、非特許文献1が開示する伝搬遅延差の測定方法の説明図である。光源21が出力する光は分波器22で2分岐される。2分岐された内の一方の光は、被測定ファイバ23に入射され、他方の光は遅延量を可変に設定できる遅延部26を経由してファイバ27に入射される。被測定ファイバ23及びファイバ27から出力される光は、干渉計24で干渉させられ、これにより干渉縞が生じる。撮像部25は、この干渉縞を撮影して、干渉縞を示す画像データを処理部28に出力する。

なお、非特許文献1に記載の構成においては、遅延部26で与える遅延量を変えながら、各遅延量において撮像部25は、干渉縞の撮影を複数回行う。つまり、例えば、100個の遅延量のそれぞれについて8回撮影するものとすると、計800回の撮影を行う。なお、1つの遅延量において複数回の撮影を行うのは、非特許文献1に記載の構成においては、干渉縞が周期的に変化するからである。

処理部28は、各遅延量において撮影した複数の干渉縞から、各遅延量における光強度のピーク値を求める。この遅延量に対する光強度のピーク値は、遅延部26で与える遅延量が伝搬モード間の伝搬遅延差と同じになるところで最大となる。したがって、処理部28は、光強度のピーク値が最大となる遅延量を判定することで、伝搬モード間の遅延差を判定することができる。

概要

短い時間で光ファイバにおける伝搬遅延や伝搬モード間の伝搬遅延差を測定できる測定装置を提供する。測定装置は、物体光及び参照光を出力する分波手段と、物体光を2つ以上の伝搬モードに変換して被測定ファイバに出力する変換手段と、遅延量が可変であり、参照光を遅延させる遅延手段と、被測定ファイバを伝搬した2つ以上の伝搬モードの物体光と、遅延された参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉手段と、干渉光の干渉縞を撮像して干渉縞を示すデータを取得する撮像手段と、干渉縞を示すデータをフーリエ変換して1次回折成分を取り出し、1次回折成分の光強度を求めることを遅延手段での遅延量を変えながら繰り返して遅延量と光強度との関係を求め、遅延量と光強度の関係から伝搬遅延差を判定する処理を行う処理手段と、を備えている。

目的

本発明は、短い時間で光ファイバにおける伝搬遅延や伝搬モード間の伝搬遅延差を測定できる測定装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

光源照射した光を分波して物体光及び参照光を出力する分波手段と、前記物体光を2つ以上の伝搬モードに変換して被測定ファイバに出力する変換手段と、遅延量が可変であり、前記参照光を遅延させる遅延手段と、前記被測定ファイバを伝搬した前記2つ以上の伝搬モードの物体光と、前記遅延手段により遅延された参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉手段と、前記干渉光の干渉縞撮像して前記干渉縞を示すデータを取得する撮像手段と、前記干渉縞を示すデータをフーリエ変換して1次回折成分を取り出し、前記1次回折成分の光強度を求めることを前記遅延手段での遅延量を変えながら繰り返して遅延量と光強度との関係を求め、遅延量と光強度の前記関係から前記2つ以上の伝搬モードの光の前記被測定ファイバでの伝搬遅延差を判定する処理を行う処理手段と、を備えていることを特徴とする測定装置

請求項2

前記処理手段は、前記光強度の極大値に対応する遅延量の差に基づき伝搬遅延差を判定することを特徴とする請求項1に記載の測定装置。

請求項3

前記処理手段は、前記光強度の極大値を与える1次回折成分をフーリエ逆変換することで、当該1次回折成分に対応する物体光の伝搬モードを判定することを特徴とする請求項2に記載の測定装置。

請求項4

光源が照射した光を分波して物体光及び参照光を出力する分波手段と、前記物体光を所定の伝搬モードに変換して被測定ファイバに出力する変換手段と、遅延量が可変であり、前記参照光を遅延させる遅延手段と、前記被測定ファイバを伝搬した物体光と、前記遅延手段により遅延された参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉手段と、前記干渉光の干渉縞を撮像して前記干渉縞を示すデータを取得する撮像手段と、前記干渉縞を示すデータをフーリエ変換して1次回折成分を取り出し、前記1次回折成分の光強度を求めることを前記遅延手段での遅延量を変えながら繰り返して遅延量と光強度との関係を求め、遅延量と光強度の前記関係から前記伝搬モードの光の前記被測定ファイバでの伝搬遅延を判定する処理を行う処理手段と、を備えていることを特徴とする測定装置。

請求項5

前記処理手段は、前記光強度の極大値に対応する遅延量に基づき前記伝搬遅延を判定することを特徴とする請求項4に記載の測定装置。

技術分野

0001

本発明は、伝搬モード毎に異なる光信号伝搬遅延及び異なる伝搬モード間での伝搬遅延差の測定技術に関する。

背景技術

0002

光通信における伝送容量の拡大のため、モード多重光通信ステムが提案されている。モード多重光通信システムの送信側においては、複数の光信号を異なる伝搬モードの光信号に変換して1本の光ファイバ入射し、受信側においては各伝搬モードの光信号を分離して取り出す。しかしながら、光ファイバにおける伝搬速度は伝搬モードによって異なり、よって、モード多重光通信システムにおいては伝搬モード毎に異なる伝搬遅延が生じる。つまり、伝搬モード間での伝搬遅延差が生じる。

0003

非特許文献1は、この伝搬モード間の伝搬遅延差を測定する方法を開示している。図2は、非特許文献1が開示する伝搬遅延差の測定方法の説明図である。光源21が出力する光は分波器22で2分岐される。2分岐された内の一方の光は、被測定ファイバ23に入射され、他方の光は遅延量を可変に設定できる遅延部26を経由してファイバ27に入射される。被測定ファイバ23及びファイバ27から出力される光は、干渉計24で干渉させられ、これにより干渉縞が生じる。撮像部25は、この干渉縞を撮影して、干渉縞を示す画像データを処理部28に出力する。

0004

なお、非特許文献1に記載の構成においては、遅延部26で与える遅延量を変えながら、各遅延量において撮像部25は、干渉縞の撮影を複数回行う。つまり、例えば、100個の遅延量のそれぞれについて8回撮影するものとすると、計800回の撮影を行う。なお、1つの遅延量において複数回の撮影を行うのは、非特許文献1に記載の構成においては、干渉縞が周期的に変化するからである。

0005

処理部28は、各遅延量において撮影した複数の干渉縞から、各遅延量における光強度のピーク値を求める。この遅延量に対する光強度のピーク値は、遅延部26で与える遅延量が伝搬モード間の伝搬遅延差と同じになるところで最大となる。したがって、処理部28は、光強度のピーク値が最大となる遅延量を判定することで、伝搬モード間の遅延差を判定することができる。

先行技術

0006

M.Laurila et al.,"Cross−correlated imaging of single−mode photonic crystal rod fiber with distributed mode filtering",Opt.Express,9215, 2013年4月

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、非特許文献1の構成では、遅延部26が与える各遅延量のそれぞれにおいて複数回の撮影を行わなければならず、測定に多くの時間を要する。

0008

本発明は、短い時間で光ファイバにおける伝搬遅延や伝搬モード間の伝搬遅延差を測定できる測定装置を提供するものである。

課題を解決するための手段

0009

本発明の一側面によると、測定装置は、光源が照射した光を分波して物体光及び参照光を出力する分波手段と、前記物体光を2つ以上の伝搬モードに変換して被測定ファイバに出力する変換手段と、遅延量が可変であり、前記参照光を遅延させる遅延手段と、前記被測定ファイバを伝搬した前記2つ以上の伝搬モードの物体光と、前記遅延手段により遅延された参照光とを干渉させて干渉光を生成する干渉手段と、前記干渉光の干渉縞を撮像して前記干渉縞を示すデータを取得する撮像手段と、前記干渉縞を示すデータをフーリエ変換して1次回折成分を取り出し、前記1次回折成分の光強度を求めることを前記遅延手段での遅延量を変えながら繰り返して遅延量と光強度との関係を求め、遅延量と光強度の前記関係から前記2つ以上の伝搬モードの光の前記被測定ファイバでの伝搬遅延差を判定する処理を行う処理手段と、を備えていることを特徴とする。

発明の効果

0010

短い時間で光ファイバにおける伝搬遅延や、伝搬モード間の伝搬遅延差を測定することができる。

図面の簡単な説明

0011

一実施形態による伝搬遅延差の測定装置の構成図。
伝搬遅延差の測定装置の構成図。

実施例

0012

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

0013

図1は、本実施形態による測定装置の構成図である。被測定ファイバ4は、測定対象の光ファイバである。分波器2は、光源1が照射した光を2分岐し、一方の光を物体光としてモード変換器3に出力し、他方の光を参照光として遅延部8に出力する。モード変換器3は、入力光を、測定対象の2つ以上の伝搬モードの物体光に変換して被測定ファイバ4に出力する。例えば、モード変換器3は、入力光を変換対象の伝搬モードの数と同じ数の物体光に分岐し、各物体光をそれぞれ異なる伝搬モードの物体光に変換して被測定ファイバ4に出力する。被測定ファイバ4を伝搬した各伝搬モードの物体光は干渉計5に出力される。遅延部8は、通過する光に遅延を与えて干渉計5に出力する。なお、遅延部8が通過する参照光に与える遅延量は可変である。干渉計5は、被測定ファイバ4からの物体光と、遅延部8からの参照光を干渉させて干渉光を生成する。なお、干渉計5において、物体光と参照光は、所定の角度θで交差する様に各光の伝搬方向を設定する。ここで、角度θは、後段の撮像部6の画素サイズと、干渉縞の間隔により決定されるサンプリング定理を満たす角度とする。撮像部6は、例えば、CCDセンサを有し、干渉光による干渉縞を撮影してデジタル・データに変換することで、干渉縞を示すデータを取得する。

0014

なお、本実施形態においては、遅延部8が与える遅延量を変更しながら、各遅延量において撮像部6は干渉縞を撮影するが、1つの遅延量において撮像部6は1回の撮影を行う。処理部7は、まず、各遅延量における干渉縞を示すデジタル・データをそれぞれ2次元フーリエ変換し、正側又は負側の1次回折成分を取り出す。より具体的には、干渉縞を示すデジタル・データは実数であり、よって、2次元フーリエ変換すると、正側の1次回折成分と、正側の1次回折成分の共役複素数である負側の1次回折成分が算出されるが、本実施形態では、いずれか一方のみを取り出す。処理部7は、1次回折成分を取り出した後の各周波数での値を積分して光強度を求め、遅延量と光強度との関係を求める。

0015

ここで、干渉縞は、ある伝搬モードの光信号が被測定ファイバ4を伝搬する時間と、遅延部8での遅延量が一致したときに最も強くなる。また、このときの1次回折成分は、当該伝搬モードの光信号を示している。したがって、遅延量と光強度の関係をグラフ化すると、モード変換器3が出力する各伝搬モードの物体光が被測定ファイバ4を伝搬するのに要する時間と同じ遅延量において、光強度が極大となる。つまり、モード変換器3が出力する伝搬モードが3つであるとすると、3つの極大値が遅延量と光強度の関係を示すグラフに現れる。したがって、2つの極大値に対応する遅延量の差が、当該2つの極大値に対応する2つの伝搬モードの伝搬遅延差になる。なお、この2つの伝搬モードが、3つの伝搬モードの内のどの伝搬モードに対応するかは、取り出した1次回折成分を2次元フーリエ逆変換することで判定することができる。これは、積分値が極大となる1次回折成分は、対応する遅延量で被測定ファイバ4を伝搬する伝搬モードの光信号に対応し、よって、2次元フーリエ逆変換を行うことで、当該伝搬モードの強度分布及び位相分布が得られ、この強度分布及び位相分布によりどの伝搬モードであるかが判定できるからである。なお、上述した様に、本実施形態では、正側の1次回折成分又は負側の1次回折成分の一方のみを取り出す。したがって、2次元フーリエ逆変換を行うと複素数が得られ、よって、当該伝搬モードの強度分布のみならず、位相分布も判定することができる。

0016

また、上述した様に、2次元フーリエ逆変換を行うことで、光信号の強度分布及び位相分布が得られるため、2つの伝搬モードの伝搬遅延が略同じであるような場合には、2つの伝搬モードの強度分布及び位相分布を合わせたものが得られ、よって、伝搬モード間の遅延差が非常に小さい状態をも判定することができる。

0017

なお、上述した実施形態においては、伝搬遅延差を測定するためモード変換器3において2つ以上の伝搬モードに変換していた。しかかしながら、モード変換器3においては1つの伝搬モードに変換する構成であっても良い。この場合、図1の装置は、変換された伝搬モードの光が被測定ファイバ4を伝搬するのに要する時間、つまり、変換された伝搬モードの光の被測定ファイバ4での伝搬遅延を測定する測定装置として動作する。この場合、遅延量と光強度の関係の極大値を与える遅延量が伝搬遅延を示す値となり、当該遅延量から伝搬遅延を求めることができる。また、1つの伝搬モードの伝搬遅延を、伝搬モードを変えながら測定することで、伝搬モード間の伝搬遅延差を測定することもできる。また、同様に、モード変換器3において2つ以上の伝搬モードを出力する場合においても、伝搬モード間の伝搬遅延差のみならず、各伝搬モードの伝搬遅延を判定することができる。

0018

2:分波器、3:モード変換器、8:遅延部、5:干渉計、6:撮像部、7:処理部

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