光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置
【課題】本発明は、光通信の高速化、長距離化、大容量化に関係する問題を解消し得る光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様によると、被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射して戻ってくる後方散乱光における平行及び垂直偏波成分の少なくとも一方を含む前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を出力し、予め、モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて、前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力し、前記両偏波信号間のフィット度を判定し、前記所定の波長下で前記両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記光パルスの波長を変えて測定を繰り返し、算出される前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数に基づいて、群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出し、該ＤＧＤに基づいて偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法が提供される。
【解決手段】本発明の一態様によると、被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射して戻ってくる後方散乱光における平行及び垂直偏波成分の少なくとも一方を含む前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を出力し、予め、モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて、前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力し、前記両偏波信号間のフィット度を判定し、前記所定の波長下で前記両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記光パルスの波長を変えて測定を繰り返し、算出される前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数に基づいて、群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出し、該ＤＧＤに基づいて偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバの偏波モード分散測定方法及び測定装置に係り、特に、ＰＯＴＤＲ（偏波オプチカルタイムドメインリフレクトメータ）トレースとモデル化された光ファイバのモデル変数とを用いて被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、この群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて偏波モード分散（ＰＭＤ）を算出する光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、光ファイバ内では直交する２つのモードが伝搬しているが、光ファイバの構造が完全に真円でないことに起因して生じる複屈折によって直交する２つのモード間の偏波状態の縮退が解け、偏波ごとに直交する２つのモード間の群速度（群遅延時間差：ＤＧＤ）が異なる現象が発生するので、この現象を光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）と呼んでいる。
【０００３】
このような光ファイバのＤＧＤに基づくＰＭＤは、近時の光通信の高速化、長距離化にとっては、伝送品質の劣化を招く障害となるので、そのＤＧＤを正確に測定し、それに基づくＰＭＤを補償することが必要とされている。
【０００４】
なお、一般的には、ある長さの光ファイバで測定されたＤＧＤを光ファイバ長または光ファイバ長の平方根で正規化したものがＰＭＤ係数とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、従来より、光ファイバのＤＧＤに基づくＰＭＤを測定するために実施されている各種の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、ファイバリンクのトータルＰＭＤを測定することが可能であるのみであり、リンクの各部分を同定することができないので、近時の光通信の高速化、長距離化、大容量化に関係する問題を有している。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ＰＯＴＤＲ（偏波オプチカルタイムドメインリフレクトメータ）トレースとモデル化された光ファイバのモデル変数とを用いて被測定用光ファイバの長手方向の偏波モード分散（ＰＭＤ）の分布を算出するための群遅延時間差（ＤＧＤ）を出力可能とすることにより、近時の光通信の高速化、長距離化、大容量化に関係する問題を解消し得る光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明では、ＰＯＴＤＲトレースを取り、ＰＭＤを計算するプロセスが採用されている。
【０００８】
このプロセスは、図２に示すフローチャートを用いて、その各部分が実施の形態で詳しく説明されるので、ここではその概要について説明する。
【０００９】
ＰＯＴＤＲトレースでは、まず、ある波長のＯＴＤＲパルスの幅と分解能及びＯＴＤＲパルス光源のスペクトルを充分に注意しながらＰＯＴＤＲトレースが、記録される。
【００１０】
そして、ＰＯＴＤＲトレースは、光ファイバでの減衰を除去するために、偏波信号に変換される。
【００１１】
この偏波信号のパワースペクトルは、フーリェ変換を用いて計算され、測定された偏波信号のパワースペクトルは、光ファイバのモデルにフィットされる。
【００１２】
この場合、可能なモデルが多数あり、直線複屈折成分及び円複屈折成分と結合長さに関連するパラメータとして抽出することができる。
【００１３】
このような一連のプロセスは別の波長でも繰り返され、これらのパラメータの波長依存性が得られる。
【００１４】
そして、最後に、光ファイバのＰＭＤは、波長依存性パラメータをモデルに戻して計算される。
【００１５】
具体的には、本発明によると、上記課題を解決するために、
（１） 被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を含む前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を出力する第１のステップと、
モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力する第２のステップと、
前記被測定用光ファイバに関する偏波信号と前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定する第３のステップと、
前記所定の波長下で両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記被測定用光ファイバの一端に入射する光パルスの波長を変えて前記第１乃至第３のステップを繰り返し、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数を算出する第４のステップと、
前記波長依存性を有するモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、該群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて前記被測定用の光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出する第５のステップと、
を具備することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法が提供される。
【００１６】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（２） 前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含み、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ （λ）を含むことを特徴とする（１）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法が提供される。
【００１７】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（３） 前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数を調整して前記第２及び第３のステップを繰り返すことにより、前記両信号間のフィット度を最適化する第６のステップをさらに具備することを特徴とする（１）または（２）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法が提供される。
【００１８】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（４） 被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を含む前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を出力する測定部と、
予め、モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて、前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力する演算部と、
前記測定部によって出力される前記被測定用光ファイバに関する偏波信号と前記演算部によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定する判定部と、
前記所定の波長下で前記判定部によって前記両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記被測定用の光ファイバの一端に入射する光パルスの波長を変えて前記測定部による測定を繰り返し、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数を算出する波長依存性モデル変数演算部と、
前記波長依存性モデル変数演算部によって算出された前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、該群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて前記被測定用の光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出する偏波モード分散演算部と、
を具備することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００１９】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（５） 前記測定部は、
前記被測定用光ファイバの一端に予め指定されている複数の波長のうち所定の波長を有する光パルスを順次に入射する光パルス入射手段と、
前記光パルス入射手段によって前記所定の波長を有する光パルスが入射されることにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光を平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を抽出する偏波成分抽出手段と、
前記偏波成分抽出手段によって抽出された前記後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段によって変換された電気信号に基づいて、前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出された実際の測定に係る偏波信号のパワースペクトルをフーリェ変換によって算出する第１のフーリェ変換手段と、
を含むことを特徴とする（４）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２０】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（６） 前記演算部は、
予め指定されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数を設定するモデル変数設定手段と、
前記モデル変数設定手段によって予め設定された前記モデル化された光ファイバのモデル変数に基づいて前記モデル化された光ファイバの偏波信号をシミュレーティングするシミュレーティング手段と、
前記シミュレーティング手段によってシミュレーティングされた前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルをフーリェ変換によって算出する第２のフーリェ変換手段と、
を含むことを特徴とする（５）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２１】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（７） 前記判定部は、
前記測定部の第１のフーリェ変換手段によって算出された前記被測定用光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルと前記演算部の第２のフーリェ変換手段によって算出された前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルとを比較する比較手段と、
前記比較手段によって比較された比較結果に基づいて前記両偏波信号間のフィット度を判定するフィット度判定手段と、
を含むことを特徴とする（６）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２２】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（８） 前記モデル変数設定手段は、予め、メモリに格納されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数から所定のモデル変数を読み出して、前記シミュレート手段に供給するを含むことを特徴とする（６）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２３】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（９） 前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含み、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ （λ）を含むことを特徴とする（４）乃至（８）のいずれか一に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２４】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（１０） 前記両信号間のフィット度を最適化するために、前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数を調整するモデル変数調整部をさらに具備することを特徴とする（４）乃至（９）のいずれか一に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＰＯＴＤＲ（偏波オプチカルタイムドメインリフレクトメータ）トレースとモデル化された光ファイバのモデル変数とを用いて被測定用ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）を算出するための群遅延時間差（ＤＧＤ）を出力可能とすることにより、近時の光通信の高速化、長距離化、大容量化に関係する問題を解消し得る光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施の形態による光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置の要部の構成を説明するために示すブロック図である。
【００２８】
すなわち、本発明の一実施の形態による光ファイバの偏波モード分散測定装置は、大別して、測定部１００と、演算部２００と、判定部３００と、ＰＭＤ演算部４００とを有している。
【００２９】
ここで、測定部１００は、後述するようなＰＯＴＤＲトレース部１０１と、偏波信号演算部１１２と、第１のフーリェ変換手段としての第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３とを備えて構成されている。
【００３０】
これにより、測定部１００は、被測定用光ファイバ５０１の一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバ５０１の一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分の少なくとも一方を含む前記被測定用の光ファイバに関する偏波信号を算出すると共に、最終的に、そのパワースペクトルを前記第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３から出力するようになされている。
【００３１】
この第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３から出力される被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号のパワースペクトルは、判定部３００の比較部３０１の一端に供給されるようになされている。
【００３２】
一方、演算部２００は、後述するような波長及びモデル変数設定手段としての設定部２０１及びモデル変数記憶部２０２と、シミュレート手段としての偏波信号シミュレート部２０３と、第２のフーリェ変換手段としての第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４とを備えて構成されている。
【００３３】
これにより、演算部２００は、予め、モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて、前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより算出すると共に、最終的に、そのパワースペクトルを第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４から出力するようになされている。
【００３４】
この第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４からのモデル化された光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルは、前記判定部３００の比較部３０１の他端に供給されるようになされている。
【００３５】
この比較部３０１は、比較手段として前記第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３によって算出された前記被測定用の光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルと、前記第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４によって算出された前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルとを比較するようになされている。
【００３６】
そして、判定手段としての判定部３００のフィット度判定部３０２は、前記測定部１００によって出力される前記被測定用の光ファイバに関する偏波信号と、前記演算部２００によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定するために、前記比較部３０１によって比較された比較結果に基づいて前記両信号のパワースペクトル間のフィット度を判定するようになされている。
【００３７】
そして、この実施の形態による光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置は、前記両信号間の所望のフィット度を与える前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて前記被測定用の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布を測定するようになされている。
【００３８】
次に、以上における測定部１００及び演算部２００の詳細を説明する。
【００３９】
まず、測定部１００のＰＯＴＤＲトレース部１０１は、パルス発生器／タイミング制御器１０２からのパルスに基づいて、例えば、ＤＦＢレーザ等でなる光源１０３から前記設定部２０１で設定された所定の波長を有する光パルスを出射するようになされている。
【００４０】
この光源１０３から出射された所定の波長を有する光パルスは、必要に応じてエルビウムドープド光ファイバ増幅器１０４を介して所定のパワーに増幅された後、ＡＳＥフィルタ１０５、偏波制御器１０６を介して所定の波長と偏波を伴った光パルスになされる。
【００４１】
この所定の波長と偏波を伴った光パルスは、この後、光ファイバサーキュレータ１０７及び偏波ビームスプリッタ１０８を介して、例えば、単一モード光ファイバ及び偏波保存光ファイバ等を含む被測定用光ファイバ５０１の一端に入射される。
【００４２】
なお、光ファイバサーキュレータ１０７は、光方向性結合器や光スイッチであっても良い。
【００４３】
この被測定用光ファイバ５０１の一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分とが、それぞれ、光ファイバサーキュレータ１０７及び偏波ビームスプリッタ１０８を介して分離された後、それぞれ、例えば、１００ＭＨｚ用のＰＩＮ ＦＥＴ等からなる第１及び第２の光電変換器１０９，１１０によって電気信号に変換される。
【００４４】
このようにして、第１及び第２の光電変換器１０９，１１０によって電気信号に変換された前記後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分とは、例えば、オシロスコープからなる表示器１１１に、同時に記録・表示される。
【００４５】
そして、このような後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分とを同時に記録・表示する形態を本発明では、ＰＯＴＤＲトレースと称している。
【００４６】
次に、表示器１１１から出力される前記平行偏波成分と垂直偏波成分との両成分あるいは後述するようにそれらの少なくとも一方の成分は、偏波信号演算部１１２によって、前記被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号として演算されて出力される。
【００４７】
この偏波信号演算部１１２による被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号についての演算の詳細は、後述する。
【００４８】
この偏波信号演算部１１２から出力される被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号は、前述したように、第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３によってそのパワースペクトルの演算に供される。
【００４９】
この第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３による被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号のパワースペクトルについての演算の詳細は、後述する。
【００５０】
一方、演算部２００の設定部２０１は、前記ＰＯＴＤＲトレース部１０１の光源１０３から出射される光パルスの波長を前記所定の波長に設定すると共に、前記予めモデル化された光ファイバの所定のモデル変数を設定する。
【００５１】
そして、この設定部２０１によって設定される予めモデル化された光ファイバの所定のモデル変数として、予め、ＲＯＭ等のモデル変数記憶部２０２に格納されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数から所定のモデル変数が読み出されて、前記シミュレート手段としての偏波信号シミュレート部２０３に供給されるようになされている。
【００５２】
この偏波信号シミュレート部２０３は、モデル変数記憶部２０２から読み出される予めモデル化された光ファイバの所定のモデル変数としての前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数に基づいて、モデル化された光ファイバの偏波信号を演算して前記第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４に供給するようになされている。
【００５３】
この偏波信号シミュレート部２０３からのモデル化された光ファイバに関する偏波信号は、前述したように、第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４によってそのパワースペクトルの演算に供される。
【００５４】
この第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４によるモデル化された光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルについての演算の詳細は、後述する。
【００５５】
そして、前述したように、判定部３００のフィット度判定部３０２は、前記測定部１００によって出力される前記被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号と前記演算部２００によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号のパワースペクトル間のフィット度を、前記比較部３０１によって比較された比較結果に基づいて判定し、前記両信号のパワースペクトル間のフィット度が所望のフィット度になっていなければ、ＮＧ信号をモデル変数調整部２０５に供給するようになされている。
【００５６】
このモデル変数調整部２０５は、フィット度判定部３０２からのＮＧ信号に基づいて、前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数を調整して偏波信号シミュレート部２０３に供給するようになされている。
【００５７】
この偏波信号シミュレート部２０３は、モデル変数調整部２０５で調整された前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数に基づいて、モデル化された光ファイバの偏波信号を再度演算して前記第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４に供給するようになされている。
【００５８】
この偏波信号シミュレート部２０３で再度演算されたモデル化された光ファイバに関する偏波信号は、第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４によってそのパワースペクトルの再度の演算に供される。
【００５９】
そして、前述したように、判定部３００のフィット度判定部３０２は、前記測定部１００によって出力される前記被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号と前記演算部２００によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両偏波信号のパワースペクトル間のフィット度を、前記比較部３０１によって再度比較された比較結果に基づいて再度判定し、それが所望のフィット度になっていなければ、ＮＧ信号をモデル変数調整部２０５に再度供給するようになされている。
【００６０】
このようにして、モデル変数調整部２０５でのモデル変数の調整が、フィット度判定部３０２における判定結果として、前記両偏波信号間のフィット度が所望のフィット度になるまで繰り返されるようになされている。
【００６１】
そして、フィット度判定部３０２における判定結果として、前記両偏波信号間のフィット度が所望のフィット度になると、ＯＫ信号がＰＭＤ演算部４００のＤＧＤ演算部４０１に供給されるようになされている。
【００６２】
このＤＧＤ演算部４０１は、前記両偏波信号間のフィット度が所望のフィット度になるまでに、モデル変数調整部２０５で調整されたモデル変数としての前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤを演算するようになされている。
【００６３】
このＤＧＤ演算部４０１による前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数に基づく、前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤの演算についての詳細は、後述する。
【００６４】
これにより、ＤＧＤ演算部４０１は、前記被測定用光ファイバ５０１の位相複屈折に関する情報を出力することができるようになされている。
【００６５】
しかるに、ＰＭＤ演算を行う場合には、演算部２００の設定部２０１の波長設定により、前記ＰＯＴＤＲトレース部１０１の光源１０３から出射される光パルスの波長が前記所定の波長とは異なる別のいくつかの波長を有する光パルスの波長として、前記ＰＯＴＤＲトレース部１０１の光源１０３から順次に出射されるようになされている。
【００６６】
これにより、測定部１００、演算部２００、判定部３００で、前述したような測定と、演算と、判定とが、前記所定の波長とは異なる別のいくつかの波長を有する光パルスの波長に対応して繰り返されるようになされている。
【００６７】
これにより、最終的に、演算部２００の波長依存性モデル変数演算部２０６によって、前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数が、それぞれ、波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）として演算される。
【００６８】
この波長依存性モデル変数演算部２０６による波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）の演算についての詳細は、後述する。
【００６９】
そして、ＤＧＤ演算部４０１は、前記所定の波長とは異なる別のいくつかの波長を有する光パルスの波長に対応して、かつ、前記両偏波信号間のフィット度が所望のフィット度になるまでに、モデル変数調整部２０５で調整されかつ波長依存性モデル変数演算部２０６によって演算された波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）分を含むモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤを演算して、ＰＭＤ演算部４００のＰＭＤ演算処理部４０２に供給するようになされている。
【００７０】
このＤＧＤ演算部４０１による波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）分を含むモデル変数に基づく、前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤの演算についての詳細は、後述する。
【００７１】
そして、ＰＭＤ演算処理部４０２では、波長依存性モデル変数演算部２０６によって演算された波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）分を含むモデル変数に基づいて、ＤＧＤ演算部４０１で演算された前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤに基づいて前記被測定用光ファイバ５０１の所定のＰＭＤ演算処理を行うようになされている。
【００７２】
このＰＭＤ演算処理部４０２による前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤに基づく前記被測定用光ファイバ５０１の所定のＰＭＤ演算処理についての詳細は、後述する。
【００７３】
図２は、以上のように構成される本発明の一実施の形態による光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）測定装置及び方法の要部の動作を説明するために示すフローチャートである。
【００７４】
すなわち、測定動作の開始が指示されると、ステップＳ１において、前述したような測定部１００のＰＯＴＤＲトレース部１０１によるＰＯＴＤＲトレースが表示器１１１に、記録・表示される。
【００７５】
このＰＯＴＤＲトレースでは、前述したように、被測定用光ファイバ５０１の一端に所定の波長を有する光パルスを入射して、該被測定用光ファイバ５０１の一端に戻ってくる後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分とが、同時に記録・表示される。
【００７６】
この場合、実際の光パルスの幅で決まる有効なＰＯＴＤＲパルス幅及び検出器としての第１および第２の光電変換器１０９，１１０のインパルス応答は、ＰＯＴＤＲトレースの細部を解明するために充分なものでなければならない。
【００７７】
このためＰＯＴＤＲ光源からの光パルスのスペクトル幅は、ディ・ポラリゼションを妨げる程度に狭く、干渉性のレイリー散乱ノイズを避ける程度に広くなければならない。
【００７８】
すなわち、次式（１）のような関係を満たす必要がある。
【数１】
【００７９】
ただし、Δτは全システムＰＭＤ、 λはＰＯＴＤＲの作動波長、 ΔλはＰＯＴＤＲ光源からのスペクトル幅（単位は波長）、 Ｃは光の速度、 ΔνはＰＯＴＤＲ光源からのスペクトル幅（単位は周波数）、 ΔｔはＰＯＴＤＲパルス幅である。
【００８０】
図３及び図４は、平行ＰＯＴＤＲトレースと垂直ＰＯＴＤＲトレースのそれぞれの測定例の一部分を示している。
【００８１】
次に、ステップＳ２では、以上のようにして表示部１１１に記録・表示された平行ＰＯＴＤＲトレースと垂直ＰＯＴＤＲトレース結果に基づいて、偏波信号演算部１１２により、前記被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号が演算される。
【００８２】
この場合、ゼロ信号がゼロの後方散乱光の強度に対応させるように、最初に二つのトレースからＤＣオフセットをすべて除去しなければならない。
【００８３】
平行および垂直トレースの合計は、通常の非偏波ＯＴＤＲに等しい。 そこで、二つのトレースを合計して、二つの検出器の間の差動利得と遅延を調整して、合計したトレース上のノイズを最小にする。
【００８４】
また、偏波信号の演算においては、ゼロオフセット、差動利得および遅延を考慮して、偏波信号が計算される。
【００８５】
図５は、演算された偏波信号の一例を示している。 そして、充分確実な測定を行うために、図５に示すように、偏波信号を＋１から−１まで変化させるようにしている。
【００８６】
ＤＣオフセットを求める際に、ＰＯＴＤＲパルスがファイバシステムとしての被測定用光ファイバ５０１に入る前に示されるトレース部分が基準のゼロレベルとして使用されている。
【００８７】
図６は、区域マーク付きＰＯＴＤＲトレースの一例を示している。 図６でマークを付けた二つの領域１（ＯＰ）、領域２（ＯＯ）の平均レベルは、ゼロオフセットとされる。
【００８８】
領域１（ＯＰ）は平行ＰＯＴＤＲトレースの場合、領域２（ＯＯ）は垂直ＰＯＴＤＲトレースの場合である。
【００８９】
そして、差動利得および遅延を求めるに際しては、経路が長く、平行偏波検出器としての第１の光電変換器１０９の挿入損失も異なるため、二つの検出器としての第１および第２の光電変換器１０９，１１０からの信号レベルと位置に相違があることに留意する必要がある。
【００９０】
これは、差動利得ΔＧ、および遅延ΔＺとして説明することができる。 この二つのパラメータは、平行及び垂直ＰＯＴＤＲトレースを修正して、合計利得のノイズ及び遅延を最小にすることにより得られる。
【００９１】
合計のトレースＳ（ｚ）は、次式（２）で与えられる。
【数２】
【００９２】
ただし、Ｓｐ（ｚ）は測定された平行偏波のトレース、
Ｓｏ（ｚ）は測定された垂直偏波のトレースである。
【００９３】
均一ファイバセクションのＳ（ｚ）は指数関数的な遅延を示し、Ｓ（ｚ）の対数をとると直線回帰を使うと直線に一致する。
【００９４】
これは、次式（３）で与えられる。
【数３】
【００９５】
ただし、ａはファイバ減衰、
ｂは定数、
ε（ｚ）はｚにおける測定値と直線回帰の誤差である。
【００９６】
ＲＭＳノイズは、測定部１００全体でε（ｚ）のＲＭＳとして計算される。
【００９７】
差動利得ΔＧ及び遅延ΔＺは、このＲＭＳノイズが最小になるように調整される。
【００９８】
そして、偏波信号の計算に際しては、前述のようにして求められたゼロオフセット及び差動利得と遅延から、偏波信号Ｐ（ｚ）として次式（４）を使って計算される。
【数４】
【００９９】
なお、以上において、測定部１００の偏波分離手段としての光方向性結合器１０７及び偏波ビームスプリッタ１０８とＰＯＴＤＲ検出器としての第１および第２の光電変換器１０９，１１０について、構成及び演算の簡易化のために、平行及び垂直偏波のいずれか一方だけを用いるようにしてもよい。
【０１００】
このようにＰＯＴＤＲが１個だけ利用できる場合、偏波信号は、ファイバでの減衰を考慮して、局部的な最大信号を用いて計算することが可能である。
【０１０１】
この局部的な最大信号は、局部的な平均信号に比例し、比例定数は発射と受信の偏波状態の関係から決まる。
【０１０２】
そして、１個の平行ＰＯＴＤＲトレースだけが利用できる場合でも、ゼロオフセットＯＰは前述したようにして計算される。
【０１０３】
この平行ＰＯＴＤＲトレースだけの場合、局部最大信号レベルは、局部平均信号レベルの１．５倍である。
【０１０４】
均一ファイバセクションでは、局部平均信号レベルは指数関数型の減衰を示すことが知られている。
【０１０５】
そして、次式（５）のように非直線最小二乗法を適用してＲＭＳエラーε（ｚ）を最小にする。
【数５】
【０１０６】
直線回帰の実行は対数領域では不可能であるが、それはＳｐ（ｚ）が大きく変動して、かなりの重み付けのある適合が行われるためである。
【０１０７】
この平行ＰＯＴＤＲトレースだけの場合において、偏波信号は、次式（６）を用いて計算される。
【数６】
【０１０８】
また、１個の垂直ＰＯＴＤＲトレースだけが利用できる場合でも、ゼロオフセットＯＯは前述したような節の方法により計算される。
【０１０９】
この垂直ＰＯＴＤＲトレースだけの場合、局部最大信号レベルは、局部平均信号レベルの３倍である。
【０１１０】
均一ファイバーセクションでは、局部平均信号レベルは、指数関数型の減衰を示す。
【０１１１】
次式（７）に示すような非直線最小二乗法を適用してＲＭＳエラーε（ｚ）を最小にする。
【数７】
【０１１２】
直線回帰の実行は対数領域では不可能であるが、それはＳｏ（ｚ）が大きく変動して、かなりの重み付けのある適合が行われるためである。
【０１１３】
この垂直ＰＯＴＤＲトレースだけの場合において、偏波信号は次式（８）を用いて計算される。
【数８】
【０１１４】
次に、ステップＳ４では、前述のようにして演算された偏波信号を用いて、高速フーリェ変換（ＦＦＴ）による偏波パワースペクトルの計算が行われる。
【０１１５】
この場合、偏波信号のパワースペクトルは、偏波信号の高速フーリェ変換の結果の大きさの二乗を求めて計算される。
【０１１６】
そして、ＰＭＤを計算するトレースのセクションの偏波信号は、全体の偏波信号から抽出される。
【０１１７】
計算を容易にするため、２N 個の点の長さのセクションを取ると、高速フーリェ変換のアルゴリズムを使うことができる。
【０１１８】
図７は、このようにして計算された偏波パワースペクトルＦｍ（υ）の一例を示している。
【０１１９】
そして、制限されたＰＯＴＤＲ分解能に対する補償については、この段階で行うことができる。
【０１２０】
これは、計算された偏波パワースペクトルを装置の応答パワースペクトルで除算することによって達成される。
【０１２１】
これは、ＰＯＴＤＲトレースから装置応答のくりこみを取り除くことと等価である。
【０１２２】
このようなくりこみ除去により、高周波部分でノイズの大きな増加を招くこともあるので、注意を要する。
【０１２３】
次に、ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７での偏波信号のシミュレーションのための一連の処理が行われる。
【０１２４】
まず、これらの処理の概要について説明すると、偏波信号は、光ファイバ内の複屈折のシミュレーションを行うことによってシミュレートされる。
【０１２５】
このシミュレーションとしては、例えば、モンテカルロ・シミュレーションを行うことによってシミュレートされる。
【０１２６】
この場合、ファイバは短い複屈折のエレメントに分割され、各エレメントの複屈折は複屈折モデルに従って不規則に発生される。
【０１２７】
そして、複屈折ベクトルから各エレメントのミューラーマトリックスを計算して、ｎ個のエレメントについてミューラー回転マトリックスの乗算から、第１エレメントから第ｎエレメントまでの伝播のミューラー回転マトリックスが計算される。
【０１２８】
また、ｎ個のエレメントファイバを通過する二方向伝送の出力偏波信号が計算される。
【０１２９】
図８は、複屈折エレメントの配置を示している。
【０１３０】
図８において、ｉ番目のエレメントの複屈折ベクトルはｂ（ｉ）で示し、ｉ番目のエレメントの前向きミューラー回転マトリックスはＲ（ｉ）、ｉ番目のエレメントの後向き伝送ミューラー回転マトリックスは、前向きマトリックスの転置Ｒ（ｉ）T で示される。
【０１３１】
また、入力偏波状態はｓｉ、出力偏波状態はｓｏ、後方散乱回転マトリックスはＭの記号で示される。
【０１３２】
次に、ステップＳ５でのモデルパラメータの設定について説明すると、複屈折モデルは、いくつかの複屈折モデルを使うことができる。
【０１３３】
各モデルは、３個の入力パラメータ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃ及び不規則な成分σの強度を示すパラメータをもっている。
【０１３４】
偏波モード・カップリングパラメータは、パラメータσに関連している。 各モデルには、多くの確率変数νがあり、これらはモンテカルロ・シミュレーションにおける不規則エレメントである。
【０１３５】
各複屈折エレメントにおいて、これらの値はガウス分布からゼロ平均およびユニット標準偏差により不規則に選ばれる。
【０１３６】
各エレメントの長さはδｌで与えられ、計算を容易にするため、これはＰＯＴＤＲトレースのサンプルの間隔と等しくなっている。
【０１３７】
次に、弱い摂動モデルについて説明すると、各エレメントの複屈折は、小さい摂動に対しては一定と考えられる。
【０１３８】
ｉ番目のエレメントｂ（ｉ）の複屈折ベクトルは、次式（９）で示される。
【数９】
【０１３９】
ただし、δβｌは複屈折の直線成分、
δβｃは複屈折の円形成分、
σは摂動の強さ、
δｌはエレメントの長さ、
νｉはガウス分布からゼロ平均およびユニット標準偏差により選ばれた独立した不規則な値である。
【０１４０】
次に、回転モデルについて説明すると、各エレメントの複屈折は、軸が不規則に変わる直線複屈折成分と、強度が不規則に変わる円複屈折成分とにより示される。
【０１４１】
ｉ番目のエレメントｂ（ｉ）の複屈折ベクトルは、次式（１０）で示される。
【数１０】
【０１４２】
ただし、δβｌは直線複屈折成分、
δβｃは円複屈折成分である。
【０１４３】
また、θ（ｉ）とφ（ｉ）は、次の関係式（１１）で与えられる。
【数１１】
【０１４４】
ただし、σは回転率強度、
δ１はエレメントの長さ、
νθとνφはガウス分布からゼロ平均およびユニット標準偏差により選ばれた独立した不規則な変数である。
【０１４５】
次に、拡散モデルについて説明すると、拡散プロセスは、各エレメントの複屈折を記述する。
【０１４６】
ｉ番目のエレメントｂ（ｉ）の複屈折ベクトルは、次式（１２）で示される。
【数１２】
【０１４７】
ただし、δβｌは複屈折の直線成分、
δβｃは複屈折の円成分、
δｌはエレメントの長さ、
αは拡散定数、
νｉはガウス分布からゼロ平均およびユニット標準偏差により選ばれた独立した不規則な値である。
【０１４８】
次に、ミューラー回転マトリックスの計算について説明すると、各エレメントのミューラー回転マトリックスは、各エレメントの複屈折ベクトルから計算される。
【０１４９】
次式（１３），（１４），（１５）を使って、各エレメントごとに３個の回転マトリックス、Ｒｘ、ＲｙおよびＲｚが計算される。
【数１３】
【０１５０】
【数１４】
【０１５１】
【数１５】
【０１５２】
これらを組み合わせて、ｉ番目のエレメントのミューラー回転マトリックスＲ（ｉ）が次式（１６）によって得られる。
【数１６】
【０１５３】
次に、後方散乱偏波状態の計算について説明すると、ｎ番目のエレメントの直後の点から受け取る後方散乱信号の偏波状態は、次式（１７）で与えられる。
【数１７】
【０１５４】
ただし、Ｍは次式（１８）で与えられる対称行列である。
【数１８】
【０１５５】
次に、ステップＳ６での偏波信号の計算について説明すると、まず、発射偏波状態ｓi が次式（１９）のように設定される。
【数１９】
【０１５６】
そして、前述のようにして計算された偏波信号は、出力偏波状態の１番目のエレメントによりシミュレートされる。
【０１５７】
これは結合された回転マトリックスの左上のエレメントを取ることと等価であり、ｎ個のエレメントによる偏波信号Ｐ（ｎ）は、次式（２０）で与えられる。
【数２０】
【０１５８】
図９は、シミュレートされた偏波信号の一例を示している。
【０１５９】
次に、ステップＳ７でのシミュレートされた偏波信号のパワースペクトルの計算について説明すると、シミュレートされた偏波信号のパワースペクトルは、前述したようにして計算される実際に測定された偏波信号の場合と同じように高速フーリェ変換（ＦＦＴ）による方法で計算される。
【０１６０】
そして、シミュレートされた偏波パワースペクトルのノイズを除くために、シミュレートされた偏波信号は複数回繰り返され、各シミュレーションのパワースペクトルを平均して、シミュレートされた偏波信号のパワースペクトルＦｓ（υ）を得る。
【０１６１】
図１０は、シミュレートされた偏波パワースペクトルの一例を示している。 次に、ステップＳ９でシミュレートされた偏波パワースペクトルと測定された偏波パワースペクトルとの比較が行われた後、ステップＳ１０でモデルパラメータの調整、エラーの最小化が行われる。
【０１６２】
まず、ステップＳ９でのシミュレートされた偏波パワースペクトルと測定された偏波パワースペクトルとの比較について説明する。
【０１６３】
すなわち、このステップＳ９では、シミュレートされた偏波パワースペクトルと測定された偏波パワースペクトルとが比較される。
【０１６４】
この比較によるフィット度は、次式（２１）で定義される適当な周波数ウインドウについて、この二つの正規化されたトレースの間の偏差の二乗の合計値から計算され得る。
【数２１】
【０１６５】
ただし、υ１とυ２は、ＤＣの影響を受けずしかも高い周波数のノイズより下になる適当な周波数の範囲、
Ｆｍ（υ）は測定した偏波パワースペクトル、
Ｆｓ（υ）はシミュレートされた偏波パワースペクトルである。
【０１６６】
フィット度は、最も良くフィットしたときに最小値になる。
【０１６７】
次に、ステップＳ１０でのモデルパラメータの調整、エラーの最小化について説明すると、モデルパラメータは、Ｑが最小値になるまで調整される。
【０１６８】
これを迅速に高い信頼度で行うため方法はかなりの作業が必要であるが、可能性のある方法の一つは、さまざまな値のδβｌ、δβｃ及びσに関してシミュレートされた偏波パワースペクトルＦｓ（υ）を計算して、δβｌ、δβｃ及びσの関数としてＱを計算することである。
【０１６９】
最も良くフィットするパラメータは、このＱを最小にするδβｌ、δβｃ及びσとして得られる。
【０１７０】
次に、ステップＳ１１での別の波長による測定について説明する。
【０１７１】
前述したステップＳ１からステップＳ１０までは、単一の波長においてδβｌ、δβｃ及びσを計算する手順が説明されている。これから被測定用光ファイバ５０１についての位相複屈折に関する情報が得られる。
【０１７２】
しかし、被測定用光ファイバ５０１についてのＰＭＤを計算する場合には、このＰＭＤはモデルパラメータ（時間遅延があり位相の遅延のない）であるため、シミュレーション・パラメータ、δβｌ、δβｃ及びσの波長依存性が必要である。
【０１７３】
そこで、ステップＳ１１では別の波長による測定を行わせることにより、前述したステップＳ１からステップＳ１０までの処理を繰り返す。
【０１７４】
こうして、光周波数すなわち波長に依存するモデルパラメータ、δβｌ（ω）、δβｃ（ω）及びσ（ω）すなわちδβｌ（λ）、δβｃ（λ）及びσ（λ）が計算される。
【０１７５】
光周波数すなわち波長に依存するこれらのパラメータとして多くのモデルがあり得るが、偏波モードの結合長さに関連するσは、光周波数すなわち波長にほぼ依存しないと考えられ。
【０１７６】
複屈折成分δβｌとδβｃの光周波数すなわち波長依存の可能性のあるモデルは、位相遅延とモード遅延が一定の乗数で結合したものである。
【０１７７】
これは、次式（２２）のように表される。
【数２２】
【０１７８】
こうして、次式（２３）に示す光周波数（すなわち波長）に依存する直線複屈折成分が得られる。
【数２３】
【０１７９】
円複屈折成分についても同様な式を使うことができる。
【０１８０】
Ｘｌは１と２の間にあり、Ｘｃは約０．１であると予想される。
【０１８１】
次に、ステップＳ１２でのＰＭＤの計算について説明する。
【０１８２】
まず、光周波数すなわち波長に依存するモデルのパラメータを用いて、被測定用光ファイバ５０１についてのファイバセクションから光周波数すなわち波長に依存する出力偏波状態が計算される。
【０１８３】
前述したような方法に従い、ただし光周波数ωの関数として、片道の出力状態だけを計算する。
【０１８４】
こうすると、ｓo （ω）は、次式（２４）で与えられる。
【数２４】
【０１８５】
ファイバ・セクションに関するミューラー回転マトリックスＲ（ω）が計算されているので、例えば、下記のような非特許文献１乃至３等により充分に説明されている公知の技法に従い、差動グループ遅延は光周波数の関数として計算される。
【非特許文献１】Ｃ．Ｄ．ＰＯＯＬＥ，Ｎ．Ｓ．ＢＥＲＧＡＮＯ，Ｒ．Ｅ．ＷＡＧＮＥＲ，Ｈ．Ｊ．ＳＣＨＵＬＴＥ，″Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｓｔａｔｅｓ ｉｎ ａ１４７ｋｍ Ｕｎｄｅｒｓｅａ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃａｂｌｅ″Ｊ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｔｅｃｈ．，Ｖｏｌ ６，Ｎｏ７，Ｊｕｌｙ１９８８，ｐｐ１１８５−１１９０．
【非特許文献２】Ｂ．Ｌ．ＨＥＦＦＮＥＲ，″Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｊｏｎｅｓ Ｍａｔｒｉｘ Ｅｉｇｅｎａｎａｌｙｓｉｓ″，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈ Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ４，Ｎｏ９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９２，ｐｐ１０６６−１０６９．
【非特許文献３】Ｌ．Ｅ．ＮＥＬＳＯＮ，Ｒ．Ｍ．ＪＯＰＳＯＮ，Ｈ．ＫＯＧＥＬＮＩＫ，″Ｍｕｌｌｅｒ Ｍａｔｒｉｘ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒｓ″，ＥＣＯＣ １９９９，Ｎｉｃｅ Ｆｒａｎｃｅ，Ｗｅｄｎｅｓｄａｙ ２９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９９，Ｓｅｓｓｉｏｎ ＰＭＤ１． 次に、ＰＭＤが、必要とする定義に応じて、実効値（ＲＭＳ）ＤＧＤまたは平均値ＤＧＤとして計算される。
【０１８６】
そして、このようなシミュレーションは数回繰り返すことにより、より良いＰＭＤの推定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置の要部の構成を説明するために示すブロック図である。
【図２】図２は、以上のように構成される本発明の一実施の形態による光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置及び方法の要部の動作を説明するために示すフローチャートである。
【図３】図３は、平行ＰＯＴＤＲトレースの測定例の一部分を示す図である。
【図４】図４は、垂直ＰＯＴＤＲトレースの測定例の一部分を示す図である。
【図５】図５は、演算された偏波信号の一例を示す図である。
【図６】図６は、区域マーク付きＰＯＴＤＲトレースの一例を示す図である。
【図７】図７は、計算された偏波パワースペクトルＦｍ（υ）の一例を示す図である。
【図８】図８は、複屈折エレメントの配置を示す図である。
【図９】図９は、シミュレートされた偏波信号の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、シミュレートされた偏波パワースペクトルを例示する図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１００…測定部、
２００…演算部、
３００…判定部、
４００…ＰＭＤ演算部、
４０１…ＤＧＤ演算部、
４０２…ＰＭＤ演算処理部、
５０１…被測定用光ファイバ、
１０１…ＰＯＴＤＲトレース部、
１１２…偏波信号演算部、
１１３…第１のフーリェ変換手段（第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部），
３０１…比較部、
３０２…フィット度判定部、
２０１…設定部、
２０２…モデル変数記憶部、
２０３…シミュレート手段（偏波信号シミュレート部）、
２０４…第２のフーリェ変換手段（第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部）
２０５…モデル変数調整部、
１０２…パルス発生器／タイミング制御器、
１０３…光源、
１０４…エルビウムドープド光ファイバ増幅器、
１０５…ＡＳＥフィルタ、
１０６…偏波制御器、
１０７…光ファイバサーキュレータ、
１０８…偏波ビームスプリッタ、
１０９…第１の光電変換器、
１１０…第２の光電変換器、
１１１…表示器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバの偏波モード分散測定方法及び測定装置に係り、特に、ＰＯＴＤＲ（偏波オプチカルタイムドメインリフレクトメータ）トレースとモデル化された光ファイバのモデル変数とを用いて被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、この群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて偏波モード分散（ＰＭＤ）を算出する光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、光ファイバ内では直交する２つのモードが伝搬しているが、光ファイバの構造が完全に真円でないことに起因して生じる複屈折によって直交する２つのモード間の偏波状態の縮退が解け、偏波ごとに直交する２つのモード間の群速度（群遅延時間差：ＤＧＤ）が異なる現象が発生するので、この現象を光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）と呼んでいる。
【０００３】
このような光ファイバのＤＧＤに基づくＰＭＤは、近時の光通信の高速化、長距離化にとっては、伝送品質の劣化を招く障害となるので、そのＤＧＤを正確に測定し、それに基づくＰＭＤを補償することが必要とされている。
【０００４】
なお、一般的には、ある長さの光ファイバで測定されたＤＧＤを光ファイバ長または光ファイバ長の平方根で正規化したものがＰＭＤ係数とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、従来より、光ファイバのＤＧＤに基づくＰＭＤを測定するために実施されている各種の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、ファイバリンクのトータルＰＭＤを測定することが可能であるのみであり、リンクの各部分を同定することができないので、近時の光通信の高速化、長距離化、大容量化に関係する問題を有している。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ＰＯＴＤＲ（偏波オプチカルタイムドメインリフレクトメータ）トレースとモデル化された光ファイバのモデル変数とを用いて被測定用光ファイバの長手方向の偏波モード分散（ＰＭＤ）の分布を算出するための群遅延時間差（ＤＧＤ）を出力可能とすることにより、近時の光通信の高速化、長距離化、大容量化に関係する問題を解消し得る光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明では、ＰＯＴＤＲトレースを取り、ＰＭＤを計算するプロセスが採用されている。
【０００８】
このプロセスは、図２に示すフローチャートを用いて、その各部分が実施の形態で詳しく説明されるので、ここではその概要について説明する。
【０００９】
ＰＯＴＤＲトレースでは、まず、ある波長のＯＴＤＲパルスの幅と分解能及びＯＴＤＲパルス光源のスペクトルを充分に注意しながらＰＯＴＤＲトレースが、記録される。
【００１０】
そして、ＰＯＴＤＲトレースは、光ファイバでの減衰を除去するために、偏波信号に変換される。
【００１１】
この偏波信号のパワースペクトルは、フーリェ変換を用いて計算され、測定された偏波信号のパワースペクトルは、光ファイバのモデルにフィットされる。
【００１２】
この場合、可能なモデルが多数あり、直線複屈折成分及び円複屈折成分と結合長さに関連するパラメータとして抽出することができる。
【００１３】
このような一連のプロセスは別の波長でも繰り返され、これらのパラメータの波長依存性が得られる。
【００１４】
そして、最後に、光ファイバのＰＭＤは、波長依存性パラメータをモデルに戻して計算される。
【００１５】
具体的には、本発明によると、上記課題を解決するために、
（１） 被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を含む前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を出力する第１のステップと、
モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力する第２のステップと、
前記被測定用光ファイバに関する偏波信号と前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定する第３のステップと、
前記所定の波長下で両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記被測定用光ファイバの一端に入射する光パルスの波長を変えて前記第１乃至第３のステップを繰り返し、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数を算出する第４のステップと、
前記波長依存性を有するモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、該群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて前記被測定用の光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出する第５のステップと、
を具備することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法が提供される。
【００１６】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（２） 前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含み、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ （λ）を含むことを特徴とする（１）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法が提供される。
【００１７】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（３） 前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数を調整して前記第２及び第３のステップを繰り返すことにより、前記両信号間のフィット度を最適化する第６のステップをさらに具備することを特徴とする（１）または（２）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法が提供される。
【００１８】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（４） 被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を含む前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を出力する測定部と、
予め、モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて、前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力する演算部と、
前記測定部によって出力される前記被測定用光ファイバに関する偏波信号と前記演算部によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定する判定部と、
前記所定の波長下で前記判定部によって前記両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記被測定用の光ファイバの一端に入射する光パルスの波長を変えて前記測定部による測定を繰り返し、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数を算出する波長依存性モデル変数演算部と、
前記波長依存性モデル変数演算部によって算出された前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、該群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて前記被測定用の光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出する偏波モード分散演算部と、
を具備することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００１９】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（５） 前記測定部は、
前記被測定用光ファイバの一端に予め指定されている複数の波長のうち所定の波長を有する光パルスを順次に入射する光パルス入射手段と、
前記光パルス入射手段によって前記所定の波長を有する光パルスが入射されることにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光を平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を抽出する偏波成分抽出手段と、
前記偏波成分抽出手段によって抽出された前記後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段によって変換された電気信号に基づいて、前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出された実際の測定に係る偏波信号のパワースペクトルをフーリェ変換によって算出する第１のフーリェ変換手段と、
を含むことを特徴とする（４）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２０】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（６） 前記演算部は、
予め指定されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数を設定するモデル変数設定手段と、
前記モデル変数設定手段によって予め設定された前記モデル化された光ファイバのモデル変数に基づいて前記モデル化された光ファイバの偏波信号をシミュレーティングするシミュレーティング手段と、
前記シミュレーティング手段によってシミュレーティングされた前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルをフーリェ変換によって算出する第２のフーリェ変換手段と、
を含むことを特徴とする（５）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２１】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（７） 前記判定部は、
前記測定部の第１のフーリェ変換手段によって算出された前記被測定用光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルと前記演算部の第２のフーリェ変換手段によって算出された前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルとを比較する比較手段と、
前記比較手段によって比較された比較結果に基づいて前記両偏波信号間のフィット度を判定するフィット度判定手段と、
を含むことを特徴とする（６）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２２】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（８） 前記モデル変数設定手段は、予め、メモリに格納されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数から所定のモデル変数を読み出して、前記シミュレート手段に供給するを含むことを特徴とする（６）に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２３】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（９） 前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含み、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ （λ）を含むことを特徴とする（４）乃至（８）のいずれか一に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【００２４】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（１０） 前記両信号間のフィット度を最適化するために、前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数を調整するモデル変数調整部をさらに具備することを特徴とする（４）乃至（９）のいずれか一に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＰＯＴＤＲ（偏波オプチカルタイムドメインリフレクトメータ）トレースとモデル化された光ファイバのモデル変数とを用いて被測定用ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）を算出するための群遅延時間差（ＤＧＤ）を出力可能とすることにより、近時の光通信の高速化、長距離化、大容量化に関係する問題を解消し得る光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施の形態による光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置の要部の構成を説明するために示すブロック図である。
【００２８】
すなわち、本発明の一実施の形態による光ファイバの偏波モード分散測定装置は、大別して、測定部１００と、演算部２００と、判定部３００と、ＰＭＤ演算部４００とを有している。
【００２９】
ここで、測定部１００は、後述するようなＰＯＴＤＲトレース部１０１と、偏波信号演算部１１２と、第１のフーリェ変換手段としての第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３とを備えて構成されている。
【００３０】
これにより、測定部１００は、被測定用光ファイバ５０１の一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバ５０１の一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分の少なくとも一方を含む前記被測定用の光ファイバに関する偏波信号を算出すると共に、最終的に、そのパワースペクトルを前記第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３から出力するようになされている。
【００３１】
この第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３から出力される被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号のパワースペクトルは、判定部３００の比較部３０１の一端に供給されるようになされている。
【００３２】
一方、演算部２００は、後述するような波長及びモデル変数設定手段としての設定部２０１及びモデル変数記憶部２０２と、シミュレート手段としての偏波信号シミュレート部２０３と、第２のフーリェ変換手段としての第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４とを備えて構成されている。
【００３３】
これにより、演算部２００は、予め、モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて、前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより算出すると共に、最終的に、そのパワースペクトルを第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４から出力するようになされている。
【００３４】
この第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４からのモデル化された光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルは、前記判定部３００の比較部３０１の他端に供給されるようになされている。
【００３５】
この比較部３０１は、比較手段として前記第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３によって算出された前記被測定用の光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルと、前記第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４によって算出された前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルとを比較するようになされている。
【００３６】
そして、判定手段としての判定部３００のフィット度判定部３０２は、前記測定部１００によって出力される前記被測定用の光ファイバに関する偏波信号と、前記演算部２００によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定するために、前記比較部３０１によって比較された比較結果に基づいて前記両信号のパワースペクトル間のフィット度を判定するようになされている。
【００３７】
そして、この実施の形態による光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法及び装置は、前記両信号間の所望のフィット度を与える前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて前記被測定用の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布を測定するようになされている。
【００３８】
次に、以上における測定部１００及び演算部２００の詳細を説明する。
【００３９】
まず、測定部１００のＰＯＴＤＲトレース部１０１は、パルス発生器／タイミング制御器１０２からのパルスに基づいて、例えば、ＤＦＢレーザ等でなる光源１０３から前記設定部２０１で設定された所定の波長を有する光パルスを出射するようになされている。
【００４０】
この光源１０３から出射された所定の波長を有する光パルスは、必要に応じてエルビウムドープド光ファイバ増幅器１０４を介して所定のパワーに増幅された後、ＡＳＥフィルタ１０５、偏波制御器１０６を介して所定の波長と偏波を伴った光パルスになされる。
【００４１】
この所定の波長と偏波を伴った光パルスは、この後、光ファイバサーキュレータ１０７及び偏波ビームスプリッタ１０８を介して、例えば、単一モード光ファイバ及び偏波保存光ファイバ等を含む被測定用光ファイバ５０１の一端に入射される。
【００４２】
なお、光ファイバサーキュレータ１０７は、光方向性結合器や光スイッチであっても良い。
【００４３】
この被測定用光ファイバ５０１の一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分とが、それぞれ、光ファイバサーキュレータ１０７及び偏波ビームスプリッタ１０８を介して分離された後、それぞれ、例えば、１００ＭＨｚ用のＰＩＮ ＦＥＴ等からなる第１及び第２の光電変換器１０９，１１０によって電気信号に変換される。
【００４４】
このようにして、第１及び第２の光電変換器１０９，１１０によって電気信号に変換された前記後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分とは、例えば、オシロスコープからなる表示器１１１に、同時に記録・表示される。
【００４５】
そして、このような後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分とを同時に記録・表示する形態を本発明では、ＰＯＴＤＲトレースと称している。
【００４６】
次に、表示器１１１から出力される前記平行偏波成分と垂直偏波成分との両成分あるいは後述するようにそれらの少なくとも一方の成分は、偏波信号演算部１１２によって、前記被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号として演算されて出力される。
【００４７】
この偏波信号演算部１１２による被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号についての演算の詳細は、後述する。
【００４８】
この偏波信号演算部１１２から出力される被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号は、前述したように、第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３によってそのパワースペクトルの演算に供される。
【００４９】
この第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部１１３による被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号のパワースペクトルについての演算の詳細は、後述する。
【００５０】
一方、演算部２００の設定部２０１は、前記ＰＯＴＤＲトレース部１０１の光源１０３から出射される光パルスの波長を前記所定の波長に設定すると共に、前記予めモデル化された光ファイバの所定のモデル変数を設定する。
【００５１】
そして、この設定部２０１によって設定される予めモデル化された光ファイバの所定のモデル変数として、予め、ＲＯＭ等のモデル変数記憶部２０２に格納されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数から所定のモデル変数が読み出されて、前記シミュレート手段としての偏波信号シミュレート部２０３に供給されるようになされている。
【００５２】
この偏波信号シミュレート部２０３は、モデル変数記憶部２０２から読み出される予めモデル化された光ファイバの所定のモデル変数としての前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数に基づいて、モデル化された光ファイバの偏波信号を演算して前記第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４に供給するようになされている。
【００５３】
この偏波信号シミュレート部２０３からのモデル化された光ファイバに関する偏波信号は、前述したように、第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４によってそのパワースペクトルの演算に供される。
【００５４】
この第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４によるモデル化された光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルについての演算の詳細は、後述する。
【００５５】
そして、前述したように、判定部３００のフィット度判定部３０２は、前記測定部１００によって出力される前記被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号と前記演算部２００によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号のパワースペクトル間のフィット度を、前記比較部３０１によって比較された比較結果に基づいて判定し、前記両信号のパワースペクトル間のフィット度が所望のフィット度になっていなければ、ＮＧ信号をモデル変数調整部２０５に供給するようになされている。
【００５６】
このモデル変数調整部２０５は、フィット度判定部３０２からのＮＧ信号に基づいて、前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数を調整して偏波信号シミュレート部２０３に供給するようになされている。
【００５７】
この偏波信号シミュレート部２０３は、モデル変数調整部２０５で調整された前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数に基づいて、モデル化された光ファイバの偏波信号を再度演算して前記第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４に供給するようになされている。
【００５８】
この偏波信号シミュレート部２０３で再度演算されたモデル化された光ファイバに関する偏波信号は、第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部２０４によってそのパワースペクトルの再度の演算に供される。
【００５９】
そして、前述したように、判定部３００のフィット度判定部３０２は、前記測定部１００によって出力される前記被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号と前記演算部２００によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両偏波信号のパワースペクトル間のフィット度を、前記比較部３０１によって再度比較された比較結果に基づいて再度判定し、それが所望のフィット度になっていなければ、ＮＧ信号をモデル変数調整部２０５に再度供給するようになされている。
【００６０】
このようにして、モデル変数調整部２０５でのモデル変数の調整が、フィット度判定部３０２における判定結果として、前記両偏波信号間のフィット度が所望のフィット度になるまで繰り返されるようになされている。
【００６１】
そして、フィット度判定部３０２における判定結果として、前記両偏波信号間のフィット度が所望のフィット度になると、ＯＫ信号がＰＭＤ演算部４００のＤＧＤ演算部４０１に供給されるようになされている。
【００６２】
このＤＧＤ演算部４０１は、前記両偏波信号間のフィット度が所望のフィット度になるまでに、モデル変数調整部２０５で調整されたモデル変数としての前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤを演算するようになされている。
【００６３】
このＤＧＤ演算部４０１による前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数に基づく、前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤの演算についての詳細は、後述する。
【００６４】
これにより、ＤＧＤ演算部４０１は、前記被測定用光ファイバ５０１の位相複屈折に関する情報を出力することができるようになされている。
【００６５】
しかるに、ＰＭＤ演算を行う場合には、演算部２００の設定部２０１の波長設定により、前記ＰＯＴＤＲトレース部１０１の光源１０３から出射される光パルスの波長が前記所定の波長とは異なる別のいくつかの波長を有する光パルスの波長として、前記ＰＯＴＤＲトレース部１０１の光源１０３から順次に出射されるようになされている。
【００６６】
これにより、測定部１００、演算部２００、判定部３００で、前述したような測定と、演算と、判定とが、前記所定の波長とは異なる別のいくつかの波長を有する光パルスの波長に対応して繰り返されるようになされている。
【００６７】
これにより、最終的に、演算部２００の波長依存性モデル変数演算部２０６によって、前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数が、それぞれ、波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）として演算される。
【００６８】
この波長依存性モデル変数演算部２０６による波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）の演算についての詳細は、後述する。
【００６９】
そして、ＤＧＤ演算部４０１は、前記所定の波長とは異なる別のいくつかの波長を有する光パルスの波長に対応して、かつ、前記両偏波信号間のフィット度が所望のフィット度になるまでに、モデル変数調整部２０５で調整されかつ波長依存性モデル変数演算部２０６によって演算された波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）分を含むモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤを演算して、ＰＭＤ演算部４００のＰＭＤ演算処理部４０２に供給するようになされている。
【００７０】
このＤＧＤ演算部４０１による波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）分を含むモデル変数に基づく、前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤの演算についての詳細は、後述する。
【００７１】
そして、ＰＭＤ演算処理部４０２では、波長依存性モデル変数演算部２０６によって演算された波長依存性を有する前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σ（λ）としての結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）分を含むモデル変数に基づいて、ＤＧＤ演算部４０１で演算された前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤに基づいて前記被測定用光ファイバ５０１の所定のＰＭＤ演算処理を行うようになされている。
【００７２】
このＰＭＤ演算処理部４０２による前記被測定用光ファイバ５０１のＤＧＤに基づく前記被測定用光ファイバ５０１の所定のＰＭＤ演算処理についての詳細は、後述する。
【００７３】
図２は、以上のように構成される本発明の一実施の形態による光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）測定装置及び方法の要部の動作を説明するために示すフローチャートである。
【００７４】
すなわち、測定動作の開始が指示されると、ステップＳ１において、前述したような測定部１００のＰＯＴＤＲトレース部１０１によるＰＯＴＤＲトレースが表示器１１１に、記録・表示される。
【００７５】
このＰＯＴＤＲトレースでは、前述したように、被測定用光ファイバ５０１の一端に所定の波長を有する光パルスを入射して、該被測定用光ファイバ５０１の一端に戻ってくる後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分とが、同時に記録・表示される。
【００７６】
この場合、実際の光パルスの幅で決まる有効なＰＯＴＤＲパルス幅及び検出器としての第１および第２の光電変換器１０９，１１０のインパルス応答は、ＰＯＴＤＲトレースの細部を解明するために充分なものでなければならない。
【００７７】
このためＰＯＴＤＲ光源からの光パルスのスペクトル幅は、ディ・ポラリゼションを妨げる程度に狭く、干渉性のレイリー散乱ノイズを避ける程度に広くなければならない。
【００７８】
すなわち、次式（１）のような関係を満たす必要がある。
【数１】
【００７９】
ただし、Δτは全システムＰＭＤ、 λはＰＯＴＤＲの作動波長、 ΔλはＰＯＴＤＲ光源からのスペクトル幅（単位は波長）、 Ｃは光の速度、 ΔνはＰＯＴＤＲ光源からのスペクトル幅（単位は周波数）、 ΔｔはＰＯＴＤＲパルス幅である。
【００８０】
図３及び図４は、平行ＰＯＴＤＲトレースと垂直ＰＯＴＤＲトレースのそれぞれの測定例の一部分を示している。
【００８１】
次に、ステップＳ２では、以上のようにして表示部１１１に記録・表示された平行ＰＯＴＤＲトレースと垂直ＰＯＴＤＲトレース結果に基づいて、偏波信号演算部１１２により、前記被測定用光ファイバ５０１に関する偏波信号が演算される。
【００８２】
この場合、ゼロ信号がゼロの後方散乱光の強度に対応させるように、最初に二つのトレースからＤＣオフセットをすべて除去しなければならない。
【００８３】
平行および垂直トレースの合計は、通常の非偏波ＯＴＤＲに等しい。 そこで、二つのトレースを合計して、二つの検出器の間の差動利得と遅延を調整して、合計したトレース上のノイズを最小にする。
【００８４】
また、偏波信号の演算においては、ゼロオフセット、差動利得および遅延を考慮して、偏波信号が計算される。
【００８５】
図５は、演算された偏波信号の一例を示している。 そして、充分確実な測定を行うために、図５に示すように、偏波信号を＋１から−１まで変化させるようにしている。
【００８６】
ＤＣオフセットを求める際に、ＰＯＴＤＲパルスがファイバシステムとしての被測定用光ファイバ５０１に入る前に示されるトレース部分が基準のゼロレベルとして使用されている。
【００８７】
図６は、区域マーク付きＰＯＴＤＲトレースの一例を示している。 図６でマークを付けた二つの領域１（ＯＰ）、領域２（ＯＯ）の平均レベルは、ゼロオフセットとされる。
【００８８】
領域１（ＯＰ）は平行ＰＯＴＤＲトレースの場合、領域２（ＯＯ）は垂直ＰＯＴＤＲトレースの場合である。
【００８９】
そして、差動利得および遅延を求めるに際しては、経路が長く、平行偏波検出器としての第１の光電変換器１０９の挿入損失も異なるため、二つの検出器としての第１および第２の光電変換器１０９，１１０からの信号レベルと位置に相違があることに留意する必要がある。
【００９０】
これは、差動利得ΔＧ、および遅延ΔＺとして説明することができる。 この二つのパラメータは、平行及び垂直ＰＯＴＤＲトレースを修正して、合計利得のノイズ及び遅延を最小にすることにより得られる。
【００９１】
合計のトレースＳ（ｚ）は、次式（２）で与えられる。
【数２】
【００９２】
ただし、Ｓｐ（ｚ）は測定された平行偏波のトレース、
Ｓｏ（ｚ）は測定された垂直偏波のトレースである。
【００９３】
均一ファイバセクションのＳ（ｚ）は指数関数的な遅延を示し、Ｓ（ｚ）の対数をとると直線回帰を使うと直線に一致する。
【００９４】
これは、次式（３）で与えられる。
【数３】
【００９５】
ただし、ａはファイバ減衰、
ｂは定数、
ε（ｚ）はｚにおける測定値と直線回帰の誤差である。
【００９６】
ＲＭＳノイズは、測定部１００全体でε（ｚ）のＲＭＳとして計算される。
【００９７】
差動利得ΔＧ及び遅延ΔＺは、このＲＭＳノイズが最小になるように調整される。
【００９８】
そして、偏波信号の計算に際しては、前述のようにして求められたゼロオフセット及び差動利得と遅延から、偏波信号Ｐ（ｚ）として次式（４）を使って計算される。
【数４】
【００９９】
なお、以上において、測定部１００の偏波分離手段としての光方向性結合器１０７及び偏波ビームスプリッタ１０８とＰＯＴＤＲ検出器としての第１および第２の光電変換器１０９，１１０について、構成及び演算の簡易化のために、平行及び垂直偏波のいずれか一方だけを用いるようにしてもよい。
【０１００】
このようにＰＯＴＤＲが１個だけ利用できる場合、偏波信号は、ファイバでの減衰を考慮して、局部的な最大信号を用いて計算することが可能である。
【０１０１】
この局部的な最大信号は、局部的な平均信号に比例し、比例定数は発射と受信の偏波状態の関係から決まる。
【０１０２】
そして、１個の平行ＰＯＴＤＲトレースだけが利用できる場合でも、ゼロオフセットＯＰは前述したようにして計算される。
【０１０３】
この平行ＰＯＴＤＲトレースだけの場合、局部最大信号レベルは、局部平均信号レベルの１．５倍である。
【０１０４】
均一ファイバセクションでは、局部平均信号レベルは指数関数型の減衰を示すことが知られている。
【０１０５】
そして、次式（５）のように非直線最小二乗法を適用してＲＭＳエラーε（ｚ）を最小にする。
【数５】
【０１０６】
直線回帰の実行は対数領域では不可能であるが、それはＳｐ（ｚ）が大きく変動して、かなりの重み付けのある適合が行われるためである。
【０１０７】
この平行ＰＯＴＤＲトレースだけの場合において、偏波信号は、次式（６）を用いて計算される。
【数６】
【０１０８】
また、１個の垂直ＰＯＴＤＲトレースだけが利用できる場合でも、ゼロオフセットＯＯは前述したような節の方法により計算される。
【０１０９】
この垂直ＰＯＴＤＲトレースだけの場合、局部最大信号レベルは、局部平均信号レベルの３倍である。
【０１１０】
均一ファイバーセクションでは、局部平均信号レベルは、指数関数型の減衰を示す。
【０１１１】
次式（７）に示すような非直線最小二乗法を適用してＲＭＳエラーε（ｚ）を最小にする。
【数７】
【０１１２】
直線回帰の実行は対数領域では不可能であるが、それはＳｏ（ｚ）が大きく変動して、かなりの重み付けのある適合が行われるためである。
【０１１３】
この垂直ＰＯＴＤＲトレースだけの場合において、偏波信号は次式（８）を用いて計算される。
【数８】
【０１１４】
次に、ステップＳ４では、前述のようにして演算された偏波信号を用いて、高速フーリェ変換（ＦＦＴ）による偏波パワースペクトルの計算が行われる。
【０１１５】
この場合、偏波信号のパワースペクトルは、偏波信号の高速フーリェ変換の結果の大きさの二乗を求めて計算される。
【０１１６】
そして、ＰＭＤを計算するトレースのセクションの偏波信号は、全体の偏波信号から抽出される。
【０１１７】
計算を容易にするため、２N 個の点の長さのセクションを取ると、高速フーリェ変換のアルゴリズムを使うことができる。
【０１１８】
図７は、このようにして計算された偏波パワースペクトルＦｍ（υ）の一例を示している。
【０１１９】
そして、制限されたＰＯＴＤＲ分解能に対する補償については、この段階で行うことができる。
【０１２０】
これは、計算された偏波パワースペクトルを装置の応答パワースペクトルで除算することによって達成される。
【０１２１】
これは、ＰＯＴＤＲトレースから装置応答のくりこみを取り除くことと等価である。
【０１２２】
このようなくりこみ除去により、高周波部分でノイズの大きな増加を招くこともあるので、注意を要する。
【０１２３】
次に、ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７での偏波信号のシミュレーションのための一連の処理が行われる。
【０１２４】
まず、これらの処理の概要について説明すると、偏波信号は、光ファイバ内の複屈折のシミュレーションを行うことによってシミュレートされる。
【０１２５】
このシミュレーションとしては、例えば、モンテカルロ・シミュレーションを行うことによってシミュレートされる。
【０１２６】
この場合、ファイバは短い複屈折のエレメントに分割され、各エレメントの複屈折は複屈折モデルに従って不規則に発生される。
【０１２７】
そして、複屈折ベクトルから各エレメントのミューラーマトリックスを計算して、ｎ個のエレメントについてミューラー回転マトリックスの乗算から、第１エレメントから第ｎエレメントまでの伝播のミューラー回転マトリックスが計算される。
【０１２８】
また、ｎ個のエレメントファイバを通過する二方向伝送の出力偏波信号が計算される。
【０１２９】
図８は、複屈折エレメントの配置を示している。
【０１３０】
図８において、ｉ番目のエレメントの複屈折ベクトルはｂ（ｉ）で示し、ｉ番目のエレメントの前向きミューラー回転マトリックスはＲ（ｉ）、ｉ番目のエレメントの後向き伝送ミューラー回転マトリックスは、前向きマトリックスの転置Ｒ（ｉ）T で示される。
【０１３１】
また、入力偏波状態はｓｉ、出力偏波状態はｓｏ、後方散乱回転マトリックスはＭの記号で示される。
【０１３２】
次に、ステップＳ５でのモデルパラメータの設定について説明すると、複屈折モデルは、いくつかの複屈折モデルを使うことができる。
【０１３３】
各モデルは、３個の入力パラメータ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃ及び不規則な成分σの強度を示すパラメータをもっている。
【０１３４】
偏波モード・カップリングパラメータは、パラメータσに関連している。 各モデルには、多くの確率変数νがあり、これらはモンテカルロ・シミュレーションにおける不規則エレメントである。
【０１３５】
各複屈折エレメントにおいて、これらの値はガウス分布からゼロ平均およびユニット標準偏差により不規則に選ばれる。
【０１３６】
各エレメントの長さはδｌで与えられ、計算を容易にするため、これはＰＯＴＤＲトレースのサンプルの間隔と等しくなっている。
【０１３７】
次に、弱い摂動モデルについて説明すると、各エレメントの複屈折は、小さい摂動に対しては一定と考えられる。
【０１３８】
ｉ番目のエレメントｂ（ｉ）の複屈折ベクトルは、次式（９）で示される。
【数９】
【０１３９】
ただし、δβｌは複屈折の直線成分、
δβｃは複屈折の円形成分、
σは摂動の強さ、
δｌはエレメントの長さ、
νｉはガウス分布からゼロ平均およびユニット標準偏差により選ばれた独立した不規則な値である。
【０１４０】
次に、回転モデルについて説明すると、各エレメントの複屈折は、軸が不規則に変わる直線複屈折成分と、強度が不規則に変わる円複屈折成分とにより示される。
【０１４１】
ｉ番目のエレメントｂ（ｉ）の複屈折ベクトルは、次式（１０）で示される。
【数１０】
【０１４２】
ただし、δβｌは直線複屈折成分、
δβｃは円複屈折成分である。
【０１４３】
また、θ（ｉ）とφ（ｉ）は、次の関係式（１１）で与えられる。
【数１１】
【０１４４】
ただし、σは回転率強度、
δ１はエレメントの長さ、
νθとνφはガウス分布からゼロ平均およびユニット標準偏差により選ばれた独立した不規則な変数である。
【０１４５】
次に、拡散モデルについて説明すると、拡散プロセスは、各エレメントの複屈折を記述する。
【０１４６】
ｉ番目のエレメントｂ（ｉ）の複屈折ベクトルは、次式（１２）で示される。
【数１２】
【０１４７】
ただし、δβｌは複屈折の直線成分、
δβｃは複屈折の円成分、
δｌはエレメントの長さ、
αは拡散定数、
νｉはガウス分布からゼロ平均およびユニット標準偏差により選ばれた独立した不規則な値である。
【０１４８】
次に、ミューラー回転マトリックスの計算について説明すると、各エレメントのミューラー回転マトリックスは、各エレメントの複屈折ベクトルから計算される。
【０１４９】
次式（１３），（１４），（１５）を使って、各エレメントごとに３個の回転マトリックス、Ｒｘ、ＲｙおよびＲｚが計算される。
【数１３】
【０１５０】
【数１４】
【０１５１】
【数１５】
【０１５２】
これらを組み合わせて、ｉ番目のエレメントのミューラー回転マトリックスＲ（ｉ）が次式（１６）によって得られる。
【数１６】
【０１５３】
次に、後方散乱偏波状態の計算について説明すると、ｎ番目のエレメントの直後の点から受け取る後方散乱信号の偏波状態は、次式（１７）で与えられる。
【数１７】
【０１５４】
ただし、Ｍは次式（１８）で与えられる対称行列である。
【数１８】
【０１５５】
次に、ステップＳ６での偏波信号の計算について説明すると、まず、発射偏波状態ｓi が次式（１９）のように設定される。
【数１９】
【０１５６】
そして、前述のようにして計算された偏波信号は、出力偏波状態の１番目のエレメントによりシミュレートされる。
【０１５７】
これは結合された回転マトリックスの左上のエレメントを取ることと等価であり、ｎ個のエレメントによる偏波信号Ｐ（ｎ）は、次式（２０）で与えられる。
【数２０】
【０１５８】
図９は、シミュレートされた偏波信号の一例を示している。
【０１５９】
次に、ステップＳ７でのシミュレートされた偏波信号のパワースペクトルの計算について説明すると、シミュレートされた偏波信号のパワースペクトルは、前述したようにして計算される実際に測定された偏波信号の場合と同じように高速フーリェ変換（ＦＦＴ）による方法で計算される。
【０１６０】
そして、シミュレートされた偏波パワースペクトルのノイズを除くために、シミュレートされた偏波信号は複数回繰り返され、各シミュレーションのパワースペクトルを平均して、シミュレートされた偏波信号のパワースペクトルＦｓ（υ）を得る。
【０１６１】
図１０は、シミュレートされた偏波パワースペクトルの一例を示している。 次に、ステップＳ９でシミュレートされた偏波パワースペクトルと測定された偏波パワースペクトルとの比較が行われた後、ステップＳ１０でモデルパラメータの調整、エラーの最小化が行われる。
【０１６２】
まず、ステップＳ９でのシミュレートされた偏波パワースペクトルと測定された偏波パワースペクトルとの比較について説明する。
【０１６３】
すなわち、このステップＳ９では、シミュレートされた偏波パワースペクトルと測定された偏波パワースペクトルとが比較される。
【０１６４】
この比較によるフィット度は、次式（２１）で定義される適当な周波数ウインドウについて、この二つの正規化されたトレースの間の偏差の二乗の合計値から計算され得る。
【数２１】
【０１６５】
ただし、υ１とυ２は、ＤＣの影響を受けずしかも高い周波数のノイズより下になる適当な周波数の範囲、
Ｆｍ（υ）は測定した偏波パワースペクトル、
Ｆｓ（υ）はシミュレートされた偏波パワースペクトルである。
【０１６６】
フィット度は、最も良くフィットしたときに最小値になる。
【０１６７】
次に、ステップＳ１０でのモデルパラメータの調整、エラーの最小化について説明すると、モデルパラメータは、Ｑが最小値になるまで調整される。
【０１６８】
これを迅速に高い信頼度で行うため方法はかなりの作業が必要であるが、可能性のある方法の一つは、さまざまな値のδβｌ、δβｃ及びσに関してシミュレートされた偏波パワースペクトルＦｓ（υ）を計算して、δβｌ、δβｃ及びσの関数としてＱを計算することである。
【０１６９】
最も良くフィットするパラメータは、このＱを最小にするδβｌ、δβｃ及びσとして得られる。
【０１７０】
次に、ステップＳ１１での別の波長による測定について説明する。
【０１７１】
前述したステップＳ１からステップＳ１０までは、単一の波長においてδβｌ、δβｃ及びσを計算する手順が説明されている。これから被測定用光ファイバ５０１についての位相複屈折に関する情報が得られる。
【０１７２】
しかし、被測定用光ファイバ５０１についてのＰＭＤを計算する場合には、このＰＭＤはモデルパラメータ（時間遅延があり位相の遅延のない）であるため、シミュレーション・パラメータ、δβｌ、δβｃ及びσの波長依存性が必要である。
【０１７３】
そこで、ステップＳ１１では別の波長による測定を行わせることにより、前述したステップＳ１からステップＳ１０までの処理を繰り返す。
【０１７４】
こうして、光周波数すなわち波長に依存するモデルパラメータ、δβｌ（ω）、δβｃ（ω）及びσ（ω）すなわちδβｌ（λ）、δβｃ（λ）及びσ（λ）が計算される。
【０１７５】
光周波数すなわち波長に依存するこれらのパラメータとして多くのモデルがあり得るが、偏波モードの結合長さに関連するσは、光周波数すなわち波長にほぼ依存しないと考えられ。
【０１７６】
複屈折成分δβｌとδβｃの光周波数すなわち波長依存の可能性のあるモデルは、位相遅延とモード遅延が一定の乗数で結合したものである。
【０１７７】
これは、次式（２２）のように表される。
【数２２】
【０１７８】
こうして、次式（２３）に示す光周波数（すなわち波長）に依存する直線複屈折成分が得られる。
【数２３】
【０１７９】
円複屈折成分についても同様な式を使うことができる。
【０１８０】
Ｘｌは１と２の間にあり、Ｘｃは約０．１であると予想される。
【０１８１】
次に、ステップＳ１２でのＰＭＤの計算について説明する。
【０１８２】
まず、光周波数すなわち波長に依存するモデルのパラメータを用いて、被測定用光ファイバ５０１についてのファイバセクションから光周波数すなわち波長に依存する出力偏波状態が計算される。
【０１８３】
前述したような方法に従い、ただし光周波数ωの関数として、片道の出力状態だけを計算する。
【０１８４】
こうすると、ｓo （ω）は、次式（２４）で与えられる。
【数２４】
【０１８５】
ファイバ・セクションに関するミューラー回転マトリックスＲ（ω）が計算されているので、例えば、下記のような非特許文献１乃至３等により充分に説明されている公知の技法に従い、差動グループ遅延は光周波数の関数として計算される。
【非特許文献１】Ｃ．Ｄ．ＰＯＯＬＥ，Ｎ．Ｓ．ＢＥＲＧＡＮＯ，Ｒ．Ｅ．ＷＡＧＮＥＲ，Ｈ．Ｊ．ＳＣＨＵＬＴＥ，″Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｓｔａｔｅｓ ｉｎ ａ１４７ｋｍ Ｕｎｄｅｒｓｅａ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃａｂｌｅ″Ｊ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｔｅｃｈ．，Ｖｏｌ ６，Ｎｏ７，Ｊｕｌｙ１９８８，ｐｐ１１８５−１１９０．
【非特許文献２】Ｂ．Ｌ．ＨＥＦＦＮＥＲ，″Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｊｏｎｅｓ Ｍａｔｒｉｘ Ｅｉｇｅｎａｎａｌｙｓｉｓ″，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈ Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ４，Ｎｏ９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９２，ｐｐ１０６６−１０６９．
【非特許文献３】Ｌ．Ｅ．ＮＥＬＳＯＮ，Ｒ．Ｍ．ＪＯＰＳＯＮ，Ｈ．ＫＯＧＥＬＮＩＫ，″Ｍｕｌｌｅｒ Ｍａｔｒｉｘ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒｓ″，ＥＣＯＣ １９９９，Ｎｉｃｅ Ｆｒａｎｃｅ，Ｗｅｄｎｅｓｄａｙ ２９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９９，Ｓｅｓｓｉｏｎ ＰＭＤ１． 次に、ＰＭＤが、必要とする定義に応じて、実効値（ＲＭＳ）ＤＧＤまたは平均値ＤＧＤとして計算される。
【０１８６】
そして、このようなシミュレーションは数回繰り返すことにより、より良いＰＭＤの推定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置の要部の構成を説明するために示すブロック図である。
【図２】図２は、以上のように構成される本発明の一実施の形態による光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置及び方法の要部の動作を説明するために示すフローチャートである。
【図３】図３は、平行ＰＯＴＤＲトレースの測定例の一部分を示す図である。
【図４】図４は、垂直ＰＯＴＤＲトレースの測定例の一部分を示す図である。
【図５】図５は、演算された偏波信号の一例を示す図である。
【図６】図６は、区域マーク付きＰＯＴＤＲトレースの一例を示す図である。
【図７】図７は、計算された偏波パワースペクトルＦｍ（υ）の一例を示す図である。
【図８】図８は、複屈折エレメントの配置を示す図である。
【図９】図９は、シミュレートされた偏波信号の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、シミュレートされた偏波パワースペクトルを例示する図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１００…測定部、
２００…演算部、
３００…判定部、
４００…ＰＭＤ演算部、
４０１…ＤＧＤ演算部、
４０２…ＰＭＤ演算処理部、
５０１…被測定用光ファイバ、
１０１…ＰＯＴＤＲトレース部、
１１２…偏波信号演算部、
１１３…第１のフーリェ変換手段（第１のフーリェ（ＦＦＴ）変換部），
３０１…比較部、
３０２…フィット度判定部、
２０１…設定部、
２０２…モデル変数記憶部、
２０３…シミュレート手段（偏波信号シミュレート部）、
２０４…第２のフーリェ変換手段（第２のフーリェ（ＦＦＴ）変換部）
２０５…モデル変数調整部、
１０２…パルス発生器／タイミング制御器、
１０３…光源、
１０４…エルビウムドープド光ファイバ増幅器、
１０５…ＡＳＥフィルタ、
１０６…偏波制御器、
１０７…光ファイバサーキュレータ、
１０８…偏波ビームスプリッタ、
１０９…第１の光電変換器、
１１０…第２の光電変換器、
１１１…表示器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を含む前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を出力する第１のステップと、
モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力する第２のステップと、
前記被測定用光ファイバに関する偏波信号と前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定する第３のステップと、
前記所定の波長下で前記両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記被測定用光ファイバの一端に入射する光パルスの波長を変えて前記第１乃至第３のステップを繰り返し、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数を算出する第４のステップと、
前記波長依存性を有するモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、該群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて前記被測定用の光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出する第５のステップと、
を具備することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法。
【請求項２】
前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含み、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法。
【請求項３】
前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数を調整して前記第２及び第３のステップを繰り返すことにより、前記両信号間のフィット度を最適化する第６のステップをさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法。
【請求項４】
被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を含む前記被測定用の光ファイバに関する偏波信号を出力する測定部と、
予め、モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて、前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力する演算部と、
前記測定部によって出力される前記被測定用光ファイバに関する偏波信号と前記演算部によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定する判定部と、
前記所定の波長下で前記判定部によって前記両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記被測定用光ファイバの一端に入射する光パルスの波長を変えて前記測定部による測定を繰り返し、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数を算出する波長依存性モデル変数演算部と、
前記波長依存性モデル変数演算部によって算出された前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、該群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて前記被測定用光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出する偏波モード分散演算部と、
を具備することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項５】
前記測定部は、
前記被測定用光ファイバの一端に予め指定されている複数の波長のうち所定の波長を有する光パルスを順次に入射する光パルス入射手段と、
前記光パルス入射手段によって前記所定の波長を有する光パルスが入射されることにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光を平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を抽出する偏波成分抽出手段と、
前記偏波成分抽出手段によって抽出された前記後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段によって変換された電気信号に基づいて、前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出された実際の測定に係る偏波信号のパワースペクトルをフーリェ変換によって算出する第１のフーリェ変換手段と、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項６】
前記演算部は、
予め指定されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数を設定するモデル変数設定手段と、
前記モデル変数設定手段によって予め設定された前記モデル化された光ファイバのモデル変数に基づいて前記モデル化された光ファイバの偏波信号をシミュレーティングするシミュレーティング段と、
前記シミュレーティング手段によってシミュレーティングされた前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルをフーリェ変換によって算出する第２のフーリェ変換手段と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項７】
前記判定部は、
前記測定部の第１のフーリェ変換手段によって算出された前記被測定用光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルと前記演算部の第２のフーリェ変換手段によって算出された前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルとを比較する比較手段と、
前記比較手段によって比較された比較結果に基づいて前記両偏波信号間のフィット度を判定するフィット度判定手段と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項８】
前記モデル変数設定手段は、予め、メモリに格納されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数から所定のモデル変数を読み出して、前記シミュレーティング手段に供給する請求項６に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項９】
前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含み、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）を含むことを特徴とする請求項４乃至８のいずれかに一に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項１０】
前記両信号間のフィット度を最適化するために、前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数を調整するモデル変数調整部をさらに具備することを特徴とする請求項４乃至９のいずれか一に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項１】
被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を含む前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を出力する第１のステップと、
モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力する第２のステップと、
前記被測定用光ファイバに関する偏波信号と前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定する第３のステップと、
前記所定の波長下で前記両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記被測定用光ファイバの一端に入射する光パルスの波長を変えて前記第１乃至第３のステップを繰り返し、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数を算出する第４のステップと、
前記波長依存性を有するモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、該群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて前記被測定用の光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出する第５のステップと、
を具備することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法。
【請求項２】
前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含み、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法。
【請求項３】
前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数を調整して前記第２及び第３のステップを繰り返すことにより、前記両信号間のフィット度を最適化する第６のステップをさらに具備することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定方法。
【請求項４】
被測定用光ファイバの一端に所定の波長を有する光パルスを入射することにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光における平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を含む前記被測定用の光ファイバに関する偏波信号を出力する測定部と、
予め、モデル化された光ファイバの所定のモデル変数に基づいて、前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号をシミュレーションにより出力する演算部と、
前記測定部によって出力される前記被測定用光ファイバに関する偏波信号と前記演算部によって出力される前記モデル化された光ファイバに関する偏波信号との両信号間のフィット度を判定する判定部と、
前記所定の波長下で前記判定部によって前記両信号間の所望のフィット度が得られたとき、前記被測定用光ファイバの一端に入射する光パルスの波長を変えて前記測定部による測定を繰り返し、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数を算出する波長依存性モデル変数演算部と、
前記波長依存性モデル変数演算部によって算出された前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数に基づいて、前記被測定用光ファイバの群遅延時間差（ＤＧＤ）を算出すると共に、該群遅延時間差（ＤＧＤ）に基づいて前記被測定用光ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）値を算出する偏波モード分散演算部と、
を具備することを特徴とする光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項５】
前記測定部は、
前記被測定用光ファイバの一端に予め指定されている複数の波長のうち所定の波長を有する光パルスを順次に入射する光パルス入射手段と、
前記光パルス入射手段によって前記所定の波長を有する光パルスが入射されることにより、前記被測定用光ファイバの一端に戻ってくる後方散乱光を平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を抽出する偏波成分抽出手段と、
前記偏波成分抽出手段によって抽出された前記後方散乱光の平行偏波成分と垂直偏波成分との少なくとも一方を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段によって変換された電気信号に基づいて、前記被測定用光ファイバに関する偏波信号を算出する演算手段と、
前記演算手段によって算出された実際の測定に係る偏波信号のパワースペクトルをフーリェ変換によって算出する第１のフーリェ変換手段と、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項６】
前記演算部は、
予め指定されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数を設定するモデル変数設定手段と、
前記モデル変数設定手段によって予め設定された前記モデル化された光ファイバのモデル変数に基づいて前記モデル化された光ファイバの偏波信号をシミュレーティングするシミュレーティング段と、
前記シミュレーティング手段によってシミュレーティングされた前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルをフーリェ変換によって算出する第２のフーリェ変換手段と、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項７】
前記判定部は、
前記測定部の第１のフーリェ変換手段によって算出された前記被測定用光ファイバに関する偏波信号のパワースペクトルと前記演算部の第２のフーリェ変換手段によって算出された前記モデル化された光ファイバの偏波信号のパワースペクトルとを比較する比較手段と、
前記比較手段によって比較された比較結果に基づいて前記両偏波信号間のフィット度を判定するフィット度判定手段と、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項８】
前記モデル変数設定手段は、予め、メモリに格納されている前記モデル化された光ファイバの不規則な成分σとしての結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含むモデル変数から所定のモデル変数を読み出して、前記シミュレーティング手段に供給する請求項６に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項９】
前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ、直線複屈折成分δβｌ、円複屈折成分δβｃを含み、前記モデル化された光ファイバの波長依存性を有するモデル変数は、不規則な成分σとしての光ファイバの結合長さＬｃ（λ）、直線複屈折成分δβｌ（λ）、円複屈折成分δβｃ（λ）を含むことを特徴とする請求項４乃至８のいずれかに一に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【請求項１０】
前記両信号間のフィット度を最適化するために、前記モデル化された光ファイバの所定のモデル変数を調整するモデル変数調整部をさらに具備することを特徴とする請求項４乃至９のいずれか一に記載の光ファイバの長手方向の偏波モード分散分布測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２１４８７５（Ｐ２００６−２１４８７５Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８０２２（Ｐ２００５−２８０２２）
【出願日】平成１７年２月３日（２００５．２．３）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月３日（２００５．２．３）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
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