JPH10339686A - 光ファイバ遅延時間差測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光パルス法において正確なスキュー測定が難
しい。 【解決手段】 共通光源１の光パルスを２以上に分岐し
て被測定用の光ファイバテープ／光ファイバアレイ４を
構成する２以上の光ファイバ２に各々伝搬させ、これら
光ファイバ２に伝搬させた光を合波して受光器３で観測
し、光ファイバテープ／光ファイバアレイ３中の任意の
光ファイバ２を伝搬した光パルスの受光器３における到
達時刻を基準とし、その時刻に対する他の光ファイバ２
を伝搬した光パルスの受光器３での到達時刻の遅れを遅
延時間差とすることにより、前記光ファイバテープ／光
ファイバアレイ４を構成する光ファイバ２間の遅延時間
差を導出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の光ファイバの遅延時
間差測定方法は例えば通信装置やコンピュータ間の信号
伝送に使用される光ファイバアレイ、光ファイバの評価
に利用できるものであり、伝搬光の遅延時間差（スキュ
ー：skew）を評価するのに適したものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報の大容量伝送・高速処理の観
点から光並列伝送が注目されている。この中で、コンピ
ュータシステム間の配線技術の性能向上のために、光フ
ァイバを使用した光インタコネクトが期待されている。
この技術によれば、従来用いられてきた同軸ケーブルの
束を光ファイバアレイ（複数本の光ファイバで構成され
る）に置き換えることにより、高速かつ高密度配線を軽
量かつ細径で実現することができる。光インターコネク
トの基本方式は、図５に示されるように電気／光変換ア
レイ（E/O ）及び光／電気変換アレイ（O/E ）と光ファ
イバアレイ（Fiber array ）を用いた多チャンネル並列
同期伝送方式であり、各チャンネルにおいて同一時刻に
入力された電気信号が電気信号の出力側においてほぼ同
時に出力される心要がある。光インターコネクトを使用
したシステムを全体的に考慮すると、一般にはシステム
内で許容される信号のチャンネル間の遅延時間差（スキ
ュー）は1ps/m 程度が目安とされている。

【０００３】このようなことから光インタコネクト技術
で使用される多心光ファイバアレイにはスキューの小さ
いものが必要となり、このためには精度の高いスキュー
の評価方法が必要となる。多心光ファイバアレイのスキ
ューを評価する方法として、従来、１）位相法、２）パ
ルス法（又は伝搬法とも呼ばれる）がある。

【０００４】１）位相法は正弦波変調された光を被測定
用の光ファイバに伝搬させてその伝搬光の位相を測定す
るものであり、２本の光ファイバ（１本を基準ファイ
バ、１本を測定用のファイバとする）に共通の光源から
発振された正弦波変調光を同時に伝搬させ、これらの光
ファイバを伝搬する正弦波変調光の波形を同一時間軸上
で調べてその位相角度差を計測することにより光ファイ
バ間の遅延時間差を計測する方法である。図６はこの位
相法のための測定装置の概要であり、信号発生器Ａで発
生した正弦波電気信号を850nm レーザ（光源）Ｂに印加
して正弦波変調光を発生させ、これを光カプラＣで２分
岐して２本の被測定用光ファイバＤに伝搬させ、各々の
伝搬光の正弦波波形をＯ／ＥプローブＥを介してオシロ
スコープＦで観測するようになっている。そしてオシロ
スコープＦで観測された２つのパルス波形の位相差を調
べることにより、光ファイバＤ間の位相角度差を求め、
これからスキューを導出する。

【０００５】また位相法には図７に示すものもあり、こ
れは前記と同様にして発生した正弦波変調光を光カプラ
で分岐せずに被測定用の光ファイバにＤ伝搬させ、その
伝搬光をＯ／ＥプローブＥを介してオシロスコープＦで
観測する。この場合は信号発生器Ａからの正弦波電気信
号（基準信号）を前記伝搬光と合わせてオシロスコープ
Ｆで観測することにより、基準信号に対する伝搬光の位
相角度差を計測することができる。

【０００６】２）パルス法は光のパルスを被測定用の光
ファイバに伝搬させてそのパルスと他の参照パルス（ト
リガ電気信号）とを同一時間軸上で調べてその位置関係
から光ファイバの遅延時間差を測定する方法である。図
８はパルス法のための測定装置の概要であり、パルス発
生器Ａで発生した信号を、Ｅ／Ｏ変換器（光源）Ｂと光
オシロスコープ（サンプリングオシロスコープ）Ｇとに
出力し、Ｅ／Ｏ変換器Ｂで発生されて被測定用の光ファ
イバＤを伝搬した光パルスと、パルス発生器Ａからのト
リガ信号とを光オシロスコープ（サンプリングオシロス
コープ）Ｇで比較観測することにより、両者の時間軸上
での位置情報から光ファイバＤを伝搬してきた光の遅延
時間を測定する。さらに光ファイバＤを他のものと交換
して同様にしてトリガ信号に対する遅延時間を測定し、
先に測定した光ファイバＤと後に測定した光ファイバＤ
との遅延時間差を、共通の基準であるトリガ信号を参考
に導出するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

前記位相法、パルス法における問題 １）位相法において測定精度を向上させるためには、正
弦波変調光の変調周期を短くし、変調周期に対する位相
角度差を大きくなるように設定することが必要である
が、正弦波変調光はその波形が周期的に繰り返されるた
め、被測定用光ファイバＤが１周期以上離れたスキュー
を持つものである場合、その値が正しいものであるか判
別することはできない。近接した基準信号からの位相角
度差に加えて、正弦波周期の整数倍の位相差が含まれて
いることが考えられるからである。そのため何度が変調
周波数を変えて同じ光ファイバＤについて繰り返し測定
を行い、本来の位相角度差を求める必要がある。従っ
て、測定に時間がかかり、またこの結果として経時変動
も問題となる。

【０００８】２）パルス法は、パルスの発振周期を長く
取ることによっても測定精度が変わることなくパルスの
周期以内にスキューが収まるように設定することができ
る。しかし従来からの図８の測定系では測定誤差の要因
となるいくつかの要素を含むことが指摘されている。遅
延時間を測る際、時間軸の基準となる信号はパルス発生
器Ａから電気信号（トリガー信号）で光オシロスコープ
Ｇに入力させている。しかし、光源Ｂから出射されるパ
ルスの不安定動作により、被測定光ファイバＤを伝搬し
た後にオシロスコープＧで観測される波形はオシロスコ
ープＧの掃引毎に時間的な位置が異なって見えることが
ある。これは使用波長が短波長領域（850nm ）である場
合に用いられるＧＩマルチモード光ファイバにおいて特
に顕著となる。これはマルチモード光ファイバがシング
ルモード光ファイバと異なって多数の伝搬モードを持つ
ことによるものであり、光ファイバＤに入射する光源Ｂ
の発振横モードの不安定性によってファイバＤ内での伝
搬モードが変化し伝送時間が変動する結果、オシロスコ
ープＧでのパルス波形の時間軸上の位置が異なって見え
てしまうのである。このパルス波形の時間紬上での変動
は経過時間約１０時間で最大１ｎｓ程度であり、測定精
度に大きく影響してしまうことが問題となる。

【０００９】またパルス法において、J.lightwave.tec
h.,1994,Vol.12,No.2,p260 では図９の構成で測定が行
われている。これは基準信号として光源Ｂから分岐した
のち参照ファイバを伝搬させたパルスを使用している。
参照ファイバを伝搬したパルスはカプラで合波され受光
部（サンプリングオシロスコープ）Ｇでその波形が観測
される。このとき受光部Ｇで合波されたパルスが重なっ
てしまうと干渉作用が起こる場合があり波形の正確な形
状を認識することが難しくなる。さらに参照ファイバと
被測定ファイバアレイＤとは特性が異なるものであるた
め、その各々に対する振動、温度変動がパルス伝搬時間
に影響を与えることも考えられる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本件発明はパルス法にお
ける測定精度をさらに高めるべく開発されたものであ
る。

【００１１】本発明のうち請求項１記載の光ファイバ遅
延時間差測定方法は図１に示されるように、共通光源１
の光パルスを２以上に分岐して２以上の被測定用の光フ
ァイバ２に各々伝搬させ、これら光ファイバ２に伝搬さ
せた光を合波して受光器３で観測し、任意の光ファイバ
３を伝搬した光パルスの受光器３における到達時刻を基
準とし、その時刻に対する他の光ファイバ２を伝搬した
光パルスの受光器３での到達時刻の遅れを遅延時間差と
することにより、前記光ファイバ２間の遅延時間差を導
出することを特徴とするものである。

【００１２】本発明のうち請求項２記載の光ファイバ遅
延時間差測定方法は図１に示されるように、共通光源１
の光パルスを２以上に分岐して被測定用の光ファイバテ
ープ／光ファイバアレイ４を構成する２以上の光ファイ
バ２に各々伝搬させ、これら光ファイバ２に伝搬させた
光を合波して受光器３で観測し、光ファイバテープ／光
ファイバアレイ３中の任意の光ファイバ２を伝搬した光
パルスの受光器３における到達時刻を基準とし、その時
刻に対する他の光ファイバ２を伝搬した光パルスの受光
器３での到達時刻の遅れを遅延時間差とすることによ
り、前記光ファイバテープ／光ファイバアレイ４を構成
する光ファイバ２間の遅延時間差を導出することを特徴
とするものである。

【００１３】本発明のうち請求項３記載の光ファイバ遅
延時間差測定方法は、共通光源１の光パルスが２以上に
分岐されてから再び合波されるまでの２以上の分岐光路
５のうち、被測定用の光ファイバ２を除く部分の分岐光
路５に、分岐光路５毎に異なる光路長が設定されている
ことを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態１】図１は本件発明の光ファイバ遅
延時間差測定方法に基づいて構成した大型コンピュータ
光インタコネクト用多心ＧＩ光ファイバアレイの遅延差
測定系であり、中心波長850nm のレーザダイオードＬＤ
を光源（共通光源）１として使用し、４心光ファイバテ
ープ４の個々の光ファイバ２に光パルスを伝搬させてス
キュー測定を行う場合の例である。この測定系では、光
源１の光パルスが、光カプラ９ａで２分配され、各々が
ＦＣコネクタ８ａ、ＭＰＯコネクタ７ａを通じて４心光
ファイバテープ４の所望の光ファイバ（マルチモード光
ファイバ）２に入射できるようになっており、２本の光
ファイバ１に伝搬された光パルスがＭＰＯコネクタ７
ｂ，ＦＣコネクタ８ｂ、光カプラ９ｂを通じて受光器
（サンプリングオシロスコープ）３で観測できるように
なっている。

【００１５】図１のパルス発生器６のパルス信号を受け
て動作する光源１は図２に示されるように短光パルスと
なっており、これは半値全幅約160ps のほぼGauss 分布
形状を持っている。光パルスの周期は測定する光ファイ
バのスキューよりも長い時間間隔に設定することが望ま
しいことから、ここでは10ns（100Mhz）に設定してあ
る。

【００１６】図１の４心ファイバテープ４はその両端
を、各々ＭＰＯコネクタ７ａ、７ｂと着脱自在としてあ
り、各ＭＰＯコネクタ７ａ、７ｂはＦＣコネクタ８ａ、
８ｂを介して光源１側の光カプラ９ａ、９ｂと着脱自在
にしてある。このため、光カプラ９ａより出力される光
パルスを４心ファイバテープ４の所望の光ファイバ１に
入射できるようになっており、またいずれの光ファイバ
２に伝搬される光パルスも光カプラ９ｂに入力できるよ
うになっている。４心光ファイバテープ４の両端はカッ
ターで切り揃えてあり、光ファイバ２間のファイバ長差
は各々の端で最大0.2mm （伝搬時間1ps ）程度となって
いる。また光カプラ９ａとＦＣコネクタ８ａとを繋ぐ接
続用光ファイバ（分岐光路５）は、一方を長く、他方を
それより短くしてあり、カプラ９ａで２分された後の光
路長に格差を設けてある。具体的にはファイバ長で20cm
の差を設けてあり、サンプリングオシロスコープ３で観
測される２つの光パルスが光路長差に基づく遅延時間差
を受けて重ならないようにしてある。

【００１７】次にこの測定系による４心光ファイバテー
プ４の遅延時間差測定の手順を説明する。 １）４心光ファイバテープ４をセットし、所望の２本の
光ファイバ２（一方を基準線、他方を測定線とする）に
光パルスが伝搬されるようにした状態で、光源１から光
パルスを出力し、サンプリングオシロスコープ３でその
際の光パルスの波形を観測する。サンプリングオシロス
コープ３では接続用光ファイバ５等、被測定用の光ファ
イバ２以外の部分の光路長によるスキューが含まれる。 ２）被測定用の光ファイバ２白身のスキューを算出する
ため、４心光ファイバテープ４を接続せず、光源１側と
サンプリングオシロスコープ３側のＭＰＯコネクタ７
ａ，７ｂ同士を直接接続した状態で、光源１から光パル
スを出力し、その際にサンプリングオシロスコープ３で
観測されるパルスによるスキューを求める。このスキュ
ーを４心光ファイバテープ４接続時に観測したスキュー
値から差し引くことにより真の４心光ファイバテープ４
のスキューを求めることができる。

【００１８】図３に、４心光ファイバテープ４を接続せ
ずにＭＰＯコネクタ７ａ，７ｂ同士を直接接続した際の
観測パルス波形と、４心光ファイバテープ４を接続した
際の観測パルス波形を示す。両者とも左側のパルス（１
８、１９）が基準線を伝搬したパルス（基準パルス）で
あり、右側が測定線を伝送したパルス（２０、２１）で
ある（光路長を長くされた分岐光路を伝播してきた光パ
ルス）。図３に示されるように右側の２つのパルスの横
軸（時間軸）のずれが遅延時間差（スキュー）として求
められる。この測定を先に設定した基準線（光ファイバ
２）以外の３心線（この場合は３本の光ファイバ）につ
いて各々行い、基準心線に対する遅延時間の差としてス
キューを算出する。

【００１９】

【発明の実施の形態２】また例えば、１２心ファイバア
レイのような多心のものについては、図４のように共通
光源１の光パルスを３つ以上に分岐させ、被測定用の光
ファイバアレイ４の複数本の光ファイバ２に同時に何本
もの光パルスを伝搬させることもでき、このようにする
と短時間でスキューの測定を完了することが可能にな
る。この場合も光ファイバアレイ４中の任意の１本の光
ファイバ２を基準フアイバとし、基準ファイバ２に対す
る他の光ファイバ２の遅延時間を測定することになる。
また図１と同様に光カプラ９ａとＦＣコネクタ８ａとの
間の接続用光ファイバ５に分岐路毎に異なる光路差（遅
延時間）を設定しておくことにより、観測されるパルス
波形の重なりを防止することができる。なお、分岐光路
５の光路差は観測側の光カプラ９ｂ側の説続用光ファイ
バに対して設けることもでき、光源１側と観測側の各々
に設けることも可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、スキュー
測定の際の時間軸上の基準となる基準信号も被測定用光
ファイバアレイ／光ファイバテープ４内の光ファイバ２
を使用して伝送し、しかも共通光源１から出射される同
一光パルスを使用するため、光源１にモード変動が存在
して発振周期にふらつさがあったとしても、受光器３で
観測される複数の光パルスの相対的な時間差は変わら
ず、再現性の良い値を得ることができる。また分岐光路
５において分岐光路５毎に異なる光路長差を与えること
により、受光器３で観測される複数のパルス波形の重な
りをなくして干渉作用を抑制することができ、各々独立
した形で見ることができるため、時間軸位置の決定が正
確かつ容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ遅延時間差測定方法の実施
の形態を示した説明図。

【図２】図１の測定系における光源の光パルスの波形
図。

【図３】図１の測定系における観測側の光パルスの波形
図。

【図４】本発明の光ファイバ遅延時間差測定方法の他の
実施の形態を示した説明図。

【図５】光インタコネクトの説明図。

【図６】従来の位相法によるスキュー測定の一例を示し
た説明図。

【図７】従来の位相法によるスキュー測定の他の例を示
した説明図。

【図８】従来のパルス法によるスキュー測定の一例を示
した説明図。

【図９】従来のパルス法によるスキュー測定の他の例を
示した説明図。

【符号の説明】

１ 共通光源 ２ 光ファイバ ３ 受光器 ４ 光ファイバテープ／光ファイバアレイ ５ 分岐光路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】共通光源（１）の光パルスを２以上に分岐
   して２以上の被測定用の光ファイバ（２）に各々伝搬さ
   せ、これら光ファイバ（２）に伝搬させた光を合波して
   受光器（３）で観測し、任意の光ファイバ（３）を伝搬
   した光パルスの受光器（３）における到達時刻を基準と
   し、その時刻に対する他の光ファイバ（２）を伝搬した
   光パルスの受光器（３）での到達時刻の遅れを遅延時間
   差とすることにより、前記光ファイバ（２）間の遅延時
   間差を導出することを特徴とする光ファイバ遅延時間差
   測定方法。
2. 【請求項２】共通光源（１）の光パルスを２以上に分岐
   して被測定用の光ファイバテープ／光ファイバアレイ
   （４）を構成する２以上の光ファイバ（２）に各々伝搬
   させ、これら光ファイバ（２）に伝搬させた光を合波し
   て受光器（３）で観測し、光ファイバテープ／光ファイ
   バアレイ（３）中の任意の光ファイバ（２）を伝搬した
   光パルスの受光器（３）における到達時刻を基準とし、
   その時刻に対する他の光ファイバ（２）を伝搬した光パ
   ルスの受光器（３）での到達時刻の遅れを遅延時間差と
   することにより、前記光ファイバテープ／光ファイバア
   レイ（４）を構成する光ファイバ（２）間の遅延時間差
   を導出することを特徴とする光ファイバ遅延時間差測定
   方法。
3. 【請求項３】共通光源（１）の光パルスが２以上に分岐
   されてから再び合波されるまでの２以上の分岐光路
   （５）のうち、被測定用の光ファイバ（２）を除く部分
   の分岐光路（５）に、分岐光路（５）毎に異なる光路長
   が設定されていることを特徴とする光ファイバ遅延時間
   差測定方法。