JPH11153512A - 光ファイバ遅延時間差測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源の不安定動作に伴って測定精度が変化
し、またパルス法で測定精度を高めると高速の測定機器
が必要となる。 【解決手段】 強度変調光を２以上に分岐して光路長の
異なる２以上の分岐経路１の各々に伝搬可能であり、こ
れら分岐経路１に伝搬させた２以上の強度変調光の合成
光強度を観測可能とした測定系において、前記各分岐経
路１に光ファイバ２を挿入した状態と挿入しない状態の
夫々で強度変調光の合成光強度を極小値にする強度変調
光の変調周波数ｆを見い出し、これら変調周波数ｆから
光ファイバ２を挿入した状態と光ファイバ２を挿入しな
い状態の夫々について分岐経路１間の遅延時間差を導出
し、光ファイバ２を挿入した状態での分岐経路１間の遅
延時間差と被測定光ファイバ２を挿入しない状態での分
岐経路１間の遅延時間差との差から各分岐経路１に挿入
された光ファイバ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）を評価するためのものである。

【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。コンピュータの論
理ＬＳＩの高集積・高性能化及びそれらの高密度実装技
術による大規模化、大容量交換システム等の情報処理の
進歩に伴い、通信装置、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（遅延時間差（スキュー）が同
一である）心要がある。この遅延時間差は送信部での発
光時、受信部での受光時、電気回路、及び伝送用の光フ
ァイバで発生するが、装置間光インターコネクトでは光
ファイバによる伝送距離が数十ｍ〜数百ｍと長くなるこ
ともあるため、光ファイバのスキューはシステムの性能
を決定する上で大きなウエイトを占める。一般に光イン
ターコネクトを使用したシステム全体のスキューを考慮
すると、伝送用の光ファイバに許容される信号のチャン
ネル間の遅延時間差は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、従来は、位相法、パルス法
（又は伝搬法とも呼ばれる）がある。

【０００４】前記の位相法は正弦波変調した光を被測定
用光ファイバに伝搬させてその正弦波波形と基準となる
正弦波波形との位相角度差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はこのための測定系であ
り、信号発生器Ａで発生した正弦波電気信号を光源（Ｅ
／Ｏ変換器）Ｂに印加して被測定用光ファイバＣに正弦
波変調光を伝搬させ、その伝搬光を受光器（Ｏ／Ｅ変換
器）Ｅを介して位相電圧計Ｆで観測し、同時に光源Ｂの
手前で分岐した信号発生器Ａの正弦波電気信号（基準信
号となる）を位相電圧計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ものであ
る。この計測を複数の被測定用光ファイバＣに対して順
次行うことにより、被測定用光ファイバ間の遅延時間差
（スキュー）を求めることができる。

【０００５】前記のパルス法は光のパルスを被測定用光
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対比してその位置関
係から光ファイバの遅延時間差を直接測定する方法であ
る。図９はこのための測定系であり、パルス発生器Ｈで
発生した信号を、光源（Ｅ／Ｏ変換器）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、
光源Ｂで発生されて被測定用の光ファイバＣを伝搬した
光パルスと、パルス発生器Ｈからのトリガ電気信号とを
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Ｃ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Ｃ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Ｃと後に測定した光ファイバＣ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。

【０００６】前記パルス法においては、J.lightwave.te
ch.,1994,Vol.12,No.2,p260 に図１０の測定系を用いた
測定方法が報告されている。これはパルス信号発生器Ｈ
からのパルス電気信号を光源Ｂにおいて電気／光変換
し、その光パルス信号を光アイソレータＫを通して光カ
プラＪに入力し、そこで分岐された光信号を基準信号と
して参照ファイバＩに伝搬させる方法である。参照ファ
イバＩを伝搬した光パルスは被測定用の光ファイバＣを
伝搬してきた光パルスとカプラＪで合波されて受光部
（サンプリングオシロスコープ）Ｇでその合成波形が観
測される。このとき参照ファイバＩとして測定対象の多
心光ファイバ中の１本を用いることにより、その参照フ
ァイバＩに対する他の被測定光ファイバの遅延時間差を
導出することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の位相法は測定誤
差要因をいくつか含むが、その一つに光源Ｂの不安定性
に伴うものがある。これは特に短波長領域（850nm ）で
使用されるＧＩマルチモードファイバにおいて顕著とな
る。多数の伝搬モードを持つマルチモードファイバは単
一の伝搬モードしか持たないシングルモードファイバと
異なり、レーザ光源の発振横モードに不安定性がある
と、光ファイバ内での伝搬モードが変化してモード光の
伝送時間に変動が生じ、この結果、位相電圧計Ｆで観測
される波形の時間軸上の位置に変化が生じてしまう。こ
のため測定対象ファイバを順次他のものと交換して測定
している間にも測定値が変動してしまい、ファイバ間の
正確な遅延時間差を得ることができないという問題を持
つ。

【０００８】パルス法も光源Ｂの不安定動作により、被
測定光ファイバＣ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。これも短波長領域（85
0nm ）で使用されるＧＩマルチモード光ファイバにおい
て顕著となる。

【０００９】図１０の測定方法では、参照ファイバＩ及
び被測定ファイバＣが同一テープのため、ファイバの温
度変動、振動等による影響はほぼ等しく、求める遅延時
間差としてはその影響が相殺されるという利点がある。
しかしこの方法を含め、パルス法では精度を良くするた
め、psオーダーのパルス幅の光を発生させる光源と、ps
のパルスを観測可能な高速のオシロスコープが必要とな
る。

【００１０】測定精度の点において位相法では、変調す
る周波数での電気的な処理によりパルス法と同等精度の
測定値を得ることは比較的容易であるが、前記したよう
に光源の不安定性に伴う位相変動が測定値に誤差を与え
てしまう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光ファイバ遅延
時間差測定方法は図１〜図６に示すように、強度変調光
を２以上に分岐して光路長の異なる２以上の分岐経路１
の各々に伝搬可能であり、これら分岐経路１に伝搬させ
た２以上の強度変調光の合成光強度を観測可能とした測
定系において、前記各分岐経路１に光ファイバ２を挿入
した状態と挿入しない状態の夫々で強度変調光の合成光
強度を極小値にする強度変調光の変調周波数ｆを見い出
し、これら変調周波数ｆから光ファイバ２を挿入した状
態と光ファイバ２を挿入しない状態の夫々について分岐
経路１間の遅延時間差を導出し、光ファイバ２を挿入し
た状態での分岐経路１間の遅延時間差と被測定光ファイ
バ２を挿入しない状態での分岐経路１間の遅延時間差と
の差から各分岐経路１に挿入された光ファイバ２間の遅
延時間差を導出するようにしたことを特徴とするもので
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態１】図３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
測定系を示したものである。この測定系において３は正
弦波電気信号を発生する信号発生器、５は中心波長850n
m のレーザダイオードＬＤを使用した光源、１は光源５
の出力光が２つに分岐されて伝搬される分岐経路であ
り、各分岐経路１の途中には光ファイバ２をセットでき
るようにしてある（２本のうち１本は参照用ファイバ、
もう１本は被測定用ファイバであり、参照用ファイバに
対する被測定用ファイバのスキューを測定する）。続く
６は分岐経路３を伝搬した変調光を受光する受光器（Ｏ
／Ｅ変換器）、７はＲＦスペクトラムアナライザであ
る。前記各光ファイバ２はＧＩマルチモード光ファイバ
であり、１２本がテープ状にまとめられて１２心光ファ
イバテープ４を構成している。また１０（１０ａ、１０
ｂ）は光カプラ、１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１
ｄ）はＦＣコネクタ、１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、
１２ｄ）はＭＰＯコネクタ、１３（１３ａ、１３ｂ）は
コネクタ変換器、１４（１４ａ、１４ｂ）は接続用光フ
ァイバである。

【００１３】前記光源５は信号発生器３からの正弦波電
気信号により強度変調されて正弦波状の強度変調光を出
力する。

【００１４】前記分岐経路１は光源５からの強度変調光
が２分されて伝搬される部分の導波路である。この分岐
経路１では、光源５の強度変調光が光カプラ１０ａで２
分配され、各々が雄雌のＦＣコネクタ１１ａ、１１ｂで
接続されたコネクタ変換器１３ａに出力されるようにし
てあり、この２つの出力が雄雌のＭＰＯコネクタ１２
ａ、１２ｂを介して接続された１２心光ファイバテープ
４の２つの光ファイバ（マルチモード光ファイバ）２に
出力されるようにしてある。また１２心光ファイバテー
プ４の２つの光ファイバ２に伝搬された光が雄雌のＭＰ
Ｏコネクタ１２ｃ、１２ｄを介してコネクタ変換器１３
ｂに出力されるようにしてあり、この２つの出力が雄雌
のＭＰＯコネクタ１１ｃ、１１ｄを介して光カプラ１１
ｂに出力され、同光カプラ１１ｂで合波されるようにし
てある。前記光カプラ１０ａの分岐出力は雄雌のＦＣコ
ネクタ１１ａ、１１ｂの繋ぎ替えによりコネクタ変換器
１３ａの１２本ある導波路の何れにも出力でき、同コネ
クタ変換器１３ａと雄雌のＭＰＯコネクタ１２ａ、１２
ｂを介して接続された１２心光ファイバテープ４中の所
望の２本の光ファイバ２に強度変調光を伝搬させること
ができるようになっている。また雄雌のＦＣコネクタ１
１ｃ、１１ｄの繋ぎ替えにより前記２本の光ファイバ２
に伝搬させた強度変調光を光カプラ１０ｂに入力させて
合波させることができるようになっている。

【００１５】前記分岐経路１において、光カプラ１０ａ
とＦＣコネクタ１１ａとを繋ぐ接続用光ファイバ１４ａ
は、一方を長く、他方をそれより短くしてあり、カプラ
１０ａで２分された後の光路長に格差を設けてある。例
えばファイバ長で25cmの差を設けるようにする。この光
路長の格差は受光器６側の接続用光ファイバ１４ｂに対
して設けてもよい。

【００１６】図３の１２心ファイバテープ４はその両端
が、各々ＭＰＯコネクタ１２ａ、１２ｂと着脱自在とな
っており、同１２心光ファイバテープ４の光ファイバ２
を分岐経路１の途中に着脱自在に挿入できるようになっ
ている。この１２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
所定の範囲内に収められている。

【００１７】前記構成の測定系において、ＲＦスペクト
ラムアナライザ７で観測される合成信号について考察す
ると、前記合成信号I(f) は数１で表わされる。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここでf は変調信号周波数、T_sは基準光の
伝澱時間、T_mは被測定光の伝搬時間、k は被測定信号の
基準信号に対する振幅比である。

【００２０】数１においてκ=1とした場合、即ち被測定
信号と基準信号の板幅が等しいとき、 合成信号の振幅比
は、

【００２１】

【数２】

【００２２】となる。数２において合成信号の振幅が０
になる条件は、

【００２３】

【数３】 (q=1,2,......)

【００２４】である。ここで実際の測定においてはq=1
を用いるため、 数３の条件は以下のようになる。

【００２５】

【数４】

【００２６】従って、変調周波数f を変化させ、 ＲＦス
ペクトラムアナライザ７で検出される合成信号の強度が
０になる変調周波数を調べると、２つの分岐経路１を伝
播する強度変調光間の遅延時間差△τを求めることがで
きる。実際の測定において信号強度が０となる周波数を
調べる際、△τが1ps のオーダーである場合、f は0.5T
Hzとなり、THz オーダーの周波数掃引が必要になってし
まうが、先に説明した様に、接続用光ファイバ１４ａの
一方を他方に対してδL だけ長くしておくと、この線路
長差もふくめ、 信号強度零が観測される条件fmは数５の
ようになる。

【００２７】

【数５】 ここでn はファイバ屈折率、c は光速度である。

【００２８】数５においてn=1.45、δL=0.25m としたと
き、△τ=0では、 信号強度零となる周波数fmは413.8MHz
となる。また、コネクタ接続部分のスキューも含めて、
検出されるスキュー値の幅を±100ps 程度であるとする
と、掃引する周波数域は397.36〜431.66MHz と34.3MHz
となる。

【００２９】ここまでの計測で観測される遅延時間差に
は１２心光ファイバテープ４の両端に接続されたコネク
タ変換器１３ａ、１３ｂ等の光ファイバテープ４以外の
部分での光路長差δL に基づくスキューが含まれたもの
となるため、次に１２心ファィバテープ４自身のスキュ
ーを算出すべく、図３において分岐経路１に光ファイバ
テープ４を接続せず、送信側と受信側のコネクタ変換器
１３ａ、１３ｂとをダイレクトに接続し、この状態で信
号強度零となる周波数f₀(6) を求める。

【００３０】

【数６】

【００３１】数５と数６とより被測定用の１２心光ファ
イバテープ４の真のスキュー値△τを数７から求めるこ
とができる。

【００３２】

【数７】

【００３３】図１０に本発明の測定方法でＲＦスペクト
ラムアナライザ７で観測される合成信号の周波数特性の
例を示す。実際の測定においては合波する２つの光強度
にわずかに差があることにより、数３を満たす条件にお
いて合成信号の強度が零とはならないが、強度が極小値
となる周波数を見い出すことにより数７を用いてスキュ
ーを算出することができる。

【００３４】

【発明の他の実施の形態】図４のように被測定用の１２
心光ファイバテープ４の一方の端から基準光及び被測定
光となる強度変調光を入射させ、同ファイバテープ４の
他方端で反射した信号を光カプラ１０ａで合波、分岐し
て強度変調光の合成信号をＲＦスペクトラムアナライザ
７で観測するようにしても良い。この測定系では光信号
が被測定用の１２心光ファイバテープ４中を往復するた
め、前記数６の計算で求められるスキューの値は真のス
キュー値の２倍となる。

【００３５】正弦波信号を発生する信号発生器と信号強
度の検出器の２つの機能を合わせ持つネットワークアナ
ライザ１５を使用すると、図５のよう送信部と受信部と
を一つにまとめて測定系を簡素化することもできる。図
５の１６はＥ／Ｏ変換器であり、ネットワークアナライ
ザ１５の正弦波信号を正弦波強度変調光に変換するもの
である。

【００３６】以上説明の各測定系では基準信号光が伝搬
する光ファイバ２は測定対象となる多心ファイバテープ
４のうちの任意の１本の心線であり、これはファイバの
温度変動、振動の影響を考えた場合に望ましい方法であ
るが、図６のように多心光ファイバテープ４とは別の光
ファイバを用意し、この光ファイバに基準信号光を伝搬
させて光ファイバテープ４のスキューを測定するように
しても良い。

【００３７】以上の実施形態では正弦波を光の強度変調
用の信号として用いる例を説明したが、他の周期性のあ
る各種信号を変調信号に用いることもできる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の測定方法によれば、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の光
ファイバテープ４内の光ファイバ２を使用して伝送する
ことができ、しかも基準信号もそうでない信号も起源を
同じくする分岐された２以上の強度変調光を用いるた
め、光源にモード変動が存在して発振周期にふらつきが
あったとしても、受光側における複数光の相対的な時間
差は変わらず、再現性の良い値を得ることができる。ま
た２以上の分岐経路１において分岐経路１毎に異なる光
路長差を与えることにより、周波数掃引する際の中心周
波数を任意に設定することができるため、高速のオシロ
スコープ等、高価な機器を必要とせず、遅延時間差の決
定が正確且つ容易になる。

【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におけ
る測定系の概要構成図。

【図２】本発明の光ファイバ遅延時間差測定方法におけ
る他の測定系の概要構成図。

【図３】本発明の光ファイバ遅延時間差測定方法におけ
る測定系の第１の実施形態を示した構成図。

【図４】本発明の光ファイバ遅延時間差測定方法におけ
る測定系の第２の実施形態を示した構成図。

【図５】本発明の光ファイバ遅延時間差測定方法におけ
る測定系の第３の実施形態を示した構成図。

【図６】本発明の光ファイバ遅延時間差測定方法におけ
る測定系の第４の実施形態を示した構成図。

【図７】本発明の光ファイバ遅延時間差測定方法におい
て受光器で観測される合成波形の説明図であり、分岐経
路に被測定用の光ファイバを挿入した状態とそうでない
状態を表わしたもの。

【図８】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９】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１０】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 分岐経路 ２ 光ファイバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】強度変調光を２以上に分岐して光路長の異
   なる２以上の分岐経路（１）の各々に伝搬可能であり、
   これら分岐経路（１）に伝搬させた２以上の強度変調光
   の合成光強度を観測可能とした測定系において、前記各
   分岐経路（１）に光ファイバ（２）を挿入した状態と挿
   入しない状態の夫々で強度変調光の合成光強度を極小値
   にする強度変調光の変調周波数ｆを見い出し、これら変
   調周波数ｆから光ファイバ（２）を挿入した状態と光フ
   ァイバ（２）を挿入しない状態の夫々について分岐経路
   （１）間の遅延時間差を導出し、光ファイバ（２）を挿
   入した状態での分岐経路（１）間の遅延時間差と被測定
   光ファイバ（２）を挿入しない状態での分岐経路（１）
   間の遅延時間差との差から各分岐経路（１）に挿入され
   た光ファイバ（２）間の遅延時間差を導出するようにし
   たことを特徴とする光ファイバ遅延時間差測定方法。