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C 6122-11-1

:2010 (IEC 61290-11-1:2008)

(1)

目  次

ページ

序文 

1

1

  適用範囲

1

2

  引用規格

2

3

  記号及び略語 

2

4

  装置

2

4.1

  システム構成 

2

4.2

  波長可変レーザ

3

4.3

  偏波制御器 

3

4.4

  偏光子

3

4.5

  入力光学系 

3

4.6

  光ファイバピグテール 

3

4.7

  光学レンズシステム

3

4.8

  出力光学系 

3

4.9

  偏光計

4

5

  手順

4

6

  計算

4

6.1

  JME 計算

4

6.2

  DGD 対波長の表示

5

6.3

  平均 DGD 

5

6.4

  最大 DGD 

5

7

  測定結果

5

附属書 A(参考)光増幅器の ASE による偏光度の減少

7


C 6122-11-1

:2010 (IEC 61290-11-1:2008)

(2)

まえがき

この規格は,工業標準化法第 12 条第 1 項の規定に基づき,財団法人光産業技術振興協会(OITDA)及

び財団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規格を制定すべきとの申出があり,

日本工業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本工業規格である。

この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。

この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新案登録出願に

抵触する可能性があることに注意を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許

権,出願公開後の特許出願,実用新案権及び出願公開後の実用新案登録出願にかかわる確認について,責

任はもたない。

JIS C 6122

の規格群には,次に示す部編成がある。

JIS

C

6122-1

  第 1 部:利得パラメータ測定方法

JIS

C

6122-2

  第 2 部:パワーパラメータ測定方法

JIS

C

6122-3

  第 3 部:雑音指数パラメータ測定方法

JIS

C

6122-3-2

  第 3-2 部:雑音指数パラメータ−電気スペクトラムアナライザ試験方法

JIS

C

6122-5-1

  第 5-1 部:光反射率パラメータ測定方法−光スペクトラムアナライザを用いた測定方

JIS

C

6122-6

  第 6 部:漏れ励起光パラメータ測定方法

JIS

C

6122-7

  第 7 部:波長帯域外挿入損失測定方法

JIS

C

6122-10-1

  第 10-1 部:マルチチャネルパラメータ−光スイッチ及び光スペクトラムアナライザ

を用いたパルス法

JIS

C

6122-10-2

  第 10-2 部:マルチチャネルパラメータ−ゲート付き光スペクトラムアナライザを用

いたパルス法

JIS

C

6122-11-1

  第 11-1 部:偏波モード分散パラメータ−ジョーンズマトリクス固有値解析(JME)


日本工業規格

JIS

 C

6122-11-1

:2010

(IEC 61290-11-1

:2008

)

光増幅器−測定方法−

第 11-1 部:偏波モード分散パラメータ−

ジョーンズマトリクス固有値解析(JME)法

Optical amplifiers-Test methods-

Part 11-1: Polarization mode dispersion parameter-

Jones matrix eigenanalysis (JME)

序文 

この規格は,2008 年に第 2 版として発行された IEC 61290-11-1 を基に,技術的内容及び対応国際規格の

構成を変更することなく作成した日本工業規格である。

なお,この規格で点線の下線を施してある箇所は,対応国際規格にはない事項である。

適用範囲 

この規格は,アクティブな光ファイバを用いた光ファイバ増幅器(OFA)

,半導体光増幅器(SOA)及び

導波路形光増幅器(POWA)を含むすべての商用化されている光増幅器(OA)のジョーンズマトリクス固

有値解析(JME)法について規定する。

偏波モード分散(PMD)は,時間領域において光パルス幅が広がる要因となる。この分散は,情報通信

システムの性能を劣化させる。この効果は信号の異なる偏波成分の群速度差とそれに対応する到着時間と

を関連付けることができる。狭線幅光源では,この効果は直交する偏波主軸状態(PSP)の間の群遅延時

間差(DGD)と関連付けることができる。PMD に関する他の一般情報は,IEC/TR 61282-9 に記載する。

また,OA に関する PMD についての情報は,IEC/TR 61292-5 に記載する。

この規格は,OA の PMD を測定する手順について規定する。測定結果は,波長間隔の狭い二波長での正

規化されたストークスパラメータの測定から得られる。

この規格で規定する測定方法では,偏光計の入力ポートの位置での偏光度(DOP)が 25 %以上の信号光

がなければならない。測定光源の DOP が高くても,増幅された自然放出光(ASE)の影響で OA の出力に

おける DOP は低下する。

附属書 に DOP に対する ASE の影響について示す。正確な測定を保証するた

めに,測定手順の一環として DOP を測定する。

この規格で規定する測定方法の測定結果は,1 dB 以内の偏波依存利得変動(PDG)及び偏波依存性損失

(PDL)に影響されない。

ジョーンズマトリクス固有値解析法(以下,JME 法という。

)は,原理的には励起されていない(電源

が入っていない)OA に対しても適用できるが,この規格で規定する JME 法は,励起された(電源が入っ

ている)OA に対してだけ適用できる。


2

C 6122-11-1

:2010 (IEC 61290-11-1:2008)

注記  この規格の対応国際規格及びその対応の程度を表す記号を,次に示す。

IEC 61290-11-1:2008

,Optical amplifiers−Test methods−Part 11-1: Polarization mode dispersion

parameter−Jones matrix eigenanalysis (JME)(IDT)

なお,対応の程度を表す記号“IDT”は,ISO/IEC Guide 21-1 に基づき,

“一致している”こ

とを示す。

引用規格 

(対応国際規格では,この箇条において引用規格を記載しているが,記載されたすべての規格は引用で

はなく参照のため,不採用とした。

記号及び略語 

λ

波長間隔

τ

群遅延時間差(DGD)

ν

光周波数

ω

光角周波数

F

光増幅器雑音係数

G

利得

h

プランク定数

N(λ) ASE のパワースペクトル密度

P

s

増幅された信号光パワー

ASE

増幅された自然放出光

(Amplified spontaneous emission)

DGD

群遅延時間差

(Differential group delay)

DOP

偏光度

(Degree of polarization)

DUT

供試品(光増幅器)

[Device (optical amplifier) under test]

JME

ジョーンズマトリクス固有値解析 (Jones

matrix

eigenanalysis)

OA

光増幅器 (Optical

amplifier)

OFA

光ファイバ増幅器

(Optical fiber amplifier)

OSA

光スペクトラムアナライザ

(Optical spectrum analyzer)

PDG

偏波依存利得変動 (Polarization-dependent

gain)

PDL

偏波依存性損失 (Polarization-dependent

loss)

PMD

偏波モード分散 (Polarization-mode

dispersion)

POWA

導波路形光増幅器

(Planar optical waveguide amplifier)

PSP

偏波主軸状態

(Principal states of polarization)

SOA

半導体光増幅器

(Semiconductor optical amplifier)

装置 

4.1 

システム構成 

典型的な測定システムの主要なコンポーネントの構成図を,

図 に示す。


3

C 6122-11-1

:2010 (IEC 61290-11-1:2008)

図 1−典型的な装置の構成 

4.2 

波長可変レーザ 

測定波長範囲内で波長を調節できる単一モードレーザ又は狭帯域光源を使用する。スペクトルの分布は,

すべての測定条件の下で DUT を通過する測定光が必要な DOP を維持できる程度に狭くなければならない。

4.3 

偏波制御器 

偏光した光源を使用する場合には,その光源の偏光状態がおおよそ円偏光となるように偏波制御器を調

整し,偏光子が入力光と直交しないようにする。光源が偏光していない場合,これは必要ない。偏光して

いる光源を使用する場合には,次に従って偏光状態を調整する。

a)

波長可変レーザの波長を測定範囲の中心に調節する。

b)

三つの偏光子をビームに挿入して,それぞれの偏光子を挿入した場合の偏光子からの出力パワーの測

定を行う。

c)

光源の偏光状態を偏波制御器で調整し,b)での三つの測定値の差が 3 dB 以内となるように調整する。

空間ビーム系の場合は,波長板で光源の偏光状態を調整してもよい。

4.4 

偏光子 

三つの直線偏光子を,相互に約 45°傾いた状態で順番にビームに挿入する。実際の相対的な角度は,別

途求めておく。

4.5 

入力光学系 

DUT を励振するために,光学レンズシステム又はシングルモード光ファイバピグテールを用いる。

4.6 

光ファイバピグテール 

光ファイバピグテールを使用する場合,反射による干渉の影響を避けなければならない。これには,屈

折率整合材又は傾斜端面コネクタが必要となる場合がある。光ファイバピグテールは,シングルモード光

ファイバとする。

4.7 

光学レンズシステム 

光学レンズシステムを使用する場合,真空チャックなどの適切な方法で光ファイバ入力端を支える。

4.8 

出力光学系 

DUT からの全光パワーを偏光計に入力する。光学レンズシステム,シングルモード光ファイバピグテー

ルの突合せによる接続,屈折率整合を用いた受光器への直接接続などの入力方法を用いることができる。


4

C 6122-11-1

:2010 (IEC 61290-11-1:2008)

4.9 

偏光計 

偏光計を用いて,三つの偏光子の各々の挿入に対応する三つの出力偏波状態を測定する。偏光計の測定

波長範囲は,光源波長を含まなければならない。

手順 

JME 法は,次の手順によって行う。

a)

偏波制御器を通して,偏光子と光源とを接続する。

b) DUT

の入力に,偏光子の出力を接続する。

c)

偏光計の入力に,DUT の出力を接続する。

d)

正規化したストークスパラメータを測定するための波長間隔 Δλ を決定する。

(公称波長 λ

0

の周りの)

許容できる最大の Δλ は,式(1)によって求める。

c

2

2

0

max

λ

λ

τ

Δ

Δ

 (1)

ここに,

c: 光速度

Δτ

max

λ

0

±Δλ/2 の範囲で予想される DGD の最大値

例えば,DGD の最大値と波長間隔との積は,1 550 nm においては 4 ps・nm 未満,1 300 nm において

は 2.8 ps・nm 未満でなければならない。この条件は,一つの測定波長から次の測定波長までの間の出

力偏波状態の回転がポアンカレ球上の主偏光軸周りに 180°以下であることを保証する。Δτ

max

の概算

ができないときは波長範囲全般にわたって一連のサンプル測定を行うが,ここでは光源のスペクトル

幅及び波長設定の最小ステップ幅に応じて,近接した波長間隔の二波長を使用する。このようにして

測定した DGD の最大値に安全係数 3 を乗じて,これを式(1)の Δτ

max

の替わりに用い,実際の測定で用

いる Δλ の値を計算する。測定のための Δλ が大き過ぎるときは,測定はより小さい Δλ で繰り返せば

よい。DGD 対波長のカーブの形と DGD の平均値とが基本的に変わらなければ,最初の波長間隔は適

切とする。

e)

  測定データを採集する。各波長においてそれぞれの偏光子を挿入し,それに対応する正規化したスト

ークスパラメータを偏光計で測定する。

f)

  測定した正規化ストークスパラメータから式(2)によって DOP を計算し,測定が有効であるかどうか

を決定する。

2

3

2

2

2

1

DOP

s

s

s

+

+

=

 (2)

ここに,

s

1

1 番目の正規化ストークスパラメータ

s

2

2 番目の正規化ストークスパラメータ

s

3

3 番目の正規化ストークスパラメータ

DOP が 25 %より大きいとき,測定は妥当性がある。DOP が 25 %より小さいときは,波長可変レー

ザのパワーを上げて

e)

を繰り返す。

計算 

6.1 JME

計算 

正規化したストークスパラメータから,各波長におけるジョーンズマトリクスを計算する。それぞれの

波長間隔において,周波数の高いほうのジョーンズマトリクス Τ  (ω+Δω)と周波数の低いほうのジョーン

ズマトリクスの逆行列 Τ

 -1

(ω)との積を計算する。光角周波数 ω はラジアン/秒で示し,ω=2πν によって光


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C 6122-11-1

:2010 (IEC 61290-11-1:2008)

周波数 ν と関連付ける。

特定の波長間隔に対する DGD は,式(3)によって求める。

ω

ρ

ρ

τ

Δ

Δ

2

1

⎟⎟

⎜⎜

=

Arg

 (3)

ここに,

Δτ

DGD

ρ

1

及び

ρ

2

Τ (ω

Δω)Τ

 -1

(ω)

の複素固有値

Arg

偏角関数

Arg(ηe

)

θ

θ

:偏角

データ分析のため,それぞれの

DGD

値は,対応する波長間隔の中点での

DGD

に対応付ける。

6.2 DGD

対波長の表示 

JME

計算から得られるデータは,縦軸に

DGD

,横軸に波長をとって,

図 2

のように示すことができる。

注記  この測定における DOP は,57 %∼79 %の範囲である。

図 2

典型的な光増幅器の DGD 測定例 

6.3 

平均 DGD 

1

回の測定から得られる

PMD

値は,波長間隔に対応して測定した

DGD

値の単純平均とする。サンプル

数を増すために異なった条件下で複数回の測定を行う場合は,アンサンブル平均を用いる。

6.4 

最大 DGD 

最大

DGD

は,波長帯域全体について測定したデータの最大値とする。

測定結果 

それぞれの測定において,次の情報を記録する。

a)

測定を行った波長範囲及び波長ステップサイズ(

nm

b)

各波長における

DGD

の値(

ps

c)

指定した波長範囲にわたって平均した

DGD

ps

d)

指定した波長範囲で最大の

DGD

ps


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C 6122-11-1

:2010 (IEC 61290-11-1:2008)

e)

指定した波長範囲で最小の

DOP

f)

波長可変レーザの形名及びそのスペクトル線幅を含む測定装置

g)

例えば,

OFA

の場合であればポンプ光パワー,

SOA

の場合であれば電気的励起条件などの測定中にお

ける増幅器の動作条件

h)

周囲温度(必要な場合)


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C 6122-11-1

:2010 (IEC 61290-11-1:2008)

附属書 A

(参考)

光増幅器の ASE による偏光度の減少

偏光計で正確にストークスパラメータを測定するためには,被測定信号の

DOP

25 %

以上でなければ

ならない。

DUT

で発生した

ASE

は偏光していないので,偏光度の高い波長可変レーザ光源の

DOP

を減少

させる。

OSA

で観測した典型的な

OFA

出力スペクトルを,

図 A.1

に示す。

注記 OSA の分解帯域幅は,0.5 nm。

図 A.1

OFA

出力のスペクトル 

信号の

DOP

が十分に高く,

ASE

は偏光していないとき,

DOP

は式

(A.1)

によって求める。

+

=

λ

λ d

N

P

P

)

(

DOP

s

s

(A.1)

ここに,

P

s

増幅された信号光パワー

N(λ): ASE のパワースペクトル密度

λ

λ d

)

(

ASE の総パワー

OFA に関しては,信号波長における の値は,式(A.2)によって求める。

ν

FGh

N

=

(A.2)

ここに,

F

光増幅器雑音係数

G

利得

h

プランク定数

ν

光周波数

十分に飽和した OA の典型的な値は,次のとおりである。

F

=4 (6

dB)

G

=100 (20

dB)

P

s

=10 mW

(+10 dBm)

=1.28×10

-19

では,

N

は次のように計算する。

N

=4×100×1.28×10

-19

=5.12×10

-17

 W/Hz∼6.4×10

-6

 W/nm=−21.9 dBm/nm

30 nm の帯域幅のとき,ASE の総パワーは 0.19 mW=−7.2 dBm となる。DOP は式(A.1)によって,10/(10


8

C 6122-11-1

:2010 (IEC 61290-11-1:2008)

+0.19)=98 %となる。この値は,DGD 測定により適している。

ただし,信号パワーが低下すると ASE は増加する。低い飽和状態における OA の典型的な値は,次のと

おりである。

F

=4 (6

dB)

G

=1 000

(30 dB)

P

s

=1 mW

(0 dBm)

N

=4×1 000×1.28×10

-19

=5.12×10

-16

 W/Hz∼6.4×10

-5

 W/nm=−11.9 dBm/nm

30 nm の帯域幅のとき,ASE の総パワーは 1.9 mW=+2.8 dBm となる。DOP は式(A.1)によって,1/(1+

1.9)=34 %となる。この値は,DGD 測定に使うことができる下限に近い。

したがって,十分高い DOP を得るために OA を適切な飽和状態にすることは,非常に重要である。

参考文献 

JIS C 6121

  光増幅器−通則

注記

  対応国際規格:

IEC 61291-1

,Optical amplifiers−Part 1: Generic specification(IDT)

JIS C 6123-4

  光増幅器−性能仕様テンプレート−第 4 部:マルチチャネル用光増幅器

注記

  対応国際規格:

IEC 61291-4

,Optical amplifiers−Part 4: Multichannel applications−Performance

specification template(IDT)

JIS C 6802

  レーザ製品の安全基準

注記

  対応国際規格:

IEC 60825-1

, Safety of laser products− Part 1: Equipment classification and

requirements(IDT)

JIS C 6803

  レーザ製品の安全−光ファイバ通信システムの安全

注記

  対応国際規格:

IEC 60825-2

,Safety of laser products−Part 2: Safety of optical fibre communication

systems (OFCS)(IDT)

IEC 60793-1-1

,Optical fibres−Part 1-1: Measurement methods and test procedures−General and guidance

IEC 60874-1

,Connectors for optical fibres and cables−Part 1: Generic specification

IEC/TR 61282-9

,Fibre optic communication system design guides−Part 9: Guidance on polarization mode

dispersion measurements and theory

IEC/TR 61292-5

,Optical amplifiers−Part 5: Polarization mode dispersion parameter−General information