JP2005124192A - 波長可変デバイスの動作特性を局部発振器信号の波長と同期化するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 光プレセレクタの「通過帯域」とも呼ばれるフィルタ波長が、掃引局部発振器信号の波長を正確に追跡するような方法及びシステムを提供する。
【解決手段】 波長可変デバイス（１０８；６０８）の動作特性を局部発振器信号（１２０）の波長と同期化する方法において、局部発振器信号をある波長範囲全体にわたり掃引するステップ（７０２）と、局部発振器信号がある波長範囲全体にわたり掃引される時に、同期化信号を生成するステップ（７０４）と、波長可変デバイスの動作特性を同期化信号に応じて調整するステップ（７０６）とを有する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、一般に、光フィルタリングシステムの分野に関し、特に、光フィルタの波長を掃引局部発振器信号の波長と同期させるシステム及び方法に関する。また、本発明は、光フィルタのフィルタ波長と掃引局部発振器信号の波長との同期化に関し、さらに詳しくは、波長可変デバイスの動作特性を局部発振器信号の波長と同期化するための方法及びシステムに関する。

高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ）は、現在の光スペクトル分析器（ＯＳＡ）で一般に利用可能なスペクトル解像度より高度なスペクトル解像度を有する光スペクトラム分析器（ＯＳＡ）を必要とする。例えば、回折格子ベースのＯＳＡ及び自動補正ベースのＯＳＡの場合、ビームサイズ及び光路長の走査に関する制約などの機械的に制約があり、得られる解像度を制限する。回折格子ベース及び自動補正ベースのＯＳＡの代わりに、光ヘテロダイン検知システムを利用して、ＤＷＤＭシステムを監視することができる。光ヘテロダイン検知システムは、回折格子ベース及び自動補正ベースのＯＳＡを制限する機械的制約により制限されない。

感度及びダイナミックレンジなどのパラメーターに関する光ヘテロダイン検知システムの性能を改善するには、ヘテロダイン信号が高度の信号対ノイズ比を有すると最も良い。しかし、ヘテロダイン信号の信号対ノイズ比は、特に、入力信号が密接に離間配置された搬送波波長を含むＤＷＤＭの場合には、検知信号から直接生じるノイズによって劣化することが多い。光プレセレクタ（optical pre-selector）は、ヘテロダイン信号の信号対ノイズ比を改善する。光ヘテロダイン検知時には、局部（ローカル）発振器信号は、波長範囲の全体にわたり掃引される。光プレセレクタが効果的であるためには、光プレセレクタの「通過帯域」とも呼ばれるフィルタ波長が、掃引局部発振器信号の波長を正確に追跡することが重要である。

本発明によると、光フィルタなどの波長可変デバイスが、局部発振器信号の波長を正確に追跡すると、局部発振器信号がある波長範囲を横断して掃引される時に、少なくとも１つの同期化信号が生成され、少なくとも１つの同期化信号に応じて波長可変デバイスの動作特性が調整される。

波長可変デバイスの動作特性を掃引局部発振器信号と同期化させる技術は、掃引局部発振器信号の波長を追跡するように同調される光プレセレクタを備える光ヘテロダイン検知システムに応用することができる。

同期化信号を使用して波長可変デバイスの動作特性を掃引局部発振器信号の波長と同期化させると、波長追跡時に局部発振器信号の一部分を波長可変デバイスに印加する必要がある他の「閉ループ」同期化技術とは対照的に、掃引局部発振器信号を「開ループ」式で正確に追跡することができる。

波長可変光プレセレクタが局部発振器信号の波長を正確に追跡すると、局部発振器信号がある波長範囲全体に掃引される時に、少なくとも１つの同期化信号が生成され、少なくとも１つの同期化信号に応じて、光プレセレクタのフィルタ波長が調整される。本発明による一実施態様では、光プレセレクタのフィルタ波長及び局部発振器信号の波長は、最初に位相整合値に設定される。

図１は、局部発振器信号の波長を正確に追跡するために装備される光プレセレクタを備える、光ヘテロダイン検知システムの本発明による一実施態様を示す。図１の光ヘテロダイン検知システムは、局部発振源１０２と、信号ファイバ１０６と、光プレセレクタ１０８と、プレセレクタ制御装置１１０と、光結合ユニット１１２と、受信器１１４と、プロセッサ１１６とを備える。本明細書全体で、類似の参照符号は類似の要素を特定するために使用していることに注意するべきである。

局部発振源１０２は、局部発振器信号１２０を生成する。一実施態様では、局部発振源１０２は、２０ＧＨｚ以上の範囲で連続的に掃引される高度にコヒーレントな波長可変レーザである。光検知の際に、局部発振器信号１２０は、一般に、ある波長範囲又は周波数範囲に掃引され、その範囲の波長上で入力信号が検知される。一実施態様では、１，５５０ｎｍにおける局部発振器信号の掃引速度は、約１００ｎｍ／秒又は１２．５ＭＨｚ／ｕｓであり、掃引範囲は、約１００ｎｍである。しかし、掃引速度及び掃引範囲は、より高くても低くても良い。一実施態様では、ある波長範囲全体にわたり局部発振器信号を掃引すると、局部発振器信号を、位相変化が急激な異なる波長に次第に同調させることができる。本発明によるもう１つの実施態様では、ある波長範囲の全体にわたり局部発振器信号を掃引すると、平滑な「アコーディオン状」の位相変化で、波長間の平滑な遷移が行われる。

局部発振源１０２は、光結合ユニット１１２と光学的に結合される。図１の実施態様では、局部発振器ファイバ１０４は、局部発振源１０２を光結合ユニット１１２に光学的に接続する。局部発振器ファイバ１０４は、シングルモード光ファイバなどのような光ファイバで、局部発振器信号１２０を光結合ユニット１１２に伝達するための光路を形成する。局部発振器ファイバ１０４は、局部発振器信号１２０の極性状態を制御する極性制御装置（図示せず）を備える。その他の光導波管をシングルモードファイバの代わりに使用して、極性保持ファイバなどの光路を形成しても良い。或いは、局部発振器信号１２０は、導波管を使用せずに、自由空間を通る光路に沿って伝送することができる。局部発振源１０２は、また、プレセレクタ制御装置１１０に光学的に結合される。図１に示す一実施態様では、局部発振源１０２は、プレセレクタ制御装置１１０とさらに電気的に結合して、絶対波長、又はプレセレクタ制御装置の追跡機能を促進するのに必要なその他の情報を提供する。図１の実施態様では、カプラ１２６及びファイバ１２８は、局部発振器ファイバ１０４から局部発振器信号１２０の一部をタップするために使用する。

シングルファイバ１０６は、システムが検知するべき入力信号１２２を伝達するための光路を形成する。一実施態様では、シングルファイバ１０６は、先行技術で公知のシングルモード光ファイバであるが、その他の光導波管を使用して光路を形成しても良い。さらに、導波管について記載するが、光信号は、システムに入力するか、自由空間内でシステムの範囲内に伝送することができる。

入力信号１２２は、光通信システムの分野で周知されている従来のデバイスから生成される光信号を含んでいる。例えば、入力信号１２２は、１個又は複数のレーザにより生成することができる。入力信号１２２は、波長分割多重（ＷＤＭ）の分野で周知されているように、単一波長又は複数波長から構成される。入力信号は、未知の光特性を有する光信号で良く、この場合には、光ヘテロダイン検知システムを光スペクトラム分析に使用することができる。或いは、入力信号１２２は、光ネットワーク分析又は光部品分析に使用される局部発振器信号の遅延部分であって良い。監視システムを使用して光ネットワーク又は部品分析を行う場合には、ネットワーク又は１個のネットワーク部品の特性は、局部発振器信号の一部などの既知の入力信号をネットワーク又は１個のネットワーク部品に入力して、既知の信号に対する応答を測定して決定することができる。

光プレセレクタ１０８は、入力ファイバ１０６に光学的に接続されて、入力信号１２２を受信する。光プレセレクタ１０８は、局部発振器がある波長範囲全体にわたり掃引される時に、局部発振器信号１２０を追跡するように駆動信号に応じて同調される波長可変通過帯域フィルタである。つまり、光プレセレクタ１０８は、光プレセレクタ１０８が、掃引局部発振器信号の波長に関連するある波長において最高の光伝送を有するように同調される。局部発振器信号の追跡は、最高の光伝送が実質的に局部発振器信号の波長の中心にあるように光プレセレクタ１０８を同調すること、又は最高の光伝送波長が、局部発振器波長から既知の差だけオフセットするように、光プレセレクタ１０８の動作波長を同調することを含む。

ＷＤＭシステムにおける光プレセレクタ１０８の動作は、図２Ａ，図２Ｂ，及び図３の信号電力対波長グラフに示されている。図２Ａは、入力信号が光プレセレクタに入る前の掃引局部発振器信号２２０に関連するＷＤＭシステムにおける３つの光搬送波２３０，２３２，２３４として入力信号２２２を表す。一例を挙げるために、破線２３６は、局部発振器信号の掃引を追跡するように同調される光プレセレクタの通過帯域を表す。通過帯域内の光信号は継続して伝送され、通過帯域外の光信号は伝送されない。局部発振器信号の掃引、及び光プレセレクタ帯域の追跡は、それぞれ水平矢印２３８及び２４０で表される。光プレセレクタの通過帯域は、本明細書では、光プレセレクタのフィルタ波長としても記載する。フィルタ波長という語句は、一般に、フィルタ通過帯域の中心波長に関連し、プレセレクタの通過帯域全体を含むと考えるべきである。

図２Ｂは、入力信号がフィルタリングされた後に光プレセレクタを出て行く１つの光搬送波２３２を示す。図２Ｂに示すように、光プレセレクタは、掃引局部発振器信号２２０の波長付近にない（つまり、光プレセレクタの通過帯域外にある）光搬送波をフィルタリングして除去する。図１の実施態様では、掃引局部発振器信号の波長付近にない光搬送波は、光ヘテロダイン検知に不要であり、フィルタされない場合には、検知システムにおけるノイズの原因になる。掃引局部発振器信号の波長を追跡する光通過帯域フィルタリングは、光増幅器からの増幅された自然放出などの広帯域光ノイズを測定する時に特に有用である。

図３は、図２Ｂに類似する一実施例を示すが、光プレセレクタは、フィルタ通過帯域３３６の中心が、局部発振器信号３２０の掃引をオフセット３３７だけ追跡するように同調される点が異なる。局部発振器信号をオフセットごとに追跡するようにフィルタ通過帯域の中心を同調させることは、例えば光画像の除去（optical image rejection）が重要な状況で、比較的高周波数においてヘテロダイン信号を生成するように行われる。

再び図１を参照すると、プレセレクタ制御装置１１０は、フィルタ波長が掃引局部発振器信号１２０の波長を追跡するように、光プレセレクタ１０８のフィルタ波長又は通過帯域を制御するように作動的に接続される。光プレセレクタ１０８のフィルタ波長を掃引局部発振器信号と同調させる技術について、光ヘテロダイン検知システムの基本的な機能を説明した後に、以下で詳細に説明する。上記の通り、プレセレクタ制御装置１１０は、掃引局部発振器信号１２０のタップ部分を局部発振源１０２から受信する。また、プレセレクタ制御装置１１０は、駆動信号を光プレセレクタ１０８に提供することができるように、光プレセレクタ１０８に作動的に接続される。

光結合ユニット１１２は、局部発振源１０２及び光プレセレクタ１０８の両方と光学的に結合される。光結合ユニット１１２は、入力信号１２２と局部発振器信号１２０とを結合して結合光信号を生成し、この結合光信号の少なくとも一部分を受信器１１４に出力する。一実施態様では、光結合ユニット１１２は、結合光信号を少なくとも１つの光路内に出力する光カプラを備える。光カプラは、光学的な方向性を有する３ｄＢファイバカプラであるが、その他の光学的カプラを使用しても良い。本発明による一実施態様では、光信号の結合は、実質的に光信号の極性に依存しない。一実施態様では、光結合ユニットは、結合光信号を極性化しない。図示されていない別の実施態様では、光プレセレクタは、極性が選択的な１個又は複数の光結合ユニットと光学的に結合する。光結合ユニットについて、結合光信号の２つのビームを受信器に出力するように記載されているが、結合光信号の１つ又は複数のビームを出力する光結合ユニットの実施態様は可能であると考えるべきである。

受信器１１４は、出力ファイバ１４４を介して光結合ユニット１１２と光学的に結合される。受信器１１４は、光結合ユニット１１２から出力される光信号を検知するように整列された光検知器１４６を備える。光検知器１４６は、受信光信号に対応する電気信号を生成する。光検知器１４６が生成する電気信号は、プロセッサ１１６に提供されて、入力信号を特徴付けるために使用される。受信器１１４とプロセッサ１１６との間の接続は、図１において線１４８で示す。図示しないが、受信器１１４は、追加の信号処理回路構成、例えば信号増幅器，フィルタ，及びこの分野で公知の信号コンバイナなどを備えることができる。受信器１１４は、極性が多様な受信、及び／又は入力信号の極性分析を可能にする極性選択光学回路から構成しても良い。

プロセッサ１１６は、受信器１１４からの電気信号を受信して、入力信号の光学特性を決定するために電気信号を処理する。プロセッサ１１６は、電気信号処理分野で公知のアナログ信号処理回路構成及び／又はディジタル信号処理回路構成を備えることができる。一実施態様では、受信器１１４からのアナログ信号はディジタルデータに変換され、その後にディジタルデータが処理される。

図１に関して説明する光ヘテロダイン検知システムの動作は、入力信号が局部発振器信号１２０と結合する前に、光プレセレクタ１０８で入力信号１２２をフィルタすることを含む。光プレセレクタは、掃引局部発振器信号を追跡する波長帯域に、フィルタされた入力信号を渡す。フィルタされた入力信号は、光結合ユニット１１２において掃引局部発振器信号と結合して、結合光信号を生成する。次に、結合光信号の部分が、光検知器１４６により検知される。光検知器により生成される電気信号は、次にプロセッサ１１６により受信及び処理されて、入力信号の光特性が決定される。光プレセレクタ１０８，プレセレクタ制御装置１１０，光結合ユニット１１２，及び光検知器１４６は、入力信号が掃引局部発振器信号と結合されて、ノイズが減少し、システムのダイナミックレンジが改善される前に、入力信号をフィルタする光ヘテロダイン検知システムを形成する。システムの動作時、光プレセレクタのフィルタ波長は、掃引局部発振器信号の波長をリアルタイムで正確に追跡する。

上記の通り、光プレセレクタ１０８のフィルタ波長を掃引局部発振器信号１２０の波長と同期化するための技術は、局部発振器信号がある波長範囲全体にわたり掃引される時に、少なくとも１つの同期化信号を生成し、少なくとも１つの同期化信号に応じて、光プレセレクタのフィルタ波長を調整することを含む。同期化技術を完全にインプリメントするには、光プレセレクタは、特定の特性を有することが重要である。特に、光プレセレクタは、温度及び湿度など、環境条件の特定の集合において、高度に反復性（repeatable）の駆動信号対フィルタ波長関係を有し（例えば、光プレセレクタ全体のフィルタ曲線は、環境条件の変化に応じてオフセットするごとに変位する）、光プレセレクタの同調速度は、局部発振器掃引速度と少なくとも同程度に迅速でなければならない。温度（又はその他の環境条件）に応じたフィルタ曲線のオフセットが反復性である場合には、温度の変動は、受動校正により（例えば、校正参照テーブルを使用することにより）補償され、温度（又はその他の環境条件）に応じたオフセットが反復性ではない場合には、以下に記載するように能動校正が各掃引前に行われるか、又はフィルタを温度制御することができる。上記の特性を呈する１つの光プレセレクタは、音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ）である。ＡＯＴＦは、一般に、以下の特性を示す。
１） ＡＯＴＦの中心波長は、特定温度における印加駆動周波数により決定される。この関係は、特定温度において高度に反復性である。
２） ＡＯＴＦの全体のフィルタ曲線は、温度変化に応じてオフセットすることにより変位する。最も実際的な動作条件では、ＡＯＴＦの温度ドリフトは、比較的遅い（例えば、秒単位の時間スケールである）。
３） ＡＯＴＦの代表的な応答時間は、構造に応じて約１０〜１００μｓである。この応答時間は、約０．２ｎｍの３ｄＢフィルタ幅の場合、１００〜１，０００ｎｍ／ｓの掃引速度で局部発振器を追跡するのに十分な速さである。

説明する目的上、図１に示す光プレセレクタ１０８はＡＯＴＦであると仮定するが、上記の特性を示すその他の光プレセレクタを使用しても良い。上記の通り、光プレセレクタの重要な特性は、フィルタが、高度に反復性の駆動信号対フィルタ波長関係を有することである。つまり、環境条件のある特定の集合では、プレセレクタは、所与の駆動信号に応じて同一のフィルタ幅を示す。駆動信号対フィルタ幅関係は、この関係が、環境同期化条件の特定の集合で反復性である限り、線形であっても非線形であっても良い。図４は、ＡＯＴＦに印加される駆動信号の周波数（ＭＨｚ）と、対応するフィルタ波長（ｎｍ）との間の関係のプロットを示す。局部発振器の光波長より大幅に小さい比較的狭い掃引範囲（例えば、５０ｎｍの掃引範囲及び１，５５０ｎｍの発振器波長）上で動作するためには、この関係は、フィルタが比較的大きい３ｄＢ幅（例えば、２ｎｍ）を有する場合には、追跡のための一次関数として概算することができる。本発明による別の実施態様では、光プレセレクタは温度制御される。温度制御されるプレセレクタは、プレセレクタが反復性同調曲線であるか、又は非反復性同調曲線であるかに関わらず、温度の関数として使用することができるが、駆動信号対フィルタ波長関係は反復性（反復可能若しくは再現可能）でなければならない。

図１の本発明による実施態様では、プレセレクタ制御装置１１０は、波長計１５０と、フリンジカウンタ１５２と、駆動信号発生器１５４とを備える。波長計１５０は、局部発振器信号１２０がある波長範囲全体にわたり掃引される時に、局部発振器信号１２０の相対的又は絶対的光の波長又は光の周波数を測定することができるデバイスである。絶対波長の測定は、一般に、絶対波長基準としての光源を必要とする。波長計１５０の一例は干渉デバイスである。相対波長の測定は、特定の場合における波長追跡目的に十分である。相対波長が波長追跡に十分である１つの事例は、局部発振器の波長及びフィルタ波長が互いに整合（一致）し、フィルタ波長が駆動信号とほぼ線形の関係を有する場合である。一般的な事例では、絶対波長の測定又は把握は、フィルタ波長及び駆動信号が非線形関係である場合、特に３ｄＢフィルタ幅が比較的狭い場合に必要である。動作時、波長計１５０は、波長情報をフリンジカウンタ１５２に出力する。図１の実施態様では、波長計１５０は、カプラ１５６と、基準ファイバ１５８と、γの遅延を有する遅延ファイバ１６０と、２個の対応するファラデーミラー１６２と、光検知器１６４とを備えるマイケルソン干渉計である。波長計１５０は、局部発振器信号１２０を２つの部分に分割し、遅延ファイバ１６０を通って移動する信号の部分に遅延を与える。局部発振器信号１２０が掃引される場合、基準ファイバ１５８及び遅延ファイバ１６０における信号間の既知の遅延は、局部発振器信号１２０の波長における変化を決定するために使用することができる。波長計１５０の特定の実施態様を図１に示すが、その他のシステム及び方法を使用して、波長情報を得ることができる。

フリンジカウンタ１５２は、波長情報を波長計１５０から受信し、その波長情報に応じて同期化信号を駆動信号発生器１５４に出力する。図１の実施態様では、局部発振器が波長を掃引する時、波長計１５０の基準及び遅延アームから戻る２つの光ビームは干渉して、光検知器１６４により検知される干渉強度信号を生成する。干渉強度信号は、干渉により最大強度レベルと比較的低い強度レベルとの間で交互に変化する。低強度から最大強度に、逆に低強度に信号が変動する各サイクルは、「フリンジ」と呼ばれる。フリンジは、フリンジカウンタ１５２によって確認されて計算される。フリンジの計算は、局部発振器の相対光周波数に関する情報を提供する。フリンジカウンタ１５２は、確認されたフリンジの数に基づいて、局部発振器信号１２０がある波長範囲全体にわたり掃引される時に、少なくとも１つの同期化信号を生成する。駆動信号生成器の性質に応じて、同期化信号は、一連のトリガ信号、又は局部発振器の相対波長もしくは絶対波長を示す数で良い。上記の全ての開示は、光波長又は光周波数に関して提示することができ、つまり、光周波数（ｆ）及び光波長（λ）は、ｃ＝ｆλの関係をもって関連する。ここで、ｃは光の速度である。

駆動信号発生器１５４は、同期化信号をフリンジカウンタ１５２から受信し、その同期化信号に応じて駆動信号を生成する。一実施態様では、駆動信号発生器１５４は、各同期化信号に応じて予め確立された増分により、駆動信号を変更する。例えば、プレセレクタ１０８が、ＲＦ駆動信号に応じて同調される場合には、ＲＦ駆動信号の周波数は、各同期化信号に応じて調整される。ＡＯＴＦ用の駆動信号発生器は、ダイレクトディジタルシンセサイザ又は電圧制御発振器として実現することができる。

動作時、校正プロセスは、最初に、光プレセレクタ１０８のフィルタ波長及び局部発振器信号１２０の波長を、局部発振器掃引の開始時における位相整合波長に設定することを含む。本明細書で使用する場合、光プレセレクタ１０８のフィルタ波長及び局部発振器信号１２０の波長は、予め決められたオフセットに設定される場合には、互いに整合（一致）すると考えられる。許容誤差（つまり、予め決められたオフセット値からの偏差）は、信号損失、及びヘテロダイン決定システムで許容可能な追跡誤差の量に少なくとも部分的に依存する。予め決められたオフセットは、ゼロ又はある非ゼロ値であって良い。非ゼロオフセット値は、例えば、光画像除去を可能にするために使用される。フィルタ波長及び局部発振器信号の波長の初期照合は、様々な技術を用いて行うことができ、定期的な校正プロセスを含む。１つの校正プロセスによると、局部発振器信号１２０は、局部発振器信号１２０が初期波長で一定している間に、光プレセレクタ１０８を通して送信される。光プレセレクタ１０８のフィルタ波長は不安定であり、光プレセレクタ１０８からの光出力を測定して最大出力を検出する。最大出力が生じる波長は、光プレセレクタ１０８のフィルタ波長に対応する。次に、光プレセレクタ１０８のフィルタ波長は、局部発振器信号１２０の波長と整合（一致）するように調整する。もう１つの校正プロセスによると、局部発振器信号１２０は、局部発振器信号１２０が初期波長で一定している間に、光プレセレクタ１０８を通して送信される。光プレセレクタ１０８のフィルタ波長は、最初に、特定の温度におけるフィルタ波長と駆動信号との間の予め決められた関係を用いて、初期局部発振器波長（例えば、λ）付近に設定される。次に、フィルタ波長は、局部発振器信号１２０の波長を含む波長範囲を通って掃引され、次に、出力を測定して最大出力を検出する。次に、光プレセレクタ１０８の駆動信号は、フィルタ波長が測定最大出力に一致するように設定される。照合校正は、定期的に、環境条件の変化（一般に、ＡＯＴＦの場合は温度変化）によって生じる光プレセレクタ１０８のフィルタ波長のドリフトを明らかにする必要がある。同じ開始局部発振器波長で繰り返し掃引する場合、校正プロセスは、Ｍ回の掃引ごとに行うことが可能であり、ここで、Ｍ≧１である。Ｍの大きさは、環境条件によるプレセレクタのドリフトがどの程度かによって決まる。ドリフトが小さければ小さいほど、Ｍは大きくなる可能性がある。照合校正が不要な掃引の開始時には、フィルタ波長は、前の掃引における校正プロセスで使用した駆動信号を印加することにより、局部発振器信号の初期波長と照合することができる。

別法による校正方法では、局部発振器波長は、相対動作周波数を決定するために、プレセレクタがその公称波長に設定されると変化することができる。さらに、プロセッサ１１６，局部発振源１０２，及び光プレセレクタ１０８からの電気通信は、駆動信号発生器１５４に提供され、局部発振器信号１２０の絶対波長、又は光プレセレクタ１０８の温度などの適切な情報を中継して、波長照合及び追跡を促進する。

フィルタ波長及び局部発振器信号１２０の波長が互いに整合（一致）する場合には、局部発振器信号１２０は、ある波長範囲全体にわたって掃引することができる。例えば、局部発振器信号１２０は、波長（λ₁）から波長（λ₂）まで掃引することができる。以下の説明のために、一般性を失うことなく、λ₁≦λ₂と仮定する。次に、同期化信号が所望の間隔で生成されるが、その他の間隔も可能である。一実施態様では、同期化信号は、波長依存間隔で生成される。例えば、Ｎ個の同期化信号は、（（λ₂−λ₁）／Ｎ）と定義される一定の波長間隔で生成することができる。一実施態様では、フリンジカウンタ１５２は、干渉信号のゼロ交差を検知して、Ｐ個のフリンジごとに同期化信号を生成する回路を備える。ここで、Ｐは、１以上の整数である。駆動信号発生器は、同期化信号をフリンジカウンタから受信するごとに、駆動信号周波数が、予め決められた量だけ変化し、ＡＯＴＦのフィルタ波長が相応に調整されるように構成される。予め決められた量は、局部発振器信号１２０の絶対波長，光プレセレクタ１０８の温度，及び／又は入力信号１２２の電力レベルなどの情報に部分的に依存する。波長間隔及び周波数間隔は、説明の目的上等価であると仮定するが、正確な関係は、絶対光波長、又は間隔が中心に位置する周波数によって決まる。

図５は、ある波長範囲全体（例えば、λ₁〜λ₂）で掃引される局部発振器信号５２０を示す信号電力対波長のプロットである。この実施態様では、局部発振器波長とフィルタ波長との間の初期オフセットはゼロに設定され、同期化信号は、等しい波長間隔で生成されるが、これは、本発明にとって重要ではない。このグラフは、Ｎ個の同期化信号が生成される位置を示す（この場合、Ｎ＝５）。図５では、最初の同期化信号は、局部発振器信号がλ₁にある時に生成され、最後の同期化信号は、局部発振器信号がλ₂−（λ₂−λ₁）／Ｎで生成される。この場合、光プレセレクタ１０８は、波長に関して局部発振器をリードする。或いは、最初の同期化信号は、局部発振器信号がλ₁＋（λ₂−λ₁）／Ｎにある時に生成され、最後の同期化信号はλ₂で生成される。この場合、光プレセレクタは、波長に関して局部発振器より遅れる。同期化信号を生成するためのその他の予め確立された間隔をインプリメントできる。さらに、平滑化は、フィルタ波長が平滑な様式で移動するように、駆動信号に印加することができる。

フリンジカウンタ１５２は、光検知器１６４により測定された干渉信号を光周波数情報に変換するための１つの技術である。この技術は、粗雑な波長測定に適しており、波長解像度は、１つのフリンジ（又はフリンジの部分）によりある程度制限される。別法による実施態様では、直交フィルタを使用して、相対光周波数情報を回収することができる。直交フィルタ技術は、一般に、１００分の１のフリンジと同程度良好な波長解像度を提供することができる。しかし、ＡＯＴＦの代表的な３ｄＢフィルタ幅が０．１〜１ｎｍなので、フリンジカウンタの粗雑波長解像度は、波長追跡目的に適している（少なくともＡＯＴＦの場合）。例えば、２個のアーム間における８ｃｍの経路差は、１，５５０ｎｍ付近で動作する場合、約１０ｐｍの解像度を提供する。

本発明によるもう１つの実施態様では、駆動信号発生器１５４は、フリンジカウンタ１５２の機能を内蔵するマイクロプロセッサを備える。波長情報は、ディジタル信号処理（例えば、直交フィルタ）を使用して干渉信号から抽出することができる。次に、マイクロプロセッサは、波長情報を使用して、光プレセレクタ１０８を制御する信号の駆動周波数を変更する。駆動周波数の変更は、マイクロプロセッサのクロックにより制限される速度で行って、駆動周波数のほぼ連続的な更新を効果的に生成することができる。この場合、掃引１回当たりの同期化信号の数（Ｎ）は、非常に多数である。実際、追跡誤差は、光プレセレクタ１０８の応答時間及び波長計の解像度など、種々の要因により制限される。

図１の実施態様では、駆動信号発生器１５４は、フリンジカウンタ１５２から受信する各同期化信号に応じて、既知の増分だけ駆動信号を調整する。プレセレクタがＡＯＴＦである場合には、ＡＯＴＦのフィルタ波長は、各同期化信号に応じて駆動信号のＲＦ周波数を変更して調整する。増分法の代わりに、駆動信号発生器は、各同期化信号に応じて特定の駆動信号を生成するように構成することができる。例えば、駆動信号は、同期化信号１に応じて第１の値で生成され、同期化信号２に応じて第２の値で生成される。

本発明による実施態様では、光プレセレクタ１０８の温度変化は、光プレセレクタ１０８の温度校正を取得し、光プレセレクタ１０８の温度を監視し、フィルタ駆動信号の生成時の温度校正を考慮することにより補償される。

掃引１回当たりの同期化信号の数は、プレセレクタ１０８のフィルタ波長と局部発振器信号１２０の波長との間で同期を維持するために必要であり、局部発振源１０２の同調反復性及びプレセレクタの光帯域幅に部分的に依存する。局部発振源が非常に反復的に掃引するか、及び／又はプレセレクタの光帯域幅が比較的大きい場合には、Ｎ＝１（すなわち、各掃引の開始時における１点の同期化）は、正確な同期化を達成するのに十分である。

本発明による一実施態様では、フィルタ通過帯域の中心は、局部発振器信号追跡時に掃引局部発振器信号の波長に同調される。もう１つの実施態様では、フィルタ通過帯域の中心は、例えば、画像の拒絶が重要な状況において比較的高周波数でヘテロダイン信号を生成するために、局部発振器波長から僅かに外れて同調される。

図１の実施態様では、光プレセレクタ１０８は、光結合ユニット１１２の前において入力ファイバ１０６に光学的に接続されるが、別の実施態様において、プレセレクタを光結合ユニット１１２と受信器１１４との間の光路内に配置すると、結合光信号をフィルタすることができる。また、プレセレクタを局部発振源１０２と光結合ユニット１１２との間の光路に配置すると、局部発振器信号をフィルタすることができる。

波長可変光プレセレクタが掃引局部発振器信号の波長を正確に追跡することを確実にするための上記の技術は、図１に示す光ヘテロダイン検知システム以外のシステムに適用することができる。さらに、波長可変光プレセレクタが掃引局部発振器信号の波長を正確に追跡することを確実にするための技術は、同調可能な動作特性を有するその他の波長可変デバイス、例えば波長可変光フィルタ，波長可変レーザ，及び波長可変光検知器に適用することができる。波長可変デバイスは、光ポート，電気ポート，又はこれらの組合せを有することができる。波長可変デバイスの動作特性としては、光フィルタの中心波長，レーザ出力の波長，又は光検知器の能動波長帯域が挙げられる。例えば、図６は、局部発振器信号がある波長範囲全体にわたり掃引される時に、波長可変デバイスの動作特性を局部発振器信号の波長と同期化するためのシステムを示す。このシステムは、ある出力６０６と、局部発振源６０２と、デバイス制御装置６１０とを有する波長可変デバイス６０８を備える。デバイス制御装置６１０は、波長計６５０と、フリンジカウンタ６５２と、駆動信号発生器６５４とを備える。図６の要素は、図１の対応要素と等価である。さらに、このシステムは、上記のように動作する。簡潔に述べるなら、局部発振源６０２は、ある波長範囲全体にわたり掃引される局部発振器信号を生成する。同期化信号は、局部発振源６０２がある波長範囲全体にわたり掃引される時に、デバイス制御装置６１０により生成され、波長可変デバイス６０８の動作特性は、同期化信号に応じて調整される。

図７は、波長可変デバイスの動作特性を局部発振器信号の波長と同期化するための方法のプロセスフローチャートを示す。ステップ７００では、波長可変デバイスの動作特性及び局部発振器信号の波長が互いに整合（一致）するように設定される。ステップ７０２では、局部発振器信号の波長がある波長範囲全体にわたり掃引される。ステップ７０４では、局部発振器信号がある波長範囲全体にわたり掃引される時に同期化信号が生成される。ステップ７０６では、波長可変デバイスの動作特性が、同期化信号に応じて調整される。

図８は、光ヘテロダイン検知を使用して光信号を監視するための方法のプロセスフローチャートを示す。ステップ８０２では、入力信号が局部発振器信号と結合されて、結合光信号が生成される。ステップ８０４では、結合光信号が出力される。ステップ８０６では、電気信号が、結合光信号に応じて生成される。ステップ８０８では、入力信号の光学特性を決定するために電気信号が処理される。ステップ８１０では、結合光信号，入力信号，及び局部発振器信号のうちの１つが、局部発振器信号がある波長範囲全体にわたり掃引される時に、局部発振器信号の波長を追跡する波長帯域を通過するようにフィルタリングされる。ステップ８１２では、局部発振器信号がある波長範囲全体にわたり掃引される時に、同期化信号が生成される。ステップ８１４では、フィルタリングが、同期化信号に応じて調整され、局部発振器信号の周波数を追跡するように調整される。特定のステップは他のステップと同時に行われ、各ステップは必ずしも図示のステップで実行する必要はないと考えるべきである。

本発明による一実施態様では、局部発振器信号の波長は、順方向及び／又は逆方向に追跡される。つまり、波長追跡は、局部発振器が比較的低波長から比較的高波長に、又は比較的高波長から比較的低波長に掃引する時に行うことができる。順方向及び逆方向の波長追跡を行うには、正方向及び負方向における波長の変化を測定することができる波長計を使用し、例えば３×３ファイバカプラを使用する。

以上を要約すると、次の通りである。すなわち、本発明では、波長可変光フィルタのような波長可変デバイス（１０８，６０８）が局部発振器信号の波長を正確に追跡することを確実ならしめるために、制御装置（１１０，６１０）を備えるようにしている。この制御装置（１１０，６１０）は、局部発振器信号が波長範囲全体にわたり掃引される時に（ステップ７０２参照）、前記少なくとも１つの同期化信号を生成し（ステップ７０４参照）、かつ、前記少なくとも１つの同期化信号に応じて前記波長可変デバイスの動作特性を調整する（ステップ７０６参照）。局部発振器信号が波長範囲全体にわたり掃引される前に、波長可変デバイスの動作特性及び局部発振器信号の波長が互いに整合（一致）するように初期設定される（ステップ７００参照）。

本発明による特定の実施態様について説明して図示したが、本発明は、上記で説明及び図示した特定の形態及び校正に制限されない。本発明は、請求の範囲によってのみ制限される。

局部発振器信号の波長を正確に追跡するために装備された光プレセレクタを備える、光ヘテロダイン検知システムの本発明による一実施態様を示すブロック図である。 入力信号が本発明による光プレセレクタに入る前の掃引局部発振器信号に関連して、入力信号をＷＤＭシステムにおける３つの搬送波として示す図である。 図２Ａの入力信号が本発明によりフィルタされた後に光プレセレクタを出る１つの光搬送波を示す図である。 図２の入力信号が、本発明により互いにオフセットする掃引局部発振器信号及び光プレセレクタパスバンドに関連してフィルタされた後に、光プレセレクタを出る光搬送波を示す図である。 音響光学的波長可変フィルタに印加される駆動信号と、本発明による対応するフィルタ波長との関係のプロットを示す図である。 本発明による局部発振器信号及び同期化信号の位置を示す信号電力対波長のプロットを表す図である。 局部発振器信号が、本発明によりある波長範囲全体に掃引される時に、波長可変フィルタの波長と局部発振器信号の波長とを同期化するためのシステムを示すブロック図である。 光フィルタのフィルタ波長を局部発振器信号の波長と同期化するための方法を示すプロセスフローチャートである。 本発明による光ヘテロダイン検知を使用する光信号を監視するための方法を示すプロセスフローチャートである。

符号の説明

１０８ 波長可変デバイス
１１０ デバイス制御装置
１５０ 波長計
６０８ 波長可変デバイス
６１０ デバイス制御装置
６５０ 波長計

Claims (10)

1. 波長可変デバイスの動作特性を局部発振器信号の波長と同期化する方法であって、
   （ａ） 前記局部発振器信号をある波長範囲全体にわたり掃引するステップと、
   （ｂ） 前記局部発振器信号が前記ある波長範囲全体にわたり掃引される時に、同期化信号を生成するステップと、
   （ｃ） 波長可変デバイスの動作特性を前記同期化信号に応じて調整するステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記局部発振器信号の波長が、ある波長範囲全体にわたり掃引される前に、前記波長可変デバイスの動作特性及び前記局部発振器信号の波長を互いに整合するように設定する初期ステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記同期化信号を生成するステップが、前記局部発振器信号に関連する波長情報に応じて前記同期化信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記同期化信号を生成するステップが、前記局部発振器信号を測定することにより得られる波長情報に応じて前記同期化信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記同期化信号を生成するステップが、Ｎ個の別個の同期化信号を波長依存間隔で生成されるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 波長可変デバイスの動作特性を局部発振器信号の波長と同期化するためのシステムであって、
   （ａ） 波長可変である出力特性を有する波長可変デバイスと、
   （ｂ） 局部発振源と光学的に結合され、かつ、前記波長可変デバイスと駆動信号にて結合されたデバイス制御装置と、
   を備え、
   前記デバイス制御装置が、前記局部発振器信号がある波長範囲全体にわたり掃引される時に同期化信号を生成し、前記波長可変デバイスの動作特性を前記同期化信号に応じて設定する駆動信号を生成するように構成されること、
   を特徴とするシステム。
7. 前記波長可変デバイスの動作特性及び前記局部発振器信号の波長が、互いに整合するように最初に設定されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記波長可変デバイスが、その動作特性と印加駆動信号との間に反復関係を呈することを特徴とする請求項６に記載のシステム。
9. 前記デバイス制御装置が、前記局部発振器信号と光学的に結合されて、前記掃引局部発振器信号に関連する波長情報を生成する波長計を備えることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
10. Ｎ個の別個の同期化信号が、前記デバイス制御装置により、波長依存間隔で生成されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。

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