WO2018117149A1

WO2018117149A1 - 光検波装置、光特性解析装置、光検波方法

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Publication number: WO2018117149A1
Application number: PCT/JP2017/045720
Authority: WO
Inventors: 洋二郎森; 佐藤　健一; 長谷川　浩
Original assignee: 国立大学法人名古屋大学
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2018-06-28
Also published as: JPWO2018117149A1

Abstract

可変波長光の波長変化に伴う特性を測定することを目的とする。第１局部発振光源１００ａは、第１局部発振光２０００を出力する。第２局部発振光源１００ｂは、第２局部発振光２０１０を出力する。入力部２００は、波長可変レーザ光源５０から、処理対象光１０００を入力する。検波部３００は、第１局部発振光２０００と第２局部発振光２０１０とにより、処理対象光１０００を検波し、第１検波信号３０００ａと第２検波信号３０００ｂとを生成する。解析部４００は、第１検波信号３０００ａと第２検波信号３０００ｂとを解析する。

Description

光検波装置、光特性解析装置、光検波方法

　本開示は、光特性解析技術に関し、特に可変波長光の特性を解析するための光検波装置、光特性解析装置、光特性解析方法に関する。

　デジタルコヒーレント光通信技術は、コヒーレント光検波技術とデジタル信号処理技術とを組み合わせることにより、様々な多値光変調信号を高感度で復調するとともに、位相雑音や偏波変動などの伝送歪を高速に補償するものである。すなわちこの技術では、受信側に設置した局部発振光源と信号光との干渉により信号光の検波が行われ、複素電界振幅の復調により復調信号が生成される（コヒーレント光検波）。この復調信号は、アナログデータからデジタルデータに変換され、信号内の位相雑音や偏波変動が、デジタル信号処理によって除去される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－１６２１８２号公報

　波長可変レーザは、発振波長が変更可能なレーザである。通常の固定波長レーザと違い、波長ごとに異なる光送信器を用意する必要がないため、波長可変レーザは、光通信システムの様々な分野への応用が期待されている。波長可変レーザを実システムに応用するためには、波長変化に伴うレーザ光の特性を正確に知ることが必要となる。しかしながら、現在のところ、波長可変レーザ光の特性を広い波長範囲にわたり正確に測定できる技術はない。一方、光通信の分野では、前述のデジタルコヒーレント光通信技術のように、受信信号を正確に検波する技術が知られている。しかしながら、このような技術を、レーザ光特性の測定に対して直接応用した例はない。

　本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところは、可変波長光の波長変化に伴う諸特性を、精度よく測定する技術を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本開示のある態様の光検波装置は、第１の波長を有する第１の局部発振光を第１の局部発振光源から入力するとともに、第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光を第２の局部発振光源から入力する第１入力部と、第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を入力する第２入力部と、前記第１入力部において入力した第１の局部発振光と第２の局部発振光とによって、前記第２入力部において入力した処理対象光を検波することにより、検波信号を生成する検波部と、前記検波部において生成した検波信号を出力する出力部と、を備える。

　本開示の別の態様は、光特性解析装置である。この装置は、第１の波長を有する第１の局部発振光と、第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光とによって、第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を検波して生成した検波信号を入力する入力部と、前記入力部において入力した検波信号を解析する解析部と、を備える。

　本開示のさらに別の態様は、光検波方法である。この方法は、第１の波長を有する第１の局部発振光を第１の局部発振光源から入力するとともに、第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光を第２の局部発振光源から入力するステップと、第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を入力するステップと、第１の局部発振光と第２の局部発振光とによって、入力した処理対象光を検波することにより、検波信号を生成するステップと、を備える。

　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

　本開示によれば、可変波長光の波長変化に伴う諸特性を、精度よく測定することができる。

本発明の実施例１に係る光特性解析システムの構成を示す図である。図２の光特性解析システムにおける検波部の一例を示す図である。本発明の実施例２に係る光特性解析システムの構成を示す図である。図３の光特性解析システムにおける検波部の一例を示す図である。本発明の実施例３に係る光特性解析システムの構成を示す図である。

　本実施例を具体的に説明する前に、基礎となった知見を説明する。
　従来の波長可変レーザの波長変化速度測定は、波長情報を強度情報に変換することにより実現される。この種の波長可変レーザ用波長変化速度測定装置は、例えば可変光フィルタと、光検出部と、解析部とを備える。

　可変光フィルタは、光の透過率が波長によって異なり、透過波長域を調整可能な光フィルタである。可変光フィルタは、測定対象であるレーザ光を入力し、透過光を光検出部に出力する。光検出部は、可変光フィルタから入力した透過光の強度を検出し、これを電気信号に変換して解析部に送信する。解析部は、光検出部から受信した電気信号を、可変光フィルタの透過率特性に基づいて解析し、波長変化速度を導出する。

　この装置で、波長がλ１からλ２へ変化する光の波長変化速度を測定するときの手順を説明する。測定に先立ち、可変光フィルタの透過光強度が、波長λ２のとき最大となり、波長λ１のとき最大強度のα％になるよう、透過波長域を調整しておく。測定対象である波長変化光を入力した可変光フィルタは、透過率特性に従って強度が時間的に変化する透過光を出力する。解析部は、測定対象光により生成された信号強度を、時間的に観測する。解析部は、信号強度が、最大強度のα％から最大強度になるまでに要した時間Ｔに基づいて、１／Ｔを波長変化速度として算出する。ただし、波長変化速度は、波長変化に要した時間の逆数として定義する。

　この波長変化速度測定法には、いくつかの限界がある。１つは、測定可能な波長範囲と分解能に関するものである。この波長変化速度測定は、光フィルタによる波長情報の強度情報への変換に基づく。この場合、測定可能な波長変化範囲は、光フィルタの透過波長帯域幅が広いほど広く取れるが、最終的には光フィルタの物理的性能の限界を超えることはできない。逆に、測定波長変化範囲に比べて、光フィルタの透過波長帯域幅が広すぎると、測定範囲における強度変化が小さくなり、分解能、すなわち正確さが低下する。２つ目は、測定できる光特性の種類に関するものである。すなわちこの測定法によれば、波長変化速度や、波長変化に伴う強度安定性を測定することはできるが、位相や偏波の安定性を測定することはできない。３つ目は、波長変化に伴う過渡応答特性に関するものである。この測定法によれば、着目する波長変化の最初と最後について、波長変化速度や強度等を得ることはできるが、波長変化途中の遷移段階におけるこれらの特性を得ることはできない。

　（実施例１）
　本開示の実施例１は、波長の変化する光に関し、波長変化の前後のタイミングで、その特性を測定する光特性解析システムである。
　図１に、実施例１に係る光特性解析システム１０の構成を示す。光特性解析システム１０は、局部発振光源１００と総称される第１局部発振光源１００ａ、第２局部発振光源１００ｂ、入力部２００、検波部３００、解析部４００を含む。解析部４００は、２ｃｈアナログ―デジタル変換器４１０ａとデジタル信号処理部４２０を含む。

　入力部２００は、処理対象光１０００を出力する波長可変レーザ光源５０に接続される。処理対象光１０００は、光特性解析システム１０において特性を解析されるべき光であり、波長がλ１からλ２に変化する。例えば、λ１＜λ２である。入力部２００は、処理対象光１０００を入力する。

　第１局部発振光源１００ａは、第１局部発振光２０００を出力する。第１局部発振光２０００の波長はλ１である。第２局部発振光源１００ｂは、第２局部発振光２０１０を出力する。第２局部発振光２０１０の波長はλ２である。検波部３００は、第１局部発振光源１００ａと第２局部発振光源１００ｂとに接続されており、第１局部発振光２０００と第２局部発振光２０１０とを入力する。

　入力部２００は、入力した処理対象光１０００を検波部３００に出力する。検波部３００は、処理対象光１０００を、第１局部発振光２０００と第２局部発振光２０１０とによって検波し、検波信号３０００と総称される第１検波信号３０００ａ、第２検波信号３０００ｂを生成する。ここで、第１検波信号３０００ａは同相成分に相当し、第２検波信号３０００ｂは直交成分に相当する。検波部３００は、生成した検波信号３０００を解析部４００に出力する。

　図２に、図１の光特性解析システム１０における検波部３００の例を示す。検波部３００は、９０°ハイブリッド合波部５００、光検出部６００と総称される第１光検出部６００ａ、第２光検出部６００ｂを含む。

　９０°ハイブリッド合波部５００は、分配部５０００と総称される第１分配部５０００ａ、第２分配部５０００ｂ、合波部５０１０と総称される第１合波部５０１０ａ、第２合波部５０１０ｂ、９０°位相シフト部５０２０を含む。

　第１分配部５０００ａは、第１局部発振光源１００ａと第２局部発振光源１００ｂとに接続されており、第１局部発振光源１００ａから第１局部発振光２０００を入力し、第２局部発振光源１００ｂから第２局部発振光２０１０を入力する。第１分配部５０００ａは、第１局部発振光２０００と第２局部発振光２０１０とを、第２合波部５０１０ｂと９０°位相シフト部５０２０とに出力する。第２分配部５０００ｂは、入力部２００に接続されており、入力部２００から処理対象光１０００を入力する。第２分配部５０００ｂは、処理対象光１０００を、第１合波部５０１０ａと第２合波部５０１０ｂとに出力する。９０°位相シフト部５０２０は、第１分配部５０００ａに接続されており、第１局部発振光２０００と第２局部発振光２０１０とを入力し、入力した光の位相を９０°シフトする。９０°位相シフト部５０２０の構成には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。９０°位相シフト部５０２０は、位相をシフトした光を出力する。第１合波部５０１０ａは、第２分配部５０００ｂと９０°位相シフト部５０２０とに接続されており、処理対象光１０００と、第１局部発振光２０００および第２局部発振光２０１０の位相をシフトした光とを入力し、これらを合波する。第１合波部５０１０ａは、合波した光を第２光検出部６００ｂに出力する。第２合波部５０１０ｂは、第１分配部５０００ａと第２分配部５０００ｂとに接続されており、第１局部発振光２０００と第２局部発振光２０１０と、処理対象光１０００とを入力し、これらを合波する。第２合波部５０１０ｂは、合波した光を第１光検出部６００ａに出力する。

　第１光検出部６００ａは、第２合波部５０１０ｂに接続されており、第２合波部５０１０ｂにおいて合波した光を入力する。第１光検出部６００ａは、入力した光の強度に応じた大きさの光電流を生成し、これに比例した大きさの第１検波信号３０００ａを生成する。第２光検出部６００ｂは、第１合波部５０１０ａに接続されており、第１合波部５０１０ａにおいて合波した光を入力する。第２光検出部６００ｂは、入力した光の強度に応じた大きさの光電流を生成し、これに比例した大きさの第２検波信号３０００ｂを生成する。

　前述のように、９０°位相シフト部５０２０が出力した第１局部発振光２０００および第２局部発振光２０１０には、第１分配部５０００ａが出力した第１局部発振光２０００および第２局部発振光２０１０に対して９０°の位相差が与えられている。従って、第１分配部５０００ａが出力した第１局部発振光２０００および第２局部発振光２０１０の位相を基準として、第１検波信号３０００ａは、処理対象光１０００に含まれる同相成分（Ｉ成分）のみを含み、第２検波信号３０００ｂは、処理対象光１０００に含まれる直交位相成分（Ｑ成分）のみを含む。第１検波信号３０００ａ、第２検波信号３０００ｂをそれぞれＩ_Ｉ、Ｉ_Ｑと表すと、検波信号の複素電界振幅Ｅは、以下のように表すことができる。
　Ｅ＝Ｉ_Ｉ＋ｊＩ_Ｑ・・・（１）
ただし、本開示では、ｊは虚数単位を表すものとする。

　このような処理によって、処理対象光１０００の波長がλ１のとき、第１局部発振光２０００との干渉が発生するため、検波信号３０００の強度は極大となる。処理対象光１０００の波長がλ１から外れ、かつ波長がλ２になるまでは、第１局部発振光２０００、第２局部発振光２０１０のいずれとも干渉が発生しないため、検波信号３０００の強度は微弱となる。処理対象光１０００の波長がλ２になると、第２局部発振光２０１０との干渉が発生するため、検波信号３０００の強度は再び極大となる。

　図１に戻る。解析部４００の２ｃｈアナログ―デジタル変換器４１０ａは、アナログ信号である２つの第１検波信号３０００ａ、第２検波信号３０００ｂを、それぞれ、デジタル信号４０００と総称される第１デジタル信号４０００ａ、第２デジタル信号４０００ｂに変換する。２ｃｈアナログ―デジタル変換器４１０ａは、デジタル信号４０００を、デジタル信号処理部４２０に送信する。デジタル信号処理部４２０は、第１デジタル信号４０００ａ、第２デジタル信号４０００ｂの雑音や歪を除去した上で、これらの信号を処理し、その特性を解析する。

　以下では、デジタル信号処理部４２０における処理を具体的に説明する。デジタル信号処理部４２０において解析される特性の一例は、（Ｉ）強度、（ＩＩ）波長変化速度、（ＩＩＩ）位相である。前述の通り、検波信号３０００の強度は、処理対象光１０００の波長がλ１とλ２のときに極大となる。これに応じて、デジタル信号４０００の強度も、
処理対象光１０００の波長がλ１とλ２のときに極大となる。

（Ｉ）強度
　デジタル信号処理部４２０は、順次入力されるデジタル信号４０００の強度Ｉを次のように計算する。
　Ｉ＝｜Ｅ｜^２
　デジタル信号処理部４２０は、時間の経過とともに変化する高度Ｉから２つの極大値を検出する。先に検出した極大値が、処理対象光１０００の波長がλ１である場合の強度Ｉであり、後に検出した極大値が、処理対象光１０００の波長がλ２である場合の強度Ｉである。これにより、処理対象光１０００の波長がλ１のときとλ２のときの強度を比較して、処理対象光１０００の波長変化に伴う強度安定性を求めることができる。

（ＩＩ）波長変化速度
　デジタル信号処理部４２０は、デジタル信号４０００の強度の２つの極大値を検出したタイミングの時間差Δｔを求める。１／Δｔを計算することにより、処理対象光１０００の波長変化速度を求めることができる。

（ＩＩＩ）位相
　デジタル信号処理部４２０は、デジタル信号４０００の強度の２つの極大値を検出したタイミングにおけるデジタル信号４０００の位相φを求める。ここで位相φは、式（１）のＥを用いて、
　φ＝ａｒｇ（Ｅ）
により導出される。ただし、本開示では、ａｒｇ（）は偏角を表すものとする。これにより、処理対象光１０００の波長がλ１のときとλ２のときの位相を比較して、処理対象光１０００の波長変化に伴う位相安定性を求めることができる。

　実施例１に係る光特性解析システムは、このシステム単体で、波長変化前後における光の諸特性、特に、強度、波長変化速度、位相を測定することができる。

（実施例２）
　本開示の実施例２は、４種類の検波信号を生成することにより、処理対象光の特性を測定する光特性解析システムである。
　図３に、実施例２に係る光特性解析システム１０の構成を示す。この光特性解析システム１０では、検波部３００が、第３検波信号３０００ｃ、第４検波信号３０００ｄ、第５検波信号３０００ｅ、第６検波信号３０００ｆを生成する。ここで、第３検波信号３０００ｃはＸ偏波同相成分に相当し、第４検波信号３０００ｄはＸ偏波直交成分に相当し、第５検波信号３０００ｅはＹ偏波同相成分に相当し、第６検波信号３０００ｆはＹ偏波直交成分に相当する。解析部４００は、４ｃｈアナログ―デジタル変換器４１０ｂとデジタル信号処理部４２０を含む。ここでは、実施例１との差異を中心に説明する。

　図４に、図３の光特性解析システム１０における検波部３００の例を示す。検波部３００は、偏波分離部７００と総称される第１偏波分離部７００ａ、第２偏波分離部７００ｂ、第１偏波検波部３１０ａ、第２偏波検波部３１０ｂを含む。

　第１偏波分離部７００ａは、第１局部発振光源１００ａと第２局部発振光源１００ｂとに接続されており、第１局部発振光源１００ａから第１局部発振光２０００を入力し、第２局部発振光源１００ｂから第２局部発振光２０１０を入力する。第１偏波分離部７００ａは、第１局部発振光２０００を、Ｘ偏波第１局部発振光２０００ａと
Ｙ偏波第１局部発振光２０００ｂとに分波するとともに、第２局部発振光２０１０を、Ｘ偏波第２局部発振光２０１０ａとＹ偏波第２局部発振光２０１０ｂとに分波する。第１偏波分離部７００ａは、Ｘ偏波第１局部発振光２０００ａとＸ偏波第２局部発振光２０１０ａとを、第１偏波検波部３１０ａに入力するとともに、Ｙ偏波第１局部発振光２０００ｂとＹ偏波第２局部発振光２０１０ｂとを、第２偏波検波部３１０ｂに入力する。Ｘ偏波第１局部発振光２０００ａとＸ偏波第２局部発振光２０１０ａは、同じＸ方向に直線偏光している。Ｙ偏波第１局部発振光２０００ｂとＹ偏波第２局部発振光２０１０ｂは同じＹ方向に直線偏光している。Ｘ偏波方向とＹ偏波方向とは、互いに直交している。

　第２偏波分離部７００ｂは、入力部２００に接続されており、入力部２００から処理対象光１０００を入力する。第２偏波分離部７００ｂは、処理対象光１０００を、Ｘ偏波処理対象光１０００ａとＹ偏波処理対象光１０００ｂとに分波する。第２偏波分離部７００ｂは、Ｘ偏波処理対象光１０００ａを、第１偏波検波部３１０ａに入力するとともに、Ｙ偏波処理対象光１０００ｂを、第２偏波検波部３１０ｂに入力する。Ｘ偏波処理対象光１０００ａは、Ｘ方向に直線偏光しており、Ｙ偏波処理対象光１０００ｂは、
Ｙ方向に直線偏光している。

　第１偏波検波部３１０ａ、第２偏波検波部３１０ｂの構成は、図２の検波部３００と同じである。第１偏波検波部３１０ａは、Ｘ偏波第１局部発振光２０００ａとＸ偏波第２局部発振光２０１０ａとにより、Ｘ偏波処理対象光１０００ａを検波し、第３検波信号３０００ｃ、第４検波信号３０００ｄを生成する。第２偏波検波部３１０ｂは、Ｙ偏波第１局部発振光２０００ｂとＹ偏波第２局部発振光２０１０ｂとにより、Ｙ偏波処理対象光１０００ｂを検波し、第５検波信号３０００ｅ、第６検波信号３０００ｆを生成する。

　第３検波信号３０００ｃは、処理対象光１０００のＸ偏波に含まれる同相成分のみを含み、第４検波信号３０００ｄは、処理対象光１０００のＸ偏波に含まれる直交成分のみを含む。第５検波信号３０００ｅは、処理対象光１０００のＹ偏波に含まれる同相成分のみを含み、第６検波信号３０００ｆは、処理対象光１０００のＹ偏波に含まれる直交成分のみを含む。第３検波信号３０００ｃ、第４検波信号３０００ｄ、第５検波信号３０００ｅ、第６検波信号３０００ｆをそれぞれＩ_ＩＸ、Ｉ_ＱＸ、Ｉ_ＩＹ、Ｉ_ＱＹと表すと、検波信号の、Ｘ偏波の複素電界振幅Ｅ_Ｘ、Ｙ偏波の複素電界振幅Ｅ_Ｙは、それぞれ以下のように表すことができる。
　Ｅ_Ｘ＝Ｉ_ＩＸ＋ｊＩ_ＱＸ・・・（２）
　Ｅ_Ｙ＝Ｉ_ＩＹ＋ｊＩ_ＱＹ・・・（３）

　図３に戻る。解析部４００の４ｃｈアナログ―デジタル変換器４１０ｂは、アナログ信号である４つの第３検波信号３０００ｃ、第４検波信号３０００ｄ、第５検波信号３０００ｅ、第６検波信号３０００ｆを、それぞれ、デジタル信号４０００と総称される第３デジタル信号４０００ｃ、第４デジタル信号４０００ｄ、第５デジタル信号４０００ｅ、第６デジタル信号４０００ｆに変換し、これらをデジタル信号処理部４２０に送信する。デジタル信号処理部４２０は、第３デジタル信号４０００ｃ、第４デジタル信号４０００ｄ、第５デジタル信号４０００ｅ、第６デジタル信号４０００ｆの雑音や歪を除去した上で、これらの信号を処理し、その特性を解析する。

　デジタル信号処理部４２０における処理を具体的に説明する。デジタル信号処理部４２０において解析される特性の一例は、（Ｉ）強度、（ＩＩ）波長変化速度、（ＩＩＩ）位相、（ＩＶ）偏波である。

　（Ｉ）強度、（ＩＩ）波長変化速度、（ＩＩＩ）位相は、実施例１と同様の処理により導出される。ただし、強度Ｉは、式（２）のＥ_Ｘと式（３）のＥ_Ｙを用いて、
　Ｉ＝｜Ｅ_Ｘ｜^２＋｜Ｅ_Ｙ｜^２
により導出される。
また、偏波Ｘの位相φ_Ｘと偏波Ｙの位相φ_Ｙは、式（２）のＥ_Ｘと式（３）のＥ_Ｙを用いて、
　φ_Ｘ＝ａｒｇ（Ｅ_Ｘ）
　φ_Ｙ＝ａｒｇ（Ｅ_Ｙ）
により導出される。

　（ＩＶ）偏波。
　デジタル信号処理部４２０は、デジタル信号４０００の強度の２つの極大値を検出したタイミングにおける第１ストークスパラメータＳ_０、第２ストークスパラメータＳ_１、第３ストークスパラメータＳ_２、第４ストークスパラメータＳ_３の組を求める。ただし
Ｓ_０、Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３は、それぞれ、式（２）のＥ_Ｘと式（３）のＥ_Ｙを用いて、
　Ｓ_０＝｜Ｅ_Ｘ｜^２＋｜Ｅ_Ｙ｜^２
　Ｓ_１＝｜Ｅ_Ｘ｜^２―｜Ｅ_Ｙ｜^２
　Ｓ_２＝２Ｒｅ（Ｅ_ＸＥ_Ｙ ^＊）
　Ｓ_３＝２Ｉｍ（Ｅ_ＸＥ_Ｙ ^＊）
により導出される。ただし、本開示では、^＊は複素共役、Ｒｅ（）は実数部分、Ｉｍ（）は虚数部分を表すものとする。これにより、処理対象光１０００の波長がλ１のときとλ２のときの偏波を比較して、処理対象光１０００の波長変化に伴う偏波安定性を求めることができる。

　実施例２に係る光特性解析システムは、このシステム単体で、波長変化前後における光の諸特性、特に強度、波長変化速度、位相、偏波を測定することができる。

（実施例３）
　本開示の実施例３は、実施例１のような処理対象光の波長変化前後における特性に加えて、波長変化途中の遷移段階における特性も測定する光特性解析システムである。
　図５に、本実施例に係る光特性解析システム１０の構成を示す。光特性解析システム１０は、第１局部発振光源１００ａ、第２局部発振光源１００ｂに加えて、第３局部発振光源１００ｃを含む。第３局部発振光源１００ｃは第３局部発振光２０２０を出力する。第３局部発振光２０２０の波長はλ３である。λ３の値は、λ１とλとの間にある。例えば、λ１＜λ３＜λ２である。光特性解析システム１０は、第１局部発振光２０００、第２局部発振光２０１０、第３局部発振光２０２０によって、処理対象光１０００を検波することにより、処理対象光１０００の特性を解析する。

　検波部３００の処理によって、処理対象光１０００の波長がλ１のとき、第１局部発振光２０００との干渉が発生するため、検波信号３０００の強度は極大となる。処理対象光１０００の波長がλ１から外れ、かつ波長がλ３になるまでは、第１局部発振光２０００、第２局部発振光２０１０、第３局部発振光２０２０のいずれとも干渉が発生しないため、検波信号３０００の強度は微弱となる。処理対象光１０００の波長がλ３なると、第３局部発振光２０２０との干渉が発生するため、検波信号３０００の強度は２回目の極大値を取る。処理対象光１０００の波長がλ３から外れ、かつ波長がλ２になるまでは、第１局部発振光２０００、第２局部発振光２０１０、第３局部発振光２０２０のいずれとも干渉が発生しないため、検波信号３０００の強度は微弱となる。処理対象光１０００の波長がλ２なると、第２局部発振光２０１０との干渉が発生するため、検波信号３０００の強度は３回目の極大値を取る。

　検波信号３０００に応じて、デジタル信号４０００の強度も、処理対象光１０００の波長がλ１とλ２とλ３のときに極大となる。デジタル信号処理部４２０は、順次入力されるデジタル信号４０００の強度を計算し、強度の３つの極大値を検出する。デジタル信号処理部４２０は、実施例１と同じ処理を実行することにより、処理対象光の波長変化の前後のタイミングに加えて、変化途中の遷移段階のタイミングでも、以下の特性を測定する。
（Ｉ）強度
　デジタル信号処理部４２０は、順次入力されるデジタル信号４０００の強度を計算し、強度の３つの極大値を検出する。これにより、遷移段階も含めて、処理対象光１０００の波長変化に伴う強度安定性を求めることができる。
（ＩＩ）波長変化速度
　デジタル信号処理部４２０は、デジタル信号４０００の強度の３つの極大値を検出したタイミングの時間差を求める。この時間差の逆数を計算することにより、波長変化の遷移段階も含めて、処理対象光１０００の波長変化速度を求めることができる。
（ＩＩＩ）位相
　デジタル信号処理部４２０は、デジタル信号４０００の強度の３つの極大値を検出したタイミングにおけるデジタル信号４０００の位相φを求める。この３つの位相を比較して、遷移段階も含めて、処理対象光１０００の波長変化に伴う位相安定性を求めることができる。

（実施例４）
　本開示の実施例４は、図３の光特性解析システムと、図５の光特性解析システムとを組み合わせた光特性解析システムである。すなわち、この場合、光特性解析システム１０は、図３の光特性解析システムの第１局部発振光源１００ａ、第２局部発振光源１００ｂに加えて、第３局部発振光２０２０を出力する第３局部発振光源１００ｃを含む。それ以外の構成は、図３のものと同じである。

　実施例４の光特性解析システムのデジタル信号処理部４２０は、図５のデジタル信号処理部４２０が実行する処理に加えて、デジタル信号４０００の強度の３つの極大値を検出したタイミングにおける第１ストークスパラメータＳ_０、第２ストークスパラメータＳ_１、第３ストークスパラメータＳ_２、第４ストークスパラメータＳ_３の組を求める。
この３つのストークスパラメータの組を比較して、波長変化の遷移段階も含めて、処理対象光１０００の波長変化に伴う偏波安定性を求めることができる。

　実施例４に係る光特性解析システムは、このシステム単体で、波長変化前後に加えて、波長変化途中の遷移段階のタイミングも含めて、光の諸特性、特に強度、波長変化速度、位相、偏波を測定することができる。

（実施例５）
　本開示の実施例５は、実施例１に係る光特性解析システムから検波部３００を切り出して構成した、光検波装置である。図１に示された他の構成は光検波装置の外部に備えられればよい。

　実施例５に係る光検波装置は、既存の波長可変レーザ光源や解析装置と組み合わせることにより、処理対象光の光特性解析システムを構成することができる。すなわち、この光検波装置は、光特性解析ステムのキーデバイスとして高い汎用性を有する。

（実施例６）
　本開示の実施例６は、実施例１に係る光特性解析システムから解析部４００を切り出して構成した、光特性解析装置である。図１に示された他の構成は光特性解析装置の外部に備えられればよい。

　実施例６に係る光特性解析装置は、コンパクトで簡易に実現できる。また解析プログラムを変更することにより、容易にカスタマイズができる。

　本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の光検波装置は、第１の波長を有する第１の局部発振光を第１の局部発振光源から入力するとともに、第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光を第２の局部発振光源から入力する第１入力部と、第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を入力する第２入力部と、前記第１入力部において入力した第１の局部発振光と第２の局部発振光とによって、前記第２入力部において入力した処理対象光を検波することにより、検波信号を生成する検波部と、前記検波部において生成した検波信号を出力する出力部と、を備える。

　この態様によると、既存の波長可変レーザ光源や解析装置と組み合わせることにより、処理対象光の波長変化前後における光の諸特性を、精度よく測定する光特性解析システムを構成することができる。すなわち、この光検波装置は、光特性解析システムのキーデバイスとして高い汎用性を有する。

　第１入力部は、第１の波長と第２の波長の間の第３の波長を有する第３の局部発振光も入力し、検波部は、前記第１入力部において入力した第１の局部発振光と第２の局部発振光と第３の局部発振光とによって、前記第２入力部において入力した処理対象光を検波してもよい。この場合、波長変化前後に加えて、波長変化途中の遷移段階のタイミングも含めて、処理対象光の光検波を行うことができる。

　本開示のある態様の光特性解析装置は、第１の波長を有する第１の局部発振光と、第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光とによって、第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を検波して生成した検波信号を入力する入力部と、入力部において入力した検波信号を解析する解析部と、を備える。

　この態様は、処理対象光から生成された検波信号を受信することにより、処理対象光の波長変化前後における光の諸特性を、精度よく測定することができる。

　解析部は、時間とともに変化する検波信号の強度の２つの極大値を検出することにより、処理対象光の波長変化前後における強度を測定してもよい。この場合、処理対象光の波長変化速度を求めることができる。波長変化に伴う強度安定性を求めることができる。

　解析部は、時間とともに変化する検波信号の強度の２つの極大値を検出したタイミングの時間差を求めることにより、処理対象光の波長変化速度を測定してもよい。この場合、処理対象光の波長変化速度を求めることができる。

　解析部は、時間とともに変化する検波信号の強度の２つの極大値を検出したタイミングにおける検波信号の位相を求めることにより、処理対象光の波長変化前後における位相を測定してもよい。この場合、処理対象光の波長変化に伴う位相安定性を求めることができる。

　解析部は、時間とともに変化する検波信号の強度の２つの極大値を検出したタイミングにおける検波信号のストークスパラメータの組を求めることにより、処理対象光の波長変化前後における偏波を測定してもよい。この場合、処理対象光の波長変化に伴う偏波安定性を求めることができる。

　本開示のある態様の光検波方法は、第１の波長を有する第１の局部発振光を第１の局部発振光源から入力するとともに、第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光を第２の局部発振光源から入力するステップと、第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を入力するステップと、第１の局部発振光と第２の局部発振光とによって、入力した処理対象光を検波することにより、検波信号を生成するステップと、を備える。

　この態様によると、処理対象光の波長変化前後における光の諸特性を、精度よく測定するために用いる検波信号を生成することができる。

　本開示のある態様の光特性解析システムは、第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を入力する入力部と、第１の波長を有する第１の局部発振光を出力する第１の局部発振光源と、第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光を出力する第２の局部発振光源と、第１の波長と第２の波長の間の第３の波長を有する第３の局部発振光を出力する第３の局部発振光源と、第１の局部発振光源において出力した第１の局部発振光と第２の局部発振光源において出力した第２の局部発振光と第３の局部発振光源において出力した第３の局部発振光とによって、入力部において入力した処理対象光を検波することにより、検波信号を生成する検波部と、検波部において生成した検波信号を解析する解析部と、を備え、解析部は、時間とともに変化する検波信号の強度の３つの極大値を検出することにより、処理対象光の波長変化前後と波長変化途中の遷移段階における強度を測定し、時間とともに変化する検波信号の強度の３つの極大値を検出したタイミングの時間差を求めることにより、処理対象光の波長変化速度を測定し、時間とともに変化する検波信号の強度の３つの極大値を検出したタイミングにおける検波信号の位相を求めることにより、処理対象光の波長変化前後と波長変化途中の遷移段階における位相を測定し、時間とともに変化する検波信号の強度の３つの極大値を検出したタイミングにおける検波信号のストークスパラメータを求めることにより、処理対象光の波長変化前後と波長変化途中の遷移段階における偏波を測定する。

　この態様によると、本システム単体で、波長変化前後に加えて、波長変化途中の遷移段階のタイミングも含めて、光の諸特性、特に強度、波長変化速度、位相、偏波を測定することができる。

　以上、本発明を実施例を基に説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合わせに、色々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　実施例３，４において、光特性解析システム１０には３つの局部発振光源１００が備えられている。しかしながらこれに限らず、例えば局部発振光源１００は４つ以上備えられていてもよい。本変形例によれば、遷移段階の特性をよりきめ細かく求めることができる。

　３００　検波部、１００ａ　第１局部発振光源、１００ｂ　第２局部発振光源、１００ｃ　第３局部発振光源、１０００　処理対象光、２０００　第１局部発振光、２０１０　第２局部発振光、２０２０　第３局部発振光

　本発明は、可変波長光の波長変化に伴う諸特性の測定に利用できる。

Claims

　第１の波長を有する第１の局部発振光を第１の局部発振光源から入力するとともに、
第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光を第２の局部発振光源から入力する第１入力部と、
　第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を入力する第２入力部と、
　前記第１入力部において入力した第１の局部発振光と第２の局部発振光とによって、前記第２入力部において入力した処理対象光を検波することにより、検波信号を生成する検波部と、
　前記検波部において生成した検波信号を出力する出力部と、を備える光検波装置。
　前記第１入力部は、第１の波長と第２の波長の間の第３の波長を有する第３の局部発振光も入力し、
　前記検波部は、前記第１入力部において入力した第１の局部発振光と第２の局部発振光と第３の局部発振光とによって、前記第２入力部において入力した処理対象光を検波する、請求項１に記載の光検波装置。
　第１の波長を有する第１の局部発振光と、第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光とによって、第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を検波して生成した検波信号を入力する入力部と、
　前記入力部において入力した検波信号を解析する解析部と、を備える光特性解析装置。
　前記解析部は、時間とともに変化する検波信号の強度の２つの極大値を検出することにより、処理対象光の波長変化前後における強度を測定する、請求項３に記載の光特性解析装置。
　前記解析部は、時間とともに変化する検波信号の強度の２つの極大値を検出したタイミングの時間差を求めることにより、処理対象光の波長変化速度を測定する、請求項３に記載の光特性解析装置。
　前記解析部は、時間とともに変化する検波信号の強度の２つの極大値を検出したタイミングにおける検波信号の位相を求めることにより、処理対象光の波長変化前後における位相を測定する、請求項３に記載の光特性解析装置。
　前記解析部は、時間とともに変化する検波信号の強度の２つの極大値を検出したタイミングにおける検波信号のストークスパラメータの組を求めることにより、処理対象光の波長変化前後における偏波を測定する、請求項３に記載の光特性解析装置。
　第１の波長を有する第１の局部発振光を第１の局部発振光源から入力するとともに、
第１の波長とは異なった第２の波長を有する第２の局部発振光を第２の局部発振光源から入力するステップと、
　第１の波長から第２の波長に変化する処理対象光を入力するステップと、
　第１の局部発振光と第２の局部発振光とによって、入力した処理対象光を検波することにより、
　検波信号を生成するステップと、を備える光検波方法。