JP2002323383A - 強度ノイズを低減するための機能を有するヘテロダイン光スペクトル分析器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コヒーレント光スペクトル分析器において発生
するノイズを低減する。 【解決手段】本発明のコヒーレント光スペクトルアナラ
イザでは、特定の標識を有する光バランシングトーン
が、平衡光受信器の信号経路に注入される。平衡光受信
器からの信号出力のバランシングトーン成分を解析し
て、光受信器の特性を判定するために測定ユニットが設
けられる。測定ユニットを用いて求められたアンバラン
スを補償して除去するために、補償ユニットが設けられ
る。平衡光受信器は、偏光状態に依存しない光受信器が
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、ヘテロダ
イン光スペクトル分析器に関するものである。特に、本
発明は、既知のバランシング・トーン（ｂトーンまたは
Ｂトーン）入力信号の測定に基づく、ヘテロダイン受信
器の非対称性を補償するための機能を有するヘテロダイ
ン光スペクトル分析器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヘテロダイン光スペクトル分析器は、分
解能が高いために、稠密波長分割多重（dense waveleng
th division multiplexing:ＤＷＤＭ）システムのスペ
クトル分析に有効である。あいにく、ＤＷＤＭシステム
の各光チャネルに強度ノイズが存在するため、ヘテロダ
イン光受信器によって出力される信号の品質が劣化する
可能性がある。ヘテロダイン受信器／検出器への入射チ
ャネル数が増すと、ヘテロダイン受信器が抑圧しなけれ
ばならない強度ノイズレベルも増すことになる。

【０００３】図１に、強度ノイズを低減するための既知
の光受信器１を示す。この既知のシステムの場合、光結
合器６が、入力信号及び局部発振器信号（ＬＯ）を受信
して、２つの信号を混合し、または、組み合わせて、２
つのフォトダイオード２及び３によって検出される混合
／組み合わせ光信号を出力する。フォトダイオード２及
び３は、直列に接続される。接続ポイント４は、仮想ア
ースの働きをし、これによって、強度ノイズのコモン・
モード除去が可能になる。この解決法によって、一般
に、ノイズが２０〜３０ｄＢ低減するが、例えば、１０
チャネル以下といったように、光受信器１に提供される
ＤＷＤＭシステムの利用可能な光チャネル数が比較的少
ない場合には、これで十分であろう。しかしながら、Ｄ
ＷＤＭチャネル数が増すと、より有効なノイズ低減を実
現する手段が必要になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来技術における前述の欠点を克服ないし改善する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、稠密波長分割
多重（ＤＷＤＭ）信号またはシステムによって加えられ
るノイズを低減するための機能を有するヘテロダイン光
スペクトルアナライザを提供する。

【０００６】要するに、システムをアーキテクチャ的に
下記のように実施することが可能である。局部発振器信
号を発生するために、局部発振器が設けられている。光
バランシング・トーン（ｂトーン）を発生するために、
バランシング・トーン発生器が設けられている。光ｂト
ーン信号を受信し、光ｂトーン信号に応答して、２つの
電気信号を出力するために、第１と第２のチャネルを備
えた平衡ヘテロダイン光受信器（balanced heterodyne
optical receiver）が設けられている。電気出力信号を
測定し、その特性伝達関数を求めるために、測定装置が
設けられている。

【０００７】本発明は、バランシング・トーンが光路内
に注入され、平衡ヘテロダイン光受信器に入力される、
光信号の分析方法を提供するものとみなすこともでき
る。入力されたバランシング・トーンに応答して、平衡
ヘテロダイン光受信器から出力された電気信号は、その
特性を判定するために測定される。電気出力信号の測定
された特性の差違に基づいて、補償伝達関数が決定され
て、測定差を相殺するために信号経路に適用される。

【０００８】本発明の他の特徴及び利点については、当
事者には、添付の図面及び下記の詳細な説明を検討する
ことによって明らかになるであろう。こうした他の特徴
及び利点は、全て、本発明の範囲内に含まれるものとす
る。本発明は添付の図面を参照することにより良く理解
することができる。図面上の構成要素は必ずしも同一の
スケールではなく、むしろ本発明の原理を明確に例示す
ることに重点を置いている。さらに、複数の図面を通し
て、同じ参照番号は、対応する部分を示している。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明によれば、コヒーレント光
スペクトル分析器（ＣＯＳＡ）における強度ノイズの低
減が可能になる。強度ノイズの低減によって、ＣＯＳＡ
のダイナミック・レンジを向上させることができるの
で、光学系におけるノイズのスペクトル密度を測定する
ことが可能になる。本発明の光スペクトル分析器では、
平衡検出器システムが除去しなければならないノイズ・
レベルを低減させることによって、より大きなノイズ除
去が可能になる。

【００１０】図２Ａには、本発明によるヘテロダイン光
スペクトル分析器１００の実施態様が例示されている。
局部発振器信号（ＬＯ）を発生して、ＬＯを光受信器３
０の入力Ｂに供給するため、局部発振器２０が設けられ
ている。局部発振器２０は、例えば、可同調外部空洞レ
ーザ・ダイオードのようなレーザ源とすることが可能で
ある。光受信器３０の入力Ａには、光信号経路１０が接
続されている。光信号経路１０によって、入力信号が受
信器３０の入力Ａに供給される。スペクトル分析器１０
０を較正して光受信器３０のアンバランスを相殺するた
めに、信号経路１０に注入することが可能な光ｂトーン
ＢＴを発生する、バランシング・トーン発生器（Ｂトー
ン発生器）５５が設けられている。

【００１１】光受信器３０は、例えば、平衡光受信器、
すなわち、入力信号が光受信器のチャネル間でほぼ等し
く分割される光受信器とすることが可能である。光受信
器３０は、２つの入力Ａ及びＢと、２つの出力Ｅ及びＦ
を備えている。光受信器３０は、第１のチャネル３７と
第２のチャネル３８から構成される。第１のチャネル３
７は、入力Ａと出力Ｆの間の信号経路によって画定さ
れ、第２のチャネル３８は、入力Ａと出力Ｆの間の信号
経路によって画定されている。入力Ａ及びＢは、光信号
を受信するための光入力部である。出力Ｅ及びＦは、電
気信号を出力するための電気出力部である。チャネル３
７及び３８のそれぞれには、電気経路に接続された光信
号経路が含まれている。

【００１２】測定装置６０は、光受信器３０の出力Ｅ及
びＦに接続されており、そこから電気信号Ｓ２及びＳ３
を受信する。測定装置６０は、信号Ｓ２及びＳ３を測定
し、コントローラ６５に供給される、信号Ｓ２及びＳ３
の相対特性を表す測定信号Ｍ１を発生する。ノイズの低
減処理を実施し、出力信号Ｘを出力するため、減殺及び
補償装置（または低減及び補償装置）７０が設けられて
いる。減殺及び補償装置７０は、測定信号Ｍ１に基づい
て、チャネル３７及び３８の応答／伝達特性におけるア
ンバランスまたはノイズを補償するように、コントロー
ラ６５によって制御することが可能である。ディスプレ
イ２５を設けて、入力信号に対して施される測定及び／
または補償に関する図式情報を表示することも可能であ
る。コントローラ６５は、表示信号をディスプレイ２５
に供給するように構成することも可能である。

【００１３】コントローラ６５は、測定装置６０に、メ
モリ８０に記憶された測定命令（ソフトウェア）に従っ
て測定を実施させるように構成することが可能である。
さらに、コントローラ６５は、例えば、減殺及び補償装
置７０に、メモリ８０に記憶することが可能な低減及び
補償命令（ソフトウェア）に従って、低減及び補償処理
を実施させるように構成することが可能である。

【００１４】図２Ｂには、減殺及び補償装置７０の機能
及び動作が、測定装置６０からの入力信号Ｍ１に従って
コントローラ６５によって実施される、光スペクトル分
析器のもう１つの実施態様が例示されている。コントロ
ーラ６５、並びに、測定装置６０及び減殺及び補償装置
７０の動作及び機能は、例えば、メモリ８０に記憶され
たソフトウェア命令に従って、コントローラまたはプロ
セッサによって実施可能である。

【００１５】図２Ｃには、光受信器３０に光ｂトーンＢ
Ｔを注入するための光ミクサ（光混合器）２６が例示さ
れている。Ｂトーン発生器５５は、光結合器（光カプ
ラ）２７に対してｂトーンＢＴを出力する。光結合器２
７は、ｂトーンＢＴと信号入力Ｚｉｎを組み合わせる。
信号入力Ｚｉｎは、例えば、局部発振器２０から出力さ
れる局部発振器信号ＬＯとすることが可能である。ある
いはまた、入力信号Ｚｉｎは、分析のため光信号経路１
０（図２Ｂ）を介してシステム１００に入力される信号
（分析を受ける信号）とすることも可能である。光結合
器２７は、所望される可能性のあるいかなる分割比も得
られるように構成することが可能である。例えば、光結
合器２７を、例えば、出力２９において、信号Ｚｉｎに
ついては、９０％が送り出されるが、ｂトーンＢＴにつ
いては、１０％だけしか生じない、９０／１０分割比を
提供するように構成することができる。

【００１６】図３Ａには、光受信器３０が詳しく示され
ている。光受信器３０は、２つのチャネル３７及び３８
を備えており、そのそれぞれに、光学セクション３１と
電気セクション３２が含まれている。光学セクション３
１には、２つの光入力Ａ及びＢ、並びに、２つの光出力
Ｃ及びＤを備えた光結合器４０が含まれている。光結合
器４０は、入力Ｂを介して局部発振器信号ＬＯを受信
し、入力Ａを介して信号経路１０から入力光信号Ｓ１を
受信する平衡光結合器であるのが好ましい。

【００１７】平衡光結合器の結合または組み合わせ効率
は、各入力についてほぼ５０％である。光結合器４０
は、入力Ａ及びＢを介して受信した光信号を混合し、ま
たは、組み合わせて、光出力Ｃ及びＤを介して混合光信
号を出力する。具体的には、光受信器３０の入力ＡとＢ
にそれぞれ供給される信号Ｓ１とＬＯの各々の一部が、
光出力ＣとＤの各々に分配される。分配される信号の部
分は、光結合器４０の分割比によって決まることにな
る。光結合器４０は、５０／５０分割比光結合器が望ま
しいが、例えば、１０／９０分割比（但し、これに限定
するわけではない）といった、他の分割比の光結合器を
使用することもできる。

【００１８】電気セクション３２には、光リード３３を
介して光結合器４０の光出力Ｃに結合された検出器３
５、及び、光リード３４を介して光出力Ｄに結合された
検出器３６が含まれている。検出器３５は、出力Ｃにお
ける光信号に応答して、電気信号Ｓ２（検出信号Ｓ２）
を発生し、検出器３６は、出力Ｄにおける光信号に応答
して、電気信号Ｓ３（検出信号Ｓ３）を発生する。すな
わち、検出器３５と３６は、それぞれ、出力ＣとＤにお
ける光信号の強度に応答する。検出器３５及び３６は、
フォトダイオードが望ましいが、任意の光検出装置を使
用することができる。

【００１９】図３Ａに関連して留意すべきは、光結合器
４０によって出力される混合光信号に応答して、検出器
３５及び３６が発生する電気信号Ｓ２及びＳ３は、位相
が逆であるが、これらの電気信号の強度特性（項）は、
符号または位相が同じであるということである。これ
は、以下のように式１及び式２により表される。

【００２０】

【数１】

【００２１】

【数２】

【００２２】ここで、βは、光受信器３０のチャネル３
７と３８の間に生じる可能性のあるアンバランスを表し
ている。Ｐは、光パワーを表し（下付小文字のsignal n
oiseは信号ノイズを表し、sigは信号を表している）、
△ｆは、局部発振器信号ＬＯと入力信号の周波数の差を
表している。△ｆは、さらに、検出器３５及び３６によ
って出力される信号Ｓ２及びＳ３（図３Ａ）の電気的周
波数に等しい。ｔは、時間を表している。レーザ位相ノ
イズの影響は、△ψ（ｔ）によってモデル化される。

【００２３】式１及び式２は、検出器３５及び３６（図
３Ａ）からの光電流ｉ₁及びｉ₂を表している。これらの
光電流には、光受信器３０のチャネル３７及び３８を通
る光強度にからのパワー寄与、並びに、入力信号（信号
光）と局部発振器信号（局部発振器光）の混合または干
渉からの寄与が含まれている。式１及び式２において、
局部発振器を介して光受信器に導入されるノイズは、無
視できるほど小さいものと仮定している。

【００２４】ｉ₂からｉ₁を減算することによって、式３
で示されるように、βの大きさで表されるアンバランス
によって付与される正確度に対する強度ノイズを相殺す
ることが可能になる。

【００２５】

【数３】

【００２６】図３Ｂに関連して説明するように、光受信
器３０並びに各チャネル３７及び３８の特性を特性伝達
関数によって明らかにすることができる。ノイズ減殺を
最適化するため、まず、それぞれの伝達関数によって測
定出力Ｙ₁及びＹ₂を修正し、次に、下記のように減算す
ることができる。

【００２７】

【数４】

【００２８】これは、下記のようにより単純な表記法で
表現することができる。

【００２９】

【数５】

【００３０】最適な関数Ｒ（ｖ，Ｐ，ｆ）を求めるプロ
セスに、多次元問題の解を求めることが必要になる。最
適な関数は、補償としてシステムに適用されると、検出
されるｂトーンが０またはほぼ０になる伝達関数とする
ことができる。

【００３１】受信器３０並びに各チャネル３７及び３８
についての伝達関数を、光学的周波数（または、光学的
振動数）及び電気的周波数に基づいて分離することがで
きるので、各チャネル３７及び３８に関する電気的応答
は、一定の光学的周波数（波長）で測定可能であり、一
方、光学的周波数応答は、ＤＣ（０Ｈｚ）を含む一定の
電気的周波数で測定可能である。

【００３２】本発明の望ましい実施態様の場合、伝達関
数比は、受信器３０の２つのチャネル３７及び３８と、
１つの入力ポートＸ₁について求められる。伝達関数比
Ｒは、Ｙ₁／Ｙ₂として表すことが可能であり、ここで、
Ｙ₁及びＹ₂は、周波数領域の複素関数によって表され、
振幅及び位相情報、すなわち、Ｙ＝ａ×ｅｘｐ（ｊΦ
（ｆ））を含んでいる。伝達関数比Ｒは、次のように表
すことができる。

【００３３】

【数６】

【００３４】振幅比Ａ（ｖ，ｆ）は、ｂトーン信号の光
学的周波数及び電気的周波数によって決まる。位相項Φ
（ｆ）は、ｂトーン信号の電気的周波数のみに依存す
る。しかし、位相項は、受信器３０の光学セクション３
１、具体的には、チャネル３７と３８の成分が等しくな
い場合、光学セクション３１の特性によって影響を受け
る場合がある。チャネル３７及び３８の光学特性のアン
バランスによって、相対遅延が導入され、位相項Φ
（ｆ）の線形変化成分が生じることになる。従って、チ
ャネル３７と３８の光路を等化して、関数Φ（ｆ）が主
として受信器３０の電気セクション３２によって決まる
ようにするのが望ましい。

【００３５】伝達関数比Ｒ（ｖ，ｆ）は、例えば、単位
ステップ応答の時間領域測定といった、他の既知方法を
用いて推定することも可能である。入力に加えられる信
号の光強度の方形波変調について単位ステップ応答を測
定することができる。周波数領域表現は、インパルス応
答を計算し、次に、フーリエ変換を行うことによって得
ることが可能である。

【００３６】信号Ｓ２とＳ３間の測定されたアンバラン
スの補償は、伝達関数補正と呼ばれるが、周波数領域ま
たは時間領域で実施可能である。周波数領域の場合、出
力ポートＹ₁及びＹ₂でサンプリングされるデータが、下
記のように、周波数領域に変換されて、補正され、さら
に、変換されて時間領域に戻される。

【００３７】

【数７】

【００３８】ここで、ＦＴはフーリエ変換であり、ＦＴ
^Iは逆フーリエ変換であり、ｙ₁はＹ１における信号応答
の時間領域表現であり、ｙ₂はＹ２における信号応答の
時間領域表現であり、ｔは応答時間を表している。

【００３９】時間領域の場合、伝達関数比Ｒ（ｖ，ｆ）
は、時間領域に変換され（インパルス応答ｒ（ｔ））、
次に、式８に従って、時間領域サンプリングデータとの
たたみこみ演算が行われる。

【００４０】

【数８】

【００４１】本発明の方法において、さらに図２Ａを参
照すると、光トーンすなわちｂトーンＢＴが、入力Ａま
たはＢを介してヘテロダイン光受信器３０に注入され
る。ｂトーンＢＴは、Ｂトーン発生器５５によって発生
し、検出された出力信号Ｓ２及びＳ３において、測定装
置６０によって容易に識別可能な特定の標識すなわち周
波数を有している。換言すれば、ｂトーンＢＴは、入力
情報信号と容易には混同されない周波数または特徴を有
している。例えば、ｂトーンＢＴは、掃引副搬送波ｂト
ーンを有する掃引周波数搬送波とすることが可能であ
る。もう１つの例として、掃引周波数搬送波は、例え
ば、１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲内（但し、これ
に限定するわけではない）とすることが可能である。掃
引副搬送波ｂトーンは、例えば、０Ｈｚ〜１００ＭＨｚ
の範囲内で掃引することが可能である。図２Ａに示す実
施態様の場合、ｂトーン信号ＢＴは、信号経路１０に注
入され、入力Ａを介して光受信器３０に入力される。

【００４２】注入ｂトーンＢＴは、平衡受信器３０の入
力Ａに入射する。チャネル３７と３８の間のアンバラン
スβは、出力信号Ｓ２とＳ３の減殺後、ｂトーンの大き
さとして検出または表示されることになる。換言すれ
ば、検出されるｂトーンの振幅は、チャネル３７と３８
の間のアンバランスに比例する。

【００４３】光受信器３０に注入されるｂトーンＢＴ
は、ハードウェアの調整または出力信号Ｓ２及びＳ３の
デジタル処理による数値データの変更、あるいは、両方
の手段を組み合わせることによって、受信器３０のチャ
ネル３７と３８のバランスを調整または補償するのに使
用することが可能なフィードバック信号として機能する
ことができる。こうして、アンバランスβの影響をほぼ
ゼロまで低減させることが可能になる。結果として、ノ
イズを大幅に低減させ、ＣＯＳＡの感度及びダイナミッ
ク・レンジを改善することが可能になる。留意すべき
は、βはベースバンド周波数の関数とすることが可能で
あるという点である。従って、検出帯域幅が広いといっ
たような、いくつかの場合には、周波数に鋭敏な（freq
uency agile）、または、広帯域のｂトーンＢＴを使用
するのが望ましいこともある。さらに、ｂトーン周波数
は、分析を受ける信号の周波数に一致しない周波数に設
定するのが望ましい場合もある。代替実施態様の場合、
Ｂトーン発生器５５を、図４Ａに示すように、局部発振
器２０を介して光受信器３０にｂトーン信号ＢＴを出力
するように構成することも可能である。また、Ｂトーン
発生器を、図４Ｂに示すように、光受信器３０の入力Ｂ
に対して、局部発振器信号ＬＯと共に、ｂトーン信号Ｔ
を直接出力するように構成することも可能である。

【００４４】局部発振器を介して導入されるノイズは、
入力経路１０に対する入力信号によって導入されるノイ
ズの低減に関して説明したように、式１〜式８により示
したのと同様の技法を用いて低減することが可能であ
る。

【００４５】さらに、図４Ａ及び図４Ｂを参照すると分
かるように、光受信器３０からの出力Ｓ２及びＳ３は、
測定装置６０によって受信される。測定装置６０は、信
号Ｓ２及びＳ３の測定を実施して、それぞれの特性を判
定し、測定信号Ｍ１をコントローラ６５に出力する。次
に、コントローラ６５は、信号Ｓ２とＳ３の間の測定さ
れたアンバランスすなわち差を補償するために、システ
ムにおける調整を実施するために使用することが可能な
補償信号Ｃを発生する。

【００４６】図５は、本発明の方法を例示したフローチ
ャートである。この方法では、本発明のヘテロダイン・
スペクトル分析器の平衡光受信器の入力にバランシング
・トーンが加えられる（５０１）。次に、光受信器のチ
ャネルから出力された電気信号からバランシング・トー
ンが抽出される（５０２）。光受信器のチャネルから出
力された電気信号から抽出されたバランシング・トーン
を測定して、光受信器のチャネルのそれぞれの特性が判
定される（５０３）。次に、光受信器のチャネル間にお
けるアンバランスの影響を相殺するために、いかなる補
償を施すべきかが決定される（５０４）。出力電気信号
からのノイズは、補償を施すことによって低減される
（５０５）。

【００４７】図５のフローチャートには、本発明の方法
が例示されている。さらに、図５のフローチャートは、
本発明の方法を実施するためのソフトウェアの可能な実
施例のアーキテクチャ、機能性、及び、動作を例示した
ものとみなすことができる。このソフトウェアは、例え
ば、図２Ａの光スペクトル分析器のメモリ８０に記憶す
ることが可能である。これに関して、図５の各ブロック
は、指定された論理機能を実施するための１つ以上の実
行可能な命令を含む、コードのモジュール、セグメン
ト、または、一部を表している。留意すべきは、いくつ
かの代替実施例では、ブロックに表示している機能が、
図５に示す順序通りには実施されない場合もあるという
点である。例えば、さらに明確に後述するように、図５
に連続して示されている２つのブロックが、実際には、
ほぼ同時に実行されることもあれば、必要とされる機能
性に従って、逆の順序で実行される場合もあり得る。

【００４８】図６に示すもう１つの実施態様の場合、ス
ペクトル分析器１００は、２つの動作モードで動作する
ように構成することが可能である。すなわち、光スペク
トル分析器は、「通常」モードの動作と、「較正」モー
ドの動作を提供するように構成することができる。

【００４９】この実施態様の場合、光受信器３０から信
号Ｓ２及びＳ３を受信するために、スイッチ６４を設け
ることができる。スイッチ６４は、コントローラ６５に
よって制御することが可能である。スイッチ６４は、測
定装置６０または減殺及び補償装置７０に信号Ｓ２及び
Ｓ３を供給する。減殺及び補償装置７０は、コントロー
ラ６５からの制御信号Ｃ１に応答する。

【００５０】通常動作モードにおいて、信号（典型的に
は情報信号である）は、信号経路１０を介して入力さ
れ、引き続き、測定装置６０によって測定される。較正
モード中、既知のｂトーンＢＴが、光信号経路１０また
は局部発振器信号ＬＯを介してヘテロダイン光スペクト
ル分析器１００に供給される。もう一度図３Ａを参照す
ると、この信号は、光結合器４０に入射し、光結合器
は、出力Ｃ及びＤを介して対応する光信号を出力する。
対応する光信号は、検出器３５及び３６によって検出さ
れ、それらの検出器は、それに応答して、電気出力信号
Ｓ２及びＳ３を発生する。受信器チャネル３７と受信器
チャネル３８の両方の光学セクション３１と電気セクシ
ョン３２の間には、一般に、差違または非対称性（アン
バランス）が存在するので、２つの信号Ｓ２とＳ３の間
には、一般に、受信器チャネル３７と受信器チャネル３
８の間の非対称性のみに起因する差違またはアンバラン
スが存在することになる。信号Ｓ２及びＳ３を測定し
て、２つの信号Ｓ２とＳ３の間に存在する差違または非
対称性を含むそれらの特性が求められる。次に、この測
定情報を用いて、測定情報によって示される非対称性を
相殺、すなわちなくすために、通常動作モード時に用い
られる信号経路の出力が補償される。

【００５１】較正動作モードにおいて、測定装置６０
は、スイッチ６４を介して光受信器３０の出力Ｅ及びＦ
に接続される。測定装置６０は、出力Ｅ及びＦにおける
信号Ｓ２及びＳ３を測定し、またはそれらの特性を解明
し、測定した信号Ｓ２とＳ３の関係を表す測定信号Ｍ１
を発生する。すなわち、測定装置６０は、光受信器３０
の各チャネル３７及び３８の特性伝達関数、及び、その
伝達関数比を求める。

【００５２】通常動作モードにおいて、補償装置７０
は、スイッチ６４を介して光受信器３０の出力Ｅ及びＦ
に接続される。減殺及び補償装置７０は、信号経路に補
償を施して、光受信器３０のチャネル３７及び３８にお
ける非対称性によって生じる信号Ｓ２とＳ３との差違を
相殺もしくは０にする。

【００５３】通常動作モードにおいて、光信号経路１０
は、一般に、スペクトル分析器によって分析されること
になる情報信号を伝送することが可能である。しかし、
較正モード時は、信号経路１０を用いて、較正信号また
はバランシング・トーン（ｂトーン）を受信器３０の入
力Ａに入力することも可能である。バランシング・トー
ン発生器５５は、所定の較正信号またはバランシング・
トーン（ｂトーン）を発生する。ｂトーンは、例えば、
０Ｈｚ〜１００ＭＨｚの周波数の副搬送波変調を施され
た光信号（但し、これに限定するわけではない）とする
ことができる。

【００５４】ｂトーン信号は、信号経路１０を介して、
または、局部発振器信号ＬＯへの注入を介して、光受信
器３０に入力することが可能である。ｂトーンを光受信
器３０のどちらの入力に加えるかの選択は、スイッチ１
１を介して制御することが可能である。スイッチ１１
は、コントローラ６５によって制御することが可能であ
る。

【００５５】図６に示す実施態様の場合、光受信器３０
の出力Ｅからの電気信号Ｓ２及び出力Ｆからの電気信号
Ｓ３は、測定装置６０に供給される。測定装置６０は、
信号Ｓ２及びＳ３を測定して、信号Ｓ２及びＳ３を出力
するチャネル３７及び３８の伝達関数特性及び伝達関数
比を求める。測定装置６０によって各信号Ｓ２及びＳ３
が測定されると、信号Ｓ２とＳ３の差を表す信号Ｍ１を
コントローラ６５に供給することが可能になる。次に、
コントローラ６５は、減殺及び補償装置７０に供給する
ことが可能な制御信号Ｃ１を発生する。減殺及び補償装
置７０は、次に、信号Ｓ２及びＳ３の減殺中に補償調整
を施し、信号Ｓ２とＳ３の差を補償し、もしくは０にす
る。減殺及び補償装置７０は、強度ノイズのより少ない
入力信号を表す信号Ｘを出力する。コントローラ６５
は、メモリ８０に記憶された命令（ソフトウェア）に従
って動作を実施するように構成することが可能である。

【００５６】図７には、光受信器３０のもう１つの実施
態様が例示されている。この実施態様では、コントロー
ラ６５からの信号に従って、検出器３５と３６に対する
入力間で光出力ＣとＤを切り換えるためのクロス・スイ
ッチ４５が設けられている。図３Ａ及び図７を参照する
と、クロス・スイッチ４５を、まず、検出器３５と３６
に、それぞれ、光出力ＣとＤを供給するようにセットす
ることが可能である。クロス・スイッチ４５をこのよう
にセットすると、測定装置６０は、次に、出力ＥとＦに
供給される信号Ｓ２とＳ３を測定して、信号Ｓ２とＳ３
を出力する信号経路（チャネル３７及び３８）の伝達関
数特性及び伝達関数比を求めることが可能になる。次
に、クロス・スイッチ４５を切り換えて、例えば、光出
力ＣとＤをそれぞれ、検出器３６と３５に供給する第２
の設定状態にすることが可能である。次に、測定装置６
０は、出力ＥとＦに供給される信号Ｓ２とＳ３を再び測
定して、信号Ｓ２とＳ３を出力する信号経路の伝達関数
特性及び伝達関数比を求めることが可能である。これら
２つの測定結果を表す信号を、コントローラ６５に供給
することが可能であり、コントローラは、さらに、減殺
及び補償装置７０に供給することが可能な制御信号Ｃ１
を発生することが可能である。

【００５７】ノイズ減殺プロセスに対する偏光状態の影
響を最小限に抑えるため、光結合器４０は、偏光非依存
性結合器であるのが望ましい。さらに、チャネル３７及
び３８のそれぞれにおける偏光依存損失を最小限に抑え
る整合成分を利用することも可能である。例えば、偏光
依存損失（ＰＤＬ）が３％未満の成分を利用すると、偏
光依存損失の影響を最小限に抑えることが可能になる。

【００５８】図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄ、及び、
図８Ｅには、コヒーレント光スペクトル分析器１００の
さらに他の実施態様が例示されている。図８Ａの場合、
光信号経路１０において、光受信器３０の入力Ａの前
に、光減衰器８５が追加されている。減衰器８５を用い
て、光受信器３０への入力に先立って、信号の光パワー
並びに関連ノイズを低減することが可能である。例え
ば、減衰器８５は、例えば、０ｄＢ〜３０ｄＢの間で減
衰させる可変減衰器とすることができる。減衰器８５
は、コントローラ６５からの減衰補償信号ＡＣに従って
可変調整を行えるように構成することが可能である。コ
ントローラ６５を、測定信号Ｍ１または他の何らかの定
義済み基準に基づいて、局部発振器２０に局部発振器制
御信号ＬＣを加えるように構成することも可能である。
この局部発振器制御信号ＬＣを用いて、局部発振器２０
の周波数を制御することが可能である。コントローラ６
５を、測定信号Ｍ１に基づいて減衰補償信号ＡＣを発生
するように構成することが可能である。また、測定信号
Ｍ１とは関係なく、他の何らかの定義済み基準または入
力信号に基づいて、減衰補償信号ＡＣを発生するように
コントローラ６５を構成することも可能である。

【００５９】代替的には、測定信号Ｍ１と、例えば、ル
ック・アップ・テーブル（ＬＵＴ）８６に記憶された所
定の基準との相関に基づいて、減衰補償信号ＡＣを発生
するように、コントローラ６５を構成することが可能で
ある。ＬＵＴ８６を補正ルック・アップ・テーブルと呼
ぶ。ＬＵＴ８６を、コントローラ６５による参照に備え
て、メモリ８０に記憶することが可能である。

【００６０】同様に、図８Ｂの場合、信号経路１０に光
学フィルタ装置８７を設けることが可能である。光学フ
ィルタ装置８７は、例えば、所定の動作帯域幅を有する
光学フィルタの働きをする。光学フィルタ装置８７は、
コントローラ６５からの光学フィルタ補償信号ＰＣに従
って調整可能なものとすることができる。補償信号は、
中心動作波長設定を考慮するのが望ましい。補償信号に
よる補償には、光学フィルタ・スペクトル帯域幅及び／
または伝送効率を含めることもできる。測定信号Ｍ１ま
たは他の何らかの所定の基準に基づいて、局部発振器制
御信号ＬＣを局部発振器２０に加えるように、コントロ
ーラ６５を構成することも可能である。この局部発振器
制御信号ＬＣを用いて、局部発振器２０の周波数を可変
制御することが可能である。測定信号Ｍ１に基づいて、
減衰補償信号ＰＣを発生するように、コントローラ６５
を構成することが可能である。測定信号Ｍ１に関係な
く、他の何らかの定義済み基準または入力信号に基づい
て、光学フィルタ補償信号ＰＣを発生するように、コン
トローラ６５を構成することも可能である。

【００６１】代替的には、測定信号Ｍ１の相関と、例え
ば、ルック・アップ・テーブル（ＬＵＴ）８６に記憶さ
れた所定の基準との相関に基づいて、光学フィルタ補償
信号ＰＣを発生するように、コントローラ６５を構成す
ることが可能である。ＬＵＴ８６を、コントローラ６５
による参照に備えて、メモリ８０に記憶することが可能
である。

【００６２】図８Ｃには、減衰器８５と光学フィルタ装
置８７の両方が光信号経路１０に設けられた実施態様が
例示されている。光学フィルタ装置８７は、コントロー
ラ６５からの光学フィルタ補償信号ＰＣに従って調整で
きるようにすることが可能であり、一方、コントローラ
６５からの減衰補償信号ＡＣに従って調整できるよう
に、減衰器８５を構成することが可能である。測定信号
Ｍ１、または、他の何らかの定義済み基準に基づいて、
局部発振器２０に局部発振器制御信号ＬＣを供給するよ
うに、コントローラ６５を構成することも可能である。
この局部発振器制御信号ＬＣを用いて、局部発振器２０
の光学的周波数または光学的パワーを可変制御すること
が可能である。測定信号Ｍ１に基づいて、減衰補償信号
ＡＣ及び光学フィルタ補償信号ＰＣを発生するように、
コントローラ６５を構成することが可能である。

【００６３】図８Ｄに例示した代替実施態様の場合、減
衰器８５及び光学フィルタ装置８７を、光学セクション
３１と電気セクション３２の間に構成することが可能で
ある。すなわち、この実施態様では、減衰器８５及び／
または光学フィルタ８７を、光学セクション３１と電気
セクション３２の間に一列に配置することが可能であ
る。本発明の利益を得るために、減衰器８５と光学フィ
ルタ８７の両方を光受信器３０内に同時に設ける必要は
ない。減衰器８５を、例えば、コントローラ６５（図８
Ａ）のような外部ソースによって供給される減衰補償信
号ＡＣを介して可変制御することが可能である。光学フ
ィルタ装置８７を、外部ソースによって供給される光学
フィルタ補償信号ＰＣを介して可変制御することが可能
である。

【００６４】図８Ｅには、他の実施態様が示されてい
る。この実施態様の場合、減衰器８５は、光学セクショ
ン３１への入力Ａに設けられており、例えば、コントロ
ーラ６５（図８Ａ）のような外部ソースによって供給さ
れる減衰補償信号ＡＣによって制御されるように、減衰
器８５を構成することが可能である。光学フィルタ８７
は、光学セクション３１と電気セクション３２の間に一
列になるように設けられている。

【００６５】さらに他の実施態様の場合、ｂトーンを、
信号経路と局部発振器信号の両方に注入可能である。ｂ
トーンは、周波数差といった、識別可能な特性を有する
互いに異なるバランシング・トーンＢＴ１及びＢＴ２で
あるのが望ましい。例えば、バランシング・トーンＢＴ
１は、信号経路１０に注入することが可能であり、一
方、バランシング・トーンＢＴ２は、局部発振器信号を
介して注入することが可能である。

【００６６】上述した本発明の実施態様の場合、光リー
ド、すなわち、相互接続は、自由空間光学素子、光ファ
イバ、平面導波路光学素子、または、他の任意の光学的
搬送または処理手段で実現することが可能である。

【００６７】強調しておくべきは、本発明の上述の実施
態様、とりわけ、任意の「望ましい」実施態様は、本発
明の原理を明確に理解することができるようにするため
に説明しただけの、単なる可能な実施例にすぎないとい
う点である。本発明の思想及び原理から実質的に逸脱す
ることなく、本発明の上述の実施態様に多くの変更及び
修正を施すことが可能である。こうした修正及び変更
は、全て、本開示及び本発明の範囲内に含まれるべきも
のであり、特許請求の範囲として保護されるべきもので
ある。

【００６８】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．コヒーレント光スペクトル分析器であって、ｂトー
ンが注入された第１の光入力信号を受信するための第１
の入力（Ａ）と、第２の光入力信号を受信するための第
２の入力（Ｂ）と、前記第１の光入力信号及び前記第２
の光入力信号を受信し、それに従って第１及び第２の電
気出力信号を発生するためのコヒーレント光受信器（３
０）と、前記第１の電気出力信号と前記第２の電気出力
信号から前記ｂトーンを抽出し、それに従って測定信号
を発生するための測定装置（６０）と、前記第１の電気
出力信号と前記第２の電気出力信号を減殺して、強度ノ
イズを相殺するための減殺装置（７０）と、前記測定信
号に従って前記減殺装置を制御するためのコントローラ
（６５）を備える、コヒーレント光スペクトル分析器。 ２．前記ｂトーンを前記第１の光入力信号に注入するた
めの光ミクサ（２６）をさらに備える、上項１に記載の
コヒーレント光スペクトル分析器。 ３．前記ｂトーンを発生するためのバランシング・トー
ン発生器（５５）をさらに備える、上項２に記載のコヒ
ーレント光スペクトル分析器。 ４．前記第１の入力信号の光パワーを減衰させるための
光減衰器（８５）をさらに備える、上項１に記載のコヒ
ーレント光スペクトル分析器。 ５．光信号を分析する方法であって、第１の光入力信号
を受信するステップと、ｂトーンを前記第１の光入力信
号に注入して、ｂトーン注入信号を生成するステップ
（５０１）と、前記ｂトーン注入信号と第２の光入力信
号を組み合わせて、第１及び第２の光出力信号を生成す
るステップと、前記第１及び第２の光出力信号を第１及
び第２の電気信号に変換するステップと、前記第１及び
第２の電気信号から前記ｂトーン信号を抽出するステッ
プ（５０２）と、前記第１及び第２の電気信号から抽出
された前記ｂトーン信号を測定して、アンバランスを求
め（５０３）、補償信号を発生するステップを含む、方
法。 ６．前記第１及び前記第２の電気信号から抽出された前
記ｂトーン信号に基づいて、前記第１の電気信号と前記
第２の電気信号とのアンバランスを等化するのに必要な
補償を決定するステップ（５０４）と、前記補償信号に
従って、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号との
アンバランスを等化するための補償を施すステップ（５
０５）をさらに含む、上項５に記載の方法。 ７．組み合わせる前記ステップが、前記ｂトーン注入信
号と第２の光入力信号を組み合わせて、ほぼ等しい振幅
を有する第１及び第２の光出力信号を生成するステップ
を含む、上項５に記載の方法。 ８．補償を決定する前記ステップが、ルック・アップ・
テーブル（ＬＵＴ）（８６）を参照して、適切な補償を
決定するステップを含む、上項６に記載の方法。 ９．ｂトーンを注入する前記ステップ（５０１）が、光
入力信号にｂトーンを注入するステップを含む、上項５
に記載の方法。 １０．ｂトーンを注入する前記ステップ（５０１）が、
局部発振器信号にｂトーンを注入するステップを含む、
上項５に記載の方法。

【００６９】本発明の概要は次のようである。本発明の
コヒーレント光スペクトルアナライザでは、特定の標識
を有する光バランシングトーンが、平衡光受信器の信号
経路に注入される。平衡光受信器からの信号出力のバラ
ンシングトーン成分を解析して、光受信器の特性を判定
するために測定ユニットが設けられる。測定ユニットを
用いて求められたアンバランスを補償して除去するため
に、補償ユニットが設けられる。平衡光受信器は、偏光
状態に依存しない光受信器が好ましい。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、コヒーレント光スペク
トル分析器において発生するノイズを低減することがで
きるので、信頼性の高い分析結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】先行技術による光受信器を示す図である。

【図２Ａ】ヘテロダイン光スペクトル分析器の１実施態
様を示す図である。

【図２Ｂ】本発明によるヘテロダイン光スペクトル分析
器の他の実施態様を示す図である。

【図２Ｃ】光受信器にｂトーンを注入するための光ミク
サ２６を示す図である。

【図３Ａ】ヘテロダイン光受信器を示す図である。

【図３Ｂ】図３Ａの光受信器の説明を助けるための別の
図である。

【図４Ａ】本発明によるコヒーレント光スペクトル分析
器の他の実施態様を示す図である。

【図４Ｂ】本発明によるコヒーレント光スペクトル分析
器のさらに他の実施態様を示す図である。

【図５】本発明の方法の１実施態様を示すフローチャー
トである。

【図６】光受信器の較正及び測定システムを示す図であ
る。

【図７】光受信器３０の他の実施態様の示す図である。

【図８Ａ】光受信器の入力に光減衰器を設けた１実施態
様を示す図である。

【図８Ｂ】光受信器の入力に光学フィルタを設けた１実
施態様を示す図である。

【図８Ｃ】光受信器の入力に光減衰器及び光学フィルタ
を設けた１実施態様を示す図である。

【図８Ｄ】光減衰器及び光学フィルタ装置を設けた他の
実施態様を示す図である。

【図８Ｅ】光減衰器及び光学フィルタ装置を設けた更に
他の実施態様を示す図である。

【符号の説明】

Ａ 第１の入力 Ｂ 第２の入力 ２６ 光ミクサ ３０ コヒーレント光受信器 ５５ バランシング・トーン発生器 ６０ 測定装置 ６５ コントローラ ７０ 減殺及び補償装置 ８５ 光減衰器 ８６ ルック・アップ・テーブル

フロントページの続き (72)発明者 ダグラス・マイケル・バネイ アメリカ合衆国カリフォルニア州94024, ロスアルトス，クリントン・ロード・897 (72)発明者 ボグダン・スザフラニーク アメリカ合衆国カリフォルニア州94087, サニーベイル，キャッスルトン・テラス・ 1035，アパートメント・ディー Ｆターム(参考） 5K002 CA02 CA07 DA02 EA05

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コヒーレント光スペクトル分析器であっ
   て、 ｂトーンが注入された第１の光入力信号を受信するため
   の第１の入力（Ａ）と、 第２の光入力信号を受信するための第２の入力（Ｂ）
   と、 前記第１の光入力信号及び前記第２の光入力信号を受信
   し、それに従って第１及び第２の電気出力信号を発生す
   るためのコヒーレント光受信器（３０）と、 前記第１の電気出力信号と前記第２の電気出力信号から
   前記ｂトーンを抽出し、それに従って測定信号を発生す
   るための測定装置（６０）と、 前記第１の電気出力信号と前記第２の電気出力信号を減
   殺して、強度ノイズを相殺するための減殺装置（７０）
   と、 前記測定信号に従って前記減殺装置を制御するためのコ
   ントローラ（６５）を備える、コヒーレント光スペクト
   ル分析器。