JP2003322564A - 光パワーメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光パワーメータのパワーレンジ切り換え動作
を短時間で行うことにより、微弱な光から強い光までの
広いパワーレンジに亘って迅速且つ正確に光パワーを測
定することができる光パワーメータを提供する。 【解決手段】 被測定光ＩＬを分岐する光分岐器２と、
光分岐器２で分岐された一方の分岐光を増幅して被測定
光ＩＬのパワーを測定する主測定系１０と、光分岐器Ｉ
Ｌで分岐された他方の分岐光の光パワーをモニタする副
測定系２０と、副測定系２０でモニタされた光パワーに
基づいて、主測定系１０が備える電圧変換増幅部１３及
び増幅部１４の増幅率（レンジ）を設定するＣＰＵ部１
６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パワーレンジ切り
換え機能を有し、広いパワーレンジに亘って光のパワー
を測定する光パワーメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】光パワーメータは、従来から光分野の研
究において光のパワーを測定するために用いられてきた
が、近年の光ファイバを用いた光通信技術の発達に伴っ
て、光ファイバ内を伝播する光のパワーを測定するため
に用いられる機会が増大している。光パワーメータの特
性として、波長依存性がなく、しかも微弱な光から強い
光まで広いパワーレンジに亘って正確にパワーを測定す
ることが求められている。

【０００３】測定する光のパワー毎に感度の異なる受光
素子を用意するのは現実的ではないため、光パワーメー
タは測定する光の強度に応じてパワーレンジを切り換え
るパワーレンジ切り換え機能を備える。かかる機能を有
する光パワーメータで光のパワーを測定する場合には、
まず測定対象の光の波長を光パワーメータに入力する。
これは、測定する光の波長に応じて測定結果を校正する
ことで波長依存性を解消するためである。

【０００４】次に、パワーレンジ切り換え機能により、
受光素子で変換された電気信号の増幅率を最も低く設定
して光のパワーを測定する。これはパワーが未知の光に
対して最初から増幅率を高く設定すると受光素子から出
力された電気信号が飽和してしまい、正しいパワーが得
られないからである。増幅率を最も低く設定して測定し
た結果、得られる電気信号が小さすぎる場合には、電気
信号が最適な範囲になるまで段階的に高い増幅率に切り
換える（レンジを切り換える）処理を行う。この処理に
より、入力される光が微弱な光であっても、強い光であ
ってもレンジが最適なレンジに自動的に切り換わって正
確に光のパワーを測定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、従来の光パワーメータは、測定開始時において、
増幅率を最低の増幅率に設定し、受光素子で変換された
電気信号が飽和しないようした状態で一度測定を行い、
仮に得られた電子信号が最適な範囲でない場合には増幅
率を段階的に高い増幅率に切り換えているため、レンジ
の切り換え時間が長くなるという問題がある。特に、光
パワーの強い光を測定する場合にはレンジの切り換え回
数が多くなるため、パワーを測定する時間が長くなる傾
向が顕著に現れてしまう。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、光パワーメータのパワーレンジ切り換え動作を短
時間で行うことにより、微弱な光から強い光までの広い
パワーレンジに亘って迅速且つ正確に光パワーを測定す
ることができる光パワーメータを提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光パワーメータは、被測定光のパワーを測
定する光パワーメータにおいて、被測定光（ＩＬ）を分
岐する光分岐器（２）と、前記光分岐器で分岐された一
方の分岐光を増幅して前記被測定光のパワーを測定する
主測定系（１０）と、前記光分岐器で分岐された他方の
分岐光の光パワーをモニタする副測定系（２０）と、前
記副測定系でモニタされた光パワーに基づいて、前記主
測定系における増幅率を設定する増幅率設定部（１６）
とを備えることを特徴としている。この発明によれば、
副測定系でモニタされた光パワーに基づいて主測定系に
おける増幅率を設定しているため、光パワーメータのパ
ワーレンジ切り換え動作を短時間で行うことができる。
このため、微弱な光から強い光までの広いパワーレンジ
に亘って迅速且つ正確に光パワーを測定することができ
る。また、本発明のパワーメータは、前記副測定系が、
前記他方の分岐光を受光して電気信号に変換する受光部
（２２）と、前記受光部で変換された電気信号を、所定
の増幅率で増幅する固定増幅部（２３）と、前記固定増
幅部で増幅された電気信号を対数変換する対数変換部
（２４）と、前記対数変換部で変換された電気信号をデ
ィジタル信号に変換するデータ変換部（２６）とを含む
ことを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態による光パワーメータについて詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施形態による光パワーメータ
の構成を示すブロック図である。図１において、ＩＬは
本実施形態の光パワーメータに入射する被測定光を示し
ている。尚、被測定光ＩＬの波長は既知であり、その波
長の値は図示しない入力部から入力されてＣＰＵ部１６
に入力される。

【０００９】被測定光ＩＬの入射部には、集光レンズ１
及び光分岐器２が設けられる。光分岐器２は集光レンズ
１で集光された被測定光ＩＬを所定の分岐比（例えば、
１：１の分岐比）で分岐する。光分岐器２で分岐された
一方の分岐光は被測定光ＩＬのパワーを測定する主測定
系１０に導かれ、他方の分岐光は被測定光ＩＬのパワー
をモニタする副測定系２０に導かれるよう構成されてい
る。

【００１０】主測定系１０は、レンズ１１、受光部１
２、電圧変換増幅部１３、増幅部１４、データ変換部１
５、ＣＰＵ部１６、ＲＯＭ１７、及び表示部１８を含ん
で構成される。レンズ１１は光分岐器２で分岐された一
方の分岐光を受光部１２の受光面に集光するために設け
られる。受光部１２は、例えばフォトダイオード（Ｐ
Ｄ）を備え、入射する被測定光ＩＬの一方の分岐光を電
流に変換する。

【００１１】電圧変換増幅部１３は、受光部１２から出
力される電流を電圧に変換するとともに、増幅した電圧
を出力する。この電圧変換増幅部１３は、複数の増幅率
を設定可能に構成されており、その増幅率はＣＰＵ部１
６により設定される。この電圧変換増幅部１３は、例え
ば図１に示すように、反転入力端が受光部１２に接続さ
れたオペアンプと、オペアンプの反転入力端と出力端と
を接続する並列接続された複数の回路とからなる。オペ
アンプの反転入力端と出力端とを接続する並列接続され
た回路の各々は、抵抗とスイッチとを直列接続して構成
され、各々の回路が備える抵抗の値はそれぞれ異なる値
に設定される。かかる構成において、増幅率の設定は、
オペアンプに並列接続された回路に設けられるスイッチ
の何れか１つをオン状態に設定する。

【００１２】増幅部１４は、電圧変換増幅部１３から出
力される電圧を増幅する。この増幅部１４は電圧変換増
幅部１３と同様に、複数の増幅率を設定可能に構成され
ており、その増幅率はＣＰＵ部１６により設定される。
増幅部１４は、例えば図１に示すように、反転入力端が
電圧変換増幅部１３に接続されたオペアンプと、オペア
ンプの反転入力端と出力端とを接続する並列接続された
複数の回路とからなる。オペアンプの反転入力端と出力
端とを接続する並列接続された回路の各々は、抵抗とス
イッチとを直列接続して構成され、各々の回路が備える
抵抗の値はそれぞれ異なる値に設定される。かかる構成
において、増幅率の設定は、オペアンプに並列接続され
た回路に設けられるスイッチの何れか１つをオン状態に
設定する。

【００１３】データ変換部１５は増幅部１４から出力さ
れる電圧をディジタル信号に変換する。ＣＰＵ部１６
は、データ変換部１５から出力されるディジタル信号に
対して以下に説明する所定の処理を施して入射する被測
定光ＩＬのパワーを示す表示信号を生成し、表示部１８
に出力する。また、ＣＰＵ部１６は、副測定系２０のモ
ニタ結果に応じて、電圧変換増幅部１３及び増幅部１４
の増幅率を設定する。電圧変換増幅部１３及び増幅部１
４の増幅率の設定方法の詳細については後述する。

【００１４】ＲＯＭ（Read Only Memory）１７は、受光
部１２及び後述する受光部２２の個々の受光特性のばら
つきを補正するための補正テーブル、受光部１２及び受
光部２２、レンズ１，１１及びレンズ２１、並びに光分
岐器２の波長依存性を補正するための補正テーブル、光
分岐器２の分岐比に応じた被測定光ＩＬのパワー損失を
補正するための補正テーブル、その他の補正テーブルを
記憶する。ＣＰＵ部１６は、これらの各種補正テーブル
の内容を参照してデータ変換部１５から出力されるディ
ジタル信号を補正する処理を施す。表示部１８は、例え
ば液晶表示装置、プラズマ表示装置、ＬＥＤ（Light Em
ittng Diode）表示装置、その他の表示装置で構成さ
れ、ＣＰＵ１６から出力される表示信号に応じた表示を
行う。

【００１５】副測定系２０は、レンズ２１、受光部２
２、モニタ光増幅部２３、対数増幅部２４、利得可変増
幅部２５、及びデータ変換部２６を含んで構成される。
レンズ２１は光分岐器２で分岐された他方の分岐光を受
光部２２の受光面に集光するために設けられる。受光部
２２は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）を備え、入射
する被測定光ＩＬの一方の分岐光を電流に変換する。モ
ニタ光増幅部２３は、受光部２２から出力される電流を
電圧に変換するとともに、所定の増幅率で増幅した電圧
を出力する。尚、モニタ光増幅部２３は、被測定光ＩＬ
のパワーが測定範囲内における最大値のパワーであって
も、後段に設けられた構成（対数増幅部２４、利得可変
増幅部２５、データ変換部２６、及びＣＰＵ部１６）で
取り扱うことができる範囲内の値となるように、その増
幅率が設定される。

【００１６】対数増幅部２４は、モニタ光増幅部２３の
出力電圧を対数変換して出力する。利得可変増幅部２５
は、対数変換部２４の出力信号を所定の増幅率で増幅す
るために設けられる。利得可変増幅部２５の増幅率はＣ
ＰＵ部１６によって制御される。尚、ＣＰＵ部１６は、
受光部２２、レンズ１，２１、及び光分岐器２に波長依
存性がある場合には、ＲＯＭ１７から補正テーブルを読
み出して、利得可変増幅部２５の増幅率を制御して、こ
れらの波長依存性を補正する。データ変換部２６は利得
可変増幅部２５から出力される電圧をディジタル信号に
変換する。このディジタル信号は、ＣＰＵ部１６に入力
される。ＣＰＵ部１６はデータ変換部２６から出力され
るディジタル信号が値と、電圧変換増幅部１３及び増幅
部１４に設定すべき増幅率（レンジ）との対応関係を示
すテーブルが予め設定されてる。

【００１７】上記構成において、被測定光ＩＬのパワー
を測定する場合には、ユーザは不図示の入力部を操作し
て被測定光ＩＬの波長を光パワーメータに入力する。入
力された波長は、図１中のＣＰＵ部１６に記憶される。
以上の操作が終了すると、光パワーメータに被測定光Ｉ
Ｌを入射させて測定を開始する。

【００１８】パワーメータに入射した被測定光ＩＬは、
集光レンズ１で集光されてビームスプリッタ２に入射
し、所定の強度比で分岐される。一方の分岐光はレンズ
１１を介して主測定系１０に導かれ、他方の分岐光はレ
ンズ２１を介して副測定系２０に導かれる。副測定系２
０に導かれた分岐光は受光部２２でそのパワーに応じた
電流に変換される。受光部２２からの出力電流は、モニ
タ光増幅部２３で電圧に変換されるとともに、所定の増
幅率で増幅される。

【００１９】図２は、被測定光ＩＬの受光レベルと主測
定系及び副測定系の所定の部位における出力電圧との関
係の一例を示す図である。図２において、符号Ｖ１付し
た曲線はモニタ光増幅部２３の出力電圧を示し、符号Ｖ
２を付した直線は対数変換部２４の出力電圧を示し、符
号Ｖ１０を付した曲線は増幅部１４の出力電圧を示して
いる。

【００２０】図２中の曲線Ｖ１で示すように、モニタ光
増幅部２３の出力電圧は被測定光ＩＬの受光レベルに応
じて指数関数的に変化する。被測定光ＩＬの受光レベル
が低い場合、つまり入射する被測定光ＩＬのパワーが弱
い場合にはモニタ光増幅部２３の出力電圧が殆ど変化せ
ず、ＣＰＵ部１６がモニタ光増幅部２３の出力電圧に応
じて主測定系１０に設けられた電圧変換増幅部１３及び
増幅部１４の増幅率（レンジ）を最適に設定することは
難しい。

【００２１】本実施形態では、モニタ光増幅部２３の出
力電圧を対数増幅部２４で対数変換することにより、被
測定光ＩＬの受光レベルに応じて出力電圧がほぼ直線的
に変化するように変換している（図２中の直線Ｖ２参
照）。かかる変換を施すことにより、被測定光ＩＬの受
光レベルが低い場合であっても、受光レベルの変化にほ
ぼ比例して対数増幅部２４の出力電圧が直線的に変化
し、ＣＰＵ部１６が主測定系１０に設けられた電圧変換
増幅部１３及び増幅部１４の増幅率（レンジ）を最適に
設定することが可能となる。

【００２２】対数増幅部２４の出力電圧は利得可変増幅
部２５において、所定の増幅率で増幅される。尚、利得
可変増幅部２５においては、受光部２２、レンズ１，２
１、及び光分岐器２の波長依存性を補正するように、そ
の増幅率が設定されているため、被測定光ＩＬの波長に
応じて図２に示す直線Ｖ２の傾きが変化することは殆ど
無い。利得可変増幅部２５の出力電圧はデータ変換部２
６でディジタル信号に変換されてＣＰＵ部１６に入力さ
れる。

【００２３】ＣＰＵ部１６はデータ変換部２６から出力
された電圧値（副測定系でモニタされた光パワー）に応
じて、予め設定されているテーブル（データ変換部２６
から出力されるディジタル信号が値と、電圧変換増幅部
１３及び増幅部１４に設定すべき増幅率（レンジ）との
対応関係を示すテーブル）から設定すべき電圧変換増幅
部１３及び増幅部１４の増幅率を得て、電圧変換増幅部
１３及び増幅部１４の増幅率を設定する。

【００２４】ＣＰＵ部１６が電圧変換増幅部１３及び増
幅部１４の増幅率を設定すると、主制御系１０に導かれ
た分岐光が受光部１２でそのパワーに応じた電流に変換
される。受光部１２からの出力電流は、電圧変換増幅部
１３で電圧に変換されるとともに、ＣＰＵ部１６によっ
て設定された増幅率で増幅される。電圧変換増幅部１３
の出力電圧は、増幅部１４においてＣＰＵ部１６によっ
て設定された増幅率で増幅される。

【００２５】増幅部１４の出力電圧はデータ変換部１５
でディジタル信号に変換されてＣＰＵ部１６に出力され
る。このディジタル信号がＣＰＵ部１６に入力される
と、ＣＰＵ部１６において、ＲＯＭ１７に記憶されてい
る各種補正テーブル（受光部１２の受光特性のばらつき
を補正するための補正テーブル、受光部１２、レンズ
１，１１、及び光分岐器２の波長依存性を補正するため
の補正テーブル、光分岐器２の分岐比に応じた被測定光
ＩＬのパワー損失を補正するための補正テーブル）が読
み出され、入力されたディジタル信号の値を補正する処
理が施されて入射する被測定光ＩＬのパワーを示す表示
信号が生成される。この表示信号は表示部１８に出力さ
れ被測定光ＩＬのパワーが表示される。

【００２６】このように、本実施形態においては、副測
定系２０でモニタされた光パワーに基づいて電圧変換増
幅部１３及び増幅部１４の最適な増幅率（レンジ）を設
定しているため光パワーメータのパワーレンジ切り換え
動作を短時間で行うことができる。また、図２中の曲線
Ｖ１０は主測定系１０に設けられた増幅器１４の出力電
圧を示しており、この曲線をみると被測定光ＩＬのパワ
ーが弱いときであっても、パワーが強い場合であっても
広いパワーレンジに亘ってレンジが被測定光ＩＬの受光
レベルに応じて適切なレンジに切り替わっていることが
分かる。

【００２７】以上、本発明の一実施形態による光パワー
メータについて説明したが、本発明は上記実施形態に制
限されず、本発明の範囲内で自由に設計変更が可能であ
る。例えば、光分岐器２の分岐比は、必ずしも１：１に
限られるわけではなく任意の分岐比に設定することがで
きる。光パワーメータとして被測定光ＩＬの絶対値をよ
り正確に測定するためには、主測定１０に分岐される分
岐光の強度が、副測定系２０に分される分岐光の強度よ
りも高く設定されることが好ましい。しかしながら、パ
ワーが強い被測定光ＩＬを測定する用途に使用される場
合には、副測定系２０に分される分岐光の強度が主測定
１０に分岐される分岐光の強度よりも高く設定すること
が好ましい。このように分岐比を設定すれば、光分岐器
２が減衰器として作用し、強いパワーの被測定光ＩＬが
入射しても主測定系１０に設けられた受光部１２の飽和
をある程度防止することができる。

【００２８】また、上記実施形態においては、電圧変換
増幅部１３及び増幅部１４が備えるオペアンプに対して
３つの回路が並列接続され、各々の増幅率を３段に切り
換え可能に構成した場合を例に挙げて説明したが、電圧
変換増幅部１３及び増幅部１４で設定することができる
増幅率の段数は、任意の段数であって良い。また、上記
実施形態においては、１つの電圧変換増幅部１３に対し
て１つの増幅部１４を備える構成を例に挙げて説明した
が、増幅部１４と同様の増幅部を縦続接続した構成であ
っても良い。この場合において、縦続接続する増幅部の
数（段数）は任意の段数に設定することができる。

【００２９】更に、上記実施形態では、電圧変換増幅部
１３及び増幅部１４における増幅率の設定は、各々が備
えるオペアンプに並列接続された回路に設けられるスイ
ッチの何れか１つをオン状態に設定して設定していた
が、オン状態に設定する組み合わせを変えることにより
増幅率を可変するようにしても良い。また、光分岐器２
は、被測定光ＩＬを２分岐できるものであれば特に制限
がなく、例えば、プリズム、光カプラ、ハーフミラー、
ビームスプリッタ等を用いることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
副測定系でモニタされた光パワーに基づいて主測定系に
おける増幅率を設定しているため、光パワーメータのパ
ワーレンジ切り換え動作を短時間で行うことができると
いう効果がある。このため、微弱な光から強い光までの
広いパワーレンジに亘って迅速且つ正確に光パワーを測
定することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による光パワーメータの
構成を示すブロック図である。

【図２】 被測定光ＩＬの受光レベルと主測定系及び副
測定系の所定の部位における出力電圧との関係の一例を
示す図である。

【符号の説明】

２ 光分岐器 １０ 主測定系 １６ ＣＰＵ部（増幅率設定部） ２０ 副測定系 ２２ 受光部 ２３ モニタ光増幅部（固定増幅部） ２４ 対数増幅部（対数変換部） ２６ データ変換部（データ変換部） ＩＬ 被測定光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F075 BB04 BB05 EE08 EE15 EE17 EE18 FF02 2G065 AA04 BC03 BC10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定光のパワーを測定する光パワーメ
   ータにおいて、 被測定光を分岐する光分岐器と、 前記光分岐器で分岐された一方の分岐光を増幅して前記
   被測定光のパワーを測定する主測定系と、 前記光分岐器で分岐された他方の分岐光の光パワーをモ
   ニタする副測定系と、 前記副測定系でモニタされた光パワーに基づいて、前記
   主測定系における増幅率を設定する増幅率設定部とを備
   えることを特徴とする光パワーメータ。
2. 【請求項２】 前記副測定系は、前記他方の分岐光を受
   光して電気信号に変換する受光部と、 前記受光部で変換された電気信号を、所定の増幅率で増
   幅する固定増幅部と、 前記固定増幅部で増幅された電気信号を対数変換する対
   数変換部と、 前記対数変換部で変換された電気信号をディジタル信号
   に変換するデータ変換部とを含むことを特徴とする請求
   項１記載の光パワーメータ。