JP2008241443A - 波長分散測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる波長分散測定装置を提供すること。
【解決手段】波長分散測定装置１０は、被測定光を２光束に分波する光分波器１１と、光分波器１１の透過光を入射する波長可変光フィルタ１２と、光信号を所定量遅延させる光遅延器１３と、光分波器１１の反射光を入射して反射するミラー１４と、ミラー１４の反射光を入射する波長可変光フィルタ１５と、被測定光の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力部７０と、自己相関強度信号出力部７０の出力信号を処理する信号処理部１６と、制御信号を出力する制御部１７とを備え、信号処理部１６は、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延器１３の位置と光遅延器１３の基準位置とに基づいて被測定光の群遅延を取得する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光ファイバ内を伝播する光信号の波長分散（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）を測定する波長分散測定装置に関する。

近年、インターネットの急速な普及による通信需要の増大に伴い、光ファイバ伝送における伝送速度の更なる高速化が求められている。現在は伝送速度が１０ギガビット／秒の光伝送システムまでが実現されており、次の世代である４０ギガビット／秒の光伝送システムや、更に次の世代として伝送速度が１００ギガビット／秒を超える光伝送システムが検討されている。伝送速度が高速化されるに従って、光信号の隣り合うビットの時間間隔が狭くなるので、光信号が伝送時に何らかの影響を受けて信号品質が劣化すると光信号の識別ができなくなる。

光信号が伝送される際に受ける影響として波長分散が挙げられる。この波長分散は、波長によって光の進む速度が異なる現象であり、光パルスを構成する波長成分（光周波数成分）毎に伝播速度が異なることにより、伝播後に波形歪みやパルスの広がりが生じる。この波形歪みやパルスの広がりは、光信号の伝送速度を制限するため、伝送速度の高速化に伴い、波長分散を正確に評価する技術が非常に重要となってきた。

波長分散を測定する手法には、位相シフト法や光パルス法、干渉法等が知られている（特許文献１及び２参照）。しかしながら、特許文献１及び２に示されたものは、専用の光源を用いて波長分散を測定するものであり、実際の通信で用いられている伝送路（以下「実伝送路」という。）で伝送されている光信号の波長分散を測定できないという課題があった。

この課題を解決することを目的として、例えば図１５（ａ）及び（ｂ）に示された波長分散測定装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

まず、図１５（ａ）に示されたものは、光伝送信号から波長可変光フィルタ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）で上側波帯及び下側波帯の光信号成分を選択して取り出し、高速受光回路（Ｏ／Ｅ）で光電変換し、高速位相比較器（Ｐｈａｓｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）において光伝送信号から抽出したクロック信号の位相を基準として上側波帯の光信号成分の位相と下側波帯の光信号成分の位相との位相差を検出し、その位相差から波長分散を求めるようになっている。

次に、図１５（ｂ）に示されたものは、光伝送信号から波長可変光フィルタで上側波帯及び下側波帯の光信号成分を選択して取り出し、高速受光回路で光電変換した後、高速クロック再生回路（Ｃｌｏｃｋ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）でクロック再生し、高速位相比較器において光伝送信号から抽出したクロック信号と、上側波帯及び下側波帯の光信号成分のクロック再生信号との位相差を検出し、その位相差から波長分散を求めるようになっている。
特開２０００−１０５１６９号公報 特開２００２−１０７２７１号公報 Ｑｉａｎ Ｙｕ， ｅｔ ａｌ．「Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｕｓｉｎｇ ｓｉｄｅｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｌｏｃｋ ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」，ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ， ＶＯＬ．２０，ＮＯ．１２，ＤＥＣＥＭＢＥＲ ２００２

しかしながら、図１５に示した従来のものは、光伝送信号の高速化に伴い、高速受光回路、高速位相比較器及び高速クロック再生回路を備える構成なので、技術的に困難であったり、装置構成が複雑で、かつ製造コストが大幅に上昇するという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができ、しかも従来のものよりも製造コストを低減することができる波長分散測定装置を提供することを目的とする。

本発明の波長分散測定装置は、入射された被測定光信号を第１及び第２の光路に分波する光分波器（１１）と、前記第１及び前記第２の光路の一方において前記被測定光信号の搬送波成分及び前記搬送波成分の上側波帯成分を示すＵＳＢ搬送波成分を前記被測定光信号から抽出するＵＳＢ搬送波成分抽出手段（１２）と、前記第１及び前記第２の光路の他方において前記被測定光信号の搬送波成分及び前記搬送波成分の下側波帯成分を示すＬＳＢ搬送波成分を前記被測定光信号から抽出するＬＳＢ搬送波成分抽出手段（１５）と、前記ＵＳＢ搬送波成分及び前記ＬＳＢ搬送波成分のいずれかを遅延する光遅延手段（１３）と、前記光遅延手段（１３）が遅延した一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを入射して前記被測定光信号の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力手段（７０）と、前記自己相関強度信号の相対強度が最大となる前記光遅延手段（１３）の位置と予め定められた前記光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて前記被測定光信号の群遅延時間を取得する群遅延時間取得手段（１６）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の波長分散測定装置は、光遅延手段（１３）が遅延した一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを入射して被測定光信号の自己相関強度信号を求め、この自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段（１３）の位置と予め定められた光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて被測定光信号の群遅延時間を取得するので、従来のものとは異なり、専用の光源を用いることなく、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

また、この構成により、本発明の波長分散測定装置は、従来のものとは異なり、高速受光回路、高速位相比較器及び高速クロック再生回路を必要としないので、従来のものよりも製造コストを低減することができる。

また、本発明の波長分散測定装置は、前記被測定光信号は、波長分散がゼロのランダムパターンのパルス光を入力したときの、前記自己相関強度信号が最大となる前記光遅延器（１３）の位置を前記基準位置として定めた構成を有している。

この構成により、本発明の波長分散測定装置は、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段（１３）の位置と光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

さらに、本発明の波長分散測定装置は、入射された被測定光信号を第１及び第２の光路に分波する光分波器（１１）と、前記第１及び前記第２の光路の一方において前記被測定光信号の搬送波成分及び前記搬送波成分の上側波帯成分を示すＵＳＢ搬送波成分と前記被測定光信号の搬送波成分及び前記搬送波成分の下側波帯成分を示すＬＳＢ搬送波成分とのいずれかを前記被測定光信号から抽出する光信号成分抽出手段（２１）と、前記第１及び前記第２の光路のいずれかにおいて前記ＵＳＢ搬送波成分又は前記ＬＳＢ搬送波成分と前記被測定光信号とのいずれかを遅延する光遅延手段（１３）と、前記光遅延手段（１３）が遅延した前記ＵＳＢ搬送波成分及び前記被測定光信号の一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを入射したとき前記被測定光信号の第１の自己相関強度信号を出力し、前記光遅延手段（１３）が遅延した前記ＬＳＢ搬送波成分及び前記被測定光信号の一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを入射したとき前記被測定光信号の第２の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力手段（７０）と、前記第１の自己相関強度信号の相対強度が最大となる前記光遅延手段（１３）の位置と前記第２の自己相関強度信号の相対強度が最大となる前記光遅延手段（１３）の位置とに基づいて前記被測定光信号の群遅延時間を取得する群遅延時間取得手段（１６）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の波長分散測定装置は、第１の自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段（１３）の位置と、第２の自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段（１３）の位置とに基づいて被測定光信号の群遅延時間を取得するので、従来のものとは異なり、専用の光源を用いることなく、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

さらに、本発明の波長分散測定装置は、前記自己相関強度信号出力手段（７０）は、前記光遅延手段（１３）が遅延した一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを合波する光合波器（７３）と、前記光合波器（７３）の出射光を入射して前記一方の光信号の周波数と前記他方の光信号の周波数との和となる周波数の光を示す和周波光を出射する和周波光出射部（７４）と、前記和周波光を電気信号に変換する光電変換部（７６）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の波長分散測定装置は、和周波光から得られた電気信号が被測定光信号の自己相関強度信号と対応するので、自己相関強度信号の相対強度に基づいて、実伝送路で伝送されている超高速光信号の群遅延時間を測定することができる。

さらに、本発明の波長分散測定装置は、前記和周波光出射部（７４）が、非線形光学材料で形成された構成を有している。

この構成により、本発明の波長分散測定装置は、非線形光学材料から出射される和周波光の相対強度が被測定光信号の自己相関強度信号の相対強度と対応するので、自己相関強度信号の相対強度に基づいて、実伝送路で伝送されている超高速光信号の群遅延時間を測定することができる。

さらに、本発明の波長分散測定装置は、前記自己相関強度信号出力手段（４１）は、前記光遅延手段（１３）が遅延した一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを入射し前記被測定光信号の自己相関を示す光信号を出射する光ゲートデバイス（４２）と、前記光ゲートデバイス（４２）が出射する光信号を電気信号に変換する光電変換部（４４）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の波長分散測定装置は、光ゲートデバイス（４２）が出射する光信号の相対強度が被測定光信号の自己相関強度信号の相対強度と対応するので、自己相関強度信号の相対強度に基づいて、実伝送路で伝送されている超高速光信号の群遅延時間を測定することができる。

さらに、本発明の波長分散測定装置は、前記ＵＳＢ搬送波成分抽出手段（１２）の出射光の少なくとも一部を受光する受光部（５５）と、前記ＬＳＢ搬送波成分抽出手段（１５）の出射光の少なくとも一部を受光する受光部（５７）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の波長分散測定装置は、ＵＳＢ搬送波成分抽出手段（１２）及びＬＳＢ搬送波成分抽出手段（１５）の出射光をそれぞれ受光部（５５）及び受光部（５７）でモニタしながら、ＵＳＢ搬送波成分抽出手段（１２）及びＬＳＢ搬送波成分抽出手段（１５）を波長掃引することにより各光信号の光スペクトルが得られ、ＵＳＢ搬送波成分抽出手段（１２）及びＬＳＢ搬送波成分抽出手段（１５）に設定する設定波長を決定し、実伝送路で伝送されている光信号から必要な光信号を正確に取り出すことができる。

さらに、本発明の波長分散測定装置は、前記光信号成分抽出手段（２１）の出射光の少なくとも一部を受光する受光部（３２）を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の波長分散測定装置は、光信号成分抽出手段（２１）の出射光を受光部（３２）でモニタしながら、光信号成分抽出手段（２１）を波長掃引することにより光スペクトルが得られ、光信号成分抽出手段（２１）に設定する設定波長を決定し、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

さらに、本発明の波長分散測定装置は、前記被測定光信号が波長分割多重光信号であって、前記被測定光信号が波長分割多重伝送される伝送路と前記光分波器（１１）との間において前記被測定光信号から任意の波長の波長分割多重光信号を抽出する波長分割多重光信号抽出手段（５１）と、前記波長分割多重光信号抽出手段（５１）の出射光の少なくとも一部を受光する受光部（５３）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の波長分散測定装置は、波長分割多重光信号抽出手段（５１）の出射光を受光部（５３）でモニタしながら、波長分割多重光信号抽出手段（５１）を波長掃引することにより光スペクトルを観測することができ、波長分割多重光信号抽出手段（５１）に設定する設定波長を決定し、実伝送路で波長分割多重伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

本発明は、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができ、しかも従来のものよりも製造コストを低減することができるという効果を有する波長分散測定装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明に係る波長分散測定装置の第１の実施の形態における構成について説明する。なお、本実施の形態における波長分散測定装置は、例えば実伝送路の光信号を分岐するタップから光強度変調信号を分岐して入射するものである。

図１に示すように、本実施の形態における波長分散測定装置１０は、被測定光を２光束に分波する光分波器１１と、光分波器１１の透過光を入射する波長可変光フィルタ１２と、光信号を所定量遅延させる光遅延器１３と、光分波器１１の反射光を入射して反射するミラー１４と、ミラー１４の反射光を入射する波長可変光フィルタ１５と、被測定光の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力部７０と、自己相関強度信号出力部７０の出力信号を処理する信号処理部１６と、制御信号を出力する制御部１７とを備えている。

光分波器１１は、入射された被測定光である光強度変調信号を２光束に分波し、透過光を波長可変光フィルタ１２に、反射光をミラー１４にそれぞれ出射するようになっている。ここで、光分波器１１の透過光が自己相関強度信号出力部７０の光合波器７３に至る光路を以下「第１の光路」という。一方、光分波器１１の反射光が自己相関強度信号出力部７０の光合波器７３に至る光路を以下「第２の光路」という。

波長可変光フィルタ１２は、制御部１７からの制御信号に基づき、入射された被測定光から所定波長の光信号成分を取り出すことができるものであり、例えば被測定光の搬送波成分と搬送波成分の上側波帯（ＵＳＢ：Ｕｐｐｅｒ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）とを含む光信号成分、又は搬送波成分と下側波帯（ＬＳＢ：Ｌｏｗｅｒ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）とを含む光信号成分を選択して透過することができるようになっている。透過した光信号は、自己相関強度信号出力部７０の光合波器７３に出射される。

なお、搬送波成分とＵＳＢ成分とを含む光信号成分を以下「ＵＳＢ搬送波成分」といい、搬送波とＬＳＢ成分とを含む光信号成分を以下「ＬＳＢ搬送波成分」という。また、本実施の形態において、波長可変光フィルタ１２は、被測定光のうちＵＳＢ搬送波成分を透過するものとする。また、波長可変光フィルタ１２は、本発明のＵＳＢ搬送波成分抽出手段に対応する。

光遅延器１３は、図中の矢印で示した移動方向に平行移動が可能なコーナーミラー１３ａと、波長可変光フィルタ１２の出射光をコーナーミラー１３ａ側に反射するミラー１３ｂと、コーナーミラー１３ａからの光を反射して自己相関強度信号出力部７０の光合波器７３に出射するミラー１３ｃとを備えている。また、光遅延器１３は、図中の矢印で示した移動方向に平行移動可能な平行保持部（図示省略）に保持され、この平行保持部は、制御部１７からの制御信号に応じて矢印方向に移動できるようになっている。この構成により、光遅延器１３は、第１の光路の光路長を可変することができる。なお、光遅延器１３は、本発明の光遅延手段に対応する。

ミラー１４は、光分波器１１の反射光を入射して反射し、波長可変光フィルタ１５に出射するようになっている。

波長可変光フィルタ１５は、制御部１７からの制御信号に基づいて、ミラー１４の反射光、すなわち入射された被測定光から所定波長の光信号成分を取り出すことができるものであり、例えば被測定光のＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分を選択して透過することができるようになっている。透過した光信号成分は、自己相関強度信号出力部７０の１／２波長板７１に出射される。なお、本実施の形態において、波長可変光フィルタ１５は、被測定光のうちＬＳＢ搬送波成分を透過するものとする。また、波長可変光フィルタ１５は、本発明のＬＳＢ搬送波成分抽出手段に対応している。

自己相関強度信号出力部７０は、波長可変光フィルタ１５からの光信号の偏波面を回転させる１／２波長板７１と、１／２波長板７１の透過光を反射するミラー７２と、ＵＳＢ搬送波成分とＬＳＢ搬送波成分とを合波する光合波器７３と、第２種位相整合により和周波光を出射するタイプ２非線形光学材料７４と、自己相関信号以外の不要な光信号を遮断する光フィルタ７５と、光信号を電気信号に変換する受光器７６と、電気信号を平滑化するローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」という。）７７と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器７８とを備えている。なお、自己相関強度信号出力部７０は、本発明の自己相関強度信号出力手段に対応している。

１／２波長板７１は、波長可変光フィルタ１５が出射した光信号の偏波面を９０°回転し、ミラー７２に出射するようになっている。

ミラー７２は、１／２波長板７１からの光信号を反射し、光合波器７３に出射するようになっている。

光合波器７３は、第１の光路からの光信号と、第２経路からの光信号とを合波してタイプ２非線形光学材料７４に出射するようになっている。

タイプ２非線形光学材料７４は、第２種位相整合を行うものであり、図２に示すように、互いに直交する偏波面を有するＵＳＢ搬送波成分（周波数ω_Ｕ）及びＬＳＢ搬送波成分（周波数ω_Ｌ）の光を入射したとき、これら２つの入射光が同時に重なった時だけ２つの入射光の強度の積に比例した和周波光（ＳＦＧ光：周波数ω_Ｕ＋ω_Ｌ）を出射するようになっている。本実施の形態においては、２つの入射光は同一の被測定光なので、タイプ２非線形光学材料７４が出射する光は、被測定光の２倍の周波数の和周波光が発生する。なお、タイプ２非線形光学材料７４は、本発明の和周波光出射部に対応している。

ここで、図３を用いて、タイプ２非線形光学材料７４の機能をさらに詳細に説明する。なお、非線形光学材料には第１種位相整合を行うタイプ（以下「タイプ１非線形光学材料」という。）もあるので、両者について説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、タイプ１非線形光学材料及びタイプ２非線形光学材料の機能を説明する図である。ここでは、波長が１５４０ｎｍの基本波光ａと、波長が１５６０ｎｍの基本波光ｂとを例に挙げており、図中の矢印方向は各光の偏波面の方向を示している。

図３（ａ）に示すように、タイプ１非線形光学材料は、入射する基本波光ａ及びｂの偏波面が互いに平行なとき、基本波光ａ及びｂと、ＳＦＧ光（７７５ｎｍ）と、２つのＳＨＧ光（７７０ｎｍ及び７８０ｎｍ）とを出射する。

一方、図３（ｂ）に示すように、タイプ２非線形光学材料は、入射する基本波光ａ及びｂの偏波面が互いに直交するとき、基本波光ａ及びｂと、ＳＦＧ光（７７５ｎｍ）とを出射するものである。したがって、タイプ２非線形光学材料は、タイプ１非線形光学材料とは異なり、ＳＨＧ光が発生しないので、自己相関強度信号出力時におけるＳＮ比を向上させることができる。

本実施の形態においては、タイプ２非線形光学材料７４にＵＳＢ搬送波成分とＬＳＢ搬送波成分とが同時に入射したときのみ和周波光が得られることとなる。したがって、この和周波光の相対強度は、被測定光のＵＳＢ搬送波成分とＬＳＢ搬送波成分とが時間的に一致している場合に最大となり、両者が時間的にずれるに従って小さくなる。すなわち、和周波光の相対強度は、被測定光のＵＳＢ搬送波成分とＬＳＢ搬送波成分との時間的な一致度を表す自己相関を示すものである。

なお、タイプ２非線形光学材料７４に代えてタイプ１非線形光学材料を用いることもできる。この場合は、図３（ａ）において説明したように、タイプ１非線形光学材料に入射する光の偏波方向を互いに平行とする必要があるので、例えば図１に示した１／２波長板７１を廃止すればよい。この構成においても、タイプ１非線形光学材料から和周波光が出射されるので、タイプ２非線形光学材料７４と同様な効果が得られる。

図１に戻り、波長分散測定装置１０の構成の説明を続ける。

光フィルタ７５は、タイプ２非線形光学材料７４から出射される被測定光のＵＳＢ搬送波成分、被測定光のＬＳＢ搬送波成分及び和周波光のうち、和周波光のみを透過させるようになっている。

受光器７６は、例えばフォトダイオードを備え、光フィルタ７５からの和周波光を電気信号に変換し、ＬＰＦ７７に出力するようになっている。ここで、受光器７６は、本発明の光電変換部に対応している。なお、被測定光の波長が１．５μｍ帯の場合、シリコンフォトダイオード（Ｓｉ−ＰＤ）を受光器７６が備えることにより、Ｓｉ−ＰＤは１．５μｍ帯の感度が極めて低いためＵＳＢ搬送波成分及びＬＳＢ搬送波成分を除去し、和周波光のみを受光することとなるので、光フィルタ７５を省略することができる。

ＬＰＦ７７は、和周波光に対応する電気信号（以下「和周波信号」という。）を平滑化するようになっている。

ＡＤ変換器７８は、アナログ信号である和周波信号を入力してデジタル信号に変換し、信号処理部１６に出力するようになっている。

信号処理部１６は、光遅延器１３の各遅延量に対して、自己相関強度信号出力部７０で得られた自己相関強度信号から被測定光の自己相関を示す波形（以下「自己相関波形」という。）を取得し、自己相関波形に基づいて群遅延を取得するようになっている。ここで、自己相関波形は、制御部１７から取得した移動距離データと、自己相関強度信号の相対強度とを関係づけた波形であり、被測定光のＵＳＢ搬送波成分及びＬＳＢ搬送波成分の時間軸上の位置が一致しているとき相対強度の最大値を示すものである。なお、信号処理部１６は、本発明の群遅延時間取得手段に対応している。

制御部１７は、波長可変光フィルタ１２、光遅延器１３、波長可変光フィルタ１５及び信号処理部１６のそれぞれを動作させるための制御信号を出力するようになっている。また、制御部１７は、ＵＳＢ搬送波成分を遅延させる光遅延器１３からコーナーミラー１３ａの移動距離を示すデータ（以下「移動距離データ」という。）を取得し、信号処理部１６に出力するようになっている。

次に、本実施の形態における波長分散測定装置１０の動作原理について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、光分波器１１に入射される被測定光のＵＳＢ搬送波成分及びＬＳＢ搬送波成分の時間軸に沿った光伝送信号パターンを示している。図４（ａ）において、ＵＳＢ搬送波成分及びＬＳＢ搬送波成分の各光伝送信号パターンをわかりやすく表示するため、上下方向の向きを互いに異なるものとしている。また、図４（ｂ）は、自己相関波形の一例を示している。図４（ｂ）に示した基準位置とは、波長分散がゼロである光強度変調信号を用いて予め定めた光遅延器１３の位置をいう。

図４（ａ）において、被測定光のＬＳＢ搬送波成分の光伝送信号パターンは、ＵＳＢ搬送波成分の光伝送信号パターンよりもΔτだけ遅れている。この光伝送信号はランダムパターン信号であるため、図４（ｂ）に示すように、自己相関強度信号出力部７０に入射されるＬＳＢ搬送波成分の信号パターンとＵＳＢ搬送波成分の信号パターンとが時間軸上で一致すると自己相関強度信号が最大となり、両信号パターンがずれるに従って自己相関強度信号は小さくなっていく。

光遅延器１３の基準位置から、ＵＳＢ搬送波成分が伝播する第１の光路の光路長を長くするよう光遅延器１３の位置を変化させていくと、自己相関強度信号出力部７０に入射するＵＳＢ搬送波成分には遅延量が与えられ、この遅延量がΔτとなったとき、すなわちＬＳＢ搬送波成分の信号パターンとＵＳＢ搬送波成分の信号パターンとが一致したとき、図４（ｂ）に示すように自己相関波形における相対強度がピークとなり、自己相関強度信号出力部７０から出力される自己相関強度信号は最大となる。さらに、Δτ以上の遅延量を与えていくと、ＬＳＢ搬送波成分の信号パターンとＵＳＢ搬送波成分の信号パターンとがずれていき、自己相関強度信号は徐々に小さくなっていく。

したがって、予め、波長分散がゼロである光強度変調信号であるときに自己相関強度信号が最大になる光遅延器１３の位置を光遅延器１３の基準位置（Ｌ_Ｂ）として定め、その基準位置（Ｌ_Ｂ）から自己相関強度信号が最大となる光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｄ）までの移動距離を求め、この移動距離を時間に換算することで、被測定光の群遅延を求めることができる。具体的には、光遅延器１３が基準位置（Ｌ_Ｂ）から矢印方向にｄ／２だけ平行移動して第１の光路の光路長がｄだけ長くなったときに自己相関強度信号が最大になったとすると、このときの群遅延時間差Δτ及び群遅延Ｄは、それぞれ式（１）及び式（２）で算出することができる。なお、ｃは光速を示している。

Δτ ＝ （Ｌ_Ｄ−Ｌ_Ｂ）／ｃ
＝ ｄ／ｃ ・・・・・ （１）
Ｄ ＝ Δτ／Δλ ・・・・・ （２）
ここで、Δλ＝λ_Ｌ−λ_Ｕであり、λ_Ｕは波長可変光フィルタ１２におけるＵＳＢの光信号成分の中心波長を示し、λ_Ｌは波長可変光フィルタ１５におけるＬＳＢの光信号成分の中心波長を示す。なお、波長可変光フィルタ１２及び１５を波長掃引して、その透過光スペクトルからλ_Ｕ及びλ_Ｌを求めてもよい。

式（１）に示すように、群遅延時間差Δτの検出精度は、光遅延器１３の設定精度で定まり、光遅延器１３の光路長の可変精度が例えば１μｍの場合には、時間軸に換算すると約０．００３ｐｓという高い精度となる。

次に、本実施の形態における波長分散測定装置１０の動作について説明する。なお、被測定光の波長分散はゼロではないものとする。

まず、光分波器１１は、被測定光である光強度変調信号を２光束に分波し、透過光を波長可変光フィルタ１２に、反射光をミラー１４にそれぞれ出射する。なお、例えば光位相変調信号を被測定光とする場合は、予め光位相変調信号を光強度変調信号に変換しておけばよい。

光分波器１１の透過光は、波長可変光フィルタ１２に入射され、波長可変光フィルタ１２は、光強度変調信号のＵＳＢ搬送波成分を透過し、ＵＳＢ搬送波成分は、光遅延器１３を経由して自己相関強度信号出力部７０の光合波器７３に入射される。

一方、光分波器１１の反射光は、ミラー１４によって反射され、波長可変光フィルタ１５に入射される。波長可変光フィルタ１５は、光強度変調信号のＬＳＢ搬送波成分を透過し、ＬＳＢ搬送波成分は、自己相関強度信号出力部７０に入射される。自己相関強度信号出力部７０に入射したＬＳＢ搬送波成分は、１／２波長板７１で偏波面が９０°回転させられ、ミラー７２を経由して光合波器７３に入射する。

続いて、光合波器７３は、第１の光路からのＵＳＢ搬送波成分と、第２の光路からのＬＳＢ搬送波成分とを合波してタイプ２非線形光学材料７４に出射する。

さらに、タイプ２非線形光学材料７４は、ＵＳＢ搬送波成分及びＬＳＢ搬送波成分と、これらの和周波光とを光フィルタ７５に出射する。

次いで、光フィルタ７５は、タイプ２非線形光学材料７４が出射した光のうち和周波光のみを透過させ、受光器７６に出射する。

引き続き、受光器７６は、和周波光を電気信号に変換してＬＰＦ７７に出力し、ＬＰＦ７７は、和周波信号すなわち自己相関強度信号を平滑してＡＤ変換器７８に出力する。

次いで、ＡＤ変換器７８は、自己相関強度信号をＡＤ変換して信号処理部１６に出力する。こうして、信号処理部１６には、ＵＳＢ搬送波成分とＬＳＢ搬送波成分とを用いて求めた被測定光の自己相関強度信号が入力されることとなる。被測定光の波長分散はゼロではないものとしているので、図４（ａ）に示すように、ＵＳＢ搬送波成分とＬＳＢ搬送波成分との間に信号パターンのずれがあり、信号処理部１６に入力される自己相関強度信号の相対強度は、そのずれに応じたレベルとなっている。

光遅延器１３を平行移動してＵＳＢ搬送波成分を遅延させると、信号処理部１６において光遅延量に対する自己相関強度信号の相対強度の変化が観測される。このとき、光遅延器１３から移動距離データが制御部１７を経由して信号処理部１６に逐次出力され、信号処理部１６は、図４（ｂ）に示すように、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｄ）と、光遅延器１３の基準位置（Ｌ_Ｂ）との差から式（１）によって群遅延時間差Δτを求め、式（２）によって群遅延Ｄを求める。

以上のように、本実施の形態における波長分散測定装置１０によれば、波長可変光フィルタ１２及び１５は、それぞれ、実伝送路の被測定光からＵＳＢ搬送波成分及びＬＳＢ搬送波成分を抽出し、自己相関強度信号出力部７０は、光遅延器１３が遅延したＵＳＢ搬送波成分及び遅延していないＬＳＢ搬送波成分により被測定光の自己相関強度信号を出力し、信号処理部１６は、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｄ）と光遅延器１３の基準位置（Ｌ_Ｂ）とに基づいて被測定光の群遅延時間を取得する構成としたので、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

また、本実施の形態における波長分散測定装置１０は、従来のものとは異なり、高速受光回路、高速位相比較器及び高速クロック再生回路を必要としないので、従来のものよりも製造コストを低減することができるとともに、超高速光伝送信号の群遅延時間の測定も可能となる。

なお、本実施の形態における波長分散測定装置１０の信号処理部１６に、被測定光の波長分散のデータを表示する表示装置を接続することにより、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を監視する波長分散モニタとして機能させることができる。

また、前述の実施の形態において、実伝送路の被測定光から、波長可変光フィルタ１２がＵＳＢ搬送波成分を抽出し、波長可変光フィルタ１５がＬＳＢ搬送波成分を抽出する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、前述の実施の形態において、波長可変光フィルタ１２と光合波器７３との間に光遅延器１３を設ける構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば波長可変光フィルタ１５と１／２波長板７１との間に光遅延器１３を設ける構成としても同様の効果が得られる。

また、前述の実施の形態において、自己相関波形における相対強度がピークとなる点に基づいて自己相関強度信号を得る構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば自己相関波形の最大強度重心を用いて自己相関強度信号を得る構成としても同様な効果が得られる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態における波長分散測定装置を図５に示す。本実施の形態における波長分散測定装置は、第１の実施の形態における波長分散測定装置１０（図１参照）の一部を変更したものであり、波長分散測定装置１０と同様な構成には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、本実施の形態における波長分散測定装置２０は、被測定光を２光束に分波する光分波器１１と、光分波器１１の透過光を入射する波長可変光フィルタ２１と、光分波器１１の反射光を入射して反射するミラー１４と、ミラー１４の反射光を入射して光信号を所定量遅延させる光遅延器１３と、被測定光の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力部７０と、自己相関強度信号出力部７０の出力信号を処理する信号処理部１６と、制御信号を出力する制御部１７とを備えている。

なお、以下の記載において、入射された被測定光が含むＵＳＢ及びＬＳＢの光信号成分を両側波帯（ＤＳＢ：Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）の光信号成分といい、搬送波成分とＤＳＢ成分とを含む光信号成分を以下「ＤＳＢ搬送波成分」という。

波長可変光フィルタ２１は、制御部１７からの制御信号に基づき、入射された被測定光から所定波長の光信号成分を取り出すことができるものであり、例えば被測定光のＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分を選択して透過することができるようになっている。透過した光信号は、自己相関強度信号出力部７０の光合波器７３に出射される。なお、波長
可変光フィルタ２１は、本発明の光信号成分抽出手段に対応する。

次に、本実施の形態における波長分散測定装置２０の動作原理について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、光分波器１１に入射される被測定光の成分であるＤＳＢ搬送波成分と、ＵＳＢ搬送波成分と、ＬＳＢ搬送波成分との時間軸に沿った光伝送信号パターンを例示している。図６（ａ）において、各光伝送信号パターンをわかりやすく表示するため、上下方向の向きをＬＳＢ搬送波成分のみ異なるものとしている。また、図６（ｂ）は、自己相関波形の一例を示している。

自己相関強度信号出力部７０に入射される第１の光路からのＵＳＢ搬送波成分と、第２の光路からのＤＳＢ搬送波成分との相対的な群遅延時間差をΔτとする。光遅延器１３は、コーナーミラー１３ａの移動により、ＵＳＢ搬送波成分とＤＳＢ搬送波成分との間に任意の群遅延時間差Δτ'を付与することができる。第１の光路上において波長可変光フィルタ２１が抽出したＵＳＢ搬送波成分と、第２の光路上においてΔτ'が付与されたＤＳＢ搬送波成分とが自己相関強度信号出力部７０に入力され、Δτ'がΔτを打ち消すときに自己相関強度信号出力部７０から出力される自己相関信号は最大となる（図６（ｂ））。さらに、Δτ以上の群遅延量を与えていくと、ＵＳＢ搬送波成分の光伝送信号パターンとＤＳＢ搬送波成分の光伝送信号パターンとがずれていき、自己相関強度信号は徐々に小さくなっていく。

前述と同様に、第１の光路上において波長可変光フィルタ２１がＬＳＢ搬送波成分を抽出した場合も、自己相関強度信号出力部７０から出力される自己相関信号が最大となるΔτを求めることができる。

したがって、自己相関強度信号出力部７０に、ＵＳＢ搬送波成分とＤＳＢ搬送波成分とを入力した場合において自己相関信号が最大となる光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｕ）と、ＬＳＢ搬送波成分とＤＳＢ搬送波成分とを入力した場合おいて自己相関信号が最大となる光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｌ）とを求め、光遅延器１３の位置Ｌ_Ｌと位置Ｌ_Ｕとの距離差ｄを時間に換算することにより、被測定光の群遅延時間を求めることができる。

すなわち、群遅延時間差Δτ及び群遅延Ｄは、それぞれ式（３）及び式（４）で算出することができる。なお、ｃは光速を示している。

Δτ ＝ （Ｌ_Ｌ−Ｌ_Ｕ）／ｃ
＝ ｄ／ｃ ・・・・・ （３）
Ｄ ＝ Δτ／Δλ ・・・・・ （４）
ここで、Δλ＝λ_Ｌ−λ_Ｕであり、λ_Ｕは波長可変光フィルタ２１が出射するＵＳＢの光信号成分の中心波長を示し、λ_Ｌは波長可変光フィルタ２１が出射するＬＳＢの光信号成分の中心波長を示す。なお、光遅延器１３は、位置Ｌ_Ｌ及び位置Ｌ_Ｕを示すデータを制御部１７経由で信号処理部１６に出力する。また、波長可変光フィルタ２１を波長掃引して、その透過光スペクトルからλ_Ｕ及びλ_Ｌを求めてもよい。

式（３）に示すように、群遅延時間差Δτの検出精度は、光遅延器１３の設定精度で定まり、光遅延器１３の光路長の可変精度が例えば１μｍの場合には、時間軸に換算すると約０．００３ｐｓという高い精度となる。

次に、本実施の形態における波長分散測定装置２０の動作について説明する。なお、被測定光の波長分散はゼロではないものとする。

まず、光分波器１１は、被測定光である光強度変調信号を２光束に分波し、透過光を波長可変光フィルタ２１に、反射光をミラー１４にそれぞれ出射する。

波長可変光フィルタ２１は、光強度変調信号のＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分を透過し、透過した光信号成分を自己相関強度信号出力部７０の光合波器７３に入射する。

一方、光分波器１１の反射光（ＤＳＢ搬送波成分）は、ミラー１４によって反射され、光遅延器１３を経由して自己相関強度信号出力部７０の１／２波長板７１に入射される。入射されたＤＳＢ搬送波成分は、１／２波長板７１で偏波面が９０°回転させられ、ミラー７２を経由して光合波器７３に入射する。

続いて、光合波器７３は、第１の光路からのＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分と、第２の光路からのＤＳＢ搬送波成分とを合波してタイプ２非線形光学材料７４に出射する。

さらに、タイプ２非線形光学材料７４は、ＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分と、ＤＳＢ搬送波成分との和周波光を光フィルタ７５に出射する。

次いで、光フィルタ７５は、タイプ２非線形光学材料７４が出射した光のうち和周波光のみを透過させ、受光器７６に出射する。

引き続き、受光器７６は、和周波光を電気信号に変換してＬＰＦ７７に出力し、ＬＰＦ７７は、和周波信号を平滑してＡＤ変換器７８に出力する。

次いで、ＡＤ変換器７８は、和周波信号をＡＤ変換して信号処理部１６に出力する。ここで、信号処理部１６には、ＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分とＤＳＢ搬送波成分とを用いて求めた被測定光の自己相関強度信号が入力されることとなる。被測定光の波長分散はゼロではないものとしているので、図６（ａ）に示すように、ＵＳＢ搬送波成分とＤＳＢ搬送波成分との間と、ＤＳＢ搬送波成分とＬＳＢ搬送波成分との間とに信号パターンのずれがあり、信号処理部１６に入力される自己相関強度信号の相対強度は、そのずれに応じたレベルとなっている。

光遅延器１３を平行移動してＤＳＢ搬送波成分を遅延させると、信号処理部１６において自己相関強度信号の相対強度の変化が観測される。このとき、ＤＳＢ搬送波成分を遅延させる光遅延器１３のコーナーミラー１３ａの移動距離を示すデータは、光遅延器１３から制御部１７を経由して信号処理部１６に逐次出力される。信号処理部１６は、図６（ｂ）に示すように、自己相関強度信号出力部７０に、ＵＳＢ搬送波成分とＤＳＢ搬送波成分とを入力した場合において自己相関信号が最大となる光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｕ）と、ＬＳＢ搬送波成分とＤＳＢ搬送波成分とを入力した場合おいて自己相関信号が最大となる光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｌ）とから式（３）によって群遅延時間差Δτを求め、式（４）によって群遅延Ｄを求める。

以上のように、本実施の形態における波長分散測定装置２０によれば、波長可変光フィルタ２１は、実伝送路の被測定光からＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分を抽出し、自己相関強度信号出力部７０は、光遅延器１３が遅延したＤＳＢ搬送波成分とＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分とにより被測定光の自己相関強度信号を出力し、信号処理部１６は、光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｕ）と位置（Ｌ_Ｌ）とに基づいて被測定光の群遅延時間を取得する構成としたので、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

また、本実施の形態における波長分散測定装置２０は、従来のものとは異なり、高速受光回路、高速位相比較器及び高速クロック再生回路を必要としないので、従来のものよりも製造コストを低減することができるとともに、超高速光信号の群遅延時間の測定も可能となる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態における波長分散測定装置を図７に示す。本実施の形態における波長分散測定装置は、第２の実施の形態における波長分散測定装置２０（図５参照）の一部を変更したものであり、波長分散測定装置２０と同様な構成には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示すように、本実施の形態における波長分散測定装置３０は、波長可変光フィルタ２１の出射光の一部を分波する光分波器３１と、光分波器３１が分波した光を受光する受光部（以下「ＰＤ」という。）３２とを備えている。

光分波器３１は、波長可変光フィルタ２１と自己相関強度信号出力部７０の光合波器７３との間に設けられ、波長可変光フィルタ２１の出射光を分波し、光合波器７３とＰＤ３２とに出射するようになっている。

ＰＤ３２は、光分波器３１の出射光を光電変換し、電気信号を信号処理部１６に出力するようになっている。したがって、制御部１７によって波長可変光フィルタ２１を波長掃引することにより、信号処理部１６は、被測定光信号のスペクトル情報を取得することができ、このスペクトル情報に基づいて波長可変光フィルタ２１に設定する測定波長を決定することができる。

以上のように、本実施の形態における波長分散測定装置３０は、伝送路を伝播する被測定光信号の波長が未知の場合でも、波長可変光フィルタ２１で設定する測定波長を決定することができる。したがって、波長分散測定装置３０は、決定した測定波長を波長可変光フィルタ２１に設定することにより、第２の実施の形態における波長分散測定装置２０と同様に、光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｕ）と位置（Ｌ_Ｌ）とを求めることができ、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

また、本実施の形態における波長分散測定装置３０は、従来のものとは異なり、高速受光回路、高速位相比較器及び高速クロック再生回路を必要としないので、従来のものよりも製造コストを低減することができるとともに、超高速光信号の群遅延時間の測定も可能となる。

（第４の実施の形態）
本実施の形態における波長分散測定装置を図８に示す。本実施の形態における波長分散測定装置は、第２の実施の形態における波長分散測定装置２０（図５参照）の自己相関強度信号出力部７０を変更したものであり、波長分散測定装置２０と同様な構成には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図８に示すように、本実施の形態における波長分散測定装置４０は、自己相関強度信号出力部４１を備えている。自己相関強度信号出力部４１は、光制御信号に基づいて光信号を透過又は遮断する光ゲートデバイス４２と、入射光を電気信号に変換する受光器４４と、電気信号を平滑化するＬＰＦ４５と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器４６とを備えている。なお、光ゲートデバイス４２以外の構成は、第２の実施の形態における自己相関強度信号出力部７０と同様なので説明を省略する。また、自己相関強度信号出力部４１及び受光器４４は、本発明の自己相関強度信号出力手段及び光電変換部にそれぞれ対応している。

光ゲートデバイス４２は、例えば、高速・高出力を特徴とする単一走行キャリアフォトダイオード（ＵＴＣ−ＰＤ）と高速・低電圧駆動を特徴とする進行波電極電界吸収型変調器（ＴＷ−ＥＡＭ）とがひとつの半導体チップに集積されたＰＤ−ＥＡＭ（フォトダイオード−電界吸収型光変調器）で構成され、電気アンプを用いずにＵＴＣ−ＰＤの出力でＴＷ−ＥＡＭを直接駆動する素子である。

光ゲートデバイス４２は、光信号を入力する光信号入力ポート４２ａと、光制御信号を入力しゲートとして機能する光制御信号入力ポート４２ｂと、光制御信号に応じて光信号を出力する光信号出力ポート４２ｃとを備えている。本実施の形態においては、光信号入力ポート４２ａは、波長可変光フィルタ２１が出射するＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分（以下ＵＳＢ搬送波成分を出射するものとする。）を入力し、光制御信号入力ポート４２ｂは、光遅延器１３を経由したＤＳＢ搬送波成分を入力するようになっている。

すなわち、光ゲートデバイス４２は、ＤＳＢ搬送波成分が入力されて光制御信号入力ポート４２ｂがオンになっている期間におけるＵＳＢ搬送波成分の光信号を出力するので、光遅延器１３の移動量に応じて決定されるＤＳＢ搬送波成分の遅延量に対応した光強度の光信号を出力するものである。したがって、本実施の形態における自己相関強度信号出力部４１は、光遅延器１３が遅延したＤＳＢ搬送波成分及び遅延していないＵＳＢ搬送波成分により被測定光の自己相関強度信号を信号処理部１６に出力することとなる。

以上のように、本実施の形態における波長分散測定装置４０によれば、波長可変光フィルタ２１は、被測定光からＵＳＢ搬送波成分とを抽出し、自己相関強度信号出力部７０は、光遅延器１３が遅延したＤＳＢ搬送波成分及び遅延していないＵＳＢ搬送波成分により被測定光の自己相関強度信号を出力し、信号処理部１６は、光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｕ）と位置（Ｌ_Ｌ）とに基づいて被測定光の群遅延時間を取得する構成としたので、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

また、本実施の形態における波長分散測定装置４０は、従来のものとは異なり、高速受光回路、高速位相比較器及び高速クロック再生回路を必要としないので、従来のものよりも製造コストを低減することができるとともに、超高速光信号の群遅延時間の測定も可能となる。

（第５の実施の形態）
本実施の形態における波長分散測定装置を図９に示す。本実施の形態における波長分散測定装置は、第１の実施の形態における波長分散測定装置１０（図１参照）の一部を変更したものであり、波長分散測定装置１０と同様な構成には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図９に示すように、本実施の形態における波長分散測定装置５０は、光分波器１１と、波長可変光フィルタ１２と、光遅延器１３と、ミラー１４と、波長可変光フィルタ１５と、実伝送路（図示省略）と光分波器１１との間に設けられたＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）波長選択光フィルタ５１と、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１の出射光の一部を分波する光分波器５２と、光分波器５２が分波した光を受光するＰＤ５３とを備えている。

また、波長分散測定装置５０は、波長可変光フィルタ１２の出射光の一部を分波する光分波器５４と、光分波器５４が分波した光を受光するＰＤ５５と、波長可変光フィルタ１５の出射光の一部を分波する光分波器５６と、光分波器５６が分波した光を受光するＰＤ５７と、自己相関強度信号出力部７０と、信号処理部１６と、制御部１７とを備えている。

ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１は、波長分割多重伝送される光信号から任意のＷＤＭチャネルの波長の光信号を取り出すものである。なお、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１は、本発明の波長分割多重光信号抽出手段に対応する。

光分波器５２は、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１が取り出した光信号を２光束に分波し、透過光を光分波器１１に、反射光をＰＤ５３にそれぞれ出射するようになっている。

ＰＤ５３は、光分波器５２の反射光を受光して光電変換し、電気信号を信号処理部１６に出力するようになっている。したがって、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１を波長掃引することにより、信号処理部１６は、被測定光信号のスペクトル情報を取得することができ、このスペクトル情報に基づいてＷＤＭ波長選択光フィルタ５１に設定する測定波長を決定することができる。

光分波器５４は、波長可変光フィルタ１２が出射した光信号を２光束に分波し、透過光を光遅延器１３に、反射光をＰＤ５５にそれぞれ出射するようになっている。

ＰＤ５５は、光分波器５４の反射光を受光して光電変換し、電気信号を信号処理部１６に出力するようになっている。したがって、波長可変光フィルタ１２を波長掃引することにより、信号処理部１６は、被測定光信号のスペクトル情報を取得することができ、このスペクトル情報に基づいて波長可変光フィルタ１２に設定する測定波長を決定することができる。

光分波器５６は、波長可変光フィルタ１５が出射した光信号を２光束に分波し、透過光を自己相関強度信号出力部７０の１／２波長板７１に、反射光をＰＤ５７にそれぞれ出射するようになっている。

ＰＤ５７は、光分波器５６の反射光を受光して光電変換し、電気信号を信号処理部１６に出力するようになっている。したがって、波長可変光フィルタ１５を波長掃引することにより、信号処理部１６は、被測定光信号のスペクトル情報を取得することができ、このスペクトル情報に基づいて波長可変光フィルタ１５に設定する測定波長を決定することができる。

次に、本実施の形態における波長分散測定装置５０の動作について図９及び図１０を用いて説明する。図１０は、波長分散測定装置５０の動作を示すフローチャートである。

まず、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１を波長掃引することより、被測定光信号であるＷＤＭ信号のスペクトルをＰＤ５３で測定し、このスペクトルを基にｎ個の測定波長を決定する（ステップＳ１１）。ここで、ｎは１以上の整数とする。

次に、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１にｎ番目の測定波長λｎを設定する（ステップＳ１２）。初回なのでｎ＝１番目の測定波長λ_１を設定することとなる。

続いて、波長可変光フィルタ１５を波長掃引することより、測定波長λ_１のスペクトルをＰＤ５７で測定し、このスペクトルを基にＬＳＢ搬送波成分を抽出するための設定波長を決定し、波長可変光フィルタ１５に設定する（ステップＳ１３）。

さらに、波長可変光フィルタ１２を波長掃引することより、測定波長λ_１のスペクトルをＰＤ５５で測定し、このスペクトルを基にＵＳＢ搬送波成分を抽出するための設定波長を決定し、波長可変光フィルタ１２に設定する（ステップＳ１４）。

引き続き、光遅延器１３を平行移動させながら自己相関強度信号出力部７０で自己相関強度を測定し、得られる自己相関波形の最大強度に相当する光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｄ）を求める（ステップＳ１５）。

そして、第１の実施の形態における波長分散測定装置１０と同様に、光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｄ）と光遅延器１３の基準位置（Ｌ_Ｂ）との間の移動距離を式（１）により群遅延時間差Δτに換算し、式（２）により群遅延Ｄ_１を算出する（ステップＳ１６）。

次いで、制御部１７は、ステップＳ１１において決定した全測定波長による群遅延の算出が終了したか否かを判断し（ステップＳ１７）、終了していない場合はｎをインクリメントし（ステップＳ１８）、ステップＳ１２〜１７の処理を行う。

一方、全測定波長による群遅延の算出が終了した場合は、各搬送波波長λ_１、λ_２・・・λ_ｎにおける群遅延Ｄ_１、Ｄ_２・・・Ｄ_ｎが求まる（ステップＳ１９）。

次に、前述の各ステップにおける信号処理について図１１及び図１２を用いて具体的に説明する。図１１及び図１２は、波長分散測定装置５０における信号処理を概念的に示したものである。

図１１（ａ）において、三角形はＷＤＭ信号を模式的に示したものである。前述のステップＳ１１において決定した測定波長λ_１をＷＤＭ波長選択光フィルタ５１に設定することにより、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１は、図示のように、複数のＷＤＭ信号から１つのＷＤＭ信号を取り出すことができる。ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１が取り出したＷＤＭ信号波形は例えば図１１（ｂ）に示すようなものであり、搬送波、上側波及び下側波の各成分を含む。

次に、前述のステップＳ１３において決定した設定波長を波長可変光フィルタ１５に設定することにより、波長可変光フィルタ１５は、図１１（ｃ）に示すように搬送波及び下側波の各成分、すなわちＬＳＢ搬送波成分を取り出すことができる。なお、図示の変調周波数（Δｆｍ）とほぼ同等の半値幅を持つ波長可変光フィルタ１５を使用するのが好ましい。

また、前述のステップＳ１４において決定した設定波長を波長可変光フィルタ１２に設定することにより、波長可変光フィルタ１２は、図１１（ｄ）に示すように搬送波及び上側波の各成分、すなわちＵＳＢ搬送波成分を取り出すことができる。なお、図示の変調周波数（Δｆｍ）とほぼ同等の半値幅を持つ波長可変光フィルタ１２を使用するのが好ましい。

前述のように取り出したＬＳＢ搬送波成分及びＵＳＢ搬送波成分がそれぞれ示すビットパターンは、例えば図１２に示すようになり、両者のビットパターンは相関の取れたものとなる。仮にＬＳＢ成分のみとＵＳＢ成分のみとを取り出した場合は両者のビットパターンの相関は取れないが、本実施の形態では、ＬＳＢ成分及びＵＳＢ成分にそれぞれ搬送波成分を含めているので、両者のビットパターンは相関の取れたものとなる。

以上のように、本実施の形態における波長分散測定装置５０によれば、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１は、任意のＷＤＭチャネルの波長の光信号を取り出し、波長可変光フィルタ１２及び１５は、それぞれ、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１が取り出した光信号からＵＳＢ搬送波成分及びＬＳＢ搬送波成分を抽出し、自己相関強度信号出力部７０は、光遅延器１３が遅延したＵＳＢ搬送波成分及び遅延していないＬＳＢ搬送波成分により被測定光の自己相関強度信号を出力し、信号処理部１６は、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｄ）と光遅延器１３の基準位置（Ｌ_Ｂ）とに基づいて被測定光の群遅延時間を取得する構成としたので、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

また、本実施の形態における波長分散測定装置５０は、従来のものとは異なり、高速受光回路、高速位相比較器及び高速クロック再生回路を必要としないので、従来のものよりも製造コストを低減することができるとともに、超高速光信号の群遅延時間の測定も可能となる。

（第６の実施の形態）
本実施の形態における波長分散測定装置を図１３に示す。本実施の形態における波長分散測定装置は、第２の実施の形態における波長分散測定装置３０（図７参照）の一部を変更したものであり、第５の実施の形態における波長分散測定装置５０（図９参照）と類似したものとなっている。したがって、波長分散測定装置３０及び５０の説明と同様な構成には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

図１３に示すように、本実施の形態における波長分散測定装置６０は、光分波器１１と、光遅延器１３と、ミラー１４と、信号処理部１６と、制御部１７と、波長可変光フィルタ２１と、光分波器３１と、ＰＤ３２と、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１と、光分波器５２と、ＰＤ５３と、自己相関強度信号出力部７０とを備えている。

次に、本実施の形態における波長分散測定装置６０の動作について図１３及び図１４を用いて説明する。図１４は、波長分散測定装置６０の動作を示すフローチャートである。

まず、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１を波長掃引することより、被測定光信号であるＷＤＭ信号のスペクトルをＰＤ５３で測定し、このスペクトルを基にｎ個の測定波長を決定する（ステップＳ２１）。ここで、ｎは１以上の整数とする。

次に、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１にｎ番目の測定波長λｎを設定する（ステップＳ２２）。初回なのでｎ＝１番目の測定波長λ_１を設定することとなる。

続いて、波長可変光フィルタ２１を波長掃引することより、測定波長λ_１のスペクトルをＰＤ３２で測定し、このスペクトルを基にＵＳＢ搬送波成分及びＬＳＢ搬送波成分を抽出するための設定波長を決定する（ステップＳ２３）。

さらに、波長可変光フィルタ２１の設定波長をＬＳＢ搬送波成分の抽出波長に設定し（ステップＳ２４）、光遅延器１３を平行移動させながら自己相関強度信号出力部７０でＤＳＢ搬送波成分及びＬＳＢ搬送波成分により被測定光の自己相関強度を測定し、得られる自己相関波形の最大強度に相当する光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｌ）を求める（ステップＳ２５）。

同様に、波長可変光フィルタ２１の設定波長をＵＳＢ搬送波成分の抽出波長に設定し（ステップＳ２６）、光遅延器１３を平行移動させながら自己相関強度信号出力部７０でＤＳＢ搬送波成分及びＵＳＢ搬送波成分により被測定光の自己相関強度を測定し、得られる自己相関波形の最大強度に相当する光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｕ）を求める（ステップＳ２７）。

そして、第３の実施の形態における波長分散測定装置３０と同様に、光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｕ）と位置（Ｌ_Ｌ）とから式（３）によって群遅延時間差Δτを求め、式（４）によって群遅延Ｄ_１を算出する（ステップＳ２８）。

次いで、制御部１７は、ステップＳ２１において決定した全測定波長による群遅延の算出が終了したか否かを判断し（ステップＳ２９）、終了していない場合はｎをインクリメントし（ステップＳ３０）、ステップＳ２２〜２９の処理を行う。

一方、全測定波長による群遅延の算出が終了した場合は、各搬送波波長λ_１、λ_２・・・λ_ｎにおける群遅延Ｄ_１、Ｄ_２・・・Ｄ_ｎが求まる（ステップＳ３１）。

以上のように、本実施の形態における波長分散測定装置６０によれば、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１は、任意のＷＤＭチャネルの波長の光信号を取り出し、波長可変光フィルタ２１は、ＷＤＭ波長選択光フィルタ５１が取り出した光信号からＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分を抽出し、自己相関強度信号出力部７０は、光遅延器１３が遅延したＤＳＢ搬送波成分及び遅延していないＵＳＢ搬送波成分又はＬＳＢ搬送波成分により被測定光の自己相関強度信号を出力し、信号処理部１６は、光遅延器１３の位置（Ｌ_Ｕ）と位置（Ｌ_Ｌ）とに基づいて被測定光の群遅延時間を取得する構成としたので、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができる。

また、本実施の形態における波長分散測定装置６０は、従来のものとは異なり、高速受光回路、高速位相比較器及び高速クロック再生回路を必要としないので、従来のものよりも製造コストを低減することができるとともに、超高速光信号の群遅延時間の測定も可能となる。

以上のように、本発明に係る波長分散測定装置は、実伝送路で伝送されている超高速光信号の波長分散を測定することができ、しかも従来のものよりも製造コストを低減することができるという効果を有し、光ファイバ内を伝播する超高速光信号の波長分散を測定する波長分散測定装置等として有用である。

本発明に係る波長分散測定装置の第１の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長分散測定装置の第１の実施の形態において、非線形光学材料の機能の説明図 本発明に係る波長分散測定装置の第１の実施の形態において、非線形光学材料の機能の説明図 （ａ）タイプ１非線形光学材料の機能の説明図 （ｂ）タイプ２非線形光学材料の機能の説明図 本発明に係る波長分散測定装置の第１の実施の形態における動作原理の説明図 本発明に係る波長分散測定装置の第２の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長分散測定装置の第２の実施の形態における動作原理の説明図 本発明に係る波長分散測定装置の第３の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長分散測定装置の第４の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長分散測定装置の第５の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長分散測定装置の第５の実施の形態における各ステップを示すフローチャート 本発明に係る波長分散測定装置の第５の実施の形態における信号処理を概念的に示した図 本発明に係る波長分散測定装置の第５の実施の形態における信号処理を概念的に示した図 本発明に係る波長分散測定装置の第６の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長分散測定装置の第６の実施の形態における各ステップを示すフローチャート 従来の波長分散測定装置のブロック図

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０、６０ 波長分散測定装置
１１ 光分波器
１２ 波長可変光フィルタ（ＵＳＢ搬送波成分抽出手段）
１３ａ コーナーミラー
１３ｂ、１３ｃ ミラー
１３ 光遅延器（光遅延手段）
１４、７２ ミラー
１５ 波長可変光フィルタ（ＬＳＢ搬送波成分抽出手段）
１６ 信号処理部（群遅延時間取得手段）
１７ 制御部
２１ 波長可変光フィルタ（光信号成分抽出手段）
３１、５２、５４、５６ 光分波器
３２、５３、５５、５７ ＰＤ（受光部）
４１、７０ 自己相関強度信号出力部（自己相関強度信号出力手段）
４２ 光ゲートデバイス
４２ａ 光信号入力ポート
４２ｂ 光制御信号入力ポート
４２ｃ 光信号出力ポート
４４、７６ 受光器（光電変換部）
４５、７７ ＬＰＦ
４６、７８ ＡＤ変換器
５１ ＷＤＭ波長選択光フィルタ（波長分割多重光信号抽出手段）
７１ １／２波長板
７３ 光合波器
７４ タイプ２非線形光学材料（和周波光出射部）
７５ 光フィルタ

Claims (9)

1. 入射された被測定光信号を第１及び第２の光路に分波する光分波器（１１）と、前記第１及び前記第２の光路の一方において前記被測定光信号の搬送波成分及び前記搬送波成分の上側波帯成分を示すＵＳＢ搬送波成分を前記被測定光信号から抽出するＵＳＢ搬送波成分抽出手段（１２）と、前記第１及び前記第２の光路の他方において前記被測定光信号の搬送波成分及び前記搬送波成分の下側波帯成分を示すＬＳＢ搬送波成分を前記被測定光信号から抽出するＬＳＢ搬送波成分抽出手段（１５）と、前記ＵＳＢ搬送波成分及び前記ＬＳＢ搬送波成分のいずれかを遅延する光遅延手段（１３）と、前記光遅延手段（１３）が遅延した一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを入射して前記被測定光信号の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力手段（７０）と、前記自己相関強度信号の相対強度が最大となる前記光遅延手段（１３）の位置と予め定められた前記光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて前記被測定光信号の群遅延時間を取得する群遅延時間取得手段（１６）とを備えたことを特徴とする波長分散測定装置。
2. 前記被測定光信号は、波長分散がゼロのランダムパターンのパルス光を入力したときの、前記自己相関強度信号が最大となる前記光遅延器（１３）の位置を前記基準位置として定めたものであることを特徴とする請求項１に記載の波長分散測定装置。
3. 入射された被測定光信号を第１及び第２の光路に分波する光分波器（１１）と、前記第１及び前記第２の光路の一方において前記被測定光信号の搬送波成分及び前記搬送波成分の上側波帯成分を示すＵＳＢ搬送波成分と前記被測定光信号の搬送波成分及び前記搬送波成分の下側波帯成分を示すＬＳＢ搬送波成分とのいずれかを前記被測定光信号から抽出する光信号成分抽出手段（２１）と、前記第１及び前記第２の光路のいずれかにおいて前記ＵＳＢ搬送波成分又は前記ＬＳＢ搬送波成分と前記被測定光信号とのいずれかを遅延する光遅延手段（１３）と、前記光遅延手段（１３）が遅延した前記ＵＳＢ搬送波成分及び前記被測定光信号の一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを入射したとき前記被測定光信号の第１の自己相関強度信号を出力し、前記光遅延手段（１３）が遅延した前記ＬＳＢ搬送波成分及び前記被測定光信号の一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを入射したとき前記被測定光信号の第２の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力手段（７０）と、前記第１の自己相関強度信号の相対強度が最大となる前記光遅延手段（１３）の位置と前記第２の自己相関強度信号の相対強度が最大となる前記光遅延手段（１３）の位置とに基づいて前記被測定光信号の群遅延時間を取得する群遅延時間取得手段（１６）とを備えたことを特徴とする波長分散測定装置。
4. 前記自己相関強度信号出力手段（７０）は、前記光遅延手段（１３）が遅延した一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを合波する光合波器（７３）と、前記光合波器（７３）の出射光を入射して前記一方の光信号の周波数と前記他方の光信号の周波数との和となる周波数の光を示す和周波光を出射する和周波光出射部（７４）と、前記和周波光を電気信号に変換する光電変換部（７６）とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長分散測定装置。
5. 前記和周波光出射部（７４）は、非線形光学材料で形成されたことを特徴とする請求項４に記載の波長分散測定装置。
6. 前記自己相関強度信号出力手段（４１）は、前記光遅延手段（１３）が遅延した一方の光信号と遅延していない他方の光信号とを入射し前記被測定光信号の自己相関を示す光信号を出射する光ゲートデバイス（４２）と、前記光ゲートデバイス（４２）が出射する光信号を電気信号に変換する光電変換部（４４）とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長分散測定装置。
7. 前記ＵＳＢ搬送波成分抽出手段（１２）の出射光の少なくとも一部を受光する受光部（５５）と、前記ＬＳＢ搬送波成分抽出手段（１５）の出射光の少なくとも一部を受光する受光部（５７）とを備えたことを特徴とする請求項１、２、４乃至６のいずれか１項に記載の波長分散測定装置。
8. 前記光信号成分抽出手段（２１）の出射光の少なくとも一部を受光する受光部（３２）を備えたことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の波長分散測定装置。
9. 前記被測定光信号は波長分割多重光信号であって、前記被測定光信号が波長分割多重伝送される伝送路と前記光分波器（１１）との間において前記被測定光信号から任意の波長の波長分割多重光信号を抽出する波長分割多重光信号抽出手段（５１）と、前記波長分割多重光信号抽出手段（５１）の出射光の少なくとも一部を受光する受光部（５３）とを備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の波長分散測定装置。

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