JP2009052941A - Optical spectrum monitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光信号のスペクトルの観測をするための光スペクトルモニタにおいて、高速掃引、広ダイナミックレンジ、高感度、高波長分解能を実現するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for realizing high-speed sweep, wide dynamic range, high sensitivity, and high wavelength resolution in an optical spectrum monitor for observing the spectrum of an optical signal.
光信号の品質評価のためにそのスペクトルを表示するヘテロダイン型の光スペクトルモニタが用いられている。 A heterodyne type optical spectrum monitor that displays the spectrum is used to evaluate the quality of the optical signal.
ヘテロダイン型の光スペクトルモニタは、波長掃引されるローカル光とモニタ対象の入力光とを合波して光電変換器に入射する。 The heterodyne type optical spectrum monitor combines local light that is wavelength-swept and input light to be monitored and enters the photoelectric converter.
光電変換器からは、ローカル光と入力光の振幅のみ依存した信号の他に、両光の差周波数成分に依存した信号が出力される。 From the photoelectric converter, in addition to a signal that depends only on the amplitudes of the local light and the input light, a signal that depends on the difference frequency component between the two lights is output.
そこで、光電変換器の出力信号を所定の通過中心周波数Fiのバンドパスフィルタに入力し、被測定光のうち、波長掃引されるローカル光に対して周波数差Fiをもつ成分を抽出し、その抽出信号を検波することで、ローカル光の波長に対して周波数差Fiを有する波長成分のレベルを検出することができる。 Therefore, the output signal of the photoelectric converter is input to a bandpass filter having a predetermined pass center frequency Fi, and a component having a frequency difference Fi with respect to the local light whose wavelength is swept is extracted from the measured light. By detecting the signal, the level of the wavelength component having a frequency difference Fi with respect to the wavelength of the local light can be detected.
ここで、ローカル光の周波数がF1〜F2の範囲で掃引された場合、入力光に含まれる波長成分のうち、
|F1−Fi|〜|F2−Fi|
の周波数成分のレベルがローカル光の掃引によって検出されることになる。
Here, when the frequency of the local light is swept in the range of F1 to F2, among the wavelength components included in the input light,
| F1-Fi | ~ | F2-Fi |
The level of the frequency component is detected by sweeping the local light.
ところが実際には、バンドパスフィルタの通過中心周波数Fiは、光の周波数F1、F2に比べて格段に小さいため、ローカル光の周波数は被測定光を跨ぐように掃引される。このため、1つの被測定光に対して、±Fiの位置(2・Fiだけ離れた位置)において、信号を検出してしまい、正確なスペクトル波形を得ることができない。 However, since the pass center frequency Fi of the bandpass filter is actually much smaller than the light frequencies F1 and F2, the frequency of the local light is swept across the light to be measured. For this reason, a signal is detected at a position of ± Fi (a position separated by 2 · Fi) with respect to one measured light, and an accurate spectrum waveform cannot be obtained.
例えば、図8の(a)のように、被測定光Sに周波数Fxのスペクトルが存在している状態で、ローカル光Lの周波数が例えば低い方(図では左方)から近づいて、周波数(Fx−Fi)に一致したとき、図8の(c)のようにバンドパスフィルタの出力信号のレベルがピークとなり、さらにローカル光Lの周波数が高い方に掃引され、図8の(b)のように、周波数(Fx+Fi)に一致したとき、図8の(c)のようにバンドパスフィルタの出力信号のレベルが再びピークとなる。 For example, as shown in FIG. 8A, in the state where the spectrum of the frequency Fx exists in the light S to be measured, the frequency of the local light L approaches from the lower side (left side in the figure), for example. When the frequency coincides with Fx−Fi), the level of the output signal of the bandpass filter reaches a peak as shown in FIG. 8C, and the frequency of the local light L is swept to the higher side, and the frequency shown in FIG. Thus, when the frequency coincides with the frequency (Fx + Fi), the level of the output signal of the bandpass filter becomes a peak again as shown in FIG. 8C.
つまり、被測定光Sの一つのスペクトルに対して2つのスペクトルが存在しているように測定されてしまう。 That is, the measurement is performed so that two spectra exist for one spectrum of the light S to be measured.
この問題を解決する一つの方法として、特許文献1では、検出される2つのスペクトルの幅がローカル光のスペクトル線幅に依存しており、バンドパスフィルタの通過中心周波数を、ローカル光のスペクトル線幅にほぼ等しくすることで、正規のスペクトルとイメージのスペクトラムとが重なり、あたかも一つのスペクトルとして観測されるようにした技術が開示されている。
As one method for solving this problem, in
上記特許文献1の技術によれば、ローカル光のスペクトル線幅で決まる波長分解能で被測定光の測定を行え、極めて高い波長分解能の測定が可能となる。
According to the technique disclosed in
しかしながら、上記のように、ローカル光のスペクトル線幅相当の通過中心周波数を有する比較的狭い通過帯域のバンドパスフィルタを用いた従来装置で、ローカル光の掃引を高速にすると、ローカル光と被測定光が干渉した結果生じる干渉光の強度が変動する周波数は、ローカル光と被測定光の周波数差よりも高くなる。 However, as described above, when the local light is swept at a high speed with a conventional apparatus using a bandpass filter with a relatively narrow passband having a pass center frequency corresponding to the spectral line width of the local light, the local light and the measurement target The frequency at which the intensity of the interference light generated as a result of the light interference is higher than the frequency difference between the local light and the light to be measured.
このため、バンドパスフィルタの帯域から外れて、通過する信号量が低下し、感度低下を招き、スペクトルを見失う場合もある。 For this reason, the amount of signal passing through the band-pass filter is reduced, the sensitivity is lowered, and the spectrum may be lost.
また、高波長分解能測定で高速掃引を行う場合には、ローカル光のスペクトラム線幅の波長幅より狭い間隔でサンプリングを行う必要があり、超高速なデータサンプリングが必要となる。 Further, when performing high-speed sweeping with high wavelength resolution measurement, it is necessary to perform sampling at an interval narrower than the wavelength width of the spectrum line width of the local light, and ultrahigh-speed data sampling is required.
例えば、ローカル光のスペクトル線幅を1MHz(波長幅で約10fm:フェムトメータ)とすると、10fm以下の波長間隔でデータサンプリングが必要となる。したがって、超高速なデータサンプリングを行うか、ローカル光の波長掃引速度を低速にせざるを得ない。 For example, if the spectral line width of local light is 1 MHz (wavelength width of about 10 fm: femtometer), data sampling is required at a wavelength interval of 10 fm or less. Therefore, it is unavoidable to perform ultra-high-speed data sampling or reduce the wavelength sweep speed of local light.
測定波長掃引範囲の幅を100nm、掃引時間を2ms、ローカル光のスペクトル線幅(波長分解能に相当)を1MHz(波長幅で約10fm)として、その1/10の100KHz(波長幅で約1fm)の波長間隔でデータをサンプリングすると、サンプリング時間間隔Tsは、
Ts=2(ms)×1(fm)/100(nm)
=2×10−11(sec)
となり、50GHzのデータサンプリングが必要となってしまい、実現が困難である。
The width of the measurement wavelength sweep range is 100 nm, the sweep time is 2 ms, and the spectral line width of the local light (corresponding to the wavelength resolution) is 1 MHz (wavelength width is about 10 fm), which is 1 / 10th of 100 KHz (wavelength width is about 1 fm). Sampling data at a wavelength interval of
Ts = 2 (ms) × 1 (fm) / 100 (nm)
= 2 × 10 −11 (sec)
As a result, data sampling at 50 GHz is required, which is difficult to realize.
本発明は、この問題を解決し、実現容易なデータサンプリング速度で、広い波長範囲のスペクトルを高波長分解能で高速に測定できる光スペクトルモニタを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve this problem and provide an optical spectrum monitor capable of measuring a spectrum in a wide wavelength range at a high speed with a high wavelength resolution at a data sampling rate that is easy to realize.
前記目的を達成するために、本発明の請求項1の光スペクトルモニタは、
指定された波長範囲内で波長掃引されるローカル光を出射する波長可変光源(21)と、
前記ローカル光と被測定光とを合波する合波部(22)と、
前記合波部から出射される光を受ける光電変換部(23)と、
前記光電変換部の出力信号から、前記ローカル光と被測定光の差周波成分を抽出する通過中心周波数可変のバンドパス型のフィルタ部(24)と、
前記フィルタ部の出力信号を包絡線検波する検波部(25)と、
前記検波部の出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングしてデジタルのデータに変換するA/D変換部(26)と、
測定波長範囲(λc、W)と測定波長分解能(R)とを含む測定条件を指定する測定条件指定手段(31)と、
前記指定された測定波長範囲に応じて前記ローカル光の波長を掃引させ、前記測定波長範囲の幅(W)、前記ローカル光の1掃引に要する掃引時間(T)、前記測定波長分解能(R)および前記ローカル光のスペクトル線幅とに基づいて、前記フィルタ部の通過中心周波数と前記A/D変換部のサンプリング周期とを設定し、該設定した測定条件で得られたデータから、前記被測定光のスペクトル波形を求める演算処理部(30)とを備えている。
In order to achieve the object, an optical spectrum monitor according to
A wavelength tunable light source (21) that emits local light that is swept within a specified wavelength range;
A multiplexing unit (22) for multiplexing the local light and the measured light;
A photoelectric conversion unit (23) for receiving light emitted from the multiplexing unit;
A bandpass filter unit (24) having a variable pass center frequency for extracting a difference frequency component between the local light and the light to be measured from an output signal of the photoelectric conversion unit;
A detector (25) for detecting an envelope of the output signal of the filter unit;
An A / D conversion section (26) for sampling the output signal of the detection section at a predetermined sampling period and converting it into digital data;
Measurement condition designating means (31) for designating measurement conditions including a measurement wavelength range (λc, W) and a measurement wavelength resolution (R);
The wavelength of the local light is swept in accordance with the designated measurement wavelength range, the width of the measurement wavelength range (W), the sweep time required for one sweep of the local light (T), and the measurement wavelength resolution (R) Based on the spectral line width of the local light, the center frequency of the filter section and the sampling period of the A / D converter section are set, and the data to be measured is obtained from the data obtained under the set measurement conditions. And an arithmetic processing unit (30) for obtaining a spectral waveform of light.
また、本発明の請求項2の光スペクトルモニタは、請求項1記載の光スペクトルモニタにおいて、
前記合波部は、被測定光とローカル光との合波光を2分岐して出射するように構成され、
前記光電変換部は、前記合波部で2分岐された光を、第1光電変換器(23a)と第2光電変換器(23b)とでそれぞれ受け、その出力信号同士を減算器(23c)により減算して、直流分が除去された信号を出力することを特徴としている。
An optical spectrum monitor according to
The multiplexing unit is configured to divide and emit the combined light of the light to be measured and the local light,
The photoelectric conversion unit receives the light branched into two at the multiplexing unit by the first photoelectric converter (23a) and the second photoelectric converter (23b), and subtracts the output signals from each other (23c). And subtracting the signal to output a signal from which the DC component has been removed.
また、本発明の請求項3の光スペクトルモニタは、請求項1または請求項2記載の光スペクトルモニタにおいて、
前記ローカル光の偏波を前記A/D変換部のサンプリング速度より高速に攪拌して、前記合波部へ与える偏波スクランブラ(40)を有している。
The optical spectrum monitor according to
A polarization scrambler (40) that stirs the polarization of the local light at a higher speed than the sampling speed of the A / D conversion unit and applies the stirring to the multiplexing unit is provided.
また、本発明の請求項4の光スペクトルモニタは、請求項1記載の光スペクトルモニタにおいて、
前記合波部は、ローカル光と被測定光とを、それぞれ直交する偏光成分に分け、ローカル光と被測定光の一方の偏光成分同士を合波し、他方の偏光成分同士を合波して出射するように構成されており、
前記光電変換部は、前記合波部から出射される一方の偏光成分の合波光を受ける第1光電変換器(23a)と他方の偏光成分の合波光を受ける第2光電変換器(23b)とを有し、
前記フィルタ部は、前記第1光電変換器の出力信号を受ける第1バンドパスフィルタ(24a)と、前記第2光電変換器の出力信号を受ける第2バンドパスフィルタ(24b)とを有し、
前記検波部は、前記第1バンドパスフィルタの出力信号を包絡線検波する第1検波器(25a)と、前記第2ハンドパスフィルタの出力信号を包絡線検波する第2検波器(25b)とを有し、
前記A/D変換部は、前記第1検波器の出力信号を前記所定のサンプリング周期でサンプリングする第1A/D変換器(26a)と、前記第2検波器の出力信号を前記第1A/D変換器と同期したタイミングにサンプリングする第2A/D変換器(26b)とを有し、
前記演算処理部は、前記第1A/D変換器と第2A/D変換器によって得られたデータにより前記被測定光のスペクトル波形を求めることを特徴としている。
The optical spectrum monitor according to claim 4 of the present invention is the optical spectrum monitor according to
The multiplexing unit divides the local light and the measured light into orthogonal polarization components, multiplexes one polarization component of the local light and the measured light, and multiplexes the other polarization components. Configured to emit,
The photoelectric conversion unit includes a first photoelectric converter (23a) that receives the combined light of one polarization component emitted from the combining unit, and a second photoelectric converter (23b) that receives the combined light of the other polarization component. Have
The filter unit includes a first bandpass filter (24a) that receives an output signal of the first photoelectric converter, and a second bandpass filter (24b) that receives an output signal of the second photoelectric converter,
The detector includes a first detector (25a) that detects an envelope of the output signal of the first bandpass filter, and a second detector (25b) that detects an envelope of the output signal of the second handpass filter. Have
The A / D converter includes a first A / D converter (26a) that samples the output signal of the first detector at the predetermined sampling period, and the output signal of the second detector as the first A / D. A second A / D converter (26b) for sampling at a timing synchronized with the converter,
The arithmetic processing unit is characterized in that a spectrum waveform of the measured light is obtained from data obtained by the first A / D converter and the second A / D converter.
また、本発明の請求項5の光スペクトルモニタは、請求項1〜4のいずれかに記載の光スペクトルモニタにおいて、
前記演算処理部は、前記測定波長範囲の幅(W)、前記ローカル光の1掃引に要する掃引時間(T)、前記測定波長分解能(R)から得られるサンプリング周波数(1/(T・R/W))の1/2と、前記ローカル光のスペクトル線幅とのうちの大きい方にほぼ等しい周波数を、前記フィルタ部の通過中心周波数に設定することを特徴としている。
Moreover, the optical spectrum monitor of Claim 5 of this invention is the optical spectrum monitor in any one of Claims 1-4,
The arithmetic processing unit is configured to obtain a sampling frequency (1 / (T · R / R) obtained from a width (W) of the measurement wavelength range, a sweep time (T) required for one sweep of the local light, and the measurement wavelength resolution (R). A frequency that is approximately equal to the larger of 1/2 of W)) and the spectral line width of the local light is set as the passing center frequency of the filter unit.
また、本発明の請求項6の光スペクトルモニタは、請求項1〜5のいずれかに記載の光スペクトルモニタにおいて、
前記検波部は、包絡線検波の時定数が可変できるように構成され、
前記演算処理部は、前記検波部の包絡線検波の時定数を、前記測定条件に応じた値に設定することを特徴としている。
Moreover, the optical spectrum monitor of
The detection unit is configured so that the time constant of envelope detection can be varied,
The arithmetic processing unit sets an envelope detection time constant of the detection unit to a value corresponding to the measurement condition.
上記したように、本発明の光スペクトルモニタは、フィルタ部の通過中心周波数を可変できるように構成し、指定された測定波長範囲の幅(W)、ローカル光の1掃引に要する掃引時間(T)、測定波長分解能(R)およびローカル光のスペクトル線幅とに基づいて、フィルタ部の通過中心周波数と前記A/D変換部のサンプリング周期とを設定しており、測定条件に応じてフィルタ部の通過中心周波数を設定することで、実現可能なサンプリング速度で種々の測定条件に対応できる。 As described above, the optical spectrum monitor of the present invention is configured so that the pass center frequency of the filter unit can be varied, and the specified measurement wavelength range width (W), the sweep time required for one sweep of local light (T ), The measurement wavelength resolution (R), and the spectral line width of the local light, the pass center frequency of the filter unit and the sampling period of the A / D conversion unit are set, and the filter unit according to the measurement conditions By setting the pass center frequency, it is possible to cope with various measurement conditions at a feasible sampling rate.
また、検波部として比較的時定数を大きくとれる包絡線検波を採用しているので、高速掃引時や高分解能測定の際に正規スペクトルとイメージスペクトルとの隙間を埋める波形改善効果が期待できる。 In addition, since envelope detection with a relatively large time constant is adopted as the detection unit, a waveform improvement effect that fills the gap between the normal spectrum and the image spectrum during high-speed sweeping or high-resolution measurement can be expected.
また、請求項2の構成の光スペクトルモニタでは、光電変換部から直流分が除去された信号を出力することができ、光電変換器の直流ドリフトの影響を除くことができる。
In the optical spectrum monitor having the configuration according to
また、請求項3、4の構成の光スペクトルモニタでは、被測定光とローカル光の偏波状態による測定への影響をなくすことができる。
Further, in the optical spectrum monitor having the configurations of
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明を適用した光スペクトルモニタ20の構成を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of an optical spectrum monitor 20 to which the present invention is applied.
この光スペクトルモニタ20の波長可変光源21は、例えばMEMS型の外部共振可変波長光源であり、所定の波長範囲で掃引されるローカル光Lを合波部22に出射する。
The wavelength variable
合波部22はローカル光Lと被測定光Sとを合波し、その合波光Saを光電変換部23に入射する。
The multiplexing
光電変換部23は合波光Saを受け、その合波光Saに含まれるローカル光L、被測定光Sおよびその差周波数成分に依存した電気信号Eを出力する。
The
フィルタ部24は、その通過中心周波数Fiが可変できるバンドパス型に構成され、光電変換部23の出力信号Eから、周波数Fiを中心する信号Eaを抽出して、包絡線検波器25に出力する。
The
フィルタ部24は、例えば通過中心周波数Fiが異なる複数のバンドパスフィルタをスイッチにより選択する方式と、一つのバンドパスフィルタの通過中心周波数を決める回路定数を可変する方式のいずれでもよいが、イメージによるスペクトル波形の落ち込みを少なくするために、低域側の特性は周波数ゼロ(直流)の近くまで延びていることが望ましい。
The
検波部25は、フィルタ部24の出力信号Eaを所定時定数Ctで包絡線検波し、その検波出力EbをA/D変換部26に出力する。なお、この検波部25の包絡線検波の時定数Ctは固定であってもよいが、可変できるように構成し、図1で点線で示しているように、演算処理部30から可変設定できるようにすれば、より多種の測定条件に対応することができる。
The
A/D変換部26は、検波出力Ebを所定のサンプリング周期TsでサンプリングしてデジタルのデータDに変換し、演算処理部30に出力する。
The A /
演算処理部30は、測定条件指定手段31によって指定された波長掃引範囲(例えばセンタ波長λcと掃引幅Wによる)と掃引時間T(この掃引時間Tは固定であってもよい)を波長可変光源21に設定し、ローカル光Lを、指定された波長掃引範囲(λc−W/2〜λc+W/2)を1掃引当たりT時間で掃引させる。
The
また、演算処理部30は、掃引幅W、掃引時間Tおよび波長分解能Rに応じてフィルタ部24の通過中心周波数Fiと、A/D変換部26のサンプリング周期Tsを設定し、その条件で得られたデータDを記憶して、スペクトルの波形データを生成し、その波形を表示器32に表示させる。
The
具体的に言えば、波長掃引幅W、掃引時間T、測定波長分解能Rに対して、計算上要求されるサンプリング周波数1/(T×R/W)の1/2の値U、即ち、U=1/(2×T×R/W)と、ローカル光Lのスペクトル線幅とのうち、大きい方の周波数に等しい通過中心周波数Fiを設定し、サンプリング周期Tsは、例えばその通過中心周波数Fiの2倍以上に設定する。なお、測定波長分解能Rの最高値はローカル光Lのスペクトル線幅(例えば10fm)であるが、ここでは実際に欲しい値(1pm、10pm)等を指す。
Specifically, with respect to the wavelength sweep width W, the sweep time T, and the measurement wavelength resolution R, a
例えば、波長掃引幅Wを100nm、掃引時間Tを1ms、ローカル光Lのスペクトル線幅が1MHz(波長幅で約10fm)で、波長分解能Rが0.1nmと指定された場合、前記値U(Hz)は、
U=1/(2×T×R/W)=500KHz
で、ローカル光Lのスペクトル線幅より小さいので、図2の(a)のように、フィルタ部24の通過中心周波数Fiをローカル光Lのスペクトル線幅の1MHzに設定する。
For example, when the wavelength sweep width W is 100 nm, the sweep time T is 1 ms, the spectral line width of the local light L is 1 MHz (wavelength width of about 10 fm), and the wavelength resolution R is specified as 0.1 nm, the value U ( Hz) is
U = 1 / (2 × T × R / W) = 500 KHz
Therefore, since it is smaller than the spectral line width of the local light L, the pass center frequency Fi of the
また、波長掃引幅Wを100nm、掃引時間Tを1ms、ローカル光Lのスペクトル線幅が1MHz(波長幅で約10fm)で、波長分解能Rが0.01nmと指定された場合、値U(Hz)は、
U=1/(2×T×R/W)=5MHz
となり、ローカル光Lのスペクトル線幅の方が小さいので、図2の(b)のように、フィルタ部24の通過中心周波数Fiを5MHzに設定する。
When the wavelength sweep width W is 100 nm, the sweep time T is 1 ms, the spectral line width of the local light L is 1 MHz (wavelength width of about 10 fm), and the wavelength resolution R is specified as 0.01 nm, the value U (Hz )
U = 1 / (2 × T × R / W) = 5 MHz
Since the spectral line width of the local light L is smaller, the pass center frequency Fi of the
このように、測定条件としての波長掃引幅W、掃引時間T、測定波長分解能Rに応じてフィルタ部24の通過中心周波数Fiを可変制御することで、高感度で高波長分解能の高速測定が可能となる。
In this way, by variably controlling the pass center frequency Fi of the
また、フィルタ部24の通過帯域幅も通過中心周波数Fiに応じて可変できるようにすれば、より多様な測定条件に対応できる。
Further, if the pass band width of the
低速波長掃引や低波長分解能での測定では、前記値Uは、ローカル光Lのスペクトル線幅と同等もしくは小さい周波数となるため、フィルタ部24の通過中心周波数Fiは、ローカル光Lのスペクトラム線幅の付近となり、被測定光Sの正規スペクトルとイメージスペクトルとが顕著に分離されて観測されることは無い。
In the measurement with the low-speed wavelength sweep or the low wavelength resolution, the value U is equal to or smaller than the spectrum line width of the local light L. Therefore, the pass center frequency Fi of the
ところが、高速波長掃引や高波長分解能での測定の場合、前記値Uが大きくなり、フィルタ部24の通過中心周波数Fiとローカル光Lのスペクトル線幅との周波数差が大きくなり、図3の(a)のように被測定光の正規スペクトルSrとイメージスペクトルSiとが分離されて観測されることが起こり得るが、このような場合であっても、実施形態の光スペクトルモニタ20では、フィルタ部24の出力Eaを検波部25において包絡線検波しているので、図1で点線で示しているように、演算処理部30によって、包絡線検波の時定数Ctを、例えばサンプリング周期Ts(=T×R/W)に近い値に設定することで、図3の(b)のように、正規スペクトルSrとイメージスペクトルSiとの間の波形の落ち込みを防ぐことができ、イメージスペクトルSiが観測されるのを防ぐことができる。
However, in the case of measurement with high-speed wavelength sweep or high wavelength resolution, the value U increases, and the frequency difference between the pass center frequency Fi of the
前記した図1の構成は本発明の光スペクトルモニタの基本構成であるが、以下、その具体的な構成例について説明する。 The configuration shown in FIG. 1 is the basic configuration of the optical spectrum monitor of the present invention, and a specific configuration example will be described below.
図4は、合波部22と光電変換部23の構成例を示したものであり、合波部22は、光カプラ型で被測定光Sとローカル光Lを合波し、その合波光を2つの光Sa1、Sa2に分波して、光電変換部23に入射する。なお、光Sa1、Sa2の位相は互いに反転している。
FIG. 4 shows a configuration example of the multiplexing
光電変換部23は、2つの光Sa1、Sa2を光電変換器23a、23bでそれぞれ受け、その出力信号を減算器23cに与えることで、光電変換器23a、23bの出力に含まれる直流分を除去する。
The
即ち、光電変換器23aの出力E1は(直流分+被測定光とローカル光の差周波数成分)となり、光電変換器23bの出力E2は(直流分−被測定光とローカル光の差周波成分)となり、その差分をとることにより、信号Eには、(被測定光とローカル光の差周波成分)の2倍が現れる。なお、被測定光とローカル光の和周波数成分は高過ぎて光電変換器が応答できないので無視できる。
That is, the output E1 of the
この構成では、合波部22の一方の出力、例えば光Sa1を1つの光電変換部23aで受けるだけの構成に比べ、該差周波成分を2倍の強度で検出でき、且つ直流ドリフトの影響を除去できるため、3dB以上のS/N改善が図れる。
In this configuration, compared with a configuration in which one output of the multiplexing
図5は、波長可変光源21から出射されるローカル光Lを偏波スクランブラ40に入射し、偏波状態がランダム化されたローカル光L′を生成して合波部22に入射する構成例を示している。この場合、偏波スクランブラ40では、A/D変換部26のサンプリング周期Tsより短い周期で偏波状態を攪拌(スクランブル)させる。このようにローカル光Lの偏波状態をスクランブルすることで、被測定光Sの偏波状態に依存しない測定結果を得ることができる。
FIG. 5 shows a configuration example in which the local light L emitted from the wavelength tunable
また、図6は、合波部22において、被測定光Sをその偏光方向が互いに直交するP偏光とS偏光に分け、ローカル光Lについても同様に2つの偏光成分に分け、一方の偏光成分同士の合波光Sapと、他方の偏光成分同士の合波光Sasを出射する。
Further, FIG. 6 shows that in the
そして、一方の合波光Sapを光電変換部23の一方の光電変換器23aで受け、他方の合波光Sasを、光電変換部23の他方の光電変換器23bで受ける。
Then, one combined light Sap is received by one
さらに、各光電変換器23a、23bの出力Ep、Esをフィルタ部24に入力し、前記同様に通過中心周波数Fiが設定されたバンドパスフィルタ24a、24bにそれぞれ与え、その出力信号Eap、Easを検波部25の2つの検波器25a、25bにより包絡線検波し、その検波出力Ebp、EbsをA/D変換部26の2つのA/D変換器26a、26bによってデジタルのデータDp、Dsに変換し、演算処理部30に入力する。
Further, the outputs Ep and Es of the respective
演算処理部30は、直交する2つ偏光成分について得られたデータDp、Dsを合成することで被掃引光のスペクトルを求めて、波長対スペクトル波形データを生成し、表示器23に表示する。
The
なお、上記した合波部22は、例えば図7の(a)のように、ビームスプリッタ22aによりローカル光Lと被測定光SをそれぞれP偏光とS偏光の成分Lp、Ls、Sp、Ssに分け、P偏光成分Lp、Spの合波光Sapを0゜偏光子22bから出射させ、S偏光成分Ls、Ssの合波光Sasを90゜偏光子22cが出射させる。
In addition, the above-described combining
また、図7の(b)のように、偏光ビームスプリッタ22aにより、ローカル光Lと被測定光SをそれぞれP偏光とS偏光の成分Lp、Ls、Sp、Ssに分け、互いに直交する成分Ls、Spを45゜偏光子22dに入射して、偏光が45゜傾く成分Ls′、Sp′の合波光Sapを出射させ、互いに直交する成分Lp、Ssを45゜偏光子22eに入射して、偏光が45゜傾く成分Lp′、Ss′の合波光Sasを出射させる。 Further, as shown in FIG. 7B, the polarization beam splitter 22a divides the local light L and the measured light S into P-polarized and S-polarized components Lp, Ls, Sp, and Ss, respectively, and components Ls orthogonal to each other. , Sp is incident on the 45 ° polarizer 22d, the combined light Sap of the components Ls ′ and Sp ′ whose polarization is inclined by 45 ° is emitted, and the components Lp and Ss orthogonal to each other are incident on the 45 ° polarizer 22e. Combined light Sas of components Lp ′ and Ss ′ whose polarization is inclined by 45 ° is emitted.
20……光スペクトルモニタ、21……波長可変光源、22……合波部、23……光電変換部、23a、23b……光電変換器、23c……減算器、24……フィルタ部、24a、24b……バンドパスフィルタ、25……検波部、25a、25b……検波器、26……A/D変換部、26a、26b……A/D変換器、30……演算処理部、31……測定条件指定手段、32……表示器、40……偏波スクランブラ 20: Optical spectrum monitor, 21: Wavelength variable light source, 22: Multiplexing unit, 23: Photoelectric conversion unit, 23a, 23b ... Photoelectric converter, 23c: Subtractor, 24: Filter unit, 24a , 24b... Band-pass filter, 25... Detector, 25a, 25b... Detector, 26... A / D converter, 26a, 26b ... A / D converter, 30. ... Measurement condition designating means, 32 ... Display, 40 ... Polarization scrambler
Claims (6)
前記ローカル光と被測定光とを合波する合波部(22)と、
前記合波部から出射される光を受ける光電変換部(23)と、
前記光電変換部の出力信号から、前記ローカル光と被測定光の差周波成分を抽出する通過中心周波数可変のバンドパス型のフィルタ部(24)と、
前記フィルタ部の出力信号を包絡線検波する検波部(25)と、
前記検波部の出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングしてデジタルのデータに変換するA/D変換部(26)と、
測定波長範囲(λc、W)と測定波長分解能(R)とを含む測定条件を指定する測定条件指定手段(31)と、
前記指定された測定波長範囲に応じて前記ローカル光の波長を掃引させ、前記測定波長範囲の幅(W)、前記ローカル光の1掃引に要する掃引時間(T)、前記測定波長分解能(R)および前記ローカル光のスペクトル線幅とに基づいて、前記フィルタ部の通過中心周波数と前記A/D変換部のサンプリング周期とを設定し、該設定した測定条件で得られたデータから、前記被測定光のスペクトル波形を求める演算処理部(30)とを備えた光スペクトルモニタ。 A wavelength tunable light source (21) that emits local light that is swept within a specified wavelength range;
A multiplexing unit (22) for multiplexing the local light and the measured light;
A photoelectric conversion unit (23) for receiving light emitted from the multiplexing unit;
A bandpass filter unit (24) having a variable pass center frequency for extracting a difference frequency component between the local light and the light to be measured from an output signal of the photoelectric conversion unit;
A detector (25) for detecting an envelope of the output signal of the filter unit;
An A / D conversion section (26) for sampling the output signal of the detection section at a predetermined sampling period and converting it into digital data;
Measurement condition designating means (31) for designating measurement conditions including a measurement wavelength range (λc, W) and a measurement wavelength resolution (R);
The wavelength of the local light is swept in accordance with the designated measurement wavelength range, the width of the measurement wavelength range (W), the sweep time required for one sweep of the local light (T), and the measurement wavelength resolution (R) And setting the pass center frequency of the filter unit and the sampling period of the A / D conversion unit based on the spectral line width of the local light, and from the data obtained under the set measurement conditions, The optical spectrum monitor provided with the arithmetic processing part (30) which calculates | requires the spectrum waveform of light.
前記光電変換部は、前記合波部で2分岐された光を、第1光電変換器(23a)と第2光電変換器(23b)とでそれぞれ受け、その出力信号同士を減算器(23c)により減算して、直流分が除去された信号を出力することを特徴とする請求項1記載の光スペクトルモニタ。 The multiplexing unit is configured to divide and emit the combined light of the light to be measured and the local light,
The photoelectric conversion unit receives the light branched into two at the multiplexing unit by the first photoelectric converter (23a) and the second photoelectric converter (23b), and subtracts the output signals from each other (23c). 2. The optical spectrum monitor according to claim 1, wherein a signal from which a direct current component has been removed is output by subtracting the signal.
前記光電変換部は、前記合波部から出射される一方の偏光成分の合波光を受ける第1光電変換器(23a)と他方の偏光成分の合波光を受ける第2光電変換器(23b)とを有し、
前記フィルタ部は、前記第1光電変換器の出力信号を受ける第1バンドパスフィルタ(24a)と、前記第2光電変換器の出力信号を受ける第2バンドパスフィルタ(24b)とを有し、
前記検波部は、前記第1バンドパスフィルタの出力信号を包絡線検波する第1検波器(25a)と、前記第2ハンドパスフィルタの出力信号を包絡線検波する第2検波器(25b)とを有し、
前記A/D変換部は、前記第1検波器の出力信号を前記所定のサンプリング周期でサンプリングする第1A/D変換器(26a)と、前記第2検波器の出力信号を前記第1A/D変換器と同期したタイミングにサンプリングする第2A/D変換器(26b)とを有し、
前記演算処理部は、前記第1A/D変換器と第2A/D変換器によって得られたデータにより前記被測定光のスペクトル波形を求めることを特徴とする請求項1記載の光スペクトルモニタ。 The multiplexing unit divides the local light and the measured light into orthogonal polarization components, multiplexes one polarization component of the local light and the measured light, and multiplexes the other polarization components. Configured to emit,
The photoelectric conversion unit includes a first photoelectric converter (23a) that receives the combined light of one polarization component emitted from the combining unit, and a second photoelectric converter (23b) that receives the combined light of the other polarization component. Have
The filter unit includes a first bandpass filter (24a) that receives an output signal of the first photoelectric converter, and a second bandpass filter (24b) that receives an output signal of the second photoelectric converter,
The detector includes a first detector (25a) that detects an envelope of the output signal of the first bandpass filter, and a second detector (25b) that detects an envelope of the output signal of the second handpass filter. Have
The A / D converter includes a first A / D converter (26a) that samples the output signal of the first detector at the predetermined sampling period, and the output signal of the second detector as the first A / D. A second A / D converter (26b) for sampling at a timing synchronized with the converter,
The optical spectrum monitor according to claim 1, wherein the arithmetic processing unit obtains a spectrum waveform of the light to be measured from data obtained by the first A / D converter and the second A / D converter.
前記演算処理部は、前記検波部の包絡線検波の時定数を、前記測定条件に応じた値に設定することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光スペクトルモニタ。 The detection unit is configured so that the time constant of envelope detection can be varied,
The optical spectrum monitor according to claim 1, wherein the arithmetic processing unit sets a time constant of envelope detection of the detection unit to a value corresponding to the measurement condition.
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