JP2009300363A

JP2009300363A - 光信号対雑音比測定装置

Info

Publication number: JP2009300363A
Application number: JP2008157795A
Authority: JP
Inventors: Takao Tanimoto; 隆生谷本
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2009-12-24

Abstract

【課題】従来の測定方法ではポラライザの偏光軸に直交する直線偏光を入力する必要があり、偏波コントローラの制御に時間を要し、短時間での測定が困難という課題がある。本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、偏波コントローラの調整が容易であり、高精度かつ高速にＯＳＮＲを測定できる光信号対雑音比測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る光信号対雑音比測定装置は、信号光がポラライザを通過した後に信号成分とＡＳＥノイズとの光強度差を小さくなるような偏光状態を偏波コントローラで作り出し、偏波スクランブラを介した後の光のストークスパラメータからＡＳＥノイズを算出することとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号光の光強度に対するノイズとなる光源の自然放出光（ＡＳＥ：ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ）の光強度の比率である光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：ＯｐｔｉｃａｌＳｉｇｎａｌ−ｔｏ−ＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）を測定する光信号対雑音比測定装置に関する。

波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークでは、各チャネルのパワー、波長、およびＯＳＮＲ等の特性に関し、光ネットワークの性能を維持することが必須である。特に、ＯＳＮＲは、伝送信号品質の維持するために、極めて重要な測定項目である。しかし、ダイナミックな経路設定が可能なＷＤＭネットワークでは、ＷＤＭ信号は自由にＡｄｄ／Ｄｒｏｐされて各チャネルの光信号は異なる経路および異なる光ファイバアンプ段数を通過するため、各チャネルにおけるＡＳＥの光強度も大きく異なることになる。以下、ＡＳＥの光強度をＡＳＥノイズと記載する。さらに、各チャネルの光信号は光フィルタでフィルタリングされ、ＡＳＥノイズはより複雑な波長特性を示す。

従来、偏波ヌリング法でＯＳＮＲ測定を行うことが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。偏波ヌリング法は、偏波コントローラとポラライザを用い、偏波コントローラで信号光を直線偏光としてポラライザの偏光軸に直交する直線偏光を入力することで信号光を除去し、ＡＳＥノイズを直接測定してＯＳＮＲを求める。
米国特許７１０６４４３号

しかし、特許文献１に記載される測定方法ではポラライザの偏光軸に直交する直線偏光を入力する必要があり、偏波コントローラの制御に時間を要し、短時間での測定が困難という課題がある。これは、ポラライザの偏光軸と完全に直交しない直線偏光を入力すれば、信号光がＡＳＥノイズに含まれて測定誤差を生じてしまうためである。このため、高精度にＯＳＮＲを測定しようとすれば、例えば偏波コントローラの１／２波長板と１／４波長板を繰り返し設定しながらパワーをモニタしてポラライザの偏光軸と直交する直線偏光を作ることが必要となるからである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、偏波コントローラの調整が容易であり、高精度かつ高速にＯＳＮＲを測定できる光信号対雑音比測定装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る光信号対雑音比測定装置は、信号光がポラライザを通過した後に信号成分とＡＳＥノイズとの光強度差が小さくなるような偏光状態を偏波コントローラで作り出し、偏波スクランブラを介した後の光のストークスパラメータからＡＳＥノイズを算出することとした。

具体的には、本発明に係る光信号対雑音比測定装置は、偏光した光からなる信号光と無偏光からなる自然放出光とを含む被測定光の偏光状態を制御する偏波コントローラと、前記偏波コントローラで偏光状態を制御された前記被測定光のうち特定の偏光方向の成分のみを透過させる主ポラライザと、前記主ポラライザを透過した前記特定の偏光方向の成分のうち前記自然放出光に相当する成分のみを無偏光状態にする偏光スクランブラと、前記偏光スクランブラから出射された光のストークスパラメータを測定するストークスパラメータモニタと、前記偏波コントローラに入射する被測定光の光強度を測定する被測定光受光部と、前記被測定光受光部で測定された前記被測定光の光強度と前記ストークスパラメータモニタで測定されたストークスパラメータとに基づいて前記被測定光の光信号対雑音比を算出する光信号対雑音比演算部と、を備える。

ストークスパラメータモニタは、４つのストークスパラメータを測定することができる。この４つのストークスパラメータを後述する計算式のように計算することで、ＡＳＥノイズのみを算出することができる。このため、本発明に係る光信号対雑音比測定装置は、偏波コントローラで信号光の偏波状態を高精度に調整することが不要である。さらに、本発明に係る光信号対雑音比測定装置は、別途測定した被測定光の光強度と算出したＡＳＥノイズから高精度なＯＳＮＲを算出することができる。

従って、本発明は、偏波コントローラの調整が容易であり、高精度かつ高速にＯＳＮＲを測定できる光信号対雑音比測定装置を提供することができる。

本発明に係る光信号対雑音比測定装置は、光路の切り替えにより、前記被測定光を前記偏波コントローラ又は前記被測定光受光部に結合する光スイッチをさらに備える。光分岐器より損失が少ないため、ＯＳＮＲを高精度に測定することができる。

本発明に係る光信号対雑音比測定装置を用いれば、光強度を実測する際に信号光の光強度とＡＳＥノイズとの強度差を小さくして測定することができるため、測定精度や演算時の誤差の影響を小さくすることができる。さらに、信号光の偏光方向と主ポラライザが透過する光の偏光方向とを高精度に設定することが不要であるため、偏波コントローラの設定時間も大幅に短縮でき、短時間での測定が可能となる。従って、本発明は、偏波コントローラの調整が容易であり、高精度かつ高速にＯＳＮＲを測定できる光信号対雑音比測定装置を提供することが可能である。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１に本実施形態の光信号対雑音比測定装置の構成を説明するブロック図を示す。図１の光信号対雑音比測定装置は、偏光した光からなる信号光と無偏光からなる自然放出光とを含む被測定光の偏光状態を制御する偏波コントローラ２０と、偏波コントローラ２０で偏光状態を制御された前記被測定光のうち特定の偏光方向の成分のみを透過させる主ポラライザ１３と、主ポラライザ１３を透過した前記特定の偏光方向の成分のうち前記自然放出光に相当する成分のみを無偏光状態にする偏光スクランブラ１４と、偏光スクランブラ１４から出射された光ストークスパラメータを測定するストークスパラメータモニタ５０と、偏波コントローラ２０に入射する被測定光の光強度を測定する被測定光受光部１５と、被測定光受光部１５で測定された前記被測定光の光強度とストークスパラメータモニタ５０で測定されたストークスパラメータとに基づいて前記被測定光の光信号対雑音比を算出する光信号対雑音比演算部１６と、を備える。例えば、被測定光はＷＤＭ信号光である。

また、図１の光信号対雑音比測定装置は、無偏光からなる自然放出光と波長の異なる偏光した光からなる複数の信号光とを有する波長多重信号から、前記複数の信号光のうち一つの信号光の属する任意の波長帯を透過させて偏波コントローラ２０に前記被測定光として出力する波長可変バンドパスフィルタ１１をさらに備える。波長可変バンドパスフィルタ１１は制御部１７で制御されており、制御部１７が指示した波長の信号光を含む波長範囲の光を透過させる。入力された被測定光は、波長可変バンドパスフィルタ１１で測定対象となる波長（チャネル）が抽出される。また、本実施例では、制御部１７が波長可変バンドパスフィルタ１１を制御するように説明するが、作業者が波長可変バンドパスフィルタ１１を直接調整し、被測定光から測定対象となる波長を抽出してもよい。

さらに、図１の光信号対雑音比測定装置は、波長可変バンドパスフィルタ１１からの光を分岐して被測定光受光部１５に結合する光分岐手段１２を備える。光分岐手段１２は波長可変バンドパスフィルタ１１からの光を２光束に分岐する。光分岐手段１２は、入力される光の一部を分岐する光分岐器であってもよいし、光路の切り替えにより、前記被測定光を偏波コントローラ２０又は被測定光受光部１５に結合する光スイッチでもよい。例えば、光分岐手段１２は無偏光ビームスプリッタである。分岐された光束の一方は偏波コントローラ２０に、もう一方は被測定光受光部１５に入力される。光分岐手段１２が光スイッチである場合、光スイッチを偏波コントローラ２０に接続してストークスパラメータモニタ５０で４つのストークスパラメータを測定した後、光スイッチを被測定光受光部１５へ切り替えて被測定光の光強度を測定する。例えば、被測定光受光部１５はフォトダイオードを有する。

偏波コントローラ２０は、前記被測定光が連続して透過するコントローラ用１／４波長板２１及びコントローラ用１／２波長板２２を有し、コントローラ用１／４波長板２１及びコントローラ用１／２波長板２２の光学軸の回転角度を組み合わることにより被測定光の偏波状態を制御する。コントローラ用１／４波長板２１及びコントローラ用１／２波長板２２は制御部１７で制御されており、制御部１７が指示した偏光状態となるようにコントローラ用１／４波長板２１及びコントローラ用１／２波長板２２の光学軸を回転させる。偏波コントローラ２０から出力される光の偏光状態は、直線偏光、円偏光又は楕円偏光のいずれでもよい。また、本実施例では、制御部１７が偏波コントローラ２０を制御するように説明するが、作業者が偏波コントローラ２０を直接調整し、被測定光の偏波状態を調整してもよい。

主ポラライザ１３は、偏波コントローラ２０で任意の偏光状態とした信号光が入力され、信号光とＡＳＥのうち特定方向の偏光成分のみを透過させる。主ポラライザ１３が透過させる光の偏光方向は特定方向に固定されており、この特定方向以外の偏光方向の光は透過されない。このため、偏波コントローラ２０は、コントローラ用１／４波長板２１及びコントローラ用１／２波長板２２の光学軸を回転させて信号光の偏光方向を主ポラライザ１３の特定方向とずらすことで、主ポラライザ１３を透過した光に含まれる信号光の成分を小さくすることができる。一方、ＡＳＥは非偏光であるため、ＡＳＥノイズは主ポラライザ１３を透過すると１／２となる。

偏光スクランブラ１４は、主ポラライザ１３を通過した光、すなわち信号光の一部とＡＳＥの１／２の光が入射され、ＡＳＥを非偏光化する。例えば、偏光スクランブラ１４は偏波保存光ファイバを有している。偏光スクランブラ１４は、主ポラライザ１３の出力偏光を任意長の偏波保存光ファイバのＦａｓｔ軸（Ｙ軸）またはＳｌｏｗ軸（ｘ軸）に対して４５度の角度に入射した後通常の光ファイバに接続して複数ポイントでランダムな応力を加える等によりＡＳＥを非偏光化する。

偏波保存光ファイバは、Ｘ、Ｙ各偏波モードで伝搬定数（βｘ，βｙ）が異なり、その伝搬定数の差（Δβ）によって各偏波モード間に遅延を生じさせる。複屈折率をＢ、波長をλ、波長可変バンドパスフィルタ１１の波長分解能幅をΔλとすると、各偏波モードの位相差が２πとなる偏波保存光ファイバ長Ｌ_２πは、数式（１）で表される。

従って、偏波保存ファイバ長Ｌは、数式（２）で表される。

λ＝１５５０ｎｍ、Δλ＝１ｎｍ、Ｂ＝３×１０^−４の場合には数式（３）のように８ｍ以上、λ＝１５５０ｎｍ、Δλ＝０．１１ｎｍ、Ｂ＝３×１０^−４の場合には８０ｍ以上の偏波保存光ファイバを用いれば実現可能である。

ストークスパラメータモニタ５０は、偏光スクランブラ１４から出射された光のストークスパラメータを測定する。

ストークスパラメータモニタ５０について説明する。入射した光は４分岐され、１つ目の光はそのままＳＯＰ受光器５７ａで受光される。２つ目の光は主ポラライザ１３の偏光方向と同じ偏光方向のＳＯＰポラライザ５１を介してＳＯＰ受光器５７ｂで受光される。３つ目の光はＳＯＰポラライザ５１の偏光方向に対して４５度の偏光方向をもつＳＯＰポラライザ５２を介してＳＯＰ受光器５７ｃで受光される。４つ目の光はＳＯＰ１／４波長板５３とＳＯＰポラライザ５１の偏光方向に対して４５度の偏光方向をもつＳＯＰポラライザ５４を介してＳＯＰ受光器５７ｄで受光される。ＳＯＰ受光器５７ａからＳＯＰ受光器５７ｄは、例えば、フォトダイオードである。

ストークスパラメータモニタ５０に入射した光は完全偏光である信号光と非完全偏光であるＡＳＥを含んでいる。ストークスパラメータモニタ５０に入射した光のうち信号光の光強度をＰ’ｓｉｇｎａｌ、ＡＳＥノイズをＰ’ａｓｅとし、ＳＯＰポラライザ５１を透過した後の信号光の光強度をＰ’ｓｉｇｎａｌ０、ＳＯＰポラライザ５２を透過したした後の信号光の光強度をＰ’ｓｉｇｎａｌ４５、ＳＯＰ１／４波長板５３とＳＯＰポラライザ５４を透過した後の信号光の光強度をＰ’ｓｉｇｎａｌｑ４５とすると、それぞれのＳＯＰ受光器で測定した光の光強度は数式４で表される。なお、４分岐したことによる１／４の係数は省く。

ストークスパラメータモニタ５０が測定するストークスパラメータ（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）はそれぞれ下記の意味を持つ。
Ｓ_０：全光量
；Ｓ_０＝＜｜Ｅｘ｜^２＞＋＜｜Ｅｙ｜^２＞
Ｓ_１：ｘ偏光とｙ偏光の光量差
；Ｓ_１＝＜｜Ｅｘ｜^２＞−＜｜Ｅｙ｜^２＞
Ｓ_２：４５°偏光と１３５°偏光の光量差
；Ｓ_２＝２Ｒｅ（Ｅｘ・Ｅｙ^＊）＝＜２Ｅｘ・Ｅｙ・ｃｏｓδ＞
Ｓ_３：右円偏光と左円偏光の光量差
；Ｓ_３＝２Ｉｍ（Ｅｘ・Ｅｙ^＊）＝＜２Ｅｘ・Ｅｙ・ｓｉｎδ＞
ここで、｜Ｅｘ｜^２：ｘ偏光の光量、｜Ｅｙ｜^２：ｙ偏光の光量、両偏光間の位相差：δ＝δｘ−δｙを示す。また、複素数ｚの複素共役をＺ^＊で表す。
このように、ストークスパラメータＳ_１，Ｓ_２，Ｓ_３は信号光の偏波を表し、Ｓ_０は信号光の光強度とＡＳＥノイズの和を表している。

ストークスパラメータモニタ５０は、演算部５８でそれぞれのＳＯＰ受光器で測定した光の光強度から次の計算を行い、それぞれのストークスパラメータを算出する。

光信号対雑音比演算部１６は、ストークスパラメータモニタ５０からストークスパラメータ（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）を受信してストークスパラメータモニタ５０に入射する光のうち、信号光の光強度（Ｐ’ｓｉｇｎａｌ）とＡＳＥノイズ（Ｐ’ａｓｅ）を数式６のように計算する。

また、光信号対雑音比演算部１６は、数式６で計算されるＡＳＥノイズ（Ｐ’ａｓｅ）から、被測定光に含まれるＡＳＥノイズ（Ｐａｓｅ）を数式７のように計算する。このとき、光信号対雑音比演算部１６は、予め測定しておいた波長可変バンドパスフィルタ１１や光分岐手段１２等の損失分（Ｌｏｓｓ）を使用し、主ポラライザ１３でＡＳＥノイズが１／２になることを考慮する。

さらに、光信号対雑音比演算部１６は、数式７で計算したＡＳＥノイズ（Ｐａｓｅ）と被測定光受光部１５が測定した被測定光の光強度Ｐｔｏｔａｌとから、数式８のようにＯＳＮＲを算出する。

本発明に係る光信号対雑音比測定装置は、高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ；ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）や低密度波長多重（ＣＷＤＭ；ＣｏａｒｓｅＷａｖｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）にも適用することができる。

本実施形態の光信号対雑音比測定装置の構成を説明するブロック図である。

符号の説明

１１：波長可変バンドパスフィルタ
１２：光分岐手段
１３：主ポラライザ
１４：偏光スクランブラ
１５：被測定光受光部
１６：光信号対雑音比演算部
１７：制御部
２０：偏波コントローラ
２１：コントローラ用１／４波長板
２２：コントローラ用１／２波長板
５０：ストークスパラメータモニタ
５１、５２、５４：ＳＯＰポラライザ
５３：ＳＯＰ１／４波長板
５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄ：ＳＯＰ受光器
５８：演算部

Claims

偏光した光からなる信号光と無偏光からなる自然放出光とを含む被測定光の偏光状態を制御する偏波コントローラと、
前記偏波コントローラで偏光状態を制御された前記被測定光のうち特定の偏光方向の成分のみを透過させる主ポラライザと、
前記主ポラライザを透過した前記特定の偏光方向の成分のうち前記自然放出光に相当する成分のみを無偏光状態にする偏光スクランブラと、
前記偏光スクランブラから出射された光のストークスパラメータを測定するストークスパラメータモニタと、
前記偏波コントローラに入射する被測定光の光強度を測定する被測定光受光部と、
前記被測定光受光部で測定された前記被測定光の光強度と前記ストークスパラメータモニタで測定されたストークスパラメータとに基づいて前記被測定光の光信号対雑音比を算出する光信号対雑音比演算部と、
を備えることを特徴とする光信号対雑音比測定装置。
光路の切り替えにより、前記被測定光を前記偏波コントローラ又は前記被測定光受光部に結合する光スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光信号対雑音比測定装置。