JP2009523248A - 光信号計測システム - Google Patents

Abstract

光信号計測システム［１２００］は、調整可能な光学フィルタ［４０２］を設ける［１２０２］。未知の光信号［６２８］が調整可能な光学フィルタ［４０２］を介してを走査される［１２０４］。調整可能な光学フィルタ［４０２］をＯＳＡおよびＰＭＤ計測のうちの少なくとも一方については走査モードで、ＣＤ計測についてはステッピングモードで動作させることにより、調整可能な光学フィルタ［４０２］を介して走査される未知の光信号［６２８］の波長および色分散値が計測される［１２０６］。未知の光信号［６２８］における波長および分散値が特定される［１２０８］。

Description

関連出願への相互参照
この出願は、２００６年１月１０日に出願された、米国仮特許出願番号第６０／７５７，９６１号の本出願である米国特許出願番号第１１／６１５，９８６号の利益を請求する。

本出願は、サンライズ・テレコム・インコーポレイテッド（Sunrise Telecom Incorporated）に譲渡される２００５年１月３１日に出願の同時係属中の米国特許出願連続番号第１１／０４８，４５５号に関連付けられる主題を含む。

本出願はさらに、サンライズ・テレコム・インコーポレイテッド（Sunrise Telecom Incorporated）に譲渡される２００６年１月１０日に出願の同時係属中の米国特許出願連続番号第１１／３２９，５２２号に関連付けられる主題を含む。

技術分野
この発明は、一般的には光学スペクトルおよび分散分析に関し、より特定的にはファブリ−ペローフィルタを用いる広波長域光学スペクトル偏波モードおよび色分散アナライザに関する。

光ファイバ電気通信（「テレコム」）分野は、光ファイバケーブルおよび光ファイバネットワークのような技術を含む。光ファイバネットワークは、会話、データ通信（たとえばファックスのメッセージ）、コンピュータ間のデータ転送、ケーブルテレビ、インターネットなどのような多種多様な日常の情報信号を搬送する。このような情報は、町の中の場所から場所へと同様に、町同士の間で伝送される。急速に増加する通信トラフィックのため、昔ながらの金属ワイヤケーブルの低容量と比較して、光ファイバの容量増加がより一層必要とされる。

光ファイバケーブルは典型的には個々の光ファイバの束からなる。１つの光ファイバは、光の単一の波長上で何千ものデータおよび通信信号を搬送し得る。それと同じ単一の光ファイバはさらに複数の波長の光を搬送し得、これにより非常に多くの複数の光信号を同時に搬送することが可能になる。各波長だけでも１０Ｇｂｉｔ／秒を超える速度で転送するデータを搬送し得る。

このような光ネットワークを設計するとともにそれらの通信を維持するには、色および偏波分散の両方を計測し、光強度、波長、および光ファイバを通る光信号の波長の各々での光信号対雑音比を監視するなどのようなさまざまな高感度分析を行なう必要がある。このような分析は従来、色分散（「ＣＤ」）、偏波モード分散（「ＰＭＤ」）、および光学スペクトルアナライザ（「ＯＳＡ」）を含むいくつかの分析ツールによって行なわれる。

色分散とは、異なる波長を有する光が異なるスピードで媒体を通るということを意味する。異なる波長成分からなる光パルスは、光ファイバを通る際に、ＣＤにより広がることになる。ＣＤを計測するにはいくつかの方法がある。ＣＤの１タイプでは、異なる波長を有する光信号間の相対的時間遅延の計測に基づいて色分散分析を行なう。

偏波モード分散とは、異なる偏波モードを有する光が異なるスピードで媒体を通ることを意味する。異なる偏波モードからなる光パルスは、光ファイバを通る際に、ＰＭＤによ
り広がることになる。ＰＭＤを計測するにはいくつかの方法がある。これらの方法のうちの１つは「固定アナライザ法」と呼ばれる。この方法を用いる場合、全光強度分布および光信号の特定の偏波モード分布のそれの両方が計測および比較され、ＰＭＤは光強度スペクトルの比のピークを計数することから導き出される。

ＯＳＡは、波長の関数として、示唆されるように光強度を計測することである光スペクトル分析（同様に「ＯＳＡ」と呼ばれる）を行なう。ＯＳＡの利用には、スペクトル純度および強度分布についてレーザおよび／または発光ダイオード（「ＬＥＤ」）光源を検査すること、信号品質および雑音指数について波長分割多重（「ＷＤＭ」）システムの光伝送システムを監視すること、さまざまな光学装置および構成要素の伝送特性を検査することなどが含まれる。

ＯＳＡは典型的には、分析されることになる光信号を調整可能な光学フィルタに通すことにより行なわれる。「調整可能」とは、そのフィルタが光信号の個々の成分（波長）を分解または抽出するよう調節され得るということを意味する。

ＯＳＡを作成するのに３つの基本的なタイプのフィルタが広く用いられる。すなわち、回折格子、ファブリ−ペロー（「ＦＰ」）フィルタ、およびマイケルソン干渉計である。調整可能なＦＰフィルタ（「ＴＦＰＦ」）は、ＯＳＡに対して多くの利点を有する。これらの間での主なものは、その相対的に単純な設計、小さいサイズ、速いスピード、制御しやすさ、および非常に近い間隔にある光信号（すなわち、ほとんど全く同じ周波数または波長を有する信号）を識別するための高感度である。

レンズが設けられた調整可能なＦＰ干渉計（「ＦＰＩ」）は、物理、化学、天文学、およびその他の多様な科学分野における光学スペクトル計測において重要な役割を長らく果たしてきた。光ファイバシステムに適合される、レンズが設けられた小型のＦＰＩは、媒体分解能調整（フィネス＝１００）を与え得る。しかしながら、レンズのないファイバＦＰＩ（「ＦＦＰＩ」）は、光ファイバシステムにおける調整機能について、５００より大きい分解能で動作し得る。このような高性能の調整可能なＦＦＰＩは、受動または能動光ファイバ装置の波長応答を正確に計測するための呼掛器システムを可能としてきた。

ＯＳＡの光分解能は、確実に分解され得る２つのスペクトル成分の間の最小の波長間隔をとることである。高い光分解能を達成するよう、フィルタは十分に狭い３−ｄＢ帯域幅（「ＢＷ」）を有するべきである。さらに、多くの計測の場合、計測されることになるさまざまなスペクトル成分は等しい振幅のものではない。その場合、フィルタのＢＷのみが懸念事項ではなくなる。伝送のピークからある距離（たとえば±２５ＧＨｚ）離れたところでの光除去比（「ＯＲＲ」）に関して特定されるフィルタ波形も重要である。例には、分布帰還型の（「ＤＦＢ」）レーザのサイドモード抑圧の計測と、ＷＤＭ光通信システムにおけるさまざまな波長チャネルの光信号対雑音比（「ＯＳＮＲ」）を計測することとが含まれる。

ＦＰフィルタＯＳＡの波長走査範囲は、その自由スペクトル範囲（「ＦＳＲ」）によって制限される。同じフィネス値の場合、ＦＰフィルタのＢＷはそのＦＳＲに比例する。これは、ＦＳＲが大きくなればなるほど、ＢＷが大きくなり、分解能が悪化することを意味する。したがって、多くのＦＰフィルタＯＳＡ適用例には、２つの主な課題がある。一方の課題は、（たとえば、高密度波長分割多重（「ＤＷＤＭ」）システムを特徴付けるために）光信号対雑音比（「Ｓ／Ｎ」）計測に対して非常に高いダイナミックレンジを達成することである。他方の課題は、十分に狭い帯域幅を維持しつつ、波長の非常に広い走査範囲（たとえば、１２６０ｎｍから１６４０ｎｍまで）を達成することである。ＯＳＮＲを向上することで波長走査範囲が損なわれることがあるべきではない。真の課題は、より高
いＯＳＮＲとより広い波長とを同時に達成することである。

公知のＦＰフィルタＯＳＡは、重なり合いがないよう調整され得る近接するＦＰオーダ（光学オーダ）の間のスペクトル分離であるフィルタのＦＳＲにより、制限された波長走査範囲を有する。ＦＳＲは、ＦＰフィルタのキャビティ長に反比例する。キャビティ長を低減することにより、ＦＰフィルタは非常に大きいＦＳＲを有し得る。キャビティ長を増加させることにより、ＦＰフィルタは非常に小さいＦＳＲを有し得る。ＦＰフィルタのＦＳＲはフィルタのＢＷとそのフィネスとの積にも比例する。同じフィネス値の場合、キャビティ長を増加させ、したがってＦＳＲを低減させることにより、非常に狭い３−ｄＢ ＢＷを有するＦＰフィルタが作製され得、これにより非常に良好なスペクトル分解能を提供する。ＢＷがより小さくなれば、同じＦＳＲを維持するようフィネスはより大きくなる必要がある。ＦＰフィルタのフィネス値が同じ場合、ＦＳＲが大きくなればなるほど、ＢＷが大きくなる。ＢＷが大きくなればなるほど、スペクトル分解能は悪化するので、多くの適用例においてこれは望ましくない。したがって、ＯＳＡを構成するのにＦＰフィルタを用いる際に、ＦＰフィルタのＦＳＲがフィルタの波長走査範囲を制限することになる。

多くの技術的状況において、精密なＯＳＡ、色分散（「ＣＤ」）、および偏波モード分散（「ＰＭＤ」）の計測がなされなければならない。これには複数の機器を利用することが必要となり、これらの機器を当該部位に運び、次いで個々にローカルの光ネットワークに接続し、個々にさまざまな計測を行なうよう動作させる必要がある暫定またはフィールド位置ではかなり不便となり得る。したがって、このようなＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ計測機能を単一の多機能モジュールへと組合せるのは有利である。これは、共通の構成要素（たとえば電源）の重複を低減させることで実質的な構成要素のコストを節約するだけでなく、ＦＰフィルタのような洗練された構成要素をこのような計測すべてに対して用いる実現性を開くことになり、大幅なコスト削減とともに検査機器性能の大幅な向上がなされる。

残念なことに、先行の装置ではこれまで、効果的に、経済的に、かつ満足のいくように、精密なＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ計測を組合せることができなかった。たとえば、先行の装置はただ１つのＦＰフィルタを用いて、光通信波長の全範囲（たとえば１２６０ｎｍから１６４０ｎｍまで）にわたるすべてのこのような計測に対応することができなかった。１つの解決されない技術的障壁は、たとえば、このようなＦＰフィルタを全光通信波長範囲にわたって非常に正確に動作させる必要があるだけでなく、ＯＳＡおよびＰＭＤ計測については走査モードで動作させる必要があるが、ＣＤ計測についてはステッピングモードで動作させる必要があることである。

したがって、ＤＷＤＭおよびＣＷＤＭ（「低密度波長分割多重」）適用例の場合、１２６０ｎｍから１６３０ｎｍの広波長範囲にわたってＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ計測を提供および実行し得る高性能、高精密の統合計測システムに対する必要性が未だにある。全光通信帯域についてこのような分析を行ない得るようなシステムに対する必要性がある。さらに、光の波長の計測に単一のＴＦＰＦのみを用いてこれらの機能を効果的に提供するようなシステムに対して特に必要性がある。このような広波長範囲、さらにはさらに拡張された波長範囲にわたってこれらの機能を効果的に提供するような単一のＴＦＰＦシステムに対してさらにまだ必要性がある。

絶えず増加する競争プレッシャー、高まる消費者の期待、および市場における有効な製品差異の実現性の低下に鑑みて、これらの問題に答えを見つけることが不可欠である。さらに、コストを節約し、効率を向上し、性能を向上し、このような競争プレッシャーに合致する必要性が絶えず増加しているために、これらの問題に答えを見つけるという不可欠な必要性に対してさらに大きな緊急性が加えられる。

これらの問題の解決策は長い間求められてきたが、先行の技術開発は如何なる解決策も教示または示唆していない。したがって、これらの問題の解決策は当業者には長らくわからなかった。

発明の開示
この発明は光信号計測システムを提供する。この光信号計測システムは、調整可能なファブリ−ペロー（「ＦＰ］）光学フィルタを有し、未知の光信号が調整可能なＦＰ光学フィルタを介して走査される。このＦＰフィルタを走査モードで動作させることにより、未知の信号の波長、強度、ＯＳＮＲ、およびＰＭＤ情報が計測され得る。ＦＰフィルタをステッピングモードで動作させることにより、光信号の色分散が計測され得る。

この発明のある実施例は、上述したものに加えてまたはこれらの代わりに他の局面を有する。これらの局面は、添付の図面を参照し、以下の詳細な説明を読むことで当業者には明らかとなるであろう。

以下の説明では、この発明の完全な理解を提供するよう多くの具体的な詳細が与えられる。しかしながら、この発明はこれら具体的な詳細がなくても実施され得るということは明らかであろう。この発明を不明瞭にするのを避けるよう、周知の回路およびシステム構成の中には詳細に開示されないものもある。同様に、装置の実施例を示す図は半概略的であり、尺度決めされているわけではなく、特に寸法のうちのいくつかは提示の明確さのためのものであり、図面では誇張されて示される。さらに、いくつかの特徴を共通に有する複数の実施例が開示および記載される場合、図示、記載、およびその理解の明確さおよび容易さのために、互いに類似および同様の特徴は同様の参照番号を用いて通常は記載されることになる。

この発明に従うと、光の波長および分散の計測のためのシステムが開示される。より特定的には、ファブリ−ペロー（「ＦＰ」）フィルタベースの光学スペクトルアナライザ（「ＯＳＡ」）、色分散（「ＣＤ」）、および偏波モード分散（「ＰＭＤ」）計測システムの単一システムへの組合せを可能としつつ、拡張された波長範囲にわたって大幅に改善される精度を予想外に達成する正確な計測システムが発見され開示される。したがって、この発明はファブリ−ペロー干渉計（「ＦＰＩ」）を用いる、光学波長走査、光学スペクトル分析、色、および偏波モード分散測定のための装置の技術水準を実質的に進歩させる。

十分に狭い帯域幅（「ＢＷ」）を維持し、これにより良好なスペクトル分解能を維持しつつ、ＦＰフィルタの固有の自由スペクトル範囲（「ＦＳＲ」）よりも実質的に大きい広波長範囲を走査するのにＦＰフィルタが用いられ得るということが発見された。

この発明は、ＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ計測の３つすべてのための全広帯域および中間帯域の複数波長計測のために単一のＦＰＩを用いる。この点において、３８０ｎｍ以上の波長走査範囲を有する全帯域ＯＳＡが単一の調整可能なＦＰフィルタを用いて実現され得るということが発見された。一実施例では、ＦＰフィルタは、約１８０ｎｍのＦＳＲと、１４６０ｎｍと１６５０ｎｍとの間で８０ｐｍより小さい３−ｄＢ ＢＷとを有する。他の波長領域では、約１２６０ｎｍから１４７０ｎｍまで、ＦＳＲは若干より小さい。たとえばＯ、Ｅ、Ｓ、Ｃ、およびＬ帯域のような全電気通信（「テレコム」）波長帯域をカバーする、たとえば１２６０ｎｍから１６４０ｎｍまでの非常に広い波長範囲を複数の光学オーダのＦＰフィルタが走査するのを可能にするのに、よく規定されたバンドパスフィ
ルタ（「ＢＰＦ」）が用いられる。ＢＰＦの分離に依って、異なる帯域間での光信号分離は４５ｄＢよりも大きくなり得る。この実施例におけるＦＰフィルタベースのＯＳＡは、ＦＰフィルタのＦＳＲよりもはるかに大きい波長走査範囲を有する。

ここで図１を参照すると、そこに図示されるのは、全帯域ＯＳＡ４００（図４）における調整可能なＦＰフィルタ（「ＴＦＰＦ」）４０２（図示せず、図４参照）としてこの発明において用いられる調整可能なＦＰＩ１００の概略図である。調整可能なＦＰＩ１００は、その中において規定されるとともに部分的に反射性のある鏡１０２および１０４を有する。鏡１０２および１０４は、空気、ガラスなどのような適切な誘電性媒体で充填されたキャビティ１０６のようなギャップによって分離される。光線１０８が調整可能なＦＰＩ１００に入り、通過し、透過したフィルタリングされた光線１１０として調整可能なＦＰＩ１００を出る。

ここで図２を参照すると、そこに図示されるのは入射、反射、および透過した光ビームと、空気のギャップを有するＦＰフィルタにおけるそれらに伴う電界の相互作用および分析とを示すベクトル図２００である。光線１０８の入射電界Ｒ₀は、係数ｒ_o（キャビティ１０６の「外側で反射（reflected outside）」に由来）で部分的に鏡１０２にて反射され、係数ｔ_i（キャビティ１０６の「内側で透過（transmitted inside）」に由来）で部分的に透過される。キャビティ１０６における係数ｔ_iで透過した電界は、鏡１０４を通ってキャビティ１０６から出る際に、鏡１０４の後ろにおいて遅延されるとともに係数ｔ₀で乗算されて現れる。以下の式に合致する場合、鏡１０２から反射した光線Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃などは最大の破壊的干渉を経験することになり、鏡１０４から透過した光線Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃などは最大の建設的増強を経験することになる。

式中、ｍは０より大きい任意の整数であり、
Ｌ（図２）は共振キャビティ（たとえばキャビティ１０６）の長さであり、
ｎは共振キャビティの中の媒体の屈折率であり、
λは光信号の波長、したがって透過した光波の波長である。

ここで図３を参照すると、そこに図示されるのはＦＰフィルタの透過プロファイルを説明するのに用いられ得るエアリー関数Ａ（λ）のグラフ３００である。

式中、Ｉ₀はピーク透過光強度であり、
ＦはＦＰフィルタのフィネスであり、
λは光波の波長である。

以下の式は、調整可能なＦＰＩ１００の共振周波数ｆ_mを確立する。

調整可能なＦＰＩ１００の自由スペクトル範囲（「ＦＳＲ」）３０２としてモード間隔が規定される。光波の周波数ｆに関して、そのＦＳＲ３０２は以下のとおりである。

光波の波長λに関して、そのＦＳＲ３０２は以下のとおりである。

１５００ｎｍ領域において約１８０ｎｍのＦＳＲ３０２を有するＦＰフィルタの場合、キャビティ長は約１２．５μｍである。

調整可能なＦＰＩ１００のＢＷは半値全幅（「ＦＷＨＭ」）として規定される。それは、以下の式（Ｈｚ）で規定される。

式中、ｒはフィルタの鏡の反射率であり、
ｃは真空における光のスピードであり、
ｎはフィルタキャビティの中の媒体の屈折率であり、
Ｌはフィルタのキャビティ（たとえばキャビティ１０６）の長さである。

ＢＷをモード間隔、たとえばＦＳＲ３０２、に関連付けることで、フィネスＦが得られる。

エアリー関数Ａ（λ）は以下のローレンツ型分布によって近似され得る。

式中、ｆは透過した光波の周波数であり、
ｆ₀はピーク伝送周波数であり、
ＦＳＲはＦＰフィルタの自由スペクトル範囲である。

ローレンツ型分布の３−ｄＢ ＢＷは、ＦＰフィルタのそれと同じである。
光ファイバ通信における高密度波長分割多重（「ＤＷＤＭ」）適用例の場合、フィルタのＢＷについての要件は数十ピコメータの範囲内である。以前のＦＰフィルタＯＳＡ実現例では、ＦＰフィルタＯＳＡの波長走査範囲はそのＦＳＲよりも若干小さかった。

しかしながら、ここで教示されるように、これらの技術的ハードルは、所望の走査を同時に行なうよう構成され得る複数のＦＳＲ３０２を同時に用いることにより解消され得ることが発見された。これにより、複数のＦＳＲを一緒に連結することにより商業的に実用的なＦＳＲおよびＢＷを維持および利用することが可能になる。

この発明の実施例に従って、ここで図４を参照すると、そこに図示されるのはＴＦＰＦ４０２のような調整可能な光学フィルタを用いる全帯域ＯＳＡ４００の光学回路概略図である。全帯域ＯＳＡ４００で用いられるＴＦＰＦ４０２のキャビティ長は、従来、好適なデジタル−アナログ変換器（「ＤＡＣ」）回路４０４を介してコントローラ／アナライザ４０６によって制御される圧電変換器（図示せず）により制御される。

上記の式（１）に従えば、ＴＦＰＦ４０２の共振光学波長はそのキャビティ長Ｌ（図２）の関数である。しかしながら式（１）はさらに、同じキャビティ長では、別個の複数の光学波長が、このような光学波長の各々が異なる光学オーダｍにある状態で、同時に共振し得るということも示す。ＴＦＰＦ４０２のＦＳＲ３０２（図３）は、その近隣の光学オーダからの信号の干渉なしにフィルタが走査し得る最大の波長範囲を規定する。ＦＰフィルタについての以前のＦＳＲの例で示されるように、ＦＰフィルタに基づく既存のＯＳＡの非常に制限された波長範囲がこれで説明される。

ここで、これらの制限は、よく規定されたＢＰＦを利用することで異なる波長帯域を同時に走査するようＴＦＰＦ４０２の複数の光学オーダを用いることにより解決される。一実施例では、全帯域ＯＳＡ４００のＴＦＰＦ４０２は、（１５５０ｎｍ領域で）約１８０ｎｍのＦＳＲ３０２を有し、約５０ｐｍの３−ｄＢ ＢＷを有する。以下により特定的に記載されるようなＢＰＦにより、ＴＦＰＦ４０２の複数の光学オーダが異なる波長帯域にわたって同時に走査をするよう用いられ得る。全帯域ＯＳＡ４００はしたがって、テレコム適用例についての全波長帯域（Ｏ、Ｅ、Ｓ、Ｃ、およびＬ帯域）をカバーする、たとえば１２６０ｎｍから１６４０ｎｍまでの、ＴＦＰＦ４０２のＦＳＲ３０２よりもはるかに大きい波長範囲にわたって走査するのに用いられ得る。したがって、この発明は単一のＦＰフィルタを用いる全テレコム帯域適用例のためにＯＳＡを用いる。

一実施例では、全帯域ＯＳＡ４００は、光源４１０およびその中で規定されるフィルタ４１２を有する波長基準アーム４０８を含む。光源４１０は、ドライバ４１４を介してコントローラ／アナライザ４０６により制御される、たとえば１５５０ｎｍに中心を置く広帯域ＬＥＤである。フィルタ４１２は、約１００ＧＨｚ（８００ｐｍ）のＦＳＲと、約８０ｐｍのＢＷとを有する固定キャビティ長ＦＰＩ４１６を含む。固定キャビティ長ＦＰＩ
４１６は、ファイバブラッググレーティング（「ＦＢＧ」）、たとえば１ｎｍのＢＷを有するＦＢＧ４１８、と組合され、約１５５０ｎｍでのその共振ピークのうちの１つをブロックする。固定キャビティ長ＦＰＩ４１６およびＦＢＧ４１８を有する波長基準アーム４０８はしたがって、ピコメートルの精度を有する波長基準システムを構成する。サーミスタ４２０が、フィルタ４１２についての温度較正情報をコントローラ／アナライザ４０６に与える。

固定キャビティ長ＦＰＩ４１６は、たとえば１００ＧＨｚの固定ＦＳＲを有する固定キャビティ長ＦＰＩである。ＦＢＧ４１８は固定キャビティ長ＦＰＩ４１６の共振ピークのＢＷよりも若干大きいＢＷを有する。ＦＢＧ４１８は、固定キャビティ長ＦＰＩ４１６の共振ピークのうちの１つをブロックするよう事前に規定されるノッチング位置を有する。ＬＥＤ光源４１０、固定キャビティ長ＦＰＩ４１６、およびＦＢＧ４１８のこの組合せにより、１４６０ｎｍと１６５０ｎｍとの間の波長範囲について１ｐｍより小さい精度を正確な波長基準に与えることができる。

全帯域ＯＳＡ４００はさらに、ＴＦＰＦ４０２およびその中で規定されるＤＡＣ回路４０４を有する光検知アーム４２２を含む。さらに、光検知アーム４２２はＢＰＦ４２４、４２６、および４２８、３方向スプリッタ４３０、検知器４３４、４３６、および４３８、ならびにその中で規定されるアナログ−デジタル変換器（「ＡＤＣ」）４４０のような回路網を含む。ＢＰＦ４２８および検知器４３４は、たとえばＯテレコム帯域のための第１の検知チャネル４４２を規定する。ＢＰＦ４２６および検知器４３６は、たとえばＥテレコム帯域のための第２の検知チャネル４４４を規定する。ＢＰＦ４２４および検知器４３８は、たとえばＳ、Ｃ、およびＬ（「Ｓ−Ｃ−Ｌ」）テレコム帯域のための第３の検知チャネル４４６を規定する。

第１、第２、および第３の検知チャネル４４２、４４４、および４４６の出力はそれぞれＡＤＣ４４０に接続され、ＡＤＣ４４０はこれら出力をデジタルの形態に処理し、それぞれのデータをコントローラ／アナライザ４０６に転送する。光検知アーム４２２はしたがって、ＴＦＰＦ４０２のＦＳＲ３０２よりも大きい波長範囲にわたって走査を行なうために構成され、検知チャネル４４２、４４４、および４４６は、ＴＦＰＦ４０２が走査してフィルタリングした波長の別個の複数の光学オーダを同時かつ個々に検知するために構成される。

波長分割多重（「ＷＤＭ」）信号のような未知の光信号が全帯域ＯＳＡ４００への入力４４８の上に与えられる。この入力４４８は光学スイッチ４５２に接続される。全帯域ＯＳＡ４００が入力４４８からの未知のＷＤＭ信号を走査する前に、光学スイッチ４５２は、ＴＦＰＦ４０２に波長基準および較正情報を与えるよう構成される波長基準アーム４０８に対して設定される。波長基準および較正情報は次いで走査され、その結果がコントローラ／アナライザ４０６に保存される。

次いで、光学スイッチ４５２が入力４４８上の未知のＷＤＭ信号に接続するよう設定され、走査が再び、今回は入力４４８からの未知のＷＤＭ信号に対して、ＴＦＰＦ４０２がこの未知の光信号をフィルタリングする状態でなされる。第１、第２、および第３の検知チャネル４４２、４４４、および４４６から得られる出力は次いで以下に記載するように分析され、出力４５４の上にて、入力４４８からの未知のＷＤＭ信号の全帯域スペクトル分析を提供する。

記載したようにこれら３つのテレコム帯域を検知するよう、一実施例におけるＢＰＦ４２４、４２６、および４２８は以下の値を有する。

ＢＰＦ４２４：〜１４５７ｎｍから〜１６５０ｎｍまでを通過、他の波長をブロックする。

ＢＰＦ４２６：〜１３４５ｎｍから〜１４９０ｎｍまでを通過、他の波長をブロックする。

ＢＰＦ４２８：〜１２６０ｎｍから〜１３７８ｎｍまでを通過、他の波長をブロックする。

これにより、第１の検知チャネル４４２については１２６０ｎｍから１３７８ｎｍまでの波長検知範囲５０８（図５参照）、第２の検知チャネル４４４については１３４５ｎｍから１４９０ｎｍの波長検知範囲５１０（図５参照）、第３の検知チャネル４４６については１４５７ｎｍから１６５０ｎｍまでの波長検知範囲５１２（図５参照）が作成および規定される。

別の実施例では、ＢＰＦ４２４、４２６、および４２８の通過帯域は若干異なり得る。たとえば、
ＢＰＦ４２４：〜１４６５ｎｍから〜１６５０ｎｍまでを通過、他の波長をブロックする。

ＢＰＦ４２６：〜１３５０ｎｍから〜１４８０ｎｍまでを通過、他の波長をブロックする。

ＢＰＦ４２８：〜１２６０ｎｍから〜１３７０ｎｍまでを通過、他の波長をブロックする。

したがって、近接するＢＰＦの対の通過帯域には、たとえば１０ｎｍから３０ｎｍの幅でいくらか重なり合いがある。この重なり合いは有益であるということが発見されたが、この重なり合いは他の光学オーダからの信号が識別できないほど広くあるべきではない。

ここで図５を参照すると、そこに図示されるのは、この発明において開示される、１２６０ｎｍから１６４０ｎｍの全テレコム波長範囲にわたるシームレスなＯＳＡ走査のためのＴＦＰＦ４０２（図４）およびシステムの複数の光学オーダを示すグラフ５００である。さまざまなフィルタ（たとえば、ＢＰＦ４２４、４２６、および４２８（図４））は上述したようによく規定され、ｍ番目の光学オーダの近隣の光学オーダ、すなわちｍ＋１番目およびｍ−１番目の光学オーダに対する適切なブロッキングを与える。したがって、図４に関連して上述した実施例では、Ｓ−Ｃ−Ｌ帯域のためのＢＰＦ４２４は、約１４５７ｎｍから１６５０ｎｍ（波長検知範囲５１２）までの通過チャネルを有し、他の波長帯域からの信号をブロックする。Ｅ帯域のためのＢＰＦ４２６は、約１３４５ｎｍから１４９０ｎｍ（波長検知範囲５１０）までの通過チャネルを有し、他の波長帯域からの信号をブロックする。Ｏ帯域のためのＢＰＦ４２８は、約１２６０ｎｍから１３７８ｎｍ（波長検知範囲５０８）までの通過チャネルを有し、それ以外の波長帯域からの信号をブロックする。

動作において、ＤＡＣ回路４０４（図４）は、ＴＦＰＦ４０２が入力４４８（図４）の未知のＷＤＭ信号の端から端までの異なる波長成分にわたって時間とともに連続的に調整されると、走査を規定するよう掃引モードでＴＦＰＦ４０２のキャビティ長を制御する。図５では、Ｙ軸（「ＤＡＣ→ＴＦＰＦ」）は、ＴＦＰＦ４０２における圧電変換器（「ＰＺＴ」）（図示せず）を制御する電圧に比例する、ＴＦＰＦ４０２への（ポイントでの）ＤＡＣ回路４０４入力読取値である。Ｘ軸は、ＴＦＰＦ４０２の瞬間のキャビティ長に対
応するＴＦＰＦ４０２の共振波長λである。当該技術では公知であるように、このキャビティ長はちょうど記載したようにＰＺＴの制御電圧の関数である。

図５では、６つの曲線（「Ｏ−帯域−３」、「Ｏ−帯域−２」、「Ｅ−帯域−２」、「Ｓ−Ｃ−Ｌ−帯域−２」、「Ｅ−帯域−１」、および「Ｓ−Ｃ−Ｌ−帯域−１」）は、異なる光学オーダについてＴＦＰＦ４０２の共振波長がＤＡＣ回路４０４からの制御ポイントにどのように応答するかを示す。６つの曲線は３つの延長カーブに結合され得、Ｏ−帯域−３曲線は第１の延長カーブ５０２であり、Ｏ−帯域−２、Ｅ−帯域−２、およびＳ−Ｃ−Ｌ−帯域−２曲線は第２の延長曲線５０４であり、Ｅ−帯域−１およびＳ−Ｃ−Ｌ−帯域−１は第３の延長曲線５０６である。これら３つの延長曲線５０２、５０４、および５０６は、ＴＦＰＦ４０２のλ_m+1、λ_m、およびλ_m-1に対する３つのそれぞれ異なる光学オーダを示す。

例として、ＤＡＣ回路４０４が約１１９０（Ｘ軸のちょうど上）のポイントを送り出すと、約１２６０ｎｍおよび約１４５５ｎｍの信号が同時に共振し始めることになる。しかしながら、Ｏ帯域のための検知器４３４（図４）は、自身の波長検知範囲５０８において１２６０ｎｍの信号しか見ず、第１の検知チャネル４４２（図４）のためのＢＰＦ４２８によるブロッキングのため、その波長検知範囲５０８の外側にある１４５５ｎｍ信号は見えない。

ＤＡＣ回路４０４入力がスペクトル分析掃引の間に増加すると、ＴＦＰＦ４０２の共振波長が増加し、処理はＯ帯域のためのＢＰＦ４２８がその検知器４３４に向かう信号をブロックする１３７８ｎｍまで続く。しかしながら、Ｅ帯域のための検知器４３６（図４）は約１３４５ｎｍでデータを収集し始める。１３４５ｎｍと１３７８ｎｍとの間の信号は検知器４３４および４３６の両方によって検知され、これによりＯおよびＥ帯域にわたってシームレスな走査を提供する。

Ｅ帯域のための検知器４３６は、Ｅ帯域のためのＢＰＦ４２６がその検知器４３６に向かう信号をブロックする１４９０ｎｍまでデータを収集し続ける。Ｓ−Ｃ−Ｌ帯域のための検知器４３８（図４）は、約１４５７ｎｍでデータを収集し始める。１４５７ｎｍと１４９０ｎｍとの間の領域は、Ｅ−帯域およびＳ−Ｃ−Ｌ帯域検知器４３６および４３８の両方によって検知され、これによりＥおよびＳ−Ｃ−Ｌ帯域にわたってシームレスな走査を提供する。

一実施例では、ＤＡＣ回路４０４は０から３２７６８ポイントまで掃引する。式（１）および図５の両方は、各波長が異なる光学オーダで共振し得ることを示す。たとえば、１２６０ｎｍの信号は２つの異なるＤＡＣ値、すなわち約１１９０および２２２２０で共振することになる。１４６０ｎｍの信号は別の２つのＤＡＣ値、すなわち約２１９０および２６１１０で共振することになる。Ｏ帯域の場合は、１７０００ポイント（約１３８０ｎｍに対応）より高い如何なるＤＡＣ値も、これらの複数の光学オーダによる混合を避けるよう無視され得る。同様にＥ帯域の場合も、１２０００ポイント（約１３３０ｎｍに対応）より低い如何なるＤＡＣ値も、このような混合を避けるよう無視され得る。したがって、全ＯおよびＥ帯域の場合、曲線Ｏ−帯域−３上のＤＡＣポイントは用いられない。これは（ｍ＋１）番目の光学オーダのためである。単純さのため、番号「３」はオーダ（ｍ＋１）番目を示すのに用いられる。全ＯおよびＥ帯域の場合、曲線Ｏ−帯域−２および曲線Ｅ−帯域−２の上のＤＡＣポイントのみが用いられる。これはｍ番目の光学オーダのためである。さらに、番号「２」はオーダｍ番目を示すのに用いられる。Ｓ、Ｃ、およびＬ帯域の場合、曲線Ｓ−Ｃ−Ｌ−帯域−１の上のＤＡＣポイントのみが用いられる。これは（ｍ−１）番目の光学オーダのためである。単純さのため、番号「１」はオーダ（ｍ−１）番目を示すのに用いられる。

したがって、ここで教示されるように、たとえば１２６０ｎｍから１６５０ｎｍまでの全テレコム波長帯域のためのシームレスな走査が、全波長スパンよりもはるかに少ないＦＳＲを有するＦＰフィルタに基づいたＯＳＡを用いて可能になるということが発見された。この広い走査範囲は、式（６）が規定するように、フィルタのＢＷを犠牲にすることなく達成される。大きい波長走査範囲のための以前の技術および設計では、全走査範囲よりも大きい大きなＦＳＲを有するフィルタが用いられなければならない。しかしながら、同じフィネスの場合、ＦＳＲが大きくなると、フィルタのＢＷが大きくなり、これによりスペクトル分解能が悪化する。これは、以前の設計ではスペクトル分解能を犠牲にしないとより大きい走査範囲が達成されないということを意味する。しかしながらこの発明は、各々の光学オーダについて同じＦＳＲを維持しつつ、より大きなＯＳＡ走査範囲を達成する（すなわち、より大きな「正味のＦＳＲ」を達成する）。したがって、ＦＰフィルタの各光学オーダについての元々のＢＷは維持され、これにより全ＯＳＡ走査範囲についてフィルタの高スペクトル分解能（フィルタの固有のＦＳＲのものと比較可能）を守る。

これにより得られる別の重大な改善は、複数のＦＳＲまたは光学オーダが同時に走査され得、これにより一度に１つのＦＳＲだけが走査される場合の走査スピードと比較して大幅に走査処理がスピードアップするということである。

したがって、ＴＦＰＦ４０２のいくつかの光学オーダは完全に分離され、そのため複数のオーダの光信号は同時であるが、区別されかつ分離されて検知および分析され得る。したがって、全帯域ＯＳＡは、ＦＰフィルタ自身のＦＳＲ３０２自体よりもはるかに大きいはるかに広い範囲を高速に走査するようにＴＦＰＦ４０２のような単一のＦＰフィルタをうまくかつ有益に利用する。

ちょうど記載したこの実施例のためのＢＰＦが与える分離は約４０ｄＢであり、これは光信号対騒音比（「ＯＳＮＲ」）に対して４０ｄＢの計測範囲を保証する。この開示に基づくと、よりよい分離により、ＯＳＮＲについてさらによりよいダイナミックレンジが与えられ得るということは当業者には明らかであろう。

ここで図６を参照すると、そこに図示されるのはこの発明の実施例に従った光信号計測システム６００を示す概略図である。光信号計測システム６００は全帯域ＯＳＡ４００（図４）の構成要素および機能に似た多くの構成要素および機能を有するため、これらは同様の参照番号を付されて示される。

しかしながら、この発明に従った全帯域ＯＳＡ４００と光信号計測システム６００との大きな違いは、光信号計測システム６００は全帯域ＯＳＡを行なうだけでなく、さらに全帯域ＣＤおよび全帯域ＰＭＤ計測も同様に行なうということである。これら３つの重要な計測機能（ＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ）は単一のＦＰＩ、すなわちＴＦＰＦ４０２のみを用いて、単一の光信号計測システム６００へと組合せ得るということが予想外に発見された。これはより一層驚くべきことであり同様に予期されないことである。なぜならばＯＳＡおよびＰＭＤ計測は未知の入力信号の連続する掃引により行なわれるが、ＣＤ計測は具体的な、離散的な、間隔をおいた波長位置で、設定された期間の間に未知の入力信号を計測することによって行なわれるステッピングモードまたは方法により行なわれる（掃引というよりも）ステップ計測であるからである。

ＣＤ計測は連続的に掃引されないため、非常に異なるとともに従来は非常に難しかった形の制御が計測フィルタ上で実現されなければならない。このような制御はＦＰフィルタの場合に特に難しく、したがってＣＤ計測のためにＦＢＧのような他のフィルタ構成を優先させることになった。しかしながら、ここで発見され教示されるように、単一のＦＰＩ
のみを用いて３つの計測機能（ＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ）のすべてを経済的かつ効率的に組合せ、さまざまな先行技術の複数の別個の計測システムではより高いコストでしか利用可能でない機能よりも優れた３つの計測機能すべてについて計測精度および性能を実現することが可能である。

ＤＡＣを用いてＦＰＩを制御する（たとえばＤＡＣ回路４０４を用いてＴＦＰＦ４０２を制御する）先行のＣＤ計測の原理的な困難さは、ＴＦＰＦ４０２から所望の波長を正確に得るのにＤＡＣ回路４０４をどこの値に設定すべきかを正確に知ることである。^TMこれは、従来得られず公知でなかった非常に高い程度の安定性を必要とする。たとえば、１つのステップ計測のためのＤＡＣ回路４０４の値を次のステップ計測のための値に変えると、ＴＦＰＦ４０２はしたがってＤＡＣ回路４０４によって次の波長をフィルタリングするための位置にステッピングされることになる。しかしながら、ＴＦＰＦ４０２は物理的な装置であるため、正確な次の値に瞬時に変位することはない。むしろ、ＴＦＰＦ４０２の実際の物理的な波長設定は少しドリフトし得るか、または常にシフトし得、これにより次の計測のためにＴＦＰＦ４０２の精度を維持することが非常に難しくなる。

したがって、この発明において、光信号計測システム６００の安定性、正確な制御、および精密な較正は、従来公知でない有益な新しい要素および特徴である。したがって、以下の較正および動作についての記載が、光信号計測システム６００自体の記載の後に続くことになる。

図６を参照するとわかり得るように、光信号計測システム６００は全帯域ＯＳＡ４００（図４）に関連して上述した構成要素のほとんどを組込み、これによりその中の全帯域ＯＳＡ４００およびＴＦＰＦ４０２の全波長帯域性能を活用する。しかしながら、加えて、光信号計測システム６００では、上で示したようにＴＦＰＦ４０２はＣＤおよびＰＭＤ計測のような光ファイバに対する分散計測を行なうのにさらに用いられる。ＴＦＰＦ４０２のような単一のＦＰフィルタはしたがって全波長帯域（たとえば、全Ｏ、Ｅ、Ｓ、Ｃ、およびＬ帯域をカバーする１２６０ｎｍから１６４０ｎｍまで）についてＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ分析を行なう。

光信号計測システム６００は２つの１×３光学スイッチ、すなわち第１の光学スイッチ６０２および第２の光学スイッチ６０４を含む。第１の光学スイッチ６０２の３つのポートの各々は、Ｏ、Ｅ、およびＳ−Ｃ−Ｌ帯域のためのそれぞれの光学路についての第１、第２、および第３の検知チャネル４４２、４４４、および４４６にそれぞれ接続される。第２の光学スイッチ６０４の３つのポートの各々は、ＯＳＡ検知器６０６、ＰＭＤ検知器６０８、およびＣＤ検知器６１０をそれぞれ有する（「ＯＳＡ」、「ＰＭＤ」、および「ＣＤ」とそれぞれ書かれた）ＯＳＡ、ＰＭＤ、およびＣＤ検知チャネルにそれぞれ接続される。

ＯＳＡ検知チャネルはＯＳＡ計測のためのものであり、ＯＳＡ検知器６０６を含む。ＯＳＡ検知器６０６はその検知結果をＡＤＣ４４０に渡し、ＡＤＣ４４０はＯＳＡ検知器６０６からの出力をデジタルの形態に処理し、それぞれのデータをコントローラ／アナライザ４０６に転送する。

ＰＭＤ検知チャネルはＰＭＤ計測のためのものであり、ＰＭＤ検知器６０８およびポラライザ６１２を含む。ポラライザ６１２は第２の光学スイッチ６０４から光信号を受取り、光信号を偏波し、それをＰＭＤ検知器６０８に転送する。ＰＭＤ検知器６０８はその検知結果をＡＤＣ４４０に渡し、ＡＤＣ４４０はＰＭＤ検知器６０８からの出力をデジタルの形態に処理し、それぞれのデータをコントローラ／アナライザ４０６に転送する。

ＣＤ検知チャネルはＣＤ計測のためのものであり、一実施例では２つのＦＢＧ６１６、クロック６１８、および時間−デジタル変換器（「ＴＤＣ」）６２０を含むＣＤドーターボード６１４の上に構成される。ＣＤボード６１４は第２の光学スイッチ６０４から光信号を受取り、さらにここで記載されるようにそれを処理し、それぞれの出力データをコントローラ／アナライザ４０６に転送する。

全帯域ＯＳＡ計測の場合、光信号計測システム６００の動作は上述したようであり、第２の光学スイッチ６０４がＯＳＡ計測器６０６を含むＯＳＡチャネルに設定される。ＴＦＰＦ４０２は走査モードで動作し、第１の光学スイッチ６０２が、走査されることになる、Ｏ、Ｅ、およびＳ−Ｃ−Ｌ帯域のためのさまざまな第１、第２、および第３の検知チャネル４４２、４４４、および４４６をそれぞれ選択するよう動作する。

全帯域ＰＭＤ計測の場合も、光信号計測システム６００の動作は走査モードでＴＦＰＦ４０２を動作させることによりなされるが、第２の光学スイッチ６０４はＰＭＤ検知器６０８を含むＰＭＤチャネルに設定される。第１の光学スイッチ６０２は、走査されることになる、Ｏ、Ｅ、およびＳ−Ｃ−Ｌ帯域のためのさまざまな第１、第２、および第３の検知チャネル４４２、４４４、および４４６をそれぞれ選択するよう同様に動作する。

ここで開示されるような調整可能なフィルタ構成に基づくＰＭＤ計測は、「固定アナライザ法」と呼ばれる。連続して掃引されるＰＭＤ走査が完了し、ＰＭＤ通路内のＰＭＤ検知器６０８が受取った出力はＰ_P（λ）としてコントローラ／アナライザ４０６により記録される。同様に、ＯＳＡ通路におけるＯＳＡ検知器６０６が受取った出力は、Ｐ_Ｔot（λ）としてコントローラ／アナライザ４０６によって記録される。次いで、（「Ｒ（λ）−関数」または単純に「Ｒ−関数」と呼ばれる）出力比Ｒ（λ）は次のように計算される。

計測されるＲ（λ）からＰＭＤを計算する２つの方法、たとえば極値計数およびフーリエ変換がある。極値計数法を用いる場合、Ｒ（λ）関数は最小波長λ₁から最大波長λ₂までの等間隔の波長間隔で得られるべきである。Ｎは窓の中の極値（最大値および最小値の両方）の数である。代替的には、波長範囲はλ₁およびλ₂が極値と一致するように再規定され得、その場合はＮは極値（λ₁およびλ₂を含む）の数から１を引いた数である。ＰＭＤ値＜Δτ＞を求める公式は以下のとおりである。

式中、ｃは真空における光のスピードであり、
ｋは強いモード結合がない場合は１．０に等しく、強いモード結合の制限がある場合は０．８２に等しいモード結合係数である。

ここで図７を参照すると、そこに図示されるのは、この発明に従った、弱いモード結合
がある場合の固定アナライザ法についての出力比関数Ｒ（λ）のグラフ７００である。

ここで図８を参照すると、そこに図示されるのは、この発明に従った、強いモード結合がある場合の固定アナライザ法についての出力比関数Ｒ（λ）のグラフ８００である。

全帯域ＣＤ計測の場合、再び図６を参照すると、光信号計測システム６００の動作はＴＦＰＦ４０２をステッピングモードで動作させることによりなされ、第２の光学スイッチ６０４はＣＤ検知器６１０を含むＣＤチャネルに設定される。第１の光学スイッチ６０２は、走査されることになる、Ｏ、Ｅ、およびＳ−Ｃ−Ｌ帯域のためのさまざまな第１、第２、および第３の検知チャネル４４２、４４４、および４４６をそれぞれ選択するよう所望のように動作される。

より特定的には、ＴＦＰＦ４０２構成に基づく一実施例におけるＣＤ計測は、異なるステッピングされた波長の各々で相対的時間遅延を計測する「時間遅延法」を用いる。次いで、ＣＤはファイバの既知の長さを通る伝搬の間にさまざまな波長が経験する相対的群遅延の計測から類推される。群遅延はさまざまなステッピングされた波長の各々でパルスが経験する遅延を検知、記録、および処理することにより時間範囲において計測される。

ここで図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、そこに図示されるのは群遅延がどのように計測されるかを示すそれぞれの概略図９００および９０２である。図９Ａでは、外部のＬＥＤ９０４は、５００−ｐｓの長さの光パルス９０６を発するようパルサによって駆動される広帯域発光ダイオードを含む。検査中のファイバがない場合、パルス９０６はＴＦＰＦ４０２のみを通り、ＴＦＰＦ４０２はステッピングモードで動作するとともに各波長λごとに１つの、遅延τだけ分離される連続するパルス９０８を生成する。図９Ｂに示されるように、検査中のファイバ９１０がある場合、ファイバを通るパルス９０６の伝搬の間、色分散が連続するパルス９１２の間の遅延をたとえばτ’まで修正する。ＣＤボード６１４における時間分解検出ではこの新しい遅延が計測される。差τ’−τが群遅延であり、そこから色分散が類推され得る。光子計数検知が、所望の高感度および高時間分解能を得るよう用いられる。このような光子計数は、たとえば「ファイバ計測のための光子計数技術（Photon-counting techniques for fiber measurements）」（ブルーノ・ハットナー（Bruno Huttner）およびユルゲン・ブレンデル（Jurgen Brendel））、ライトウェーブ（LIGHTWAVE）、２０００年８月、に記されるように公知である。

図６を再び参照すると、ステッピングモードでＴＦＰＦ４０２を動作させるよう、ＣＤボード６１４は計測中の未知の光信号または他の光信号と時間同期する。これは、２方向スプリッタ６２２を介して光学スイッチ４５２から計測中の光信号（たとえば光信号入力線６２８上の信号）を通すことにより達成される。２方向スプリッタ６２２は、計測中の光信号をＴＦＰＦ４０２とＣＤボード６１４の上のクロック６１８とに送る。クロック６１８は次いで、２方向スプリッタ６２２からＴＦＰＦ４０２に同時に送られたのと同じ光信号であるその信号に同期する。

ＴＦＰＦ４０２をステッピングモードで動作する場合、計測期間の間に、ＴＦＰＦ４０２は各離散ステップの各選択された正確な波長で安定されなければならない。各ＣＤ計測の前に、光学スイッチ４５２は波長基準または較正アーム４０８に向けられる。ＴＦＰＦ４０２は掃引モードで動作している。光学スイッチ６０４はＯＳＡアームに向けられる。ＴＦＰＦ４０２は、ＦＰＩ４１６による複数の共振波長ピークおよび欠落ピークとを有する較正光学スペクトルを介して掃引される。これらのピークの波長位置は、欠落ピークの既知の位置によりわかる。このように、ＴＦＰＦ４０２を駆動するＤＡＣポイント（ＤＡＣ回路４０４値）と波長位置との関係が確立される。次いで、光学スイッチ４５２は光信号入力アーム４４８に向けられ、光学スイッチ６０４はＣＤアームに向けられる。現在ス
テッピングモードで動作しているＴＦＰＦ４０２はＣＤ計測のために第１の波長位置λ₁に設定される。波長λ₁のこのパルスの相対的到着タイミングは、時間分解検知アーム６１４（すなわち、ＣＤドーターボード６１４）によって検知および記録される。次いで、別の較正および計測サイクルが始まる。光学スイッチ４５２は波長較正アーム４０８に向けられ、較正が再び行なわれる。ＴＦＰＦ４０２はＣＤ計測のために第２の波長位置λ₂に調整される。波長λ₂のこのパルスの相対的到着タイミングは、時間分解検知アーム６１４によって検知および記録される。最後の波長パルスの相対的到着タイミングが計測されるまで同様のことが行なわれる。

ここで図１０を参照すると、そこに図示されるのは計測された相対的群遅延対波長の例１０００である。多くの場合、群遅延対波長は二次の多項式で示され得る。

ここで図１１を参照すると、そこに図示されるのは色分散対波長の例１１００である。色分散は波長上の群遅延の導関数として計算される。

一実施例では、ＣＤ検知器６１０（図６）は個々の光子のレベルまで光子計数するために構成されるアバランシェ光検出器（「ＡＰＤ」）を含む。ＣＤ計測の場合、この発明を用いれば、単光子計数を行なうことが可能になる。このような単光子計数能力は同様に実質的な利点である。なぜならば、光信号の中にはＣＤ検知器６１０に先立ついくつかのフィルタリング段階の後では非常に弱くなり得るものがあるからである（上述のハットナーおよびブレンデルを参照のこと）。

全体の動作では、光信号計測システム６００はまず必要とされるように較正される。いくつかの状況では、較正は、適切で、既知で、かつ通常の広帯域調整可能較正レーザ源が利用可能である実験室環境（または同様の場所）における周期的な較正である。このような較正は、たとえば較正基準６２６からの光較正信号６２４を用いて行なわれ得る。較正基準６２６はたとえば事前に較正される調整可能なレーザであり得る。

一実施例では、光信号計測システム６００の較正は、ＴＦＰＦ４０２を通じて（たとえば光学スイッチ４５２を介して）既知の波長で光源を送り、ＴＦＰＦ４０２にその波長の信号を検知させるＤＡＣ回路４０４値を関連付けることにより行なわれる。この処理は、所望の波長の分だけについて繰返され得るか、またはＤＡＣ回路４０４値、対応するＴＦＰＦ４０２位置、および対応する波長の間に関係が確立されるよう利用可能な波長の分だけについて繰返され得る。この較正処置は、光信号計測システム６００のＴＦＰＦ４０２のいくつかの光学オーダの各々について、計測されるＤＡＣ回路４０４値と対応する波長値との間に１対１の較正関連性が作り出される。ＴＦＰＦ４０２が走査する波長の別個の複数の光学オーダを較正および直接的に関連付けるこれらの関連性は安定的であり、長期間にわたって、かつさまざまな利用およびフィールド条件（たとえばさまざまな温度、電源電圧など）の下でも確実に利用され得ることが発見された。

フィールド適用の場合、単一の現在の（「インフィールド」）較正調整計測で十分であり得る。このような単一較正調整計測は、単純に現在の動作条件についてオフセットを決定する。次いでこのオフセットは、全帯域スペクトル範囲にわたって、現在のインフィールド較正オフセットとともに用いられ得る全先行の（たとえば、実験室または卓上の）較正に適用され得る。以前の（卓上の）較正は、たとえばコントローラ／アナライザ４０６に記憶され得る。

別の実施例では、較正関連性は、たとえばコントローラ／アナライザ４０６に記憶される相互参照表において、より早い時間（たとえば実験室または卓上較正処置の一部として）に最初に同様に取得され得る。次いで、この相互参照表を後で参照することにより、任
意の所与のＤＡＣ値について、検知された波長がたとえば第１の検知チャネル４４２において何になるか、検知された波長が第２の検知チャネル４４４において何になるか、検知された波長が第３の検知チャネル４４６において何になるかを決定することができる。一実施例では、この関連性相互参照表は「較正マッピング表」と呼ばれる。

現在すぐに見つかり得る特定の動作および環境条件についての較正マッピング表のために調整が作り出されるように別の較正処置が用いられてもよい。フィールド状況では、たとえば元々の較正の間に存在したのとは異なる温度差、電圧差、湿度差などが適合される必要があり得る。なお、較正マッピング表における相対的な波長値は互いに対して安定したままであり、このようなフィールド条件の下でもそれらの１対１の関連性は維持される。

しかしながらフィールド条件によって、ＤＡＣ値が対応する波長の異なる組に対応するようにＤＡＣオフセットが作り出され得る。したがって、フィールド較正は波長基準システムが用いられることになるちょうど前に行なわれ得る。フィールド較正は、光信号入力線６２８に接続される局所的に利用可能な外部の較正基準源を用いてか、または波長基準アーム４０８のような内部で利用可能な基準源を用いて行なわれ得る。

したがって、波長基準アーム４０８のような利用可能なフィールド較正基準源を用いて、ＤＡＣポイントと利用可能な源の基準波長との間の現在のリアルタイムの関係が確立され、一実施例では、たとえばコントローラ／アナライザ４０６に記憶される第２の表に保存される。この第２の表における値によって、元々の較正マッピング表と、現在の実際のフィールドＤＡＣと、波長基準システムの関連付けられるフィールド波長値との間の関連性および相互参照が確立される。一実施例では、この第２の関連性相互参照表は「動的マッピング表」と呼ばれる。

付加的な（第３の）表も便利だと判明し得る。一実施例では、たとえば、ＤＡＣ値に対する調整またはオフセットは、フィールド較正光源基準波長が該当する検知チャネル（たとえば第１、第２、または第３の検知チャネル４４２、４４４、または４４６）における各々の波長について計算および生成され得、たとえばコントローラ／アナライザ４０６に記憶される。一実施例では、オフセットのこの第３の表は「動的オフセット表」と呼ばれる。

光信号入力線６２８に与えられる未知の波長に対して走査を行なうよう、検知された（未知の）波長について得られるＤＡＣ値は次いで動的オフセット表における値に従って調整（補償）され、これにより走査されている波長の非常に正確な計測を達成する。

より特定的には、１つ以上の未知の光信号が光信号入力線６２８を通じて光信号計測システム６００に入力される。これらの未知の信号は次いでＴＦＰＦ４０２を通じて走査され、波長信号がＴＦＰＦ４０２によって個々に選択され、第２の光学スイッチ６０４によって選ばれた検知器によって検知されると、対応するＤＡＣ回路４０４読取値が得られる。対応するドリフティングポイントを差引いた後、動的オフセット表に記載されるように、各計測されたＤＡＣ回路４０４値に対応する正確な波長位置が較正マッピング表を通じて差引かれ、これにより未知の信号における正確な波長を特定する。ＴＦＰＦ４０２を通じて走査される未知の光信号の対応する波長値は、たとえばコントローラ／アナライザ４０６における記憶装置によって計測および特定されるか、または出力４５４を通じて送信されるデータとして計測および特定される。

したがって、一実施例では、調整可能な光学フィルタを通じて未知の光信号を走査する原理動作は光信号計測システム６００の装置のさまざまな部分で行なわれ得る。これらの
部分は、ＤＡＣ回路４０４の制御下にあるとともに、コントローラ／アナライザ４０６における回路網の制御下にあるＴＦＰＦ４０２を含み、行なわれることになる計測に対して適切なように第１、第２、および第３の検知チャネル４４２、４４４、および４４６をさらに含む。同様に、調整可能な光学フィルタを通じて走査される未知の光信号の波長値を計測する原理的な動作は、行なわれることになる計測に対して適切なように、検知器６０６、６０８、および６１０を含む光信号計測システム６００の装置のさまざまな構成要素によって行なわれ得る。同様に、未知の光信号における波長値を特定する原理的な動作は、コントローラ／アナライザ４０６における回路網の制御によりおよび／または制御の下でなされ得る。

ここで図１２を参照すると、そこに図示されるのはこの発明の実施例に従った光信号計測システム１２００のフローチャートである。システム１２００は、ブロック１２０２において調整可能な光学フィルタを設けることと、ブロック１２０４において調整可能な光学フィルタを介して未知の光信号を走査することと、ブロック１２０６において調整可能な光学フィルタをＯＳＡおよびＰＭＤ計測のうちの少なくとも一方については走査モードで、ＣＤ計測についてはステッピングモードで動作させることにより、調整可能な光学フィルタを介して走査される未知の光信号の波長および色分散値を計測することと、ブロック１２０８において未知の光信号における波長および分散値を特定することとを含む。

このように、この発明は光信号特性の計測について多くの局面を有することがわかった。

１つの局面はしたがって、この発明が調整可能なＦＰ干渉計を用いる光学スペクトル分析、偏波モード分散、および色分散装置、方法、ならびに関連するシステムについて当該技術の水準を実質的に進歩させることである。

この発明の原理的な局面は、ＦＰ干渉計の特定の局面および能力から利益を得かつそれらを用いる非常に効果的であるとともに効率的なＯＳＡ−ＣＤ−ＰＭＤ光信号計測システムの提供である。

この発明の別の重要な局面は、単一のＴＦＰＦしか用いず、かつそれしか必要としないこのようなシステムを提供することである。

別の局面は、この発明が、ＦＰフィルタベースのＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ計測システムの単一システムへ組合せることを可能としつつ、拡張された波長範囲にわたって大幅に改善された精度を予想外に達成する正確な計測システムを提供することである。

この発明のさらに別の局面は、ＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ計測の３つすべてに対して、容易にかつ安定して較正される単一のＴＦＰＦのみを用いることを可能にすることである。

別の重要な局面は、単一の光信号計測システムにおける単一のＴＦＰＦは、ＯＳＡおよびＰＭＡ計測については掃引モード、ＣＤ計測についてはステッピングモードで、双方ともに高精度で容易に動作し得ることである。

さらに別の局面は、ＯＳＡ、ＣＤ、およびＰＭＤ計測の３つすべてを単一システムへと効果的に組合せることにより、構成要素、アセンブリ、および製造コストに対して大幅な節約および効率性が達成されることである。

この発明の主な局面は、したがって、広くかつ拡張された波長範囲にわたって光の波長
の複数の計測のために高精密および高精度のＴＦＰＦを用いる光学スペクトルアナライザおよび基準システムを提供することである。

この発明のさらに重要な局面は、コスト削減、システムの簡素化、および性能の向上といった歴史的な傾向を有益に支持ならびに補助するということである。結果として、この発明のこれらおよびその他の有益な局面はさらに、当該技術水準を少なくとも次のレベルにまで高める。

したがって、この発明の光信号計測システムは、光学スペクトル分析のための重要で、これまで未知で、入手不可能であった解決策、能力、および機能的な局面を提供するということがわかった。結果得られるシステムは、簡単であり、コスト効果が高く、複雑でなく、非常に汎用的かつ効果的であり、公知の技術を適合させることにより実現され得、したがって高性能光信号計測システムを効率的かつ経済的に製造および動作させるのに適している。

この発明は特定の最良の形態に関して記載されてきたが、多くの代替例、修正例、および変形例は上記記載に照らし合わせると当業者には明らかであろうことは理解されるべきである。特許請求の範囲内であるこのような代替例、修正例、および変形例はすべて包括されることが意図される。本明細書にこれまでに記載されたか、または添付の図面に記載されたすべての事柄は例示的かつ非限定的な意味で解釈されるべきである。

調整可能なファブリ−ペロー干渉計の概略図である。 図１の調整可能なファブリ−ペロー干渉計における光ビームおよびそれに伴う電界を示すベクトル図である。 ファブリ−ペローフィルタの透過プロファイルを説明するのに用いられ得るエアリー関数のグラフの図である。 この発明の実施例に従った全帯域光学スペクトルアナライザの光学回路概略図である。 図４の光学フィルタの複数の光学オーダを示すとともに、全テレコム波長範囲にわたるシームレスな光学スペクトル分析を示すグラフの図である。 この発明の実施例に従った光信号計測システムを示す概略図である。 この発明に従った、弱いモード結合の場合の固定アナライザＰＭＤ計測法についてのＲ関数のグラフの図である。 この発明に従った、強いモード結合の場合の固定アナライザＰＭＤ計測法についてのＲ関数のグラフの図である。 検査されるファイバがない場合の群遅延計測を示す概略図である。 ファイバが検査中である、図９Ａに似た概略図である。 計測された相対的群遅延対波長を示すグラフの図である。 色分散対波長を示すグラフの図である。 この発明の実施例に従った光信号計測システムのフローチャートの図である。

Claims (12)

1. 調整可能な光学フィルタ［４０２］を設けること［１２０２］と、
   前記調整可能な光学フィルタ［４０２］を介して未知の光信号［６２８］を走査すること［１２０４］と、
   前記調整可能な光学フィルタ［４０２］を
   ＯＳＡおよびＰＭＤ計測のうちの少なくとも一方については走査モードで、
   ＣＤ計測についてはステッピングモードで動作させることにより、
   前記調整可能な光学フィルタ［４０２］を介して走査される前記未知の光信号［６２８］の波長および色分散値を計測すること［１２０６］と、
   前記未知の光信号［６２８］における前記波長および前記分散値を特定すること［１２０８］とを含む、光信号計測システム［１２００］。
2. 調整可能な光学フィルタ［４０２］を設けること［１２０２］は、単一のファブリ−ペローフィルタ［４０２］を設けることをさらに含む、請求項１に記載のシステム［１２００］。
3. ＣＤ計測について、前記ステッピングモードの各ステップの各波長で前記調整可能な光学フィルタ［４０２］を安定化させることをさらに含む、請求項１に記載のシステム［１２００］。
4. ＣＤ計測についてはステッピングモードで色分散値を計測すること［１２０６］は、アバランシェ光検知器［６１０］を用いて前記未知の光信号［６２８］を計測することをさらに含む、請求項１に記載のシステム［１２００］。
5. 少なくとも実質的に１２６０ｎｍから実質的に１６４０ｎｍまでの波長の範囲を走査することをさらに含む、請求項１に記載のシステム［１２００］。
6. 相対的群遅延を計測し、次いで波長上で前記群遅延の導関数から前記色分散を計算することにより前記ＣＤ計測を行なうことをさらに含む、請求項１に記載のシステム［１２００］。
7. 調整可能な光学フィルタ［４０２］と、
   前記調整可能な光学フィルタ［４０２］を介して未知の光信号［６２８］を走査するための装置［６００］と、
   前記調整可能な光学フィルタ［４０２］を
   ＯＳＡおよびＰＭＤ計測のうちの少なくとも一方については走査モードで、
   ＣＤ計測についてはステッピングモードで動作させることにより、
   前記調整可能な光学フィルタ［４０２］を介して走査される前記未知の光信号［６２８］の波長および色分散値を計測するための装置［６００］と、
   前記未知の光信号［６２８］における前記波長および前記分散値を特定するための回路網［４０６、４４０、６１４］とを含む、光信号計測システム［６００］。
8. 前記調整可能な光学フィルタ［４０２］は、単一のファブリ−ペローフィルタ［４０２］をさらに含む、請求項７に記載のシステム［６００］。
9. ＣＤ計測について、前記ステッピングモードの各ステップの各波長で前記調整可能な光学フィルタ［４０２］を安定化させるための装置［４０８］をさらに含む、請求項７に記載のシステム［６００］。
10. ＣＤ計測についてはステッピングモードで色分散値を計測するための前記装置［６００］はアバランシェ光検知器［６１０］をさらに含む、請求項７に記載のシステム［６００］。
11. 前記調整可能な光学フィルタ［４０２］は、少なくとも実質的に１２６０ｎｍから実質的に１６４０ｎｍまでの波長の範囲を走査するために構成される調整可能な光学フィルタ［４０２］をさらに含む、請求項７に記載のシステム［６００］。
12. 相対的群遅延を計測し、次いで波長上で前記群遅延の導関数から前記色分散を計算することにより前記ＣＤ計測を行なうための回路網［４０６、６１４］をさらに含む、請求項７に記載のシステム［６００］。