JP2010025670A - 光信号ｓｎ比測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号光とその信号帯域内のノイズ光との比を高精度に測定する。
【解決手段】被測定光を光信号分波部２５で受け、被測定光に含まれる信号光成分を強度が異なる２つの信号光成分に分波し、被測定光に含まれるノイズ光成分を等しい強度のノイズ光成分に分波し、その一方の信号光成分とノイズ光成分とからなる第１の分波光Ｐ２を第１の光電変換部２７で光電変換して得られた信号Ｅ１から、一方の信号光成分の中心周波数における信号強度、一方の信号光成分の中心周波数から離間し且つノイズ光成分と信号光成分とが互いに無視できないレベルで含まれる所定ノイズ周波数における信号強度、さらに第１の分波光の全パワーを検出する。また、分波した他方の信号光成分とノイズ光成分とからなる第２の分波光Ｐ３を第２の光電変換部２８で光電変換して得られる信号Ｅ２に対しても同様の検出を行い、各検出値に基づいて被測定光のＳＮ比を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号ＳＮ比測定装置（ＯＳＮＲ測定装置）に関する。

近年実用化されている波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークでは、各チャネルのパワー、波長、および光信号ＳＮ比（以下ＯＳＮＲと記す）等の特性において、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ネットワークにおいては、ＷＤＭ信号は自由にアッド／ドロップ（Add/Drop）されて各チャネルの光信号は異なった経路および異なった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アンプによって発生するＡＳＥ（自然放射）ノイズも大きく異なってしまう。

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。

一般的にＯＳＮＲの測定法は、光学的手法と電気的手法に大別できる。
光学的手法としては、ＷＤＭ信号の光スペクトルを光スペクトラムアナライザで測定し、その光スペクトルから隣接チャネル間のフロアノイズのレベルを測定し、その値から信号波長におけるＡＳＥノイズパワーを推定してＯＳＮＲを求める「推定法」がある。

しかし、この方法では上記したように、各チャネルでフロアノイズが複雑に異なるようなＷＤＭ信号の場合には、ＡＳＥノイズパワーが推定できず、正確なＯＳＮＲを測定することができない。

また、別の方法として、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ノイズパワーを直接測定してＯＳＮＲを求める「偏波ヌリング法」がある。

しかし、この方法では、信号光がＡＳＥノイズに漏れこみ測定誤差を生じることを防ぐために、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、短時間での測定が難しい。即ち、ポラライザと直交する直線偏光を作るために、例えば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その状態を作るという処理が必要である。

さらに、別の方法として、波長可変フィルタの透過光のストークスパラメータ（S0，S1，S2，S3）を測定し、ストークスパラメータから偏光度（DOP）を算出して、DOPからＯＳＮＲを換算する方法（特許文献１）があった。

また、直線偏光とした信号光の偏光面を回転させながらポラライザを通して光強度をサンプリングし、その光強度の最大値と最小値の関係、
Ｐmax＝Ｐsignal＋Ｐase／２, Ｐmin＝Ｐase／２
からＯＳＮＲ（ＯＳＮＲ=Ｐsignal／Ｐase）を求める方法（特許文献２）や、ストークスパラメータを測定した後、その値からダイレクトに偏波コントローラで信号光を消去する偏波ヌリング法（特許文献３）、あるいは波長可変フィルタと偏光コントローラを通した光を偏光分離して各光強度を測定し、その値からＯＳＮＲを算出する方法（特許文献４）等が提案されている。

特開２００６−４２２３４号公報 米国特許第６８１３０２１号 米国特許第７１０６４４３号 欧州特許第１４３２１５０Ａ２号

電気的手法としては、偏光分離した信号光パワーを演算処理してＯＳＮＲを求める方法、遅延干渉計で分離した信号光パワーを演算処理してＯＳＮＲを求める方法等がある。

光伝送路を流れる被測定光はデジタル変調されており、広い周波数に渡るスペクトラムを有した信号光を含んでいる。

従って、高精度のＯＳＮＲ測定を行うためには、デジタル変調された光信号光とその信号帯域内のＡＳＥ光等のノイズ光を如何に分離して測定するかが極めて重要となるが、上記した従来技術では、そのための構成が複雑で高速、高精度にＯＳＮＲを測定することが困難であった。

本発明は、光伝送路を流れる光信号のＯＳＮＲを測定する技術に関し、信号光とその信号帯域内のＡＳＥ光等のノイズ光を分離測定して、高速かつ高精度にＯＳＮＲを測定する、In-Bandの光信号ＳＮ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、本発明の請求項１記載の光信号ＳＮ比測定装置は、
コヒーレント性の信号光と該信号光と波長が重なる非コヒーレント性のノイズ光とを含む被測定光を受け、該被測定光に含まれる信号光成分については強度が異なる第１信号光成分と第２信号光成分に分波し、且つ前記被測定光に含まれる前記ノイズ光成分については等しい強度の第１ノイズ光成分と第２ノイズ光成分に分波し、前記第１信号光成分と第１ノイズ光成分とを含む第１の分波光と、前記第２信号光成分と第２ノイズ光成分とを含む第２の分波光とをそれぞれの光路へ出射する光信号分波部（２５）と、
前記第１の分波光を受けて光電変換する第１の光電変換部（２７）と、
前記第２の分波光を受けて光電変換する第２の光電変換部（２８）と、
前記第１の光電変換部の出力信号から、前記第１信号光成分の中心周波数から離間し、且つ前記第１ノイズ光成分と前記第１信号光成分とが互いに無視できないレベルで含まれる所定ノイズ周波数における信号の強度を選択的に検出する第１のノイズ光強度検出手段（３２）と、
前記第１の光電変換部の出力信号から前記第１の分波光の全パワーを検出する第１の全パワー検出手段（３３）と、
前記第２の光電変換部の出力信号から、前記所定ノイズ周波数における信号の強度を選択的に検出する第２のノイズ光強度検出手段（４２）と、
前記第２の光電変換部の出力信号から前記第２の分波光の全パワーを検出する第２の全パワー検出手段（４３）と、
前記第１のノイズ光強度検出手段、前記第１の全パワー検出手段、前記第２のノイズ光強度検出手段および前記第２の全パワー検出手段の各検出値に基づいて前記被測定光のＳＮ比を算出する演算処理部（５０）とを有している。

また、本発明の請求項２の光信号ＳＮ比測定装置は、請求項１記載の光信号ＳＮ比測定装置において、
前記第１の光電変換部の出力信号のうち、前記第１信号光成分の前記中心周波数における信号の強度を選択的に検出する第１の信号光強度検出手段（３１）と、
前記第２の光電変換部の出力信号のうち、前記第２信号光成分の前記中心周波数における信号の強度を選択的に検出する第２の信号光強度検出手段（４１）とを含み、
前記演算処理部は、前記第１の信号光強度検出手段および第２の信号光強度検出手段の検出値を含めて前記被測定光のＳＮ比の算出に用いることを特徴とする。

また、本発明の請求項３の光信号ＳＮ比測定装置は、請求項１または請求項２記載の光信号ＳＮ比測定装置において、
前記光信号分波部は、入力光を直交する偏光成分に分波する偏光プリズム（２５ａ）からなり、被測定光に含まれる信号光成分の直交する偏光成分を前記第１信号光成分と第２信号光成分として異なる強度で分波することを特徴とする。

また、本発明の請求項４の光信号ＳＮ比測定装置は、請求項１または請求項２記載の光信号ＳＮ比測定装置において、
前記光信号分波部は、入力光を分岐して光路長差を与えて合波分波する遅延干渉計（２５ｃ〜２５ｅ）からなり、被測定光に含まれる信号光成分を、前記光路長差に応じた異なる強度で分波することを特徴とする。

また、本発明の請求項５の光信号ＳＮ比測定装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の光信号ＳＮ比測定装置において、
前記光信号分波部の前段に、被測定光から任意の波長成分の光を選択する波長可変光バンドパスフィルタ（２２）を設け、
前記演算処理部は、前記波長可変光バンドパスフィルタの波長が可変される毎に得られた各検出値を用いて前記被測定光の前記波長毎のＳＮ比の算出を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項６の光信号ＳＮ比測定装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の光信号ＳＮ比測定装置において、
前記光信号分波部の前段に、被測定光の偏波状態を変化させるための偏波コントローラ（６０）を設け、
前記演算処理部は、前記偏波コントローラによって被測定光の偏波状態が可変される毎に得られる各検出値を用いてＳＮ比の算出を行い、算出結果が最良となるＳＮ比を求めることを特徴とする。

このように本発明では、信号光とノイズ光とを含む被測定光を受け、その被測定光に含まれる信号光成分については強度が異なる第１信号光成分と第２信号光成分に分波し、且つノイズ光成分については等しい強度の第１ノイズ光成分と第２ノイズ光成分に分波し、第１信号光成分と第１ノイズ光成分とを含む第１の分波光と、第２信号光成分と第２ノイズ光成分とを含む第２の分波光を生成し、これらの各分波光に対する光電変換処理および強度検出処理により得られた検出値から、信号光とその信号帯域内のノイズ光とを分離して算出することができ、高速かつ高精度にＯＳＮＲを測定することができる。

（第１の実施例）
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態のＯＳＮＲ測定装置２０の構成を示している。

このＯＳＮＲ測定装置２０の光入力部２１に入力したＷＤＭの光信号Ｐ０は、波長可変光バンドパスフィルタ２２に入射されて、任意の波長成分の被測定光Ｐ１が選択され、光信号分波部２５に入射される。

この被測定光Ｐ１には、コヒーレント性を有する信号光成分Ｐ１ｓとその信号光成分Ｐ１ｓと波長が重なる非コヒーレント性のノイズ光成分（一般的に光増幅器が発生するＡＳＥ光が支配的）Ｐ１ｎとを含んでおり、光信号分波部２５は、被測定光Ｐ１に含まれる信号光成分Ｐ１ｓについては強度が異なる第１信号光成分Ｐ１ｓａと第２信号光成分Ｐ１ｓｂに分波し、且つ被測定光Ｐ１に含まれるノイズ光成分Ｐ１ｎについては等しい強度の第１ノイズ光成分Ｐ１ｎａと第２ノイズ光成分Ｐ１ｎｂに分波し、第１信号光成分Ｐ１ｓａと第１ノイズ光成分Ｐ１ｎａとを含む第１の分波光Ｐ２と、第２信号光成分Ｐ１ｓｂと第２ノイズ光成分Ｐ１ｎｂとを含む第２の分波光Ｐ３とをそれぞれの光路へ出射する。

上記のようにコヒーレント性を有する信号光成分については異なる強度で分波し、非コヒーレント性のノイズ光成分については等しい強度で分波する光信号分波部２５としては、図１の例に示している偏光プリズム（ＰＢＳ）２５ａや後述する遅延干渉計が使用できる。

偏光プリズム２５ａは、入射光の一方の偏光成分（Ｐ波成分）とそれと直交する他方の偏光成分（Ｓ波成分）とを分離する。

したがって、入射光に含まれるコヒーレントの信号光成分についての両偏光成分の強度が異なるような偏光状態で入射されることになる。また、偏光がランダムでコヒーレント性を持たないノイズ光に対しては、その入射ときの偏光状態によらず等しい強度で分波されることになる。

第１の分波光Ｐ２は第１の光電変換部２７の受光器２７ａに入射されて、その入射光強度に比例した振幅の電気信号Ｅ１に変換される。また第２の分波光Ｐ３は、第２の光電変換部２８の受光器２８ａに入射されて、その入射光強度に比例した振幅の電気信号Ｅ２に変換される。

第１の光電変換部２７の出力信号Ｅ１は、第１の信号光強度検出手段３１、第１のノイズ光強度検出手段３２および第１の全パワー検出手段３３に入力される。

また、第２の光電変換部２８の出力信号Ｅ２は、第２の信号光強度検出手段４１、第２のノイズ光強度検出手段４２および第２の全パワー検出手段４３に入力される。

ここで、第１の信号光強度検出手段３１は、入力信号Ｅ１のうち、第１信号光成分Ｐ１ｓａの中心周波数に対応した周波数Ｆ１の信号の強度Ｐ1signalを選択的に検出する。

その構成をより具体的に説明すれば、入力信号Ｅ１の交流成分をコンデンサ３１ａを介してミキサ３１ｂに入力し、局発回路３１ｃからの周波数Ｆａのローカル信号Ｌ１をミキサ３１ｂに与え、そのミキサ出力から所定の中間周波数Ｆｉの成分を狭帯域な第１のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）３１ｄにより抽出し、その抽出信号を検波回路３１ｅで検波する。ここで、Ｆｉ＝｜Ｆａ±Ｆ１｜とすることで、前記したように、入力信号Ｅ１のうち、第１信号光成分Ｐ１ｓａの中心周波数に対応した周波数Ｆ１の信号の強度Ｐ1signalを選択的に検出することができる。

なお、第２の信号光強度検出手段４１は、第１の信号光強度検出手段３１と同様に構成されており、入力信号Ｅ２のうち、第２信号光成分Ｐ１ｓｂの中心周波数に対応した周波数Ｆ１の信号の強度Ｐ２signalを選択的に検出する。

即ち、入力信号Ｅ２の交流成分をコンデンサ４１ａを介してミキサ４１ｂに入力し、局発回路４１ｃからの周波数Ｆａのローカル信号Ｌ２をミキサ４１ｂに与え、そのミキサ出力から中間周波数Ｆｉの成分を狭帯域な第２のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）４１ｄにより抽出し、その抽出信号を検波回路４１ｅで検波する。ここで、周波数関係は第１の信号光強度検出手段３１と同じであるから入力信号Ｅ２のうち、第２信号光成分Ｐ１ｓｂの中心周波数に対応した周波数Ｆ１の信号の強度Ｐ２signalを選択的に検出することができる。

また、第１のノイズ光強度検出手段３２は、第１の光電変換部２７の出力信号Ｅ１から、第１信号光成分Ｐ１ｓａの中心周波数Ｆ１から離間し、且つ第１ノイズ光成分Ｐ１ｎａと第１信号光成分Ｐ１ｓａとが互いに無視できないレベルで含まれる所定ノイズ周波数Ｆ２における信号の強度を選択的に検出する。

その構成は、上記各強度検出手段と同様であり、入力信号Ｅ１の交流成分をコンデンサ３２ａを介してミキサ３２ｂに入力し、局発回路３２ｃからの周波数Ｆｂのローカル信号Ｌ３をミキサ３２ｂに与え、そのミキサ出力から所定の中間周波数Ｆｉの成分を狭帯域な第３のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）３２ｄにより抽出し、その抽出信号を検波回路３２ｅで検波する。ここで、Ｆｉ＝｜Ｆｂ±Ｆ２｜とすることで、前記したように、入力信号Ｅ１のうち、所定ノイズ周波数Ｆ２における信号の強度Ｐ１noiseを検出することができる。

また、第２のノイズ光強度検出手段４２も第１のノイズ光強度検出手段３２と同様に、第２の光電変換部２８の出力信号Ｅ２から、前記所定ノイズ周波数Ｆ２における信号の強度Ｐ２noiseを選択的に検出する。

その構成は、上記各強度検出手段と同様であり、入力信号Ｅ２の交流成分をコンデンサ４２ａを介してミキサ４２ｂに入力し、局発回路４２ｃからの周波数Ｆｂのローカル信号Ｌ４をミキサ４２ｂに与え、そのミキサ出力から所定の中間周波数Ｆｉの成分を狭帯域な第４のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）４２ｄにより抽出し、その抽出信号を検波回路４２ｅで検波する。これにより、前記同様に、入力信号Ｅ２のうち、所定ノイズ周波数Ｆ２における信号の強度Ｐ２noiseを検出することができる。

さらに、第１の全パワー検出手段３３は、入力信号Ｅ１から第１の分波光Ｐ２の全パワーＰ１totalを検出し、第２の全パワー検出手段４３は、入力信号Ｅ２から第２の分波光Ｐ３の全パワーＰ２totalを検出する。

ここで各全パワー検出手段３３、４３は、図示しているように入力信号Ｅ１、Ｅ２の平均値を求めるローパスフィルタ３３ａ、４３ａによって構成されている。これらの出力には、ＡＳＥノイズと全信号光（サイドバンドも全て含む）の光強度を平滑化した成分が含まれる。

上記した各信号光強度検出手段３１、４１、各ノイズ光強度検出手段３２、４２、および各全パワー検出手段３３、４３の検出値は、図示しないＡ／Ｄ変換器を介して演算処理部５０に入力される。

演算処理部５０は、各検出値に基づいて被測定光のＳＮ比を算出する。
以下、その演算処理について説明する。

先ず、光強度Ｐsの信号光と光強度ＰaseのＡＳＥ光をフォトダイオードで光電変換してダイオード検波した信号のビート雑音は、 （ａ）式のように高周波信号の雑音電流の自乗平均値《 Ｉ² 》で表される。

《 Ｉ² 》＝４・Ｒ²・Ｐｓ（Ｐase／Ｂo）・Ｂe
＋４・Ｒ²・Ｐase²・Ｂe／Ｂo
＋２・ｅ・（Ｒ²／Ｓ）・Ｐｓ・Ｂe
＋２・ｅ・（Ｒ²／Ｓ）・Ｐase・Ｂe ……（ａ）
ただし、ここで、 Ｓ：フォトダイオードの感度[A/W]
Ｓ=（e×η）／（h×ν）
η：量子効率，ν：光周波数，h：プランク定数，ｅ：電子の電荷
Ｒ：Ｏ／Ｅ変換器の変換効率[A/W] Ｒ＝ｋ・Ｓ
Ｂe：測定帯域幅[Hz]
Ｂo：光ＢＰＦ幅[Hz] Ｂo=（c×Δλ）/λ²

上記（ａ）式の第１項は信号光とＡＳＥ光のビート雑音を示し、第２項はＡＳＥ光間のビート雑音を示し、第３項は信号光のショット雑音を示し、第４項はＡＳＥ光のショット雑音を示す。第１項の信号光とＡＳＥ光のビート雑音と、第３項の信号光のショット雑音は信号光強度に比例した雑音であり、第２項のＡＳＥ光間のビート雑音と第４項のＡＳＥ光のショット雑音は信号光強度に無関係でＡＳＥ光強度のみに依存した雑音である。

（ａ）式のＢo＝0.1nm、Ｂe＝１MHｚとした場合のビート雑音とショット雑音の雑音強度の例を図２に示す。

図２のグラフからもわかるように、全雑音強度に対して、（ａ）式の第３項（信号光のショット雑音）と第４項（ＡＳＥ光のショット雑音）は、信号光とＡＳＥ光間またはＡＳＥ光間のビート雑音に比べて非常に小さいため無視できる。その場合、ビート雑音強度は次の（ｂ）式で表される。

《 Ｉ² 》＝（４・Ｒ²・Ｂe ／Ｂo）Ｐｓ・Ｐase
＋（４・Ｒ²・Ｂe／Ｂo） Ｐase² ……(b)

（ｂ）式でβ＝４・Ｒ²・Ｂe／Ｂoとおけば、雑音強度は次の（ｃ）式で表される。

《 Ｉ² 》＝β・Ｐｓ・Ｐase ＋β・Ｐase ² ……（ｃ）

信号光強度Ｐｓ、ＡＳＥ光（ノイズ光）強度Ｐaseの光を光信号分波部２５（偏光プリズム２５ａ）に入力すると、偏光プリズム２５ａでは、ＡＳＥ光は非偏光であるためＰ偏光とＳ偏光とに光は均等に分波されるが、信号光は完全偏光であり、偏光プリズムのＰ偏光とＳ偏光とに異なる比率で分波される。

信号光Ｐｓは、偏光プリズム２５ａにより、Ｐ偏光成分の信号光強度をＰsa、Ｓ偏光成分の信号光強度をＰsbに分波され、ＡＳＥ光Ｐaseは、偏光プリズム２５ａにより、Ｐ偏光側、Ｓ偏光側とも等しいＰase／２の光強度に分波される。これらの信号を光電変換して検波すると、検波した各偏光成分の高周波信号のビート雑音強度は、下式で表される。

《 Ｉa² 》＝（β／２）Ｐsa ・Ｐase
＋（β／４）Ｐase ² ……（ｄ）
《 Ｉb² 》＝（β／２）Ｐsb ・Ｐase
＋（β／４）Ｐase ² ……（ｅ）
Ｐｓ＝Ｐsa ＋Ｐsb

以下、説明を簡略化するため、光電変換部から各検出手段に対する信号Ｅ１、Ｅ２の分岐による信号強度の低下は無視して説明する。

デジタル変調信号スペクトルは広い周波数範囲に渡るスペクトルを有するため、任意の周波数のバンドパスフィルタを変調信号成分が通過し、第１のノイズ光強度検出手段３２の出力Ｐ１noise、第２のノイズ光強度検出手段４２の出力Ｐ２noiseには、信号光の各偏光成分Ｐxa²、Ｐxb²の変調信号成分が漏れ込む。

したがって、第１のノイズ光強度検出手段３２の出力Ｐ１noise、第２のノイズ光強度検出手段４２の出力Ｐ２noiseは、次式（ｆ）、（ｇ）となる。

Ｐ１noise＝（β／２）・Ｐsa・Ｐase
＋（β／４）・Ｐase²＋Ｐxa² ……（ｆ）
Ｐ２noise＝（β／２）・Ｐsb・Ｐase
＋（β／４）・Ｐase²＋Ｐxb² ……（ｇ）

一方、第１の信号強度検出手段３１の検出値P１signalと、第２の信号強度検出手段４１の検出値Ｐ２signalと、光信号分波部２５（偏光プリズム２５ａ）の両偏光の強度比ｋとの間には、次の関係がある。

ｋ²＝Ｐ１signal／Ｐ２signal＝{γ／（1−γ）} ² …（ｈ）
ｋ＝Ｐsa／Ｐsb＝Ｐxa／Ｐxb＝γ／（1−γ） …（ｉ）

また、Ｐxa² ＝ｋ²×Ｐxb² であるから、(ｆ)式−ｋ²×（ｇ）式は、以下のようなる。

Ｐ１noise−ｋ²×Ｐ２noise
＝（β／２）・Ｐase・Ｐsa・(1−ｋ)
＋(β／４)・Ｐase ²・（1−ｋ²） ……（ｊ）

ここで、光バンドパスフィルタで切り出した帯域内のノイズ強度が信号光強度に比べ十分小さい（３桁程度小さい）とすれば、
Ｐsa≒Ｐ１total、Ｐsb≒Ｐ２total
であるから、(ｊ)式は、以下のようになる。

Ｐ１noise−ｋ²×Ｐ２noise
＝（β／２）・Ｐase・Ｐ１total・(1−ｋ)
＋(β／４)・Ｐase ²・（1−ｋ²） ……（ｊ′）

ここで、Ｐ１noise、Ｐ２noise、Ｐ１totalは実測値、ｋは、Ｐ１signalとＰ２signalから求まり、βは測定系で決まる定数であるから、これらの値を式（ｊ′）に代入するとＰase の２次式となり、Ｐaseを算出することができる。

即ち、Ａ＝（β／４）（1−ｋ²）
Ｂ＝（β／２）・Ｐ１total・(1−ｋ)
Ｃ＝ｋ²・Ｐ１noise −Ｐ１noise
とすると、（ｊ）式は、
Ａ・Ｐase²＋Ｂ・Ｐase ＋Ｃ＝０
となる。

したがって、Ｐaseは以下の計算で求められる。
Ｐase＝｛−Ｂ±√(Ｂ²−４ＡＣ)｝／２Ａ ただし、Ｐase ≧０

上記のようにして求めたＰaseと、Ｐｓ＝Ｐsa＋Ｐsb＝P１total＋Ｐ２totalを、（ｃ）式の、
《 Ｉ² 》＝β・Ｐs・Ｐase＋β・Ｐase²
（ここで、β＝４・Ｒ²・Ｂe／Ｂo）
に代入すれば、測定帯域幅Ｂe [Hz]、光ＢＰＦ幅Ｂo [Hz]当りの雑音強度《 Ｉ² 》を求めることができる。

また、信号光SIGNAL、ＯＳＮＲは、下式から求めることができる。
SIGNAL＝Ｐs−Ｐase ＝Ｐ１total＋Ｐ２total−Ｐase
ＯＳＮＲ=SIGNAL／Ｐase

つまり、上記演算処理部５０は、Ｐ１signalとＰ２signalからｋを求め、そのｋの値と各検出値を式（ｊ′）に代入してノイズ光成分Ｐaseを算出して、真の信号光成分SIGNALとノイズ光成分Ｐaseとの比を算出している。

なお、この実施形態のように、光入力部２１と光信号分波部２５の間に波長可変光バンドパスフィルタ２２を配置することで、ＷＤＭ信号から任意の波長成分の光を選択し、ＯＳＮＲを測定することが可能となる。

また、この波長可変光バンドパスフィルタ２２の波長掃引と同期させて、各検出値のデータのサンプリングを行うことで、高速にてＷＤＭ信号のＯＳＮＲ測定が可能となる。

なお、ＯＳＮＲを測定するには、信号光強度とＡＳＥノイズの強度スペクトル密度を正確に測定する必要がある。そのためには波長可変光バンドパスフィルタ２２の帯域が重要であり、変調信号光強度を正確に測定するには変調サイドバンドを含む信号光強度をすべて取り込む必要があり、広帯域のフィルタが必要であるし、正確なＡＳＥノイズ・フロアを測定するには他のチャネルのノイズを含まないよう狭帯域のフィルタを必要となるため、これらを考慮して適切なフィルタ帯域を設定して測定することが重要である。

さらに、図３のように、偏波コントローラ６０を介して被測定光信号を入力する構成とすることで、より正確なＯＳＮＲ測定が可能となる。

例えば、偏波コントローラ６０で任意の偏光状態を設定して１回目の掃引測定を行い、偏波コントローラで異なる任意の偏光状態を設定して２回目の掃引測定を行って、両掃引測定によって得られた２組のデータからＰ１signalとＰ２signalが適当な比となるデータを用いてＯＳＮＲの演算を行うことにより、より正確なＯＳＮＲ測定が可能となる。

ただし、Ｐ１signalとＰ２signalが同じ強度であった場合には、本方式ではＯＳＮＲを求めることができないが、偏波コントローラで異なる偏光状態を設定することにより、Ｐ１signalとＰ２signalの強度が異なる測定可能な状態を作ることができるため、ＯＳＮＲ測定が可能となる（なお、上記方法は以下の各実施例についても適用できる）。

次に、実施例２について説明する。
実施例２は、図４に示しているように、光信号分波部２５として、入力光を２つのアーム２５ｂ、２５ｃに分岐し、その一方に遅延器２５ｄを設けて光路長差を与えてから合分波する光遅延干渉計の構成を用いた。

光遅延干渉計の２つの出力光Ｐsa、Ｐsbは位相が１８０度ずれており、また光遅延干渉計の２つのアーム２５ｂ、２５ｃの間の光路長差によって分波した光の信号光強度は異なる。ただし、ＡＳＥ雑音は均等に分波される。

以下、光遅延干渉計の両アームの信号光について説明する。
信号光の電界強度Ｅ1、Ｅ２及び光強度Ｐ１、Ｐ２は下式で表される。

Ｅ１＝Ａ１・exp｛j（ωt＋φ1）｝
Ｅ２＝Ａ２・exp｛j（ωt＋φ2）｝
Ｐ１＝｜Ｅa・Ｅa(＊)｜
Ｐ２＝｜Ｅb・Ｅb(＊)｜
φ1、φ2は各アームの光位相
Ｅa(＊)はＥaの共役複素数
Ｅb(＊)はＥbの共役複素数

光遅延干渉計の一方の光出力強度Ｐａは、下式となる。
Ｐa＝（Ｅ1＋Ｅ2）（Ｅ1(＊)＋Ｅ2(＊)）
＝Ａ1²＋Ａ2²＋２・Ａ1・Ａ2・cos（φ1−φ2）

また、もう一方の光出力強度Ｐbは位相がπずれているから、
Ｐb＝Ａ1²＋Ａ2²＋２・Ａ1・Ａ2・cos（φ1−φ2＋π）

以上のことから、光遅延干渉計によりＡＳＥ成分は均等に分波され、信号光は位相差によって異なる強度で分波されることがわかる。なおその他の構成については、実施例１と同様である。

従って、図４に示した実施例２のように、光信号分波部として光遅延干渉計の構成を用いた場合でも、実施例１の場合と同様の演算処理を行うことでＯＳＮＲを測定することができる。

また、上記実施形態では、第１の光電変換部２７と第２の光電変換部２８を、それぞれ単一の受光器２７ａ、２８ａで構成していたが、図５に示すように、光信号分波部２５（前記偏光プリズム型、遅延干渉計型のいずれでもよい）の一方の出射光Ｐ２を第１の光電変換部２７のビームスプリッタ２７ｂにより２分岐し、その一方Ｐ２ａを第１の受光器２７ｃに入射させ、他方Ｐ２ｂを第２の受光器２７ｄに入射させてそれぞれ光電変換し、第１の受光器２７ｃの出力信号Ｅ１ａを、第１の信号光強度検出手段３１、第１のノイズ光強度検出手段３２に入力して、第２の受光器２７ｄの出力信号Ｅ１ｂを第１の全パワー検出手段３３に入力する。

また、光信号分波部２５の他方の出射光Ｐ３を第２の光電変換部２８のビームスプリッタ２８ｂにより２分岐し、その一方Ｐ３ａを第３の受光器２８ｃに入射させ、他方Ｐ３ｂを第４の受光器２８ｄに入射させてそれぞれ光電変換し、第３の受光器２８ｃの出力信号Ｅ２ａを、第２の信号光強度検出手段４１、第１のノイズ光強度検出手段４２に入力して、第４の受光器２８ｄの出力信号Ｅ２ｂを第２の全パワー検出手段４３に入力する。

上記構成の場合においても、前記実施例と同様に各検出手段により演算に必要な値を求めて、前記同様の演算処理により、信号光SIGNAL、ＯＳＮＲを求めることができる。

上記実施例では、二つの信号光強度検出手段３１、４１で得られた値により、分波比ｋを求めていたが、第１、第２の全パワー検出段手段３３、４３の検出値から信号光の分岐比（ｋ）を求めることも可能である。

即ち、前記（ｈ）式より、
ｋ²＝P-signal／S-signal={γ／(1−γ)} ²
また、（ｉ）式より、
ｋ＝Pp／Ps= Pxp／Pxs=γ／(1−γ)
である。

ここで、光バンドパスフィルタで切り出した帯域内のノイズ強度が信号光強度に比べ、３桁程度小さい場合には、Pp≒P-total，Ps≒S-totalとなるため、P-totalとS-totalから、
ｋ²＝（P-total／S-total）²
を求めることができ、（ｊ）式から実施例１と同様にPaseを求めることができる。

このような演算処理を行う場合には、図６あるいは図７のように、第１、第２の信号光強度検出手段３１、４１を省略したより簡易な構成で済む。

本発明の実施形態の構成図 ビート雑音とショット雑音の強度の例を示す図 入力部に偏波コントローラを用いた例を示す図 光信号分配部として遅延干渉計を用いた例を示す図 光電変換部の別の構成例を示す図 第１、第２の信号強度検出手段を省略した場合の構成例を示す図 第１、第２の信号強度検出手段を省略した場合の別の構成例を示す図

符号の説明

２０……光信号ＳＮ比測定装置、２１……光入力部、２２……波長可変ＢＰＦ、２５……光信号分配部、２５ａ……偏光プリズム、２５ｂ、２５ｃ……アーム、２５ｄ……遅延器、２７……第１の光電変換部、２７ａ、２７ｃ、２７ｄ……受光器、２７ｂ……ビームスプリッタ、２８……第２の光電変換部、２８ａ、２８ｃ、２８ｄ……受光器、２８ｂ……ビームスプリッタ、３１……第１の信号光強度検出手段、３２……第１のノイズ光強度検出手段、３３……第１の全パワー検出手段、４１……第２の信号光強度検出手段、４２……第２のノイズ光強度検出手段、４３……第２の全パワー検出手段、５０……演算処理部

Claims (6)

1. コヒーレント性の信号光と該信号光と波長が重なる非コヒーレント性のノイズ光とを含む被測定光を受け、該被測定光に含まれる信号光成分については強度が異なる第１信号光成分と第２信号光成分に分波し、且つ前記被測定光に含まれる前記ノイズ光成分については等しい強度の第１ノイズ光成分と第２ノイズ光成分に分波し、前記第１信号光成分と第１ノイズ光成分とを含む第１の分波光と、前記第２信号光成分と第２ノイズ光成分とを含む第２の分波光とをそれぞれの光路へ出射する光信号分波部（２５）と、
   前記第１の分波光を受けて光電変換する第１の光電変換部（２７）と、
   前記第２の分波光を受けて光電変換する第２の光電変換部（２８）と、
   前記第１の光電変換部の出力信号から、前記第１信号光成分の中心周波数から離間し、且つ前記第１ノイズ光成分と前記第１信号光成分とが互いに無視できないレベルで含まれる所定ノイズ周波数における信号の強度を選択的に検出する第１のノイズ光強度検出手段（３２）と、
   前記第１の光電変換部の出力信号から前記第１の分波光の全パワーを検出する第１の全パワー検出手段（３３）と、
   前記第２の光電変換部の出力信号から、前記所定ノイズ周波数における信号の強度を選択的に検出する第２のノイズ光強度検出手段（４２）と、
   前記第２の光電変換部の出力信号から前記第２の分波光の全パワーを検出する第２の全パワー検出手段（４３）と、
   前記第１のノイズ光強度検出手段、前記第１の全パワー検出手段、前記第２のノイズ光強度検出手段および前記第２の全パワー検出手段の各検出値に基づいて前記被測定光のＳＮ比を算出する演算処理部（５０）とを有する光信号ＳＮ比測定装置。
2. 前記第１の光電変換部の出力信号のうち、前記第１信号光成分の前記中心周波数における信号の強度を選択的に検出する第１の信号光強度検出手段（３１）と、
   前記第２の光電変換部の出力信号のうち、前記第２信号光成分の前記中心周波数における信号の強度を選択的に検出する第２の信号光強度検出手段（４１）とを含み、
   前記演算処理部は、前記第１の信号光強度検出手段および第２の信号光強度検出手段の検出値を含めて前記被測定光のＳＮ比の算出に用いることを特徴とする請求項１記載の光信号ＳＮ比測定装置。
3. 前記光信号分波部は、入力光を直交する偏光成分に分波する偏光プリズム（２５ａ）からなり、被測定光に含まれる信号光成分の直交する偏光成分を前記第１信号光成分と第２信号光成分として異なる強度で分波することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光信号ＳＮ比測定装置。
4. 前記光信号分波部は、入力光を分岐して光路長差を与えて合波分波する遅延干渉計（２５ｃ〜２５ｅ）からなり、被測定光に含まれる信号光成分を、前記光路長差に応じた異なる強度で分波することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光信号ＳＮ比測定装置。
5. 前記光信号分波部の前段に、被測定光から任意の波長成分の光を選択する波長可変光バンドパスフィルタ（２２）を設け、
   前記演算処理部は、前記波長可変光バンドパスフィルタの波長が可変される毎に得られた各検出値を用いて前記被測定光の前記波長毎のＳＮ比の算出を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光信号ＳＮ比測定装置。
6. 前記光信号分波部の前段に、被測定光の偏波状態を変化させるための偏波コントローラ（６０）を設け、
   前記演算処理部は、前記偏波コントローラによって被測定光の偏波状態が可変される毎に得られる各検出値を用いてＳＮ比の算出を行い、算出結果が最良となるＳＮ比を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光信号ＳＮ比測定装置。

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