JP2010101654A

JP2010101654A - ヘテロダイン光スペクトラムアナライザ

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Publication number: JP2010101654A
Application number: JP2008271285A
Authority: JP
Inventors: Takanori Saito; 崇記斉藤
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: JP5032437B2

Abstract

【課題】本発明は、ヘテロダイン光スペクトラムアナライザにおいて受光系を１系統にすることを目的とする。
【解決手段】本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザは、互いに直交し且つ波長差を有する２つの直線偏光光のペアをローカル光Ｐ_Ｌとして出射するローカル光光源２と、被測定光Ｐ_０とローカル光Ｐ_Ｌとを合波する合波部３と、合波部３からの合波光を受光して被測定光Ｐ_０とローカル光Ｐ_Ｌのヘテロダイン検波信号を出力する受光部４と、を備え、波長差は、受光部４におけるヘテロダイン検波の検波帯域よりも狭いことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘテロダイン光スペクトラムアナライザに関連し、特に偏波無依存化の技術に関する。

従来のヘテロダイン光スペクトラムアナライザは、掃引光を垂直偏波の直線偏光光と水平偏波の直線偏光光とに分け、それぞれをヘテロダイン検波してその信号を加算することで偏波無依存化をしていた（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１１１３７８号公報

従来は、それぞれをヘテロダイン検波していたので、受光系が２系統必要だった。そこで、本発明は、ヘテロダイン光スペクトラムアナライザにおいて受光系を１系統に減少させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザは、直交する偏波間に時間差を与えて同時に検波することを特徴とする。

具体的には、本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザは、互いに直交し且つ波長差を有する２つの直線偏光光のペアをローカル光として出射するローカル光光源と、被測定光と前記ローカル光とを合波する合波部と、前記合波部からの合波光を受光して被測定光とローカル光のヘテロダイン検波信号を出力する受光部と、を備え、前記波長差は、前記受光部におけるヘテロダイン検波の検波帯域よりも狭いことを特徴とする。

互いに直交し且つ波長差を有する２つの直線偏光光のペアをローカル光としてヘテロダイン検波するので、互いに直交する２つの直線偏光光の両方のコヒレント光を同時に検波することができる。このとき、直線偏光光の波長差がヘテロダイン検波の検波帯域よりも十分狭ければ、２つの直線偏光光の波長を掃引することで、検波波長帯域における全ての偏波状態の被測定光を、波長差を有する直線偏光光のペアのいずれかによって検波することができる。したがって、ヘテロダイン光スペクトラムアナライザにおいて受光系を１系統にすることができる。

本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザでは、前記受光部からのヘテロダイン検波信号に基づいて前記被測定光のスペクトラムを分析する信号処理部をさらに備えていてもよい。
信号処理部をさらに備えることで、被測定光のスペクトラムを取得することができる。

本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザでは、前記ローカル光光源は、波長を連続可変して出力する波長掃引光源と、前記波長掃引光源からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光光に分離するとともに、該直交する２つの直線偏光光に遅延差を与えて出射する偏波遅延器を備えていてもよい。

本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザでは、前記波長掃引光源は、直線偏光光を出力し、前記偏波遅延器は、前記波長掃引光源からの直線偏光光を２つに分岐する第１の偏波保持光ファイバカプラと、前記第１の偏波保持光ファイバカプラからの２つの直線偏光光の偏波面が互いに垂直になるように合成する第２の偏波保持光ファイバカプラと、前記第１の偏波保持光ファイバカプラ及び前記第２の偏波保持光ファイバカプラの間の２つの光路に光路差を与え、前記第２の偏波保持光ファイバカプラに入射する２つの直線偏光光に前記波長差を生じさせる遅延器と、を備えていてもよい。

本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザでは、前記偏波遅延器は、偏波保持光ファイバであって、ファスト（Ｆａｓｔ）軸が前記波長掃引光源からの出力光の偏波面に対して略４５°傾いていてもよい。
波長掃引光源からの出力光を偏波保持光ファイバに４５°入射させることで、当該出力光を互いに直交する２つの直線偏光光に分離することができる。偏波保持光ファイバでは直交する偏波間で伝搬遅延が異なるので、偏波保持光ファイバから出力される光に波長差が生じる。これによって、前記ローカル光を出射することができる。

本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザでは、前記偏波遅延器は、前記波長掃引光源からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光光に分離する第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタからの２つの直線偏光光の偏波面が互いに垂直になるように合成する第２の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏光ビームスプリッタの間の２つの光路に光路差を与え、前記第２の偏光ビームスプリッタに入射する２つの直線偏光光に前記波長差を生じさせる遅延器と、を備えていてもよい。

本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザでは、前記遅延器は、前記第１の偏波保持光ファイバカプラからの直線偏光光の偏波面を維持する偏波保持光ファイバであってもよい。

本発明に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザでは、前記ローカル光光源は、波長を連続可変して直線偏光光を出力する第１の波長掃引光源と、前記第１の波長掃引光源と一定波長異なる直線偏光光を出力する第２の波長掃引光源と、前記第１の波長掃引光源からの直線偏光光と前記第２の波長掃引光源からの直線偏光光との偏波面が互いに垂直になるように合成する偏波保持光ファイバカプラと、を備えていてもよい。

本発明によれば、ヘテロダイン光スペクトラムアナライザにおいて受光系を１系統にすることができる。

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。

図１は、本実施形態に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザの構成概略図である。本実施形態に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザは、ローカル光光源２と、合波部３と、受光部４と、フィルタ５と、検波部２１と、信号処理部６と、制御部８と、表示部７と、を備える。信号処理部６、制御部８及び表示部７には、情報処理装置を用いてもよい。ローカル光光源２から合波部３までは、ＰＭＦ（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭａｉｎｔａｉｎｉｎｇＦｉｂｅｒ：偏波保持ファイバ）で接続される。

ローカル光光源２は、互いに直交し且つ波長差を有する２つの直線偏光光のペアをローカル光Ｐ_Ｌとして出射する。例えば、異なる波長の垂直偏波の直線偏光光と水平偏波の直線偏光光を出射する。一定の波長差は、２つの直線偏光光のいずれかを遅延器１３で遅延させることで生じさせることが好ましく、１個の光源でヘテロダイン検波を行うことができる。被測定光Ｐ_０のスペクトラムを取得するため、ローカル光光源２は、制御部８からの制御信号によって波長掃引される。

合波部３は、被測定光Ｐ_０とローカル光Ｐ_Ｌとを合波する。受光部４は、合波部３からの合波光を受光して被測定光Ｐ_０とローカル光のヘテロダイン検波信号を出力する。フィルタ５は、受光部４の出力信号からビート信号を抽出する。検波部２１は、フィルタ５からのビート信号を検波する。

制御部８は、ローカル光光源２が出射するローカル光Ｐ_Ｌの波長、及び、信号処理部６が処理する波長を制御する。例えば、波長掃引光源９は、制御部８から指示された波長掃引速度で波長掃引する。信号処理部６は、波長掃引光源９の波長掃引速度を制御部８から取得し、検波部２１からの出力信号と波長掃引光源９の波長を対応付けて記憶する。そして、受光部４からのヘテロダイン検波信号に基づいて被測定光Ｐ_０のスペクトラムを分析する。表示部７は、信号処理部６の処理結果を表示する。

図２に、ローカル光の一例を示す。垂直偏波の直線偏光光１０１と水平偏波の直線偏光光１０２は、一定の波長差を保ちながら周波数掃引される。波長差は（遅延時間δｔ）×（ローカル光の掃引速度Ｖ）となる。このとき、ローカル光光源２におけるローカル光Ｐ_Ｌの波長掃引速度Ｖは、２ＴＨｚ／ｍｓ以上であることが好ましい。

図３に、ローカル光の波長差と受光部の検波帯域との関係の一例を示す。垂直偏波の直線偏光光１０１と水平偏波の直線偏光光１０２の波長差δλは、受光部におけるヘテロダイン検波の検波帯域１００よりも狭い。直線偏光光１０１と１０２の間で波長差δλをもつローカル光を被測定光とヘテロダイン検波すると、図のように、両方の直線偏光光を検波することになる。このとき、検波帯域１００が直線偏光光１０１と１０２の波長差δλよりも十分に広ければ、被測定光の直交する直線偏光光を同時にヘテロダイン検波受信できる。これにより、掃引している各波長における偏波無依存化と同様の効果が得られる。したがって、この方法を使えば、１系統の受光系のみで、偏波無依存化されたヘテロダイン光スペクトラムアナライザを構築することができる。

図１に、ローカル光光源の第１例を示す。ローカル光光源２の第１例は、波長掃引光源９と、偏波遅延器１０を備える。波長掃引光源９は、出力パワー一定の連続光をその波長を連続可変して出力する。偏波遅延器１０は、波長掃引光源９からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光光に分離するとともに、該直交する２つの直線偏光光に遅延差δｔを与えて出射する。これにより、ローカル光光源２は、互いに直交し且つ波長差を有する２つの直線偏光光のペアをローカル光Ｐ_Ｌとして出射することができる。

波長掃引光源９は、直線偏光光を出力する。偏波遅延器１０は、第１の偏波保持光ファイバカプラ１１と、第２の偏波保持光ファイバカプラ１２と、遅延器１３と、を備える。波長掃引光源９から合波部３まではＰＭＦで接続される。

第１の偏波保持光ファイバカプラ１１は、波長掃引光源９からの直線偏光光を２つに分岐する。第２の偏波保持光ファイバカプラ１２は、第１の偏波保持光ファイバカプラ１１からの２つの直線偏光光の偏波面が互いに垂直になるように合成する。例えば、２つの光路のいずれかの第２の偏波保持光ファイバカプラ１２への接続を９０°回転させる。これにより、互いに直交する２つの直線偏光光のペアを生成することができる。

遅延器１３は、第１の偏波保持光ファイバカプラ１１及び第２の偏波保持光ファイバカプラ１２の間の２つの光路に光路差を与え、第２の偏波保持光ファイバカプラ１２に入射する２つの直線偏光光に波長差を生じさせる。例えば、光ファイバ遅延器を、第１の偏波保持光ファイバカプラ１１と第２の偏波保持光ファイバカプラ１２の間のいずれかの光ファイバに接続する。

遅延器１３は、第１の偏波保持光ファイバカプラ１１からの直線偏光光の偏波面を維持する偏波保持光ファイバであることが好ましい。第１の偏波保持光ファイバカプラ１１及び第２の偏波保持光ファイバカプラ１２の間の２つの光路を接続する偏波保持光ファイバの長さを変えることで、遅延器１３を構成してもよい。

ローカル光光源２の第１例は、上記の構成とすることによって、第２の偏波保持光ファイバカプラ１２から、互いに直交しかつ波長差を有する２つの直線偏光光のペアを出射することができる。

図４に、ローカル光光源の第２例を示す。ローカル光光源２の第２例では、偏波遅延器１０に、偏波保持光ファイバを用いている。この場合、波長掃引光源９は、直線偏光光を出力する。偏波保持光ファイバは、ファスト軸が波長掃引光源９からの出力光の偏波面に対して略４５°傾くように配置される。波長掃引光源９からの出力光が偏波保持光ファイバに４５°入射すると、互いに直交する２つの直線偏光光のペアが生成される。偏波保持光ファイバは、偏波面によって屈折率が異なればよく、パンダ形であってもよいし、楕円クラッド型であってもよい。

偏波保持光ファイバは、ローカル光光源２から出力されるときに波長差が生じる程度の長さを有する。偏波保持光ファイバでは、直交する偏波間で屈折率が異なるので、２つの直線偏光光の伝搬速度が異なる。そのため、偏波保持光ファイバの長さを調整することで、２つの直線偏光光のペアの間に遅延差δｔ、すなわち波長差を生じさせることができる。偏波保持光ファイバの屈折率差が４／１００００であれば、偏波保持光ファイバの長さは、例えば３００ｍ以上であることが好ましい。

ローカル光光源２の第２例は、上記の構成とすることによって、偏波保持光ファイバから、互いに直交しかつ波長差を有する２つの直線偏光光のペアを出射することができる。ローカル光光源２の第２例では、波長掃引光源９からの出力光を分離結合するための構成を省略することができる。

図５に、ローカル光光源の第３例を示す。ローカル光光源２の第３例では、偏波遅延器１０が、第１の偏光ビームスプリッタ１４と、遅延器１５と、第２の偏光ビームスプリッタ１６と、を備える。

波長掃引光源９は、直線偏光光を出力する。波長掃引光源９からの直線偏光光を、前記直線偏光光の偏光方向が第１の偏光ビームスプリッタ１４の反射面に対して４５°傾斜するように入射させる。これにより、垂直偏波及び水平偏波の直線偏光光を生成する。第１の偏光ビームスプリッタ１４は、波長掃引光源９からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光光に分離する。遅延器１５は、偏光ビームスプリッタ１４からの２つの直線偏光光の光路に光路差を与え、第２の偏光ビームスプリッタ１６に入射する２つの直線偏光光に波長差を生じさせる。この遅延器１５は、図５に示すように、例えば、２枚の反射ミラー１５ａと、コーナーキューブ１５ｂを備え、反射ミラー１５ａとコーナーキューブ１５ｂの間の光路長Ｌを任意に調整して、所望の波長差δｔに相当する２Ｌの光路差を与える。第２の偏光ビームスプリッタ１６は、偏光ビームスプリッタ１４からの２つの直線偏光光の偏波面が互いに垂直になるように合成する。

ローカル光光源２の第３例は、上記の構成とすることによって、第２の偏光ビームスプリッタ１６から、互いに直交しかつ波長差を有する２つの直線偏光光のペアを出射することができる。

図６に、ローカル光光源の第４例を示す。ローカル光光源２の第４例では、第１の波長掃引光源１７と、第２の波長掃引光源１８と、偏波保持光ファイバカプラ１９と、を備える。第１の波長掃引光源１７及び第２の波長掃引光源１８と偏波保持光ファイバカプラ１９との間の、及び、偏波保持光ファイバカプラ１９と合波部３との間の光路は、ＰＭＦで接続される。第１の波長掃引光源１７及び第２の波長掃引光源１８は、共通の制御部２０に接続される。

第１の波長掃引光源１７は、波長を連続可変して直線偏光光を出力する。第２の波長掃引光源１８は、第１の波長掃引光源１７と一定波長異なる直線偏光光を出力する。第１の波長掃引光源１７及び第２の波長掃引光源１８は、ローカル光光源２の外部に備わる制御部２０からの制御信号に基づいて、波長を掃引する。これにより、第１の波長掃引光源１７及び第２の波長掃引光源１８は、一定の波長差を有する直線偏光光を出力することができる。

偏波保持光ファイバカプラ１９は、第１の波長掃引光源１７からの直線偏光光と第２の波長掃引光源１８からの直線偏光光との偏波面が互いに垂直になるように合成する。例えば、第１の波長掃引光源１７の光出力ファイバ１７ａと偏波保持光ファイバカプラ１９を接続する際にはお互いのファスト軸が平行となるように接続し、第２の波長掃引光源１８の光出力ファイバ１８ａと偏波保持光ファイバカプラ１９を接続する際にはお互いのファスト軸が垂直となるように接続する。これにより、偏波保持光ファイバカプラ１９から、互いに直交しかつ波長差を有する２つの直線偏光光のペアを出射することができる。

ローカル光光源２の第４例は、上記の構成とすることによって、偏波保持光ファイバカプラ１９から、互いに直交しかつ波長差を有する２つの直線偏光光のペアを出射することができる。ローカル光光源２の第４例では、２つの波長掃引光源１７及び１８を用いるので、波長掃引光源９からの出力光を分離するための構成を省略することができる。

本発明は、コヒレント光通信方式に使用されるＬＤ等のスペクトルを測定することができる。

本実施形態に係るヘテロダイン光スペクトラムアナライザの構成概略図である。ローカル光の一例を示す。ローカル光の波長差と受光部の検波帯域との関係の一例を示す。ローカル光光源の第２例を示す。ローカル光光源の第３例を示す。ローカル光光源の第４例を示す。

符号の説明

２ローカル光光源
３合波部
４受光部
５フィルタ
６信号処理部
７表示部
８制御部
９波長掃引光源
１０偏波遅延器
１１第１の偏波保持光ファイバカプラ
１２第２の偏波保持光ファイバカプラ
１３遅延器
１４第１の偏光ビームスプリッタ
１５遅延器
１６第２の偏光ビームスプリッタ
１７第１の波長掃引光源
１７ａ光出力ファイバ
１８第２の波長掃引光源
１８ａ光出力ファイバ
１９偏波保持光ファイバカプラ
２０制御部
２１検波部

Claims

互いに直交し且つ波長差を有する２つの直線偏光光のペアをローカル光として出射するローカル光光源と、
被測定光と前記ローカル光とを合波する合波部と、
前記合波部からの合波光を受光して被測定光とローカル光のヘテロダイン検波信号を出力する受光部と、を備え、
前記波長差は、前記受光部におけるヘテロダイン検波の検波帯域よりも狭いことを特徴とするヘテロダイン光スペクトラムアナライザ。
前記受光部からのヘテロダイン検波信号に基づいて前記被測定光のスペクトラムを分析する信号処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のヘテロダイン光スペクトラムアナライザ。
前記ローカル光光源は、
波長を連続可変して出力する波長掃引光源と、
前記波長掃引光源からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光光に分離するとともに、該直交する２つの直線偏光光に遅延差を与えて出射する偏波遅延器を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘテロダイン光スペクトラムアナライザ。
前記波長掃引光源は、直線偏光光を出力し、
前記偏波遅延器は、
前記波長掃引光源からの直線偏光光を２つに分岐する第１の偏波保持光ファイバカプラと、
前記第１の偏波保持光ファイバカプラからの２つの直線偏光光の偏波面が互いに垂直になるように合成する第２の偏波保持光ファイバカプラと、
前記第１の偏波保持光ファイバカプラ及び前記第２の偏波保持光ファイバカプラの間の２つの光路に光路差を与え、前記第２の偏波保持光ファイバカプラに入射する２つの直線偏光光に前記波長差を生じさせる遅延器と、を備えることを特徴とする請求項３に記載のヘテロダイン光スペクトラムアナライザ。
前記偏波遅延器は、偏波保持光ファイバであって、ファスト（Ｆａｓｔ）軸が前記波長掃引光源からの出力光の偏波面に対して略４５°傾いていることを特徴とする請求項３に記載のヘテロダイン光スペクトラムアナライザ。
前記偏波遅延器は、
前記波長掃引光源からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光光に分離する第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタからの２つの直線偏光光の偏波面が互いに垂直になるように合成する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏光ビームスプリッタの間の２つの光路に光路差を与え、前記第２の偏光ビームスプリッタに入射する２つの直線偏光光に前記波長差を生じさせる遅延器と、を備えることを特徴とする請求項３に記載のヘテロダイン光スペクトラムアナライザ。
前記遅延器は、前記第１の偏波保持光ファイバカプラからの直線偏光光の偏波面を維持する偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項４に記載のヘテロダイン光スペクトラムアナライザ。
前記ローカル光光源は、
波長を連続可変して直線偏光光を出力する第１の波長掃引光源と、
前記第１の波長掃引光源と一定波長異なる直線偏光光を出力する第２の波長掃引光源と、
前記第１の波長掃引光源からの直線偏光光と前記第２の波長掃引光源からの直線偏光光との偏波面が互いに垂直になるように合成する偏波保持光ファイバカプラと、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘテロダイン光スペクトラムアナライザ。