JP2010226587A - 光信号検出装置および光信号検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 雑音の含まれた信号から真の信号強度を検出できる光信号検出装置及びおよび光信号検出方法を提供する。
【解決手段】 本発明の光信号検出装置は、各々に同一の光信号が入力され、互いに異なる特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一である少なくとも２つのフィルタと、前記フィルタ各々の出力光強度を検出する検出器と、前記検出器で検出した出力光強度から、前記光信号の信号成分に対する信号強度を算出する演算回路とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、光信号検出装置および光信号検出方法に関する。

光チャネルモニタ（ＯＣＭ、Optical Channel Monitor）には大きく分けて、モノクロメータ方式と、ポリクロメータ方式とが存在する。

モノクロメータ方式は、内部に具備したグレーティング（回折格子）を回転させることにより波長掃引する。その際、光をフォトディテクタで受ける。これにより、モノクロメータ方式は、入射光の各波長における光レベルをモニタできる。なお、フォトディテクタ（光検出器）は、センサであるフォトダイオードを備えている。

このモノクロメータ方式は、その構造上、光フィルタの経時変化を補正し、波長精度を確保するために外部に基準光源を必要とする。更に、このモノクロメータ方式は、波長掃引を行うために時間が必要なため、データ収集に時間がかかる欠点がある。

一方、ポリクロメータ方式は、回折格子などの波長分波器の分波側に複数のフォトディテクタを配置し、各ディテクタで光を検知する。これにより、ポリクロメータ方式は、入射光の各波長における光レベルをモニタできる。

このポリクロメータ方式は、複数のフォトディテクタで同時にデータ収集を行うため、高速である。その半面、ポリクロメータ方式は、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission、自然放出光)成分と光信号成分を識別するために、分解能を上げる必要がある。これにより、ポリクロメータ方式は、分解能を上げるためフォトディテクタの数量が検出すべきチャネル数より多くなる。その結果、ポリクロメータ方式は、部品コストが上昇する問題があった。

ポリクロメータ方式のＯＣＭの例は、特開２００８−２１９６１６号公報（特許文献１）に記載のものがある。この特許文献１の図６に示されたＯＣＭは、光スイッチ３０と、ＡＷＧ(Arrayed Waveguide Grating)２０と、８チャンネルのＰＤ（Photo Diode）アレイ５４を内蔵したＰＤアレイモジュール５０とを備える。

特開２００８−２１９６１６号公報

前記特許文献１に記載のＯＣＭは、そのＰＤアレイモジュール５０で、各波長の光パワーそのものを検出している。光パワーそのものは、上記のＡＳＥ成分である雑音を含んだものである。このため、雑音と同程度の強度の信号については、雑音と区別できない恐れがある。このため、前記特許文献１に記載のＯＣＭでは、誤検出する恐れがある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、雑音の含まれた信号から真の信号強度を検出できる光信号検出装置及びおよび光信号検出方法を提供する。

本発明は上記課題を解決するためのものであって、本発明の光信号検出装置は、
各々に同一の光信号が入力され、互いに異なる特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一である少なくとも２つのフィルタと、
前記フィルタ各々の出力光強度を検出する検出器と、
前記検出器で検出した出力光強度から、前記光信号の信号成分に対する信号強度を算出する演算回路と
を備える。

また、本発明の光信号検出装置は、
入力した光信号の経路を２経路のうち何れかに切り替える光スイッチと、
前記２経路に接続されるそれぞれの入射導波路、及び、この入射導波路からの入射位置又は入射角度が異なるように接続されたスラブ導波路を有し、前記経路より入力した光信号から波長分離を行うアレイ導波路回折格子と、
このアレイ導波路回折格子からの光信号を電気信号に変換する検出器と、
光信号が一方の前記入射導波路を通過して前記検出器で変換された電気信号と、同一の前記光信号が他方の前記入射導波路を通過して前記検出器で変換された電気信号とから、信号強度を算出する演算回路と
を備える。

また、本発明の光信号検出方法は、
特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一であるフィルタを通過させた光信号の強度を検出する第一検出ステップと、
前記フィルタの特定の波長と異なる特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一であるフィルタを通過させた前記光信号の強度を検出する第二検出ステップと、
前記第一検出ステップ及び前記第二検出ステップで検出された出力光強度から、信号強度を算出する演算ステップと
を備えることを特徴とする光信号検出方法。

また、本発明の光信号検出方法は、
２つの経路のうち一方の経路に切り替える経路切替ステップと、
前記２経路に接続され、この経路からの入射位置又は入射角度が異なるように設定されたスラブ導波路により、前記経路より入力した光信号から波長分離を行う波長分離ステップと、
この波長分離ステップで波長分離された光信号を電気信号に変換する変換ステップと、
一方の前記経路を通過して前記変換ステップで変換された電気信号と、他方の前記経路を通過して前記変換ステップで変換された電気信号とから、信号強度を算出する演算ステップと
を備える。

このような本発明によれば、信号強度を算出しているので、検出した出力光強度から雑音を取り除いた真の信号強度が得られる。

第１実施形態の光信号検出装置の概略を示す説明図である。 第２実施形態の光信号検出装置の概略を示す説明図である。 第３実施形態の光信号検出方法を示す説明図である。 第４実施形態の光信号検出方法を示す説明図である。 第５実施形態の光信号検出装置を示す構成図である。 同光信号検出装置のＡＷＧを示す回路構成図である。 ＷＤＭシステムにおける伝送路を示す構成図である。 増幅器に光信号を入射したときにおける光入出力信号の特性を示す説明図である。 第１ポートを選択したときのＡＷＧ透過特性の一例を示す説明図である。 第２ポートを選択したときのＡＷＧ透過特性の一例を示す説明図である。 本実施形態におけるＡＷＧ透過特性と光信号の一例を示す説明図である。 第１ポートを選択したときの本実施形態におけるＡＷＧ透過特性と光信号の一例である。 第２ポートを選択したときの本実施形態におけるＡＷＧ透過特性と光信号の一例である。

本発明の第１実施形態について、図１に基づき説明する。

図１は、第１実施形態の光信号検出装置の概略を示す説明図である。

図１に示す光信号検出装置１００は、フィルタ１０１と、フィルタ１０２と、検出器１０３と、検出器１０４と、演算回路１０５とを備える。

フィルタ１０１、１０２には同一の光信号が入力される。フィルタ１０１は、特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一である光フィルタである。また、フィルタ１０２は、フィルタ１０１と異なる特定波長の透過ピークを有すると共に、フィルタ１０１と同様に、通過した雑音強度が同一である光フィルタである。

検出器１０３、１０４は、フィルタ１０１、１０２各々の出力光強度を検出する。これら検出器１０３、１０４は、例えば、光信号の強度を電気信号に変換して検出するＰＤ（Photo diode）を使用することができる。

演算回路１０５は、これら検出器１０３、１０４で検出した出力光強度（光信号の強度）から、信号光の信号成分に対する信号強度を演算により算出する。検出器１０３、１０４で検出した出力光強度は、信号成分と雑音とを含んだものであるが、雑音成分は一定である。このため、一例として、信号光強度の差分をとる演算を行うことにより、雑音を取り除いた信号成分に対する信号強度を算出することができる。

このように、この光信号検出装置１００によれば、信号強度を算出しているので、検出した出力光強度から雑音を取り除いた真の信号強度が得られる。このため、光信号の信号成分が雑音と同程度の強度であっても、この光信号検出装置１００によれば、光信号を誤検出しにくくすることができる。

なお、複数の波長の信号強度を検出する場合には、更に、ユニット１０６と同様のユニット１０６Ａ、・・・を複数配置して、複数の波長の信号強度を算出する。図示していないが、ユニット１０６Ａには、２つのフィルタ、２つの検出器を備える。但し、このユニット１０６Ａのフィルタは、フィルタ１０１、１０２と異なる特定波長で透過ピークを有する光フィルタである。

次に、本発明の第２実施形態について、図２に基づき説明する。

図１は、第２実施形態の光信号検出装置の概略を示す説明図である。

図１に示す光信号検出装置１５０は、光スイッチ１５１と、ＡＷＧ１５２、検出器１５３と、演算回路１５４とを備える。上記のＡＷＧは、アレイ導波路回折格子(Arrayed Waveguide Grating)である。

光スイッチ１５１は、入力した光信号の入力経路１６０を２経路の出力経路（出力経路１６１、１６２）のうち何れかに切り替える。

ＡＷＧ１５２は、光スイッチ１５１からの光信号を入力する２つの入力経路である入射導波路１６３、１６４や、入射側のスラブ導波路１７２を備える。この入射導波路１６３、１６４は、出力経路１６１、１６２に接続されている。

スラブ導波路１７２は、入射導波路１６３、１６４からの入射位置が異なるように、入射導波路１６３、１６４が接続されている。なお、入射位置が異なるように接続することに代えて、入射角度が異なるように接続することもできる。入射側のスラブ導波路１７２に対し、入射位置や入射角度を設定することにより、スラブ導波路１７２における回折が異なってくることは公知であるため詳細な説明は省略する。スラブ導波路１７２における回折が異なってくるため、ＡＷＧ１５２における透過特性や透過スペクトルが異なってくる。

検出器１５３は、ＡＷＧ１５２からの信号を入力する。この検出器１５３は、例えば、ＰＤ（Photo Diode）アレイを使用することができる。

演算回路１５４は、検出器１５３からの信号に基づき、光スイッチ１５１からの光信号の強度を算出する。この具体的な算出は、一方の電気信号と他方の電気信号とから、信号成分に対する信号強度を求める演算による算出である。この一方の電気信号は、光信号を一方の入射導波路１６３を通過させた後に検出器１５３で変換された電気信号である。また、他方の電気信号は、同一の光信号を他方の入射導波路１６４を通過させた後に検出器１５３で変換された電気信号である。

このように構成された光信号検出装置１５０においては、最初に、光スイッチ１５１は、入力した光信号の経路を、例えば、出力経路１６１に切り替える。次に、ＡＷＧ１５２は、光スイッチ１５１の1つの出力経路１６１からの光信号を入力し、入力した光信号から波長分離を行う。検出器１５３は、ＡＷＧ１５２から入力した光信号を電気信号（一方の電気信号）に変換し、後段の演算回路１５４に出力する。

次に、光スイッチ１５１は、入力した同一の光信号の経路を、出力経路１６２に切り替える。次に、ＡＷＧ１５２は、光スイッチ１５１の1つの出力経路１６２からの光信号を入力し、入力した光信号から波長分離を行う。検出器１５３は、ＡＷＧ１５２から入力した光信号を電気信号（他方の電気信号）に変換し、後段の演算回路１５４に出力する。

演算回路１５４は、一方の電気信号と他方の電気信号とから、信号強度を算出する。算出の具体例としては、検出器で検出した光信号の複数の強度の差分をとることによる算出、あるいは、光信号の信号成分に対する信号強度を変数とした連立方程式を解くことによる算出（後述の第５実施形態参照）が挙げられる。

このように、この実施形態によれば、信号強度を算出しているので、光信号において雑音を取り除いた真の信号強度が得られる。

次に、本発明の第３実施形態について、図３に基づき説明する。

図３は、第３実施形態の光信号検出方法を示す説明図である。

この光信号検出方法２００は、第一検出ステップ２０１と、第二検出ステップ２０２と、演算ステップ２０３とを備える。

第一検出ステップ２０１は、特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一であるフィルタを通過させた光信号の強度を検出するステップである。

第二検出ステップ２０２は、前記フィルタの特定の波長と異なる特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一であるフィルタを通過させた前記光信号の強度を検出するステップである。

演算ステップ２０３は、第一検出ステップ２０１及び第二検出ステップ２０２で検出された出力光強度から、信号強度を算出するステップである。

このようなステップを備える光信号検出方法２００では、最初に、第一検出ステップ２０１で、特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一であるフィルタを通過させた光信号の強度を検出する。

次に、第二検出ステップ２０２で、前記フィルタの特定の波長と異なる特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一であるフィルタを通過させた前記光信号の強度を検出する。

そして、演算ステップ２０３は、第一検出ステップ２０１及び第二検出ステップ２０２で検出された光信号の強度から、信号強度を算出する。この算出は、例えば、第１実施形態、第２実施形態同様、差分をとることによる算出や、連立方程式を解くことによる算出（後述の第５実施形態参照）である。

このように、この光信号検出方法２００によれば、信号成分に対する信号強度を演算により算出しているので、光信号において雑音を取り除いた真の信号強度が得られる。

次に、本発明の第４実施形態について、図４に基づき説明する。

図２は、本発明の第４実施形態の光信号検出方法を示す説明図である。

この光信号検出方法２５０は、経路切替ステップ２５１と、波長分離ステップ２５２と、変換ステップ２５３と、演算ステップ２５４とを備える。

経路切替ステップ２５１は、光信号の２つの経路のうち一方の経路に切り替える。上記の光信号３１０は、例えば、波長分割多重（ＷＤＭ、Wavelength Division Multiplexing）信号である。

波長分離ステップ２５２は、前述の２経路に接続され、この経路からの入射位置が異なるように設定されたスラブ導波路により、前述の経路より入力した光信号から波長分離を行う。なお、スラブ導波路に対し、入射角度が異なるように設定することもできる。

変換ステップ２５３は、この波長分離ステップ２５２で波長分離された光信号を電気信号に変換する。演算ステップ２５４は、一方の電気信号と他方の電気信号とから信号強度を演算により算出する。この一方の電気信号は、光信号が一方の経路を通過して波長分離ステップ２５２で波長分離され、更に変換ステップ２５３で変換された電気信号である。他方の電気信号とは、同一の光信号が他方の経路を通過して波長分離ステップ２５２で波長分離され、更に変換ステップ２５３で変換された電気信号である。なお、算出は、第３実施形態同様、差分をとることによる算出や、連立方程式を解くことによる算出である。

このようなステップを備える光信号検出方法２５０では、最初に、経路切替ステップ２５１により、光信号の経路が、一方の経路に切り替えられる。次に、波長分離ステップ２５２により、前述の一方の経路からの光信号は、スラブ導波路の回折現象を利用して波長分離が行われる。そして、変換ステップ２５３により、波長分離された光信号が電気信号（一方の電気信号）に変換される。

次に、経路切替ステップ２５１により、光信号の経路が、他方の経路に切り替えられる。そして、波長分離ステップ２５２により、前述の他方の経路からの光信号は、スラブ導波路の回折現象を利用して波長分離が行われる。このとき、スラブ導波路は、光信号の入射位置が異なるように設定されているため、一方の経路を通る光信号とは異なる回折となる。このため、透過特性が異なり、透過スペクトルがシフトする。そして、変換ステップ２５３により、波長分離された光信号が電気信号（他方の電気信号）に変換される。

最後に、演算ステップ２５４により、一方の電気信号と他方の電気信号とから、信号強度が算出される。これにより、出力光強度から、雑音を取り除いた真の信号強度を得ることができる。

次に、本発明の第５実施形態について、図５乃至図１１Ｂに基づき説明する。

図５は、第５実施形態の光信号検出装置を示す構成図である。図６は、同光信号検出装置のＡＷＧを示す回路構成図である。図７は、ＷＤＭシステムにおける伝送路を示す構成図である。図８は、増幅器に光信号を入射したときにおける光入出力信号の特性を示す説明図である。図９Ａは、第１ポートを選択したときのＡＷＧ透過特性の一例を示す説明図である。図９Ｂは、第２ポートを選択したときのＡＷＧ透過特性の一例を示す説明図である。図１０は、ＡＷＧ透過特性と光信号の一例を示す説明図である。図１１Ａは、第１ポートを選択したときの本実施形態におけるＡＷＧ透過特性と光信号の一例である。図１１Ｂは、第２ポートを選択したときの本実施形態におけるＡＷＧ透過特性と光信号の一例である。

光スイッチ３０１は、1×２光スイッチと呼ばれるスイッチを使用している。この光スイッチ３０１は、ひとつの入力経路３３０と２つの出力経路３３１、３３２とを備え、出力の経路を出力経路３３１、３３２のいずれかに切り替える。この光スイッチ３０１は、ＡＷＧ３０２の前段に配置される。これにより、光スイッチ３０１は、伝送装置のモニタ出力（図示せず）から取り出した光信号３１０をＡＷＧ３０２の各ポートへ切り替えて出力する機能を持つ。なお、上記の光信号３１０は、波長分割多重（ＷＤＭ）信号である。

この光スイッチ３０１は、例えば、ＰＬＣ型、光ファイバ型、バブル型、ＭＥＭＳ型等の光スイッチを使用することができる。上記のＰＬＣは、平面光導波路回路（Planar Lightwave Circuit）である。また、上記のＭＥＭＳは、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems）である。更に、光スイッチ３０１は、これらの形態のスイッチに限定されず、これ以外の形態のものを使用することもできる。

また、出力経路３３１には光信号３１１が、出力経路３３２には光信号３１２が流れる。これら光信号３１１、３１２は、光信号３１０と同様に、波長分割多重信号である。

光スイッチ３０１の切り替えは、ＰＤアレイ３０３からの信号を演算回路３０４が入力した時から１０ｍｓ後に設定されている。この時間があれば、光信号の強度検出が可能である。更に、異なる光信号を入力し、ＰＤアレイ３０３からの信号を演算回路３０４が入力した場合、この入力した時から、１０ｍｓ後に、光スイッチ３０１の切り替えを行って、光信号を検出するとよい。

ＰＤアレイ３０３は、ＡＷＧ３０２からの光信号（光信号３１３、３１４等）を電気信号に変換する検出器である。このため、このＰＤアレイ３０３は、複数のＰＤ（Photo Diode）を備える。

演算回路３０４は、ＰＤアレイ３０３の後段に配置されている。演算回路３０４は、このＰＤアレイ３０３の出力信号に基づき、光スイッチ３０１からの光信号において、信号強度を算出する。

図６に示すＡＷＧ３０２は、入射導波路３２０、３２１の入力ポートとして第１ポート３２０Ａ、第２ポート３２１Ａを備える。更に、このＡＷＧ３０２は、入射側スラブ導波路３２２、アレイ導波路３２３、出射側スラブ導波路３２４、検出すべき波長数分の出射導波路３２５を備える。なお、１６波長の光伝送路（チャンネル）を想定する場合は、図６に示したように、そのアレイ導波路３２３は、１６本である。しかし、４０波長の光伝送路を想定する場合は、アレイ導波路３２３は、４０本となる。また、アレイ導波路３２３と出射導波路３２５とは同数となる。

入射導波路３２０に、複数の波長が合波された光多重信号が入射されると、入射側スラブ導波路３２２で回折により広がり、アレイ導波路３２３に入射される。アレイ導波路３２３は複数の導波路で構成され、隣接する導波路はある一定の光路差をもって配列されている。このため、アレイ導波路３２３の出力端では、光信号に位相差が付けられる。アレイ導波路３２３を通過した光信号は、出射側スラブ導波路３２４に伝搬され、回折により広がる。光信号は互いに干渉し、波面の揃う方向にのみ強めあう。出射側スラブ導波路３２４の出射部の各位置に出射導波路３２５を設置することにより、異なる波長の光信号を取り出せる。

入射導波路３２０の入射側スラブ導波路３２２との接続位置と、入射導波路３２１の入射側スラブ導波路３２２との接続位置とは、異なる位置に設定されている。これに替えて、入射導波路３２０からの光信号の入射角度と、入射導波路３２１からの光信号の入射角度とが異なるように設定することもできる。これにより、入射側スラブ導波路３２２では異なる回折となり、その結果、ＡＷＧ３０２の透過特性や、透過スペクトルが異なることになる。これにより、第１ポート３２０Ａから入射し出射導波路３２５から出射される光信号の透過スペクトルの中心波長に比べ、第２ポート３２１Ａに入射し出射導波路３２５から出射される光信号の透過スペクトルの中心波長は、シフトする。

その結果、第１ポート３２０Ａと第２ポート３２１Ａとのそれぞれから同一の白色光を入射した場合において、出射導波路３２５からの透過スペクトルの中心波長は異なる。

ＰＤアレイ３０３は、検出すべき波長数分のフォトダイオード（ＰＤ）を配列している。ＡＷＧ３０２により分波された光信号がＰＤアレイ３０３に照射することにより、分波された波長毎の受光量をＰＤアレイ３０３で検出することができる。

ＰＤアレイ３０３の構成は、多チャンネルのＰＤアレイに限定されるものではない。例えば、４０波伝送モデルの場合、単チャンネルのＰＤを４０個用いても良い。

演算回路３０４は、ＰＤアレイ３０３から出力されるフォト電流を電圧に変換した後、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換を行う。更に、演算回路３０４は、所定の演算処理を施して、ＰＤアレイ３０３が受光した光から、信号成分とノイズ成分を分離し、信号成分を結果として出力する。演算回路３０４のノイズ成分の分離は、ノイズ成分を削除する演算によって算出される。また、この算出は、例えば、後述するように、連立方程式を解く算出である。

次に、本実施形態の光信号検出装置３００の光信号の強度算出方法についての詳細を、図７、図８、図９Ａ、図９Ｂを用いて説明する。

図７に示すとおり、複数の異なる波長を１つに束ねた波長分割多重信号（光信号４００）は、ＷＤＭシステムにおける光ファイバ伝送路４１０によって、伝送される。図８に示すように、入力光信号は、光増幅器３０５内部や光増幅器３０５Ａで増幅されるが、増幅器の特性により、出力光信号は、自然放出光雑音（以下、ＡＳＥ雑音と記載する。）が付加される。本実施形態では、ＡＳＥ雑音パワーをＰＡＳＥと記載する。

光ファイバ伝送路４１０を通り、ＡＳＥ雑音が付加された光信号４０１（波長分割多重信号）は、伝送路のモニタ出力用に、光カプラ３０６で２分岐される。分岐された一方の光信号を、光スイッチ３０１に入力する。光スイッチ３０１は、その切り替えによって、出力経路３３１、３３２のうち、ひとつの経路に切り替える。

最初に、光スイッチ３０１の切り替えによって、ＡＷＧ３０２の第１ポート３２０Ａに出力されるように出力経路が切り替えられたとする。この第１ポート３２０Ａが選択されたときの光信号３１１に対するＰＤの受光パワーを、この説明ではP(m)と記載する。

次に、光スイッチ３０１を切り替え、ＡＷＧ３０２の第２ポート３２１Ａに出力されるように出力経路が切り替えられたとする。この第２ポート３２１Ａが選択されたときの光信号３１２に対するＰＤの受光パワーを、この説明ではP’(m)と記載する。ここで、mは各ＡＷＧ３０２の出射導波路３２５に対応して設置されているＰＤの番号である。

先に説明した通り、第１ポート３２０Ａが選択された時と、第２ポート３２１Ａが選択されたときの同一ＰＤにおけるＡＷＧ３０２出力スペクトルの波形は、図９Ａや図９Ｂに示す通り異なる。

図９Ａに示すように、第１ポート３２０Ａ選択時に監視すべき光信号の透過特性が最大になる。光信号の波長とＡＷＧ３０２の透過スペクトルの中心波長が一致するように透過特性を設定し、かつ第２ポート３２１Ａ選択時には、透過スペクトルの中心波長が約２０ＧＨｚシフトするように透過特性を設定した場合、第１ポート３２０Ａ選択時と、第２ポート３２１Ａ選択時でのＰＤへの出力は異なる。これは、第１ポート３２０Ａに入射し出射導波路３２５から出射される光信号の透過特性と、第２ポート３２１Ａに入射し出射導波路３２５から出射される光信号の透過特性とが異なるためである。一方、ＡＳＥ雑音は、図９Ａや図９Ｂに示す通り、ＡＷＧ３０２の通過帯域内での波長依存性はほとんどないため、選択ポートによる検出パワーの変化は無い。これを式で表すと次の式（１）、式（２）のようになる。

P(m)=Psig(m)＋PASE(m)・・・式（１）
P’(m)=Psig’(m)＋PASE(m)・・・式（２）

ここで、Psig(m)、Psig’(m)は、P(m)、P’(m)の光信号成分に対するパワー強度、PASE(m)は、ASE雑音成分に対するパワー強度である。なお、この説明では、光信号の波長は１波のみであることを前提としている。

ＡＷＧ出力スペクトルの中心波長ずれ量は、（λ’m-λm）となり、この中心波長のずれ分だけ、信号パワーに影響を与えることになる。このため、Psig(m)とPsig’(m)との関係は、Psig(m)：Psig’(m)＝１：α(λ’m−λm)となる。この関係から、Psig(m)とPsig’(m)の間には、次の式（３）の関係が成り立つ。

Psig’(m)＝α(λ’m−λm)×Psig(m)・・・式（３)

ここで、α（λ）は、ＡＷＧ３０２の透過スペクトル関数で、特に、パラメータであるλを、中心波長からのずれ量となるようにシフトした関数である。このため、パラメータであるλは、中心波長からのずれ量となる。λmは第１ポート３２０Ａ選択時におけるＡＷＧ３０２を通過する光信号の中心波長、λ’mは、第２ポート３２１Ａ選択時におけるＡＷＧ３０２を通過する光信号の中心波長を表す。よって、設計で決めた第１ポート３２０Ａ、第２ポート３２１Ａ間の中心波長シフト量は(λ’m−λm）となる。

式（１）、（２）、（３）より、次の式（４）が算出される。具体的には、最初に、式（１）の左辺から式（２）の左辺を引き、式（１）の右辺から式（２）の右辺を引く。次に、右辺のPsig’(m)の項に、式（３）を代入することにより、次の式（４）が算出される。

P(m)−P’(m)＝(１−α(λ’m−λm））×Psig(m)・・・式（４）

上記の式（４）から、Psig(m)を求めると、次の式（５）が算出される。

Psig(m)＝(P(m)−P’(m)）／(1−α(λ’m−λm））・・・式（５）

上記の式（５）のように、ＡＳＥ雑音のパワー強度PASE(m)を除いた信号成分のみを算出することができる。

次に、図１０、図１１Ａ、図１１Ｂのように、複数波長の光信号３１０（波長分割多重信号）が入力された時、光信号３１１、３１２のＰＤの受光パワー出力であるP(m)、P’(m)は、次の式（６）、式（７）で表される。

本実施形態では、ＡＷＧ３０２の透過特性を考慮し、該当波長（λm）から２波長（λm+2、λm-2）以上離れた光信号について、影響は微弱であるので考慮しないものとした。しかし、ＡＷＧ３０２の透過帯域幅が広いものを利用した時や信号間隔が狭くなった時では考慮する必要が生ずる。このため、本実施形態と異なる光検出装置では、２波長以上離れた光信号を考慮することがある。

また、先に示したようにＡＳＥ雑音は、ＡＷＧ３０２の通過帯域内での波長依存性はほとんど無く、選択ポート（第１ポート３２０Ａ、第２ポート３２１Ａ）による検出パワーの変化は無いので、ＰＡＳＥは一定であるものとする。これらから、次の式（６）、式（７）が成り立つ。

P(m)＝Psig(m)＋Psig’(m-1)＋Psig’(m+1)＋PASE(m)・・・式（６）
P’(m)＝Psig’(m)＋Psig’’(m-1)＋Psig’’(m+1)＋PASE(m)・・・式（７）

そして、Psig’(m-1)、Psig’(m+1)、Psig(m-1)、Psig(m+1)との間には、次の式（８）〜式（９）の関係がある。また、Psig’’(m-1)や、Psig’’(m+1)は、Psig’(m)の隣接する波長に対する、信号成分の信号強度（ＰＤの受光パワー出力）である。このため、第２ポート選択時において、中心波長のずれ分だけ、信号パワーに影響を与えることになり、次の式（１０）、式（１１）となる。

Psig’(m-1)＝α(λm-λm-1)×Psig(m-1)・・・式（８）

Psig’(m+1)＝α(λm+1-λm)×Psig(m+1)・・・式（９）

Psig’’(m-1)＝α(λ’m-λm-1)×Psig(m-1)・・・式（１０）

Psig’’(m+1)＝α(λm+1-λ’m)×Psig(m+1)・・・式（１１）

式（３）、（６）〜（１１）より、P(m)、P’(m)は次の式（１２）、式（１３）のように算出できる。具体的には、式（６）に、式（８）及び式（９）を代入すれば、式（１２）を算出できる。また、式（７）に、式（１０）及び式（１１）を代入すれば、式（１３）を算出できる。

P(m)＝α(λm-λm-1)×Psig(m-1)＋Psig(m)＋α(λm+1-λm)×Psig(m+1)＋PASE(m)・・・式（１２）

P’(m)＝α（λ’m-λm-1)×Psig(m-1)＋α(λ’m-λm)×Psig(m)＋α(λm+1-λ’m)×Psig(m+1)＋PASE(m)・・・式（１３）

該当波長の隣接波長に、光信号が検出されないときは、式(１２)、（１３）のPsig(m-1)、Psig(m+1)の各項は、０となり、これら式（１２）、式（１３）から、Psig(m)を算出することができる。即ち、式（１２）、式（１３）は、それぞれ、次の式（１２−１）、式（１３−１）になり、これらの、２つの式からPsig(m)を算出することができる。よって、４０波長の時、mに１から４０を代入して演算し、Psig(1)〜Psig(40)を算出することができる。なお、P(1)〜P(40)、P’(1)〜P’(40)は、検出した値を使用する。また、PASE（m）（PASE（1）＝PASE（2m）＝・・・＝PASE（40））は一定である。

P(m)＝Psig(m)＋PASE(m)・・・式（１２−１）
P’(m)＝α(λ’m-λm)×Psig(m)＋PASE(m)・・・式（１３−１）

しかし、該当波長の隣接波長に、光信号が検出されるときは、４０波長の時は、ｍが１〜４０の値となるため、ｍ＝１〜４０を代入した４０個の連立方程式を使用する。また、式（１３）には、m＝１の時の式を使用する。このとき、変数は、Psig(1)〜Psig(40)、PASE（m）（PASE（1）＝PASE（2）＝・・・＝PASE（40））の４１種類有り、求める値は、Psig(1)〜Psig(40)の４０種類である。なお、Psig（0）やPsig（41）は０である。

m＝１の時、式（１２）、式（１３）は次のようになる。

P(1)＝α(λ1-λ0)×Psig(0)＋Psig(1)＋α(λ2-λ1)×Psig(2)＋PASE(1)
よって
P(1)＝＝Psig(1)＋α(λ2-λ1)×Psig(2)＋PASE(1) ・・・式（１２−２）

P’(1)＝α（λ’1-λ0)×Psig(0)＋α(λ’1-λ1)×Psig(1)＋α(λ2-λ’1)×Psig(2)＋PASE(1)
よって
P’(1)＝α(λ’1-λ1)×Psig(1)＋α(λ2-λ’1)×Psig(2)＋PASE(1)・・・式（１３−２）

これらの２つの式（１２−２）、（１３−２）と、m＝２〜４０としたときの式（１２）の３９種類の式とから、Psig(1)〜Psig(40)を算出することができる。

なお、ＡＷＧの入力ポートが３以上のものは、上記のような連立方程式が成り立たず、本実施形態とは関係しない。

即ち、全てのＰＤに対して適用した式（１２）、式（１３）を解く算出を、演算回路３０４が実行することにより、各ＣＨの雑音の除かれた信号強度を得ることができる。

この実施形態によれば、ポリクロメータ方式であるため、高速で読み出す部品であるＰＤアレイ３０３を利用している。このため、この実施形態の光信号検出装置３００は、データ収集時間が短く、光信号の受信スピードに、雑音を取り除いた信号強度の算出を追随させることができる。

また、この実施形態によれば、ＰＤアレイで使用されるフォトダイオードの数量は、検出すべきＣＨ数と同じ、あるいは、その波長数分に見合う数にすることができる。このため、背景技術の欄で説明したポリクロメータのＯＣＭと比べ、ＰＤ数を削減でき、光信号検出装置３００を安価にすることができる。

このような本実施形態によれば、信号強度を算出しているので、光信号において雑音を取り除いた真の強度が得られる。これにより、光強度を誤検出しにくくすることができる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１００ 光信号検出装置
１０１ フィルタ
１０２ フィルタ
１０３ 検出器
１０４ 検出器
１０５ 演算回路
１０６ ユニット
１０６Ａ ユニット
１５０ 光信号検出装置
１５１ 光スイッチ
１５２ ＡＷＧ
１５３ 検出器
１５４ 演算回路
１６０ 入力経路
１６１ 出力経路
１６２ 出力経路
１６３ 入射導波路
１６４ 入射導波路
１７２ スラブ導波路
２００ 光信号検出方法
２０１ 第一検出ステップ
２０２ 第二検出ステップ
２０３ 演算ステップ
２５０ 光信号検出方法
２５１ 経路切替ステップ
２５２ 波長分離ステップ
２５３ 変換ステップ
２５４ 演算ステップ
３００ 光信号検出装置
３０１ 光スイッチ
３０２ ＡＷＧ
３０３ ＰＤアレイ
３０４ 演算回路
３０５ 光増幅器
３０５Ａ 光増幅器
３０６ 光カプラ
３１０ 光信号
３１１ 光信号
３１２ 光信号
３１３ 光信号
３１４ 光信号
３２０ 入射導波路
３２１ 入射導波路
３２０Ａ 第１ポート
３２１Ａ 第２ポート
３２２ 入射側スラブ導波路
３２３ アレイ導波路
３２４ 出射側スラブ導波路
３２５ 出射導波路
３３０ 入力経路
３３１ 出力経路
３３２ 出力経路
４００ 光信号
４０１ 光信号
４１０ 光ファイバ伝送路

Claims (10)

1. 各々に同一の光信号が入力され、互いに異なる特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一である少なくとも２つのフィルタと、
   前記フィルタ各々の出力光強度を検出する検出器と、
   前記検出器で検出した出力光強度から、前記光信号の信号成分に対する信号強度を算出する演算回路と
   を備えることを特徴とする光信号検出装置。
2. 入力した光信号の経路を２経路のうち何れかに切り替える光スイッチと、
   前記２経路に接続されるそれぞれの入射導波路、及び、この入射導波路からの入射位置又は入射角度が異なるように接続されたスラブ導波路を有し、前記経路より入力した光信号から波長分離を行うアレイ導波路回折格子と、
   このアレイ導波路回折格子からの光信号を電気信号に変換する検出器と、
   光信号が一方の前記入射導波路を通過して前記検出器で変換された電気信号と、同一の前記光信号が他方の前記入射導波路を通過して前記検出器で変換された電気信号とから、信号強度を算出する演算回路と
   を備えることを特徴とする光信号検出装置。
3. 前記算出は、前記検出した光信号の複数の強度の差分をとる算出、あるいは、光信号の信号成分に対する信号強度を変数とした連立方程式を解く算出である
   ことを特徴とする請求項1又は２に記載の光信号検出装置。
4. 前記入力した光信号は、波長分割多重信号である
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光信号検出装置。
5. 前記検出器は、ＰＤ（Photo Diode）アレイである
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の光信号検出装置。
6. 前記光スイッチは、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）スイッチ、光ファイバ型スイッチ、バブル型スイッチ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型スイッチの何れかである
   ことを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載の光信号検出装置。
7. 特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一であるフィルタを通過させた光信号の強度を検出する第一検出ステップと、
   前記フィルタの特定の波長と異なる特定波長で透過ピークを有すると共に、通過した雑音強度が同一であるフィルタを通過させた前記光信号の強度を検出する第二検出ステップと、
   前記第一検出ステップ及び前記第二検出ステップで検出された出力光強度から、信号強度を算出する演算ステップと
   を備えることを特徴とする光信号検出方法。
8. ２つの経路のうち一方の経路に切り替える経路切替ステップと、
   前記２経路に接続され、この経路からの入射位置又は入射角度が異なるように設定されたスラブ導波路により、前記経路より入力した光信号から波長分離を行う波長分離ステップと、
   この波長分離ステップで波長分離された光信号を電気信号に変換する変換ステップと、
   一方の前記経路を通過して前記変換ステップで変換された電気信号と、他方の前記経路を通過して前記変換ステップで変換された電気信号とから、信号強度を算出する演算ステップと
   を備えることを特徴とする光信号検出方法。
9. 前記演算ステップは、前記検出した信号光の複数の強度の差分をとるステップ、あるいは、光信号の信号成分に対する信号強度を変数とした連立方程式を解くステップである
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の光信号検出方法。
10. 前記光信号は、波長分割多重信号である
    ことを特徴とする請求項７乃至９の何れかに記載の光信号検出方法。

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