JP2011220889A - 光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光通信の変調周波数が高い場合でもＯＳＮＲを精度よく測定できる分光器を用いたＷＤＭモニタや光スペクトラムアナライザなどの光測定装置を提供すること。
【解決手段】分光器を用いた光測定装置において、前記分光器の入射光を互いの偏波面が直交する２系統に分離する偏光分離素子と、この偏光分離素子で分離された直交偏波成分をそれぞれ個別に検出する受光素子を設け、変調周波数が高い場合でもＯＳＮＲを精度よく測定できるようにしたもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光測定装置に関するものであり、詳しくは、分光器を用いた光測定装置において、光通信の変調周波数が高い場合のＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio, 光信号対雑音比）測定の改善に関するものである。

図６は、モノクロメータ方式の従来の光測定装置の一例を示す構成説明図である。図６において、光ファイバ１から出た光はレンズ２で平行光に変換されて回折格子３に入射され、回折される。回折格子３で回折された光は、レンズ４で集光されてフォトダイオードアレイ５（以下ＰＤＡという）上に結像される。

このとき、回折格子３に入射された光は、波長によって回折角度が異なるため、図７（Ａ）に示すように、波長によってＰＤＡ５上に結像する位置が異なる。したがって、ＰＤＡ５上の位置を、図７（Ｂ）に示すように波長に換算することで、光のスペクトラムが測定できる。

図８は、モノクロメータ方式の従来の光測定装置の他の例を示す構成説明図である。図８において、光ファイバ１から出た光はレンズ２で平行光に変換されて回折格子３に入射され、回折される。回折格子３で回折された光は、レンズ４で集光されてスリット６上に結像される。スリット６を通過した光はフォトダイオード７（以下ＰＤという）で電気信号に変換される。

このとき、回折格子３を回転させると、回折格子３に入射した光は波長によって回折角度が異なるため、図９（Ａ）に示すように、波長によってスリット６上に結像するときの回転角度が異なる。この結果、回折格子３の回転角度を、図９（Ｂ）に示すように波長に換算することで、光のスペクトラムが測定できる。

ところで、光通信において、光の変調周波数が１０ＧＨｚ以下の場合は、図１０に示すように変調による光スペクトルの広がりは狭いため、たとえば５０ＧＨｚ間隔で光信号のチャネルが並んだ場合であっても信号間のノイズフロアを測定できるので、図６や図８に示したようなモノクロメータ方式の従来技術でも、ＯＳＮＲの測定が可能である。

特許文献１には、分光器およびそれを用いた光スペクトラムアナライザの構成が記載されている。

特開２０００−２９８０６７号

しかし、光の変調周波数がたとえば４０ＧＨｚになった場合は、図１１に示すように変調による光スペクトルの広がりは広くなり、たとえば５０ＧＨｚ間隔で光信号のチャネルが並ぶと信号間のノイズフロアを測定することが難しくなり、ＯＳＮＲの測定が困難になる。

本発明は、このような従来の問題点に着目したものであり、その目的は、光通信の変調周波数が高い場合でもＯＳＮＲを精度よく測定できる分光器を用いたＷＤＭモニタや光スペクトラムアナライザなどの光測定装置を提供することにある。

このような課題を達成する請求項１の発明は、
分光器を用いた光測定装置において、
前記分光器の入射光を互いの偏波面が直交する２系統に分離する偏光分離素子と、この偏光分離素子で分離された直交偏波成分をそれぞれ個別に検出する受光素子を設け、
変調周波数が高い場合でもＯＳＮＲを精度よく測定できるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の光測定装置において、
前記偏光分離素子は、それぞれ光学軸に対して４５度の方向に厚みが連続的に変化する複屈折性を有する１軸性または２軸性の２枚の結晶板を、光学軸が互いに直交するようにして貼り合わせたものであることを特徴とする

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の光測定装置において、
前記偏光分離素子の前段に偏光調節手段を設けて、前記偏光分離素子で入射光が均等に偏光分離されるのを防止することを特徴とする

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光測定装置において、
前記光測定装置は、ＷＤＭモニタと光スペクトラムアナライザのいずれかであることを特徴とする。

これらにより、比較的簡単な構成で、変調周波数が高い場合でもＯＳＮＲを精度よく測定できる。

本発明の一実施例を示す構成説明図である。 本発明の他の実施例を示す構成説明図である。 本発明の動作説明図である。 本発明の他の実施例を示す構成説明図である。 本発明の他の実施例を示す構成説明図である。 モノクロメータ方式の従来の光測定装置の一例を示す構成説明図である。 図７の動作説明図である。 モノクロメータ方式の従来の光測定装置の他の例を示す構成説明図である。 図８の動作説明図である。 光の変調周波数が低い場合のＯＳＮＲの測定説明図である。 光の変調周波数が高い場合のＯＳＮＲの測定説明図である。

以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成説明図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図６の相違点は、レンズ２と回折格子３の間に入射光を互いの偏波面が直交する２系統に分離する偏光分離素子８を設けていることと、レンズ４で集光された直交偏波成分をそれぞれ個別に検出するＰＤＡ５１と５２を設けていることである。

ここで、偏光分離素子８としては、それぞれ光学軸に対して４５度の方向に厚みが連続的に変化する複屈折性を有する水晶、方解石、雲母、フッ化マグネシウムなどの１軸性または２軸性の２枚の結晶板を、光学軸が互いに直交するようにして貼り合わせたものを用いる。

図２は本発明の他の実施例を示す構成説明図であり、図８と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図８の相違点は、レンズ２と回折格子３の間に入射光を互いの偏波面が直交する２系統に分離する図１と同様な偏光分離素子８を設けていることと、レンズ４で集光された直交偏波成分をそれぞれ個別に検出するスリット６１と６２、ＰＤ７１と７２を設けていることである。なお、ＰＤ７１、７２の口径が十分小さい場合には、スリット６１、６２を省略することができる。また、ここではレンズ２と回折格子３の間に偏光分離素子８を挿入した例を示しているが、光ファイバ１で代用された入射スリットとレンズ２の間に偏光分離素子８を挿入してもよい。

図３は、図１または図２のように構成される本発明の動作説明図である。
図３（Ａ）において、４０ＧＨｚ変調信号のスペクトラムより狭い帯域幅で、波長λ１，λ２におけるＰＤの出力を測定する。このときの測定パワーをP1'，P2'、ノイズ成分をＡＳＥとすると、
P1'＝P1＋ASE
P2'＝P2＋ASE
が成り立つ。このとき、P1，P2は、ASEを除いた信号成分のパワーである。

図３（Ｂ），（Ｃ）において、直交偏波光として分離された後、同様に同じ波長λ１，λ２（図１の構成では波長換算した同じ位置に相当するＰＤ、図２の構成では波長換算した回転角度）における４０ＧＨｚ変調信号のスペクトラムを測定すると、偏波に依存しないＡＳＥ信号はそれぞれ１／２に分離されるため、
P3'＝P3＋(1/2)ASE
P4'＝P4＋(1/2)ASE
P5'＝P5＋(1/2)ASE
P6'＝P6＋(1/2)ASE
となる。

また、各波長λ１，λ２で測定した信号成分のパワーについては、スペクトラムの相似形から、
(P2/P1)＝(P4/P3)＝(P6/P5）
の関係が成り立つ。

以上の式からＡＳＥを求めると、
（P2'−ASE)/(P1'−ASE)＝｛P4'−(1/2)ASE}/｛P3'−(1/2)ASE}
＝｛P6'−(1/2)ASE}/｛P5'−(1/2)ASE}
から、
ASE＝{2(P1'*P4'−P2'*P3')}/(P1'−P2'−2P3'＋2P4')
＝{2(P3'*P6'−P4'*P5')}/(P3'−P4'−P5'＋P6')
となり、各測定値からＡＳＥが求まれば、信号成分P1，P2，P3，P4，P5，P6を求めることができる。

さらに、信号成分から４０ＧＨＺ信号のパワーを演算し、ＡＳＥとの比からＯＳＮＲを求めることができる。

すなわち、図１または図２のように構成することにより、変調周波数が高い場合であっても、ＯＳＮＲを精度よく測定できるモノクロメータ方式の光測定装置が実現できる。

図４および図５も本発明の他の実施例を示す構成説明図であり、図２の構成における回折格子３を通過波長帯域が任意に変えられるチューナブルフィルタ９に変更したものである。

図４の構成ではレンズ２の出力光はチューナブルフィルタ９を介して偏光分離素子８に入射され、図５の構成ではレンズ２の出力光は偏光分離素子８を介してチューナブルフィルタ９に入射されている。

これら図４または図５の構成によれば、回折格子のように光軸を反射させる構成にしなくてもよく、またスリットも不要になることから、装置を小型化できるという効果も得られる。

なお、上記の動作説明では、垂直偏波によってＡＳＥが等分に分離されるとしたが、実際には偏光分離素子８の能力・性能によっては等分に分離できないこともある。
この場合には、
P3'＝P3＋k*ASE
P4'＝P4＋k*ASE
P5'＝P5＋(1−k)ASE
P6'＝P6＋(1−k)ASE
となる。

そして、
（P2'−ASE)/(P1'−ASE)＝｛P4'−k*ASE}/｛P3'−k*ASE}
＝｛P6'−(1−k)ASE}/｛P5'−(1−k)ASE}
から、
ASE＝(P1'*P4'−P2'*P3')/(k*P1'−k*P2'−P3'＋P4')
＝(P3'*P6'−P4'*P5')/{(1−k)P3'−(1−k)P4'−k*P5'＋k*P6'}
となり、各測定値からＡＳＥが求まれば、信号成分P1，P2，P3，P4，P5，P6を求めることができる。

また、上記各実施例において、入射光が偏光分離素子８で均等に分離されると、
P3'＝P4'
P5'＝P6'
となって、前述のような連立方程式が成り立たなくなり、計算不可能になってしまう。
このような不具合の改善にあたっては、偏光分離素子８の前段に偏光スクランブラや単純に偏光をずらすだけの偏光調節器を設けて、入射光が偏光分離素子８で均等に分離されることを防止すればよい。

以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な構成で、光通信の変調周波数が高い場合でもＯＳＮＲを精度よく測定できる光測定装置を実現できる。

１ 光ファイバ
２、４ レンズ
３ 回折格子
５１、５２ フォトダイオードアレイ（ＰＤＡ）
６１、６２ スリット
７１、７２ フォトダイオード（ＰＤ）
８ 偏光分離素子
９ チューナブルフィルタ

Claims (4)

1. 分光器を用いた光測定装置において、
   前記分光器の入射光を互いの偏波面が直交する２系統に分離する偏光分離素子と、この偏光分離素子で分離された直交偏波成分をそれぞれ個別に検出する受光素子を設け、
   変調周波数が高い場合でもＯＳＮＲを精度よく測定できるようにしたことを特徴とする光測定装置。
2. 前記偏光分離素子は、それぞれ光学軸に対して４５度の方向に厚みが連続的に変化する複屈折性を有する１軸性または２軸性の２枚の結晶板を、光学軸が互いに直交するようにして貼り合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載の光測定装置。
3. 前記偏光分離素子の前段に偏光調節手段を設けて、前記偏光分離素子で入射光が均等に偏光分離されるのを防止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光測定装置。
4. 前記光測定装置は、ＷＤＭモニタと光スペクトラムアナライザのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光測定装置。