JP2012042380A - Optical spectrum analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信などに用いられる光スペクトラムアナライザに関する。 The present invention relates to an optical spectrum analyzer used for optical communication and the like.
光通信の幹線系においてはビットレートが10Gbps以上と高速であるため、光送信機にはニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶を用いた光変調器(以下、LN光変調器と記す)による外部変調が行われる。LN光変調器は、駆動電圧に対する光損失特性が温度変動や時間経過に伴い変化する、いわゆるドリフト特性を有することが知られている。よって強度変調方式の光送信機においては、LN光変調器のバイアス電圧が良好な点となるよう常に調整されている必要があり、これを実現する技術の一例が特許文献1に開示されている。 Since the bit rate of the optical communication trunk line is as high as 10 Gbps or higher, external modulation by an optical modulator using a lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal (hereinafter referred to as an LN optical modulator) is used as the optical transmitter. Is done. It is known that the LN optical modulator has a so-called drift characteristic in which the optical loss characteristic with respect to the drive voltage changes with temperature fluctuation and time. Therefore, in an intensity-modulated optical transmitter, the bias voltage of the LN optical modulator needs to be constantly adjusted so that a good point is obtained, and an example of a technique for realizing this is disclosed in Patent Document 1. .
具体的には、特許文献1に開示された方法においては、通信信号に影響を及ぼさない程度の低周波信号をLN光変調器の駆動電圧に重畳する。このLN光変調器からの出力光を光カプラで分岐して、その分岐光をフォトダイオードで電気信号に変換し、これに含まれる低周波信号成分を検出して、これが最小となるようバイアス電圧を随時調整している。この特定の低周波数信号成分の検出は、フォトダイオードからの電気信号を、低周波数信号成分を通過させる電気フィルタと電気パワーメータの組み合わせで測定、または、電気スペクトラムアナライザで低周波数信号成分だけ抽出することにより実現できる。 Specifically, in the method disclosed in Patent Document 1, a low-frequency signal that does not affect the communication signal is superimposed on the drive voltage of the LN optical modulator. The output light from the LN optical modulator is branched by an optical coupler, the branched light is converted into an electric signal by a photodiode, a low frequency signal component contained in the light is detected, and a bias voltage is set so that this is minimized. Is adjusted from time to time. This specific low-frequency signal component is detected by measuring the electrical signal from the photodiode with a combination of an electrical filter that passes the low-frequency signal component and an electrical power meter, or extracting only the low-frequency signal component with an electrical spectrum analyzer. Can be realized.
さらに近年は、データトラフィックの急激な増加から、従来の強度変調方式に代えて、より大容量の位相変調方式が使われるようになってきている。中でもDPSK(Differential Phase Shift Keying)方式、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)方式、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)方式が注目されている。 Further, in recent years, due to a rapid increase in data traffic, a phase modulation method with a larger capacity has been used instead of the conventional intensity modulation method. Among them, the DPSK (Differential Phase Shift Keying) method, the QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) method, and the DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying) method are attracting attention.
NRZ(Non-Return to Zero)方式のDQPSK光送信機とその調整用測定系の例を図5に示す。ここではDQPSK用のLN光変調器30が用いられており、この調整の良否が光送信機20の性能を大きく左右する。この例でのLN光変調器30の調整項目はI(In-phase)ポート32に印加される駆動電圧の振幅とバイアス電圧、Q(Quadrature)ポート33に印加される駆動電圧の振幅とバイアス電圧、および、Iポート32とQポート33のバランス電圧(I−Qバランス)の5項目である。非特許文献1などではこれらの調整が難しいことが指摘されており、このため光送信機の研究開発や製造には時間が掛かっていた。
An example of a NRZ (Non-Return to Zero) DQPSK optical transmitter and its adjustment measurement system is shown in FIG. Here, the LN
図5を用いて非特許文献1等に開示されたNRZ−DQPSK方式の光送信機および測定系の動作について説明する。パルスパターン発生器36より擬似ランダムビット系列(Pseudo-Random Bit Sequence:以下、PRBSと記す)のパルスパターン信号が、光送信機20の電圧印加部35を介してIポート32、Qポート33にそれぞれ供給される。
The operation of the NRZ-DQPSK optical transmitter and measurement system disclosed in Non-Patent Document 1 and the like will be described with reference to FIG. A pulse pattern signal of a pseudo-random bit sequence (hereinafter referred to as PRBS) is supplied from the
光送信機20内に配置されたレーザ光源31は単一縦モードのレーザ光を発振し、そのレーザ光はDQPSK用のLN光変調器30で位相変調されて光送信機20から出力される。光送信機20から出力された位相変調信号は擬似光線路37に入射する。擬似光線路37は、実際の通信で使われる長さの光ファイバと同じ程度の光損失値や波長分散値または偏波モード分散値を、光ファイバを使わずに実現させたものであり、光送信機20に対する負荷となる。
The
擬似光線路37を伝播した位相変調信号はDQPSK光受信機38で電気信号に変換される。この電気信号の誤り率を誤り率検出器39で判定し、誤り率が所定値以下になるよう各調整項目を交互に調整する。
The phase modulation signal propagated through the pseudo
しかしながら、この所定値の設定が不適切な場合には、各調整項目が真に最適となる前に調整を終了している可能性があった。なお、本発明者らは、光スペクトラムアナライザ40を用いて、これらの調整項目のうちI−Qバランス以外の調整を可能とする方法を発明している(例えば、特許文献2参照)。 However, if the predetermined value is not set appropriately, there is a possibility that the adjustment is finished before each adjustment item is truly optimized. The present inventors have invented a method that enables adjustments other than IQ balance among these adjustment items using the optical spectrum analyzer 40 (see, for example, Patent Document 2).
I−QバランスはIポート32とQポート33の間の位相シフト量φIQであり、NRZ−DQPSK方式ではπ/2に設定することが必要である。具体的には図中の位相シフト部34の電極電圧を調整することにより、位相シフト量φIQをπ/2に維持する。
The IQ balance is a phase shift amount φ IQ between the
このI−Qバランスが最適値(φIQ=π/2)であるときの光スペクトラムと、最適値から10%変化したとき(φIQ=0.45π)の光スペクトラムをそれぞれ図6(a)、(b)に示す。この図が示すように光スペクトラムからI−Qバランスの変化を検知することは困難であり、従って光スペクトラムに基づいて位相シフト量φIQを調整することはできなかった。これに対し、次の二つの方法が提案されている。 The optical spectrum when the IQ balance is the optimum value (φ IQ = π / 2) and the optical spectrum when the IQ balance is changed by 10% from the optimum value (φ IQ = 0.45π) are shown in FIG. (B). As shown in this figure, it is difficult to detect a change in the IQ balance from the optical spectrum, and therefore the phase shift amount φ IQ cannot be adjusted based on the optical spectrum. On the other hand, the following two methods have been proposed.
方法の一つとして、例えば特許文献3に開示されているような光コンスタレーションが表示可能なサンプリング型光波形観測装置を併用することにより、位相シフト量φIQの調整を容易に行えることが知られている。しかしながら、この装置は超高速電子回路を多用するため、非常に高価であるという問題があった。 As one of the methods, for example, it is known that the phase shift amount φ IQ can be easily adjusted by using a sampling type optical waveform observation device capable of displaying an optical constellation as disclosed in Patent Document 3, for example. It has been. However, this apparatus has a problem that it is very expensive because it uses a lot of ultrahigh-speed electronic circuits.
一方、非特許文献2または非特許文献3ではフォトダイオード41と電気パワーメータ42を使った調整方法が開示されている。この方法は、LN光変調器30からの光出力を分岐して、その一部をフォトダイオード41で電気信号に変換し、この電気信号の100MHz(非特許文献2の例)までのパワーの合計を測定し、これが最小となるよう位相シフト部34の電極電圧を調整するものである。
On the other hand, Non-Patent
ここで図6(c)に位相シフト量φIQに対する100MHzまでのパワーの合計の計算結果を示す。グラフの横軸はφIQのπによる商を、縦軸は後述する式[数3]により演算された値を表す。非特許文献2や非特許文献3にもあるようにパワーが最小のときにφIQ=π/2となっている。この方法はボーレート40Gbpsといった超高速信号であっても、100MHzまでの比較的低い周波数域の信号によって制御を実現できるので、特許文献3に開示されたサンプリング型光波形観測装置を用いる場合よりも安価に位相シフト量φIQの調整を行うことができる。なお、図6(c)の中で半波長電圧Vπの倍数で表す凡例は、I、Q両ポートの駆動電圧振幅(peak to peak値)を表す。
Here, FIG. 6C shows the calculation result of the total power up to 100 MHz with respect to the phase shift amount φ IQ . The horizontal axis of the graph represents the quotient of φ IQ by π, and the vertical axis represents the value calculated by the formula [Equation 3] described later. As described in
以上述べたように、強度変調方式や位相変調方式など変調方式の違いに関わらず、LN光変調器を用いた光送信機の調整にあたっては、光スペクトラムアナライザのほかにフォトダイオードと電気パワーメータ、あるいは電気スペクトラムアナライザが必要な場合が多い。従って、これらを揃える為の費用がかさむ、セットアップの手間がかかる、測定器類の占有面積が広くなる、などの不便を生じていた。 As described above, regardless of the difference in modulation method such as intensity modulation method and phase modulation method, in adjusting an optical transmitter using an LN optical modulator, in addition to an optical spectrum analyzer, a photodiode and an electric power meter, Or an electric spectrum analyzer is often necessary. Therefore, inconveniences such as an increase in cost for arranging them, a time-consuming setup, and an increase in the area occupied by the measuring instruments have occurred.
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、複雑な測定系を準備することなく、1台で光スペクトラム測定機能と、電気スペクトラム測定機能と、電気パワー測定機能とを実現する光スペクトラムアナライザを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and without preparing a complicated measurement system, an optical spectrum measurement function, an electric spectrum measurement function, and an electric power measurement can be performed by a single unit. An object of the present invention is to provide an optical spectrum analyzer that realizes functions.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1の光スペクトラムアナライザは、測定波長範囲において単一縦モードのレーザ光を出射する波長可変レーザ光源と、前記波長可変レーザ光源から出射されたレーザ光と被測定信号光を合波するとともに、該合波された光を2つに分岐して出力する光カプラと、前記光カプラから出力された2つの光を受光して電気信号に変換する2つの光電変換部と、を備えた光スペクトラムアナライザにおいて、複数の測定モードのうちから1つを指定するための制御信号を出力する測定モード制御部と、前記制御信号に応じて、前記波長可変レーザ光源から出射された前記レーザ光の前記光カプラへの入射をオン/オフする光遮断機構と、前記制御信号に応じて、各測定モードに対応した信号処理を行う信号処理部と、をさらに備え、前記測定モード制御部が前記複数の測定モードのうちから第1の測定モードを指定する制御信号を出力する場合には、前記光遮断機構がオンとなって前記レーザ光および前記被測定信号光が前記光カプラに入射するとともに、前記信号処理部が前記2つの光電変換部からの前記電気信号間の差分信号に基づいて前記被測定信号光の光スペクトラムを算出し、前記測定モード制御部が前記複数の測定モードのうちから第2の測定モードを指定する制御信号を出力する場合には、前記光遮断機構がオフとなって前記被測定信号光のみが前記光カプラに入射するとともに、前記信号処理部が前記2つの光電変換部からの前記電気信号の加算信号、または、一方の光電変換部からの電気信号に基づいて前記被測定信号光の電気パワーを算出することを特徴とする構成を有している。 In order to solve the above problems, an optical spectrum analyzer according to claim 1 of the present invention includes a wavelength tunable laser light source that emits a laser beam of a single longitudinal mode in a measurement wavelength range, and a laser emitted from the wavelength tunable laser light source. An optical coupler that multiplexes the light and the signal light to be measured, branches the combined light into two, and outputs the two lights output from the optical coupler and converts them into an electrical signal An optical spectrum analyzer comprising two photoelectric conversion units, a measurement mode control unit that outputs a control signal for designating one of a plurality of measurement modes, and the wavelength variable according to the control signal A light blocking mechanism for turning on / off the incidence of the laser light emitted from a laser light source to the optical coupler, and a signal for performing signal processing corresponding to each measurement mode according to the control signal And when the measurement mode control unit outputs a control signal designating a first measurement mode from the plurality of measurement modes, the light blocking mechanism is turned on and the laser is turned on. The light and the signal light under measurement enter the optical coupler, and the signal processing unit calculates an optical spectrum of the signal light under measurement based on a difference signal between the electric signals from the two photoelectric conversion units. When the measurement mode control unit outputs a control signal designating the second measurement mode from among the plurality of measurement modes, the light blocking mechanism is turned off and only the signal light to be measured is the light. The signal processing unit enters the coupler, and the signal processing unit generates an electric signal of the signal light under measurement based on an addition signal of the electric signals from the two photoelectric conversion units or an electric signal from one of the photoelectric conversion units. It has a configuration and calculates the power.
この構成により、複雑な測定系を準備することなく、1台で光スペクトラム測定機能および電気パワー測定機能を実現することができる。 With this configuration, an optical spectrum measurement function and an electric power measurement function can be realized by a single unit without preparing a complicated measurement system.
また、本発明の請求項2の光スペクトラムアナライザは、前記測定モード制御部が前記複数の測定モードのうちから第3の測定モードを指定する制御信号を出力する場合には、前記光遮断機構がオフとなって前記被測定信号光のみが前記光カプラに入射するとともに、前記信号処理部が前記2つの光電変換部からの前記電気信号の加算信号、または、一方の光電変換部からの電気信号に対して高速フーリエ変換を行うことにより、前記被測定信号光の電気スペクトラムを算出することを特徴とする構成を有している。
Further, in the optical spectrum analyzer according to
この構成により、複雑な測定系を準備することなく、1台で光スペクトラム測定機能と、電気スペクトラム測定機能と、電気パワー測定機能とを実現することができる。 With this configuration, an optical spectrum measurement function, an electric spectrum measurement function, and an electric power measurement function can be realized by a single unit without preparing a complicated measurement system.
また、本発明の請求項3の光スペクトラムアナライザは、前記光遮断機構が、前記波長可変レーザ光源と前記光カプラとの間に配置される光スイッチからなることを特徴とする構成を有していてもよい。 The optical spectrum analyzer according to claim 3 of the present invention has a configuration characterized in that the light blocking mechanism includes an optical switch disposed between the wavelength tunable laser light source and the optical coupler. May be.
また、本発明の請求項4の光スペクトラムアナライザは、前記波長可変レーザ光源が、単一縦モードのレーザ光を発振する半導体レーザを有し、前記光遮断機構は、前記半導体レーザに単一縦モードのレーザ光を発振させるための駆動電流の供給をオン/オフする電気スイッチからなることを特徴とする構成を有していてもよい。 According to a fourth aspect of the present invention, the wavelength tunable laser light source includes a semiconductor laser that oscillates a single longitudinal mode laser beam, and the light blocking mechanism includes a single longitudinal laser It may have a configuration including an electric switch for turning on / off the supply of a drive current for oscillating the mode laser beam.
また、本発明の請求項5の光スペクトラムアナライザは、前記光カプラの分岐比が1:1であることを特徴とする構成を有していてもよい。
この構成により、波長可変レーザ光源からのレーザ光の持つ振幅雑音成分を抑圧し、被測定信号光の測定精度を高めることができる。
The optical spectrum analyzer according to claim 5 of the present invention may have a configuration in which a branching ratio of the optical coupler is 1: 1.
With this configuration, the amplitude noise component of the laser light from the wavelength tunable laser light source can be suppressed, and the measurement accuracy of the signal light to be measured can be increased.
本発明は、複雑な測定系を準備することなく、1台で光スペクトラム測定機能と、電気スペクトラム測定機能と、電気パワー測定機能とを実現する光スペクトラムアナライザを提供するものである。 The present invention provides an optical spectrum analyzer that realizes an optical spectrum measurement function, an electric spectrum measurement function, and an electric power measurement function by a single unit without preparing a complicated measurement system.
以下、本発明に係る光スペクトラムアナライザの実施形態について、図面を用いて説明する。
本発明ではヘテロダイン方式の光スペクトラムアナライザを基本技術として用いる。この基本技術は下記の文献に開示されている。
[特許文献3]特開平3−115938号公報
[非特許文献4]D. M. Baney, B. Szafraniec and A. Motamedi, "Coherent Optical Spectrum Analyzer", IEEE Photonics Technology Letters,2002年3月、第14巻、第3号、pp.355−357
Hereinafter, embodiments of an optical spectrum analyzer according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present invention, a heterodyne optical spectrum analyzer is used as a basic technique. This basic technique is disclosed in the following document.
[Patent Document 3] Japanese Patent Laid-Open No. 3-1515938 [Non-Patent Document 4] DM Baney, B. Szafraniec and A. Motamedi, “Coherent Optical Spectrum Analyzer”, IEEE Photonics Technology Letters, March 2002, Vol. 14, No. 3, pp. 355-357
本明細書では、本発明に係る光スペクトラムアナライザが光スペクトラム測定用に設定された状態を「光スペクトラム測定モード」と呼ぶ。また、フォトダイオードでの受光電気信号を電気スペクトラムアナライザで表示させたスペクトラム波形を、本明細書では「電気スペクトラム」と定義し、本発明に係る光スペクトラムアナライザがこの測定用に設定された状態を「電気スペクトラム測定モード」と呼ぶ。また受光電気信号の所定の帯域までのパワーを「電気パワー」と定義し、本発明に係る光スペクトラムアナライザがこの測定用に設定された状態を「電気パワー測定モード」と呼ぶ。 In this specification, a state where the optical spectrum analyzer according to the present invention is set for optical spectrum measurement is referred to as an “optical spectrum measurement mode”. In addition, in this specification, a spectrum waveform obtained by displaying an electric signal received by a photodiode with an electric spectrum analyzer is defined as “electric spectrum”, and the optical spectrum analyzer according to the present invention is set for this measurement. This is called “electric spectrum measurement mode”. The power up to a predetermined band of the received light signal is defined as “electric power”, and the state in which the optical spectrum analyzer according to the present invention is set for this measurement is called “electric power measurement mode”.
最初に、光スペクトラム測定モードの動作原理について図1(a)を用いて説明する。波長可変レーザ光源11は、測定波長域に亘って単一縦モードのレーザ光を位相連続状態で発振する。本明細書では波長可変レーザ光源11から出射される光を「レーザ光」と呼ぶ。
First, the operation principle of the optical spectrum measurement mode will be described with reference to FIG. The wavelength tunable
波長可変レーザ光源11から出射されたレーザ光は、光カプラ12に入射する。光送信機から出力される位相変調信号などの被測定信号光と波長可変レーザ光源11からのレーザ光は光カプラ12で合波され、各フォトダイオード13c、13eに入射する。ここで、光カプラ12の2つの出力ポートから出力される合波光は、互いに逆位相のビート周波数成分(被測定信号光とレーザ光の干渉成分)を有する。なお、光カプラ12の分岐比は1:1(50%)に調整されており、光カプラ12から各フォトダイオード13c、13eへの光の伝播時間や光量は等しくなっている。
Laser light emitted from the wavelength tunable
光カプラ12からの出力光は、各フォトダイオード13c、13eで電気信号に変化され、増幅器13d、13fで増幅される。各増幅器13d、13fからの信号は各アナログ−デジタル(AD)変換器15a、15bによってデジタル信号に変換される。
The output light from the
次に、減算器26aにおいて、この2つのAD変換器15a、15bから出力されたデジタル信号の差分を取る。ここで、光カプラ12の分岐比が上記のように1:1である場合には、この2つのデジタル信号の差分を取ると、ビート周波数成分のみを取り出すことができ、レーザ光の持つ振幅雑音成分を抑圧できる。このような構成は、非特許文献3など一般的に知られているバランス型光検波器と同様の原理に基づいたものであり、光ヘテロダイン型光スペクトラムアナライザにはよく採用されている技術である。本発明ではソフトウェア処理によって、このようなバランス型光検波器としての機能を実現している。
Next, the
さらに、パワー計算部26bにおいて、このデジタル信号の差分信号から、波長分解能幅として設定した帯域幅でのパワーの積分値を計算する。この積分値から、波長可変レーザ光源11の発振波長における被測定信号光の光パワーが求められるので、波長可変レーザ光源11の波長を順次掃引させ、各発振波長における光パワーを順次、表示部17の表示画面上にプロットすることで光スペクトラムが得られる。
Further, the
次に、電気スペクトラム測定モードの動作原理について図1(b)を用いて説明する。電気スペクトラム測定モードにおいては、波長可変レーザ光源11からのレーザ光を光カプラ12に入射させず、各フォトダイオード13c、13eにヘテロダイン検波の代わりに直接検波を行わせる。
Next, the operating principle of the electric spectrum measurement mode will be described with reference to FIG. In the electrical spectrum measurement mode, the laser light from the wavelength tunable
被測定信号光の振幅変化を観測するため、各フォトダイオード13c、13eの出力信号に対して加算器26cにおいて加算処理を行う。加算処理された信号(もしくは一方の出力信号でもよい)に対し、FFT26dで高速フーリエ変換を行うことにより電気スペクトラムが得られる。表示部17は、このようにして得られた電気スペクトラムを表示する。
In order to observe the change in the amplitude of the signal light under measurement, an
次に、電気パワー測定モードの動作原理について図1(c)を用いて説明する。電気パワー測定モードにおいても、波長可変レーザ光源11からのレーザ光を光カプラ12に入射させず、各フォトダイオード13c、13eにヘテロダイン検波の代わりに直接検波を行わせる。
Next, the operation principle of the electric power measurement mode will be described with reference to FIG. Also in the electric power measurement mode, the laser light from the wavelength tunable
被測定信号光の振幅変化を観測するため、各フォトダイオード13c、13eの出力信号に対して加算器26cにおいて加算処理を行う。加算処理された信号(もしくは一方の出力信号でもよい)に対し、パワー計算部26eにおいて、高速フーリエ変換を行った後に所定の帯域幅に亘って積分することにより電気パワーを求めることができる。
In order to observe the change in the amplitude of the signal light under measurement, an
あるいは、以降の第1の実施形態で述べるように、パワー計算部26eにおいて、加算処理された信号(もしくは一方の出力信号)を時系列信号とみなして時間分散値を求め、時間平均値の2乗により規格化処理を行ってもよい。これにより非特許文献2、3よりパワー最小点の検出が容易になることが分かる。
Alternatively, as will be described in the first embodiment below, the
以上述べたように、ヘテロダイン方式の光スペクトラムアナライザ(本明細書での光スペクトラム測定モード)とLN光変調器の調整に必要な低周波信号測定構成(本明細書での電気スペクトラム測定モードまたは電気パワー測定モード)には共通する構成要素があり、本発明では独自の工夫でこれらを一つの装置にまとめた。この詳細について、第1および第2の実施形態で述べる。 As described above, the heterodyne optical spectrum analyzer (optical spectrum measurement mode in this specification) and the low-frequency signal measurement configuration (electric spectrum measurement mode or electric power in this specification) required for adjustment of the LN optical modulator. In the power measurement mode), there are common components, and in the present invention, these are combined into one device by a unique device. This will be described in detail in the first and second embodiments.
(第1の実施形態)
本発明に係る光スペクトラムアナライザの第1の実施形態を図2、3を用いて説明する。図2は本実施形態の光スペクトラムアナライザ1の構成の一例を示すブロック図である。
(First embodiment)
A first embodiment of an optical spectrum analyzer according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the optical spectrum analyzer 1 of the present embodiment.
図2に示すように、光スペクトラムアナライザ1は、測定波長範囲において単一縦モードのレーザ光を出射する波長可変レーザ光源11と、波長可変レーザ光源11から出射されたレーザ光と光送信機20から送出された被測定信号光を合波するとともに、該合波された光を2つに分岐して出力する光カプラ12と、光カプラ12から出力された2つの光を受光して電気信号に変換する2つの光電変換部13a、13bと、を備える。
As shown in FIG. 2, the optical spectrum analyzer 1 includes a wavelength tunable
ここで、波長可変レーザ光源11は、その内部に単一縦モードのレーザ光を発振する不図示の半導体レーザを備えており、単一縦モードの発振波長の情報を含む発振波長信号を出力するようになっている。
Here, the wavelength tunable
各光電変換部13a、13bの後段には、アンチエイリアス用の低域通過フィルタ(LPF)14a、14bが配置され、さらに各低域通過フィルタ14a、14bの後段にはAD変換器15a、15bが配置される。
Anti-aliasing low-pass filters (LPF) 14a and 14b are arranged downstream of the
さらに、光スペクトラムアナライザ1は、波長可変レーザ光源11からの発振波長信号をAD変換するAD変換器15cと、AD変換器15a〜15cから出力されるデジタル信号を処理して光スペクトラム、電気スペクトラム、または電気パワーを算出する信号処理部16と、信号処理部16での算出結果を表示する表示部17と、波長可変レーザ光源11と光カプラ12との間に配置され、波長可変レーザ光源11から出射されたレーザ光の光カプラ12への入射をオン/オフする光遮断機構としての光スイッチ18と、複数の測定モードのうちから一つを指定するための制御信号を出力する測定モード制御部19と、を備える。
Furthermore, the optical spectrum analyzer 1 performs AD conversion on the oscillation wavelength signal from the wavelength tunable
光カプラ12は、例えば、分岐比が1:1の3dB光カプラであり、2つの入力ポートと2つの出力ポートを有する。光電変換部13a、13bは、フォトダイオード13c、13eと、フォトダイオード13c、13eからの出力信号を増幅する増幅器13d、13fと、を有する。
The
測定モード制御部19は、例えば、操作者が測定モードを指定するための不図示の操作部を有する。測定モード制御部19は、操作者によって選択された測定モードに応じて、光スイッチ18のオン/オフを切り替えるための光スイッチ制御信号を送出するとともに、信号処理部16に各測定モードに対応した信号処理を行わせるための信号処理制御信号を送出するようになっている。
The measurement
信号処理部16は、CPU(Central Processing Unit)とRAM(Random Access Memory)に保存されたプログラムをCPUで実行する構成であるが、後述する光スペクトラム測定モードと電気スペクトラム測定モードの処理は共通点が多いため、FPGA(Field Programmable Gate Array)で構成することも可能である。
The
以下、光スペクトラムアナライザ1の光スペクトラム測定モード(第1の測定モード)時の動作を説明する。
まず、操作者により、測定モード制御部19で光スペクトラム測定モードが選択される。測定モード制御部19は、光スイッチ18をオン(導通状態)とする光スイッチ制御信号を送出する。これにより、波長可変レーザ光源11からのレーザ光と被測定信号光とが共に光カプラ12に入射する状態となる。さらに、測定モード制御部19は、信号処理部16に光スペクトラム測定モードに対応した信号処理を行わせるための信号処理制御信号を送出する。
Hereinafter, the operation of the optical spectrum analyzer 1 in the optical spectrum measurement mode (first measurement mode) will be described.
First, the operator selects the optical spectrum measurement mode by the measurement
次に、光スペクトラム測定モード時の信号処理部16の処理内容を図3(a)に沿って説明する。
まず、信号処理部16は、各AD変換器15a、15bでデジタル信号に変換された光電変換部13a、13bの信号(それぞれ図中のPD1信号、PD2信号)に対して各フォトダイオード13c、13eの感度のばらつきを補正するためのバランス補正処理を行う。この処理は、RAMに記憶された各波長における各フォトダイオード13c、13eの波長対感度特性や光カプラ12の波長対損失特性のデータに基づいて行われる。
Next, processing contents of the
First, the
次に、信号処理部16は、バランス補正されたPD1信号とPD2信号との差分を取る減算処理を行う。これにより、既に述べたように信号のビート周波数成分のみを取り出すことができるため、レーザ光の振幅変動による雑音を抑圧することができる。
Next, the
次に、信号処理部16は、ソフトウェアによる帯域通過フィルタ(BPF)により、減算処理が行われた信号の所定の帯域成分のみを通過させる。この帯域幅により、光スペクトラムアナライザとしての波長分解能が決定される。
Next, the
次に、信号処理部16は、BPFを透過した信号の所定の帯域幅におけるパワーの積分値を計算する。この積分値が波長可変レーザ光源11の発振波長における波長分解能幅あたりの光パワーとなるので、信号処理部16は、波長可変レーザ光源11から出力される発振波長信号に基づいて波長値付処理を行う。
Next, the
従って、波長可変レーザ光源11の波長を順次掃引させ、その発振波長における各光パワーを表示部17の表示画面上にプロットすることで光スペクトラムが得られる。
Accordingly, the optical spectrum can be obtained by sequentially sweeping the wavelength of the wavelength tunable
以下、光スペクトラムアナライザ1の電気スペクトラム測定モード(第3の測定モード)時の動作を説明する。
まず、操作者の操作により、測定モード制御部19で電気スペクトラム測定モードが選択される。測定モード制御部19は、光スイッチ18をオフ(遮断状態)とする光スイッチ制御信号を送出する。これにより、波長可変レーザ光源11からのレーザ光が光カプラ12に入射せず、被測定信号光のみが光カプラ12に入射する状態となる。さらに、測定モード制御部19は、信号処理部16に電気スペクトラム測定モードに対応した信号処理を行わせるための信号処理制御信号を送出する。
Hereinafter, the operation of the optical spectrum analyzer 1 in the electric spectrum measurement mode (third measurement mode) will be described.
First, the electric spectrum measurement mode is selected by the measurement
次に、電気スペクトラム測定モード時の信号処理部16の処理内容を図3(b)に沿って説明する。
まず、光スペクトラム測定モード時と同様に、信号処理部16は、各AD変換器15a、15bでデジタル信号に変換されたPD1信号およびPD2信号に対して各フォトダイオード13c、13eの感度のばらつきを補正するためのバランス補正処理を行う。
Next, processing contents of the
First, as in the optical spectrum measurement mode, the
次に、信号処理部16は、バランス補正されたPD1信号とPD2信号を加算する加算処理を行った後に、ソフトウェアによる帯域通過フィルタ(BPF)により、加算処理を行った信号の所定の帯域成分のみを通過させる。なお、上記の加算処理においてPD1信号とPD2信号の加算処理を行わず、どちらか一方の信号のみをBPFに出力してもよい。
Next, the
そして、信号処理部16は、BPFを透過した信号に対して高速フーリエ変換(FFT)処理を行って、電気スペクトラムを算出し、これを表示部17の表示画面上にプロットする。
Then, the
以下、光スペクトラムアナライザ1の電気パワー測定モード(第2の測定モード)時の動作を説明する。
まず、操作者の操作により、測定モード制御部19で電気パワー測定モードが選択される。測定モード制御部19は、光スイッチ18をオフ(遮断状態)とする光スイッチ制御信号を送出する。これにより、波長可変レーザ光源11からのレーザ光が光カプラ12に入射せず、被測定信号光のみが光カプラ12に入射する状態となる。さらに、測定モード制御部19は、信号処理部16に電気パワー測定モードに対応した信号処理を行わせるための信号処理制御信号を送出する。
Hereinafter, the operation of the optical spectrum analyzer 1 in the electric power measurement mode (second measurement mode) will be described.
First, the electric power measurement mode is selected by the measurement
次に、電気パワー測定モード時の信号処理部16の処理内容を図3(c)に沿って説明する。
まず、電気スペクトラム測定モード時と同様に、信号処理部16は、各AD変換器15a、15bでデジタル信号に変換されたPD1信号およびPD2信号に対して各フォトダイオード13c、13eの感度のばらつきを補正するためのバランス補正処理を行う。
Next, processing contents of the
First, as in the electrical spectrum measurement mode, the
次に、信号処理部16は、バランス補正されたPD1信号とPD2信号を加算する加算処理を行った後に、ソフトウェアによる帯域通過フィルタ(BPF)により、加算処理が行われた信号の所定の帯域成分のみを通過させる。なお、上記の加算処理においてPD1信号とPD2信号の加算処理を行わず、どちらか一方の信号のみをBPFに出力してもよい。
Next, the
そして、信号処理部16は、BPFを透過した信号に対して、以下の[数1]〜[数3]に示すような計算処理を行う。PD1信号およびPD2信号は一定の時間間隔でサンプリングされており、ここで各サンプリングデータをQo(tn)と表す。時間的に連続するN個のサンプリングデータQo(tn)(n=0,...,N−1)の平均値は下記の[数1]のように表される。なお、以下の数式中では、Qo(tn)(n=0,...,N−1)の平均値を意味する記号として「Q」の上に線を引いたものを用いている。
また、Qo(tn)(n=0,...,N−1)の分散Vは次式のようになる。
以上のようにして求まるQo(tn)(n=0,...,N−1)の平均値と分散Vより、次式に示す電気パワーに相当する量Rを求めることができる。信号処理部16は、この電気パワーに相当する量Rを表示部17の表示画面上にプロットする。
(第2の実施形態)
本発明に係る光スペクトラムアナライザの第2の実施形態を図4を用いて説明する。図4は本実施形態の光スペクトラムアナライザ2の構成の一例を示すブロック図である。なお、第1の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the optical spectrum analyzer according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the
本実施形態の光スペクトラムアナライザ2は、光遮断機構として第1の実施形態の光スペクトラムアナライザ1のように光スイッチを備える代わりに、波長可変レーザ光源11内部の半導体レーザに単一縦モードのレーザ光を発振させるための駆動電流の供給のオン/オフを切り替える不図示の電気スイッチを備える。この電気スイッチがオフになることにより、半導体レーザのレーザ発振そのものが停止するようになっている。
The
本実施形態においては、測定モード制御部19は、操作者によって選択された測定モードに応じて、波長可変レーザ光源11内部の電気スイッチのオン/オフを切り替えるための光源制御信号を送出するとともに、信号処理部16に各測定モードに対応した信号処理を行わせるための信号処理制御信号を送出するようになっている。電気スイッチは光スイッチよりも安価であるため、第1の実施形態の光スペクトラムアナライザ1と比較して、装置全体のコストを低下させることができるという利点がある。
In the present embodiment, the measurement
以上説明したように、本発明に係る光スペクトラムアナライザは、複雑な測定系を準備することなく、1台で光スペクトラム測定機能と、電気スペクトラム測定機能と、電気パワー測定機能とを実現することができる。 As described above, the optical spectrum analyzer according to the present invention can realize an optical spectrum measurement function, an electric spectrum measurement function, and an electric power measurement function with one unit without preparing a complicated measurement system. it can.
例えば、本発明に係る光スペクトラムアナライザを用いてNRZ−DQPSK方式の光送信機の調整を行う場合には、従来の測定系(図5)で必要であったフォトダイオード41や電気パワーメータ42、さらにはフォトダイオード41および電気パワーメータ42にLN光変調器30からの光出力を分岐するための不図示の光カプラを取り除くことができ、測定系の簡略化と費用低減を実現できる。
For example, when adjusting an NRZ-DQPSK optical transmitter using the optical spectrum analyzer according to the present invention, the
また、本発明に係る光スペクトラムアナライザを用いることにより、強度変調方式の光送信機の光変調器に対して低周波信号を重畳する場合の調整においても、フォトダイオードと電気スペクトラムアナライザを用意することなく、簡易な構成で測定を行うことができる。 In addition, by using the optical spectrum analyzer according to the present invention, a photodiode and an electric spectrum analyzer should be prepared for adjustment when a low-frequency signal is superimposed on an optical modulator of an intensity modulation type optical transmitter. Measurement can be performed with a simple configuration.
また、本発明に係る光スペクトラムアナライザの他の用途として、フォトダイオードと電気スペクトラムアナライザの組合せで測定される、半導体レーザの相対強度雑音(Relative Intensity Noise)特性の測定にも有効である。 Further, as another application of the optical spectrum analyzer according to the present invention, it is also effective for measuring the relative intensity noise characteristic of a semiconductor laser measured by a combination of a photodiode and an electric spectrum analyzer.
1、2、40 光スペクトラムアナライザ
11 波長可変レーザ光源
12 光カプラ
13a、13b 光電変換部
13c、13e フォトダイオード
13d、13f 増幅器
14a、14b 低域通過フィルタ
15a、15b、15c AD変換器
16 信号処理部
17 表示部
18 光スイッチ(光遮断機構)
19 測定モード制御部
20 光送信機
26a 減算器
26b、26e パワー計算部
26c 加算器
26d FFT
30 LN光変調器
31 レーザ光源
32 Iポート
33 Qポート
34 位相シフト部
35 電圧印加部
36 パルスパターン発生器
37 擬似光線路
38 DQPSK光受信機
39 誤り率検出器
41 フォトダイオード
42 電気パワーメータ
1, 2, 40
19 Measurement
30 LN
Claims (5)
前記波長可変レーザ光源から出射されたレーザ光と被測定信号光を合波するとともに、該合波された光を2つに分岐して出力する光カプラ(12)と、
前記光カプラから出力された2つの光を受光して電気信号に変換する2つの光電変換部(13a、13b)と、を備えた光スペクトラムアナライザにおいて、
複数の測定モードのうちから1つを指定するための制御信号を出力する測定モード制御部(19)と、
前記制御信号に応じて、前記波長可変レーザ光源から出射された前記レーザ光の前記光カプラへの入射をオン/オフする光遮断機構(18)と、
前記制御信号に応じて、各測定モードに対応した信号処理を行う信号処理部(16)と、をさらに備え、
前記測定モード制御部が前記複数の測定モードのうちから第1の測定モードを指定する制御信号を出力する場合には、前記光遮断機構がオンとなって前記レーザ光および前記被測定信号光が前記光カプラに入射するとともに、前記信号処理部が前記2つの光電変換部からの前記電気信号間の差分信号に基づいて前記被測定信号光の光スペクトラムを算出し、
前記測定モード制御部が前記複数の測定モードのうちから第2の測定モードを指定する制御信号を出力する場合には、前記光遮断機構がオフとなって前記被測定信号光のみが前記光カプラに入射するとともに、前記信号処理部が前記2つの光電変換部からの前記電気信号の加算信号、または、一方の光電変換部からの電気信号に基づいて前記被測定信号光の電気パワーを算出することを特徴とする光スペクトラムアナライザ。 A wavelength tunable laser light source (11) that emits laser light in a single longitudinal mode in the measurement wavelength range;
An optical coupler (12) for combining the laser light emitted from the wavelength tunable laser light source and the signal light to be measured, and branching the combined light into two and outputting it;
In an optical spectrum analyzer comprising two photoelectric conversion units (13a, 13b) that receive two lights output from the optical coupler and convert them into electrical signals,
A measurement mode control unit (19) for outputting a control signal for designating one of a plurality of measurement modes;
A light blocking mechanism (18) for turning on / off incidence of the laser light emitted from the wavelength tunable laser light source to the optical coupler in accordance with the control signal;
A signal processing unit (16) that performs signal processing corresponding to each measurement mode according to the control signal;
When the measurement mode control unit outputs a control signal designating a first measurement mode from the plurality of measurement modes, the light blocking mechanism is turned on and the laser light and the signal light to be measured are While entering the optical coupler, the signal processing unit calculates an optical spectrum of the signal light to be measured based on a difference signal between the electrical signals from the two photoelectric conversion units,
When the measurement mode control unit outputs a control signal designating a second measurement mode from the plurality of measurement modes, the light blocking mechanism is turned off and only the signal light to be measured is the optical coupler. And the signal processing unit calculates the electric power of the signal light under measurement based on the addition signal of the electric signals from the two photoelectric conversion units or the electric signal from one of the photoelectric conversion units. An optical spectrum analyzer characterized by this.
前記光遮断機構は、前記半導体レーザに単一縦モードのレーザ光を発振させるための駆動電流の供給をオン/オフする電気スイッチからなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光スペクトラムアナライザ。 The wavelength tunable laser light source includes a semiconductor laser that oscillates a single longitudinal mode laser beam,
The said light shielding mechanism consists of an electric switch which turns on / off the supply of the drive current for oscillating the laser beam of a single longitudinal mode to the said semiconductor laser. Optical spectrum analyzer.
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