JP2012181098A - Optical intensity spectrum measuring method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は入力光の光強度スペクトル測定技術に係り、特に空間的に波長分解された光の光強度スペクトル測定方法および装置に関する。 The present invention relates to a light intensity spectrum measurement technique for input light, and more particularly to a method and apparatus for measuring a light intensity spectrum of spatially wavelength-resolved light.
近年、通信の高速・大容量化のニーズに伴い、光デジタル通信ではチャネルあたりの伝送速度が10Gbpsを超える光通信が実用化され、100Gbpsを超える光通信の研究開発も活発になってきている。40Gbpsを超えるような超高速の光デジタル通信システムになると、伝送路中で発生する偏波分散による信号波形の歪が受信品質に大きな影響を及ぼすようになっている。光伝送信号の波形歪の要因として偏波分散が重要視されるのは、偏波分散の発生がランダム過程で、しかも高速に変化するので回避や補償技術開発が困難なためである。従って、偏波分散の発生をリアルタイムで詳細にモニタすることが益々重要な技術となっている。 In recent years, with the need for high-speed and large-capacity communication, optical communication with a transmission rate per channel exceeding 10 Gbps has been put into practical use in optical digital communication, and research and development of optical communication exceeding 100 Gbps has become active. In an ultra-high-speed optical digital communication system exceeding 40 Gbps, signal waveform distortion due to polarization dispersion occurring in a transmission path has a great influence on reception quality. The reason why polarization dispersion is regarded as a factor of waveform distortion of an optical transmission signal is that generation of polarization dispersion is a random process and changes at high speed, so that it is difficult to avoid and develop compensation technology. Therefore, it is increasingly important to monitor the occurrence of polarization dispersion in detail in real time.
偏波分散を詳細にモニタする方式として、波長分解ストークスベクトルを利用する方式がある。波長分解ストークスベクトルは光強度スペクトル測定を応用することによって測定される。ただし、リアルタイムで詳細な偏波分散モニタを実現するためには、高速かつ高波長分解能で光強度スペクトルを測定することが必要不可欠である。 As a method for monitoring polarization dispersion in detail, there is a method using a wavelength-resolved Stokes vector. The wavelength-resolved Stokes vector is measured by applying a light intensity spectrum measurement. However, in order to realize a detailed polarization dispersion monitor in real time, it is indispensable to measure the light intensity spectrum at high speed and with high wavelength resolution.
波長分解ストークスベクトルの測定は、有限の波長分解能で、所望の光信号に含まれる波長成分ごとにストークスベクトルを測定することによって実行される。測定方式には、特許文献1に記載されているような波長一括方式と、特許文献2に記載されているような波長スキャン方式とがある。いずれの方式の場合でも、入力光を回折格子等の波長分解素子によって空間的に波長分解し、波長成分ごとの光強度を測定することが基本となる。波長一括方式では、受光素子を多数用意し、そこに空間的に波長分解された光信号を入射させることにより、受光素子毎に異なる波長成分の光強度を得る。一方、波長スキャン方式では、一つの受光素子に波長成分を順に入射させて波長成分毎の光強度を得る。
The wavelength-resolved Stokes vector is measured by measuring the Stokes vector for each wavelength component included in a desired optical signal with a finite wavelength resolution. The measurement method includes a wavelength batch method as described in
しかしながら、上述した波長一括方式および波長スキャン方式は、次に述べるように、いずれも高速測定と高波長分解能とを両立させることができない。 However, none of the wavelength batch method and wavelength scan method described above can achieve both high-speed measurement and high wavelength resolution, as described below.
波長一括方式は、波長成分を一括して一度に測定できるため、数μsec程度で全波長成分の測定が可能であり、高速性測定が可能である。この方式では、受光素子アレイ中の各受光素子面積によって波長分解能が制限をうけ、受光素子面積が小さいほど高い波長分解能が期待できる。長距離光通信向けの1.5μm帯では、受光素子アレイはInGaAsを材料とした光センサが用いられる。ただし、InGaAsは微細加工することが困難なために、現状、商用で入手可能なものとしては浜松ホトニクス株式会社製の光センサがあり(http://jp.hamamatsu.com/products/sensor-ssd/pd101/pd109/index_ja.html)、画素サイズ30μm×30μm程度が最小である。使用する波長分解素子の性能にも依存するが、一辺が30μmの受光素子面積の場合に達成可能な波長分解能は、おおよそ100pm程度である。 In the wavelength batch method, the wavelength components can be measured all at once, so that all wavelength components can be measured in about several μsec, and high-speed measurement is possible. In this system, the wavelength resolution is limited by the area of each light receiving element in the light receiving element array, and a higher wavelength resolution can be expected as the area of the light receiving element is smaller. In the 1.5 μm band for long-distance optical communication, an optical sensor made of InGaAs is used for the light receiving element array. However, since it is difficult to finely process InGaAs, there is currently an optical sensor manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (http://jp.hamamatsu.com/products/sensor-ssd). /pd101/pd109/index_en.html), and a pixel size of about 30 μm × 30 μm is the minimum. Although it depends on the performance of the wavelength resolving element to be used, the wavelength resolution that can be achieved when the side of the light receiving element area is 30 μm is about 100 pm.
波長スキャン方式は、分解された波長成分を順番に測定するので全波長成分を測定するのに数msec程度の時間を要するが、波長成分を順次測定するので受光素子アレイへの入力ビーム径をスリット等によって絞ることによって高い波長分解能を実現することができる。使用する波長分解素子の性能にも依存するが、10μm幅のスリットを使った場合に達成可能な波長分解能は、おおよそ10pm程度である。 The wavelength scanning method measures the resolved wavelength components in order, so it takes about several milliseconds to measure all wavelength components. However, since the wavelength components are measured sequentially, the input beam diameter to the light receiving element array is slit. A high wavelength resolution can be realized by narrowing down by, for example. Although depending on the performance of the wavelength resolving element to be used, the wavelength resolution achievable when a slit having a width of 10 μm is used is approximately 10 pm.
波長分解ストークスベクトルを精度良く測定するためには、高速測定と高波長分解能を両立させる必要がある。波長分解能が不十分であれば波長分解ストークスベクトルが正しく測定できなくなり、算出される偏波分散量の誤差が大きくなってしまう。また、測定に時間がかかると、測定途中で偏波状態が変動してしまうため、正しい波長分解ストークスベクトル測定が行えなくなり、その結果として得られる偏波分散量の誤差が大きくなってしまう。 In order to accurately measure the wavelength-resolved Stokes vector, it is necessary to achieve both high-speed measurement and high wavelength resolution. If the wavelength resolution is insufficient, the wavelength-resolved Stokes vector cannot be measured correctly, and the calculated polarization dispersion amount error becomes large. Further, if the measurement takes time, the polarization state fluctuates in the middle of the measurement, so that correct wavelength-resolved Stokes vector measurement cannot be performed, and the resulting polarization dispersion amount error increases.
長距離大容量光通信においてリアルタイムで高次成分まで含めた偏波分散測定を行うためには、光強度スペクトルをμsecオーダで高速に、かつ、pmオーダの高波長分解能で測定することが必要であるが、高速性を優先すると、上述したように現状利用可能なデバイスでは要求に対して1/100〜1/1000程度の波長分解能しか実現できない。また、波長分解能を優先すると、要求に対して1/1000程度の速度しか実現できない。そのため、高速化と高波長分解能化はトレードオフの関係にあり、同時に実現することが現状技術では困難であった。 In order to perform polarization dispersion measurement including high-order components in real time in long-distance and large-capacity optical communication, it is necessary to measure the light intensity spectrum at high speed in the order of μsec and with high wavelength resolution of the order of pm. However, if priority is given to high speed, a device that can be used as described above can only achieve a wavelength resolution of about 1/100 to 1/1000 of the requirement. If wavelength resolution is prioritized, only a speed of about 1/1000 can be realized with respect to the request. For this reason, speeding up and high wavelength resolution are in a trade-off relationship, and at the same time, it has been difficult to achieve with the current technology.
そこで、本発明は上述した問題点を鑑みてなされたものであり、高波長分解能と高速測定とが両立可能な光強度スペクトル測定方法および装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a light intensity spectrum measurement method and apparatus capable of achieving both high wavelength resolution and high speed measurement.
本発明による光強度スペクトル測定装置は、前記入力光を波長成分ごとに空間分解し波長成分ごとに空間分解された分解光を生成する波長成分分解手段と、前記分解光を複数の分岐光に分岐する分岐手段と、前記複数の分岐光をそれぞれ別個に受光する複数のスリット付き受光素子アレイと、前記複数のスリット付き受光素子アレイでそれぞれ検出された波長成分ごとの光強度信号から前記入力光の光強度スペクトル情報を生成する光強度スペクトル生成手段と、を有し、前記複数のスリット付き受光素子アレイの各々は、受光する分岐光の波長成分変化方向と受光素子のアレイ方向とが一致し、前記アレイ方向において各受光素子の受光面に対する当該受光面より狭いスリット透光部の位置がスリット付き受光素子アレイごとに異なる、ことを特徴とする。 A light intensity spectrum measuring apparatus according to the present invention includes a wavelength component decomposing unit that spatially decomposes the input light into wavelength components and generates decomposed light that is spatially decomposed into wavelength components, and branches the decomposed light into a plurality of branched lights. Branching means, a plurality of light receiving element arrays with slits that individually receive the plurality of branched lights, and a light intensity signal for each wavelength component detected by each of the plurality of light receiving element arrays with slits. A light intensity spectrum generating means for generating light intensity spectrum information, each of the plurality of light receiving element arrays with slits, the wavelength component change direction of the branched light to be received and the array direction of the light receiving elements match, The position of the slit translucent portion narrower than the light receiving surface with respect to the light receiving surface of each light receiving element in the array direction differs for each light receiving element array with a slit. The features.
本発明による光強度スペクトル測定方法は、波長成分分解手段が前記入力光を波長成分ごとに空間分解し波長成分ごとに空間分解された分解光を生成し、分岐手段が前記分解光を複数の分岐光に分岐し、複数のスリット付き受光素子アレイが前記複数の分岐光をそれぞれ別個にスリットを通して受光し、光強度スペクトル生成手段が前記複数のスリット付き受光素子アレイでそれぞれ検出された波長成分ごとの光強度信号から前記入力光の光強度スペクトル情報を生成し、前記複数のスリット付き受光素子アレイの各々において、受光する分岐光の波長成分変化方向と受光素子のアレイ方向と前記スリットのスリット透光部の配列方向とが一致しており、前記アレイ方向において各受光素子の受光面に対する当該受光面より狭いスリット透光部の位置がスリット付き受光素子アレイごとに異なる、ことを特徴とする。 In the light intensity spectrum measurement method according to the present invention, the wavelength component resolving means spatially decomposes the input light for each wavelength component to generate decomposed light spatially decomposed for each wavelength component, and the branching means splits the decomposed light into a plurality of branches. A plurality of light receiving element arrays with a plurality of slits receive the plurality of branched lights separately through the slits, and a light intensity spectrum generating means for each wavelength component detected by the plurality of light receiving element arrays with the slits. Light intensity spectrum information of the input light is generated from the light intensity signal, and in each of the plurality of light receiving element arrays with slits, the wavelength component change direction of the branched light received, the array direction of the light receiving elements, and the slit light transmission of the slits The slit direction is narrower than the light receiving surface with respect to the light receiving surface of each light receiving element in the array direction. Position is different for each slit light receiving element arrays, it is characterized.
本発明によれば、光強度スペクトル測定において高波長分解能と高速測定とを両立させることができる。 According to the present invention, it is possible to achieve both high wavelength resolution and high speed measurement in light intensity spectrum measurement.
本発明によれば、入力光を波長成分ごとに空間分解して得られた光を複数の分岐光に分岐し、複数の分岐光をそれぞれ別個に受光する複数のスリット付き受光素子アレイを配置する。このスリット付き受光素子アレイは、受光する分岐光の波長成分変化方向と受光素子のアレイ方向とが一致しており、各受光素子の受光面に対する当該受光面より狭いスリット透光部の位置がスリット付き受光素子アレイごとに異なっている。このようなスリット構成を有する複数のスリット付き受光素子アレイでそれぞれ検出された光強度信号を合成することにより、高い波長分解能を得ることができ、かつ、複数の受光素子アレイにより同時に光強度信号を得ることができるので、高速測定が可能となる。以下、本発明の実施形態および実施例について詳細に説明する。 According to the present invention, the light obtained by spatially decomposing the input light for each wavelength component is branched into a plurality of branched lights, and the plurality of light receiving element arrays with slits for receiving the plurality of branched lights separately are arranged. . In this light receiving element array with slits, the wavelength component change direction of the received branched light coincides with the array direction of the light receiving elements, and the position of the slit translucent portion narrower than the light receiving surface relative to the light receiving surface of each light receiving element is the slit. Different for each light receiving element array. By synthesizing the light intensity signals detected by the plurality of light receiving element arrays with slits having such a slit configuration, a high wavelength resolution can be obtained, and the light intensity signals can be simultaneously transmitted by the plurality of light receiving element arrays. Therefore, high speed measurement is possible. Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail.
1.一実施形態
以下、説明の煩雑さを避けるために、2つのスリット付き受光素子アレイを設けた光強度スペクトル測定装置を例示し、本発明の一実施形態について説明する。もちろん、本発明はn個(n>2)のスリット付き受光素子アレイを搭載した場合でも適用可能である。
1. One Embodiment Hereinafter, in order to avoid the complexity of the description, a light intensity spectrum measuring device provided with two light receiving element arrays with slits will be exemplified and one embodiment of the present invention will be described. Of course, the present invention is applicable even when n (n> 2) light receiving element arrays with slits are mounted.
図1(A)に示すように、光ファイバ1001より入力された光信号は、レンズ1002によって平行光に変換され、この平行光が波長分解素子1003によって波長成分ごとに空間的に分解される。すなわち、波長成分によって出力される位置が変わるため、波長成分と出力位置の関係が予め分かっていれば、位置毎に受光強度を調べることにより、入力光信号の光強度スペクトルを測定することができる。これは、広く知られた光強度スペクトル測定方式の一つである。
As shown in FIG. 1A, an optical signal input from an
波長分解された光信号はハーフミラー1004によって分岐され、一方の分岐光がスリット1007を受光面上に設けた受光素子アレイ1005へ、他方の分岐光がスリット1008を受光面上に設けた受光素子アレイ1006へ入射する。すなわち、これら2つの分岐光は、それぞれスリット1007および1008で部分的に遮られた後に受光素子アレイ1005おおび1006にて受光される。分岐光は空間的に波長分解されているので、受光素子アレイ1005および1006の受光素子位置と波長成分とを予め対応付けておけば受光素子アレイ1005および1006の各受光素子で検出される光強度から入力光の光強度スペクトルを得ることができる。
The wavelength-resolved optical signal is branched by a
受光素子アレイ1005の各受光素子は入射した光の強度に対応した電気信号を光強度スペクトル構成部1009へ出力する。同様に、受光素子アレイ1006の各受光素子は入射した光の強度に対応した電気信号を光強度スペクトル構成部1009へ出力する。光強度スペクトル構成部1009は、受光素子アレイ1005、1006にて受光された波長成分毎の光強度を組み合わせ、光ファイバ1001からの入力光の光強度スペクトルを演算して再構成する。
Each light receiving element of the light receiving element array 1005 outputs an electric signal corresponding to the intensity of the incident light to the light intensity
本実施形態によれば、受光素子アレイ1005および1006の各受光素子の実効的な受光面積を小さくすることで高波長分解能を得る。すなわち、受光素子アレイ1005および1006のそれぞれの受光面上にスリット1007および1008をそれぞれ設け、各受光素子に入射する波長成分を制限することで高波長分解能を達成する。一方の受光素子アレイ1005のスリット1007の影によって受光できなくなった波長成分は、別の受光素子アレイ1006のスリット1007を用いて測定可能にする。
According to this embodiment, high wavelength resolution is obtained by reducing the effective light receiving area of each light receiving element of the light
具体的には、図1(B)に示すように、同じ受光面積を有する受光素子が同数配列された受光素子アレイ1005と受光素子アレイ1006とを用意し、それぞれの受光面側に透光部と遮光部の位相が逆転した状態で配列されたスリット1007および1008をそれぞれ設ける。言い換えれば、スリット1007によって、受光素子アレイ1005の各受光素子は、図1(B)の紙面に対して右半分(1/2)の受光面で受光し、左半分(1/2)の受光面がスリットの陰となる。他方、スリット1008によって、受光素子アレイ1006の各受光素子は、図1(B)の紙面に対して右半分(1/2)がスリットの陰となり、左半分(1/2)の受光面で受光する。したがって、受光素子アレイ1005により検出される分岐光はスリット1007の透光部の位置に応じた波長成分であり、受光素子アレイ1006により検出される分岐光はスリット1008の透光部の位置(すなわちスリット1007の遮光部の位置)に対応した波長成分である。これら受光素子アレイ1005および1006にて受光された波長成分毎の光強度を組み合わせれば、光ファイバ1001からの入力光の全波長を網羅でき、全体として波長分解能は2倍に向上する。
Specifically, as shown in FIG. 1B, a light receiving element array 1005 and a light
なお、ここではスリットによる波長成分の制限を受光素子面積の1/2とすることによって波長分解能を2倍にしたが、2倍に限定されるものではない。スリットの遮光部と透光部の面積比1/n(nは3以上の整数)を変えることによって理論的にはn倍の波長分解能を得ることができる。ただし、2倍にするときには入力光を2分岐して受光素子アレイ数も2倍、3倍にするときには入力光を3分岐して受光素子アレイ数も3倍に増やす、というように、n倍の波長分解能を得るには分岐数および受光素子アレイ数もn倍にすることが必要であるので、nが大きくなれば実装難度もあがる。
Here, the wavelength resolution is doubled by limiting the wavelength component by the slit to 1/2 of the light receiving element area, but the wavelength resolution is not limited to twice. By changing the
このように、本実施形態によれば、波長分解能を向上させることができるが、さらに入力光の波長成分が複数の受光素子アレイにより一括して同時に測定されるので、測定の高速化も達成できる。 As described above, according to the present embodiment, the wavelength resolution can be improved. However, since the wavelength components of the input light are simultaneously measured by the plurality of light receiving element arrays, the measurement can be speeded up. .
2.第1実施例
図2に示す光強度スペクトル測定装置は、図1における波長分解素子1003として回折格子2003を利用し、光強度スペクトル構成部1009としてアナログ−デジタル変換器(ADC)2009およびFPGA(Field Programmable Gate Array)2010を利用した例である。図3は、受光素子アレイ2005、受光素子アレイ2006における各受光素子とスリットの位置関係を示したものであり、位置と波長成分の関係も示してある。さらに、図4はハーフミラー2004により分岐された光信号ビーム2011、スリット2007および受光素子アレイ2005の位置関係を示したものであり、位置と波長成分の関係も示してある。以下、図2〜図4を参照しながら、高速かつ高波長分解能を同時に実現する光強度スペクトル測定装置の動作について詳細に説明する。
2. First Embodiment The light intensity spectrum measuring apparatus shown in FIG. 2 uses a
基本的な動作は図1と同様である。すなわち、光ファイバ2001より入力された光信号は、レンズ2002によって平行光に変換され、この平行光が回折格子2003によって波長成分ごとに空間的に分解される。波長分解された光信号はハーフミラー2004によって分岐され、一方の分岐光がスリット2007を受光面上に設けた受光素子アレイ2005へ、他方の分岐光がスリット2008を受光面上に設けた受光素子アレイ2006へ入射する。受光素子アレイ2005および2006から出力された光強度信号はADC2009によりデジタル変換され、FPGA2010により合成されて入力光の光強度スペクトルが得られる。
The basic operation is the same as in FIG. That is, an optical signal input from the
以下、図3および図4を参照して、スリット、受光素子アレイの各受光素子の位置関係、および位置と波長の関係について詳細に説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the positional relationship of each light receiving element of a slit and a light receiving element array, and the relationship between a position and a wavelength are demonstrated in detail.
スリット2007を有する受光素子アレイ2005において、受光素子アレイ2005の受光素子の受光面2013は、図3(C)に示すようにライン状に多数配列されている。以下、各受光素子の受光面積をSeとする。
In the light receiving
受光素子アレイ2005は、図3(A)に示すように、スリット2007によって各受光素子の受光面積が1/2になるように位置が調整されている。さらに、回折格子2003によって空間的に波長分解された光信号に対して、スリット2007を通過して受光できる波長成分がλ1,…,λ2i-1,…,λ2n-1となるように回折格子2003、スリット2007および受光素子アレイ2005の位置が調整されている。同様に、スリット2008を通過して受光できる波長成分がλ2,…,λ2i,…,λ2nとなるように回折格子2003、スリット2008および受光素子アレイ2006の位置が調整されている。このように位置調整された2組のスリット付き受光素子アレイ2005および2006を用いることにより、各受光素子の受光面積は実際にはSeだが、実効的には図3(B)に示すようにSe/2の受光面積を持った受光素子列と等価な受光素子配列2012となる。
As shown in FIG. 3A, the position of the light
ハーフミラー2004からスリット2007付き受光素子アレイ2005に入力される空間的に波長分解された光信号ビームは、回折格子2003によって波長ごとに出力方位が変わるため、図4に示すように受光素子アレイ2005の長手方向に広がった形状となる。また、スリット2007に結像された位置によって含まれる波長成分が異なっているため、スリット2007を通過して受光素子アレイ2005にて受光されたとき、受光素子アレイ2005のどの受光素子により受光したかの情報と波長情報とが予め分かっていれば、受光強度を測定することによって光強度スペクトルを測定することができる。スリット2008を有する受光素子アレイ2006に関しても動作は同様である。受光素子アレイ2005、2006で測定される光強度スペクトルは、それぞれ半分の波長成分しか含まれていないため、後に光強度スペクトルを再構成する必要がある。
The spatially wavelength-resolved optical signal beam input from the
ここで、入力光の波長成分を上述したようにλ1,λ2,…,λ2i-1,λ2i,…,λ2n-1,λ2nとする。この場合、波長分解能はΔλ=λ2i−λ2i-1と表すことができる。入力光は空間的に波長分解されているので、スリット2007の位置を調節することにより、受光素子アレイ2005へ入力される光信号の波長成分がλ1,…,λ2i-1,…,λ2n-1となるようにすることができる。一方、スリット2008の位置を調節することにより、受光素子アレイ2006へ入力される光信号の波長成分がλ2,…,λ2i,…,λ2nとなるようにすることができる。従って、受光素子アレイ2005、2006を両方用いることにより、入力光の全波長成分を検出することが可能となる。
Here, lambda 1 as described above a wavelength component of the input light, λ 2, ..., λ 2i -1, λ 2i, ..., λ 2n-1, and lambda 2n. In this case, the wavelength resolution can be expressed as Δλ = λ 2i −λ 2i−1 . Since the input light is spatially wavelength-resolved, by adjusting the position of the
ここで注意すべきは、波長分解能Δλである。受光素子アレイ2005、2006へ入力される光信号は、空間的に波長分解されているので、測定される光強度スペクトルの波長分解能は、受光素子アレイ2005、2006の受光素子の受光面積の大きさによって決まる。つまり、空間的に波長分解された入力光をどのくらい細かく位置分解して検出したかによって測定される光強度スペクトルの波長分解能が決まる。
What should be noted here is the wavelength resolution Δλ. Since the optical signals input to the light receiving
例えば、全受光面積がSaである受光素子アレイ2005が、受光面積がSeである100個の受光素子から構成されているとし(Sa=100×Se)、Saが測定すべき波長帯域Λに対応しているとする。この場合の波長分解能Δλは、Seに対応し、Δλ=Λ/100となる。
For example, it is assumed that the light receiving
これに対して、本実施例では、受光素子アレイ2005、2006の前にスリット2007、2008を設けてあるため、受光素子アレイ2005、2006に入力される光信号の波長成分が制限を受ける。具体的には、受光素子アレイ2005ではスリット2007によって受光素子の受光面積が1/2に制限されているため、有効受光面積Se’はSe’=Se/2となるため、Sa=100×Se’/2となる。SaがΛに対応しており、SaをSe’で分割していることになるので、波長分解能はΔλ=Λ/200となり、2倍の波長分解能となる。
In contrast, in this embodiment, since the
ただし、スリット2007の影になって受光できなくなる波長成分が発生するので、これを同様に構成された受光素子アレイ2006にて受光することにより、波長分解能を2倍にして全波長成分の光強度を測定することが可能となる。
However, since a wavelength component that cannot be received due to the shadow of the
具体的には、受光素子アレイ2005からはλ1,…,λ2i-1,…,λ2n-1(奇数)成分光強度、受光素子アレイ2006からはλ2,…,λ2i,…,λ2n(偶数)成分光強度がアナログ電圧値となってADC2009に入力される。ADC2009は、それぞれの入力アナログ電圧値をデジタル値に変換し、FPGA2010へ出力する。FPGA2010は、ADC2009から入力した奇数成分光強度と偶数成分光強度と並べ替えてλ1,λ2,…,λ2i-1,λ2i,…,λ2n-1,λ2nを構成し、全波長範囲の光強度スペクトルを得ることが得きる。
Specifically, from the light receiving
本実施例では、上記のように高波長分解能化された光強度スペクトル測定において、入力光の波長成分は一括して同時に測定される。従って、高速化と高波長分解能化を同時に実現する光強度スペクトル測定が可能となる。 In the present embodiment, in the light intensity spectrum measurement with high wavelength resolution as described above, the wavelength components of the input light are simultaneously measured. Therefore, it is possible to perform light intensity spectrum measurement that simultaneously realizes high speed and high wavelength resolution.
3.第2実施例
図5に示す本発明の第2実施例による光強度スペクトル測定装置は4倍の波長分解能を有する。図2に示す第1実施例との差異は、スリット通過波長成分を1/4とし、かつ、スリット付き受光素子アレイを4個利用している点である。波長分解能を4倍にするためには、受光素子アレイの各受光素子に入力される波長成分を、受光素子面積の1/4に制限する必要があるためである。そのため、スリットによって受光できなくなる波長成分が3/4に増えるため、4組のスリット付き受光素子アレイが必要となる。
3. Second Embodiment A light intensity spectrum measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 has a wavelength resolution four times as high. The difference from the first embodiment shown in FIG. 2 is that the slit-passing wavelength component is 1/4 and four light receiving element arrays with slits are used. This is because the wavelength component input to each light receiving element of the light receiving element array needs to be limited to ¼ of the light receiving element area in order to increase the wavelength resolution by four times. For this reason, the wavelength components that cannot be received by the slit increase to 3/4, so that four sets of light receiving element arrays with slits are required.
4つの分岐光を得るために、ハーフミラー3004にて2分岐した空間的に波長分解された光信号を、さらにハーフミラー3104、3204にてそれぞれ2分岐する構成となっている。ハーフミラー3104で分岐された分岐光の一方はスリット3107を通して受光素子アレイ3105へ入射し、他方はスリット3108を通して受光素子アレイ3106へ入射する。同様に、ハーフミラー3204で分岐された分岐光の一方はスリット3007を通して受光素子アレイ3005へ入射し、他方はスリット3008を通して受光素子アレイ3006へ入射する。スリット3007、3008、3107および3108と受光素子アレイ3005、3006、3105および3106と空間的に波長分解された光信号との位置関係は、既に述べたとおりであるから、その説明は省略する。
In order to obtain four branched lights, the spatially wavelength-resolved optical signal branched into two by the
なお、第2実施例の変形例として次のように構成することもできる。すなわち、スリット付き受光素子アレイを2組のまま、スリット通過波長成分を1/4とすると、得られる波長成分は1/2となる。得られた波長成分から、FPGA3010で隣接波長成分データから内挿補完することで欠損した波長成分を推定することも可能である。ただし、光強度スペクトル変化が大きい場合には誤差が大きくなるため、波長分解能が期待通り4倍にならない場合があることに注意しなければならない。測定する光強度スペクトル変化があまり大きくないことが予め分かっている場合には有効な構成である。
A modification of the second embodiment can be configured as follows. That is, if two sets of light receiving element arrays with slits are left and the slit passing wavelength component is 1/4, the obtained wavelength component is 1/2. It is also possible to estimate the missing wavelength component from the obtained wavelength component by interpolating the adjacent wavelength component data with the
4.効果
上述した本発明の第1実施例および第2実施例によれば、次のような効果を得ることができる。
4). Effects According to the first and second embodiments of the present invention described above, the following effects can be obtained.
第1の効果は、高速性と高波長分解能を同時に実現させることができる点である。その理由は、高速測定が可能だが高波長分解能の実現が困難な波長一括方式において、スリット付き受光素子アレイを複数設けることによって、高波長分解能を達成できるためである。 The first effect is that high speed and high wavelength resolution can be realized simultaneously. The reason is that high wavelength resolution can be achieved by providing a plurality of light receiving element arrays with slits in a wavelength batch method that allows high-speed measurement but difficult to achieve high wavelength resolution.
第2の効果は、低コストで実現可能な点である。その理由は、高波長分解能化を行うためには、受光素子アレイの受光素子面積を小さくすることが必要だが、これを実現するためには大規模な技術開発、設備投資が必要となる。しかし、スリットを設けることによって等価的に受光素子面積を制限するだけで実現が可能なためである。 The second effect is that it can be realized at low cost. The reason is that in order to achieve high wavelength resolution, it is necessary to reduce the light receiving element area of the light receiving element array, but in order to realize this, large-scale technology development and capital investment are required. However, this is because it can be realized simply by limiting the light receiving element area by providing a slit.
第3の効果は、実現が容易な点である。その理由は、構成するデバイスは、現状、商用で入手可能なものであるためである。 The third effect is easy to realize. The reason is that the device to be configured is currently commercially available.
第4の効果は、拡張性が高い点である。その理由は、スリット通過面積を変えることによって所望の波長分解能を設計できるためである。 The fourth effect is high extensibility. This is because a desired wavelength resolution can be designed by changing the slit passage area.
第5の効果は、適用範囲が広いことである。その理由は、高速かつ高波長分解能で光強度スペクトルを測定することが期待される領域は、リアルタイムの偏波分散モニタに限らず、デバイス物性評価やトモグラフィ等など様々な適用が可能なためである。 The fifth effect is that the application range is wide. The reason is that the region where the light intensity spectrum is expected to be measured at high speed and with high wavelength resolution is not limited to the real-time polarization dispersion monitor, but can be applied in various ways such as device property evaluation and tomography. is there.
本発明は波長分解ストークスベクトル測定や偏波分散モニタあるいはデバイス物性評価などに適用可能である。 The present invention can be applied to wavelength-resolved Stokes vector measurement, polarization dispersion monitor, or device physical property evaluation.
1001 光ファイバ
1002 レンズ
1003 波長成分分解素子
1004 ハーミラー
1005、1006 受光素子アレイ
1007、1008 スリット
1009 光強度スペクトル構成部
2001 光ファイバ
2002 レンズ
2003 回折格子
2004 ハーフミラー
2005、2006 受光素子アレイ
2007、2008 スリット
2009 A/Dコンバータ
2010 FPGA
2011 波長分解されたビーム径
2012 等価的な受光画素ピッチ
2013 実際の受光画素ピッチ
3001 光ファイバ
3002 レンズ
3003 回折格子
3004、3104、3204 ハーフミラー
3005、3006、3105、3106 受光素子アレイ
3007、3008、3107、3108 スリット
3009、3109 A/Dコンバータ
3010 FPGA
1001
2011 wavelength-resolved
Claims (10)
前記入力光を波長成分ごとに空間分解し波長成分ごとに空間分解された分解光を生成する波長成分分解手段と、
前記分解光を複数の分岐光に分岐する分岐手段と、
前記複数の分岐光をそれぞれ別個に受光する複数のスリット付き受光素子アレイと、
前記複数のスリット付き受光素子アレイでそれぞれ検出された波長成分ごとの光強度信号から前記入力光の光強度スペクトル情報を生成する光強度スペクトル生成手段と、
を有し、前記複数のスリット付き受光素子アレイの各々は、受光する分岐光の波長成分変化方向と受光素子のアレイ方向とが一致し、前記アレイ方向において各受光素子の受光面に対する当該受光面より狭いスリット透光部の位置がスリット付き受光素子アレイごとに異なる、ことを特徴とする光強度スペクトル測定装置。 An apparatus for measuring a light intensity spectrum of input light,
Wavelength component decomposition means for spatially resolving the input light for each wavelength component and generating decomposed light spatially decomposed for each wavelength component;
Branching means for branching the decomposed light into a plurality of branched lights;
A plurality of light receiving element arrays with slits for separately receiving the plurality of branched lights, and
A light intensity spectrum generating means for generating light intensity spectrum information of the input light from a light intensity signal for each wavelength component detected by each of the plurality of light receiving element arrays with slits;
Each of the plurality of light receiving element arrays with slits has a wavelength component change direction of the branched light to be received and an array direction of the light receiving elements, and the light receiving surface with respect to the light receiving surface of each light receiving element in the array direction A light intensity spectrum measuring apparatus, characterized in that the position of the narrower slit light transmitting portion is different for each light receiving element array with a slit.
前記光強度スペクトル生成手段が前記複数のスリット付き受光素子アレイでそれぞれ検出された波長成分ごとの光強度信号から内挿補完により前記入力光の光強度スペクトル情報を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の光強度スペクトル測定装置。 The branching unit branches the decomposed light into n (n is an integer of 2 or more) branched light, and in each light receiving element of each light receiving element array, the slit light transmitting portion is 1 of the light receiving surface of the light receiving element. / M (m> n) and is disposed at a position that does not overlap with the slit light-transmitting part having the interval of 1 / m in the other light receiving element arrays,
The light intensity spectrum generating means generates light intensity spectrum information of the input light by interpolation from light intensity signals for each wavelength component detected by the plurality of light receiving element arrays with slits,
The light intensity spectrum measuring apparatus according to claim 1.
波長成分分解手段が前記入力光を波長成分ごとに空間分解し波長成分ごとに空間分解された分解光を生成し、
分岐手段が前記分解光を複数の分岐光に分岐し、
複数のスリット付き受光素子アレイが前記複数の分岐光をそれぞれ別個にスリットを通して受光し、
光強度スペクトル生成手段が前記複数のスリット付き受光素子アレイでそれぞれ検出された波長成分ごとの光強度信号から前記入力光の光強度スペクトル情報を生成し、
前記複数のスリット付き受光素子アレイの各々において、受光する分岐光の波長成分変化方向と受光素子のアレイ方向と前記スリットのスリット透光部の配列方向とが一致しており、前記アレイ方向において各受光素子の受光面に対する当該受光面より狭いスリット透光部の位置がスリット付き受光素子アレイごとに異なる、ことを特徴とする光強度スペクトル測定方法。 A method for measuring a light intensity spectrum of input light,
Wavelength component decomposition means spatially decomposes the input light for each wavelength component to generate decomposed light that is spatially decomposed for each wavelength component,
A branching means branches the decomposed light into a plurality of branched lights,
A plurality of light receiving element arrays with slits receive the plurality of branched lights separately through the slits,
A light intensity spectrum generating means generates light intensity spectrum information of the input light from a light intensity signal for each wavelength component detected by each of the plurality of light receiving element arrays with slits,
In each of the plurality of light receiving element arrays with slits, the wavelength component change direction of the branched light to be received, the array direction of the light receiving elements, and the arrangement direction of the slit light transmitting portions of the slits match, A light intensity spectrum measuring method, wherein a position of a slit light transmitting portion narrower than the light receiving surface with respect to the light receiving surface of the light receiving element is different for each light receiving element array with a slit.
前記光強度スペクトル生成手段が前記複数のスリット付き受光素子アレイでそれぞれ検出された波長成分ごとの光強度信号から内挿補完により前記入力光の光強度スペクトル情報を生成する、
ことを特徴とする請求項5に記載の光強度スペクトル測定方法。 The branching unit branches the decomposed light into n (n is an integer of 2 or more) branched light, and in each light receiving element of each light receiving element array, the slit light transmitting portion is 1 of the light receiving surface of the light receiving element. / M (m> n) and is disposed at a position that does not overlap with the slit light-transmitting part having the interval of 1 / m in the other light receiving element arrays,
The light intensity spectrum generating means generates light intensity spectrum information of the input light by interpolation from light intensity signals for each wavelength component detected by the plurality of light receiving element arrays with slits,
The light intensity spectrum measuring method according to claim 5.
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