JP2017058417A

JP2017058417A - 光信号モニタ装置

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Publication number: JP2017058417A
Application number: JP2015181184A
Authority: JP
Inventors: 光雅中島; Mitsumasa Nakajima; 俊和橋本; Toshikazu Hashimoto; 賢哉鈴木; Masaya Suzuki; 慶太山口; Keita Yamaguchi; 城治山口; Joji Yamaguchi; 聖司岡本; Seiji Okamoto; 成根本; Shigeru Nemoto; 光樹芝原; Mitsuki Shibahara
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-09-14
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-09-14
Also published as: JP6434879B2

Abstract

【課題】プログラマブルに変化可能な光モニタ装置を提供する。【解決手段】モニタ対象の光信号の入力を行う入力ポート１１−ｉと、マトリックス状に配列された複数の画素と駆動部を有し、複数の画素の位相パタンを駆動部によって制御することにより各画素に入力する信号光の光位相を変化させて出射する空間光変調素子１４と、入力ポートから空間に出射された信号光が空間光変調素子上に照射するように信号光の出射光の角度及び位置を変換する光学素子１３と、空間光変調素子から出射した光が結合する受光ポート１６−ｍと、受光ポートに結合した光の強度を測定する受光素子１７−ｍと、受光素子で測定した光の強度に基づいて、光信号のモニタ内容に応じた測定値を算出する算出手段とを備え、空間光変調素子は、光信号のモニタ内容に応じて、信号光を、所定の方路へ、所定の強度・位相、遅延時間で出力されるように、複数の画素の位相パタンを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は光信号モニタ装置に関する。

インターネットトラフィックの増大と共に光ファイバ通信における通信容量増加のニーズは一層高まっている。この要求に答えるため、ファイバを通過する変調光の高速化・多値化や、波長方向、偏波方向、空間方向への多重化といった流れがますます進展している。このように複雑に変調された光信号の品質を長期において保つためには、光信号のモニタリング技術が重要となる。光信号のモニタには、例えば波長チャネルごとの光強度を測定する光チャネルモニタ（ＯＣＭ）、光信号のＳ／Ｎ比を測定するＯＳＮＲモニタ、光信号の波長分散（ＣＤ）を測定するＣＤモニタ、偏波分散（ＰＭＤ）を測定するＰＭＤモニタなどが挙げられる。これらをモニタする方式には、例えばＯＣＭであれば特許文献１の方式が、ＯＳＮＲであれば非特許文献１、２の方式が、ＰＭＤやＣＤであれば非特許文献３の方式などが挙げられる。ここで挙げる方式以外にもモニタリングの手法は様々に提案されており、それぞれ特徴を有する。

特開２００３−２０４３０２号公報国際公開公報ＷＯ２０１４／０８７６７３号パンフレット

J.H.Lee et al., "A Review of the Polarization-Nulling Technique for Monitoring Optical-Signal-to-Noise Ratio in Dynamic WDM Networks", Journal of Lightwave Technology, Vol.24, No.11, pp.4162-4171, 2006 X. Liu et al., "OSNR Monitoring Method for OOK and DPSK Based on Optical Delay Interferometer", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 19, No. 15, pp. 1172-1174, 2007 Y. K. Lize et al., "Independent and Simultaneous Monitoring of Chromatic and Polarization-Mode Dispersion in OOK and DPSK Transmission", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 19, No. 1, JANUARY 1, 2007

一方、光信号の品質のモニタは、設計時／開通時／運転時／故障時でそれぞれ異なるモニタ機能が要求される。例えば運転時においては、光信号の断通を即座に感知可能な光チャネルモニタが重宝されるが、回線設計時や故障解析時にはＯＳＮＲなどＢＥＲに直結する特性のモニタが重要となる。しかしながら、一般にはこれらの測定装置はそれぞれ光学構成が異なるために、全てのモニタ機能を各光ノードに配置するのはコストやサイズの観点で障壁が高い。

また、従来のＯＳＮＲ測定では、信号帯域外の自然放出光（ＡＳＥ）レベルを線形補完し、光信号パワーに対するＡＳＥ起因の雑音パワー比を推定することでＯＳＮＲをモニタするＡＳＥ補完法が一般的に用いられてきた。しかし、高シンボルレート化に伴う光信号の広帯域化や、多段の光フィルタ通過に伴うＡＳＥ光の非一様なスペクトル特性により、従来用いられてきたＡＳＥ補完法ではＡＳＥレベルを推定することが困難になってきており、信号帯域内の雑音パワーを直接推定することができるインバンド型ＯＳＮＲモニタ方法が求められている。さらに、光信号が伝搬する過程において、架空光ケーブルの揺れや保守運用者の光ケーブルへの接触や光ケーブルの温度変化などが原因となって、一般にＰＭＤは時間変化することが知られており、ＰＭＤの光信号への影響を常時監視することができればより高信頼の光通信システムを運用することができると期待される。また、リンク断の状況になった際に現用経路から切り替えるプロテクションを行う必要があり、ＣＤのモニタが必要とされる。

本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、その時々に合わせて光モニタ機能をプログラマブルに変化可能な光モニタ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、モニタ対象の光信号の入力を行う入力ポートと、平面内にマトリックス状に配列された複数の画素と前記画素を駆動する駆動部を有し、前記複数の画素の位相パタンを前記駆動部によって制御することにより各画素に入力する信号光の光位相を変化させて出射する空間光変調素子と、前記入力ポートから空間に出射された前記信号光が前記空間光変調素子上に照射するように前記信号光の出射光の角度及び位置を変換する光学素子と、前記空間光変調素子から出射した光が結合する受光ポートと、前記受光ポートに結合した光の強度を測定する受光素子と、前記受光素子で測定した光の強度に基づいて、前記光信号のモニタ内容に応じた測定値を算出する算出手段とを備え、前記空間光変調素子は、前記光信号のモニタ内容に応じて、前記信号光を、所定の方路へ、所定の強度・位相、遅延時間で出力されるように、前記複数の画素の位相パタンを制御することを特徴とする光信号モニタ装置である。

反射型ＳＬＭを用いた光信号モニタ装置の構成例を示す図である。反射型ＳＬＭを用いた光信号モニタ装置の構成の他の例を示す図である。反射型ＳＬＭを用いた光信号モニタ装置の構成の他の例を示す図である。反射型ＳＬＭを用いた光信号モニタ装置の構成の他の例を示す図である。反射型ＳＬＭを用いた光信号モニタ装置の構成の他の例を示す図である。反射型ＳＬＭを用いた光信号モニタ装置の構成の他の例を示す図である。ｚ軸方向から見た反射型ＳＬＭの構成において光照射領域を示す例である。ｚ軸方向から見た反射型ＳＬＭの構成において波長チャネルに分解した光照射領域を示す例である。を示す。ブレーズ状の位相パタンを示す図である。遅延干渉計における光の結合例について示す図である。のこぎり波に異なる周波数のｓｉｎ波を重畳した位相パタンを示す図である。ｚ軸方向から見た反射型ＳＬＭの構成において領域分割し、それぞれに異なる位相パタンを印加する構成を示す図である。遅延干渉計の構成例を説明する図である。９０°ハイブリッドを実現するように位相変調素子ＳＬＭを制御した例を示す図である。９０°ハイブリッド構成において受光ポートＡ、Ｂに結合する信号光の強度を示す図である。反射型ＳＬＭを用いた光スイッチ集積型光信号モニタ装置の構成例を示す図である。反射型ＳＬＭを用いた光スイッチ集積型光信号モニタ装置の構成の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
［第１の実施形態］
（光学系の基本構成）
図１は、反射型ＳＬＭ（ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ：空間光変調素子）位相変調素子を用いた光信号モニタ装置の構成例を示すものである。図１においては、入力ポートおよび受光ポートが配列する方向をｙ軸、光信号が伝搬する方向をｚ軸として示している。光信号モニタ装置は、入力ポートである複数の光ファイバ１１−ｉと、光ファイバ１１−ｉに対応して設けられた複数のコリメートレンズ１２−ｉと、光学素子１３と、ＳＬＭ１４と、コリメートレンズアレイ１５−１〜１５−ｍと、受光ポートである複数の光ファイバ１６−１〜１６−ｍと、光パワーモニタ１７−１〜１７−ｍとを備えて構成される。

光学素子１３は、光ファイバ１１−ｉからコリメートレンズ１２−ｉを介して入力された光を位相変調素子１４に向けて出射すると共に、位相変調素子１４から反射されてきた光を、コリメートレンズアレイ１５−１〜１５−ｍを介して光ファイバ１６−１〜１６−ｍに結合する。光学素子１３としては、入力された光を位相変調素子１４に向けて出射するように信号光の出射方向を変換する手段を用いることができ、例えばレンズや、プリズムや、回折格子などを用いることができる。

ＳＬＭ１４は、マトリックス状の画素の位相パタンを制御して、入力された光の光強度や光位相、遅延時間を制御して出力する。

図１に示す光信号モニタ装置おいては、入力されたｍ本の光信号は光ファイバ１１−ｉを介して空間に出射され、コリメートレンズ１２−ｉを介し、光学素子１３に与えられる。ここでｉはそれぞれの入力ポート番号に対応する値である。光学素子１３からの出射光はＳＬＭ１４によって反射され、再び光学素子１３を介し、コリメートレンズアレイ１５−１〜１５−ｍを経て、受光ポートである光ファイバ１６−１〜１６−ｍへ与えられる。受光ポートの後段には、光パワーモニタ１７−１〜１７−ｍが接続され、受光ポートに結合した光の強度を取得して、図示しない算出手段によって、受光ポートに結合した光の強度等に基づいてモニタ内容に応じた測定値を算出する。

ここで、光信号モニタ装置に入力する信号光は、例えば波長λｐ〜λｑまでを束ねるＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光でもよい。

図２に示すように、コリメートレンズ１２、１５−１〜１５−ｍ及び光学素子１３の間に波長分散素子１８を配置し、波長ごとに集光位置を異なるようにし、波長ごとに異なる位相パタンを設定可能としてもよい。図２では、波長分散素子は紙面垂直方向に回折性能を有しており、入力光の波長によりＳＬＭ１４の紙面垂直方向に異なる位置に光を照射してもよい。波長分散素子１８は光学素子１３とＳＬＭ１４の間に配置してもよい。

また、入力ポートの前段にマルチコアファイバの異なるコアを接続することで、コアごとの光信号をモニタする構成としてもよい。また、入力ポートが複数存在し、前段にマルチモードファイバを配置し、それぞれのモードがそれぞれの別々の入力ポートに接続されることで、モードごとの光信号をモニタする構成としてもよい。

図１、２では１つの入力ポートに対して受光ポートが１つずつ配置される場合を示しているが、図３のように１つの入力ポートに対して複数の受光ポートを設けて、ＳＬＭ１４からの出射角で選択可能としてもよい。図３のように配置することで、任意の、単一または複数の受光ポートへ任意の強度・位相、遅延時間で出力することが出来る。この場合は、受光ポートを時間的に切り替えることで異なる入力ポートや波長チャネルで共用できるといった機能を発現できる。

図４のように複数の入力ポートからの信号をＳＬＭ１４の同一領域内に結合させてもよい。この構成は、後述するような光信号の位相測定に対して有効である。

図５に示すように受光ポート後段に光カプラを接続し、異なる受光ポート間を干渉させて測定してもよい。この構成は、後述するＯＳＮＲモニタに有効である。

図６のように受光ポートの後段にバンドパスフィルタを接続し、任意の周波数の信号成分のみ測定してもよい。この構成は、後述するクロックトーン検出を利用したＰＭＤ、ＣＤモニタに有効である。

また、図１から図６に示した反射型ＳＬＭ１４に代えて、透過型のＳＬＭを用いることもできる。透過型のＳＬＭを用いる場合は、図１から６に示した構成において、入力側と出力側の光学系を、ＳＬＭ１４の中心を通過するｙ軸に対して線対称に構成すれば同等の機能を発現させることが出来る。

（位相変調素子の構成）
本実施形態の光信号モニタ装置で用いられるＳＬＭ１４についてさらに詳細に説明する。図７、８は、反射型のＳＬＭ１４をｚ軸方向から見た場合の構成を示す図である。図７は光照射領域を示し、図８は波長チャネルに分解した光照射領域を示す。ＳＬＭはｘｙ平面上にｐ×ｑ個の画素がマトリクス状に配列され、各画素において光の位相を独立に制御する多数の画素４１−１１、４１−ｐｑと、各画素の位相を制御するドライバ素子４２と、裏面に反射部４３とを具備する。なお、透過型のＳＬＭ１４は、図７、８の裏面の反射部４３を設けない構成を備えている。

上記の光信号モニタ装置において、ＳＬＭ１４に光を入射した場合の光照射領域は図７に示す領域Ｒのようになる。領域Ｒ内の各画素に、特定の位相パタンを与えることによって出射光の波面を制御し、出射光の進行方向及びその方向の光強度・位相の制御を行うことが出来る。入力光を複数方向にスプリットさせて出力することも可能である。また、入射光をＷＤＭ信号とし、回折格子でｘ軸方向（例えば図２、４の紙面垂直方向）に分散させる場合、その入射領域は、図８に示すように波長チャンネルごとに異なり、領域Ｒ１〜Ｒｎのようになる。この場合、領域Ｒ１〜Ｒｎの位相パタンを独立に制御することで波長チャンネルごとに異なる単一または複数の受光ポート選択、出力光強度・位相及び遅延量を設定可能である。

ＳＬＭ１４は、例えばＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）を用いて実現可能である。本素子では、液晶材料の配向方向を、ドライバ電極に印加する電圧で制御可能であり、これによって入力信号が感じる液晶の屈折率を変化させ位相を制御することが可能である。表面電極を透明電極とし、裏面電極を反射電極とすることで反射型の位相変調器が実現可能である。また、表面及び裏面電極の両方を透明電極とすることで、透過型位相変調器が実現可能である。また、液晶材料の代わりに電気光学効果を示す材料を用いても構わない。

ＳＬＭ１４は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）ミラーを用いても実現可能である。例えば電圧を印加することで、各画素の位置に対応するミラーをｚ軸方向へ変位させることで画素ごとに光路長を変化させ、位相を制御することが可能である。

以上説明した光信号モニタ装置では、光パワーモニタ１７において取得した光の強度から光信号について様々な測定をすることができる。たとえば、光チャネルモニタ（ＯＣＭ）、ＯＳＮＲモニタ、ＰＭＤ／ＣＤモニタ、光位相モニタをすることができる。これらの測定法について以下に説明する。

（光チャネルモニタ方法）
次に、以上説明した構成を備える本実施形態の光信号モニタ装置において光チャネルモニタ（ＯＣＭ）を行う方法について記述する。ここでは図３に示す光学系を用いる方法を例に挙げて説明するが、図１から図６のいずれの光学系においても下記と同様の手法で光チャネルの強度モニタをすることができる。

入力信号の光強度Ｐは、例えば単一の受光ポートとして光ファイバ１６−１を選択し、その光ファイバ１６−１におけるパワーモニタの受光強度Ｐ_PD及びポート選択時の光学系の結合による損失の値αから次式を通じて換算可能である。

単一の受光ポートに光を結合させるためには例えば図９に示すようなブレーズ状の位相パタンを印加すればよい。損失αの値は、実験または光伝搬シミュレーション等によってあらかじめ保持しておくことが出来るため、Ｐ_PDをモニタすることで光チャネルの強度Ｐの値を特定することができる。

また、図５、６のように１つの入力ポートに対して複数の受光ポートが存在する場合、例えばその数の分だけ異なる波長チャネルを測定可能である。受光ポートの数が波長チャネルの数よりも少ない場合は、例えば時間と共に受光ポートに結合させる波長チャネルを変化させ、その時間と波長の関係を記録しておくことで、異なる波長チャネルを同一の受光ポートで測定することが可能である。この際、測定対象外の波長チャネルは受光ポートに結合させないようにＳＬＭに対して位相パタンを印加することで所望の波長チャネル以外の影響を除去可能である。これによって、受光ポート数が削減できるため系の小型化、低コスト化といった付加的な価値を提供可能である。

（ＯＳＮＲモニタ方法）
本実施形態の光信号モニタ装置においてＯＳＮＲモニタを行う方法について記述する。まず図５に示す光学系を利用する場合の手法について記述する。光学系ＯＳＮＲモニタは、複数の方式が提案されているがここでは非特許文献２に記載の遅延干渉計を用いたＯＳＮＲモニタ方法について記述する。本方式は他方式に比較し、ｉｎ−ｂａｎｄでの測定が可能、変調信号フォーマットに依らず測定可能、偏波モード分散や波長分散耐性に優れるといった優れた特徴を有する。一般に非特許文献２に示すような遅延干渉計は波長フィルタ、遅延線、光位相掃引素子、光スプリッタといった複数の光学部材が必要となるが、本実施形態の光信号モニタ装置では、これらの部材により実現できる遅延干渉計の機能をより少ない部材により実現できる。

図１０は、図５に示す光学系において実現される遅延干渉計における光の結合例について示す図である。ＳＬＭ１４に入射された光は２分岐され、異なる受光ポートである光ファイバ１６−ｎ、１６−ｎ−１に結合する。この際、方路に応じて通過する光路長が異なるために相対的な遅延量Δτが発生する。Δτは信号光の１シンボル周期の自然数倍または自然数分の１に設定することで、所望しないビート成分を排除することが出来、測定の精度が向上する。また、受光ポートに結合しなければ、ＳＬＭ１４から出射する光の分岐数は２方路以上でも構わない。

受光ポート１６−ｎ、１６−ｎ−１に結合した信号光はそれぞれ光カプラ１９−（ｎ／２）の異なる入力ポートに接続され干渉を生じる。光カプラ１９−（ｎ／２）の後段に光パワーモニタ１７−（ｎ−１）、１７−ｎが配置されており、それぞれの強度Ｐ_PD1、Ｐ_PD2を測定することで、遅延干渉計の干渉光強度を測定することが可能である。ＳＬＭ１４上で二分岐した光のうちの一方の位相を掃引することによって分岐した２つの光の相対的な位相差φを掃引し、それぞれのポートにおける干渉光強度の比が最大になるように設定した時のそれぞれのパワーモニタの強度比Ｒ＝Ｐ_PD1／Ｐ_PD2を用いて、ＯＳＮＲは次式から計算できる。（非特許文献２参照）

上記式（２）において、ｓおよびｎは、光ノイズが存在しないときおよび光信号が存在しない場合のＲの値であり、ＮＥＢはノイズ成分の実効的な透過帯域である。ｓ及びｎは事前にキャリブレーションすることで、ＮＥＢはＳＬＭで設定する透過帯域の幅から算出可能である。従って上述のＲをモニタすることで、ＯＳＮＲを推定することが可能である。

光を複数方路にスプリットし、それら相対位相を掃引する位相パタンはＣＧＨ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ）を用いて求めることが出来る他、特許文献２記載の周波数変調を用いることが出来る。これは例えば、図１１に記述するような、のこぎり波に異なる周波数のｓｉｎ波を重畳することで実現できる。相対位相差はｓｉｎ波の位相値を変化することで掃引可能である。重畳する波（位相パタン）はｓｉｎ波だけでなくのこぎり波や三角波など、周期性をもてば同様の機能を発現させることが出来る。重畳する波の振幅も制御することで、入射する波に所望の光位相の変化を与えることができる。また、図１２のように入射ビームの結合するＳＬＭ上の領域を分割し、それぞれに異なる位相パタンを印加することでも実現できる。

次に図３に示す光学系を用いてＯＳＮＲモニタを行う手法について記述する。このほかにも図１から図６のいずれの光学系においても下記と同様の手法でＯＳＮＲモニタ可能である。図１３は図３の光学系をｙ軸方向から見た光学構成である。図１３では、便宜的に入力側と受光側が同じ構成として示されている。本構成ではＳＬＭ１４上で分岐した２つのビームが光路差を与えられた後に同一の受光ポート１６で結合するように僅かに出射角度が異なるように設定しておくことでカプラ無しでも干渉光の測定が可能となっている。

受光ポート１６では、それぞれ分岐した光信号の光路差に応じて相対的な遅延量Δτで結合され、これによって遅延干渉計が構成される。Δτは信号光の１ｂｉｔ周期の自然数倍または自然数分の１に設定することで、所望しないビート成分を排除することが出来、測定の精度が向上する。また、受光ポートに結合しなければ、ＳＬＭ１４から出射する光の分岐数は２方路以上でも構わない。受光ポートの後段に光パワーモニタ１７を配置し、ＳＬＭ１４上で二分岐した光の相対的な位相差φを掃引しながら、パワーモニタの強度が最大となる光モニタ強度Ｐｍａｘ及び最小となる強度Ｐｍｉｎを記録し、その比率Ｒ＝Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎを求めることで式（２）からＯＳＮＲを算出することが出来る。本構成は、前記したＯＳＮＲモニタ構成と比較し、部品点数削減といった優れた効果が得られる。

また、図３、５のように１つの入力ポートに対して複数の受光ポートが存在する場合、例えばその数の分だけ異なる波長チャネルを測定可能である。受光ポートの数が波長チャネルの数よりも少ない場合は、例えば時間と共に受光ポートに結合させる波長チャネルを変化させ、その時間と波長の関係を記録しておくことで、異なる波長チャネルを同一の受光ポートで測定することが可能である。この際、測定対象外の波長チャネルは受光ポートに結合させないようにＳＬＭに対して位相パタンを印加することで所望の波長チャネル以外の影響を除去可能である。これによって、受光ポート数が削減できるため系の小型化、低コスト化といった付加的な価値を提供可能である。

（ＰＭＤ／ＣＤモニタ）
次に、図６の光信号モニタ装置においてＰＭＤ及びＣＤのモニタを行う方法について説明する。ＰＭＤ及びＣＤモニタは、複数の方式が提案されているがここでは非特許文献３に記載の遅延干渉計を用いてクロックトーンからＰＭＤ、ＣＤをモニタする方法を採用することができる。本方式は他方式に比較し、変調信号フォーマットに依らず測定可能、光学構成が簡易といった優れた特徴を有する。

クロックトーンからＰＭＤ、ＣＤをモニタする遅延干渉計は、ＯＳＮＲモニタを実現する図５に示す光学構成の光信号モニタ装置の受光ポートの後段にバンドパスフィルタ２０を配置した図６の構成により実現できる。バンドパスフィルタ２０で、所定の周波数のクロックトーンを抽出して、この抽出したクロックトーンの信号強度を測定することでＰＭＤ、ＣＤをモニタすることができる。クロックトーン強度は、ＰＭＤ、ＣＤの発生に応じて変動する。したがって、クロックトーン強度とＰＭＤ、ＣＤの発生レベルの相関関係を前もって測定して、相関関係を較正線として保持しておき、この較正線に基づいて測定したクロックトーン強度に対応するＰＭＤ、ＣＤを特定することによりＰＭＤ、ＣＤをモニタすることができる。

図６の光信号モニタ装置においてカプラなしで干渉光の測定をするために、ＯＳＮＲのモニタ方法で説明した図１３に示す構成において、受光ポート１６と光パワーモニタ１７との間にバンドパスフィルタ２０を配置した構成でクロックトーン信号の強度を測定する。本構成ではＳＬＭ１４上で分岐した２つのビームが光路差を与えられた後に同一の受光ポート１６で結合するように僅かに出射角度が異なるように設定しておくことでカプラ無しでも干渉光の測定が可能となっている。

受光ポート１６では、それぞれ分岐した光信号の光路差に応じて相対的な遅延量Δτで結合され、これによって遅延干渉計が構成される。Δτは信号光の１ｂｉｔ周期の自然数倍または自然数分の１に設定することで、所望しないビート成分を排除することが出来、測定の精度が向上する。また、受光ポートに結合しなければ、ＳＬＭ１４から出射する光の分岐数は２方路以上でも構わない。

また、図６のように１つの入力ポートに対して複数の受光ポートが存在する場合、例えばその数の分だけ異なる波長チャネルを測定可能である。受光ポートの数が波長チャネルの数よりも少ない場合は、例えば時間と共に受光ポートに結合させる波長チャネルを変化させ、その時間と波長の関係を記録しておくことで、異なる波長チャネルを同一の受光ポートで測定することが可能である。この際、測定対象外の波長チャネルは受光ポートに結合させないようにＳＬＭに対して位相パタンを印加することで所望の波長チャネル以外の影響を除去可能である。これによって、受光ポート数が削減できるため系の小型化、低コスト化といった付加的な価値を提供可能である。

（光位相モニタ）
本実施形態の光信号モニタ装置において光位相モニタを行う方法について説明する。ここでは図３の光学系を用いて光位相モニタを行う場合を例に挙げて説明する。光位相モニタには９０°ハイブリッド構成を採用することが一般的であり、以下ではＳＬＭ１４を用いることで９０°ハイブリッドと同等な測定を行う手法について記述する。

図１４は、図３の光学系において９０°ハイブリッドを実現するように位相変調素子ＳＬＭを制御した例である。位相の基準となる光信号Ｐ’（実線で示される光路）と被測定光信号Ｐ（破線で示される光路）を異なる入力ポートから入射し、ＳＬＭ上でそれぞれ３分岐する。分岐された信号のうち各光信号ＰとＰ’について１つずつを受光ポートＡに結合するように制御し、受光ポートＡに結合した信号とは異なる信号を光信号ＰとＰ’について１つずつを受光ポートＢに結合する。残りの分岐信号は受光ポートには結合させなくてよい。この際、光信号Ｐ、Ｐ’のうちどちらか一方の分岐信号に対して受光ポートＡ、Ｂに結合する２つの光の光位相差Δφを設定する。

受光ポートＡ、Ｂはそれぞれ遅延線干渉計として動作するため、ＰとＰ’間の光路長差を起因とした相対的な位相差Δθに応じて光強度が変動する。この時受光ポートＡ、Ｂにおける信号光の強度はΔθに対して図１５のように変動する。図１５から分かるように、それぞれのポートの受光強度はΔΨ分だけずれるので、両方の光強度の値を観測することで位相値を一意に定めることが出来る。光を３分岐するには、例えば前述のｓｉｎ波重畳や、領域の分割、ＣＧＨの利用などが考えられる。

また、図３のように１つの入力ポートに対して複数の受光ポートが存在する場合、例えばその数の分だけ異なる波長チャネルを測定可能である。受光ポートの数が波長チャネルの数よりも少ない場合は、例えば時間と共に受光ポートに結合させる波長チャネルを変化させ、その時間と波長の関係を記録しておくことで、異なる波長チャネルを同一の受光ポートで測定することが可能である。この際、測定対象外の波長チャネルは受光ポートに結合させないようにＳＬＭに対して位相パタンを印加することで所望の波長チャネル以外の影響を除去可能である。これによって、受光ポート数が削減できるため系の小型化、低コスト化といった付加的な価値を提供可能である。

（プログラマブルモニタ）
例えば図６に示す光学系構成の光信号モニタ装置を用いれば上述の方法から、ＳＬＭ１４上の位相パタンを変化させることのみでＯＣＭ、ＯＳＮＲ、ＰＭＤ、ＣＤのモニタ機能を任意に変更することが出来る。ＳＬＭ１４の位相パタンは外部からプログラマブルに変更できるので、その時々のニーズに合わせて所望の特性を柔軟にモニタすることができる。これによって、例えば、回路設計時には、ＯＳＮＲ、ＧＤをモニタし光信号品質に対するバジェット設計に適用する、運用中はＰＭＤモニタやＯＳＮＲモニタを用いて光信号品質を劣化させる一定の閾値を超えないように監視する、故障解析時にはＯＣＭによりリンク断箇所を特定する、などといったことが可能となり、回線設計の高度化、保守運用の高信頼化、故障解析の効率化などに資する。

本実施形態の光信号モニタ装置では、反射型ＳＬＭ（ＳｐａｔｉａｌＬｉｇｈｔＭｏｄｕｌａｔｏｒ：位相変調素子）を任意の方路へ任意の強度・位相、遅延時間で出力するように制御することにより、その時々に合わせて光モニタ機能をプログラマブルに変化可能な光モニタ装置を提供する。また、本実施形態の光信号モニタ装置によれば、任意の波長チャネルや入力コアの光信号を抜き出してモニタ出来る他、波長チャネルごとや入力コアごとに異なるモニタ機能の付与を行うことも可能である。

［第２の実施形態］
この実施形態の光スイッチ集積型光信号モニタ装置は、第１の実施形態で説明したモニタ機能を実現する光信号モニタ装置に光スイッチを組み合わせた構成である。本実施形態の光スイッチ集積型光信号モニタ装置は、入力信号を光カプラで分岐し、分岐した光信号を、光信号モニタ装置の入力と、光スイッチの入力に結合する。

図１６、１７は、本実施形態の反射型ＳＬＭを用いた光スイッチ集積型光信号モニタ装置の構成例を示す図である。ただし、入力および受光ポートが配列する方向をｙ軸、光信号が伝搬する方向をｚ軸としている。

光スイッチ集積型光信号モニタ装置において、入力ポート２１から入射した光信号は光カプラ２２によって分岐され、それぞれ光スイッチ用と光信号モニタ用の入力光ファイバ２３、２４に接続される。それぞれの光信号は空間に出射され、コリメートレンズ２５、２６を介し、光学素子２７に与えられる。

光学素子２７からの出射光はＳＬＭ２８によって反射され、再び光学素子２７を介し、コリメートレンズアレイ２９−１〜２９−ｎ’および３０−１〜３０−ｎ、出力ポートと受光ポートである光ファイバ３１−１〜３１−ｎ’および３２−１〜３２−ｎへ与えられる。光スイッチレイヤの出力ポート側の光信号はそのまま出力ポートから出力される。光モニタ用の受光ポートの後段には、光パワーモニタ３３−１〜３３−ｎが接続され、受光ポートに結合した光のモニタが可能である。ここで、光信号は、ＳＬＭ２８へ与えられた位相パタンによって光強度や光位相、遅延時間が選択される。

光学素子２７としては、入力された光をＳＬＭに向けて出射するように信号光の出射方向を変換する手段を用いることができ、例えばレンズやプリズム、反射ミラー、回折格子を用いることができる。入力する信号光は、例えば波長λｐ〜λｑまでを束ねるＷＤＭ光でもよい。

また、図１７に示すように、コリメートレンズ及び光学素子の間に波長分散素子３４を配置し、波長ごとに集光位置を異なるようにし、波長ごとに異なる位相パタンを設定可能としてもよい。図１７では、波長分散素子は紙面垂直方向に回折性能を有しており、入力光の波長によりＳＬＭの紙面垂直方向に異なる位置に光を照射してもよい。波長分散素子３４は光学素子２７とＳＬＭ２８の間に配置してもよい。また、入力ポートの前段にマルチコアファイバの異なるコアを接続することで、コアごとの光信号をモニタする構成としてもよい。また、入力ポートが複数存在し、前段にマルチモードファイバを配置し、それぞれのモードがそれぞれの入力ポートに接続されることで、モードごとの光信号をモニタする構成としてもよい。

図１６、１７では受光ポートが１つずつ配置される場合を示しているが、第１の実施形態のように複数の受光ポートをＳＬＭ２８からの出射角で選択可能としてもよい。これにより、任意の単一または複数の受光ポートへ任意の強度・位相、遅延時間で出力することが出来る。この場合は、受光ポートを時間的に切り替えることで異なる入力ポートや波長チャネルで共用できるといった機能を発現できる。また、複数の入力ポートからの信号をＳＬＭの同一領域内に結合させてもよい。この構成は、前述した光信号の位相測定に対して有効である。

また、受光ポート後段に光カプラを接続し、異なる受光ポート間を干渉させて測定してもよい。これは、前述のようにＯＳＮＲモニタに有効である。また、受光ポートの後段にバンドパスフィルタを接続し、任意の周波数の信号成分のみ測定してもよい。これは、前述のようにＰＭＤ、ＣＤモニタに有効である。また、ＳＬＭは透過型であってもよい。この場合は、例えばＳＬＭの中心を通過するｙ軸に対して線対称に光学系を配置すれば同等の機能を発現させることが出来る。光モニタの手法は第１の実施形態と同様の手法を利用すればよい。

本実施形態の光スイッチ集積型光信号モニタ装置は、波長選択スイッチを含む光スイッチデバイスと光信号モニタ装置とを同一光学系中に集積化させることが可能であるため、コストやサイズの増加を抑制しつつ各光ノードに多数のモニタ機能を集積することが可能となる。

１１光ファイバ
１２コリメートレンズ
１３光学素子
１４ＳＬＭ
１５コリメートレンズアレイ
１６光ファイバ
１７光パワーモニタ
１８波長分散素子
４１画素
４２ドライバ素子

Claims

モニタ対象の光信号の入力を行う入力ポートと、
平面内にマトリックス状に配列された複数の画素と前記画素を駆動する駆動部を有し、前記複数の画素の位相パタンを前記駆動部によって制御することにより各画素に入力する信号光の光位相を変化させて出射する空間光変調素子と、
前記入力ポートから空間に出射された前記信号光が前記空間光変調素子上に照射するように前記信号光の出射光の角度及び位置を変換する光学素子と、
前記空間光変調素子から出射した光が結合する受光ポートと、
前記受光ポートに結合した光の強度を測定する受光素子と、
前記受光素子で測定した光の強度に基づいて、前記光信号のモニタ内容に応じた測定値を算出する算出手段とを備え、
前記空間光変調素子は、前記光信号のモニタ内容に応じて、前記信号光を、所定の方路へ、所定の強度・位相、遅延時間で出力されるように、前記複数の画素の位相パタンを制御することを特徴とする光信号モニタ装置。
前記空間光変調素子は、前記入力ポートから入力された光信号が、単一の前記受光ポートに光結合するように制御し、前記算出手段は、該受光ポートにおいて測定された光の強度と前記受光ポートに結合する際の光学系の損失の値αとに基づいて、前記入力された光信号の強度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の光信号モニタ装置。
前記空間光変調素子は、出射される光信号をｎ（ｎは２以上の整数）方向以上に分岐し、ｎ個に分岐された光信号のそれぞれに対し、異なる時間遅延量τ_nを付与し、分岐された光信号のうち少なくとも２つ以上を同一の受光ポートに結合させることにより遅延干渉計を形成し、前記分岐された信号のうちの少なくとも１つ以上の光位相を０から２πまで変化させることによって干渉光強度を変化させ、前記受光手段は、前記干渉光強度が変化した光の受光強度を測定し、前記算出手段は、該受光強度の最大値と最小値を記録し、記録した最大値と最小値との比率からＯＳＮＲを算出することを特徴とする、請求項１に記載の光信号モニタ装置。
前記受光素子は、前記受光ポートに結合した光をフィルタリングするバンドパスフィルタを有し、
前記空間光変調素子は、出射される光信号をｎ（ｎは２以上の整数）方向以上に分岐し、ｎ個に分岐された光信号のそれぞれに対し、異なる時間遅延量τ_nを付与し、分岐された光信号のうち少なくとも２つ以上を同一の受光ポートに結合させることにより遅延干渉計を形成し、前記分岐された信号のうちの少なくとも１つ以上の光位相を０から２πまで変化させることによって干渉光強度を変化させ、前記受光手段は、前記干渉光強度が変化した光を前記バンドパスフィルタリングによりフィルタリングしてクロックトーン信号の受光強度を測定し、前記算出手段は、該受光強度の最大値と最小値を記録し、記録した最大値と最小値との比率から波長分散量または偏波モード分散またはその両方を算出することを特徴とする、請求項１に記載の光信号モニタ装置。
前記時間遅延量τ_nは、光信号の１ｂｉｔ長さの自然数倍、または自然分の１であることを特徴とする、請求項３または４に記載の光信号モニタ装置。
前記入力ポートは、測定対象の光信号を入力する光信号入力ポートと、光位相の基準となる基準光信号を入力する基準光信号入力ポートを有し、前記受光ポートは、第１の受光ポートと第２の受光ポートを有し、
前記空間光変調素子は、入力された光信号および基準光信号をそれぞれ２方向以上に分岐して、分岐された光信号および基準光信号のうちの少なくとも１つずつを前記第１の受光ポートに結合し、分岐された残りの光信号および基準光信号のうち少なくとも１つずつを前記第２の受光ポートに結合し、
前記空間光変調素子は、第２の受光ポートに結合する光信号および基準光信号のいずれかの光位相が第１の受光ポートに結合する信号に対しΔφだけ異なる値になるように位相を設定し、前記算出手段は、前記第１の受光ポートおよび前記第２の受光ポートにおける光強度の値から光信号および基準光信号の相対的な光位相を算出することを特徴とする、請求項１に記載の光信号モニタ装置。
前記光学素子は、前記入力信号の波長ごとに前記空間光変調素子上の異なる位置に結合させる波長分散素子を有し、前記空間光変調素子は、任意の波長チャネルのみが受光ポートに結合するように位相パタンを制御することにより、任意の波長チャネルの光信号を抽出してモニタすることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の光信号モニタ装置。
前記空間光変調素子は、結合させる入力ポートまたは波長チャネルを時間的に変化させることで、複数の入力ポートに対して１つの受光ポートを共用させることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の光信号モニタ装置。
請求項１から８のいずれかに記載の光信号モニタ装置と、
光スイッチと、
入力される光信号を、前記光信号モニタ装置と前記光スイッチとのいずれかに入力するように分岐する光カプラとを備えたことを特徴とする光スイッチ集積型光信号モニタ装置。