JP2023159688A - 測定システム及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊なＬＮ変換器を使用せずに精度高く性能指標の周波数特性を測定する。【解決手段】光源から入力される光と変調信号とに基づいて２トーン光を発生させ、前記２トーン光をＤＵＴへと出力する２トーン光生成装置と、前記２トーン光生成装置から前記２トーン光が入射し、前記２トーン光のパワーを測定する光計器と、前記変調信号を前記２トーン光生成装置に出力し、複数の異なる前記変調信号の周波数に基づいて前記ＤＵＴから入力されるＲＦ信号のパワーを測定する電気計器と、を備える測定システム。【選択図】図１

Description

本発明は、測定システム及び測定方法に関する。

電気光変換デバイス及び光電気変換デバイスの性能指標として、電気から光への又は光から電気への変換効率がある。変換効率は変換される電気信号又は光信号の周波数により変化する。変換効率の周波数特性の測定方法には、周波数の差が分かっている２つの光波を使用するヘテロダイン法がある。２つの光波の生成にはＬＮ変調器が用いられることがある。

特許第５９０４５６６号公報

ＬＮ変調器により生成される光には異なる２つの周波数でピークが見られる。しかしながら、ＬＮ変調器により生成される光にはピークが見られる２つの周波数の間においてもピークが見られ、これはキャリア成分と呼ばれる。この光が光電気変換されると電気信号にキャリア成分が含まれることがあり、誤差の原因となる場合がある。特許文献１においては、ＬＮ変調器に含まれるマッハツェンダー導波路が、さらにサブマッハツェンダー導波路を含む構成によりキャリア成分を抑制している。しかし、特殊なＬＮ変調器であるため高価であり入手が難しいことがある。
本発明の目的は、上述した課題を解決する測定システムを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、測定システムは光源から入力される光と変調信号とに基づいて２トーン光を発生させ、前記２トーン光をＤＵＴへと出力する２トーン光生成装置と、前記２トーン光生成装置から前記２トーン光が入射し、前記２トーン光のパワーを測定する光計器と、前記変調信号を前記２トーン光生成装置に出力し、前記変調信号の周波数に基づいて前記ＤＵＴから入力されるＲＦ信号のパワーを測定する電気計器と、を備える。

本発明によれば、特殊なＬＮ変換器を使用せずに精度高く性能指標の周波数特性を測定することができる。

第１の実施形態に係る測定システムの構成を示す図である。 ２トーン光生成装置の構成を示す図である。 ２トーン光の周波数の一例を示す図である。 ＤＵＴにより生成されるＲＦ信号の周波数成分を示す図である。 電気計器の構成を示す図である。 周波数が異なる変調信号に基づく２トーン光とＲＦ信号を示す図である。 内部ＰＤ測定システムの構成を示す図である。 内部ＰＤ測定システムの構成を示す図である。 内部ＰＤ測定システム２の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
〈第１の実施形態〉
図１は、第１の実施形態に係る測定システム１の構成を示す図である。
測定システム１は、電気計器１０、２トーン光生成装置１２、光計器１４を備える。

電気計器１０は、電気信号を出力し、入力された電気信号を測定する。電気計器１０は、例えば電気計器１０は、例えばベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）である。電気計器１０は、例えばシグナルジェネレータとスペクトラムアナライザを組み合わせたものである。電気計器１０の構成については後述する。

２トーン光生成装置１２は、変調信号と内部の光源が出力する光に基づいて２トーン光を生成する。図２は、２トーン光生成装置１２の構成を示す図である。２トーン光生成装置１２は、光源１２１、光変調器１２２、バイアス電圧発生器１２３、ＥＤＦＡ(erbium-doped fiber amplifier)１２４、ＶＯＡ(variable optical attenuator)１２５、カプラ１２６を備える。

光源１２１は、光変調器１２２にキャリア信号光を出力する。光源１２１から出力されるキャリア信号光は単色光である。光源１２１から出力される光の波長は外部から制御される。光源１２１は、例えばiTLA(integrable tunable laser assembly)である。

光変調器１２２は、電気計器１０から入力される変調信号及び光源１２１から入力されるキャリア信号光に基づいて２トーン光を生成する。変調信号は単一の周波数を有する電気信号である。光変調器１２２は例えばマッハツェンダー導波路を備える。光変調器１２２は電気計器１０から変調信号が印加され、バイアス電圧発生器１２３からヌル点（キャリア信号光出力が最小となるバイアス点）でバイアス電圧が印加される。バイアス電圧発生器１２３が印加する電圧は外部から制御される。光変調器１２２に入力される光の周波数をＦ_０とし、電気計器１０から入力される変調信号の周波数をＦ_ｒｆとすると、光変調器１２２から出力される２トーン光は、Ｆ_０±Ｆ_ｒｆにピークを有する。

図３は、２トーン光の周波数の一例を示す図である。２トーン光は例えば周波数Ｆ_０＋Ｆ_ｒｆ（＝Ｆ_＋１）と周波数Ｆ_０－Ｆ_ｒｆ（＝Ｆ_－１）にピークを有する。また、バイアス制御が理想的な状況でない場合や、導波路の性能により、キャリア周波数成分が抑圧されず、ある程度残留するケースが一般的である。

ＥＤＦＡ１２４は、光変調器１２２から入力される光を増幅する。ＥＤＦＡ１２４は、増幅した光をＶＯＡ１２５に出力する。

ＶＯＡ１２５は、ＥＤＦＡ１２４から入力される光を減衰させる。ＶＯＡ１２５にはバイアス電圧発生器１２３により電圧が印加される。ＶＯＡ１２５は、印加される電圧量によりＥＤＦＡ１２４から入力される光の減衰量を変化させる。

カプラ１２６は、ＶＯＡ１２５から入力される光を分岐する。カプラ１２６は、分岐した光を光計器１４及びＤＵＴ(Device Under Test)２０に分岐する。

光計器１４は、２トーン光生成装置１２から入力される光のパワーを測定する。光計器１４は、例えば光パワーメータであって、２トーン光生成装置１２から入力される光のパワーを測定する。光計器１４は、光スペクトラムアナライザであって、two-toneの二つの成分の光のパワーを測定してもよい。例えば、光計器１４は、図３において周波数がＦ_＋１とＦ_＋１である光のパワーの和のみを測定し、キャリア成分である周波数Ｆ_０の光のパワーを測定しなくてもよい。
光計器１４は、測定した光のデータを信号解析部３０に出力する。光のデータは、例えば光のパワー、光の周波数、周波数別の光のパワーのデータを含む。

ＤＵＴ２０は、測定システム１の測定対象となる機器である。ＤＵＴ２０は例えばフォトダイオードである。ＤＵＴ２０は、２トーン光生成装置１２から入力される２トーン光を２乗検波する。２乗検波により、２トーン光に含まれる２つのピークの周波数差と等しい周波数を有するＲＦ信号が生成される。また、２乗検波により２トーン光に含まれる２つのピークとキャリア成分の周波数差と等しい周波数を有するＲＦ信号も生成される。ＲＦ信号のパワーは、元となった２つの光のパワーの和の２乗に比例する。

図４は、ＤＵＴ２０により生成されるＲＦ信号の周波数成分を示す図である。ＲＦ信号の周波数成分は、周波数Ｆ_＋１とＦ_０との差及びＦ_０とＦ_－１との差であるＦ_ｒｆと、Ｆ_＋１とＦ_－１との差である２Ｆ_ｒｆである。つまり、周波数Ｆ_ｒｆのＲＦ信号は、周波数Ｆ_０のキャリア成分に由来する信号である。２トーン光に含まれる２つのピークとキャリア成分のパワーの差が大きいほど、周波数２Ｆ_ｒｆのＲＦ信号のパワーの周波数Ｆ_ｒｆのＲＦ信号のパワーに対する相対的な大きさは大きくなる。

ＤＵＴ２０は、生成したＲＦ信号を電気計器１０に出力する。

電気計器１０は、２トーン光生成装置１２とＤＵＴ２０とに接続される。図５は、電気計器１０の構成を示す図である。電気計器１０は変調信号出力部１００、ＲＦ信号選択部１０２、ＲＦパワー測定部１０４、ＲＦデータ出力部１０６を備える。

変調信号出力部１００は、変調信号を２トーン光生成装置１２に出力する。

ＲＦ信号選択部１０２は、ＤＵＴ２０から入力されたＲＦ信号のうち、所定の周波数を基準としてＲＦ信号を選択する。ＲＦ信号選択部１０２は、変調信号の周波数Ｆ_ｒｆの２倍の周波数のＲＦ信号を選択する。ＲＦ信号選択部１０２は、変調信号の周波数を変調信号出力部１００から取得してもよいし、外部からの入力により取得してもよい。

ＲＦパワー測定部１０４は、ＲＦ信号選択部１０２により選択されたＲＦ信号のパワーを測定する。ここで、ＲＦパワー測定部１０４は、周波数２Ｆ_ｒｆのＲＦ信号のパワーを測定し、周波数Ｆ_ｒｆのＲＦ信号のパワーを測定しなければよい。例えば、ＲＦ信号選択部１０２は、Ｆ_ｒｆより大きく、２Ｆ_ｒｆより小さい周波数を選択し、ＲＦパワー測定部１０４がＲＦ信号のうち、ＲＦ信号選択部１０２により選択された周波数以上の周波数成分を測定してもよい。

ＲＦデータ出力部１０６は、ＲＦ信号のデータを信号解析部３０に出力する。ＲＦ信号のデータは、例えばＲＦのパワー、ＲＦの周波数、周波数別のＲＦのパワーのデータを含む。

信号解析部３０は、ＲＦ信号データ及び光データに基づいてＤＵＴ２０による光電気変換の効率の周波数特性を解析する。信号解析部３０は、例えば、ＲＦ信号データに含まれる変調信号の周波数及びＲＦ信号のパワーのデータと光データに含まれる光のパワーのデータとからＤＵＴ２０による光電気変換の効率の周波数特性を算出する。例えば、ＤＵＴ２０による光電気変換の効率は式１で算出される。

ここで、κは変換効率、Ｐ_ＲＦはＲＦ信号のパワー、Ｐ_outは光のパワーである。

信号解析部３０は、例えばコンピュータである。信号解析部３０は、電気計器１０を制御し、特定の波長を有する変調信号を２トーン光生成装置１２に出力させてもよい。なお、当該制御を行う装置は信号解析部３０とは別に設けられてもよい。

また、電気計器１０に表示される変調信号の周波数及びＲＦ信号のパワーと光計器１４に表示される光のパワーを測定者が読み取り、測定者が計算することでＤＵＴ２０による光電気変換の効率の周波数特性が算出されてもよい。

図６は、周波数が異なる変調信号に基づく２トーン光とＲＦ信号を示す図である。２トーン光生成装置１２から出力される２トーン光のピークの周波数差はＤＵＴ２０から出力されるＲＦ信号の周波数である。変調信号の周波数を大きくすると、２トーン光のピークの周波数差も大きくなり、ＲＦ信号の周波数も大きくなる。例えば、２トーン光の周波数差を光パワーを等しくしてＦ_ＬからＦ_Ｈに変化させることにより、ＰＤ出力信号の周波数Ｆ_ＬからＦ_Ｈに変化したときのパワーの変化を測定することができる。

以上の構成により、測定システム１は、電気計器１０がパワーを測定する電気信号を選択する。これにより、電気計器１０はＰＤ出力信号に含まれる２トーン光のキャリア成分由来の信号を除去することができ、電気信号のパワーの測定誤差を低減し、測定システム１が精度高くＤＵＴ２０の変換効率の周波数特性を測定することができる。

また、ＲＦ信号選択部１０２は、変調信号の周波数を変調信号出力部１００から取得し、周波数を選択する。ＲＦパワー測定部１０４は、選択された周波数に基づいて測定するＲＦ信号を決定する。そのため、変調信号の周波数を変化させたときに自動的にＲＦ信号の所望の成分のパワーを測定することができる。これにより、より容易に変調信号の周波数を変化させＤＵＴ２０の変換効率の周波数特性を測定することができる。

電気計器１０がＶＮＡであるとき、電気計器１０はＤＵＴ２０の電気特性を示すパラメータであるＳ２２を測定してもよい。具体的には、ＤＵＴ２０において、２トーン光生成装置１２から２トーン光が入力される端子をポート１、電気計器１０に出力する端子をポート２としたとき、ポート２から出力される電気のパワーに対するポート２で反射する電気のパワーの比である反射係数Ｓ２２を測定する。これにより、測定システム１はＤＵＴ２０による光電気変換の効率の周波数特性だけでなく、ＤＵＴ２０の電気特性も測定することができる。

測定システム１の各部の接続関係を変更することで、電気信号を光信号に変換する機器の特性を測定することができる。図７及び図８は、測定システム１の各部の接続関係を変更した内部ＰＤ測定システム２の構成を示す図である。

内部ＰＤ測定システム２において、２トーン光生成装置１２は、内部ＰＤ１２７を備える。内部ＰＤ１２７は、外部とのインターフェースであるopt-in端子及びsig-out端子と接続される。内部ＰＤ１２７は、opt-in端子から入力された光信号を電気信号に変換し、sig-out端子から出力する。

初めに内部ＰＤ測定システム２は、図７に示す接続関係で接続される。図７に示す内部ＰＤ測定システム２は、測定システム１と異なり、カプラ１２６は光計器１４とopt-in端子に光を出力する。opt-in端子に入力された光は内部ＰＤにより電気信号に変換され、sig-out端子から出力される。sig-out端子は電気計器１０に接続されており、電気信号が入力される。
光計器１４が光信号のパワーを測定し、電気計器１０が電気信号のパワーを測定することで、内部ＰＤの特性値（変換効率など）を測定することができる。

次に内部ＰＤ測定システム２は、図８に示す接続関係で接続される。接続関係は図７に示す接続関係と以下の点で異なる。電気計器１０はＤＵＴ２０及びsig-out端子に接続される。ＤＵＴ２０は、電気計器１０及びopt-in端子に接続される。ここでＤＵＴ２０は電気光変換デバイスである。

電気計器１０は、ＤＵＴ２０に変調信号を出力する、ＤＵＴ２０は、変調信号を光信号に変換し、opt-in端子に出力する。opt-in端子に入力された光信号は内部ＰＤ１２７により電気信号に変換され、sig-out端子を介して電気計器１０に入力される。電気計器１０は入力される電気信号を測定する。

図９は、内部ＰＤ測定システム２の動作を示すフローチャートである。初めに内部ＰＤ測定システム２は、図７に示す接続関係で接続される。電気計器１０が光変調器１２２に変調信号を出力する（ステップＳ１１）。その後、光変調器１２２が変調信号に基づいて２トーン光を出力する（ステップＳ１２）。２トーン光はカプラ１２６、opt-out B端子、opt-in端子を経由して内部ＰＤ１２７に入力される。内部ＰＤ１２７は２トーン光を電気信号に変換する（ステップＳ１３）。変換された電気信号はsig-out端子を経由して電気計器１０に入力される。電気計器１０は入力された電気信号を測定する（ステップＳ１４）。

その後、内部ＰＤ測定システム２は、図８に示す接続関係で接続される。電気計器１０はＤＵＴ２０に電気信号を出力する（ステップＳ１５）。ＤＵＴ２０は電気信号を光信号に変換する（ステップＳ１６）。ＤＵＴ２０は変換した光信号をopt-in端子経由で内部ＰＤ１２７に出力する（ステップＳ１７）。内部ＰＤ１２７は入力された光信号を電気信号に変換する（ステップＳ１８）。内部ＰＤ１２７は変換した電気信号をsig-out端子経由で電気計器１０に出力する（ステップＳ１９）。電気計器１０は入力された電気信号を測定する（ステップＳ２０）。

図７に示す内部ＰＤ測定システム２により測定された内部ＰＤ１２７の特性値と、図８に示す内部ＰＤ測定システム２により測定された内部ＰＤ１２７及びＤＵＴ２０の特性値に基づいて、ＤＵＴ２０の特性値を算出することができる。

内部ＰＤ測定システム２は、測定システム１に含まれる構成要素により実現することができ、測定システム１の動作前又は動作後に使用され得る。

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

光変調器１２２から出力される２トーン光が有するピークの周波数が、Ｆ_０±Ｆ_ｒｆでない場合には、ＲＦ信号選択部１０２は周波数が２Ｆ_ｒｆでないＲＦ信号を選択してもよい。例えば、光変調器１２２から出力される２トーン光が有するピークの周波数が、Ｆ_０±ｎＦ_ｒｆ（ｎは２以上の整数）であるとき、ＲＦ信号選択部１０２は周波数が２ｎＦ_ｒｆであるＲＦ信号を選択してもよい。

１…測定システム、１０…電気計器、１００…変調信号出力部、１０２…ＲＦ信号選択部、１０４…ＲＦパワー測定部、１０６…ＲＦデータ出力部、１２…２トーン光生成装置、１２１…光源、１２２…光変調器、１２３…バイアス電圧発生器、１２４…ＥＤＦＡ、１２５…ＶＯＡ、１２６…カプラ、１２７…内部ＰＤ、１４…光計器、２０…ＤＵＴ、３０…信号解析部

Claims (5)

1. 光源から入力される光と変調信号とに基づいて２トーン光を発生させ、前記２トーン光をＤＵＴへと出力する２トーン光生成装置と、
   前記２トーン光生成装置から前記２トーン光が入射し、前記２トーン光のパワーを測定する光計器と、
   前記変調信号を前記２トーン光生成装置に出力し、複数の異なる前記変調信号の周波数に基づいて前記ＤＵＴから入力されるＲＦ信号のパワーを測定する電気計器と、
   を備える測定システム。
2. 前記電気計器は、前記ＲＦ信号のうち、前記変調信号の周波数の２倍の周波数を有する信号のパワーを測定する、
   請求項１に記載の測定システム。
3. 請求項１又は２に記載の測定システムを使った計測方法であって、
   前記電気計器が前記２トーン光生成装置に前記変調信号を出力するステップと、
   前記２トーン光生成装置が２トーン光を発生させ、前記２トーン光を前記光計器とフォトダイオードに出力するステップと、
   前記電気計器が前記フォトダイオードにより変換された電気信号を測定するステップと、
   を有する測定方法。
4. 前記電気計器が電気光変換器に電気信号を出力するステップと、
   前記電気光変換器が変換した光信号を前記フォトダイオードに出力するステップと、
   前記フォトダイオードが変換した電気信号を前記電気計器に出力するステップと、
   前記電気計器が前記フォトダイオードから入力される電気信号を測定するステップと、
   をさらに有する請求項３に記載の測定方法。
5. 前記フォトダイオードは、前記２トーン光生成装置に含まれる、
   請求項４に記載の測定方法。

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