JP2713672B2 - 光増幅器雑音指数測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏波依存性の無い光増
幅器の雑音指数の測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光増幅器は、入力光を増幅して出力する
と共に、自然放出光を出力する。例えば、光ファイバと
光増幅器を交互に配置し光信号を伝送する光直接中継伝
送系では、光ファイバを伝搬し減衰した信号光は、光増
幅器で増幅されると同時に、自然放出光が重畳される。
この自然放出光は、雑音となるので受信器の受信感度は
劣化する。したがって、光増幅器では、利得のほか、光
増幅器から出力された自然放出光強度（以下、出力自然
放出光強度という）も、評価すべき重要な特性である。

【０００３】一般に、光増幅器では、自然放出光に関す
る特性は、雑音指数を用いて表される。伝送系の受信感
度の劣化要因が主として信号光と自然放出光との間のビ
ート雑音である場合、偏波依存性の無い光増幅器におい
て、雑音指数と出力自然放出光強度との関係は、 Ｆ＝Ｐｓｐ／ｈν（Ｇ−１） …（１） と定義される。但し、Ｆは雑音指数、Ｐｓｐは単位周波
数当りの出力自然放出光強度、ｈはプランク定数、νは
入力光の周波数、Ｇは光増幅器の利得である。したがっ
て、光増幅器に信号光を入力した状態で、「単位周波数
当りの出力自然放出光強度Ｐｓｐ」と「利得Ｇ」の測定
を行えば、光増幅器の雑音指数Ｆを決定することが可能
となる。

【０００４】これらのうち、「単位周波数当りの出力自
然放出光強度Ｐｓｐ」を求める方法としては、従来より
以下に示すような２通りが知られている。

【０００５】第１の方法は、光スペクトラムアナライザ
を用い、自然放出光強度を測定するものである。図２
は、光増幅器の入出力光のスペクトルを表している。同
図の（ａ）は光増幅器に入力される周波数νの信号光の
スペクトルを、同図の（ｂ）はこの時の光増幅器出力信
号光のスペクトルを、同図の（ｃ）は出力自然放出光の
スペクトルをそれぞれを表している。

【０００６】光スペクトラムアナライザを用い、周波数
νでの単位周波数当りの出力自然放出光強度を読み取れ
ば、雑音指数を求めることが可能である。実際に、光増
幅器の出力の光スペクトラムアナライザによる観測を行
うと、図２の（ｄ）に示すようなスペクトルが観測され
る。これは、出力信号光（図２の（ｂ））と出力自然放
出光（図２の（ｃ））のスペクトルが重なったためであ
る。

【０００７】また、「単位周波数当りの出力自然放出光
強度Ｐｓｐ」を求める第２の方法は、光増幅器出力信号
光と出力自然放出光からなる出力光をＰＩＮ−ＰＤで受
光した時に発生する雑音電流を測定するものである。こ
の時、ＰＩＮ−ＰＤから出力される全雑音電流Ｎｔｏｔ
は、 Ｎｔｏｔ＝Ｎｓ−ｓｐ＋Ｎｓｐ−ｓｐ＋Ｎｓ−ｓｈｏｔ＋Ｎｓｐ−ｓｈｏｔ ＋Ｎｔｈ …（２） と表される。ここで、 Ｎｓ−ｓｐは信号光−自然放出光間ビート雑音、 Ｎｓｐ−ｓｐは自然放出光間ビート雑音、 Ｎｓ−ｓｈｏｔは信号光ショット雑音、 Ｎｓｐ−ｓｈｏｔは自然放出光ショット雑音、 Ｎｔｈは測定系の熱雑音を表す。

【０００８】単位周波数当りの信号光−自然放出光間ビ
ート雑音電流Ｎｓ−ｓｐは、 Ｎｓ−ｓｐ＝ＰｓＰｓｐ（ηｅ／ｈν）^２ …（３） と表される。ここで、Ｐｓは出力信号光強度、Ｐｓｐは
単位周波数当りの出力自然放出光強度、ηはＰＩＮ−Ｐ
Ｄの量子効率、ｅは素電価、ｈはプランク定数、νは入
力光の周波数である。

【０００９】したがって、全雑音電流Ｎｔｏｔを測定し
た後に、自然放出光間ビート雑音Ｎｓｐ−ｓｐ、信号光
ショット雑音Ｎｓ−ｓｈｏｔ、自然放出光ショット雑音
Ｎｓｐ−ｓｈｏｔ、熱雑音Ｎｔｈを全雑音電流Ｎｔｏｔ
から引くことにより、信号光−自然放出光間ビート雑音
電流Ｎｓ−ｓｐを求めることができる。前記（３）式の
関係を用いれば、単位周波数当りの出力自然放出光強度
Ｐｓｐを算出することができる。これにより、高精度で
光増幅器の雑音指数を求めることが可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、出力信
号光は強度が強くスペクトルが狭いが、出力自然放出光
は弱くスペクトルが広いため、光スペクトラムアナライ
ザを用いた第１の方法を用いると、出力自然放出光強度
を精度良く求めるのは困難となり、精度の高い雑音指数
の決定は不可能となる。

【００１１】また、第２の方法では、高精度で光増幅器
の雑音指数を求めることが可能となるが、単位周波数当
りの出力自然放出光強度Ｐｓｐを求めるために、かなり
複雑な処理を要する。

【００１２】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、光増幅器の雑音指数を簡易かつ
高精度に求めることができる光増幅器雑音指数測定装置
を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１では、１つの偏波モードからなる信号光を
出力する信号光発生器と、前記信号光を所定の利得で増
幅する被測定光増幅器と、前記被測定光増幅器から出力
される増幅された信号光の強度および自然放出光の単位
周波数当りの強度を測定する光強度測定器と、前記被測
定光増幅器と前記光強度測定器との間の光路上に配置さ
れた偏光子と、前記信号光発生器と前記偏光子との間の
光路上に配置された少なくとも一つの偏波制御器とを備
えた。

【００１４】また、請求項２では、１つの偏波モードか
らなる信号光を出力する信号光発生器と、前記信号光を
所定の利得で増幅する被測定光増幅器と、前記被測定光
増幅器からの出力光を前記偏波モードと等しい成分と前
記偏波モードに直交する成分とに分離して出力する偏光
ビームスプリッタと、前記偏波モードと等しい成分の光
から前記信号光の波長の光を抜き出してその強度を測定
する第１の光強度測定器と、前記偏波モードに直交する
成分の光の強度を測定する第２の光強度測定器と、前記
信号光発生器と前記偏光ビームスプリッタとの間の光路
上に配置された少なくとも一つの偏波制御器とを備え
た。

【００１５】また、請求項３では、請求項１又は２の信
号光発生器を、自然放出光発生用光増幅器と、該光増幅
器から出力された自然放出光を狭帯域化させる光バンド
パスフィルタと、前記光増幅器から出力された前記自然
放出光の偏波モードを１つにさせる偏光子とから構成し
た。

【００１６】

【作用】請求項１によれば、信号光発生器より発生した
１つの偏波モードからなる信号光は、光増幅器に直接又
は偏波制御器を介して入力される。光増幅器に入力した
信号光は、所定の利得をもって増幅され出力されるが、
その際、出力信号光には自然放出光が重畳されている。
これら出力光のうち、出力信号光は１つの偏波モードだ
けからなるが、自然放出光は、出力信号光に平行な偏波
モードを持つ成分と、直交する偏波モードを持つ成分と
からなり、平行な偏波モードを有する成分と、直交する
偏波モードを有する成分の強度比は、１：１である。

【００１７】光増幅器からの出力信号光は偏波制御器に
おいて、偏光子により遮断されるようにその偏波モード
が制御される。これにより、光増幅器の出力光のうち自
然放出光のみ偏光子により取り出され光強度測定器に入
力される。その際、光増幅器出力自然放出光のうち、光
増幅器の出力信号光と偏波モードが平行な成分は偏光子
により遮断され、直交する成分の自然放出光のみが偏光
子により光強度測定器に入力され、自然放出光強度が測
定される。

【００１８】また、請求項２によれば、光増幅器からの
出力信号光は偏波制御器において、偏光ビームスプリッ
タにより自然放出光と信号光とに分離されるようにその
偏波モードが制御される。これにより、光増幅器の出力
光のうち自然放出光は偏光ビームスプリッタにより分離
されて第１の光強度測定器に入力され、自然放出光強度
が測定される。一方、光増幅器の出力光のうち信号光は
偏光ビームスプリッタにより分離されて第２の光強度測
定器に入力され、光強度が測定される。

【００１９】また、請求項３によれば、自然放出光発生
用光増幅器から出力された２つの偏波モードを有する自
然放出光は、光バンドパスフィルタ又は偏光子に入力さ
れる。光バンドパスフィルタに入力した自然放出光は狭
帯域化されて偏光子に入力される。偏光子においては、
２つの偏波モードの自然放出光のうち一方の偏波モード
の自然放出光のみ取り出され、この１つの偏波モードの
光が、信号光として出力される。

【００２０】これに対して、自然放出光発生用光増幅器
から出力され偏光子に入力した２つの偏波モードを有す
る自然放出光は、一方の偏波モードの自然放出光のみ取
り出され、この１つの偏波モードの光が光バンドパスフ
ィルタに入力される。光バンドパスフィルタに入力した
自然放出光は狭帯域化されて、信号光として出力され
る。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明に係る雑音指数測定装置の第
１の実施例を示すブロック図である。図１において、１
は信号光発生器としての半導体レーザで、１つの偏波モ
ードからなる信号光を出力する。２は可変の光減衰器
で、半導体レーザ１から出力した信号光を減衰させる。
３は偏波依存性のない被測定光増幅器（以下、光増幅器
という）で、例えばエルビウムを添加した光ファイバお
よびその励起源からなり、減衰した信号光を所定の利得
をもって増幅する。４は偏波制御器で、例えば波長板等
からなり、光増幅器３の出力光における信号光と自然放
出光の偏波モードを任意のモードに変更させる。５は偏
光子としての偏光板で、偏光制御器４の出力光のうち所
定の偏波モードの光のみを透過させる。６は光強度測定
器としての光スペクトラムアナライザで、偏光板５の出
力光の強度を測定する。

【００２２】次に、前記構成による動作を説明する。

【００２３】半導体レーザ１により発生した１つの偏波
モードからなる信号光は、光減衰器２により所定の減衰
作用を受けた後、光増幅器３に入力される。光増幅器３
に入力される信号光の強度は、図示しない光強度測定器
へ光路を分岐又は切り替えて測定するか、あるいは予め
光減衰器２に入力する信号光の光強度を測定しておき光
減衰器２による減衰量を差し引く、等により求める。光
増幅器３に入力した信号光は、所定の利得をもって増幅
され出力されるが、その際、出力信号光には自然放出光
が重畳されている。これら出力光のうち、出力信号光は
１つの偏波モードだけからなる。一方、自然放出光は、
出力信号光に平行な偏波モードを持つ成分と、直交する
偏波モードを持つ成分とからなり、平行な偏波モードを
有する成分と、直交する偏波モードを有する成分の強度
比は、１：１である。

【００２４】次に、光増幅器３の出力光は偏波制御器４
に入力される。偏波制御器４では、後段の偏光板５にお
いて、信号光および信号光と偏波モードが平行な自然放
出光は遮断され、信号光と偏波モードが直交する自然放
出光のみが透過するように光増幅器３の出力光の偏波モ
ードが制御される。

【００２５】偏波制御器４の出力光は、偏光板５に入力
され、ここで光増幅器３の出力信号光および信号光と偏
波モードが平行な成分は偏光子により遮断され、信号光
と偏波モードが直交する自然放出光のみが透過し、光ス
ペクトラムアナライザ６に入力される。具体的には、光
増幅器３から出力された自然放出光は、偏光板５により
その強度が半減されて光スペクトラムアナライザ６に入
力され、自然放出光強度が測定される。

【００２６】なお、偏光板５によって透過される自然放
出光と、遮断される自然放出光の強度は等しいので、偏
波制御器４および偏光板５の過剰損失がない場合におい
ても、偏光板５から出力される自然放出光強度は、光増
幅器３から出力された自然放出光の半分となる。従っ
て、単位周波数当りの偏光板５から出力された自然放出
光強度Ｐｓｐ′と被測定光増幅器３の雑音指数Ｆとの関
係は、 Ｆ＝２Ｐｓｐ′／ｈν（Ｇ−１） …（４） となる。

【００２７】前記の装置において、光増幅器３の出力信
号光強度を測定する場合は、出力信号光が偏光板５を透
過するよう偏波制御器４により偏波を９０度回転させ
る。この時、偏波モードが出力信号光と平行な自然放出
光も偏光板５を透過するが、増幅された信号光の光強度
は自然放出光に比べて非常に強いので、偏波を前記の如
く制御することにより出力信号光強度が得られる。この
光増幅器３からの出力信号光強度と、以前に求めた光増
幅器３への入力信号光強度とから、利得Ｇが得られる。

【００２８】以上説明したように、本第１の実施例によ
れば、偏波制御器４と偏光板５を用いることにより、光
増幅器３の出力光から自然放出光のみを分離し光スペク
トラムアナライザ６に入力するようにしたので、測定精
度劣化要因である光増幅器３の出力信号光の影響を受け
ることなく、自然放出光の強度を正確に求めることがで
きる。したがって、光増幅器３の雑音指数を容易かつ高
精度に測定することができる。

【００２９】図３は、本発明に係る雑音指数測定装置の
第２の実施例を示すブロック図である。本実施例が前記
第１の実施例と異なる点は、偏波制御器４を光増幅器３
の出力側に配置する代わりに入力側に配置したことにあ
る。その他の構成および得られる効果は前記第１の実施
例と同様である。

【００３０】図４は、本発明に係る雑音指数測定装置の
第３の実施例を示すブロック図である。本実施例が前記
第１の実施例と異なる点は、偏光子として偏光板の代わ
りに偏光ビームスプリッタ７を用い、自然放出光と信号
光とを分離して、自然放出光強度と信号光強度を光パワ
ーメータ９および１０により同時に測定するようにした
ことにある。

【００３１】この構成における偏波制御器４では、光増
幅器３の出力光が偏光ビームスプリッタ７において自然
放出光と信号光とに分離されるように偏波制御が行われ
る。偏光ビームスプリッタ７で分離された自然放出光と
信号光は、それぞれ別個の出力端から出力される。偏光
ビームスプリッタ７により分離された自然放出光は、光
バンドパスフィルタ８によって狭帯域化された後に、光
パワーメータ９により強度の測定が行われる。一方、分
離された信号光は、光パワーメータ１０に入力されて強
度の測定が行われる。

【００３２】本第３の実施例によれば、自然放出光強度
と出力信号光強度を同時に測定することができるので、
前記した第１および第２の実施例の場合に比較して、測
定が一層簡易となっている。

【００３３】なお、前記各実施例においては、信号光発
生器を半導体レーザにより構成したがこれに限定される
ものではない。

【００３４】例えば、図５に示すように、自然放出光発
生用光増幅器１１並びにこの光増幅器１１の出力側に配
置した光バンドパスフィルタ１２および偏光板１３によ
り構成することも可能である。自然放出光発生用光増幅
器１１は、光の入力がない場合には、２つの偏波モード
を有する自然放出光のみを出力する。

【００３５】この信号光発生器において、自然放出光発
生用光増幅器１１から出力された自然放出光は、光バン
ドパスフィルタ１２により狭帯域化される。光バンドパ
スフィルタ１２から出力された自然放出光は、偏光板１
３に入力される。自然放出光は２つの偏波モードからな
るが、このうち一方の偏波モードのみ偏光板１３を透過
することができ、この１つの偏波モードの光が、信号光
として出力される。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１によれ
ば、光増幅器の雑音指数を、簡易にかつ高精度に求める
ことができる。

【００３７】また、請求項２によれば、自然放出光強度
と出力信号光強度を同時に測定することができ、光増幅
器の雑音指数を、さらに簡易に求めることができる。

【００３８】また、請求項３によれば、光増幅器の雑音
を、的確かつ高精度に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る雑音指数測定装置の第１の実施例
を示すブロック図である。

【図２】被測定光増幅器の入出力光のスペクトルを表す
図である。

【図３】本発明に係る雑音指数測定装置の第２の実施例
を示すブロック図である。

【図４】本発明に係る雑音指数測定装置の第３の実施例
を示すブロック図である。

【図５】本発明に係る信号光発生器の他の例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１…半導体レーザ、２…光減衰器、２…被測定光増幅
器、４…偏波制御器、５，１３…偏光板、６…光スペク
トラムアナライザ、７…偏光ビームスプリッタ、８，１
２…光バンドパスフィルタ、９，１０…光パワーメー
タ、１１…自然放出光発生用光増幅器。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの偏波モードからなる信号光を出力
   する信号光発生器と、 前記信号光を所定の利得で増幅する被測定光増幅器と、 前記被測定光増幅器から出力される増幅された信号光の
   強度および自然放出光の単位周波数当りの強度を測定す
   る光強度測定器と、 前記被測定光増幅器と前記光強度測定器との間の光路上
   に配置された偏光子と、 前記信号光発生器と前記偏光子との間の光路上に配置さ
   れた少なくとも一つの偏波制御器とを備えたことを特徴
   とする光増幅器雑音指数測定装置。
2. 【請求項２】 １つの偏波モードからなる信号光を出力
   する信号光発生器と、 前記信号光を所定の利得で増幅する被測定光増幅器と、 前記被測定光増幅器からの出力光を前記偏波モードと等
   しい成分と前記偏波モードに直交する成分とに分離して
   出力する偏光ビームスプリッタと、 前記偏波モードと等しい成分の光から前記信号光の波長
   の光を抜き出してその強度を測定する第１の光強度測定
   器と、 前記偏波モードに直交する成分の光の強度を測定する第
   ２の光強度測定器と、 前記信号光発生器と前記偏光ビームスプリッタとの間の
   光路上に配置された少なくとも一つの偏波制御器とを備
   えたことを特徴とする光増幅器雑音指数測定装置。
3. 【請求項３】 前記信号光発生器は、自然放出光発生用
   光増幅器と、該光増幅器から出力された自然放出光を狭
   帯域化させる光バンドパスフィルタと、前記光増幅器か
   ら出力された前記自然放出光の偏波モードを１つにさせ
   る偏光子とからなることを特徴とする請求項１又は２記
   載の光増幅器雑音指数測定装置。