JP2962636B2 - 光増幅器の雑音指数測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムなどに
用いられる光増幅器の雑音指数の測定方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、エルビウムドープ光ファイバ増幅
器のシステムへの適用が盛んに研究されており、また、
システムの実用化も進められている。エルビウムドープ
光ファイバ増幅器を含め、各種の光増幅器を用いたシス
テムを設計する場合、光増幅器の雑音指数を用いて雑音
設計することを要し、雑音指数を測定することが必要で
ある。

【０００３】そのため、従来、光増幅器の雑音指数を測
定する方法として、各種のものが提案されている。増幅
後の信号光及びＡＳＥ（増幅された自然放出光）のパワ
ー等の光領域の特性により雑音指数を測定する光学的手
法については、例えば、下記文献１及び２に記載されて
おり、以下、従来の雑音指数測定方法を、文献２記載の
ものを中心に説明する。

【０００４】 文献１：柏田、重松、西村、“増幅用光ファイバの高精
度雑音指数測定法の検討”、1992年信学秋大Ｃ−２６８ 文献２：式井、“光学的手法による光増幅器のＡＳＥ光
間ビート雑音評価法”1993年信学技報ＯＣＳ９３−２２ 光増幅器の雑音指数は、光増幅器への入力光のＳ／Ｎ比
（Ｓ／Ｎ）ｉｎと、光増幅器からの出力光のＳ／Ｎ比
（Ｓ／Ｎ）ｏｕｔを用いて、次の(1) 式によって表され
る。

【０００５】 雑音指数＝（Ｓ／Ｎ）ｉｎ／（Ｓ／Ｎ）ｏｕｔ …(1) また、光増幅器の雑音は、第１成分「信号光とＡＳＥ間
のビート雑音」、第２成分「ＡＳＥ間のビート雑音」、
第３成分「信号光のショット雑音」、第４成分「ＡＳＥ
のショット雑音」の４種類に分割することができる。な
お、ＡＳＥは雑音指数に影響を与える雑音光である。

【０００６】利得が十分に大きい領域（２０ｄＢ以上）
では、ショット雑音に関する第３成分及び第４成分は、
ビート雑音に関する第１成分及び第２成分に比べてはる
かに小さく、無視できる。しかし、入力信号光パワーが
大きくなり、光増幅器の利得が飽和してくると、利得が
小さくなり、ショット雑音を無視できなくなる。但し、
ＡＳＥパワーは、光増幅器の利得の飽和に従って小さく
なるので、利得の飽和時に影響してくるショット雑音は
「信号光のショット雑音」である。

【０００７】従って、光増幅器の雑音成分の中で、評価
が必要な項目は、「信号光とＡＳＥ間のビート雑音」Ｎ
1 、「ＡＳＥ間のビート雑音」Ｎ2 、「信号光ショット
雑音」Ｎ3 であり、雑音指数Ｆは、(2) 式に示すよう
に、これらの和として表すことができる。なお、文献２
には、(2) 式の導出方法が記載されている。

【０００８】 Ｆ＝Ｎ1 ＋Ｎ2 ＋Ｎ3 Ｎ1 ＝２Ｐases／（mtｈνＧ△νs ） Ｎ2 ＝ΣＰase(k)² ／（mtｈνＧ² Ｐin△νr ） Ｎ3 ＝１／Ｇ …(2) ここで、Ｐasesは信号光波長におけるＡＳＥパワー、Ｐ
ase(k)はＡＳＥスペクトルを矩形と近似できる程度に分
解したとき（図２参照）のｋ番目の波長帯域におけるＡ
ＳＥパワー、ΣＰase(k)² はＰase(k)の２乗のｋ＝１〜
ｎについての和、△νs はＰases測定に関与する周波数
帯域幅（例えば光スペクトラムアナライザ内の入力段に
設けられている光フィルタの周波数帯域幅：光スペクト
ラムアナライザの分解能帯域幅）、△νr はＡＳＥスペ
クトルを分解したときの１つの波長帯域に対応する周波
数帯域幅、ｈはプランク定数、νは信号光の周波数、Ｇ
は光増幅器の利得、Ｐinは入力信号光パワー、mtは光増
幅器の横モード次数であり、偏波無依存光増幅器の場合
mt＝２、偏波依存光増幅器の場合mt＝１である。

【０００９】ところで、ビート雑音、ショット雑音はＤ
Ｃ〜ＴＨｚオーダーの周波数帯域を持つが、例えば、光
増幅器を有する光受信機の周波数帯域はＤＣ〜１０ＧＨ
ｚ程度である。従って、「信号光とＡＳＥ間のビート雑
音」Ｎ1 については、信号光と信号光波長におけるＡＳ
Ｅの間で発生するビートを求めれば、光受信機の周波数
帯域内について求めたことになる。

【００１０】次に、上記(2) 式で表された雑音指数Ｆの
従来の測定方法を、図２を参照しながら説明する。な
お、雑音指数Ｆは、上述した３個の雑音成分Ｎ1 〜Ｎ3
を個別に求め、それらを総和することで求められる。

【００１１】光増幅器の利得Ｇは、光増幅器の入力光ス
ペクトルに対する出力光スペクトル（又は光電変換後の
電気信号レベル）の増加より容易に測定でき、これによ
り、「信号光のショット雑音」Ｎ3 を求まる。

【００１２】また、(2) 式における各種パラメータの内
パラメータｈは定数であり、パラメータν、Δνs 、Ｐ
in、Δνr は既知又は容易に測定できるものである（そ
の測定方法の説明は省略する）。従って、パラメータＰ
asesとΣＰase(k)² の測定が雑音指数測定において重要
なものである。

【００１３】パラメータＰasesは、信号光波長（信号光
周波数ν）におけるＡＳＥパワーであるため、図２の光
増幅器スペクトルから明らかなように、信号光波長付近
のＡＳＥスペクトルより補間によって求めることができ
る。補間方法としては、例えば、信号光波長近傍の２点
の平均による方法や、スペクトル曲線を２次曲線、ガウ
ス曲線、ローレンツ曲線又はラグランジェ等の多項式に
回帰させて補間する方法を適用できる。このようにして
信号光波長におけるＡＳＥパワーＰasesを得たならば、
定数パラメータｈ、測定した他のパラメータν、Δνs
、Ｇから、「信号光とＡＳＥ間のビート雑音」Ｎ1 を
求める。

【００１４】一方、パラメータΣＰase(k)² は、例え
ば、（ＡＳＥパワーの最大値）−１０ｄＢのパワー値よ
りパワーが大きい波長範囲において、矩形と見なされる
ように分解された各波長帯域毎のＰase(k)² の総和を計
算して求める。このようにしてパラメータΣＰase(k)²
を得たならば、定数パラメータｈ、測定した他のパラメ
ータν、Δνs 、Ｇをも用いて、「ＡＳＥ間のビート雑
音」Ｎ2 を求める。

【００１５】以上のように、従来の雑音指数測定方法に
よれば、光増幅器の出力光スペクトルを得て、雑音指数
を決定する上で重要な要素であるパラメータＰases及び
ΣＰase(k)² を得て、雑音指数Ｆを求めていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光増幅器を
システムに組み込む際には、その出力段に雑音光である
ＡＳＥを除去する狭帯域光フィルタ（ＢＰＦ）を配置す
ることが多く、この場合にはＢＰＦを配置した状態で雑
音指数を測定・評価することを要する。しかしながら、
測定対象部分からの出力光スペクトルによって雑音指数
を求める従来の雑音指数測定方法を、光増幅器の出力段
にＢＰＦを配置した場合に適用すると、雑音指数を正確
に測定できないという問題を有していた。

【００１７】以下、このような問題を、図３〜図５を用
いて詳述する。なお、図３は、光増幅器の出力段にＢＰ
Ｆを接続しない場合の光スペクトル、図４は、光増幅器
の出力段に３ｄＢ帯域幅が５ｎｍのＢＰＦを接続した場
合の光スペクトル、図５は、光増幅器の出力段に３ｄＢ
帯域幅が１ｎｍのＢＰＦを接続した場合の光スペクトル
である。

【００１８】上述した「信号光とＡＳＥ間のビート雑
音」Ｎ1 は、信号光と信号光波長におけるＡＳＥパワー
Ｐasesとのビートであり、これらは同一波長に関するも
のであるため、ＢＰＦを介することにより受ける信号光
と信号光波長におけるＡＳＥパワーＰasesの損失は等し
くなり、その結果、原理的にはＢＰＦの存在、不存在に
は影響されない。

【００１９】ところで、ＢＰＦが存在しない場合には、
図３に示すように、ＡＳＥスペクトルの波長依存性が大
きくないために、補間によって、信号光波長におけるＡ
ＳＥパワー（図３ではＰases1 で表している）を求めた
場合にかなり正確に求まる（誤差は０．０５ｄＢ以下）
のに対して、ＢＰＦが配置されている場合には、図４に
示すように、ＡＳＥスペクトルの波長依存性が大きいた
めに、補間によって、信号光波長におけるＡＳＥパワー
（図４ではＰases2 で表している）を求めても補間誤差
が大きくなる。すなわち、本来ならば、ＢＰＦが存在し
ても存在しなくても同一値をとる「信号光とＡＳＥ間の
ビート雑音」Ｎ1 の値が、ＢＰＦが存在する場合には、
信号光波長におけるＡＳＥパワーＰasesの補間誤差のた
めに不正確な値となってしまっていた。

【００２０】また、光増幅器の出力段に３ｄＢ帯域幅が
５ｎｍのＢＰＦを接続した場合には、その光スペクトル
は図４に示すようになるので、信号光スペクトルとＡＳ
Ｅスペクトルの区別は付くが、光増幅器の出力段に３ｄ
Ｂ帯域幅が１ｎｍのＢＰＦを接続した場合には、その光
スペクトルは図５に示すようになり、信号光スペクトル
とＡＳＥスペクトルの区別が付かなくなる。信号光スペ
クトルとＡＳＥスペクトルとを区別できるようにするた
めには、光スペクトラムアナライザの波長分解能を細く
すれば良いが、現状では、波長分解能は０．１ｎｍ程度
が限界であって不十分なものである。

【００２１】信号光スペクトルとＡＳＥスペクトルの区
別が付かないので、雑音指数測定において重要なパラメ
ータであるＰasesとΣＰase(k)² を共に正確に求めるこ
とができず、その結果、「信号光とＡＳＥ間のビート雑
音」Ｎ1 及び「ＡＳＥ間のビート雑音」Ｎ2 を正確に求
めることができない。

【００２２】光増幅器の出力段に３ｄＢ帯域幅が５ｎｍ
のＢＰＦを接続した場合について説明した補間誤差の問
題も、結局は、信号光スペクトルとＡＳＥスペクトルと
の正確な分離の問題である。

【００２３】本発明は、以上の点を考慮してなされたも
のであり、光増幅器の出力段に狭帯域光フィルタを配置
した場合の全体としての雑音指数を正確に得ることがで
きる光増幅器の雑音指数測定方法を提供しようとしたも
のである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、第１の本発明においては、出力段に狭帯域光フィル
タを有する光増幅器の全体としての雑音指数を測定する
光増幅器の雑音指数測定方法を、以下のようにした。

【００２５】すなわち、光増幅器に信号光を入射した場
合の光増幅器からの出力光スペクトルを求め、狭帯域光
フィルタの損失スペクトルを求め、光増幅器からの出力
光スペクトルと、狭帯域光フィルタの損失スペクトルと
から、光増幅器に信号光を入射した場合の狭帯域光フィ
ルタからの出力光スペクトルを、その信号光スペクトル
及び自然放出光スペクトルとを区別できるように求め
て、雑音指数を得るようにした。

【００２６】また、第２の本発明においては、出力段に
狭帯域光フィルタを有する光増幅器の全体としての雑音
指数を測定する光増幅器の雑音指数測定方法を、以下の
ようにした。

【００２７】すなわち、光増幅器に信号光を入射した場
合の狭帯域光フィルタからの出力光スペクトルを求め、
狭帯域光フィルタの損失スペクトルを求め、狭帯域光フ
ィルタの損失スペクトルの曲線形状を利用して、光増幅
器に信号光を入射した場合の狭帯域光フィルタからの出
力光スペクトルを、その信号光スペクトル及び自然放出
光スペクトルとに分離して、雑音指数を得るようにし
た。

【００２８】

【作用】光増幅器に信号光を入射した場合の狭帯域光フ
ィルタからの出力光スペクトルを直接求めた場合には、
その信号光スペクトル及び自然放出光スペクトルとを正
確に区別すること（信号光波長における自然放出光パワ
ーを求めることを含む）が難しいことがある。一方、光
増幅器に信号光を入射した場合の光増幅器からの出力光
スペクトルでは、その信号光スペクトル及び自然放出光
スペクトルとを分離することをほぼ正確にできる。

【００２９】第１の本発明は、この点に着目してなされ
ている。信号光スペクトル及び自然放出光スペクトルと
を正確に分離できる光増幅器に信号光を入射した場合の
光増幅器からの出力光スペクトルを求め、このスペクト
ルと、狭帯域光フィルタの損失スペクトルとから、雑音
指数の算出に必要な光増幅器に信号光を入射した場合の
狭帯域光フィルタからの出力光スペクトルを求めること
とした。このように、信号光スペクトル及び自然放出光
スペクトルとを正確に分離できる光増幅器に信号光を入
射した場合の光増幅器からの出力光スペクトルから、光
増幅器に信号光を入射した場合の狭帯域光フィルタから
の出力光スペクトルを求めるようにしたので、求めた出
力光スペクトルにおいても、信号光スペクトル及び自然
放出光スペクトルとを正確に区別でき（信号光波長にお
ける自然放出光パワーを求めることを含む）、雑音指数
を正確に求めることができる。

【００３０】また、狭帯域光フィルタの透過波長帯域内
において、信号光のない場合の光増幅器の自然放出光ス
ペクトルのパワーは、ほぼ一定であるため、信号光スペ
クトルを含むと含まないとに拘らず、光増幅器からの出
力光を狭帯域光フィルタを通過させた場合には、同一ス
ペクトル特性となる。従って、信号光スペクトルを含む
光増幅器からの出力光を狭帯域光フィルタを通過させた
場合と、信号光スペクトルを含まない光増幅器からの出
力光を狭帯域光フィルタを通過させた場合とで、信号光
波長以外では、ほぼ同一のスペクトル形状を呈すること
になる。

【００３１】第２の本発明は、このような特質を利用し
たものである。すなわち、光増幅器に信号光を入射した
場合の狭帯域光フィルタからの出力光スペクトルを求
め、狭帯域光フィルタの損失スペクトルを求め、狭帯域
光フィルタの損失スペクトルの曲線形状を利用して、光
増幅器に信号光を入射した場合の狭帯域光フィルタから
の出力光スペクトルを、その信号光スペクトル及び自然
放出光スペクトルとに区別して、雑音指数を得る。この
際に行なわれた信号光スペクトル及び自然放出光スペク
トルの分離（信号光波長における自然放出光パワーを求
めることを含む）は、上述した特質によって正確になさ
れ、その結果、求められた雑音指数も正確なものとな
る。

【００３２】

【実施例】

（Ａ）第１実施例 以下、本発明による光増幅器の雑音指数測定方法の第１
実施例を図面を参照しながら詳述する。

【００３３】この第１実施例は、光増幅器の出力段に狭
帯域光フィルタ（ＢＰＦ）が配置された場合の雑音指数
の測定に関するものである。従って、従来で問題となっ
ていた「信号光とＡＳＥ間のビート雑音」Ｎ1 及び「Ａ
ＳＥ間のビート雑音」Ｎ2 を正確に測定することを意図
している。これら雑音成分Ｎ1 及びＮ2 を正確に求める
ためには、信号光波長におけるＡＳＥパワーＰasesと、
所定帯域内における各ＡＳＥパワー成分の２乗和ΣＰas
e(k)² を正確に求めれば良く、このことは、さらに、Ｂ
ＰＦからの出力光スペクトルにおける信号光スペクトル
とＡＳＥスペクトルとを正確に分離できれば良いことを
意味する。

【００３４】上述のように、雑音指数は、入力光のＳ／
Ｎ比と出力光のＳ／Ｎ比との比率であるため、出力光ス
ペクトルが必要となる。光増幅器の出力段にＢＰＦが配
置された状態の雑音指数を求めるには、ＢＰＦからの出
力光のスペクトルが必要となる。ＢＰＦからの出力光ス
ペクトルは、図１（ｄ）に示すように、信号光源１から
射出された信号光を、被測定対象の光増幅器２及びＢＰ
Ｆ３を順次介して、光スペクトラムアナライザ４に入射
させることで求めることができる。しかし、この図１
（ｄ）に示した測定系で得た出力光スペクトルからは、
「発明が解決しようとする課題」の項で説明したよう
に、「信号光とＡＳＥ間のビート雑音」Ｎ1及び「ＡＳ
Ｅ間のビート雑音」Ｎ2 を正確に求めることができな
い。

【００３５】そこで、この実施例では、ＢＰＦからの出
力光スペクトルを図１（ｄ）に示す測定系を用いずに、
他のスペクトル情報から間接的に求めると共に、図１
（ｄ）に示す測定系による出力光スペクトルからは正確
に得られなかった情報も、他のスペクトル情報を利用し
て得られるようにした。

【００３６】このような他のスペクトル情報は、信号光
入力時の光増幅器からの出力光スペクトルと、ＢＰＦの
損失スペクトル（損失の波長特性）である。

【００３７】光増幅器からの出力光スペクトルは、図１
（ａ）に示すように、信号光源１から射出された信号光
を光増幅器２を順次介して光スペクトラムアナライザ４
に入射させることで求める。

【００３８】ＢＰＦ３の損失スペクトルは以下のように
求める。まず、図１（ｂ）に示すように、ＢＰＦ透過波
長域付近の波長にて発光する白色光源（ハロゲンランプ
や、信号光を入力しないでＡＳＥを放射している状態の
光増幅器）５から射出された白色光を光スペクトラムア
ナライザ４等に入射させて白色光の光スペクトルを測定
する。次に、図１（ｃ）に示すように、白色光源５から
射出された白色光を、ＢＰＦ３を介して光スペクトラム
アナライザ４等に入射させてＢＰＦ通過後の光スペクト
ルを測定する。そして、ＢＰＦ３の通過に伴う損失がな
いスペクトルである図１（ｂ）の測定系で得られた白色
光の光スペクトルを基準として、図１（ｃ）の測定系で
得られたＢＰＦ通過後の光スペクトルを変換して損失ス
ペクトルを求める。

【００３９】図６は、図１（ａ）の測定系で得られた光
増幅器２からの出力光スペクトルを示すものであり、図
７は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示す測定系を利用して得
られたＢＰＦ３の損失スペクトルを示すものである。

【００４０】図６に示す光増幅器２からの出力光スペク
トルから、信号光波長λs におけるＡＳＥパワーＰasea
（λs ）を求めておく。なお、光増幅器２からの出力光
スペクトルは、ＢＰＦ３によるＡＳＥ成分の除去が行な
われていないので、ＡＳＥスペクトルＰasea（λ）の波
長依存性は大きくなく、補間処理によって求めても、信
号光波長λs におけるＡＳＥパワーＰasea（λs ）を正
確に求めることができる。

【００４１】光増幅器２からの出力光がＢＰＦ３を通過
して損失を受けてＢＰＦ出力光となるので、図６に示す
光増幅器２からの出力光スペクトルと、図７に示すＢＰ
Ｆ３の損失スペクトルとから、図８に示すようなＢＰＦ
３からの出力光スペクトルを求める（予測する）ことが
できる。すなわち、図６に示す光増幅器２からの出力光
スペクトルと、図７に示すＢＰＦ３の損失スペクトルと
から、図１（ｄ）の測定系によって得られるであろう出
力光スペクトルを求める（予測する）ことができる。

【００４２】ところで、通常、信号光源１としては、半
導体レーザのような単色波長光源が用いられる。半導体
レーザの波長幅は、連続光（変調しない）で用いると、
光スペクトラムアナライザの波長分解能（０．１ｎｍ程
度）より小さな０．００１ｎｍ以下である（半導体レー
ザを変調すると、０．３ｎｍの波長幅になる）。しか
し、図６に示す光増幅器２からの出力光スペクトルの波
長幅は、光スペクトラムアナライザ４の波長分解能の制
限を得てその分解能幅である。本来、信号光スペクトル
はほぼ線スペクトルであるので、光増幅器２からの出力
光スペクトルと、ＢＰＦ３の損失スペクトルとから、Ｂ
ＰＦ３からの出力光スペクトルを求める際に細線化を行
なうと、雑音指数の算出精度は向上する。なお、細線化
方法としては、図６に示す光増幅器２からの出力光スペ
クトルにおける信号光スペクトル幅の中央値波長にする
方法を一例として挙げることができる。

【００４３】以下、図６に示す光増幅器２からの出力光
スペクトルと、図７に示すＢＰＦ３の損失スペクトルと
から、図８に示すＢＰＦ３からの出力光スペクトル情報
を求める具体的方法を説明すると共に、雑音指数の測定
方法（算出方法）も説明する。

【００４４】光増幅器２からの出力光スペクトルにおけ
る信号光波長λs におけるＡＳＥパワーＰase （λs ）
は、ＢＰＦ３の信号光波長λs における損失Ｌ（λs ）
を受けるため(3) 式で求めることができる。

【００４５】 Ｐase （λs ）＝Ｐasea（λs ）×Ｌ（λs ） …(3) なお、図６〜図８は、縦軸を線形軸で示しているので、
変換式は(3) 式となり、縦軸成分がデシベル値（対数）
で表されている場合には、(3) 式に代え、各パラメータ
の加減算式を適用することとなる。以下の(4) 式〜(6)
式についても同様である。

【００４６】また、ＢＰＦ３からの出力光スペクトルに
おける波長λによって変化するＡＳＥスペクトルＰase
（λ）は、光増幅器２からの出力光スペクトルにおける
ＡＳＥスペクトルＰasea（λ）がＢＰＦ３の損失Ｌ
（λ）を受けてできるため、(4)式で求めることができ
る。

【００４７】 Ｐase （λ）＝Ｐasea（λ）×Ｌ（λ） …(4) さらに、光増幅器２単独での利得Ｇa は、光増幅器２へ
の入力信号光パワーをＰinとし、光増幅器２からの出力
光スペクトルにおける信号光出力パワーをＰout （図６
参照）とすると、(5) 式で求めることができる。なお、
入力信号光パワーＰinの測定方法については省略する。

【００４８】 Ｇa ＝｛Ｐout −Ｐasea（λs ）｝／Ｐin …(5) 従って、光増幅器２及びＢＰＦ３での利得（光増幅器２
への入力光に対するＢＰＦ３からの出力光の利得）Ｇ
は、ＢＰＦ３の信号光波長λs における損失Ｌ（λs ）
を受けることを考慮すると、(6) 式で求められることが
分かる。

【００４９】 Ｇ＝Ｇa ×Ｌ（λs ） …(6) 以上のようにして測定した結果を、他の容易に求められ
るパラメータと共に、上述した(2) 式に代入することに
より、ＢＰＦ３を出力段に伴う光増幅器２の全体として
の雑音指数を求めることができる。なお、従来の説明と
この第１実施例の説明とで、一部パラメータの表記を変
更しているので、(2) 式を実施例の説明に合わせて書き
直すと、(7) 式に示すようになる。

【００５０】 Ｆ＝Ｎ1 ＋Ｎ2 ＋Ｎ3 Ｎ1 ＝２Ｐase （λs ）／（mtｈνＧ△ν） Ｎ2 ＝ΣＰase （λ）² ／（mtｈνＧ² Ｐin△ν） Ｎ3 ＝１／Ｇ …(7) なお、△νはＰasea（λ s）を測定するときの光スペク
トラムアナライザ４の波長分解能帯域幅に相当する周波
数帯域幅である。

【００５１】以上のように、上記第１実施例によれば、
出力段にＢＰＦ３が配置された光増幅器１の雑音指数を
求めるにつき、信号光スペクトルとＡＳＥスペクトルと
の分離が容易な光増幅器２からの出力光スペクトルと、
ＢＰＦ３の損失スペクトルとをまず求め、求めた光増幅
器２からの出力光スペクトルとＢＰＦ３の損失スペクト
ルとから、ＢＰＦ３からの出力光スペクトルを求めるよ
うにしたので、得られたＢＰＦ３からの出力光スペクト
ルでも信号光スペクトルとＡＳＥスペクトルとが分離で
き、また、信号光波長におけるＡＳＥパワーも正確に求
めることができ、従来より、雑音指数を正確に求めるこ
とができる。

【００５２】また、上記第１実施例によれば、光増幅器
２の出力光スペクトルと、ＢＰＦ３の損失スペクトルよ
り、光増幅器２の出力段にＢＰＦ３を配置した場合の雑
音指数を求めることができるので、時間的、空間的に別
々に測定した光増幅器２の出力光スペクトルとＢＰＦ３
の損失スペクトルより雑音指数を求めることができる。
このことは、種々の光増幅器２と種々のＢＰＦ３の組み
合わせ時の雑音指数の測定効率を高めていることを意味
する。

【００５３】さらに、上記第１実施例によれば、光増幅
器２の出力光スペクトルと、ＢＰＦ３の損失スペクトル
より、光増幅器２の出力段にＢＰＦを配置した場合の雑
音指数を求めることができるので、測定時に光増幅器２
とＢＰＦ３とを光学的に接続することが不要であり、実
験等の効率を良好なものにできる。

【００５４】図９は、エルビウムドープ光ファイバ増幅
器の雑音指数の測定例を示すものである。従来の測定方
法（図９（ａ））では、３ｄＢ帯域幅が０．５ｎｍのＢ
ＰＦを出力段に配置している場合、及び、３ｄＢ帯域幅
が１ｎｍのＢＰＦを出力段に配置しているときであって
入力信号光パワーが−３５dBｍ以上の場合には、雑音指
数を測定できなかったが、第１実施例の測定方法では、
上記のような場合でも雑音指数を測定できるようになっ
ている。

【００５５】第１実施例の測定方法を適用して測定シス
テムを実現するには、例えば、以下のようにすれば良
い。

【００５６】光スペクトラムアナライザが得た各種のＢ
ＰＦの損失スペクトルデータをコンピュータに転送させ
て（記録媒体を介在させる場合を含む）そのメモリに格
納させ、また、光スペクトラムアナライザが得た各種の
光増幅器の出力光スペクトルデータをコンピュータに転
送させて（記録媒体を介在させる場合を含む）そのメモ
リに格納させ、コンピュータが、搭載されている雑音指
数の算出プログラムに従い、ＢＰＦと光増幅器の全ての
組み合わせにおける光増幅器の出力段にＢＰＦを配置し
た場合の雑音指数を求める。

【００５７】また、ＢＰＦの損失スペクトル及び光増幅
器の光スペクトルとも、光スペクトラムアナライザを用
いて測定できるので、光スペクトラムアナライザに、Ｂ
ＰＦの損失スペクトルデータと光増幅器の出力光スペク
トルデータを保存する機能と、それらのデータより光増
幅器の雑音指数を計算する機能を持たせて、光スペクト
ラムアナライザのみで、光増幅器の雑音指数を求める。

【００５８】以上のようにシステム化する際において、
ＢＰＦの損失スペクトルは、透過中心波長に対する依存
性が少ないので、代表的なＢＰＦの損失スペクトルデー
タを測定して雑音指数の測定に利用するようにしても良
い。通常、ＢＰＦの透過中心波長を信号光波長λs に合
わせているので、使用する信号光波長λs に対応するＢ
ＰＦの損失スペクトルが必要になる。しかし、ＢＰＦと
して良く用いられる干渉型フィルタ、回折格子型フィル
タとも、透過中心波長を移動することが可能である。３
ｄＢ帯域幅が３ｎｍの干渉型フィルタの場合、入射光角
度がフィルタに垂直の場合、透過中心波長が最も長波長
になり、入射光角度が大きくなると、透過中心波長が短
波長側に移動する。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、透過中心波長を１０ｎｍ短波長側に移動しても損失
スペクトル形状の変化がほとんどない。従って、ある波
長において測定したＢＰＦの損失スペクトルデータの透
過中心波長を、例えば、信号光波長λs に一致させて、
光増幅器の雑音指数を計算することができる。

【００５９】（Ｂ）第２実施例 次に、本発明による光増幅器の雑音指数測定方法の第２
実施例を図面を参照しながら詳述する。

【００６０】この第２実施例も、光増幅器の出力段に狭
帯域光フィルタ（ＢＰＦ）が配置された場合の雑音指数
の測定に関するものである。従って、この第２実施例
も、特には、従来で問題となっていた「信号光とＡＳＥ
間のビート雑音」Ｎ1 及び「ＡＳＥ間のビート雑音」Ｎ
2 を正確に測定することを意図している。

【００６１】この第２実施例においては、ＢＰＦからの
出力光スペクトルと、ＢＰＦの損失スペクトルとを求め
る。

【００６２】前者は、図１１（ａ）に示すように、信号
光源１から射出された信号光を、被測定対象の光増幅器
２及びＢＰＦ３を順次介して、光スペクトラムアナライ
ザ４に入射させることで求める。

【００６３】一方、後者は、図１１（ｂ）に示すよう
に、信号光が入射されていない光増幅器２からの出力光
をＢＰＦ３を介して光スペクトラムアナライザ４に入射
させて求める。信号光が入射されていない光増幅器２か
らの出力光は、信号光波長帯域においては白色とみるこ
とができ、この白色スペクトルがＢＰＦ３を通過するこ
とで損失を受けているので、ＢＰＦ３通過後のスペクト
ルは損失スペクトルとなる。なお、信号光が入射されて
いない光増幅器２からの出力光スペクトルを求めてこれ
を基準に図１１（ｂ）の測定系で得た光スペクトルを変
換することで、損失スペクトルをより正確に求めること
ができる。しかし、既に、光増幅器２とＢＰＦ３とが一
体化されているものであれば、この方法を適用できず、
図１１（ｂ）の測定系で得た光スペクトルを損失スペク
トルとして求めることになる。実際上、このような損失
スペクトルの測定で十分である。

【００６４】以上のようにして、ＢＰＦ３からの出力光
スペクトルと、ＢＰＦ３の損失スペクトルとを求める
と、ＢＰＦ３の損失スペクトルの曲線形状を利用して、
ＢＰＦ３からの出力光スペクトルにおける信号光スペク
トルとＡＳＥスペクトルとを分離し（従って、信号光波
長でのＡＳＥパワーも求まる）、雑音指数を求める。

【００６５】「発明が解決しようとする課題」の項でも
説明したように、ＢＰＦ３からの出力光スペクトルだけ
から、その出力光スペクトルにおける信号光スペクトル
とＡＳＥスペクトルとを分離することは、ＢＰＦ３の通
過帯域幅が狭くなればなるほど困難なものであるが、損
失スペクトルの曲線形状を利用すると、簡単かつ正確に
行なうことができる。

【００６６】以下、このことを、図１２及び図１３、並
びに、上述した図３及び図５を用いて詳述する。なお、
ＢＰＦ３の３ｄＢ通過波長幅は１ｎｍとする。

【００６７】図３は、信号光を光増幅器２を入射したと
きの光増幅器２からの出力光スペクトルを示している
が、信号光を光増幅器２に入射しない場合の光増幅器２
からの出力光スペクトルは、図３のスペクトルからスパ
イク状の信号光スペクトルを除いたものである。従っ
て、信号光を光増幅器２に入射しない場合の光増幅器２
からの出力光スペクトル（ＡＳＥスペクトル）は、信号
光波長±５ｎｍ程度において曲線形状がフラットと見な
すことができる（波長依存性が非常に小さい）。

【００６８】従って、信号光の入射なしで光増幅器２か
ら出力された光をＢＰＦ３に入射した場合には、ＢＰＦ
３の損失スペクトルは、ＢＰＦ３の損失特性（通過特
性）の影響をそのまま反映した図１２に示すような曲線
形状を呈する。

【００６９】図５は、信号光が入射された場合のＢＰＦ
３からの出力光スペクトルを示すものであるが、このと
きには、図３に示す光スペクトルを有する光がＢＰＦ３
に入射されている。図３における信号光スペクトル及び
ＡＳＥスペクトルは共に、ＢＰＦ３の損失特性（通過特
性）の影響を受け、その影響は、信号光の入射なしで光
増幅器２から出力された光をＢＰＦ３に入射した場合と
同様である。従って、図５の出力光スペクトルにおける
ＡＳＥスペクトルは、図１２に示す損失スペクトルと同
様な形状を有する。図１３は、図５のスペクトルと図１
２のスペクトルとを重ねたものであり、これにより、Ａ
ＳＥスペクトル形状と損失スペクトル形状とがほぼ同一
になることが確認できる。

【００７０】第２実施例は、このような特質を利用し
て、上述のように、ＢＰＦ３の損失スペクトルの曲線形
状を利用して、ＢＰＦ３からの出力光スペクトルにおけ
る信号光スペクトルとＡＳＥスペクトルとを分離し、雑
音指数を求めている。

【００７１】従って、第２実施例によれば、ＢＰＦ３の
損失スペクトルの曲線形状を利用して、ＢＰＦ３からの
出力光スペクトルにおける信号光スペクトルとＡＳＥス
ペクトルとを分離する（従って、信号光波長でのＡＳＥ
パワーも求まる）ようにしたので、信号光スペクトルと
ＡＳＥスペクトルとを正確に区別でき、雑音指数を正確
に求めることができる。

【００７２】また、第２実施例によれば、ＢＰＦ３から
の出力光スペクトルと、ＢＰＦ３の損失スペクトルとを
求めて雑音指数を求めるようにしたので、第１実施例で
は測定が難しい、光増幅器２とＢＰＦ３とが既に一体化
された構成に対しても雑音指数を求めることができる。

【００７３】（Ｃ）他の実施例 本発明を適用できる光増幅器は限定されるものではな
く、エルビウムドープ光ファイバ増幅器、プラセオジム
ドープ光ファイバ増幅器、半導体レーザ光増幅器、ファ
イバラマン光増幅器等のいずれをも測定対象とすること
ができる。

【００７４】また、第２実施例は、光増幅器とＢＰＦと
が既に一体化された構成に対する測定に好適なものであ
るが、分離されている対象に対しても当然に適用できる
ものである。

【００７５】

【発明の効果】以上のように、第１の本発明によれば、
光増幅器に信号光を入射した場合の光増幅器からの出力
光スペクトルを求め、狭帯域光フィルタの損失スペクト
ルを求め、光増幅器からの出力光スペクトルと、狭帯域
光フィルタの損失スペクトルとから、光増幅器に信号光
を入射した場合の上記狭帯域光フィルタからの出力光ス
ペクトルを求めて雑音指数を得るようにしたので、狭帯
域光フィルタを有する光増幅器の全体としての雑音指数
を正確に求めることができる。

【００７６】また、第２の本発明によれば、光増幅器に
信号光を入射した場合の狭帯域光フィルタからの出力光
スペクトルを求め、狭帯域光フィルタの損失スペクトル
を求め、狭帯域光フィルタの損失スペクトルの曲線形状
を利用して、光増幅器に信号光を入射した場合の狭帯域
光フィルタからの出力光スペクトルを、その信号光スペ
クトル及び自然放出光スペクトルとに分離して、雑音指
数を得るようにしたので、狭帯域光フィルタを有する光
増幅器の全体としての雑音指数を正確に求めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の測定系の説明図である。

【図２】従来方法の説明図である。

【図３】従来方法の欠点の説明図（その１）である。

【図４】従来方法の欠点の説明図（その２）である。

【図５】従来方法の欠点の説明図（その３）である。

【図６】第１実施例に係る光増幅器からの出力光スペク
トルを示す図である。

【図７】第１実施例に係るＢＰＦの損失スペクトルを示
す図である。

【図８】第１実施例によって演算で求められたＢＰＦか
らの出力光スペクトルを示す図である。

【図９】第１実施例の効果の説明図である。

【図１０】代表的ＢＰＦの損失スペクトルデータを用意
しておけば良いことの説明図である。

【図１１】第２実施例の測定系の説明図である。

【図１２】第２実施例の考え方を説明するための図（そ
の１）である。

【図１３】第２実施例の考え方を説明するための図（そ
の２）である。

【符号の説明】

１…信号光源、２…光増幅器、３…狭帯域光フィルタ
（ＢＰＦ）、４…光スペクトラムアナライザ。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01M 11/00 G02F 1/35 501

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力段に狭帯域光フィルタを有する光増
   幅器の全体としての雑音指数を測定する光増幅器の雑音
   指数測定方法において、 上記光増幅器に信号光を入射した場合の上記光増幅器か
   らの出力光スペクトルを求め、 上記狭帯域光フィルタの損失スペクトルを求め、 上記光増幅器からの出力光スペクトルと、上記狭帯域光
   フィルタの損失スペクトルとから、上記光増幅器に信号
   光を入射した場合の上記狭帯域光フィルタからの出力光
   スペクトルを、その信号光スペクトル及び自然放出光ス
   ペクトルとを区別できるように求めて、雑音指数を得る
   ことを特徴とした光増幅器の雑音指数測定方法。
2. 【請求項２】 出力段に狭帯域光フィルタを有する光増
   幅器の全体としての雑音指数を測定する光増幅器の雑音
   指数測定方法において、 上記光増幅器に信号光を入射した場合の上記狭帯域光フ
   ィルタからの出力光スペクトルを求め、 上記狭帯域光フィルタの損失スペクトルを求め、 上記狭帯域光フィルタの損失スペクトルの曲線形状を利
   用して、上記光増幅器に信号光を入射した場合の上記狭
   帯域光フィルタからの出力光スペクトルを、その信号光
   スペクトル及び自然放出光スペクトルとに分離して、雑
   音指数を得ることを特徴とした光増幅器の雑音指数測定
   方法。