JP3569217B2 - 光信号対雑音比を測定する装置及び方法 - Google Patents
光信号対雑音比を測定する装置及び方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信技術に係り、特に光アンプを用いる光通信においての光信号対雑音比（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光アンプとは、光電／電光の変換無しに光信号を増幅する装置として、増幅する光信号の伝送速度や伝送フォーマットに依存しない。このような光アンプは、光信号を光電変換した後に増幅し、再び電光変換し光信号へと再生する従来の光中継器に代わって用いられている。特に、光アンプは広い帯域の互いに異なる波長の多くの光信号を同時に増幅できるので、光通信の伝送容量を高めるために多くのチャネルの光信号をそれぞれ異なる波長に分割多重し伝送する波長分割多重光通信において核心的な役割を果たす。
【０００３】
このような光アンプは、入力光信号を増幅し出力するだけでなく、広い波長帯域の雑音を光信号と共に出力する。このような光アンプの出力光に含まれた雑音を制御するために光フィルタを使用したりもするが、それでも光信号と同一な波長の雑音は制御することができない。光通信網の伝送品質を判断する一つの尺度として光信号の強さを光信号と同じ波長の雑音の強さで除算した光信号対雑音比を用いているところ、光通信網の運用面において、光信号対雑音比を光線路またはノードで監視する必要がある。
【０００４】
図１は光フィルタを使用しない波長分割多重方式光通信において、波長分割多重された光信号が光アンプにより増幅された時、光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備で検出したグラフ図である。
【０００５】
光信号対雑音比は測定しようとする光信号の強さを、その光信号と同一な波長の雑音の強さで除算した値であるが、図１に示したように、雑音が光信号と共に検出されるので雑音の強さだけを直接測定することができない。
【０００６】
図２は図１に図示された光アンプの出力光から光信号対雑音比を測定する方法を説明するために図示したグラフ図である。
【０００７】
出力光の光信号対雑音比を測定するために、まず光アンプを通過した波長分割多重された光信号の光スペクトルを測定する。測定した光スペクトルから最初のピークの光の強さＡを探した後、その両側周辺波長の雑音の強さａ，ｂを測定する。その次に、両雑音の強さａとｂの平均強さ、即ち（ａ＋ｂ）／２を求め光信号１の波長での雑音の強さと仮定し、下記の《数１》に適用して光信号１の光信号対雑音比を求める。
【数１】
【０００８】
残りの二つの光信号２と光信号３の光信号対雑音比も同じ方法で測定することができる。
【０００９】
しかし、図２のような従来の方法では光信号対雑音比を測定できない場合が時々ある。図３はこのような場合を説明するために図示した図面として、波長分割多重方式光通信において光アンプの雑音を除去するために光フィルタを使用した場合、光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備で示したグラフ図である。光信号対雑音比を測定するためには光信号の周辺波長での雑音の強さを知る必要があるが、この時光信号と雑音の区分が明らかでないため図２の方法を用いることができない。
【００１０】
図４はこのような問題を解決するための装置を図示した構成図として、偏光調節器と直線偏光器を用いて光信号対雑音比を測定する装置を図示した図面である。このような装置を用いると図３のような場合にも光信号対雑音比を測定することができる。
【００１１】
図４に図示された光信号対雑音比測定装置４００は、Ｍ．Ｒａｓｚｔｏｖｉｔｓ−Ｗｉｅｃｈ，Ｍ．Ｄａｎｎｅｒ及びＷ．Ｒ．Ｌｅｅｂが学会誌『９８Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｐ．５４９−５５０，１９９８．』に発表した論文「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ＷＤＭ Ｍｅｔｗｏｒｋｓ Ｕｓｉｎｇ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ」に公開されている。
【００１２】
光通信にて一般的に使用される光源はレーザダイオードであり、レーザダイオードにて出力される光は１００％直線偏光された状態なので、たとえ光ファイバを進行させながら偏光状態が変形されたとしても光信号はやはり１００％偏光された状態である。その反面、光アンプにて出力される雑音は無作為に発生した全ての偏光状態の光で成されているので１００％偏光されていない状態である。
【００１３】
従って、入力光の偏光を調節し出力する偏光調節器４０１と、偏光軸と一致する成分の光だけを通過させる直線偏光器４０２を用いて光アンプにて増幅された光信号を除去すれば望む雑音の強さを測定できる。何故なら、１００％偏光された光信号は、光ファイバを進行しながら偏光状態が変更されたとしても偏光調節器４０１を用いれば任意の偏光状態に１００％変換可能なため、直線偏光器４０２の偏光軸と９０°直交した直線偏光状態に変換すれば１００％除去が可能である。しかし、雑音は全ての偏光状態の光で成されているので、たとえ偏光を調節しでも直線変更機４０２を通過する雑音の強さは常に元の半分に減るだけである。
【００１４】
図４を参照すれば、図１に図示したような光スペクトルを有する光アンプの出力光は偏光調節器４０１に入力される。先に、偏光調節器４０１を調整し直線偏光器４０２と帯域通過光可変フィルタ４０３を経て光検出器４０４に入力される光の強さが最大になるようにした後、その値を測定する。その次に偏光調節器４０１を調整し光検出器４０４に入力される光の強さが最小になるようにした後、その値を測定する。このような手順を帯域通過光可変フィルタ４０３の通過波長を可変し入力される光アンプ出力光の全てのスペクトルにわたって繰り返す。
【００１５】
図５（ａ）は図４の偏光調節器に、図１のような光スペクトルを有する光アンプの出力光が入力され光検出器に入力される光の強さが最大の時の測定値を波長によって図示したグラフ図であり、図５（ｂ）は図４の光検出器に入力される光の強さが最小の時の測定値を波長により図示したグラフ図である。
【００１６】
図５（ａ）の光スペクトルで、ピークの光の強さは光信号の強さと雑音の強さの半分を合わせた値である。そして、図５（ｂ）の光スペクトルで、光の強さは元の雑音の強さの半分に該当する値である。従って光信号１の光信号対雑音比は、下記の《数２》に適用し求めることができる。
【数２】
【００１７】
残りの二つの光信号２と光信号３の光信号対雑音比もやはり同じ方法で測定することができる。
【００１８】
図６（ａ）は、図４の偏光調節器に図３のような光スペクトルを有する光アンプの出力光が入力された時、光検出器に入力される光の強さが最大の時の測定値を波長によって図示したグラフ図であり、図６（ｂ）は図４の光検出器に入力される光の強さが最小の時の測定値を波長によって図示したグラフ図である。
【００１９】
この時、図６（ａ）の光スペクトルで、ピークの光の強さは光信号の強さと雑音の強さの半分を合わせた値である。図６（ｂ）の光スペクトルで、光の強さは元の雑音の強さの半分に該当する値である。従って、光信号１の光信号対雑音比を下記の《数３》に適用し求めることができる。
【数３】
【００２０】
残りの二つの光信号２と光信号３の光信号対雑音比もやはり同じ方法で測定することができる。
【００２１】
しかし、図４では偏光調節器４０１を調整し各波長毎に光検出器４０４に受信される光の強さの最大値と最小値を探す必要があるので、光信号対雑音比を測定するのに多くの時間が掛かり、偏光調節器４０１を調整するための複雑な能動制御回路が必要になるという問題点がある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は前記の従来の技術の問題点を解決するために案出されたものとして、光アンプ出力光のストークス媒介変数を測定し光信号対雑音比を測定する装置と方法を提供することにその目的がある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による光信号対雑音比を測定する装置は、光アンプの出力光が入力されると透過波長と一致する波長の前記出力光を通過させる帯域通過光可変フィルタと；前記帯域通過光可変フィルタを通過する光を四つに分割する１×４光分配器と；前記分配された四つの光からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求めるストークス媒介変数測定手段と；前記ストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から前記光アンプの出力光のうち偏光された成分の強さを測定し光信号の強さを求める光信号の強さの測定手段と；前記ストークス媒介変数Ｓ０と前記光信号の強さとを用いて前記光アンプの出力光に含まれた雑音の強さを求める雑音の強さの測定手段と；及び前記光アンプの光信号の強さと雑音の強さを用いて透過波長に対する光信号の強さ／雑音の強さを求める除算手段とを含み、前記帯域通過光可変フィルタの透過波長を可変させ全ての波長での光信号の強さ／雑音の強さを測定し、前記光信号の強さ／雑音の強さのピーク値を探し光信号対雑音比を求めることを特徴とする。
【００２４】
好ましくは、前記ストークス媒介変数測定手段は、前記分配された四つの光のうち一つが入力されると０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）を検出する０°直線偏光手段と、前記分配された四つの光のうちの他の一つが入力されると９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を検出する９０°直線偏光手段と、前記分配された四つの光のうちまた他の一つが入力されると４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）を検出する４５°直線偏光手段と、前記分配された四つの光のうちまた他の一つが入力されると右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）を検出する円形偏光手段、及び前記０°直線偏光手段と前記９０°直線偏光手段と前記４５°直線偏光手段と前記円形偏光手段とから出力された各偏光成分の強さ（ＰＸ、ＰＹ、Ｐ４５、ＰＲＣＰ）からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求めるストークス媒介変数計算手段とを含む。
【００２５】
より好ましくは、前記円形偏光手段は、前記入力された光の位相を遅滞させ直交する０°直線偏光と９０°直線偏光の位相差がλ／４になるようにするλ／４位相遅滞器と、前記λ／４位相遅滞器を通過した光の４５°直線偏光成分だけを通過させる４５°直線偏光器とを含む。
【００２６】
より好ましくは、前記ストークス媒介変数計算手段は、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）と、９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）とを合わせストークス媒介変数Ｓ０を求める第１加算器と、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）から９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を減算してストークス媒介変数Ｓ１を求める第２加算器と、前記４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）と定数２を乗算する第１乗算器と、前記第１乗算器の出力値（２Ｐ４５）からストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ２を求める第３加算器、及び前記第２乗算器の出力値（２ＰＲＣＰ）からストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ３を求める第４加算器とを含む。
【００２７】
好ましくは、前記帯域通過光可変フィルタはファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）可変フィルタ、または格子を含む集積光学素子、または多層薄膜素子で具現することができる。
【００２８】
また、本発明による光信号対雑音比を測定する方法は、光アンプの出力光の初めの波長を透過させる第１段階と；前記透過された光を四つに分配する第２段階と；前記分配された四つの光からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求める第３段階と；前記ストークス媒介変数Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から光アンプの出力光のうち偏光された成分の強さを測定し光信号の強さを求める第４段階と；前記ストークス媒介変数Ｓ０と前記光信号の強さとを用いて前記光アンプの出力光に含まれた雑音の強さを求める第５段階と；前記光アンプの光信号の強さと雑音の強さを用いて透過波長に対する光信号の強さ／雑音の強さを求める第６段階と；透過波長を徐々に増加させながら前記第２段階乃至第６段階を繰り返し遂行し前記出力光の全ての波長での光信号の強さ／雑音の強さを測定する第７段階；及び前記測定された光信号の強さ／雑音の強さのピーク値を探し光信号対雑音比を求める第８段階とで成されることを特徴とする。
【００２９】
好ましくは、前記第３段階は、前記分配された四つの光から０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）と、９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）と、４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）と、右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）を検出する第１小段階と；前記各偏光成分の強さ（ＰＸ、ＰＹ、Ｐ４５、ＰＲＣＰ）からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を計算する第２小段階とを含む。
【００３０】
より好ましくは、前記第２小段階は、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）と９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を合わせストークス媒介変数Ｓ０を求め、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）から９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を減算してストークス媒介変数Ｓ１を求め、前記４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）と定数２を乗算した後、ストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ２を求め、前記右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）と定数２を乗算した後ストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ３を求める段階である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、添付された図面を参照して本発明の一実施形態を説明すると次の通りである。
【００３２】
図７は本発明の一実施形態による光信号対雑音比を測定する装置７００を図示した図面である。これは帯域通過光可変フィルタ７０１と、１×４光分配器７０２と、四つの直線偏光器７０３，７０４，７０５，７０７と、λ／４位相遅滞器７０６と、四つの光検出器７０８，７０９，７１０，７１１と、五つの加算器７１３，７１４，７１６，７１８，７２０と、二つの乗算器７１５，７１７と、信号処理手段７１９、及び除算器７２１とで成される。
【００３３】
前記の帯域通過光可変フィルタ７０１は、光アンプの出力光のうち透過波長と一致する成分の光を通過させる。１×４光分配器７０２は入力された光を四つに分割し０°直線偏光器７０３、９０°直線偏光器７０４、及び４５°直線偏光器７０５と位相遅滞器７０６にそれぞれ入力する。０°直線偏光器７０３からは０°直線偏光された成分の強さ（ＰＸ／４）が得られ、９０°直線偏光器７０４からは９０°直線偏光された成分の強さ（ＰＹ／４）が得られ、４５°直線偏光器７０５からは４５°直線偏光された成分の強さ（Ｐ４５／４）が得られる。位相遅滞器７０６の出力光が４５°直線偏光器７０７を通過すると右回転円形偏光された成分の強さ（ＰＲＣＰ／４）が得られる。
【００３４】
各偏光された成分の強さ（ＰＸ／４、ＰＹ／４、Ｐ４５／４、ＰＲＣＰ／４）は光検出器７０８，７０９，７１０，７１１から得ることができ、加算器７１３，７１４，７１６，７１８と乗算器７１５，７１７により適切に計算すればストークス媒介変数Ｓ０／４，Ｓ１／４，Ｓ２／４，Ｓ３／４を求めることができる。
【００３５】
前記の信号処理手段７１９はＳ１／４，Ｓ２／４，及びＳ３／４が入力されると
【数４】
を信号処理し、偏光された光の強さ／４、即ち光信号の強さ／４を計算し出力する。
【００３６】
この光信号の強さ／４から雑音の強さ／４を求め、除算器７２１はこの両値を除算して光信号の強さ／雑音の強さを求める。
【００３７】
前記のストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，及びＳ３は次のように定義されている。
Ｓ０＝偏光された光の強さと偏光されていない光の強さの合計
Ｓ１＝ＰＸ（０°直線偏光成分の強さ）−ＰＹ（９０°直線偏光成分の強さ）
Ｓ２＝Ｐ４５（＋４５°直線偏光成分の強さ）−Ｐ−４５（−４５°直線偏光成分の強さ）
Ｓ３＝ＰＲＣＰ（右回転円形偏光成分の強さ）−ＰＬＣＰ（左回転円形偏光成分の強さ）
【００３８】
なお、（０°直線偏光と９０°直線偏光）、（＋４５°直線偏光と−４５°直線偏光）及び（右回転円形偏光と左回転円形偏光）はそれぞれ完全直交集合（ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｓｅｔ）なので下記の《数５》のような式が成立する。
【数５】
【００３９】
そして、光信号は１００％偏光され、光アンプの雑音は１００％偏光されないので光信号対雑音比は下記の《数６》の通り求めることができる。
【数６】
【００４０】
このようにストークス媒介変数から光信号の強さを求める過程は文献［『Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ， Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ』 ｂｙ Ｍａｘ Ｂｏｒｎ ａｎｄ Ｅｍｉｌ Ｗｏｌｆ， ６ｔｈ Ｅｄ． ＰＥＲＧＡＭＯＮ ＰＲＥＳＳ， ｐｐ．５５４−５５５．］と［Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｎｏｔｅ ８５０９−１， 『Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ』， ｐｐ５．］を参照すればより詳しく知ることができる。
【００４１】
前記のように成された本発明による装置の作用及び効果は次の通りである。
【００４２】
まず、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長を光アンプの出力光スペクトルの最初の波長に設定する。そうすれば光アンプの出力光のうち帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長と一致する成分の光が通過し１×４光分配器７０２に入力される。前記の１×４光分配器７０２は入力された光を四つに分けてそれぞれ０°直線偏光器７０３と、９０°直線偏光器７０４、４５°直線偏光器７０５、λ／４位相遅滞器７０６に一つずつ入力する。
【００４３】
０°直線偏光器７０３に入力された光は０°偏光軸成分だけが通過し光検出器７０８に入力され、光検出器７０８の出力値は帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した出力光のＰＸ／４と一致する。９０°直線偏光器７０４に入力された光は９０°偏光軸成分だけが通過し光検出器７０９に入力され、光検出器７０９の出力値は帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した光のＰＹ／４と一致する。４５°直線偏光器７０５に入力された光は４５°偏光軸成分だけが通過し光検出器７１０に入力され、光検出器７１０の出力値は帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した光のＰ４５／４と一致する。
【００４４】
λ／４位相遅滞器７０６は入力光の９０°偏光成分の位相を遅滞させ０°偏光成分との位相差がλ／４になるようにする。そうすると、λ／４位相遅滞器７０６に入力された光の右回転偏光成分が４５°直線偏光へと変換され４５°直線偏光器７０７に入力されるので、λ／４位相遅滞器７０６に入力された光は右回転偏光成分だけが４５°直線偏光器７０７を通過し光検出器７１１に入力される。従って、光検出器７１０の出力値は帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した光のＰＲＣＰ／４と一致する。
【００４５】
前記のＰＸ／４とＰＹ／４を加算器７１３に入力し二つを加算するとＳ０／４が出力される。前記したＰＸ／４とＰＹ／４を加算器７１４に入力しＰＸ／４からＰＹ／４を減算すればＳ１／４が出力される。前記したＰ４５を乗算器７１５に入力し定数２を乗算した後、Ｓ０／４と共に加算器７１６に入力しＰ４５／２からＳ０／４を減算すればＳ２／４が出力される。前記のＰＲＣＰ／４を乗算器７１７に入力し定数２を乗算した後、Ｓ０／４と共に加算器７１８に入力しＰＲＣＰ／２からＳ０／４を減算すればＳ３／４が出力される。前記のＳ１／４とＳ２／４とＳ３／４は信号処理手段７１９に入力されるが、この信号処理手段７１９が変更された光の強さ／４を出力する。変更された光の強さは《数５》の通り
【数７】
である。
【００４６】
また、Ｓ０／４と偏光された光の強さ／４を加算器７２０に入力しＳ０／４から偏光された光の強さ／４を減算すれば雑音の強さ／４が出力される。前記の雑音の強さは《数５》の通り
【数８】
である。
【００４７】
最後に、前記の偏光された光の強さ／４と雑音の強さ／４を除算器７２１に入力し偏光された光の強さ／４を雑音の強さ／４で除算すると偏光された光の強さ／雑音の強さを求めることができる。
【００４８】
前記の光信号対雑音比（＝偏光された光の強さ／雑音の強さ）を求める手順を帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長を一段階ずつ増加させながら透過波長が光アンプ出力光のスペクトルの最後の波長になるまで繰り返す。そして、偏光された光の強さ／雑音の強さのピーク値を探せばそれらがまさしく波長分割多重方式光通信での波長分割多重された光信号の光信号対雑音比である。何故なら、帯域通過光可変フィルタの透過波長が光信号と一致する時に偏光された光の強さ／雑音の強さがピーク値を有するからである。
【００４９】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、光フィルタを用いた光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備を用いて分析したグラフ図である。この時、図８（ａ）は光信号は無くただ光アンプの雑音だけが光フィルタを通過した場合として、広い波長の雑音と光フィルタの透過曲線が乗算された形態の光スペクトルが検出される。そして、図８（ｂ）は光フィルタ透過曲線の左側ピークと波長が一致する光信号がある場合として、光信号の強さが同じ波長の雑音の強さより９．６６倍大きい。従って、この場合光信号対雑音比は９．８５ｄＢ（＝１０ｌｏｇ１０９．６６）になる。
【００５０】
図９（ａ）は、図８（ｂ）のように光スペクトルを有する光アンプの出力光を図７の帯域通過光可変フィルタ７０１に入力し測定したストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を波長に対して示したグラフ図であり、図９（ｂ）は、測定したストークス媒介変数Ｓ０と雑音の強さを波長に対して示したグラフ図である。
【００５１】
図１０は、図９（ｂ）に図示されたストークス媒介変数Ｓ０と雑音の強さとから計算された光信号対雑音比（＝偏光された光の強さ／雑音の強さ）を波長に対して示したグラフ図である。図１０（ｂ）に図示された通り、ピーク値が約１０ｄＢとして図８にて与えられた光信号対雑音比と殆ど一致する。
【００５２】
もちろん、図１のように光フィルタを用いない波長分割多重方式光通信において波長分割多重された光信号が光アンプにより増幅された時、光アンプの出力光からも同じ方法を用いて光信号対雑音比を測定することができる。
【００５３】
図１１は本発明の一実施形態による光信号対雑音比測定方法を図示したフローチャートである。まず、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長を光アンプの出力光スペクトルの最初の波長に設定する（Ｓ１０１）。帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した光を四つに分配する（Ｓ１０２）。分配した四つの光から０°直線偏光成分の強さであるＰＸ、９０°直線偏光成分の強さであるＰＹ、４５°直線偏光成分の強さであるＰ４５、右回転円形偏光成分の強さであるＰＲＣＰをそれぞれ検出する（Ｓ１０３）。検出したＰＸ、ＰＹ、Ｐ４５及びＰＲＣＰから四つのストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，及びＳ３を求める（Ｓ１０４）。ストークス媒介変数Ｓ１，Ｓ２とＳ３を信号処理し偏光された光の強さ
【数９】
を求める（Ｓ１０５）。ストークス媒介変数Ｓ０にて偏光された光の強さを減算して雑音の強さを求める（Ｓ１０６）。偏光された光の強さを雑音の強さで除算する（Ｓ１０７）。
【００５４】
その次に、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長が入力される光アンプの出力光スペクトルの最後の波長より大きいかを比べる（Ｓ１０８）。もし、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長が入力される光アンプの出力光スペクトルの最後の波長より大きくない場合、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長を一段階増加させる（Ｓ１０９）。そして、段階Ｓ１０２に進行し帯域通過光可変フィルタ７０１を透過した光を四つに分配することから繰り返す。
【００５５】
もし、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長が入力される光アンプの出力光スペクトルの最後の波長より大きいなら、段階Ｓ１０７にて計算した偏光された光の強さを雑音の強さで除算した値のピーク値を探す（Ｓ１１０）。このピーク値が光アンプ出力光の光信号対雑音比である。
【００５６】
以上にて本発明に関する技術思想を添付図面と共に叙述したが、これらは本発明の最も良好な実施形態を例示的に説明したものであり、本発明を限定するものではない。また、この技術分野の通常の知識を持つ者なら誰でも本発明の技術思想のカテゴリーを逸脱しない範囲内にて様々な変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、偏光を調節するための偏光調節器や偏光調節器を調整するための複雑な能動回路が必要無く、光アンプの出力光のストークス媒介変数を用いて光信号対雑音比を測定するので光信号対雑音比の測定時間を短縮できる効果がある。また、簡単なハードウェアで光信号対雑音比を正確に測定できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】光フィルタを使用しない波長分割多重方式光通信において、波長分割多重された光信号が光アンプにより増幅された時、光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備で示したグラフ図である。
【図２】図１に図示された光アンプの出力光から光信号対雑音比を測定する方法を示したグラフ図である。
【図３】光フィルタを用いた波長分割多重方式光通信において光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備で示したグラフ図である。
【図４】従来の技術により偏光調節器と直線偏光器を用いて光信号対雑音比を測定する装置を図示する図面である。
【図５】図５（ａ）は図４の偏光調節器に図１と同一の光スペクトルを有する光アンプの出力光が入力され、光検出器に入力される光の強さが最大である時測定値を波長により図示したグラフ図である。図５（ｂ）は図４の光検出器に入力される光の強さが最小の時の測定値を波長により図示したグラフ図である。
【図６】図６（ａ）は図４の偏光調節器に図３のような光スペクトルを有する光アンプの出力光が入力され、光検出器に入力される光の強さが最大の時の測定値を波長により図示したグラフ図である。図６（ｂ）は図４の光検出器に入力される光の強さが最小の時の測定値を波長により図示したグラフ図である。
【図７】本発明の一実施形態による光信号対雑音比を測定する装置を図示した構成図である。
【図８】図８（ａ）と（ｂ）とは光フィルタを用いた光アンプの出力光を光スペクトル分析装備を使用して分析したグラフ図である。
【図９】図９（ａ）は図８（ｂ）のような光スペクトルを有する光アンプの出力光を図７の帯域通過光可変フィルタに入力し測定したストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を波長に対して示したグラフ図である。図９（ｂ）は測定したＳ０と雑音の強さを波長に対して表したグラフ図である。
【図１０】図９（ｂ）のＳ０と雑音の強さから偏光された光の強さ／雑音の強さを波長に対して示したグラフ図である。
【図１１】本発明の一実施形態による光信号対雑音比を測定する方法を図示したフローチャートである。
【符号の説明】
７００ 光信号対雑音比測定装置
７０１ 帯域通過光可変フィルタ
７０２ １×４光分配器
７０３ ０°直線偏光器
７０４ ９０°直線偏光器
７０５，７０７ ４５°直線偏光器
７０６ λ／４位相遅滞器
７０８，７０９，７１０，７１１ 光検出器
７１３，７１４，７１６，７１８，７２０ 加算器
７１５，７１７ 乗算器
７１９ 信号処理手段
７２１ 除算器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信技術に係り、特に光アンプを用いる光通信においての光信号対雑音比（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光アンプとは、光電／電光の変換無しに光信号を増幅する装置として、増幅する光信号の伝送速度や伝送フォーマットに依存しない。このような光アンプは、光信号を光電変換した後に増幅し、再び電光変換し光信号へと再生する従来の光中継器に代わって用いられている。特に、光アンプは広い帯域の互いに異なる波長の多くの光信号を同時に増幅できるので、光通信の伝送容量を高めるために多くのチャネルの光信号をそれぞれ異なる波長に分割多重し伝送する波長分割多重光通信において核心的な役割を果たす。
【０００３】
このような光アンプは、入力光信号を増幅し出力するだけでなく、広い波長帯域の雑音を光信号と共に出力する。このような光アンプの出力光に含まれた雑音を制御するために光フィルタを使用したりもするが、それでも光信号と同一な波長の雑音は制御することができない。光通信網の伝送品質を判断する一つの尺度として光信号の強さを光信号と同じ波長の雑音の強さで除算した光信号対雑音比を用いているところ、光通信網の運用面において、光信号対雑音比を光線路またはノードで監視する必要がある。
【０００４】
図１は光フィルタを使用しない波長分割多重方式光通信において、波長分割多重された光信号が光アンプにより増幅された時、光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備で検出したグラフ図である。
【０００５】
光信号対雑音比は測定しようとする光信号の強さを、その光信号と同一な波長の雑音の強さで除算した値であるが、図１に示したように、雑音が光信号と共に検出されるので雑音の強さだけを直接測定することができない。
【０００６】
図２は図１に図示された光アンプの出力光から光信号対雑音比を測定する方法を説明するために図示したグラフ図である。
【０００７】
出力光の光信号対雑音比を測定するために、まず光アンプを通過した波長分割多重された光信号の光スペクトルを測定する。測定した光スペクトルから最初のピークの光の強さＡを探した後、その両側周辺波長の雑音の強さａ，ｂを測定する。その次に、両雑音の強さａとｂの平均強さ、即ち（ａ＋ｂ）／２を求め光信号１の波長での雑音の強さと仮定し、下記の《数１》に適用して光信号１の光信号対雑音比を求める。
【数１】
残りの二つの光信号２と光信号３の光信号対雑音比も同じ方法で測定することができる。
【０００９】
しかし、図２のような従来の方法では光信号対雑音比を測定できない場合が時々ある。図３はこのような場合を説明するために図示した図面として、波長分割多重方式光通信において光アンプの雑音を除去するために光フィルタを使用した場合、光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備で示したグラフ図である。光信号対雑音比を測定するためには光信号の周辺波長での雑音の強さを知る必要があるが、この時光信号と雑音の区分が明らかでないため図２の方法を用いることができない。
【００１０】
図４はこのような問題を解決するための装置を図示した構成図として、偏光調節器と直線偏光器を用いて光信号対雑音比を測定する装置を図示した図面である。このような装置を用いると図３のような場合にも光信号対雑音比を測定することができる。
【００１１】
図４に図示された光信号対雑音比測定装置４００は、Ｍ．Ｒａｓｚｔｏｖｉｔｓ−Ｗｉｅｃｈ，Ｍ．Ｄａｎｎｅｒ及びＷ．Ｒ．Ｌｅｅｂが学会誌『９８Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｐ．５４９−５５０，１９９８．』に発表した論文「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ＷＤＭ Ｍｅｔｗｏｒｋｓ Ｕｓｉｎｇ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ」に公開されている。
【００１２】
光通信にて一般的に使用される光源はレーザダイオードであり、レーザダイオードにて出力される光は１００％直線偏光された状態なので、たとえ光ファイバを進行させながら偏光状態が変形されたとしても光信号はやはり１００％偏光された状態である。その反面、光アンプにて出力される雑音は無作為に発生した全ての偏光状態の光で成されているので１００％偏光されていない状態である。
【００１３】
従って、入力光の偏光を調節し出力する偏光調節器４０１と、偏光軸と一致する成分の光だけを通過させる直線偏光器４０２を用いて光アンプにて増幅された光信号を除去すれば望む雑音の強さを測定できる。何故なら、１００％偏光された光信号は、光ファイバを進行しながら偏光状態が変更されたとしても偏光調節器４０１を用いれば任意の偏光状態に１００％変換可能なため、直線偏光器４０２の偏光軸と９０°直交した直線偏光状態に変換すれば１００％除去が可能である。しかし、雑音は全ての偏光状態の光で成されているので、たとえ偏光を調節しでも直線変更機４０２を通過する雑音の強さは常に元の半分に減るだけである。
【００１４】
図４を参照すれば、図１に図示したような光スペクトルを有する光アンプの出力光は偏光調節器４０１に入力される。先に、偏光調節器４０１を調整し直線偏光器４０２と帯域通過光可変フィルタ４０３を経て光検出器４０４に入力される光の強さが最大になるようにした後、その値を測定する。その次に偏光調節器４０１を調整し光検出器４０４に入力される光の強さが最小になるようにした後、その値を測定する。このような手順を帯域通過光可変フィルタ４０３の通過波長を可変し入力される光アンプ出力光の全てのスペクトルにわたって繰り返す。
【００１５】
図５（ａ）は図４の偏光調節器に、図１のような光スペクトルを有する光アンプの出力光が入力され光検出器に入力される光の強さが最大の時の測定値を波長によって図示したグラフ図であり、図５（ｂ）は図４の光検出器に入力される光の強さが最小の時の測定値を波長により図示したグラフ図である。
【００１６】
図５（ａ）の光スペクトルで、ピークの光の強さは光信号の強さと雑音の強さの半分を合わせた値である。そして、図５（ｂ）の光スペクトルで、光の強さは元の雑音の強さの半分に該当する値である。従って光信号１の光信号対雑音比は、下記の《数２》に適用し求めることができる。
【数２】
残りの二つの光信号２と光信号３の光信号対雑音比もやはり同じ方法で測定することができる。
【００１８】
図６（ａ）は、図４の偏光調節器に図３のような光スペクトルを有する光アンプの出力光が入力された時、光検出器に入力される光の強さが最大の時の測定値を波長によって図示したグラフ図であり、図６（ｂ）は図４の光検出器に入力される光の強さが最小の時の測定値を波長によって図示したグラフ図である。
【００１９】
この時、図６（ａ）の光スペクトルで、ピークの光の強さは光信号の強さと雑音の強さの半分を合わせた値である。図６（ｂ）の光スペクトルで、光の強さは元の雑音の強さの半分に該当する値である。従って、光信号１の光信号対雑音比を下記の《数３》に適用し求めることができる。
【数３】
残りの二つの光信号２と光信号３の光信号対雑音比もやはり同じ方法で測定することができる。
【００２１】
しかし、図４では偏光調節器４０１を調整し各波長毎に光検出器４０４に受信される光の強さの最大値と最小値を探す必要があるので、光信号対雑音比を測定するのに多くの時間が掛かり、偏光調節器４０１を調整するための複雑な能動制御回路が必要になるという問題点がある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は前記の従来の技術の問題点を解決するために案出されたものとして、光アンプ出力光のストークス媒介変数を測定し光信号対雑音比を測定する装置と方法を提供することにその目的がある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による光信号対雑音比を測定する装置は、光アンプの出力光が入力されると透過波長と一致する波長の前記出力光を通過させる帯域通過光可変フィルタと；前記帯域通過光可変フィルタを通過する光を四つに分割する１×４光分配器と；前記分配された四つの光からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求めるストークス媒介変数測定手段と；前記ストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から前記光アンプの出力光のうち偏光された成分の強さを測定し光信号の強さを求める光信号の強さの測定手段と；前記ストークス媒介変数Ｓ０と前記光信号の強さとを用いて前記光アンプの出力光に含まれた雑音の強さを求める雑音の強さの測定手段と；及び前記光アンプの光信号の強さと雑音の強さを用いて透過波長に対する光信号の強さ／雑音の強さを求める除算手段とを含み、前記帯域通過光可変フィルタの透過波長を可変させ全ての波長での光信号の強さ／雑音の強さを測定し、前記光信号の強さ／雑音の強さのピーク値を探し光信号対雑音比を求めることを特徴とする。
【００２４】
好ましくは、前記ストークス媒介変数測定手段は、前記分配された四つの光のうち一つが入力されると０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）を検出する０°直線偏光手段と、前記分配された四つの光のうちの他の一つが入力されると９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を検出する９０°直線偏光手段と、前記分配された四つの光のうちまた他の一つが入力されると４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）を検出する４５°直線偏光手段と、前記分配された四つの光のうちまた他の一つが入力されると右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）を検出する円形偏光手段、及び前記０°直線偏光手段と前記９０°直線偏光手段と前記４５°直線偏光手段と前記円形偏光手段とから出力された各偏光成分の強さ（ＰＸ、ＰＹ、Ｐ４５、ＰＲＣＰ）からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求めるストークス媒介変数計算手段とを含む。
【００２５】
より好ましくは、前記円形偏光手段は、前記入力された光の位相を遅滞させ直交する０°直線偏光と９０°直線偏光の位相差がλ／４になるようにするλ／４位相遅滞器と、前記λ／４位相遅滞器を通過した光の４５°直線偏光成分だけを通過させる４５°直線偏光器とを含む。
【００２６】
より好ましくは、前記ストークス媒介変数計算手段は、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）と、９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）とを合わせストークス媒介変数Ｓ０を求める第１加算器と、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）から９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を減算してストークス媒介変数Ｓ１を求める第２加算器と、前記４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）と定数２を乗算する第１乗算器と、前記第１乗算器の出力値（２Ｐ４５）からストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ２を求める第３加算器、及び前記第２乗算器の出力値（２ＰＲＣＰ）からストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ３を求める第４加算器とを含む。
【００２７】
好ましくは、前記帯域通過光可変フィルタはファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）可変フィルタ、または格子を含む集積光学素子、または多層薄膜素子で具現することができる。
【００２８】
また、本発明による光信号対雑音比を測定する方法は、光アンプの出力光の初めの波長を透過させる第１段階と；前記透過された光を四つに分配する第２段階と；前記分配された四つの光からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求める第３段階と；前記ストークス媒介変数Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から光アンプの出力光のうち偏光された成分の強さを測定し光信号の強さを求める第４段階と；前記ストークス媒介変数Ｓ０と前記光信号の強さとを用いて前記光アンプの出力光に含まれた雑音の強さを求める第５段階と；前記光アンプの光信号の強さと雑音の強さを用いて透過波長に対する光信号の強さ／雑音の強さを求める第６段階と；透過波長を徐々に増加させながら前記第２段階乃至第６段階を繰り返し遂行し前記出力光の全ての波長での光信号の強さ／雑音の強さを測定する第７段階；及び前記測定された光信号の強さ／雑音の強さのピーク値を探し光信号対雑音比を求める第８段階とで成されることを特徴とする。
【００２９】
好ましくは、前記第３段階は、前記分配された四つの光から０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）と、９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）と、４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）と、右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）を検出する第１小段階と；前記各偏光成分の強さ（ＰＸ、ＰＹ、Ｐ４５、ＰＲＣＰ）からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を計算する第２小段階とを含む。
【００３０】
より好ましくは、前記第２小段階は、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）と９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を合わせストークス媒介変数Ｓ０を求め、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）から９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を減算してストークス媒介変数Ｓ１を求め、前記４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）と定数２を乗算した後、ストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ２を求め、前記右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）と定数２を乗算した後ストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ３を求める段階である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、添付された図面を参照して本発明の一実施形態を説明すると次の通りである。
【００３２】
図７は本発明の一実施形態による光信号対雑音比を測定する装置７００を図示した図面である。これは帯域通過光可変フィルタ７０１と、１×４光分配器７０２と、四つの直線偏光器７０３，７０４，７０５，７０７と、λ／４位相遅滞器７０６と、四つの光検出器７０８，７０９，７１０，７１１と、五つの加算器７１３，７１４，７１６，７１８，７２０と、二つの乗算器７１５，７１７と、信号処理手段７１９、及び除算器７２１とで成される。
【００３３】
前記の帯域通過光可変フィルタ７０１は、光アンプの出力光のうち透過波長と一致する成分の光を通過させる。１×４光分配器７０２は入力された光を四つに分割し０°直線偏光器７０３、９０°直線偏光器７０４、及び４５°直線偏光器７０５と位相遅滞器７０６にそれぞれ入力する。０°直線偏光器７０３からは０°直線偏光された成分の強さ（ＰＸ／４）が得られ、９０°直線偏光器７０４からは９０°直線偏光された成分の強さ（ＰＹ／４）が得られ、４５°直線偏光器７０５からは４５°直線偏光された成分の強さ（Ｐ４５／４）が得られる。位相遅滞器７０６の出力光が４５°直線偏光器７０７を通過すると右回転円形偏光された成分の強さ（ＰＲＣＰ／４）が得られる。
【００３４】
各偏光された成分の強さ（ＰＸ／４、ＰＹ／４、Ｐ４５／４、ＰＲＣＰ／４）は光検出器７０８，７０９，７１０，７１１から得ることができ、加算器７１３，７１４，７１６，７１８と乗算器７１５，７１７により適切に計算すればストークス媒介変数Ｓ０／４，Ｓ１／４，Ｓ２／４，Ｓ３／４を求めることができる。
【００３５】
前記の信号処理手段７１９はＳ１／４，Ｓ２／４，及びＳ３／４が入力されると
【数４】
【００３６】
この光信号の強さ／４から雑音の強さ／４を求め、除算器７２１はこの両値を除算して光信号の強さ／雑音の強さを求める。
【００３７】
前記のストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，及びＳ３は次のように定義されている。
Ｓ０＝偏光された光の強さと偏光されていない光の強さの合計
Ｓ１＝ＰＸ（０°直線偏光成分の強さ）−ＰＹ（９０°直線偏光成分の強さ）
Ｓ２＝Ｐ４５（＋４５°直線偏光成分の強さ）−Ｐ−４５（−４５°直線偏光成分の強さ）
Ｓ３＝ＰＲＣＰ（右回転円形偏光成分の強さ）−ＰＬＣＰ（左回転円形偏光成分の強さ）
【００３８】
なお、（０°直線偏光と９０°直線偏光）、（＋４５°直線偏光と−４５°直線偏光）及び（右回転円形偏光と左回転円形偏光）はそれぞれ完全直交集合（ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｓｅｔ）なので下記の《数５》のような式が成立する。
【数５】
そして、光信号は１００％偏光され、光アンプの雑音は１００％偏光されないので光信号対雑音比は下記の《数６》の通り求めることができる。
【数６】
このようにストークス媒介変数から光信号の強さを求める過程は文献［『Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ， Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ』 ｂｙ Ｍａｘ Ｂｏｒｎ ａｎｄ Ｅｍｉｌ Ｗｏｌｆ， ６ｔｈ Ｅｄ． ＰＥＲＧＡＭＯＮ ＰＲＥＳＳ， ｐｐ．５５４−５５５．］と［Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｎｏｔｅ ８５０９−１， 『Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ』， ｐｐ５．］を参照すればより詳しく知ることができる。
【００４１】
前記のように成された本発明による装置の作用及び効果は次の通りである。
【００４２】
まず、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長を光アンプの出力光スペクトルの最初の波長に設定する。そうすれば光アンプの出力光のうち帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長と一致する成分の光が通過し１×４光分配器７０２に入力される。前記の１×４光分配器７０２は入力された光を四つに分けてそれぞれ０°直線偏光器７０３と、９０°直線偏光器７０４、４５°直線偏光器７０５、λ／４位相遅滞器７０６に一つずつ入力する。
【００４３】
０°直線偏光器７０３に入力された光は０°偏光軸成分だけが通過し光検出器７０８に入力され、光検出器７０８の出力値は帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した出力光のＰＸ／４と一致する。９０°直線偏光器７０４に入力された光は９０°偏光軸成分だけが通過し光検出器７０９に入力され、光検出器７０９の出力値は帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した光のＰＹ／４と一致する。４５°直線偏光器７０５に入力された光は４５°偏光軸成分だけが通過し光検出器７１０に入力され、光検出器７１０の出力値は帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した光のＰ４５／４と一致する。
【００４４】
λ／４位相遅滞器７０６は入力光の９０°偏光成分の位相を遅滞させ０°偏光成分との位相差がλ／４になるようにする。そうすると、λ／４位相遅滞器７０６に入力された光の右回転偏光成分が４５°直線偏光へと変換され４５°直線偏光器７０７に入力されるので、λ／４位相遅滞器７０６に入力された光は右回転偏光成分だけが４５°直線偏光器７０７を通過し光検出器７１１に入力される。従って、光検出器７１０の出力値は帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した光のＰＲＣＰ／４と一致する。
【００４５】
前記のＰＸ／４とＰＹ／４を加算器７１３に入力し二つを加算するとＳ０／４が出力される。前記したＰＸ／４とＰＹ／４を加算器７１４に入力しＰＸ／４からＰＹ／４を減算すればＳ１／４が出力される。前記したＰ４５を乗算器７１５に入力し定数２を乗算した後、Ｓ０／４と共に加算器７１６に入力しＰ４５／２からＳ０／４を減算すればＳ２／４が出力される。前記のＰＲＣＰ／４を乗算器７１７に入力し定数２を乗算した後、Ｓ０／４と共に加算器７１８に入力しＰＲＣＰ／２からＳ０／４を減算すればＳ３／４が出力される。前記のＳ１／４とＳ２／４とＳ３／４は信号処理手段７１９に入力されるが、この信号処理手段７１９が変更された光の強さ／４を出力する。変更された光の強さは《数５》の通り
【数７】
【００４６】
また、Ｓ０／４と偏光された光の強さ／４を加算器７２０に入力しＳ０／４から偏光された光の強さ／４を減算すれば雑音の強さ／４が出力される。前記の雑音の強さは《数５》の通り
【数８】
【００４７】
最後に、前記の偏光された光の強さ／４と雑音の強さ／４を除算器７２１に入力し偏光された光の強さ／４を雑音の強さ／４で除算すると偏光された光の強さ／雑音の強さを求めることができる。
【００４８】
前記の光信号対雑音比（＝偏光された光の強さ／雑音の強さ）を求める手順を帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長を一段階ずつ増加させながら透過波長が光アンプ出力光のスペクトルの最後の波長になるまで繰り返す。そして、偏光された光の強さ／雑音の強さのピーク値を探せばそれらがまさしく波長分割多重方式光通信での波長分割多重された光信号の光信号対雑音比である。何故なら、帯域通過光可変フィルタの透過波長が光信号と一致する時に偏光された光の強さ／雑音の強さがピーク値を有するからである。
【００４９】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、光フィルタを用いた光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備を用いて分析したグラフ図である。この時、図８（ａ）は光信号は無くただ光アンプの雑音だけが光フィルタを通過した場合として、広い波長の雑音と光フィルタの透過曲線が乗算された形態の光スペクトルが検出される。そして、図８（ｂ）は光フィルタ透過曲線の左側ピークと波長が一致する光信号がある場合として、光信号の強さが同じ波長の雑音の強さより９．６６倍大きい。従って、この場合光信号対雑音比は９．８５ｄＢ（＝１０ｌｏｇ１０９．６６）になる。
【００５０】
図９（ａ）は、図８（ｂ）のように光スペクトルを有する光アンプの出力光を図７の帯域通過光可変フィルタ７０１に入力し測定したストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を波長に対して示したグラフ図であり、図９（ｂ）は、測定したストークス媒介変数Ｓ０と雑音の強さを波長に対して示したグラフ図である。
【００５１】
図１０は、図９（ｂ）に図示されたストークス媒介変数Ｓ０と雑音の強さとから計算された光信号対雑音比（＝偏光された光の強さ／雑音の強さ）を波長に対して示したグラフ図である。図１０（ｂ）に図示された通り、ピーク値が約１０ｄＢとして図８にて与えられた光信号対雑音比と殆ど一致する。
【００５２】
もちろん、図１のように光フィルタを用いない波長分割多重方式光通信において波長分割多重された光信号が光アンプにより増幅された時、光アンプの出力光からも同じ方法を用いて光信号対雑音比を測定することができる。
【００５３】
図１１は本発明の一実施形態による光信号対雑音比測定方法を図示したフローチャートである。まず、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長を光アンプの出力光スペクトルの最初の波長に設定する（Ｓ１０１）。帯域通過光可変フィルタ７０１を通過した光を四つに分配する（Ｓ１０２）。分配した四つの光から０°直線偏光成分の強さであるＰＸ、９０°直線偏光成分の強さであるＰＹ、４５°直線偏光成分の強さであるＰ４５、右回転円形偏光成分の強さであるＰＲＣＰをそれぞれ検出する（Ｓ１０３）。検出したＰＸ、ＰＹ、Ｐ４５及びＰＲＣＰから四つのストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，及びＳ３を求める（Ｓ１０４）。ストークス媒介変数Ｓ１，Ｓ２とＳ３を信号処理し偏光された光の強さ
【数９】
【００５４】
その次に、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長が入力される光アンプの出力光スペクトルの最後の波長より大きいかを比べる（Ｓ１０８）。もし、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長が入力される光アンプの出力光スペクトルの最後の波長より大きくない場合、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長を一段階増加させる（Ｓ１０９）。そして、段階Ｓ１０２に進行し帯域通過光可変フィルタ７０１を透過した光を四つに分配することから繰り返す。
【００５５】
もし、帯域通過光可変フィルタ７０１の透過波長が入力される光アンプの出力光スペクトルの最後の波長より大きいなら、段階Ｓ１０７にて計算した偏光された光の強さを雑音の強さで除算した値のピーク値を探す（Ｓ１１０）。このピーク値が光アンプ出力光の光信号対雑音比である。
【００５６】
以上にて本発明に関する技術思想を添付図面と共に叙述したが、これらは本発明の最も良好な実施形態を例示的に説明したものであり、本発明を限定するものではない。また、この技術分野の通常の知識を持つ者なら誰でも本発明の技術思想のカテゴリーを逸脱しない範囲内にて様々な変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、偏光を調節するための偏光調節器や偏光調節器を調整するための複雑な能動回路が必要無く、光アンプの出力光のストークス媒介変数を用いて光信号対雑音比を測定するので光信号対雑音比の測定時間を短縮できる効果がある。また、簡単なハードウェアで光信号対雑音比を正確に測定できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】光フィルタを使用しない波長分割多重方式光通信において、波長分割多重された光信号が光アンプにより増幅された時、光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備で示したグラフ図である。
【図２】図１に図示された光アンプの出力光から光信号対雑音比を測定する方法を示したグラフ図である。
【図３】光フィルタを用いた波長分割多重方式光通信において光アンプの出力光を従来の光スペクトル分析装備で示したグラフ図である。
【図４】従来の技術により偏光調節器と直線偏光器を用いて光信号対雑音比を測定する装置を図示する図面である。
【図５】図５（ａ）は図４の偏光調節器に図１と同一の光スペクトルを有する光アンプの出力光が入力され、光検出器に入力される光の強さが最大である時測定値を波長により図示したグラフ図である。図５（ｂ）は図４の光検出器に入力される光の強さが最小の時の測定値を波長により図示したグラフ図である。
【図６】図６（ａ）は図４の偏光調節器に図３のような光スペクトルを有する光アンプの出力光が入力され、光検出器に入力される光の強さが最大の時の測定値を波長により図示したグラフ図である。図６（ｂ）は図４の光検出器に入力される光の強さが最小の時の測定値を波長により図示したグラフ図である。
【図７】本発明の一実施形態による光信号対雑音比を測定する装置を図示した構成図である。
【図８】図８（ａ）と（ｂ）とは光フィルタを用いた光アンプの出力光を光スペクトル分析装備を使用して分析したグラフ図である。
【図９】図９（ａ）は図８（ｂ）のような光スペクトルを有する光アンプの出力光を図７の帯域通過光可変フィルタに入力し測定したストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を波長に対して示したグラフ図である。図９（ｂ）は測定したＳ０と雑音の強さを波長に対して表したグラフ図である。
【図１０】図９（ｂ）のＳ０と雑音の強さから偏光された光の強さ／雑音の強さを波長に対して示したグラフ図である。
【図１１】本発明の一実施形態による光信号対雑音比を測定する方法を図示したフローチャートである。
【符号の説明】
７００ 光信号対雑音比測定装置
７０１ 帯域通過光可変フィルタ
７０２ １×４光分配器
７０３ ０°直線偏光器
７０４ ９０°直線偏光器
７０５，７０７ ４５°直線偏光器
７０６ λ／４位相遅滞器
７０８，７０９，７１０，７１１ 光検出器
７１３，７１４，７１６，７１８，７２０ 加算器
７１５，７１７ 乗算器
７１９ 信号処理手段
７２１ 除算器
Claims (10)
- 光アンプの出力光が入力されると透過波長と一致する波長の前記出力光を通過させる帯域通過光可変フィルタと；
前記帯域通過光可変フィルタを通過した光を四つに分配する１×４光分配器と；
前記分配された四つの光からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求めるストークス媒介変数測定手段と；
前記ストークス媒介変数Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から前記光アンプの出力光のうち、偏光された成分の強さを測定し光信号の強さを求める光信号の強さの測定手段と；前記ストークス媒介変数Ｓ０と前記光信号の強さとを用いて前記光アンプの出力光に含まれた雑音の強さを求める雑音の強さの測定手段；及び
前記光アンプの光信号の強さと雑音の強さとを用いて透過波長に対する光信号の強さ／雑音の強さを求める除算手段とを含み、
前記帯域通過光可変フィルタの透過波長を可変させ全ての波長での光信号の強さ／雑音の強さを測定し、前記光信号の強さ／雑音の強さのピーク値を探し光信号対雑音比を求めることを特徴とする光信号対雑音比を測定する装置。 - 前記ストークス媒介変数測定手段は、
前記分配された四つの光のうちの一つが入力されると０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）を検出する０°直線偏光手段と、
前記分配された四つの光のうちの他の一つが入力されると９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を検出する９０°直線偏光手段と、
前記分配された四つの光のうちまた他の一つが入力されると４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）を検出する４５°直線偏光手段と、
前記分配された四つの光のうちまた他の一つが入力されると右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）を検出する円形偏光手段、及び
前記０°直線偏光手段と前記９０°直線偏光手段と前記４５°直線偏光手段と前記円形偏光手段とから出力された各偏光成分の強さ（ＰＸ、ＰＹ、Ｐ４５、ＰＲＣＰ）からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求めるストークス媒介変数計算手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光信号対雑音比を測定する装置。 - 前記円形偏光手段は、
前記入力された光の位相を遅滞させ直交する０°直線偏光と９０°直線偏光の位相差がλ／４になるようにするλ／４位相遅滞器と、
前記λ／４位相遅滞器を通過した光の４５°直線偏光成分だけを透過させる４５°直線偏光器とを含むことを特徴とする請求項２に記載の光信号対雑音比を測定する装置。 - 上記ストークス媒介変数計算手段は、
前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）と９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）とを合わせストークス媒介変数Ｓ０を求める第１加算器と、
前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）から９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を減算してストークス媒介変数Ｓ１を求める第２加算器と、
前記４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）と定数２を乗算する第１乗算器と、
前記第１乗算器の出力値（２Ｐ４５）からストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ２を求める第３加算器と、
前記右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）と定数２を乗算する第２乗算器、及び
前記第２乗算器の出力値（２ＰＲＣＰ）からストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ３を求める第４加算器とを含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光信号対雑音比を測定する装置。 - 前記帯域通過光可変フィルタはファブリ・ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）可変フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光信号対雑音比を測定する装置。
- 前記帯域通過光可変フィルタは格子を含む集積光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の光信号対雑音比を測定する装置。
- 前記帯域通過光可変フィルタは多層薄膜素子であることを特徴とする請求項１に記載の光信号対雑音比を測定する装置。
- 光アンプの出力光の最初の波長を透過させる第１段階と；
前記透過された光を四つに分配する第２段階と；
前記分配された四つの光からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を求める第３段階と；
前記ストークス媒介変数Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３から光アンプの出力光のうち偏光された成分の強さを測定し、光信号の強さを求める第４段階と；
前記ストークス媒介変数Ｓ０と前記光信号の強さとを用いて前記光アンプの出力光に含まれた雑音の強さを求める第５段階と；
前記光アンプの光信号の強さと雑音の強さを用いて透過波長に対する光信号の強さ／雑音の強さを求める第６段階と；
透過波長を次第に増加させながら前記第２段階乃至第６段階を繰り返し行い前記出力光の全ての波長での光信号の強さ／雑音の強さを測定する第７段階；及び
前記測定された光信号の強さ／雑音の強さのピーク値を探し光信号対雑音比を求める第８段階とからなることを特徴とする光信号対雑音比を測定する方法。 - 前記第３段階は、前記分配された四つの光から０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）と、９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）と、４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）と、右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）を検出する第１小段階と；
前記各偏光成分の強さ（ＰＸ、ＰＹ、Ｐ４５、ＰＲＣＰ）からストークス媒介変数Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を計算する第２小段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載の光信号対雑音比を測定する方法。 - 前記第２小段階は、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）と９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）とを合わせストークス媒介変数Ｓ０を求め、前記０°直線偏光成分の強さ（ＰＸ）から９０°直線偏光成分の強さ（ＰＹ）を減算してストークス媒介変数Ｓ１を求め、
前記４５°直線偏光成分の強さ（Ｐ４５）と定数２を乗算した後、ストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ２を求め、
前記右回転円形偏光成分の強さ（ＰＲＣＰ）と定数２を乗算した後、ストークス媒介変数Ｓ０を減算してストークス媒介変数Ｓ３を求める段階であることを特徴とする請求項９に記載の光信号対雑音比を測定する方法。
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