JP3730930B2 - 波長分割多重化された光信号の監視方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重(wavelength division multiplexing: 以下、ＷＤＭと称する)光通信システムに関し、特に、前記ＷＤＭ光通信システムから伝送される波長分割多重化された光信号(ＷＤＭ光信号)を監視する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重光通信システム(wavelength division multiplexing optical communication system)は、複数のチャネルから構成された光信号を光ファイバを通して伝送する。前記ＷＤＭ光通信システムは、伝送効率が高くて多量のデータを伝送することができるので、超高速インターネットに広く使われる。この時、前記ＷＤＭ光信号は、進行距離が減少するにつれて減衰されるので、波長及び強度などの前記ＷＤＭ光信号の特性を監視する装置及び方法が要求される。
【０００３】
従来の多様な光信号監視装置において、光ファイバファブリーペロー(fiber Fabry-Perot)フィルタを利用する光信号監視装置は、サイズが小さく、かつ、分解能が優秀である。前記光ファイバファブリーペローフィルタの透過波長は、駆動電圧によって変化する。前記駆動電圧が線形的に印加される時、前記透過波長は、非線形的に変化する。さらに、前記光ファイバファブリーペローフィルタは、作動温度によって透過波長が変化する特性がある。
【０００４】
図１は、従来のＷＤＭ光信号監視装置を示す構成図である。図１において、光ファイバ１１０、ファブリーペローフィルタ１３０、光検出器１５０、アナログ／デジタル変換器(analog/digital converter: ＡＤＣ)１６０、制御器１７０、デジタル／アナログ変換器(digital/analog converter: ＤＡＣ)１８０、及びフィルタ駆動部(filter driver)１９０が示されている。装置の動作において、ＷＤＭ光信号１２２及び第１、第２基準光１２４、１２６から構成される光信号１２０は、前記光ファイバ１１０内に進行する。
【０００５】
前記ファブリーペローフィルタ１３０は、線形的に印加される駆動電圧１９５によって透過波長が変化する。つまり、前記ファブリーペローフィルタ１３０は、所定の駆動電圧に対して所定の波長を有する光信号のみを通過させ、その他の波長を有する光信号は通過させない。前記ファブリーペローフィルタ１３０に印加される駆動電圧１９５は線形的に増加するので、前記ファブリーペローフィルタ１３０の透過波長もじだいに増加する。
【０００６】
前記光検出器１５０は、前記ファブリーペローフィルタ１３０から受信されるＷＤＭ光信号１４０をアナログ光検出信号１５５に変換する。前記アナログ／デジタル変換器１６０は、前記アナログ光検出信号１５５をデジタル光検出信号１６５に変換する。前記デジタル／アナログ変換器１８０は、前記制御器１７０から受信されるデジタル駆動信号１７５をアナログ駆動信号１８５に変換する。前記フィルタ駆動部１９０は、前記アナログ駆動信号１８５による駆動電圧１９５を前記ファブリーペローフィルタ１３０に印加する。
【０００７】
前記制御器１７０は、前記デジタル駆動信号１７５を出力し、前記アナログ／デジタル変換器１６０から前記デジタル光検出信号１６５を受信する。さらに、前記制御器１７０は、所定の第１及び第２基準光１２４及び１２６の第１及び第２波長、及び前記デジタル光検出信号１６５から検出される前記第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧から線形近似式を導出する。さらに、前記制御器１７０は、前記線形近似式を利用して前記信号チャネル１２２の波長を決定する。
【０００８】
図２は、図１に示す前記光ファイバファブリーペローフィルタ１３０の透過波長に対して、線形近似された波長を示すグラフ２１０及び実際の透過波長を示すグラフ２２０を示す図である。図２に示すように、前記光ファイバファブリーペローフィルタ１３０の実際の透過波長は、線形的に印加される駆動電圧１９５に対して非線形的に変化する。前記従来の光信号監視装置は、前記実際の透過波長グラフ２２０を直線のグラフ２１０に近似する。つまり、測定しようとする所定の波長帯域を定義する所定の第１及び第２波長(Ｘ1及びＸ2)を利用して線形近似式を設定し、ここで、前記測定しようとする光信号の波長は、前記所定の波長帯域内に位置する。さらに、前記所定の第１及び第２波長(Ｘ1及びＸ2)に関連した第１及び第２駆動電圧(Ｖ1及びＶ2)も線形近似式を設定するに利用される。次に、前記実際の波長グラフ２２０は、前記線形近似式を満足する前記直線のグラフ２１０に近似される。前記線形近似式は＜数式１０＞によって定義される。
【数１０】
ここで、ｘは線形近似された波長であり、ｖは前記ｘに関連した駆動電圧である。例えば、前記光ファイバファブリーペローフィルタ１３０に第３駆動電圧Ｖ3を印加すると同時に所定の光信号が検出された場合、前記所定の光信号は、実際の透過波長が第３透過波長Ｘ3であっても、第４透過波長Ｘ4であることと測定される。
【０００９】
前述したように、前記従来の光ファイバファブリーペローフィルタを利用した光信号監視装置は、前記光ファイバファブリーペローフィルタの透過波長グラフの非線形性を適切に補償しないという問題点がある。つまり、従来の光信号監視装置は、前記光ファイバファブリーペローフィルタの透過波長グラフが直線のグラフであると仮定するので、前記光信号監視装置に入力された光信号に対して測定された波長は実際の波長と一致しない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、光ファイバファブリーペローフィルタの駆動電圧別の透過波長グラフの非線形性を補正することによってＷＤＭ光信号の特性を精密に測定する光信号監視方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するための本発明は、ＷＤＭ光信号の特性を測定する光信号監視方法及び装置を提供する。
【００１２】
本発明の一観点から、前記ＷＤＭ光信号は、波長別の光強度を示す波長スペクトル上で、前記ＷＤＭ光信号の両側に位置する第１及び第２基準光と結合される。前記結合された光信号は、印加された駆動電圧によって透過波長が変わるフィルタに入力される。前記フィルタから検出された前記結合された光信号の駆動電圧による光強度グラフは、前期結合された光信号の全体の長帯域にわたって導出される。前記第１及び第２基準光の所定の第１及び第２波長と、前記所定の第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧とから駆動電圧に応じた線形近似された波長を導出する。前記フィルタの透過波長と前記線形近似された波長との間の不一致を補償するために、所定の非線形補正式に駆動電圧を代入して非線形補正された波長を導出する。
【００１３】
本発明の他の観点による光信号監視方法において、ＷＤＭ光信号は、光強度を示す前記波長波長別の波長スペクトル上で、前記ＷＤＭ光信号の両側に位置する第１及び第２基準光と結合される。前記結合された光信号は、印加された駆動電圧によって透過波長が変わるフィルタに前記結合された光信号を入力される。前記フィルタから検出された前記結合された光信号の駆動電圧による光強度グラフは、前記結合された光信号の全体の長帯域にわたって導出される。前記第１及び第２基準光の所定の第１及び第２波長と、前記所定の第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧とから駆動電圧による線形近似された波長を導出する。前記フィルタの作動温度が感知される。前記フィルタの透過波長と前記線形近似された波長との間の不一致を補償するために、所定の非線形補正式に前記駆動電圧及び前記フィルタの作動温度を代入して非線形補正された波長を導出する。
【００１４】
さらに、本発明のまた他の観点による光信号開始装置において、光結合器は、波長別の光強度を示す波長スペクトル上で、前記ＷＤＭ光信号と前記ＷＤＭ光信号の両側に位置する第１及び第２基準光とを結合する。フィルタは、駆動電圧によって、前記光結合着から受信された前記結合された光信号のうち、所定の波長の光信号のみを透過させる。フィルタ駆動部は、入力された駆動信号によって線形的に変化する駆動電圧を前記フィルタに供給する。光検出器は、前記フィルタから受信される前記光信号を光検出信号に光電変換する。温度感知部は、前記フィルタの作動温度を感知し、前記感知された作動温度を示す温度感知信号を出力する。制御器は、記光検出信号及び前記温度感知信号を受信し、前記フィルタ駆動部に前記駆動信号を出力する。さらに、前記制御器は、前記第１及び第２基準光の所定の第１及び第２波長及び前記第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧から前記駆動電圧による線形近似された波長を導出する。前記制御器は、前記フィルタの透過波長と前記線形近似された波長との間の不一致を補償するために所定の非線形波長補正式に前記駆動電圧及び前記フィルタの作動温度を代入して非線形補正された波長を導出する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従う好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能または構成に関する具体的な説明は省略する。
【００１６】
図３は、本発明の好適な実施形態によるＷＤＭ光信号監視装置を示す図である。図３を参照すると、前記ＷＤＭ光信号監視装置は、光ファイバ３５０、光増幅器３１０、第１、第２及び第３結合器３２０、３２４、３２８、第１及び第２光ファイバブラッググレーティング(fiber Bragg grating)３３０及び３３５、ファブリーペローフィルタ３５５、温度感知部３８５、光検出器３６０、アナログ／デジタル変換器３６５、デジタル／アナログ変換器３７５、フィルタ駆動部３８０、及び制御器３７０から構成される。
【００１７】
ＷＤＭ光信号３０１は、前記光ファイバ３５０の内に進行し、複数の信号チャネルから構成される。前記光増幅器３１０は、前記ＷＤＭ光信号３０１を増幅し、前記光増幅器３１０としては、光ファイバ増幅器、半導体増幅器などを使用することができる。さらに、前記光ファイバ増幅器としては、エルビウム添加光ファイバ(Erbium doped fiber)、プラセオジム添加光ファイバ(Praseodymium doped fiber)を使用することができる。
【００１８】
第１端子を通してＷＤＭ光信号３０２を入力すると、前記第１結合器３２０は、第２端子を通して前記ＷＤＭ光信号３０２の９０％を出力し、第３端子を通して前記ＷＤＭ光信号３０２の１０％を出力する。前記第２結合器３２４は、第１端子を通して受信される前記ＷＤＭ光信号３０２を第２端子に出力し、前記第３端子を通して受信される第１及び第２基準光３４４及び３４８を第２端子に出力する。
【００１９】
前記第１光ファイバブラッググレーティング３３０は、前記第２結合器３２４の第２端子から受信される前記ＷＤＭ光信号３０２から所定の第１波長を有する第１基準光３４４を反射する。前記第１光ファイバ ブラッググレーティング３３０と直列に設置された第２光ファイバブラッググレーティング３３５は、前記第１光ファイバブラッググレーティング３３０から受信されるＷＤＭ光信号３０２から所定の第２波長を有する第２基準光３４８を反射する。前記第３結合器３２８は、第１端子を通して受信される前記ＷＤＭ光信号３０４の１０％と、第３端子を通して受信される前記第１及び第２基準光３４４及び３４８の９０％とを結合して、前記結合された光信号３０５を第２端子を通して出力する。
【００２０】
前記ファブリーペローフィルタ３５５は、前記第３結合器３２８の第２端子から受信される前記結合された光信号３０５を線形的に印加される駆動電圧３８２によって順次に透過させる。前記温度感知部３８５は、前記ファブリーペローフィルタ３５５の作動温度を感知し、前記感知された作動温度を示す温度感知信号３８７を前記制御器３７０に出力する。前記光検出器３６０は、前記ファブリーペローフィルタ３５５から受信される結合された光信号３０６をアナログ光検出信号３６２に変換する。前記光検出器３６０としては、フォトダイオード(photodiode)またはＣＣＤカメラ(charge coupled devices camera)を使用することができる。
【００２１】
前記アナログ／デジタル変換器３６５は、前記アナログ光検出信号３６２をデジタル光検出信号３６７に変換する。前記デジタル／アナログ変換器３７５は、前記制御器３７０から受信されるデジタル駆動信号３７２をアナログ駆動信号３７７に変換する。前記フィルタ駆動部３８０は、前記アナログ駆動信号３７７によって駆動電圧３８２を前記ファブリーペローフィルタ３５５に印加する。前記制御器３７０は、前記デジタル駆動信号３７２を前記デジタル／アナログ変換器３７５に出力し、前記アナログ／デジタル変換器３６５から前記デジタル光検出信号３６７を受信する。
【００２２】
図４は、図３に示す前記制御器３７０の信号処理過程を示すフローチャートである。図４を参照すると、前記信号処理過程は、フィルタリング段階(４１０)、非線形補正モード選択段階(４３０)、線形近似式導出段階(４３４または４３８)、第１非線形補正式導出段階(４４０)、及び第２非線形補正式導出段階(４７０)を含む。
【００２３】
図５は、図４に示す前記フィルタリング段階(４１０)を示すフローチャートである。前記フィルタリング過程は、第１フーリエ変換(Fourier conversion)段階(４１４)、第２フーリエ変換段階(４１８)、ノイズ推定段階(４２０)と、コンボリューション(convolution)段階(４２４)、及び逆フーリエ変換(inverse Fourier conversion)段階(４２８)から構成される。前記フィルタリング段階(４１０)は、前記制御器３７０に入力された前記デジタル光検出信号３６７からノイズを除去するための段階である。
【００２４】
前記第１フーリエ変換段階(４１４)において、前記光ファイバファブリーペローフィルタ３５５を示す光反応関数ｈがフーリエ変換され、フーリエ変換された光反応関数Ｈが得られる。前記第２フーリエ変換段階(４１８)においては、前記デジタル光検出信号３６７においてＷＤＭ光信号を示す光信号関数ｇがフーリエ変換され、フーリエ変換された光信号関数Ｇが得られる。前記ノイズ推定段階(４２０)においては、前記デジタル光検出信号３６７の前記ＷＤＭ光信号からノイズを除去するためにノイズ推定値ｑを得る。
【００２５】
図６は、図３に示す前記デジタル光検出信号３６７において重畳されたノイズを有する前記ＷＤＭ光信号の光強度を示すグラフである。前記ＷＤＭ光信号の強度Ａは、前記ノイズの強度Ｂを含む。
【００２６】
図５に戻って、前記コンボリューション段階(４２４)は、前記フーリエ変換された光反応関数Ｈ、前駆フーリエ変換された光信号関数Ｇ、及びノイズ推定値ｑを利用して遂行される。従って、コンボリューションされた光信号関数Ｆが得られる。前記逆フーリエ変換段階(４２８)において、前記コンボリューションされた光信号関数Ｆは逆フーリエ変換される。その結果、ノイズが除去された、逆フーリエ変換された光信号関数が得られる。
【００２７】
図４に戻って、前記非線形補正モード選択段階(４３０)は、第１非線形補正モード及び第２非線形補正モードのいずれか１つを選択する段階である。前記第１非線形補正モードと前記第２非線形補正モードとの相違点は、前記光ファイバファブリーペローフィルタ３５５の透過波長の温度依存性を考慮するか否かである。前記第１非線形補正モードにおいて、前記線形近似式導出段階(４３４)及び前記第１非線形補正式導出段階(４４０)が遂行される。
【００２８】
前記線形近似式導出段階(４３４)において、第１及び第２基準光３４４及び３４８の所定の第１及び第２波長Ｘ1及びＸ2と、前記第１及び第２波長Ｘ1及びＸ2に関連した第１及び第２駆動電圧Ｖ1及びＶ2とを利用して＜数式１０＞に示すような線形近似式を導出する。前記第１非線形補正式導出段階(４４０)においては、＜数式１０＞によって計算された線形近似された波長ｘを変数として、多項式ＰM(ｘ)を利用して第１非線形補正式を得る。前記第１非線形補正式による波長グラフは、(Ｖ1、Ｘ1)及び(Ｖ2、Ｘ2)を通過すべきである。従って、前記第１非線形補正式は＜数式１１＞のようになる。
【数１１】
ここで、ｙは非線形補正された波長であり、ａmはｍ次非線形係数である。ＰM(ｘ)は実験データから得られ、それによって、Ｍ及びａmが決定される。ａmは、Ｍが決定された後、一連の定型化した計算過程を通して決定されるので、Ｍを決定することは大切である。
【００２９】
図７は、前記第１非線形補正式を導出するためのシステムを示すブロック図である。図７を参照すると、前記システムは、標準波長生成器５１０、図３に示す前記監視装置３９０、及びコンピュータ５２０から構成される。前記標準波長生成器５１０は、前記監視装置３９０に出力される標準光信号の波長を精密に制御する。さらに、前記標準光信号の標準波長グラフに関する情報ｚを前記コンピュータ５２０に出力する。
【００３０】
前記監視装置３９０は、前記標準波長生成器５１０から受信された前記標準光信号から導出される線形近似式に関する情報ｘを前記コンピュータ５２０に出力する。前記コンピュータ５２０は、一連の信号処理過程を通して前記標準波長グラフに最も近接した波長グラフを示す第１非線形補正式を導出する機能を遂行する。
【００３１】
図８は、図７に示す前記コンピュータ５２０の信号処理過程を示すフローチャートである。前記信号処理過程は、標準データ集合設定段階(４４８)、ＰM(ｘ)計算段階(４５０)、波長グラフ比較段階(４５４)、及び誤差許容判別段階(４５８)から構成される。段階４４４において、初期にＭを１に設定し、前記のような初期の値は任意に設定される。前記標準データ集合設定段階(４４８)において、前記線形近似された波長ｘ、及び前記標準波長グラフから得られる標準波長ｚの対、つまり、{(ｘ0, ｚ0), (ｘ1, ｚ1), …, (ｘK, ｚK)}を設定する。ここで、Ｋは、(Ｍ＋１)である。
【００３２】
前記ＰM(ｘ)計算段階(４５０)は、＜数式１１＞によって設定された前記標準データ集合を利用して、ＰM(ｘ)、つまり、ａmを計算する。
【数１２】
【００３３】
＜数式１２＞から得られたａmを＜数式１１＞に代入して第１非線形補正式を得る。
【００３４】
前記波長グラフ比較段階(４５４)において、前記第１非線形補正式によって示される第１非線形補正された波長グラフと前記標準波長グラフとを比較する。前記誤差許容判別段階(４５８)は、前記第１非線形補正された波長グラフと前記標準波長グラフとの差が所定の誤差許容範囲に含まれるか否かを判別する段階である。前記誤差許容範囲に含まれない場合、段階４６０で、Ｍは１の分だけ増加し、前記標準データ集合設定段階(４４８)に戻る。
【００３５】
図９は、図８の波長グラフ比較段階(４５４)を説明するための図であり、線形近似された波長グラフ、Ｍ＝３である第１非線形補正された波長グラフ、Ｍ＝４である第１非線形補正された波長グラフ、標準波長グラフ、及びＭ＝５である第１非線形補正された波長グラフが示されている。図９に示すように、Ｍ＝３である第１非線形補正された波長グラフより、Ｍ＝４である第１非線形補正された波長グラフが前記標準波長グラフに近接である。Ｍ＝４である第１非線形補正された波長グラフの誤差が所定の誤差許容値を超過することもできる。この場合、段階４６０で、Ｍを１の分だけ増加させて、前記標準データ集合設定段階(４４８)に戻る。
【００３６】
しかしながら、Ｍ＝５である第１非線形補正された波長グラフは、Ｍ＝４である第１非線形補正された波長グラフより大きい誤差を有する。この場合、図８の手順において無限ループ(endless loop)が形成される。従って、Ｍ＝ｂ＋１である第１非線形補正された波長グラフの誤差が所定の誤差許容値より大きく、さらに、Ｍ＝ｂである第１非線形補正された波長グラフの誤差より大きい場合、Ｍをｂに設定することによって前記ループを終了する。または、誤差許容判別段階(４５８)において、現在の第１非線形補正された波長グラフの誤差が以前の第１非線形補正された波長グラフの誤差より大きいか否かを判別する。
【００３７】
図４に戻って、前記第２非線形補正モードにおいて、線形近似式導出段階(４３８)及び第２非線形補正式導出段階(４７０)を遂行する。前記線形近似式導出段階(４３８)は、第１及び第２基準光３４４及び３４８の第１及び第２波長Ｘ1及びＸ2、及び前記第１及び第２波長Ｘ1及びＸ2に関連した第１及び第２駆動電圧Ｖ1及びＶ2を利用して、＜数式１０＞の線形近似式を導出する段階である。
【００３８】
前記第２非線形補正式導出段階(４７０)において、＜数式１０＞から得られる前記線形近似された波長ｘを変数として、多項式ＰMN(ｘ, ｔ)を利用して、第２非線形補正式が得られる。前記第２非線形補正式による波長グラフは、(Ｖ1, Ｘ1)及び(Ｖ2, Ｘ2)を通過すべきである。従って、前記第２非線形補正式は、＜数式１３＞のように表現される。
【数１３】
ここで、λは非線形補正された波長、ｃm,nは(ｍ, ｎ)次非線形係数、ｔは光ファイバファブリーペローフィルタ３５５に印加される駆動電圧３８２に前記光ファイバファブリーペローフィルタ３５５の作動温度を掛けた値である。ＰMN(ｘ, ｔ)は実験データから得られ、それは、Ｍ、Ｎ及びｃm,nを決定することでできる。ｃm,nは、Ｍ及びＮを決定した後、一連の定型化した計算過程を通して決定されるので、Ｍ及びＭを決定することが大切である。
【００３９】
図１０は、前記第２非線形補正式を導出するためのシステムを示すブロック図である。図１０を参照すると、前記システムは、標準波長生成器６１０、図３の監視装置３９０、ヒートチャンバ(heat chamber)６２０、及びコンピュータ６３０から構成される。前記標準波長生成器６１０は、前記監視装置３９０に出力される標準光信号の標準波長を精密に制御し、前記標準光信号の標準波長グラフに関する情報ｚを前記コンピュータ６３０出力する。
【００４０】
前記監視装置３９０は、前記標準波長生成器６１０から受信された前記標準光信号から導出される線形近似式に関する情報ｘ、及び前記光ファイバファブリーペローフィルタ３５５の作動温度に関する情報ｔを前記コンピュータ６３０に出力する。前記ヒートチャンバ６２０は、前記監視装置３９０の周辺温度を調節し、前記周辺温度は、前記光ファイバファブリーペローフィルタ３５５の作動温度と同一である。前記コンピュータ６３０は、一連の信号処理過程を通して前記標準波長グラフに最も近接した波長グラフを示す第２非線形補正式を導出する機能を遂行する。
【００４１】
図１１は、図１０に示す前記コンピュータ６３０の信号処理過程を示すフローチャートである。前記信号処理過程は、標準データ集合設定段階(４７８)、ＰMN(ｘ, ｔ)計算段階(４８０)、波長グラフ比較段階(４８４)、Ｎ値判別段階(４８８)、及び誤差許容判別段階４９０または誤差許容判別段階４９２から構成される。前記信号処理過程は、所定の範囲のｔ(つまり、ｔS≦ｔ≦ｔE)に対して繰り返して遂行される。Ｍ及びＮは、段階４７４で、初期に両方とも１に設定され、前記初期の値は、任意の値が選択される。
【００４２】
前記標準データ集合設定段階(４７８)において、所定の値ｔに対して線形近似された波長ｘ及び前記標準波長グラフから得られる標準波長ｚをデータ対とする複数のデータ対の集合、つまり、{(ｘ0, ｚ0), (ｘ1, ｚ1), …, (ｘK, ｚK)}を設定する。ここで、Ｋは、(Ｍ×Ｎ＋１)である。ＰMN(ｘ, ｔ)計算段階(４８０)は、＜数式１３＞で前記標準データ集合を利用して、ＰMN(ｘ, ｔ)、つまり、ｃm,nを計算する段階である。前記ｃm,nは、＜数式１２＞と同様に計算されるので、その詳細な説明は省略する。前記計算されたｃm,nを＜数式１３＞に代入すると、前記第２非線形補正式が得られる。
【００４３】
前記波長グラフ比較段階(４８４)は、前記第２非線形補正式によって示される第２非線形補正された波長グラフと前記標準波長グラフをとを比較する段階である。前記Ｎ値判別段階(４８８)において、以前の段階からＭが決定された場合、Ｎが変更される。さらに、一応、Ｎ値判別段階に入ると、Ｍは固定される。前記誤差許容判別段階４９０または前記誤差許容判別段階４９２において、前記第１または第２非線形補正された波長グラフと前記標準波長グラフとの差を示す誤差が所定の誤差許容範囲に含まれるか否かを判別する。前記誤差許容範囲に含まれない場合、段階４９４または段階４９８で、ＭまたはＮを１の分だけ増加させ、前記標準データ集合設定段階(４７８)に戻る。現在の第１または第２非線形補正された波長グラフの誤差は、以前の第１または第２非線形補正された波長グラフの誤差より小さいか同一である場合、無視される。
【００４４】
図１２は、本発明による第２非線形波長グラフと線形近似された波長グラフとの差を示す３次元グラフである。前記グラフから分かるように、線形近似された波長に対して補正値が著しく変更されるのに対して、前記光ファイバファブリーペローフィルタの作動温度を反映するｔに対しては補正値がわずかに変化する。ここで、前記作動温度の範囲は、０℃〜６０℃であり、ＰMN(ｘ, ｔ)のＭ及びＮは、両方とも“４”である。
【００４５】
図１３Ａは、光スペクトル分析器(optical spectrum analyzer)を利用して測定されたＷＤＭ光信号の波長別の強度分布を示すグラフである。図１３Ｂは、ＷＤＭ光信号監視装置を使用して測定された図１３Ａに示す前記ＷＤＭ光信号の波長別の強度分布を示すグラフである。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すグラフは非常に類似している。図１３Ａに示すグラフは、ノイズが重畳されたＷＤＭ光信号を示し、図１３Ｂに示すグラフは、ノイズが除去されたＷＤＭ光信号を示す。
【００４６】
図１４Ａは、図１３Ａに示す光信号を線形近似した場合の波長誤差分布を示すグラフである。図１４Ｂは、図１３Ａに示す光信号を第１非線形モードで補正した場合の波長誤差分布を示すグラフである。図１４Ｃは、図１３Ａに示す光信号を第２非線形モードで補正した場合の波長誤差分布を示すグラフである。前記波長誤差は、前記線形近似、前記第１非線形補正、前記第２非線形補正の順に減少する。
【００４７】
前述の如く、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前記実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【００４８】
【発明の効果】
前述してきたように、本発明によるＷＤＭ光信号監視装置及び方法は、第１非線形補正式または第２非線形補正式を利用して光ファイバファブリーペローフィルタの駆動電圧別の透過波長グラフの非線形性を補正するという利点がある。従って、本発明によるＷＤＭ光信号監視装置及び方法は、従来の技術に比べて、ＷＤＭ光信号の波長及びノイズのような特性を精密に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のＷＤＭ光信号監視装置の構成図である。
【図２】 図１に示す光ファイバファブリーペローフィルタの駆動電圧別の透過波長に対する線形近似された波長グラフ及び実際の波長グラフを示す図である。
【図３】 本発明の好適な実施形態によるＷＤＭ光信号監視装置を示す図である。
【図４】 図３に示す制御器における信号処理過程を示すフローチャートである。
【図５】 図４に示すフィルタリング過程を示すフローチャートである。
【図６】 図３に示すデジタル光検出信号を示す図である。
【図７】 図４に示す第１非線形補正式を導出するためのシステムを示す図である。
【図８】 図７に示すコンピュータにおける信号処理過程を示すフローチャートである。
【図９】 図８に示す波長グラフ比較段階を説明するための図である。
【図１０】 図４に示す第２非線形補正式を導出するためのシステムを示す図である。
【図１１】 図１０に示すコンピュータにおける信号処理過程を示すフローチャートである。
【図１２】 本発明による第２非線形補正された波長グラフと線形近似された波長グラフとの間の差を説明するための図である。
【図１３Ａ】 光スペクトル分析器を利用して測定されたＷＤＭ光信号の波長別の強度分布を示す図である。
【図１３Ｂ】 本発明によるＷＤＭ光信号監視装置で測定された非線形補正された波長グラフを示す図である。
【図１４Ａ】 図１３Ａに示す光信号を線形近似した場合の波長誤差分布を示す図である。
【図１４Ｂ】 図１３Ａに示す光信号を第１非線形補正した場合の波長誤差分布を示す図である。
【図１４Ｃ】 図１３Ａに示す光信号を第２非線形補正した場合の波長誤差分布を示す図である。
【符号の説明】
３０１、３０２ ＷＤＭ光信号
３０５、３０６ 結合された光信号
３１０ 光増幅器
３２０、３２４、３２８ 第１、第２及び第３結合器
３３０、３３５ 第１及び第２光ファイバブラッググレーティング
３４４、３４８ 第１及び第２基準光
３５０ 光ファイバ
３５５ ファブリーペローフィルタ
３６０ 光検出器
３６２ アナログ光検出信号
３６５ アナログ／デジタル変換器
３６７ デジタル光検出信号
３７０ 制御器
３７２ デジタル駆動信号
３７５ デジタル／アナログ変換器
３７７ アナログ駆動信号
３８０ フィルタ駆動部
３８２ 駆動電圧
３８５ 温度感知部
３８７ 温度感知信号
３９０ 監視装置
５１０、６１０ 標準波長生成器
５２０、６３０ コンピュータ
６２０ ヒートチャンバ
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重(wavelength division multiplexing: 以下、ＷＤＭと称する)光通信システムに関し、特に、前記ＷＤＭ光通信システムから伝送される波長分割多重化された光信号(ＷＤＭ光信号)を監視する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重光通信システム(wavelength division multiplexing optical communication system)は、複数のチャネルから構成された光信号を光ファイバを通して伝送する。前記ＷＤＭ光通信システムは、伝送効率が高くて多量のデータを伝送することができるので、超高速インターネットに広く使われる。この時、前記ＷＤＭ光信号は、進行距離が減少するにつれて減衰されるので、波長及び強度などの前記ＷＤＭ光信号の特性を監視する装置及び方法が要求される。
【０００３】
従来の多様な光信号監視装置において、光ファイバファブリーペロー(fiber Fabry-Perot)フィルタを利用する光信号監視装置は、サイズが小さく、かつ、分解能が優秀である。前記光ファイバファブリーペローフィルタの透過波長は、駆動電圧によって変化する。前記駆動電圧が線形的に印加される時、前記透過波長は、非線形的に変化する。さらに、前記光ファイバファブリーペローフィルタは、作動温度によって透過波長が変化する特性がある。
【０００４】
図１は、従来のＷＤＭ光信号監視装置を示す構成図である。図１において、光ファイバ１１０、ファブリーペローフィルタ１３０、光検出器１５０、アナログ／デジタル変換器(analog/digital converter: ＡＤＣ)１６０、制御器１７０、デジタル／アナログ変換器(digital/analog converter: ＤＡＣ)１８０、及びフィルタ駆動部(filter driver)１９０が示されている。装置の動作において、ＷＤＭ光信号１２２及び第１、第２基準光１２４、１２６から構成される光信号１２０は、前記光ファイバ１１０内に進行する。
【０００５】
前記ファブリーペローフィルタ１３０は、線形的に印加される駆動電圧１９５によって透過波長が変化する。つまり、前記ファブリーペローフィルタ１３０は、所定の駆動電圧に対して所定の波長を有する光信号のみを通過させ、その他の波長を有する光信号は通過させない。前記ファブリーペローフィルタ１３０に印加される駆動電圧１９５は線形的に増加するので、前記ファブリーペローフィルタ１３０の透過波長もじだいに増加する。
【０００６】
前記光検出器１５０は、前記ファブリーペローフィルタ１３０から受信されるＷＤＭ光信号１４０をアナログ光検出信号１５５に変換する。前記アナログ／デジタル変換器１６０は、前記アナログ光検出信号１５５をデジタル光検出信号１６５に変換する。前記デジタル／アナログ変換器１８０は、前記制御器１７０から受信されるデジタル駆動信号１７５をアナログ駆動信号１８５に変換する。前記フィルタ駆動部１９０は、前記アナログ駆動信号１８５による駆動電圧１９５を前記ファブリーペローフィルタ１３０に印加する。
【０００７】
前記制御器１７０は、前記デジタル駆動信号１７５を出力し、前記アナログ／デジタル変換器１６０から前記デジタル光検出信号１６５を受信する。さらに、前記制御器１７０は、所定の第１及び第２基準光１２４及び１２６の第１及び第２波長、及び前記デジタル光検出信号１６５から検出される前記第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧から線形近似式を導出する。さらに、前記制御器１７０は、前記線形近似式を利用して前記信号チャネル１２２の波長を決定する。
【０００８】
図２は、図１に示す前記光ファイバファブリーペローフィルタ１３０の透過波長に対して、線形近似された波長を示すグラフ２１０及び実際の透過波長を示すグラフ２２０を示す図である。図２に示すように、前記光ファイバファブリーペローフィルタ１３０の実際の透過波長は、線形的に印加される駆動電圧１９５に対して非線形的に変化する。前記従来の光信号監視装置は、前記実際の透過波長グラフ２２０を直線のグラフ２１０に近似する。つまり、測定しようとする所定の波長帯域を定義する所定の第１及び第２波長(Ｘ1及びＸ2)を利用して線形近似式を設定し、ここで、前記測定しようとする光信号の波長は、前記所定の波長帯域内に位置する。さらに、前記所定の第１及び第２波長(Ｘ1及びＸ2)に関連した第１及び第２駆動電圧(Ｖ1及びＶ2)も線形近似式を設定するに利用される。次に、前記実際の波長グラフ２２０は、前記線形近似式を満足する前記直線のグラフ２１０に近似される。前記線形近似式は＜数式１０＞によって定義される。
【数１０】
【０００９】
前述したように、前記従来の光ファイバファブリーペローフィルタを利用した光信号監視装置は、前記光ファイバファブリーペローフィルタの透過波長グラフの非線形性を適切に補償しないという問題点がある。つまり、従来の光信号監視装置は、前記光ファイバファブリーペローフィルタの透過波長グラフが直線のグラフであると仮定するので、前記光信号監視装置に入力された光信号に対して測定された波長は実際の波長と一致しない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、光ファイバファブリーペローフィルタの駆動電圧別の透過波長グラフの非線形性を補正することによってＷＤＭ光信号の特性を精密に測定する光信号監視方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するための本発明は、ＷＤＭ光信号の特性を測定する光信号監視方法及び装置を提供する。
【００１２】
本発明の一観点から、前記ＷＤＭ光信号は、波長別の光強度を示す波長スペクトル上で、前記ＷＤＭ光信号の両側に位置する第１及び第２基準光と結合される。前記結合された光信号は、印加された駆動電圧によって透過波長が変わるフィルタに入力される。前記フィルタから検出された前記結合された光信号の駆動電圧による光強度グラフは、前期結合された光信号の全体の長帯域にわたって導出される。前記第１及び第２基準光の所定の第１及び第２波長と、前記所定の第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧とから駆動電圧に応じた線形近似された波長を導出する。前記フィルタの透過波長と前記線形近似された波長との間の不一致を補償するために、所定の非線形補正式に駆動電圧を代入して非線形補正された波長を導出する。
【００１３】
本発明の他の観点による光信号監視方法において、ＷＤＭ光信号は、光強度を示す前記波長波長別の波長スペクトル上で、前記ＷＤＭ光信号の両側に位置する第１及び第２基準光と結合される。前記結合された光信号は、印加された駆動電圧によって透過波長が変わるフィルタに前記結合された光信号を入力される。前記フィルタから検出された前記結合された光信号の駆動電圧による光強度グラフは、前記結合された光信号の全体の長帯域にわたって導出される。前記第１及び第２基準光の所定の第１及び第２波長と、前記所定の第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧とから駆動電圧による線形近似された波長を導出する。前記フィルタの作動温度が感知される。前記フィルタの透過波長と前記線形近似された波長との間の不一致を補償するために、所定の非線形補正式に前記駆動電圧及び前記フィルタの作動温度を代入して非線形補正された波長を導出する。
【００１４】
さらに、本発明のまた他の観点による光信号開始装置において、光結合器は、波長別の光強度を示す波長スペクトル上で、前記ＷＤＭ光信号と前記ＷＤＭ光信号の両側に位置する第１及び第２基準光とを結合する。フィルタは、駆動電圧によって、前記光結合着から受信された前記結合された光信号のうち、所定の波長の光信号のみを透過させる。フィルタ駆動部は、入力された駆動信号によって線形的に変化する駆動電圧を前記フィルタに供給する。光検出器は、前記フィルタから受信される前記光信号を光検出信号に光電変換する。温度感知部は、前記フィルタの作動温度を感知し、前記感知された作動温度を示す温度感知信号を出力する。制御器は、記光検出信号及び前記温度感知信号を受信し、前記フィルタ駆動部に前記駆動信号を出力する。さらに、前記制御器は、前記第１及び第２基準光の所定の第１及び第２波長及び前記第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧から前記駆動電圧による線形近似された波長を導出する。前記制御器は、前記フィルタの透過波長と前記線形近似された波長との間の不一致を補償するために所定の非線形波長補正式に前記駆動電圧及び前記フィルタの作動温度を代入して非線形補正された波長を導出する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従う好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能または構成に関する具体的な説明は省略する。
【００１６】
図３は、本発明の好適な実施形態によるＷＤＭ光信号監視装置を示す図である。図３を参照すると、前記ＷＤＭ光信号監視装置は、光ファイバ３５０、光増幅器３１０、第１、第２及び第３結合器３２０、３２４、３２８、第１及び第２光ファイバブラッググレーティング(fiber Bragg grating)３３０及び３３５、ファブリーペローフィルタ３５５、温度感知部３８５、光検出器３６０、アナログ／デジタル変換器３６５、デジタル／アナログ変換器３７５、フィルタ駆動部３８０、及び制御器３７０から構成される。
【００１７】
ＷＤＭ光信号３０１は、前記光ファイバ３５０の内に進行し、複数の信号チャネルから構成される。前記光増幅器３１０は、前記ＷＤＭ光信号３０１を増幅し、前記光増幅器３１０としては、光ファイバ増幅器、半導体増幅器などを使用することができる。さらに、前記光ファイバ増幅器としては、エルビウム添加光ファイバ(Erbium doped fiber)、プラセオジム添加光ファイバ(Praseodymium doped fiber)を使用することができる。
【００１８】
第１端子を通してＷＤＭ光信号３０２を入力すると、前記第１結合器３２０は、第２端子を通して前記ＷＤＭ光信号３０２の９０％を出力し、第３端子を通して前記ＷＤＭ光信号３０２の１０％を出力する。前記第２結合器３２４は、第１端子を通して受信される前記ＷＤＭ光信号３０２を第２端子に出力し、前記第３端子を通して受信される第１及び第２基準光３４４及び３４８を第２端子に出力する。
【００１９】
前記第１光ファイバブラッググレーティング３３０は、前記第２結合器３２４の第２端子から受信される前記ＷＤＭ光信号３０２から所定の第１波長を有する第１基準光３４４を反射する。前記第１光ファイバ ブラッググレーティング３３０と直列に設置された第２光ファイバブラッググレーティング３３５は、前記第１光ファイバブラッググレーティング３３０から受信されるＷＤＭ光信号３０２から所定の第２波長を有する第２基準光３４８を反射する。前記第３結合器３２８は、第１端子を通して受信される前記ＷＤＭ光信号３０４の１０％と、第３端子を通して受信される前記第１及び第２基準光３４４及び３４８の９０％とを結合して、前記結合された光信号３０５を第２端子を通して出力する。
【００２０】
前記ファブリーペローフィルタ３５５は、前記第３結合器３２８の第２端子から受信される前記結合された光信号３０５を線形的に印加される駆動電圧３８２によって順次に透過させる。前記温度感知部３８５は、前記ファブリーペローフィルタ３５５の作動温度を感知し、前記感知された作動温度を示す温度感知信号３８７を前記制御器３７０に出力する。前記光検出器３６０は、前記ファブリーペローフィルタ３５５から受信される結合された光信号３０６をアナログ光検出信号３６２に変換する。前記光検出器３６０としては、フォトダイオード(photodiode)またはＣＣＤカメラ(charge coupled devices camera)を使用することができる。
【００２１】
前記アナログ／デジタル変換器３６５は、前記アナログ光検出信号３６２をデジタル光検出信号３６７に変換する。前記デジタル／アナログ変換器３７５は、前記制御器３７０から受信されるデジタル駆動信号３７２をアナログ駆動信号３７７に変換する。前記フィルタ駆動部３８０は、前記アナログ駆動信号３７７によって駆動電圧３８２を前記ファブリーペローフィルタ３５５に印加する。前記制御器３７０は、前記デジタル駆動信号３７２を前記デジタル／アナログ変換器３７５に出力し、前記アナログ／デジタル変換器３６５から前記デジタル光検出信号３６７を受信する。
【００２２】
図４は、図３に示す前記制御器３７０の信号処理過程を示すフローチャートである。図４を参照すると、前記信号処理過程は、フィルタリング段階(４１０)、非線形補正モード選択段階(４３０)、線形近似式導出段階(４３４または４３８)、第１非線形補正式導出段階(４４０)、及び第２非線形補正式導出段階(４７０)を含む。
【００２３】
図５は、図４に示す前記フィルタリング段階(４１０)を示すフローチャートである。前記フィルタリング過程は、第１フーリエ変換(Fourier conversion)段階(４１４)、第２フーリエ変換段階(４１８)、ノイズ推定段階(４２０)と、コンボリューション(convolution)段階(４２４)、及び逆フーリエ変換(inverse Fourier conversion)段階(４２８)から構成される。前記フィルタリング段階(４１０)は、前記制御器３７０に入力された前記デジタル光検出信号３６７からノイズを除去するための段階である。
【００２４】
前記第１フーリエ変換段階(４１４)において、前記光ファイバファブリーペローフィルタ３５５を示す光反応関数ｈがフーリエ変換され、フーリエ変換された光反応関数Ｈが得られる。前記第２フーリエ変換段階(４１８)においては、前記デジタル光検出信号３６７においてＷＤＭ光信号を示す光信号関数ｇがフーリエ変換され、フーリエ変換された光信号関数Ｇが得られる。前記ノイズ推定段階(４２０)においては、前記デジタル光検出信号３６７の前記ＷＤＭ光信号からノイズを除去するためにノイズ推定値ｑを得る。
【００２５】
図６は、図３に示す前記デジタル光検出信号３６７において重畳されたノイズを有する前記ＷＤＭ光信号の光強度を示すグラフである。前記ＷＤＭ光信号の強度Ａは、前記ノイズの強度Ｂを含む。
【００２６】
図５に戻って、前記コンボリューション段階(４２４)は、前記フーリエ変換された光反応関数Ｈ、前駆フーリエ変換された光信号関数Ｇ、及びノイズ推定値ｑを利用して遂行される。従って、コンボリューションされた光信号関数Ｆが得られる。前記逆フーリエ変換段階(４２８)において、前記コンボリューションされた光信号関数Ｆは逆フーリエ変換される。その結果、ノイズが除去された、逆フーリエ変換された光信号関数が得られる。
【００２７】
図４に戻って、前記非線形補正モード選択段階(４３０)は、第１非線形補正モード及び第２非線形補正モードのいずれか１つを選択する段階である。前記第１非線形補正モードと前記第２非線形補正モードとの相違点は、前記光ファイバファブリーペローフィルタ３５５の透過波長の温度依存性を考慮するか否かである。前記第１非線形補正モードにおいて、前記線形近似式導出段階(４３４)及び前記第１非線形補正式導出段階(４４０)が遂行される。
【００２８】
前記線形近似式導出段階(４３４)において、第１及び第２基準光３４４及び３４８の所定の第１及び第２波長Ｘ1及びＸ2と、前記第１及び第２波長Ｘ1及びＸ2に関連した第１及び第２駆動電圧Ｖ1及びＶ2とを利用して＜数式１０＞に示すような線形近似式を導出する。前記第１非線形補正式導出段階(４４０)においては、＜数式１０＞によって計算された線形近似された波長ｘを変数として、多項式ＰM(ｘ)を利用して第１非線形補正式を得る。前記第１非線形補正式による波長グラフは、(Ｖ1、Ｘ1)及び(Ｖ2、Ｘ2)を通過すべきである。従って、前記第１非線形補正式は＜数式１１＞のようになる。
【数１１】
【００２９】
図７は、前記第１非線形補正式を導出するためのシステムを示すブロック図である。図７を参照すると、前記システムは、標準波長生成器５１０、図３に示す前記監視装置３９０、及びコンピュータ５２０から構成される。前記標準波長生成器５１０は、前記監視装置３９０に出力される標準光信号の波長を精密に制御する。さらに、前記標準光信号の標準波長グラフに関する情報ｚを前記コンピュータ５２０に出力する。
【００３０】
前記監視装置３９０は、前記標準波長生成器５１０から受信された前記標準光信号から導出される線形近似式に関する情報ｘを前記コンピュータ５２０に出力する。前記コンピュータ５２０は、一連の信号処理過程を通して前記標準波長グラフに最も近接した波長グラフを示す第１非線形補正式を導出する機能を遂行する。
【００３１】
図８は、図７に示す前記コンピュータ５２０の信号処理過程を示すフローチャートである。前記信号処理過程は、標準データ集合設定段階(４４８)、ＰM(ｘ)計算段階(４５０)、波長グラフ比較段階(４５４)、及び誤差許容判別段階(４５８)から構成される。段階４４４において、初期にＭを１に設定し、前記のような初期の値は任意に設定される。前記標準データ集合設定段階(４４８)において、前記線形近似された波長ｘ、及び前記標準波長グラフから得られる標準波長ｚの対、つまり、{(ｘ0, ｚ0), (ｘ1, ｚ1), …, (ｘK, ｚK)}を設定する。ここで、Ｋは、(Ｍ＋１)である。
【００３２】
前記ＰM(ｘ)計算段階(４５０)は、＜数式１１＞によって設定された前記標準データ集合を利用して、ＰM(ｘ)、つまり、ａmを計算する。
【数１２】
＜数式１２＞から得られたａmを＜数式１１＞に代入して第１非線形補正式を得る。
【００３４】
前記波長グラフ比較段階(４５４)において、前記第１非線形補正式によって示される第１非線形補正された波長グラフと前記標準波長グラフとを比較する。前記誤差許容判別段階(４５８)は、前記第１非線形補正された波長グラフと前記標準波長グラフとの差が所定の誤差許容範囲に含まれるか否かを判別する段階である。前記誤差許容範囲に含まれない場合、段階４６０で、Ｍは１の分だけ増加し、前記標準データ集合設定段階(４４８)に戻る。
【００３５】
図９は、図８の波長グラフ比較段階(４５４)を説明するための図であり、線形近似された波長グラフ、Ｍ＝３である第１非線形補正された波長グラフ、Ｍ＝４である第１非線形補正された波長グラフ、標準波長グラフ、及びＭ＝５である第１非線形補正された波長グラフが示されている。図９に示すように、Ｍ＝３である第１非線形補正された波長グラフより、Ｍ＝４である第１非線形補正された波長グラフが前記標準波長グラフに近接である。Ｍ＝４である第１非線形補正された波長グラフの誤差が所定の誤差許容値を超過することもできる。この場合、段階４６０で、Ｍを１の分だけ増加させて、前記標準データ集合設定段階(４４８)に戻る。
【００３６】
しかしながら、Ｍ＝５である第１非線形補正された波長グラフは、Ｍ＝４である第１非線形補正された波長グラフより大きい誤差を有する。この場合、図８の手順において無限ループ(endless loop)が形成される。従って、Ｍ＝ｂ＋１である第１非線形補正された波長グラフの誤差が所定の誤差許容値より大きく、さらに、Ｍ＝ｂである第１非線形補正された波長グラフの誤差より大きい場合、Ｍをｂに設定することによって前記ループを終了する。または、誤差許容判別段階(４５８)において、現在の第１非線形補正された波長グラフの誤差が以前の第１非線形補正された波長グラフの誤差より大きいか否かを判別する。
【００３７】
図４に戻って、前記第２非線形補正モードにおいて、線形近似式導出段階(４３８)及び第２非線形補正式導出段階(４７０)を遂行する。前記線形近似式導出段階(４３８)は、第１及び第２基準光３４４及び３４８の第１及び第２波長Ｘ1及びＸ2、及び前記第１及び第２波長Ｘ1及びＸ2に関連した第１及び第２駆動電圧Ｖ1及びＶ2を利用して、＜数式１０＞の線形近似式を導出する段階である。
【００３８】
前記第２非線形補正式導出段階(４７０)において、＜数式１０＞から得られる前記線形近似された波長ｘを変数として、多項式ＰMN(ｘ, ｔ)を利用して、第２非線形補正式が得られる。前記第２非線形補正式による波長グラフは、(Ｖ1, Ｘ1)及び(Ｖ2, Ｘ2)を通過すべきである。従って、前記第２非線形補正式は、＜数式１３＞のように表現される。
【数１３】
【００３９】
図１０は、前記第２非線形補正式を導出するためのシステムを示すブロック図である。図１０を参照すると、前記システムは、標準波長生成器６１０、図３の監視装置３９０、ヒートチャンバ(heat chamber)６２０、及びコンピュータ６３０から構成される。前記標準波長生成器６１０は、前記監視装置３９０に出力される標準光信号の標準波長を精密に制御し、前記標準光信号の標準波長グラフに関する情報ｚを前記コンピュータ６３０出力する。
【００４０】
前記監視装置３９０は、前記標準波長生成器６１０から受信された前記標準光信号から導出される線形近似式に関する情報ｘ、及び前記光ファイバファブリーペローフィルタ３５５の作動温度に関する情報ｔを前記コンピュータ６３０に出力する。前記ヒートチャンバ６２０は、前記監視装置３９０の周辺温度を調節し、前記周辺温度は、前記光ファイバファブリーペローフィルタ３５５の作動温度と同一である。前記コンピュータ６３０は、一連の信号処理過程を通して前記標準波長グラフに最も近接した波長グラフを示す第２非線形補正式を導出する機能を遂行する。
【００４１】
図１１は、図１０に示す前記コンピュータ６３０の信号処理過程を示すフローチャートである。前記信号処理過程は、標準データ集合設定段階(４７８)、ＰMN(ｘ, ｔ)計算段階(４８０)、波長グラフ比較段階(４８４)、Ｎ値判別段階(４８８)、及び誤差許容判別段階４９０または誤差許容判別段階４９２から構成される。前記信号処理過程は、所定の範囲のｔ(つまり、ｔS≦ｔ≦ｔE)に対して繰り返して遂行される。Ｍ及びＮは、段階４７４で、初期に両方とも１に設定され、前記初期の値は、任意の値が選択される。
【００４２】
前記標準データ集合設定段階(４７８)において、所定の値ｔに対して線形近似された波長ｘ及び前記標準波長グラフから得られる標準波長ｚをデータ対とする複数のデータ対の集合、つまり、{(ｘ0, ｚ0), (ｘ1, ｚ1), …, (ｘK, ｚK)}を設定する。ここで、Ｋは、(Ｍ×Ｎ＋１)である。ＰMN(ｘ, ｔ)計算段階(４８０)は、＜数式１３＞で前記標準データ集合を利用して、ＰMN(ｘ, ｔ)、つまり、ｃm,nを計算する段階である。前記ｃm,nは、＜数式１２＞と同様に計算されるので、その詳細な説明は省略する。前記計算されたｃm,nを＜数式１３＞に代入すると、前記第２非線形補正式が得られる。
【００４３】
前記波長グラフ比較段階(４８４)は、前記第２非線形補正式によって示される第２非線形補正された波長グラフと前記標準波長グラフをとを比較する段階である。前記Ｎ値判別段階(４８８)において、以前の段階からＭが決定された場合、Ｎが変更される。さらに、一応、Ｎ値判別段階に入ると、Ｍは固定される。前記誤差許容判別段階４９０または前記誤差許容判別段階４９２において、前記第１または第２非線形補正された波長グラフと前記標準波長グラフとの差を示す誤差が所定の誤差許容範囲に含まれるか否かを判別する。前記誤差許容範囲に含まれない場合、段階４９４または段階４９８で、ＭまたはＮを１の分だけ増加させ、前記標準データ集合設定段階(４７８)に戻る。現在の第１または第２非線形補正された波長グラフの誤差は、以前の第１または第２非線形補正された波長グラフの誤差より小さいか同一である場合、無視される。
【００４４】
図１２は、本発明による第２非線形波長グラフと線形近似された波長グラフとの差を示す３次元グラフである。前記グラフから分かるように、線形近似された波長に対して補正値が著しく変更されるのに対して、前記光ファイバファブリーペローフィルタの作動温度を反映するｔに対しては補正値がわずかに変化する。ここで、前記作動温度の範囲は、０℃〜６０℃であり、ＰMN(ｘ, ｔ)のＭ及びＮは、両方とも“４”である。
【００４５】
図１３Ａは、光スペクトル分析器(optical spectrum analyzer)を利用して測定されたＷＤＭ光信号の波長別の強度分布を示すグラフである。図１３Ｂは、ＷＤＭ光信号監視装置を使用して測定された図１３Ａに示す前記ＷＤＭ光信号の波長別の強度分布を示すグラフである。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すグラフは非常に類似している。図１３Ａに示すグラフは、ノイズが重畳されたＷＤＭ光信号を示し、図１３Ｂに示すグラフは、ノイズが除去されたＷＤＭ光信号を示す。
【００４６】
図１４Ａは、図１３Ａに示す光信号を線形近似した場合の波長誤差分布を示すグラフである。図１４Ｂは、図１３Ａに示す光信号を第１非線形モードで補正した場合の波長誤差分布を示すグラフである。図１４Ｃは、図１３Ａに示す光信号を第２非線形モードで補正した場合の波長誤差分布を示すグラフである。前記波長誤差は、前記線形近似、前記第１非線形補正、前記第２非線形補正の順に減少する。
【００４７】
前述の如く、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前記実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【００４８】
【発明の効果】
前述してきたように、本発明によるＷＤＭ光信号監視装置及び方法は、第１非線形補正式または第２非線形補正式を利用して光ファイバファブリーペローフィルタの駆動電圧別の透過波長グラフの非線形性を補正するという利点がある。従って、本発明によるＷＤＭ光信号監視装置及び方法は、従来の技術に比べて、ＷＤＭ光信号の波長及びノイズのような特性を精密に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のＷＤＭ光信号監視装置の構成図である。
【図２】 図１に示す光ファイバファブリーペローフィルタの駆動電圧別の透過波長に対する線形近似された波長グラフ及び実際の波長グラフを示す図である。
【図３】 本発明の好適な実施形態によるＷＤＭ光信号監視装置を示す図である。
【図４】 図３に示す制御器における信号処理過程を示すフローチャートである。
【図５】 図４に示すフィルタリング過程を示すフローチャートである。
【図６】 図３に示すデジタル光検出信号を示す図である。
【図７】 図４に示す第１非線形補正式を導出するためのシステムを示す図である。
【図８】 図７に示すコンピュータにおける信号処理過程を示すフローチャートである。
【図９】 図８に示す波長グラフ比較段階を説明するための図である。
【図１０】 図４に示す第２非線形補正式を導出するためのシステムを示す図である。
【図１１】 図１０に示すコンピュータにおける信号処理過程を示すフローチャートである。
【図１２】 本発明による第２非線形補正された波長グラフと線形近似された波長グラフとの間の差を説明するための図である。
【図１３Ａ】 光スペクトル分析器を利用して測定されたＷＤＭ光信号の波長別の強度分布を示す図である。
【図１３Ｂ】 本発明によるＷＤＭ光信号監視装置で測定された非線形補正された波長グラフを示す図である。
【図１４Ａ】 図１３Ａに示す光信号を線形近似した場合の波長誤差分布を示す図である。
【図１４Ｂ】 図１３Ａに示す光信号を第１非線形補正した場合の波長誤差分布を示す図である。
【図１４Ｃ】 図１３Ａに示す光信号を第２非線形補正した場合の波長誤差分布を示す図である。
【符号の説明】
３０１、３０２ ＷＤＭ光信号
３０５、３０６ 結合された光信号
３１０ 光増幅器
３２０、３２４、３２８ 第１、第２及び第３結合器
３３０、３３５ 第１及び第２光ファイバブラッググレーティング
３４４、３４８ 第１及び第２基準光
３５０ 光ファイバ
３５５ ファブリーペローフィルタ
３６０ 光検出器
３６２ アナログ光検出信号
３６５ アナログ／デジタル変換器
３６７ デジタル光検出信号
３７０ 制御器
３７２ デジタル駆動信号
３７５ デジタル／アナログ変換器
３７７ アナログ駆動信号
３８０ フィルタ駆動部
３８２ 駆動電圧
３８５ 温度感知部
３８７ 温度感知信号
３９０ 監視装置
５１０、６１０ 標準波長生成器
５２０、６３０ コンピュータ
６２０ ヒートチャンバ
Claims (18)
- 波長分割多重化された光信号の特性を測定する光信号監視方法において、
第１及び第２基準光を前記波長分割多重化された光信号と結合して、結合された光信号を形成する過程と、
印加された駆動電圧によって透過波長が変わるフィルタに前記結合された光信号を入力する過程と、
前記第１及び第２基準光の所定の第１及び第２波長と、前記第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧とから駆動電圧による線形近似された波長を導出する過程と、
前記フィルタの透過波長と前記線形近似された波長との間の不一致を補償するために、所定の非線形補正式に駆動電圧を代入して非線形補正された波長を導出する過程と、
を含み、
前記非線形補正式は、＜数式１＞によって表現されることを特徴とする光信号監視方法。
- 前記線形近似された波長は、＜数式２＞によって決定されることを特徴とする請求項１記載の光信号監視方法。
- 前記フィルタは、光ファイバファブリーペローフィルタであることを特徴とする請求項１記載の光信号監視方法。
- 波長別の強度を示す波長スペクトル上において、前記波長分割多重化された光信号と前記波長分割多重化された光信号の両側に位置する第１及び第２基準光とを結合することを特徴とする請求項１記載の光信号監視方法。
- 前記結合された光信号の全体波長帯域にわたって、前記フィルタから検出される前記結合された光信号の駆動電圧による光強度グラフを導出する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光信号監視方法。
- 波長分割多重化された入力光信号の特性を測定する光信号監視方法において、
第１及び第２基準光を前記波長分割多重化された光信号と結合して、結合された光信号を形成する過程と、
印加された駆動電圧によって透過波長が変わるフィルタに前記結合された光信号を入力する過程と、
前記第１及び第２基準光の所定の第１及び第２波長と、前記第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧から駆動電圧による線形近似された波長を導出する過程と、
前記フィルタの作動温度を感知する過程と、
前記フィルタの透過波長と前記線形近似された波長との間の不一致を補償するために、所定の非線形補正式に前記駆動電圧及び前記フィルタの作動温度を代入して非線形補正された波長を導出する過程と、
を含むことを特徴とする光信号監視方法。 - 前記線形近似された波長は、＜数式３＞によって決定されることを特徴とする請求項６記載の光信号監視方法。
- 前記非線形補正式は、＜数式４＞によって表現されることを特徴とする請求項６記載の光信号監視方法。
- 前記非線形補正式は、＜数式５＞によって表現されることを特徴とする請求項７記載の光信号監視方法。
- 前記フィルタは、光ファイバファブリーペローフィルタであることを特徴とする請求項６記載の光信号監視方法。
- 前記波長分割多重化された光信号と前記波長分割多重化された光信号の両側に位置する第１及び第２基準光とを結合することを特徴とする請求項６記載の光信号監視方法。
- 前記フィルタから検出される結合された光信号の全体波長帯域にわたって、前記結合された光信号の駆動電圧による光強度グラフを導出する過程をさらに含むことを特徴とする請求項６を記載の光信号監視方法。
- 波長分割多重化された光信号の特性を測定する光信号監視装置において、
第１及び第２基準光と前記波長分割多重化された光信号を結合して、結合された光信号を形成する光結合器と、
駆動電圧によって、前記光結合器から受信される結合された光信号のうち、所定の波長の光信号のみを透過させるフィルタと、
入力された駆動信号によって線形的に変化する駆動電圧を前記フィルタに供給するフィルタ駆動部と、
前記フィルタから受信される前記光信号を光検出信号に光電変換する光検出器と、
前記フィルタの作動温度を感知して、前記感知された作動温度を示す温度感知信号を出力する温度感知部と、
前記光検出信号及び前記温度感知信号を受信し、前記フィルタ駆動部に前記駆動信号を出力し、前記第１及び第２基準光の所定の第１及び第２波長及び前記第１及び第２波長に対応する第１及び第２駆動電圧から前記駆動電圧による線形近似された波長を導出し、前記フィルタの透過波長と前記線形近似された波長との間の不一致を補償するために所定の非線形波長補正式に前記駆動電圧及び前記フィルタの作動温度を代入して非線形補正された波長を導出する制御器と、
を含むことを特徴とする光信号監視装置。 - 前記線形近似された波長は、＜数式６＞によって決定されることを特徴とする請求項１３記載の光信号監視装置。
- 前記非線形補正式は、＜数式７＞によって表現されることを特徴とする請求項１３記載の光信号監視装置。
- 前記非線形補正式は、＜数式８＞によって表現されることを特徴とする請求項１４記載の光信号監視装置。
- 前記フィルタは、光ファイバファブリーペローフィルタであることを特徴とする請求項１３記載の光信号監視装置。
- 前記波長分割多重化された光信号と前記波長分割多重化された光信号の両側に位置する第１及び第２基準光とを結合することを特徴とする請求項１３記載の光信号監視装置。
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