JP3880873B2 - 多重光路干渉光測定方法および測定装置 - Google Patents
多重光路干渉光測定方法および測定装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信システムに係わり、更に詳しくは、例えばパルス−ＯＳＡ（光スペクトルアナライザ）法のように、矩形波変調光を被測定対象、例えば光増幅器に入力して、出力側で多重光路干渉光を測定する多重光路干渉光測定方法、および測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年波長多重などの技術を用いて光通信の高速化、および大容量化が進んでいる。またエルビウム添加光ファイバ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）などを用いた希土類添加ファイバ光増幅器やラマン効果を利用した光増幅器が進歩し、光を光のままで増幅する線型中継器が実用化されている。
【０００３】
このような光増幅器を用いる通信システムにおいて、障害となる問題の１つが雑音、すなわちＳ／Ｎの劣化の問題である。このＳ／Ｎ劣化の第１の原因は光増幅器の自然散乱光、すなわち自然放出雑音光（ＡＳＥ，Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）であり、第２の原因は信号光のダブルレイリー散乱（ＤＲＳ，Ｄｏｕｂｌｅ Ｒａｙｌｅｉｇｈ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光や、コネクタ端の反射による多重光路干渉光雑音である。
【０００４】
このような雑音を測定する方法として、電気スペクトルアナライザ法やパルス−ＯＳＡ（光スペクトルアナライザ）法などが用いられているが、多重光路光の測定法として有効と考えられるのはパルス−ＯＳＡ法である。
【０００５】
このパルス−ＯＳＡ法を利用した雑音測定に関する文献として次の２つの文献がある。
文献１）特開平８−１１４５２８号公報「光増幅器雑音指数測定方法および装置」
文献２）Ｓ．Ａ．Ｅ．Ｌｅｗｉｓ他、Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆＤｏｕｂｌｅ Ｒａｙｌｅｉｇｈ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｎｏｉｓｅ ｉｎ Ｒａｍａｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．５，ｐｐ５２８−５３０（２０００）．
文献１では、光ファイバ増幅器、特にエルビウムなどの希土類添加ファイバ増幅器の雑音指数を測定する方法としてのパルス−ＯＳＡ法において、光ファイバを含めた被測定系全体の位相の調整を容易に行うことができる光増幅器雑音指数測定方法、および装置が開示されている。
【０００６】
文献２では、自然ラマン散乱光に加えて信号光の多重光路干渉光の影響が大きいラマン増幅器の雑音光に対して、パルス−ＯＳＡ法を用いた測定法が提案されている。多重光路干渉光は自然ラマン散乱光と異なって、信号光波長のみで発生する雑音光成分であり、補間法やプロープ法を使って測定することはできず、文献２ではパルス周波数を５００ＫＨｚ、入力側パルス信号のデューティは０．１，出力信号光に対する変調用パルスのデューティは０．５としてパルス−ＯＳＡ法を用いた測定が行われている。
【０００７】
パルス−ＯＳＡ法では、一般的に光源から発せられた光に対して、例えば希土類添加光ファイバにおける上位エネルギー準位の原子の寿命よりも十分に短い周期の矩形パルスで変調が行われ、変調後の光パルス信号が被測定光増幅器に入力される。被測定光増幅器から出力されたパルス信号と同じ周期で、逆位相の矩形パルスを用いて出力パルス信号を変調し、雑音光成分を抽出し、例えば分光器と複数の受光器とを組み合わせて雑音光パワーの波長依存性を観測することにより、ＡＳＥ雑音光に対応する被測定増幅器の雑音指数を測定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このようにパルス−ＯＳＡ法を用いてエルビウム添加光ファイバ増幅器のＡＳＥ雑音を測定する場合には、自然放出原子の寿命が比較的遅いために、数ｍｓ〜数十ｍｓの遷移時間の約１／１００以下のパルス周期が用いられる。
【０００９】
しかしながら多重光路干渉光の応答時間は増幅媒体の長さによって大きく異なる。文献２ではパルス周波数が５００ＫＨｚ一定とされているが、このようにパルス周波数を一定とすると、増幅光媒体の長さなどの条件によっては、多重光路干渉光を精度よく測定することができないという問題点があった。
【００１０】
本発明の課題は、上述の問題点に鑑み、光増幅器などの被測定対象における光媒体の長さなどの条件に応じて、入力側での光変調の周期や、出力側での雑音光成分抽出のための変調条件を設定して、多重光路干渉光を精度よく測定する方法、および装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の多重光路干渉光測定方法の原理的な機能ブロック図である。同図は被測定対象、例えば光増幅器に対してパルス変調された信号光を入力し、被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定する多重光路干渉光測定方法の機能ブロック図である。
【００１２】
本発明においては、図１の１で被測定対象の光媒体の長さに対応して、被測定対象の入力側でのパルス変調の周期が設定される。発明の実施の形態においては、この周期は真空中の光の速度ｃ，被測定対象の光媒体の長さＬ，光媒体の群屈折率Ｎに対応して、Ｌ×Ｎ／ｃ以下に設定される。
【００１３】
図１において、２で変調用パルス信号を用いて、出力パルス信号に対して変調が行われる。実施の形態において、この変調用パルス信号は、設定された入力側でのパルス変調の周期と同一の周期を持ち、入力パルス光の立ち上がり時点からの遅れ時間がその周期、入力パルス信号のデューティ比、および出力パルスの入力パルスからの遅れ時間、すなわち被測定対象内の光の伝播時間によって決定されるものとされる。
【００１４】
発明の実施の形態においては、この出力パルス信号に対する変調用パルス信号のデューティ比を、入力パルス信号の周期とデューティ比、および出力パルスの立ち上がり時間に対応して決定することもでき、また変調後の出力パルス信号の分光を行って、その結果から多重光路干渉光のパワーを求めることもできる。更に被測定対象に対して、波長の異なる複数の光源からの光の波長多重パルス変調光を入力して、多重光路干渉光を測定することもできる。
【００１５】
また本発明の多重光路干渉光測定方法においては、被測定対象に入力された光パルスが被測定対象から出力されるまでの時間の測定結果に対応して、入力側でのパルス変調の周期が設定される。
【００１６】
次に本発明の多重光路干渉光測定装置は被測定対象の光媒体の長さに対応して被測定対象の入力側でのパルス変調の周期を設定する周期設定手段と、出力パルス信号に対してその周期と同一周期で、出力パルス信号との位相差を任意に設定できる変調信号を用いて変調を行う変調手段とを備える。
【００１７】
発明の実施の形態においては、被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定可能とさせるために、被測定対象にパルス変調した信号を入力させる光信号入力装置は、被測定対象の光媒体の長さに対応して、入力側でのパルス変調の周期を設定する周期設定手段を備える。
【００１８】
また実施の形態においては、被測定対象から出力されたパルス信号から多重光路干渉光を測定する装置は、被測定対象への入力パルス信号と同一周期を持ち、出力パルス信号との位相差を任意に設定できる変調信号を用いて出力パルス信号に対して変調を行う変調手段を備える。
【００１９】
以上のように本発明によれば、例えば光増幅媒体の長さやその群屈折率などの条件に応じて、被測定対象の入力側でのパルス変調の周期設定などが行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１の実施形態における多重光路干渉光測定装置の構成ブロック図である。本発明においては、多重光路干渉光の測定法として、基本的には従来と同様のパルス−ＯＳＡ法を用いるものとして、発明の実施形態を説明する。また本発明において多重光路干渉光の測定対象となるものは代表的には光ファイバ増幅器であるが、一般的には多重光路干渉光が発生する光ファイバや光導波路を用いた各種の機器など、光ファイバ増幅器に限定されるものではない。
【００２１】
図２において、前述のように十分に短い周期の矩形パルスが矩形パルス発生部１２によって光源１１に与えられ、光源１１のレーザ電流にパルス変調が施され、その信号光は被測定対象１３に入力される。なお光源１１からの光は分光器１５と受光器１６から成る光パワーモニタの波長分解能よりも十分に狭い線幅を有するものとする。
【００２２】
被測定対象１３から出力されたパルス信号に対して、光変調器１４による変調が行われ、雑音光成分が抽出される。この雑音成分の抽出のために、矩形パルス発生部１２によって出力パルス信号と同じ周期で逆位相、すなわち信号出力のパルスが出力されていない（オフの）時点でオンとなるパルス信号が光変調器１４に与えられ、光変調器１４から出力される雑音光成分は分光器１５によって分光され、各分光波長における出力が複数の受光器１６に与えられ、雑音光の波長依存性が観測される。
【００２３】
図２においては矩形パルス発生部１２が入力側の光源１１のパルス変調と出力側の光変調器１４の制御とを行うものとしたが、これを２つに分離することにより、入力側での光信号入力装置と出力側での多重光路干渉光測定装置を用いることもできる。
【００２４】
図３は図２の多重光路干渉光測定装置の動作タイミングの説明図である。同図（ａ）は光源１１から被測定対象１３への入力矩形パルス波形であり、前述のようにその周期Ｔは、例えばエルビウムの上位エネルギー準位の原子の寿命よりも十分に短い値であるが、第１の実施形態においては、この周期Ｔが被測定対象の光媒体としての例えばファイバの長さＬ、その群屈折率Ｎ（光の波長ｃに依存する屈折率）を用いて次式によって決定される。
【００２５】
【数１】
【００２６】
数式１を計算することにより入力パルス信号が被測定対象内を伝播する時間を求めることができる。ここでｃは真空中の光の速度である。
図４は、出力側の１つのパルスに対応する、出力側における多重光路干渉光（Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ＭＰＩ）の蛍光時間の説明図である。同図においては、入力信号のパルス波形は省略されている。
【００２７】
図４において出力信号パルス波形は、当然入力信号と同じ周期Ｔを持ち、またそのパルス幅は入力パルスのデューティｒｉ によって決定される。図２で説明したように、光変調器１４は被測定対象１３の出力のうち、出力パルスがオンとなっていない時間においてＭＰＩ光を測定するための変調を行うが、ＭＰＩ光を効率よく測定するためには、その測定期間中の全範囲においてＭＰＩ光が零となっていないことが望ましい。
【００２８】
ＭＰＩ光の蛍光時間は、図４に示すように出力パルスのパルス幅Ｔ×ｒｉ （入力パルスと同じ）と、例えば入力パルスの立ち上がり点に対応して発生したＭＰＩ光が被測定対象１３から出力されるまでの伝播時間との和となり、次式によって与えられる。
【００２９】
【数２】
【００３０】
図４に示すように、パルス周期Ｔの間にＭＰＩ光が零となる期間が存在すると、図２の光変調器１４による雑音の測定期間の設定法にもよるが、ＭＰＩ光が零となっている部分をモニタし、モニタパワーが低下する可能性がある。入力パルスのデューティの値にもよるが、入力パルスのパルス周期Ｔを（１）式の右辺より十分に短い値に設定することによって、ＭＰＩ光が零となっている部分をモニタすることを避けることができ、ＭＰＩ光を精度よく測定することが可能となる。
【００３１】
図３に戻り、（ｂ）は被測定対象１３からの出力波形であり、出力パルスは被測定対象１３内の光の伝播時間だけ遅れて出力される。このパルスがオフとなっている期間における出力はＭＰＩ光を含む雑音成分であり、この期間においてＭＰＩ光を測定する必要がある。
【００３２】
（ｃ）は光変調器１４の動作波形である。（ｂ）の信号光出力パルスがオフとなっている期間において光変調器１４を動作させることによって、（ｄ）に示すように光変調器１４の出力として雑音光成分のみが抽出されることになる。ここで光変調器を動作させるパルスの幅は入力と同じ値のパルス周期Ｔと出力側のデューティｒｏ との積である。またここでは、このパルスの立ち上がり時点は入力矩形パルスの立ち上がり時点と同じ時刻に設定されているが、これは１つの例である。
【００３３】
図５はこの光変調器１４を動作させるパルスの立ち上がり時点、すなわち光変調器１４による出力スイッチのスイッチ開始時刻の設定法の説明図である。同図において入力パルスは図３（ａ）、出力パルスは（ｂ）のパルスを示し、入力パルスのデューティはｒｉ ，図２の被測定対象１３内の光の伝播時間はｔＬ、 入力パルスおよび出力パルスの立ち上がりと立ち下がりの時間はともにｔｒ であるとする。なお入力パルスのデューティｒｉは、入力パルス信号光のパワーとピークパワー（ｒｉ＝１のときのパワー）との比を表す。
【００３４】
図５において出力パルスが立ち下がる時刻は、入力パルスのパルス幅とその伝播時間ｔＬとの和であり、これに出力パルスの立ち下がり時間ｔｒ を加算することによって、入力側スイッチ、すなわち矩形パルス発生部１２による光源１１側でのスイッチと、光変調器１４側での出力側スイッチの動作時刻の差（位相差に相当）は次式によって与えられる。
【００３５】
【数３】
【００３６】
ここで例えば入力パルスのデューティを０．５、パルスの伝播時間を周期Ｔと等しくしておくと、この時間は次式によって与えられる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
次にこの出力スイッチパルスの幅、すなわちデューティの決定法について図６を用いて説明する。図４で説明したように、ＭＰＩ光を測定する出力スイッチのパルス幅は、基本的には出力パルスがオフとなっている期間に相当する。ここで出力スイッチのパルスのデューティ比ｒｏは、図５で示したような入力パルス、および出力パルスの立ち上がりと立ち下がりの時間を考慮して、図６から次式によって決定される。
【００３９】
【数５】
【００４０】
実際にはこのデューティを大きくとった方がＭＰＩ光を精度よく測定することが可能となるため、右辺の値に対してあるマージンをとった上でｒｏの値が設定される。なお（５）式の左側の不等式におけるＳは、図２の分光器１５と、受光器１６によって構成される光パワーモニタの感度であり、Ｐｎｏｉｓｅ は受光器１６に入射される雑音光電力のパワーであり、この不等式は雑音のパワーが受光器の感度を上回るように、出力側スイッチに対する光パルスのデューティ比が決定されるべきことを示している。
【００４１】
次に多重光路干渉光、すなわちＭＰＩ光のパワーの計算法について説明する。図７は図２の光変調器１４の出力スペクトルからのＭＰＩ光のパワー測定の説明図である。同図において細線は図３（ｂ）の信号光出力のスペクトル、太線は雑音成分のスペクトルを示す。これらのスペクトルは、当然図２の光源１１の波長においてピークを持ち、信号光出力のスペクトルのピーク値は、入力信号光のパワーＰｉｎ と被測定対象１３のゲイン（利得）Ｇとの積であり、雑音成分のピーク値は雑音光成分のパワーＰｎｏｉｓｅである。
【００４２】
図７において、ＰＡＳＥ は被測定対象１３によって増幅された自然放出光のパワーを示し、信号光波長近傍においてその値は一般に波長に依存しない一定値となる。そこで基本的には多重光路干渉光、すなわちＭＰＩ光のパワーＰＭＰＩはＰｎｏｉｓｅ とＰＡＳＥ との差となるが、この差から更に被測定対象１３からの漏れ光の成分を減算することによってＰＭＰＩの値が計算される。
【００４３】
すなわち、被測定対象１３への入力光に対する消光比をｒｅｘｔ１とすると、この漏れ光がゲインＧによって増幅されて出力されるパワーＰ１ は次式によって与えられる。
【００４４】
【数６】
【００４５】
また被測定対象１３からの出力光に対する光変調器１４による消光比をｒｅｘｔ２、出力光のパワーをＰＯＵＴとすると、出力光の漏れパワーは次式によって与えられる。
【００４６】
【数７】
【００４７】
以上の説明によって、ＭＰＩ光のパワーＰＭＰＩ に対して次式が成立する。
【００４８】
【数８】
【００４９】
以上の（６）〜（８）式を用いることによって、ＭＰＩ光のパワーは次式によって与えられる。
【００５０】
【数９】
【００５１】
まとめると、信号光の無いタイミングで光源の波長と同じ波長の光パワーと、光源と異なる波長のＡＳＥ成分のパワーを測定してそれをもとに、数式６〜９を用いて演算することで、多重光路干渉光を求めることができる。
【００５２】
図８、および図９は図２の光変調器１４の出力波形の例である。図８は入力パルスの周波数は１ＫＨｚ、被測定対象１３の長さが８．４ｋｍ、図９は１４．４ｋｍである場合の波形の拡大図の例である。共に変調器１４の出力、すなわち出力側のスイッチがオンとなる時間幅は２５０μｓである。光源１１をオフしたときに観測される被測定対象１３の出力が、例えば光増幅作用による雑音のみの場合には光パワーの値は一定となるのに対して、光源１１をオンとした場合には光増幅のみによる雑音、すなわち増幅された自然放出光の成分に加えて、最初に多重光路干渉光による雑音成分が重畳されて観測され、その観測される時間は、図９のように被測定対象１３の長さが長い場合の方が長くなる。
【００５３】
一般には図２の被測定対象１３に対して一定周期のパルス光信号が数周期以上入力され、例えば定常状態に達した時にＭＰＩ光の測定が行われる。図１０、および図１１はそのようなパルス列が光測定対象１３に入力された場合の出力矩形パルス波形とＭＰＩ光（太線）の波形例である。図１０では入力パルス信号の周期は比較的長く、ＭＰＩ光のパワーは出力パルスがオフの期間においても変動が大きいが、図１１ではその周期が短く、定常状態ではＭＰＩ光パワーの変動は小さいことが分かる。このようにＭＰＩ光パワーの測定精度を上げるためには、（１）式で説明したようにパルス信号の周期を短くすることに加えて、ＭＰＩ光のパワーの変動をおさえるために周期Ｔを短くする必要がある。
【００５４】
図１２は光変調器１４の動作波形、すなわち出力スイッチの立ち上がりタイミングを変化させた時の信号対ＭＰＩ雑音比の測定値の変動例の説明図である。図３（ｃ）ではこの立ち上がりタイミングは入力パルス信号の立ち上がり時点と一致しているが、このタイミングを出力パルス信号がオフとなっている期間内で変化させた時のクロストーク測定値の最大値と最小値が、変調周波数に対してどのように変化するかを示している。このクロストークは出力信号光と多重光路干渉光との強度比を示し、この値が小さくなると誤り率が増加し、通信品質が劣化する。
【００５５】
ここでは被測定対象の長さは１４．４ｋｍであり、入力光信号のデューティは０．５，出力スイッチ、すなわち光変調器動作パルスのデューティは０．２５である場合の結果を示し、変調周波数が１０ＫＨｚ以上であれば、立ち上がりタイミングを変化させても測定値のばらつきは小さいことが示されている。
【００５６】
図１３（ａ）の図はパルス−ＯＳＡ法を用いてラマン増幅器の多重光路干渉光を測定する際の構成を示している。
２１は光源でキャリア発光している。２１１は光可変減衰器で光源からの光を任意の光パワーに調整する。２３は光変調器でキャリア光を矩形パルスに変調する。１３は被測定対象でラマン増幅器である。１３１はラマン増幅を行う利得媒体である。１４は光変調器でＭＰＩを測定するタイミングを作る。１５１は光スペアナである。
【００５７】
図１３（ｂ）のグラフは（ａ）の構成において、ラマン増幅器のオン／オフ ゲインを変化させた場合の信号対ＭＰＩ雑音比の測定結果である。
以上の説明では、図２に示したように単一の光源１１を用いたＭＰＩ光パワーの測定について説明したが、複数の光源を用いることによってＭＰＩ光の波長依存性を測定することもできる。図１４はそのようにＭＰＩ光の波長依存性を測定する多重光路干渉光測定装置のブロック図である。同図においては複数の波長の異なる光源２１が図２の光源１１の代わりに用いられ、それぞれの光源からの光が矩形パルス変調され、光合波器２２によって合波された後に被測定対象１３に入力される。
【００５８】
図１５はＭＰＩ光の波長依存性を測定する測定装置の他の例のブロック図である。同図を図１４と比較すると、複数の光源２１からの光が、パルス変調される前に光合波器２２によって合波され、光変調器２３によって矩形パルス変調された後に、被測定対象１３に入力される点が異なっている。
【００５９】
図１６は本発明の第２の実施形態としての多重光路干渉光測定装置の構成ブロック図である。第１の実施形態では、（１）式で説明したように図２の被測定対象１３の光媒体の長さＬ、および群屈折率Ｎが既知のものであるとして、被測定対象に入力される入力パルス波形の周期が設定されたが、第２の実施形態では例えば被測定対象１３の光媒体の長さが不明であり、（１）式によって周期を設定できない場合に、（１）式の右辺に相当する被測定対象１３内での光の伝播時間が測定され、その測定値を用いて周期の設定が行われる。
【００６０】
図１６では、図２におけると同様に、光源１１の出力は矩形パルス発生部３０からの変調パルスによって変調された矩形パルスとして分岐器３１を介して被測定対象１３に入力されると同時に、受光器３３にも入力され、また被測定対象１３からの出力は分岐器３２を介して光変調器１４に出力されると共に、受光器３４にも与えられる。
【００６１】
受光器３３、および受光器３４の出力によって、被測定対象１３内での入力光パルスの伝播時間が時差測定部３５によって測定され、その測定値に基づいて、制御部３６によって矩形パルス発生部３０が光源１１および光変調器１４に対して出力する変調信号としてのパルスの立ち上がりタイミングや、そのデューティが第１の実施形態に対すると同様に制御される。また図１４，図１５で説明したように波長依存性を測定することも可能である。
【００６２】
図１６の第２の実施形態では、このように時差測定部３５の測定結果を用いて、パルス信号の周期をその測定値より十分短い値、例えば１／１０に設定して、例えば１パルスだけを被測定対象１３に入力することによって、ＭＰＩ光パワーの測定と、その結果を用いたシステム設定が行われる。図５で説明した出力スイッチの立ち上がりタイミングの設定や、図６で説明した出力スイッチに対するデューティの設定などは、第１の実施形態におけると同様に行うことができる。
【００６３】
図１７は第２の実施形態における入力側での矩形パルスの周期Ｔの設定例の説明図である。同図において、図１６の時差測定部３５の測定結果としての伝播時間ｔＬ に対応した周期Ｔの設定例が示されている。
【００６４】
図１７において黒丸印を結ぶ線以下の領域は、多重光路干渉雑音光を０．２ｄＢ以下の精度で測定するために必要とされる周期Ｔの設定範囲を示し、更に精度を上げるためにはこの境界線の傾きを小さくする必要がある。例えばｔL ＝１００μｓ、すなわち屈折率が１．５の光ファイバであれば長さが約２０ｋｍに相当する場合には、矩形パルスの周期を約５５μｓ以下に設定することによって多重光路干渉光を０．２ｄＢ以下の精度で測定できることが示されている。矩形パルスの周期Ｔが境界線以上の場合にも測定自体は可能であるが、その値によっては測定誤差が大きくなる。
【００６５】
以上において本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施形態は以上の説明に限定されることなく、本発明の特許請求の範囲に対応して、更に様々な実施形態をとることが可能なことは当然である。
【００６６】
（付記１）被測定対象に対してパルス変調された信号光を入力し、該被測定対象から出力される光に含まれる多重光路干渉光を測定する方法において、
前記被測定対象の光媒体の長さに対応して、前記入力側でのパルス変調の周期を設定することを特徴とする多重光路干渉光測定方法。
（付記２）光の速度ｃ、前記被測定対象の光媒体の長さＬ，および該光媒体の群屈折率Ｎに対応して、前記周期をＬ×Ｎ／ｃ以下に設定することを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記３）前記設定された周期と同一の周期を持ち、入力パルス光の立ち上がり時点からの遅れ時間が、該周期、入力パルス信号のデューティ比、及び上記光媒体を光パルスが通過する時間によって決定される変調用パルス信号を用いて、前記出力パルス信号に対して変調を行うことを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記４）前記変調用パルス信号のデューティ比を、前記入力パルス信号のデューティ比、および前記出力パルスの立ち上がり時間に対応して設定することを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記５）前記変調後の出力パルス信号の分光を行い、被測定対象へのパルス入力パワー、入力パルス光波長における自然放出光成分のパワー、多重光路干渉光を含む雑音光成分のパワー、光測定対象の利得、前記変調用パルス信号のデューティ比、入力光パルスの消光比、および前記変調による消光比を用いて多重光路干渉光のパワーを求めることを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記６）前記被測定対象に対して、波長の異なる複数の光源からの光の波長多重パルス変調光を入力することを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記７）被測定対象に対してパルス変調された信号光を入力し、該被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定する方法において、
前記被測定対象に入力された光パルスが被測定対象から出力されるまでの時間の測定結果に対応して、前記入力側でのパルス変調の周期を設定することを特徴とする多重光路干渉光測定方法。
（付記８）被測定対象に対してパルス変調された信号光を入力し、該被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定する装置において、
前記被測定対象の光媒体の長さに対応して、前記入力側でのパルス変調の周期を設定する周期設定手段と、
該被測定対象からの出力パルス信号光に対して、該周期と同一周期で、該出力パルス信号との位相差を任意に設定できる変調信号を用いて変調を行う変調手段とを備えることを特徴とする多重光路干渉光測定装置。
（付記９）被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定可能とさせるために、該被測定対象にパルス変調した信号を入力させる光信号入力装置において、
前記被測定対象の光媒体の長さに対応して、入力側でのパルス変調の周期を設定する周期設定手段を備えることを特徴とする光信号入力装置。
（付記１０）パルス変調された信号が入力された被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定する装置において、
前記被測定対象への入力パルス信号と同一の周期を持ち、入力パルス光の立ち上がり時点からの遅れ時間が、該周期、入力パルス信号のデューティ比、および出力パルスの入力パルスからの遅れ時間によって決定される変調用パルス信号を用いて、前記出力パルス信号に対する変調を行う変調手段を備えることを特徴とする多重光路干渉光測定装置。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、例えばパルス−ＯＳＡ法を用いた多重光路干渉光測定において、測定条件の有効な設定、例えば被測定対象の光媒体の長さや群屈折率の値に応じて、光信号の周期や、そのデューティなどを設定することが可能となる。
【００６８】
また例えば被測定対象の光媒体の長さなどが不明の場合にも、被測定対象内の光パルスの伝播時間の測定値を用いて有効な測定パラメータの設定を行うことが可能となり、パルス−ＯＳＡ法の実用性の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的な機能ブロック図である。
【図２】多重光路干渉光測定装置の構成ブロック図である。
【図３】多重光路干渉光測定装置の動作タイミングの説明図である。
【図４】１つの入力パルスに対する出力ＭＰＩ光の蛍光時間の説明図である。
【図５】出力側スイッチに対するパルスの立ち上がり時間設定法の説明図である。
【図６】出力側スイッチに対するパルスのデューティ設定法の説明図である。
【図７】光変調器出力のスペクトルの例を示す図である。
【図８】光変調器出力波形の例（その１）を示す図である。
【図９】光変調器出力波形の例（その２）を示す図である。
【図１０】入力パルス列に対するＭＰＩ光出力波形の例（その１）である。
【図１１】入力パルス列に対するＭＰＩ光出力波形の例（その２）である。
【図１２】出力スイッチに対するパルスの立ち上がりタイミングを変化させたときの信号対ＭＰＩ雑音比の測定ばらつきを示すである。
【図１３】ラマン増幅器におけるオン／オフ ゲインに対する信号対ＭＰＩ雑音比の測定例を示す図である。
【図１４】多重光路干渉光の波長依存性測定装置の構成例のブロック図である。
【図１５】多重光路干渉光の波長依存性測定装置の他の構成例のブロック図である。
【図１６】第２の実施形態における多重光路干渉光測定装置の構成例のブロック図である。
【図１７】第２の実施形態における入力側での矩形パルスの周期Ｔの設定例である。
【符号の説明】
１１，２１ 光源
１２，３０ 矩形パルス発生部
１３ 被測定対象
１４，２３ 光変調器
１５ 分光器
１６ 受光器
２２ 光合波器
３５ 時差測定部
３６ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信システムに係わり、更に詳しくは、例えばパルス−ＯＳＡ（光スペクトルアナライザ）法のように、矩形波変調光を被測定対象、例えば光増幅器に入力して、出力側で多重光路干渉光を測定する多重光路干渉光測定方法、および測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年波長多重などの技術を用いて光通信の高速化、および大容量化が進んでいる。またエルビウム添加光ファイバ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）などを用いた希土類添加ファイバ光増幅器やラマン効果を利用した光増幅器が進歩し、光を光のままで増幅する線型中継器が実用化されている。
【０００３】
このような光増幅器を用いる通信システムにおいて、障害となる問題の１つが雑音、すなわちＳ／Ｎの劣化の問題である。このＳ／Ｎ劣化の第１の原因は光増幅器の自然散乱光、すなわち自然放出雑音光（ＡＳＥ，Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）であり、第２の原因は信号光のダブルレイリー散乱（ＤＲＳ，Ｄｏｕｂｌｅ Ｒａｙｌｅｉｇｈ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光や、コネクタ端の反射による多重光路干渉光雑音である。
【０００４】
このような雑音を測定する方法として、電気スペクトルアナライザ法やパルス−ＯＳＡ（光スペクトルアナライザ）法などが用いられているが、多重光路光の測定法として有効と考えられるのはパルス−ＯＳＡ法である。
【０００５】
このパルス−ＯＳＡ法を利用した雑音測定に関する文献として次の２つの文献がある。
文献１）特開平８−１１４５２８号公報「光増幅器雑音指数測定方法および装置」
文献２）Ｓ．Ａ．Ｅ．Ｌｅｗｉｓ他、Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆＤｏｕｂｌｅ Ｒａｙｌｅｉｇｈ Ｓｃａｔｔｅｒ Ｎｏｉｓｅ ｉｎ Ｒａｍａｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．５，ｐｐ５２８−５３０（２０００）．
文献１では、光ファイバ増幅器、特にエルビウムなどの希土類添加ファイバ増幅器の雑音指数を測定する方法としてのパルス−ＯＳＡ法において、光ファイバを含めた被測定系全体の位相の調整を容易に行うことができる光増幅器雑音指数測定方法、および装置が開示されている。
【０００６】
文献２では、自然ラマン散乱光に加えて信号光の多重光路干渉光の影響が大きいラマン増幅器の雑音光に対して、パルス−ＯＳＡ法を用いた測定法が提案されている。多重光路干渉光は自然ラマン散乱光と異なって、信号光波長のみで発生する雑音光成分であり、補間法やプロープ法を使って測定することはできず、文献２ではパルス周波数を５００ＫＨｚ、入力側パルス信号のデューティは０．１，出力信号光に対する変調用パルスのデューティは０．５としてパルス−ＯＳＡ法を用いた測定が行われている。
【０００７】
パルス−ＯＳＡ法では、一般的に光源から発せられた光に対して、例えば希土類添加光ファイバにおける上位エネルギー準位の原子の寿命よりも十分に短い周期の矩形パルスで変調が行われ、変調後の光パルス信号が被測定光増幅器に入力される。被測定光増幅器から出力されたパルス信号と同じ周期で、逆位相の矩形パルスを用いて出力パルス信号を変調し、雑音光成分を抽出し、例えば分光器と複数の受光器とを組み合わせて雑音光パワーの波長依存性を観測することにより、ＡＳＥ雑音光に対応する被測定増幅器の雑音指数を測定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このようにパルス−ＯＳＡ法を用いてエルビウム添加光ファイバ増幅器のＡＳＥ雑音を測定する場合には、自然放出原子の寿命が比較的遅いために、数ｍｓ〜数十ｍｓの遷移時間の約１／１００以下のパルス周期が用いられる。
【０００９】
しかしながら多重光路干渉光の応答時間は増幅媒体の長さによって大きく異なる。文献２ではパルス周波数が５００ＫＨｚ一定とされているが、このようにパルス周波数を一定とすると、増幅光媒体の長さなどの条件によっては、多重光路干渉光を精度よく測定することができないという問題点があった。
【００１０】
本発明の課題は、上述の問題点に鑑み、光増幅器などの被測定対象における光媒体の長さなどの条件に応じて、入力側での光変調の周期や、出力側での雑音光成分抽出のための変調条件を設定して、多重光路干渉光を精度よく測定する方法、および装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の多重光路干渉光測定方法の原理的な機能ブロック図である。同図は被測定対象、例えば光増幅器に対してパルス変調された信号光を入力し、被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定する多重光路干渉光測定方法の機能ブロック図である。
【００１２】
本発明においては、図１の１で被測定対象の光媒体の長さに対応して、被測定対象の入力側でのパルス変調の周期が設定される。発明の実施の形態においては、この周期は真空中の光の速度ｃ，被測定対象の光媒体の長さＬ，光媒体の群屈折率Ｎに対応して、Ｌ×Ｎ／ｃ以下に設定される。
【００１３】
図１において、２で変調用パルス信号を用いて、出力パルス信号に対して変調が行われる。実施の形態において、この変調用パルス信号は、設定された入力側でのパルス変調の周期と同一の周期を持ち、入力パルス光の立ち上がり時点からの遅れ時間がその周期、入力パルス信号のデューティ比、および出力パルスの入力パルスからの遅れ時間、すなわち被測定対象内の光の伝播時間によって決定されるものとされる。
【００１４】
発明の実施の形態においては、この出力パルス信号に対する変調用パルス信号のデューティ比を、入力パルス信号の周期とデューティ比、および出力パルスの立ち上がり時間に対応して決定することもでき、また変調後の出力パルス信号の分光を行って、その結果から多重光路干渉光のパワーを求めることもできる。更に被測定対象に対して、波長の異なる複数の光源からの光の波長多重パルス変調光を入力して、多重光路干渉光を測定することもできる。
【００１５】
また本発明の多重光路干渉光測定方法においては、被測定対象に入力された光パルスが被測定対象から出力されるまでの時間の測定結果に対応して、入力側でのパルス変調の周期が設定される。
【００１６】
次に本発明の多重光路干渉光測定装置は被測定対象の光媒体の長さに対応して被測定対象の入力側でのパルス変調の周期を設定する周期設定手段と、出力パルス信号に対してその周期と同一周期で、出力パルス信号との位相差を任意に設定できる変調信号を用いて変調を行う変調手段とを備える。
【００１７】
発明の実施の形態においては、被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定可能とさせるために、被測定対象にパルス変調した信号を入力させる光信号入力装置は、被測定対象の光媒体の長さに対応して、入力側でのパルス変調の周期を設定する周期設定手段を備える。
【００１８】
また実施の形態においては、被測定対象から出力されたパルス信号から多重光路干渉光を測定する装置は、被測定対象への入力パルス信号と同一周期を持ち、出力パルス信号との位相差を任意に設定できる変調信号を用いて出力パルス信号に対して変調を行う変調手段を備える。
【００１９】
以上のように本発明によれば、例えば光増幅媒体の長さやその群屈折率などの条件に応じて、被測定対象の入力側でのパルス変調の周期設定などが行われる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１の実施形態における多重光路干渉光測定装置の構成ブロック図である。本発明においては、多重光路干渉光の測定法として、基本的には従来と同様のパルス−ＯＳＡ法を用いるものとして、発明の実施形態を説明する。また本発明において多重光路干渉光の測定対象となるものは代表的には光ファイバ増幅器であるが、一般的には多重光路干渉光が発生する光ファイバや光導波路を用いた各種の機器など、光ファイバ増幅器に限定されるものではない。
【００２１】
図２において、前述のように十分に短い周期の矩形パルスが矩形パルス発生部１２によって光源１１に与えられ、光源１１のレーザ電流にパルス変調が施され、その信号光は被測定対象１３に入力される。なお光源１１からの光は分光器１５と受光器１６から成る光パワーモニタの波長分解能よりも十分に狭い線幅を有するものとする。
【００２２】
被測定対象１３から出力されたパルス信号に対して、光変調器１４による変調が行われ、雑音光成分が抽出される。この雑音成分の抽出のために、矩形パルス発生部１２によって出力パルス信号と同じ周期で逆位相、すなわち信号出力のパルスが出力されていない（オフの）時点でオンとなるパルス信号が光変調器１４に与えられ、光変調器１４から出力される雑音光成分は分光器１５によって分光され、各分光波長における出力が複数の受光器１６に与えられ、雑音光の波長依存性が観測される。
【００２３】
図２においては矩形パルス発生部１２が入力側の光源１１のパルス変調と出力側の光変調器１４の制御とを行うものとしたが、これを２つに分離することにより、入力側での光信号入力装置と出力側での多重光路干渉光測定装置を用いることもできる。
【００２４】
図３は図２の多重光路干渉光測定装置の動作タイミングの説明図である。同図（ａ）は光源１１から被測定対象１３への入力矩形パルス波形であり、前述のようにその周期Ｔは、例えばエルビウムの上位エネルギー準位の原子の寿命よりも十分に短い値であるが、第１の実施形態においては、この周期Ｔが被測定対象の光媒体としての例えばファイバの長さＬ、その群屈折率Ｎ（光の波長ｃに依存する屈折率）を用いて次式によって決定される。
【００２５】
【数１】
数式１を計算することにより入力パルス信号が被測定対象内を伝播する時間を求めることができる。ここでｃは真空中の光の速度である。
図４は、出力側の１つのパルスに対応する、出力側における多重光路干渉光（Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ＭＰＩ）の蛍光時間の説明図である。同図においては、入力信号のパルス波形は省略されている。
【００２７】
図４において出力信号パルス波形は、当然入力信号と同じ周期Ｔを持ち、またそのパルス幅は入力パルスのデューティｒｉ によって決定される。図２で説明したように、光変調器１４は被測定対象１３の出力のうち、出力パルスがオンとなっていない時間においてＭＰＩ光を測定するための変調を行うが、ＭＰＩ光を効率よく測定するためには、その測定期間中の全範囲においてＭＰＩ光が零となっていないことが望ましい。
【００２８】
ＭＰＩ光の蛍光時間は、図４に示すように出力パルスのパルス幅Ｔ×ｒｉ （入力パルスと同じ）と、例えば入力パルスの立ち上がり点に対応して発生したＭＰＩ光が被測定対象１３から出力されるまでの伝播時間との和となり、次式によって与えられる。
【００２９】
【数２】
図４に示すように、パルス周期Ｔの間にＭＰＩ光が零となる期間が存在すると、図２の光変調器１４による雑音の測定期間の設定法にもよるが、ＭＰＩ光が零となっている部分をモニタし、モニタパワーが低下する可能性がある。入力パルスのデューティの値にもよるが、入力パルスのパルス周期Ｔを（１）式の右辺より十分に短い値に設定することによって、ＭＰＩ光が零となっている部分をモニタすることを避けることができ、ＭＰＩ光を精度よく測定することが可能となる。
【００３１】
図３に戻り、（ｂ）は被測定対象１３からの出力波形であり、出力パルスは被測定対象１３内の光の伝播時間だけ遅れて出力される。このパルスがオフとなっている期間における出力はＭＰＩ光を含む雑音成分であり、この期間においてＭＰＩ光を測定する必要がある。
【００３２】
（ｃ）は光変調器１４の動作波形である。（ｂ）の信号光出力パルスがオフとなっている期間において光変調器１４を動作させることによって、（ｄ）に示すように光変調器１４の出力として雑音光成分のみが抽出されることになる。ここで光変調器を動作させるパルスの幅は入力と同じ値のパルス周期Ｔと出力側のデューティｒｏ との積である。またここでは、このパルスの立ち上がり時点は入力矩形パルスの立ち上がり時点と同じ時刻に設定されているが、これは１つの例である。
【００３３】
図５はこの光変調器１４を動作させるパルスの立ち上がり時点、すなわち光変調器１４による出力スイッチのスイッチ開始時刻の設定法の説明図である。同図において入力パルスは図３（ａ）、出力パルスは（ｂ）のパルスを示し、入力パルスのデューティはｒｉ ，図２の被測定対象１３内の光の伝播時間はｔＬ、 入力パルスおよび出力パルスの立ち上がりと立ち下がりの時間はともにｔｒ であるとする。なお入力パルスのデューティｒｉは、入力パルス信号光のパワーとピークパワー（ｒｉ＝１のときのパワー）との比を表す。
【００３４】
図５において出力パルスが立ち下がる時刻は、入力パルスのパルス幅とその伝播時間ｔＬとの和であり、これに出力パルスの立ち下がり時間ｔｒ を加算することによって、入力側スイッチ、すなわち矩形パルス発生部１２による光源１１側でのスイッチと、光変調器１４側での出力側スイッチの動作時刻の差（位相差に相当）は次式によって与えられる。
【００３５】
【数３】
ここで例えば入力パルスのデューティを０．５、パルスの伝播時間を周期Ｔと等しくしておくと、この時間は次式によって与えられる。
【００３７】
【数４】
次にこの出力スイッチパルスの幅、すなわちデューティの決定法について図６を用いて説明する。図４で説明したように、ＭＰＩ光を測定する出力スイッチのパルス幅は、基本的には出力パルスがオフとなっている期間に相当する。ここで出力スイッチのパルスのデューティ比ｒｏは、図５で示したような入力パルス、および出力パルスの立ち上がりと立ち下がりの時間を考慮して、図６から次式によって決定される。
【００３９】
【数５】
実際にはこのデューティを大きくとった方がＭＰＩ光を精度よく測定することが可能となるため、右辺の値に対してあるマージンをとった上でｒｏの値が設定される。なお（５）式の左側の不等式におけるＳは、図２の分光器１５と、受光器１６によって構成される光パワーモニタの感度であり、Ｐｎｏｉｓｅ は受光器１６に入射される雑音光電力のパワーであり、この不等式は雑音のパワーが受光器の感度を上回るように、出力側スイッチに対する光パルスのデューティ比が決定されるべきことを示している。
【００４１】
次に多重光路干渉光、すなわちＭＰＩ光のパワーの計算法について説明する。図７は図２の光変調器１４の出力スペクトルからのＭＰＩ光のパワー測定の説明図である。同図において細線は図３（ｂ）の信号光出力のスペクトル、太線は雑音成分のスペクトルを示す。これらのスペクトルは、当然図２の光源１１の波長においてピークを持ち、信号光出力のスペクトルのピーク値は、入力信号光のパワーＰｉｎ と被測定対象１３のゲイン（利得）Ｇとの積であり、雑音成分のピーク値は雑音光成分のパワーＰｎｏｉｓｅである。
【００４２】
図７において、ＰＡＳＥ は被測定対象１３によって増幅された自然放出光のパワーを示し、信号光波長近傍においてその値は一般に波長に依存しない一定値となる。そこで基本的には多重光路干渉光、すなわちＭＰＩ光のパワーＰＭＰＩはＰｎｏｉｓｅ とＰＡＳＥ との差となるが、この差から更に被測定対象１３からの漏れ光の成分を減算することによってＰＭＰＩの値が計算される。
【００４３】
すなわち、被測定対象１３への入力光に対する消光比をｒｅｘｔ１とすると、この漏れ光がゲインＧによって増幅されて出力されるパワーＰ１ は次式によって与えられる。
【００４４】
【数６】
また被測定対象１３からの出力光に対する光変調器１４による消光比をｒｅｘｔ２、出力光のパワーをＰＯＵＴとすると、出力光の漏れパワーは次式によって与えられる。
【００４６】
【数７】
以上の説明によって、ＭＰＩ光のパワーＰＭＰＩ に対して次式が成立する。
【００４８】
【数８】
以上の（６）〜（８）式を用いることによって、ＭＰＩ光のパワーは次式によって与えられる。
【００５０】
【数９】
まとめると、信号光の無いタイミングで光源の波長と同じ波長の光パワーと、光源と異なる波長のＡＳＥ成分のパワーを測定してそれをもとに、数式６〜９を用いて演算することで、多重光路干渉光を求めることができる。
【００５２】
図８、および図９は図２の光変調器１４の出力波形の例である。図８は入力パルスの周波数は１ＫＨｚ、被測定対象１３の長さが８．４ｋｍ、図９は１４．４ｋｍである場合の波形の拡大図の例である。共に変調器１４の出力、すなわち出力側のスイッチがオンとなる時間幅は２５０μｓである。光源１１をオフしたときに観測される被測定対象１３の出力が、例えば光増幅作用による雑音のみの場合には光パワーの値は一定となるのに対して、光源１１をオンとした場合には光増幅のみによる雑音、すなわち増幅された自然放出光の成分に加えて、最初に多重光路干渉光による雑音成分が重畳されて観測され、その観測される時間は、図９のように被測定対象１３の長さが長い場合の方が長くなる。
【００５３】
一般には図２の被測定対象１３に対して一定周期のパルス光信号が数周期以上入力され、例えば定常状態に達した時にＭＰＩ光の測定が行われる。図１０、および図１１はそのようなパルス列が光測定対象１３に入力された場合の出力矩形パルス波形とＭＰＩ光（太線）の波形例である。図１０では入力パルス信号の周期は比較的長く、ＭＰＩ光のパワーは出力パルスがオフの期間においても変動が大きいが、図１１ではその周期が短く、定常状態ではＭＰＩ光パワーの変動は小さいことが分かる。このようにＭＰＩ光パワーの測定精度を上げるためには、（１）式で説明したようにパルス信号の周期を短くすることに加えて、ＭＰＩ光のパワーの変動をおさえるために周期Ｔを短くする必要がある。
【００５４】
図１２は光変調器１４の動作波形、すなわち出力スイッチの立ち上がりタイミングを変化させた時の信号対ＭＰＩ雑音比の測定値の変動例の説明図である。図３（ｃ）ではこの立ち上がりタイミングは入力パルス信号の立ち上がり時点と一致しているが、このタイミングを出力パルス信号がオフとなっている期間内で変化させた時のクロストーク測定値の最大値と最小値が、変調周波数に対してどのように変化するかを示している。このクロストークは出力信号光と多重光路干渉光との強度比を示し、この値が小さくなると誤り率が増加し、通信品質が劣化する。
【００５５】
ここでは被測定対象の長さは１４．４ｋｍであり、入力光信号のデューティは０．５，出力スイッチ、すなわち光変調器動作パルスのデューティは０．２５である場合の結果を示し、変調周波数が１０ＫＨｚ以上であれば、立ち上がりタイミングを変化させても測定値のばらつきは小さいことが示されている。
【００５６】
図１３（ａ）の図はパルス−ＯＳＡ法を用いてラマン増幅器の多重光路干渉光を測定する際の構成を示している。
２１は光源でキャリア発光している。２１１は光可変減衰器で光源からの光を任意の光パワーに調整する。２３は光変調器でキャリア光を矩形パルスに変調する。１３は被測定対象でラマン増幅器である。１３１はラマン増幅を行う利得媒体である。１４は光変調器でＭＰＩを測定するタイミングを作る。１５１は光スペアナである。
【００５７】
図１３（ｂ）のグラフは（ａ）の構成において、ラマン増幅器のオン／オフ ゲインを変化させた場合の信号対ＭＰＩ雑音比の測定結果である。
以上の説明では、図２に示したように単一の光源１１を用いたＭＰＩ光パワーの測定について説明したが、複数の光源を用いることによってＭＰＩ光の波長依存性を測定することもできる。図１４はそのようにＭＰＩ光の波長依存性を測定する多重光路干渉光測定装置のブロック図である。同図においては複数の波長の異なる光源２１が図２の光源１１の代わりに用いられ、それぞれの光源からの光が矩形パルス変調され、光合波器２２によって合波された後に被測定対象１３に入力される。
【００５８】
図１５はＭＰＩ光の波長依存性を測定する測定装置の他の例のブロック図である。同図を図１４と比較すると、複数の光源２１からの光が、パルス変調される前に光合波器２２によって合波され、光変調器２３によって矩形パルス変調された後に、被測定対象１３に入力される点が異なっている。
【００５９】
図１６は本発明の第２の実施形態としての多重光路干渉光測定装置の構成ブロック図である。第１の実施形態では、（１）式で説明したように図２の被測定対象１３の光媒体の長さＬ、および群屈折率Ｎが既知のものであるとして、被測定対象に入力される入力パルス波形の周期が設定されたが、第２の実施形態では例えば被測定対象１３の光媒体の長さが不明であり、（１）式によって周期を設定できない場合に、（１）式の右辺に相当する被測定対象１３内での光の伝播時間が測定され、その測定値を用いて周期の設定が行われる。
【００６０】
図１６では、図２におけると同様に、光源１１の出力は矩形パルス発生部３０からの変調パルスによって変調された矩形パルスとして分岐器３１を介して被測定対象１３に入力されると同時に、受光器３３にも入力され、また被測定対象１３からの出力は分岐器３２を介して光変調器１４に出力されると共に、受光器３４にも与えられる。
【００６１】
受光器３３、および受光器３４の出力によって、被測定対象１３内での入力光パルスの伝播時間が時差測定部３５によって測定され、その測定値に基づいて、制御部３６によって矩形パルス発生部３０が光源１１および光変調器１４に対して出力する変調信号としてのパルスの立ち上がりタイミングや、そのデューティが第１の実施形態に対すると同様に制御される。また図１４，図１５で説明したように波長依存性を測定することも可能である。
【００６２】
図１６の第２の実施形態では、このように時差測定部３５の測定結果を用いて、パルス信号の周期をその測定値より十分短い値、例えば１／１０に設定して、例えば１パルスだけを被測定対象１３に入力することによって、ＭＰＩ光パワーの測定と、その結果を用いたシステム設定が行われる。図５で説明した出力スイッチの立ち上がりタイミングの設定や、図６で説明した出力スイッチに対するデューティの設定などは、第１の実施形態におけると同様に行うことができる。
【００６３】
図１７は第２の実施形態における入力側での矩形パルスの周期Ｔの設定例の説明図である。同図において、図１６の時差測定部３５の測定結果としての伝播時間ｔＬ に対応した周期Ｔの設定例が示されている。
【００６４】
図１７において黒丸印を結ぶ線以下の領域は、多重光路干渉雑音光を０．２ｄＢ以下の精度で測定するために必要とされる周期Ｔの設定範囲を示し、更に精度を上げるためにはこの境界線の傾きを小さくする必要がある。例えばｔL ＝１００μｓ、すなわち屈折率が１．５の光ファイバであれば長さが約２０ｋｍに相当する場合には、矩形パルスの周期を約５５μｓ以下に設定することによって多重光路干渉光を０．２ｄＢ以下の精度で測定できることが示されている。矩形パルスの周期Ｔが境界線以上の場合にも測定自体は可能であるが、その値によっては測定誤差が大きくなる。
【００６５】
以上において本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施形態は以上の説明に限定されることなく、本発明の特許請求の範囲に対応して、更に様々な実施形態をとることが可能なことは当然である。
【００６６】
（付記１）被測定対象に対してパルス変調された信号光を入力し、該被測定対象から出力される光に含まれる多重光路干渉光を測定する方法において、
前記被測定対象の光媒体の長さに対応して、前記入力側でのパルス変調の周期を設定することを特徴とする多重光路干渉光測定方法。
（付記２）光の速度ｃ、前記被測定対象の光媒体の長さＬ，および該光媒体の群屈折率Ｎに対応して、前記周期をＬ×Ｎ／ｃ以下に設定することを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記３）前記設定された周期と同一の周期を持ち、入力パルス光の立ち上がり時点からの遅れ時間が、該周期、入力パルス信号のデューティ比、及び上記光媒体を光パルスが通過する時間によって決定される変調用パルス信号を用いて、前記出力パルス信号に対して変調を行うことを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記４）前記変調用パルス信号のデューティ比を、前記入力パルス信号のデューティ比、および前記出力パルスの立ち上がり時間に対応して設定することを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記５）前記変調後の出力パルス信号の分光を行い、被測定対象へのパルス入力パワー、入力パルス光波長における自然放出光成分のパワー、多重光路干渉光を含む雑音光成分のパワー、光測定対象の利得、前記変調用パルス信号のデューティ比、入力光パルスの消光比、および前記変調による消光比を用いて多重光路干渉光のパワーを求めることを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記６）前記被測定対象に対して、波長の異なる複数の光源からの光の波長多重パルス変調光を入力することを特徴とする付記１記載の多重光路干渉光測定方法。
（付記７）被測定対象に対してパルス変調された信号光を入力し、該被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定する方法において、
前記被測定対象に入力された光パルスが被測定対象から出力されるまでの時間の測定結果に対応して、前記入力側でのパルス変調の周期を設定することを特徴とする多重光路干渉光測定方法。
（付記８）被測定対象に対してパルス変調された信号光を入力し、該被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定する装置において、
前記被測定対象の光媒体の長さに対応して、前記入力側でのパルス変調の周期を設定する周期設定手段と、
該被測定対象からの出力パルス信号光に対して、該周期と同一周期で、該出力パルス信号との位相差を任意に設定できる変調信号を用いて変調を行う変調手段とを備えることを特徴とする多重光路干渉光測定装置。
（付記９）被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定可能とさせるために、該被測定対象にパルス変調した信号を入力させる光信号入力装置において、
前記被測定対象の光媒体の長さに対応して、入力側でのパルス変調の周期を設定する周期設定手段を備えることを特徴とする光信号入力装置。
（付記１０）パルス変調された信号が入力された被測定対象から出力されるパルス信号光から多重光路干渉光を測定する装置において、
前記被測定対象への入力パルス信号と同一の周期を持ち、入力パルス光の立ち上がり時点からの遅れ時間が、該周期、入力パルス信号のデューティ比、および出力パルスの入力パルスからの遅れ時間によって決定される変調用パルス信号を用いて、前記出力パルス信号に対する変調を行う変調手段を備えることを特徴とする多重光路干渉光測定装置。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、例えばパルス−ＯＳＡ法を用いた多重光路干渉光測定において、測定条件の有効な設定、例えば被測定対象の光媒体の長さや群屈折率の値に応じて、光信号の周期や、そのデューティなどを設定することが可能となる。
【００６８】
また例えば被測定対象の光媒体の長さなどが不明の場合にも、被測定対象内の光パルスの伝播時間の測定値を用いて有効な測定パラメータの設定を行うことが可能となり、パルス−ＯＳＡ法の実用性の向上に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的な機能ブロック図である。
【図２】多重光路干渉光測定装置の構成ブロック図である。
【図３】多重光路干渉光測定装置の動作タイミングの説明図である。
【図４】１つの入力パルスに対する出力ＭＰＩ光の蛍光時間の説明図である。
【図５】出力側スイッチに対するパルスの立ち上がり時間設定法の説明図である。
【図６】出力側スイッチに対するパルスのデューティ設定法の説明図である。
【図７】光変調器出力のスペクトルの例を示す図である。
【図８】光変調器出力波形の例（その１）を示す図である。
【図９】光変調器出力波形の例（その２）を示す図である。
【図１０】入力パルス列に対するＭＰＩ光出力波形の例（その１）である。
【図１１】入力パルス列に対するＭＰＩ光出力波形の例（その２）である。
【図１２】出力スイッチに対するパルスの立ち上がりタイミングを変化させたときの信号対ＭＰＩ雑音比の測定ばらつきを示すである。
【図１３】ラマン増幅器におけるオン／オフ ゲインに対する信号対ＭＰＩ雑音比の測定例を示す図である。
【図１４】多重光路干渉光の波長依存性測定装置の構成例のブロック図である。
【図１５】多重光路干渉光の波長依存性測定装置の他の構成例のブロック図である。
【図１６】第２の実施形態における多重光路干渉光測定装置の構成例のブロック図である。
【図１７】第２の実施形態における入力側での矩形パルスの周期Ｔの設定例である。
【符号の説明】
１１，２１ 光源
１２，３０ 矩形パルス発生部
１３ 被測定対象
１４，２３ 光変調器
１５ 分光器
１６ 受光器
２２ 光合波器
３５ 時差測定部
３６ 制御部
Claims (5)
- 被測定対象に対してパルス変調された信号光を入力し、該被測定対象から出力される出力パルス信号光に含まれる多重光路干渉光を測定する方法において、
前記被測定対象の光媒体の長さに対応して、前記入力側でのパルス変調の周期を設定し、
前記設定された周期と同一の周期を持ち、入力パルス光の立ち上がり時点からの遅れ時間が、該周期、入力パルス信号のデューティ比、及び前記光媒体を光パルスが通過する時間によって決定される変調用パルス信号を用いて、前記出力パルス信号光に対して変調を行う
ことを特徴とする多重光路干渉光測定方法。 - 光の速度ｃ、前記被測定対象の光媒体の長さＬ、および該光媒体の群屈折率Ｎに対応して、前記周期をＬ×Ｎ／ｃ以下に設定することを特徴とする請求項１記載の多重光路干渉光測定方法。
- 前記多重光路干渉光測定方法において、さらに、
前記変調後の出力パルス信号の分光を行い、前記被測定対象へのパルス入力パワー、該入力パルス光波長における自然放出光成分のパワー、前記多重光路干渉光を含む雑音光成分のパワー、前記被測定対象の利得、前記変調用パルス信号のデューティ比、入力光パルスの消光比、および前記変調による消光比を用いて、前記多重光路干渉光のパワーを求める
ことを特徴とする請求項１に記載の多重光路干渉光測定方法。 - 被測定対象に対してパルス変調された信号光を入力し、該被測定対象から出力される出力パルス信号光から多重光路干渉光を測定する方法において、
前記被測定対象に入力された光パルスが被測定対象から出力されるまでの時間の測定結果に対応して、前記入力側でのパルス変調の周期を設定し、
前記設定された周期と同一の周期を持ち、入力パルス光の立ち上がり時点からの遅れ時間が、該周期、入力パルス信号のデューティ比、及び前記光媒体を光パルスが通過する時間によって決定される変調用パルス信号を用いて、前記出力パルス信号光に対して変調を行う
ことを特徴とする多重光路干渉光測定方法。 - 被測定対象に対してパルス変調された信号光を入力し、該被測定対象から出力される出力パルス信号光から多重光路干渉光を測定する装置において、
前記被測定対象の光媒体の長さに対応して、前記入力側でのパルス変調の周期を設定する周期設定手段と、
前記設定された周期と同一の周期を持ち、入力パルス光の立ち上がり時点からの遅れ時間が、該周期、入力パルス信号のデューティ比、及び前記光媒体を光パルスが通過する時間によって決定される変調用パルス信号を用いて、前記出力パルス信号光に対して変調を行う変調手段と
を備えることを特徴とする多重光路干渉光測定装置。
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