JP4465085B2

JP4465085B2 - 光特性測定装置、方法、記録媒体

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Publication number: JP4465085B2
Application number: JP2000172964A
Authority: JP
Inventors: 栄司木村; 賢一中村; 悟南雲
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: JP2001349805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバなどのDUT（Device Under Test）の波長分散特性の測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ等の被測定物（DUT）の波長分散特性を測定するときの測定系の構成を図５に示す。図５に示すように、測定系は光源システム１０と特性測定システム２０に分かれている。光源システム１０の可変波長光源１２が波長λｘを変化させて光を発生する。この光は光変調器１５により変調用電源１４が生成する変調用信号の周波数ｆａで変調されて、ＤＵＴ３０に入射される。
【０００３】
ＤＵＴ３０を透過した光は光電変換器２２により電気信号に変換される。この電気信号の位相が位相比較器２４により検出される。この位相からＤＵＴ３０の群遅延や波長分散を求めることができる。
【０００４】
ここで、光電変換器２２が出力する電気信号は、図６に示すように、周波数ｆａにおいて最大振幅をとるが、他の周波数においても、振幅が０になるわけではない。そこで、位相比較器２４にはバンドパスフィルタを設けて、周波数ｆａ近傍の成分のみを取り出すようにしている。ここで、このバンドパスフィルタが透過を許容する周波数の幅Δｆは一定である。一方、透過を許容する周波数の中心は外部から与える。そこで、特性測定システム２０の周波数指示用電源２６が周波数ｆｂの位相検出用信号をバンドパスフィルタに与えている。すなわち、周波数ｆｂは透過を許容する周波数の中心である。なお、ｆｂはｆａと等しくなるように設定している。なお、図６において、斜線を引いて示した領域は、バンドパスフィルタの通過域外である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｆｂとｆａとは、厳密には周波数差をもっている。例えば、ｆｂ＝ｆａ＝３ＧＨｚに設定しても、１０ＫＨｚ程度の周波数差が存在する。すると、図７に示すように、バンドパスフィルタが透過を許容する周波数の帯域に、ｆａが含まれなくなる。特に、透過を許容する周波数の帯域が狭い場合は、ｆａが含まれなくなることが多い。すると、周波数ｆａの成分が過度に減衰し、信号感度が低下する。透過を許容する周波数の帯域を広くすれば、周波数ｆａの成分が過度に減衰することを回避できるが、Ｓ／Ｎ比（signal to noise ratio）が悪くなる。しかも、群遅延特性や距離測定に関し、基準となる周波数が異なってしまうため、測定された値が異なり、機器間の個体差が発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、光源の変調用信号の周波数と、位相検出用信号の周波数とを一致させる装置等を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光を透過する被測定物の特性を測定する装置であって、変調に使用する変調用周波数を与える変調用信号を生成する変調用信号生成手段と、可変波長光を変調用周波数で強度変調した入射光を被測定物に供給する光変調手段と、位相を検出すべき信号の周波数を与える位相検出用信号を生成する位相検出用信号生成手段と、入射光が被測定物を透過した透過光の内の、位相を検出すべき信号の周波数成分の位相を検出する位相検出手段と、変調用信号の周波数から所定の範囲内の周波数の、位相検出用信号の振幅を計測する振幅計測手段と、振幅計測手段の計測結果に基づき、位相検出用信号の振幅が最大になる周波数に、変調用信号の周波数を合わせる周波数合わせ手段と、を備え、位相に基づき被測定物の特性を計測するように構成される。
【０００８】
上記のように構成された光特性測定装置によれば、周波数合わせ手段により、位相検出用信号の周波数と、変調用信号の周波数と、を一致させることができる。
【０００９】
なお、本発明は、振幅計測手段は、変調用信号の周波数から所定の範囲内を通過域とし、位相検出用信号が入力されるバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタの出力結果の振幅を計測する計測手段と、を備えるようにしてもよい。
【００１０】
なお、本発明は、変調用信号生成手段が、変調用信号の周波数を変化させることができるようにしてもよい。
【００１１】
なお、本発明は、変調用信号の周波数の変化の幅が、変調用信号の周波数と位相検出用信号の周波数との差分以上であるようにしてもよい。
【００１２】
本発明は、光を透過する被測定物の特性を測定する方法であって、変調に使用する変調用周波数を与える変調用信号を生成する変調用信号生成工程と、可変波長光を変調用周波数で強度変調した入射光を被測定物に供給する光変調工程と、位相を検出すべき信号の周波数を与える位相検出用信号を生成する位相検出用信号生成工程と、入射光が被測定物を透過した透過光の内の、位相を検出すべき信号の周波数成分の位相を検出する位相検出工程と、変調用信号の周波数から所定の範囲内の周波数の、位相検出用信号の振幅を計測する振幅計測工程と、振幅計測工程の計測結果に基づき、位相検出用信号の振幅が最大になる周波数に、変調用信号の周波数を合わせる周波数合わせ工程と、を備え、位相に基づき被測定物の特性を計測するように構成される。
【００１３】
本発明は、光を透過する被測定物の特性を測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、変調に使用する変調用周波数を与える変調用信号を生成する変調用信号生成処理と、可変波長光を変調用周波数で強度変調した入射光を被測定物に供給する光変調処理と、位相を検出すべき信号の周波数を与える位相検出用信号を生成する位相検出用信号生成処理と、入射光が被測定物を透過した透過光の内の、位相を検出すべき信号の周波数成分の位相を検出する位相検出処理と、変調用信号の周波数から所定の範囲内の周波数の、位相検出用信号の振幅を計測する振幅計測処理と、振幅計測処理の計測結果に基づき、位相検出用信号の振幅が最大になる周波数に、変調用信号の周波数を合わせる周波数合わせ処理と、を備え、位相に基づき被測定物の特性を計測する記録媒体である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態にかかる光特性測定装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態にかかる光特性測定装置は、ＤＵＴ３０の一端に接続される光源システム１０と、ＤＵＴ３０の他端に接続される特性測定システム２０と、を有する。ＤＵＴ３０は、光を透過するものであって、例えば光ファイバである。
【００１６】
光源システム１０は、可変波長光源１２、変調用電源１４、光変調器１５、振幅計測部１６、周波数合わせ部１８を備える。可変波長光源１２は、波長を変化させられる可変波長光を生成する。可変波長光源１２によって、可変波長光の波長λｘを掃引することができる。変調用電源１４は、光変調器１５に、可変波長光を変調すべき周波数（変調用周波数）ｆａの変調用信号を与える。変調用電源１４は、変調用周波数ｆａを掃引し、変化させることができる。光変調器１５は、可変波長光を変調用周波数ｆａで変調して、ＤＵＴ３０に入射する。光変調器１５は、リチウム・ナイオベート（ＬＮ）を有することが一般的であるが、光の強度を変調できるものであれば、ＬＮを含んでいなくてもよい。
【００１７】
振幅計測部１６は、バンドパスフィルタ１６ａと、計測部１６ｂと、を有する。バンドパスフィルタ１６ａは、その通過域が変調用電源１４の変調用周波数ｆａから所定の範囲内、例えば±Δｆ／２である。バンドパスフィルタ１６ａの通過域を、センター周波数から±Δｆ／２にすることが一般的であり、センター周波数を変調用周波数ｆａに厳密に一致させることが可能である。なお、入力される信号の周波数が変調用周波数ｆａから所定の範囲を超えれば、出力信号が大きく減衰する。バンドパスフィルタ１６ａには、後述する周波数指示用電源２６の出力する電気信号が入力される。バンドパスフィルタ１６ａは、周波数指示用電源２６の出力する電気信号の内、通過域内の周波数成分を主に出力する。計測部１６ｂは、バンドパスフィルタ１６ａから出力される電気信号の最大値と、この電気信号が最大値をとるときの周波数とを計測して、周波数合わせ部１８に出力する。
【００１８】
周波数合わせ部１８は、周波数指示用電源２６の出力する電気信号（位相検出用信号）の振幅が最大になる周波数に、変調用電源１４の変調用周波数ｆａを合わせる。周波数指示用電源２６は位相を検出すべき信号の周波数ｆｂの位相検出用信号を発生するようにしている。しかし、図３（ａ）に示すように、他の周波数成分の電気信号が混合された形で、バンドパスフィルタ１６ａに入力される。ここで、周波数指示用電源２６の生成する位相検出用信号は周波数ｆｂにおいて振幅が最大になる。よって、周波数合わせ部１８は、周波数ｆｂに、変調用電源１４の変調用周波数ｆａを合わせることになる。
【００１９】
ＤＵＴ３０に入射した光は、ＤＵＴ３０を透過する。ＤＵＴ３０を透過した光を透過光という。
【００２０】
特性測定システム２０は、光電変換器２２、位相検出器２４、周波数指示用電源２６を備える。
【００２１】
光電変換器２２は、透過光を電気信号に変換する。位相検出器２４は、バンドパスフィルタ２４ａと、位相比較器２４ｂと、を有する。バンドパスフィルタ２４ａは、その通過域が周波数指示用電源２６の生成する位相検出用信号の周波数ｆｂから所定の範囲内、例えば±Δｆ／２である。なお、入力される信号の周波数が周波数ｆｂから所定の範囲を超えれば、出力信号が大きく減衰する。バンドパスフィルタ２４ａには、光電変換器２２の出力する電気信号が入力される。バンドパスフィルタ２４ａは、光電変換器２２の出力する電気信号の内、通過域内の周波数成分を主に出力する。位相比較器２４ｂは、バンドパスフィルタ２４ａの出力する電気信号の位相を、基準となる電気信号の位相と比較して、それらの位相差を検出する。基準となる電気信号とは、例えば、ＤＵＴ３０において波長分散が最小となる波長の光を入射したときの透過光を光電変換したものである。周波数指示用電源２６は、バンドパスフィルタ１６ａおよびバンドパスフィルタ２４ａに周波数ｆｂの位相検出用信号を与える。
【００２２】
次に、本発明の実施形態の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２３】
光源システム１０の可変波長光源１２が波長を変化させて光を発生する。この光は光変調器１５により電源１４の生成する変調用信号の変調用周波数ｆａで変調されて、ＤＵＴ３０に入射される。
【００２４】
ＤＵＴ３０を透過した光は光電変換器２２により電気信号に変換される。この電気信号がバンドパスフィルタ２４ａに入力されて、周波数指示用電源２６の生成する位相検出用信号の周波数ｆｂ近傍の成分のみが取り出される。そして、位相比較器２４ｂによって、バンドパスフィルタ２４ａの出力信号と、基準となる電気信号との位相差が計測される。よって、ｆａとｆｂとが一致していれば、位相比較器２４ｂによる位相差の計測が正確になる。位相差から、ＤＵＴ３０の群遅延、波長分散などを求めるので、ｆａとｆｂとが一致していれば、ＤＵＴ３０の波長分散などを正確に求められる。
【００２５】
ここで、ｆａとｆｂとを一致させるための手順を説明する。まず、周波数指示用電源２６の生成する位相検出用信号の周波数ｆｂを固定しておき、振幅計測部１６のバンドパスフィルタ１６ａに入力する（Ｓ１０）。バンドパスフィルタ１６ａに入力される電気信号の波形は図３（ａ）に示すように、周波数指示用電源２６の生成する位相検出用信号の周波数ｆｂにおいて最大値Amaxをとるが、周波数ｆｂ以外の周波数成分も含む。
【００２６】
次に、変調用電源１４の生成する変調用信号の変調用周波数ｆａを掃引するものとし、掃引を完了したかを判定する（Ｓ１２）。掃引が完了していなければ（Ｓ１２、Ｎｏ）、変調用周波数ｆａを掃引する（Ｓ１４）。変調用周波数ｆａの掃引は、図３（ｂ）に示すように、変調用周波数ｆａを大きくするようにする。ここで、変調用ｆａを掃引する下限（初期値ｆ０）と上限（最終値ｆ１）とが決められているものとする。なお、掃引の方法は、本実施形態のように単調増加に限らず、単調減少あるいは減少と増加を組み合わせるなど任意である。また、変調用電源１４の発生する変調用信号の周波数の変化の幅ｆ１―ｆ０は、ｆａとｆｂとの差異よりも、わずかに多めにする。例えば、ｆａとｆｂとを１GHzに設定してあれば、ｆ１―ｆ０＝３０kHz程度にしておく。また、バンドパスフィルタ１６ａは、センター周波数と厳密に一致する変調用周波数ｆａから±Δｆ／２を通過域としているので、変調用周波数ｆａを掃引すれば、バンドパスフィルタ１６ａの通過域も変化する。なお、図３（ｂ）において斜線を引いて示した領域は、バンドパスフィルタ１６ａの通過域外である。
【００２７】
そして、計測部１６ｂは、バンドパスフィルタ１６ａの通過域におけるバンドパスフィルタ１６ａの出力信号の振幅の最大値および振幅が最大値をとるときの周波数を計測する（Ｓ１６）。図３（ａ）と図３（ｂ）とを重ね合わせると、図３（ｃ）になる。図３（ｃ）に示すような場合では、通過域内では、周波数がｆａ+Δｆ／２のときに振幅が最大になる。なお、ｆａがｆｂよりも充分に大きくなれば、周波数がｆａ−Δｆ／２のときに振幅が最大になる。また、図３（ｄ）に示すように、ｆａがｆｂとほぼ等しくなれば、周波数がｆｂのときに振幅が最大になる。
【００２８】
なお、計測部１６ｂは、バンドパスフィルタ１６ａの通過域におけるバンドパスフィルタ１６ａの出力信号の振幅の最大値等を周波数合わせ部１８に記録する。記録の様式を図４に示す。変調用周波数ｆａは初期値ｆ０から最終値ｆ１まで掃引され、掃引の途中にｆｂの近傍ｆ’をとる。ｆａ＝ｆ０のときは、ｆ０＋Δｆ／２にて最大値をとる。ｆａ＝ｆ１のときは、ｆ１―Δｆ／２にて最大値をとる。ｆａ＝ｆ’のときは、ｆｂにて最大値Amaxをとる。
【００２９】
図２に戻り、計測された最大値等は、周波数合わせ部１８に記録される。そして、掃引完了の判定（Ｓ１２）に戻る。
【００３０】
掃引が完了すれば（Ｓ１２、Ｙｅｓ）、周波数合わせ部１８は、変調用電源１４の変調用周波数ｆａが掃引された全領域（ｆ０からｆ１まで）において、バンドパスフィルタ１６ａの振幅が最大になる周波数fa_maxを求める（Ｓ１８）。図４に示すように、ｆａを掃引していった時の振幅の最大値が周波数合わせ部１８に記録されているので、振幅の最大値のなかで最も大きい値Amaxをとる時の周波数がfa_maxである。
【００３１】
そして、周波数合わせ部１８は、ｆａをfa_maxに合わせる（Ｓ２０）。fa_maxはｆｂであるので、ｆａとｆｂとが一致することになる。
【００３２】
なお、変調用電源１４の変調用周波数ｆａが掃引された全領域（ｆ０からｆ１まで）において、バンドパスフィルタ１６ａの振幅が最大になる周波数fa_maxを求めることができれば、他の方法によっても構わない。例えば、変調用周波数ｆａを掃引していったときの振幅の微分値を求めておき、０になったときの周波数をfa_maxとしてもよい。
【００３３】
本実施形態によれば、ｆａとｆｂとを一致させることができる。よって、バンドパスフィルタ１６ａに、通過域が狭いバンドパスフィルタ、例えば１Ｈｚ程度のものを使用することができ、位相差、群遅延等の計測誤差を小さくすることができる。しかも、群遅延特性や距離測定に関し、基準となる周波数を一致させられるため、測定された値が一致し、機器間の個体差が無くなる。
【００３４】
また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータのメディア読み取り装置に、上記の各部分を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の機能を実現できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、光源の変調周波数と、周波数合わせ手段により、位相検出用信号の周波数と、変調用信号の周波数と、を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる光特性測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】バンドパスフィルタ１６ａへの入力信号（図３（ａ））、バンドパスフィルタ１６ａの通過域（図３（ｂ））、バンドパスフィルタ１６ａによるフィルタリング（図３（ｃ）（ｄ））を示す図である。
【図４】周波数合わせ部１８に記録されるバンドパスフィルタ１６ａの通過域におけるバンドパスフィルタ１６ａの出力信号の振幅の最大値等の記録様式を示す図である。
【図５】従来技術における光ファイバ等の被測定物（DUT）の波長分散特性を測定するときの測定系の構成を示すブロック図である。
【図６】従来技術における光電変換器２２が出力する電気信号を示す図である。
【図７】従来技術におけるバンドパスフィルタが透過を許容する周波数の帯域と、変調周波数との差異を示す図である。
【符号の説明】
１０光源システム
１２可変波長光源
１４変調用電源
１５光変調器
１６振幅計測部
１８周波数合わせ部
２０特性測定システム
２２光電変換器
２４位相検出器
２６周波数指示用電源
３０ＤＵＴ

Claims

光を透過する被測定物の特性を測定する装置であって、
変調に使用する変調用周波数を与える変調用信号を生成する変調用信号生成手段と、
可変波長光を前記変調用周波数で強度変調した入射光を前記被測定物に供給する光変調手段と、
位相を検出すべき信号の周波数を与える位相検出用信号を生成する位相検出用信号生成手段と、
前記入射光が前記被測定物を透過した透過光の内の、位相を検出すべき信号の周波数成分の位相を検出する位相検出手段と、
前記変調用信号の周波数から所定の範囲内の周波数の、前記位相検出用信号の振幅を計測する振幅計測手段と、
前記振幅計測手段の計測結果に基づき、前記位相検出用信号の振幅が最大になる周波数に、前記変調用信号の周波数を合わせる周波数合わせ手段と、
を備え、
前記位相に基づき前記被測定物の特性を計測し、
前記振幅計測手段は、
前記変調用信号の周波数から所定の範囲内を通過域とし、前記位相検出用信号が入力されるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタの出力結果の振幅を計測する計測手段と、
を有し、
前記変調用信号生成手段が、前記変調用信号の周波数を所定の変化領域内で変化させることができ、
前記所定の変化領域の幅が、前記変調用信号の周波数と前記位相検出用信号の周波数との差分以上であり、
前記所定の変化領域の内に、前記位相検出用信号の周波数がある、
光特性測定装置。
光を透過する被測定物の特性を測定する方法であって、
変調に使用する変調用周波数を与える変調用信号を生成する変調用信号生成工程と、
可変波長光を前記変調用周波数で強度変調した入射光を前記被測定物に供給する光変調工程と、
位相を検出すべき信号の周波数を与える位相検出用信号を生成する位相検出用信号生成工程と、
前記入射光が前記被測定物を透過した透過光の内の、位相を検出すべき信号の周波数成分の位相を検出する位相検出工程と、
前記変調用信号の周波数から所定の範囲内の周波数の、前記位相検出用信号の振幅を計測する振幅計測工程と、
前記振幅計測工程の計測結果に基づき、前記位相検出用信号の振幅が最大になる周波数に、前記変調用信号の周波数を合わせる周波数合わせ工程と、
を備え、
前記位相に基づき前記被測定物の特性を計測し、
前記振幅計測工程は、前記変調用信号の周波数から所定の範囲内を通過域とし前記位相検出用信号が入力されるバンドパスフィルタの出力結果の振幅を計測し、
前記変調用信号生成工程において、前記変調用信号の周波数を所定の変化領域内で変化させることができ、
前記所定の変化領域の幅が、前記変調用信号の周波数と前記位相検出用信号の周波数との差分以上であり、
前記所定の変化領域の内に、前記位相検出用信号の周波数がある、
光特性測定方法。
光を透過する被測定物の特性を測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、
変調に使用する変調用周波数を与える変調用信号を生成する変調用信号生成処理と、
可変波長光を前記変調用周波数で強度変調した入射光を前記被測定物に供給する光変調処理と、
位相を検出すべき信号の周波数を与える位相検出用信号を生成する位相検出用信号生成処理と、
前記入射光が前記被測定物を透過した透過光の内の、位相を検出すべき信号の周波数成分の位相を検出する位相検出処理と、
前記変調用信号の周波数から所定の範囲内の周波数の、前記位相検出用信号の振幅を計測する振幅計測処理と、
前記振幅計測処理の計測結果に基づき、前記位相検出用信号の振幅が最大になる周波数に、前記変調用信号の周波数を合わせる周波数合わせ処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であり、
前記位相に基づき前記被測定物の特性を計測し、
前記振幅計測処理は、前記変調用信号の周波数から所定の範囲内を通過域とし前記位相検出用信号が入力されるバンドパスフィルタの出力結果の振幅を計測し、
前記変調用信号生成処理において、前記変調用信号の周波数を所定の変化領域内で変化させることができ、
前記所定の変化領域の幅が、前記変調用信号の周波数と前記位相検出用信号の周波数との差分以上であり、
前記所定の変化領域の内に、前記位相検出用信号の周波数がある、
記録媒体。