JP5106038B2 - 波長モニタ - Google Patents

Description

本発明は、例えば光ネットワークにおいて波長分割多重されて伝送される光信号の波長を測定する波長モニタに関する。

近年の光通信の大容量化に伴い、１波長当りの伝送量が４０ＧｂｐｓのＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）ネットワークが実用化されている。

また、更なるフレキシブルな光ネットワークの実現を目指し、信号光波長によるルーティングや、制御専用のＩＰチャネルによる光信号のままのルーティングを行うＧＭＰＬＳ（Generalized Multi-Protocol Label Switching）によるダイナミックな経路設定の実現も近づいている。

このようにダイナミックに波長パスが設定される光ネットワークにおいては、光ネットワークの信号品質や伝送効率を維持するためにも短時間にしかも正確に信号光波長を監視することが極めて重要となる。また、光ネットワークの保守においても同様である。

従来、被測定光の波長を監視する波長モニタとして、回折格子やファブリペロー等の可動部を有し、測定時に可動部を調整する波長計が用いられていたが、この種の波長計はミリ秒オーダ以上の測定時間を要するため、高速応答の波長モニタとしては使用できない。

そこで、高速応答の波長モニタとして、直線偏光を旋光子に入射し出射光の旋光の度合いから波長を測定する光波長測定装置（例えば、特許文献１参照）、エタロンや複屈折光部品を透過させてその出射光の干渉強度の変化から波長を計測する波長計測装置（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
特開２００５−３４９５号公報 特開平１０−３３９６６８号公報

ところで、光ネットワークを流れる信号光は高速の変調信号で変調されており、その光スペクトルは変調によって基本波以外の上下側波帯が発生し、スペクトル拡がりを生じてしまう。また、ＷＤＭ伝送では５０ＧＨｚ、又は１００ＧＨｚの狭い波長間隔で波長が多重されており、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）等によって波長分波された信号光の中には、隣接チャネルの上下側波帯の光信号成分や、被測定信号光自体の上下側波帯の光信号成分が含まれている。

これらの信号光の波長測定を短時間かつ高精度に行う方法として、光ＢＰＦ（Band Pass Filter）で分離抽出した光信号成分の波長測定を、複屈折素子及び偏光分離素子から構成され複屈折素子の波長依存性を利用して行う方法が知られている。この場合、隣接チャネルの上下側波帯の光信号成分や、被測定信号光自体の上下側波帯の光信号成分を取り除いて被測定信号光成分を抽出する光ＢＰＦが必要だが、そのような狭帯域の光ＢＰＦを廉価に実現するのは困難である。

しかしながら、特許文献１及び２に示されたものは、ＷＤＭ伝送される光信号等の波長を測定する際には、狭帯域の光ＢＰＦを用いて被測定光成分を分離する必要があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、狭帯域の光ＢＰＦを用いることなく、変調された被測定光の波長を短時間かつ高精度に測定することができる波長モニタを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の波長モニタは、予め定められた変調周波数の変調信号によって変調されてなる光信号の波長を測定する波長モニタであって、前記光信号から予め定められた中心周波数成分とその上下側波帯成分とを抽出して被測定光として出力する光フィルタ（１２）と、直線偏光に変換された前記被測定光を入射し互いに直交する偏波面において前記被測定光の波長に応じた光強度を有する２つの光成分を含む出射光を出射する偏光変換手段（１５、６２）と、該偏光変換手段（１５、６２）からの前記出射光を偏波面が互いに直交する２つの光に分離する光分離手段（１６）と、該光分離手段（１６）が分離した一方の光及び他方の光をそれぞれ光電変換する第１の光電変換手段（２１）及び第２の光電変換手段（２２）と、該第１の光電変換手段（２１）及び該第２の光電変換手段（２２）の各出力信号から前記変調周波数の信号成分をそれぞれ抽出する周波数成分抽出手段（３０）と、該周波数成分抽出手段が抽出した前記信号成分の強度比に基づいて前記被測定光の波長を算出する波長算出手段（２５）とを備え、前記周波数成分抽出手段は、前記第１の光電変換手段（２１）及び前記第２の光電変換手段（２２）の各出力信号がそれぞれ入力される第１のバンドパスフィルタ（３１）及び第２のバンドパスフィルタ（３２）と、該第１のバンドパスフィルタ（３１）及び該第２のバンドパスフィルタ（３２）をそれぞれ通過した信号成分を検波する第１の検波手段（３３）及び第２の検波手段（３４）とを備え、前記第１のバンドパスフィルタ（３１）及び前記第２のバンドパスフィルタ（３２）の通過帯域の中心周波数は、前記変調周波数と等しい構成を有している。

この構成により、本発明の請求項１に記載の波長モニタは、偏波面が互いに直交する２つの光成分をそれぞれ光電変換した後、光信号の搬送波成分に相当する電気信号成分の強度に基づいて波長を算出するので、狭帯域の光ＢＰＦを用いることなく、変調された被測定光の波長を短時間かつ高精度に測定することができる。
また、この構成により、本発明の請求項１に記載の波長モニタは、偏波面が互いに直交する２つの光成分をそれぞれ光電変換した後、光信号の搬送波成分に相当する電気信号成分を２つのバンドパスフィルタから取り出すことができる。

また、本発明の請求項２に記載の波長モニタは、予め定められた変調周波数の変調信号によって変調されてなる光信号の波長を測定する波長モニタであって、前記光信号から予め定められた中心周波数成分とその上下側波帯成分とを抽出して被測定光として出力する光フィルタ（１２）と、直線偏光に変換された前記被測定光を入射し互いに直交する偏波面において前記被測定光の波長に応じた光強度を有する２つの光成分を含む出射光を出射する偏光変換手段（１５、６２）と、該偏光変換手段（１５、６２）からの前記出射光を偏波面が互いに直交する２つの光に分離する光分離手段（１６）と、該光分離手段（１６）が分離した一方の光及び他方の光をそれぞれ光電変換する第１の光電変換手段（２１）及び第２の光電変換手段（２２）と、該第１の光電変換手段（２１）及び該第２の光電変換手段（２２）の各出力信号から前記変調周波数の信号成分をそれぞれ抽出する周波数成分抽出手段（４０）と、該周波数成分抽出手段が抽出した前記信号成分の強度比に基づいて前記被測定光の波長を算出する波長算出手段（２５）とを備え、前記周波数成分抽出手段は、前記変調周波数に基づいて予め定められた周波数を有する局部発振信号を生成する局部発振信号生成手段（４１）と、前記第１の光電変換手段（２１）の出力信号と前記局部発振信号とを乗算して周波数変換する第１のミキサ（４２）と、前記第２の光電変換手段（２２）の出力信号と前記局部発振信号とを乗算して周波数変換する第２のミキサ（４３）と、前記第１のミキサ（４２）及び前記第２のミキサ（４３）によって周波数変換された周波数変換信号がそれぞれ入力される第１のバンドパスフィルタ（３１）及び第２のバンドパスフィルタ（３２）と、該第１のバンドパスフィルタ（３１）及び該第２のバンドパスフィルタ（３２）をそれぞれ通過した信号成分を検波する第１の検波手段（３３）及び第２の検波手段（３４）とを備え、前記第１のバンドパスフィルタ（３１）及び前記第２のバンドパスフィルタ（３２）の通過帯域の中心周波数は、前記周波数変換信号の周波数と等しい構成を有している。

この構成により、本発明の請求項２に記載の波長モニタは、偏波面が互いに直交する２つの光成分をそれぞれ光電変換した後、光信号の搬送波成分に相当する電気信号成分の強度に基づいて波長を算出するので、狭帯域の光ＢＰＦを用いることなく、変調された被測定光の波長を短時間かつ高精度に測定することができる。
また、この構成により、本発明の請求項２に記載の波長モニタは、偏波面が互いに直交する２つの光成分をそれぞれ光電変換した後、光信号の搬送波成分に相当する電気信号成分の周波数をビートダウンして２つのバンドパスフィルタから取り出すことができる。

さらに、本発明の請求項３に記載の波長モニタは、予め定められた変調周波数の変調信号によって変調されてなる光信号の波長を測定する波長モニタであって、前記光信号から予め定められた中心周波数成分とその上下側波帯成分とを抽出して被測定光として出力する光フィルタ（１２）と、直線偏光に変換された前記被測定光を入射し互いに直交する偏波面において前記被測定光の波長に応じた光強度を有する２つの光成分を含む出射光を出射する偏光変換手段（１５、６２）と、該偏光変換手段（１５、６２）からの前記出射光を偏波面が互いに直交する２つの光に分離する光分離手段（１６）と、該光分離手段（１６）が分離した一方の光及び他方の光をそれぞれ光電変換する第１の光電変換手段（２１）及び第２の光電変換手段（２２）と、該第１の光電変換手段（２１）及び該第２の光電変換手段（２２）の各出力信号から前記変調周波数の信号成分をそれぞれ抽出する周波数成分抽出手段（５０）と、該周波数成分抽出手段が抽出した前記信号成分の強度比に基づいて前記被測定光の波長を算出する波長算出手段（２５）とを備え、前記周波数成分抽出手段は、前記第１の光電変換手段（２１）の出力信号が入力される第１のバンドパスフィルタ（３１）及び第１のローパスフィルタ（５１）と、前記第２の光電変換手段（２２）の出力信号が入力される第２のバンドパスフィルタ（３２）及び第２のローパスフィルタ（５２）と、該第１のバンドパスフィルタ（３１）及び該第２のバンドパスフィルタ（３２）をそれぞれ通過した信号成分を検波する第１の検波手段（３３）及び第２の検波手段（３４）と、前記第１の検波手段（３３）及び前記第２の検波手段（３４）の出力信号と前記第１のローパスフィルタ（５１）及び前記第２のローパスフィルタ（５２）の出力信号とのうちいずれか一方の出力信号を選択する出力信号選択手段（５３）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の請求項３に記載の波長モニタは、偏波面が互いに直交する２つの光成分をそれぞれ光電変換した後、光信号の搬送波成分に相当する電気信号成分の強度に基づいて波長を算出するので、狭帯域の光ＢＰＦを用いることなく、変調された被測定光の波長を短時間かつ高精度に測定することができる。
また、この構成により、本発明の請求項３に記載の波長モニタは、偏波面が互いに直交する２つの光成分をそれぞれ光電変換した後、光信号の搬送波成分に相当する電気信号成分を２つのバンドパスフィルタから取り出すことができる。
また、この構成により、本発明の請求項３に記載の波長モニタは、検波手段を経由する経路と、ローパスフィルタを経由する経路とを選択することにより、変調光及び無変調光の両方について波長を算出することができる。

さらに、本発明の請求項４に記載の波長モニタは、前記波長算出手段（２５）が、前記光分離手段（１６）が分離した前記一方の光の光強度と前記他方の光の光強度との比と波長との関係を示すデータを保持する構成を有している。

この構成により、本発明の請求項４に記載の波長モニタは、偏波面が互いに直交する２つの光成分の比と、光信号の搬送波成分に相当する電気信号成分の強度とに基づいて波長を算出するので、狭帯域の光ＢＰＦを用いることなく、変調された被測定光の波長を短時間かつ高精度に測定することができる。

さらに、本発明の請求項５に記載の波長モニタは、前記偏光変換手段（１５）は、前記互いに直交する偏波面間で伝播速度が異なることにより出射光の偏光状態が前記被測定光の波長に応じて変化する波長板効果を有する偏光デバイス（１５ａ）を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の請求項５に記載の波長モニタは、偏波面が互いに直交する２つの光成分を取り出すことができる。

さらに、本発明の請求項６に記載の波長モニタは、前記偏光変換手段（６２）に入射される直線偏光の一部を分岐し一方の光を前記偏光変換手段（６２）に入射する光分岐手段（６１）と、該光分岐手段（６１）が分岐した他方の光が入射され該光の光強度を検出する光強度検出手段（６３）とを備え、前記偏光変換手段（６２）は、前記一方の光が入射され前記互いに直交する偏波面間での共振器長が異なることにより干渉光の透過光強度が前記被測定光の波長に応じて変化するエタロン効果を有する偏光デバイス（６２ａ）を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の請求項６に記載の波長モニタは、偏波面が互いに直交する２つの光成分を取り出すことができる。

さらに、本発明の請求項７に記載の波長モニタシステムは、請求項５に記載の波長モニタを第１の波長モニタとして備え、請求項６に記載の波長モニタを第２の波長モニタとして備え、前記第１及び前記第２の波長モニタのいずれかを選択して前記被測定光の波長を測定するようにした構成を有している。

この構成により、本発明の請求項７に記載の波長モニタシステムは、波長板効果を有する偏光デバイスを含む経路において大まかな波長測定を行い、一方、エタロン効果を有する偏光デバイスを含む経路において精密な波長測定を行うことができるので、広い波長範囲に渡って高精度の波長測定が可能となる。

本発明は、狭帯域の光ＢＰＦを用いることなく、変調された被測定光の波長を短時間かつ高精度に測定することができるという効果を有する波長モニタを提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係る波長モニタを、ＷＤＭ伝送される光信号の波長を監視するものに適用した例を挙げて説明する。

（第１の実施の形態）
図１〜図５は、本発明に係る波長モニタの第１の実施の形態を示す図である。

まず、本実施の形態における波長モニタの構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態における波長モニタ１００は、ＷＤＭ伝送された光信号を入射する光入射端子１１と、所定波長の光を抽出する光フィルタ１２と、光フィルタ１２の出射光を平行光に変換するコリメータレンズ１３と、コリメータレンズ１３の出射光を直線偏光に変換する偏光子１４と、偏光子１４の出射光を被測定光の波長に応じた光強度を有する光を出射する波長板１５ａを含む偏光変換部１５と、偏光変換部１５の出射光を偏波面が互いに直交する光に分離する偏光プリズム１６とを備えている。なお、波長板１５ａは、本発明に係る偏光デバイスを構成する。

また、波長モニタ１００は、偏光プリズム１６によって分離された一方の光及び他方の光をそれぞれ入射するレンズ１７及び１８と、レンズ１７及び１８が集光した光をそれぞれ光電変換するフォトダイオード（以下「ＰＤ」という。）２１及び２２と、ＰＤ２１及び２２の出力信号から所定の周波数成分を抽出する周波数成分抽出部３０と、周波数成分抽出部３０が出力する各アナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換するＡＤコンバータ（以下「ＡＤ」という。）２３と、波長を算出する波長算出部２５とを備えている。

光フィルタ１２は、光入射端子１１からＷＤＭ伝送された光信号を入射し、その光信号から被測定光を抽出するようになっている。例えば、変調周波数が４０ＧＨｚの光信号が入射される場合、光フィルタ１２は、次のように被測定光を抽出する。

１５５０ｎｍの光キャリアを伝送速度４０ＧｂｐｓのＲＺ信号で振幅変調すると、図２に示す（Ａ）の位置の４０ＧＨｚ帯から（Ｂ）の位置の１５５０ｎｍ（１９３．５４８ＴＨｚ）帯に周波数シフトし、１５５０ｎｍ帯においては中心周波数成分の上下に上下側波帯成分が発生する。ＷＤＭ伝送では、図２においてＣｈ１及びＣｈ２として示すように、互いに隣接したチャネルが存在し複数の波長成分が混在している状態となる。そこで、光フィルタ１２は、例えばＣｈ２として示す中心周波数成分及びその上下側波帯成分を抽出するようになっている。

コリメータレンズ１３は、光フィルタ１２が抽出した光信号を平行光に変換し、平行光を偏光子１４に出射するようになっている。

偏光子１４、偏光変換部１５及び偏光プリズム１６は、例えば図３に示すように構成される。図３は偏光変換部１５の２とおりの構成例を示したものであり、図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、偏光変換部１５を水晶波長板及び方解石で構成した例を示す。なお、図中において２方向を示す矢印は偏波面の方向を表している。

偏光子１４は、コリメータレンズ１３の出射光を直線偏光に変換して偏光変換部１５に出射するようになっている。

偏光変換部１５は、互いに直交する偏波面間において伝播速度が異なることにより２光束間に光路差を与え、被測定光の波長変化に応じて出射光の偏光状態が変化するような複屈折素子、例えば水晶波長板や方解石等で構成される。また、偏光変換部１５は、偏光子１４が出射する直線偏光の振動方向に対し、水晶波長板の光学軸が４５度になるよう配置されている。この構成により、水晶波長板の光学軸方向と、この光学軸方向に直交する方向とで屈折率が異なるため、偏光変換部１５が出射する光信号は、常光成分及び異常光成分を含むものとなり、常光成分及び異常光成分のそれぞれの光強度は波長に応じて変化するものとなる。なお、偏光変換部１５は、本発明に係る偏光変換手段を構成する。

偏光プリズム１６は、偏光変換部１５からの光信号を常光と異常光とに分離するようになっている。なお、偏光プリズム１６に換えて偏光ビームスプリッタを用いてもよい。なお、偏光プリズム１６は、本発明に係る光分離手段を構成する。

図３において、Ｐ_１（λ）及びＰ_２（λ）は、それぞれ、常光及び異常光の光強度の波長特性を示し、λは光フィルタ１２によって抽出された光信号の中心周波数に対応する波長を示す。なお、図３（ｂ）に示すように、偏光変換部１５として方解石を用いた場合も、Ｐ_１（λ）及びＰ_２（λ）が得られる。

図１に戻り、レンズ１７及び１８は、それぞれ、偏光プリズム１６からの常光及び異常光をＰＤ２１及び２２に集光するようになっている。

ＰＤ２１及び２２は、それぞれ、被測定光の変調周波数に対し、十分に高速応答可能な受光素子で構成されている。ＰＤ２１は、常光を光電変換し、常光の光強度に対応する電気信号（以下「常光変換信号」という。）を周波数成分抽出部３０に出力するようになっている。ＰＤ２２は、異常光を光電変換し、異常光の光強度に対応する電気信号（以下「異常光変換信号」という。）を周波数成分抽出部３０に出力するようになっている。なお、ＰＤ２１及び２２は、それぞれ、本発明に係る光電変換手段を構成する。

周波数成分抽出部３０は、常光変換信号が流れる経路上にＢＰＦ３１及び包絡線検波器３３を備え、異常光変換信号が流れる経路上にＢＰＦ３２及び包絡線検波器３４を備えている。なお、周波数成分抽出部３０は、本発明に係る周波数成分抽出手段を構成する。

ＢＰＦ３１及び３２は、それぞれ、フィルタの中心周波数が被測定光の変調周波数と等しく（例えば４０ＧＨｚ）、任意の周波数帯域を有し、常光変換信号及び異常光変換信号から不要な周波数成分を除去し、中心周波数成分のみを抽出するようになっている。具体的には、図２の（Ａ）に示すように、入力された電気信号が４０ＧＨｚの中心周波数成分と、上下側波帯成分とを含む場合、ＢＰＦ３１及び３２は、それぞれ、４０ＧＨｚの中心周波数成分のみを取り出すものである。なお、フィルタの中心周波数が被測定光の変調周波数と等しいとは、両者が完全に一致することのみを意味するものではなく、被測定光の波長が所望の測定精度で得られる程度であればよい。

包絡線検波器３３及び３４は、それぞれ、ＢＰＦ３１及び３２の出力信号を包絡線検波し、変調信号の直流成分及び搬送波成分を除去するようになっている。なお、包絡線検波器３３及び３４は、それぞれ、本発明に係る検波手段を構成する。

ＡＤ２３及び２４は、それぞれ、包絡線検波器３３及び３４の出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、波長算出部２５に出力するようになっている。

波長算出部２５は、図示を省略したが、波長対強度比特性のデータを記憶するメモリと、ＡＤ２３及び２４の出力信号と波長対強度比特性とに基づいて被測定光の波長を算出するＣＰＵと、波長の算出結果を示すディスプレイとを備えている。ここで、波長対強度比特性は、常光の光強度に対応する電気信号の振幅と、異常光の光強度に対応する電気信号の振幅との比を、被測定光の波長に対して表したデータであり、詳細は後述する。なお、波長算出部２５は、本発明に係る波長算出手段を構成する。

次に、本実施の形態における波長モニタ１００の原理について図３を用いて説明する。

図３（ａ）に示した構成において、水晶波長板の光学軸を直線偏光の振動方向に対して４５度に設定した場合、直交偏波の出力光強度（Ｐ_１（λ），Ｐ_２（λ））は、式（１）及び（２）で表される。ここで、Ｐ_０（λ）：被測定光の光強度（Ｐ_０（λ）＝Ｐ_１（λ）＋Ｐ_２（λ））、φ：直交偏波間の位相差（φ＝２π・Δｎ・ｄ/λ）、Δｎ：水晶波長板の複屈折率差、ｄ：水晶波長板の厚さを示す。

Ｐ_１（λ）＝Ｐ_０（λ）・ｃｏｓ^２（φ/２） （１）
Ｐ_２（λ）＝Ｐ_０（λ）・ｓｉｎ^２（φ/２） （２）
式（１）及び（２）は、偏光変換部１５が、光フィルタ１２によって抽出された被測定光の波長λに応じた光強度信号であるＰ_１（λ）及びＰ_２（λ）を出射することを示している。

ｄ＝０．６ｍｍの水晶波長板（Δｎ＝０．００８３５）を用いた場合、波長λに対するｃｏｓ^２（φ/２）及びｓｉｎ^２（φ/２）の変化は図４に示すようになる。

また、Ｐ_１（λ）とＰ_２（λ）との比に基づいて、下記のように波長λを求めることができる。

Ｐ_２（λ）/Ｐ_１（λ）＝Ｐ_０（λ）・ｓｉｎ^２（φ/２）/Ｐ_０（λ）・ｃｏｓ^２（φ/２）
＝ｓｉｎ^２（φ/２）/ｃｏｓ^２（φ/２）
＝ｔａｎ^２（φ/２） （３）
ここで、１/ｔａｎ^２（φ/２）の対数、すなわち１０・ｌｏｇ_１０｛１/ｔａｎ^２（φ/２）｝を算出する。この算出結果を直交偏波光の強度比と呼ぶこととすると、図５に示すような、直交偏波光の強度比と波長との関係を示す特性（以下「波長対強度比特性」という。）が得られる。具体的には、ｄ＝０．６ｍｍの水晶波長板（Δｎ＝０．００８３５）を用いた場合の波長対強度比特性は、図５に示すようになる。

したがって、例えば、出射光の波長を可変することができる無変調光源を用いて波長対強度比特性を予め求め、波長算出部２５のメモリに波長対強度比特性のデータを記憶しておくことにより、本実施の形態における波長モニタ１００は、偏光プリズム１６が分離した常光及び異常光の光強度にそれぞれ対応する電気信号の平均強度に基づいて、被測定光の波長λを算出することができる。

従来、狭帯域光フィルタを用いて被測定光の中心周波数成分のみを取り出すことは技術的にもコスト的にも容易ではなかったが、本実施の形態における波長モニタ１００は、被測定光の中心周波数成分及びその上下側波帯成分を抽出し、常光と異常光とに分離して各電気信号に変換後、周波数成分抽出部３０において中心周波数成分のみを容易に抽出することができる。

なお、前述のように、φ/２は波長λの関数であり、直交偏波の出力光強度Ｐ_１（λ）と、Ｐ_２（λ）との比は被測定光の光強度Ｐ_０（λ）に依存しない。したがって、Ｐ_１（λ）とＰ_２（λ）との和から被測定光の光強度Ｐ_０（λ）を求め、Ｐ_１（λ）及びＰ_２（λ）をＰ_０（λ）で正規化するなり、Ｐ_１（λ）とＰ_２（λ）との比から被測定光の波長λを求めるようにすれば、被測定光強度に関係なく、Ｐ_１（λ）及びＰ_２（λ）の関係から被測定光の波長λを求めることができる。

次に、本実施の形態における波長モニタ１００の動作について説明する。

光入射端子１１は、ＷＤＭ伝送された光信号を入射し、光フィルタ１２に出射する。光フィルタ１２は、ＷＤＭ伝送された光信号から、予め定められた中心周波数成分と、その上下側波帯成分とを抽出し、コリメータレンズ１３に出射する。コリメータレンズ１３は、光フィルタ１２の出射光を平行光に変換して偏光子１４に出射する。

偏光子１４は、コリメータレンズ１３の出射光を直線偏光に変換して偏光変換部１５に出射する。偏光変換部１５は、波長に応じて光強度が異なる常光及び異常光を含む光信号を偏光プリズム１６に出射する。偏光プリズム１６は、常光及び異常光をそれぞれレンズ１７及び１８に出射する。

まず、常光に対しては、以下のように処理される。

レンズ１７は、常光をＰＤ２１に集光し、ＰＤ２１は、常光を光電変換した常光変換信号をＢＰＦ３１に出力する。ＢＰＦ３１は、入力された常光変換信号から例えば４０ＧＨｚの中心周波数成分のみを取り出す。

包絡線検波器３３は、ＢＰＦ３１の出力信号を包絡線検波してＡＤ２３に出力し、ＡＤ２３は入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して波長算出部２５に出力する。

一方、異常光に対しては、前述と同様に、レンズ１８、ＰＤ２２、ＢＰＦ３２、包絡線検波器３４、ＡＤ２４によって、異常光変換信号から例えば４０ＧＨｚの中心周波数成分のみが取り出されて波長算出部２５に入力される。

波長算出部２５は、常光変換信号及び異常光変換信号の平均強度に基づき、直交偏波光の強度比に対応する電気信号の強度比を求める。そして、波長算出部２５は、求めた電気信号強度比と、メモリに予め記憶してある波長対強度比特性とに基づいて被測定光の波長λを算出する。

以上のように、本実施の形態における波長モニタ１００によれば、偏波面が互いに直交する２つの光成分をそれぞれ光電変換した後、光信号の搬送波成分に相当する電気信号成分の平均強度に基づいて波長を算出する構成としたので、狭帯域の光ＢＰＦを用いることなく、変調された被測定光の波長を短時間かつ高精度に測定することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明に係る波長モニタの第２の実施の形態を示すブロック図である。
図６に示すように、本実施の形態における波長モニタ２００は、周波数成分抽出部４０を備えたものであり、これ以外の構成は第１の実施の形態における波長モニタ１００（図１参照）と同様である。したがって、周波数成分抽出部４０以外の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

周波数成分抽出部４０は、所定周波数の局部発振信号を生成する局部発振器４１と、ＰＤ２１が出力する常光変換信号と局部発振信号とを乗算して周波数変換するミキサ４２と、ミキサ４２の後段にＢＰＦ３１及び包絡線検波器３３と、ＰＤ２２が出力する異常光変換信号と局部発振信号とを乗算して周波数変換するミキサ４３と、ミキサ４３の後段にＢＰＦ３２及び包絡線検波器３４とを備えている。なお、局部発振器４１は、本発明に係る局部発振信号生成手段を構成する。

この構成により、周波数成分抽出部４０は、常光変換信号及び異常光変換信号の各周波数をビートダウンして中間周波数の電気信号を生成し、ＢＰＦ３１及び３２による中心周波数成分の抽出と、包絡線検波器３３及び３４による包絡線検波を行うようになっている。

具体的には、例えば、被測定光の変調周波数が４０ＧＨｚの場合、すなわち、常光変換信号及び異常光変換信号の各周波数が４０ＧＨｚの場合、局部発振器４１が生成する局部発振信号の周波数を例えば４５ＧＨｚとしたとき、ミキサ４２及び４３からは中間周波数５ＧＨｚの電気信号がそれぞれ出力される。このとき、ＢＰＦ３１及び３２のフィルタの中心周波数をそれぞれ５ＧＨｚとすれば、周波数成分抽出部４０は、常光変換信号及び異常光変換信号の中心周波数成分のみを取り出すことができる。なお、前述した各周波数は一例であるが、局部発振信号の周波数を被測定光の変調周波数の近傍に設定するのが好ましい。

以上のように、本実施の形態における波長モニタ２００によれば、偏波面が互いに直交する２つの光成分をそれぞれ光電変換した後、光信号の搬送波成分に相当する電気信号成分の周波数をビートダウンしてＢＰＦ３１及び３２から中間周波数の電気信号を取り出す構成としたので、狭帯域の光ＢＰＦを用いることなく、変調された被測定光の波長を短時間かつ高精度に測定することができる。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明に係る波長モニタの第３の実施の形態を示すブロック図である。

図７に示すように、本実施の形態における波長モニタ３００は、周波数成分抽出部５０及び信号切替部５３を備えたものであり、これら以外の構成は第１の実施の形態における波長モニタ１００（図１参照）と同様である。したがって、周波数成分抽出部５０及び信号切替部５３以外の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

周波数成分抽出部５０は、常光変換信号が流れる経路上にＢＰＦ３１及び包絡線検波器３３に加えてＬＰＦ（Low Pass Filter）５１を備え、異常光変換信号が流れる経路上にＢＰＦ３２及び包絡線検波器３４に加えてＬＰＦ５２を備えている。

ＬＰＦ５１は、常光変換信号から所定周波数以下の周波数成分を通過させるようになっている。同様に、ＬＰＦ５２は、異常光変換信号から所定周波数以下の周波数成分を通過させるようになっている。

信号切替部５３は、ＡＤ２３及び２４にそれぞれ出力する電気信号を被測定光に応じて切り替えるようになっている。なお、信号切替部５３は、本発明に係る出力信号選択手段を構成する。

具体的には、信号切替部５３は、被測定光が変調光の場合、包絡線検波器３３及び３４の出力信号をＡＤ２３及び２４にそれぞれ出力するよう切り替える。一方、信号切替部５３は、被測定光が無変調光の場合、ＬＰＦ５１及び５２の出力信号をＡＤ２３及び２４にそれぞれ出力するよう切り替える。

以上のように、本実施の形態における波長モニタ３００によれば、被測定光に応じて周波数成分抽出部５０の出力信号を切り替える構成としたので、変調光及び無変調光の両方について波長を短時間かつ高精度に測定することができる。

（第４の実施の形態）
図８〜１０は、本発明に係る波長モニタの第４の実施の形態を示す図である。

図８に示すように、本実施の形態における波長モニタ４００は、分岐部６１と、偏光変換部６２と、光強度検出器６３とを備えたものであり、これら以外の構成は第１の実施の形態における波長モニタ１００（図１参照）と同様である。したがって、分岐部６１、偏光変換部６２及び光強度検出器６３以外の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

分岐部６１は、偏光子１４の出射光を２つに分岐し、一方の光を偏光変換部６２に、他方の光を光強度検出器６３に、それぞれ出射するようになっている。なお、分岐部６１は、本発明に係る光分岐手段を構成する。

偏光変換部６２は、複屈折素子である方解石を用いて構成されたエタロン６２ａを備えている。なお、偏光変換部６２は、本発明に係る偏光変換手段を構成する。また、エタロン６２ａは、本発明に係る偏光デバイスを構成する。

光強度検出器６３は、被測定光の光強度を検出し、その検出データを波長算出部２５に出力するようになっている。なお、光強度検出器６３は、本発明に係る光強度検出手段を構成する。

次に、偏光変換部６２の詳細な構成について図９を用いて説明する。図９（ａ）は入射面及び出射面にミラーを備えたエタロン６２ａの構成を示す図であり、図９（ｂ）は偏光変換部６２の周辺の構成を示す図である。なお、図中において２方向を示す矢印は偏波面の方向を表している。

偏光変換部６２では互いに直交する偏波面間で共振器長が異なる２つの共振器が形成され、互いに直交する偏波面の光は、被測定光の波長に応じて異なった干渉強度の透過として出力される。

エタロン６２ａによる常光の干渉信号透過強度の波長特性Ｔ_１（λ）は、次式で表される。

Ｔ_１（λ）＝（１−Ｒ_１）^２/｛（１−Ｒ_１）^２＋４Ｒ_１・ｓｉｎ（φ_１/２）^２｝ （４）

ここで、ｎ_ｏ：常光屈折率、Ｒ_１：ミラー両面の反射率、θ：空気中からの入射角、λ：被測定光の波長、ｄ：エタロン６２ａの厚さを示す。

同様に、エタロン６２ａによる異常光の干渉信号透過強度の波長特性Ｔ_２（λ）は、次式で表される。

Ｔ_２（λ）＝（１−Ｒ_２）^２/｛（１−Ｒ_２）^２＋４Ｒ_２・ｓｉｎ（φ_２/２）^２｝ （６）

ここで、ｎ_ｅ：異常光屈折率、Ｒ_２：ミラー両面の反射率、θ：空気中からの入射角、λ：被測定光の波長、ｄ：エタロン６２ａの厚さを示す。

エタロン６２ａによる常光の干渉信号透過強度の波長特性Ｔ_１（λ）と、異常光の干渉信号透過強度の波長特性Ｔ_２（λ）は、図１０に示すようなグラフで表される。なお、図１０に示したグラフを、第１の実施の形態と同様に波長対強度比特性と呼ぶこととする。

図１０は、ｄ＝５ｍｍの方解石（反射率Ｒ＝０．１、入射角θ＝０ｄｅｇ、常光屈折率ｎ_ｏ＝１．４８６、異常光屈折率ｎ_ｅ＝１．６５８）を用いた場合の波長対強度比特性を示す図である。図１０に示したグラフは、ｄ＝５ｍｍの方解石を共振器長とした例であるが、共振器長を短くすれば波長周期を広くすることができる。第１の実施の形態において説明したように、この波長対強度比特性のデータを予め求め、波長算出部２５のメモリに記憶しておく。

以上の構成により、本実施の形態における波長モニタ４００は、測定波長範囲に応じた共振器長を有するエタロン６２ａを適切に選択することにより、エタロン６２ａが検出したＴ_１（λ）及びＴ_２（λ）から被測定光の波長λを特定することができる。

また、本実施の形態における波長モニタ４００は、光強度検出器６３を備えているので、エタロン６２ａによる常光の干渉信号透過強度の波長特性Ｔ_１（λ）と異常光の干渉信号透過強度の波長特性Ｔ_２（λ）を求める際、検出した常光の干渉信号透過強度及び異常光の干渉信号透過強度を光強度検出器６３で検出した光パワーで正規化することで、被測定光強度が変化しても波長の測定は可能となる。

また、本実施の形態における波長モニタ４００の偏光変換部６２において、エタロン６２ａに加えて例えば第１の実施の形態における波長板１５ａを併用することにより、波長板１５ａを用いた広波長範囲の測定と、エタロン６２ａを用いた高分解能の測定とを両立することもできる。

（第５の実施の形態）
図１１は、本発明に係る波長モニタシステムの実施の形態を示すブロック図である。
図１１に示すように、本実施の形態における波長モニタシステム５００は、第１の実施の形態における波長モニタ１００（図１参照）に類似した構成と、第４の実施の形態における波長モニタ４００（図８参照）に類似した構成とを組み合わせ、さらに、偏光ビームスプリッタ（偏光ＢＳ）７１と、信号切替部７２とを備えたものである。したがって、偏光ＢＳ７１及び信号切替部７２以外の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

偏光ＢＳ７１は、コリメータレンズ１３の出射光を直線偏光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分波し、それぞれ、波長板１５ａ及びエタロン６２ａに出射するようになっている。

信号切替部７２は、波長板１５ａを含む経路において光電変換された電気信号と、エタロン６２ａを含む経路において光電変換された電気信号とを切り替えて、ＡＤ２３及び２４に出力するようになっている。

この構成により、本実施の形態における波長モニタシステム５００は、波長板１５ａを含む経路において大まかな波長測定を行い、一方、エタロン６２ａを含む経路において精密な波長測定を行うことができるので、広い波長範囲に渡って高精度の波長測定が可能となる。

以上のように、本発明に係る波長モニタは、狭帯域の光ＢＰＦを用いることなく、変調された被測定光の波長を短時間かつ高精度に測定することができるという効果を有し、光ネットワークにおいて波長分割多重されて伝送される光信号の波長を測定する波長モニタ等として有用である。

本発明に係る波長モニタの第１の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長モニタの第１の実施の形態において、光フィルタ及び電気フィルタで抽出する信号の説明図 本発明に係る波長モニタの第１の実施の形態において、偏光変換部の構成例を示す図 （ａ）を水晶波長板で構成した例を示す図 （ｂ）偏光変換部を方解石で構成した例を示す図 本発明に係る波長モニタの第１の実施の形態において、波長λに対するｃｏｓ^２（φ/２）及びｓｉｎ^２（φ/２）の変化を示す図 本発明に係る波長モニタの第１の実施の形態における波長対強度比特性を示す図 本発明に係る波長モニタの第２の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長モニタの第３の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長モニタの第４の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る波長モニタの第４の実施の形態における偏光変換部の構成を示す図 （ａ）エタロンの構成を示す図 （ｂ）偏光変換部の周辺の構成を示す図 本発明に係る波長モニタの第４の実施の形態における波長対強度比特性を示す図 本発明に係る波長モニタシステムの実施の形態における構成を示すブロック図

符号の説明

１１ 光入射端子
１２ 光フィルタ
１３ コリメータレンズ
１４ 偏光子
１５、６２ 偏光変換部（偏光変換手段）
１５ａ 波長板（偏光デバイス）
１６ 偏光プリズム（光分離手段）
１７、１８ レンズ
２１、２２ ＰＤ（光電変換手段）
２３、２４ ＡＤ
２５ 波長算出部（波長算出手段）
３０、４０、５０ 周波数成分抽出部（周波数成分抽出手段）
３１、３２ ＢＰＦ
３３、３４ 包絡線検波器（検波手段）
４１ 局部発振器（局部発振信号生成手段）
４２、４３ ミキサ
５１、５２ ＬＰＦ
５３ 信号切替部（出力信号選択手段）
６１ 分岐部（光分岐手段）
６２ａ エタロン（偏光デバイス）
６３ 光強度検出器（光強度検出手段）
７１ 偏光ＢＳ
７２ 信号切替部
１００、２００、３００、４００ 波長モニタ
５００ 波長モニタシステム

Claims (7)

1. 予め定められた変調周波数の変調信号によって変調されてなる光信号の波長を測定する波長モニタであって、
   前記光信号から予め定められた中心周波数成分とその上下側波帯成分とを抽出して被測定光として出力する光フィルタ（１２）と、直線偏光に変換された前記被測定光を入射し互いに直交する偏波面において前記被測定光の波長に応じた光強度を有する２つの光成分を含む出射光を出射する偏光変換手段（１５、６２）と、該偏光変換手段（１５、６２）からの前記出射光を偏波面が互いに直交する２つの光に分離する光分離手段（１６）と、該光分離手段（１６）が分離した一方の光及び他方の光をそれぞれ光電変換する第１の光電変換手段（２１）及び第２の光電変換手段（２２）と、該第１の光電変換手段（２１）及び該第２の光電変換手段（２２）の各出力信号から前記変調周波数の信号成分をそれぞれ抽出する周波数成分抽出手段（３０）と、該周波数成分抽出手段が抽出した前記信号成分の強度比に基づいて前記被測定光の波長を算出する波長算出手段（２５）とを備え、
   前記周波数成分抽出手段は、前記第１の光電変換手段（２１）及び前記第２の光電変換手段（２２）の各出力信号がそれぞれ入力される第１のバンドパスフィルタ（３１）及び第２のバンドパスフィルタ（３２）と、該第１のバンドパスフィルタ（３１）及び該第２のバンドパスフィルタ（３２）をそれぞれ通過した信号成分を検波する第１の検波手段（３３）及び第２の検波手段（３４）とを備え、
   前記第１のバンドパスフィルタ（３１）及び前記第２のバンドパスフィルタ（３２）の通過帯域の中心周波数は、前記変調周波数と等しいことを特徴とする波長モニタ。
2. 予め定められた変調周波数の変調信号によって変調されてなる光信号の波長を測定する波長モニタであって、
   前記光信号から予め定められた中心周波数成分とその上下側波帯成分とを抽出して被測定光として出力する光フィルタ（１２）と、直線偏光に変換された前記被測定光を入射し互いに直交する偏波面において前記被測定光の波長に応じた光強度を有する２つの光成分を含む出射光を出射する偏光変換手段（１５、６２）と、該偏光変換手段（１５、６２）からの前記出射光を偏波面が互いに直交する２つの光に分離する光分離手段（１６）と、該光分離手段（１６）が分離した一方の光及び他方の光をそれぞれ光電変換する第１の光電変換手段（２１）及び第２の光電変換手段（２２）と、該第１の光電変換手段（２１）及び該第２の光電変換手段（２２）の各出力信号から前記変調周波数の信号成分をそれぞれ抽出する周波数成分抽出手段（４０）と、該周波数成分抽出手段が抽出した前記信号成分の強度比に基づいて前記被測定光の波長を算出する波長算出手段（２５）とを備え、
   前記周波数成分抽出手段は、前記変調周波数に基づいて予め定められた周波数を有する局部発振信号を生成する局部発振信号生成手段（４１）と、前記第１の光電変換手段（２１）の出力信号と前記局部発振信号とを乗算して周波数変換する第１のミキサ（４２）と、前記第２の光電変換手段（２２）の出力信号と前記局部発振信号とを乗算して周波数変換する第２のミキサ（４３）と、前記第１のミキサ（４２）及び前記第２のミキサ（４３）によって周波数変換された周波数変換信号がそれぞれ入力される第１のバンドパスフィルタ（３１）及び第２のバンドパスフィルタ（３２）と、該第１のバンドパスフィルタ（３１）及び該第２のバンドパスフィルタ（３２）をそれぞれ通過した信号成分を検波する第１の検波手段（３３）及び第２の検波手段（３４）とを備え、
   前記第１のバンドパスフィルタ（３１）及び前記第２のバンドパスフィルタ（３２）の通過帯域の中心周波数は、前記周波数変換信号の周波数と等しいことを特徴とする波長モニタ。
3. 予め定められた変調周波数の変調信号によって変調されてなる光信号の波長を測定する波長モニタであって、
   前記光信号から予め定められた中心周波数成分とその上下側波帯成分とを抽出して被測定光として出力する光フィルタ（１２）と、直線偏光に変換された前記被測定光を入射し互いに直交する偏波面において前記被測定光の波長に応じた光強度を有する２つの光成分を含む出射光を出射する偏光変換手段（１５、６２）と、該偏光変換手段（１５、６２）からの前記出射光を偏波面が互いに直交する２つの光に分離する光分離手段（１６）と、該光分離手段（１６）が分離した一方の光及び他方の光をそれぞれ光電変換する第１の光電変換手段（２１）及び第２の光電変換手段（２２）と、該第１の光電変換手段（２１）及び該第２の光電変換手段（２２）の各出力信号から前記変調周波数の信号成分をそれぞれ抽出する周波数成分抽出手段（５０）と、該周波数成分抽出手段が抽出した前記信号成分の強度比に基づいて前記被測定光の波長を算出する波長算出手段（２５）とを備え、
   前記周波数成分抽出手段は、前記第１の光電変換手段（２１）の出力信号が入力される第１のバンドパスフィルタ（３１）及び第１のローパスフィルタ（５１）と、前記第２の光電変換手段（２２）の出力信号が入力される第２のバンドパスフィルタ（３２）及び第２のローパスフィルタ（５２）と、該第１のバンドパスフィルタ（３１）及び該第２のバンドパスフィルタ（３２）をそれぞれ通過した信号成分を検波する第１の検波手段（３３）及び第２の検波手段（３４）と、前記第１の検波手段（３３）及び前記第２の検波手段（３４）の出力信号と前記第１のローパスフィルタ（５１）及び前記第２のローパスフィルタ（５２）の出力信号とのうちいずれか一方の出力信号を選択する出力信号選択手段（５３）とを備えたことを特徴とする波長モニタ。
4. 前記波長算出手段（２５）は、前記光分離手段（１６）が分離した前記一方の光の光強度と前記他方の光の光強度との比と波長との関係を示すデータを保持することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の波長モニタ。
5. 前記偏光変換手段（１５）は、前記互いに直交する偏波面間で伝播速度が異なることにより出射光の偏光状態が前記被測定光の波長に応じて変化する波長板効果を有する偏光デバイス（１５ａ）を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の波長モニタ。
6. 前記偏光変換手段（６２）に入射される直線偏光の一部を分岐し一方の光を前記偏光変換手段（６２）に入射する光分岐手段（６１）と、該光分岐手段（６１）が分岐した他方の光が入射され該光の光強度を検出する光強度検出手段（６３）とを備え、
   前記偏光変換手段（６２）は、前記一方の光が入射され前記互いに直交する偏波面間での共振器長が異なることにより干渉光の透過光強度が前記被測定光の波長に応じて変化するエタロン効果を有する偏光デバイス（６２ａ）を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の波長モニタ。
7. 請求項５に記載の波長モニタを第１の波長モニタとして備え、請求項６に記載の波長モニタを第２の波長モニタとして備え、前記第１及び前記第２の波長モニタのいずれかを選択して前記被測定光の波長を測定するようにしたことを特徴とする波長モニタシステム。

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