JP5199628B2 - 光伝送試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部共振型の波長可変光源の機能と、スペクトルモニタ機能と有し、各種光学機器、光学部品、光伝送システム等に対する各種試験を行えるようにするための技術に関する。

光アクセスシステムの高速化は著しい発展を遂げ、伝送レートがギガビットクラスのサービスが実現されている。

そして、近年では、さらなる高速化を目指し、１ユーザに１波長を割り当て、波長軸上でユーザ多重化を行うＷＤＭ−ＰＯＮ（Wavelength Division Multiplexed−Prossive
Optical Network）が注目されている。

このＷＤＭ−ＰＯＮの場合、方式によっては、合波器としてＡＷＧ等の波長分波器が用いられるため、試験用の光源としては伝送の光の波長を可変できる必要がある。

このような目的で使用可能な可変波長光源としては、外部共振型のものが知られている。外部共振型の可変波長光源は、半導体レーザの一端面から出射された光をコリメータにより平行光に変換して回折格子へ所定入射角で入射し、その回折格子で回折された例えば１次回折光をミラーで受け、逆光路で回折格子に反射し、半導体レーザ側に戻す構成を有し、さらに、ミラーを、特定位置を中心に回動させることで、半導体レーザ側に戻る光の波長を連続的に可変できるようにしている。

このような構成の波長可変光源は、例えば特許文献１に開示されている。

特許第３０６９６４３号公報

ところが、上記したＷＤＭ−ＰＯＮの場合、１つのファイバに複数の波長の信号が伝送されるため、その動作確認のために、ファイバに伝送されている各波長の信号の有無やレベル等を検査する必要がある。そのため、前記した波長可変光源の他に、光のスペクトラムの解析を行う光スペクトラムアナライザも別途用意しなけれならず、回線敷設現場等での試験の際に携帯する機器の数が増加し、機器の切換作業などが煩雑となる。

本発明は、この問題を解決し、波長多重化された光ネットワーク等の現場での試験を、容易に行うことができる光伝送試験装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の光伝送試験装置は、
少なくとも一方の光出射面が低反射面である半導体レーザ（２１）と、
前記半導体レーザの前記低反射面からの出射光を平行光に変換するレーザ光用コリメータ（２３）と、
前記レーザ光用コリメータによって平行光に変換された光を、回折用の溝が形成された回折面（２５ａ）に対して所定角度をなす所定光軸で受けて回折する回折格子（２５）と、
前記回折格子からの回折光を受ける位置で移動可能に配置され、該回折光を前記回折格子に逆光路で反射して前記半導体レーザに戻す反射体（２７）と、
前記反射体を所定位置を中心に回動させ、前記半導体レーザから前記回折格子を経て前記反射体に至る光路長と前記反射体の前記回折格子に対する角度によって決まる外部共振波長を変化させる反射体回動手段（２８、２９）と、
前記反射体の回動によって波長が変化する光を出射するための波長可変光出射手段（３０〜３２）と
により、前記反射体の角度に応じた波長の光を出射する外部共振型波長可変光源機能部を形成しているとともに、
前記半導体レーザから前記回折格子への光の入射を阻止するためのレーザ光入射阻止手段（２２、７２、６０）と、
被測定光を入射するための被測定光入射手段（４１、４２）と、
前記被測定光入射手段を介して入射された被測定光を平行光に変換する被測定光用コリメータ（４３）と、
前記外部共振型波長可変光源機能部を形成している前記レーザ光用コリメータと前記回折格子の間の光路に配置され、前記レーザ光用コリメータと前記回折格子との間で光を透過させるとともに、前記被測定光用コリメータによって平行光に変換された被測定光を、前記回折格子の前記回折面に前記所定光軸で入射させるビームスプリッタ（４０）と、
前記被測定光用コリメータから前記ビームスプリッタを介して前記回折格子に前記所定光軸で入射された被測定光のうち、該回折格子から前記反射体の方向に回折されて前記反射体に反射されて前記回折格子へ戻り、該回折格子で再度回折されて特定方向に出射された波長成分の光を集光する集光レンズ（５０）と、
前記集光レンズによって光が集光される位置にスリット（５１ａ）を有するスリット部材（５１）と、
前記スリットを通過した光を受ける光電変換器（５２）とを有し、前記外部共振型波長可変光源機能部を形成している前記回折格子、前記反射体および前記反射体回動手段を共通に用いて、前記被測定光のうち前記反射体の角度に応じて前記回折格子から前記特定方向に回折される波長成分の強度を検出するスペクトルモニタ機能部を形成しており、
さらに、前記反射体の角度と前記外部共振型波長可変光源機能部が出射する光の波長との関係を示すデータと、前記反射体の角度と前記スペクトルモニタ機能部で強度検出される光の波長との関係を示すデータとを予め記憶し、且つ前記レーザ光入射阻止手段の制御が可能に形成され、前記外部共振型波長可変光源機能部作動時には、前記半導体レーザから出射された光を前記回折格子の前記回折面に前記所定光軸で入射させるとともに前記反射体を指定波長に対応する角度に回動させて前記指定波長の光を出射させ、前記スペクトルモニタ機能部作動時には、前記半導体レーザから前記回折格子への光の入射を阻止させ、且つ前記被測定光入射手段を介して入射された被測定光を前記回折格子の前記回折面に前記所定光軸で入射させた状態で、前記反射体の角度を指定波長範囲に対応する範囲で変化させ、その角度毎の前記光電変換器の出力値を取得して、前記被測定光のスペクトラム波形データを求める制御部（６０）を備えたことを特徴としている。

また、本発明の請求項２の光伝送試験装置は、請求項１記載の光伝送試験装置において、
前記レーザ光入射阻止手段は、スイッチ回路（２２）で前記半導体レーザに対する電流供給を停止させることを特徴としている。

また、本発明の請求項３の光伝送試験装置は、請求項１記載の光伝送試験装置において、
前記レーザ光入射阻止手段は、シャッタ（８２）で前記半導体レーザと前記ビームスプリッタの間の光路を遮断することを特徴としている。

また、本発明の請求項４の光伝送試験装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の光伝送試験装置において、
前記レーザ光入射阻止手段により前記半導体レーザから前記回折格子への光の入射が阻止されているときには、前記被測定光入射手段と前記ビームスプリッタの間を光学的に接続して前記被測定光を前記ビームスプリッタに入射させ、前記半導体レーザから前記回折格子への光の入射が阻止されていないときには、前記波長可変光出射手段と前記ビームスプリッタとの間を光学的に接続して、前記波長可変光出射手段から波長可変光を出射させる光スイッチ（９０）を備えたことを特徴としている。

このように本発明の光伝送試験装置は、半導体レーザの出射光を回折格子で受け、その回折光を、所定位置を中心に回動可能な反射体に入射し、その反射光を逆光路で回折格子に戻し、半導体レーザに再入射する構造を有し、反射体の角度を可変することで共振波長を可変して、所望波長の光を出射する波長可変光源の機能の他に、半導体レーザからの回折格子への光の入射を阻止した状態で、半導体レーザと回折格子の間に配置されたビームスプリッタを介して被測定光を回折格子へ入射させ、反射体の角度によって決まる波長の光を特定方向に出射させ、これをスリットに集光して光電変換器で受光する構造を有している。

このため、１台で、波長多重化された光ネットワーク等に対して所望波長の光を試験入射するだけでなく、ネットワークを伝送する光のスペクトルを監視することができ、波長多重化された光ネットワーク等に対する現場での試験を容易に行うことができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光伝送試験装置２０の構成を示している。

この光伝送試験装置２０の筐体２０ａの内部には、半導体レーザ２１とその半導体レーザ２１に対する電流供給をオンオフするためのスイッチ回路２２が設けられている。

ここで、半導体レーザ２１は、一方の端面２１ａが低反射率で他方の端面２１ｂが高反射率のもので、スイッチ回路２２のオンオフで電流が注入される。注入電流は、後述する制御部６０によってオンオフ制御される。スイッチ回路２２は、この実施形態のレーザ光入射阻止手段を形成する。

半導体レーザ２１の端面２１ａから出射された光はレーザ光用のコリメータ２３により平行光に変換され、後述するビームスプリッタ４０を透過して回折格子２５の回折面２５ａに所定の入射角度で入射され、その回折面２５ａに平行に設けられた回折用の溝（図示せず）により回折し、入射光の各波長成分をその波長にそれぞれ対応した方向へ出射する。なお、回折格子２５の回折面２５ａの溝は図の紙面に直交する方向に延びている。

回折格子２５の回折面２５ａ側には、平面鏡からなる反射体２７が、その反射面２７ａを回折面２５ａに対向させるようにして配置されている。

反射体２７は、回折格子２５からの回折光を反射面２７ａで受けて、回折格子２５へ反射するが、回折格子２５から反射体２７の反射面２７ａに直交する方向に出射した特定波長の回折光は、反射面２７ａで反射して逆光路を戻り、回折格子２５の回折面２５ａに入射し、ビームスプリッタ４０を透過してコリメータ２３で収束されて半導体レーザ２１の端面２１ａに入射する。

この特定波長の光は半導体レーザ２１内で増幅され、再び、端面２１ａから出射され、順にコリメータ２３、ビームスプリッタ４０、回折格子２５、反射体２７、回折格子２５、ビームスプリッタ４０、コリメータ２３を経由して、再び、半導体レーザ２１に戻り、増幅されて再出射される。ここで、半導体レーザ２１に戻る光と再出射される光とが同相となる状態でこの動作が繰り返されることにより、特定波長の光が継続的に発振出力される。

この特定波長（共振波長）は、半導体レーサ２１から反射体２７の反射面２７ａまでの光路長と、回折格子２５の回折面２５ａに対する反射体２７の反射面２７ａの角度によって変化する。

そして、反射体２７の反射面２７ａを、光学的に決められたある特定位置Ｏを中心として図で紙面と平行な面に沿って回動変化させることで、その角度変化に対して、共振波長λｔを連続的に可変させることができることが知られている（前記特許文献１等）。

したがって、その特定位置Ｏを中心に回動自在なアーム２８の自由端側に反射体２７を支持し、回動装置２９によって回動駆動することで共振波長を連続的に変化させることができる。この回動装置２９は、後述する制御部６０から指定された角度情報に応じてアーム２８を駆動させ、反射体２７の角度を指定角度に設定する。

このように共振波長を連続的に可変できるようにした波長可変光Ｐ（λｔ）は、図１に示しているように、その端面２１ｂから出射させ、レンズ３０によりファイバ３１の一端へ集光させ、その他端に接続された光コネクタ３２から装置外へ出射させることができる。

なお、波長可変光を出射させる位置は、上記したような半導体レーザ２１の端面２１ｂ側だけでなく、図１に点線で示しているように、回折格子２５の０次回折光をレンズ３０によりファイバ３１の一端へ集光させ、その他端に接続された光コネクタ３２から装置外へ出射させてもよく、また、後述するようにビームスプリッタ４０で反射された光を用いてもよい。

この光伝送試験装置２０は、上記のような波長可変光Ｐ（λｔ）を出射する機能だけでなく、スペクトルモニタの機能を有している。

なお、スペクトルモニタとして機能させる場合には、スイッチ回路２２により、半導体レーザ２１への電流供給をオフにし、半導体レーザ２１から光が回折格子側２５へ出射されない状態とし、スペクトルの監視対象となる被測定光Ｐｘを光コネクタ４１で受け、ファイバ４２の先端から被測定光用のコリメータ４３により平行光に変換して、ビームスプリッタ４０に入射し、回折格子２５へ反射させる。

この回折格子２５に入射された被測定光は、その波長成分毎に異なる方向に回折され、反射体２７の反射面２７ａで反射して回折面２５ａに再入射される。

この再入射された光はその波長に応じた方向に回折され、ある特定方向Ａに出射される光Ｐ（λｒ）の波長λｒは、回折格子２５に対する反射体２７の角度に応じて連続的に変化する。

この特定方向Ａには、その方向Ａに光軸を一致させ、特定方向Ａに出射された平行光を受ける集光レンズ５０が配置され、集光レンズ５０の焦点位置には、スリット板５１のスリット５１ａが位置しており、スリット５１ａを通過した光を光電変換器５２に入射させる。なお、スリット５１ａの幅は波長分解能を決定するものであり、その幅が狭い程波長分解能を高くすることができる。

光電変換器５２の出力は、制御部６０に入力される。制御部６０は、反射体２７の角度に対する出射光波長とモニタ波長との関係を示すデータを予め記憶している。ここで、出射波長とは波長可変光の波長であり、モニタ波長とはスペクトラム測定時に光電変換器５２で検出される光の波長である。

制御部６０に対して、図示しない操作部などによって波長可変光を出射する光源モードと、スペクトラムを測定するスペクトラムモニタモードを指定することができる。

光源モードでは、所望の出射光波長λｔが指定されると、その波長λｔに対応する角度情報を回動装置２９へ出力して、反射体２７の角度を波長λｔに対応した角度に設定して、その波長λｔの光を発振させ、例えば光コネクタ３２から装置外へ出射させる。

ここで、特定方向Ａは、原理上、回折格子２５の入射光軸と異なる角度をなしているので、回折格子２５に対する反射体２７の角度が同一であっても、光源モードで発振出力される光の波長λｔとスペクトルモニタモードで光電変換器５２に入射される光の波長λｒとは一致しないが、光源モードとスペクトラムモニタモードでそれぞれ波長に対応する角度情報をもてばよく、その範囲内で任意の波長の光を出射でき、また、任意の波長の光の強度を検出できる。

また、スペクトルモニタモードが指定された状態で波長範囲が指定されると、その波長範囲のスタート波長λｓからエンド波長λｅまでを所定ステップΔλで変化する波長λｒに対応する角度情報を回動装置２９へ順次出力して、反射体２７の角度をその波長範囲に対応した角度範囲で回動させるとともに、波長毎の光電変換器５２の出力をサンプリングして、スペクトル波形データを取得して内部のメモリに記憶し、表示器６１の画面上に表示する。

なお、スペクトル波形データを外部装置に伝送するインタフェースを設けて、外部装置側でスペクトル波形データを表示できるようにしてもよい。

前記実施形態では、波長可変光を半導体レーザ２１の端面２１ｂ側から外部へ出射させていたが、被測定光入射用の光コネクタ４１から出射させてもよい。この場合、波長可変光として高Ｓ／Ｎの光が得られる。

また、前記実施形態では、波長可変光を出射するモードではビームスプリッタ４０の透過作用を用い、被測定光のスペクトルをモニタするモードでは、そのビームスプリッタ４０の反射作用を用いて、回折格子２５へ同じ光軸で入射させていたが、図２に示すように、波長可変光を出射するモードでビームスプリッタ４０の反射作用を用い、被測定光のスペクトルをモニタするモードでは、ビームスプリッタ４０の透過作用を用いて、回折格子２５へ同じ光軸で入射させてもよい。

また、前記実施形態では、半導体レーザ２１から回折格子２５への光の入射を阻止する手段として、半導体レーザ２１に対する電流供給を制御部６０の制御により開閉するスイッチ回路２２で停止させる構成としていたが、図３のように、シャッタ７２で半導体レーザ２１とビームスプリッタ４０の間の光路を遮断することで、半導体レーザ２１から回折格子２５への光の入射を阻止してもよい。これは図２および後述の図４の構成の光伝送試験装置２０にも適用できる。

また、光源モードとして使用する場合に、図３で点線で示しているように、シャッタ７３を駆動して被測定光の入射を阻止することで、波長可変光に対するノイズの重畳を防ぐことができる。このシャッタ７３は、図１、図２の構成のものにも挿入できる。

また、図４のように、光スイッチ９０を制御部６０により切換えて、光源モードのときには、波長可変光Ｐ（λｔ）を出射するための光コネクタ３２およびファイバ３１と、ビームスプリッタ４０との間を光学的に接続し、スペクトルモニタモードのときには、被測定光入射用の光コネクタ４１およびファイバ４２と、ビームスプリッタ４０との間を光学的に接続して被測定光をビームスプリッタ４０に入射させてもよい。ここでコリメータ３０は両モード共通に使用できる。

なお、図４のように光スイッチ９０を用いて波長可変光の出射と、被測定光の入射を切換える構成は、図３の構成のものにも適用できる。

本発明の実施形態の構成を示す図 本発明の他の実施形態の構成を示す図 本発明の他の実施形態の構成を示す図 本発明の他の実施形態の構成を示す図

符号の説明

２０……光伝送試験装置、２０ａ……筐体、２１……半導体レーザ、２２……スイッチ回路、２３……コリメータ、２５……回折格子、２７……反射体、２８……アーム、２９……回動装置、３０……レンズ、３１……ファイバ、３２……光コネクタ、４０……ビームスプリッタ、４１……光コネクタ、４２……ファイバ、４３……コリメータ、５０……レンズ、５１……スリット部材、５１ａ……スリット、５２……光電変換器、６０……制御部、６１……表示器、７２、７３……シャッタ、９０……光スイッチ

Claims (4)

1. 少なくとも一方の光出射面が低反射面である半導体レーザ（２１）と、
   前記半導体レーザの前記低反射面からの出射光を平行光に変換するレーザ光用コリメータ（２３）と、
   前記レーザ光用コリメータによって平行光に変換された光を、回折用の溝が形成された回折面（２５ａ）に対して所定角度をなす所定光軸で受けて回折する回折格子（２５）と、
   前記回折格子からの回折光を受ける位置で移動可能に配置され、該回折光を前記回折格子に逆光路で反射して前記半導体レーザに戻す反射体（２７）と、
   前記反射体を所定位置を中心に回動させ、前記半導体レーザから前記回折格子を経て前記反射体に至る光路長と前記反射体の前記回折格子に対する角度によって決まる外部共振波長を変化させる反射体回動手段（２８、２９）と、
   前記反射体の回動によって波長が変化する光を出射するための波長可変光出射手段（３０〜３２）と
   により、前記反射体の角度に応じた波長の光を出射する外部共振型波長可変光源機能部を形成しているとともに、
   前記半導体レーザから前記回折格子への光の入射を阻止するためのレーザ光入射阻止手段（２２、７２、６０）と、
   被測定光を入射するための被測定光入射手段（４１、４２）と、
   前記被測定光入射手段を介して入射された被測定光を平行光に変換する被測定光用コリメータ（４３）と、
   前記外部共振型波長可変光源機能部を形成している前記レーザ光用コリメータと前記回折格子の間の光路に配置され、前記レーザ光用コリメータと前記回折格子との間で光を透過させるとともに、前記被測定光用コリメータによって平行光に変換された被測定光を、前記回折格子の前記回折面に前記所定光軸で入射させるビームスプリッタ（４０）と、
   前記被測定光用コリメータから前記ビームスプリッタを介して前記回折格子に前記所定光軸で入射された被測定光のうち、該回折格子から前記反射体の方向に回折されて前記反射体に反射されて前記回折格子へ戻り、該回折格子で再度回折されて特定方向に出射された波長成分の光を集光する集光レンズ（５０）と、
   前記集光レンズによって光が集光される位置にスリット（５１ａ）を有するスリット部材（５１）と、
   前記スリットを通過した光を受ける光電変換器（５２）とを有し、前記外部共振型波長可変光源機能部を形成している前記回折格子、前記反射体および前記反射体回動手段を共通に用いて、前記被測定光のうち前記反射体の角度に応じて前記回折格子から前記特定方向に回折される波長成分の強度を検出するスペクトルモニタ機能部を形成しており、
   さらに、前記反射体の角度と前記外部共振型波長可変光源機能部が出射する光の波長との関係を示すデータと、前記反射体の角度と前記スペクトルモニタ機能部で強度検出される光の波長との関係を示すデータとを予め記憶し、且つ前記レーザ光入射阻止手段の制御が可能に形成され、前記外部共振型波長可変光源機能部作動時には、前記半導体レーザから出射された光を前記回折格子の前記回折面に前記所定光軸で入射させるとともに前記反射体を指定波長に対応する角度に回動させて前記指定波長の光を出射させ、前記スペクトルモニタ機能部作動時には、前記半導体レーザから前記回折格子への光の入射を阻止させ、且つ前記被測定光入射手段を介して入射された被測定光を前記回折格子の前記回折面に前記所定光軸で入射させた状態で、前記反射体の角度を指定波長範囲に対応する範囲で変化させ、その角度毎の前記光電変換器の出力値を取得して、前記被測定光のスペクトラム波形データを求める制御部（６０）を備えたことを特徴とする光伝送試験装置。
2. 前記レーザ光入射阻止手段は、スイッチ回路（２２）で前記半導体レーザに対する電流供給を停止させることを特徴とする請求項１記載の光伝送試験装置。
3. 前記レーザ光入射阻止手段は、シャッタ（７２）で前記半導体レーザと前記ビームスプリッタの間の光路を遮断することを特徴とする請求項１記載の光伝送試験装置。
4. 前記レーザ光入射阻止手段により前記半導体レーザから前記回折格子への光の入射が阻止されているときには、前記被測定光入射手段と前記ビームスプリッタの間を光学的に接続して前記被測定光を前記ビームスプリッタに入射させ、前記半導体レーザから前記回折格子への光の入射が阻止されていないときには、前記波長可変光出射手段と前記ビームスプリッタとの間を光学的に接続して、前記波長可変光出射手段から波長可変光を出射させる光スイッチ（９０）を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光伝送試験装置。

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