JP5313189B2

JP5313189B2 - Ｐｄｌ測定器およびｐｄｌ測定方法

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Publication number: JP5313189B2
Application number: JP2010032550A
Authority: JP
Inventors: 福太郎濱岡; 剛志関; 俊哉松田; 明那賀; 一弘織田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: JP2011169689A

Description

本発明は、出力レベル制御（ＡＬＣ：Auto Level Control）機能を含む被測定系の偏波依存性損失（ＰＤＬ：polarization dependent loss)を測定するＰＤＬ測定器およびＰＤＬ測定方法に関する。

光増幅器や光フィルタなどのＰＤＬは、入力光の偏波状態（ＳＯＰ：state of polarization)をランダムにスクランブルして被測定系に入力し、全てのＳＯＰを作り出している間の出力光強度の最大値と最小値の差分により直接測定することができる。

ところで、偏波多重デジタルコヒーレントを用いたＷＤＭ光増幅中継システムの開発が進められている。このＷＤＭ光増幅中継システムでＰＤＬが存在する場合、ＰＤＬによる光信号対雑音比の劣化のために偏波分離の信号処理が不安定になり、正しく偏波分離が行えなくなることが指摘されている（例えば、非特許文献１および非特許文献２）。したがって、ＷＤＭ光増幅中継システムにおけるＰＤＬを測定する必要性が高まっている。

Z.Tao, L.Dou, T.Hoshida, and J.C.Rasmussen, "A Fast Method to Simulate the PDL Impact on Dual-Polarization Coherent Systems, "IEEE Photonics Technology Letters, 21(24), pp.1882-1884 (2009). L.Liu, Z.Tao, W.Yan, S.Oda, T.Hoshida, and J.C.Rasmussen, "Initial Tap Setup of Constant Modulus Algorithm for Polarization De-multiplexing in Optical Coherent Receivers, "2009 OSA/OFC/NFOEC, OMT2, (2009).

一般的な光増幅系では、ＡＬＣアンプによる光出力強度の一定制御が行われる。このような光増幅系では、ＡＬＣ機能によりその前段までの光出力強度の偏波依存性が打ち消されてしまい、光増幅系全体のＰＤＬを正確に測定することができなかった。また、ＡＬＣ機能を含むＷＤＭ光増幅中継システムにおいても同様であり、システム全体のＰＤＬを波長ごとに正確に測定することができなかった。

本発明は、ＡＬＣ機能を含む被測定系のＰＤＬを波長ごとに正確に測定することができるＰＤＬ測定器およびＰＤＬ測定方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、ＡＬＣ機能を含む被測定系のＰＤＬを測定するＰＤＬ測定器において、互いに異なる波長で直線偏波の測定光を出力するｎ個（ｎは２以上の整数）の光源と、ｎ個の光源から出力されるｎ波長の測定光を入力し、各直線偏波の間隔が(360／２ｎ) °を保った状態で偏波多重する偏波多重器と、偏波多重器から出力される偏波多重信号をランダムな偏波状態に変化させて被測定系に入力する偏波スクランブラと、被測定系の出力光を入力し、ｎ波長のいずれか１波長を選択して出力する光フィルタと、光フィルタの出力光パワーを検出し、その最大値と最小値の差分を被測定系および光フィルタのＰＤＬとして測定するＰＤＬメータとを備える。

第１の発明のＰＤＬ測定器において、ＰＤＬメータは、ＰＤＬ測定値から予め測定した光フィルタのＰＤＬを除き、被測定系のＰＤＬとして出力する構成である。

第１の発明のＰＤＬ測定器において、光フィルタは、中心波長をｎ波長のいずれか１波長に可変設定できる可変光フィルタとし、可変光フィルタの中心波長を設定し、当該波長をＰＤＬメータに通知して当該波長におけるＰＤＬの測定値とする制御を行う測定波長設定手段を備える。

第１の発明のＰＤＬ測定器において、ｎ個の光源は、波長可変機能を有し、互いに異なる波長の測定光を出力する２つの可変波長光源とし、光フィルタは、中心波長を２つの波長可変光源のいずれか１波長に可変設定できる可変光フィルタとし、可変波長光源の波長と可変光フィルタの中心波長を連動して設定し、当該波長をＰＤＬメータに通知して当該波長におけるＰＤＬの測定値とする制御を行う測定波長同期手段を備える。

また、２つの可変波長光源の一方を固定波長の光源とし、他方の可変波長光源の波長を当該固定波長と異なる波長に可変設定する構成としてもよい。

第１の発明のＰＤＬ測定器において、被測定系を構成するＰＤＬを有する複数の光デバイスの間および被測定系と光フィルタとの間に、測定光の偏波状態を変化させる偏波コントローラを配置した構成である。

第２の発明は、ＡＬＣ機能を含む被測定系のＰＤＬを測定するＰＤＬ測定方法において、ｎ個（ｎは２以上の整数）の光源から互いに異なる波長で直線偏波の測定光を出力し、ｎ個の光源から出力されるｎ波長の測定光を偏波多重器に入力し、各直線偏波の間隔が（ 360／２ｎ) °を保った状態で偏波多重し、偏波多重器から出力される偏波多重信号を偏波スクランブラに入力し、ランダムな偏波状態に変化させて被測定系に入力し、被測定系の出力光を光フィルタに入力し、ｎ波長のいずれか１波長を選択して出力し、ＰＤＬメータで光フィルタの出力光パワーを検出し、その最大値と最小値の差分を被測定系および光フィルタのＰＤＬとして測定する。

第２の発明のＰＤＬ測定方法において、ＰＤＬメータは、ＰＤＬ測定値から予め測定した光フィルタのＰＤＬを除き、被測定系のＰＤＬとして出力する。

本発明は、複数の波長の測定光を偏波多重し、偏波スクランブラを介して被測定系に入力することにより、被測定系のＡＬＣ機能部では偏波多重光をトータルで増幅するため、ＰＤＬを有する光デバイスの偏波依存性を保存することができる。よって、光フィルタで所定の波長を選択してＰＤＬメータに入力することにより、当該波長における被測定系のＰＤＬを測定することができる。また、各波長のＰＤＬを測定することにより、被測定系のＰＤＬの波長依存性を測定することができる。

本発明のＰＤＬ測定器の実施例１の構成例を示す図である。従来構成と実施例構成の測定結果を示す図である。本発明のＰＤＬ測定器の実施例２の構成例を示す図である。本発明のＰＤＬ測定器の実施例３の構成例を示す図である。本発明のＰＤＬ測定器の実施例４の構成例を示す図である。

図１は、本発明のＰＤＬ測定器の実施例１の構成例を示す。
図１において、実施例１のＰＤＬ測定器は、ＡＬＣ機能を含む被測定系１０のＰＤＬを測定するために、被測定系１０の入力側に光源１１−１，１１−２、偏波多重器１３および偏波スクランブラ１４を備え、出力側にバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１５およびＰＤＬメータ１６を備えた構成である。

ここで、被測定系１０は、ＰＤＬを有する複数の光デバイスを縦属に接続した構成であり、その２段目以降にＡＬＣ機能を有するＡＬＣアンプが含まれるものとする。例えばＡＬＣアンプを２段以上接続した構成や、１段目がＰＤＬを有する光フィルタであり、２段目にＡＬＣアンプが接続される構成などである。単一光またはＷＤＭ光を偏波スクランブラ１４を介して被測定系１０に入力する従来の構成では、２段目のＡＬＣアンプによって１段目のＡＬＣアンプや光フィルタの偏波依存性が打ち消され、ＰＤＬメータ１６では２段目のＡＬＣアンプの偏波依存性によるＰＤＬが主に測定されることになる。本実施例のＰＤＬ測定器では、このようなＡＬＣ機能を含む被測定系１０のＰＤＬを測定するために以下の構成をとっている。

光源１１−１，１１−２は、互いに異なる波長λ１，λ２の測定光を直線偏波で出力する。偏波多重器１３は、各光源から出力される測定光を直交偏波で合波して偏波多重する。偏波スクランブラ１４は、偏波多重器１３から出力される偏波多重光を入力し、ランダムなＳＯＰにして被測定系１０に入力する。ＢＰＦ１５は、被測定系１０を通過した偏波多重光から一方の波長成分を選択してＰＤＬメータ１６に入力する。ＰＤＬメータ１６は、入力光パワーの最大値と最小値の差分を測定し、ＢＰＦ１５で選択した波長における被測定系１０のＰＤＬとして出力する。

このように波長λ１，λ２の測定光を偏波多重し、偏波スクランブラ１４を介して被測定系１０に入力する場合、被測定系１０のＡＬＣアンプでは偏波多重光をトータルで増幅するため、ＰＤＬを有する光デバイスの偏波依存性は保存されることになる。よって、ＢＰＦ１５で一方の波長を選択することにより、ＰＤＬメータ１６ではＢＰＦ１５で選択した波長における被測定系１０のＰＤＬを測定することができる。

ただし、ＰＤＬメータ１６で測定されるＰＤＬには、ＢＰＦ１５のＰＤＬも含まれる。すなわち、ＰＤＬメータ１６の測定値Ｐ_totalは、被測定系１０を構成するＮ段の光デバイスのＰＤＬをＰ_n（ｎは１〜Ｎの整数）、ＢＰＦ１５のＰＤＬをＰ₀とすると、
Ｐ_total＝（Ｐ₀ ²＋Ｐ₁ ²＋…＋Ｐ_N ²)^1/2
となり、被測定系１０のＰＤＬは、（Ｐ_total ²−Ｐ₀ ²)^1/2となる。

図２は、従来構成と実施例構成の測定結果を示す。
(1) 被測定系１０を接続せずにＢＰＦ１５のみを接続した場合のＰＤＬの測定値は、単一光を用いる従来構成および偏波多重光を用いる実施例構成ともに0.11ｄＢである。(2) 被測定系１０としてＡＬＣアンプ１を接続した場合のＰＤＬの測定値は、ともに0.24ｄＢである。このとき、ＡＬＣアンプ１のＰＤＬは、ＢＰＦ１５のＰＤＬが0.11ｄＢであることから
（0.24²−0.11²)^1/2≒0.21（ｄＢ）
と計算できる。(3) 被測定系１０としてＡＬＣアンプ２を接続した場合のＰＤＬの測定値は、ともに0.21ｄＢである。このとき、ＡＬＣアンプ２のＰＤＬは、ＢＰＦ１５のＰＤＬが0.11ｄＢであることから、同様に0.18ｄＢと計算できる。

(4) 被測定系１０としてＡＬＣアンプ１とＡＬＣアンプ２を２段接続したときのＰＤＬは、それぞれ単体でのＰＤＬが0.21ｄＢ、0.18ｄＢ、ＢＰＦ１５のＰＤＬが0.11ｄＢであることから
（0.11²＋0.21²＋0.18²)^1/2≒0.30（ｄＢ）
と計算できる。なお、被測定系１０のＰＤＬは、ＰＤＬ測定器の測定値が0.30ｄＢ、ＢＰＦ１５のＰＤＬが0.11ｄＢであることから、
（0.30²−0.11²)^1/2≒0.25（ｄＢ）
と計算できる。

被測定系１０としてＡＬＣアンプ１とＡＬＣアンプ２を２段接続したときのＰＤＬの測定値は、(5) 従来構成のＰＤＬ測定器では２段目のＡＬＣアンプとＢＰＦ１５のＰＤＬを合せた0.21ｄＢに近い値が測定され、(6) 本実施例のＰＤＬ測定器ではほぼ計算値の0.30ｄＢに近い値が測定された。

なお、偏波スクランブラ１４においてＳＯＰが次のＳＯＰに変動する変動時間τは、ＰＤＬメータ１６の時間分解能および被測定系１０のＡＬＣ追随時間よりも大きな値に設定する。また、ＰＤＬメータ１６の測定時間は、偏波スクランブラ１４においてランダムに変動するＳＯＰが一巡する変動周期Ｔよりも大きな値に設定する。

図３は、本発明のＰＤＬ測定器の実施例２の構成例を示す。
本実施例は、図１に示す実施例１の構成における波長λ１の光源１１−１および波長λ２の光源１１−２を拡張し、波長λ１〜λｎの光源１１−１〜１１−ｎを用いる。偏波多重器１３は、ｎ波長の測定光の各直線偏波の間隔が(360／２ｎ）°を保った状態で偏波多重する。また、ＢＰＦ１５に代えて、中心波長が可変の可変ＢＰＦ１７を用いる。測定波長設定装置１８は、可変ＢＰＦ１７の中心波長が波長λ１〜λｎのいずれかになるように設定する。これにより、各測定波長における被測定系１０のＰＤＬを測定し、ＰＤＬの波長依存性を得ることができる。

図４は、本発明のＰＤＬ測定器の実施例３の構成例を示す。
本実施例は、図１に示す実施例１の構成における波長λ１の光源１１−１および波長λ２の光源１１−２に代えて、波長λ１〜λｍの波長可変光源１２−１および波長λ２〜λｎの波長可変光源１２−２を用いる。また、ＢＰＦ１５に代えて、中心波長が可変の可変ＢＰＦ１７を用いる。測定波長同期装置１９は、波長可変光源１２−１，１２−２の波長が互いに異なるように連続的に変化させるとともに、その一方の波長を逐次選択するように可変ＢＰＦ１７の中心波長を設定する。これにより、各測定波長における被測定系１０のＰＤＬを測定し、ＰＤＬの波長依存性を得ることができる。

また、波長可変光源１２−１，１２−２の一方を固定波長とし、他方の波長可変光源の波長および可変ＢＰＦ１７の中心波長をこの固定波長と異なるように連続的に変化させる構成としてよい。

図５は、本発明のＰＤＬ測定器の実施例４の構成例を示す。
光増幅器や光フィルタなどＰＤＬをもつ光デバイスは、その光デバイスへの入力のＳＯＰにより、出力側で測定されるＰＤＬが異なる。被測定系１０として、このようなＰＤＬをもつ光デバイスが多段接続される場合、偏波スクランブラ１４で被測定系１０の入力光のＳＯＰをランダムにスクランブルしても、被測定系１０の各光デバイスおよびＢＰＦ１５には同じＳＯＰが入力されることになる。そこで、被測定系１０におけるＰＤＬの統計的な性質を再現するために、被測定系１０の各光デバイスおよびＢＰＦ１５の入力のＳＯＰを独立に変化させて測定したＰＤＬの平均値をとる方法が必要になる。

本実施例は、図１に示す実施例１の構成における被測定系１０のＡＬＣアンプ１とＡＬＣアンプ２との間、ＡＬＣアンプ２とＢＰＦ１５との間に、偏波コントローラ２１，２２を接続する。偏波スクランブラ１４でランダムにスクランブルしたＳＯＰが一巡する変動周期Ｔごとに、偏波コントローラ２１，２２の１／２波長板と１／４波長板の角度を操作し、ＡＬＣアンプ２およびＢＰＦ１５の入力光のＳＯＰを変化させて測定したＰＤＬの平均値をとる。これにより、ＳＯＰの時間的変化を含んだＰＤＬの統計的な性質を再現することができる。

なお、本実施例では、図１に示す実施例１の構成に基づいて説明したが、図３に示す実施例２および図４に示す実施例３にも同様に適用することができる。

１，２ＡＬＣアンプ
１０被測定系
１１光源
１２波長可変光源
１３偏波多重器
１４偏波スクランブラ
１５ＢＰＦ
１６ＰＤＬメータ
１７可変ＢＰＦ
１８測定波長設定装置
１９測定波長同期装置
２１，２２偏波コントローラ

Claims

出力レベル制御（ＡＬＣ）機能を含む被測定系の偏波依存性損失（ＰＤＬ）を測定するＰＤＬ測定器において、
互いに異なる波長で直線偏波の測定光を出力するｎ個（ｎは２以上の整数）の光源と、
前記ｎ個の光源から出力されるｎ波長の測定光を入力し、各直線偏波の間隔が(360／２ｎ) °を保った状態で偏波多重する偏波多重器と、
前記偏波多重器から出力される偏波多重信号をランダムな偏波状態に変化させて前記被測定系に入力する偏波スクランブラと、
前記被測定系の出力光を入力し、前記ｎ波長のいずれか１波長を選択して出力する光フィルタと、
前記光フィルタの出力光パワーを検出し、その最大値と最小値の差分を前記被測定系および前記光フィルタのＰＤＬとして測定するＰＤＬメータと
を備えたことを特徴とするＰＤＬ測定器。
請求項１に記載のＰＤＬ測定器において、
前記ＰＤＬメータは、ＰＤＬ測定値から予め測定した前記光フィルタのＰＤＬを除き、前記被測定系のＰＤＬとして出力する構成である
ことを特徴とするＰＤＬ測定器。
請求項１に記載のＰＤＬ測定器において、
前記光フィルタは、中心波長を前記ｎ波長のいずれか１波長に可変設定できる可変光フィルタとし、
前記可変光フィルタの中心波長を設定し、当該波長を前記ＰＤＬメータに通知して当該波長におけるＰＤＬの測定値とする制御を行う測定波長設定手段を備えた
ことを特徴とするＰＤＬ測定器。
請求項１に記載のＰＤＬ測定器において、
前記ｎ個の光源は、波長可変機能を有し、互いに異なる波長の測定光を出力する２つの可変波長光源とし、
前記光フィルタは、中心波長を前記２つの波長可変光源のいずれか１波長に可変設定できる可変光フィルタとし、
前記可変波長光源の波長と前記可変光フィルタの中心波長を連動して設定し、当該波長を前記ＰＤＬメータに通知して当該波長におけるＰＤＬの測定値とする制御を行う測定波長同期手段を備えた
ことを特徴とするＰＤＬ測定器。
請求項４に記載のＰＤＬ測定器において、
前記２つの可変波長光源の一方を固定波長の光源とし、他方の可変波長光源の波長を当該固定波長と異なる波長に可変設定する構成である
ことを特徴とするＰＤＬ測定器。
請求項１に記載のＰＤＬ測定器において、
前記被測定系を構成するＰＤＬを有する複数の光デバイスの間および前記被測定系と前記光フィルタとの間に、前記測定光の偏波状態を変化させる偏波コントローラを配置した構成である
ことを特徴とするＰＤＬ測定器。
出力レベル制御（ＡＬＣ）機能を含む被測定系の偏波依存性損失（ＰＤＬ）を測定するＰＤＬ測定方法において、
ｎ個（ｎは２以上の整数）の光源から互いに異なる波長で直線偏波の測定光を出力し、
前記ｎ個の光源から出力されるｎ波長の測定光を偏波多重器に入力し、各直線偏波の間隔が(360／２ｎ) °を保った状態で偏波多重し、
前記偏波多重器から出力される偏波多重信号を偏波スクランブラに入力し、ランダムな偏波状態に変化させて前記被測定系に入力し、
前記被測定系の出力光を光フィルタに入力し、前記ｎ波長のいずれか１波長を選択して出力し、
ＰＤＬメータで前記光フィルタの出力光パワーを検出し、その最大値と最小値の差分を前記被測定系および前記光フィルタのＰＤＬとして測定する
ことを特徴とするＰＤＬ測定方法。
請求項７に記載のＰＤＬ測定方法において、
前記ＰＤＬメータは、ＰＤＬ測定値から予め測定した前記光フィルタのＰＤＬを除き、前記被測定系のＰＤＬとして出力する
ことを特徴とするＰＤＬ測定方法。