JP6039744B1 - Noise figure measurement method, noise figure measurement apparatus, and measurement system - Google Patents

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Abstract

【課題】光増幅器位相感応光増幅器の雑音指数を高精度に測定する。【解決手段】本発明に係る雑音指数測定方法は、光増幅器位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音(RINin)と、光増幅器位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音(RINtotal)とに基づいて、光増幅器位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む光増幅器位相感応光増幅器の雑音指数(NF)を算出することを特徴とする。【選択図】図1The noise figure of an optical amplifier phase sensitive optical amplifier is measured with high accuracy. A noise figure measurement method according to the present invention includes a relative intensity noise (RINin) of input light measured based on electric power obtained by photoelectric conversion of input light inputted to an optical amplifier phase sensitive optical amplifier, and Based on the relative intensity noise (RINtotal) of the amplified light measured based on the electric power obtained by photoelectrically converting the amplified light amplified by the optical amplifier phase sensitive optical amplifier, A noise figure (NF) of an optical amplifier phase sensitive optical amplifier including noise based on emitted light and excess noise based on factors other than spontaneously emitted light is calculated. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、光増幅器の雑音指数を測定するための雑音指数測定方法、雑音指数測定装置、および測定システムに関し、例えば、位相感応光増幅器(Phase Sensitive Amplifier:PSA)の雑音指数を測定するための雑音指数測定方法に関する。   The present invention relates to a noise figure measurement method, a noise figure measurement apparatus, and a measurement system for measuring a noise figure of an optical amplifier, for example, for measuring a noise figure of a phase sensitive optical amplifier (PSA). The present invention relates to a noise figure measurement method.

従来、光通信システムに用いられる光受信装置は、光ファイバを伝搬することによって減衰した光信号を高い受光感度で検出する必要がある。そのため、上記光受信装置は、一般に、レーザ増幅器を用いて増幅した検出光を光検出器(Photodiode、以下、「PD」とも称する。)で受光して電気信号に変換し、変換した電気信号を必要に応じて電気的な増幅器で増幅を行ってから、上記電気信号(デジタル信号)を識別器で識別する構成等を有している。   Conventionally, an optical receiver used in an optical communication system needs to detect an optical signal attenuated by propagating through an optical fiber with high light receiving sensitivity. Therefore, the optical receiver generally receives detection light amplified using a laser amplifier by a photodetector (hereinafter also referred to as “PD”) and converts it into an electrical signal, and the converted electrical signal is converted into an electrical signal. A configuration in which the electric signal (digital signal) is identified by a discriminator after being amplified by an electric amplifier as necessary.

上記レーザ増幅器としては、例えば、エルビウムやプラセオジム等の希土類元素を添加した光ファイバに励起光を入射して信号光を増幅するファイバレーザ増幅器や半導体レーザ増幅器が用いられている。一般に、ファイバレーザ増幅器や半導体レーザ増幅器は、信号光を光のままで増幅するため、電気的な処理速度の制限が存在しない。そのため、非常に高速な変調信号を高感度に検出することが要求される長距離の光伝送システムにおいては、上述した構成を有する光受信装置がよく用いられている。また、上記レーザ増幅器は、機器構成が比較的単純であるため、光通信システムにおける線形中継器としても広く用いられている。   As the laser amplifier, for example, a fiber laser amplifier or a semiconductor laser amplifier that amplifies signal light by making excitation light incident on an optical fiber to which a rare earth element such as erbium or praseodymium is added is used. In general, since fiber laser amplifiers and semiconductor laser amplifiers amplify signal light as it is, there is no limitation on electrical processing speed. Therefore, in a long-distance optical transmission system that is required to detect a very high-speed modulated signal with high sensitivity, an optical receiver having the above-described configuration is often used. The laser amplifier is also widely used as a linear repeater in an optical communication system because of its relatively simple device configuration.

しかし、これらのレーザ増幅器は、不可避的かつランダムに発生する自然放出光が信号成分とは全く無関係に混入されるので、信号光のSN比が増幅前後で少なくとも3dB低下する。この信号光のSN比の低下は、光受信装置におけるSN比を制限し,受信感度を制限する要因になっている。また、レーザ増幅器を線形中継器として用いた場合も伝送品質を低下させる要因になっている。   However, in these laser amplifiers, unavoidably and randomly generated spontaneous emission light is mixed regardless of the signal component, so that the SN ratio of the signal light is reduced by at least 3 dB before and after amplification. This decrease in the S / N ratio of the signal light is a factor that limits the S / N ratio in the optical receiver and limits the reception sensitivity. In addition, when a laser amplifier is used as a linear repeater, it is a factor that degrades transmission quality.

近年、このようなレーザ増幅器の限界を打開する手段として、位相感応光増幅器(Phase Sensitive Amplifier、以下、「PSA」と称する。)の研究が進められている。PSAは、位相感応光増幅部(光パラメトリック増幅機構)に信号光と励起光を入射し、両者の位相が一致すると入力信号光を増幅し、両者の位相が90度ずれた直交位相関係になると、入力信号光が減衰する特性を有している。この特性を利用して増幅利得が最大となるように励起光と信号光との間の位相を一致させて位相感応光増幅部に入射すると、信号光と直交位相の自然放出光を最小限に抑制し、ほぼSN比を劣化させずに信号光を増幅することができる。   In recent years, research on a phase sensitive amplifier (hereinafter referred to as “PSA”) has been advanced as a means to overcome the limitations of such a laser amplifier. When the signal light and the excitation light are incident on the phase-sensitive light amplification unit (optical parametric amplification mechanism) and the phases of the two coincide with each other, the PSA amplifies the input signal light, and the two phases are shifted by 90 degrees. The input signal light is attenuated. Using this characteristic, the phase of the excitation light and the signal light are matched so that the amplification gain is maximized, and the light is incident on the phase-sensitive light amplification unit to minimize the spontaneous emission light of the signal light and quadrature phase. It is possible to suppress and amplify the signal light without substantially degrading the SN ratio.

ところで、PSAの性能を評価する重要な指標の一つとして、増幅器の利得および増幅器の入出力のSN比の劣化の程度を示す雑音指数(Noise Figure:以下「NF」とも称する。)がある。光通信において、雑音は伝送信号のSNRを劣化させ、伝送容量を低下させる要因となるため、PSAの性能を評価する上で、NFを高精度に測定することが重要となる。   By the way, as one of the important indexes for evaluating the performance of PSA, there is a noise figure (hereinafter also referred to as “NF”) indicating the degree of deterioration of the gain of the amplifier and the SN ratio of the input / output of the amplifier. In optical communication, noise degrades the SNR of a transmission signal and decreases transmission capacity. Therefore, it is important to measure NF with high accuracy in evaluating the performance of PSA.

特に、PSAは、従来のレーザ増幅器に比べて原理的に極めて低雑音な増幅器であり、NFが非常に小さいので、測定誤差が雑音指数に大きく影響する。そのため、PSAの性能を評価する上で、雑音指数を精度よく測定することが極めて重要であり、高精度な雑音指数の測定方法が望まれている。   In particular, the PSA is an amplifier that is extremely low noise in principle as compared with the conventional laser amplifier, and since the NF is very small, the measurement error greatly affects the noise figure. Therefore, it is extremely important to accurately measure the noise figure in evaluating the performance of the PSA, and a highly accurate noise figure measurement method is desired.

また、光増幅器を実際に使用する際には、光増幅器で原理的に発生する自然放出光雑音以外に、上記構成部品に起因する雑音等が発生する。例えば、マルチパス干渉(Multi path interference :MPI)による雑音、励起光の雑音、戻り光による雑音等の過剰雑音が付加される。特に、PSAは、実際に増幅を行う光パラメトリック増幅(optical parametric amplifier:OPA)機構に加えて、信号光と励起光の位相を同期するための位相同期機構や高出力な励起光を生成するための機構を有しており、従来のレーザ増幅器に比べて構成部品が多いという特徴がある。そのため、OPA機構以外での構成部品で生じる過剰雑音の影響も従来のレーザ光増幅器に比べて多い。これらの過剰雑音は、光電変換後、RFベースバンド周波数領域、すなわち信号周波数帯の雑音となるため、受信後の信号波形を劣化させるため、これらの過剰雑音を含めた光増幅器の全ての雑音を測定することが実用上重要である。   Further, when the optical amplifier is actually used, in addition to the spontaneous emission light noise that is generated in principle in the optical amplifier, noise and the like due to the above components are generated. For example, excessive noise such as noise due to multipath interference (MPI), noise due to excitation light, and noise due to return light is added. In particular, in addition to an optical parametric amplification (OPA) mechanism that actually performs amplification, the PSA generates a phase synchronization mechanism for synchronizing the phase of signal light and pumping light and high-power pumping light. It has a feature that there are many components compared to the conventional laser amplifier. For this reason, the influence of excess noise generated by components other than the OPA mechanism is greater than that of a conventional laser optical amplifier. Since these excessive noises become noise in the RF baseband frequency region, that is, the signal frequency band after photoelectric conversion, in order to degrade the signal waveform after reception, all the noise of the optical amplifier including these excessive noises is reduced. It is practically important to measure.

光増幅器の雑音指数の測定方法として、従来から以下に示す方法が知られている。
例えば、レーザ光増幅器の雑音指数測定方法として、レーザ光増幅器の入力光および増幅光の光電変換後のRF帯における電気スペクトルを電気スペクトラムアナライザ(ESA)を用いて測定し、その測定値を用いて雑音指数を算出するESA法や、レーザ光増幅器の入力光および増幅光の光スペクトルを光スペクトルアナライザ(OSA)を用いて測定し、増幅光の増幅自然放出光(Amplified Spontaneous Emission: ASEASE)のレベルと利得を測定することにより、雑音指数を算出するOSA法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
As methods for measuring the noise figure of an optical amplifier, the following methods are conventionally known.
For example, as a noise figure measurement method of a laser optical amplifier, an electrical spectrum in the RF band after photoelectric conversion of input light and amplified light of the laser optical amplifier is measured using an electrical spectrum analyzer (ESA), and the measured value is used. The ESA method for calculating the noise figure, and the optical spectrum of the input light and the amplified light of the laser optical amplifier are measured using an optical spectrum analyzer (OSA), and the amplified spontaneous emission (Amplified Spontaneous Emission: ASEASE) level of the amplified light is measured. The OSA method for calculating the noise figure by measuring the gain is known (for example, see Non-Patent Document 1).

光周波数領域での測定法であるOSA法では、RFベースバンド周波数領域における過剰雑音の影響を光スペクトル上の変化として観測することが極めて困難であるため、過剰雑音を正確に評価することができないという問題がある。これに対し、ESA法は、OSA法では評価できない上述の過剰雑音の影響まで含めた雑音指数の測定ができる正確な測定方法である。   In the OSA method, which is a measurement method in the optical frequency domain, it is extremely difficult to observe the influence of excess noise in the RF baseband frequency domain as a change in the optical spectrum, and therefore, excess noise cannot be accurately evaluated. There is a problem. On the other hand, the ESA method is an accurate measurement method that can measure the noise figure including the above-described influence of excessive noise that cannot be evaluated by the OSA method.

しかしながら、従来のレーザ増幅器では、過剰雑音の発生は無視できる程度であるため、簡便に雑音指数を評価できるOSA法が一般的に採用されている。例えば、OSA法は、光通信用のレーザ増幅器として代表的な光ファイバ増幅器の雑音指数測定方法として標準化されている(IEC−61291)。   However, in the conventional laser amplifier, since the occurrence of excessive noise is negligible, the OSA method that can easily evaluate the noise figure is generally employed. For example, the OSA method is standardized as a noise figure measurement method of an optical fiber amplifier that is a typical laser amplifier for optical communication (IEC-61291).

そのため、従来は、PSAにおいてもレーザ増幅器と同様に、OSA 法により雑音指数の測定が行われていた。しかしながら、PSAは、上述したように、位相同期機構や高出力な励起光を生成するための機構等の構成部品が多いため、従来のレーザ増幅器に比べて、MPIの影響や励起光生成に用いるエルビウムドープ光ファイバ増幅器(EDFA)の雑音の影響等が大きい。すなわち、PSAは、従来のレーザ増幅器に比べて、自然放出光に起因する雑音以外の過剰雑音の影響が大きい。そのため、レーザ増幅器の雑音指数評価法として一般的なOSA法では、PSAにおける上記の過剰雑音が正確に評価できない。   For this reason, conventionally, in the PSA as well as the laser amplifier, the noise figure is measured by the OSA method. However, as described above, the PSA has many components such as a phase synchronization mechanism and a mechanism for generating high-output pumping light. Therefore, the PSA is used for the influence of MPI and pumping light generation as compared with the conventional laser amplifier. The influence of noise of an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA) is large. That is, PSA is more affected by excess noise than noise caused by spontaneous emission light, compared to conventional laser amplifiers. Therefore, with the general OSA method as a noise figure evaluation method of a laser amplifier, the above excessive noise in the PSA cannot be accurately evaluated.

近年、このPSAの雑音評価に関する問題を回避するために、PSAの自然放出光に起因する雑音以外の過剰雑音まで含めた増幅器の全雑音を評価するための研究が進められている。例えば、非特許文献2には、光電変換後のRF帯の電気スペクトル上のノイズレベルと雑音指数の値が既知である参照用の光ファイバ増幅器を用い、その参照用の光ファイバ増幅器のノイズレベルとPSAのノイズレベルとを比較することにより、相対的にPSAの雑音を評価する方法が開示されている。   In recent years, in order to avoid the problem related to the noise evaluation of PSA, research for evaluating the total noise of the amplifier including the excess noise other than the noise caused by the spontaneous emission light of the PSA has been advanced. For example, Non-Patent Document 2 uses a reference optical fiber amplifier whose noise level and noise figure on the RF spectrum after photoelectric conversion are known, and the noise level of the reference optical fiber amplifier. A method for relatively evaluating the noise of PSA by comparing the noise level of PSA with PSA is disclosed.

D.M. Baney, P. Gallion, and R.S. Tucker, “Theory and measurement techniques for the noise figure of optical amplifiers,” Optical fiber technology, vol.6, no.2, pp.122-154, 2000.D.M.Baney, P. Gallion, and R.S.Tucker, “Theory and measurement techniques for the noise figure of optical amplifiers,” Optical fiber technology, vol.6, no.2, pp.122-154, 2000. M. Asobe, T. Umeki, and O. Tadanaga, “Phase sensitive amplification with noise figure below the 3 dB quantum limit using CW pumped PPLN waveguide,” Optics Express 20, 13164-13172,2012.M. Asobe, T. Umeki, and O. Tadanaga, “Phase sensitive amplification with noise figure below the 3 dB quantum limit using CW pumped PPLN waveguide,” Optics Express 20, 13164-13172, 2012.

上述の非特許文献2に開示された参照用の光ファイバ増幅器を用いて雑音指数を評価する方法によれば、増幅光を光電変換し、電気スペクトル上のノイズレベルを測定することにより、RFベースバンド周波数領域における増幅器の過剰雑音まで含んだ雑音を評価することが可能となる。   According to the method of evaluating the noise figure using the reference optical fiber amplifier disclosed in Non-Patent Document 2 described above, the RF base is obtained by photoelectrically converting the amplified light and measuring the noise level on the electrical spectrum. It is possible to evaluate the noise including the excess noise of the amplifier in the band frequency domain.

しかしながら、非特許文献2に開示された方法は、参照用の光ファイバ増幅器の雑音指数は、上述したOSA法によって決定された値を用いており、過剰雑音を正確に含んだものとは言えない。すなわち、非特許文献2に開示された方法は、ESA法とOSA法との混合測定方法であり、完全な電気的評価とは言えず、PSAの雑音指数の測定方法として正確さに問題がある。   However, in the method disclosed in Non-Patent Document 2, the noise figure of the reference optical fiber amplifier uses the value determined by the OSA method described above, and it cannot be said that the excessive noise is accurately included. . That is, the method disclosed in Non-Patent Document 2 is a mixed measurement method of the ESA method and the OSA method, and it cannot be said to be a complete electrical evaluation, and there is a problem in accuracy as a method of measuring the noise figure of PSA. .

また、PSAと従来のレーザ増幅器とは、増幅器で生じる雑音の発生原理が全く異なり、自然放出光に起因した雑音量も大きく異なるため、レーザ増幅器の雑音指数測定方法として採用されていた従来のESA法をそのままPSAの雑音指数測定方法として採用することはできない。   Further, PSA and conventional laser amplifiers are completely different in the principle of generation of noise generated by the amplifier, and the amount of noise caused by spontaneous emission is also greatly different. Therefore, conventional ESA that has been adopted as a noise figure measurement method for laser amplifiers. The method cannot be adopted as it is as a PSA noise figure measurement method.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、位相感応光増幅器の雑音指数を高精度に測定することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to measure the noise figure of a phase-sensitive optical amplifier with high accuracy.

本発明に係る雑音指数測定方法は、位相感応光増幅器(2)に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音(RINin)と、位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音(RINtotal)とに基づいて、位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む位相感応光増幅器の雑音指数(NF)を算出する雑音指数測定方法であって、入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第1ステップ(S1)と、増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第2ステップ(S2)と、入力光の平均光パワーの測定値を取得する第3ステップ(S3)と、位相感応光増幅器の利得の測定値を取得する第4ステップ(S4)と、第1ステップで取得した入力光の相対強度雑音の測定値と、第2ステップで取得した増幅光の相対強度雑音の測定値と、第3ステップで取得した入力光の平均光パワーの測定値と、第4ステップで取得した位相感応光増幅器の利得の測定値とに基づいて、雑音指数(NF)を算出する第5ステップ(S5)とを含むことを特徴とする。 The noise figure measurement method according to the present invention includes a relative intensity noise (RINin) of input light measured based on power obtained by photoelectric conversion of input light input to the phase sensitive optical amplifier (2), and phase sensitive. Based on the relative intensity noise (RINtotal) of the amplified light measured based on the electric power obtained by photoelectrically converting the amplified light amplified by the optical amplifier, the noise and natural noise based on the spontaneous emission light in the phase sensitive optical amplifier A noise figure measurement method for calculating a noise figure (NF) of a phase sensitive optical amplifier including excess noise based on factors other than emitted light, the first step of obtaining a measured value of relative intensity noise of input light (S1) ), A second step (S2) for obtaining a measured value of the relative intensity noise of the amplified light, a third step (S3) for obtaining a measured value of the average optical power of the input light, and the gain of the phase sensitive optical amplifier Take measurements The obtained fourth step (S4), the measured value of the relative intensity noise of the input light obtained in the first step, the measured value of the relative intensity noise of the amplified light obtained in the second step, and the input obtained in the third step the measured value of the average optical power of the light, based on the measured value of the gain of the phase sensitive optical amplifier obtained in the fourth step, a fifth step (S5) and the free Mukoto to calculate the noise figure (NF) Features.

本発明に係る雑音指数測定方法は、位相感応光増幅器(2)に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音(RINin)と、位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音(RINtotal)とに基づいて、位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む位相感応光増幅器の雑音指数(NF)を算出する雑音指数測定方法であって、入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第1ステップ(S1)と、増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第2ステップ(S2)と、入力光の平均光パワーの測定値を取得する第3ステップ(S3)と、第1ステップで取得した入力光の相対強度雑音の測定値と、第2ステップで取得した増幅光の相対強度雑音の測定値と、第3ステップで取得した入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、雑音指数を算出する第4ステップ(S5)とを含むことを特徴とする。 The noise figure measurement method according to the present invention includes a relative intensity noise (RINin) of input light measured based on power obtained by photoelectric conversion of input light input to the phase sensitive optical amplifier (2), and phase sensitive. Based on the relative intensity noise (RINtotal) of the amplified light measured based on the electric power obtained by photoelectrically converting the amplified light amplified by the optical amplifier, the noise and natural noise based on the spontaneous emission light in the phase sensitive optical amplifier A noise figure measurement method for calculating a noise figure (NF) of a phase sensitive optical amplifier including excess noise based on factors other than emitted light, the first step of obtaining a measured value of relative intensity noise of input light (S1) ), A second step (S2) for obtaining a measured value of the relative intensity noise of the amplified light, a third step (S3) for obtaining a measured value of the average optical power of the input light, and the input obtained in the first step Light relative A noise factor is calculated based on the measurement value of the intensity noise, the measurement value of the relative intensity noise of the amplified light acquired in the second step, and the measurement value of the average optical power of the input light acquired in the third step. 4 and a step (S5), characterized in including Mukoto.

本発明に係るに係る雑音指数測定装置(10)は、位相感応光増幅器(2)に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第1相対強度雑音取得部(104)と、位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第2相対強度雑音取得部(105)と、位相感応光増幅器の利得の測定値を取得する利得取得部(102,103,107)と、入力光の平均光パワーの測定値を取得する入力光パワー取得部(103)と、第1相対強度雑音取得部で取得した入力光の相対強度雑音の測定値と、第2相対強度雑音取得部で取得した増幅光の相対強度雑音の測定値と、利得取得部で取得した位相感応光増幅器の利得の測定値と、入力光パワー取得部で取得した入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音を含む雑音指数を算出する雑音指数算出部(108)とを有することを特徴とする。   The noise figure measurement apparatus (10) according to the present invention measures the relative intensity noise of the input light measured based on the electric power obtained by photoelectrically converting the input light input to the phase sensitive optical amplifier (2). A first relative intensity noise acquisition unit (104) for acquiring a value, and a measured value of the relative intensity noise of the amplified light measured based on the electric power obtained by photoelectrically converting the amplified light amplified by the phase sensitive optical amplifier A second relative intensity noise acquisition unit (105) for acquiring a gain, a gain acquisition unit (102, 103, 107) for acquiring a measured value of the gain of the phase sensitive optical amplifier, and a measured value of the average optical power of the input light Input light power acquisition unit (103) that performs measurement of the relative intensity noise of the input light acquired by the first relative intensity noise acquisition unit, and measurement of the relative intensity noise of the amplified light acquired by the second relative intensity noise acquisition unit Value and phase acquired by the gain acquisition unit Based on the measured value of gain of the optical amplifier and the measured value of the average optical power of the input light acquired by the input optical power acquisition unit, noise based on spontaneous emission in the phase sensitive optical amplifier and factors other than the spontaneous emission And a noise figure calculation unit (108) for calculating a noise figure including excess noise based on the above.

本発明に係る雑音指数測定装置(10)は、位相感応光増幅器(1)に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第1相対強度雑音取得部(104)と、位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第2相対強度雑音取得部(105)と、入力光の平均光パワーの測定値を取得する入力光パワー取得部(103)と、第1相対強度雑音取得部で取得した入力光の相対強度雑音の測定値と、第2相対強度雑音取得部で取得した増幅光の相対強度雑音の測定値と、入力光パワー取得部で取得した入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音を含む雑音指数を算出する雑音指数算出部(108)とを有することを特徴とする。   The noise figure measurement apparatus (10) according to the present invention provides a measured value of relative intensity noise of input light measured based on electric power obtained by photoelectric conversion of input light input to the phase sensitive optical amplifier (1). Acquires a measured value of the relative intensity noise of the amplified light measured based on the electric power obtained by photoelectrically converting the amplified light amplified by the first relative intensity noise acquiring unit (104) and the phase sensitive optical amplifier. The second relative intensity noise acquisition unit (105), the input light power acquisition unit (103) that acquires a measurement value of the average optical power of the input light, and the relative intensity of the input light acquired by the first relative intensity noise acquisition unit Based on the measured value of the noise, the measured value of the relative intensity noise of the amplified light acquired by the second relative intensity noise acquisition unit, and the measured value of the average optical power of the input light acquired by the input optical power acquisition unit, the phase Based on spontaneous emission in a sensitive optical amplifier. Characterized in that it has noise factor calculation unit that calculates a noise figure containing excessive noise based on factors other than noise and spontaneous emission light and (108).

本発明に係る測定システム(50)は、光を照射する光源(1)と、光源から照射された光の平均光パワーを測定する光パワー測定器(7)と、位相感応光増幅器(2)と、受光した光を電気信号に変換する光検出器(4)と、光検出器によって変換された電気信号に基づいて相対強度雑音を測定する相対強度雑音測定器(5)と、光源から出力された光を位相感応光増幅器に入力するとともに位相感応光増幅器から出力された光を光検出器に入力する経路、または光源から出力された光を位相感応光増幅器に入力させずに光検出器に入力する経路を形成する光スイッチ(8、9)と、光パワー測定器によって測定された平均光パワーと、相対強度雑音測定器によって測定された相対強度雑音とが入力される上記雑音指数測定装置(10)とを備えることを特徴とする。   A measurement system (50) according to the present invention includes a light source (1) that emits light, an optical power measurement device (7) that measures the average optical power of light emitted from the light source, and a phase sensitive optical amplifier (2). A photodetector (4) for converting the received light into an electrical signal, a relative intensity noise measuring device (5) for measuring relative intensity noise based on the electrical signal converted by the photodetector, and an output from the light source The light that is input to the phase sensitive optical amplifier and the light that is output from the phase sensitive optical amplifier is input to the photodetector, or the light that is output from the light source is not input to the phase sensitive optical amplifier. The above-mentioned noise figure measurement in which the optical switch (8, 9) that forms a path to be input to the optical fiber, the average optical power measured by the optical power measuring instrument, and the relative intensity noise measured by the relative intensity noise measuring instrument are input. Device (10) and Characterized in that it comprises.

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって表している。   In the above description, as an example, constituent elements on the drawing corresponding to the constituent elements of the invention are represented by reference numerals with parentheses.

本発明によれば、位相感応光増幅器の雑音指数を高精度に測定することができる。   According to the present invention, the noise figure of a phase sensitive optical amplifier can be measured with high accuracy.

図1は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法の手順を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a procedure of a noise figure measurement method according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法を実現するための測定システムの構成の概要を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an outline of a configuration of a measurement system for realizing the noise figure measurement method according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法によって測定した雑音指数の実際の評価結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an actual evaluation result of the noise figure measured by the noise figure measurement method according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定装置を含む測定システムの具体的な構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a specific configuration of a measurement system including a noise figure measurement device according to an embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定装置の内部構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an internal configuration of the noise figure measurement apparatus according to the embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

≪本実施の形態に係る雑音指数測定方法の原理≫
本発明の一実施の形態に係る光増幅器の雑音指数測定方法の原理について説明する。
なお、以下では、光増幅器が位相感応増幅器(PSA)であるとして説明する。
≪Principle of noise figure measurement method according to this embodiment≫
The principle of an optical amplifier noise figure measurement method according to an embodiment of the present invention will be described.
In the following description, it is assumed that the optical amplifier is a phase sensitive amplifier (PSA).

先ず、PSAに入力される信号光の位相と増幅のための励起光の位相とが完全に同期していると仮定すると、信号光としてコヒーレント光をPSAに入射した場合の増幅光の平均光子数npsaと光子数分散σ2 psaは、式(1)および式(2)で表される。
ここで、gはPSAの利得であり、ninはPSAに入力される信号光の入力平均光子数であり、gninは増幅光の平均光子数を表す。また、nasa_psaは、PSAでの自然放出光の平均光子数であり、PSAの利得をgとしたとき、式(3)で表すことができる。また、σ2 sig_aseは、信号(入力光)とPSAのASE間のビートノイズ成分を表し、σ2 ase_aseは、PSAのASE間のビートノイズ成分を表している。
First, assuming that the phase of the signal light input to the PSA and the phase of the excitation light for amplification are perfectly synchronized, the average number of photons of the amplified light when coherent light is incident on the PSA as the signal light n psa and photon number dispersion σ 2 psa are expressed by equations (1) and (2).
Here, g is the gain of the PSA, n in is the average number of input photons of the signal light input to the PSA, and gn in is the average number of photons of the amplified light. Further, n asa_psa is the average number of photons of spontaneous emission in the PSA, and can be expressed by the equation (3) when the gain of the PSA is g. Σ 2 sig_ase represents the beat noise component between the signal (input light) and the ASE of the PSA, and σ 2 ase_ase represents the beat noise component between the ASE of the PSA.

Figure 0006039744
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また、パラメトリック自然放出光の帯域を光フィルタでカットした場合の当該光フィルタの帯域をΔνoptとしたとき、σ2 sig_ase、およびσ2 ase_aseは、式(4)および式(5)によって夫々表すことができる。 In addition, when the band of the parametric spontaneous emission light is cut by the optical filter and the band of the optical filter is Δνopt, σ 2 sig_ase and σ 2 ase_ase are respectively expressed by Expression (4) and Expression (5). Can do.

Figure 0006039744
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Figure 0006039744
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一般に、信号光源から出力される信号光には強度雑音が含まれるため、信号光は、コヒーレント状態からずれた過剰雑音状態にある。
そこで、以下では、信号光源にレーザからの自然放出光による強度雑音が混入している場合を想定する。この場合、PSAに入力される入力光の光子数分散σ2 rinは、式(6)で表される。ここで、βは、入力光の過剰雑音指数であり、信号光源のコヒーレント状態からのずれを表す。
In general, since the signal light output from the signal light source includes intensity noise, the signal light is in an excessive noise state deviated from the coherent state.
Therefore, in the following, it is assumed that intensity noise due to spontaneously emitted light from the laser is mixed in the signal light source. In this case, the photon number dispersion σ 2 rin of the input light input to the PSA is expressed by Expression (6). Here, β is an excess noise figure of the input light and represents a deviation from the coherent state of the signal light source.

Figure 0006039744
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ところで、レーザ光の強度の時間的なゆらぎを表す相対強度雑音(Relative Intensity Noise:RIN)は、光パワーの分散と平均光パワーの比であり、式(7)で表される。ここで、(式7)の分母は平均光パワーを表し、分子は光パワーの分散を表す。   Incidentally, relative intensity noise (RIN) representing temporal fluctuation of the intensity of laser light is a ratio of dispersion of optical power and average optical power, and is represented by Expression (7). Here, the denominator of (Expression 7) represents the average optical power, and the numerator represents the dispersion of the optical power.

Figure 0006039744
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また、相対強度雑音RINは、光子数分散σと平均光子数nとの間に、式(8)に示す関係がある。   Further, the relative intensity noise RIN has a relationship represented by the equation (8) between the photon number dispersion σ and the average photon number n.

Figure 0006039744
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過剰雑音指数βの雑音を含む信号光をPSAによって増幅すると、その増幅光に含まれる雑音、すなわち光子数分散は(σ2 psa+σ2 arin)となる。ここで、σ2 arinは、式(9)で表される。 When signal light including noise with an excess noise figure β is amplified by PSA, noise contained in the amplified light, that is, photon number dispersion becomes (σ 2 psa + σ 2 arin ). Here, σ 2 arin is expressed by Expression (9).

Figure 0006039744
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また、前述のとおり、実際には、PSAの雑音として、これらのPSAでのパラメトリック自然放出に起因した雑音や信号光の強度雑音に起因した雑音の他に、過剰雑音が加わる。この過剰雑音による出力光子数の分散をσ2 exとすると、増幅後の全光子数分散は、式(10)で表される。ここで、σ2 arinは、信号光源が持つ過剰雑音が増幅された結果生じる雑音成分を表している。また、σ2 rinは、信号光源が持つ光子数分散(=ショットノイズ+過剰雑音成分)であり、過剰雑音指数β=0ならば、ショットノイズのみのコヒーレント光となる。また、σ2 exは、全ての過剰雑音成分(例えば、MPI、戻り光、励起光、残留励起光ショットノイズ等の雑音)を表している。 Further, as described above, in practice, excessive noise is added as noise of PSA in addition to noise caused by parametric spontaneous emission in these PSA and noise caused by intensity noise of signal light. When the dispersion of the number of output photons due to this excessive noise is σ 2 ex , the total number of photon dispersion after amplification is expressed by Expression (10). Here, σ 2 arin represents a noise component generated as a result of amplification of excess noise of the signal light source. Also, σ 2 rin is the photon number dispersion (= shot noise + excess noise component) of the signal light source, and if the excess noise index β = 0, it becomes coherent light with only shot noise. Also, σ 2 ex represents all excess noise components (for example, noise such as MPI, return light, excitation light, residual excitation light shot noise).

Figure 0006039744
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式(10)から理解されるように、従来のOSA法では正確な測定が困難であった過剰雑音を含むPSAの雑音成分(σ2 psa+σ2 ex)で決定される雑音指数NFを、定量的に評価するには、(σ2 total−σ2 arin)を算出すればよい。
したがって、以下では、(σ2 total−σ2 arin)に起因する雑音指数NFを、測定可能なパラメータ、すなわち、PSAに入力される信号光の相対強度雑音RINin、PSAから出力される増幅光の相対強度雑音RINtotal、PSAの利得g、および平均入力光子数nin等を用いて表すことを考える。
As understood from the equation (10), the noise figure NF determined by the noise component (σ 2 psa + σ 2 ex ) including excessive noise, which is difficult to accurately measure by the conventional OSA method, is quantified. (Σ 2 total −σ 2 arin ) may be calculated for efficient evaluation.
Therefore, in the following, the noise figure NF caused by (σ 2 total −σ 2 arin ) is expressed as a measurable parameter, that is, the relative intensity noise RIN in of the signal light input to the PSA, and the amplified light output from the PSA. It is assumed that the relative intensity noise RIN total , PSA gain g, average number of input photons n in and the like are used.

先ず、相対強度雑音RINを光検出器(PD)で受信した後の電力で定義する。すなわち、PDで検出した入力光の信号電力をpsとし、PDで検出した入力光の雑音電力をpnとしたとき、式(8)は式(11)に書き換えることができる。   First, the relative intensity noise RIN is defined by the power after being received by the photodetector (PD). That is, when the signal power of the input light detected by the PD is ps and the noise power of the input light detected by the PD is pn, Expression (8) can be rewritten as Expression (11).

Figure 0006039744
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また、pnおよびpsは、夫々式(12)および式(13)で表すことができる。ここで、Bは、受信系のベースバンド帯域であり、RLは負荷抵抗、eは電荷素量である。

Figure 0006039744
Further, pn and ps can be expressed by Expression (12) and Expression (13), respectively. Here, B is the baseband band of the receiving system, RL is the load resistance, and e is the elementary charge.
Figure 0006039744

Figure 0006039744
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次に、PSAの入力光の相対強度雑音RINinを考える。
PSAの入力光をPDで受信した場合の入力光の信号電力をpsinとし、入力光の雑音電力をpninとした場合、上記式(11)から、PSAの入力光の相対強度雑音RINinは、式(14)で表すことができる。また、pninおよびpsinは、夫々式(15)および式(16)で表すことができる。ここで、nsseは、信号光源における自然放出光の平均光子数である。
Next, consider the relative intensity noise RINin of the input light of the PSA.
When the signal power of the input light when the input light of the PSA is received by the PD is ps in and the noise power of the input light is pn in , the relative intensity noise RIN in of the input light of the PSA is obtained from the above equation (11). Can be represented by formula (14). Further, pn in and ps in can be expressed by Expression (15) and Expression (16), respectively. Here, n sse is the average number of photons of spontaneous emission in the signal light source.

Figure 0006039744
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Figure 0006039744
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次に、PSAによる増幅光の相対強度雑音RINtotalを考える。
PSAによる増幅光をPDで受信した場合の増幅光の信号電力をpstotalとし、入力光の雑音電力をpntotalとした場合、上記式(11)から、PSAの増幅光の相対強度雑音RINtotalは、式(17)で表すことができる。また、pntotalおよびpstotalは、夫々式(18)および式(19)で表すことができる。
Next, the relative intensity noise RINtotal of the amplified light by PSA is considered.
When the amplified light signal power when the amplified light by the PSA is received by the PD is ps total and the noise power of the input light is pn total , the relative intensity noise RIN total of the amplified light of the PSA is obtained from the above equation (11). Can be expressed by Equation (17). Moreover, pn total and ps total can be represented by the formula (18) and the formula (19), respectively.

Figure 0006039744
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次に、信号雑音比について考える。
PSAの入力光の信号雑音比、すなわち、信号光源の信号雑音比snrinは、式(20)で表される。
Next, consider the signal-to-noise ratio.
The input optical signal-to-noise ratio of the PSA, i.e., signal-to-noise ratio snr in the signal light source is represented by the formula (20).

Figure 0006039744
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一方、PSAによる増幅後は、全光子数分散が式(10)で表されることから、過剰雑音を含んだPSA雑音による分散のみを考慮した場合のPSAによる増幅光の信号雑音比snrpsa+exは、(σ2 psa+σ2 ex=σtotal−σ2 arin)を用いて、式(21)で表すことができる。ここで、pnpsa+exは過剰雑音を含んだPSAによる増幅光の雑音電力であり、pspsa+exはPSAによる増幅光の信号電力であり、夫々式(22)および式(23)で表すことができる。 On the other hand, after amplification by PSA, since the total photon number dispersion is expressed by Equation (10), the signal-to-noise ratio snr psa + of the amplified light by PSA when only dispersion due to PSA noise including excess noise is considered. ex can be expressed by Equation (21) using (σ 2 psa + σ 2 ex = σ total −σ 2 arin ). Here, pn psa + ex is the noise power of the amplified light by the PSA including excess noise, and ps psa + ex is the signal power of the amplified light by the PSA, and are expressed by the equations (22) and (23), respectively. be able to.

Figure 0006039744
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Figure 0006039744
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したがって、過剰雑音を含んだPSAの雑音指数fpsa+exは、式(24)で表すことができる。ここで、snrinは、PSAの入力光がコヒーレント光である場合の信号雑音比であり、光子数分散が平均光子数と等しいため、snrin=nin/(2・B)である。 Therefore, the noise figure f psa + ex of the PSA including excess noise can be expressed by Expression (24). Here, snr in is a signal-to-noise ratio when the input light of the PSA is coherent light, and since the photon number dispersion is equal to the average photon number, snr in = n in / (2 · B).

Figure 0006039744
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以上の関係から、過剰雑音を含んだPSAの雑音指数fpsa+exは、PSAの入力光の相対強度雑音RINinと増幅光の相対強度雑音RINtotalとを用いて、式(25)で表すことができる。 From the above relationship, the noise figure f psa + ex of the PSA including excess noise is expressed by Expression (25) using the relative intensity noise RIN in of the input light of the PSA and the relative intensity noise RIN total of the amplified light. be able to.

Figure 0006039744
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ここで、信号光源の自然放出光が十分小さい、または信号光源の自然放出光を光フィルタによって充分に抑制してPSAに入力した場合には、過剰雑音を含んだPSAの雑音指数fpsa+exは、式(25)を簡略化した式(26)で表すことができる。 Here, when the spontaneous emission light of the signal light source is sufficiently small, or when the spontaneous emission light of the signal light source is sufficiently suppressed by the optical filter and inputted to the PSA, the noise figure f psa + ex of the PSA including excessive noise. Can be expressed by a simplified expression (26).

Figure 0006039744
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また、上述した信号光源の自然放出光が十分に小さく(または自然放出光を抑制し)、且つPSAの利得gが十分に大きい場合には、過剰雑音を含んだPSAの雑音指数fpsa+exは、式(26)を更に簡略化した式(27)で表すことができる。 Further, when the spontaneous emission of the signal light source described above is sufficiently small (or the spontaneous emission is suppressed) and the gain g of the PSA is sufficiently large, the noise figure f psa + ex of the PSA including excessive noise is obtained. Can be expressed by equation (27), which is a further simplification of equation (26).

Figure 0006039744
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式(26)および式(27)から理解されるように、過剰雑音を含んだPSAの雑音指数は、信号光源から出力された信号光の相対強度雑音と、PSAによる増幅光の相対強度雑音と、入力光パワーと、PSAの利得とを測定することにより、算出することができる。すなわち、式(26)および式(27)は、過剰雑音を含んだPSAの雑音指数を全電気的に評価できることを表している。
以下、上記原理に基づくPSAの雑音指数測定方法について、具体的に説明する。
As understood from the equations (26) and (27), the noise figure of the PSA including excess noise is the relative intensity noise of the signal light output from the signal light source and the relative intensity noise of the amplified light by the PSA. It can be calculated by measuring the input optical power and the gain of the PSA. That is, Equation (26) and Equation (27) indicate that the noise figure of PSA including excess noise can be evaluated electrically.
Hereinafter, a PSA noise figure measurement method based on the above principle will be described in detail.

≪本実施の形態に係る雑音指数測定方法の具体例≫
図1は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法の手順を示す図である。
図2は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法を実現するための測定システムの構成の概要を示す図である。
<< Specific example of noise figure measurement method according to this embodiment >>
FIG. 1 is a diagram showing a procedure of a noise figure measurement method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a configuration of a measurement system for realizing the noise figure measurement method according to the embodiment of the present invention.

図1に示されるように、本発明の実施の形態に係る雑音指数測定方法は、PSAに入力するための入力光の相対強度雑音RINinを測定するステップS1と、PSAから出力される増幅光の相対強度雑音RINtotalを測定するステップS2と、上記入力光の平均光パワーを測定するステップS3と、PSAの利得を測定するためのステップS4と、PSAの雑音指数を算出するステップS5とから成る。   As shown in FIG. 1, in the noise figure measurement method according to the embodiment of the present invention, the step S1 of measuring the relative intensity noise RINin of the input light to be input to the PSA and the amplified light output from the PSA are measured. It comprises step S2 for measuring the relative intensity noise RINtotal, step S3 for measuring the average optical power of the input light, step S4 for measuring the gain of the PSA, and step S5 for calculating the noise figure of the PSA.

(1)ステップS1
ステップS1では、PSAに入力するための入力光の相対強度雑音RINinを測定する。具体的には、図3に示すように、PSA2の入力光として外部の光源1から出力された光を、PSA2を介さず,PSA2から生じるASE間のビート雑音を除去するための光フィルタ3を介して光検出器(フォトディテクタ)4に入射し、光検出器4が受光することによって発生した上記入力光の受光電流をRIN測定装置5に入力することにより、上記入力光の相対強度雑音RINinを測定する。このとき、光源1から出力された光を光フィルタ0を介して,光フィルタ3および光検出器4に入射してもよいし、光源1から出力された光に含まれる自然放出光が十分に小さい場合には、光源1から出力された光を光フィルタ0を介さずに光フィルタ3および光検出器4に入射してもよい。
(1) Step S1
In step S1, the relative intensity noise RIN in of the input light to be input to the PSA is measured. Specifically, as shown in FIG. 3, an optical filter 3 for removing beat noise between ASEs generated from the PSA 2 without passing through the PSA 2 from the light output from the external light source 1 as the input light of the PSA 2 is provided. The light receiving current of the input light generated by being incident on the light detector (photodetector) 4 and received by the light detector 4 is input to the RIN measuring device 5, whereby the relative intensity noise RIN in of the input light is input. Measure. At this time, the light output from the light source 1 may be incident on the optical filter 3 and the photodetector 4 via the optical filter 0, or the spontaneous emission light included in the light output from the light source 1 is sufficient. If it is small, the light output from the light source 1 may enter the optical filter 3 and the photodetector 4 without passing through the optical filter 0.

ここで、光源1は、例えば連続的にレーザ光を出力する共振器レーザ光源であり、上記入力光は例えばCW(Continuous wave)光である。また、RIN測定装置5は、光検出器4によって光電変換することによって得られた電力に基づいて光の相対強度雑音を測定することが可能な公知の測定器である。例えば、RIN測定装置5は、光強度雑音パワー密度を雑音電流密度に換算し、平均光パワーを平均受光電流に換算することにより、相対強度雑音を算出する。また、RIN測定装置5は、光検出器4での熱雑音やRIN測定装置5内部に設けられた電気アンプ等によって発生する雑音(装置内雑音)等を分離し、入力光に含まれる雑音のみを正確に測定可能な、正しく校正された装置であることが望ましい。   Here, the light source 1 is, for example, a resonator laser light source that continuously outputs laser light, and the input light is, for example, CW (Continuous wave) light. The RIN measuring device 5 is a known measuring device capable of measuring the relative intensity noise of light based on the electric power obtained by photoelectric conversion by the photodetector 4. For example, the RIN measuring device 5 calculates the relative intensity noise by converting the light intensity noise power density into the noise current density and converting the average light power into the average received light current. The RIN measurement device 5 separates thermal noise in the photodetector 4 and noise (in-device noise) generated by an electric amplifier provided in the RIN measurement device 5 and only noise included in the input light. It is desirable to have a correctly calibrated device that can measure accurately.

(2)ステップS2
ステップS2では、PSAから出力される増幅光の相対強度雑音RINtotalを測定する。具体的には、図3に示すように、光源1から出力された光をPSA2に入力し、PSA2から出力された増幅光を光フィルタ3を介して光検出器4に入射する。そして、光検出器4が受光することによって発生した上記増幅光の受光電流をRIN測定装置5に入力することにより、上記増幅光の相対強度雑音RINinを測定する。
(2) Step S2
In step S2, the relative intensity noise RIN total of the amplified light output from the PSA is measured. Specifically, as shown in FIG. 3, the light output from the light source 1 is input to the PSA 2, and the amplified light output from the PSA 2 is incident on the photodetector 4 through the optical filter 3. Then, the light receiving current of the amplified light generated by receiving light by the photodetector 4 is input to the RIN measuring device 5 to measure the relative intensity noise RIN in of the amplified light.

ここで、PSA2は、周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)を用いた位相感応光増幅器である。ここでは、光フィルタ3が、帯域幅2nmの光バンドパスフィルタであるとする。   Here, PSA2 is a phase sensitive optical amplifier using periodically poled lithium niobate (PPLN). Here, it is assumed that the optical filter 3 is an optical bandpass filter having a bandwidth of 2 nm.

(3)ステップS3
ステップS3では、PSA2の入力光の平均光パワーを測定する。具体的には、例えば公知の光パワーメータを用いることによって、光源1から出力されたPSA2の入力光の平均光パワーを測定する。これにより、入力光の平均光パワーの測定値と、入力光の振動数と、プランク定数を用いて、当該入力光の入力平均光子数ninを容易に算出することができる。また,光パワーメータ機能が付いた光学装置,たとえば光スペクトラムアナライザなどを用いてもよい.
(3) Step S3
In step S3, the average optical power of the input light of PSA2 is measured. Specifically, the average optical power of the input light of the PSA 2 output from the light source 1 is measured by using, for example, a known optical power meter. Thereby, the input average photon number n in of the input light can be easily calculated using the measured value of the average light power of the input light, the frequency of the input light, and the Planck constant. An optical device with an optical power meter function, such as an optical spectrum analyzer, may also be used.

(4)ステップS4
ステップS4では、PSAの利得を測定する。具体的には、例えば公知の光スペクトラムアナライザを用いることによって測定したPSA2の入力光の光スペクトルの測定値と、PSA2による増幅光の光スペクトルの測定値とに基づいて、PSA2の利得を算出する。
(4) Step S4
In step S4, the PSA gain is measured. Specifically, for example, the gain of PSA2 is calculated based on the measured value of the optical spectrum of the input light of PSA2 measured by using a known optical spectrum analyzer and the measured value of the optical spectrum of the amplified light by PSA2. .

(5)ステップS5
ステップS5では、ステップS1〜S4での測定値を用いて、PSAの雑音指数を測定する。具体的には、ステップS1で測定した入力光の相対強度雑音RINinの測定値と、ステップS2で測定したPSA2による増幅光の相対強度雑音RINtotalの測定値と、ステップS3で測定した入力光の平均光パワーの測定値から算出した入力光の入力平均光子数ninと、ステップS4で測定したPSA2の利得gの測定値とに基づいて、PSA2の雑音指数を算出する。
(5) Step S5
In step S5, the noise figure of PSA is measured using the measured values in steps S1 to S4. Specifically, the measured value of the relative intensity noise RIN in of the input light measured in step S1, the measured value of the relative intensity noise RIN total of the amplified light by PSA2 measured in step S2, and the input light measured in step S3. The noise figure of PSA2 is calculated based on the input average photon number n in of the input light calculated from the measured value of the average optical power and the measured value of the gain g of PSA2 measured in step S4.

より具体的には、上記相対強度雑音RINinの測定値、相対強度雑音RINtotalの測定値、上記算出した入力光の入力平均光子数nin、および利得gの測定値に基づいて、上述した式(26)を解くことにより、PSA2の雑音指数を算出する。 More specifically, based on the measured value of the relative intensity noise RIN in , the measured value of the relative intensity noise RIN total , the calculated average number of input photons n in of the input light, and the measured value of the gain g described above. The noise figure of PSA2 is calculated by solving equation (26).

または、PSA2の利得gが十分に大きい場合には、上記相対強度雑音RINinの測定値、相対強度雑音RINtotalの測定値、および上記算出した入力光の入力平均光子数ninに基づいて、上述した式(27)を解くことにより、PSA2の雑音指数を算出する。この場合には、上記ステップS4を行わなくてもよい。 Alternatively, when the gain g of the PSA 2 is sufficiently large, based on the measured value of the relative intensity noise RIN in , the measured value of the relative intensity noise RIN total , and the calculated average number of input photons n in of the input light, The noise figure of PSA2 is calculated by solving the above equation (27). In this case, step S4 need not be performed.

次に、上述の雑音指数測定方法による実際の評価結果を以下に示す。
ここでは、光源1として外部の共振器レーザ光源を用い、その光源からの出力されたCW光を周期分極反転ニオブ酸リチウム(PPLN)を用いたPSA2で増幅した場合のPSA2の雑音指数を市販のRIN評価装置5を用いて評価した。また、光フィルタ3として、帯域幅2nmの光バンドパスフィルタを用いた。
Next, actual evaluation results obtained by the above-described noise figure measurement method are shown below.
Here, an external resonator laser light source is used as the light source 1, and the noise figure of PSA2 when the CW light output from the light source is amplified by PSA2 using periodically poled lithium niobate (PPLN) is commercially available. Evaluation was performed using the RIN evaluation apparatus 5. As the optical filter 3, an optical bandpass filter having a bandwidth of 2 nm was used.

先ず、ステップS1として、光源1から出力された光を、光フィルタ3を介して光検出器4に照射することによって、入力光の相対強度雑音RINinをRIN測定装置5で測定した。このとき、ステップS3として、光源1から出力される入力光の平均光パワーを0dBmとし、入力光の入力平均光子数ninを“7.8×1015”とした。上記測定の結果、入力光の相対強度雑音RINinは、15GHzの周波数において、“−159.8dB/Hz”であった。 First, as step S 1, the light output from the light source 1 is irradiated onto the photodetector 4 through the optical filter 3, thereby measuring the relative intensity noise RIN in of the input light with the RIN measuring device 5. At this time, as step S3, the average optical power of the input light output from the light source 1 was set to 0 dBm, and the input average photon number n in of the input light was set to “7.8 × 10 15 ”. As a result of the above measurement, the relative intensity noise RIN in of the input light was “−159.8 dB / Hz” at a frequency of 15 GHz.

次に、ステップS2として、光源1から出力された光をPSA2に入力し、PSA2から出力された増幅光を光フィルタ3を介して光検出器4に照射することによって、増幅光の相対強度雑音RINtotalをRIN測定装置5で測定した。このとき、ステップS5として、PSA2の利得を20dBとした。上記測定の結果、増幅光の相対強度雑音RINtotalは、15GHzの周波数において、“−157.5dB/Hz”であった。 Next, as step S2, the light output from the light source 1 is input to the PSA 2, and the amplified light output from the PSA 2 is irradiated to the photodetector 4 through the optical filter 3, thereby causing the relative intensity noise of the amplified light. RIN total was measured with the RIN measuring device 5. At this time, the gain of PSA2 was set to 20 dB as step S5. As a result of the above measurement, the relative intensity noise RIN total of the amplified light was “−157.5 dB / Hz” at a frequency of 15 GHz.

次に、上記の測定で得られた入力光の相対強度雑音RINinの測定値と、増幅光の対強度雑音RINtotalを上記(式27)に代入することによって算出した雑音指数(NF)は、約1.96dBであった。 Next, the noise figure (NF) calculated by substituting the measured value of the relative intensity noise RIN in of the input light and the intensity noise RIN total of the amplified light obtained in the above measurement into the above (Equation 27) is , About 1.96 dB.

更に周波数を5GHz、0.2GHzにした場合の入力光の相対強度雑音RINinおよび増幅光の対強度雑音RINtotalを上記と同様に測定し、雑音指数を夫々算出した。これにより、周波数が0.2GHz(200MHz)および5GHzにおける増幅光の相対強度雑音RINtotalは、夫々“−156.8dB/Hz”,“−157.3dB/Hz”であり、雑音指数は、夫々“2.58dB”、“2.14dB”であった。 Further, when the frequencies were 5 GHz and 0.2 GHz, the relative intensity noise RIN in of the input light and the intensity noise RIN total of the amplified light were measured in the same manner as described above, and the noise index was calculated. Thus, the relative intensity noise RIN total of the amplified light at frequencies of 0.2 GHz (200 MHz) and 5 GHz is “−156.8 dB / Hz” and “−157.3 dB / Hz”, respectively, and the noise figure is respectively “2.58 dB” and “2.14 dB”.

図2は、上述の雑音指数測定方法による実際の評価結果を示す図である。
図2には、上記評価によって得られた増幅光の相対強度雑音RINtotalの周波数依存性201と、上記評価によって得られたPSA2の雑音指数の周波数依存性202が示されている。
また、図2には、同様の構成のPSA2を従来の光学的評価法によって測定したときの雑音指数の周波数依存性203が、比較例として示されている。この比較例としての光学的評価法による雑音指数の周波数依存性203は、PSA2の利得、増幅後の光スペクトル上の自然放出光レベル、および式(28)によって得られるOSA法による雑音指数の理論式を用いて、OSA法での雑音指数の値を算出したものである。
FIG. 2 is a diagram showing an actual evaluation result by the above-described noise figure measurement method.
FIG. 2 shows the frequency dependence 201 of the relative intensity noise RIN total of the amplified light obtained by the above evaluation, and the frequency dependence 202 of the noise figure of PSA2 obtained by the above evaluation.
FIG. 2 shows a frequency dependence 203 of the noise figure when a PSA 2 having the same configuration is measured by a conventional optical evaluation method, as a comparative example. The frequency dependence 203 of the noise figure by this optical evaluation method as a comparative example is the gain of PSA2, the spontaneous emission light level in the optical spectrum after amplification, and the theory of noise figure by the OSA method obtained by the equation (28). The value of the noise figure in the OSA method is calculated using the equation.

Figure 0006039744
Figure 0006039744

ここで、式(28)の右辺第一項はショットノイズ項であり、式(28)の右辺第二項は増幅信号−ASEのビートノイズ項であり、Paseは増幅後のASEレベルであり、hはプランク定数であり、νは光周波数であり、ΔνはOSAの解像度である。上記式(28)による算出の結果、比較例としてのOSA法によるPSA2の雑音指数(NF)は約1.9dBであった。   Here, the first term on the right side of Equation (28) is a shot noise term, the second term on the right side of Equation (28) is the beat noise term of the amplified signal-ASE, and Pase is the ASE level after amplification, h is the Planck constant, ν is the optical frequency, and Δν is the resolution of the OSA. As a result of the calculation by the above equation (28), the noise figure (NF) of PSA2 by the OSA method as a comparative example was about 1.9 dB.

図2に示されるように、本実施の形態に係る雑音指数測定方法によるPSA2の雑音指数は、周波数が高い領域においてOSA法によるPSA2の雑音指数に近づき、周波数が低い領域ではOSA法によるPSA2の雑音指数から乖離する。このPSA2の雑音指数の周波数依存性の特徴から、上記乖離の要因は、PSA2のポンプ光の生成に用いたEDFAにおける内部反射に起因するマルチパス干渉雑音の影響によるものであることが理解される。すなわち、本実施の形態に係る雑音指数測定方法によるPSA2の雑音指数の評価結果には、従来のOSA法では正確に評価することができなかった、励起光の雑音等の構成部品から生じるPSA特有の過剰雑音の影響が反映されていることが理解される。   As shown in FIG. 2, the noise figure of PSA2 by the noise figure measurement method according to the present embodiment approaches the noise figure of PSA2 by the OSA method in a high frequency region, and that of PSA2 by the OSA method in a low frequency region. Deviation from noise figure. From the characteristics of the frequency dependence of the noise figure of PSA2, it is understood that the cause of the divergence is due to the influence of multipath interference noise caused by internal reflection in the EDFA used to generate the pump light of PSA2. . That is, the evaluation result of the noise figure of PSA2 by the noise figure measurement method according to the present embodiment is unique to PSA generated from components such as excitation light noise that could not be accurately evaluated by the conventional OSA method. It is understood that the influence of excessive noise is reflected.

≪本実施の形態に係る雑音指数測定方法による効果≫
以上のように、本実施の形態に係る雑音指数測定方法によれば、入力光の相対強度雑音と増幅光の相対強度雑音を測定し、上記式(26)または式(27)に基づいてPSAの雑音指数(NF)を測定するので、PSAの雑音評価の際に重要となる構成部品から生じるMPI雑音や励起光の生成に用いるレーザ増幅器から混入する雑音等の過剰雑音の影響を含めた正確な雑音指数を測定することができる。すなわち、本実施の形態に係る雑音指数測定方法によれば、全電気的な測定によって雑音指数を評価することができるので、ESA法とOSA法を混合させた従来の測定法に比べて測定精度の向上を図ることができる。
<< Effects of noise figure measurement method according to this embodiment >>
As described above, according to the noise figure measurement method according to the present embodiment, the relative intensity noise of the input light and the relative intensity noise of the amplified light are measured, and the PSA is calculated based on the above formula (26) or formula (27). The noise figure (NF) is measured accurately, including the effects of excessive noise such as MPI noise generated from components important for PSA noise evaluation and noise mixed from the laser amplifier used to generate pump light. Noise figure can be measured. That is, according to the noise figure measurement method according to the present embodiment, the noise figure can be evaluated by all-electric measurement, so that the measurement accuracy is higher than that of the conventional measurement method in which the ESA method and the OSA method are mixed. Can be improved.

特に、PSAの利得が十分に大きい場合には、上記式(27)に基づいて雑音指数を算出することができるので、測定項目が更に削減され、測定が更に容易となる。   In particular, when the PSA gain is sufficiently large, the noise figure can be calculated based on the above equation (27), so that the number of measurement items is further reduced and the measurement is further facilitated.

≪本実施の形態に係る雑音指数測定装置≫
次に、本実施の形態に係る雑音指数測定方法を実現するための雑音指数測定装置について説明する。
図4は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定装置を含む測定システムの具体的な構成を示す図である。同図において、上述の図3と同様の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<< Noise figure measuring device according to this embodiment >>
Next, a noise figure measurement apparatus for realizing the noise figure measurement method according to the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a specific configuration of a measurement system including a noise figure measurement device according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. 3 described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図4に示される測定システム500Aは、光源1、雑音評価対象のPSA2、光フィルタ3、光検出器4、RIN測定装置5、光スペクトラムアナライザ(光パワー測定機能付)7、光スイッチ8,9、雑音指数測定装置10、およびモニタ11から構成されている。   A measurement system 500A shown in FIG. 4 includes a light source 1, a noise evaluation target PSA2, an optical filter 3, a photodetector 4, a RIN measuring device 5, an optical spectrum analyzer (with optical power measurement function) 7, and optical switches 8 and 9. , A noise figure measuring device 10 and a monitor 11.

光源1から出力された光(PSA2の入力光)は、光スイッチ8に入力される。光スペクトラムアナライザ7は、光源1から出力された入力光を光スイッチ8,9を介して入力し、入力された光の平均光パワーを測定し、平均光パワーの測定結果(電気的データ)24を雑音指数測定装置10に供給する。なお,ここで入力光の平均光パワーの測定では光スイッチ8,9における光学的損失を事前に測定しておき,その損失情報を用いて補正することにより正しい入力光の平均光パワーを算出する.   Light output from the light source 1 (input light of the PSA 2) is input to the optical switch 8. The optical spectrum analyzer 7 inputs the input light output from the light source 1 through the optical switches 8 and 9, measures the average optical power of the input light, and measures the average optical power (electrical data) 24. Is supplied to the noise figure measurement apparatus 10. Here, in the measurement of the average optical power of the input light, the optical loss in the optical switches 8 and 9 is measured in advance, and the average optical power of the correct input light is calculated by correcting using the loss information. .

光スイッチ8,9は、光の伝搬方向を切り替える部品である。図4に示すように、例えば、光スイッチ8を光源1とPSA2との間に設け、光スイッチ9をPSA2と光フィルタ3との間に設ける。これにより、光源1から出力された光(PSA2の入力光)をPSA2に入力するとともにPSA2から出力された増幅光を光検出器4に入力する経路と、光源1から出力された光をPSA2に入力させずに光検出器4に入力する経路と、光源1から出力された光をPSA2に入力するとともに、PSA2から出力された増幅光を光スペクトラムアナライザ7に入力する経路と、光源1から出力された光をPSA2に入力させずに光スペクトラムアナライザ7に入力する経路の何れか1つの経路を形成することができる。光スイッチ8、9の切り替えは、例えば、後述する雑音指数測定装置10からの制御信号によって制御される。   The optical switches 8 and 9 are components for switching the light propagation direction. As shown in FIG. 4, for example, the optical switch 8 is provided between the light source 1 and the PSA 2, and the optical switch 9 is provided between the PSA 2 and the optical filter 3. Thereby, the light output from the light source 1 (input light of the PSA 2) is input to the PSA 2 and the amplified light output from the PSA 2 is input to the photodetector 4, and the light output from the light source 1 is input to the PSA 2. A path to be input to the photodetector 4 without being input, a path to input the light output from the light source 1 to the PSA 2, a path to input the amplified light output from the PSA 2 to the optical spectrum analyzer 7, and an output from the light source 1 It is possible to form any one of the paths for inputting the processed light to the optical spectrum analyzer 7 without inputting the light to the PSA 2. Switching of the optical switches 8 and 9 is controlled by, for example, a control signal from a noise figure measurement device 10 described later.

雑音指数測定装置10は、光スペクトラムアナライザ7によって測定された入力光の平均光パワーの測定結果24、入力光の光スペクトル23,増幅光の光スペクトル25と,RIN測定装置5によって測定された入力光の相対強度雑音RINinの測定結果21と、RIN測定装置5によって測定された増幅光の相対強度雑音RINtotalの測定結果22とが入力され、入力された測定値に基づいて、PSA2の雑音指数を測定するための装置である。   The noise figure measurement device 10 includes the measurement result 24 of the average optical power of the input light measured by the optical spectrum analyzer 7, the optical spectrum 23 of the input light, the optical spectrum 25 of the amplified light, and the input measured by the RIN measurement device 5. The measurement result 21 of the relative intensity noise RINin of the light and the measurement result 22 of the relative intensity noise RINtotal of the amplified light measured by the RIN measuring device 5 are input, and the noise figure of the PSA 2 is calculated based on the input measurement value. It is a device for measuring.

雑音指数測定装置10としては、ハードウェア資源であるコンピュータと、このコンピュータにインストールされたプログラムとから実現される。例えば、上記コンピュータは、CPU等のプログラム処理装置と、RAM(Random Access Memory)、ROM、およびHDD(Hard Disc Drive)等の記憶装置と、キーボード、マウス、ポインティングデバイス、操作ボタン、およびタッチパネル等の外部から情報を入力するための入力装置と、インターネット、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)等の通信回線を介して各種情報の送受信を有線または無線で行うための通信装置とを備えたPC等である。   The noise figure measurement device 10 is realized by a computer that is a hardware resource and a program installed in the computer. For example, the computer includes a program processing device such as a CPU, a storage device such as a RAM (Random Access Memory), ROM, and HDD (Hard Disc Drive), a keyboard, a mouse, a pointing device, operation buttons, a touch panel, and the like. An input device for inputting information from the outside, and a communication device for performing transmission and reception of various information via a communication line such as the Internet, LAN (Local Area Network), WAN (Wide Area Network), etc. PC etc. provided.

雑音指数測定装置10は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示装置11と接続され、各種測定結果を表示装置11に表示させることができる。また、雑音指数測定装置10は、例えば、LAN等のネットワーク(図示せず)に接続され、そのネットワークを介して外部機器に各種測定結果を出力することが可能となっている。   The noise figure measurement device 10 is connected to a display device 11 such as an LCD (Liquid Crystal Display), for example, and can display various measurement results on the display device 11. The noise figure measurement device 10 is connected to a network (not shown) such as a LAN, for example, and can output various measurement results to an external device via the network.

図5は、雑音指数測定装置10の内部構成を示す図である。
図5に示されるように、雑音指数測定装置10は、制御部100、入力光スペクトル取得部101、増幅光スペクトル取得部102、第1相対強度雑音取得部104、第2相対強度雑音取得部105、記憶部106、利得算出部107、および雑音指数算出部108を有している。
FIG. 5 is a diagram illustrating an internal configuration of the noise figure measurement apparatus 10.
As shown in FIG. 5, the noise figure measurement apparatus 10 includes a control unit 100, an input light spectrum acquisition unit 101, an amplified light spectrum acquisition unit 102, a first relative intensity noise acquisition unit 104, and a second relative intensity noise acquisition unit 105. A storage unit 106, a gain calculation unit 107, and a noise figure calculation unit 108.

制御部100、入力光スペクトル取得部101、増幅光スペクトル取得部102、入力光パワー取得部103、第1相対強度雑音取得部104、第2相対強度雑音取得部105、記憶部106、利得算出部107、および雑音指数算出部108は、例えば、上記ハードウェア資源(CPU等)がプログラムに従って処理を実行することによって実現される機能部である。   Control unit 100, input light spectrum acquisition unit 101, amplified light spectrum acquisition unit 102, input light power acquisition unit 103, first relative intensity noise acquisition unit 104, second relative intensity noise acquisition unit 105, storage unit 106, gain calculation unit 107 and the noise figure calculation unit 108 are functional units realized, for example, when the hardware resource (CPU or the like) executes processing according to a program.

制御部100は、光スイッチ8,9や光源1等の測定システム500を構成する各構成部品を制御する機能部である。例えば、制御部100は、光源1を制御することにより、光源1からの光の出力や、出力する光のパワー等を制御する。また、制御部100は、光スイッチ8,9を制御することによって、光源1から出力された光の伝搬経路の切り替えを行う。   The control unit 100 is a functional unit that controls each component constituting the measurement system 500 such as the optical switches 8 and 9 and the light source 1. For example, the control unit 100 controls the light output from the light source 1, the power of the output light, and the like by controlling the light source 1. Further, the control unit 100 switches the propagation path of the light output from the light source 1 by controlling the optical switches 8 and 9.

増幅光スペクトル取得部102は、PSA2による増幅光の光スペクトルの測定値を取得するための機能部である。具体的には、増幅光スペクトル取得部102は、光パワーの測定機能を備えた光スペクトラムアナライザ7によって測定されたPSA2による増幅光の光スペクトルの測定結果23を取得する。   The amplified light spectrum acquisition unit 102 is a functional unit for acquiring a measured value of the optical spectrum of the amplified light by the PSA 2. Specifically, the amplified light spectrum acquisition unit 102 acquires the optical spectrum measurement result 23 of the amplified light by the PSA 2 measured by the optical spectrum analyzer 7 having the optical power measurement function.

入力光スペクトル取得部101は、PS2の入力光の光スペクトルの測定値を取得するための機能部である。具体的には、入力光スペクトル取得部101は、光パワーの測定機能を備えた光スペクトラムアナライザ7によって測定された入力光の光スペクトルの測定結果25を取得する。   The input light spectrum acquisition unit 101 is a functional unit for acquiring a measured value of the optical spectrum of the PS2 input light. Specifically, the input light spectrum acquisition unit 101 acquires the measurement result 25 of the optical spectrum of the input light measured by the optical spectrum analyzer 7 having a function of measuring optical power.

入力光パワー取得部103は、PS2の入力光の光パワーの測定値を取得するための機能部である。具体的には、入力光パワー取得部103は、入力光スペクトル取得部に用いる光パワーの測定機能を備えた光スペクトラムアナライザ7によって測定された入力光の平均光パワーの測定結果24を取得する。   The input optical power acquisition unit 103 is a functional unit for acquiring a measured value of optical power of PS2 input light. Specifically, the input optical power acquisition unit 103 acquires the measurement result 24 of the average optical power of the input light measured by the optical spectrum analyzer 7 having the optical power measurement function used for the input optical spectrum acquisition unit.

第1相対雑音取得部104は、RIN測定装置5によって測定された入力光の相対強度雑音RINinの測定結果21を取得する機能部である。第2相対雑音取得部105は、RIN測定装置5によって測定された増幅光の相対強度雑音RINtotalの測定結果22を取得する機能部である。   The first relative noise acquisition unit 104 is a functional unit that acquires the measurement result 21 of the relative intensity noise RINin of the input light measured by the RIN measurement device 5. The second relative noise acquisition unit 105 is a functional unit that acquires the measurement result 22 of the relative intensity noise RINtotal of the amplified light measured by the RIN measurement device 5.

利得算出部107は、増幅光スペクトル取得部102によって取得した増幅光のスペクトルの測定結果23と、入力光スペクトル取得部101によって取得した入力光のスペクトルの測定結果24とに基づいて、PSA2の利得を算出する機能部である。利得算出部107は、例えば、増幅光のスペクトルを入力光のスペクトルで除算することによって、PSA2の利得(増幅率)gを算出する。   The gain calculation unit 107 calculates the gain of the PSA 2 based on the measurement result 23 of the amplified light spectrum acquired by the amplified light spectrum acquisition unit 102 and the measurement result 24 of the spectrum of the input light acquired by the input light spectrum acquisition unit 101. Is a functional unit for calculating The gain calculation unit 107 calculates the gain (amplification factor) g of the PSA 2 by dividing the spectrum of the amplified light by the spectrum of the input light, for example.

記憶部106は、雑音指数を算出するための各種のデータが記憶される機能部である。記憶部106には、例えば、上述した式(26)に対応する第1演算式データ1061、上述した式(27)に対応する第2演算式データ1062、および雑音指数を算出するために必要なその他のパラメータ等が記憶されている。   The storage unit 106 is a functional unit that stores various data for calculating the noise figure. In the storage unit 106, for example, the first arithmetic expression data 1061 corresponding to the above-described expression (26), the second arithmetic expression data 1062 corresponding to the above-described expression (27), and the noise figure are calculated. Other parameters are stored.

雑音指数算出部108は、第1相対雑音取得部104によって取得した入力光の相対強度雑音RINinの測定結果21と、第2相対雑音取得部105によって取得した増幅光の相対強度雑音RINtotalの測定結果22と、入力光パワー取得部103によって取得した入力光の平均光パワーの測定結果24に基づいて算出した入力光の入力平均光子数ninと、利得算出部107によって算出された利得gとを用いて、記憶部106に記憶されている第1演算式データ1061または第2演算式データ1062に従って演算を行うことにより、PSA2の雑音指数を算出する。   The noise figure calculation unit 108 measures the measurement result 21 of the relative intensity noise RINin of the input light acquired by the first relative noise acquisition unit 104 and the measurement result of the relative intensity noise RINtotal of the amplified light acquired by the second relative noise acquisition unit 105. 22, the input average photon number nin of the input light calculated based on the measurement result 24 of the average light power of the input light acquired by the input light power acquisition unit 103, and the gain g calculated by the gain calculation unit 107. Thus, the noise figure of PSA2 is calculated by performing calculations according to the first calculation formula data 1061 or the second calculation formula data 1062 stored in the storage unit 106.

測定システム500における雑音指数測定装置10による雑音指数測定の処理手順は、以下である。
先ず、雑音指数測定装置10における制御部100が光源1を制御することによって、所望の光パワーの入力光を発生させ、その入力光を平均光パワーの測定値を光パワーメータ7によって測定する。雑音指数測定装置10は、入力光パワー取得部103によって入力光の平均光パワーの測定結果24を取得する。
The processing procedure of the noise figure measurement by the noise figure measurement apparatus 10 in the measurement system 500 is as follows.
First, the control unit 100 in the noise figure measurement apparatus 10 controls the light source 1 to generate input light having a desired optical power, and the optical power meter 7 measures the measured value of the average optical power of the input light. The noise figure measurement apparatus 10 acquires the measurement result 24 of the average optical power of the input light by the input optical power acquisition unit 103.

次に、雑音指数測定装置10における制御部100が光スイッチ8、9を制御することにより、光源1から出力された入力光をPSA2および光フィルタ3を介さずに光検出器4に照射するための光伝搬経路を形成する。その後、RIN測定装置5が、入力光の相対強度雑音RINinを測定する。雑音指数測定装置10は、第1相対強度雑音取得部104によって入力光の相対強度雑音RINinの測定結果21を取得する。   Next, the control unit 100 in the noise figure measurement apparatus 10 controls the optical switches 8 and 9 to irradiate the photodetector 4 with the input light output from the light source 1 without passing through the PSA 2 and the optical filter 3. Forming a light propagation path. Thereafter, the RIN measuring device 5 measures the relative intensity noise RINin of the input light. The noise figure measurement apparatus 10 acquires the measurement result 21 of the relative intensity noise RINin of the input light by the first relative intensity noise acquisition unit 104.

次に、雑音指数測定装置10における制御部100が光スイッチ8、9を制御することにより、光源1から出力された入力光をPSA2に入力するとともに、PSA2から出力された増幅光を光フィルタ3を介して光検出器4に照射するための光伝搬経路を形成する。その後、RIN測定装置5が、増幅光の平均光パワーと増幅光の相対強度雑音RINinを測定する。雑音指数測定装置10は、増幅光パワー取得部102によって増幅光の平均光パワーの測定結果23を取得するとともに、第2相対強度雑音取得部105によって増幅光の相対強度雑音RINtotalの測定結果22を取得する。このとき、必要に応じて、雑音指数測定装置10における利得算出部107が、増幅光の平均光パワーの測定結果23と入力光の平均光パワーの測定結果24とに基づいて、利得gを算出する。   Next, the control unit 100 in the noise figure measurement apparatus 10 controls the optical switches 8 and 9 so that the input light output from the light source 1 is input to the PSA 2 and the amplified light output from the PSA 2 is input to the optical filter 3. A light propagation path for irradiating the light detector 4 via is formed. Thereafter, the RIN measuring device 5 measures the average optical power of the amplified light and the relative intensity noise RINin of the amplified light. The noise figure measurement apparatus 10 acquires the measurement result 23 of the average optical power of the amplified light by the amplified light power acquisition unit 102 and the measurement result 22 of the relative intensity noise RINtotal of the amplified light by the second relative intensity noise acquisition unit 105. get. At this time, if necessary, the gain calculation unit 107 in the noise figure measurement apparatus 10 calculates the gain g based on the measurement result 23 of the average optical power of the amplified light and the measurement result 24 of the average optical power of the input light. To do.

次に、雑音指数測定装置10における雑音指数算出部108が、雑音指数を算出する。例えば、雑音指数算出部108は、第1相対雑音取得部104によって取得した入力光の相対強度雑音RINinの測定結果21と、第2相対雑音取得部105によって取得した増幅光の相対強度雑音RINtotalの測定結果22と、入力光パワー取得部103によって取得した入力光の平均光パワーの測定結果24に基づいて算出した入力光の入力平均光子数ninと、利得算出部107によって算出された利得gを、第1演算式データ1061に係る演算式(式(26))に代入することによって、PSA2の雑音指数を算出する。   Next, the noise figure calculation unit 108 in the noise figure measurement apparatus 10 calculates the noise figure. For example, the noise figure calculation unit 108 calculates the measurement result 21 of the relative intensity noise RINin of the input light acquired by the first relative noise acquisition unit 104 and the relative intensity noise RINtotal of the amplified light acquired by the second relative noise acquisition unit 105. The input average photon number nin of the input light calculated based on the measurement result 22, the measurement result 24 of the average optical power of the input light acquired by the input light power acquisition unit 103, and the gain g calculated by the gain calculation unit 107. The noise figure of PSA2 is calculated by substituting it into the arithmetic expression (expression (26)) related to the first arithmetic expression data 1061.

なお、利得gが大きい場合には、利得算出部107によって算出された利得gを用いずに、第1演算式データ1061の代わりに第2演算式データ1062に係る演算式(式(27))に上記の測定結果を代入することによってPSA2の雑音指数を算出してもよい。この場合、雑音指数測定装置10は、利得算出部107や増幅光パワー取得部102を有していなくてもよい。   When the gain g is large, the calculation formula (formula (27)) according to the second calculation formula data 1062 is used instead of the first calculation formula data 1061 without using the gain g calculated by the gain calculation unit 107. The noise figure of PSA2 may be calculated by substituting the above measurement result into. In this case, the noise figure measurement device 10 does not have to include the gain calculation unit 107 and the amplified optical power acquisition unit 102.

雑音指数算出部108によって算出された雑音指数の値は、例えば、表示装置11に表示され、雑音指数測定装置10の内部または外部に設けられた記憶装置(図示せず)に記憶される。   The value of the noise figure calculated by the noise figure calculation unit 108 is displayed on, for example, the display device 11 and stored in a storage device (not shown) provided inside or outside the noise figure measurement device 10.

以上のように、雑音指数測定装置10を用いた測定システムによれば、光源1の制御や光伝搬経路の切り替え等を雑音指数測定装置10によって行うことができるので、PSAの雑音指数の測定が容易となり、測定作業の効率化を図ることができる。   As described above, according to the measurement system using the noise figure measurement apparatus 10, the noise figure measurement apparatus 10 can control the light source 1 and switch the light propagation path. It becomes easy and the efficiency of the measurement work can be improved.

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。   Although the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof. Yes.

例えば、上記実施の形態において、雑音指数の評価対象の光増幅器がPSAである場合を一例として説明したが、PSA以外の光増幅器についても同様の手法により、雑音指数を測定することができる。   For example, in the above-described embodiment, the case where the optical amplifier to be evaluated for noise figure is PSA has been described as an example. However, the noise figure can be measured for optical amplifiers other than PSA by the same method.

また、上記実施の形態に係る雑音指数測定方法において、雑音指数を算出するための各種パラメータを取得するステップS1〜S4は、図1に示される順番に限定されるものではない。例えば、雑音指数の算出するステップ(S5)までに各パラメータが測定できていればよく、ステップS1〜S4は順番を入れ替えることも可能である。   In the noise figure measurement method according to the above embodiment, steps S1 to S4 for obtaining various parameters for calculating the noise figure are not limited to the order shown in FIG. For example, as long as each parameter can be measured by the step of calculating the noise figure (S5), the order of steps S1 to S4 can be changed.

また、上記実施の形態において、RIN測定装置5と光検出器4とが別個に設けられる場合を例示したが、光検出器4が一体となったRIN測定装置を用いてもよい。   In the above embodiment, the case where the RIN measuring device 5 and the photodetector 4 are provided separately is illustrated, but an RIN measuring device in which the photodetector 4 is integrated may be used.

また、雑音指数測定装置10を用いた測定システム500において、光フィルタ3の後段に光スイッチ9を設ける場合を例示したが、PSA2と光フィルタ3との間に光スイッチ9を設けてもよい。また、光スプリッタ6、光スイッチ8,9、および光パワーメータ7等の部品の配置は、上述の図5に示したものに限定されるものではない。すなわち、上述した式(26)および式(27)に基づく演算処理に必要な上記パラメータ(相対強度雑音RINin,Rintotal等)が取得できるのであれば、各部品の配置は図5とは別の配置であってもよい。   Further, in the measurement system 500 using the noise figure measurement device 10, the case where the optical switch 9 is provided at the subsequent stage of the optical filter 3 is illustrated, but the optical switch 9 may be provided between the PSA 2 and the optical filter 3. Further, the arrangement of components such as the optical splitter 6, the optical switches 8, 9 and the optical power meter 7 is not limited to that shown in FIG. That is, as long as the above parameters (relative intensity noise RINin, Rtotal, etc.) necessary for the arithmetic processing based on the above equations (26) and (27) can be acquired, the arrangement of each component is different from that shown in FIG. It may be.

1…光源、2…PSA、3,6…光フィルタ、4…光検出器、5…RIN測定装置、7…光スペクトラムアナライザ、8,9…光スイッチ、10…雑音指数測定装置、11…表示装置、21…入力光の相対強度雑音RINinの測定結果、22…増幅光の相対強度雑音RINtotalの測定結果,23…増幅光の平均光パワーの測定結果、24…入力光の光スペクトルの測定結果、25…増幅光の光スペクトルの測定結果,100…制御部、101…入力光スペクトル取得部、102…増幅光スペクトル取得部、103…入力光パワー取得部、104…第1相対強度雑音取得部、105…第2相対雑音取得部、106…記憶部、107…利得算出部、108…雑音指数算出部、1061…第1演算式データ、1062…第2演算式データ、500…測定システム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... PSA, 3, 6 ... Optical filter, 4 ... Optical detector, 5 ... RIN measuring device, 7 ... Optical spectrum analyzer, 8, 9 ... Optical switch, 10 ... Noise figure measuring device, 11 ... Display Device: 21 ... Measurement result of relative intensity noise RINin of input light, 22 ... Measurement result of relative intensity noise RINtotal of amplified light, 23 ... Measurement result of average optical power of amplified light, 24 ... Measurement result of optical spectrum of input light 25 ... Measurement result of optical spectrum of amplified light, 100 ... Control unit, 101 ... Input light spectrum acquisition unit, 102 ... Amplified light spectrum acquisition unit, 103 ... Input light power acquisition unit, 104 ... First relative intensity noise acquisition unit 105 ... second relative noise acquisition unit, 106 ... storage unit, 107 ... gain calculation unit, 108 ... noise figure calculation unit, 1061 ... first calculation formula data, 1062 ... second calculation formula data, 00 ... measurement system.

Claims (7)

位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記入力光の相対強度雑音と、前記位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記増幅光の相対強度雑音とに基づいて、前記位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と前記自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む前記位相感応光増幅器の雑音指数を算出する雑音指数測定方法であって、
前記入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第1ステップと、
前記増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第2ステップと、
前記入力光の平均光パワーの測定値を取得する第3ステップと、
前記位相感応光増幅器の利得の測定値を取得する第4ステップと、
前記第1ステップで取得した前記入力光の相対強度雑音の測定値と、前記第2ステップで取得した前記増幅光の相対強度雑音の測定値と、前記第3ステップで取得した前記入力光の平均光パワーの測定値と、前記第4ステップで取得した前記位相感応光増幅器の利得の測定値とに基づいて、前記雑音指数を算出する第5ステップと、を含む
ことを特徴とする雑音指数測定方法。
Obtained by photoelectrically converting the relative intensity noise of the input light measured based on the power obtained by photoelectrically converting the input light input to the phase sensitive optical amplifier and the amplified light amplified by the phase sensitive optical amplifier. The phase including noise based on spontaneous emission in the phase-sensitive optical amplifier and excess noise based on factors other than the spontaneous emission based on the relative intensity noise of the amplified light measured based on the measured power A noise figure measurement method for calculating a noise figure of a sensitive optical amplifier ,
A first step of obtaining a measurement of relative intensity noise of the input light;
A second step of obtaining a measured value of the relative intensity noise of the amplified light;
A third step of obtaining a measured value of the average optical power of the input light;
A fourth step of obtaining a measurement of the gain of the phase sensitive optical amplifier;
The measured value of the relative intensity noise of the input light acquired in the first step, the measured value of the relative intensity noise of the amplified light acquired in the second step, and the average of the input light acquired in the third step A noise figure measurement comprising: a fifth step of calculating the noise figure based on a measured value of optical power and a measured value of the gain of the phase sensitive optical amplifier obtained in the fourth step Method.
請求項1に記載の雑音指数測定方法において、
前記第5ステップは、
前記雑音指数をf psa+ex とし、前記入力光の平均光パワーに基づく入力平均光子数をn in とし、前記入力光の相対強度雑音をRIN in とし、前記増幅光の相対強度雑音をRIN total とし、前記位相感応光増幅器の利得をgとしたとき、式(A)に基づいて前記雑音指数を算出するステップである
ことを特徴とする雑音指数測定方法。
Figure 0006039744
The noise figure measurement method according to claim 1,
The fifth step includes
The noise figure and f psa + ex, an input average number of photons based on the average optical power of the input light and n in, the relative intensity noise of the input light and RIN in, the relative intensity noise of the amplified light RIN total And the noise figure is calculated based on the equation (A), where g is the gain of the phase sensitive optical amplifier.
The noise figure measurement method characterized by the above-mentioned.
Figure 0006039744
位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記入力光の相対強度雑音と、前記位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記増幅光の相対強度雑音とに基づいて、前記位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と前記自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む前記位相感応光増幅器の雑音指数を算出する雑音指数測定方法であって、
前記入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第1ステップと、
前記増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第2ステップと、
前記入力光の平均光パワーの測定値を取得する第3ステップと、
前記第1ステップで取得した前記入力光の相対強度雑音の測定値と、前記第2ステップで取得した前記増幅光の相対強度雑音の測定値と、前記第3ステップで取得した前記入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、前記雑音指数を算出する第4ステップと、を含む
ことを特徴とする雑音指数測定方法。
Obtained by photoelectrically converting the relative intensity noise of the input light measured based on the power obtained by photoelectrically converting the input light input to the phase sensitive optical amplifier and the amplified light amplified by the phase sensitive optical amplifier. The phase including noise based on spontaneous emission in the phase-sensitive optical amplifier and excess noise based on factors other than the spontaneous emission based on the relative intensity noise of the amplified light measured based on the measured power A noise figure measurement method for calculating a noise figure of a sensitive optical amplifier,
A first step of obtaining a measurement of relative intensity noise of the input light;
A second step of obtaining a measured value of the relative intensity noise of the amplified light;
A third step of obtaining a measured value of the average optical power of the input light;
The measured value of the relative intensity noise of the input light acquired in the first step, the measured value of the relative intensity noise of the amplified light acquired in the second step, and the average of the input light acquired in the third step And a fourth step of calculating the noise figure based on an optical power measurement value .
請求項に記載の雑音指数測定方法において、
前記第4ステップは、
前記雑音指数をf psa+ex とし、前記入力光の平均光パワーに基づく入力平均光子数をn in とし、前記入力光の相対強度雑音をRIN in とし、前記増幅光の相対強度雑音をRIN total としたとき、式(B)に基づいて前記雑音指数を算出するステップである
ことを特徴とする雑音指数測定方法。
Figure 0006039744
The noise figure measurement method according to claim 3 ,
The fourth step includes
The noise figure and f psa + ex, an input average number of photons based on the average optical power of the input light and n in, the relative intensity noise of the input light and RIN in, the relative intensity noise of the amplified light RIN total Is a step of calculating the noise figure based on the formula (B).
The noise figure measurement method characterized by the above-mentioned.
Figure 0006039744
位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第1相対強度雑音取得部と、A first relative intensity noise acquisition unit for acquiring a measurement value of the relative intensity noise of the input light measured based on the electric power obtained by photoelectrically converting the input light input to the phase sensitive optical amplifier;
前記位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第2相対強度雑音取得部と、  A second relative intensity noise acquisition unit for acquiring a measurement value of the relative intensity noise of the amplified light measured based on electric power obtained by photoelectrically converting the amplified light amplified by the phase sensitive optical amplifier;
前記位相感応光増幅器の利得の測定値を取得する利得取得部と、  A gain acquisition unit for acquiring a measured value of the gain of the phase sensitive optical amplifier;
前記入力光の平均光パワーの測定値を取得する入力光パワー取得部と、  An input optical power acquisition unit that acquires a measurement value of the average optical power of the input light;
前記第1相対強度雑音取得部で取得した前記入力光の相対強度雑音の測定値と、前記第2相対強度雑音取得部で取得した前記増幅光の相対強度雑音の測定値と、前記利得取得部で取得した前記位相感応光増幅器の利得の測定値と、前記入力光パワー取得部で取得した前記入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、前記位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と前記自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音を含む雑音指数を算出する雑音指数算出部と、を有する  The measurement value of the relative intensity noise of the input light acquired by the first relative intensity noise acquisition unit, the measurement value of the relative intensity noise of the amplified light acquired by the second relative intensity noise acquisition unit, and the gain acquisition unit Based on the measured value of the gain of the phase-sensitive optical amplifier obtained in step 4 and the measured value of the average optical power of the input light obtained by the input optical power acquisition unit, based on the spontaneous emission light in the phase-sensitive optical amplifier A noise figure calculation unit for calculating a noise figure including excess noise based on factors other than noise and the spontaneous emission light,
ことを特徴とする雑音指数測定装置。  A noise figure measurement apparatus characterized by the above.
位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第1相対強度雑音取得部と、
前記位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第2相対強度雑音取得部と、
前記入力光の平均光パワーの測定値を取得する入力光パワー取得部と、
前記第1相対強度雑音取得部で取得した前記入力光の相対強度雑音の測定値と、前記第2相対強度雑音取得部で取得した前記増幅光の相対強度雑音の測定値と、前記入力光パワー取得部で取得した前記入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、前記位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と前記自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音を含む雑音指数を算出する雑音指数算出部と、を有する
ことを特徴とする雑音指数測定装置。
A first relative intensity noise acquisition unit for acquiring a measurement value of the relative intensity noise of the input light measured based on the electric power obtained by photoelectrically converting the input light input to the phase sensitive optical amplifier;
A second relative intensity noise acquisition unit for acquiring a measurement value of the relative intensity noise of the amplified light measured based on electric power obtained by photoelectrically converting the amplified light amplified by the phase sensitive optical amplifier;
An input optical power acquisition unit that acquires a measurement value of the average optical power of the input light;
The measured value of the relative intensity noise of the input light acquired by the first relative intensity noise acquisition unit, the measured value of the relative intensity noise of the amplified light acquired by the second relative intensity noise acquisition unit, and the input light power Based on the measurement value of the average optical power of the input light acquired by the acquisition unit, a noise index including noise based on spontaneous emission light and excess noise based on factors other than the spontaneous emission light in the phase sensitive optical amplifier is calculated. And a noise figure calculation unit .
光を照射する光源と、
前記光源から照射された光の平均光パワーを測定する光パワー測定器と、
前記位相感応光増幅器と、
受光した光を電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器によって変換された電気信号に基づいて相対強度雑音を測定する相対強度雑音測定器と、
前記光源から出力された光を前記位相感応光増幅器に入力するとともに前記位相感応光増幅器から出力された光を前記光検出器に入力する経路、または前記光源から出力された光を前記位相感応光増幅器に入力させずに前記光検出器に入力する経路を形成する光スイッチと、
前記光パワー測定器によって測定された前記平均光パワーと、前記相対強度雑音測定器によって測定された相対強度雑音とが入力される請求項またはに記載の雑音指数測定装置と、を備える
ことを特徴とする雑音指数測定システム。
A light source that emits light;
An optical power measuring device for measuring the average optical power of the light emitted from the light source;
The phase sensitive optical amplifier;
A photodetector that converts the received light into an electrical signal;
A relative intensity noise measuring device for measuring relative intensity noise based on the electrical signal converted by the photodetector;
The light output from the light source is input to the phase sensitive optical amplifier and the light output from the phase sensitive optical amplifier is input to the photodetector, or the light output from the light source is the phase sensitive light. An optical switch that forms a path for input to the photodetector without being input to an amplifier;
The noise figure measurement device according to claim 5 or 6 , wherein the average optical power measured by the optical power measuring device and the relative intensity noise measured by the relative intensity noise measuring device are input. A noise figure measurement system.
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