JP7308873B2

JP7308873B2 - 光信号波形測定装置及び光信号波形測定方法

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Publication number: JP7308873B2
Application number: JP2021063094A
Authority: JP
Inventors: 真樹上野; 崇村上
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2041-04-01
Also published as: JP2022158309A

Description

本開示は、光信号を電気信号に変換し、光信号の波形を測定する技術に関する。

光信号を電気信号に変換し、光信号の波形を測定する技術が、特許文献１等に開示されている。特許文献１では、測定波長毎に信号変換部を選択している。

特開２０１８－１２４２３７号公報

ところで、光信号波形測定対象から出力された光信号の電力は、光信号波形測定対象毎に異なることがある。すると、光信号波形測定対象から出力された光信号の電力が大きいときには、光信号を電気信号に変換する信号変換部で電気信号歪みが生じることがある。そして、光信号波形測定対象から出力された光信号の電力がさらに大きいときには、信号変換部が損傷する原因となる。

そこで、光信号波形測定対象から出力された光信号の電力が大きいときには、ユーザが光信号波形測定装置に加え、可変減衰装置を用意する必要がある。そして、可変減衰装置から出力された光信号の電力が、信号変換部に入力されるべき範囲の光信号の電力と等しくなるように、ユーザが光信号波形測定対象から出力された光信号の減衰量を調整する必要がある。よって、測定開始前に減衰量調整する手間が生じるという問題があった。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、光信号波形測定対象から出力された光信号の電力が、光信号波形測定対象毎に異なるとき（特に大きいとき）であっても、ユーザが光信号波形測定装置に加え、可変減衰装置を用意することなく、自動的に光信号波形測定対象から出力された光信号の減衰量を適切な減衰量に調整することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、光信号の波形を測定する光信号波形測定装置であって、自装置に入力された光信号の減衰量を可変可能な可変減衰部と、前記可変減衰部から出力された光信号を電気信号に変換する信号変換部と、前記信号変換部から出力された電気信号の電力と、前記信号変換部の変換効率と、に基づいて、前記可変減衰部から出力された光信号の電力を監視する電力監視部と、前記可変減衰部から出力された光信号の電力が所定の電力と等しくなるように、前記自装置に入力された光信号の減衰量を調整する減衰量調整部と、前記可変減衰部から出力された光信号の電力が前記所定の電力と等しくなったときに、前記信号変換部から出力された電気信号の波形を測定する波形測定部と、を前記自装置の筐体内に備えることを特徴とする光信号波形測定装置である。

請求項１に係る発明において、請求項２に係る発明は、前記減衰量調整部は、（１）前記自装置の測定の初期段階では、前記自装置に入力された光信号の減衰量を所定の減衰量に設定し、（２）前記可変減衰部から出力された光信号の電力が前記所定の電力と比べて大きいときには、前記自装置に入力された光信号の減衰量を前記所定の減衰量と比べて大きい減衰量に調整し、（３）前記可変減衰部から出力された光信号の電力が前記所定の電力と比べて小さいときには、前記自装置に入力された光信号の減衰量を前記所定の減衰量と比べて小さい減衰量に調整することを特徴とする光信号波形測定装置である。

請求項１又は２に係る発明において、請求項３に係る発明は、前記波形測定部は、前記可変減衰部から出力された光信号の前記所定の電力と、前記自装置に入力された光信号の調整済みの減衰量と、前記自装置の入力端子の接続損失と、前記入力端子から前記可変減衰部を経て前記信号変換部までの光ファイバの伝送損失と、に基づいて、前記自装置に入力された光信号の電力を測定することを特徴とする光信号波形測定装置である。

前記課題を解決するために、請求項４に係る発明は、光信号の波形を測定する光信号波形測定装置を用いる光信号波形測定方法であって、自装置に入力された光信号の減衰量を可変可能な可変減衰手順と、前記可変減衰手順で出力された光信号を電気信号に変換する信号変換手順と、前記信号変換手順で出力された電気信号の電力と、前記信号変換手順の変換効率と、に基づいて、前記可変減衰手順で出力された光信号の電力を監視する電力監視手順と、前記可変減衰手順で出力された光信号の電力が所定の電力と等しくなるように、前記自装置に入力された光信号の減衰量を調整する減衰量調整手順と、前記可変減衰手順で出力された光信号の電力が前記所定の電力と等しくなったときに、前記信号変換手順で出力された電気信号の波形を測定する波形測定手順と、を前記自装置の筐体内で行うことを特徴とする光信号波形測定方法である。

請求項４に係る発明において、請求項５に係る発明は、前記減衰量調整手順は、（１）前記自装置の測定の初期段階では、前記自装置に入力された光信号の減衰量を所定の減衰量に設定し、（２）前記可変減衰手順で出力された光信号の電力が前記所定の電力と比べて大きいときには、前記自装置に入力された光信号の減衰量を前記所定の減衰量と比べて大きい減衰量に調整し、（３）前記可変減衰手順で出力された光信号の電力が前記所定の電力と比べて小さいときには、前記自装置に入力された光信号の減衰量を前記所定の減衰量と比べて小さい減衰量に調整することを特徴とする光信号波形測定方法である。

請求項４又は５に係る発明において、請求項６に係る発明は、前記波形測定手順は、前記可変減衰手順で出力された光信号の前記所定の電力と、前記自装置に入力された光信号の調整済みの減衰量と、前記自装置の入力端子の接続損失と、前記入力端子から前記可変減衰手順を経て前記信号変換手順までの光ファイバの伝送損失と、に基づいて、前記自装置に入力された光信号の電力を測定することを特徴とする光信号波形測定方法である。

このように、本開示は、光信号波形測定対象から出力された光信号の電力が、光信号波形測定対象毎に異なるとき（特に大きいとき）であっても、ユーザが光信号波形測定装置に加え、可変減衰装置を用意することなく、自動的に光信号波形測定対象から出力された光信号の減衰量を適切な減衰量に調整することができる。

本開示の光信号波形測定装置の構成を示す図である。本開示の光信号波形測定方法の手順を示す図である。本開示の大電力の入力光信号に対する処理を示す図である。本開示の小電力の入力光信号に対する処理を示す図である。本開示の減衰量制御及び補正表示のテーブルを示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

本開示の光信号波形測定装置の構成を図１に示す。本開示の光信号波形測定方法の手順を図２に示す。光信号波形測定装置２は、入力端子２１、可変減衰部２２、信号変換部２３、波形測定部２４、電力監視部２５及び減衰量調整部２６を、自装置の筐体内に備える。

光信号波形測定対象１は、例えばＤＵＴ（ＤｅｖｉｃｅＵｎｄｅｒＴｅｓｔ）等である。光信号波形測定装置２は、例えば光サンプリングオシロスコープ等である。光信号波形測定対象１と光信号波形測定装置２とは、接続端子１１及び入力端子２１を介して接続される。

可変減衰部２２は、例えばＶＯＡ（ＶａｒｉａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｔｔｅｎｕａｔｏｒ）等であり、例えば電圧信号等を可変減衰量の制御信号として入力している。信号変換部２３は、例えばＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）等であり、光信号を電気信号に変換する変換効率が入力光電力で所定の特性を有している。

光信号波形測定対象１から出力された光信号の電力は、光信号波形測定対象１毎に異なることがある（大きいことがあり、小さいこともある。）。そこで、本開示の大電力（例えば＋数ｄＢｍ以上）の入力光信号に対する処理を図３に示す。そして、本開示の小電力（例えば－１０数ｄＢｍ以下）の入力光信号に対する処理を図４に示す。さらに、本開示の減衰量制御及び補正表示のテーブルを図５に示す。

図３の左欄、中欄及び右欄では、それぞれ、大電力の入力光信号に対する処理のうちの、測定の初期段階、減衰量の制御段階及び結果の表示段階を示す。

測定の初期段階として、減衰量調整部２６は、光信号波形測定装置２の測定の初期段階では、光信号波形測定装置２に入力された光信号（大電力Ｐ_ＩＨ）の減衰量を所定の減衰量Ａ_Ｉに設定する（ステップＳ１）。ここで、所定の減衰量Ａ_Ｉは、光信号波形測定対象１から出力された光信号の電力のレンジが考慮されたうえで、光信号を電気信号に変換する信号変換部２３で電気信号歪みが小さくなる減衰量（減衰後に、例えば＋数ｄＢｍ以下）に設定され、電気信号ＳＮ比が良くなる（例えばシングルモードファイバ（ＳＭＦ）であれば、ＳＮ比が所望の値、例えば１５～１６ｄＢ以上）減衰量に設定される。或いは、所定の減衰量Ａ_Ｉは、光信号波形測定対象１から出力された光信号の電力のレンジが考慮されたうえで、ユーザの指定の減衰量に設定されてもよい。

可変減衰部２２は、光信号波形測定装置２に入力された光信号（大電力Ｐ_ＩＨ）の減衰量を可変可能である（ステップＳ２）。信号変換部２３は、可変減衰部２２から出力された光信号（電力Ｐ_ＡＨ）を電気信号に変換する（ステップＳ３）。電力監視部２５は、信号変換部２３から出力された電気信号の電力と、信号変換部２３の変換効率と、に基づいて、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＨを監視する（ステップＳ４）。

光信号波形測定装置２に入力された光信号の大電力Ｐ_ＩＨは、所定の減衰量Ａ_Ｉと、入力端子２１の接続損失Ｌ_Ｉと、入力端子２１から可変減衰部２２を経て信号変換部２３までの光ファイバの伝送損失Ｌ_Оと、を受けて、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＨ＝Ｐ_ＩＨ－（Ａ_Ｉ＋Ｌ_Ｉ＋Ｌ_О）（単位はｄＢｍ）に減衰される。

減衰量の制御段階として、減衰量調整部２６は、可変減衰部２２から出力された光信号の電力が所定の電力Ｐ_ＡＦと等しくなるように、光信号波形測定装置２に入力された光信号（大電力Ｐ_ＩＨ）の減衰量を調整する。ここで、所定の電力Ｐ_ＡＦは、信号変換部２３の入力光電力の適切な範囲が考慮されたうえで、光信号を電気信号に変換する信号変換部２３で電気信号歪みが小さくなる電力（減衰後に、例えば＋数ｄＢｍ以下）にまで減衰され、電気信号ＳＮ比が良くなる（例えばシングルモードファイバ（ＳＭＦ）であれば、ＳＮ比が所望の値、例えば１５～１６ｄＢ以上）電力にまで減衰される。

具体的には、減衰量調整部２６は、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＨが所定の電力Ｐ_ＡＦと比べて大きいため（ステップＳ５で「出力＞所定」）、光信号波形測定装置２に入力された光信号（大電力Ｐ_ＩＨ）の減衰量を、所定の減衰量Ａ_Ｉと比べて大きい減衰量Ａ_ＦＨに調整する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ２～Ｓ４が再実行される。

光信号波形測定装置２に入力された光信号の大電力Ｐ_ＩＨは、大きい減衰量Ａ_ＦＨと、入力端子２１の接続損失Ｌ_Ｉと、入力端子２１から可変減衰部２２を経て信号変換部２３までの光ファイバの伝送損失Ｌ_Оと、を受けて、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＦ＝Ｐ_ＩＨ－（Ａ_ＦＨ＋Ｌ_Ｉ＋Ｌ_О）（単位はｄＢｍ）に減衰される。

結果の表示段階として、波形測定部２４は、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＦが所定の電力Ｐ_ＡＦと等しくなったため（ステップＳ５で「出力＝所定」）、信号変換部２３から出力された電気信号の電力を受ける（ステップＳ８）。そして、波形測定部２４は、信号変換部２３から出力された電気信号の電力に信号変換部２３の変換効率を適用して、光信号波形測定装置２に入力された光信号の電力を測定し、電力を例えば縦軸として、時間を例えば横軸として、波形を表示する（具体的には、ステップＳ９）。

つまり、波形測定部２４は、可変減衰部２２から出力された光信号の所定の電力Ｐ_ＡＦと、光信号波形測定装置２に入力された光信号の調整済みの減衰量Ａ_ＦＨと、入力端子２１の接続損失Ｌ_Ｉと、入力端子２１から可変減衰部２２を経て信号変換部２３までの光ファイバの伝送損失Ｌ_Оと、に基づいて、光信号波形測定装置２に入力された光信号の大電力Ｐ_ＩＨ＝Ｐ_ＡＦ＋（Ａ_ＦＨ＋Ｌ_Ｉ＋Ｌ_О）（単位はｄＢｍ）を測定・表示する（ステップＳ９）。

なお、減衰量調整部２６は、図５に示した減衰量制御のテーブルを参照したうえで、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＨに基づいて、所定の減衰量Ａ_Ｉと比べて大きい減衰量Ａ_ＦＨ＝Ａ_Ｉ＋（Ｐ_ＡＨ－Ｐ_ＡＦ）（単位はｄＢｍ）を調整してもよい。また、波形測定部２４は、図５に示した補正表示のテーブルを参照したうえで、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＨに基づいて、光信号波形測定装置２に入力された光信号の大電力Ｐ_ＩＨ＝Ｐ_ＡＦ＋（Ａ_ＦＨ＋Ｌ_Ｉ＋Ｌ_О）（単位はｄＢｍ）を測定・表示してもよい。

図４の左欄、中欄及び右欄では、それぞれ、小電力の入力光信号に対する処理のうちの、測定の初期段階、減衰量の制御段階及び結果の表示段階を示す。

測定の初期段階として、減衰量調整部２６は、光信号波形測定装置２の測定の初期段階では、光信号波形測定装置２に入力された光信号（小電力Ｐ_ＩＬ）の減衰量を所定の減衰量Ａ_Ｉに設定する（ステップＳ１）。ここで、所定の減衰量Ａ_Ｉは、光信号波形測定対象１から出力された光信号の電力のレンジが考慮されたうえで、電気信号ＳＮ比が良くなる（例えばシングルモードファイバ（ＳＭＦ）であれば、ＳＮ比が所望の値、例えば１５～１６ｄＢ以上）減衰量に設定され、光信号を電気信号に変換する信号変換部２３で電気信号歪みが小さくなる減衰量（減衰後に、例えば＋数ｄＢｍ以下）に設定される。或いは、所定の減衰量Ａ_Ｉは、光信号波形測定対象１から出力された光信号の電力のレンジが考慮されたうえで、ユーザの指定の減衰量に設定されてもよい。

可変減衰部２２は、光信号波形測定装置２に入力された光信号（小電力Ｐ_ＩＬ）の減衰量を可変可能である（ステップＳ２）。信号変換部２３は、可変減衰部２２から出力された光信号（電力Ｐ_ＡＬ）を電気信号に変換する（ステップＳ３）。電力監視部２５は、信号変換部２３から出力された電気信号の電力と、信号変換部２３の変換効率と、に基づいて、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＬを監視する（ステップＳ４）。

光信号波形測定装置２に入力された光信号の小電力Ｐ_ＩＬは、所定の減衰量Ａ_Ｉと、入力端子２１の接続損失Ｌ_Ｉと、入力端子２１から可変減衰部２２を経て信号変換部２３までの光ファイバの伝送損失Ｌ_Оと、を受けて、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＬ＝Ｐ_ＩＬ－（Ａ_Ｉ＋Ｌ_Ｉ＋Ｌ_О）（単位はｄＢｍ）に減衰される。

減衰量の制御段階として、減衰量調整部２６は、可変減衰部２２から出力された光信号の電力が所定の電力Ｐ_ＡＦと等しくなるように、光信号波形測定装置２に入力された光信号（小電力Ｐ_ＩＬ）の減衰量を調整する。ここで、所定の電力Ｐ_ＡＦは、信号変換部２３の入力光電力の適切な範囲が考慮されたうえで、電気信号ＳＮ比が良くなる（例えばシングルモードファイバ（ＳＭＦ）であれば、ＳＮ比が所望の値、例えば１５～１６ｄＢ以上）電力にまで減衰され、光信号を電気信号に変換する信号変換部２３で電気信号歪みが小さくなる電力（減衰後に、例えば＋数ｄＢｍ以下）にまで減衰される。

具体的には、減衰量調整部２６は、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＬが所定の電力Ｐ_ＡＦと比べて小さいため（ステップＳ５で「出力＜所定」）、光信号波形測定装置２に入力された光信号（小電力Ｐ_ＩＬ）の減衰量を、所定の減衰量Ａ_Ｉと比べて小さい減衰量Ａ_ＦＬに調整する（ステップＳ７）。そして、ステップＳ２～Ｓ４が再実行される。

光信号波形測定装置２に入力された光信号の小電力Ｐ_ＩＬは、小さい減衰量Ａ_ＦＬと、入力端子２１の接続損失Ｌ_Ｉと、入力端子２１から可変減衰部２２を経て信号変換部２３までの光ファイバの伝送損失Ｌ_Оと、を受けて、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＦ＝Ｐ_ＩＬ－（Ａ_ＦＬ＋Ｌ_Ｉ＋Ｌ_О）（単位はｄＢｍ）に減衰される。

つまり、波形測定部２４は、可変減衰部２２から出力された光信号の所定の電力Ｐ_ＡＦと、光信号波形測定装置２に入力された光信号の調整済みの減衰量Ａ_ＦＬと、入力端子２１の接続損失Ｌ_Ｉと、入力端子２１から可変減衰部２２を経て信号変換部２３までの光ファイバの伝送損失Ｌ_Оと、に基づいて、光信号波形測定装置２に入力された光信号の小電力Ｐ_ＩＬ＝Ｐ_ＡＦ＋（Ａ_ＦＬ＋Ｌ_Ｉ＋Ｌ_О）（単位はｄＢｍ）を測定・表示する（ステップＳ９）。

なお、減衰量調整部２６は、図５に示した減衰量制御のテーブルを参照したうえで、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＬに基づいて、所定の減衰量Ａ_Ｉと比べて小さい減衰量Ａ_ＦＬ＝Ａ_Ｉ－（Ｐ_ＡＦ－Ｐ_ＡＬ）（単位はｄＢｍ）を調整してもよい。また、波形測定部２４は、図５に示した補正表示のテーブルを参照したうえで、可変減衰部２２から出力された光信号の電力Ｐ_ＡＬに基づいて、光信号波形測定装置２に入力された光信号の小電力Ｐ_ＩＬ＝Ｐ_ＡＦ＋（Ａ_ＦＬ＋Ｌ_Ｉ＋Ｌ_О）（単位はｄＢｍ）を測定・表示してもよい。

以上に説明したように、光信号波形測定対象１から出力された光信号の電力が、光信号波形測定対象１毎に異なるとき（大きい／小さいとき、特に大きいとき）であっても、ユーザが光信号波形測定装置２に加え、可変減衰装置を用意することなく、自動的に光信号波形測定対象１から出力された光信号の減衰量を適切な減衰量に調整することができる。

そして、光信号波形測定対象１から出力された光信号の減衰量と、光信号波形測定装置２の筐体内の接続損失及び伝送損失と、を自動的に加味したうえで、可変減衰部２２から出力された光信号の電力を測定・表示するのではなく、光信号波形測定装置２に入力された光信号の電力（ユーザの所望電力）を測定・表示することができる。

本開示の光信号波形測定装置及び光信号波形測定方法は、例えば光サンプリングオシロスコープ等に適用することができ、ユーザが光サンプリングオシロスコープ等に加え、可変減衰装置を用意することなく、測定可能な入力光の電力範囲を拡大することができる。

１：光信号波形測定対象
２：光信号波形測定装置
１１：接続端子
２１：入力端子
２２：可変減衰部
２３：信号変換部
２４：波形測定部
２５：電力監視部
２６：減衰量調整部

Claims

光信号の波形を測定する光信号波形測定装置であって、
自装置に入力された光信号の減衰量を可変可能な可変減衰部と、
前記可変減衰部から出力された光信号を電気信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部から出力された電気信号の電力と、前記信号変換部の変換効率と、に基づいて、前記可変減衰部から出力された光信号の電力を監視する電力監視部と、
前記可変減衰部から出力された光信号の電力が所定の電力と等しくなるように、前記自装置に入力された光信号の減衰量を調整する減衰量調整部と、
前記可変減衰部から出力された光信号の電力が前記所定の電力と等しくなったときに、前記信号変換部から出力された電気信号の波形を測定する波形測定部と、
を前記自装置の筐体内に備え、
前記波形測定部は、前記可変減衰部から出力された光信号の前記所定の電力と、前記自装置に入力された光信号の調整済みの減衰量と、前記自装置の入力端子の接続損失と、前記入力端子から前記可変減衰部を経て前記信号変換部までの光ファイバの伝送損失と、に基づいて、前記自装置に入力された光信号の電力を測定する
ことを特徴とする光信号波形測定装置。
前記減衰量調整部は、（１）前記自装置の測定の初期段階では、前記自装置に入力された光信号の減衰量を所定の減衰量に設定し、（２）前記可変減衰部から出力された光信号の電力が前記所定の電力と比べて大きいときには、前記自装置に入力された光信号の減衰量を前記所定の減衰量と比べて大きい減衰量に調整し、（３）前記可変減衰部から出力された光信号の電力が前記所定の電力と比べて小さいときには、前記自装置に入力された光信号の減衰量を前記所定の減衰量と比べて小さい減衰量に調整する
ことを特徴とする、請求項１に記載の光信号波形測定装置。
光信号の波形を測定する光信号波形測定装置を用いる光信号波形測定方法であって、
自装置に入力された光信号の減衰量を可変可能な可変減衰手順と、
前記可変減衰手順で出力された光信号を電気信号に変換する信号変換手順と、
前記信号変換手順で出力された電気信号の電力と、前記信号変換手順の変換効率と、に基づいて、前記可変減衰手順で出力された光信号の電力を監視する電力監視手順と、
前記可変減衰手順で出力された光信号の電力が所定の電力と等しくなるように、前記自装置に入力された光信号の減衰量を調整する減衰量調整手順と、
前記可変減衰手順で出力された光信号の電力が前記所定の電力と等しくなったときに、前記信号変換手順で出力された電気信号の波形を測定する波形測定手順と、
を前記自装置の筐体内で行い、
前記波形測定手順は、前記可変減衰手順で出力された光信号の前記所定の電力と、前記自装置に入力された光信号の調整済みの減衰量と、前記自装置の入力端子の接続損失と、前記入力端子から前記可変減衰手順を経て前記信号変換手順までの光ファイバの伝送損失と、に基づいて、前記自装置に入力された光信号の電力を測定する
ことを特徴とする光信号波形測定方法。
前記減衰量調整手順は、（１）前記自装置の測定の初期段階では、前記自装置に入力された光信号の減衰量を所定の減衰量に設定し、（２）前記可変減衰手順で出力された光信号の電力が前記所定の電力と比べて大きいときには、前記自装置に入力された光信号の減衰量を前記所定の減衰量と比べて大きい減衰量に調整し、（３）前記可変減衰手順で出力された光信号の電力が前記所定の電力と比べて小さいときには、前記自装置に入力された光信号の減衰量を前記所定の減衰量と比べて小さい減衰量に調整する
ことを特徴とする、請求項３に記載の光信号波形測定方法。