JPH06341907A - 光伝送特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光伝送特性測定装置において測定周波数の確
度を改善した。 【構成】 光パルス発生手段１２は、固定周波数
（ｆ₀ ）の光を含んだ光パルスを発生する。この光パル
スは、光結合器１６及び波形整形器１７を経由してＡＯ
Ｍ４に入射される。ＡＯＭ４は、駆動信号（周波数ｆ）
によって駆動されており、入射した光パルスを回折光
（ｆ₀ ＋ｆ）と非回折光（ｆ₀ ）とに分岐して出射す
る。非回折光（測定光）は被測定物６に出射される。ま
た、回折光は光分岐回路１８に入射されて、一方は参照
光として光干渉手段７に、他方は光結合器１６に出射さ
れる。光結合器１６に入射された回折光の光パルスは、
再びＡＯＭ４へ入射されて、ここで再び回折光（ｆ₀ ＋
２ｆ）と非回折光（ｆ₀ ＋ｆ）に分岐されて出射され
る。この繰り返しによって周波数掃引が行われる。参照
光と、被測定物６を経由した測定光は、光干渉手段７で
ビート信号（周波数ｆ）に変換される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信や計測に利用さ
れる光波長フィルタ等の光学部品の伝送特性、すなわち
透過、吸収、反射等の振幅及び位相の周波数特性を計測
する光伝送特性測定装置に関し、特に測定周波数の確度
を改善した光伝送特性測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に、従来の光伝送特性測定装置（一
般に光波ネットワークアナイザと言われる）のブロック
図を示す。周波数可変の半導体レーザ１は周波数掃引し
た光を発生する。なお、周波数掃引は、周波数掃引手段
２がペルチェ素子等により半導体レーザ１の温度制御を
行って、半導体レーザ１の発振動作点を変化させること
によって行われる。半導体レーザ１から出射された光
は、光分岐回路３に入射し、ここで二つの経路に分岐さ
れて、一方は音響光学変調器４（以下ＡＯＭ４という）
へ、また他方は参照光として光結合器８へ出射される。

【０００３】ＡＯＭ４は、駆動信号源５から出力される
駆動信号によって駆動されており、光分岐回路３から入
射された光を駆動周波数ｆだけ周波数シフトさせ（回折
光という）て、測定光として被測定物６へ出射する。な
お、駆動信号の駆動周波数ｆはＡＯＭ４で十分な回折効
率が得られるように、例えば１００ＭＨｚに設定されて
いる。

【０００４】被測定物６を透過してきた測定光は、光結
合器８へ入射される。光結合器８は、この測定光と上述
の光分岐回路３からの参照光とを合波させて干渉光を出
射する。光電変換器９は、この干渉光を電気的なビート
信号に変換し、振幅検出器１０及び位相比較器１１に出
力する。ビート信号の周波数はＡＯＭ４の駆動周波数ｆ
と同一であり、上記の例の場合には１００ＭＨｚとな
る。なお、光結合器８と光電変換器９は光干渉手段７を
構成している。

【０００５】振幅検出器１０は、ビート信号を検波し
て、被測定物６が測定光に与える振幅減衰率を検出す
る。また、位相比較器１１は、駆動信号源５の駆動信号
（位相比較の基準となる）とビート信号との位相比較を
行って、被測定物６が測定光に与える位相推移量を検出
する。そして、これらの検出結果を、半導体レーザ１の
周波数掃引に対応させて、表示器（図示してない）等に
表示することによって、被測定物（例えば光波長フィル
タ等）の振幅及び位相の周波数特性を測定することがで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、周波数掃引の
方法として、周波数可変の半導体レーザ１の温度を制御
して発振動作点を変える従来の方法では、周波数掃引中
の周波数確度が数１００ＭＨｚと低いために、ファブリ
・ペロ共振器（図４( ａ) ）のような狭帯域の被測定物
を測定する際のように、数１０ＭＨｚ以下の確度を必要
とするときに問題が生ずる。すなわち、周波数設定が一
度だけで簡単にすまない。仮に、何回か周波数設定をや
り直して測定ができるようになったとしても、ファブリ
・ペロ共振器の二つの振幅のピーク点（図４( ｂ) の(
イ) ）の周波数を正確に把握できないという問題があっ
た。

【０００７】また、上述のような方法で周波数掃引を行
っているために、周波数の再現性、安定性が悪い、ま
た、半導体レーザ１のマウント部分やペルチェ素子等の
持つ熱的時定数に制限されて、掃引時間が２０秒／２０
ＧＨｚと遅い（測定時間が長い）等、実用的な測定装置
として問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、音響光学変調器と帰還路とで光パルス
を周回させるための光ループ路を形成して、この光ルー
プ路に周波数固定の光パルスを導入して周回させ、各周
回毎に音響光学変調器の駆動周波数ｆだけ周波数シフト
させることで、階段状に周波数掃引を行うようにした。
また、音響光学変調器に周波数掃引のための周波数シフ
ト手段と、光パルスを非回折光と該非回折光に対して駆
動周波数ｆだけ異なる回折光とに分岐する分岐手段とを
兼ねさせた。

【０００９】

【作用】周波数掃引中の周波数は、光パルスに含まれる
固定の光周波数を基準にして、音響光学変調器の駆動周
波数ｆの整数倍となるために、掃引中の相対的な周波数
確度を駆動周波数ｆの確度と同等に高くすることができ
る。そして、掃引時間も、主に光パルスの光ループ路を
周回する時間で決まるために、高速にすることができ
る。また、音響光学変調器に周波数シフト手段と分岐手
段とを兼ねさせることで、周波数掃引に必要な回折光は
もちろん、非回折光も有効に利用することができ、その
結果、参照光と測定光とを同時に音響光学変調器で発生
させることができる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す光伝送特性測
定装置のブロック図である。なお、従来例と同一の構成
部分には同一の符号を付け、その部分の詳細な説明は省
略する。光パルス発生手段１２は、光源１３と光パルス
変調器１４で構成され、固定周波数の光（周波数掃引さ
れていない光）を含んだ光パルスを発生する。すなわ
ち、周波数固定の光源１３は、周波数の安定した光を連
続的に発生して、光パルス変調器１４へ出射する。光パ
ルス変調器１４は、制御装置１９から入力されるパルス
信号で、光源１３から入射する光にパルス変調をかけて
光パルスを発生する。

【００１１】上記光パルスは、光結合器１６、波形整形
器１７を経由して、ＡＯＭ４へ入射される。ＡＯＭ４
は、駆動信号源５から出力される駆動信号（周波数ｆ）
によって駆動されており、入射された光パルスによっ
て、駆動周波数ｆだけ周波数シフトさせた光パルス（１
次光又は回折光という）と周波数シフトさせない光パル
ス（０次光又は非回折光という）とを発生させるととも
に、これらの光パルスを回折光と非回折光とに分岐し
て、空間的に異なる方向に出射する。すなわち、回折光
の光パルスは光分岐回路１８に、また非回折光の光パル
スは測定光として被測定物６に出射される。

【００１２】この場合、ＡＯＭ４へ入射された光パルス
の周波数をｆ₀ と仮定すると、非回折光の周波数は入射
された光パルスと同一のｆ₀ 、また回折光の周波数はｆ
₀ ＋ｆとなる。なお、ｆ₀ ＋ｆは回折光に＋１次光を用
いる場合で、−１次光を用いる場合はｆ₀ −ｆとなる。
以下、＋１次光を用いる場合について説明する。

【００１３】次に、光分岐回路１８に入射された回折光
の光パルスは、ここで分岐されて、一方は参照光として
光干渉手段７に、また他方は光結合器１６に出射され
る。光結合器１６に入射された回折光の光パルスは、波
形整形器１７を経由して、再びＡＯＭ４へ入射される。
そして、ＡＯＭ４は入射した光パルスを再び回折光と非
回折光に分岐して出射する。このとき、それぞれの周波
数は、非回折光がｆ₀ ＋ｆ、回折光がｆ₀ ＋２ｆとな
る。

【００１４】以上の周波数の変化から、ＡＯＭ４から出
射された回折光が、光分岐回路１８、光結合器１６及び
波形整形器１７を経由して、ＡＯＭ４に入射されて出射
される毎に、非回折光及び回折光の周波数がそれぞれ周
波数ｆずつ大きくなる、すなわち周波数掃引されること
が分かる。

【００１５】したがって、光分岐回路１８、光結合器１
６及び波形整形器１７で帰還路１５を形成し、かつ、こ
の帰還路１５とＡＯＭ４とで光ループ路を形成して、光
パルス発生手段１２からの光パルスをこの光ループ路に
導入するとともに周回させ、各周回毎に、ＡＯＭ４の駆
動周波数ｆだけ周波数をシフトさせることによって、階
段状の周波数掃引が行われる。なお、上記帰還路１５に
は、図１には示していないが光ファイバを含む場合があ
る。

【００１６】なお、波形整形器１７は、光ループ路のＡ
ＯＭ４、光分岐回路１８及び光結合器１６の損失を補う
だけでなく、光量が増加し過ぎると利得の飽和によって
リミッタとして機能するもので、ファイバーアンプ、Ｌ
Ｄアンプ等で構成される。

【００１７】ここで、図２を用いて、上述の周波数掃引
の動作を説明する。光源１３は、図２の（ｃ）に示すよ
うに周波数ｆ₀ の連続光を発生している。光パルス変調
器１４は、制御装置１９から出力される、（ａ）に示す
ようなパルス信号（パルス幅Ｔp ，周期Ｔs ）で上記連
続光にパルス変調をかけて、（ｄ）に示すように周波数
ｆ₀ ，パルス幅Ｔp の光パルスを発生する。この光パル
スは光結合器１６及び波形整形器１７を経由してＡＯＭ
４に入射される。

【００１８】ＡＯＭ４は、駆動信号源５からの駆動信号
（周波数ｆ）で駆動されており、入射した光パルスを非
回折光と回折光に分岐して出射する。この初めに出射さ
れた非回折光と回折光の周波数は、図２の（ｅ），
（ｆ）のに示すように、それぞれｆ₀ ，ｆ₀ ＋ｆとな
る。そして、ＡＯＭ４から出射された回折光の光パルス
は、帰還路１５を経由してＡＯＭ４に再度入射され（光
ループ路を１回周回する）て、ＡＯＭ４から再度出射
（２回目）される。この２回目に出射された非回折光と
回折光の周波数は、（ｅ），（ｆ）のに示すように、
それぞれｆ₀ ＋ｆ，ｆ₀ ＋２ｆとなる。さらに続いて、
光パルスが光ループ路を上記のように周回すると、その
周回毎に、非回折光と回折光の周波数は、（ｅ），
（ｆ）の，，に示すように、それぞれｆずつ大き
くなる。

【００１９】そして、上記の次に周回してＡＯＭ４に
入射された光パルスは、（ｅ）のに示すように、非回
折光としてのみ（回折光の発生はない）出射される。す
なわち、１回目の掃引（ｔ₀ から開始）は、〜の期
間で終了し、においては、光ループ路に残存してい
て、次の掃引（ｔ₃ から開始）に不要な光パルスを放出
している。このために、制御装置１９は、（ｂ）に示す
ような制御信号によって駆動信号源５を制御して、ｔ₂
〜ｔ₃ の期間はＡＯＭ４に駆動信号が供給されないよう
にしている。なお、ｔ₀ 〜ｔ₂ の期間は、ＡＯＭ４に駆
動信号が供給されている。以上のような動作を繰り返し
て、２回目、３回目・・の周波数掃引が行われる。

【００２０】なお、光パルスのパルス幅Ｔp は光ループ
路の光伝搬時間以下の時間幅でなければならない。図２
の（ｅ），（ｆ）に示したものは、パルス幅Ｔp と光伝
搬時間とを等しくして、擬似的な連続光にした例であ
る。パルス幅Ｔp と光伝搬時間とを等しくする方法とし
ては、パルス幅Ｔp を調整するか、又は帰還路１５に光
ファイバを付加（又は長さ変更）することによって光伝
搬時間を調整する方法等がある。このようにして、参照
光と測定光とが階段状に周波数掃引されて、光分岐回路
１８及びＡＯＭ４からそれぞれ出射される。

【００２１】参照光と、被測定物６を透過してきた測定
光は、光結合器８及び光電変換器９で構成される光干渉
手段７へ入射されて、周波数ｆの電気的なビート信号に
変換され出力される。振幅検出器１０は、このビート信
号を検波して被測定物の振幅特性を検出する。また、位
相比較器１１は、このビート信号と駆動信号（周波数
ｆ）との位相比較を行って、被測定物の位相特性を検出
する。したがって、以上説明したような光伝送特性測定
装置であれば、図４（ｂ）に示すファブリ・ペロ共振器
の急峻な特性についても、容易かつ正確に測定すること
ができる。

【００２２】なお、図１の実施例においては、光パルス
発生手段１２が光源１３と光パルス変調器１４で構成さ
れるようにしたが、これに限定されるものではなく、パ
ルス信号で直に光パルスを発生させる光パルス発生器で
あってもよい。また、上記実施例では、周波数を順次増
大する例を示したが、順次減少させる場合には、回折光
として前述の−１次光を用いるようにすればよい。

【００２３】また、上記実施例では、被測定物６の振幅
・位相特性を測定する場合について説明したが、反射特
性の測定を行う場合には、図５に示すように、ＡＯＭ４
と被測定物６との間に光方向性結合器２０を付加すれば
よい。さらに、上記実施例では、非回折光を測定光に、
回折光を参照光として用いるようにしたが、その逆であ
ってもよい。

【００２４】

【発明の効果】周波数掃引中の周波数は、光パルスに含
まれる固定の光周波数を基準にして、音響光学変調器
（ＡＯＭ）の駆動周波数ｆの整数倍となるために、掃引
中の相対的な周波数確度を駆動周波数ｆの確度と同等の
数Ｈｚと高くすることができた。そして、光パルス発生
手段に基準光源を使用することにより、絶対確度は１．
５μｍ帯で１０ＭＨｚ以下にできた。その結果、周波数
の再現性、安定性も優れたものとなった。

【００２５】また、掃引時間は、主に光パルスの光ルー
プ路を周回する時間で決まるために、従来の２０秒／２
０ＧＨｚに対して、２０ｍ秒／２０ＧＨｚと高速にする
ことができた。なお、この掃引時間は、音響光学変調器
の駆動周波数を１０ＭＨｚ、光ループ路の光路長を３ｋ
ｍ（帰還路の光ファイバ長は約２ｋｍ）とした場合の値
である。また、音響光学変調器に周波数シフト手段と分
岐手段とを兼ねさせることで、周波数掃引に必要な回折
光はもちろん、非回折光も有効に利用することができ、
その結果、参照光と測定光とを同時に音響光学変調器で
発生させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す光伝送特性測定装置
のブロック図、

【図２】 本発明の各部の動作状態を示すタイミング
図、

【図３】 従来例を示すブロック図、

【図４】 ファブリ・ペロ共振器の構成とその特性を示
す図、

【図５】 本発明の他の実施例を示す図。

【符号の説明】

４・・・・音響光学変調器（ＡＯＭ）、５・・・・駆動信号源、
６・・・・被測定物、７・・・・光干渉手段、８，１６・・・・光結
合器、９・・・・光電変換器、１０・・・・振幅検出器、１１・・
・・位相比較器、１２・・・・光パルス発生手段、１３・・・・光
源、１４・・・・光パルス変調器、１５・・・・帰還路、１７・・
・・波形整形器、１８・・・・光分岐回路、１９・・・・制御装
置、２０・・・・光方向性結合器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 参照光と被測定物を透過する測定光とか
   ら被測定物の伝送特性を測定する光伝送特性測定装置に
   おいて、 光パルスを発生する光パルス発生手段（１２）と、 前記光パルスを非回折光と該非回折光に対して駆動周波
   数ｆだけ異なる回折光とに分岐する音響光学変調器
   （４）と、 前記回折光を該音響光学変調器に入射する帰還路（１
   ５）と、 該帰還路の一部に設けられ前記音響光学変調器に入射す
   る回折光の光量を一定に保つ波形整形器（１７）と、 前記音響光学変調器に駆動周波数ｆを入力するための駆
   動信号源（５）と、 前記帰還路の一部に設けられた回折光の一部を取り出す
   ための光分岐手段（１８）と、 前記非回折光及び該光分岐手段で取り出した回折光のう
   ちの被測定物を通過した一方の光と他方の光との干渉を
   得る光干渉手段（７）とを備えた光伝送特性測定装置。