JPH07146209A - 光受信器特性測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡易な構成で高い光出力が得られる光源を用い
て、校正手順を一切必要としない光受信器のトランスイ
ンピーダンス特性と雑音特性の簡易な測定方法および装
置を提供する。 【構成】エルビウム添加光ファイバ２と励起光源３で構
成される光源１からの出力光１０１は、可変減衰器４を
通って被測定光受信器５に入射する。トランスインピー
ダンス特性の測定時には、可変光減衰器４の減衰量を小
さくし十分な量の光を受信器に入射する。電流計６で得
られる光電流量と、電力スペクトル測定器７による出力
電力スペクトル、および光源１の波長帯域からトランス
インピーダンスを導出する。雑音特性の測定時には、十
分光を入力した状態での光電流、出力電力スペクトル、
可変光減衰器４によって入力光を完全に遮断したときの
出力電力スペクトル、および入力光の波長帯域から雑音
特性を導出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光受信器特性測定方法お
よび装置に関し、特に光ファイバを利用して行なう光通
信において、光検出素子と、この光検出素子の検出出力
を増幅する増幅器とを含む光受信器の受信周波数対出力
電力特性で表現する周波数特性を簡易に計測することを
可能とした光受信器特性測定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを利用し高速ディジタル信号
を伝送する光通信において、最近のギガビット／秒程度
の伝送速度での光通信を確保するために、広い周波数範
囲にわたって光受信器の特性を正確に把握することがシ
ステム構築上重要である。光受信器の性能としては、ト
ランスインピーダンス周波数特性と等価入力雑音電流密
度の周波数特性（雑音周波数特性）があげられる。

【０００３】これら周波数特性を測定する方法として、
線幅の広い光源例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やスー
パールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）からの光を光
受信器で受光した時の出力電力を利用して測定する方法
がある。この方法では、光受信器の受光時に光検出器に
白色雑音であるショット雑音電流とビート雑音電流とを
生じてこれにより生ずる受信器出力雑音がトランスイン
ピーダンス周波数特性を表現することを利用し、かつ受
光時には非受光時に発生する受信器雑音に加えて前述し
たショット雑音電流とビート雑音電流とにもとづく出力
が生ずることを利用して雑音周波数特性を導出するもの
である。また、これを改良した測定方法として、半導体
増幅器から発する自然放出光を受光したときに発生する
ビート雑音の周波数特性と、標準とする光受信器で自然
放出光を受光したときのビート雑音の周波数特性から導
出する方法（例えば特開平３−２２０４６７号公報）が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来の光受信器特
性測定方法では、測定の際に光源の強度雑音の影響をな
くするために、線幅の広い光源を使用する必要がある。
しかし、前述したＬＥＤや半導体増幅器では高出力が得
られないため、測定器雑音に比べて十分に大きな受信器
出力を確保できなくなり、精度の良い測定が難しいとい
う問題点があった。また、高出力が得られるＳＬＤで
は、デバイスの劣化が速く寿命が短いという問題点があ
った。さらに、特開平３−２２０４６７号公報に開示さ
れているような測定方法では、測定時に校正を行うため
の標準光受信器、および測定の際の校正手順を必要とす
る。この場合では、各装置ごとに標準光受信器をもつこ
とにともなうコストの増大、標準の維持のためのメンテ
ナンス、さらに校正手順を必要とするために測定が煩雑
になるなどの問題点を有する。

【０００５】本発明の目的は上述した問題点を解決し、
簡素な構成で大きい光出力が確保できる光源を利用し、
校正基準受信器および校正手順を不要として精度の良い
測定を確保しうる簡素な校正の光受信器特性測定方法お
よび装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光受信器特性測
定方法は、希土類添加光ファイバを励起して発生する自
然放出光を特性を測定すべき被測定光受信器に入力して
検出した光電流量と出力電力との比を測定周波数範囲に
わたって求めて前記被測定光受信器のトランスインピー
ダンス周波数特性を導出する第１のステップと、前記希
土類添加光ファイバからの自然放出光の光量を少なくと
も２段階に切り替えて前記被測定光受信器に入力した場
合の前記測定周波数範囲にわたる前記光電流量および前
記出力電力と前記自然放出光の波長帯域とにもとづいて
前記被測定光受信器の雑音周波数特性を導出する第２の
ステップとを備える。

【０００７】また本発明の光受信器特性測定装置は、希
土類としてエルビウムを添加したエルビウム添加光ファ
イバと前記エルビウム添加光ファイバを励起する少なく
とも１つの励起光源とを備え前記励起光源による励起光
を前記エルビウム添加光ファイバに入射して波長帯域が
既知の前記自然放出光を光源として出光する光源手段
と、前記光源手段の出光する前記自然放出光の出力光量
を少なくとも２段階に切り替える光源切替手段と、前記
光源手段の出光する前記自然放出光を特性を測定すべき
被測定光受信器に入力して検出した光電流量と前記光源
手段の出光する前記自然放出光を前記被測定光受信器に
入力した場合に測定周波数範囲の各周波数での出力電力
とにもとづいて校正手順を含むことなく前記被測定光受
信器の雑音周波数特性を求める特性導出手段とを備え
る。

【０００８】

【作用】図４は本発明の光受信器のトランスインピーダ
ンス周波数特性の測定原理を示す説明図である。希土類
元素を添加した光ファイバを用いた光ファイバレーザ増
幅器として、エルビウムを添加した光ファイバをレーザ
活性物質とし、これを半導体レーザを励起光源として励
起するエルビウムファイバ光源からの光には強度雑音が
含まれないので、被測定光受信器１３に発生する雑音電
流はショット雑音電流Ｉｓｈｏｔとビート雑音電流Ｉｂ
ｅａｔとなる。これらの雑音電流源は、図４（ａ）に示
すような白色雑音電流である。この白色雑音電流が図４
（ｂ）に示す被測定光受信器１３のトランスインピーダ
ンスＺ_T の特性を受けると図４（ｃ）に示すように、出
力電力特性にトランスインピーダンスＺ_T の特性が直接
的に現れる。ここで、ショット雑音電流、ビート雑音電
流の単位周波数当たりの自乗平均はそれぞれ（１），
（２）式で表される。

【０００９】 〈Ｉｓｈｏｔ² 〉＝４（Ｇ−１）・ｎｓｐ・Δν・ｅ（ηｅ）……（１） 〈Ｉｂｅａｔ² 〉＝２（Ｇ−１）² ・ｎｓｐ² ・Δν・（ηｅ）² ……（２ ） また、このとき被測定光受信器１３の受光時に内蔵する
光検出器に流れる電流Ｉｐｄは次の（３）式で表され
る。

【００１０】 Ｉｐｄ＝２（Ｇ−１）・ｎｓｐ・Δν・（ηｅ）……（３） ここで、Ｇはエルビウム添加ファイバ増幅器の増幅率、
ｎｓｐは反転分布係数、Δνは出力光の波長幅、ηは光
受信器の量子効率、ｅは電荷量である。（３）式を用い
て、（１），（２）式はそれぞれ次の（４），（５）式
のように変換される。

【００１１】 〈Ｉｓｈｏｔ² 〉＝２・ｅ・Ｉｐｄ［Ａ² ／Ｈｚ］……（４） 〈Ｉｂｅａｔ² 〉＝Ｉｐｄ² ／（２Δν）［Ａ² ／Ｈｚ］……（５） この状態で被測定光受信器１３の出力電力を測定した結
果をＰ（ｆ）［Ｗ／Ｈｚ］とすると、トランスインピー
ダンス特性Ｚ_T （ｆ）は次の（６）式で与えられる。

【００１２】 Ｚ_T （ｆ）＝Ｐ（ｆ）^1/2 ＊Ｒ／（〈Ｉｂｅａｔ² 〉＋〈Ｉｓｈｏｔ² 〉＋ 〈Ｉｃｉｒ² 〉）［Ω］……（６） ここで、Ｒは測定器の特性インピーダンス、Ｉｃｉｒは
光受信器の等価入力雑音電流密度である。光源からの入
力光を大きくすれば、Ｉｓｈｏｔ，Ｉｂｅａｔに比べて
Ｉｃｉｒが非常に小さくなるのでＩｃｉｒの影響を無視
することができる。以上の手順を用いて、受信器のトラ
ンスインピーダンス特性を導出する。

【００１３】次に、光受信器の雑音周波数特性の測定に
関して、図５を参照して原理を説明する。測定は、エル
ビウムファイバ光源から被測定光受信器へ入射する光量
を光シャッタ等を用いて２段階に切り替えて（通常は光
を入射したときと入射しないときの２段階を用いる）、
出力電力を測定することにより行う。被測定光受信器に
光が受光されているときには、被測定光受信器の出力に
は前述したショット雑音、ビート雑音および回路雑音に
起因する雑音電力の和が観測される。このときの出力雑
音電力をＮ₁ とすると、Ｎ₁ は次の（７）式で示され
る。

【００１４】 Ｎ₁ ＝Ｚ_T （〈Ｉｓｈｏｔ² 〉＋〈Ｉｂｅａｔ² 〉＋〈Ｉｃｉｒ² 〉）［Ｗ ］……（７） 次に、受光していないときの被測定光受信器の出力電力
Ｎ₂ は、次の（８）式のようになる。

【００１５】 Ｎ₂ ＝Ｚ_T （〈Ｉｃｉｒ² 〉）［Ｗ］……（８） これら（７）式と（８）式との比から、〈Ｉｃｉｒ² 〉
は次の（９）式で示される。

【００１６】 〈Ｉｃｉｒ² 〉＝（〈Ｉｓｈｏｔ² 〉＋〈Ｉｂｅａｔ² 〉）／（Ｎ₁ ／Ｎ₂ −１）［Ａ² ／Ｈｚ］……（９） ここで、受光時の光電流Ｉｐｄから、（４），（５）式
により〈Ｉｓｈｏｔ²〉、〈Ｉｂｅａｔ² 〉が得られ、
さらに（９）式から雑音周波数特性が導出される。

【００１７】ところで、本発明では、測定に用いる光源
としてエルビウムファイバ光源を用いることを特徴とし
ている。これは、図３（ａ）に示すエルビウムファイバ
光源では、励起光源３による励起光源量やエルビウム添
加光ファイバ２の長さを調整することで、比較的容易に
大出力を得ることができるからである。また、図３
（ａ）のような単体での構成で十分な出力が得られない
場合、図３（ｂ）のように光源部を光アイソレータ１２
を介して縦続接続することにより、容易に所望の大出力
を得ることができる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の第一の実施例の構成図である。本第
一の実施例は、被励起媒体であるエルビウム添加光ファ
イバ２と、半導体レーザ利用の励起光源３と、入射光学
系１０とを有する光源手段としてのエルビウムファイバ
光源１と、エルビウムファイバ光源１の出力光１０１の
光量を２段階に切り替える光源切替手段としての可変光
減衰器４と、光検出器８と増幅器９とを有する被測定光
受信器５と、被測定光受信器５を流れる受光時の光電流
を計測する電流計６と、電流計６とともに特性導出手段
を構成し被測定光受信器５の出力電力を計測する電力ス
ペクトル測定器７とを備える。

【００１９】エルビウムファイバ光源１から波長帯域が
既知である出力１０１が送出され、可変減衰器４を通っ
て、被測定光受信器５に入射する。被測定光受信器５の
光検出器８には電流計６が接続されており、光入射時の
光電流を測定する。被測定光受信器５の出力には電力ス
ペクトル測定器７が接続されており、出力電力スペクト
ルを測定する。

【００２０】トランスインピーダンス特性の測定は、電
力スペクトル測定器７の発生する雑音との信号（Ｓ）対
雑音（Ｎ）の比Ｓ／Ｎを良好にし、かつ被測定光受信器
５の雑音周波数特性の影響を排除するため、可変減衰器
４の減衰量を小さくして十分な量の受光を被測定光受信
器５に与える。この状態で、エルビウムファイバ光源１
の出力光１０１の波長帯域と、電流計６で計測する光電
流量と、電力スペクトル測定器７で計測する被測定光受
信器５の出力５０１の電力スペクトルとを利用して、
（４），（５）および（６）式にもとづいてトランスイ
ンピーダンスを導出する。

【００２１】被測定光受信器５の雑音周波数特性の測定
は、被測定光受信器５に十分な受光を与えた状態での電
流計６による光電流量と電力スペクトル測定器７による
出力電力スペクトルＮ₁ （出力雑音電力）を計測する。
次に、可変光減衰器４によって被測定光受信器４の受光
を完全に遮断した時の出力電力スペクトルＮ₂ を計測す
る。これら計測値と入力光の波長幅とにもとづき、
（４），（５）および（９）式から雑音周波数特性を導
出する。

【００２２】図２は、本発明の第二の実施例の構成図で
ある。本第二の実施例は、図１に示す第一の実施例にお
ける可変光減衰器４に代えて、被測定光受信器５に対す
る入力光量の切替をエルビウムファイバ光源１ａの励起
光源３に対する注入電流の切替によって行なうものと
し、エルビウムファイバ光源１ａにある可変電流源１１
によって注入電流を切り替える。この構成では、励起光
源３に対する注入電流を切り替えるために励起光源３の
劣化が加速される半面、入射光量を切り替える機械的な
制御機構としての可変光減衰器４が不要となる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、希
土類添加光ファイバを励起して発生する自然放出光を被
測定光受信器に入力し、検出した光電流量と出力電力と
の比を測定周波数範囲にわたって計測してトランスイン
ピーダンス周波数特性を求め、かつ希土類添加光ファイ
バからの自然放出光の光量を少なくとも２段階に切り替
えて計測した光電流量、出力電力および波長帯域にもと
づいて雑音周波数特性を導出することにより、構成基準
受信器および校正手順を不要とした簡素な構成かつ正確
な光受信器特性測定方法および装置が実現できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の構成図である。

【図２】本発明の第二の実施例の構成図である。

【図３】本発明の第一および第二の実施例におけるエル
ビウムファイバ光源の構成例を示す説明図である。

【図４】光受信器のトランスインピーダンス周波数特性
の測定原理を示す説明図である。

【図５】光受信器の雑音周波数特性の測定原理を示す説
明図である。

【符号の説明】

１，１ａ エルビウムファイバ光源 ２ エルビウム添加光ファイバ ３ 励起光源 ４ 可変光減衰器 ５ 被測定光受信器 ６ 電流計 ７ 電力スペクトル増幅器 ８ 光検出器 ９ 増幅器 １０ 入射光学系 １１ 可変電流源 １２ 光アイソレータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類添加光ファイバを励起して発生す
   る自然放出光を特性を測定すべき被測定光受信器に入力
   して検出した光電流量と出力電力との比を測定周波数範
   囲にわたって求めて前記被測定光受信器のトランスイン
   ピーダンス周波数特性を導出する第１のステップと、前
   記希土類添加光ファイバからの自然放出光の光量を少な
   くとも２段階に切り替えて前記被測定光受信器に入力し
   た場合の前記測定周波数範囲にわたる前記光電流量およ
   び前記出力電力と前記自然放出光の波長帯域とにもとづ
   いて前記被測定光受信器の雑音周波数特性を導出する第
   ２のステップとを備えることを特徴とする光受信器特性
   測定方法。
2. 【請求項２】 希土類としてエルビウムを添加したエル
   ビウム添加光ファイバと前記エルビウム添加光ファイバ
   を励起する少なくとも１つの励起光源とを備え前記励起
   光源による励起光を前記エルビウム添加光ファイバに入
   射して波長帯域が既知の前記自然放出光を光源として出
   光する光源手段と、前記光源手段の出光する前記自然放
   出光の出力光量を少なくとも２段階に切り替える光源切
   替手段と、前記光源手段の出光する前記自然放出光を特
   性を測定すべき被測定光受信器に入力して検出した光電
   流量と前記光源手段の出光する前記自然放出光を前記被
   測定光受信器に入力した場合に測定周波数範囲の各周波
   数での出力電力とにもとづいて校正手順を含むことなく
   前記被測定光受信器の雑音周波数特性を求める特性導出
   手段とを備えることを特徴とする光受信器特性測定装
   置。