JPWO2010110078A1

JPWO2010110078A1 - 光チャネルモニタ、及び光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法

Info

Publication number: JPWO2010110078A1
Application number: JP2011505972A
Authority: JP
Inventors: 健史小熊
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2012-09-27
Also published as: WO2010110078A1; US20120008941A1; CN102362160A

Abstract

入力された信号光を分波する波長分波器と、該波長分波器の分波側に配置され、前記信号光の波長帯域よりも広い波長帯域の光を受光する複数のフォトディテクタと、前記複数のフォトディテクタにおける前記信号光の波長帯域の光の受光レベルと前記信号光の波長帯域外の波長の光の受光レベルとに基づいて線形補完により各波長の信号光の光レベルを算出する演算器とを有する。

Description

本発明は、光チャネルモニタ、及び光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法に関する。

近年、光ファイバを用いた通信技術の進展に伴い、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex：波長分割多重化)通信の開発が行われている。このＷＤＭ通信を行うには光チャネルモニタ（Optical Channel Monitor、以下、ＯＣＭと称する）が必要である。

光チャネルモニタには大きく分けて、モノクロメータ方式とポリクロメータ方式との２つが挙げられる。

モノクロメータ方式は、内部に具備した光フィルタを波長掃引し、そのフィルタの出力をフォトディテクタで受光し、入射光の各波長における光レベルをモニタする方式である。

ポリクロメータ方式は、回折格子などの波長分波器の分波側に複数のフォトディテクタを配置し、各フォトディテクタの受光レベルを掃引することで入射光の各波長における光レベルをモニタする方式である。

光チャネルモニタに関連する技術の一例が特許文献１〜５に記載されている。

特許文献１に記載の波長多重用光増幅器は、入力光測定手段と、光増幅手段の利得の波長依存性を抑圧する損失波長特性を有し、損失波長特性を変化させる利得等化手段と、利得等化手段の損失波長特性を制御する利得等化制御手段とから構成されている。

特許文献１に記載の波長多重用光増幅器によれば、入力光パワーに応じて変化する光増幅手段の利得波長特性を確実に補償できるため、平坦な波長特性の出力光を得ることが可能である。これにより、広いレベル範囲の入力光に対しても利得の波長平坦性を確保でき、波長依存性の小さな雑音特性を得ることができ、信号帯域における最悪の雑音特性の値を改善することができる。

特許文献２に記載のＷＤＭ信号モニタは、分光器と、応答特性データ格納部と、スペクトルと応答特性データ格納部の応答特性データに基づいてチャネルのピーク間におけるスペクトルのサンプリングデータから各チャネルの光ＳＮＲを演算する演算部とから構成されている。

特許文献２に記載のＷＤＭ信号モニタによれば、分光器によって測定されたスペクトルと応答特性データとに基づいて各チャネルの光ＳＮＲを測定するので、変調されたＷＤＭ信号における光ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）の測定を精度良く行うことができる。

特許文献３に記載のＷＤＭ信号モニタは、分光器と、応答特性データ格納部と、補正データ格納部と、スペクトルと応答特性データと補正データとに基づいて光ノイズレベルを求める演算部と、光ノイズレベルを求め、補正データを演算して格納する調整部とから構成されている。

特許文献３に記載のＷＤＭ信号モニタによれば、調整時において、調整部は、分光器によって求められたスペクトルに基づいて求めた光ノイズレベルと、演算部が求めた光ノイズレベルとの誤差により補正データを演算し、この補正データを補正データ格納部に格納する。そして、測定時において、演算部は、分光器によって測定されたスペクトルと応答特性データと補正データとに基づいて光ノイズレベルを求めるので、応答特性データの形状と測定時の分光器の応答スペクトルとの誤差分を補正することができる。これにより、経時変化、使用環境、ＷＤＭ信号の変調方式等に影響されずに、光ノイズレベルを精度良く求めることができる。従って、光ＳＮＲも精度良く求めることができる。

特許文献４に記載のＷＤＭ信号モニタは、フォトダイオードが所定の方向に複数個配置され、信号光を所定の方向に波長分散し、分散した各信号光を受光する分光器と、分光器のフォトダイオードの出力によって信号光のトータルパワーを求めるパワー演算手段とから構成されている。

特許文献４に記載のＷＤＭ信号モニタによれば、分光器を調整して、分散された各信号光をフォトダイオード１素子おきに受光する。そして、信号光を受光した１素子おきのフォトダイオードの出力によって信号光のトータルパワーを求めるので、ＷＤＭ信号が高密度に多重化されても、フォトダイオードの素子数を従来のように大幅に増やす必要が無い。これにより、少ないフォトダイオードで、信号光の測定を行なうことができ、フォトダイオードの掃引時間および演算時間を抑え、高速な測定を行なうことができる。また、従来のように、フォトダイオードのピッチや幅を狭くする必要ないので、製造する際の歩留まりも向上し、コストを抑えることができる。

特許文献５に記載の光増幅器は、第１利得段への光入力信号に依存して第１利得段に供給される駆動電流を制御する利得制御手段と、駆動電流を制御する出力制御手段と、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission：自然放出光）および第１利得段の出力に基づき補正係数を適用する補償手段とから構成されている。

特許文献５に記載の光増幅器によれば、利得制御モードのみでの較正を含む単一のＡＳＥ較正プロセスを維持しながら、多段増幅器の出力制御モードにおけるＡＳＥ補償を提供するように適合される。最終段ＡＳＥ補償において先行する段のＡＳＥを考慮することによって、この構成によって、長々とした対数計算および指数計算を行うことなく、出力および利得のアラーム処理を、検出された測定値から直接動作させることができる。したがって、入力信号の広い範囲にわたり良好な雑音性能を達成することができ、単一の光増幅器を、異なる制御モードおよび用途で別途較正を行う必要なく使用することができる。

特開２０００−２５２９２３号公報特開２００３−１７９５５４号公報特開２００３−２１８７９７号公報特開２００７−１３９５７８号公報特表２００８−５０２１６２号公報

ところで、上述したモノクロメータ方式は、その構造上，光フィルタの経時変化を補正し、波長精度を確保するために外部に基準光源を必要とすること、さらに波長掃引を行うために時間が必要となるため、データ収集に時間がかかるという問題点がある。

一方、ポリクロメータ方式は、複数のフォトディテクタで同時にデータ収集を行うため、高速であるものの、この種の構成ではＡＳＥ成分と信号光成分とを識別するために、分解能を上げる必要があり、それに伴いフォトディテクタの数量が多くなり、その結果、部品コストが上昇するという問題点がある。

また、特許文献１には、ＡＳＥ検出用のディテクタを信号帯域の短波端、長波端の直近外側に配置することは開示されているが、各波長チャネルのＡＳＥ成分を比例計算で求めることは開示されていない。

また、特許文献５には、前段の光アンプによるＡＳＥ成分を除去する補償を加えることが開示されているが、ＡＳＥをどのようにして検出するのかについては開示されていない。

その他の特許文献のいずれにも、波長多重帯域両端のＡＳＥの大きさから比例計算で各波長チャネルのＡＳＥ成分の大きさを求めることは開示されていない。

本発明は、低コストで高精度且つ高速なＯＣＭ（Optical Channel Monitor）が可能な光チャネルモニタ、及び光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の装置は、
入力された信号光を分波する波長分波器と、
該波長分波器の分波側に配置され、前記信号光の波長帯域よりも広い波長帯域の光を受光する複数のフォトディテクタと、
前記複数のフォトディテクタにおける前記信号光の波長帯域の光の受光レベルと前記信号光の波長帯域外の波長の光の受光レベルとに基づいて線形補完により各波長の信号光の光レベルを算出する演算器とを有する。

また、本発明の方法は、
波長分波器の分波側に配置され、前記波長分波器に入力された信号光の波長帯域よりも広い波長帯域の光を受光する複数のフォトディテクタにおける、前記信号光の波長帯域の光の受光レベルと前記信号光の波長帯域外の波長の光の受光レベルとに基づいて線形補完により各波長の信号光の光レベルを算出する。

本発明によれば、低コストで高精度且つ高速なＯＣＭが可能な光チャネルモニタ、及び光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法の提供を実現することができる。

本発明に係る光チャネルモニタの実施の一形態を示すブロック図である。図１に示したモニタ群が検出する、波長軸での受光範囲を示す図である。図１に示した光チャネルモニタにおけるＡＳＥ成分を説明するための図である。図１に示した光チャネルモニタの動作を説明するためのフローチャートである。

＜特徴＞
本発明に係る光チャネルモニタ、及び光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法は、ポリクロメータ方式のＯＣＭにおいて、ＡＳＥ検出用のディテクタを信号帯域の短波端、長波端の直近に配置し、ＡＳＥ成分を検出し、それを信号検出用ディテクタの検出値に反映することにより、少ないディテクタ数で高精度の信号光成分の光パワーを高速で検出することを可能とするものである（演算器で演算処理をすることでディテクタ数を最小限に抑えられる）。なお、「検出値に反映する」とは、演算器で数式（１），（２）を演算することを意味する。

＜構成＞
図１は、本発明に係る光チャネルモニタの実施の一形態を示すブロック図である。

本形態における光チャネルモニタ１０は図１に示すように、分波器２と、フォトディテクタとしてのモニタ群８（ＡＳＥモニタ３₁，３₂およびλ₁モニタ４₁、λ₂モニタ４₂，・・・，λ_mモニタ４_m）と、Ｉ／Ｖ変換器５₁，５₂，・・・，５_m+1，５_m+2と、Ａ／Ｄ変換器６₁，６₂，・・・，６_m+1，６_m+2、と、演算器７とから構成されている。

分波器２は、入力端子１に入力された信号光であるＷＤＭ信号を含む光を分波する素子であり、例えば、回折格子型や誘電体多層膜型、分布結合型のいずれであってもよい。また、分波器２は、一対のスラブ導波路と、両スラブ導波路間に接続された長さの異なるアレイ導波路群とで構成してもよい。

モニタ群８のうち、λ₁モニタ４₁、λ₂モニタ４₂，・・・，λ_mモニタ４_mは、分波器２で分波された光のうち、波長λ₁〜λ_mのＷＤＭ信号をそれぞれ受光して電気信号に変換する素子である。

これに対してＡＳＥモニタ１（３₁）及びＡＳＥモニタ２（３₂）は、自然放出光の光レベルを検出するものであって、少なくとも波長λ₁〜λ_m以外の波長の光、すなわち、入力端子１に入力された信号光の波長帯域以外の波長の光を受光して電気信号に変換する素子である。

モニタ群８には、例えば、一般的な赤外線用ＰＩＮ−ＰＤ（Photo Diode）が適用可能である。

Ｉ／Ｖ変換器５₁，５₂，・・・，５_m+1，５_m+2は、電流を電圧に変換する回路であり、例えば、トランスインピーダンスアンプやログアンプ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）などが適用可能である。

トランスインピーダンスアンプとしては、例えば、反転入力端子と出力端子との間に抵抗及びコンデンサが接続された回路が挙げられる。このトランスインピーダンスアンプは、光電流を効率的に生成し、アンプの出力において、Ｖ＝ｉＲとなる電圧を発生するフィードバック抵抗を通じて流れる。

ログアンプは、アンプの一種であり、出力電圧が入力電圧に対する対数関数（ｌｏｇ）となるような回路である。

Ａ／Ｄ変換器６₁，６₂，・・・，６_m+1，６_m+2は、アナログ形式の信号をデジタル形式の信号に変換する回路である。

演算器７は、信号光の波長帯域の光の受光レベルと信号光の波長帯域外の波長の光の受光レベルとに基づいて各波長の信号光の光レベルを算出する機能を有する回路であり、種々の四則演算や論理演算を行い、例えば、乗算器や加算器等で構成されている。演算器７には、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタル信号処理装置）やＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）などのデジタル演算機が挙げられる。

＜動作＞
図１中左側から、伝送路（図示せず）からの波長多重伝送光（ＷＤＭ光）が入力端子１に入射する。

入射したＷＤＭ光は、分波器２に入射する。分波器２は、ＷＤＭ信号ＣＨ（チャンネル：図中λ₁〜λ_m）に加え、信号帯域の短波端、長波端に隣接するＣＨの２ｃｈを持つ。

各ＣＨは、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union-Telecommunication:国際電気通信連合（ＩＴＵ）の国際標準規格の検討部門の勧告)にて規定されたＤＷＤＭの信号光波長に準拠する。例えばＬ−ｂａｎｄではλ1＝１９１．９ＴＨｚ、λ41＝１９６．９ＴＨｚ（波長間隔１００ＧＨｚ）等を用いる。

分波器２で分波された各ＣＨの信号光と、自然放出光であるＡＳＥ成分は、モニタ群８のうち、その出力に配置されたＡＳＥモニタ３₁，３₂およびλ₁モニタ４₁、λ₂モニタ４₂，・・・，λ_mモニタ４_mにそれぞれ入射し、光電変換された後、Ｉ／Ｖ変換及びＡ／Ｄ変換され、演算器７に入力される。

次に、本発明に係る光チャネルモニタに用いられる演算器７の演算に用いる変数、前提を列挙する。

図２は、図１に示したモニタ群８が検出する、波長軸での受光範囲を示す図である。なお、図２において、横軸は波長を示し、縦軸は信号光のパワーを示す。

光チャネルモニタの範囲(帯域幅)は、分波器２の性能によるが、その帯域幅は、隣接信号光波長との差よりは小さく、当該信号光の発振波長精度に変調ビットレートを加えたものよりは大きいものとする。また、全てのＣＨの検出波長範囲の設計値は等しいものとする。

なお、図２において、上側のパルスは、高さが一定ではあるが、限定されるものではない。また信号光のパワーの特性曲線が上に湾曲しているが、線形と見なせる領域で補完する。

図１および図２に示す、ＡＳＥモニタ１（３₁）及びＡＳＥモニタ２（３₂）の検出光パワーをＰ_ASE（１），Ｐ_ASE（２）、ＣＨ番号ｎにおける、各λ（ＣＨ）モニタの検出光パワーをＰλ（ｎ）とし、そのうち、ＡＳＥ成分によるものをＰλ_ASE（ｎ）とし、信号光によるものをＰλ_SIG（ｎ）とする。この場合、Ｐλ（ｎ）は数式（１）で表される。
Ｐλ（ｎ）＝Ｐλ_ASE（ｎ）＋Ｐλ_SIG（ｎ）・・・（１）
一方、ＣＨアサイン（分波器の各ポートの通過中心波長）は、λ₁：信号光波長の最短波のＩＴＵ−Ｔグリッド波長、λ_m：最長波のグリッド波長、ＡＳＥモニタ１は、λ₁より１グリッド（分波器のＣＨ間隔）分短波（λ₀で表す）、ＡＳＥモニタ２は、λ_mより１グリッド分長波（λ_m+1で表す）である。

図３は、図１に示した光チャネルモニタ１０におけるＡＳＥ成分を説明するための図である。なお、図３において、横軸は波長を示し、縦軸はパワーを示す。

図３に示すように、経験上、ＡＳＥは波長に対し線形であり、Ｐλ_ASE（ｎ）は、数式（２）で表される。
Ｐλ_ASE（ｎ）＝[Ｐ_ASE（２）−Ｐ_ASE（１）]×（λ_n−λ₀）／（[λ_m+1]−λ₀）＋Ｐ_ASE（１）・・・（２）
次に、図１に示した光チャネルモニタ１０の動作（演算フロー）について説明する。

図４は、図１に示した光チャネルモニタの動作を説明するためのフローチャートである。

第１の手順（ステップＳ１）として、Ｐ_ASE（１），Ｐ_ASE（２），Ｐλ（１）〜Ｐλ（ｍ）の検出値を、Ｉ／Ｖ変換器５₁〜５_m+2およびＡ／Ｄ変換器６₁〜６_m+2を介して演算器７に取り込む。

第２の手順（ステップＳ２）として、演算器７内で、数式（２）の演算、即ち線形補完を行い、Ｐλ_ASE（ｎ）を算出する。

第３の手順（ステップＳ３）として、数式（１）の演算を行い、Ｐλ_SIG（ｎ）を算出し、演算出力する。

すなわち、演算器７は、内挿法を用いて、λ₁モニタ４₁、λ₂モニタ４₂、・・・、λ_mモニタ４_m及びＡＳＥモニタ１（３₁）及びＡＳＥモニタ２（３₂）で受光した光の光レベルから自然放出光の光レベルを差し引くことにより各波長の信号光の光レベルを算出するのである。

なお、ここで、シンボルＰで表わされる光パワーは、Ｉ／Ｖ変換器５₁〜５_m+2にリニアアンプを用いることを前提とし、各フォトディテクタへの入力光パワー（単位：ｍＷ）と、Ａ／Ｄ変換値との間でキャリブレーションを取ってあることを前提としている。演算器７内ではＡ／Ｄ変換値で演算を実施し、その後キャリブレーションテーブルに基づき光パワーに置き換えるものとする。また、必要に応じ、演算した光パワーの対数をとり、一般的な光強度の単位であるｄＢｍに変換し、各ＣＨのＰλ_SIG（ｎ）演算結果を出力する。

つまり、本発明では、Ｐλ_ASE（ｎ）は、ポリクロメータ方式のように実測するのではなく、数式（２）によって線形補完して推定して求めるのである。

＜効果の説明＞
本発明に係る光チャネルモニタの効果は以下の通りである。

低コストで高精度、かつ高速なＯＣＭが実現可能である。

理由は、ポリクロメータ方式を用いているにもかかわらず、少ないディテクタ数で、ＡＳＥ成分の検出、分離が可能であるからである。

なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。

例えば、上述した実施の形態では、内挿法を用いて各波長の信号光の光レベルを算出した場合で説明したが、本発明はこれに限定するものではない。すなわち、自然放出光用のフォトディテクタを、波長チャネルの中間の２点に配置してもよく、自然放出光用のフォトディテクタを、波長チャネルの空きチャネルに配置してもよい。外挿法を用いて各波長の信号光の光レベルを算出してもよい。

ここで、一般的なポリクロメータ方式は、本願発明のような「補完」ではなく、所定の波長におけるレベルを実際にＰＤ等でサンプリングして測定している点で本願発明と相違する。例えば、特許文献２の図１０に示されるように複数のＰＤが並列に配列しているが、被測定光の中心が信号光のレベルに、円と円との間辺りがＰλ_ASE（ｎ）と考えられる。つまり、一般的なポリクロメータ方式はＡＳＥを実測している。

以上、実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２００９年３月２４日に出願された日本出願特願２００９−７２４３７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

入力された信号光を分波する波長分波器と、
該波長分波器の分波側に配置され、前記信号光の波長帯域よりも広い波長帯域の光を受光する複数のフォトディテクタと、
前記複数のフォトディテクタにおける前記信号光の波長帯域の光の受光レベルと前記信号光の波長帯域外の波長の光の受光レベルとに基づいて線形補完により各波長の信号光の光レベルを算出する演算器とを有する光チャネルモニタ。
請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、
前記演算器は、内挿法を用いて前記フォトディテクタで受光した光の光レベルから前記信号光の波長帯域外の波長の光の光レベルを差し引くことにより各波長の信号光の光レベルを算出する光チャネルモニタ。
請求項２に記載の光チャネルモニタにおいて、
前記複数のフォトディテクタは、
前記信号光の波長帯域外の波長の光用のフォトディテクタと、
前記信号光の波長帯域内の波長の光用のフォトディテクタとを有し、
前記演算器は、前記信号光の波長帯域外の波長の光用のフォトディテクタの検出光パワーをＰ_ASE（１），Ｐ_ASE（２）とし、前記信号光の波長帯域内の波長の光用のフォトディテクタの検出光パワーをＰλ（ｎ）とし、そのうち自然放出光によるものをＰλ_ASE（ｎ）とし、前記信号光によるものをＰλ_SIG（ｎ）とし、信号光波長の最短波のＩＴＵ−Ｔグリッド波長をλ₁とし、最長波のグリッド波長をλ_mとした場合、
Ｐλ（ｎ）＝Ｐλ_ASE（ｎ）+Ｐλ_SIG（ｎ）
Ｐλ_ASE（ｎ）＝[Ｐ_ASE（２）−Ｐ_ASE（１）]×（λ_n−λ₀）／（[λ_m+1]−λ₀）＋Ｐ_ASE（１）
に基づいて前記各波長の信号光の光レベルを算出する光チャネルモニタ。
請求項３に記載の光チャネルモニタにおいて、
前記信号光の波長帯域内の波長の光用のフォトディテクタは、波長チャネルの中間の２点に配置されている光チャネルモニタ。
請求項３に記載の光チャネルモニタにおいて、
前記信号光の波長帯域内の波長の光用のフォトディテクタは、波長チャネルの空きチャネルに配置されている光チャネルモニタ。
波長分波器の分波側に配置され、前記波長分波器に入力された信号光の波長帯域よりも広い波長帯域の光を受光する複数のフォトディテクタにおける、前記信号光の波長帯域の光の受光レベルと前記信号光の波長帯域外の波長の光の受光レベルとに基づいて線形補完により各波長の信号光の光レベルを算出する光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法。
請求項６に記載の光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法において、
内挿法を用いて前記フォトディテクタで受光した光の光レベルから前記信号光の波長帯域外の波長の光の光レベルを差し引くことにより各波長の信号光の光レベルを算出する光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法。
請求項７に記載の光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法において、
前記信号光の波長帯域外の波長の光用のフォトディテクタの検出光パワーをＰ_ASE（１），Ｐ_ASE（２）とし、前記信号光の波長帯域内の波長の光用のフォトディテクタの検出光パワーをＰλ（ｎ）とし、そのうち自然放出光によるものをＰλ_ASE（ｎ）とし、前記信号光によるものをＰλ_SIG（ｎ）とし、信号光波長の最短波のＩＴＵ−Ｔグリッド波長をλ₁とし、最長波のグリッド波長をλ_mとした場合、
Ｐλ（ｎ）＝Ｐλ_ASE（ｎ）+Ｐλ_SIG（ｎ）
Ｐλ_ASE（ｎ）＝[Ｐ_ASE（２）−Ｐ_ASE（１）]×（λ_n−λ₀）／（[λ_m+1]−λ₀）＋Ｐ_ASE（１）
に基づいて前記各波長の信号光の光レベルを算出する光チャネルモニタの信号光レベルの演算方法。