WO2024121906A1 - 光モニタデバイス及び光強度測定方法 - Google Patents

Abstract

本開示は、多心数の光ファイバについて、入射する光信号の偏光状態によらず、光信号の光強度を測定することができる光モニタデバイスを実現することを目的とする。　本開示に係る光モニタデバイスは、複数の光ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、複数の分岐部と、複数の光センサと、を備え、前記複数の光センサは、前記複数の光ファイバの本数よりも多くの画素が２次元配列され、前記入射領域における入射位置に対応する画素ごとに光強度を検出し、前記複数の光センサで検出された光強度の総和を、入射領域における入射位置に対応する画素ごとに算出し、算出された各画素の光強度の総和を用いて、前記複数の光ファイバの少なくともいずれかの光ファイバを伝搬する光の強度を算出する、光モニタデバイスである。

Description

光モニタデバイス及び光強度測定方法

　本開示は光モニタデバイスに関し、特に光伝送装置などにあって光の強度を検出しその検出結果を他の部品にフィードバックするための光モニタデバイスに関する。

　近年、インターネットトラフィックの増大に伴い、通信システムにおいては通信容量を増大することが強く求められている。これを実現するため、通信局舎とユーザ宅間のアクセスネットワークや通信局舎同士を結ぶコアネットワークでは光ファイバを用いた通信システムが使われている。光ファイバ通信では通信の制御や設備の健全性の確認のために光ファイバを伝搬する光強度の検出がしばしば用いられる。例えば、アクセスネットワークでは、光ファイバに試験光を伝搬させ、その光強度検出から光ファイバの損失や健全性、心線対象や繋がりの確認などを行なっている。また、コアネットワークで用いられるＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）伝送ではフィードバック制御のため光強度のモニタリングが必要である。

　アクセスネットワークの光強度モニタリングでは、２本の平行導波路によって光ファイバ１心毎に光を一定の分岐比で分岐する光カプラを用いる技術が使われており（例えば特許文献１参照。）、これによりアクセスネットワークにおける光信号の強度や伝搬損失の測定などが行なえる。

　ＷＭＤ伝送での光強度モニタリングでは、１次元に配列された光ファイバと光センサとの組み合わせにより複数の光ファイバの光信号の強度を同時にモニタリングする技術が使われている（例えば特許文献２参照。）。

　しかし、従来のような配置構成とした光強度モニタリングにおいては、まだ以下に示すような課題がある。

　光通信が普及し、光設備／ケーブルのファイバ心数が多心化していく中で、まず、特許文献１のような光ファイバ１心毎に光カプラを用いる場合は多心化に応じてコストとサイズが増大する。特許文献２のような光ファイバの心数に合わせて光センサを１次元のアレイ状に配置した場合も、光ファイバ及び光センサのアレイ配置には限界があり、それよりも光ファイバの心数が増大すれば、心数に応じてコストとサイズが増大する。

　また、このような光強度モニタリングを実現するために、空間光学系におけるフレネル反射を用いることが考えられる。しかしながら、フレネル反射は入射するｐ偏光とｓ偏光により反射率が異なる。ｐ偏光とｓ偏光により反射率が異なる例として、図１に石英ガラスから空気に入射する時のp偏光とｓ偏光の入射角度と反射率の計算例を示す。図１に示すように、入射する光の偏光状態が変動していると、光センサ側に分岐される光の分岐比が変動する。このため、フレネル反射を用いると、正確な測定が行なえないという課題がある。

特許第３４５０１０４号公報 特開２００４－２１９５２３号公報

　本開示は、このような点に鑑みてなされたものであり、数十心といった多心数の光ファイバであっても、入射する光信号の偏光状態によらず、光信号の光強度を測定することができる光強度測定方法を実現すること目的とする。

　上記目的を達成するため、本開示の光強度測定方法は、
　複数の光ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
　本開示の光モニタデバイスを用いる。

　本開示の光モニタデバイスは、
　定められた入射領域に入射された前記複数の光ファイバからの入射光を異なる方向に分岐する複数の分岐部と、
　前記複数の分岐部で分岐された分岐光をそれぞれ受光する複数の光センサと、
　を備え、
　前記複数の光センサは、前記複数の光ファイバの本数よりも多くの画素が２次元配列され、前記入射領域における入射位置に対応する画素ごとに光強度を検出し、
　前記複数の光センサで検出された光強度の総和を、前記入射領域における入射位置に対応する画素ごとに行う。

　本開示では、複数の光センサを備え、各分岐光の光強度を入射領域における入射位置に対応する画素ごとに検出し、画素ごとに光強度の総和を算出する。これにより、本開示は、数十心といった多心数の光ファイバであっても、入射光の光強度を光ファイバごとに測定することができる。ここで、偏向軸は光の進む方向を仮にｘ軸として、あるｙ方向とそれに垂直なｚ方向の２方向で表される。そこで、本開示は、２つの分岐部を備え、複数の分岐部で異なる方向に反射させ、各方向で反射されるｐ偏光とｓ偏光の割合を考慮することで、入射する光信号の偏光状態によらず、光信号の光強度を測定することができる。

　本開示の光モニタデバイスは、
　定められた入射領域から入射された入射光を、第１の方向及び第２の方向の２つに分岐する第１の分岐部と、
　前記第１の分岐部で前記第２の方向に分岐された分岐光を受光し、前記第１の分岐部で分岐された光の強度を、前記入射領域における入射位置ごとに検出する第１の光センサと、
　前記第１の分岐部で前記第１の方向に分岐された分岐光を、第３の方向並びに前記第１の方向の２つに分岐する第２の分岐部と、
　前記第２の分岐部で前記第３の方向に分岐された分岐光を受光し、前記第２の分岐部で分岐された光の強度を、前記入射領域における入射位置ごとに検出する第２の光センサと、
　を備えていてもよい。

　前記光モニタデバイスは、
　前記複数の分岐部を有する光学部品と、
　前記光学部品の前記入射領域に光を入射するように２次元配列状に配置されている複数の入射側光ファイバと、
　前記光学部品からの各出射光をそれぞれ受光するように２次元配列状に配置されている複数の出射側光ファイバと、
　前記光学部品と前記入射側光ファイバの間に配置され、前記光学部品への各入射光を平行光とする入射側光学レンズと、
　前記光学部品と前記出射側光ファイバの間に配置され、前記光学部品からの各出射光を前記出射側光ファイバに結合させる出射側光学レンズと、
　を備えていてもよい。

　前記光学部品は、
　一様な屈折率を持つ第１の部材と、
　前記第１の部材と接しており、前記第１の部材の屈折率と異なる一様な屈折率を持つ第１の単層膜と、
　前記第１の単層膜と接しており、前記第１の部材と同じ屈折率を持つ第２の部材と、
　前記第２の部材と接しており、前記第１の部材及び前記第２の部材の屈折率と異なる一様な屈折率を持つ第２の単層膜と、
　前記第２の単層膜と前記出射側光学レンズとに接続され、前記第１の部材と同じ屈折率を持つ第３の部材と、を備えていてもよい。
　本形態では、
　前記第１の単層膜が前記第１の分岐部として機能し、
　前記第２の単層膜が前記第２の分岐部として機能し、
　前記第１の部材と前記第１の単層膜との第１の屈折率界面及び前記第２の部材と前記第１の単層膜との第２の屈折率界面が、前記入射光と特定の第１の入射角度を有し、
　前記第２の部材と前記第２の単層膜との第３の屈折率界面及び前記第３の部材と前記第２の単層膜との第４の屈折率界面が、前記入射光と特定の第２の入射角度を有し、
　前記第１の方向が前記第１の屈折率界面から前記第４の屈折率界面を透過した方向であり、
　前記第２の方向が前記第１の屈折率界面で反射した方向であり、
　前記第３の方向が前記第３の屈折率界面で反射した方向であってもよい。

　前記光モニタデバイスは、
　前記第１の単層膜からの分岐光を受光する第１の光センサと、
　前記第２の単層膜からの分岐光を受光する第２の光センサと、
　を備え、
　後述する式（１６）及び式（１７）で表される、前記複数の光ファイバにおけるｆ番目の光ファイバの光強度Ｉ_Ｒｆと前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの平均画素出力との対応関係を用いて、前記複数の光ファイバにおけるｆ番目の光ファイバの光強度Ｉ_Ｒｆを算出してもよい。

　ここで、前記第１の単層膜の入射面と前記第２の単層膜の入射面との為す角は９０度であり、前記第１の単層膜及び前記第２の単層膜におけるp偏光及びｓ偏光の抽出率が等しくてもよい。この場合、前記第１の単層膜及び前記第２の単層膜におけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率を用いて定義されるＲが後述する式（６）で定義され、後述する式（７）に基づいて、前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの平均画素出力を算出してもよい。

　ここで、前記第１の単層膜の入射面と前記第２の単層膜の入射面との為す角は９０度であってもよい。この場合、前記第１の単層膜及び前記第２の単層膜におけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率を用いて定義されるＲが後述する式（４３）で定義され、後述する式（３１）に基づいて、前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの平均画素出力を算出してもよい。

　ここで、前記第１の単層膜及び前記第２の単層膜におけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率並びに前記第１の単層膜の入射面と前記第２の単層膜の入射面との為す角を用いて定義されるＲで定義されるＲが後述する式（５３）で定義され、後述する式（３２）に基づいて、前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの平均画素出力を算出してもよい。

　本開示の光強度測定方法は、本開示の光モニタデバイスを用いた光強度測定方法であり、
　前記複数の光ファイバから光ファイバごとに出射したときに前記複数の光センサに備わる各画素で検出される光強度の出力値を測定することで、前記複数の光ファイバと各光センサとの対応関係を予め取得し、
　前記複数の光ファイバが光を伝搬している状態で、前記複数の光センサに備わる各画素の光強度を検出し、前記対応関係に基づいて、前記複数の光ファイバの伝搬光の光強度を光ファイバごとに測定する、光強度測定方法であり、
　前記対応関係の取得に当たって、前記複数の光センサの出力値の総和を、前記入射領域における入射位置に対応する画素ごとに算出する、
という特徴を備える。

　前記対応関係の取得に当たって、複数回の測定を行なって各光センサの出力値の平均値を画素ごとに算出し、その平均値の総和を用いてもよい。

　なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。

　本開示によれば、数十心といった多心数の光ファイバであっても、入射する光信号の偏光状態によらず、光信号の強度を正確に測定することができる。

ｓ偏光及びｐ偏光の入射角度と反射率の関係を例示する図である。 本開示に係る光モニタデバイスを説明する図である。 本開示に係る光モニタデバイスを説明する図である。 本開示に係る光モニタデバイスを説明する図である。 本開示に係る光モニタデバイスを説明する図である。 本開示に係る光モニタデバイスを説明する図である。 第１の単層膜の入射面と第２の単層膜の入射面との為す角θを説明する図である。

　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
　本開示では上記課題を解決するために、図２に例示する構成によって実現可能な光モニタデバイスを用いた光強度測定方法を提供する。
　本開示は、複数の入射側光ファイバ１１を伝搬する伝搬光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
　定められた入射領域に入射された前記複数の光ファイバ１１からの入射光を異なる方向に分岐する複数の分岐部を備える光学部品である空間光学系３０と、
　前記複数の分岐部で分岐された分岐光をそれぞれ受光する複数の光センサ５Ａ及び５Ｂと、
　を備える。

　具体的には、本開示で用いる光モニタデバイスは、
　入射光４１の一部を特定の方向（第２の方向）へ、残りの一部を別の特定の方向（第３の方向）へ、残りの大部分をまた別の特定の方向（第１の方向）へと特定の分岐比で分岐し出射する空間光学系３０と、
　空間光学系３０に光を入射するように２次元配列状に配置された複数の光を伝搬する入射側光ファイバ１１と、
　空間光学系３０から第１の方向への大部分の出射光４２を受光するように配置された複数の光を伝搬する出射側光ファイバ１２と、
　空間光学系３０から第２の方向への第１の一部の出射光４３Ａを受光するように配置された第１の光センサ５Ａと、
　空間光学系３０から第３の方向への第２の一部の出射光４３Ｂを受光するように配置された第２光センサ５Ｂと、
　空間光学系３０と前記入射側光ファイバ１１の間に配置され、空間光学系３０の入射領域への入射光を平行光とする入射側光学レンズ２１と、
　空間光学系３０と前記出射側光ファイバ１２の間に配置され、空間光学系３０からの出射光を効率よく出射側光ファイバ１２に結合する出射側光学レンズ２２と、
　を有する。

　光センサ５Ａ及び５Ｂは、複数の光ファイバ１１の本数よりも多くの画素が２次元配列され、前記入射領域における入射位置に対応する画素ごとに光強度を検出する。本実施形態は、演算装置（不図示）が、前記複数の光センサ５Ａ及び５Ｂで検出された光強度の総和を、前記入射領域における入射位置に対応する画素ごとに算出し、算出された各画素の光強度の総和を用いて、前記複数の光ファイバ１１の少なくともいずれかの光ファイバを伝搬する光の強度を算出する。

　図２に示すように、空間光学系３０は、
　前記入射側光学レンズ２１と接続され、一様な屈折率を持つ第１の部材３０Ａと、
　前記第１の部材３０Ａと接しており、第１の部材３０Ａとは異なる一様な屈折率を持つ第１の単層膜３３Ａと、
　前記第１の単層膜３３Ａと接しており、前記第１の部材３０Ａと同じ屈折率を持つ第２の部材３０Ｂと、
　前記第２の部材３０Ｂと接しており、第１の単層膜３３Ａと同じ屈折率を持つ第２の単層膜３３Ｂと、
　前記第２の単層膜３３Ｂと前記出射側光学レンズ２２とに接続され、前記第１の部材３０Ａと同じ屈折率を持つ第３の部材３０Ｃと、
　で構成されてもよい。

　第１の部材３０Ａのうちの入射側光学レンズ２１と接続されている面に、入射領域が含まれる。本開示では、空間光学系３０がこのような屈折率を有することで、入射領域から第１の部材３０Ａに入射された各平行光の相対位置を、入射領域のまま維持することができる。ここで、第１の単層膜３３Ａの屈折率及び第２の単層膜３３Ｂの屈折率は、任意である。例えば、第１の単層膜３３Ａの屈折率及び第２の単層膜３３Ｂの屈折率は、第１の部材３０Ａ、第２の部材３０Ｂ及び第３の部材３０Ｃの屈折率より低い、または高い。

　本実施形態では、第１の単層膜３３Ａの入射面と第２の単層膜３３Ｂの入射面との為す角θが９０度である例を示す。第１の単層膜３３Ａは、入射された入射光を第１の方向及び第２の方向の２つに分岐する第１の分岐部として機能する。第２の単層膜３３Ｂは、第１の単層膜３３Ａで第１の方向に分岐された分岐光を、第１の方向及び第２の方向の両方に垂直な第３の方向並びに第１の方向の２つに分岐する第２の分岐部として機能する。

　図２に示す空間光学系３０について理解が容易になるよう、２次元配列されている入射側光ファイバ１１及び出射側光ファイバ１２のうちの１本のみを記載したものを図３に示す。以下、第１の単層膜３３Ａをｘ軸方向に透過した光を大部分の出射光４２Ａとし、第２の単層膜３３Ｂをｘ軸方向に透過した光を大部分の出射光４２Ｂとして説明する。また、入射光４１の光軸がｘ軸方向であるとする。

　図３においては、第１の部材３０Ａと第１の単層膜３３Ａとの境界面を第１の屈折率界面３１Ａとし、第２の部材３０Ｂと第１の単層膜３３Ａとの境界面を第２の屈折率界面３１Ｂとし、第２の部材３０Ｂと第２の単層膜３３Ｂとの境界面を第３の屈折率界面３１Ｃがとし、第３の部材３０Ｃと第２の単層膜３３Ｂとの境界面を第４の屈折率界面３１Ｄとする。

　図２では、第１の方向がｘ軸方向であり、第２の方向がｚ軸方向であり、第３の方向がｙ軸方向である例を示すが、これらの方向は空間光学系３０の光学設計に応じた任意の方向にすることができる。

　空間光学系３０は、
　入射光４１と特定の第１の入射角度をもって設けられ、互いに平行な第１の屈折率界面３１Ａ及び第２の屈折率界面３１Ｂと、
　第１の屈折率界面３１Ａ及び第２の屈折率界面３１Ｂよりも出射側光ファイバ１２側に配置され、入射光４１と前述の特定の第２の入射角度を持ち、第１の屈折率界面３１Ａ及び第２の屈折率界面３１Ｂの入射面と直交する入射面をもって設けられた互いに平行な第３の屈折率界面３１Ｃ及び第４の屈折率界面３１Ｄと、を有しており、
　大部分の出射光４２が出射する第１の方向が第１から第４の屈折率界面（３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ）を透過した方向であり、
　第１の入射角度と第２の入射角度が等しく、
　第１の一部の出射光４３Ａが出射する第２の方向が第１の屈折率界面３１Ａで反射した方向であり、
　第２の一部の出射光４３Ｂが出射する第３の方向が第３の屈折率界面３１Ｃで反射した方向である、ことを特徴とする。

　第３の屈折率界面３１Ｃ及び第４の屈折率界面３１Ｄは、入射光４１の光軸を中心とした円周方向に第１の屈折率界面３１Ａ及び第２の屈折率界面３１Ｂを９０度回転させた面であってもよい。

　図３において、第１の方向（ｘ方向）は第１の単層膜３３Ａに入射する入射光４１の直進する方向であり大部分の出射光４２Ａの進行方向である。第２の方向（ｚ方向）は第１の単層膜３３Ａで反射される第１の一部の出射光４３Ａの進む方向である。第３の方向（ｙ方向）は、第２の単層膜３３Ｂで反射される第２の一部の出射光４３Ｂの進む方向である。前述したように、第１の方向と第２の方向が含まれる面（ｘｚ面）と第１の方向と第３の方向が含まれる面（ｘｙ面）が互いに垂直になるように第１の単層膜３３Ａ及び第２の単層膜３３Ｂを設けることで、第１の単層膜３３Ａにおける入射面と第２の単層膜３３Ｂにおける入射面とを垂直にすることができる。

　図２，図３に示す空間光学系３０においては、前述したように、第１の単層膜３３Ａにおける入射面と第２の単層膜３３Ｂにおける入射面とが垂直になるため、第１の単層膜３３Ａにおけるｐ偏光が第２の単層膜３３Ｂにおけるｓ偏光となり、第１の単層膜３３Ａにおけるｓ偏光が第２の単層膜３３Ｂにおけるｐ偏光となる。第１の単層膜３３Ａ及び第２の単層膜３３Ｂは、屈折率及び膜厚が等しく、第１の単層膜３３Ａにおけるｐ偏光の抽出率と第２の単層膜３３Ｂにおけるp偏光の抽出率は等しく、第１の単層膜３３Ａにおけるｓ偏光の抽出率と第２の単層膜３３Ｂにおけるs偏光の抽出率も等しい。

　本光モニタデバイスを用いた光強度測定方法について、図３～図６を参照しながら説明する。
　図３に示すように、入射光のｐ偏光及びｓ偏光の強度をＥ_Ｐ及びＥ_Ｓとすると、入射光の偏波状態は次式で表される。

　第１の単層膜３３Ａ及び第２の単層膜３３Ｂにおけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率をＲ_Ｐ及びＲ_Ｓとすると、第１の単層膜３３Ａの透過光の偏光状態は次のように表される。

　光センサ５Ａ、５Ｂに入射する光強度はそれぞれ式（３）及び式（４）で表される。

　この時、測定対象である光強度は次式で表される。

　式（６）で表されるＲを定義すると、式（７）が成り立つ。
（数６）
Ｒ_ｐ＋Ｒ_ｓ－Ｒ_ｐＲ_ｓ＝Ｒ　　　　（６）
（数７）
Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｂ＝ＲＩ　　　　（７）

　そこで、まず、ｆ番目の光ファイバのみが光強度Ｉ_Ｒｆの光を入射している状態で、Ｊ回の測定を繰り返す。この測定の間、入射光の偏波状態は、一定である必要はなく、測定ごとに変動しても構わない。この時のｊ回目の測定について、第１の単層膜３３Ａ及び第２の単層膜３３Ｂに分岐される光強度のうちの第１の単層膜３３Ａに分岐される光強度比の割合をα_ｊとすると、図４に示すように、光センサ５Ａ、５Ｂに入射する光強度は次式で表される。

　ｊ回目の光センサ５Ａ及び５Ｂのｉ番目の画素ｉで検出された光強度Ｓ_Ａｆｉｊ及びＳ_Ｂｆｉｊは式（１０）及び式（１１）で表される。

ここで、Ｋは光センサ５Ａ及び５Ｂのセンサ感度であり、ｋ_Ａｆｉは光センサ５Ａに入射する光ファイバｆからの光のうちの画素ｉに入射する光強度の割合であり、ｋ_Ｂｆｉは光センサ５Ｂに入射する光ファイバｆからの光のうちの画素ｉに入射する光強度の割合であり、ｎ_ｊはセンサノイズである。

　J回測定における光センサ５Ａ、５Ｂの画素ｉで検出された光強度の出力値の平均値（平均画素出力）は、式（１２）及び式（１３）となる。

　これにより、図５に示されるような画素ｉの平均画素出力を求めることができる。ただし、式（１２）及び式（１３）においては、Jが十分大きいとして、自然雑音であるセンサノイズｎ_ｊの平均値をゼロとみなした。

　光センサ５Ａ、５Ｂの平均画素出力の全画素分の合計は式（１４）及び式（１５）となる。

　以上から、どんな偏波状態（α）でもｆ番目の光ファイバの光強度Ｉ_Ｒｆと光センサ５Ａ、５Ｂの平均画素出力の対応関係である、次式を求めることができる。

　そこで、予めの測定として、演算装置は、各光ファイバ１，２，…，ｆ，…の順に１つの光ファイバのみから光強度Ｉ_Ｒｆの光が入射している状態で、光センサ５Ａ、５Ｂの各画素ｉについて式（１８）及び式（１９）を算出し、この算出値を各要素に持つ行列Ａ_Ｒｆｉ，Ｂ_Ｒｆｉを予め作成しておく。

　次に、光ファイバ１～ｆ…から同時に異なる光強度の光が入射しており、各光センサ５Ａ及び５Ｂがこの光強度を測定する。光ファイバ１～ｆ…に入射している光強度をＩ_１～Ｉ_ｆ…とおき、測定中に光センサ５Ａ、光センサ５Ｂへ向かう抽出光の平均強度の比を式（２０）とおく。

　図６に、光センサ５Ａの行列Ａ_ＲｆｉとＡ_ｉの対応関係の一例を示す。光の線形性から、光センサ５Ａで検出された光強度の出力値Ａ_ｉは、次式と表せる。

　これより、一般逆行列（＋）を用いて、式（２２）となる。

　光センサ５Ｂについても同様に、式（２３）となる。

　以上より、本開示の演算装置は、測定したい光強度Ｉ_１～Ｉ_ｆ…は光センサ５Ａ、５Ｂの画素ｉの出力値Ａ_ｉ，Ｂ_ｉと予め作成しておいた行列Ａ_Ｒｆｉ，Ｂ_Ｒｆｉから式（２４）と算出でき、測定結果として得ることができる。

　以上のように、予め作成しておいた行列Ａ_Ｒｆｉ，Ｂ_Ｒｆｉは予めの測定における各光センサ５Ａ及び５Ｂの各画素の出力値と決められた光強度の値のみから作成でき、どんな偏波状態（α）でも作成が可能である。また、測定においても、どんな偏波状態（β）でも行列Ａ_Ｒｆｉ，Ｂ_Ｒｆｉを用いて光強度Ｉ_１～Ｉ_ｆ…の測定が可能である。これは図３において、式（７）が成り立つからである。

　光センサ５Ａ、５ＢのＳ／Ｎ比が十分良好で繰り返し測定が不要な場合はＪ回測定の代わりに１回測定として良い。この場合は繰り返し測定によって得られた平均値

の代わりに１回測定結果のＳ_Ａｆｉ及びＳ_Ｂｆｉを用いることができる。

　本実施形態ではＲが式（６）で示すように第１の単層膜３３Ａ及び第２の単層膜３３Ｂにおけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率を用いて定義される例を示したが、本開示のＲは第１の単層膜３３Ａの入射面と第２の単層膜３３Ｂの入射面との為す角θを考慮してもよい。

（第２の実施形態）
　第１の単層膜３３Ａ及び第２の単層膜３３Ｂの屈折率や膜厚が異なる場合や入射光の入射角度が異なる場合、それぞれでのp偏光、s偏光の抽出率が異なるときがある。この時、第１の単層膜３３Ａのｐ偏光、ｓ偏光の抽出率をＲ_Ｐ，Ｒ_Ｓ、第２の単層膜３３Ｂのｐ偏光、ｓ偏光の抽出率をＲ_Ｐ’，Ｒ_Ｓ’とおくと、次式が成り立つ。

ここで、Ｒの定義については後述する。

　第１の単層膜３３Ａ及び第２の単層膜３３Ｂの各分岐部単体に対して予め偏波コントローラを用いてｐ偏光、ｓ偏光のみを入射させ、予めＲ_Ｐ，Ｒ_Ｓ、Ｒ_Ｐ’，Ｒ_Ｓ’を測定しておき、その結果を元に光センサ５Ｂの各画素の出力値の平均値（平均画素出力）を
（Ｒ_ｐ－Ｒ_ｓ）／｛Ｒ_Ｐ’（１－Ｒ_ｓ）－Ｒ_Ｓ’（１－Ｒ_ｐ）｝
倍した値を用いることで、第１の実施形態と同様の光強度測定方法を用いることができる。

（第３の実施形態）
　さらに、本開示は、第１の単層膜３３Ａの入射面と第２の単層膜３３Ｂの入射面との為す角が９０度ではなく、図７に示すように、０度及び１８０度以外の任意のθ度であってもよい。このとき、次式が成り立つ。

　ここで、Ｒの定義については後述する。

　予めＲ_Ｐ，Ｒ_Ｓ、Ｒ_Ｐ’，Ｒ_Ｓ’、θを測定しておき、その結果を元に光センサ５Ｂの各画素の出力値の平均値（平均画素出力）を

倍した値を用いることで、第１の実施形態と同様の光強度測定方法を用いることができる。

　以上、実施形態例だが、これに制限されるものではない。例えば、空間光学系３０は立方形状に限らず、直方体などの任意の形状でありうる。また光センサ５Ａ及び５Ｂの配置についても、空間光学系３０で分岐された光を受光可能な任意の位置に配置することができる。例えば、光センサ５Ａ及び５Ｂは空間光学系３０の内部に埋設されていてもよい。

　また本開示の光モニタデバイスは、光伝送システムにおいて伝送される任意の光のモニタリングに用いることが可能である。例えば、送信装置、受信装置又は中継装置などの光伝送システムに用いられる任意の装置に本開示の光モニタデバイスを搭載し、光センサ５Ａ及び５Ｂでの測定結果を装置内又は装置外での任意の部品へのフィードバック又はフィードフォワードに用いることができる。また、光伝送システムにおける伝送線路の途中に本開示の光モニタデバイスを挿入し、伝送線路における光信号の強度や伝搬損失の測定を行うことができる。

（第２の実施形態におけるＲの定義）
　第１の単層膜３３Ａ及び第２の単層膜３３Ｂにおけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率が異なる場合、光センサ５Ｂに入射する光強度は次式で表される。

ここで、各パラメータは以下のとおりである。
Ｒ_Ｐ，Ｒ_Ｓ：第１の単層膜３３Ａのｐ偏光、ｓ偏光の抽出率
Ｒ_Ｐ’，Ｒ_Ｓ’：第２の単層膜３３Ｂのｐ偏光、ｓ偏光の抽出率

　入射時点での伝搬光強度Ｉは次式で表される。

　そこで、以下で定義されるＲを用いる。

　これにより、入射時点での伝搬光強度Ｉの式（４２）を用いて次式の関係が得られる。

（第３の実施形態におけるＲの定義）
　第１の単層膜３３Ａの入射面と第２の単層膜３３Ｂの入射面との為す角θが９０度ではなく、図７に示すように、任意のθ度である場合、光センサ５Ｂに入射する光強度は次式で表される。

　入射時点での伝搬光強度Ｉは次式で表される。

　そこで、本実施形態では以下で定義されるＲを用いる。

　これにより、入射時点での伝搬光強度Ｉの式（５２）を用いて次式の関係が得られる。

　本開示は情報通信産業に適用することができる。

５Ａ、５Ｂ：光センサ
１１：入射側光ファイバ
１２：出射側光ファイバ
１３：入射側フェルール
１４：出射側フェルール
１５：ガイドピン
２１：入射側光学レンズ
２２：出射側光学レンズ
３１：屈折率界面
３３Ａ、３３Ｂ：単層膜
３４：スペーサ
４１：入射光
４２：大部分の出射光
４３Ａ、４３Ｂ：一部の出射光
３０：空間光学系
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ：部材

 

Claims (8)

1. 　複数の光ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
   　定められた入射領域に入射された前記複数の光ファイバからの入射光を異なる方向に分岐する複数の分岐部と、
   　前記複数の分岐部で分岐された分岐光をそれぞれ受光する複数の光センサと、
   　を備え、
   　前記複数の光センサは、前記複数の光ファイバの本数よりも多くの画素が２次元配列され、前記入射領域における入射位置に対応する画素ごとに光強度を検出し、
   　前記複数の光センサで検出された光強度の総和を、前記入射領域における入射位置に対応する画素ごとに算出し、算出された各画素の光強度の総和を用いて、前記複数の光ファイバの少なくともいずれかの光ファイバを伝搬する光の強度を算出する、
   　光モニタデバイス。
2. 　一様な屈折率を持つ第１の部材と、
   　前記第１の部材と接しており、前記第１の部材の屈折率と異なる一様な屈折率を持つ第１の単層膜と、
   　前記第１の単層膜と接しており、前記第１の部材と同じ屈折率を持つ第２の部材と、
   　前記第２の部材と接しており、前記第１の部材及び前記第２の部材の屈折率と異なる一様な屈折率を持つ第２の単層膜と、
   　前記第２の単層膜と接しており、前記第１の部材と同じ屈折率を持つ第３の部材と、
   　を備える光学部品を備え、
   　前記第１の部材と前記第１の単層膜との第１の屈折率界面及び前記第２の部材と前記第１の単層膜との第２の屈折率界面が、前記入射光と第１の入射角度を有し、
   　前記第２の部材と前記第２の単層膜との第３の屈折率界面及び前記第３の部材と前記第２の単層膜との第４の屈折率界面が、前記入射光と第２の入射角度を有し、
   　前記第１の単層膜及び前記第２の単層膜が前記複数の分岐部として機能する、
   　請求項１に記載の光モニタデバイス。
3. 　前記複数の光センサが、
   　前記第１の単層膜からの分岐光を受光する第１の光センサと、
   　前記第２の単層膜からの分岐光を受光する第２の光センサと、
   　を備え、
   　次式で表される、前記複数の光ファイバにおけるｆ番目の光ファイバの光強度Ｉ_Ｒｆと前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの平均画素出力との対応関係を用いて、前記複数の光ファイバにおけるｆ番目の光ファイバの光強度Ｉ_Ｒｆを算出する、
   　ことを特徴とする請求項２に記載の光モニタデバイス。
   

   

   　また、ｋ_Ａｆｉは前記第１の光センサに入射する光ファイバｆからの光のうちのｉ番目の画素ｉに入射する光強度の割合であり、
   　ｋ_Ｂｆｉは前記第２の光センサに入射する光ファイバｆからの光のうちのｉ番目の画素ｉに入射する光強度の割合であり、
   　Ｋは前記第１の光センサ及び前記第２の光センサのセンサ感度であり、
   　Ｒは、前記第１の単層膜及び前記第２の単層膜におけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率並びに前記第１の単層膜の入射面と前記第２の単層膜の入射面との為す角を用いて定義される値である。
4. 　前記Ｒが式Ｃ２１で定義され、
   　式Ｃ２２に基づいて、前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの平均画素出力を算出することを特徴とする請求項３に記載の光モニタデバイス。
   

   

   

   ここで、
   　Ｉ_Ａ及びＩ_Ｂは前記第１の光センサ及び前記第２の光センサで検出された光強度であり、
   　Ｒ_Ｐ及びＲ_Ｓは前記第１の単層膜におけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率であり、
   　Ｒ_Ｐ’及びＲ_Ｓ’は前記第２の単層膜におけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率である。
5. 　前記第１の単層膜の入射面と前記第２の単層膜の入射面との為す角は９０度であり、
   　前記Ｒが式Ｃ３１で定義され、
   　式Ｃ３２に基づいて、前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの平均画素出力を算出することを特徴とする請求項３に記載の光モニタデバイス。
   

   

   

   　ここで、
   　Ｉ_Ａ及びＩ_Ｂは前記第１の光センサ及び前記第２の光センサで検出された光強度であり、
   　Ｒ_Ｐ及びＲ_Ｓは前記第１の単層膜におけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率であり、
   　Ｒ_Ｐ’及びＲ_Ｓ’は前記第２の単層膜におけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率である。
6. 　前記第１の単層膜の入射面と前記第２の単層膜の入射面との為す角は９０度であり、
   　前記第１の単層膜及び前記第２の単層膜におけるp偏光及びｓ偏光の抽出率が等しく、
   　前記Ｒが式Ｃ４１で定義され、
   　式Ｃ４２に基づいて、前記第１の光センサ及び前記第２の光センサの平均画素出力を算出することを特徴とする請求項３に記載の光モニタデバイス。
   　Ｒ_ｐ＋Ｒ_ｓ－Ｒ_ｐＲ_ｓ＝Ｒ　　（Ｃ４１）
   　Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｂ＝ＲＩ　　（Ｃ４２）
   　ここで、Ｉ_Ａ及びＩ_Ｂは前記第１の光センサ及び前記第２の光センサで検出された光強度、Ｒ_Ｐ及びＲ_Ｓは前記第１の単層膜及び前記第２の単層膜におけるｐ偏光及びｓ偏光の抽出率を示す。
7. 　請求項１から６のいずれかに記載の光モニタデバイスを用いた光強度測定方法であって、
   　前記複数の光ファイバから光ファイバごとに出射したときに複数の光センサに備わる各画素で検出される光強度の出力値を測定することで、前記複数の光ファイバのそれぞれと前記複数の光センサに備わる各画素との対応関係を予め取得し、
   　前記複数の光ファイバが光を伝搬している状態で、前記複数の光センサに備わる各画素の光強度を検出し、前記対応関係に基づいて、前記複数の光ファイバの伝搬光の光強度を光ファイバごとに測定し、
   　前記対応関係の取得に当たって、前記複数の光センサの出力値の総和を、前記入射領域における入射位置に対応する画素ごとに算出することを特徴とする光強度測定方法。
8. 　前記対応関係の取得に当たって、複数回の測定を行なって各光センサの出力値の平均値を画素ごとに算出し、その平均値の総和を用いることを特徴とする請求項７に記載の光強度測定方法。
   
    

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