(57)【要約】【課題】本発明の課題は、広帯域なサンプリングオシロスコープを用いることなく、被測定物の群遅延差等の波長分散特性を求めることができる波長分散測定方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、複数の波長の異なる連続光を波長多重し、一括して正弦波で強度変調した後、これらをプローブ光として被測定物に入力し、前記被測定物を伝播し出力される前記プローブ光を電界サンプリング部１２を用いて測定し、測定結果を演算処理して再構築した各プローブ光の強度変調波形から波長分散を算出することを特徴する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長の異なる連続光を波長多重し、一括して正弦波で強度変調した後、これらをプローブ光として被測定物に入力し、前記被測定物を伝播し出力される前記プローブ光を電界サンプリング部を用いて測定し、測定結果を演算処理して再構築した各プローブ光の強度変調波形から波長分散を算出することを特徴する波長分散測定方法。
【請求項２】
前記電界サンプリング部では、前記被測定物を伝播したプローブ光を２分岐した２つのプローブ光と、前記プローブ光の光周波数差の２倍の逆数に相当する遅延差が与えられた２つのサンプリングパルスとを光９０度ハイブリッドでそれぞれ合波し、前記光９０度ハイブリッドの出力光をバランス型受光器で受信して２組の出力電流を抽出し、
その後、前記バランス型受光器から出力される２組の電流を数値化手段で数値化した後、数値演算処理によって各プローブ光の強度変調波形を再構築することを特徴する請求項１に記載の波長分散測定方法。
【請求項３】
前記演算処理では、前記電界サンプリング部で測定された測定結果をフーリエ解析して、個々のプローブ光の強度変調波形を再構築し、再構築された各強度変調波形の位相差から群遅延差を計算することによって波長分散を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の波長分散測定方法。
【請求項４】
複数の波長の異なる連続光を波長多重し、一括して正弦波で強度変調してプローブ光を発生するプローブ光発生手段と、前記プローブ光発生手段で発生したプローブ光を被測定物に入力し、前記被測定物を伝播し出力される前記プローブ光を測定する電界サンプリング部と、前記電界サンプリング部からの測定結果を演算処理して再構築した各プローブ光の強度変調波形から波長分散を算出する演算処理手段とを具備することを特徴する波長分散測定装置。
【請求項５】
前記ブローブ光発生手段は、発振波長の異なる複数の連続光を出射する連続光発生手段と、前記発振波長の異なる複数の連続光を波長多重する光合波器と、前記光合波器によって合波された連続光を正弦波で変調する光変調手段と、前記正弦波を発生する信号発生手段とを備えること特徴とする請求項４に記載の波長分散測定装置。
【請求項６】
前記電界サンプリング部は、所定の繰り返し周波数のサンプリングパルスを発振するサンプリングパルス発生手段と、前記被測定物から出射されるプローブ光及び前記サンプリングパルスをそれぞれ２分岐する光分波器と、前記２分岐されたサンプリングパルスの一方に所定の時間遅延を与える光遅延器と、前記プローブ光及び前記サンプリングパルスをそれぞれ合波し一方にπ／２の相対位相差を与えた相関信号を出力する光９０度ハイブリッドと、前記光９０度ハイブリッドからの合波された信号を受光して２組の出力電流を抽出するバランス型受光器とを備え、
前記バランス型受光器から出力される２組の電流を数値化する数値化手段と、前記数値化手段で数値化された電流値を用いて演算処理を行い、再構築した各プローブ光の強度変調波形から波長分散を算出する演算処理手段とを備えること特徴とする請求項４又は５に記載の波長分散測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号が光ファイバ及び光デバイス等の被測定物を通過する時に生じる波長分散を測定する波長分散測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
数十〜百ｍの光ファイバ及び光デバイスの波長分散を測定する方法として、短パルス光源と高時間分解を持つサンプリングオシロスコープを用いたパルス法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この手法は、短パルス光源から出射された短パルスを２分岐し、一方をプローブパルスとして被測定物へ入力し、もう一方を参照パルスとして参照用のバイパス光路に入力する。プローブパルスは被測定物を伝播することで時間遅れが生じるので、参照パルスと合波し高時間分解を持つ波形観測手段（サンプリングオシロスコープ）で測定すると、２つのピークを観測することができる。そして、そのピーク間隔から遅延時間を算出する。
【０００３】
しかしながら、このような手法は、その構成にはプローブパルスとの相対時間差を検出するための参照パルス用光路が必要であり、またピーク位置の導定や時間領域でのプローブパルスと参照パルスの分離精度が測定精度に大きく影響を及ぼす。さらに、測定距離はプローブパルス光源として使用する短パルス光源の繰り返し周波数によって決定されるため、測定範囲の拡大には繰り返し周波数が調整可能な短パルス光源が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９３５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
数十〜百ｍの波長分散を測定する手段として提案されている前記波長分散測定手法では、その構成に参照パルス用のバイパス光路が必要であり、また時間領域でのプローブパルスと参照パルスの高精度な分離が必要であった。さらに上記手法において測定距離を数十ｋｍまで拡大するには、繰り返し周波数が１０ＧＨｚから１０ＭＨｚ程度で可変できるような短パルス光源を準備する必要があった。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、広帯域なサンプリングオシロスコープ、および参照光用光路を備えた装置構成が必要なく、被測定物の群遅延差等の波長分散特性を求めることができ、またデジタルフィルタリング機能で各プローブ光を同時に再構築するので、高精度なプローブ光と参照光の分離が可能であり、さらに、連続光を正弦波変調しプローブ光を生成するので、変調器を駆動する信号発生手段によって容易にプローブ光の繰り返し周波数を制御でき、したがって測定範囲の拡大も容易である波長分散測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の波長分散測定方法は、複数の波長の異なる連続光を波長多重し、一括して正弦波で強度変調した後、これらをプローブ光として被測定物に入力し、前記被測定物を伝播し出力される前記プローブ光を電界サンプリング部を用いて測定し、測定結果を演算処理して再構築した各プローブ光の強度変調波形から波長分散を算出することを特徴する。
【０００８】
また本発明は、前記波長分散測定方法において、前記電界サンプリング部では、前記被測定物を伝播したプローブ光を２分岐した２つのプローブ光と、前記プローブ光の光周波数差の２倍の逆数に相当する遅延差が与えられた２つのサンプリングパルスとを光９０度ハイブリッドでそれぞれ合波し、前記光９０度ハイブリッドの出力光をバランス型受光器で受信して２組の出力電流を抽出し、その後、前記バランス型受光器から出力される２組の電流を数値化手段で数値化した後、数値演算処理によって各プローブ光の強度変調波形を再構築することを特徴する。
【０００９】
また本発明は、前記波長分散測定方法において、前記演算処理では、前記電界サンプリング部で測定された測定結果をフーリエ解析して、個々のプローブ光の強度変調波形を再構築し、再構築された各強度変調波形の位相差から群遅延差を計算することによって波長分散を算出することを特徴とする。
【００１０】
また本発明の波長分散測定装置は、複数の波長の異なる連続光を波長多重し、一括して正弦波で強度変調してプローブ光を発生するプローブ光発生手段と、前記プローブ光発生手段で発生したプローブ光を被測定物に入力し、前記被測定物を伝播し出力される前記プローブ光を測定する電界サンプリング部と、前記電界サンプリング部からの測定結果を演算処理して再構築した各プローブ光の強度変調波形から波長分散を算出する演算処理手段とを具備することを特徴するものである。
【００１１】
また本発明は、前記波長分散測定装置において、前記ブローブ光発生手段は、発振波長の異なる複数の連続光を出射する連続光発生手段と、前記発振波長の異なる複数の連続光を波長多重する光合波器と、前記合波器によって合波された連続光を正弦波で変調する光変調手段と、前記正弦波を発生する信号発生手段とを備えること特徴とするものである。
【００１２】
また本発明は、前記波長分散測定装置において、前記電界サンプリング部は、所定の繰り返し周波数のサンプリングパルスを発振するサンプリングパルス発生手段と、前記被測定物から出射されるプローブ光及び前記サンプリングパルスをそれぞれ２分岐する光分波器と、前記２分岐されたサンプリングパルスの一方に所定の時間遅延を与える光遅延器と、前記プローブ光及び前記サンプリングパルスをそれぞれ合波した信号、及び前記合波した信号にπ／２の相対位相差を与えた相関信号を出力する光９０度ハイブリッドと、前記光９０度ハイブリッドからの合波された信号及び相関信号を受光して２組の出力電流を抽出するバランス型受光器とを備え、前記バランス型受光器から出力される２組の電流を数値化する数値化手段と、前記数値化手段で数値化された電流値を用いて演算処理を行い、再構築した各プローブ光の強度変調波形から波長分散を算出する演算処理手段とを備えること特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の波長分散測定方法及び装置は、広帯域なサンプリングオシロスコープ、および相対的な時間遅延差を算出するための参照光用のバイパス光路を備えた構成が必要なく、被測定物の群遅延差等の波長分散特性を求めることができ、またデジタルなフィルタリング機能によって高精度な光周波数ｆ１のプローブ光と光周波数ｆ２のプローブ光の分離が可能である。さらにプローブ光は連続光を正弦波変調し生成するので、光変調器を駆動する信号発生手段によって容易にプローブ光の繰り返し周波数を制御でき、したがって測定範囲の拡大も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る波長分散測定装置を示す構成説明図である。
【図２】図１の波長分散測定装置を用いて再構築されたプローブ光を説明するための波形図である。
【図３】図１の波長分散測定装置を用いて実現されるデジタルフィルタのフィルタ特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る波長分散測定装置の構成を示し、１ａ，１ｂは連続光発生手段、２は光合波器、３は光変調手段、４は変調信号発生手段、５は被測定物、６はサンプリングパルス発生手段、７は光遅延器、８ａ，８ｂは光９０度ハイブリッド、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄはバランス型受光器、１０は数値化手段、１１は演算処理手段、１２は電界サンプリング部、１３，１４は光分波器である。
【００１６】
図１に示すように、連続光発生手段１ａ，１ｂは発振波長の異なる複数の連続光を出射し、前記発振波長の異なる複数の連続光は光合波器２で波長多重される。前記光合波器２によって合波された連続光は、光変調手段３において変調信号発生手段４から発生する同周波数且つ同位相の高周波信号の正弦波で強度変調され、光周波数がそれぞれｆ１及びｆ２（ｆ１＜ｆ２）の２つのプローブ光となる。前記プローブ光は被測定物５に入力し、前記被測定物５を伝播し出力されるプローブ光を電界サンプリング部１２で測定する。
【００１７】
前記被測定物５を伝播し出力されるプローブ光は光分岐器１４で２分岐され、それぞれ光９０度ハイブリッド８ａ，８ｂに入力される。前記光９０度ハイブリッド８ａ，８ｂにはサンプリングパルス発生手段６から発振した所定の繰り返し周波数のサンプリングパルスが光分岐器１３で２分岐されそれぞれ入力される。この場合、２分岐されたサンプリングパルスの一方は光遅延器７で所定の時間遅延が与えられる。
【００１８】
前記光９０度ハイブリッド８ａ，８ｂは前記プローブ光及び前記サンプリングパルスをそれぞれ合波し一方にπ／２の相対位相差を与えた相関信号を出力する。前記光９０度ハイブリッド８ａ，８ｂからの合波された信号はバランス型受光器９ａ〜９ｄで受光して２組の出力電流を抽出する。前記バランス型受光器９ａ〜９ｄから出力される２組の電流は数値化手段１０で数値化されて後、前記数値化手段１０で数値化された電流値を用いて演算処理手段１１で演算処理を行い、再構築した各プローブ光の強度変調波形から波長分散を算出する。
【００１９】
以下、波長分散の導出を解析的に説明する。
光周波数ｆｉを持つプローブ光の電界をＡｉ（ｔ）ｅｘｐ｛ｊ［２πｆｉｔ］｝とすると、光周波数の異なる２つの光源から発振され多重されたプローブ光は、次式で表される。
【数１】
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【００２０】
ここで、ａｉ（ｔ）は正弦波で変調された振幅であり、例えば被測定物が数十ｍであれば１０ＧＨｚ程度で変調される。この光強度変調は、図１における光変調手段３と変調信号発生手段４によって付与される。よって、ａ１（ｔ）＝αａ２（ｔ）（αは実定数）と表すことができる。また、プローブ光波形が波形観測手段において時間的にスキヤンされるようプローブ光の変調周波数は、サンプリングパルス繰返し周波数の整数倍（整数分周）に対して僅かに離調させる。
【００２１】
一方、電界サンプリング装置のサンプリングパルスの電界の複素振幅は次式で表わされる。
εＬ（ｔ）＝δＬ（ｔ−ｔ０）ｅｘｐ｛ｊ［２πｆｓｔ＋φｓ］｝      （２）
【００２２】
δＬ（ｔ−ｔ０）はデルタ関数で想定したときサンプリングパルスの振幅であり、ｔ０のとき振幅値１をとるものとする。ｆｓはサンプリングパルスの光周波数、φｓはサンプリングパルスとプローブ光との位相差である。サンプリングパルスのスペクトルはプローブ光の全周波数帯域をカバーするスペクトル広がりを持ったパルス光を用いるよう調整する。
【００２３】
電界サンプリング部１２に入力されるプローブ光とサンプリングパルスは２分岐され、かつサンプリングパルスの一方には所定の時間遅延Ｔが与えられる。所定の時間遅延Ｔは２つのプローブ光の周波数差の２倍の逆数１／｛２（ｆ２−ｆ１）｝に設定される。分岐され相対的な遅延が付与されたプローブ光とサンプリングパルスは、第１及び第２の光９０度ハイブリッド８ａ，８ｂを介して、第１、第２、第３及び第４のバランス型受光器９ａ〜９ｄにより受光され、その第１、第２、第３及び第４の電流を出力する。
【００２４】
光９０度ハイブリッド８ａ，８ｂの同相チャネル（Ｉ）から出力される電流をＩｍ、直交チャネル（Ｑ）から出力される電流をＱｍとし、Ｊｍ＝Ｉｍ＋ｊＱｍとすると、
【数２】
2010197220.tif 000004
が成り立つ。したがって、以下のフーリエ解析を行うことにより、各プローブ光の強度変調｜ａ１（ｔ０）｜２及び｜ａ２（ｔ０）｜２が得られる。
【００２５】
【数３】
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以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、単一時間ｔ＝ｔ０における各プロ一ブ光の強度変調波形｜ａ１（ｔ０）｜２及び｜ａ２（ｔ０）｜２を再構築することが可能である。したがって、図２（ａ）に示すように、再構築された各強度変調波形を正弦波でフィッティングし、観測された位相差Δφから次式を用いて群遅延差Δｔ（Ｌ）を算出することができる。
Δｔ（Ｌ）＝Δφ／２πｆ      （５）
Ｌは被測定物の長さである。
【００２６】
図２（ｂ）は本発明の実施形態に係るプローブ光の強度変調波形の実測例を示す特性図であり、各点（ドット）は実測によって得られた（再構築した）強度値、曲線はそれらの点（ドット）を正弦波曲線でフィッティングしたものである。
【００２７】
また、本実施形態手法において上述した群遅延差の波長依存性Δｔ（λ）を求めるには、例えば光周波数ｆ１のプローブ光を基準信号として、もう一方のプローブ光の光周波数をｆ２からｆｉに変化させながら群遅延差を波長の関数としてΔｔ（λ）を求めればよい。この時、式（４）に示したフーリエ解析によって実現されるフィルタリング機能は、例えば式Ｎ＝１であれば、図３に示すようなフィルタ特性を有すため、基準信号となるプローブ光の光周波数ｆ１ともう一方のプローブ光の光周波数ｆｉの差が次式を満たしていれば、初期周波数差Δｆ（＝ｆ２−ｆ１）から決定した遅延量Ｔを再調整することなく上記波長分散特性を得ることが可能である。
【００２８】
ｆｉ−ｆ１＝（２ｍ＋１）・Δｆ      （ｍ＝１，２，…）
結果として、被測定物の単位長さ当りの群遅延差Δｔ′（λ）は、以下のように求めることができる。
Δｔ′（λ）＝（Δφ（λ）／２πｆ）・１／Ｌ      （６）
ただし、２つのプローブ光の周波数差に応じた遅延量の再調整を行うことによって、波長分解能を向上されることも可能である。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１ａ、１ｂ…連続光発生手段、２…光合波器、３…光変調手段、４…変調信号発生手段、５…被測定物、６…サンプリングパルス発生手段、７…光遅延器、８ａ，８ｂ…光９０度ハイブリッド、９ａ〜９ｄ…バランス型受光器、１０…数値化手段、１１…演算処理装置、１２…電界サンプリング部、１３，１４…光分波器。
【図１】
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【図２】
2010197220.tif 000007
【図３】
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