(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光を分散素子に入射し、その分散素子から出射される光を収束して複数の受光素子から成るアレイ素子に照射する手段と、このアレイ素子の出力から前記入射された光のパワーを演算によって求める演算回路を備えた光スペクトラムモニタにおいて、
ノイズを含まない単色光を前記光スペクトラムモニタに入力し、光学系で決まるプロファイルデータ（単色光のピークからの相対波長における単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値）を予め求め、このプロファイルデータを用いてノイズのパワーが加算された光のパワーの測定値からノイズのパワーを求めるノイズパワー演算手段を備え、
前記ノイズパワー演算手段は、ノイズのパワーを含んだ単色光のノイズのパワーを測定する場合、
最初にノイズを含まない単色光を前記光スペクトラムモニタに入力して得られるプロファイルデータ（Δλ：単色光のピークからの相対波長、Ｐｓ´：前記Δλにおける単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値）を求め、
次にノイズを含んだ単色光を前記光スペクトラムモニタに入力して得られる測定値（λｓ：アレイ素子中心の波長位置、Ｐｓ：アレイ素子の出力値）と、ピーク近傍のアレイ素子の出力の加算値に光学系によって決まる係数Ａを乗ずる演算によって求められる光の総パワー（Ｐｏ）と、単色光のピーク波長（λｏ）と、ピーク近傍の各アレイ素子のピークからの相対波長位置（λｓ´）を求め、前記プロファイルデータからΔλ＝λｓ´となる単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値（Ｐｓ´）を求め、これらを用いて、ノイズのパワーＮを、
Ｎ＝（Ｐｓ−Ｐｏ×Ｐｓ´）／（１−Ａ×Ｐｓ´）
（但し、Ａは光学系によって求まる係数である。）
の式によって算出するように構成されたことを特徴とする光スペクトラムモニタ。
【請求項２】
入射された光を分散素子に入射し、その分散素子から出射される光を収束して複数の受光素子から成るアレイ素子に照射する手段と、このアレイ素子の出力から前記入射された光のパワーを演算によって求める演算回路を備えた光スペクトラムモニタにおいて、
ノイズを含まない単色光を前記光スペクトラムモニタに入力し、光学系で決まるプロファイルデータ（単色光のピークからの相対波長における単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値）を予め求め、このプロファイルデータを用いてノイズのパワーが加算された光のパワーの測定値からノイズのパワーを求めるノイズパワー演算手段を備え、
前記ノイズパワー演算手段は、ノイズのパワーを含んだ単色光のノイズのパワーを測定する場合、
最初にノイズを含まない単色光を前記光スペクトラムモニタに入力して得られるプロファイルデータ（Δλ：単色光のピークからの相対波長、Ｐｓ´：前記Δλにおける単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値）を求め、
次にノイズのパワーを含んだ単色光を前記光スペクトラムモニタに入力して得られる測定値（λｓ：アレイ素子中心の波長位置、Ｐｓ：アレイ素子の出力値）と、単色光のピーク波長（λｏ）と、ピーク近傍の各アレイ素子のピークからの相対波長位置（λｓ´）を求め、前記プロファイルデータからΔλ＝λｓ´となる単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値（Ｐｓ´）を求め、この中から単色光のピークの近傍にある２つの素子ＰＤ１とＰＤ２を選択し、この素子ＰＤ１の出力（Ｐｓ１）と相対波長位置（λｓ´１）と等しい値となるΔλにおけるアレイ素子の出力値（Ｐｓ´１）と、素子ＰＤ２の出力（Ｐｓ２）と相対波長位置（λｓ´２）と等しい値となるΔλにおけるアレイ素子の出力値（Ｐｓ´２）を用いて、ノイズのパワーＮを、
Ｎ＝（Ｐｓ２×Ｐｓ´１−Ｐｓ１×Ｐｓ´２）／（Ｐｓ´１−Ｐｓ´２）
の式によって算出するように構成されたことを特徴とする光スペクトラムモニタ。
【請求項３】
入射された光を分散素子に入射し、その分散素子から出射される光を収束して複数の受光素子から成るアレイ素子に照射する手段と、このアレイ素子の出力から前記入射された光のパワーを演算によって求める演算回路を備えた光スペクトラムモニタにおいて、
ノイズを含まない単色光を前記光スペクトラムモニタに入力し、光学系で決まるプロファイルデータ（単色光のピークからの相対波長における単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値）を予め求め、このプロファイルデータを用いてノイズのパワーが加算された光のパワーの測定値からノイズのパワーを求めるノイズパワー演算手段を備え、
前記ノイズパワー演算手段は、ノイズのパワーを含んだ波長多重光のノイズのパワーを測定する場合、
最初にノイズを含まない単色光を前記光スペクトラムモニタに入力して得られる前記プロファイルデータを測定し、ピーク波長からの相対波長の関数Ｐｓ´（λ）を求め、次にノイズを含んだ単色光を光スペクトラムモニタに入力し、アレイ素子の出力値Ｐｓを測定し、ノイズを求める単色光のパワーＰoと、ノイズを求める単色光の短波側に隣接する単色光のピーク波長λｏsと、長波側に隣接する単色光のピーク波長λｏlと、ノイズのパワーＮを用いてアレイ素子の出力値Pｓをあらわした
【数１】
0003642209.tif 000010
の式に、ピーク近傍の複数のアレイ素子の出力Ｐｓ１、Ｐｓ２、Ｐｓ３、Ｐｓ４、と、その素子中心の波長位置λＳ１、λＳ２、λＳ３、λＳ４、を代入した得られた
【数２】
0003642209.tif 000011
の式によってノイズのパワーＮを算出するように構成されたことを特徴とする光スペクトラムモニタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散素子（例えば回析格子）と複数の受光素子（例えばフォトダイオードアレイ）を用いた光スペクトラムモニタに関し、特にノイズを含んだ光のノイズパワーを求めるノイズパワー演算手段の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より回析格子とフォトダイオードアレイを用いた光スペクトラムモニタはよく知られている。図５にその構成の一例を示す。光ファイバ１を介して入射された被測定光はレンズ２で並行光になり回析格子３に入射する。回析格子３に入射した光は、波長によって決まる回析角度で出射され、ミラー４で反射した後、レンズ５で収束されフォトダイオードアレイ６で検出される。
【０００３】
信号処理回路７でフォトダイオードアレイ６の出力を変換し、演算回路８でフォトダイオードアレイ6の入射した光の波長とパワーを演算する。この時、光の波長によって回析格子3から出射するときの角度が異なるため、光の波長によってフォトダイオードアレイ6に入射する位置も異なる。従って、フォトダイオード（ＰＤ）をアレイ状に配列したフォトダイオードアレイ6で光の入射位置と光のパワーを検出することにより、入射した光の波長とパワーを測定することができる。
【０００４】
図５はフォトダイオードアレイ6上に入射した単色光のパワーを簡単に模した図である。単色光はフォトダイオードアレイ6上で光学系によって決まる広がりを持った光として検出され、その総パワーは、例えば、各フォトダイオードの出力を加算して係数を乗ずる方法等によって各フォトダイオードの出力から演算によって求めることができる。また単色光に含まれるノイズのパワーは、単色光のピークから離れた位置におけるノイズのパワーを測定して、単色光のピーク近傍のノイズと仮定して求めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記に説明した従来の光スペクトラムモニタでは、単色光のピークから離れた波長におけるノイズのパワーを測定して、単色光のピーク近傍のノイズと仮定している。このため、測定波長範囲において一様なパワーを持つノイズの場合にはノイズのパワーを測定できるが一様なパワーを持たないノイズの場合には、ピーク近傍では単色光のパワーとノイズのパワーを分離できないため、この場合はノイズのパワーを測定することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するもので、測定波長範囲において一様なパワーを持たないノイズが含まれる被測定光のノイズのパワーを正しく測定することが可能な光スペクトラムモニタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために請求項１〜３に記載の発明では、光スペクトラムモニタにおいて、ノイズを含まない単色光を前記光スペクトラムモニタに入力し、光学系で決まるプロファイルデータ（単色光のピークからの相対波長における単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値）を予め求め、このプロファイルデータを用いてノイズのパワーが加算された光のパワーの測定値からノイズのパワーを求めるノイズパワー演算手段を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
このことにより、離散データから被測定光のピーク近傍でのノイズパワーを求めることが可能となる。
【０００９】
請求項１と２に記載の発明では、単色光のピーク近傍でのノイズパワーを求めることが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、波長多重光の各信号光のピーク近傍でのノイズパワーを求めることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。本発明の従来例と異なる点は、図５における演算回路８にノイズパワー演算手段を備えた点である。この演算回路８が行うノイズパワー演算手段について図１に示したフローチャートを用いて詳しく説明する。
【００１２】
最初にノイズを含まない単色光を光スペクトラムモニタに入力し、プロファイルデータ（Δλ：単色光のピークからの相対波長、Ｐｓ´：前記Δλにおける単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値）を求める。（ＳＴ１）
【００１３】
次にノイズを含んだ単色光を光スペクトラムモニタに入力し、各フォトダイオード（以下ＰＤという。）の出力とその設置位置からＰＤ素子中心の波長位置λｓとＰＤ素子の出力値Ｐｓを測定する。（ＳＴ２）
【００１４】
ＰＤの出力値から単色光の総パワーＰｏを求める。総パワーＰｏの計算方法は、例えば、ピーク近傍の５つのＰＤ素子の出力の加算値に光学系によって決まる係数Ａを乗ずる方法がある。つまりピーク近傍の５つのＰＤ素子の出力をそれぞれＰｓ１、Ｐｓ２、Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５とすると単色光の総パワーＰｏは、
Ｐｏ＝Ａ×（Ｐｓ１＋Ｐｓ２＋Ｐｓ３＋Ｐｓ４＋Ｐｓ５）      （１）
で求めることができる。実際には、各ＰＤ素子の出力にはノイズＮがふくまれるので、ピーク近傍の５つのＰＤ素子の出力より求めた単色光の総パワーＰｏ５は、
0003642209.tif 000002
となる。（ＳＴ３）
【００１５】
ＰＤ素子の出力値から単色光のピーク波長λｏを求める。（ＳＴ４）
【００１６】
ピーク近傍の各ＰＤ素子の、ピークからの相対波長位置λｓ´を求める。（ＳＴ５）
【００１７】
ＳＴ１で求めたプロファイルデータから、
Δλ＝λｓ´
となる単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値Ｐｓ´を求めるとピークからの相対波長位置λｓ´に対応する位置にあるＰＤ素子の出力に含まれる単色光のパワーは、ＰｏとＰｓ´を乗算することによって求めることができる。よって、ＰＤ素子の出力Ｐｓは、
0003642209.tif 000003
となり、
Ｎ＝（Ｐｓ−Ｐｏ５×Ｐｓ´）／（１−５Ａ×Ｐｓ´）      （４）
によってノイズのパワーＮを求めることが可能である。（ＳＴ６）
【００１８】
上記に述べた方法の他にも、単色光の総パワーＰｏを求めずに２つのＰＤ素子の出力値から連立方程式によってノイズのパワーＮを求める方法がある。以下にその方法について図２に示したフローチャートを用いて詳しく説明する。
【００１９】
最初にノイズを含まない単色光を光スペクトラムモニタに入力し、プロファイルデータ（Δλ：単色光のピークからの相対波長、Ｐｓ´：単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値）を求める。（ＳＴ１）
【００２０】
次にノイズを含んだ単色光を光スペクトラムモニタに入力し、各フォトダイオード（以下ＰＤという。）の出力とその設置位置からＰＤ素子中心の波長位置λｓとＰＤ素子の出力値Ｐｓを測定する。（ＳＴ２）
【００２１】
ＰＤの出力値から単色光のピーク波長λｏを求める。（ＳＴ３）
【００２２】
ピーク近傍の各ＰＤ素子の、ピークからの相対波長位置λｓ´を求める。（ＳＴ４）
【００２３】
ＳＴ１で求めたプロファイルデータから、
Δλ＝λｓ´
となる単色光の総パワーで規格化したアレイ素子の出力値Ｐｓ´を求めるとピークからの相対波長位置λｓ´に対応する位置にあるＰＤ素子の出力に含まれる単色光のパワーは、単色光の総パワーをＰｏと仮定すると、Ｐｏ×Ｐｓ´によって求めることができる。よって、ＰＤ素子の出力Ｐｓは、
Ｐｓ＝Ｐｏ×Ｐｓ´＋Ｎ
となる。ここで、
単色光のピーク近傍の２つのＰＤ素子の出力をそれぞれＰｓ１、Ｐｓ２、
ピークからの相対波長位置をそれぞれλｓ´１、λｓ´２、
ＳＴ１で求めたプロファイルデータからΔλ＝λｓ´１となる単色光の総パワーで規格化されたアレイ素子の出力値をＰｓ´１、
同様に、ＳＴ１で求めたプロファイルデータからΔλ＝λｓ´２となる単色光の総パワーで規格化されたアレイ素子の出力値をＰｓ´２とすると、
Ps1+Ps2=Po×Ps'1＋Po×Ps'2+2N=Po×(Ps'1+Ps'2)+2N        （５）
Ps1−Ps2=Po×Ps'1−Po×Ps'2=Po×(Ps'1−Ps'2)              （６）
の連立方程式が成立する。この（５）式と（６）式より、
Ps1+Ps2=(Ps'1+Ps'2)×(Ps1−Ps2)／(Ps'1−Ps'2)+2N          （７）
となる。よって（７）式よりノイズのパワーＮは、
0003642209.tif 000004
によって求めることが可能である。（ＳＴ５）
【００２４】
更に単色光のノイズパワーを測定する場合と同様に、被測定光のプロファイルデータを予め求めることにより、ノイズを含んだ波長多重（ＷＤＭ）光のノイズパワーを求めることが可能である。以下にその方法について図３に示したフローチャートを用いて詳しく説明する。
【００２５】
最初にノイズを含まない単色光を光スペクトラムモニタに入力し、プロファイルデータを測定し、ピーク波長からの相対波長の関数、Ｐｓ´（λ）を求める。（ＳＴ１）
【００２６】
次にノイズを含んだ単色光を光スペクトラムモニタに入力し、各ＰＤの出力値Ｐｓを測定する。（ＳＴ２）
【００２７】
ＰＤ素子の出力値から、近傍のノイズを求める単色光のピーク波長λｏを求める。（ＳＴ３）
【００２８】
ＰＤ素子の出力値から、近傍のノイズを求める単色光の短波側に隣接する単色光のピーク波長λｏsと、長波側に隣接する単色光のピーク波長λｏlを求める。（ＳＴ４）
【００２９】
ここで、PD素子の出力Ｐsは、これまでに求めたプロファイルデータと、
未知量である、近傍のノイズを求める単色光のパワーＰoと近傍のノイズを求める単色光の短波側に隣接する単色光パワーＰｏsと長波側に隣接する単色光のパワーＰｏlとノイズパワーＮと、
既知量である、近傍のノイズを求める単色光のピーク波長λoと近傍のノイズを求める単色光の短波側に隣接する単色光のピーク波長λｏsと長波側に隣接する単色光のピーク波長λｏlと各ＰＤ素子の素子中心の波長位置λsを用いて、
【数３】
0003642209.tif 000005
と、あらわすことができる。また図４は、これらの関係を模式的に図示したものである。
ここで、ピーク近傍の複数の素子の出力をそれぞれＰs1、Ｐs2、Ｐs3、Ｐs4とし、その素子中心の波長位置をそれぞれλS1、λS2、λS3、λS4、とすると、
【数４】
0003642209.tif 000006
と、あらわすことができる。ここで、
【数５】
0003642209.tif 000007
とすれば、上記（１０）式は、
【数６】
0003642209.tif 000008
となる。（ＳＴ５）
【００３０】
そこで、未知量のパラメータであるノイズパワーＮは左からＡの逆行列をかければ、
【数７】
0003642209.tif 000009
として求めることが可能である。（ＳＴ６）
【００３１】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１〜３に記載の発明では、従来不可能であった、被測定光のピーク近傍でのノイズパワーを求めることが可能となる。
【００３３】
請求項１及び２に記載の発明では、単色光のピーク近傍でのノイズパワーを従来のハードウェアを用いて正確に求めることが可能となる。
【００３４】
請求項３に記載の発明では、波長多重光の各信号光のピーク近傍でのノイズパワーを従来のハードウェアを用いて正確に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光スペクトラムモニタの単色光測定動作を説明するフローチャートである。
【図２】本発明に係る光スペクトラムモニタの他の単色光測定動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明に係る光スペクトラムモニタの波長多重光測定動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明に係る光スペクトラムモニタの波長多重光測定動作を説明する図である。
【図５】従来の光スペクトラムモニタの一例を示す構成図である。
【図６】従来の光スペクトラムモニタを説明する図である。
【符号の説明】
１  光ファイバ
２、５  レンズ
３  回析格子
４  ミラー
６  フォトダイオードアレイ
７  信号処理回路
８  演算回路
【図１】
0003642209.tif 000012
【図２】
0003642209.tif 000013
【図３】
0003642209.tif 000014
【図４】
0003642209.tif 000015
【図５】
0003642209.tif 000016
【図６】
0003642209.tif 000017