(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある信号波長での信号の存在時のノイズレベルの測定方法であって、
ａ）前記信号を前記信号波長とは異なる第２の信号波長に離調するステップと、
ｂ）前記離調の前後における前記ノイズレベルの差に対応する差分関数を波長の関数として決定するステップと、
ｃ）前記ノイズレベルの前記信号波長における測定値を測定するステップと、
ｄ）前記信号波長での前記差分関数の値を前記測定値に加算するステップ、とからなるノイズレベルの測定方法。
【請求項２】
前記信号波長での前記差分関数の値が補間法によって決定されることを特徴とする請求項１に記載のノイズレベルの測定方法。
【請求項３】
前記信号波長での前記差分関数の値が近似法によって決定されることを特徴とする請求項１に記載のノイズレベルの測定方法。
【請求項４】
前記差分関数を決定するステップ（ステップｂ）が、
ｂ１）前記離調の前に複数の測定波長で光の強度の変動を表す曲線のノイズレベルを測定するステップと、
ｂ２）前記離調の後で前記測定波長のそれぞれにおいて光の強度の変動を表す曲線のノイズレベルを測定するステップとからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のノイズレベルの測定方法。
【請求項５】
前記信号の存在時のノイズレベルが信号の存在時の光増幅器のノイズレベルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のノイズレベルの測定方法。
【請求項６】
前記光増幅器がエルビウム・ドープしたファイバ増幅器である前記請求項５に記載のノイズレベルの測定方法。
【請求項７】
ある信号波長での信号の存在時のノイズレベルの測定をおこなうための装置であって、
ａ）前記信号を前記信号波長とは異なる第２の信号波長に離調する手段と、
ｂ）前記離調の前後における前記ノイズレベルの差に対応する差分関数を波長の関数として決定する手段と、
ｃ）前記ノイズレベルの前記信号波長における測定値を測定する手段と、
ｄ）前記信号波長での前記差分関数の値を前記測定値に加算する手段とからなるノイズレベルを測定するための装置。
【請求項８】
前記信号波長での前記差分関数の値を決定する補間手段をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載のノイズレベルを測定するための装置。
【請求項９】
前記信号波長での前記差分関数の値を近似法によって決定するための手段をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載のノイズレベルを測定するための装置。
【請求項１０】
前記差分関数を決定する手段が、
ｂ１）前記離調の前に複数の測定波長で光の強度の変動を表す曲線のノイズレベルを測定する手段と、
ｂ２）前記離調の後で前記測定波長のそれぞれにおいて光の強度の変動を表す曲線のノイズレベルを測定する手段とからなることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のノイズレベルを測定するための装置。
【請求項１１】
前記信号の存在時のノイズレベルが信号の存在時の光増幅器のノイズレベルであることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のノイズレベルを測定するための装置。
【請求項１２】
前記光増幅器がエルビウム・ドープしたファイバ増幅器である前記請求項１１に記載のノイズレベルを測定するための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は信号の存在時のノイズレベルの測定方法と装置とに関する。このような方法と装置とは、例えば光増幅器のノイズ指数測定で用いられる。
【０００２】
【発明の背景】
光増幅器は光送信回線網内で発生する損失を補償するために光通信システムで使用される。特に有利な種類の光学的増幅器はエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）である。エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器及びその他の光増幅器の特性記述で重要なパラメタは利得とノイズ指数である。ノイズ指数は種々の設計の増幅器の性能を比較する上で、又、システム設計上重要である。エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器で発生するノイズは光電子受信機での信号／ノイズ比を低下させ、ひいては光通信システムのビット誤り率を高める。ノイズ源の一つは、増倍自発放出（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ：ＡＳＥ）と呼ばれるエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器で発生する非干渉性放射である。
【０００３】
光増幅器の利得の測定は比較的簡単であるが、ノイズ指数の測定には実質的な困難さが伴う。例えば、ノイズレベルは信号の存在時の光信号の波長（又は周波数）にて確定されなければならない。通常信号とノイズは双方とも光の強度対波長のプロットとして光スペクトル分析器に表示される。信号の特定の波長でノイズと信号強度とが重なるので、その波長での実際のノイズ強度を決定することは困難である。
【０００４】
上記の問題点を解決する公知の方法は補間法を利用することである。この方法では、信号の左と右（最小と最大の波長）のノイズレベルが測定され、特定の信号波長でのノイズレベルが補間によって決定される。この方法を改良した方法も公知である。すなわち、信号波長の両側で特定の信号波長から種々の波長距離を隔てて幾つかのサンプルを抽出し、スプライン近似又は多項式近似によって特定の信号波長での値を補間する。
【０００５】
エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器の特性記述に利用される光スペクトル分析器は、信号に加えて増倍自発放出（ＡＳＥ）だけを表示することが望まれている。実際には、ソースの自発放出（Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ａｔ  ｓｏｕｒｃｅ  ：ＳＳＥ）もエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器によって増幅され、ＡＳＥに付加される。ＳＳＥを除去する方法の一つは、ファイバ増幅器を挿入する前にこれを測定し、表示された自発放出から（利得×ソースの自発放出）を減ずる方法である。この方法は“増倍自発放出補間／減算法”と呼ばれている。
【０００６】
別の方法は偏光消光方式である。この方法は、増倍自発放出が全く偏光されず、一方、ソースの自発放出が完全に偏光されるか、又は偏光子を使用して偏光可能である、という事実に基づいている。次にソースの偏光された自発放出を消滅させるために偏光制御器／フィルタを使用して、偏光されない増倍自発放出（より正確にはその半分）だけが通過するようにされる。この方法の問題点は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器の偏光モード分散によって、特定の信号波長から離れた波長でのソースの自発放出の抑制量が減少することにある。波長差及び偏光モード分散の双方又は一方が大きいほど、抑制は不完全なものになる。それによって、偏光消光方式を使用した場合、組合わせ：（ＡＳＥ＋利得×ＳＳＥ）−信号：（信号波長での落ち込み））が光スペクトル分析器上で（場合によっては強く）波長に左右されてしまう。
【０００７】
特に、ノイズレベルが信号波長の近傍で強く湾曲する場合があるので、公知のノイズレベル測定方法は精度に限界がある。偏光消光方式では、それがこの技術の生来の特性であるため、信号波長の近傍で強く湾曲することがある。このような湾曲により、信号波長での実際のノイズ強度を決定することが困難になることは明白である。光増幅器でノイズ指数を決定するための偏光消光方式、及びその他のいくつかの方法はＤ．バーニー、Ｃ．ヘンシェル、Ｊ．デュプレ著：”光ファイバ増幅器”（光波シンポジウム、１９３３）に記載されている。
【０００８】
【発明の目的】
従って本発明の目的は、精度がより高い、信号の存在時のノイズレベルの測定方法とノイズレベルを測定するための装置とを提供することにある。
【０００９】
【発明の概要】
本発明の原理に従って、信号波長が例えば同調可能なレーザー光源を用いて離調され、それによって信号波長におけるノイズの真の波形への接近がなされる。ノイズレベルの絶対値は離調の結果、変化するであろう。しかし、この作用は元のノイズ曲線と離調されたノイズ曲線との曲線整合によって修正できる。
【００１０】
本発明の一実施例では、ノイズレベルは離調の前と後に複数の測定波長で光スペクトル分析器を使用して測定され、そこから離調の前と後のノイズレベルの差を示す差分関数が導出される。元の信号波長でのノイズレベルの測定値と、この波長での差分関数の補間値とから、真のノイズレベルが確定される。
【００１１】
本発明の別の利点は次のとおりである。偏光モード分散が大きい増幅器の場合、従来型の偏光消光方式は、光スペクトル分析器に表示される前述の落ち込みの最低点を決定するのに完全には適していない。本発明の方法では、落ち込みは良好に表示される。落ち込みの底ははソースの自発放出が最も強く抑制されるポイントを表す。
【００１２】
【実施例】
図２はエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器１０のノイズレベルを測定する装置を示している。エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器１０は光ファイバ３５及び３６を介して増幅器試験セット１１に接続されている。ファイバ３５及び３６のエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器１０への接続、及び増幅器試験セット１１への接続はそれぞれ光コネクタ４０，４１，４２及び４３によって行われる。増幅器試験セット１１は光ファイバ２０によって同調レーザー光源１４に接続されている。同調レーザー光源１４は干渉性光ビームを放射し、その波長は所望の値に調整できる。このような同調レーザー光源の例には、ヒューレット・パッカード社のＨＰ８１６８Ａ同調レーザー光源がある。
【００１３】
増幅器試験セット１１は第１光カップラ１５を備えており、このカップラが増幅器試験セット１１に入射するレーザー光線の一部を出力計２２に導く。分岐したレーザー光線は光ファイバ２１を経て出力計２２に送られる。増幅器試験セット１１は更に第２光カップラ１６を備えており、この第２光カップラは第１光カップラ１５を透過し、次にエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器１０を透過したレーザー光線の一部を出力端子２３に導く。エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器１０の利得を測定するときは出力端子２３が出力計に接続される。この目的のために例えば出力計２２を使用できる。第１光カップラ１５及び第２光カップラ１６のそれぞれから分岐した光強度を比較することによって、増幅器の利得が決定される。実際の例では、第１光カップラ１５に入射した光強度の約１％、及び第２光カップラ１６に入射した光強度の約９５％が分岐される。
【００１４】
増幅器試験セット１１は更に、同調レーザー光源１４からの信号と自発放出の一部を抑制する偏光制御器／フィルタ１２を備えている。上記に概略を述べたように、偏光制御器／フィルタはソースの自発放出を抑制するものと思われる。ソースの自発放出は信号と同じ偏光状態にあるので、この偏光制御器／フィルタは信号をも抑制する。しかし、信号の抑制は、信号波長で直接測定できるほど強くはない。偏光制御器／フィルタ１２からの光出力信号は光ファイバ２４を経て光スペクトル分析器１３に送られる。光スペクトル分析器は光強度の対波長（又は周波数）特性を表示する。実際の例では、光スペクトル分析器１３はヒューレット・パッカード社のＨＰ７１４５０光スペクトル分析器を用いることができる。
【００１５】
エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器１０からの光信号を偏光制御器／フィルタ１２を通過させる代わりに、光スペクトル分析器１３に直接送ることができる。そのために、光伝送線１９を介して偏光制御器／フィルタ１２をバイパスできるようにする切換え装置１７，１８が備えられている。
【００１６】
次に、ノイズレベルを測定する方法の個々のステップを図１を参照して説明する。図１は光スペクトル分析器１３での曲線を表示したグラフである。水平軸は光信号の波長であり、垂直軸は光強度である。上部曲線５０は波長λｓｉｇｎａｌでの信号ピーク５１を有している。波長λｓｉｇｎａｌでのノイズレベルが決定される。
【００１７】
本発明の第１ステップでは、所定の測定波長での曲線５０上のいくつかのノイズ・サンプルが測定される。これらのノイズ・サンプルには参照符号６０ａ，６１ａ，６２ａ，６４ａ，６５ａ，６６ａが付されている。第２ステップでは、信号ピーク５１を含む曲線全体がある波長だけ離調される。この離調は同調レーザー光源１４の出力信号の波長を対応して変化させることによって行われる。実際の実施例では、信号は約１−２ナノメーターだけ離調される。光スペクトル分析器１３に表示される曲線は信号ピーク５３を有する曲線５２である。この曲線は信号ピーク５１を有する元の曲線５０に対してある波長間隔だけシフトされている。次のステップでは、離調された曲線５２でのノイズ・サンプルが、元の曲線５０のノイズ・サンプルと同じ測定波長で測定される。離調された曲線のノイズ・サンプルには、参照符号６０ｂ，６１ｂ，６２ｂ，６４ｂ，６５ｂ，６６ｂが付されている。更に、元の信号ピーク５１の波長λｓｉｇｎａｌでのノイズ・サンプル６３が測定される。ノイズ・サンプル６３の数値はＮ＊  （λｓｉｇｎａｌ）で示すことにする。
【００１８】
次のステップでは、差分関数Δ（λ）が決定される。この差分関数は元の曲線５０で抽出されたノイズ・サンプルと、離調された曲線５２で抽出されたノイズ・サンプルの同一波長における差分値を波長の関数としたものに相当する。次に、関数Δ（λ）の値が元の信号ピーク５１の波長λｓｉｇｎａｌで決定される。この決定は補間又はスプライン近似、又は、推奨実施例でのように多項式近似によって行われる。
【００１９】
最後に、波長λｓｉｇｎａｌでの差分関数値をノイズ・サンプル６３の値に加算することによって、波長λｓｉｇｎａｌでの正しいノイズ・レベルＮ（λｓｉｇｎａｌ）が確定される。すなわち、Ｎ（λｓｉｇｎａｌ）＝Δ（λｓｉｇｎａｌ）＋Ｎ＊  （λｓｉｇｎａｌ）となる。
【００２０】
上記のプロセスは自動化することができる。すなわち、元の曲線と離調された曲線でのノイズ・サンプルの測定並びに必要な計算はコンピュータ制御のもとで自動的に行われる。
【００２１】
【発明の効果】
上記の本発明の１実施例によっても、補間法を利用した従来の方法と比較して精度が大幅に向上する。精度の向上はソースの自発的放出量、ファイバ増幅器の偏光モード拡散、及び飽和度によって左右される。実際の例では、０．１から０．２ｄＢの向上が可能である。
【００２２】
本発明の方法は更に、増倍された自発放出（ＡＳＥ）補間／減算方式と組み合わせて利用することもできる。何故ならば、波長に左右されるＡＳＥの強い曲率が、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器の物理に起因する典型的な問題点であるからである。ＡＳＥ補間／減算方式では偏光制御器／フィルタは必要ない。
【００２３】
本発明の方法は光増幅器でのノイズ測定に特に適しているが、この領域に限定されるものではなく、信号の存在時のノイズを測定する必要がある別の用途にも利用できることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示した２つの光信号曲線のグラフである。
【図２】本発明を実施する装置の一実施例である。
【符号の説明】
１０：エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器
１１：増幅器試験セット１１
１２：偏光制御器／フィルタ
１３：光スペクトル分析器
１４：同調レーザー光源
１５：第１光カップラ
１６：第２光カップラ
１７、１８：切換え装置
２２：出力計
【図１】
0003549942.tif 000002
【図２】
0003549942.tif 000003