(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送状況の監視対象となる光が入射される入力導波路と、その入力導波路に接続されたスラブ導波路と、そのスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記入力導波路に入射された光を前記アレイ導波路の出射端から分光して出射する導波路型分光器と、
前記導波路型分光器の前記出射端から距離Ｆ１の位置に配置され前記出射端から出射された光を集光する焦点距離がＦ１である第１レンズと、
前記第１レンズから距離Ｆ１の位置に配置され、前記導波路型分光器の前記出射端から出射され前記第１レンズを透過してきた光を互いに直交するＸ偏光とＹ偏光に分離して出射する偏光分離素子と、
前記導波路型分光器と前記偏光分離素子との間に設けられ、その一方の複屈折軸方向の偏光成分とそれに直交する他方の偏光成分との位相差を調整することで前記Ｘ偏光とＹ偏光の光パワー比を調節する可変リターダと、
前記偏光分離素子から距離Ｆ２の位置に前記偏光分離素子に臨むよう配置され前記Ｘ偏光とＹ偏光をそれぞれ集光する焦点距離がＦ２である第２レンズと、
前記第２レンズから出射されたＸ偏光とＹ偏光のどちらか一方の偏光のみを空間的に９０度回転させることで偏光方向を同じにする１／２波長板と、
前記第２レンズから距離Ｆ２の位置に配置されると共に、前記第２レンズから出射されて前記１／２波長板を介して出射された前記一方の偏光と前記第２レンズから出射された他方の偏光とを前記第２レンズに反射する反射型の光位相変調器と、
前記第２レンズから前記偏光分離素子と同じ側で距離Ｆ２の位置に前記第２レンズに臨ませて配置され、前記光位相変調器で反射され前記第２レンズで集光された前記一方の偏光と前記他方の偏光の干渉縞を検出する受光素子アレイと、
を備えたことを特徴とする光パフォーマンスモニタ。
【請求項２】
前記受光素子アレイと並列に設けられ、前記光位相変調器で反射され前記第２レンズで集光された前記一方の偏光と前記他方の偏光を反射し、再び前記第２レンズに入射する反射ミラーと、
前記反射ミラーで反射され、前記第２レンズ、前記光位相変調器、前記１／２波長板、前記第２レンズを経た前記一方の偏光と、前記反射ミラーで反射され、前記第２レンズ、前記光位相変調器、前記第２レンズを経た前記他方の偏光とが前記偏光分離素子にて合成され、かつ、前記可変リターダ、前記第１レンズを経た光が入射される複数の導波路からなるアレイ導波路と、そのアレイ導波路に接続されたスラブ導波路と、そのスラブ導波路に接続された複数の出力導波路と、を有する波形モニタ用導波路型分光器と、
前記波形モニタ用導波路型分光器の前記複数の出力導波路に対応するように受光素子が配置された波形モニタ用受光素子アレイと、
をさらに備えた請求項１記載の光パフォーマンスモニタ。
【請求項３】
前記可変リターダは、前記Ｘ偏光とＹ偏光の光パワー比が１：１となるように、前記可変リターダの一方の複屈折軸方向の偏光成分とそれに直交する他方の偏光成分との位相差を調整するようにされる
請求項１または２記載の光パフォーマンスモニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重通信方式の光ネットワークにおいて光信号の伝送状況を監視する導波路型の光パフォーマンスモニタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長多重通信（Wavelength Division Multiplexing；ＷＤＭ）方式は、１本の光ファイバに、近接した波長の光信号を多重化する方式であり、爆発的なインターネットの普及を支え情報を大容量化する手段として広く普及している。
【０００３】
一方、ＷＤＭ方式を基盤とする光ネットワークでは、光を分岐・挿入（光Add/Drop）することで、ある波長信号（波長チャネル）を用いて各ノード間にコネクションを張り、そのコネクションの状態をネットワークの使用状況に応じて時間的に変更するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing；再構築可能な光分岐・挿入多重化）の導入が進められている。今後は、光のままでクロスコネクトする光クロスコネクト（Optical Cross-connect；ＯＸＣ）方式も導入される機運にある。
【０００４】
これらを実現するためには、光ネットワークの各ノードでは、波長選択スイッチ（Wavelength Selectable Switch；ＷＳＳ）や上述のＯＸＣの装置の他、波長信号（波長チャネル）の伝送状況を監視し、常に正常に光ネットワークが動作しているかを管理する光パフォーマンスモニタが不可欠である。
【０００５】
光パフォーマンスモニタには、下記の（１）〜（３）の項目を測定・監視し、それをネットワーク管理層の装置に報告することが要求される。
（１）伝送されている光信号波長
（２）各光信号の光パワー
（３）光信号対雑音比（Optical Signal to Noise Ratio；以下、ＯＳＮＲという）
【０００６】
また、光パフォーマンスモニタでは、上記の（１）〜（３）の項目を高速に測定し、光ネットワークでその情報を共有し、伝送トラブルに対処する必要がある。
【０００７】
図１０に、従来の光パフォーマンスモニタの一例を示す。
【０００８】
図１０に示す光パフォーマンスモニタ１０１では、光ファイバ１０２から出射した光は、分光機能を持つ回折格子１０３で分光された後、レンズ１０４により集光され、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Machining System）ミラー１０５に入射する。ＭＥＭＳミラー１０５に入射した光は、波長毎にそれぞれの角度で反射され、任意の波長の光が受光器１０６に入射し、受光器１０６にてその波長の光パワーが測定される。
【０００９】
ＭＥＭＳミラー１０５は、印加する電圧で図示θ、φ方向に回転できるようになっており、任意の波長の光の反射角度を変化させて受光器１０６に入射させることで、それぞれの波長の光パワーを測定できる。
【００１０】
図１１（ａ）に、従来の光パフォーマンスモニタ１０１で測定した波長スペクトルの一例を示す。図１１（ａ）の波長スペクトルを得ることにより、伝送されている信号波長と伝送されていない信号波長を確認でき、伝送されている信号波長の光パワーを監視することができる。また、ＯＳＮＲは、下式（１），（２）より近似的に求めることができる。
ＯＳＮＲ＝１０×ｌｏｇ（Ｐｉ／Ｎｉ）    ・・・（１）
但し、Ｐｉ：信号パワー（Ｗ）
Ｎｉ：ノイズパワー（Ｗ）
Ｎｉ＝｛Ｎ（λｉ−Δλ）＋Ｎ（λｉ＋Δλ）｝／２    ・・・（２）
【００１１】
なお、式（２）におけるＮ（λｉ−Δλ）とＮ（λｉ＋Δλ）は、図１１（ｂ）に示すように、ＯＳＮＲを測定する光信号の波長λｉの前後の光パワーの極小値を表している。式（２）では、これらＮ（λｉ−Δλ）とＮ（λｉ＋Δλ）の平均をとることで、波長λｉにおけるノイズパワーＮｉを推定している。つまり、この方法は、各信号波長の間の光ノイズを補間し、波長λｉの光ノイズＮｉを推定する方法である。
【００１２】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−１０７３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図１０の従来の光パフォーマンスモニタ１０１では、隣り合う信号波長のパワーレベルが大きく違う場合や波長間隔が狭い場合、隣接した大きなパワーを持つ信号波長のテール（裾野）の影響を受け、ノイズパワーＮｉが精度良く測定できない問題がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、伝送されている光信号波長、各光信号の光パワー、ノイズパワー、およびＯＳＮＲを精度良く測定することが可能な光パフォーマンスモニタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、伝送状況の監視対象となる光が入射される入力導波路と、その入力導波路に接続されたスラブ導波路と、そのスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路とを有し、前記入力導波路に入射された光を前記アレイ導波路の出射端から分光して出射する導波路型分光器と、前記導波路型分光器の前記出射端から距離Ｆ１の位置に配置され前記出射端から出射された光を集光する焦点距離がＦ１である第１レンズと、前記第１レンズから距離Ｆ１の位置に配置され、前記導波路型分光器の前記出射端から出射され前記第１レンズを透過してきた光を互いに直交するＸ偏光とＹ偏光に分離して出射する偏光分離素子と、前記導波路型分光器と前記偏光分離素子との間に設けられ、その一方の複屈折軸方向の偏光成分とそれに直交する他方の偏光成分との位相差を調整することで前記Ｘ偏光とＹ偏光の光パワー比を調節する可変リターダと、前記偏光分離素子から距離Ｆ２の位置に前記偏光分離素子に臨むよう配置され前記Ｘ偏光とＹ偏光をそれぞれ集光する焦点距離がＦ２である第２レンズと、前記第２レンズから出射されたＸ偏光とＹ偏光のどちらか一方の偏光のみを空間的に９０度回転させることで偏光方向を同じにする１／２波長板と、前記第２レンズから距離Ｆ２の位置に配置されると共に、前記第２レンズから出射されて前記１／２波長板を介して出射された前記一方の偏光と前記第２レンズから出射された他方の偏光とを前記第２レンズに反射する反射型の光位相変調器と、前記第２レンズから前記偏光分離素子と同じ側で距離Ｆ２の位置に前記第２レンズに臨ませて配置され、前記光位相変調器で反射され前記第２レンズで集光された前記一方の偏光と前記他方の偏光の干渉縞を検出する受光素子アレイと、を備えた光パフォーマンスモニタである。
【００１７】
前記受光素子アレイと並列に設けられ、前記光位相変調器で反射され前記第２レンズで集光された前記一方の偏光と前記他方の偏光を反射し、再び前記第２レンズに入射する反射ミラーと、前記反射ミラーで反射され、前記第２レンズ、前記光位相変調器、前記１／２波長板、前記第２レンズを経た前記一方の偏光と、前記反射ミラーで反射され、前記第２レンズ、前記光位相変調器、前記第２レンズを経た前記他方の偏光とが前記偏光分離素子にて合成され、かつ、前記可変リターダ、前記第１レンズを経た光が入射される複数の導波路からなるアレイ導波路と、そのアレイ導波路に接続されたスラブ導波路と、そのスラブ導波路に接続された複数の出力導波路と、を有する波形モニタ用導波路型分光器と、前記波形モニタ用導波路型分光器の前記複数の出力導波路に対応するように受光素子が配置された波形モニタ用受光素子アレイと、をさらに備えてもよい。
【００１８】
前記可変リターダは、前記Ｘ偏光とＹ偏光の光パワー比が１：１となるように、可変リターダの一方の複屈折軸方向の偏光成分とそれに直交する他方の偏光成分との位相差を調整するようにされてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、伝送されている光信号波長、各光信号の光パワー、およびＯＳＮＲを精度良く測定することが可能な光パフォーマンスモニタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る光パフォーマンスモニタの概略構成図であり、（ｂ）はその側面図である。
【図２】図１の光パフォーマンスモニタに用いる低分解能導波路型分光器の平面図である。
【図３】（ａ）は、図１の光パフォーマンスモニタに用いるＬＣＯＳの断面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はＸ軸方向に配列したセルにおける屈折率分布の一例を示す図である。
【図４】図１の光パフォーマンスモニタのＰＤアレイで検出する干渉縞の一例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る光パフォーマンスモニタの概略構成図であり、（ａ）は低分解能導波路型分光器からＰＤアレイと反射ミラーに至る光路を、（ｂ）は反射ミラーから第２ＰＤアレイに至る光路を示す図である。
【図６】図５の光パフォーマンスモニタの側面図である。
【図７】図５の光パフォーマンスモニタに用いる高分解能導波路型分光器の平面図である。
【図８】各変調方式における信号スペクトルの微細構造を示す図である。
【図９】本発明の光パフォーマンスモニタを利用した通信システムの構成図である。
【図１０】従来の光パフォーマンスモニタの概略構成図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、図１０の従来の光パフォーマンスモニタにおける伝送されている光信号波長、各光信号の光パワー、およびＯＳＮＲの測定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、本実施の形態に係る光パフォーマンスモニタの概略構成図であり、図１（ｂ）はその側面図である。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、光パフォーマンスモニタ１は、導波路型分光器としての低分解能導波路型分光器２と、第１レンズ３と、可変リターダ４と、偏光分離素子６と、第２レンズ７と、１／２波長板８と、光位相変調器としてのＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）９と、受光素子アレイとしてのＰＤ（Photo Diode）アレイ１０と、を備えている。可変リターダ４は第１レンズ３と導波路型分光器２の間（図１中の５の位置）に配置されていても良い。また、例えば、低分解能導波路型分光器２として、フリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）が１０ＴＨｚ程度のものを用いる。
【００２４】
低分解能導波路型分光器２は、１つ以上の入力ポート（図示せず）を有し、このうち１本の入力ポートに、伝送状況の監視対象となる光を入射する入力光ファイバ１１が接続される。
【００２５】
図２に示すように、低分解能導波路型分光器２は、平らな基板（図示せず）上に、屈折率の高いコア２１がそれよりも屈折率の低いクラッド２２に埋め込まれた構造の導波路型分光回路２３を積層して形成されている。導波路型分光回路２３は、入力光ファイバ１１から光が入射される１本以上の入力導波路２４と、その入力導波路２４に接続された厚さ方向（図示紙面方向）のみに閉じ込め構造のあるスラブ導波路２５と、そのスラブ導波路２５に接続された複数の一定長ΔＬずつ長さが順次異なった導波路２６からなるアレイ導波路２７とを有する。アレイ導波路２７の出射端２８から出射される光の方向は波長毎に異なるので、入力導波路２４に入力された光は、アレイ導波路２７の出射端から分光（図１（ａ）のＸ軸方向に分光）して出射されることになる。出射される光の方向（角度）はアレイ導波路２７の導波路２６の長さの差ΔＬに依存し、ΔＬを大きくすると、僅かに異なった波長でも、大きな角度で分光することができる。
【００２６】
図１に戻り、第１レンズ３は、その中心が低分解能導波路型分光器２の出射端２８から距離Ｆ１の位置となるように配置される。第１レンズ３の焦点距離は、両側ともＦ１である。第１レンズ３は、低分解能導波路型分光器２の出射端２８から出射された光を集光するもので、図示Ｘ軸方向及びＹ軸方向にコリメートする機能を有する。第１レンズ３としては、球面レンズ、円筒レンズなどを用いることができる。
【００２７】
偏光分離素子６は、その一方の端面が第１レンズ３の中心から距離Ｆ１の位置となるように配置される。偏光分離素子６は、ウォラストンプリズムからなり、導波路型分光器２の出射端２８から出射され第１レンズ３を透過してきた光を互いに直交するＸ偏光とＹ偏光に分離（図示Ｙ軸方向に分離）して出射するものである。
【００２８】
導波路型分光器２と偏光分離素子６との間には、その複屈折軸が導波路型分光器２の複屈折軸に対してπ／４＋ｍ×π／２（ｍは整数）の角度で傾けて配置され、その一方の複屈折軸方向の偏光成分とそれに直交する他方の偏光成分との位相差を調整することで偏光分離素子６で分離されるＸ偏光とＹ偏光の光パワー比を調節する可変リターダ４が配置される。可変リターダ４としては、例えば、液晶パネルを使用し、液晶パネルに印加する電圧を制御することで、任意のリターダンス（位相差）を発生させる液晶可変リターダ（ＬＶＲ）を用いることができる。可変リターダ４では、例えば、５Ｖ程度の電圧を印加することで、２π程度のリターダンス（位相差）を得ることができる。詳細は後述するが、ＰＤアレイ１０で検出する干渉縞の可干渉度（ビジビリティー）を最大とするために、可変リターダ４は、Ｘ偏光とＹ偏光の光パワー比が１：１となるように、リターダンスを調整するようにされる。
【００２９】
一般に、光ファイバの偏光状態は、時間的に変化する。このため、光ファイバが接続された低分解能導波路型分光器２の出射端２８から出射された光も偏光状態が変化することになる。この時間的な変化は、通常の状態であれば、比較的ゆっくり（数秒オーダの周期で）変化する。このため、ここでは可変リターダ４を用いて通過光のリターダンスを時間的にミリ秒オーダーで高速に変化させることで、光ファイバ１１から入射されるいかなる偏光状態の光であっても偏光分離素子６に入射されるＸ偏光とＹ偏光の振幅比（パワーは振幅の２乗）を１：１にすることができる。実際は、上記したように、ＰＤアレイ１０で検出する干渉縞の可干渉度（ビジビリティー）が最大となるときが、Ｘ偏光とＹ偏光の振幅比（パワーは振幅の２乗）が１：１になることが解析的に示される。
【００３０】
以上の方法により、可変リターダ４により光パワー比が調整された互いに直交する偏光が、偏光分離素子６にてＸ偏光、Ｙ偏光として分離されることになる。
【００３１】
第２レンズ７は、その中心が偏光分離素子６の中心から距離Ｆ２の位置となるように、かつ、第２レンズ７の上半分が偏光分離素子６に臨むように配置される。第２レンズ７の焦点距離は、両側ともＦ２である。第２レンズ７は、Ｘ偏光とＹ偏光をそれぞれ集光するもので、図示Ｘ軸方向及びＹ軸方向にコリメートする機能を有する。第２レンズ７としては、球面レンズ、円筒レンズなどを用いることができる。
【００３２】
光位相変調器として用いるＬＣＯＳ９は、一軸方向に振動する偏光成分に対してのみしか屈折率を変化させることができない、すなわち単一の偏光の位相のみしか変化させることができない。しかし、一般に光は、Ｘ偏光とＹ偏光の成分を有しており、またそれらの比率は時間と共に変化する。そのため、Ｘ偏光及びＹ偏光を同様に位相制御する必要がある。そこで、本実施の形態では、第２レンズ７とＬＣＯＳ９との間に、一つの偏光のみをカバーするよう、Ｘ偏光の光路またはＹ偏光の光路のいずれかのみに１／２波長板８を配置し、第２レンズ７から出射されたＸ偏光とＹ偏光のどちらか一方の偏光のみを空間的に９０度回転させることで偏光方向を同じとするようにした。ここでは、１／２波長板８にてＸ偏光をＹ偏光に変換して偏光方向をＹ軸方向に揃える場合を示しているが、Ｙ偏光をＸ偏光に変換して偏光方向をＸ軸方向に揃えるようにしてもよい。１／２波長板８は、その複屈折軸が入射する偏光方向（ここではＸ軸方向）に対してπ／４＋ｎ×π／２（ｎは整数）となるように配置される。
【００３３】
ＬＣＯＳ９は、その反射膜３３が第２レンズ７の中心から距離Ｆ２の位置となるように配置される。但し、距離Ｆ２はセンチメートルオーダであり、ＬＣＯＳ９を構成する各膜３３〜３７（図３（ａ）参照）は数ミクロンオーダであるため、第２レンズ７側に位置するＬＣＯＳ９の端面が、第２レンズ７の中心から距離Ｆ２の位置に配置されても実質的に問題は無い。ＬＣＯＳ９は、第２レンズ７で集光されたＹ偏光と、第２レンズ７で集光されたＸ偏光を１／２波長板８で変換して得られるＹ偏光とをセルごとに任意の角度で反射するためのもので、複数のセルからなり、セルごとに屈折率が可変に構成されている。図示しない制御回路によりＬＣＯＳ９の屈折率分布を制御することで、セルごとに反射光の位相変化を与えることができる。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、ＬＣＯＳ９は、電子回路が形成されたＳｉ基板３１上に、電極（例えばＩＴＯ）３２、反射膜３３、ＳｉＯ2膜３４、配向膜３５、液晶層３６、ＳｉＯ2膜３４、電極３２、及び薄膜状のガラス基板３７を順次積層して構成される。
【００３５】
図３（ｂ）に示すように、ＬＣＯＳ９は、縦横複数に配列されたセル３８を備え、各セル３８の屈折率を独立に制御可能である。具体的には、各セル３８毎に電圧を印加することにより液晶層３６の配向方向（複屈折率）を制御し、これによりＬＣＯＳ９の上面で入反射する光ビームの位相を各セル３８毎に変調させることができる。
【００３６】
ＬＣＯＳ９の各セル３８内に入射した光ビームを反射させるために必要な位相変化は最大で２π程度である。そのため、Ｘ軸方向に整列するセル３８においては、光ビームに与える位相は２πを超えず、図３（ｃ）に示すように、鋸歯状の電圧を印加して鋸歯状の屈折率分布を与える。またＬＣＯＳ９に対しては、各セル３８に印加する電圧をそれぞれ変えることによって、第１レンズ３及び第２レンズ７の収差による波面歪みを補正するような屈折率分布を与えることもできる。つまり、ＬＣＯＳ９では、Ｘ軸方向の鋸歯状の屈折率分布と収差補正のための屈折率分布を重畳した屈折率分布を与えることになる。
【００３７】
ＬＣＯＳ９を反射した光は第２レンズ７を通過し、ＰＤアレイ１０と同一平面に像を結ぶ。このとき結像位置は波長毎に異なる。この屈折率分布をＬＣＯＳ９へ付与することにより、これら像の結像位置をＸ軸方向にシフトすることができ、上記した鋸歯状の屈折率分布の周期を変えることでシフト量を制御できる。これにより、入射された光ビームのうち、所定の波長の光ビームをＰＤアレイ１０に入射させることができる。なお、ＬＣＯＳ９は、ヒータあるいはペルチェ素子によって一定の温度となるように温度制御されることが望ましい。
【００３８】
ＰＤアレイ１０は、第２レンズ７の偏光分離素子６と同じ側に配置され、その端面が第２レンズ７の中心から距離Ｆ２の位置となるように、第２レンズ７の下半分に臨ませて配置される。ＰＤアレイ１０には、ＬＣＯＳ９で選択された波長の光、すなわち、Ｙ偏光に変換されたＸ偏光と、Ｙ偏光の両者が入射する。これら２つの光は、干渉して干渉縞を形成するが、ＰＤアレイ１０では、この干渉縞を検出することになる。
【００３９】
次に、光パフォーマンスモニタ１の動作を説明する。
【００４０】
入力光ファイバ１１より入力された種々の波長の光（波長多重化光信号、伝送状況の監視対象となる光）は、低分解能導波路型分光器２に入射すると、出射端２８から、各波長毎に異なった方向に出射する（分光され出射する）。これら分光された光が第１レンズ３を通過すると、各波長の光は、互いにオフセットした並行ビームとして可変リターダ４に入射する。
【００４１】
可変リターダ４に入射した各波長の光は、可変リターダ４にてリターダンスが調整され、Ｘ偏光とＹ偏光の光パワー比が１：１に調整されて出射される（なお、ここでいうＸ偏光、Ｙ偏光とは、偏光分離素子６で分離される偏光をいう）。
【００４２】
このとき、入力される光の光電界をＥｘ，Ｅｙとすると、偏光分離素子６を通過後のＸ偏光の光パワーＰｘ、Ｙ偏光の光パワーＰｙは、それぞれ下式（３），（４）
Ｐｘ＝（Ｅｘ2＋Ｅｙ2−２ＥｘＥｙｃｏｓφ）／２  ・・・（３）
Ｐｙ＝（Ｅｘ2＋Ｅｙ2＋２ＥｘＥｙｃｏｓφ）／２  ・・・（４）
で与えられる。式（３），（４）におけるφは、可変リターダ４と入力光ファイバ１１からの出力を合わせた位相差である。なお、Ｐｘ＋Ｐｙ＝Ｅｘ2＋Ｅｙ2となり、式（３），（４）はエネルギー保存則を満たしている。
【００４３】
式（３），（４）より、入力光ファイバ１１から如何なる位相差を持った光が入射しても、可変リターダ４により位相差を０〜２πと変化させ、φ＝±π／２とすることで、Ｐｘ＝Ｐｙとすることが可能となる。
【００４４】
偏光分離素子６に入射した各波長の光は、Ｘ偏光のグループとＹ偏光のグループに分離され、それぞれ、第２レンズ７の上半分に入射する。第２レンズ７を通過した２つの偏光グループ（Ｘ偏光のグループ及びＹ偏光のグループ）は、それぞれ平行ビームとなり、ＬＣＯＳ９に入射する。このとき、２つに分離した内の一方の偏光グループであるＸ偏光のグループは、ＬＣＯＳ９に入射する前に、１／２波長板８を通過し、偏光方向が空間的に９０°回転してＹ偏光となり、それからＬＣＯＳ９に入射することになる。
【００４５】
このように、Ｘ偏光の偏光グループは１／２波長板８を通過し、Ｙ偏光の偏光グループは１／２波長板８を通過せずＬＣＯＳ９に入射する構成にした理由は、ＬＣＯＳ９が一つの偏光（ここではＹ偏光）のみに作用する（反射光の方向を制御する）ためである。ＬＣＯＳ９がＸ偏光のみに作用する場合はＹ偏光のみが１／２波長板８を通過するように構成するとよい。
【００４６】
ＬＣＯＳ９に入射した各波長の光は、ＬＣＯＳ９上で、Ｘ偏光（変換後のＹ偏光）、Ｙ偏光毎に１つの像として集光する（図１（ａ）ではグループＡとグループＢとして示している）。このＬＣＯＳ９上の像は、低分解能導波路型分光器２の端面での像を、ある倍率で変換した像となる。これは、ビーム像が２つのレンズ、すなわち第１レンズ３と第２レンズ７による２回のフーリエ変換の関係の結果だからである。このときの倍率Ｂは、第１レンズ３と第２レンズ７の焦点距離Ｆ１，Ｆ２の比率によって決定され、Ｂ＝Ｆ２／Ｆ１で与えられる。
【００４７】
ＬＣＯＳ９で反射された光は、第２レンズ７の下半分に入射し、対向する焦点面（Ｆ２の位置）に配置されたＰＤアレイ１０で受光される。この焦点面では、ＬＣＯＳ９上の光分布はそのフーリエ像に変換される。このため、ＬＣＯＳ９にて波長毎に異なった角度で反射した各波長の光はＸ軸方向に分光され、またＬＣＯＳ９で楕円であった光分布は、偏平の方向が９０°変化した像となる。さらに、この焦点面では、ＬＣＯＳ９上の２つのグループＡ，Ｂの光は、第２レンズ７によりある角度を持って各波長毎に入射し結像するため、干渉縞が形成されることになる。
【００４８】
本実施の形態では、可変リターダ４により、Ｘ偏光とＹ偏光のパワー比を１：１としており、２つのグループＡ，Ｂの光パワーは同じとなっているので、焦点面に形成される干渉縞の可干渉度（ビジビリティー）は最大となる。
【００４９】
第２レンズ７の焦点面に配置されたＰＤアレイ１０は、分光された各波長の干渉縞を検出する。このとき、ＰＤアレイ１０で検出される干渉縞の一例を図４に示す。
【００５０】
図４における縦軸はＰＤアレイ１０の各ＰＤでの出力電流値であり、横軸はＰＤアレイ１０の各ＰＤの番号である。このように、ＰＤアレイ１０の各ＰＤの出力から、干渉縞（図示実線）を検出することができる。なお、図４における破線は、可変リターダ４に印加する電圧が適当でなく、最大のビジビリティーが得られない場合に検出される干渉縞を表している。
【００５１】
図４に実線で示した干渉縞（ビジビリティーが最大の干渉縞）におけるバックグランドレベルを電圧換算するとノイズ成分ＶBが得られ、ＰＤアレイ１０の電流振幅を電圧換算すると信号成分ＶAが得られる。これら信号成分ＶAとノイズ成分ＶBの比から、ＯＳＮＲを求めることができる。また、信号成分ＶAとノイズ成分ＶBを足し合わせると、光パワーを求めることができる。
【００５２】
ＬＣＯＳ９に印加する電圧分布を変化させてＰＤアレイ１０に入射する光の波長を変化させる（スイープする）ことで、ＰＤアレイ１０にて各波長毎の光パワー、ＯＳＮＲを求め、伝送している波長信号を検出することが可能となる。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態に係る光パフォーマンスモニタ１では、低分解能導波路型分光器２で分光した各波長の光を可変リターダ４に入射し、可変リターダ４にてＸ偏光とＹ偏光の位相差を調整した後、偏光分離素子６にてＸ偏光とＹ偏光に分離し、分離した一方の偏光であるＸ偏光を１／２波長板８でＹ偏光に変換して、偏光方向をＹ軸方向に揃えてＬＣＯＳ９に入射し、ＬＣＯＳ９で反射された両偏光を干渉させて、その干渉縞をＰＤアレイ１０にて測定するようにしている。
【００５４】
入力光ファイバ１１を伝送してきた光（伝送状況の監視対象となる光）は、時々刻々と偏光状態が変化するが、光パフォーマンスモニタ１によれば、１／２波長板８を用いて偏光方向を揃えることで、入力された光の偏光状態に拘わらず、ＬＣＯＳ９にて反射方向（位相）を制御することが可能となり、また、可変リターダ４により位相差を調整してＸ偏光とＹ偏光の光パワー比を１：１に調整することで、入力された光の偏光状態に拘わらず、ＰＤアレイ１０で検出する干渉縞のビジビリティーを常に最大とすることが可能となる。よって、ＬＣＯＳ９を用いて各波長の光をスイープすることにより、ＰＤアレイ１０で検出した干渉縞から各波長毎の光パワーとＯＳＮＲを同時に検出し、伝送されている光信号波長を検出することが可能となる。このように、光パフォーマンスモニタ１によれば、伝送されている光信号波長、各光信号の光パワー、およびＯＳＮＲを常時測定することが可能となる。
【００５５】
さらに、本光パフォーマンスモニタ１では、求めたい波長そのもののＯＳＮＲを直接測定できるものであり、従来の光パフォーマンスモニタで行われていた補間的な推定法ではないため、従来の欠点であった、隣接した光波長信号のテール（裾野）の影響は受けず、極めて精度の高い測定が可能となる。
【００５６】
また、光パフォーマンスモニタ１によれば、分光された光をＸ偏光とＹ偏光に分離し、Ｘ偏光をＹ偏光に変換した後に、両偏光を干渉させるという簡易な構成で、ＯＳＮＲを常時検出することが可能となる。よって、低価格、小型、高性能な光パフォーマンスモニタ１を実現でき、今後の光システム、光ネットワークを大幅にレベルアップできる。
【００５７】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００５８】
図５，６に示す光パフォーマンスモニタ５１は、伝送されている光波長、各光信号の光パワー、ＯＳＮＲに加えて、チャネルにどのような変調信号が伝送されているかを示すチャネル識別子（Channel identification）を検出可能としたものである。
【００５９】
光パフォーマンスモニタ５１は、図１の光パフォーマンスモニタ１に加え、さらに、反射ミラー５２と、波形モニタ用導波路型分光器としての高分解能導波路型分光器５３と、波形モニタ用受光素子アレイとしての第２ＰＤアレイ５４と、を備えたものである。
【００６０】
反射ミラー５２は、ＰＤアレイ１０に干渉しないように、ＰＤアレイ１０と並列にＸ軸方向に並べて配置され、その表面が第２レンズ７から距離Ｆ２の位置となるように配置される。この反射ミラー５２は、ＬＣＯＳ９で反射され第２レンズ７で集光された光（Ｙ偏光に変換されたＸ偏光と、Ｙ偏光）を反射し、再び第２レンズ７に入射するためのものである。
【００６１】
高分解能導波路型分光器５３は、低分解能導波路型分光器２の上方に並行して（両導波路型分光器２，５３の端面が揃うように）配置され、その入射端５５が第１レンズ３の中心から距離Ｆ１の位置となるように配置される。図５，６では、図の簡略化のため、低分解能導波路型分光器２と高分解能導波路型分光器５３とを離して描いているが、両導波路型分光器２，５３は、近接して積層して配置される。なお、ここでは高分解能導波路型分光器５３を低分解能導波路型分光器２の上方に配置する場合を説明するが、低分解能導波路型分光器２の下方に配置してもよい。
【００６２】
図７に示すように、高分解能導波路型分光器５３は、反射ミラー５２で反射された光が入射される複数の一定長ΔＬ’ずつ長さが順次異なった導波路７１からなるアレイ導波路７２と、アレイ導波路７２に接続された厚さ方向（図示紙面方向）のみに閉じ込め構造のあるスラブ導波路７３と、そのスラブ導波路７３に接続された複数の出力導波路７４とを有する。
【００６３】
高分解能導波路型分光器５３のアレイ導波路７２における導波路７１の長さの差ΔＬ’は、低分解能導波路型分光器２における導波路２６の長さの差ΔＬと比較して、数倍から数十倍の大きさとされる。また、高分解能導波路型分光器５３の出力導波路７４は、数十〜数百本とされる（図７では、簡略化して示してある）。例えば、高分解能導波路型分光器５３として、フリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）が１００ＧＨｚ程度のものを用いる。
【００６４】
第２ＰＤアレイ５４は、高分解能導波路型分光器５３の複数の出力導波路７４に対応するように受光素子（ＰＤ）５４ａを配置してなる。これにより、各出力導波路７４より出射された光は、対応する第２ＰＤアレイ５４のＰＤ５４ａでそれぞれ受光されることになる。
【００６５】
光パフォーマンスモニタ５１の動作を説明する。
【００６６】
図５（ａ）に示すように、入力光ファイバ１１から入力された光は、低分解能導波路型分光器２で分光され、第１レンズ３、可変リターダ４を順次通過し、偏光分離素子６でＸ偏光とＹ偏光に分離され、第２レンズ７を通ってＬＣＯＳ９に入射する。このとき、Ｘ偏光のみが１／２波長板８を通過し、Ｙ偏光に変換されてＬＣＯＳ９に入射する。ＬＣＯＳ９に入射した両偏光は、ＬＣＯＳ９にて波長ごとに反射方向が制御されて、第２レンズ７を通ってＰＤアレイ１０とミラー５２に入射する。ＰＤアレイ１０では、入射したある波長の光の干渉縞が検出され、その波長における光パワーとＯＳＮＲが検出される。なお、可変リターダ４は第１レンズ３と導波路型分光器２の間（図５中の５の位置）に配置されていても良い。
【００６７】
他方、図５（ｂ）に示すように、反射ミラー５２に入射したある波長の光は、反射ミラー５２にて反射され、再び第２レンズ７を通り、ＬＣＯＳ９に入射する。ＬＣＯＳ９に入射した一方の偏光（Ｙ偏光に変換されたＸ偏光）は、ＬＣＯＳ９にて反射され、１／２波長板８で再びＸ偏光に変換され、第２レンズ７を経て偏光分離素子６に入射する。また、ＬＣＯＳ９に入射した他方の偏光（Ｙ偏光）は、ＬＣＯＳ９にて反射され、１／２波長板８を通らずに、第２レンズ７を経て偏光分離素子６に入射する。両偏光は、偏光分離素子６にて合成され、可変リターダ４、第１レンズ３を通って、高分解能導波路型分光器５３の入射端５５に入射する。すなわち、反射ミラー５２で反射された光は、入射してきた光路を逆行して、高分解能導波路型分光器５３に入射する。反射ミラー５２の角度を適宜調整することで、反射ミラー５２で反射した光を、高分解能導波路型分光器５３に入射させることが可能である。
【００６８】
高分解能導波路型分光器５３は、入力された光をさらに高分解能で波長ごとに分光し、分光された各波長の光を各出力導波路７４から出射する。高分解能導波路型分光器５３の各出力導波路７４から出射された光は、第２ＰＤアレイ５４の対応するＰＤ５４ａにてそれぞれ受光され、各ＰＤ５４ａの出力を基に、信号スペクトルの微細構造（変調によるスペクトル広がりの微細な構造）を検出する。
【００６９】
ここで、図８に、各変調方式における信号スペクトルの微細構造を示す。図８では、ＮＲＺ（Non Return Zero）、デュオバイナリ（Duobinary）、ＣＳ−ＲＺ（Carrier Suppressed Return to Zero）、ＲＺ−ＤＰＳＫ（Return to Zero Differential Phase Shift Keying）、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ（Return to Zero Differential Quadrature Phase Shift Keying）の各変調方式における信号スペクトルの微細構造をそれぞれ示している。
【００７０】
図８に示すように、変調方式により、スペクトルの広がり、すなわち信号スペクトルの微細構造が異なるので、第２ＰＤアレイ５４で検出した信号スペクトルの微細構造から、変調方式、すなわちチャネル識別子（Channel identification）を検出することが可能となる。
【００７１】
ＬＣＯＳ９に印加する電圧分布を変化させて反射ミラー５２に入射する光の波長を変化させる（スイープする）ことで、各波長（各チャネル）における信号スペクトルの微細構造を検出し、チャネル識別子を検出することが可能となる。
【００７２】
以上説明したように、光パフォーマンスモニタ５１によれば、伝送されている光波長、各光信号の光パワー、ノイズパワー、ＯＳＮＲに加えて、チャネル識別子（Channel identification）を検出することが可能となる。
【００７３】
従来、信号スペクトルの微細構造を検出するためには、高速受信器を用いて光信号を電気信号に変換し、その電気信号をフーリエ変換するなど、極めて高価な装置を用いる必要があり、チャネル識別子を検出する機能を光パフォーマンスモニタに搭載することが困難であったが、本発明によれば、チャネル識別子を検出する機能を有する光パフォーマンスモニタ５２を安価に実現することができる。
【００７４】
次に、本発明の光パフォーマンスモニタ１，５１の使用方法を示す。図９に示すように、光パフォーマンスモニタ１，５１は、メトロコア５０１の各ノード５０２において使用され、通常の光信号の分岐・挿入（光Add/Drop）システムのほか光クロスコネクトシステムへの応用も可能である。なお、従来の光パフォーマンスモニタは幹線系あるいはメトロコアのような比較的大規模システムに用いられているが、本発明により大幅なコスト低減が可能になると、メトロエッジ、アクセス系への広範囲なシステムへの導入が可能になり、光ネットワークの革新的な発展につながる。
【００７５】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００７６】
例えば、上記実施の形態では言及しなかったが、低分解能導波路型分光器２は、温度により分波特性が変化するので、この温度特性による分波特性の変化を、ＬＣＯＳ９にて補正するようにしてもよい。この場合、光パフォーマンスモニタ１，５１内にモニタ用の温度センサを配置し、その温度センサで検出した温度と、予め測定し電子回路のメモリ等に書き込んだ温度毎の低分解能導波路型分光器２の分波特性とを基に、付加的な位相分布をＬＣＯＳ９に持たせることにより、温度変化による低分解能導波路型分光器２の分波波長ずれを補正するようにすればよい。
【符号の説明】
【００７７】
１  光パフォーマンスモニタ
２  低分解能導波路型分光器（導波路型分光器）
３  第１レンズ
４  可変リターダ
６  偏光分離素子
７  第２レンズ
８  １／２波長板
９  ＬＣＯＳ（光位相変調器）
１０  ＰＤアレイ（受光素子アレイ）
２８  出射端
５２  反射ミラー
５３  高分解能導波路型分光器（波形モニタ用導波路型分光器）
５４  第２ＰＤアレイ（波形モニタ用受光素子アレイ）
【図４】
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【図６】
0005669140.tif 000003
【図７】
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【図１０】
0005669140.tif 000005
【図１】
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【図２】
0005669140.tif 000007
【図３】
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【図５】
0005669140.tif 000009
【図８】
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【図９】
0005669140.tif 000011
【図１１】
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