(57)【要約】【課題】波長スペクトル及び時間応答特性を同時に測定できる装置を、広い波長範囲で効率良く提供すること、【解決手段】波長多重光信号の時間応答特性を測定でき、且つ波長多重光信号の波長スペクトルを測定できる測定装置１０は、波長多重光信号から特定の波長のみを透過させることのできる波長選択手段２０と、波長選択手段２０を透過した光を検出する光検出手段と、光検出手段から出力を電気的にサンプリングして波形を再構成する波形再構成手段とが、直列に結合され、波長多重光信号が各手段に示すようにして順に処理されるよう構成されることを特徴とする。【選択図】図１
2004077212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重光信号の時間応答特性を測定でき、且つ前記波長多重光信号の波長スペクトルを測定できる測定装置において、
前記波長多重光信号から特定の波長のみを透過させることのできる波長選択手段と、該波長選択手段を透過した光を電気的に検出する光検出手段と、該光検出手段からの出力を電気的にサンプリングして波形を再構成する信号処理手段とが、その順に直列に結合されて、前記波長多重光信号の測定が各手段に表わす順に行なわれるよう構成されることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記波長選択手段によって選択波長を変更して信号波形を測定する測定波長走査モードと、前記選択波長を特定の波長に固定したときの信号波形を測定できる測定波長固定モードのいずれかで動作するよう構成されることを特徴とする請求項１の測定装置。
【請求項３】
前記波長選択手段は、回動制御可能な回折格子を含むことを特徴とする、請求項１の測定装置。
【請求項４】
前記波長選択手段は、複数の相違する波長の信号を一度に取り出すことができるよう構成されることを特徴とする、請求項１の測定装置。
【請求項５】
前記光検出手段は、取り出された前記相違する波長の信号を個別に検出する複数の検出器を含むよう構成されることを特徴とする、請求項１の測定装置。
【請求項６】
波長多重光信号の時間応答特性を測定でき、且つ前記波長多重光信号の波長スペクトルを測定できる測定装置において、
前記波長多重光信号から特定の波長の光のみを透過させることのできる波長選択手段と、
該波長選択手段を透過した光を光学的にサンプリングする手段と、
サンプリングした光を光検出手段により電気的に検出して検出信号から波形を再構成する波形再構成手段とが、その順に直列に結合されて、前記波長多重光信号の測定が各手段に表わす順に行なわれるよう構成されることを特徴とする測定装置。
【請求項７】
前記光学的にサンプリングする手段は、過飽和吸収材料を含む素子を含み、該素子は、サンプリング光が入射されるときにのみ光検出器に光を導くよう構成されることを特徴とする、請求項６の測定装置。
【請求項８】
前記光学的にサンプリングする手段は、サンプリング光がともに入射されるときにのみ和周波光を発生する素子、及び和周波光を選択的に透過するフィルタ素子を含むことを特徴とする、請求項６の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して光信号の測定に関し、より詳細には、波長多重光信号の時間応答測定及び波長スペクトル測定を容易にさせる測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明の解決すべき課題】
近年、インターネットの普及に伴い通信容量が急速に拡大してきている。通信容量を増大させる方法には１ビットあたりの時間間隔を狭める時間多重、異なる波長を持つ光を多数使う波長多重方式（ＷＤＭ）があり、現在市場ではＷＤＭ方式による容量拡大が進んでいる。現在１０Ｇｂｐｓの信号１６０チャンネルを１本のファイバを通すことが行われている。このような波長多重の信号を解析するにはその波長スペクトル及び時間応答を測定することから行われる。波長スペクトル測定のためには光スペクトルアナライザ、時間応答測定のためには（サンプリング）オシロスコープが用いられる。
【０００３】
前者は、典型的には、入力信号光を回折格子により反射させ、波長ごとに分離した回折光を生成し、これらの回折光をレンズ、スリット等を通過させて取り出し、光電気変換素子等により検知するよう構成される。回折格子の回転動作により、取り出す波長を変更し、これにより波長スペクトルを測定できる。通常、光スペクトルアナライザの測定は速くともせいぜいｍｓオーダーの時間間隔で行なわれる。
【０００４】
後者は、典型的には、被測定信号光を受光し電気信号に変換する光電気変換素子、サンプリング回路、増幅器、Ａ／Ｄ変換器等を有する。サンプリング回路には、ストロブ回路が接続される。ストロブ回路は、狭幅のストロブ信号を生成する。サンプリング回路は、このストロブ信号が入射された瞬間に、被測定信号を取り出し、増幅器、Ａ／Ｄ変換器を通してディスプレイ等に表示される。
【０００５】
即ち、これらの装置は、それぞれ波長スペクトル及び時間応答特性を個別に測定するものであり、両者の測定を同時に行うことはできない。
【０００６】
この問題を解決するための一例となる装置が、特開平１０−１４８５８１号公報に記載される。この公報に記載される装置が、図５（ａ）及び（ｂ）に示される。
【０００７】
図５（ａ）に示す装置５１０によれば、サンプリングパルス光源５１１、光合波器５１２、非線形光学結晶５１３、基本波除去フィルタ５１４、波長可変フィルタ５１５、受光器５１６、電気信号処理部５１７、及び表示器５１８を有する。被測定信号光５は、サンプリングパルス光源５１１からのパルス光と共に光合波器５１２で合波され、非線形光学結晶５１３により和周波光を発生させ、基本波除去フィルタ５１４によってこの光のみを取り出す。この基本波除去フィルタ５１４を通過した和周波光から、波長可変フィルタ５１５によって所定の波長の光が取り出される。波長可変フィルタ５１５は回動可能であり、その向きを変更することによって所定の波長の光を取り出すことができる。取り出された光は、受光器５１６によって電気信号に変換され、電気信号処理部５１７により処理される。電気信号処理部５１７では、波形成形が再構成され、これが表示器５１８において表示される。
【０００８】
更に、図５（ｂ）に示す装置６１０によれば、装置５１０に類似して、サンプリングパルス光源６１１、光合波器６１２、非線形光学結晶６１３、基本波除去フィルタ６１４、
及び電気信号処理部６１７、表示器６１８を有するが、波長可変フィルタ５１５及び受光器５１６に代えて光回折格子６１５及び受光アレイ６１６が設けられる。基本的な動作は、装置５１０と同様であるが、波長の分離を光回折格子６１５及び受光アレイ６１６で行っている点で、装置５１０と相違する。
【０００９】
しかしながら、これらの例によれば、非線形光学結晶を通して得られる多波長の和周波信号は、基本波除去フィルタ又は光回折格子によって分離されるよう構成されるが、実際には、この構成によって装置の性能が制限される。即ち、非線形光学結晶で和周波光発生を行うための最適波長範囲が存在する。同様に波長可変フィルタも任意に通過させることのできる波長範囲が存在する。通常これらは５０−１００ｎｍ程度でありＷＤＭのスペクトル測定を行う上では十分な波長範囲を有しているとは言い難い。加えて和周波発生を行うには高いピーク光出力と短いパルス幅を有する高価なパルスレーザが必要である。非常に高速な光信号の波形観測にこのレーザは有用であるが、ＷＤＭのように光信号自体の速度はそれほど速くないがその分波長の数でそれを補う方法の場合、サンプリング時間が短すぎて逆に効率を下げてしまう。更にそのことは波形観測だけでなくスペクトル観測においても問題である。従来例ではスペクトル観察には必要の無い非線形光学結晶でのサンプリングを行った後、変換された和周波光のスペクトルを被測定光のそれと見なして観測するわけであるが、和周波光の光パワーは被測定光に比べて大幅に減少するため、スペクトル観測におけるＳ／Ｎ比の低下、スループットの減少などが避けられない。その結果、波長間隔と信号の速度によっては波形を正確に再構成することができないことになる。そこで本発明は、かかる問題を解決することのできる、光信号の波長スペクトル測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、波長多重光信号の時間応答特性を測定でき、且つ波長多重光信号の波長スペクトルを測定できる測定装置において、波長多重光信号から特定の波長のみを透過させることのできる波長選択手段と、波長選択手段を透過した光を検出する光検出手段と、光検出手段から出力を電気的にサンプリングして波形を再構成する波形再構成手段とが、その順に直列に結合されて、波長多重光信号の測定が各手段に表わす順に行なわれるよう構成されることを特徴とする測定装置を提供する。
【００１１】
波長選択手段は、光回折格子を含む。光回折格子は、特定の波長の光を後段の光検出手段へと導く。光回折格子は、サンプリングを行うためのパルス発生器からの信号に対応して、制御回路によって制御される。
【００１２】
本発明の測定装置は、波長選択手段によって選択波長を変更して信号波形を測定する測定波長走査モード、及び選択波長を特定の波長に固定したときの信号波形を測定できる測定波長固定モードを含み得る。特定時間、或いは特定波長の信号測定は、複数の時間、或いは複数の波長における測定と同レベルの性能において行なわれる。また、本発明の測定装置は、波長選択手段、光検出手段、及び波形再構成手段は、必ずしも全体で動作する必要はなく、波長選択手段、及び光検出手段のみで動作するモードを設定可能である。
【００１３】
光回折格子からは、一度に複数の光を取り出すこともできる。取り出された光は複数の光検出手段における複数の検出器によって検出され、サンプリングされて波形が再構成される。
【００１４】
更に、本発明は、波長多重光信号の時間応答特性を測定でき、且つ波長多重光信号の波長スペクトルを測定できる測定装置において、波長多重光信号から特定の波長のみを透過させることのできる波長選択手段と、該波長選択手段を透過した光を光学的にサンプリングする手段と、サンプリングした光を光検出手段により検出して波形を再構成する波形再構成手段とがその順に直列に結合されて、波長多重光信号の測定が各手段に表わす順に行なわれるよう構成されることを特徴とする測定装置を提供する。
【００１５】
光学的にサンプリングする手段は、過飽和吸収材料を含む素子を有し、該素子は、サンプリング光が入射されるときにのみ光検出器に光を導くよう構成される。他の場合には、サンプリングする手段は、サンプリング光がともに入射されるときにのみ和周波光を発生する素子、及び和周波光を選択的に透過するフィルタ素子を含み、透過した光のみが光検出器まで導かれる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の第１の好適実施形態となる波長スペクトル測定装置について詳細に説明する。図１は、本発明の第１の好適実施形態となる波長スペクトル測定装置の概略ブロック図である。装置１０は、被測定光信号を波長ごとに取り出すよう動作する波長分離部２０と、取り出した光信号をサンプリングして検出するサンプリング部５０と、サンプリング部５０でサンプリングを行うためのパルス信号を発生するパルス発生器８０と、制御のための制御回路９０とを有する。即ち、被測定光信号は、まず波長分離部２０に入射されて波長の異なる光信号に分離され、その後段でサンプリングを行うことができるよう構成される。
【００１７】
波長分離部２０は、その内部に回動可能とされてその角度方向を制御可能な回折格子１１を含む。被測定信号５は、まず回折格子１１へと導かれる。被測定信号５は、回折格子１１によって反射されるが、その反射角度は波長依存性を有する。従って、回折格子１１に対して適当な位置に反射手段１２を置くことにより、回折格子１１に導かれる光のうち所定の波長を有するものを反射手段１２で受けることができる。回折格子１１の角度は、制御回路９０によって制御されて決定される。制御回路９０は、後述のサンプリング動作のためのパルス発生器８０からのトリガ信号８１を受けて、これを基に回折格子１１の回転機構（直接的に図示せず。）の動作のタイミングを制御する。反射手段１２が受けた光はレンズ１３、スリット１４を通してサンプリング部５０に向けて光信号６として出力される。スリット１４の調節によって波長分解能が調節可能である。
【００１８】
サンプリング部５０は、光電変換素子５１、サンプリング回路５２、増幅器５３、Ａ／Ｄ変換器５４、ストロブ回路５５を含む。ストロブ回路５５は、パルス発生器８０からのパルス信号に応答して、サンプリング回路５２のサンプリング動作を制御する。
【００１９】
波長分離部２０からサンプリング部５０に入力された光は、光電変換素子５１によって電気信号に変換され、ストロブ回路５５の動作によってサンプリング回路５２において電気的にサンプリングされる。即ち、ストロブ回路５５で発生する非常に幅の狭いストロブ信号がサンプリング回路５２に入射した瞬間の被測定信号が取り出されるようにして、サンプリングが行なわれる。サンプリングされた信号は増幅器５３で増幅され、Ａ／Ｄ変換器５４においてデジタル信号に変換され、サンプリング部５０から記憶装置９１へと出力される。
【００２０】
制御回路９０は、回折格子１１を制御する制御信号出力９５、及び回折格子１１の角度情報を出力する角度データ出力９６とを有する。サンプリング部５０から出力されたデジタル出力は、後者の角度データ出力９６から出力される角度情報に合わせて、記憶装置９１に記憶され、表示装置９２に表示される。記憶装置９１は、少なくとも波長を変えて行う時間応答を測定する目的のために必要とされる。
【００２１】
このような構成を採ることにより、装置１０は、時間及び波長の両軸に沿ったマトリクス状の測定値を得ることができる。即ち、本装置によれば、複数の波長に対して時間波形の測定が可能であり、かつ複数の時間における波長スペクトル測定が可能になり、これによって波長及び時間に対する２次元マッピングが可能となる。
【００２２】
図２は、表示装置９２に表示される信号波形の例である。（ａ）は、被測定信号の時間応答であり、（ｂ）は、被測定信号のスペクトルである。即ち、（ａ）は時間軸で、（ｂ）は波長軸で表示されている。これらは測定されたデータの表示の仕方を異にしているだけであり、表示方法は任意に切り替えられる。（ｃ）は、両者を組み合わせて構成した２次元マップである。
【００２３】
これらのデータは、波長多重通信においてある時間における波長の使用状況を観察する場合、或いは、ある波長の光が通信の制御の役割を持たせる識別信号であるとき、この識別信号と情報を担っている他の波長の光とのタイミングであっているかどうかを見るときに有用である。
【００２４】
図３には、本発明の第２の実施形態となる波長スペクトル測定装置の概略ブロック図が示される。その基本作用は、第１の好適実施形態で示すものと同様であるので、同一の作用をする素子には、第１の好適実施形態におけるものと同一の番号を付す。装置１１０は、やはり、主として被測定光信号を波長ごとに取り出す波長分離部１２０と、取り出した光信号をサンプリングして検出する複数の（本実施形態では３つの）サンプリング部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃと、パルス発生器８０と、制御のための制御回路１９０とを有する。
【００２５】
第１の実施形態との構成上の相違点は、回折格子から一度に複数の波長を取り出すことができるよう構成される点である。即ち、本実施形態では、波長の異なる光が回折格子１１によって反射される際の反射角度が異なることを利用して複数の波長の光を同時に測定する。その構成によれば、被測定信号光は、波長分離部１２０の回折格子１１に入射され、回折格子１１から光が出射された側の適当な複数の位置に、異なる種類の波長の光をそれぞれ受ける複数の反射手段１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃを有する。更に装置１１０は、これらに対応して設けられるレンズ１１３Ａ、１１３Ｂ、１１３Ｃ、及びスリット１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃを通してサンプリング部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃに向けて光信号１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃとして出力される。
【００２６】
この装置１１０の利点は、第１の実施形態に比べてスループットが改善されること、複数の波長間での信号の時間応答、波長スペクトルがリアルタイムで観測できることである。第１の実施形態による装置１０では全てあるいは幾つかの選ばれた信号の測定が全て終了してから表示されるので、時間がかかり、正確にはリアルタイムでの比較とはならない。
【００２７】
波長分離部１２０から出力された光信号１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃは、サンプリング部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃへと導かれる。個々のサンプリング部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃは、第１の実施形態におけるサンプリング部５０と同様の構成を有する。サンプリング部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ内部のストロブ回路（図示せず）は、単一のパルス発生器８０からのパルス信号に応じて動作する。
【００２８】
パルス発生器８０からのパルス信号に関するデータは、第１の実施形態同様に、制御回路１９０に送られる。制御回路１９０は、受信したデータを基準にして回折格子１１を制御するよう構成されるが、更に、制御回路１９０は、反射手段１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの回動も制御する。これにより、取り出す波長範囲のバリエーションを細かく設定することができる。第１の実施形態同様に、制御回路１９０から記憶装置９１に回折格子の角度情報が提供されるが、同時に反射手段１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃの角度情報も提供される。波長を決定するためのパラメータとなるこれらの角度情報と共に、サンプリング部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃからの出力が記憶装置９１に記憶され、前述の実施形態同様に測定の者の要求に応じて表示装置９２上に適当な表示を行うことができる。
【００２９】
図４は、本発明の第３の好適実施形態となる波長スペクトル測定装置の概略ブロック図である。本実施形態による装置２１０で、最も特徴的な点は、サンプリングが波長分離の直後の段で行なわれるよう構成される。従って、装置２１０は、光信号の波長別の分離、及びサンプリングの両機能を有する波長分離・サンプリング部２２０と、その出力を検出する検出部２６０と、制御回路２９０とを有する。
【００３０】
図示されるように、反射手段２１２として過飽和吸収材料を使用した素子を用いており、サンプリング用パルス光発生器２８０から発生したサンプリング用パルス光７によって反射信号をスイッチングし、回折格子から導かれる特定波長の光信号のサンプリングを行う。反射手段２１２の構造の詳細は図示しないが、反射可能なミラー、及びミラーに重ねて置かれる過飽和吸収層を含み、過飽和吸収層にサンプリング用のパルス光が照射されたときにのみ反射光が出力されるよう構成される。
【００３１】
サンプリングされて反射手段２１２から出力された光２０６は、レンズ１３、スリット１４を通して、検出部２６０へと出力される。検出部２６０は、光電気変換素子２６１、増幅器２６２、及びＡ／Ｄ変換器２６３を含む。前述の第１又は第２の実施形態同様に、Ａ／Ｄ変換器から出力されたデジタル信号は、回折格子１１の角度を制御する制御回路からの角度情報と合わせて記憶装置９１に記憶させ、それらを表示装置９２に表示できる。
【００３２】
以上のように、本発明の好適実施形態となる測定装置について詳述したが、これはあくまでも例示であって、当業者によって更に様々な変形、変更が可能である。本発明によれば、波長多重された信号の波長スペクトル、時間応答の計測を同時に容易にかつ高速に行うことができ、更に、ダイナミックな波長スペクトル分布、すなわちある時間（信号の１ビットあたりの時間と同程度あるいはそれ以下）における波長の分布というこれまで測定できなかった新しい計測が可能になり、波長多重光信号の解析を容易にする事ができる。回折格子からの反射光を複数のサンプリング装置で計測することで計測時間の高速化とリアルタイムでの波長間の比較が可能になる。特に、測定者に手間や変更を必要とすることなく、単一又は複数の波長の時間波形、或いは単一又は複数の時間における波長スペクトルの測定を即座に行うことができる点が利点となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の好適実施形態となる波長多重光信号の波長スペクトルを測定できる測定装置を示す概略ブロック図である。
【図２】第１の好適実施形態による装置の測定データの例を示す図で、（ａ）は、被測定信号の時間応答、（ｂ）は、被測定信号のスペクトル、及び（ｃ）は、被測定信号のスペクトルと信号強度の２次元マッピングをそれぞれ示す図である。
【図３】本発明の第２の好適実施形態となる波長多重光信号の波長スペクトルを測定できる測定装置を示す概略ブロック図である。
【図４】本発明の第３の好適実施形態となる波長多重光信号の波長スペクトルを測定できる測定装置を示す概略ブロック図である。
【図５】従来技術となる測定装置の一例を示す図で、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ異なる形式の例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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