(57)【要約】【課題】  簡潔な構成で光ファイバなどの波長分散およびその変動を検知する分散検知装置を実現すること。【解決手段】  光ファイバ伝送路１００を伝搬した信号光の一部は、分波手段１６０で分波され、それぞれ分散特性の異なるチャンネルλｎおよびλｍの信号が非線形受光手段１８０ａおよび１８０ｂにそれぞれ入力される。非線形受光手段１８０は、各チャンネルを通過した信号光の強度のｎ乗（ｎ＞１）に比例する電気信号を出力し、差分演算手段２００において、これら２つのチャンネルからの電気信号を比較し、差分信号を出力する。この差分信号と各チャンネルの分散特性から信号光の分散値を検知することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を１つ以上のチャンネルに分波する分波手段と、該分波した信号光の強度のｎ乗（ｎ＞１）に比例する電気信号を出力する非線形受光手段とを備えたことを特徴とする分散検知装置。
【請求項２】
信号光を第１のチャンネルと第２のチャンネルとに分波する分波手段であって、該第１のチャンネルの信号光は総分散量が正の値を有し、該第２のチャンネルは総分散量が負の値を有する分波手段と、
前記第１のチャンネルの信号光を受光し、該受光した信号光の強度のｎ乗（ｎ＞１）に比例する電気信号を出力する第１の非線形受光手段と、
前記第２のチャンネルの信号光を受光し、該受光した信号光の強度のｎ乗（ｎ＞１）に比例する電気信号を出力する第２の非線形受光手段と、
前記第１および第２の非線形受光手段から出力される電気信号の差分を出力する差分演算手段と
を備えたことを特徴とする分散検知装置。
【請求項３】
前記各非線形受光手段は、二光子吸収を示すことを特徴とする請求項１または２に記載の分散検知装置。
【請求項４】
前記各非線形受光手段は、第２次高調波発生を示すことを特徴とする請求項１または２に記載の分散検知装置。
【請求項５】
前記各チャンネルにおいて、前記各信号光の第２次高調波を通過させるフィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の分散検知装置。
【請求項６】
少なくとも１つの前記チャンネルにおいて、前記非線形受光手段に対する信号光の入力強度を制御する光増幅器をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の分散検知装置。
【請求項７】
少なくとも１つの前記光増幅器の利得を調整するフィードバック手段をさらに備えたことを特徴とする請求項６に記載の分散検知装置。
【請求項８】
前記利得の調整は、前記非線形受光手段の出力に基づくことを特徴とする請求項７に記載の分散検知装置。
【請求項９】
少なくとも１つの前記チャンネルにおいて、前記非線形受光手段に対する信号光の入力強度を制御する光増幅器と、該光増幅器の利得を調整するフィードバック手段とをさらに備え、前記利得の調整は、前記差分演算手段の出力に基づくことを特徴とする請求項２に記載の分散検知装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記非線形受光手段は、前記電気信号のレベルを調整する出力調整手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の分散検知装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記非線形受光手段は、前記電気信号のレベルを調整する出力調整手段を有し、該出力調整手段は前記差分演算手段の出力に基づいて前記電気信号のレベルを調整することを特徴とする請求項２に記載の分散検知装置。
【請求項１２】
前記各非線形受光手段の入力において前記信号光を分岐して、該分岐した信号光により前記電気信号を規格化する規格化手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の分散検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバなどの波長分散およびその変動を検知する分散検知装置に関し、より具体的には、超高速・大容量光通信システムの端局、線形中継器、または再生中継器において、光ファイバの波長分散およびその変動を検知する分散検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送路には、温度変化や圧力印加などの環境変化による分散変動がある。超高速・大容量光通信システムでは、光ファイバ伝送路の分散変動を自動検知して等化する適応分散等化技術が必要になる。この分散変動を自動検知する方法には次のようなものがある。
【０００３】
特許文献１では、分散値の絶対値が等しく符号が異なる光ファイバを２つの経路に配置する光自動等化器が提案されている。これは、分散の変動方向を含めて検知することができ、様々なタイプの光ファイバ伝送路に適用可能である。しかし、必要デバイス数が多く、また、ビットレートに対する依存性がある。
【０００４】
特許文献２では、非線形受光手段を用いた分散検知装置および分散検知方法が提案されている。これは、ビットレートに依存することなく、様々な光ファイバ伝送路の分散変動を符号の変化も含めて検知することができる。
【０００５】
図１に、特許文献２の構成例を示す。同図において、光ファイバ伝送路１０から信号光の一部を光カプラ１２で分岐し、さらに光カプラ１４で経路１および経路２に分岐する。経路１には正の分散値（＋Ｄ）を有する分散媒質１６ａが配置され、経路２には負の分散値（−Ｄ）を有する分散媒質１６ｂが配置される。各経路の分散媒質１６ａ、１６ｂを通過した信号光は、それぞれ非線形受光手段１８ａおよび１８ｂにおいて入力信号光の光強度のｎ乗（ｎ＞１）に比例する電気信号（電圧）をそれぞれ出力する。各経路の出力電気信号は、差分演算手段２０で比較され、差分信号が出力される。この差信号より、光ファイバ１０の分散を検知することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−５３６７９号公報（図１２）
【特許文献２】特開２００３−２０４３０３号公報
【非特許文献１】Ｋ．Ｋｉｋｕｃｈｉ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔｅｒ，１９９８，ｖｏｌ．３４，ｎｏ．１，ｐｐ．１２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような分散検知装置は、基準となる分散媒質１６ａおよび１６ｂを用意する必要がある。したがって、装置を小型化および簡易化することが困難であるという問題があった。本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型化または簡易化の可能な分散検知装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、信号光を１つ以上のチャンネルに分波する分波手段と、該分波した信号光の強度のｎ乗（ｎ＞１）に比例する電気信号を出力する非線形受光手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、信号光を第１のチャンネルと第２のチャンネルとに分波する分波手段であって、該第１のチャンネルの信号光は総分散量が正の値を有し、該第２のチャンネルは総分散量が負の値を有する分波手段と、前記第１のチャンネルの信号光を受光し、該受光した信号光の強度のｎ乗（ｎ＞１）に比例する電気信号を出力する第１の非線形受光手段と、前記第２のチャンネルの信号光を受光し、該受光した信号光の強度のｎ乗（ｎ＞１）に比例する電気信号を出力する第２の非線形受光手段と、前記第１および第２の非線形受光手段から出力される電気信号の差分を出力する差分演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記各非線形受光手段は、二光子吸収を示すことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記各非線形受光手段は、第２次高調波発生を示すことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記各チャンネルにおいて、前記各信号光の第２次高調波を通過させるフィルタをさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、少なくとも１つの前記チャンネルにおいて、前記非線形受光手段に対する信号光の入力強度を制御する光増幅器をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、少なくとも１つの前記光増幅器の利得を調整するフィードバック手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記利得の調整は、前記非線形受光手段の出力に基づくことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、少なくとも１つの前記チャンネルにおいて、前記非線形受光手段に対する信号光の入力強度を制御する光増幅器と、該光増幅器の利得を調整するフィードバック手段とをさらに備え、前記利得の調整は、前記差分演算手段の出力に基づくことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、少なくとも１つの前記非線形受光手段は、前記電気信号のレベルを調整する出力調整手段を有することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、少なくとも１つの前記非線形受光手段は、前記電気信号のレベルを調整する出力調整手段を有し、該出力調整手段は前記差分演算手段の出力に基づいて前記電気信号のレベルを調整することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記各非線形受光手段の入力において前記信号光を分岐して、該分岐した信号光により前記電気信号を規格化する規格化手段をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の分散検知装置によれば、従来の分散検知装置と比較して、簡潔なシステム構成によりビットレートに依存することなく光ファイバ伝送路などの分散を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
一般に、光ファイバ伝送路は、図２に示すように各波長のチャンネル毎に総分散量が異なる分散スロープを有している。本発明は、このチャンネル毎に異なる分散値を用いることにより、分散検出を実現する。
【００２２】
本発明の分散検知装置の基本構成を図３に示す。本発明の分散検知装置は、光ファイバ伝送路１００から信号光を分波する分波手段１６０と、２つの異なる分散値を有する波長の光を受光する２つの非線形受光手段１８０ａおよび１８０ｂ（以下、「非線形受光手段１８０」と略記する場合がある）と、非線形受光手段からの信号の差分を演算する差分演算手段２００から構成される。他の実施形態として、図３の基本構成において、２つの非線形受光手段１８０ａおよび１８０ｂ、ならびに差動演算手段２００に代えて、１つの非線形受光手段のみを用いる構成とすることもできる。
【００２３】
光ファイバ伝送路１００から伝搬した信号光は、分波手段１６０において２つの異なる分散値を有する光に分波される。これら２つの分散値を、波長λｎにおける正の分散値＋Ｄと、波長λｍにおける負の分散値−Ｄとして示している。それぞれの波長λｎおよびλｍからの信号光を非線形受光手段に入力する。非線形受光手段の出力には、各波長のピークパワーに応じた電気信号（電圧）が出力される。
【００２４】
信号光パルスが分散の影響を受けてチャープして、パルス幅が広がっている場合、その分散をキャンセルする分散値を有するチャンネルでは、パルス幅が狭まりピークパワーが大きくなるので非線形受光手段の出力電圧が大きく、他方のチャンネルでは非線形受光手段の出力電圧が小さくなる。この差分信号（電圧差）を差動増幅器などの差分演算手段で検出することによって、分散（チャープ）の大きさを検知することができる。
【００２５】
例えば、光強度の２乗に比例する電気信号を出力する非線形受光手段を用い、信号光パルスをガウシアンパルス、平均パワーをＥとし、線形チャープがかかっているとすると、この非線形受光手段の出力電圧は次式で表される。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
ここで、Ｃはチャープパラメータ、Δωは信号光のバンド幅、Ｂ２は伝搬定数βの２階微分と分散媒質の長さの積である。信号光パルスが分散の影響を受けてチャープしている場合、一方のチャンネルではパルス幅が狭まってピークパワーが大きくなるので非線形受光手段の出力電圧が大きくなり、他方のチャンネルでは出力電圧が小さくなる。ちなみに、１つの非線形受光手段のみを用いる構成の実施形態では、非線形受光手段の出力電圧によって、分散の大きさを検知することになる。
【００２８】
２つのチャンネルにそれぞれ、光強度調整手段または電気信号調整手段を設け、それぞれの増倍率（ｇ１、ｇ２）を調整するようにしてもよい。図４に、このような調整手段１７０ａおよび１７０ｂを設けた分散検出装置の構成を示す。ここで、Ｖ１およびＶ２は、ｇ１およびｇ２が共に１の場合のそれぞれのチャンネルにおける非線形受光手段１８０ａおよび１８０ｂの出力電圧を表している。すなわち、Ｖ１＝Ｖ（Ｃ，Δω，Ｂ２）、Ｖ２＝Ｖ（Ｃ，Δω，−Ｂ２）である。このように、差分演算手段２００は、これら２つのチャンネルの非線形受光手段の出力電圧ｇ１Ｖ１、ｇ２Ｖ２を検出し、差分信号（電圧差）ｇ２Ｖ２−ｇ１Ｖ１を出力することになる。
【００２９】
図５に、ｇ１およびｇ２が共に１の場合の差分信号Ｖ２−Ｖ１を示す。この差分信号の電圧は、−Ｂ２Δω２からＢ２Δω２の範囲で単調に変化し、Ｃ＝０の近辺で線形に変化しており、分散検知信号として用いることができる。
【００３０】
また、図６に示すように、非線形受光手段１８０ａおよび１８０ｂの入力光を分岐して、線形受光手段１９０ａおよび１９０ｂにそれぞれ入力し、非線形受光手段で受光した光パワーＶｎを線形受光手段で受光した光パワーＶ１で規格化（Ｖｎ／Ｖ１ｎ）することにより、各非線形受光手段に対する入力光の変動を補償する構成とすることもできる。以下、具体的にいくつかの実施形態について説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図７に第１の実施形態の基本構成例を示す。本実施形態では、分波手段にアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）１６１、非線形受光手段にシリコンアバランシェフォトダイオード（Ｓｉ−ＡＰＤ）１８１ａおよび１８１ｂ（以下、「Ｓｉ−ＡＰＤ１８１」と略記する場合がある）を使用している。
【００３２】
図７では、光カプラ１２１によって分岐した光ファイバ伝送路１０１の一部の信号光を分波手段であるＡＷＧ１６１に入力する。ＡＷＧにおいて、抜き出すチャンネルは、＋Ｄの分散値を有するチャンネルλｎと、−Ｄの分散値を有するλｍとする。これらのチャンネルの信号光は、次に１．５μｍ帯で二光子吸収を示すＳｉ−ＡＰＤ１８１（非特許文献１参照）に入力される。ここで、Ｓｉ−ＡＰＤ１８１の応答周波数は、伝送レートに比べ十分に低いものとする。本実施形態では、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムに対して、応答周波数が１０ＭＨｚのものを用いる。応答周波数が十分低くければ、Ｓｉ−ＡＰＤ１８１の出力には１０ＧＨｚ成分は現れず、直流電圧信号を得ることができる。必要に応じて、Ｓｉ−ＡＰＤ１８１の出力に低域通過フィルタを挿入することもできる。
【００３３】
図８に、分散値が＋１６ｐｓ／ｎｍと−１６ｐｓ／ｎｍの場合の差分演算手段２０１の出力を示す。チャープパラメータに対して、直線的な出力電圧特性を示しており、図５の理論値と整合性が取れていることが分かる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図９に第２の実施形態の基本構成例を示す。本実施形態では、非線形受光手段にＳＨＧ結晶１８２ａおよび１８２ｂ（以下、「ＳＨＧ１８２」と略記する場合がある）を使用している。ＳＨＧ結晶としては、ＫＨ２ＰＯ４（ＫＤＰ）、ＫＴｉＯＰＯ４（ＫＴＰ）、ＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）などの無機材料、またはＰＭＭＡなどの有機材料などを使用することができる。本実施形態では、ＡＷＧ１６２によって分波された光をＳＨＧ１８２に照射する。このＳＨＧは、出力が入力光の強度の２乗に比例する第２次高調波光を発生する。次に、その出力光（７００ｎｍ波長帯）を光電子増倍管１９２ａおよび１９２ｂ（感度波長範囲：３００〜８２０ｎｍ）に入射する。光ファイバ伝送路１０２を通過した信号光が分散の影響を受けている場合、２つの光電子増倍管１９２ａおよび１９２ｂの出力電圧が異なり、この電圧差に対応した差分演算手段２０２の出力によって、分散の大きさを検知することができる。
【００３５】
本実施形態において、光電子増倍管１９２ａおよび１９２ｂに代えて、７００〜８００ｎｍ波長帯に感度波長を有するフォトダイオードを用いてもよい。一例として、シリコンアバランシェフォトダイオードを用いることができる。
【００３６】
また、ＳＨＧ結晶に入射した信号光の周波数の第２次高調波を通過帯域とした帯域通過光フィルタを光電子増倍管１９２ａおよび１９２ｂの出力に設置し、第２次高調波光以外の雑音を除去するようにしてもよい。
【００３７】
（第３の実施形態）
図１０に第３の実施形態の基本構成例を示す。本実施形態では、同図に示すように非線形受光手段１８３ａおよび１８３ｂの前段に、光増幅器ＥＤＦＡ１７３ａおよび１７３ｂを配置している。これにより、各チャンネルの信号光の光パワーレベルを調節し、各チャンネルの信号光のパワーバランス、および非線形受光手段に対する入力信号光のパワーレベルを調整することができるようになる。
【００３８】
さらに、図１１に示すように、差動増幅器などの差分演算手段２０４から出力される差分信号に基づきコントローラ２１４を介して、光増幅器ＥＤＦＡ１７４ａおよび１７４ｂの少なくとも一方にフィードバックし、光増幅器の利得を調整する構成とすることもできる。これにより、所定レベルの信号光に対して各チャンネルの利得／減衰量を自動調整することができる。なお、光増幅器１７４ａおよび１７４ｂの少なくとも一方に可変光減衰器を加えるか、または可変光減衰器と置き換えてもよい。
【００３９】
また、図１２に示すように、差動増幅器などの差分演算手段２０５から出力される差分信号に基づきコントローラ２１５を介して、非線形受光手段に備えた電気信号増幅器の少なくとも１つにフィールドバックし、非線形受光手段１８５ａおよび／または１８５ｂの利得を調整する構成としてもよい。
【００４０】
また、図１３に示すように、非線形受光手段である二光子吸収素子（ＴＰＡ）１８６ａおよび１８６ｂへ入力される信号光をそれぞれ光カプラ１５６ａおよび１５６ｂでタップして、二光子吸収素子の出力信号Ｖ２（チャンネル１ではＶ２１、チャンネル２ではＶ２２）を線形受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）１７６ａおよび１７６ｂの出力信号Ｖ１（チャンネル１ではＶ１１、チャンネル２ではＶ１２）でそれぞれ規格化（経路１ではＶ２１／Ｖ１１２、経路２ではＶ２２／Ｖ１２２）することにより、非線形受光手段に対する入力パワーの変動を補償する構成とすることもできる。
【００４１】
以上、本発明について、いくつかの実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明の原理を適用できる多くの可能な実施形態に鑑みて、図面との関係でここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなく構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、および／またはその順序を変えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来の分散検知装置の基本構成例を一般的に示すブロック図である。
【図２】光ファイバ伝送路の分散スロープを一般的に示すグラフ図である。
【図３】本発明の分散検知装置の基本構成例を示すブロック図である。
【図４】図３の基本構成例に信号調整手段を付加したブロック図である。
【図５】図３の分散検知装置の分散検知特性（理論値）を示すグラフ図である。
【図６】図３の基本構成例に光パワーの変動を補償する規格化手段を付加したブロック図である。
【図７】本発明の分散検知装置の一実施形態における基本構成例を示すブロック図である。
【図８】図７の一実施形態における分散検知特性（実測値）を示すグラフ図である。
【図９】本発明の分散検知装置の一実施形態における基本構成例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の分散検知装置の一実施形態における基本構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の分散検知装置の一実施形態における基本構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の分散検知装置の一実施形態における基本構成例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の分散検知装置の一実施形態における基本構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  光ファイバ伝送路
１２、１４  光カプラ
１６ａ、１６ｂ  分散媒質
１８ａ、１８ｂ  非線形受光手段
２０  差分演算手段
１００、１０１、１０２  光ファイバ伝送路
１２１、１２２  光カプラ
１５６ａ、１５６ｂ  光カプラ
１６０  分波手段
１６１、１６２  ＡＷＧ
１７０ａ、１７０ｂ  光強度調整手段または電気信号調整手段
１７３ａ、１７３ｂ、１７４ａ、１７４ｂ  ＥＤＦＡ
１７６ａ、１７６ｂ  ＰＤ
１８０ａ、１８０ｂ、１８３ａ、１８３ｂ、１８４ａ、１８４ｂ、１８５ａ、１８５ｂ  非線形受光手段
１８１ａ、１８１ｂ  Ｓｉ−ＡＰＤ
１８２ａ、１８２ｂ  ＳＨＧ
１８６ａ、１８６ｂ  ＴＰＡ
１９０ａ、１９０ｂ  線形受光手段
１９２ａ、１９２ｂ  光電子増倍管
１９６ａ、１９６ｂ  規格化手段
２００、２０１、２０２、２０４、２０５  差分演算手段
２１４、２１５  コントローラ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005338009.tif 000012
【図１０】
2005338009.tif 000013
【図１１】
2005338009.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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