(57)【要約】【課題】  光パワーを精確にモニタすることができる光パワーモニタ装置を提供する。【解決手段】  光パワーモニタ装置１では、入力ポートに入力した光の大部分は出力ポートから出力されるとともに、その光の一部が吸収層１１Ａ，１２Ａにより吸収されて、受光部１１，１２から電気信号が出力される。これらの電気信号は、入力ポートに入力して出力ポートから出力される光のパワーを表す。また、受光部１１および受光部１２それぞれの受光感度の波長依存性が相違するので、受光部１１，１２から出力される電気信号に基づいて、入力した光の波長をも検出することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した光の一部を吸収して、その吸収した光のパワーに応じた値の電気信号を出力するとともに、入力した光の残部を透過させるＮ個（Ｎは２以上の整数）の受光部が直列的に配置されており、
前記Ｎ個の受光部それぞれの受光感度の波長依存性が相違し、
入力ポートに入力して前記Ｎ個の受光部を透過した光を出力ポートから出力するとともに、前記Ｎ個の受光部それぞれから前記電気信号を出力する、
ことを特徴とする光パワーモニタ装置。
【請求項２】
前記Ｎ個の受光部それぞれの吸収層の厚みが相違することを特徴とする請求項１記載の光パワーモニタ装置。
【請求項３】
前記Ｎ個の受光部それぞれの吸収係数が相違することを特徴とする請求項１記載の光パワーモニタ装置。
【請求項４】
前記Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比が少なくとも連続する２０ｎｍ以上の波長帯域において単調増加または単調減少であることを特徴とする請求項１記載の光パワーモニタ装置。
【請求項５】
前記Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比がＯバンド，Ｓバンド，Ｃバンド，ＬバンドおよびＵバンドの少なくとも一つからなる波長帯域において単調増加または単調減少であることを特徴とする請求項１記載の光パワーモニタ装置。
【請求項６】
請求項１記載の光パワーモニタ装置を用いて、この光パワーモニタ装置に光を入力したときに前記Ｎ個の受光部それぞれから出力される電気信号に基づいて該光のパワーをモニタするとともに該光の波長を検出する、ことを特徴とする光パワーモニタ方法。
【請求項７】
前記Ｎ個の受光部それぞれから出力される電気信号に基づいて前記光パワーモニタ装置の動作状況を判断することを特徴とする請求項６記載の光パワーモニタ方法。
【請求項８】
検出すべき光の波長の数が(Ｎ−１)以下であり、
前記Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比が、検出すべき光の波長の範囲で単調増加または単調減少である、
ことを特徴とする請求項６記載の光パワーモニタ方法。
【請求項９】
検出すべき光の波長の数がＮ以下であって、各波長が既知であり、
前記Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比が、検出すべき光の各波長で相違する、
ことを特徴とする請求項６記載の光パワーモニタ方法。
【請求項１０】
前記Ｎ個の受光部それぞれの受光感度の波長依存性を表す数式または表および出力電気信号に基づいて光のパワーおよび波長を検出することを特徴とする請求項６記載の光パワーモニタ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パワーモニタ装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システム等において、伝送される信号光等のパワーをモニタする装置が用いられる。特許文献１に開示された光パワーモニタ装置では、発光部と受光部とが一体化されていて、受光部として透過型フォトダイオードが用いられている。この光パワーモニタ装置では、発光部から出力された光は受光部を透過した後に送出されるとともに、該光が受光部を透過する際に該光のパワーがモニタされる。また、外部から到達した光が受光部により受光されて、該光のパワーがモニタされる。
【特許文献１】特開平１１−５２１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に開示された光パワーモニタ装置において受光部として用いられる透過型フォトダイオードは、入力した光の一部を吸収して、その吸収した光のパワーに応じた値の電気信号を出力するとともに、入力した光の残部を透過させるものである。しかし、このような受光部は、受光感度の波長依存性が大きいことから、モニタすべき光の波長が未知である場合には、該光のパワーを精確にモニタすることができない。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光パワーを精確にモニタすることができる光パワーモニタ装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る光パワーモニタ装置は、入力した光の一部を吸収して、その吸収した光のパワーに応じた値の電気信号を出力するとともに、入力した光の残部を透過させるＮ個（Ｎは２以上の整数）の受光部が直列的に配置されており、Ｎ個の受光部それぞれの受光感度の波長依存性が相違し、入力ポートに入力してＮ個の受光部を透過した光を出力ポートから出力するとともに、Ｎ個の受光部それぞれから電気信号を出力することを特徴とする。ここで、Ｎ個の受光部それぞれの吸収層の厚みが相違するのが好適であり、或いは、Ｎ個の受光部それぞれの吸収係数が相違するのも好適であり、これらの場合には、Ｎ個の受光部それぞれの受光感度の波長依存性を相違させる上で好都合である。また、Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比が少なくとも連続する２０ｎｍ以上の波長帯域において単調増加または単調減少であるのが好適であり、或いは、Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比がＯバンド，Ｓバンド，Ｃバンド，ＬバンドおよびＵバンドの少なくとも一つからなる波長帯域において単調増加または単調減少であるのが好適である。
【０００６】
本発明に係る光パワーモニタ方法は、上記の本発明に係る光パワーモニタ装置を用いて、この光パワーモニタ装置に光を入力したときにＮ個の受光部それぞれから出力される電気信号に基づいて該光のパワーをモニタするとともに該光の波長を検出することを特徴とする。ここで、Ｎ個の受光部それぞれから出力される電気信号に基づいて光パワーモニタ装置の動作状況を判断するのも好適である。検出すべき光の波長の数が(Ｎ−１)以下であり、Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比が、検出すべき光の波長の範囲で単調増加または単調減少であるのが好適である。或いは、検出すべき光の波長の数がＮ以下であって、各波長が既知であり、Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比が、検出すべき光の各波長で相違するのも好適である。また、Ｎ個の受光部それぞれの受光感度の波長依存性を表す数式または表および出力電気信号に基づいて光のパワーおよび波長を検出するのが好適である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、モニタすべき光の波長をも検出することができて、該光のパワーを精確にモニタすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る光パワーモニタ装置１の構成図である。この図に示される光パワーモニタ装置１は、吸収層１１Ａを含む受光部１１と、吸収層１２Ａを含む受光部１２と、コリメートレンズ２１Ａが先端に取り付けられた光ファイバ２１と、コリメートレンズ２２Ａが先端に取り付けられた光ファイバ２２と、を備える。
【００１０】
受光部１１は、入力した光の一部を吸収層１１Ａにより吸収して、その吸収した光のパワーに応じた値の電気信号を出力するとともに、入力した光の残部を透過させる。同様に、受光部１２は、入力した光の一部を吸収層１２Ａにより吸収して、その吸収した光のパワーに応じた値の電気信号を出力するとともに、入力した光の残部を透過させる。受光部１１および受光部１２は直列的に配置されている。光ファイバ２１は受光部１１の側に設けられ、光ファイバ２２は受光部１２の側に設けられている。
【００１１】
受光部１１および受光部１２それぞれの受光感度の波長依存性が相違する。吸収層の厚みや吸収係数などを変えることで、受光部の受光感度の波長依存性を変えることができる。受光部１１および受光部１２それぞれの受光感度の比は、少なくとも連続する２０ｎｍ以上の波長帯域において、或いは、Ｃバンド（より好適にはＣバンドおよびＬバンドに亘る波長範囲、更に好適にはＯバンド〜Ｕバンドに亘る波長範囲）において、単調増加または単調減少であるのが好適である。
【００１２】
この光パワーモニタ装置１では、入力ポートに入力した光は、光ファイバ２１により導波されて、その光ファイバ２１の先端に取り付けられたコリメートレンズ２１Ａによりコリメートされて出射され、受光部１１へ入射する、受光部１１へ入射した光は、受光部１１を透過し、更に受光部１２を透過して出射する。そして、受光部１２から出射した光は、光ファイバ２２の先端に取り付けられたコリメートレンズ２２Ａに入射し、光ファイバ２２により導波され、出力ポートから出力される。
【００１３】
受光部１１に入射した光が該受光部１１を通過する間に吸収層１１Ａが設けられている。この吸収層１１Ａを光が通過することにより、その光の一部が吸収層１１Ａにおいて吸収され、この吸収された光のパワーに応じた電気信号が出力される。同様に、受光部１２に入射した光が該受光部１２を通過する間に吸収層１２Ａが設けられている。この吸収層１２Ａを光が通過することにより、その光の一部が吸収層１２Ａにおいて吸収され、この吸収された光のパワーに応じた電気信号が出力される。
【００１４】
すなわち、この光パワーモニタ装置１では、入力ポートに入力した光の大部分は出力ポートから出力されるとともに、その光の一部が吸収層１１Ａ，１２Ａにより吸収されて、受光部１１，１２から電気信号が出力される。これらの電気信号は、入力ポートに入力して出力ポートから出力される光のパワーを表す。また、受光部１１および受光部１２それぞれの受光感度の波長依存性が相違するので、受光部１１，１２から出力される電気信号に基づいて、入力した光の波長をも検出することができる。これについては、後に詳述する。
【００１５】
図２は、受光部１１の断面構造の一例を示す図である。この図に示される受光部は、ｎ型ＩｎＰ基板８０１上に、ｎ−型ＩｎＰバッファ層８０２およびｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層８０３が順に形成され、ｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層８０３内に、ｐ＋型ＩｎＰ領域８０４およびｎ−型ＩｎＰ領域８０５が形成され、更に、その上に、パシベーション膜８０６、アノード電極８０７および反射低減膜８０８が形成されている。一方、ｎ型ＩｎＰ基板８０１の裏面には、カソード電極８０９および反射低減膜８１０が形成されている。この図に示される構造では、光が入出射する反射低減膜８０８と反射低減膜８１０との間の全体において、吸収層としてのｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層８０３が存在する。
【００１６】
このような構造の受光部（すなわち、フォトダイオード）において、アノード電極８０７とカソード電極８０９との間に逆バイアス電圧が印加され、反射低減膜８０８または反射低減膜８１０に光が入射すると、ｐｎ接合部８１１において電荷が発生し、その電荷はアノード電極８０７およびカソード電極８０９から出力される。この出力される電荷の量が、入射した光のパワーを表す。
【００１７】
図３は、受光部１１の断面構造の他の例を示す図である。この図に示される受光部は、ｎ型ＩｎＰ基板９０１上に、ｎ−型ＩｎＰバッファ層９０２およびｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層９０３が順に形成され、ｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層９０３内に、ｐ＋型ＩｎＰ領域９０４およびｎ−型ＩｎＰ領域９０５が形成され、更に、その上に、パシベーション膜９０６、アノード電極９０７および反射低減膜９０８が形成されている。一方、ｎ型ＩｎＰ基板９０１の裏面には、カソード電極９０９および反射低減膜９１０が形成されている。この図に示される構造では、光が入出射する反射低減膜９０８と反射低減膜９１０との間の一部において、吸収層としてのｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層９０３は存在しない。
【００１８】
このような構造の受光部（すなわち、フォトダイオード）において、アノード電極９０７とカソード電極９０９との間に逆バイアス電圧が印加され、反射低減膜９０８または反射低減膜９１０に光が入射すると、ｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層９０３付近のｐｎ接合部９１１において電荷が発生し、その電荷はアノード電極９０７およびカソード電極９０９から出力される。この出力される電荷の量が、入射した光のパワーを表す。なお、この構造では、ｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層９０３が無い部分に入射した光は透過して出射される。
【００１９】
受光部１２の構造も、上記の図２または図３に示された構造と同様である。吸収層としてのｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層８０３，９０３の厚みを異ならせたり、或いは、ｎ−型ＩｎＧａＡｓＰ層８０３，９０３の組成比を異ならせたりすることで、受光部１１および受光部１２それぞれの受光感度の波長依存性を相違させることが可能である。
【００２０】
図４は、本実施形態に係る光パワーモニタ装置１を用いた光パワーモニタ方法の一例を説明する図である。同図（ａ），（ｃ）は、受光部１１の受光感度Ｐ１(λ)の波長依存性、および、受光部１２の受光感度Ｐ２(λ)の波長依存性を示す。同図（ｂ）は、受光部１１および受光部１２それぞれの受光感度の比Ｒ(λ)（＝Ｐ１(λ)／Ｐ２(λ)）の波長依存性を示す。
【００２１】
同図（ａ）に示されるように、受光部１１の受光感度Ｐ１(λ)の波長依存性と、受光部１２の受光感度Ｐ２(λ)の波長依存性とは、相違している。また、同図（ｂ）に示されるように、受光部１１および受光部１２それぞれの受光感度の比Ｒ(λ)は、所定波長範囲において単調増加（または単調減少）である。なお、受光部１１における光の吸収が僅かであって、受光部１１および受光部１２それぞれに入射する光のパワーが略等しいとすると、この比Ｒ(λ)は、受光部１１の出力電気信号値Ｙ１(λ)と受光部１２の出力電気信号値Ｙ２(λ)との比（Ｙ１(λ)／Ｙ２(λ)）をも表す。
【００２２】
なお、受光部１１，１２の受光感度Ｐ１(λ)，Ｐ２(λ)および比Ｒ(λ)の波長依存性は、例えば工場出荷時や使用開始前に予め求めて記憶しておく。また、これらＰ１(λ)，Ｐ２(λ)および比Ｒ(λ)それぞれの波長依存性は、波長λを変数とする数式として記憶していてもよいし、波長λの各値との対応表として記憶していてもよい。
【００２３】
入力ポートに入力した単一波長の光が受光部１１および受光部１２を経て出力ポートから出力されるときに、受光部１１から電気信号値Ｙ１０が出力され、また、受光部１２から電気信号値Ｙ２０が出力されるとする。これらの比Ｒ０（＝Ｙ１０／Ｙ２０）が得られる。同図（ｂ）に示されるように、比Ｒ(λ)は単調増加（または単調減少）であるから、測定により得られた比Ｒ０に基づいて光の波長λ０が求められる。
【００２４】
さらに、同図（ｃ）に示されるように、この波長λ０における受光部１１の受光感度Ｐ１０（＝Ｐ１(λ０)）、および、受光部１２の受光感度Ｐ２０（＝Ｐ２(λ０)）が得られる。そして、これら受光部１１，１２の受光感度Ｐ１０，Ｐ２０ および 受光部１１，１２の出力電気信号値Ｙ１０，Ｙ２０ から、光のパワー値Ｘ０（＝Ｙ１０／Ｐ１０＝Ｙ２０／Ｐ２０）が求められる。
【００２５】
また、光パワーモニタ装置１の動作状況を判断することも可能である。すなわち、受光部１１および受光部１２それぞれの受光感度の波長依存性が初期状態と変化が無ければ（または、変化が小さければ）、一方の受光部１１の初期受光感度Ｐ１０および出力電気信号値Ｙ１０から得られる光パワー値Ｘ１０（＝Ｙ１０／Ｐ１０）と、他方の受光部１２の初期受光感度Ｐ２０および出力電気信号値Ｙ２０から得られる光パワー値Ｘ２０（＝Ｙ２０／Ｐ２０）とは、互いに等しい。しかし、受光部１１および受光部１２のうちの何れかが劣化して受光感度の波長依存性が初期状態と変化していれば、一方の受光部１１で得られる光パワー値Ｘ１０と、他方の受光部１２で得られる光パワー値Ｘ２０とは、互いに異なる。したがって、値Ｘ１０と値Ｘ２０との差に基づいて、光パワーモニタ装置１の劣化状況を判断することができる。
【００２６】
なお、図４を用いて説明した光パワーモニタ方法では、２個の受光部１１，１２を備える光パワーモニタ装置１を用いて、検出すべき光の波長の数が単一であり、２個の受光部１１，１２それぞれの受光感度の比が単調増加または単調減少であった。一般に、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の受光部を備える光パワーモニタ装置を用いて、検出すべき光の波長の数が(Ｎ−１)以下であり、Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比が単調増加または単調減少であれば、同様にして、各波長を求めることができ、また、各波長の光のパワーを求めることができる。
【００２７】
一方、一般に、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の受光部を備える光パワーモニタ装置を用いて、検出すべき光の波長の数がＮ以下であって、各波長が既知であり、Ｎ個の受光部のうち任意の２個の受光部それぞれの受光感度の比が各波長で相違するのも好適である。この場合にも、各波長を求めることができ、また、各波長の光のパワーを求めることができる。
【００２８】
図５は、本実施形態に係る光パワーモニタ装置１を用いた光パワーモニタ方法の他の例を説明する図である。この図は、受光部１１の受光感度Ｐ１(λ)の波長依存性、および、受光部１２の受光感度Ｐ２(λ)の波長依存性を示す。
【００２９】
入力ポートに入力した既知の２波長λ１，λ２の光が受光部１１および受光部１２を経て出力ポートから出力されるときに、受光部１１から電気信号値Ｙ１０が出力され、また、受光部１２から電気信号値Ｙ２０が出力されるとする。波長λ１の光のパワーがＸ１であり、波長λ２の光のパワーがＸ２であるとする。波長λ１において、受光部１１の受光感度がＰ１１（＝Ｐ１(λ１)）であり、受光部１２の受光感度がＰ２１（＝Ｐ２(λ１)）であるとする。また、波長λ２において、受光部１１の受光感度がＰ１２（＝Ｐ１(λ２)）であり、受光部１２の受光感度がＰ２２（＝Ｐ２(λ２)）であるとする。このとき、これらのパラメータの間に下記関係式が成り立つ。
【００３０】
Ｙ１０＝Ｐ１１Ｘ１＋Ｐ１２Ｘ２    …(1a)
Ｙ２０＝Ｐ２１Ｘ１＋Ｐ２２Ｘ２    …(1b)
この式中で、Ｙ１０およびＹ２０は測定値であり、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２１およびＰ２２は予め判っているので、波長λ１の光のパワーＸ１および波長λ２の光のパワーＸ２を求めることができる。また、例えば、Ｘ１の値が０であって、Ｘ２の値が非０であれば、入力光が波長λ２の光のみであることが判る。このように、既知の２波長のうちの何れの波長の光が入力したかをも求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態に係る光パワーモニタ装置１の構成図である。
【図２】受光部１１の断面構造の一例を示す図である。
【図３】受光部１１の断面構造の他の例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る光パワーモニタ装置１を用いた光パワーモニタ方法の一例を説明する図である。
【図５】本実施形態に係る光パワーモニタ装置１を用いた光パワーモニタ方法の他の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…光パワーモニタ装置、１１…受光部、１１Ａ…吸収層、１２…受光部、１２Ａ…吸収層、２１…光ファイバ、２１Ａ…コリメートレンズ、２２…光ファイバ、２２Ａ…コリメートレンズ。
【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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