(57)【要約】【課題】被測定伝送媒体における波長確度の極めて高い波長分散測定を行う。【解決手段】光周波数間隔ｆが一定でかつ互いの位相が同期した複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、さらに光周波数コムの１つの光周波数成分の光周波数が常に一定になるように制御された光周波数コム発生部と、光周波数コムをその光周波数間隔ｆより小さい周波数ｆ０  で変調し、その変調光を被測定伝送媒体に入力する光変調手段と、被測定伝送媒体を透過した変調光を光周波数コムの各光周波数成分に分波する光分波器と、分波された光周波数コムの各光周波数成分の光パワーを個別に検出する受光器と、各光周波数成分の光パワーにおける周波数ｆ０  成分の位相差を相互に比較して検出する位相差検出手段と、周波数ｆ０  成分の位相差と、分波された各光周波数成分の光周波数との関係から、被測定伝送媒体の波長分散値を算出するデータ加工部とを備える。【選択図】        図１
2005017129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定伝送媒体の波長分散を測定する波長分散測定装置において、
光周波数間隔ｆが一定でかつ互いの位相が同期した複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、さらに光周波数コムの１つの光周波数成分の光周波数が常に一定になるように制御された光周波数コム発生部と、
前記光周波数コムを、その光周波数間隔ｆより小さい周波数ｆ０  で変調し、その変調光を前記被測定伝送媒体に入力する光変調手段と、
前記被測定伝送媒体を透過した変調光を、前記光周波数コムの各光周波数成分に分波する光分波器と、
前記光分波器で分波された前記光周波数コムの各光周波数成分の光パワーを個別に検出する受光器と、
前記光周波数コムの各光周波数成分の光パワーにおける周波数ｆ０  成分の位相差を相互に比較して検出する位相差検出手段と、
前記周波数ｆ０  成分の位相差と、前記光分波器で分波された光周波数コムの各光周波数成分の光周波数との関係から、前記被測定伝送媒体の波長分散値を算出するデータ加工部と
を備えたことを特徴とする波長分散測定装置。
【請求項２】
被測定伝送媒体の波長分散を測定する波長分散測定装置において、
光周波数間隔ｆが一定でかつ互いの位相が同期した複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、さらに光周波数コムの１つの光周波数成分の光周波数が常に一定になるように制御された光周波数コム発生部と、
前記光周波数コムのうち、所定の光周波数間隔ｍｆ（ｍは１以上の整数）を有する光周波数成分のペア（光周波数ペア）を所定の光周波数間隔ｆＳ  で選択し、前記被測定伝送媒体に入力する光周波数ペア透過フィルタと、
前記被測定伝送媒体を透過した光周波数ペアを光周波数間隔ｆＳ  で分波する光分波器と、
前記光分波器で分波された各光周波数ペアの光パワーを個別に検出する受光器と、
前記各光周波数ペアの光パワーにおける周波数ｍｆ成分の位相差を相互に比較して検出する位相差検出手段と、
前記周波数ｍｆ成分の位相差と、前記光分波器で分波された各光周波数ペアの光周波数との関係から、前記被測定伝送媒体の波長分散値を算出するデータ加工部と
を備えたことを特徴とする波長分散測定装置。
【請求項３】
光信号を狭帯域で等しい光周波数間隔ｆをもった複数のチャネルに分波する光分波器の各チャネルの波長分散を測定する波長分散測定装置において、
光周波数間隔ｆが一定でかつ互いの位相が同期した複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、さらに光周波数コムの１つの光周波数成分の光周波数が常に一定になるように制御された光周波数コム発生部と、
前記光周波数コムを、その光周波数間隔ｆより小さい周波数ｆ０  で変調し、その変調光を前記光分波器に入力する光変調手段と、
前記光分波器で分波された前記光周波数コムの各光周波数成分の光パワーを個別に検出する受光器と、
前記光周波数コムの各光周波数成分の光パワーにおける周波数ｆ０  成分の位相差を相互に比較して検出する位相差検出手段と、
前記周波数ｆ０  成分の位相差と、前記光分波器で分波された光周波数コムの各光周波数成分の光周波数との関係から、前記光分波器の波長分散値を算出するデータ加工部と
を備えたことを特徴とする波長分散測定装置。
【請求項４】
光信号を狭帯域で等しい光周波数間隔ｆＳ  をもった複数のチャネルに分波する光分波器の各チャネルの波長分散を測定する波長分散測定装置において、
光周波数間隔ｆが一定でかつ互いの位相が同期した複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、さらに光周波数コムの１つの光周波数成分の光周波数が常に一定になるように制御された光周波数コム発生部と、
前記光周波数コムのうち、所定の光周波数間隔ｍｆ（ｍは１以上の整数）を有する光周波数成分のペア（光周波数ペア）を所定の光周波数間隔ｆＳ  で選択し、前記光分波器に入力する光周波数ペア透過フィルタと、
前記光分波器で分波された各光周波数ペアの光パワーを個別に検出する受光器と、
前記各光周波数ペアの光パワーにおける周波数ｍｆ成分の位相差を相互に比較して検出する位相差検出手段と、
前記周波数ｍｆ成分の位相差と、前記光分波器で分波された各光周波数ペアの光周波数との関係から、前記被測定伝送媒体の波長分散値を算出するデータ加工部と
を備えたことを特徴とする波長分散測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の波長分散測定装置において、
前記光周波数コム発生部は、
周波数ｆのクロックに同期した繰り返し周波数ｆの光パルスを発生するパルス光源と、
前記光周波数間隔ｆを保ったまま、前記光パルスの光周波数成分の分布域の外側の広い光周波数領域に新たな光周波数成分を生成し、前記光周波数コムとして出力する光キャリア倍増手段と、
高い波長確度を有する基準光を出力する光周波数標準光源と、
前記光周波数コムと前記基準光を合波し、前記光周波数コムの１つの光周波数成分と前記基準光のビート信号の周波数を検出するビート周波数検出部と、
周波数ｆのクロックを前記パルス光源に供給し、前記ビート周波数検出部で検出される周波数が一定になるように前記パルス光源の光周波数をフィードバック制御する光周波数制御部と
を備えたことを特徴とする波長分散測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号伝送媒体の波長分散を測定する波長分散測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の波長分散測定法としては、正弦波変調された光信号の伝搬遅延に伴う変調信号の位相変化を測定し、その波長依存性から波長分散を求める位相差測定法が一般的である（非特許文献１，２）。
【０００３】
図１３は、位相差測定法による従来の波長分散測定装置の第１の構成例を示す。図において、光源５１−１〜５１−ｎは、互いに異なる波長λ１  〜λｎ  の連続光を発生し、ｎ×１光スイッチ５２によってその１つが選択される。ｎ×１光スイッチ５２で選択された光源５１−ｋ（波長λｋ  ）の連続光は、外部光変調器５３に印加されるＲＦ発振器５４の正弦波出力（周波数ｆ０  ）により変調され、被測定伝送媒体５５に入射される。被測定伝送媒体５５を透過した変調光は、受光器５６で電気信号に変換され、ｆ０  の周波数成分を透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５７を介して、周波数ｆ０  で変調された変調信号として位相差測定手段５８に入力される。
【０００４】
位相差検出手段５８では、この変調信号とＲＦ発振器５４の出力信号の位相を比較し、波長λｋ  の連続光の変調成分（周波数ｆ０  ）における位相差φｋ  を出力する。データ加工部５９は、１×ｎ光スイッチ５２の切り替えに応じて、光源５１−１〜５１−ｎに対応する変調成分の位相差φ１  〜φｎ  の値を取得し、波長λ１  〜λｎ  の領域における波長分散値を計算する構成である。
【０００５】
図１４は、位相差測定法による従来の波長分散測定装置の第２の構成例を示す。第１の構成例において、送信側と受信側が離れている場合に、位相差測定手段５８に入力する基準周波数をＲＦ発振器５４から直接送信すると、伝送信号の減衰あるいはスキューによる位相ゆらぎが発生して正確な測定が困難になる。そこで、第２の構成例のように、基準光源６１から出力される基準光と、ｎ×１光スイッチ５２で選択された光源５１−ｋ（波長λｋ  ）の連続光を合波器６２で合波して外部光変調器５３に入力する。そして被測定伝送媒体５５を透過させ、分波器６３で基準光を分波して受光器６４に入力し、バンドパスフィルタ６５を介して基準光の変調成分を抽出し、基準周波数として位相差測定手段５８に与える。
【０００６】
図１５は、位相差測定手段５８に入力される変調信号波形を示す。各波長λ１  〜λｎ  に対応した群遅延時間ｔ１  〜ｔｎ  は、基準信号に対する変調光位相差φ１  〜φｎ  から直接求めることができる。一方、波長分散Ｄは、群遅延時間ｔを波長で微分することによって得られる量であり、ｔ１  〜ｔｎ  の値から直接求められない。そこで、群遅延時間ｔの波長依存性をセルマイヤ多項式
ｔ＝α４λ４＋α２λ２＋α０＋α−２λ−２＋α−４λ−４
Ｄ＝４α４λ３＋２α２λ−２α−２λ−３＋４α−４λ−５
で近似し、その係数を最小二乗法で求める。さらに、これを波長λで微分することによって波長分散Ｄを求める。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｍ．Ｆｕｊｉｓｅ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｈｉｇｈｌｙ−ａｃｃｕｒａｔｅ  ｌｏｎｇ−ｓｐａｎ  ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ  ｂｙ  ａ  ｎｅｗ  ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，  ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈ．，ｖｏｌ．５，ｐｐ．７５１−７５８，  １９８７
【０００８】
【非特許文献２】
Ｙ．Ｈｏｒｉｕｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，”ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｉｎ  １．５５  μｍ  ｎａｒｒｏｗ−ｂａｎｄ  ｒｅｇｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｅａｔｅｒｎａｌ−ｃａｖｉｔｙ  ｌａｓｅｒ”，  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１，  ｐｐ．４５８−４６０，  １９８９
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
位相差測定法は、比較的簡易な測定系で群遅延時間ｔを精度よく測定できる利点を有しており、波長分散測定法として広く用いられている。
【００１０】
しかし、位相差測定法は、光源の波長変動が波長分散の測定精度に与える影響が大きいため、各光源の波長変動を抑制し、その波長確度を保つ必要がある。一般に、このような光源の波長の監視・更正には波長計が用いられるが、現状の波長計はその波長確度が十分でない。このため、狭い波長領域において波長分散を高精度に測定しようとする場合、光源の波長変動による測定誤差が顕著となって正確な測定が困難になっている。
【００１１】
本発明は、波長確度の極めて高い波長分散測定を行うことができる波長分散測定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の被測定伝送媒体の波長分散を測定する波長分散測定装置は、光周波数間隔ｆが一定でかつ互いの位相が同期した複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、さらに光周波数コムの１つの光周波数成分の光周波数が常に一定になるように制御された光周波数コム発生部と、光周波数コムを、その光周波数間隔ｆより小さい周波数ｆ０  で変調し、その変調光を被測定伝送媒体に入力する光変調手段と、被測定伝送媒体を透過した変調光を、光周波数コムの各光周波数成分に分波する光分波器と、光分波器で分波された光周波数コムの各光周波数成分の光パワーを個別に検出する受光器と、光周波数コムの各光周波数成分の光パワーにおける周波数ｆ０  成分の位相差を相互に比較して検出する位相差検出手段と、周波数ｆ０  成分の位相差と、光分波器で分波された光周波数コムの各光周波数成分の光周波数との関係から、被測定伝送媒体の波長分散値を算出するデータ加工部とを備える。
【００１３】
請求項２に記載の被測定伝送媒体の波長分散を測定する波長分散測定装置は、光周波数間隔ｆが一定でかつ互いの位相が同期した複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、さらに光周波数コムの１つの光周波数成分の光周波数が常に一定になるように制御された光周波数コム発生部と、光周波数コムのうち、所定の光周波数間隔ｍｆ（ｍは１以上の整数）を有する光周波数成分のペア（光周波数ペア）を所定の光周波数間隔ｆＳ  で選択し、被測定伝送媒体に入力する光周波数ペア透過フィルタと、被測定伝送媒体を透過した光周波数ペアを光周波数間隔ｆＳ  で分波する光分波器と、光分波器で分波された各光周波数ペアの光パワーを個別に検出する受光器と、各光周波数ペアの光パワーにおける周波数ｍｆ成分の位相差を相互に比較して検出する位相差検出手段と、周波数ｍｆ成分の位相差と、光分波器で分波された各光周波数ペアの光周波数との関係から、被測定伝送媒体の波長分散値を算出するデータ加工部とを備える。
【００１４】
請求項３に記載の光分波器の各チャネルの波長分散を測定する波長分散測定装置は、光周波数間隔ｆが一定でかつ互いの位相が同期した複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、さらに光周波数コムの１つの光周波数成分の光周波数が常に一定になるように制御された光周波数コム発生部と、光周波数コムを、その光周波数間隔ｆより小さい周波数ｆ０  で変調し、その変調光を光分波器に入力する光変調手段と、光分波器で分波された光周波数コムの各光周波数成分の光パワーを個別に検出する受光器と、光周波数コムの各光周波数成分の光パワーにおける周波数ｆ０  成分の位相差を相互に比較して検出する位相差検出手段と、周波数ｆ０  成分の位相差と、光分波器で分波された光周波数コムの各光周波数成分の光周波数との関係から、光分波器の波長分散値を算出するデータ加工部とを備える。
【００１５】
請求項４に記載の光分波器の各チャネルの波長分散を測定する波長分散測定装置は、光周波数間隔ｆが一定でかつ互いの位相が同期した複数の光周波数成分を有する光周波数コムを発生し、さらに光周波数コムの１つの光周波数成分の光周波数が常に一定になるように制御された光周波数コム発生部と、光周波数コムのうち、所定の光周波数間隔ｍｆ（ｍは１以上の整数）を有する光周波数成分のペア（光周波数ペア）を所定の光周波数間隔ｆＳ  で選択し、光分波器に入力する光周波数ペア透過フィルタと、光分波器で分波された各光周波数ペアの光パワーを個別に検出する受光器と、各光周波数ペアの光パワーにおける周波数ｍｆ成分の位相差を相互に比較して検出する位相差検出手段と、周波数ｍｆ成分の位相差と、光分波器で分波された各光周波数ペアの光周波数との関係から、被測定伝送媒体の波長分散値を算出するデータ加工部とを備える。
【００１６】
また、光周波数コム発生部は、周波数ｆのクロックに同期した繰り返し周波数ｆの光パルスを発生するパルス光源と、光周波数間隔ｆを保ったまま、光パルスの光周波数成分の分布域の外側の広い光周波数領域に新たな光周波数成分を生成し、光周波数コムとして出力する光キャリア倍増手段と、高い波長確度を有する基準光を出力する光周波数標準光源と、光周波数コムと基準光を合波し、光周波数コムの１つの光周波数成分と基準光のビート信号の周波数を検出するビート周波数検出部と、周波数ｆのクロックをパルス光源に供給し、ビート周波数検出部で検出される周波数が一定になるようにパルス光源の光周波数をフィードバック制御する光周波数制御部とを備える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の波長分散測定装置の第１の実施形態を示す。図において、光周波数コム発生部１１で発生する光周波数間隔ｆの光周波数コムは、外部光変調器１２に印加されるＲＦ発振器１３の正弦波出力（周波数ｆ０  ）により変調され、被測定伝送媒体１４に入射される。被測定伝送媒体１４を透過した変調光は、光分波器１５によって光周波数コムの各光周波数成分に分波され、その中のｎ個（各キャリア波長をλ１  〜λｎ  とする）の光周波数成分が個々に受光器１６−１〜１６−ｎで電気信号に変換され、ｆ０  の周波数成分を透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７−１〜１７−ｎを介して、それぞれ周波数ｆ０  で変調された変調信号として位相差測定手段１８に入力される。位相差検出手段１８では、波長λ１  の変調信号を基準信号とし、この基準信号と波長λｋ  （１＜ｋ≦ｎ）の変調信号との位相差φｋ  をすべてのｋについて検出し、データ加工部１９に出力する。
【００１８】
図２は、光周波数コム発生部１１で発生する光周波数コムの特徴を示す。光周波数コムは、図２（ａ）  に示すように、光周波数軸上において光周波数間隔ｆで等間隔に配列される光周波数成分である。これらの光周波数成分の位相はすべて同期しており、図２（ｂ）  に示すようにそれぞれの光周波数成分の位相がある瞬間にすべて一致する関係にある。各光周波数成分の光周波数間隔がｆであるため、時間軸上では１／ｆの周期で光周波数成分の位相の一致が観測され、かつこの瞬間にすべての光周波数成分が互いに強め合って大きなパワーとなる。したがって、光周波数コム発生部１１で発生する光周波数コムを時間軸上で観測すると、図２（ｃ）  に示すように、１／ｆの時間間隔で非常に幅の狭いパルス光となる。
【００１９】
ここで、光周波数コムを変調する変調周波数ｆ０  は、光周波数コムの光周波数間隔ｆに比べて十分に小さいものとする。このとき、外部光変調器１２から出力される変調光の各光周波数成分には、図２（ｄ）  に示すような±ｆ０  離れた位置に側帯波が発生している。
【００２０】
被測定伝送媒体１４の入射端では、すべての光周波数成分に対して変調信号の位相が揃っている（位相差が０である）ため、位相差検出手段１８で検出される位相差φｋ  は、そのまま被測定伝送媒体１４の伝搬によって生じた群遅延時間差によるものと考えられる。なお、個々の位相差φｋ  は、ベクトルボルトメータを用いて測定可能であるので、ｎ−１個のベクトルボルトメータにより各位相差φｋ  を同時に測定することができる。
【００２１】
データ加工部１９では、変調信号の位相差φｋ  と変調周波数ｆ０  、およびあらかじめ設定された波長λｋ  の値から、従来の位相差測定法と同様に波長分散値を計算することができる。
【００２２】
ところで、光周波数コム発生部１１で発生する光周波数コムの各光周波数成分は、後述する光周波数標準光源（図１１）を用いることにより、従来の波長計を用いた波長の監視・更正に比べてその波長確度を飛躍的に高めることができる。したがって、本実施形態の構成による波長分散測定では、波長誤差の影響を回避することができる。また、本実施形態の構成による波長分散測定では、被測定伝送媒体１１の入射端において、すべての光周波数成分に対して変調信号の位相が揃っているので、送信部と受信部が離れている場合でも、参照のための基準信号を別に伝送するための系が不要となる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の波長分散測定装置の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１の実施形態の外部光変調器１２およびＲＦ発振器１３に代えて、光周波数コム発生部１１で発生させた光周波数間隔ｆの光周波数コムを入力し、光周波数間隔ｍｆの光周波数成分のペア（ｍ＝１の場合は隣接する光周波数ペア）を光周波数間隔ｆＳ  で透過して被測定伝送媒体１４に入力する光周波数ペア透過フィルタ２１を備えるところにある。本実施形態における光周波数コムと光周波数ペアの関係を図４に示す。
【００２４】
この光周波数間隔ｆＳ  の光周波数ペアは被測定伝送媒体１４を透過し、光分波器１５によって個々の光周波数ペアに分波され、その中のｎ個（それぞれの光周波数ペアの中心波長をλ１  〜λｎ  とする）の光周波数ペアが個々に受光器１６−１〜１６−ｎで電気信号に変換され、ｍｆの周波数成分を透過するバンドパスフィルタ１７−１〜１７−ｎを介して位相差測定手段１８に入力される。
【００２５】
ここで、受光器１６−ｋに入力する光周波数ペアの光周波数をＦ，Ｆ＋ｆとし（ｍ＝１）、その振幅がＡ０  ，Ａ１  であるとすれば、この光周波数ペアの時間領域での振幅波形ａは、
【数１】
2005017129.tif 000003
と表される。
【００２６】
このとき、振幅の包絡線の波形ｂは、
【数２】
2005017129.tif 000004
となる。したがって、その受光パワーＰは、Ｐ０  を比例係数として、
Ｐ（ｔ）  ＝Ｐ０｛Ａ０２＋Ａ１２＋２Ａ０Ａ１ｃｏｓ（２πｆｔ）  ｝
で表すことができる。したがって、この光周波数ペアは、光周波数Ｆ＋ｆ／２  の単一波長光を周波数ｆで変調した光信号と見なすことができる。
【００２７】
ところで、光周波数コム発生部１１から発生する各光周波数成分はすべての位相が同期しているので、すべでの光周波数ペアは、周波数ｍｆの変調成分の位相がすべて揃った（位相差０）状態で被測定伝送媒体１４に入射されることになる。
【００２８】
位相差測定手段１８では、波長λ１  の変調信号を基準信号とし、この基準信号と波長λｋ  （１＜ｋ≦ｎ）の変調信号との位相差φｋ  をすべてのｋについて検出し、データ加工部１９に出力する。このとき、被測定伝送媒体１４の入射端では、周波数ｍｆの変調成分の位相が揃っているので、位相差検出手段１８で検出される位相差φｋ  は、そのまま被測定伝送媒体１４の伝搬によって生じた群遅延時間差によるものと考えられる。データ加工部１９では、変調信号の位相差φｋ  と変調周波数ｆ０  、およびあらかじめ設定された波長λｋ  の値から、従来の位相差測定法と同様に波長分散値を計算することができる。
【００２９】
図５は、光周波数ペア透過フィルタ２１の構成例を示す。ここでは、光周波数間隔ｆＳ  で等間隔な光周波数ペアを作成するために、フリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）がｆＳ  で、隣接出力チャネル間の光周波数間隔がｆである導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いる。光周波数ペアを生成するために、２×１光結合器を用いてＡＷＧの隣接する出力導波路の出力を合波する構成とする。
【００３０】
なお、本構成例は光周波数ペア透過フィルタ２１の一例であり、その他の構成例としては、例えば透過波長帯域幅の異なるインターリーバを直列に配置することによっても同様の光周波数ペアの生成が可能である。
【００３１】
本実施形態の構成による波長分散測定では、第１の実施形態と同様に波長誤差の影響のない波長分散測定が可能となる。また、光周波数コムの光周波数ペアのビートを変調信号として用いる構成により、外部光変調器およびＲＦ発振器のような光変調手段が不要となる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の波長分散測定装置の第３の実施形態を示す。第１の実施形態および第２の実施形態は、被測定伝送媒体１４の波長分散を測定するためのものであるが、本実施形態は、光信号を狭帯域で等しい光周波数間隔をもった複数のチャネルに分波する光分波器（例えばＡＷＧ）における各チャネルの波長分散を測定するものである。
【００３３】
すなわち、第１の実施形態の被測定伝送媒体１４を除いて光分波器１５を測定対象にした構成であり、光周波数コム発生部１１が光周波数軸上において光周波数間隔ｆで等間隔に配列される光周波数コムを発生し、かつ各光周波数成分の位相がすべて同期している点で第１および第２の実施形態と同様である。ただし、本実施形態の光周波数コム発生部１１は光周波数制御装置３１の制御により、各光周波数成分の光周波数間隔を保ったまま、その光周波数の絶対値をシフトさせる機能をもっている。
【００３４】
光周波数コム発生部１１で発生する光周波数コムは、外部光変調器１２に印加されるＲＦ発振器１３の正弦波出力（周波数ｆ０  ）により変調され、測定対象の光分波器１５に入力される。このとき、光周波数コムを変調する変調周波数ｆ０  は、光周波数コムの光周波数間隔ｆに比べて十分に小さいものとすると、外部光変調器１２から出力される変調光の各光周波数成分には±ｆ０  離れた位置に側帯波が発生している。
【００３５】
光分波器１５に入射した変調光は、その光分波機能により各光周波数成分に分波され、その中のｎ個（各キャリア波長をλ１  〜λｎ  とする）の光周波数成分が個々に受光器１６−１〜１６−ｎで電気信号に変換され、ｆ０  の周波数成分を透過するバンドパスフィルタ１７−１〜１７−ｎを介して、それぞれ周波数ｆ０  で変調された変調信号として位相差測定手段１８に入力される。位相差検出手段１８では、ＲＦ発振器１３から供給される変調信号を基準信号とし、この基準信号と波長λｋ  （１≦ｋ≦ｎ）の変調信号との位相差φｋ  をすべてのｋについて検出し、データ加工部１９に出力する。
【００３６】
このとき、光分波器１５の入射端では、すべての光周波数成分に対して変調信号の位相が揃っている（位相差が０である）ため、位相差検出手段１８で検出される位相差φｋ  は、そのまま光分波器１５の伝搬によって生じた群遅延時間差によるものと考えられる。なお、個々の位相差φｋ  は、ベクトルボルトメータを用いて測定可能であるので、ｎ個のベクトルボルトメータにより各位相差φｋ  を同時に測定することができる。
【００３７】
図７は、第３の実施形態における光周波数コム発生部１１の周波数シフトの手順を示す。ここでは、外部光変調器１２の出力光スペクトル（実線）と、光分波器１５の各チャネルの透過スペクトル（破線）の関係を模式的に示す。各光周波数成分は、変調によって±ｆ０  離れた位置に側帯波が発生する。波長分散測定では、まず光周波数制御装置３１の制御により図７（ａ）  に示すように、各光周波数成分およびその側帯波を光分波器１５の各出力チャネルの透過帯域の一端によせた状態で位相差φｋ  を測定し、これをφｋ１とする。次に、光周波数制御装置３１により光周波数コム発生部１１を制御して発生する光周波数コムの周波数をΔｆシフトし、図７（ｂ）  に示すように、各光周波数成分およびその側帯波を光分波器１５の各出力チャネルの透過帯域の他端によせた状態で位相差φｋ  を測定し、これをφｋ２とする。
【００３８】
このとき、ｋ番目のチャネルにおける図７（ａ）  の状態と図７（ｂ）  の状態との群遅延時間差ｔｋ  は、
ｔｋ  ＝（φｋ２−φｋ１）／２πｆ０
と表される。また、光周波数のΔｆシフトに伴う波長の変化をΔλｋ  とすれば、このチャネルの透過中心波長をλｋ  とした場合、
Δλｋ  ＝−λｋ２Δｆ／ｃ
となる。ただし、ｃは光速度である。これらの式から、ｋ番目のチャネルの波長分散Ｄｋ  は、
Ｄｋ  ＝ｔｋ  ／Δλｋ  ＝−ｃ／２πｆ０Δｆλｋ２  
により求めることができる。
【００３９】
本実施形態では、光周波数コム発生部１１で発生する光周波数コムの光周波数間隔ｆを、測定対象の光分波器１５の隣接チャネル間の透過帯域の変化量に一致させることにより、光分波器１５のすべてのチャネルにおける波長分散を同時に測定することができる。また、光源として、波長確度が非常に高い光周波数コムを用いているため、ＡＷＧのような透過帯域の狭い光分波器に対して、精度の高い波長分散測定を行うことができる。
【００４０】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の波長分散測定装置の第４の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第３の実施形態の外部光変調器１２およびＲＦ発振器１３に代えて、光周波数コム発生部１１で発生させた光周波数間隔ｆの光周波数コムを入力し、光周波数間隔ｍｆの光周波数成分のペア（ｍ＝１の場合は隣接する光周波数ペア）を光周波数間隔ｆＳ  で透過して光分波器１５に入力する光周波数ペア透過フィルタ４１を備えるところにある。ただし、本実施形態の光周波数ペア透過フィルタ４１は、透過光周波数帯域制御装置４２の制御により透過する光周波数ペアの中心光周波数をシフトさせる機能をもっている。
【００４１】
光分波器１５に入射した光は、その光分波機能により個々の光周波数ペアに分波され、その中のｎ個（それぞれの光周波数ペアの中心波長をλ１  〜λｎ  とする）の光周波数ペアが個々に受光器１６−１〜１６−ｎで電気信号に変換され、ｍｆの周波数成分を透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１７−１〜１７−ｎを介して位相差測定手段１８に入力される。この光周波数ペアは、各光周波数ペアの変調成分の位相が同期したものになっている。この場合、位相の基準となるタイミング信号は、光周波数コム発生部１１で生成される。
【００４２】
位相差検出手段１８では、光周波数コム発生部１１から供給されるタイミング信号を基準信号とし、この基準信号と波長λｋ  （１≦ｋ≦ｎ）の変調信号との位相差φｋ  をすべてのｋについて検出し、データ加工部１９に出力する。
【００４３】
このとき、光分波器１５の入射端では、すべての光周波数成分に対して変調信号の位相が揃っている（位相差が０である）ため、位相差検出手段１８で検出される位相差φｋ  は、そのまま光分波器１５の伝搬によって生じた群遅延時間差によるものと考えられる。なお、個々の位相差φｋ  は、ベクトルボルトメータを用いて測定可能であるので、ｎ個のベクトルボルトメータにより各位相差φｋ  を同時に測定することができる。
【００４４】
図９は、第４の実施形態における光周波数ペア透過フィルタ４１の周波数シフトの手順を示す。図９（ａ）  に光周波数コム発生部１１から出力される光周波数コムの光周波数成分のスペクトルを示し、図９（ｂ），（ｃ）  に光周波数ペア透過フィルタ４１の出力光スペクトル（実線）と、光分波器１５の各チャネルの透過スペクトル（破線）の関係を模式的に示す。光周波数ペアが光周波数間隔ｆＳ  で等間隔に配置された光スペクトルが出力される。
【００４５】
波長分散測定では、まず光周波数制御装置４２の制御により図９（ｂ）  に示すように、各光周波数ペアを光分波器１５の各出力チャネルの透過帯域の一端によせた状態で位相差φｋ  を測定し、これをφｋ１とする。次に、光周波数制御装置４２により光周波数ペア透過フィルタ４１を透過する光周波数ペアの中心光周波数をシフトし、図９（ｃ）  に示すように、各光周波数ペアを光分波器１５の各出力チャネルの透過帯域の他端によせた状態で位相差φｋ  を測定し、これをφｋ２とする。なお、図９の例では、光周波数ペアの中心光周波数のシフト量Δｆは２ｆである。
【００４６】
ここで、各光周波数ペアの変調成分の位相が同期しているので、第３の実施形態と同様にｋ番目のチャネルの波長分散Ｄｋ  は、
Ｄｋ  ＝ｔｋ  ／Δλｋ  ＝−ｃ／２πｆ０Δｆλｋ２  
により求めることができる。ただし、周波数シフト量Δｆは、光周波数ペア透過フィルタ４１によって任意に設定可能であり、測定条件に応じたシフト量（図９の例では２ｆ）を代入する。
【００４７】
図１０は、光周波数ペア透過フィルタ４１の構成例を示す。ここでは、光周波数間隔ｆＳ  で等間隔な光周波数ペアを作成するために、フリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）がｆＳ  で、隣接出力チャネル間の光周波数間隔がｆである導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いる。光周波数ペアを生成するために、２×１光結合器を用いてＡＷＧの隣接する出力導波路の出力を合波する構成とし、その中心光周波数をシフトさせるために、１×２光スイッチを用いて入力導波路を切り替える構成とする。
【００４８】
なお、本構成例は光周波数ペア透過フィルタ４１の一例であり、その他の構成例としては、例えば透過波長帯域幅の異なるインターリーバを直列に配置したフィルタを複数配置し、これらを光スイッチで切り替える構成としても同様の光周波数ペアの生成および中心光周波数のシフトが可能である。
【００４９】
本実施形態では、光周波数ペア透過フィルタ４１の光周波数ペアの光周波数間隔ｆＳ  を、測定対象の光分波器１５の隣接チャネル間の透過帯域の変化量に一致させることにより、光分波器１５のすべてのチャネルにおける波長分散を同時に測定することができる。また、光源として、波長確度が非常に高い光周波数コムを用いているため、ＡＷＧのような透過帯域の狭い光分波器に対して、精度の高い波長分散測定を行うことができる。さらに、本実施形態では、第２の実施形態と同様に、光周波数コムの光周波数ペアのビートを変調信号として用いる構成により、外部光変調器およびＲＦ発振器のような光変調手段が不要となる。
【００５０】
（光周波数コム発生部１１の構成例）
図１１は、光周波数コム発生部１１の構成例を示す。図において、光周波数コム発生部１１の主要部は、モードロックパルス光源７１、光周波数制御部７２および光キャリア倍増手段（例えば光非線形媒質）７３である。
【００５１】
モードロックパルス光源７１は、光周波数制御部７２から供給される周波数ｆのクロックに同期したモードロック光パルスを発生する。このモードロック光パルスの光周波数スペクトルは、図１２（ａ）  のように、光周波数軸上に光周波数間隔ｆで等間隔に並んだ光周波数成分の合成である。このモードロック光パルスを光キャリア倍増手段（例えば光非線形媒質）７３に入射すると、図１２（ｂ）  に示すように、媒質中の光非線形効果によって光周波数間隔ｆを保ったまま、モードロック光パルスの光周波数成分の分布域の外側の広い光周波数領域に新たな光周波数成分が生成される。これらの光周波数成分の位相は、すべて時間領域においてモードロック光パルスに同期している。その結果、上記の各実施形態の光周波数コム発生部１１で発生する光周波数コムの条件を満足する出力光が、光キャリア倍増手段（例えば光非線形媒質）７３から供給されることになる。
【００５２】
このように、光周波数制御部７２のクロック、モードロック光パルス、光周波数コムの各周波数成分は、すべて互いに同期している。したがって、光周波数制御部７２のクロックを第４の実施形態における位相の基準となるタイミング信号として使用することができる。また、モードロック光パルスまたは光周波数コムの一部を受光器によって電気信号に変換しても、第４の実施形態における位相の基準となるタイミング信号を得ることができる。
【００５３】
光キャリア倍増手段７３から出力される光周波数コムは、光分岐器７４でその一部が分岐され、光周波数標準光源７５から出力される基準光と光結合器７６で合波され、受光器７７に受光される。受光器７７から出力される電気信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７８を介して光周波数制御部７２にフィードバックされる。ここで、光周波数標準光源７５は、アセチレンあるいはシアン等の分子吸収線に対して発振波長をロックした構成の光源であり、概ね１０−７程度の波長確度を有し、現状の波長計に比べて非常に高い波長確度を有している。
【００５４】
光周波数コムと基準光を合波することにより、その光周波数スペクトルは図１２（ｃ）  に示すように、等間隔ｆで配置された光周波数コムの光ピーク間に基準光の光ピークが発生する。このとき、基準光の光ピークとこれに最も近い光周波数コムの光ピークとの光周波数間隔ｆｄ  を常に一定に保つように光周波数制御部７２の制御を実行すれば、光周波数コムに含まれるすべての光周波数成分の光周波数は、基準光に対して常に一定の光周波数間隔を保持することになる。これにより、光周波数コムの各光周波数成分は、基準光と同等の波長確度を有することになる。また、光周波数間隔ｆｄ  をΔｆだけシフトさせるように制御すれば、光周波数コムの各光周波数成分は基準光と同等の波長確度を保ったまま、光周波数をΔｆだけシフトさせることができる。
【００５５】
ところで、光周波数コムと基準光を合波すると、その光パワーには、基準光とこれに最も近い光周波数コムの光周波数成分との光周波数間隔ｆｄ  に等しい光周波数の変調成分が発生する。本構成では、この周波数ｆｄ  の変調成分が受光器７７およびローパスフィルタ７８を介して抽出され、光周波数制御部７２にフィードバックされる。したがって、光周波数制御部７２では、この変調成分の周波数をモニタすることによりｆｄ  の値を正確に検知することが可能であり、上記のようなモードロックパルス光源７１の制御を実現することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波長分散測定装置は、波長確度が極めて高い波長分散測定が可能となり、透過波長帯域が狭い被測定物（例えば光分波器）に対しても精度の高い波長分散測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の波長分散測定装置の第１の実施形態を示すブロック図。
【図２】光周波数コム発生部１１で発生する光周波数コムの特徴を示す図。
【図３】本発明の波長分散測定装置の第２の実施形態を示すブロック図。
【図４】光周波数コムと光周波数ペアの関係を示す図。
【図５】光周波数ペア透過フィルタ２１の構成例を示す図。
【図６】本発明の波長分散測定装置の第３の実施形態を示すブロック図。
【図７】第３の実施形態における光周波数コム発生部１１の周波数シフトの手順を示す図。
【図８】本発明の波長分散測定装置の第４の実施形態を示すブロック図。
【図９】第４の実施形態における光周波数ペア透過フィルタ４１の周波数シフトの手順を示す図。
【図１０】光周波数ペア透過フィルタ４１の構成例を示す図。
【図１１】光周波数コム発生部１１の構成例を示すブロック図。
【図１２】光周波数コム発生部１１の各部の光スペクトルを示す図。
【図１３】位相差測定法による従来の波長分散測定装置の第１の構成例を示す図。
【図１４】位相差測定法による従来の波長分散測定装置の第２の構成例を示す図。
【図１５】位相差測定法による波長分散測定原理を示す図。
【符号の説明】
１１  光周波数コム発生部
１２  外部光変調器
１３  ＲＦ発振器
１４  被測定伝送媒体
１５  光分波器
１６  受光器
１７  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１８  位相差測定手段
１９  データ加工部
２１，４１  光周波数ペア透過フィルタ
３１  光周波数測定装置
４２  透過光周波数帯域制御装置
７１  モードロックパルス光源
７２  光周波数制御部
７３  光キャリア倍増手段
７４  光分岐器
７５  光周波数標準光源
７６  光結合器
７７  受光器
７８  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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