(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定信号光の偏波状態を他の偏波状態に切り替える偏波制御部（１１）と、
任意の波長の光を出力する波長掃引光源（１３）と、
前記偏波制御部からの被測定信号光と前記波長掃引光源からのローカル光とを直交する偏光成分ごとに合波して偏光成分ごとに出力する偏波分離合波部（１２−１）と、
前記偏波分離合波部からの一方の偏光を受光する第１の受光器（１５Ｐ）と、
前記偏波分離合波部からの他方の偏光を受光する第２の受光器（１５Ｓ）と、
前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベルを用いて前記被測定信号光のスペクトラム及び前記被測定信号光のＯＳＮＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を算出するスペクトラム演算部（１８）と、
前記波長掃引光源の出力波長を掃引する制御部（１９）と、を備え、
前記スペクトラム演算部は、
前記波長掃引光源の出力波長を変化させながら、前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベルを前記波長掃引光源の出力波長に関連付けて記憶する受光レベル記憶部（８１）と、
前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベルを用いて前記被測定信号光のスペクトラムを取得するスペクトラム取得部（８２）と、
前記被測定信号光のスペクトラムの信号光波長近傍の第１波長に前記波長掃引光源の出力波長を設定したときの前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベル、前記第１波長とは異なる前記信号光波長近傍の第２波長に前記波長掃引光源の出力波長を設定したときの前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベルからなるデータグループを複数求め、前記データグループごとのＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）ノイズパワーを算出するデータグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部（８３）と、
複数の前記データグループの前記ＡＳＥノイズパワーを用いて前記信号光波長におけるＡＳＥノイズパワーを算出する波長別ＡＳＥノイズパワー算出部（８４）と、
前記被測定信号光のスペクトラム及び前記信号光波長におけるＡＳＥノイズパワーを用いて前記被測定信号光のＯＳＮＲを算出するＯＳＮＲ算出部（８５）と、を備える
光スペクトラムアナライザ。
【請求項２】
前記偏波制御部の前段又は前記偏波制御部と前記偏波分離合波部との間の光路に挿入され、任意の波長範囲の被測定信号光を通過させる波長可変フィルタ（１４）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項３】
前記偏波分離合波部は、
前記偏波制御部からの被測定信号光と前記ローカル光とを合波して２分岐するビームスプリッタ（２１）と、
前記ビームスプリッタで分岐された一方の分岐光が入力されて一偏光成分の光のみを透過する第１の偏光子（２２Ｐ）と、
前記ビームスプリッタで分岐された他方の分岐光が入力されて前記一偏光成分と直交する成分の光のみを透過する第２の偏光子（２２Ｓ）と、を備え、
前記波長掃引光源は、前記第１の偏光子の透過光レベル及び前記第２の偏光子の透過光レベルが等しくなる偏光状態の光を出力する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項４】
前記偏波分離合波部は、
前記偏波制御部からの被測定信号光を直交する偏光成分に分離する第１の偏光ビームスプリッタ（２１Ｓ）と、
前記ローカル光を直交する偏光成分に分離する第２の偏光ビームスプリッタ（２１Ｌ）と、
前記第１の偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏光ビームスプリッタで分離されたそれぞれ一方の偏光成分の光が入力され、同一偏波で合分波する第１の偏波保存カプラ（２３Ｐ）と、
前記第１の偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏光ビームスプリッタで分離されたそれぞれ他方の偏光成分の光が入力され、同一偏波で合分波する第２の偏波保存カプラ（２３Ｓ）と、を備え、
前記波長掃引光源は、前記第１の偏波保存カプラの透過光レベル及び前記第２の偏波保存カプラの透過光レベルが等しくなる偏光状態の光を出力し、
前記第１の受光器は、前記第１の偏波保存カプラの分波した光をバランスド受光し、
前記第２の受光器は、前記第２の偏波保存カプラの分波した光をバランスド受光する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項５】
波長掃引光源の出力波長を変化させながら、被測定信号光と前記波長掃引光源からのローカル光とを直交する偏光成分ごとに合波して偏光成分ごとに分離した各分離光を受光し、前記各分離光の受光レベルを前記波長掃引光源の出力波長に関連付けて記憶する直交偏光受光手順（Ｓ１０１）と、
前記直交偏光受光手順で受光した各分離光の受光レベルを用いて前記被測定信号光のスペクトラムを測定するスペクトラム測定手順（Ｓ１０２）と、
前記スペクトラム測定手順で測定したスペクトラムから信号光波長および信号光パワーを求め、前記波長掃引光源の出力波長を前記信号光波長近傍の第１波長に設定したときの前記各分離光の受光レベル、前記波長掃引光源の出力波長を前記第１波長とは異なる前記信号光波長近傍の第２波長に設定したときの前記各分離光の受光レベルからなるデータグループを複数求め、前記データグループごとのＡＳＥノイズパワーを算出するデータグループ別ＡＳＥノイズパワー算出手順（Ｓ１０３）と、
複数の前記データグループの前記ＡＳＥノイズパワーを用いて前記信号光波長におけるＡＳＥノイズパワーを算出する波長別ＡＳＥノイズパワー算出手順（Ｓ１０４）と、
前記被測定信号光のスペクトラム及び前記信号光波長におけるＡＳＥノイズパワーを用いて前記被測定信号光のＯＳＮＲを算出するＯＳＮＲ算出手順（Ｓ１０５）と、
を順に有する光スペクトラム解析方法。
【請求項６】
前記直交偏光受光手順において、任意の波長範囲の光を通過させる波長可変フィルタ（１４）を通過後の前記被測定信号光を前記ローカル光と合波することを特徴とする請求項５に記載の光スペクトラム解析方法。
【請求項７】
前記直交偏光受光手順において、前記被測定信号光と前記ローカル光とをビームスプリッタで合波して２つに分岐し、分岐後の光を直交する各偏光成分の偏光子に通過させることによって、前記各分離光を分離することを特徴とする請求項５又は６に記載の光スペクトラム解析方法。
【請求項８】
前記直交偏光受光手順において、
前記被測定信号光を直交する偏光成分に分離するとともに前記ローカル光を直交する偏光成分に分離し、
前記被測定信号光の一方の偏光成分と前記ローカル光の一方の偏光成分を偏波保持カプラを用いて合波してバランスド受光するとともに、前記被測定信号光の他方の偏光成分と前記ローカル光の他方の偏光成分を偏波保持カプラを用いて合波してバランスド受光する
ことによって、前記各分離光を分離することを特徴とする請求項５又は６に記載の光スペクトラム解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＳＮＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）測定機能を有する光スペクトラムアナライザ及び光スペクトラム解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）ネットワークにおいては、各チャネルの信号光パワー、信号光波長及びＯＳＮＲ等の特性を測定し、伝送信号品質を維持することが必須である。特に、ＯＳＮＲは、伝送信号品質を維持するためには極めて重要な測定項目である。
【０００３】
ダイナミックな経路設定が可能なメッシュネットワークでは、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号は任意の経路設定が行われ、これにより各チャネルの信号光は異なる経路を通過し、また異なる光ファイバアンプ段数を通過する。この場合、各チャネルのＡＳＥノイズパワーが大きく異なるため、各チャネルの信号光のＯＳＮＲを測定することが必要となる。
【０００４】
そこで、「推定法」、「偏波ヌリング法」、「偏光度から算出する方法」などの種々のＯＳＮＲ測定法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
特許文献１のＯＳＮＲ測定法は、１／４波長板と、直線偏光子と、受光器と、を備え、以下のように動作する。直線偏光子を回転させながら、１／４波長板及び直線偏光子を透過後の被測定信号光を受光器で受光する。これにより、偏波ヌリング法を用いてＯＳＮＲを測定する。
【０００５】
特許文献２のＯＳＮＲ測定法は、偏波コントローラと、波長可変バンドパスフィルタと、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）と、２つのＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）と、を備え、以下のように動作する。信号光波長に波長可変バンドパスフィルタの波長を設定し、ＰＤのいずれかが最大となるように偏波コントローラを設定し、波長可変バンドパスフィルタの透過波長を信号光波長に設定する。この状態で、波長可変バンドパスフィルタと偏波コントローラを通過させた光をＰＢＳで偏光分離して、２つのＰＤで受光する。さらに波長可変バンドパスフィルタの透過波長を他の波長にして２つのＰＤで受光する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ６８１３０２１Ｂ２
【特許文献２】ＥＰ１４３２１５０Ａ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のＯＳＮＲ測定法では、以下のような問題があった。
特許文献１のＯＳＮＲ測定法では、「偏波ヌリング法」を用いるため、偏光子の偏光軸に直交する直線偏光を正確に入力する必要があるため、偏波コントローラの制御に時間を要し、短時間での測定が困難である。
【０００８】
特許文献２のＯＳＮＲ測定法では、ＰＤのいずれかが最大となるように偏波コントローラを設定し、波長可変バンドパスフィルタの透過波長を特定の波長に設定するため、偏波コントローラ及び波長可変バンドパスフィルタの制御に時間を要し、短時間での測定が困難である。また、特許文献２のＯＳＮＲ測定法では、被測定信号光のスペクトラムを測定することはできない。
【０００９】
そこで、本発明は、容易な制御かつ高速にＯＳＮＲを測定することのできる光スペクトラムアナライザ及び光スペクトラム解析方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願発明の光スペクトラムアナライザは、被測定信号光の偏波状態を他の偏波状態に切り替える偏波制御部（１１）と、任意の波長の光を出力する波長掃引光源（１３）と、前記偏波制御部からの被測定信号光と前記波長掃引光源からのローカル光とを直交する偏光成分ごとに合波して偏光成分ごとに出力する偏波分離合波部（１２−１）と、前記偏波分離合波部からの一方の偏光を受光する第１の受光器（１５Ｐ）と、前記偏波分離合波部からの他方の偏光を受光する第２の受光器（１５Ｓ）と、前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベルを用いて前記被測定信号光のスペクトラム及び前記被測定信号光のＯＳＮＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を算出するスペクトラム演算部（１８）と、前記波長掃引光源の出力波長を掃引する制御部（１９）と、を備え、前記スペクトラム演算部は、前記波長掃引光源の出力波長を変化させながら、前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベルを前記波長掃引光源の出力波長に関連付けて記憶する受光レベル記憶部（８１）と、前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベルを用いて前記被測定信号光のスペクトラムを取得するスペクトラム取得部（８２）と、前記被測定信号光のスペクトラムの信号光波長近傍の第１波長に前記波長掃引光源の出力波長を設定したときの前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベル、前記第１波長とは異なる前記信号光波長近傍の第２波長に前記波長掃引光源の出力波長を設定したときの前記第１の受光器及び前記第２の受光器の受光レベルからなるデータグループを複数求め、前記データグループごとのＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）ノイズパワーを算出するデータグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部（８３）と、複数の前記データグループの前記ＡＳＥノイズパワーを用いて前記信号光波長におけるＡＳＥノイズパワーを算出する波長別ＡＳＥノイズパワー算出部（８４）と、前記被測定信号光のスペクトラム及び前記信号光波長におけるＡＳＥノイズパワーを用いて前記被測定信号光のＯＳＮＲを算出するＯＳＮＲ算出部（８５）と、を備える。
【００１１】
本願発明の光スペクトラムアナライザは、波長掃引光源（１３）と、スペクトラム演算部（１８）と、を備えるため、被測定信号光のスペクトラムを測定することができる。本願発明の光スペクトラムアナライザは、偏波分離合波部（１２−１）と、第１の受光器（１５Ｐ）と、第２の受光器（１５Ｓ）と、を備えるため、後述する式（１０）を用いてＡＳＥノイズパワーを算出し、後述する式（１１）又は式（１２）を用いてＯＳＮＲを算出することができる。ここで、本願発明の光スペクトラムアナライザは、スペクトラム演算部の記憶する各波長での受光レベルを用いてＡＳＥノイズパワーを算出するため、信号光波長に波長可変バンドパスフィルタの波長を設定した状態で一方の受光器の受光レベルが最大又は最小になるように偏波状態を正確に設定する必要がない。したがって、本願発明の光スペクトラムアナライザは、容易な制御かつ高速にＯＳＮＲを測定することができる。
【００１２】
さらに、スペクトラムの測定分解能はローカル光である波長掃引光源の線幅と光電変換後のフィルタの帯域によって決定されるため、高分解能（狭帯域幅）でのスペクトラム測定が可能となる。このため、適切な波長帯域のデータを用いて、任意の帯域幅のスペクトラムを積分して信号光パワーを求め、任意の帯域幅に相当するＡＳＥノイズパワーを求めることができる。
【００１３】
本願発明の光スペクトラムアナライザでは、前記偏波制御部の前段又は前記偏波制御部と前記偏波分離合波部との間の光路に挿入され、任意の波長範囲の被測定信号光を通過させる波長可変フィルタ（１４）をさらに備えてもよい。
波長可変フィルタを用いて隣接する波長帯の信号光を除去して不要なビート成分の発生を抑えることができる。したがって、ＡＳＥノイズパワー及びＯＳＮＲの測定精度を高めることができる。
【００１４】
本願発明の光スペクトラムアナライザでは、前記偏波分離合波部は、前記偏波制御部からの被測定信号光と前記ローカル光とを合波して２分岐するビームスプリッタ（２１）と、前記ビームスプリッタで分岐された一方の分岐光が入力されて一偏光成分の光のみを透過する第１の偏光子（２２Ｐ）と、前記ビームスプリッタで分岐された他方の分岐光が入力されて前記一偏光成分と直交する成分の光のみを透過する第２の偏光子（２２Ｓ）と、を備え、前記波長掃引光源は、前記第１の偏光子の透過光レベル及び前記第２の偏光子の透過光レベルが等しくなる偏光状態の光を出力してもよい。
本発明により、偏波分離合波部から、被測定信号光が直交成分に分離されたビート信号光を出力することができる。
【００１５】
本願発明の光スペクトラムアナライザでは、前記偏波分離合波部は、前記偏波制御部からの被測定信号光を直交する偏光成分に分離する第１の偏光ビームスプリッタ（２１Ｓ）と、前記ローカル光を直交する偏光成分に分離する第２の偏光ビームスプリッタ（２１Ｌ）と、前記第１の偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏光ビームスプリッタで分離されたそれぞれ一方の偏光成分の光が入力され、同一偏波で合分波する第１の偏波保存カプラ（２３Ｐ）と、前記第１の偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏光ビームスプリッタで分離されたそれぞれ他方の偏光成分の光が入力され、同一偏波で合分波する第２の偏波保存カプラ（２３Ｓ）と、を備え、前記波長掃引光源は、前記第１の偏波保存カプラの透過光レベル及び前記第２の偏波保存カプラの透過光レベルが等しくなる偏光状態の光を出力し、前記第１の受光器は、前記第１の偏波保存カプラの分波した光をバランスド受光し、前記第２の受光器は、前記第２の偏波保存カプラの分波した光をバランスド受光してもよい。
本発明により、偏波分離合波部から、被測定信号光が直交成分に分離されたビート信号光を出力することができる。
【００１６】
上記目的を達成するために、本願発明の光スペクトラム解析方法は、波長掃引光源の出力波長を変化させながら、被測定信号光と前記波長掃引光源からのローカル光とを直交する偏光成分ごとに合波して偏光成分ごとに分離した各分離光を受光し、前記各分離光の受光レベルを前記波長掃引光源の出力波長に関連付けて記憶する直交偏光受光手順（Ｓ１０１）と、前記直交偏光受光手順で受光した各分離光の受光レベルを用いて前記被測定信号光のスペクトラムを測定するスペクトラム測定手順（Ｓ１０２）と、前記スペクトラム測定手順で測定したスペクトラムから信号光波長および信号光パワーを求め、前記波長掃引光源の出力波長を前記信号光波長近傍の第１波長に設定したときの前記各分離光の受光レベル、前記波長掃引光源の出力波長を前記第１波長とは異なる前記信号光波長近傍の第２波長に設定したときの前記各分離光の受光レベルからなるデータグループを複数求め、前記データグループごとのＡＳＥノイズパワーを算出するデータグループ別ＡＳＥノイズパワー算出手順（Ｓ１０３）と、複数の前記データグループの前記ＡＳＥノイズパワーを用いて前記信号光波長におけるＡＳＥノイズパワーを算出する波長別ＡＳＥノイズパワー算出手順（Ｓ１０４）と、前記被測定信号光のスペクトラム及び前記信号光波長におけるＡＳＥノイズパワーを用いて前記被測定信号光のＯＳＮＲを算出するＯＳＮＲ算出手順（Ｓ１０５）と、を順に有する。
【００１７】
本願発明の光スペクトラム解析方法は、直交偏光受光手順（Ｓ１０１）と、スペクトラム測定手順（Ｓ１０２）と、を有するため、被測定信号光のスペクトラムを測定することができる。本願発明の光スペクトラム解析方法は、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出手順（Ｓ１０３）と、波長別ＡＳＥノイズパワー算出手順（Ｓ１０４）と、ＯＳＮＲ算出手順（Ｓ１０５）と、を有するため、後述する式（１０）を用いてＡＳＥノイズパワーを算出し、後述する式（１１）又は式（１２）を用いてＯＳＮＲを算出することができる。ここで、本願発明の光スペクトラム解析方法は、直交偏光受光手順（Ｓ１０１）で記憶した各波長での受光レベルを用いてＡＳＥノイズパワーを算出する。したがって、本願発明の光スペクトラム解析方法は、容易な制御かつ高速にＯＳＮＲを測定することができる。
【００１８】
さらに、スペクトラムの測定分解能はローカル光である波長掃引光源の線幅と光電変換後のフィルタの帯域によって決定されるため、高分解能（狭帯域幅）でのスペクトラム測定が可能となる。このため、適切な波長帯域のデータを用いて、任意の帯域幅のスペクトラムを積分して信号光パワーを求め、任意の帯域幅に相当するＡＳＥノイズパワーを求めることができる。
【００１９】
本願発明の光スペクトラム解析方法では、前記直交偏光受光手順において、任意の波長範囲の光を通過させる波長可変フィルタ（１４）を通過後の前記被測定信号光を前記ローカル光と合波してもよい。
波長可変フィルタを用いて隣接する波長帯の信号光を除去して不要なビート成分の発生を抑えることができる。したがって、ＡＳＥノイズパワー及びＯＳＮＲの測定精度を高めることができる。
【００２０】
本願発明の光スペクトラム解析方法では、前記直交偏光受光手順において、前記被測定信号光と前記ローカル光とをビームスプリッタで合波して２つに分岐し、分岐後の光を直交する各偏光成分の偏光子に通過させることによって、前記各分離光を分離してもよい。
本発明により、被測定信号光が直交成分に分離されたビート信号光を受光することができる。
【００２１】
本願発明の光スペクトラム解析方法では、前記直交偏光受光手順において、前記被測定信号光を直交する偏光成分に分離するとともに前記ローカル光を直交する偏光成分に分離し、前記被測定信号光の一方の偏光成分と前記ローカル光の一方の偏光成分を偏波保持カプラを用いて合波してバランスド受光するとともに、前記被測定信号光の他方の偏光成分と前記ローカル光の他方の偏光成分を偏波保持カプラを用いて合波してバランスド受光することによって、前記各分離光を分離してもよい。
本発明により、被測定信号光が直交成分に分離されたビート信号光を受光することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、容易な制御かつ高速にＯＳＮＲを測定することのできる光スペクトラムアナライザ及び光スペクトラム解析方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１に係る光スペクトラムアナライザの一例を示す。
【図２】被測定信号光の光スペクトラムの一例を示す。
【図３】偏波分離合波部の第２形態を示す。
【図４】スペクトラム演算部の具体例を示す。
【図５】実施形態１に係る光スペクトラム解析方法の一例を示す。
【図６】ＮＲＺ−ＯＯＫ変調信号のスペクトラムの測定分解能の一例を示し、（ａ）はヘテロダイン検波を用いて波長分離した場合を示し、（ｂ）は回折格子型分光器を用いて波長分離した場合を示す。
【図７】実施形態２に係る光スペクトラムアナライザの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２５】
（実施形態１）
図１に、実施形態１に係る光スペクトラムアナライザの一例を示す。実施形態１に係る光スペクトラムアナライザ９１は、光入力部１０と、偏波制御部１１と、偏波分離合波部１２−１と、波長掃引光源１３と、第１の受光器としてのＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）１５Ｐと、第２の受光器としてのＰＤ１５Ｓと、フィルタ１６Ｐ及び１６Ｓと、ＡＤ変換部１７Ｐ及び１７Ｓと、スペクトラム演算部１８と、制御部１９と、を備える。
【００２６】
光入力部１０に、被測定信号光が入力される。図２に、被測定信号光のスペクトラムの一例を示す。被測定信号光は、例えば、信号光波長λＰに信号光が載せられた波長分割多重光信号である。被測定信号光のスペクトラムは、各チャネルの信号光波長λＰに信号光パワーＰＳのピークを有し、信号光波長λＰから任意の波長範囲に第１波長λ１及び第２波長λ２を有する。第１波長λ１及び第２波長λ２は、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）フィルタの波長範囲内である。第１波長λ１及び第２波長λ２などの各波長における信号光パワーＰＳには、ＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥが含まれている。
【００２７】
制御部１９は、偏波制御部１１の偏波状態を切り替えるとともに、波長掃引光源１３の出力波長を掃引する。偏波制御部１１は、ＰＤ１５ＰとＰＤ１５Ｓの受光レベルが等しくならないように、被測定信号光の偏波状態を他の偏波状態に切り替える。偏波制御部１１が切り替える偏波状態のバリエーションは２種類以上の偏波状態である。波長掃引光源１３は、任意の波長の光を出力する。偏波分離合波部１２−１は、偏波制御部１１からの被測定信号光と波長掃引光源１３からのローカル光とを直交する偏光成分ごとに合波して偏光成分ごとに出力する。
【００２８】
偏波分離合波部１２−１は、偏波分離合波部の第１形態である。偏波分離合波部１２−１は、ビームスプリッタ２１と、第１の偏光子２２Ｐと、第２の偏光子２２Ｓと、を備える。ビームスプリッタ２１は、偏波制御部１１からの被測定信号光とローカル光とを合波して２分岐する。これにより、被測定信号光のうちのγがＰＤ１５Ｓ側に分離され、残りの（１−γ）がＰＤ１５Ｐ側に分離される。第１の偏光子２２Ｐは、ビームスプリッタ２１で分岐された一方の分岐光が入力されてＰ偏光成分の光のみを透過する。第２の偏光子２２Ｓは、ビームスプリッタ２１で分岐された他方の分岐光が入力されてＳ偏光成分の光のみを透過する。この場合、波長掃引光源１３は、第１の偏光子２２Ｐの透過光レベル及び第２の偏光子２２Ｓの透過光レベルが等しくなる偏光状態の光を出力する。
【００２９】
ＰＤ１５Ｐは、偏波分離合波部１２−１からのＰ偏光を受光し、ＰＤ１５Ｐの受光レベルＰＤ１に応じたアナログ信号を出力する。フィルタ１６Ｐは、ＰＤ１５Ｐの光電変換した電気信号から任意の周波数成分の信号を取り出す。ＡＤ変換部１７Ｐは、フィルタ１６Ｐの出力信号をデジタル信号に変換し、受光レベルＰＤ１に応じたデジタル信号をスペクトラム演算部１８に出力する。
【００３０】
ＰＤ１５Ｓは、偏波分離合波部１２−１からのＳ偏光を受光し、ＰＤ１５Ｓの受光レベルＰＤ２に応じたアナログ信号を出力する。フィルタ１６Ｓは、ＰＤ１５Ｓの光電変換した電気信号から任意の周波数成分の信号を取り出す。ＡＤ変換部１７Ｓは、フィルタ１６Ｓの出力信号をデジタル信号に変換し、受光レベルＰＤ２に応じたデジタル信号をスペクトラム演算部１８に出力する。フィルタ１６Ｐ及びフィルタ１６Ｓは、例えばＬＰＦ又はＢＰＦである。
【００３１】
図３に、偏波分離合波部の第２形態を示す。図３に示す偏波分離合波部１２−２は、第１の偏光ビームスプリッタ２１Ｓと、第２の偏光ビームスプリッタ２１Ｌと、第１の偏波保存カプラ２３Ｐと、第２の偏波保存カプラ２３Ｓと、を備える。第１の偏光ビームスプリッタ２１Ｓは、偏波制御部１１からの被測定信号光を直交するＰ偏光とＳ偏光の偏光成分に分離する。第２の偏光ビームスプリッタ２１Ｌは、ローカル光を直交するＰ偏光とＳ偏光の偏光成分に分離する。第１の偏波保存カプラ２３Ｐは、第１の偏光ビームスプリッタ２１Ｓ及び第２の偏光ビームスプリッタ２１Ｌで分離されたそれぞれＰ偏光の偏光成分の光が入力され、同一偏波で合分波する。第２の偏波保存カプラ２３Ｓは、第１の偏光ビームスプリッタ２１Ｓ及び第２の偏光ビームスプリッタ２１Ｌで分離されたそれぞれＳ偏光の偏光成分の光が入力され、同一偏波で合分波する。この場合、ＰＤ１５Ｐ及びＰＤ１５Ｓはバランスド受光する。これにより、ＰＤ１５Ｐは被測定信号光のＰ成分を受光し、ＰＤ１５Ｓは被測定信号光のＳ成分を受光する。なお、波長掃引光源１３は、第１の偏波保存カプラ２３Ｐの透過光レベル及び第２の偏波保存カプラ２３Ｓの透過光レベルが等しくなる偏光状態の光を出力する。
【００３２】
スペクトラム演算部１８は、受光レベルＰＤ１及び受光レベルＰＤ２を用いて被測定信号光のスペクトラム及び被測定信号光のＯＳＮＲを算出する。図４に、スペクトラム演算部の具体例を示す。例えば、スペクトラム演算部１８は、受光レベル記憶部８１と、スペクトラム取得部８２と、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３と、波長別ＡＳＥノイズパワー算出部８４と、ＯＳＮＲ算出部８５と、を備える。
【００３３】
図５に、実施形態１に係る光スペクトラム解析方法の一例を示す。実施形態１に係る光スペクトラム解析方法は、直交偏光受光手順Ｓ１０１と、スペクトラム測定手順Ｓ１０２と、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出手順Ｓ１０３と、波長別ＡＳＥノイズパワー算出手順Ｓ１０４と、ＯＳＮＲ算出手順Ｓ１０５と、を順に有する。以下、実施形態１に係る光スペクトラム解析方法の詳細について、図１を参照しながら説明する。
【００３４】
直交偏光受光手順Ｓ１０１では、波長掃引光源１３の出力波長を変化させながら、被測定信号光と波長掃引光源１３からのローカル光とを直交する偏光成分ごとに合波して偏光成分ごとに分離した各分離光を受光する。受光レベル記憶部８１は、受光レベルＰＤ１及び受光レベルＰＤ２を波長掃引光源１３の出力波長に関連付けて記憶する。例えば、受光レベル記憶部８１は、透過波長λｉでの受光レベルＰＤ１［λｉ］，ＰＤ２［λｉ］をメモリに記憶する。これにより、受光レベル記憶部８１は、波長λ１から波長λＮまでの波長帯域を有する各チャネルの受光レベルＰＤ１［λ１］，ＰＤ１［λ２］，・・・，ＰＤ１［λｉ］，・・・，ＰＤ１［λＮ］及び受光レベルＰＤ２［λ１］，ＰＤ２［λ２］，・・・，ＰＤ２［λｉ］，・・・，ＰＤ２［λＮ］を記憶する。
【００３５】
スペクトラム測定手順Ｓ１０２では、スペクトラム取得部８２が、直交偏光受光手順Ｓ１０１で記憶した受光レベルＰＤ１及び受光レベルＰＤ２を用いて被測定信号光のスペクトラムを測定する。例えば、波長λｉでの光パワーをＰＤ１［λｉ］＋ＰＤ２［λｉ］を用いて求める。波長λ１〜λＮでの各波長での受光レベルＰＤ１［λｉ］，ＰＤ２［λｉ］（ただしｉ＝１，２，・・・Ｎ）を用いることで、被測定信号光のスペクトラムを求めることができる。
【００３６】
データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出手順Ｓ１０３では、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３が、スペクトラム測定手順Ｓ１０２で測定したスペクトラムから信号光波長λＰおよび信号光パワーＰＳ［λＰ］を求める。例えば、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３は、スペクトラム取得部８２からスペクトラムを読み出し、スペクトラムのピークを検出して各チャネルの信号光を検出する。そして、スペクトラムのピーク波長又はピークのセンタ波長から信号光波長λＰを求め、スペクトラムのピークの光パワーから信号光パワーＰＳ［λＰ］を求める。信号光パワーＰＳ［λＰ］は、スペクトラムを任意の範囲で積分して求めたパワーから求めてもよい。例えば、任意の帯域幅内の各ポイントｋの信号レベルＬｋを積分した値に、サンプリング波長間隔ΔλをＯＳＡの分解能で除算した値を積算して求めてもよい。
【００３７】
そして、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３が、被測定信号光のスペクトラムの信号光波長近傍の第１波長に波長掃引光源１３の出力波長を設定したときの受光レベルＰＤ１及び受光レベルＰＤ２、第１波長とは異なる信号光波長近傍の第２波長に波長掃引光源１３の出力波長を設定したときの受光レベルＰＤ１及び受光レベルＰＤ２からなるデータグループを複数求める。例えば、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３は、波長掃引光源１３の出力波長を第１波長λｍ１に設定したときの各分離光の受光レベルＰＤ１［λｍ１］及びＰＤ２［λｍ１］と、波長掃引光源１３の出力波長を第２波長λｍ２に設定したときの各分離光の受光レベルＰＤ１［λｍ２］及びＰＤ２［λｍ２］をメモリから読み出し、ＰＤ１［λｍ１］、ＰＤ２［λｍ１］、ＰＤ１［λｍ２］及びＰＤ２［λｍ２］からなるデータグループ（ｍ）を求める。第１波長λｍ１及び第２波長λｍ２は、信号光波長λＰから任意の波長範囲にある波長を選択する。
【００３８】
ここで、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３は、複数のデータグループを求める。例えば、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３は、図２に示すように、信号光波長λＰの長波長側の第１波長λｍ１及び第２波長λｍ２のデータグループ（ｍ）に加え、信号光波長λＰの短波長側の第１波長λｉ１及び第２波長λｉ２のデータグループ（ｉ）も求めることが好ましい。また、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３の求めるデータグループの数は限定しない。例えば、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３は、図２に示すように、第１波長λｍ１及び第２波長λｍ２のデータグループ（ｍ）と、第１波長λｉ１及び第２波長λｉ２のデータグループ（ｉ）と、第１波長λｊ１及び第２波長λｊ２のデータグループ（ｊ）と、第１波長λｎ１及び第２波長λｎ２のデータグループ（ｎ）、の４つのデータグループを求めてもよい。
【００３９】
次に、データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部８３は、データグループ（ｍ）毎のＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥを算出する。例えば、ＰＤ１［λｍ１］、ＰＤ２［λｍ１］、ＰＤ１［λｍ２］、ＰＤ２［λｍ２］を用い直交成分分離比αを算出して、後述する式（１０）に代入する。これにより、データグループ（ｍ）についてのＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥを求めることができる。他のデータグループ（ｉ）、データグループ（ｊ）、データグループ（ｎ）ついても同様にＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥを算出する。
【００４０】
波長別ＡＳＥノイズパワー算出手順Ｓ１０４では、波長別ＡＳＥノイズパワー算出部８４が、複数のデータグループのＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥを用いて信号光波長λＰにおけるＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥ［λＰ］を算出する。例えば、波長別ＡＳＥノイズパワー算出部８４が、複数のデータグループのＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥをフィッティング処理してフィッティング関数を算出し、フィッティング関数を用いて信号光波長λＰにおけるＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥ［λＰ］を算出する。フィッティング関数は、例えば、１次関数、２次関数、３次関数、４次関数、５次関数、ローレンツ関数又はガウス関数である。また、波長別ＡＳＥノイズパワー算出部８４は、複数のデータグループのＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥを平均化処理して信号光波長λＰにおけるＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥ［λＰ］を算出してもよい。
【００４１】
ＯＳＮＲ算出手順Ｓ１０５では、ＯＳＮＲ算出部８５が、被測定信号光のスペクトラム及び信号光波長λＰにおけるＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥ［λＰ］を用いて被測定信号光のＯＳＮＲを算出する。例えば、ＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥ［λＰ］及び信号光パワーＰＳ［λＰ］を式（１１）又は式（１２）に代入する。
【００４２】
以下、本実施形態に係る光スペクトラムアナライザ及び光スペクトラム解析方法の原理について説明する。伝送路のＲＯＡＤＭフィルタの帯域内においては、信号光パワーＰＳ［λＰ］は波長掃引光源１３の出力波長によって異なるが、ＰＤ１５ＰとＰＤ１５Ｓに分離される直交成分分離比率αは変わらない。ここで、以下ではＰＤ１５Ｓ側をαとし、ＰＤ１５Ｐ側を（１−α）とした。したがって、ＡＳＥノイズパワーをＰＡＳＥ、信号光パワーをＰＳ、フィルタ１６Ｐ及び１６Ｓの帯域幅をＢ０とすると、波長λｍ１の受光レベルＰＤ１［λｍ１］及びＰＤ２［λｍ１］並びに波長λｍ２の受光レベルＰＤ１［λｍ２］及びＰＤ２［λｍ２］は、次式で表される。
【００４３】
【数１】
0005318832.tif 000002
【００４４】
ここで、ＰＤ１［λｍ１］−ＰＤ２［λｍ１］＝ＰＤ１２［λｍ１］、ＰＤ１［λｍ２］−ＰＤ２［λｍ２］＝ＰＤ１２［λｍ２］とおく。
【００４５】
式（１）から式（２）を減算してＰＤ１２［λｍ１］を求める。
【数５】
0005318832.tif 000003
【００４６】
式（３）から式（４）を減算してＰＤ１２［λｍ２］を求める。
【数６】
0005318832.tif 000004
【００４７】
ここで、式（２）から式（４）を減算する。
【数７】
0005318832.tif 000005
【００４８】
式（５）から式（６）を減算する。
【数８】
0005318832.tif 000006
【００４９】
式（７）を式（８）に代入する。
【数９】
0005318832.tif 000007
【００５０】
式（５）×γ・α−式（２）×（１−α−γ）をして変形すると、ＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥが求まる。
【数１０】
0005318832.tif 000008
ここで、ＰＤ１２［λｍ１］＝ＰＤ１［λｍ１］−ＰＤ２［λｍ１］
【００５１】
式（１０）及び式（９）を用いることで、データグループ（ｍ）のＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥを算出することができる。
【００５２】
ＯＳＮＲは、信号光パワーＰＳ及びＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥを用いて次式で表される。
ＯＳＮＲ＝（ＰＳ−ＰＡＳＥ）／ＰＡＳＥ          …（１１）
【００５３】
なお、信号光パワーＰＳに対してＡＳＥノイズパワーＰＡＳＥが小さい場合には、次式を用いてＯＳＮＲを求めてもよい。
ＯＳＮＲ＝ＰＳ／ＰＡＳＥ          …（１２）
【００５４】
図６に、ＮＲＺ−ＯＯＫ変調信号のスペクトラムの測定分解能の一例を示し、（ａ）はヘテロダイン検波を用いて波長分離した場合を示し、（ｂ）は回折格子型分光器を用いて波長分離した場合を示す。図６（ｂ）に示すスペクトラムでは現れていなかったピークが、図６（ａ）では現れている。このように、ローカル光を用いて直交検波することで、高分解能（狭帯域幅）でのスペクトラム測定が可能となる。このため、適切な波長帯域のデータを用いて、任意の帯域幅のスペクトラムを積分して信号光パワーを求め、任意の帯域幅に相当するＡＳＥノイズパワーを求めることができる。
【００５５】
（実施形態２）
図７に、本実施形態に係る光スペクトラムアナライザの一例を示す。実施形態２に係る光スペクトラムアナライザは、実施形態１で説明した光入力部１０と偏波制御部１１の間に、波長可変フィルタ１４を備える。波長可変フィルタ１４は、任意の波長範囲の被測定信号光を通過させる。例えば、波長可変フィルタ１４は、図２に示す信号光波長λＰの波長帯の被測定信号光を通過させる。これにより、隣接する波長帯の光を除去し不要なビート成分の発生を抑えることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では波長可変フィルタ１４が偏波制御部１１の前段に挿入される例を示したが、波長可変フィルタ１４は、偏波制御部１１と偏波分離合波部１２−１との間の光路に挿入されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は情報通信産業に適用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０：光入力部
１１：偏波制御部
１２−１、１２−２：偏波分離合波部
１３：波長掃引光源
１４：波長可変フィルタ
１５Ｐ、１５Ｓ：ＰＤ
１６Ｐ、１６Ｓ：フィルタ
１７Ｐ、１７Ｓ：ＡＤ変換部
１８：スペクトラム演算部
１９：制御部
２１：ＢＳ
２１Ｓ：第１の偏光ビームスプリッタ
２１Ｌ：第２の偏光ビームスプリッタ
２２Ｐ：第１の偏光子
２２Ｓ：第２の偏光子
２３Ｐ：第１の偏波保存カプラ
２３Ｓ：第２の偏波保存カプラ
８１：受光レベル記憶部
８２：スペクトラム取得部
８３：データグループ別ＡＳＥノイズパワー算出部
８４：波長別ＡＳＥノイズパワー算出部
８５：ＯＳＮＲ算出部
９１、９２：光スペクトラムアナライザ
【図１】
0005318832.tif 000009
【図２】
0005318832.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005318832.tif 000013
【図６】
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【図７】
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