(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を入射する複数の入力ポートと、複数の入力ポートと結合した後に分岐した光信号を出射する複数の出力ポートとを有する分岐結合素子に対して、入力ポート−出力ポート間の結合の度合いを表す結合係数及び入力ポート−出力ポート間での位相差を当該分岐結合素子の分岐特性として推定する分岐特性推定装置であって、
前記分岐結合素子から出射された光信号を入射して電気信号に変換する受光素子と、
前記受光素子から出力された電気信号をデジタル化された電力データに変換するＡ／Ｄ変換手段とを備え、
前記分岐結合素子に設けられた複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの１つに分岐するように組み合わせ、前記Ａ／Ｄ変換手段により変換された電力データの組み合わせにより表す挿入損失データを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された挿入損失データに基づいて基準からの挿入損失データのずれ量を算出するずれ量算出手段と、
前記ずれ量算出手段により算出された挿入損失データのずれ量に基づいて、単位長さあたりの結合係数と前記分岐結合素子の結合長との積をパラメータとして用い複素伝送行列を前記分岐特性として推定する推定手段とを備えたことを特徴とする分岐結合素子に対する分岐特性推定装置。
【請求項２】
光信号を入射する複数の入力ポートと、複数の入力ポートと結合した後に分岐した光信号を出射する複数の出力ポートとを有する分岐結合素子に対して、入力ポート−出力ポート間の結合の度合いを表す結合係数及び入力ポート−出力ポート間での位相差を当該分岐結合素子の分岐特性として推定する分岐特性推定方法であって、
前記分岐結合素子から出射された光信号を入射して電気信号に変換する受光素子と、
前記受光素子から出力された電気信号をデジタル化された電力データに変換するＡ／Ｄ変換手段とを備え、
前記分岐結合素子に設けられた複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの１つに分岐するように組み合わせ、前記Ａ／Ｄ変換手段により変換された電力データの組み合わせにより表す挿入損失データを記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップに記憶された挿入損失データに基づいて基準からの挿入損失データのずれ量を算出するずれ量算出ステップと、
前記ずれ量算出ステップにより算出された挿入損失データのずれ量に基づいて、単位長さあたりの結合係数と前記分岐結合素子の結合長との積をパラメータとして用い複素伝送行列を前記分岐特性として推定する推定ステップとを有することを特徴とする分岐結合素子に対する分岐特性推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分岐結合素子の入力ポート−出力ポート間に生じる位相差を含む分岐特性を推定する分岐結合素子における分岐特性推定装置および分岐特性推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光カプラを使用する場合、分岐時の光のパワー比により表される分岐比のみに注目して光ディバイス間のパワー損失等を決定するようにしていた。
【０００３】
しかしながら、このような光カプラを使用して干渉計等を構築する際には、光カプラに設けられている各ポート間において生じる位相差についても予め考慮しておく必要がある。
【０００４】
そこで、光カプラの各ポート間に生じる位相差を測定する場合、実際に干渉計などを構築して位相差を測定しておく必要があった。ここで、図６に示す干渉計の動作について説明する。
【０００５】
図６において、駆動回路１００で励起され、レーザダイオードからなる発光素子（レーザ光源）１０１から発光されたレーザ光は、光ファイバカプラ１０２によって分岐されてループ状の光ファイバ１０３の両端に入射され、このループ状の光ファイバ１０３を時計回り方向Ａ及び反時計回り方向Ｂに伝搬する。そして、方向Ａに伝搬した光信号（「Ａ波」と称する）及び方向Ｂに伝搬した光信号（「Ｂ波」と称する）は、ループ状の光ファイバ１０３のそれぞれの反対端に達した後に光ファイバカプラ１０２において結合され、フォトダイオードからなる受光素子１０５において干渉光として検出され、この受光素子１０５により光電変換され、光強度に応じた電気信号に変換され、さらに増幅器１１１によって増幅されて出力される。
【０００６】
その結果、光ファイバ１０３を伝搬するＡ波およびＢ波のそれぞれの光信号の相対的な位相差は、光ファイバ１０３を伝播する際の両波の行路長が同一なので、０となる。一方、光ファイバカプラ１０２を通過する際には光ファイバカプラ１０２の内部を伝播する際の行路長などが異なるので、両波は位相差を生じ、結果として増幅器１１１から出力される電気信号に干渉が発生する。従って、干渉光の強度を検出することによって光ファイバカプラ１０２に固有の位相差を検出することができるという利点を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す干渉計は、構成が大型化するので、光ファイバカプラ２に固有の位相差を検出するための簡易な測定には適さないといった問題があった。そこで、光ファイバカプラに固有の位相差を簡易に測定可能な構成が要望されていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、光ファイバカプラに固有の位相差を簡易に測定することができる光ファイバカプラにおける分岐特性推定装置および分岐特性推定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、光信号を入射する複数の入力ポートと、複数の入力ポートと結合した後に分岐した光信号を出射する複数の出力ポートとを有する分岐結合素子に対して、入力ポート−出力ポート間の結合の度合いを表す結合係数、入力ポート−出力ポート間での位相差を当該分岐結合素子の分岐特性として推定する分岐特性推定装置であって、前記分岐結合素子から出射された光信号を入射して電気信号に変換する受光素子と、前記受光素子から出力された電気信号をデジタル化された電力データに変換するＡ／Ｄ変換手段とを備え、前記分岐結合素子に設けられた複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの１つに分岐するように組み合わせ、前記Ａ／Ｄ変換手段により変換された電力データの組み合わせにより表す挿入損失データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された挿入損失データに基づいて挿入損失データのずれ量を算出するずれ量算出手段と、前記ずれ量算出手段により算出された挿入損失データのずれ量に基づいて、前記結合係数と前記分岐結合素子の結合長との積により表すことができる複素伝送行列を前記分岐特性として推定する推定手段とを備えたことを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、光信号を入射する複数の入力ポートと、複数の入力ポートと結合した後に分岐した光信号を出射する複数の出力ポートとを有する分岐結合素子に対して、入力ポート−出力ポート間の結合の度合いを表す結合係数、入力ポート−出力ポート間での位相差を当該分岐結合素子の分岐特性として推定する分岐特性推定方法であって、前記分岐結合素子から出射された光信号を入射して電気信号に変換する受光素子と、前記受光素子から出力された電気信号をデジタル化された電力データに変換するＡ／Ｄ変換手段とを備え、前記分岐結合素子に設けられた複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの１つに分岐するように組み合わせ、前記Ａ／Ｄ変換手段により変換された電力データの組み合わせにより表す挿入損失データを記憶する記憶ステップと、前記記憶ステップに記憶された挿入損失データに基づいて挿入損失データのずれ量を算出するずれ量算出手段と、前記ずれ量算出手段により算出された挿入損失データのずれ量に基づいて、前記結合係数と前記分岐結合素子の結合長との積により表すことができる複素伝送行列を前記分岐特性として推定する推定ステップとを有することを要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
（原理）
まず、図１に示す分岐結合素子における分岐特性推定装置を参照して、分岐特性を推定するための原理を説明する。
【００１３】
なお、本発明の分岐結合素子における分岐特性推定装置１０は、図１に示すように、駆動回路１１、発光素子１３、光ファイバカプラ１５（分岐結合素子）、受光素子１７、増幅器１９、信号処理装置２１から構成されている。
【００１４】
駆動回路１１で励起され、レーザダイオードからなる発光素子（レーザ光源）１３から発光されたレーザ光は、光ファイバカプラ１５の例えば入力ポート１に入力され、光ファイバカプラ１５の出力ポート４から受光素子１７に出力される。さらに、フォトダイオードからなる受光素子１７において干渉光として検出され、この受光素子１７により光電変換され、光強度に応じた電気信号に変換され、さらに増幅器１９によって増幅されて信号処理装置２１に出力される。
【００１５】
いま、光ファイバカプラ１５として、図２に示す公称分岐比１：１：１の３×３ファイバカプラを考える。なお、光ファイバカプラ１５は、図１に示すように、入力ポート１，２，３と、出力ポート４，５，６を有している。
【００１６】
ここで、単位長さあたりの結合係数ｋmnは、ファイバｎからｍへの結合の度合い・強さを意味する。摂動が無いときのファイバ中における波数をβo とし、図２に示すポート１−４，２−５，３−６間を伝搬する光のモード振幅をそれぞれｕ1，ｕ2，ｕ3とし、紙面横軸方向をＸ軸とし、
【数１】
0004423415.tif 000002
とすれば、周知のモード結合理論に従って、Ｕ→は（２）式に示す微分方程式を満足している。
【００１７】
【数２】
0004423415.tif 000003
ここで、光ファイバカプラ１５において伝送にともなう損失が無視でき、かつ入出力方向を反転させても相反性が成立しているとすれば、結合係数ｋmnは全て実数となり、ｋmn＝ｋnmとなる。
【００１８】
（２）式を解くことにより、光ファイバカプラ１５内の結合長をＬとすると、光ファイバカプラの伝送行列［Ａ］は、
【数３】
Ｕ→（Ｌ）＝［Ａ］Ｕ→（０）         …（３）
と表現できる。
【００１９】
一般に、光ファイバカプラ１５の分岐比を測定することは容易であるが、入力ポート−出力ポート間での位相差を求めることは困難である。
【００２０】
そこで、実際の光ファイバカプラ１５では、分岐比が１：１：１からずれることを利用する。すなわち、このずれ量の測定値に対して、（２）式中のｋ12Ｌ，ｋ23Ｌ，ｋ31Ｌをパラメータとしたデータの当てはめを行ない、複素伝送行列［Ａ］の各要素を偏角を含めて推定すればよい。
【００２１】
（実施例）
図３は、本発明に係る分岐結合素子における分岐特性推定装置１０に設けられた信号処理装置の構成を示す図である。
【００２２】
図３において、信号処理装置２１は、制御部２３、ＲＯＭ２５、ＲＡＭ２７、Ａ／Ｄ変換器２９、ディスプレイ３１から構成されている。
制御部２３は、ＲＯＭ２５に記憶されている制御プログラムに従って分岐特性推定処理を実行する。ＲＯＭ２５は、分岐特性推定処理の制御プログラムを記憶する。ＲＡＭ２７は、処理データを一時的に記憶するメモリであり、このメモリに代わってハードディスクなどの磁気記憶装置を用いてもよい。Ａ／Ｄ変換器２９は、増幅回路１９により増幅されたセンサ信号をアナログ／デジタル変換してセンサデータを出力する。ディスプレイ３１は、例えばＬＣＤ（液晶表示装置）からなり、制御部２３により生成された表示データを表示画面に表示する。
【００２３】
図５に示すフローチャート、図４に示す表を参照して、分岐特性推定装置１０の動作を説明する。なお、光ファイバカプラ１５は、図２に示す３×３光ファイバカプラへ適用した例を上げて説明する。
【００２４】
上述したように、駆動回路１１で励起され、レーザダイオードからなる発光素子１３から発光されたレーザ光は、光ファイバカプラ１５の例えばポート１に入力され、光ファイバカプラ１５のポート４から受光素子１７に出力される。フォトダイオードからなる受光素子１７において干渉光として検出され、この受光素子１７により光電変換され、光強度に応じた電気信号に変換され、さらに増幅器１９によって増幅されて信号処理装置２１に出力される。
【００２５】
信号処理装置２１において、ステップＳ１０では、制御部２３は測定条件として、Ａ／Ｄ変換器２７のサンプリング周波数を例えば１ＭＨｚとする。そして、各ポート間（ｍ→ｎ）おいて、（１→４），（１→５），（１→６），（２→４）・・・・・・（３→６）の順に計９対について、挿入損失データを測定する。
【００２６】
すなわち、制御部２３は、Ａ／Ｄ変換器２７から電力データを受け取ってＲＡＭ２５上にそれぞれの挿入損失データとして記憶する。
【００２７】
なお、ステップＳ１０において、逆方向（４→１），（４→２），（４→３），（５→１）・・・・・・（６→３）についても挿入損失データを測定しておき、計１８点の測定値に対して後述する分岐特性推定処理を実施しても良い。
【００２８】
次いで、ステップＳ１５では、ＲＡＭ２７上に記憶されている挿入損失データに基づいて、挿入損失データのずれ量を算出する。すなわち、それぞれの挿入損失データから例えば、４．７７ｄＢを引いた誤差をずれ量として算出する。
【００２９】
この結果、図４に示すように光ファイバカプラ１５の入力ポート−出力ポート間（ｍ→ｎ）の電力データが挿入損失データのずれ量に変換されて記憶される。
【００３０】
なお、図４に示す挿入損失データのずれ量は、公称分岐比１：１：１の３×３光ファイバカプラにおける入力ポートと任意の出力ポート間の挿入損失４．７７ｄＢを基準にしたときのそれぞれの誤差を示している。
【００３１】
次いで、ステップＳ２０では、（２）式に示す結合係数と結合長の積ｋ12Ｌ，ｋ23Ｌ，ｋ31Ｌについて、ＲＡＭ２７上に記憶されている挿入損失データのずれ量を当てはめて周知の最小２乗法による推定を行なう。
【００３２】
次いで、ステップＳ３０では、（２）式に基づいて、複素伝送行列[Ａ]を算出してＲＡＭ２７に記憶する。
【００３３】
次いで、ステップＳ４０では、制御部２３は、ＲＡＭ２７に記憶されている複素伝送行列[Ａ]を読み出して表示データを生成し、ディスプレイ２９の表示画面に表示する。
【００３４】
なお、図２においては、３×３の光ファイバカプラ１５に対する適用例を示しているが、原理的にはｎ×ｍの光ファイバカプラに適用することができる。
【００３５】
例えば、図４は、３×３の光ファイバカプラ１５（公称分岐比１：１：１）のの理論的挿入損失（４．７７ｄＢ）からのずれ量を示している。そこで、上述したステップＳ２０〜Ｓ３０では、図４に示す挿入損失データのずれ量に基づいて、データの当てはめを行なった結果、複素伝送行列［Ａ］は、
【数４】
0004423415.tif 000004
と推定されディスプレイ３１に表示される。
【００３６】
このように、光ファイバカプラ１５に設けられた複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの１つに分岐するように組み合わせ、Ａ／Ｄ変換器２９により変換された電力データの組み合わせにより表す挿入損失データをＲＡＭ２７に記憶しておき、ＲＡＭ２７に記憶された挿入損失データに基づいて挿入損失データのずれ量を算出し、挿入損失データのずれ量に基づいて、結合係数ｋmnと光ファイバカプラ１５の結合長Ｌとの積により表すことができる複素伝送行列［Ａ］を分岐特性として推定するので、入力ポート−出力ポート間の結合の度合いを表す結合係数ｋmn、入力ポート−出力ポート間での位相差を光ファイバカプラ１５の分岐特性として推定することができる。この結果、光ファイバカプラに固有の位相差を簡易に測定することができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、分岐結合素子に設けられた複数の入力ポートの１つから複数の出力ポートの１つに分岐するように組み合わせ、Ａ／Ｄ変換器により変換された電力データの組み合わせにより表す挿入損失データを記憶しておき、記憶された挿入損失データに基づいて挿入損失データのずれ量を算出し、挿入損失データのずれ量に基づいて、結合係数と分岐結合素子の結合長との積により表すことができる複素伝送行列を分岐特性として推定するので、入力ポート−出力ポート間の結合の度合いを表す結合係数、入力ポート−出力ポート間での位相差を分岐結合素子の分岐特性として推定することができる。この結果、分岐結合素子に固有の位相差を簡易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分岐結合素子における分岐特性推定装置１０の構成を示す図である。
【図２】分岐結合素子に適用される３×３光ファイバカプラの結合係数を示す図である。
【図３】本発明に係る分岐結合素子における分岐特性推定装置１０に設けられた信号処理装置の構成を示す図である。
【図４】３×３光ファイバカプラの分岐比のずれ量を示す表である。
【図５】分岐特性推定装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】従来の干渉計を示す図である。
【符号の説明】
１１  駆動回路
１３  発光素子
１５  光ファイバカプラ
１７  受光素子
１９  増幅器
２１  信号処理装置
２３  制御部
２５  ＲＯＭ
２７  ＲＡＭ
２９  Ａ／Ｄ変換器
３１  ディスプレイ
【図１】
0004423415.tif 000005
【図２】
0004423415.tif 000006
【図３】
0004423415.tif 000007
【図４】
0004423415.tif 000008
【図５】
0004423415.tif 000009
【図６】
0004423415.tif 000010