(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信器と光受信器との間に設置された伝送路における波長分散を測定する分散測定方法であって、前記光送信器において入力信号に応じて信号変調された信号光を送出する手順と、該信号光に対して所定の周期で波長変調を加えることにより該伝送路の分散で生じる遅延を該周期で変化させる手順と、前記光受信器において前記信号光より変換された電気信号より生成された信号変調速度に等しいクロック信号を抽出する手順と、該クロック信号に対してＮ倍あるいはＮ分の１の周波数（Ｎは１以上の整数）を有する周期信号であり、かつ前記信号光の波長変調によらず位相が一定な基準タイミング信号を生成する手順と、前記クロック信号のＭ倍あるいはＭ分の１の周波数（Ｍは１以上の整数）の信号と前記基準タイミング信号との位相差を検出する手順とを有し、前記波長変調の波長変調振幅と前記検出位相差を元に前記伝送路における分散を測定することを特徴とする分散測定方法。
【請求項２】
前記基準タイミング信号は前記クロック信号を用いて生成され、測定時間以外において該クロック信号と位相同期しており、測定中は測定開始直前の位相を保持していることを特徴とする請求項１記載の分散測定方法。
【請求項３】
前記基準タイミング信号は、前記光送信器から前記信号光とは異なる波長により前記光受信器に伝送され、前記基準タイミング信号は該光受信器において受信および再生されることを特徴とする請求項１または２記載の分散測定方法。
【請求項４】
前記測定対象となる分散が光ファイバ伝送路における波長分散であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の分散測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分散の測定に関し、特に、光ファイバ通信システムでデータ伝送を行うのと同時に波長分散を測定するインサービス分散測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信システムにおいては、伝送路である光ファイバの波長分散（以下「分散」と記す）によって生じる波形歪が伝送速度や距離を制限する要因となる。従って、伝送路の分散を精度よく測定し、分散を零とするように調整する技術が必要とされる。さらに、光ファイバ通信システムでは、伝送路の両端が遠隔の場所にあるが、光ファイバの分散は温度や外圧に応じて変化するため、分散の測定および調整は遠端にてシステム運用中に行われる必要がある。
【０００３】
これらの要求を満たす従来の技術として、遠端測定法の一つであるＰＭ−ＡＭ変換法を用い、システム運用中の分散検出のため、伝送信号の波長と異なる波長のモニタ光を用いる方法が提案されている。ここでは、桑原らの論文（「PM-AM変換効果を用いた分散変動検出による適応分散等化方式の検討」、1998年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、p.417）を用いて、これらの技術を説明する。
【０００４】
図９に、この技術によるシステムの構成図を示す。図９において、送信端では、高速データ信号を印加した光送信器１００からの信号光と、この信号光の波長と異なる波長の光源である半導体レーザ１０１を正弦波信号１０２で位相変調器１０３により位相変調したモニタ光とを多重回路１０５により合波して送り出す。伝送路１０４を伝搬した上述の２つの光は、受信端において信号光とモニタ光が分離回路である光カプラ１１２により分波され、信号光は光受信器１０６に入射されデータ信号が再生される。一方、モニタ光は、分散補償器１０７を伝搬した後、フォトディテクタ１０８によって自乗検波され、検出信号の平均レベルおよび正弦波信号１０２の周波数成分の強度をそれぞれ求め、これら2つの値の比から分散を求める。
【０００５】
このシステムでは、運用前に信号光の波長で分散が零となるよう調整が行われる。このとき、分散の波長依存性によってモニタ光波長で分散が零ではないため、分散を零とするよう分散補償器１０７の補償量を調節する。運用時に、伝送路１０４の分散が零からずれると、モニタ信号の位相変調が分散によって強度変調に変換されるため、受信端のフォトディテクタ１０８の自乗検波出力に正弦波信号１０２の周波数成分が現れる。分散ずれが検出されると、制御回線１０９を通して半導体レーザ１０１に供給され、これによってモニタ光の波長の制御を開始する。検出信号の中の正弦波信号周波数成分が零となったところで伝送路分散が零となり、ここで波長制御を停止する。このときモニタ波長をずらした量だけ信号光波長をずらすことで、この波長での分散を零とする。このようにして、分散が零からずれたことを検出する。
【０００６】
本件に最も関連のある刊行物は前述の「PM-AM変換効果を用いた分散変動検出による適応分散等化方式の検討」（1998年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、p.417）であるから、先行特許公報番号の記載は省略する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、以下に記載するような問題点がある。まず、信号光波長とモニタ光波長が異なっているため、分散の波長依存性が同じとみなせる比較的狭い波長範囲にこれら２波を配置しなければならない。この結果、多波長多重システムにおいては複数のモニタ波長が必要となり、伝送帯域の減少につながる。
【０００８】
また、モニタ光に印加する位相変調成分と光ファイバの非線形性によって、信号光の波形が歪む可能性がある。
【０００９】
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、信号光帯域を圧迫することなく、システム運用中の遠端での波長分散検出を簡易に行なうことができる分散測定装置および分散測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法が適用される分散測定装置は、光送信器と光受信器とから成り、伝送路における波長分散を測定する分散測定装置であって、前記光送信器は、前記伝送路の一端に接続され、入力信号に応じて変調された信号光に対して所定の周期で波長に変調を加える波長変調回路を有し、前記光受信器は、前記伝送路の他端に接続され、受信する信号光を基にクロック信号を抽出するクロック抽出回路と、該クロック信号から基準タイミング信号を生成する基準タイミング信号発生回路と、前記クロック信号と該基準タイミング信号との位相差を検出する位相検出器と、該位相検出器の出力を基に前記伝送路の分散を検出する分散検出器とを有し、さらに、前記基準タイミング信号発生回路は電圧制御発振器と位相比較器と保持回路とを有し、該電圧制御発振器の出力が２分岐され、その一方が前記位相比較器の一方の入力に接続され、他方が前記基準タイミング信号発生回路の出力となり、前記クロック抽出回路の出力が前記位相比較器の他方の入力に接続され、該位相比較器の出力が前記保持回路の入力に接続され、該保持回路は測定時間外は前記位相比較器の出力を出し測定時間中はある一定の値を出力することを特徴とする。
【００１１】
また本発明の方法が適用される分散測定装置は、光送信器と光受信器とから成り、伝送路における波長分散を測定する分散測定装置であって、前記光送信器は、前記伝送路の一端に接続され、入力信号に応じて変調された信号光に対して所定の周期で波長に変調を加える波長変調回路を有し、また、前記受信器は、前記伝送路の他端に接続され、受信する信号光を基にクロック信号を抽出するクロック抽出回路と、該クロック信号から基準タイミング信号を生成する基準タイミング信号発生回路と、前記クロック信号と前記基準タイミング信号との位相差を検出する位相検出器と、該位相検出器の出力を基に前記伝送路の分散を検出する分散検出器とを有し、さらに、前記基準タイミング信号発生回路は電圧制御発振器と保持回路とを含み、該電圧制御発振器の出力が２分岐され、その一方が前記位相検出器の一方の入力に接続され、他方が前記基準タイミング信号発生回路の出力となり、前記クロック抽出回路の出力が前記位相比較器の他方の入力に接続され、該位相比較器の出力が前記保持回路の入力に接続され、該保持回路は測定時間外は該位相比較器の出力を出し測定時間中はある一定の値を出力することを特徴とする。
【００１２】
また本発明の方法が適用される分散測定装置は、光送信器と光受信器とから成り、伝送路における分散を測定する分散測定装置であって、前記光送信器は、前記伝送路の一端に接続され、第１の波長を入力信号に応じて変調し信号光として出力する光変調回路と、該光変調回路に接続され、該信号光に対して所定の周期で波長に変調を加える波長変調回路と、該データのクロック速度に対して整数倍あるいは整数分の１の周波数を有する周期信号である基準タイミング信号を第２の波長を用いて送出する基準タイミング信号送信回路とを有し、また、前記光受信器は、前記伝送路の他端に接続され前記第１の波長を受信する光受信回路と、該クロック信号を抽出するクロック抽出回路と、前記基準タイミング信号を受信しその再生を行う基準タイミング信号再生回路と、前記ロック信号と前記基準タイミング信号との位相差を検出する位相検出器と、該位相検出器の出力を基に前記伝送路の分散を検出する分散検出器とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第１の分散測定方法は、光送信器と光受信器との間に設置された伝送路における分散を測定する分散測定方法であって、前記光送信器において入力信号に応じて変調された信号光を送出する手順と、該信号光に対して所定の周期で変調を加えることにより該伝送路の分散で生じる遅延を該周期で変化させる手順と、前記光受信器において該信号光に対するクロック信号を抽出する手順と、該クロック信号に対してＮ倍あるいはＮ分の１の周波数（Ｎは１以上の整数）を有する周期信号である基準タイミング信号を生成する手順と、該クロック信号のＭ倍あるいはＭ分の１の周波数（Ｍは１以上の整数）の信号と前記基準タイミング信号との位相差を検出する手順とを有し、前記伝送路における分散を測定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の分散測定方法は、第１の分散測定方法において、前記基準タイミング信号は前記クロック信号を用いて生成され、測定時間以外において該クロック信号と位相同期しており、測定中は測定開始直前の位相を保持していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の分散測定方法は、第１の分散測定方法において、前記基準タイミング信号は、前記光送信器から該信号光とは異なる波長により前記光受信器に伝送され、該基準タイミング信号は該光受信器において受信および再生されることを特徴とする。
【００１６】
本発明の第４の分散測定方法は、第１の分散測定方法において、前記測定対象分散が光ファイバ伝送路における波長分散であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の作用を図面を参照して説明する。図８は、本発明の分散測定方法が、伝送路の波長分散を測定する場合に適用される例を説明するためのものである。光送信器からの信号光の波長を図８（ａ）に示すように、波長変調量Δλ（ｎｍ）で周期的に変調する。この信号光が波長分散Ｄ（ｐｓｅｃ／ｎｍ）を持った伝送路中を伝送し光受信器において検出されるとすると、波長振幅Δλにより伝送路において生じる遅延差Ｘ（ｐｓｅｃ）は、Ｘ ＝ Ｄ×Δλと表される。
【００１８】
よって、この信号光を受信し、それより抽出されたクロック信号は図８（ｂ）に示すように位相変調され、この時の位相変調量φはクロック信号の周波数をｆ０とすると、φ ＝ Ｘ／（１／ｆ０） ＝ Ｘ×ｆ０ ＝ Ｄ×Δλ×ｆ０となる。一方、光送信器における変調によらず常に一定の位相である基準タイミング信号が図８（ｃ）のようであるとする。この例では基準タイミング信号の周波数はクロック信号と同じｆ０と仮定する。この時、クロック信号と基準タイミング信号との位相差は図８（ｄ）のように周期的に位相振幅φで変化する。
【００１９】
よって、この位相差φを検出し、既知である光送信器における波長変調量Δλと、クロック周波数ｆ０を用いることにより、Ｄ ＝ φ／（Δλ×ｆ０）
として伝送路の分散値Ｄを求めることができる。
【００２０】
一方、伝送路の分散値Ｄが大きく、それによる遅延差Ｘが１／ｆ０より大きいときには、クロック信号の整数分の１の分周クロック信号と、基準タイミング信号の整数分の１の分周基準タイミング信号との位相差を検出することにより、上記と同様に伝送路の分散値を求めることが可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１を参照して、本発明方法を適用してなる第１の実施の形態を示す分散測定装置について説明する。光送信器１において、波長変調器１２は周期ｆ１および波長変調量Δλで波長変調を行い、そこからの出力光は光変調器１１において入力信号に応じたデータ変調を印可され、信号光として出力される。この信号光は伝送路３を伝送した後、光受信器２により受信される。
【００２３】
光受信器２においては、信号光は光電変換部２１において電気信号に変換され、クロック抽出回路２２により、クロック信号と再生識別された出力信号に変換される。クロック信号は基準タイミング信号生成回路２３と位相検出器２４に入力される。この基準タイミング信号生成回路２３においては、測定時間外においてはクロック信号に同期し、測定時間においては測定の直前の位相を保持するような基準タイミング信号を生成する。位相検出器２４においては測定時間外では常に一定の位相差を出力するが、測定時間内には波長変調器１２の変調に応じて変化する位相差を出力する。この位相検出器２４の出力は分散検出器２５に入力され、分散検出器２５は、既知である波長変調量Δλとクロック信号の周波数ｆ０を元に、位相検出器２４における位相差の変化量を用いて伝送路における分散値を出力する。
【００２４】
図２は上記の分散測定装置内の基準タイミング信号生成回路２３の一実施例を示すものである。ここで、基準タイミング信号生成回路２３の入力、すなわちクロック信号は位相比較器３１の一方の入力端子に入力され、その出力は保持回路３２に入力される。保持回路３２には制御信号が入力され、保持回路３２の出力は電圧制御発振器３４に入力される。電圧制御発振器３４の出力は２分岐され、一方は基準タイミング信号として出力され、他方は位相比較器３１の他方の入力に接続される。
【００２５】
この分散測定装置の動作を図３を用いて詳しく説明する。この例では上記の波長変調が常に行われている場合について説明する。図３（ａ）に示すように、信号光に対しては波長変調量Δλで波長変調が行われており、これにより前述のように、伝送路中の波長分散によりクロック信号には図３（ｂ）に示すように位相変調量φで位相変調が施される。このとき、図３（ｃ）に示すように、測定時間において保持回路３２に制御信号を加える。ここで、図３（ｄ）に示すように、制御信号がオフの場合は保持回路３２は入力信号をそのまま出すため、電圧制御発振器３４はクロック信号に対して位相同期するが、制御信号がオンの場合は保持回路３２がその直前の位相比較器３１の出力を保持し、それにより電圧制御発振器３４の位相は一定となる。これにより、前述の説明のように、測定時間においてクロック信号と基準タイミング信号の位相差を検出することにより、伝送路の分散値を測定することができる。
【００２６】
本実施例においては、信号光が伝達するデータの伝送速度４０Ｇｂ／ｓ、伝送路として長さ４００ｋｍの分散シフトファイバにおいて、波長変調量０．１ｎｍ、その変調周期１０ｋＨｚ、測定時間１ｓｅｃに設定することにより、伝送路の分散値として０から±２５０ｐｓｅｃ／ｎｍを測定することが可能であった。
【００２７】
次に、図４を用いて本発明の方法を適用してなる第２の実施の形態について説明する。この分散測定装置は、基準タイミング信号発生器２３−１は電圧制御発振器３４と保持回路３２から成る。光送信器１，伝送路３，光受信器２−１内の光電変換部２１およびクロック抽出器２２の構成は第１の実施の形態におけるものと同じである。クロック抽出回路２２の出力は位相検出器２４の一方の入力端子に接続され、基準タイミング信号発生器２３−１内の電圧制御発振器３４の出力は位相検出器２４の他方の入力端子に接続される。位相検出器２４の出力は２分岐され、一方は分散検出器２５に、他方は保持回路３２に接続される。保持回路３２の出力は電圧制御発振器３４の入力に接続される。分散検出器２５からは検出された分散値が出力される。本実施の形態は第１の実施の形態と同等の波長分散検出特性を有するが、第１の実施の形態における位相比較器３１が削除されたため、より一層の装置の小型化が実現された。
【００２８】
次に、図５を用いて、本発明の方法を適用してなる第３の実施の形態について説明する。本分散測定装置は、光送信器１，伝送路３，光受信器２−２内の光電変換部２１およびクロック抽出器２２の構成は第１の実施の形態におけるものと同じである。一方、第１の実施の形態とは異なり、クロック抽出回路２２の出力は、第１の分周回路４１を介して位相検出器２４の一方の入力端子に接続され、基準タイミング信号生成回路２３の出力は第２の分周回路４２を介して位相検出器２４の他方の入力端子に接続される。この装置においては、信号光が伝達するデータの伝送速度４０Ｇｂ／ｓ、伝送路として長さ８０ｋｍの単一モードファイバにおいて、波長変調量０．１ｎｍ、その変調周期１０ｋＨｚ、測定時間１ｓｅｃに設定した。また、第１の分周回路４１および第２の分周回路４２の分周比率を１／１６に設定したところ、測定可能な分散範囲は第１の実施の形態におけるものの１６倍に当る±４０００ｐｅｃ／ｎｍとなった。
【００２９】
次に、図６を用いて、本発明の方法を適用してなる第４の実施の形態について説明する。光送信器１−１において、波長変調器１２は第１の波長λ１に対して周期ｆ１、波長変調量Δλで波長変調を行い、そこからの出力光は光変調器１１において入力信号に応じたデータ変調を印可され、信号光として出力される。また、基準タイミング信号送信回路５３においては、入力信号のクロック周波数と等しい周波数を持ち入力信号に対して位相同期された基準タイミング信号を生成し、波長λ２を用いて基準タイミング信号光として出力する。信号光およびは基準タイミング信号光は多重回路５１により波長多重され、伝送路３を伝送する。
【００３０】
光受信器２−３においては、まず分離回路５２により波長分離され、信号光および基準タイミング信号光に分けられる。信号光は光電変換部２１において電気信号に変換され、クロック抽出回路２２により、クロック信号と再生識別された出力信号に変換される。一方、基準タイミング信号光は基準タイミング信号受信回路５４により光電変換され、基準タイミング信号として再生される。クロック抽出回路２２の出力と基準タイミング信号受信回路５４の出力は位相検出器２４に入力される。この位相検出器２４の出力は分散検出器２５に入力され、この分散検出器２５は既知である波長振幅（λ１−λ２）とクロック信号の周波数ｆ０を基に、位相検出器２４における位相差の変化量を用いて伝送路における分散値を出力する。
【００３１】
この装置においては、第１から第３の実施の形態と異なり、分散を測定する時間は有限ではなく常に可能となる。また、光受信器２内に電圧制御発振器３４を含む基準タイミング信号生成回路２３が不要となるため、安定性がさらに改善された。この時、伝送速度４０Ｇｂ／ｓ、伝送路として長さ４００ｋｍの分散シフトファイバにおいて、波長変調量０．１ｎｍ、その変調周期１０ｋＨｚに設定することにより、伝送路の分散値として０から±２５０ｐｓｅｃ／ｎｍを測定することが可能であった。
【００３２】
次に、図７を用いて、本発明の方法を適用してなる第５の実施の形態について説明する。この分散測定装置における光送信器１−２は、第１の光変調器６１と第１の波長変調器６２から成り第１の入力信号から第１の出力光を生成する第１のデータ変調部８１と、それと同様の構成をもつ第２から第Ｎまでのデータ変調部８２と、第４の実施の形態におけるのと同じ基準タイミング信号送信回路５３を含む。ここで、第１から第Ｎの入力信号と基準タイミング信号は位相同期されている。第１から第Ｎまでのデータ変調部および基準タイミング信号送信回路５３は、各々異なる波長を出力し、それらは多重回路５１により波長多重され送信される。
【００３３】
光受信器２−４においては、第１の光電変換部７１と第１のクロック抽出器７２と第１の位相検出回路７３と第１の分散検出器７４からなり第１の出力信号と第１のクロック信号を出力する第１のデータ復調部８５と、それと同様の構成を持つ第２から第Ｎのデータ復調部８６と、第４の実施の形態におけるのと同じ基準タイミング信号受信回路５４を含む。基準タイミング信号受信回路５４の出力はＮ分岐され、それぞれ第１から第Ｎの位相検出回路の一方の端子に入力される。
【００３４】
この装置においては、第４の実施の形態と異なり、波長多重されたそれぞれの第１から第Ｎの信号光のそれぞれの波長における分散値を第４の実施の形態におけるのと同様の特性により検出可能であった。
【００３５】
以上、本発明の分散測定方法を適用してなる装置の実施の形態に関して説明したが、本発明はその他の様々な態様により実現可能である。
【００３６】
まず、本発明の分散測定方法は波長分散を測定するものとして説明したが、これはそれ以外の様々な分散、たとえば偏波分散、モード分散などに対しても有効な方法である。
【００３７】
また、本発明の方法を適用してなる分散測定装置において、クロック信号と基準タイミング信号が同一の周波数の場合について説明したが、これはその関係がその整数倍あるいは整数分の１である場合にも適用可能である。
【００３８】
また、本発明中の様々な回路、部品に関してはその機能を満たすものであればどのような回路部品を適用しても可能であることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の第１の効果は、実際にデータが伝送されている運用システムにおいて、伝送されるデータの品質を落とすことなく、その伝送される波長における分散値を測定することを可能とすることである。
【００４０】
また、第２の効果は、遠端にあるすなわち光送信器と光受信器の間に長い伝送路がある様な伝送系においても、伝送路の分散値を測定することが可能とすることである。
【００４１】
また、第３の効果は、分散測定装置が、汎用の部品の組み合わせにより容易に実現可能であることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す図
【図２】 本発明の第１の実施の形態における基準タイミング信号生成回路の構成を示す図
【図３】 本発明における第１の実施の形態の動作を説明する図
【図４】 本発明の第２の実施の形態を示す図
【図５】 本発明の第３の実施の形態を示す図
【図６】 本発明の第４の実施の形態を示す図
【図７】 本発明の第５の実施の形態を示す図
【図８】 本発明の作用を説明するための図
【図９】 従来の例を示す図
【符号の説明】
１ 光送信器
１−１ 光送信器
１−２ 光送信器
２ 光受信器
２−１ 光受信器
２−２ 光受信器
２−３ 光受信器
２−４ 光受信器
３ 伝送路
１１ 光変調器
１２ 波長変調器
２１ 光電変換部
２２ クロック抽出回路
２３ 基準タイミング信号生成回路
２４ 位相検出器
２５ 分散検出器
３１ 位相比較器
３２ 保持回路
３４ 電圧制御発振器
４１ 第１の分周回路
４２ 第２の分周回路
５１ 多重回路
５２ 分離回路
５３ 基準タイミング信号送信回路
５４ 基準タイミング信号受信回路
６１ 第１の光変調器
６２ 第１の波長変調器
６３ 第Ｎの光変調器
６４ 第Ｎの波長変調器
７１ 第１の光電変換部
７２ 第１のクロック抽出回路
７３ 第１の位相検出器
７４ 第１の分散検出器
７５ 第Ｎの光電変換部
７６ 第Ｎのクロック抽出回路
７７ 第Ｎの位相検出器
７８ 第Ｎの分散検出器
８１ 第１のデータ変調部
８２ 第Ｎのデータ変調部
８５ 第１のデータ復調部
８６ 第Ｎのデータ復調部
１００ 光送信器
１０１ 半導体レーザ
１０２ 正弦波信号
１０３ 光位相変調器
１０４ 伝送路
１０５ 多重回路
１０６ 光受信器
１０７ 分散補償器
１０８ フォトディテクタ
１０９ 制御回線
１１０ バンドパスフィルタ
１１１ 平均値検出回路
１１２ 光カプラ
【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】
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