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発明の名称 分光装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−108528(P2001−108528A)
公開日 平成13年4月20日(2001.4.20)
出願番号 特願平11−285707
出願日 平成11年10月6日(1999.10.6)
代理人
発明者 立川 義彦
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】被測定光を入力するための光学系(50)と、入力光を分散分光するための分散分光光学系(60)と、分光された光を受光・測定するためのアレイ素子(52)と、前記入力光の波長を変調するための周波数シフタ(53)と、変調度を周期的に変化させるための発振器(54)と、前記アレイ素子(52)からの出力を前記発振器の周波数に合わせて同期測定する演算回路(55)を備えたことを特徴とする分光装置。
【請求項2】前記分散分光光学系(60)に光分波器(61)と光学フィルタ(62)を使用したことを特徴とする請求項1記載の分光装置。
【請求項3】前記分散分光光学系(60)に回折格子(63)を使用したことを特徴とする請求項1記載の分光装置。
【請求項4】前記分散分光光学系(60)にアレイ導波路格子(68)を使用したことを特徴とする請求項1記載の分光装置。
【請求項5】前記分散分光光学系(60)に傾斜光学膜(71)を使用したことを特徴とする請求項1記載の分光装置。
【請求項6】前記分散分光光学系(60)にファイバ・ブラッグ・グレーティング(91)を使用したことを特徴とする請求項1記載の分光装置。
【請求項7】被測定光を空間光で導入するように構成したことを特徴とする請求項1ないし6記載の分光装置。
【請求項8】請求項1ないし7に記載の分光装置に、表示装置(40)を付加し、光スペクトラムを表示出来るようにしたことを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アレイ素子を用いた分光装置および光スペクトラムアナライザの高性能化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図10に、ポリクロメータ方式の分光器を内蔵した従来の分光装置(光スペクトラムアナライザ)の原理構成図を示す。図10において、10は分散素子とアレイ素子を有する分光器、20は分光器10のアレイ素子の駆動および信号読みだしを行う駆動装置、30は演算装置、40は表示装置である。
【0003】分光装置10は、、スリット11、コリメーティングミラー12、回折格子などの分散素子13、フォーカシングミラー14、アレイ素子15から構成される。スリット11の入射口を通して入射された被測定光はコリメーティングミラー12で平行光となり分散素子13に入射する。
【0004】分散素子13の出射光はフォーカシングミラー14でアレイ素子15上に収束する。この場合、分散素子13は固定されていて、アレイ素子15に当たる光スポットの位置は被測定光の波長に対応してずれる。アレイ素子は、短冊状あるいは点状の受光部(素子または受光素子という)が配列されたものである。各素子の位置は波長に対応しており、各素子の光強度を検出し、プロットすることにより光スペクトラムが測定・表示できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従来の光スペクトラムアナライザでは、次のような課題がある。
(1)分散分光した各波長の光が、常にアレイ素子上で集光するとは限らず、素子と素子の間に集光されることが多い。ピーク波長やレベルは演算により求めるが、高精度に求めるためには、分光した光のスペクトラムを仮定して演算する必要がある。このスペクトラムが温度や光学部品の特性により各分光波長で変化するため、分光特性向上に制限がある。
【0006】(2)また、この光スペクトラムアナライザを波長多重した光ファイバ通信に適用する場合、各波長のピークレベルとノイズレベルの比SNR(通常、ノイズレベルは、光ファイバアンプのASEレベルとなる)を高精度に求める必要があるが、アレイ素子を使用した構成では、波長数が増えると、このSNR測定の高精度化も合わせて実現するためには、素子数を増やす必要があり、実現が困難になる。
【0007】本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、周波数シフタと分散分光光学系およびアレイ素子の組み合わせにより、分光特性の向上とSNRの高精度測定が可能とした分光装置および光スペクトラムアナライザを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成するために、本発明では、被測定光を入力するための光学系(50)と、入力光を分散分光するための分散分光光学系(60)と、分光された光を受光・測定するためのアレイ素子(52)と、前記入力光の波長を変調するための周波数シフタ(53)と、変調度を周期的に変化させるための発振器(54)と、前記アレイ素子(52)からの出力を前記発振器の周波数に合わせて同期測定する演算回路(55)を備えたことを特徴とする。
【0009】このような構成、特に周波数シフタと分散分光光学系およびアレイ素子の組み合わせにより、分光特性の向上とSNRの高精度測定が可能になる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図1は本発明の一実施例を示す要部構成図である。被測定光は、光ファイバ50を通して入射され、周波数シフタ53で、各波の波長が連続的に変化させられる。この変調された光は分波器61で分波され、その後、光学フィルタ62で各波長毎に切り出された後、アレイ状の光受光素子52でその光パワーが検出される。
【0011】発振器54の周波数変化Δfに対応して、周波数シフタ53で元の入力光からΔfだけ変化した状態(波長fx)で光パワーが検出される(図2参照)。この各素子上で検出された光パワーを、その時点での波長軸fx=c/λ+Δfに対応させて、演算・測定することにより、入力光の光学フィルタ62の切り出し波長からずれた部分を測定できる。
【0012】なお、分散光学系には、従来例で示したポリクロメータを使用しても良く、その例を図3に示す。
【0013】図4は本発明の他の実施例を示す要部構成図である。この例では、分散光学系60をアレイ導波路格子(AWG)68で形成した構成としたものである。動作は、図1の実施例と同様であるが、AWGを使用することにより、分岐器と光学フィルタを一体にでき、光パワーの損失を小さくすることができる。これにより、検出パワーを大きくでき、SNを改善できる。
【0014】図5は本発明の更に他の実施例を示す要部構成図である。この例では、分散光学系60をファイバ・ブラッグ・グレーティングで形成した構成としたものである。動作は図1の実施例と同様であるが、ファイバ・ブラッグ・グレーティングを使用することによりAWGと同様に分岐器と光学フィルタを一体にでき、小型化が可能になる。また入力部の結合も容易になる。
【0015】図6は本発明の他の実施例を示す要部構成図である。これは、上記分散光学系60の代わりに傾斜光学膜71のフィルタを使用し、空間光学系を採用することで偏光依存性の影響を除去したものである。
【0016】図7は本発明の他の実施例を示す要部構成図である。上記実施例で示される分光器に表示器40を備え、光スペクトラムアナライザを実現したものである。図8は本発明の分光装置を使用して構成した光波長多重通信システムの送信端の実施例を説明する図である。任意の波長で発振するように制御された半導体レーザ光源130、送信データを各チャネルに割り当て波長およびパワーを制御するコントローラ120、レーザの偏光をランダムにするためのスクランブラ14n、各波長を合波する合波器150、合波された出力の一部を取り出して、波長やパワーのモニタを行う分光装置(光スペクトラムアナライザ)170で構成される。
【0017】この送信端では、受信端での信号劣化を極力抑えるため、波長および光パワーを測定・制御し、この観測された信号を送信器コントローラ120に送ることで、光源の制御を行っている。この構成では、信号光の偏光状態をランダムにするスクランブラ14nとして、位相変調器が利用されることが多い。
【0018】この時、信号光のスペクトラムは、変調の影響を受け、半導体LD本来の線幅以上に拡がったものとなり、一般的なガウシアン分布等に近似することができない。本発明の信号処理を用いると単純に各素子の強度を検出する離散的に配置されたアレイ素子構成でも波長軸に対する光パワー測定の平坦性性能の向上、SNRの高精度測定を変調の無い時と同様に実現できる。
【0019】図9は本発明の分光装置をADD/DROP部分のモニタとして適用した場合の構成例を示したものである。分波器180で分波された各信号光は、一部は光・電気変換器(O/E変換器)200を介して、電気系ノード装置220にドロップ(DROP)される。
【0020】また、電気系ノードからは、電気・光変換器(E/O変換器)210を介して、DROPした波長に一致した波長の信号光がADDされる。この光とスルーで伝送される光を合波器150で合波して以降に伝送する。スルーで伝送される信号と新たに付加される信号のレベルも含め、次ノードへの各波長のレベルを調整する必要があるので、アッテネータ19nを用いて、各波長の信号光の光量調整を行う。
【0021】この光量制御を行うため、出力光の一部をカップラ240で分岐し、本発明の分光装置(光スペクトラムアナライザ)170で波長とパワーを測定する。測定値をもとに光量コントローラ230で各アッテネータ19nの制御を行う。
【0022】本発明の分光器170の適用により、SNR測定性能および光量測定の平坦性を向上させた測定が可能となり、精度の高い制御が可能となる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
(1)周波数シフタで、入力光の波長を変化させることで、光学フィルタの透過特性を有効に使用することができ、受光部であるアレイ素子上に割り付けられた波長以外の成分も測定することができる。
【0024】(2)機械的な可動部がなく、波長測定の性能向上、信頼性向上が実現できる。
(3)光波長多重通信システムに使用することにより、高精度なSNR測定を実現できる。
(4)AWGを利用することで、空間に出すことなく、分光器を構成できる。このことにより、安定な分光装置を提供できる。
【0025】(5)傾斜光学膜を使用した分散分光を併用することにより、偏光依存性も小さい分光装置を実現できる。
(6)周波数シフタの掃引速度をアレイ素子のスキャンレートと同期させることによって、波長のピーク若しくはボトムのみを検出することも可能となり、システムへの高速帰還制御への応用も可能となる。




 

 


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