JP3462938B2 - 波長多重時の雑音指数測定方法および測定装置 - Google Patents

波長多重時の雑音指数測定方法および測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、波長が異なる複数の
信号光の多重信号を光増幅器で増幅する際における、波
長多重時の雑音指数測定方法および測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】まず、光増幅器の雑音指数測定原理とそ
の従来方法について説明する。波長の異なるｎ個の光源
から発生する信号光（波長λ1〜λn）の多重信号を光増
幅器で増幅する際における雑音指数（ＮＦn）を求める
には次式（１）が用いられる。 ＮＦn ＝ （ ＰASEn ／ ｈνnＧnＢO ） ＋ （ １ ／ Ｇn ） ・・・（１） ここで、ＰASEnは光増幅器から出力される光波長のＡＳ
Ｅ光電力、ＢOはＡＳＥ光電力ＰASEnを測定した測定器
の通過帯域幅、Ｇnは光増幅器の利得、ｈはプランク定
数、νnは信号光の光周波数である。
【０００３】なお、上記ＡＳＥとは Amplified Spontan
eous Emission の略であり、自然放出過程（励起された
原子が、外部作用とは関係無く、自発的に光を放出して
他の定常エネルギー状態に遷移する事）による増幅を指
す。ところが、上記の式（１）を用いて雑音指数（ＮＦ
n）を求める場合、一般にＡＳＥ光電力ＰASEnは、増幅
された信号光ＰAMPnの中に埋もれてしまうため、直接求
めることが困難である。そこで、従来は以下の方法で、
雑音指数（ＮＦn ）を測定していた。
【０００４】以下に、従来方法による雑音指数（ＮＦ
n ）の測定方法について説明する。図１５は、従来例に
よる波長多重時の雑音指数測定方法を説明する図であ
る。この図において、互いに異なる波長の光源１０１
ａ，１０１ｂ，１０１ｃからの信号光を光合波器１０２
で合波して被測定光増幅器１０３に入力し、該被測定光
増幅器１０３からの出力を光スペクトラムアナライザ１
０４で測定する。
【０００５】光源１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの合波
光（図１５（ａ）参照）を被測定光増幅器１０３に入力
すると、増幅された合波光と広い波長範囲にわたるＡＳ
Ｅ光とが合わせて出力される（図１５（ｂ）参照）。雑
音指数（ＮＦn）を求めるのに必要なＡＳＥ光電力Ｐ
ASEnは、被測定光増幅器１０３から出力されるＡＳＥ光
のうち、入力光波長（λ1〜λn）に等しい波長成分の光
電力である（図１５（ｂ）における●印部参照）。そこ
で、増幅された入力光とＡＳＥ光とを分離して測定する
必要がある。
【０００６】すなわち、無入力時の被測定光増幅器１０
３の出力スペクトラム（ＡＳＥ光のみ）を観測し、これ
を信号光入力時の出力スペクトラム（増幅された入力光
とＡＳＥ光）に重ね合わせ、入力光波長と同一の波長
（図１５に示す波長λ1〜λn）におけるＡＳＥ光電力を
推定して求める。ただし、この方法はＡＳＥ光電力（Ｐ
ASEn）を推定によって求めるものであり、直接測定する
ものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術に
よる波長多重時の雑音指数（ＮＦn）測定方法は、ＡＳ
Ｅ電力（ＰASEn）を直接測定するものではなく、推定に
より得るものであるために、測定者によって差が生じ易
く、また多数の被測定光増幅器について連続的かつ自動
的に求めるには、計算機を用いてスペクトラムのフィッ
ティングを行う必要があった。
【０００８】この発明はこのような背景のもとに行われ
たもので、測定者によって差を生じることなく光増幅器
の特性を簡便かつ高い精度で測定することができると共
に、多数の光増幅器の雑音指数を連続的に測定すること
ができる波長多重時の雑音指数測定方法および測定装置
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
波長（λ1〜λn）が互いに異なる複数の光源のそれぞれ
に対して、被測定光増幅器の上準位の原子寿命またはキ
ャリア寿命より十分に短くかつ同一周期で強度変調をか
け、それによって発生した光パルス信号を被測定光増幅
器の入力に与え、前記被測定光増幅器の出力光のうち、
前記光パルス信号の存在する時間領域に同期した出力光
電力（ＰAMP1〜ＰAMPn）と、前記光パルス信号の存在し
ない時間領域に同期した出力光電力（ＰASE1〜ＰASEn）
とを位相分離して個別に検出し、プランク定数をｈ、光
パルス信号の各光周波数をν1〜νn、被測定光増幅器の
各波長に対する利得をＧ1〜Ｇn、前記光パルス信号の無
い時間領域に同期した被測定光増幅器の出力光電力（Ｐ
ASEn）を測定するときの通過帯域幅をＢO とするとき、 を前記各波長に対して演算することを特徴としている。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の波
長多重時の雑音指数測定方法において、前記各波長に対
する二つの出力光電力（ＰAMPnおよびＰASEn）を分離し
て検出するために、通過中心波長が被測定光増幅器の入
力に与える光パルス信号の各中心波長（λ1〜λn）に一
致し、かつ通過帯域幅（ＢO）を有する光電力検出器を
各波長に対して設けることを特徴としている。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の波
長多重時の雑音指数測定方法において、前記各波長に対
する二つの出力光電力（ＰAMPnおよびＰASEn）を分離し
て検出するために、通過中心波長を被測定光増幅器の入
力に与える光パルス信号の各中心波長（λ1〜λn）に対
して同調させることができ、かつ通過帯域幅（ＢO）を
有する光電力検出器を用いることを特徴としている。
【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１記載の波
長多重時の雑音指数測定方法において、前記利得
（Ｇn）は、被測定光増幅器に入力する各波長（λ1 〜
λn）毎の強度変調光の光電力をＰINPUT1〜ＰINPUTnと
するとき、
【数２】 とすることを特徴としている。
【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１記載の波
長多重時の雑音指数測定方法において、前記光源を電気
パルス信号で直接駆動することにより入力光パルス信号
を得ることを特徴としている。
【００１４】請求項６記載の発明は、請求項１記載の波
長多重時の雑音指数測定方法において、無変調光源の出
力光を電気パルス信号で駆動する光スイッチを通過させ
ることにより被測定光増幅器の入力に与える光パルス信
号を得ることを特徴としている。
【００１５】請求項７記載の発明は、請求項１記載の波
長多重時の雑音指数測定方法において、前記二つの出力
光電力（ＰAMPnおよびＰASEn）を分離するために、被測
定光増幅器に供給する光パルス信号に同期する繰り返し
パルス信号で駆動する光スイッチを用いることを特徴と
している。
【００１６】請求項８記載の発明は、請求項１記載の波
長多重時の雑音指数測定方法において、前記被測定光増
幅器が希土類元素添加光ファイバ増幅器であり、前記強
度変調光の変調周波数が１０ｋＨｚ以上であることを特
徴としている。
【００１７】請求項９記載の発明は、請求項１記載の波
長多重時の雑音指数測定方法において、前記被測定光増
幅器が半導体光増幅器であり、前記強度変調光の変調周
波数が１ＧＨｚ以上であることを特徴としている。
【００１８】請求項１０記載の発明は、請求項１記載の
波長多重時の雑音指数測定方法において、前記被測定光
増幅器の出力光のうち、増幅された光パルス信号の偏波
面に一致しかつ入力光パルス信号の存在する時間領域に
対応する出力光電力（ＰAMPn）と、増幅された光パルス
信号の偏波面に一致しかつ入力光パルス信号の存在しな
い時間領域に対応する出力光電力（ＰASEn）とを分離し
て測定することを特徴としている。
【００１９】請求項１１記載の発明は、請求項７記載の
波長多重時の雑音指数測定方法において、前記光スイッ
チは音響光学スイッチであることを特徴としている。
【００２０】請求項１２記載の発明は、請求項７記載の
波長多重時の雑音指数測定方法において、測定すべき時
間領域にガードタイミングを設けた時間領域において前
記光スイッチが導通するように、該光スイッチを制御す
ることを特徴としている。
【００２１】請求項１３記載の発明は、請求項７記載の
波長多重時の雑音指数測定方法において、前記複数の光
源を短波長側光源群と長波長側光源群との二つに大別
し、それぞれの光源群に属する光源の合波光を、１８０
度位相が異なりかつ同一周期の変調信号で強度変調する
ことにより、二つの波長帯に大別された異なる波長を有
する連続光を前記被測定光増幅器の入力に与え、前記光
スイッチを、前記各光源群の合波光を強度変調した変調
信号と同相の繰り返しパルス信号で駆動することによ
り、前記被測定光増幅器の出力光のうち、短波長側の入
力光が存在する時間領域に同期した短波長帯出力光電力
（ＰAMP1〜ＰAMP(n/2)）および長波長帯出力光電力（Ｐ
ASE(n/2)+1〜ＰASEn）と、長波長側の入力光が存在する
時間領域に同期した短波長側出力光電力（ＰASE1〜Ｐ
ASE(n/2)）および長波長側出力光電力（ＰAMP(n/2)+1〜
ＰAMPn）とを位相分離して個別に検出することを特徴と
している。
【００２２】請求項１４記載の発明は、請求項７記載の
波長多重時の雑音指数測定方法において、前記被測定光
増幅器に対して、波長λ1の連続光と、該波長λ1とは異
なる波長λnの強度変調されたパルス光とを同時に与
え、前記連続光の波長λ1を固定し、前記パルス光の波
長λnを変化させ、前記光スイッチを、前記パルス光の
強度変調信号に同期した繰り返しパルス信号で駆動する
ことにより、前記被測定光増幅器の出力光のうち、前記
パルス光が存在する時間領域に同期した波長λnに対応
する出力光電力（ＰAMPn）と、前記パルス光の存在しな
い時間領域に同期した波長λnに対応する出力光電力
（ＰASEn）とを位相分離することを特徴としている。
【００２３】請求項１５記載の発明は、請求項７記載の
波長多重時の雑音指数測定方法において、前記被測定光
増幅器に対して、波長λ1の連続光と、該波長λ1とは異
なる波長λnの強度変調されたパルス光とを同時に与
え、前記連続光の波長λ1を変化させ、前記パルス光の
波長λnを固定し、前記光スイッチを、前記パルス光の
強度変調信号に同期した繰り返しパルス信号で駆動する
ことにより、前記被測定光増幅器の出力光のうち、前記
パルス光が存在する時間領域に同期した波長λnに対応
する出力光電力（ＰAMPn）と、前記パルス光の存在しな
い時間領域に同期した波長λnに対応する出力光電力
（ＰASEn）とを位相分離することを特徴としている。
【００２４】請求項１６記載の発明は、請求項１１記載
の波長多重時の雑音指数測定方法において、前記音響光
学スイッチは複数縦続に接続されていることを特徴とし
ている。
【００２５】請求項１７記載の発明は、被測定光増幅器
の雑音指数測定装置において、前記被測定光増幅器の上
準位の原子寿命またはキャリア寿命より十分短い周期
で、波長（λ1〜λn）が互いに異なる複数の光信号を強
度変調した繰り返し光パルス信号を前記被測定光増幅器
に供給する光信号供給手段と、前記被測定光増幅器の出
力光から、前記繰り返し光パルス信号の存在する時間領
域に同期した出力光電力（ＰAMP1〜ＰAMPn）と、前記光
パルス信号の存在しない時間領域に同期した出力光電力
（ＰASE1〜ＰASEn）とを分離して検出する検出手段とを
備えたことを特徴としている。
【００２６】請求項１８記載の発明は、請求項１７記載
の波長多重時の雑音指数測定装置において、前記光信号
供給手段は、前記被測定光増幅器の上準位の原子寿命ま
たはキャリア寿命より十分短い周期の変調信号を発生す
る変調信号発生手段と、前記変調信号により強度変調さ
れることで、互いに波長の異なる光信号を発生する複数
個の電気光変換手段と、前記複数個の光信号を合波する
光合波手段とから構成され、前記検出手段は、前記変調
信号と同期する電気パルス信号により制御される光スイ
ッチであることを特徴としている。
【００２７】請求項１９記載の発明は、請求項１７記載
の波長多重時の雑音指数測定装置において、前記検出手
段の検出結果を演算する演算装置を備えたことを特徴と
している。
【００２８】
【作用】上記構成によれば、互いに波長の異なる（λ1
〜λn）複数の光源に対して、被測定光増幅器の上準位
の原子寿命またはキャリア寿命より十分に短く、かつ同
一周期でそれぞれ個別に強度変調をかけ、それによって
発生した光パルス信号を被測定光増幅器の入力に与え、
この光パルス信号の存在する時間領域に同期した被測定
光増幅器の出力光電力（ＰAMP1〜ＰAMPn）およびこの光
パルス信号の存在しない時間領域に同期した被測定光増
幅器の出力光電力（ＰASE1〜ＰASEn）を位相分離して個
別に検出し、プランク定数をｈ、光パルス信号の各光周
波数をν1〜νn、被測定光増幅器の各波長に対する利得
をＧ1〜Ｇn、前記光パルス信号の無い時間領域に同期し
た被測定光増幅器の出力光電力（ＰASEn）を測定すると
きの通過帯域幅をＢO とするとき、 を各波長に対して演算する。
【００２９】
【実施例】
§１．概要 上述したように、異なる波長を有する複数の光信号を増
幅し、該増幅光を光スペクトラムアナライザで観測する
と、増幅された各波長の変調光とＡＳＥ光との和が観測
される（図１５（ｂ）参照）。このとき、光増幅器に、
パルス信号により同じ周期で強度変調された異なる波長
を有する光パルス信号を入力すると、増幅された強度変
調光には、増幅された光パルス信号が存在する時間領域
と存在しない時間領域とがそれぞれ存在する。増幅され
た光パルス信号が存在しない時間領域では、ＡＳＥ光は
その消光時定数にしたがって減衰し、いずれは消光す
る。この発明はこの現象に注目してなされたものであ
る。
【００３０】そこで、光増幅器に、該光増幅器の信号消
光時定数より十分に短い周期で強度変調された光パルス
信号を入力すると、光パルス信号の存在しない時間領域
にも連続的にＡＳＥ光が現れることになる。この発明で
は、この光パルス信号の存在しない時間領域に同期し
て、該光増幅器の出力光を検出する。上記消光時定数
は、光増幅器が希土類元素が添加された光ファイバであ
るときには、その上準位の原子寿命により定まり、光増
幅器が半導体素子（例えばレーザ素子）であるときに
は、そのキャリア寿命により定まる。
【００３１】すなわち、光増幅器に対して、パルス信号
により強度変調された異なる波長を有する光パルス信号
を与え、該光増幅器の出力側に設置された光スイッチを
入力光信号の変調周波数と同期させて動作させることに
より、増幅された光パルス信号の存在しない時間領域に
対応した出力光だけを切り出し、光スペクトラムアナラ
イザで該出力光の光スペクトルを観察すれば、ＡＳＥ光
だけの光スペクトルを求めることができる。
【００３２】その後、該ＡＳＥ光スペクトルから、その
入力される光パルス信号の各波長に対応するＡＳＥ光電
力（ＰASEn）を求めれば、波長多重時の雑音指数を簡単
に求めることができる。また、光スペクトラムアナライ
ザの代わりに、各波長（λ1〜λn）の中心波長に一致す
る狭帯域濾波器（狭帯域フィルタ）と光電力計とを併用
してもＡＳＥ光電力（ＰASEn）を求めることができる。
【００３３】このとき、上記演算を行うためのプログラ
ムがあらかじめ実装された演算装置（コンピュータ）を
本発明の検出手段の出力に接続しておき、前記検出手段
から得られる出力をパラメータとして波長多重時の雑音
指数を自動的かつ連続的に演算するように構成すること
ができる。検出手段と演算装置との接続は、専用インタ
ーフェースを利用してリアルタイムにすることができ
る。あるいは別の手段として、検出手段の出力を一度フ
ロッピィディスク或いはその他の記憶装置に蓄積し、こ
れを演算装置にあらためて入力することにより検出手段
と演算装置との接続を行うことができる。
【００３４】また、この発明は、増幅された強度変調光
（光パルス信号）の存在しない時間領域のＡＳＥ光電力
と、増幅された強度変調光（光パルス信号）の存在する
時間領域のＡＳＥ光電力とが、同一レベルであることが
前提となる。これについては、光増幅器が希土類元素添
加光ファイバを用いた光増幅器である場合には、光増幅
器の上準位の原子寿命より十分に短い周期で強度変調さ
れた光パルス信号を入力することで、測定値に影響を及
ぼさない程度に同一レベルとすることができる。また、
光増幅器が半導体素子を用いた光増幅器である場合に
は、キャリア寿命より十分に短い周期で強度変調された
光パルス信号を入力することで、測定値に影響を及ぼさ
ない程度に同一レベルとすることができる。
【００３５】§２．第１実施例 以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明
する。図１はこの発明の第１実施例による波長多重時の
雑音指数測定装置の構成を示すブロック図である。この
図において、１は希土類元素添加光ファイバ増幅器から
なる被測定光増幅器であり、該希土類元素添加光ファイ
バ増幅器の原子寿命τ2effは０．２〜数１０ｍｓである
ので、測定光の変調周波数は１０ｋＨｚ程度あれば十分
であるが、本実施例では該変調周波数は１ＭＨｚに設定
している。そして、被測定光増幅器１の入力には入力側
端子１ａが接続され、出力には出力側端子１ｂが接続さ
れている。
【００３６】ここで、被測定光増幅器１の各波長λnに
おける利得をＧn、光パルス信号の存在しない時間領域
に同期する被測定光増幅器１の出力光電力（ＰASEn）を
測定するときの通過帯域幅をＢO とするとき、上述した
式（１）を演算することにより波長多重時の雑音指数
（ＮＦn）が得られる。前記二つの出力光電力（ＰAMPn
およびＰASEn）を分離して検出するために、通過中心波
長が各光パルス信号の中心波長（λn）に一致し、通過
帯域幅ＢOを有する光電力検出器を用いる。前記利得
（Ｇn）は、被測定光増幅器１に入力する強度変調され
た異なる波長を有する光パルス信号の各波長の光電力を
ＰINPUTnとするとき、次に示す式（２）を用いて求める
ことができる。
【数３】
【００３７】また、図１において、２ａ〜２ｃは被測定
光増幅器１に異なる波長λ1〜λnの入力光を与える電気
／光変換器、３は電気／光変換器２ａ〜２ｃの出力光を
合波し、被測定光増幅器１の入力側端子１ａに該合波光
を供給する光合波器、４は被測定光増幅器１の出力側端
子１ｂに接続され、電気／光変換器２ａ〜２ｃに対する
変調信号と同期した電気パルス信号により制御される光
スイッチであり、該光スイッチ４としては単一の音響光
学素子が使用される。また、この光スイッチ４は、測定
すべき時間領域のそれぞれにガードタイミングを設けた
時間領域において、該光スイッチ４の入力と出力とが導
通するように制御される（ガードタイミングの詳細は図
３を参照して後述する）。
【００３８】また、５は電気／光変換器２ａ〜２ｃに変
調信号Ｑ1〜Ｑnを供給し、光スイッチ４に制御信号Ｑi
を供給する変調信号発生部であり、上記変調信号Ｑ1〜
Ｑnと上記制御信号Ｑiとは１８０度位相が異なる。６は
光スイッチ４からの出力を測定する光スペクトラムアナ
ライザである。なお、図１においては、光スペクトラム
アナライザ６を使用する代わりに、図１の破線で示す光
分波器７，各波長（λ1〜λn）の中心周波数に一致した
通過特性を有する狭帯域濾波器８ａ〜８ｃおよび光電力
計９ａ〜９ｃによって、各波長に対応するＡＳＥ光電力
（ＰASEn）を簡易的に求めることもできる。
【００３９】このような構成において、まず、変調信号
発生部５は、変調信号Ｑ1〜Ｑnおよび制御信号Ｑiを、
電気／光変換器２ａ〜２ｃおよび光スイッチ４に送出す
る。異なる波長を有する電気／光変換器２ａ〜２ｃは変
調信号Ｑ1〜Ｑnによって変調を行い、その出力光（光パ
ルス信号）は光合波器３で合波される。この被測定光増
幅器１に対する入力光は半導体光レーザを直接変調する
ことによって得られる。光合波器３の出力光は被測定光
増幅器１に入力され増幅される。先に述べたように、被
測定光増幅器１の出力は、増幅された異なる波長を有す
る入力光とＡＳＥ光電力との和である。
【００４０】この出力が光スイッチ４に入力されると、
光スイッチ４は変調信号発生部５からの制御信号Ｑiに
よって駆動されているので、光パルス信号が存在しない
時間領域に対応した部分のみを通過させて、光パルス信
号が存在する時間領域に対応する部分の通過を阻止す
る。このようにして、光スイッチ４は、この光パルス信
号の存在する時間領域に同期した各波長の出力光電力
（ＰAMPn）と、この光パルス信号の存在しない時間領域
に同期した各波長の出力光電力（ＰASEn）とを分離す
る。
【００４１】図２は、本実施例における光パルス信号お
よび入出力光の波形を示したものである。光スイッチ４
の出力を光スペクトラムアナライザ６に入力すれば、増
幅された測定光を含まない光スペクトラムを観測するこ
とができ、この光スペクトラムから各波長に対応するＡ
ＳＥ光電力（ＰASEn）が求められる。さらに、光スイッ
チ４の駆動位相を変えることにより、増幅された測定光
のうち光パルス信号が存在する時間領域に対応した部分
のみを通過させ、被測定光増幅器１からの出力光で各波
長に対応する光電力（ＰAMPn）から利得を求めることも
可能である。
【００４２】ところで、変調信号発生部５は、変調信号
Ｑ1〜Ｑnと制御信号Ｑiとの位相を１８０度ずらして出
力するが、これらの同期が完全ではなかったり、互いに
一部が重なっている場合には、光スイッチ４の出力に増
幅後の入力光が漏れ込むことがある。図３（ａ）は光ス
イッチ４の導通時間が長くなって不都合が生じている場
合を示す。すなわち、光スイッチ４の導通時間が長くな
ると、光スイッチ４の出力側に光パルス信号の一部が漏
れてしまい、正確にＡＳＥ光のみを検出することができ
なくなる。これに対して図３（ｂ）は光スイッチ４にガ
ードタイミングを設けた場合の動作を示している。この
例では、光スイッチ４の導通時間を短く設定している。
このように光スイッチ４の動作デューティを５０％とせ
ず、図３（ｂ）に示すように幾分短くすることにより、
ＡＳＥ光を正確に測定することができる。
【００４３】以上説明したように、この第１実施例で
は、光増幅器の消光時定数に注目し、その消光時定数よ
り十分短い周期で変調された異なる波長を有する光パル
ス信号を被測定光増幅器１に入力し、該被測定光増幅器
１の出力のうち該光パルス信号が存在しない時間領域に
対応する出力光のみを光スイッチ４によって切り出して
いるので、増幅された入力光に影響されることなく、各
波長に対応するＡＳＥ光電力（ＰASEn）を求めることが
できる。また各光源には出力光波長を任意に設定できる
可変波長光源を使用することが望ましく、これにより簡
便に任意の波長で波長多重時の雑音指数（ＮＦn）を求
めることができる。
【００４４】§３．第２実施例 図４はこの発明の第２実施例による波長多重時の雑音指
数測定装置の構成を示すブロック図である。この図にお
いて、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付
け、その説明を省略する。この構成は、第１実施例にお
ける電気／光変換器２ａ〜２ｃに代わる光源として、異
なる波長の連続光を出力する複数個の光源１２ａ〜１２
ｃを用い、該光源の合波光に対して、光スイッチ１１を
設けて光パルス信号を得るものである。光スイッチ１１
としては、光スイッチ４を構成する音響光学素子と同種
のものを用い、後述する理由により、該光スイッチ１１
を複数縦続に接続して使用する。
【００４５】本実施例では、測定光の変調信号Ｑとは１
８０度位相が異なる制御信号Ｑiで光スイッチ４を駆動
するので、該光スイッチ４は、被測定光増幅器１の出力
光を、測定光の非発光時間領域においてのみ通過させ
て、発光時間領域における通過を阻止する。しかし、光
スイッチ４のクロストーク特性が不完全であり、発光時
間領域における通過を完全に阻止できない場合には、光
スイッチ４の出力に増幅後の測定光が漏れ込む可能性が
ある。図５は、本実施例における光スイッチ４の漏洩特
性が不十分な場合の動作を示したもので、このような場
合には各波長に対応するＡＳＥ光電力（ＰASEn）の測定
値に誤差を生じる。
【００４６】しかし、一般的な音響光学素子の漏洩特性
は２０〜４０ｄＢであり、２個直列に接続して同期させ
動作させることにより、４０〜８０ｄＢの漏洩特性をも
つ光スイッチが得られる。また、２個直列に接続された
音響光学素子を直交させれば、音響光学素子の持つ偏波
依存性を相殺することができる。したがって、図４に示
す光スイッチ４および光スイッチ１１として音響光学素
子を２個直列に接続して用いれば、誤差の少ない波長多
重時の雑音指数（ＮＦn）値を求めることができる。
【００４７】§４．第３実施例 図６はこの発明の第３実施例による波長多重時の雑音指
数測定装置の構成を示すブロック図である。この図にお
いて、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付
け、その説明を省略する。第１および第２実施例では、
被測定光増幅器として希土類元素添加光ファイバ増幅器
を使用したが、本実施例では、被測定光増幅器５０とし
て半導体光増幅器を使用する。該半導体光増幅器はその
消光時定数が極めて短いので、入力光パルス信号の周波
数は１ＧＨｚ以上とする。
【００４８】すなわち、被測定光増幅器５０が半導体光
増幅器であるので、その原子寿命時間（τ2eff）は数ｎ
ｓ以下である。したがって、該被測定光増幅器５０に入
力される光パルス信号の変調周波数は数ＧＨｚが必要と
なる。ＬｉＮｂＯ3 光変換器や吸収型光変換器の帯域に
は１０数ＧＨｚで動作するものが得られているので、電
気／光変換器として、これらを用いることにより実現で
きる。
【００４９】以下、ＬｉＮｂＯ3 光変調器を用いた電気
／光変換器１３と光スイッチ１４とを備え、測定光の変
調周波数を１０ＧＨｚに設定した例について説明する。
電気／光変換器１３では、一定の光電力で発振している
異なる波長の各半導体レーザの出力光（ＣＷ光）を変調
信号Ｑ1〜Ｑnで駆動する。すなわち、ＣＷ光をＬｉＮｂ
Ｏ3 光変調器により外部変調し、１０ＧＨｚの入力光を
出力する。同様に光スイッチ１４はＬｉＮｂＯ3 光変調
器の変調信号Ｑiで駆動される。これにより、被測定光
増幅器として半導体光増幅器を使用した場合でも、第１
実施例と同様に誤差の少ない波長多重時の雑音指数（Ｎ
Ｆn）値を求めることができる。
【００５０】§５．第４実施例 図７はこの発明の第４実施例による波長多重時の雑音指
数測定装置の構成を示すブロック図である。この図にお
いて、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付
け、その説明を省略する。この第４実施例は、検出手段
として偏波制御器１６および偏光子１７を備えた点が特
徴である。上記偏波制御器１６および偏光子１７は、被
測定光増幅器１の出力光を、増幅された入力光パルス信
号の偏波面に一致しかつ該入力光パルス信号の存在する
時間領域に対応した出力光電力と、増幅された入力光パ
ルス信号の偏波面に一致しかつ該入力光パルス信号の存
在しない時間領域に対応した出力光電力とに分離して測
定する。
【００５１】被測定光増幅器１は偏光依存性を持ってい
るので、本実施例では、該被測定光増幅器１の出力光の
うち、増幅された測定光の偏波面に対応する各波長の波
長多重時の雑音指数（ＮＦn）値を求めることができ
る。
【００５２】一般的に、希土類元素添加光ファイバは、
偏光依存性のないシングルモード光ファイバのコア部分
に希土類元素が添加されて作製される。そのため、この
光ファイバを励起したときに、光ファイバ中に生じる増
幅現象に偏光依存性はない。偏光依存性のない光アイソ
レータや光フィルタなどと希土類元素添加光ファイバを
組み合わせれば、偏光依存性のない光ファイバ増幅器を
構成することができる。現在、盛んに研究開発が進めら
れている希土類元素添加光ファイバ増幅器もこの一種で
ある。また、ＰＡＮＤＡ光ファイバのように偏光依存性
のある光ファイバのコア部分に希土類元素を添加した光
ファイバを用いれば、増幅現象に偏光依存性のある光フ
ァイバ増幅器を構成することができる。
【００５３】半導体光増幅器を作製する場合、光増幅を
行う活性層の厚みと幅とを等しく制御することが困難で
あるため、作製された素子は偏光依存性を持つものが多
い。これら偏光依存性のある光増幅器では、入力する光
の偏波面によって利得や出力光電力が異なる。またＡＳ
Ｅ光も出力偏波面によって異なる。そのため、偏光依存
性のある光増幅器の波長多重時の雑音特性（ＮＦn）値
を測定する場合に、増幅された測定光の偏波面に一致し
た利得やＡＳＥ値を測定することが必要になる。
【００５４】次に、この発明の第４実施例の動作につい
て説明する。電気／光変換器２ａ〜２ｃと光スイッチ４
とが、変調信号発生部５からの出力Ｑ1〜Ｑnにより、同
相で駆動されると、光スイッチ４からは、増幅された入
力光とＡＳＥ光とが共に出力される。ここで、偏波制御
器１６は偏光子１７の出力が最大となるように制御す
る。最小値を求めるように偏波制御器１６を調整するこ
とは困難であるが、最大となるように調整することは容
易である。偏波制御器１６の調整により、偏光子１７の
出力は増幅された異なる波長を有する入力光とその偏波
面に一致したＡＳＥ光となる。
【００５５】偏波制御器１６と偏光子１７の通過損失を
補正すれば、上述した式（２）に示す入力強度変調光の
発光領域に対応した出力電力（ＰAMPn）から利得を求め
ることができる。なお、本実施例において、電気／光変
換器２ａ〜２ｃと光合波器３との間に挿入されている偏
波制御器１５ａ〜１５ｃは、電気／光変換器２ａ〜２ｃ
の出力光の偏波面を均一にするために用いられる。
【００５６】§６．第５実施例 図８はこの発明の第５実施例による波長多重時の雑音指
数測定装置の構成を示すブロック図である。この図にお
いて、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付
け、その説明を省略する。この発明の第５実施例は、被
測定光増幅装置１に対する入力光信号の供給手段とし
て、短波長側の光信号λ1〜λ(n/2)を供給する短波長電
気光変換器１８と、長波長側の光信号λ(n/2)+1〜λnを
供給する長波長電気光変換器１９とを備え、該短波長電
気光変換器１８および該長波長電気光変換器１９を、変
調信号発生部２４が出力する変調信号ＱおよびＱi（変
調信号ＱおよびＱiは、互いに同一周期で位相が１８０
°異なる）でそれぞれ強度変調する。
【００５７】図９は、本実施例における入力光の時間的
変化を示したものである。短波長電気光変換器１８およ
び長波長電気光変換器１９を変調信号ＱおよびＱiで強
度変調することにより、短波長側入力光と長波長側入力
光が、光合波器２２に対して時系列で入力されるため、
被測定光増幅器１には異なる波長を有する入力光が連続
的に入力されることになる。これにより、被測定光増幅
器１には純粋な光パルス信号ではなく、短波長帯を有す
る光パルス信号と長波長帯を有する光パルス信号とが切
れ間なく交互に入力されることになり、被測定光増幅器
１の増幅媒体は連続的に反転分布状態となるため、光源
の変調周期を増幅媒体固有の原子寿命またはキャリア寿
命より長い周期にすることができる。
【００５８】各波長に対する二つの出力光電力（ＰAMPn
およびＰASEn）は図９に示すように時系列的に測定す
る。また、図１０および図１１は、本実施例による波長
多重時の雑音指数測定装置の各部における光スペクトラ
ムを示したものである。光スイッチ２３を変調信号Ｑと
同期した同相の電気パルス信号で駆動した場合、光スペ
クトラムアナライザ６には、増幅された短波長電気光変
換器１８の出力光と、長波長電気光変換器１９から出力
される信号光と同一波長を有するＡＳＥ光とが入力され
る。これにより、増幅された短波長電気光変換器１８が
有する各波長の出力光電力（ＰAMP1〜ＰAMP(n/2)）と、
長波長電気光変換器１９と同一波長のＡＳＥ光電力（Ｐ
ASE(n/2)+1〜ＰASEn）とが求められる。
【００５９】同様に、光スイッチ２３を変調信号Ｑ
i（該変調信号Ｑiは変調信号Ｑと１８０度位相が異な
る）と同期した同相の電気パルス信号で駆動した場合、
光スペクトラムアナライザ６には、増幅された長波長電
気光変換器１９の出力光と、短波長電気光変換器１８か
ら出力される信号光と同一波長を有するＡＳＥ光とが入
力される。これにより、増幅された長波長電気光変換器
１９が有する各波長の出力光電力（ＰAMP(n/2)+1〜Ｐ
AMPn）と、短波長電気光変換器１８と同一波長のＡＳＥ
光電力（ＰASE1〜ＰASE(n/2)）とが求められる。そし
て、求められた各波長に対する二つの出力光電力（Ｐ
AMPnおよびＰASEn）に対して上述した式（１）を適用す
ることにより、波長多重時の雑音指数を正確に測定する
ことができる。
【００６０】§７．第６実施例 図１２はこの発明の第６実施例による波長多重時の雑音
指数測定装置の構成を示すブロック図である。この図に
おいて、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付
け、その説明を省略する。この構成は、被測定光増幅器
１に対する光信号供給手段として、互いに異なる波長λ
1，λnを有する光源２ａ，２ｂと、該光源２ａ，２ｂの
出力に接続された光スイッチ２５ａ，２５ｂと、該光ス
イッチ２５ａ，２５ｂからの出力光を合波する光合波器
２６とを備える。
【００６１】図１３は、被測定光増幅器１の入力光およ
び出力光の時間的変化ならびにスペクトラムを示したも
のである。この図において、波長λ1の入力光を固定と
し、光スイッチ２５ａによる強度変調を行わない連続光
とする。一方、波長λn の入力光は、変調信号発生部２
９から光スイッチ２５ｂに対して出力される繰り返し変
調信号により強度変調される。このとき、光スイッチ２
８を上記変調信号に同期した電気パルス信号で駆動する
ことにより、被測定光増幅器１の出力光を、波長λnの
入力パルス光が存在する時間領域に対応する出力光電力
（ＰAMPn）と、波長λnの入力パルス光が存在しない時
間領域に対応する出力光電力（ＰASEn）とに位相分離し
て検出する。これによって、入力光の固定波長成分λ1
に対して測定波長成分λnを変化させたとき、波長間隔
の変化による雑音指数の変動特性を容易かつ正確に測定
することができる。
【００６２】次に、図１４では図１３とは反対に、入力
光の測定波長成分λnを固定波長とし、波長成分λ1を変
化させたとき、同様に波長間隔の変化による雑音指数の
変動特性を容易かつ正確に測定することができる。さら
に、被測定波長成分λnと基準波長成分λ1の波長間隔が
一定であるように両波長を被測定光増幅器１の増幅帯域
内で変化させたとき、被測定光増幅器１の増幅帯域によ
る雑音指数特性を容易かつ正確に測定することができ
る。
【００６３】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、測定者によって差を生じることなく、波長多重光通
信用の光増幅器の特性を簡便かつ高い精度で測定するこ
とができると共に、多数の光増幅器を連続的に測定する
ことができる波長多重時の雑音指数測定方法および測定
装置を提供することができる。また、この発明によれ
ば、多数の波長多重光通信用光増幅器について簡便にか
つ正確に雑音指数を測定し、その測定結果にばらつきが
少なく、光増幅器の性能を判定することができる。
【００６５】さらに、この発明によれば、波長多重光通
信用光増幅器の製造検査，納入検査，経年劣化の検査な
どを簡便にかつ正確に行うことができる。また、この発
明の方法または装置を用いることにより、波長多重光通
信網に設けられる全数の光増幅器を簡便にかつ正確に測
定することができるので、伝送路および分岐器などを含
む波長多重光通信網の雑音設計を適切に行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例による波長多重時の雑音
指数測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施例による波長多重時の雑音指数測定装置
の各部における信号波形を示すグラフである。
【図３】（ａ）同実施例において光スイッチの導通時間
が測定光の非発光時間より長い場合の信号波形を示すグ
ラフである。（ｂ）同実施例において光スイッチの導通
時間が測定光の非発光時間より短い場合の信号波形を示
すグラフである。
【図４】この発明の第２実施例による波長多重時の雑音
指数測定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】同実施例において光スイッチのクロストークが
十分でない場合の信号波形を示すグラフである。
【図６】この発明の第３実施例による波長多重時の雑音
指数測定装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の第４実施例による波長多重時の雑音
指数測定装置の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の第５実施例による波長多重時の雑音
指数測定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】同実施例による波長多重時の雑音指数測定装置
の各部における信号波形を示すグラフである。
【図１０】同実施例による波長多重時の雑音指数測定装
置の各部における光スペクトラムを示すグラフである。
【図１１】同実施例による波長多重時の雑音指数測定装
置の各部における光スペクトラムを示すグラフである。
【図１２】この発明の第６実施例による波長多重時の雑
音指数測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】同実施例における異なる波長を有する入出力
光の波形およびスペクトラムを示す図である。
【図１４】同実施例における異なる波長を有する入出力
光の波形およびスペクトラムを示す図である。
【図１５】従来の波長多重時の雑音指数測定装置の構成
例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１……被測定光増幅器（希土類元素添加光ファイバ増幅
器）、２ａ〜２ｃ，１３ａ〜１３ｃ……電気／光変換
器、３，２０ａ，２０ｂ，２２，２６……光合波器、
４，１４，２１ａ，２２ｂ，２３，２５ａ，２５ｂ，２
８……光スイッチ、５，２４，２９……変調信号発生
部、 ６……光スペクトラムアナライザ、７……光分波
器、 ８ａ〜８ｃ……狭帯域濾波器、９ａ〜９ｃ……光
電力計、 １５ａ〜１５ｃ，１６……偏波制御器、１７
……偏光子、 １８……短波長電気光変換器、１９……
長波長電気光変換器、 ５０……被測定光増幅器（半導
体光増幅器）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−257177（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−114528（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−226549（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 17/00 G02F 1/35 501 H04B 10/08

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波長（λ1〜λn）が互いに異なる複数の
    光源のそれぞれに対して、被測定光増幅器の上準位の原
    子寿命またはキャリア寿命より十分に短くかつ同一周期
    で強度変調をかけ、それによって発生した光パルス信号
    を被測定光増幅器の入力に与え、前記被測定光増幅器の
    出力光のうち、前記光パルス信号の存在する時間領域に
    同期した出力光電力（ＰAMP1〜ＰAMPn）と、前記光パル
    ス信号の存在しない時間領域に同期した出力光電力（Ｐ
    ASE1〜ＰASEn）とを位相分離して個別に検出し、プラン
    ク定数をｈ、光パルス信号の各光周波数をν1〜νn、被
    測定光増幅器の各波長に対する利得をＧ1〜Ｇn、前記光
    パルス信号の無い時間領域に同期した被測定光増幅器の
    出力光電力（ＰASEn）を測定するときの通過帯域幅をＢ
    O とするとき、 を前記各波長に対して演算することを特長とする波長多
    重時の雑音指数測定方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の波長多重時の雑音指数測
    定方法において、 前記各波長に対する二つの出力光電力（ＰAMPnおよびＰ
    ASEn）を分離して検出するために、通過中心波長が被測
    定光増幅器の入力に与える光パルス信号の各中心波長
    （λ1〜λn）に一致し、かつ通過帯域幅（ＢO）を有す
    る光電力検出器を各波長に対して設けることを特徴とす
    る波長多重時の雑音指数測定方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の波長多重時の雑音指数測
    定方法において、 前記各波長に対する二つの出力光電力（ＰAMPnおよびＰ
    ASEn）を分離して検出するために、通過中心波長を被測
    定光増幅器の入力に与える光パルス信号の各中心波長
    （λ1〜λn）に対して同調させることができ、かつ通過
    帯域幅（ＢO）を有する光電力検出器を用いることを特
    徴とする波長多重時の雑音指数測定方法。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の波長多重時の雑音指数測
    定方法において、 前記利得（Ｇn）は、被測定光増幅器に入力する各波長
    （λ1 〜λn）毎の強度変調光の光電力をＰINPUT1〜Ｐ
    INPUTnとするとき、 【数１】 とすることを特徴とする波長多重時の雑音指数測定方
    法。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の波長多重時の雑音指数測
    定方法において、 前記光源を電気パルス信号で直接駆動することにより入
    力光パルス信号を得ることを特徴とする波長多重時の雑
    音指数測定方法。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の波長多重時の雑音指数測
    定方法において、 無変調光源の出力光を電気パルス信号で駆動する光スイ
    ッチを通過させることにより被測定光増幅器の入力に与
    える光パルス信号を得ることを特徴とする波長多重時の
    雑音指数測定方法。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の波長多重時の雑音指数測
    定方法において、 前記二つの出力光電力（ＰAMPnおよびＰASEn）を分離す
    るために、被測定光増幅器に供給する光パルス信号に同
    期する繰り返しパルス信号で駆動する光スイッチを用い
    ることを特徴とする波長多重時の雑音指数測定方法。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の波長多重時の雑音指数測
    定方法において、 前記被測定光増幅器が希土類元素添加光ファイバ増幅器
    であり、前記強度変調光の変調周波数が１０ｋＨｚ以上
    であることを特徴とする波長多重時の雑音指数測定方
    法。
  9. 【請求項９】 請求項１記載の波長多重時の雑音指数測
    定方法において、 前記被測定光増幅器が半導体光増幅器であり、前記強度
    変調光の変調周波数が１ＧＨｚ以上であることを特徴と
    する波長多重時の雑音指数測定方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載の波長多重時の雑音指数
    測定方法において、 前記被測定光増幅器の出力光のうち、増幅された光パル
    ス信号の偏波面に一致しかつ入力光パルス信号の存在す
    る時間領域に対応する出力光電力（ＰAMPn）と、増幅さ
    れた光パルス信号の偏波面に一致しかつ入力光パルス信
    号の存在しない時間領域に対応する出力光電力
    （ＰASEn）とを分離して測定することを特徴とする波長
    多重時の雑音指数測定方法。
  11. 【請求項１１】 請求項７記載の波長多重時の雑音指数
    測定方法において、 前記光スイッチは音響光学スイッチであることを特徴と
    する波長多重時の雑音指数測定方法。
  12. 【請求項１２】 請求項７記載の波長多重時の雑音指数
    測定方法において、 測定すべき時間領域にガードタイミングを設けた時間領
    域において前記光スイッチが導通するように、該光スイ
    ッチを制御することを特徴とする波長多重時の雑音指数
    測定方法。
  13. 【請求項１３】 請求項７記載の波長多重時の雑音指数
    測定方法において、 前記複数の光源を短波長側光源群と長波長側光源群との
    二つに大別し、 それぞれの光源群に属する光源の合波光を、１８０度位
    相が異なりかつ同一周期の変調信号で強度変調すること
    により、 二つの波長帯に大別された異なる波長を有する連続光を
    前記被測定光増幅器の入力に与え、 前記光スイッチを、前記各光源群の合波光を強度変調し
    た変調信号と同相の繰り返しパルス信号で駆動すること
    により、 前記被測定光増幅器の出力光のうち、短波長側の入力光
    が存在する時間領域に同期した短波長帯出力光電力（Ｐ
    AMP1〜ＰAMP(n/2)）および長波長帯出力光電力（Ｐ
    ASE(n/2)+1〜ＰASEn）と、長波長側の入力光が存在する
    時間領域に同期した短波長側出力光電力（ＰASE1〜Ｐ
    ASE(n/2)）および長波長側出力光電力（ＰAMP( n/2)+1〜
    ＰAMPn）とを位相分離して個別に検出することを特徴と
    する波長多重時の雑音指数測定方法。
  14. 【請求項１４】 請求項７記載の波長多重時の雑音指数
    測定方法において、 前記被測定光増幅器に対して、波長λ1の連続光と、該
    波長λ1とは異なる波長λnの強度変調されたパルス光と
    を同時に与え、 前記連続光の波長λ1を固定し、前記パルス光の波長λn
    を変化させ、 前記光スイッチを、前記パルス光の強度変調信号に同期
    した繰り返しパルス信号で駆動することにより、 前記被測定光増幅器の出力光のうち、前記パルス光が存
    在する時間領域に同期した波長λnに対応する出力光電
    力（ＰAMPn）と、前記パルス光の存在しない時間領域に
    同期した波長λnに対応する出力光電力（ＰASEn）とを
    位相分離することを特徴とする波長多重時の雑音指数測
    定方法。
  15. 【請求項１５】 請求項７記載の波長多重時の雑音指数
    測定方法において、 前記被測定光増幅器に対して、波長λ1の連続光と、該
    波長λ1とは異なる波長λnの強度変調されたパルス光と
    を同時に与え、 前記連続光の波長λ1を変化させ、前記パルス光の波長
    λnを固定し、 前記光スイッチを、前記パルス光の強度変調信号に同期
    した繰り返しパルス信号で駆動することにより、 前記被測定光増幅器の出力光のうち、前記パルス光が存
    在する時間領域に同期した波長λnに対応する出力光電
    力（ＰAMPn）と、前記パルス光の存在しない時間領域に
    同期した波長λnに対応する出力光電力（ＰASEn）とを
    位相分離することを特徴とする波長多重時の雑音指数測
    定方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１１記載の波長多重時の雑音指
    数測定方法において、 前記音響光学スイッチは複数縦続に接続されていること
    を特徴とする波長多重時の雑音指数測定方法。
  17. 【請求項１７】 被測定光増幅器の雑音指数測定装置に
    おいて、前記被測定光増幅器の上準位の原子寿命または
    キャリア寿命より十分短い周期で、波長（λ1〜λn）が
    互いに異なる複数の光信号を強度変調した繰り返し光パ
    ルス信号を前記被測定光増幅器に供給する光信号供給手
    段と、前記被測定光増幅器の出力光から、前記繰り返し
    光パルス信号の存在する時間領域に同期した出力光電力
    （ＰAMP1〜ＰAMPn）と、前記光パルス信号の存在しない
    時間領域に同期した出力光電力（ＰASE1〜ＰASEn）とを
    分離して検出する検出手段とを備えたことを特徴とする
    波長多重時の波長多重雑音指数測定装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１７記載の波長多重時の雑音指
    数測定装置において、 前記光信号供給手段は、前記被測定光増幅器の上準位の
    原子寿命またはキャリア寿命より十分短い周期の変調信
    号を発生する変調信号発生手段と、前記変調信号により
    強度変調されることで、互いに波長の異なる光信号を発
    生する複数個の電気光変換手段と、前記複数個の光信号
    を合波する光合波手段とから構成され、 前記検出手段は、前記変調信号と同期する電気パルス信
    号により制御される光スイッチであることを特徴とする
    波長多重時の雑音指数測定装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１７記載の波長多重時の雑音指
    数測定装置において、 前記検出手段の検出結果を演算する演算装置を備えたこ
    とを特徴とする波長多重時の雑音指数測定装置。
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