WO2024024024A1 - 光モニタデバイス及び光強度測定方法 - Google Patents

光モニタデバイス及び光強度測定方法 Download PDF

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WO2024024024A1
WO2024024024A1 PCT/JP2022/029109 JP2022029109W WO2024024024A1 WO 2024024024 A1 WO2024024024 A1 WO 2024024024A1 JP 2022029109 W JP2022029109 W JP 2022029109W WO 2024024024 A1 WO2024024024 A1 WO 2024024024A1
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WO
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light
intensity
light receiving
optical
exposure time
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PCT/JP2022/029109
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English (en)
French (fr)
Inventor
良 小山
宜輝 阿部
和典 片山
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical monitoring device, and particularly to an optical monitoring device for detecting the intensity of light and feeding back the detection result to other components in an optical transmission device or the like.
  • optical fibers are used in the access networks between communication stations and user homes, and in the core networks that connect communication stations.
  • detection of the intensity of light propagating through optical fibers is often used to control communications and confirm the health of equipment.
  • a test light is propagated through an optical fiber, and the light intensity is detected to check the loss and soundness of the optical fiber, as well as the fiber targets and connections.
  • WDM Widelength Division Multiplexing
  • Patent Document 1 For optical intensity monitoring of access networks, a technique such as that described in Patent Document 1 is used, for example.
  • Patent Document 1 describes a technique of branching light at a constant branching ratio using two parallel waveguides, which allows measurement of optical signal strength and propagation loss in an access network.
  • Patent Document 2 describes a technique for simultaneously monitoring the intensity of optical signals of a plurality of optical fibers using a combination of one-dimensionally arranged optical fibers and a dielectric multilayer film.
  • optical monitor device with the conventional arrangement still has the following problems.
  • optical monitoring devices that use an optical coupler for each optical fiber will increase as the number of optical fibers increases. increases. Even in the case of optical monitoring devices in which optical fibers and light intensity sensors are arranged in a one-dimensional array, there is a limit to the array arrangement of optical fibers, and if the number of optical fibers increases, the cost will increase depending on the number. and increases in size.
  • the optical fibers and the light intensity sensors have a one-to-one correspondence, and the sensors and optical fibers must be arranged at the same pitch. Furthermore, it is necessary to accurately position the optical fiber so that the light enters the sensor.
  • a method using a light receiving section in which a number of light receiving elements, which are greater than the number of optical fibers, are two-dimensionally arranged can be considered.
  • the light-receiving section which has many light-receiving elements arranged two-dimensionally, generally has a fine structure manufactured using a semiconductor process.
  • the element generally has characteristics such as electromotive force, resistance value, and sensitivity that are significantly inferior to the light-receiving elements used in Patent Documents 1 and 2, and the ratio Smax/Smin of the measurable maximum intensity Smax and minimum intensity Smin of the light-receiving element is is generally much lower than that of the light receiving elements used in Patent Documents 1 and 2. Therefore, there is a problem that the range of light intensity that can be measured is limited.
  • the present disclosure has been made in view of these points, and it is possible to measure light intensity beyond the measurable intensity limit of the light receiving elements by using a light receiving section in which many light receiving elements are two-dimensionally arranged.
  • the purpose is to
  • the optical monitoring device includes: In an optical monitoring device that detects the intensity of light propagating through multiple optical fibers, an optical component that branches part of the incident light from the plurality of optical fibers into a first direction and the rest into a second direction at a constant branching ratio and outputs the light; a light receiving unit that receives light emitted from the optical component in a second direction; Equipped with The light receiving section has a light receiving surface large enough to receive all of the light emitted from the optical component in the second direction, A number of light receiving elements greater than the number of optical fibers are two-dimensionally arranged on the light receiving surface, The exposure time of the light receiving element is variable.
  • the optical component includes a single layer film having a uniform thickness and branching a part of the incident light into the first direction and the rest into the second direction at a constant branching ratio; an entrance side member provided on the entrance side of the layered film and having a refractive index different from that of the single layer film; an exit side member provided on the exit side of the single layer film and having the same refractive index as the input side member; may be provided.
  • a first refractive index interface between the single layer film and the incident side member and a second refractive index interface between the single layer film and the exit side member are at specific angles with respect to the optical axis of the incident light, respectively.
  • the first direction is a direction in which transmission passes through the first refractive index interface and the second refractive index interface
  • the second direction is a direction in which transmission passes through the first refractive index interface and the second refractive index interface. It may also be in the direction of reflection at the refractive index interface of 2.
  • the optical monitoring device includes: a plurality of input-side optical fibers 11 arranged two-dimensionally so as to input light into the optical component; a plurality of output-side optical fibers arranged two-dimensionally so as to receive each output light from the optical component in the first direction; an entrance-side optical lens disposed between the optical component and the entrance-side optical fiber, which converts each incident light to the optical component into parallel light; an output-side optical lens that is disposed between the optical component and the output-side optical fiber and couples each output light from the optical component to the output-side optical fiber; may be provided.
  • the light intensity measurement method includes: A light intensity measurement method for collectively measuring the intensity of light propagating through a plurality of optical fibers using the optical monitoring device of the present disclosure, the method comprising: Obtaining in advance a correspondence relationship between the plurality of optical fibers and each light-receiving element by measuring the intensity of light received at each light-receiving element when the light is emitted from the plurality of optical fibers for each optical fiber; measuring the light intensity of each light-receiving element received by the light-receiving section while the plurality of optical fibers are propagating light to be measured; Equipped with The method is characterized in that the measurement is performed a plurality of times while changing the exposure time during which the emitted light in the second direction enters each light receiving element.
  • the exposure time of the light receiving element is extended. It's okay. In this case, the minimum intensity Smin is exceeded in all of the light receiving elements arranged in the range determined by the correspondence relationship, or the minimum intensity Smin is smaller than the minimum intensity Smin until the number of extensions ⁇ reaches a predetermined number of times.
  • the exposure time of the light receiving element may be extended. The exposure time may be determined by K ⁇ T using the number of extensions ⁇ .
  • the exposure time of the light receiving element is shortened. It's okay.
  • the exposure time of the light receiving elements whose intensity is higher than the maximum intensity Smax may be shortened until the intensity falls below the maximum intensity Smax in all of the light receiving elements arranged in the range defined by the correspondence relationship.
  • the exposure time may be determined by T/K ⁇ using the number of reductions ⁇ .
  • the optical monitoring device of the present disclosure includes: a plurality of input-side optical fibers arranged in a two-dimensional array so as to input light into the optical branching section; a plurality of output-side optical fibers arranged in a two-dimensional array so as to receive each output light from the optical branching section in the first direction; an input-side optical lens disposed between the optical branching section and the input-side optical fiber, which converts each incident light to the optical branching section into parallel light; an output-side optical lens that is disposed between the optical branching section and the output-side optical fiber, and couples each output light from the optical branching section to the output-side optical fiber; may be provided.
  • the light intensity exceeds the measurable intensity limit of the light receiving elements. Measurement becomes possible.
  • FIG. 1 illustrates an example embodiment of an optical monitoring device of the present disclosure.
  • An example of the arrangement of optical fibers on the input side is shown.
  • An example of the arrangement of light-receiving elements in the light-receiving section is shown.
  • An example of the light intensity measurement method of the present disclosure is shown.
  • An example of light propagating through a spatial optical system is shown.
  • 1 illustrates an example embodiment of an optical monitoring device of the present disclosure.
  • the optical monitor device of this embodiment has the configuration illustrated in FIG.
  • the optical monitoring device of this embodiment is an optical monitoring device that detects the intensity of light propagating through a plurality of incident side optical fibers 11. For each incident light 41 from the input optical fiber 11, most of the incident light is branched into a specific first direction and the rest is branched into another specific second direction at a constant branching ratio, and each branch a spatial optical system 30 that emits light; a plurality of input-side optical fibers 11 arranged two-dimensionally so as to input light into the spatial optical system 30; a plurality of output-side optical fibers 12 arranged to receive output light 42 output from the spatial optical system 30 in a first direction; a light receiving section 5 arranged to receive the emitted light 43 emitted from the spatial optical system 30 in a second direction; an entrance-side optical lens 21 that is disposed between the spatial optical system 30 and the entrance-side optical fiber 11 and converts each incident light from the entrance-side optical fiber 11 to the spatial optical system 30 into parallel light; An
  • the light receiving unit 5 receives the emitted light in the second direction, (i) Light intensity received by the light receiving unit 5, (ii) the light intensity of the incident light incident from the plurality of incident side optical fibers 11; (iii) the light intensity of the emitted light emitted to the plurality of emitting side optical fibers 12; At least one of the above can be measured.
  • the spatial optical system 30 is not limited to a spatial system, and any optical component having a branching surface capable of branching into two light beams in different directions can be used.
  • the light from the incident-side optical fiber 11 becomes parallel light at the incident-side optical lens 21, and loss due to diffusion is prevented. Furthermore, most of the emitted light 42 is guided to the emitting side optical lens 22 by the spatial optical system 30.
  • the output side optical lens 22 collects the light that has passed through the spatial optical system 30 and couples it to the output side optical fiber 12 . In this way, most of the output light 42 emitted from the input side optical fiber 11 can be guided to the output side optical fiber 12 with little loss.
  • the light receiving section 5 has a light receiving surface large enough to receive all of the emitted light 43 from the spatial optical system 30.
  • FIG. 2 illustrates the arrangement of the incident-side optical fiber 11
  • FIG. 3 illustrates the arrangement of the light-receiving elements on the light-receiving surface of the light-receiving section 5.
  • M input side optical fibers F1 to FM are two-dimensionally arranged at a constant pitch of four fibers each.
  • N light receiving elements M1 to MN are two-dimensionally arranged at a constant pitch.
  • the pitch of the input side optical fibers F1 to FM does not match the pitch of the light receiving elements M1 to MN, and no special alignment is performed.
  • the emitted light 43 is detected by the light receiving elements M2 to M5, M15 to M18, M28 to M31, and M41 to M44.
  • the light receiving unit 5 detects the sum of the light intensities detected by the light receiving elements M2 to M5, M15 to M18, M28 to M31, and M41 to M44 as the light intensity of the output light 43 of the input optical fiber F1.
  • the time for exposure (hereinafter referred to as exposure time) is set as a fixed time T (S11), the light receiving section 5 receives light (S12), and the measurement results obtained by the light reception are recorded (S14).
  • exposure time is set as a fixed time T (S11)
  • the light receiving section 5 receives light (S12), and the measurement results obtained by the light reception are recorded (S14).
  • the correspondence relationships Or 21 to Or MN between the input side optical fibers F2 to FM and the light receiving elements M1 to MN are recorded (S15).
  • the light receiving unit 5 of the present disclosure includes an exposure time setting unit 51 that sets the exposure time of each light receiving element, and a recording unit 52 that records the intensity of light received by each light receiving element.
  • the exposure time of each light receiving element of the light receiving section 5 is variable.
  • the exposure time setting section 51 shortens the exposure time of the light receiving elements M1 to MN shown in FIG. 3 from T or extends it from T.
  • the recording unit 52 records the intensity of light received by each light receiving element, taking into account the exposure time.
  • the CCD (CHARGE COUPLED DEVICE) sensor and CMOS (COMPLEMENTARY METALY MEEMIDE SEMICONDUCTOR) Sensor accumulate charges that accumulate lighting elements.
  • the light receiving element An example of this method is to control the charging time of the capacitor using a switching element provided between the capacitor and the capacitor.
  • a control method using a shutter installed in front of the light receiving surface of a light receiving element such as a CCD sensor or a CMOS sensor may be used.
  • the correct Or 11 to Or Unable to record MN if there is a case where the light intensity is less than the measurable minimum intensity Smin of the light receiving elements M1 to MN (No in S13), the correct Or 11 to Or Unable to record MN .
  • the minimum intensity Smin is detected only in the light receiving elements M16, M17, M29, and M30 shown in FIG. 3, and the other light receiving elements are less than the minimum intensity Smin.
  • the approximate area of the emitted light 43 on the light-receiving surface of the light-receiving section 5 can be calculated based on the numerical aperture of the incident-side optical fiber 11 and the like. Therefore, the exposure time setting section 51 sets the light receiving elements M2 to M5, M15 to M18, M28 to M31, and M41 to M44 arranged in the range defined by the area around the light receiving elements M16, M17, M29, and M30. The exposure time is extended until the minimum intensity Smin is exceeded.
  • step S11 the exposure time is extended to KT using an arbitrary value K that is greater than 1 and smaller than the ratio Smax/Smin of the maximum intensity Smax and the minimum intensity Smin. Then, steps S12 to S14 are performed, and recording is performed again.
  • step S13 If there is still recording below Smin in step S13, the exposure time is further extended to K 2 T in step S11, and recording is performed again (S12 to S14).
  • the exposure time is multiplied by K and the recording is performed again until the recording of all the light receiving elements arranged in the range determined by the approximate area of the emitted light 43 exceeds Smin.
  • the exposure time is set to K ⁇ T.
  • the recording unit 52 takes into account the exposure time, and when the exposure time is set to KT, K 2 T, K 3 T, etc., the recording value is changed to 1/K, 1/K 2 , 1/K 3 , etc. of the exposure time. Multiply by the reciprocal of the multiple and record as Or 11 to Or MN .
  • the exposure time is extended until the recording of all the light receiving elements M2 to M5, M15 to M18, M28 to M31, and M41 to M44 that the light reaches exceeds Smin. is not limited to this.
  • the number of times ⁇ of extension may reach a predetermined number of times.
  • the number of light-receiving elements used in the present disclosure is sufficient to solve Equation 3, which will be described later, the number of elements used can be narrowed down to the extent that accuracy is not affected.
  • the number of elements used for measurement may be determined in advance, and the measurement may be repeated until the number of elements used exceeds the minimum intensity Smin.
  • the number of elements may be determined to be four, and the process may proceed to step S14 when the minimum intensity Smin exceeds the minimum intensity Smin in the light receiving elements M16, M17, M29, and M30 in step S13.
  • ij is the light intensity received by the j-th light-receiving element provided in the light-receiving section 5 when the light is emitted from the i-th optical fiber among the incident-side optical fibers F1 to FM.
  • the light intensities O 1 to O N detected by each of the light receiving elements M1 to MN are recorded when light of k 1 to k M times the reference intensity Pr is incident from the incident side optical fibers F1 to FM, respectively.
  • O 1 is recorded by the method shown in FIG. - Record ON .
  • the recorded light intensities O 1 to O N are the sum of the lights incident from each of the optical fibers F1 to FM, and are expressed as shown in Equation 2.
  • Equation 3 the intensity of light incident on the light receiving section 5 from each of the optical fibers F1 to FM is expressed by Equation 3.
  • the branching ratio of the spatial optical system 30 is constant, for example, if it is ⁇ :1, the intensity of light incident from the input optical fiber 11 is expressed by equation 4, and the intensity of light propagated to the output optical fiber 12 is expressed by equation 4. It can be estimated that it is 5.
  • the light intensity measurement method of the present disclosure includes: Obtain the correspondence expressed by formula 1 in advance, In a state where the incident side optical fiber 11 is propagating the light to be measured, the light intensity is measured by the light receiving unit 5 using Equation 3, Measure the light intensity of the incident light 41 from the incident side optical fiber 11 using equation 4, Using Equation 5, the light intensity of the output light 42 propagated to the output side optical fiber 12 is measured.
  • the light intensity at the light receiving unit 5 is measured by detecting the light intensity received by each light receiving element when emitted from each input side optical fiber 11.
  • the correspondence between the incident side optical fiber 11 and each light receiving element is acquired in advance. Therefore, the intensity of light propagating through the input optical fiber 11 can be measured all at once based on the correspondence relationship.
  • the exposure time of each light receiving element may be set in the same way as when recording the correspondence relationships Or 21 to Or MN .
  • the light receiving section 5 is measured multiple times while changing the exposure time during which the emitted light 43 enters each light receiving element.
  • the exposure time setting section 51 determines from which input side optical fiber 11 the incident light has entered, based on the position of the light receiving element that received the emitted light, in the first light reception by the light receiving section 5, and The range of light-receiving elements is determined for each input-side optical fiber 11 into which light is incident based on the correspondence expressed by Equation 1, and the light intensity received by any of the light-receiving elements included in the determined range is determined.
  • the intensity is smaller than the minimum intensity Smin
  • the exposure time of each light receiving element included in the light receiving section 5 is extended, and the light receiving section 5 receives light for the second time.
  • the exposure time is changed and the measurement is repeated until the minimum intensity Smin is exceeded in all of the light receiving elements arranged in a predetermined range or the number of extensions ⁇ reaches a predetermined number of times.
  • the extended exposure time may be defined by K ⁇ T .
  • the exposure time setting unit 51 determines from which input side optical fiber 11 the incident light is input based on the position of the light receiving element that received the output light in the first light reception by the light receiving unit 5, and determines the input light from which the incident light is input.
  • the range of light-receiving elements is determined for each input optical fiber 11 based on the correspondence expressed by equation 1, and the light intensity received by any of the light-receiving elements included in the determined range is the maximum intensity. If it is larger than Smax, the exposure time of each light receiving element included in the light receiving section 5 is shortened, and the light receiving section 5 receives light for the second time.
  • the exposure time is changed and the measurement is repeated until the intensity falls below the maximum intensity Smax in all of the light receiving elements arranged in a predetermined range.
  • the exposure time to be shortened may be determined by T/K ⁇ using the number of shortenings ⁇ .
  • the predetermined range may be the predetermined number of light receiving elements. Furthermore, since the number of light-receiving elements used in the present disclosure is sufficient to solve Equation 3, the number of elements used can be reduced within a range that does not affect accuracy. For example, the number of elements used for measurement may be determined in advance, and the measurement may be repeated until the number of elements used exceeds the minimum intensity Smin or falls below the maximum intensity Smax.
  • the spatial optical system 30 is provided between the incident side member 30A and the output side member 30B, which are made of a material with a uniform refractive index.
  • the single layer film 33 has another single layer film 33 having a uniform refractive index, and the single layer film 33 is provided at a specific angle (45 degrees in the figure) with the optical axis of the incident light 41.
  • the first refractive index interface 33A between the single layer film 33 and the incident side member 30A and the second refractive index interface 33B between the single layer film 33 and the output side member 30B are respectively identified as the optical axis of the incident light. It is set at an angle of .
  • the lights 42B1 and 42B2 with different wavelengths travel in different directions in the single layer film 33. Therefore, the incident positions of the lights 42B1 and 42B2 having different wavelengths on the refractive index interface 33B are different.
  • the light incident from the refractive index interface 33B travels in the same direction as the incident side member 30A due to refraction between the single layer film 33 and the output side member 30B. Therefore, even if the optical axes of the incident end faces of the respective output optical fibers 12 are arranged in parallel, the transmitted light can be coupled to the output optical fiber 12 regardless of the wavelength.
  • the position of incidence on the refractive index interface 33B differs depending on the wavelength in the single layer film 33. Therefore, when the wavelengths of the emitted lights 43B1 and 43B2 are different, the reflection positions at the refractive index interface 33B are different for the emitted lights 43B1 and 43B2. Therefore, in the present disclosure, the correspondence relationship expressed by Formula 1 may be obtained for each wavelength.
  • the incident-side optical fiber 11 and the output-side optical fiber 12 are arranged in a two-dimensional array, and the spatial optical system 30 branches the two-dimensionally arranged light beam.
  • This has the effect that it can be made smaller than using an optical monitoring device for each fiber or an optical monitoring device in which optical fibers are arranged one-dimensionally.
  • it is easy to reduce costs.
  • the exposure time setting unit 51 extends the exposure time of the light receiving elements arranged in the range defined by the area around the light receiving elements M16, M17, M29, and M30. For example, the exposure time setting unit 51 sets the exposure time of the light receiving elements of M2 to M5, M15 to M18, M28 to M31, and M41 to M44 shown in FIG. Extend.
  • the light receiving unit 5 only includes the light receiving elements M2 to M5, M15 to M18, M28 to M31, and M41 to M44 shown in FIG. With the extended exposure time, light from the incident side optical fiber F1 is received again.
  • step S13 If there is still recording below Smin in step S13, the exposure time is further extended to K 2 T in step S11, and recording is performed again (S12 to S14). At this time, in this embodiment, if only the light receiving element M44 among M2 to M5, M15 to M18, M28 to M31, and M41 to M44 shown in FIG. The exposure time of only element M44 is extended.
  • the extended exposure time may be defined by K ⁇ T .
  • the exposure time of all the light receiving elements M2 to M5, M15 to M18, M28 to M31, and M41 to M44 that the light reaches is extended, but the present disclosure is not limited to this.
  • the number of light-receiving elements used in the present disclosure is sufficient as long as the number is sufficient to solve Equation 3, which will be described later, so the number of light-receiving elements used can be reduced within a range that does not affect accuracy.
  • the number of elements may be determined to be four, and the exposure time of only the light receiving elements M16, M17, M29, and M30 may be extended in step S13.
  • the exposure time setting unit 51 shortens the exposure time of only the light receiving element whose light intensity is higher than the maximum intensity Smax, and when the light receiving unit 5 receives light for the second time. I do.
  • the exposure time is changed and the measurement is repeated until the intensity falls below the maximum intensity Smax in all of the light receiving elements arranged in a predetermined range.
  • the exposure time to be shortened may be determined by T/K ⁇ using the number of shortenings ⁇ .
  • the exposure time of each light receiving element is set in the same way as when recording the correspondence relationships Or 21 to Or MN .
  • the light receiving section 5 is measured multiple times while changing the exposure time during which the emitted light 43 enters each light receiving element for each light receiving element.
  • the light receiving elements arranged in a predetermined range exceed the minimum intensity Smin, or the number of extensions ⁇ reaches a predetermined number of times, the light receiving elements smaller than the minimum intensity Smin Change the exposure time and repeat the measurement.
  • the extended exposure time may be defined by K ⁇ T .
  • the exposure time of the light receiving elements whose intensity is greater than the maximum intensity Smax is changed and the measurement is repeated until the intensity falls below the maximum intensity Smax in all of the light receiving elements arranged in a predetermined range.
  • the exposure time to be shortened may be determined by T/K ⁇ using the number of shortenings ⁇ .
  • the predetermined range may be the predetermined number of light receiving elements. Furthermore, since the number of light-receiving elements used in the present disclosure is sufficient to solve Equation 3, the number of elements used can be reduced within a range that does not affect accuracy. For example, the number of elements used for measurement may be determined in advance, and the measurement may be repeated until the number of elements used exceeds the minimum intensity Smin or falls below the maximum intensity Smax.
  • FIG. 6 shows a third embodiment of the present disclosure.
  • the incident side member 30A and the output side member 30B can be made of a transparent material such as quartz glass.
  • the single layer film 33 can utilize an air layer by arranging a spacer 34 having a uniform predetermined thickness between the incident side member 30A and the output side member 30B to create a gap.
  • the input side optical lens 21 and the output side optical lens 22 can be realized by a collimator in which a GRIN (GRADED INdex) fiber is built into a rectangular ferrule used in an optical connector or the like.
  • GRIN GRADED INdex
  • the input side optical fiber 11 and the output side optical fiber 12 are also built into rectangular ferrules 23 and 24 like the input side optical lens 21 and the output side optical lens 22, and the guide pins 25 and guide holes are used like the optical connector. By doing this, the optical axes of the input side optical fiber 11, the input side optical lens 21, the output side optical fiber 12, and the output side optical lens 22 can be aligned.
  • the light receiving section 5 can be realized by a commercially available optical image sensor. By filling the connection portion other than the single layer film 33 with a refractive index matching material, unnecessary Fresnel reflection can be suppressed.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the single layer film 33 may be made of glass having a lower refractive index than the incident side member 30A and the output side member 30B.
  • the spatial optical system 30 is not limited to a cubic shape, but may have any shape such as a rectangular parallelepiped.
  • the arrangement of the light receiving section 5 it can be arranged at any position where it can receive the light branched by the spatial optical system 30.
  • the light receiving section 5 may be embedded inside the spatial optical system 30.
  • the optical monitoring device of the present disclosure can be used to monitor any light transmitted in an optical transmission system.
  • the optical monitoring device of the present disclosure is installed in any device used in an optical transmission system, such as a transmitting device, a receiving device, or a relay device, and the measurement results at the light receiving section 5 are transmitted to any part inside or outside the device. It can be used for feedback or feedforward to.
  • the optical monitor device of the present disclosure can be inserted in the middle of a transmission line in an optical transmission system, and the intensity and propagation loss of an optical signal in the transmission line can be measured.
  • the exposure time setting unit 51 and recording unit 52 included in the optical monitor device of the present disclosure can be realized by a computer and a program, and the program can be recorded on a recording medium or provided through a network.
  • the program of the present disclosure is a program for realizing a computer as the exposure time setting section 51 or the recording section 52 provided in the optical monitoring device of the present disclosure, and executes each step of the method executed by the optical monitoring device of the present disclosure. This is a program that is executed by a computer.

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

本開示は、多くの受光素子が２次元配列された受光部を用いて、受光素子の測定可能な強度の制限を超えて、光強度を測定可能にすることを目的とする。　本開示は、複数の光ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、前記複数の光ファイバからの入射光の一部を第１の方向へ、残りを第２の方向へ一定の分岐比で分岐し、出射する光学部品と、前記光学部品からの第２の方向への出射光を受光する受光部と、を備え、前記受光部は、前記光学部品から前記第２の方向への出射光の全てを受光可能な大きさの受光面を有し、前記受光面は、前記光ファイバの数よりも多い受光素子が２次元配列されており、前記受光素子の露光時間が可変である、光モニタデバイスである。

Description

光モニタデバイス及び光強度測定方法
　本開示は光モニタデバイスに関し、特に光伝送装置などにあって光の強度を検出しその検出結果を他の部品にフィードバックするための光モニタデバイスに関する。
　近年、インターネットトラフィックの増大に伴い、通信システムにおいては通信容量を増大することが強く求められている。これを実現するため、通信局舎とユーザ宅間のアクセスネットワークや通信局舎同士を結ぶコアネットワークでは光ファイバを用いた通信システムが使われている。光ファイバ通信では通信の制御や設備の健全性の確認のために光ファイバを伝搬する光強度の検出がしばしば用いられる。例えば、アクセスネットワークでは、光ファイバに試験光を伝搬させ、その光強度検出から光ファイバの損失や健全性、心線対象や繋がりの確認などを行なっている。また、コアネットワークで用いられるＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　）伝送ではフィードバック制御のため光強度のモニタリングが必要である。
　アクセスネットワークの光強度モニタリングでは、例えば特許文献１に記載のような技術が使われている。特許文献１には２本の平行導波路によって光を一定の分岐比で分岐する技術が記載されており、これによりアクセスネットワークにおける光信号の強度や伝搬損失の測定などが行なえる。
　ＷＭＤ伝送での光強度モニタリングでは、例えば特許文献２の技術が使われている。特許文献２には１次元に配列された光ファイバと誘電体多層膜との組み合わせにより複数の光ファイバの光信号の強度を同時にモニタリングする技術が記載されている。
　しかし、従来のような配置構成とした光モニタデバイスにおいては、まだ以下に示すような課題がある。
　光通信が普及し、光設備／光ケーブルの光ファイバの本数が増加していく中で、まず、光ファイバ１本毎に光カプラを用いる光モニタデバイスの場合は本数の増加に応じてコストとサイズが増大する。光ファイバと光強度センサを１次元のアレイ状に配置した光モニタデバイスの場合も、光ファイバのアレイ配置には限界があり、それよりも光ファイバの本数が増大すれば、本数に応じてコストとサイズが増大する。
　また、光ファイバと光強度センサが１対１に対応しており、センサと光ファイバを同じピッチで配置する必要がある。さらに、光ファイバの光がセンサに入射するよう精度よく位置決めする必要がある。
　この課題を解決する技術として、光ファイバの数よりも多い受光素子が２次元配列された受光部を用いる方法が考えられる。多くの受光素子が２次元配列された受光部は、一般に半導体プロセスを用いて製造された微細な構造を持つが、このような微細な受光素子が単体として持つ光センサや回路抵抗、コンデンサといった電気素子は一般に特許文献１や２で使われる受光素子と比べて起電力、抵抗値、感度といった特性が大きく劣るものであり、受光素子の測定可能な最大強度Ｓｍａｘと最小強度Ｓｍｉｎの比Ｓｍａｘ／Ｓｍｉｎが特許文献１や２で使われる受光素子と比べて一般に大きく下回る。このため、測定できる光強度の範囲が制限されてしまうという課題がある。
特許第３４５０１０４号 特開２００４－２１９５２３
　本開示はこのような点に鑑みてなされたものであり、多くの受光素子が２次元配列された受光部を用いて、受光素子の測定可能な強度の制限を超えて、光強度を測定可能にすることを目的とする。
　本開示に係る光モニタデバイスは、
　複数の光ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
　前記複数の光ファイバからの入射光の一部を第１の方向へ、残りを第２の方向へ一定の分岐比で分岐し、出射する光学部品と、
　前記光学部品からの第２の方向への出射光を受光する受光部と、
　を備え、
　前記受光部は、前記光学部品から前記第２の方向への出射光の全てを受光可能な大きさの受光面を有し、
　前記光ファイバの数よりも多い受光素子が前記受光面に２次元配列されており、
　前記受光素子の露光時間が可変である。
　前記受光素子の測定可能な最大強度Ｓｍａｘと最小強度Ｓｍｉｎの比Ｓｍａｘ／Ｓｍｉｎが測定対象の光の最大強度Ｐｍａｘと最小強度Ｐｍｉｎの比Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎより小さくなるように、前記露光時間を変更する露光時間設定部を備えていてもよい。また、前記受光部は、前記受光素子ごとに、露光時間が可変であってもよい。
　前記光学部品が、一様な厚さを有し、前記入射光の一部を前記第１の方向へ、残りを前記第２の方向へ一定の分岐比で分岐する単層膜と、前記単層膜の入射側に設けられ、前記単層膜と異なる屈折率を有する入射側部材と、前記単層膜の出射側に設けられ、前記入射側部材と同じ屈折率を有する出射側部材と、を備えていてもよい。この場合、前記単層膜と前記入射側部材との第１の屈折率界面及び前記単層膜と前記出射側部材との第２の屈折率界面が、それぞれ入射光の光軸と特定の角度をもって設けられており、前記第１の方向が前記第１の屈折率界面及び前記第２の屈折率界面を透過する方向であり、前記第２の方向が前記第１の屈折率界面及び前記第２の屈折率界面で反射する方向であってもよい。
　本開示に係る光モニタデバイスは、
　前記光学部品に光を入射するように２次元配列された、複数の入射側光ファイバ１１と、
　前記光学部品からの前記第１の方向への各出射光をそれぞれ受光するように２次元配列されている複数の出射側光ファイバと、
　前記光学部品と前記入射側光ファイバの間に配置され、前記光学部品への各入射光を平行光とする入射側光学レンズと、
　前記光学部品と前記出射側光ファイバの間に配置され、前記光学部品からの各出射光を前記出射側光ファイバに結合させる出射側光学レンズと、
　を備えていてもよい。
　本開示に係る光強度測定方法は、
　本開示の光モニタデバイスを用いて複数の光ファイバを伝搬する光の強度を一括で測定する光強度測定方法であって、
　前記複数の光ファイバから光ファイバごとに出射したときの各受光素子での受光強度を測定することで、前記複数の光ファイバと各受光素子との対応関係を予め取得することと、
　前記複数の光ファイバが強度測定対象となる光を伝搬している状態で、前記受光部で受光した各受光素子の光強度を測定することと、
　を備え、
　前記第２の方向への出射光が各受光素子に入射する露光時間を変更しながら、前記測定を複数回おこなうことを特徴とする。
　前記測定において、前記対応関係で定められた範囲に配置されている前記受光素子のいずれかにおいて受光される光強度が前記受光素子の最小強度Ｓｍｉｎよりも小さい場合、受光素子の露光時間を延長してもよい。この場合、前記対応関係で定められた範囲に配置されている前記受光素子のすべてにおいて最小強度Ｓｍｉｎを上回る、または延長の回数βが予め設定した所定の回数に至るまで、最小強度Ｓｍｉｎよりも小さい受光素子の露光時間を延長してもよい。前記露光時間は、延長の回数βを用いて、ＫβＴで定められていてもよい。
　前記測定において、前記対応関係で定められた範囲に配置されている前記受光素子のいずれかにおいて受光される光強度が前記受光素子の最大強度Ｓｍａｘよりも大きい場合、受光素子の露光時間を短縮してもよい。この場合、前記対応関係で定められた範囲に配置されている前記受光素子のすべてにおいて最大強度Ｓｍａｘを下回るまで、最大強度Ｓｍａｘよりも大きい受光素子の露光時間を短縮してもよい。前記露光時間は、前記短縮の回数γを用いて、Ｔ／Ｋγで定められていてもよい。
　本開示の光モニタデバイスは、
　前記光分岐部に光を入射するように２次元配列状に配置されている複数の入射側光ファイバと、
　前記光分岐部からの前記第１の方向への各出射光をそれぞれ受光するように２次元配列状に配置されている複数の出射側光ファイバと、
　前記光分岐部と前記入射側光ファイバの間に配置され、前記光分岐部への各入射光を平行光とする入射側光学レンズと、
　前記光分岐部と前記出射側光ファイバの間に配置され、前記光分岐部からの各出射光を前記出射側光ファイバに結合させる出射側光学レンズと、
　を備えていてもよい。
　なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。
　本開示によれば、受光面に光ファイバの数よりも多い受光素子が２次元配列されている受光部を用いて受光する場合において、受光素子の測定可能な強度の制限を超えた光強度の測定が可能となる。
本開示の光モニタデバイスの実施形態例を示す。 入射側光ファイバの配置例を示す。 受光部における受光素子の配置例を示す。 本開示の光強度測定方法の一例を示す。 空間光学系を伝搬する光の一例を示す。 本開示の光モニタデバイスの実施形態例を示す。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。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。
（第１の実施形態例）
　本実施形態の光モニタデバイスは、図１に例示する構成を備える。
　本実施形態の光モニタデバイスは、複数の入射側光ファイバ１１を伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
　入射側光ファイバ１１からの各入射光４１に対し、入射光の大部分を特定の第１の方向へ、残りを別の特定の第２の方向へと一定の分岐比で分岐し、各分岐光を出射する空間光学系３０と、
　前記空間光学系３０に光を入射するように２次元配列された、複数の入射側光ファイバ１１と、
　前記空間光学系３０から第１の方向に出射される出射光４２を受光するように配置された、複数の出射側光ファイバ１２と、
　前記空間光学系３０から第２の方向に出射される出射光４３を受光するように配置された受光部５と、
　前記空間光学系３０と前記入射側光ファイバ１１の間に配置され、入射側光ファイバ１１から空間光学系３０への各入射光を平行光とする入射側光学レンズ２１と、
　前記空間光学系３０と前記出射側光ファイバ１２の間に配置され、空間光学系３０からの各出射光を、入射側光ファイバ１１に対応する出射側光ファイバ１２に効率よく結合する出射側光学レンズ２２と、
　を有する。
　本開示は、受光部５が前記第２の方向への出射光を受光することで、
　（ｉ）受光部５で受光した光強度、
　（ｉｉ）複数の入射側光ファイバ１１から入射した入射光の光強度、
　（ｉｉｉ）複数の出射側光ファイバ１２に出射される出射光の光強度、
　の少なくともいずれかを測定することができる。
　図１では、第１の方向がｘ軸方向であり、第２の方向がｚ軸方向である例を示すが、第２の方向に分岐させる反射光の方向は９０度固定ではなく、必要に応じて変えることが可能である。又、空間光学系３０は、空間系に限らず、方向の異なる２つの光に分岐可能な分岐面を備える任意の光学部品を用いることができる。
　図１に例示する光モニタデバイスによれば、入射側光ファイバ１１から光は入射側光学レンズ２１で平行光となり、拡散により損失することが防がれる。さらに空間光学系３０によって大部分の出射光４２が出射側光学レンズ２２に導かれる。出射側光学レンズ２２は空間光学系３０を通過した光を集光し、出射側光ファイバ１２に結合する。このように、入射側光ファイバ１１から出た大部分の出射光４２を損失が少ない状態で出射側光ファイバ１２に導くことができる。
　一方、空間光学系３０によって分岐された一部の出射光４３は前記大部分の出射光４２とは別の方向に配置された受光部５に導かれる。受光部５は、空間光学系３０からの出射光４３の全てを受光可能な大きさの受光面を有する。受光部５の受光面には、入射側光ファイバ１１の数よりも多い受光素子が２次元配列されている。これにより、入射側光ファイバ１１から出射側光ファイバ１２に伝搬する光の一部の強度を測定できる。
　図２は入射側光ファイバ１１の配置を、図３は受光部５の受光面における受光素子の配置を例示したものである。Ｍ本の入射側光ファイバＦ１～ＦＭが、４本ずつ一定のピッチで２次元配列されている。Ｎ個の受光素子Ｍ１～ＭＮが、一定のピッチで２次元配列されている。本開示では入射側光ファイバＦ１～ＦＭのピッチと受光素子Ｍ１～ＭＮのピッチは合っておらず、特段の調心も行わないので、入射側光ファイバＦ１から入射光４１が入射した場合、受光部５の受光面上では、例えば図３のように、入射側光ファイバＦ１の出射光４３の像ができる。このとき、受光素子Ｍ２～Ｍ５、Ｍ１５～Ｍ１８、Ｍ２８～Ｍ３１、Ｍ４１～Ｍ４４で出射光４３が検出される。受光部５は、受光素子Ｍ２～Ｍ５、Ｍ１５～Ｍ１８、Ｍ２８～Ｍ３１、Ｍ４１～Ｍ４４で検出された光強度の総和を、入射側光ファイバＦ１の出射光４３の光強度として検出する。
　そこで、本開示では、図４に示すように、入射側光ファイバＦ１から基準強度Ｐｒの光が出射された時の各受光素子Ｍ１～ＭＮの光強度を、受光部５に出射光４３が入射する時間（以下、露光時間）を一定時間Ｔとして設定し（Ｓ１１）、受光部５で受光し（Ｓ１２）、受光によって得られた測定結果を記録する（Ｓ１４）。これにより、入射側光ファイバＦ１と受光素子Ｍ１～ＭＮとの対応関係Ｏｒ１１～Ｏｒ１Ｎを取得することができる。同様に入射側光ファイバＦ２～ＦＭについても、入射側光ファイバＦ２～ＦＭと受光素子Ｍ１～ＭＮとの対応関係Ｏｒ２１～ＯｒＭＮを記録する（Ｓ１５）。
　ここで、本開示の受光部５は、各受光素子の露光時間を設定する露光時間設定部５１と、各受光素子での受光強度を記録する記録部５２と、を備える。このように、本開示は、受光部５の各受光素子の露光時間が可変である。例えば、露光時間設定部５１は、図３に示す受光素子Ｍ１～ＭＮの露光時間を、Ｔから短縮したり、Ｔから延長したりする。記録部５２は、露光時間を考慮して、各受光素子での受光強度を記録する。
　露光時間を変更する方法としては、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）センサ及びＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサのように、受光部５が受光素子を流れる電荷を蓄積するコンデンサを備える場合、受光素子とコンデンサとの間に設けたスイッチング素子を用いてコンデンサの充電時間を制御する方法が例示できる。また、ＣＣＤセンサ及びＣＭＯＳセンサ等の受光素子の受光面の前に設置したシャッターを用いて制御する方法などを用いることができる。
　対応関係Ｏｒ１１～ＯｒＭＮの記録において、受光素子Ｍ１～ＭＮの受光素子の測定可能な最小強度Ｓｍｉｎを下回る光強度しか光が入射しない場合があると（Ｓ１３においてＮｏ）、正しいＯｒ１１～ＯｒＭＮの記録ができない。例えば、図３に示す受光素子Ｍ１６、Ｍ１７、Ｍ２９、Ｍ３０のみにおいて最小強度Ｓｍｉｎを超える光が検出され、その他の受光素子は最小強度Ｓｍｉｎに満たない場合である。
　受光部５の受光面における出射光４３のおおよその面積は、入射側光ファイバ１１の開口数などによって算出可能である。そこで、露光時間設定部５１は、受光素子Ｍ１６、Ｍ１７、Ｍ２９、Ｍ３０の周囲の前記面積で定められる範囲に配置されている受光素子Ｍ２～Ｍ５、Ｍ１５～Ｍ１８、Ｍ２８～Ｍ３１、Ｍ４１～Ｍ４４が最小強度Ｓｍｉｎを上回るまで、露光時間を延長する。
　この時、ステップＳ１１において、１より大きく、最大強度Ｓｍａｘと最小強度Ｓｍｉｎの比Ｓｍａｘ／Ｓｍｉｎよりも小さい、任意の値Ｋを用いて、露光時間をＫＴに延長する。そしてステップＳ１２～Ｓ１４を行い、再度、記録を行なう。
　それでもまだステップＳ１３においてＳｍｉｎを下回る記録であったものがあれば、さらにステップＳ１１において露光時間をＫ２Ｔに延長し、再度記録を行なう（Ｓ１２～Ｓ１４）。
　こうして出射光４３のおおよその面積で定められる範囲に配置されている全ての受光素子の記録がＳｍｉｎを上回るまで同様に露光時間をＫ倍して再度記録を行なうことを繰り返す。例えば、β番目の延長の場合、露光時間をＫβＴに設定する。記録部５２は、露光時間を考慮して、露光時間をＫＴ、Ｋ２Ｔ、Ｋ３Ｔ…としたものは記録値に１／Ｋ、１／Ｋ２、１／Ｋ３…と露光時間の倍数の逆数を掛けて、Ｏｒ１１～ＯｒＭＮとして記録する。
　なお、本実施形態では、光が届く全ての受光素子Ｍ２～Ｍ５、Ｍ１５～Ｍ１８、Ｍ２８～Ｍ３１、Ｍ４１～Ｍ４４の全ての受光素子の記録がＳｍｉｎを上回るまで露光時間を延長したが、本開示はこれに限定されない。例えば、延長の回数βが予め設定した所定の回数に至るまでであってもよい。
　また、本開示において使用する受光素子は後述する式３を解くのに十分な数があれば良いので、精度に影響が無い範囲で使用する素子数は絞ることができる。例えば、予め測定に使用する素子数を決めておいて、その使用する素子数が最小強度Ｓｍｉｎを上回るまで繰り返してもよい。図３の例であれば、素子数を４に決め、ステップＳ１３において受光素子Ｍ１６、Ｍ１７、Ｍ２９、Ｍ３０において最小強度Ｓｍｉｎが上回ったときにステップＳ１４に移行してもよい。
　また、Ｋの値を１より大きく、最大強度Ｓｍａｘと最小強度Ｓｍｉｎの比Ｓｍａｘ／Ｓｍｉｎよりも小さい値に設定することにより、複数の露光時間における測定の結果、測定可能な光強度の範囲が重なるようにすることができる。例えば、記録時間Ｔの時にＳｍｉｎ＝１５、Ｓｍａｘ＝６０であるとすると、Ｓｍａｘ／Ｓｍｉｎ＝４となるため、Ｋ＝３に設定すれば、露光時間Ｔで光強度がＳ＝１５～６０の光を測定することができ、露光時間ＫＴで光強度がＳ＝５～２０の光を測定することができる。よって、これら２つの測定を合わせれば光強度がＳ＝３～６０の光を測定することができる。しかし、Ｋ＝５に設定した場合には、露光時間Ｔで光強度がＳ＝１５～６０の光を測定することができ、露光時間ＫＴで光強度がＳ＝１～１２の光を測定することができるが、光強度がＳ＝１２～１５の光は正しく測定することができなくなる。
　対応関係Ｏｒ１１～ＯｒＭＮの記録において、逆に最大強度Ｓｍａｘを上回る光強度の光が入射した場合には、同様に露光時間をＴ／Ｋ、Ｔ／Ｋ２、Ｔ／Ｋ３…と短くしていき、全ての記録がＳｍａｘを下回るまで記録を繰り返す。このように、短縮の回数γとすると、γ番目の短縮の場合、露光時間をＴ／Ｋγに設定する。記録部５２は、露光時間を考慮して、露光時間をＴ／Ｋ、Ｔ／Ｋ２、Ｔ／Ｋ３…としたものは記録値にＫ、Ｋ２、Ｋ３…と露光時間の倍数の逆数を掛けて、Ｏｒ１１～ＯｒＭＮとして記録する。
　入射側光ファイバＦ１～ＦＭと受光素子Ｍ１～ＭＮとの対応関係は、以下で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、Ｏｒｉｊは、入射側光ファイバＦ１～ＦＭのうちのｉ番目の光ファイバから光が出射されたときに、受光部５に備わるｊ番目の受光素子が受光した光強度である。
　次に入射側光ファイバＦ１～ＦＭからそれぞれ基準強度Ｐｒのｋ１～ｋＭ倍の光が入射したときの、各受光素子Ｍ１～ＭＮで検出される光強度Ｏ１～ＯＮを記録する。
　Ｏ１～ＯＮの記録においても、最小強度Ｓｍｉｎを下回る光強度しか光が入射しない場合、逆に最大強度Ｓｍａｘを上回る光強度の光が入射した場合には、図４に示す方法でＯ１～ＯＮを記録する。
　記録された光強度Ｏ１～ＯＮは各光ファイバＦ１～ＦＭから入射した光の和となるので式２のようにあらわされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　そこで、各光ファイバＦ１～ＦＭから受光部５に入射する光強度は式３で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　空間光学系３０の分岐比が一定であるので、例えばそれがα：１であるとすると、入射側光ファイバ１１から入射した光強度は式４、出射側光ファイバ１２に伝搬した光強度は式５であると推定することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　本開示の光強度測定方法は、
　式１で表される対応関係を予め取得し、
　入射側光ファイバ１１が強度測定対象となる光を伝搬している状態で、式３を用いて受光部５で光強度を測定し、
　式４を用いて入射側光ファイバ１１からの入射光４１の光強度を測定し、
　式５を用いて出射側光ファイバ１２に伝搬した出射光４２の光強度を測定する。
　受光部５での光強度の測定は、入射側光ファイバ１１ごとに出射したときの各受光素子での受光強度を検出することで行う。本実施形態では、入射側光ファイバ１１と各受光素子との対応関係を予め取得している。このため、前記対応関係に基づいて、入射側光ファイバ１１を伝搬する光の強度を一括で測定することができる。
　ここで、本開示の光強度測定方法は、受光部５での光強度の測定において、対応関係Ｏｒ２１～ＯｒＭＮの記録時と同様に、各受光素子の露光時間を設定してもよい。例えば、入射側光ファイバ１１及び出射側光ファイバ１２が強度測定対象となる光を伝搬している状態で、受光部５で受光した各受光素子の光強度を検出する際に、受光部５への出射光４３が各受光素子に入射する露光時間を変更しながら、受光部５の測定を複数回おこなう。
　強度測定対象となる光を伝搬している状態では、どの入射側光ファイバ１１から入射光が入射されるかは不明である。そこで、露光時間設定部５１は、１度目の受光部５での受光において、出射光を受光した受光素子の位置に基づいてどの入射側光ファイバ１１から入射光が入射されたかを判定し、入射光を入射している入射側光ファイバ１１ごとに式１で表される対応関係に基づいて受光素子の範囲を判定し、判定した範囲に含まれる受光素子のいずれかにおいて受光される光強度が最小強度Ｓｍｉｎよりも小さい場合、受光部５に備わる各受光素子の露光時間を延長し、２度目の受光部５での受光を行う。予め定められた範囲に配置されている前記受光素子のすべてにおいて最小強度Ｓｍｉｎを上回る、または延長の回数βが予め設定した所定の回数に至るまで、露光時間を変更し、測定を繰り返す。延長する露光時間は、ＫβＴで定められていてもよい。
　露光時間設定部５１は、１度目の受光部５での受光において、出射光を受光した受光素子の位置に基づいてどの入射側光ファイバ１１から入射光が入射されたかを判定し、入射光を入射している入射側光ファイバ１１ごとに式１で表される対応関係に基づいて受光素子の範囲を判定し、判定した範囲に含まれる受光素子のいずれかにおいて受光される光強度が最大強度Ｓｍａｘよりも大きい場合、受光部５に備わる各受光素子の露光時間を短縮し、２度目の受光部５での受光を行う。予め定められた範囲に配置されている前記受光素子のすべてにおいて最大強度Ｓｍａｘを下回るまで、露光時間を変更し、測定を繰り返す。短縮する露光時間は、短縮の回数γを用いて、Ｔ／Ｋγで定められていてもよい。
　ここで、予め定められた範囲は、予め定められた受光素子の個数であってもよい。また、本開示において使用する受光素子は式３を解くのに十分な数があれば良いので、精度に影響が無い範囲で使用する素子数は絞ることができる。例えば、予め測定に使用する素子数を決めておいて、その使用する素子数が最小強度Ｓｍｉｎを上回る又は最大強度Ｓｍａｘを下回るまで繰り返してもよい。
　さらに、本実施形態の光モニタデバイスでは、図５に示すように、空間光学系３０が、一様な屈折率の材料で構成される入射側部材３０Ａと出射側部材３０Ｂとの間に設けられた別の一様な屈折率を持つ単層膜３３を備え、その単層膜３３が入射光４１の光軸と特定の角度（図では４５度）をもって設けられている。これにより、単層膜３３と入射側部材３０Ａとの第１の屈折率界面３３Ａ及び単層膜３３と出射側部材３０Ｂとの第２の屈折率界面３３Ｂが、それぞれ入射光の光軸と特定の角度をもって設けられている。
　入射側部材３０Ａと出射側部材３０Ｂが同じ屈折率の場合、単層膜３３では波長が異なる光４２Ｂ１及び４２Ｂ２は異なる方向に進む。このため、波長の異なる光４２Ｂ１及び４２Ｂ２の屈折率界面３３Ｂへの入射位置は異なる。一方で、屈折率界面３３Ｂから入射した光は、単層膜３３と出射側部材３０Ｂの間の屈折により、入射側部材３０Ａと同じ方向に進む。このため、各出射側光ファイバ１２の入射端面での光軸を平行に配置しても、波長に依らず透過光を出射側光ファイバ１２に結合させることができる。
　このように、本開示では、単層膜３３において波長に応じた屈折率界面３３Ｂへの入射位置の違いが生じる。そのため、出射光４３Ｂ１及び４３Ｂ２の波長が異なる場合、屈折率界面３３Ｂでの反射位置が出射光４３Ｂ１及び４３Ｂ２で異なる。そこで、本開示では、式１で表される対応関係を、波長ごとに取得してもよい。
（本開示の効果）
　図１に例示する光モニタデバイスによれば、入射側光ファイバ１１と出射側光ファイバ１２は２次元配列されており、空間光学系３０によって２次元配列の光束を分岐する。これにより、１本毎の光モニタデバイスや、光ファイバが１次元配列された光モニタデバイスを用いるよりも、小型化が可能という効果がある。また、構成する部品が少ないことから低コスト化が容易という効果がある。
（第２の実施形態例）
　ＣＣＤセンサのように受光素子ごとにシャッターを備える受光部５の場合、受光素子ごとに露光時間を変更することが可能である。そこで、本実施形態では、受光素子ごとに露光時間を延長又は短縮する。
　例えば、図４に示す対応関係Ｏｒ１１～ＯｒＭＮの記録において、図３に示す受光素子Ｍ１６、Ｍ１７、Ｍ２９、Ｍ３０のみにおいて最小強度Ｓｍｉｎを超える光が検出され、その他の受光素子は最小強度Ｓｍｉｎに満たない場合、露光時間設定部５１は、受光素子Ｍ１６、Ｍ１７、Ｍ２９、Ｍ３０の周囲の前記面積で定められる範囲に配置されている受光素子の露光時間を延長する。例えば、露光時間設定部５１は、図３に示すＭ２～Ｍ５、Ｍ１５～Ｍ１８、Ｍ２８～Ｍ３１、Ｍ４１～Ｍ４４のうちの受光素子Ｍ１６、Ｍ１７、Ｍ２９、Ｍ３０を除く受光素子の露光時間をＫＴに延長する。
　露光時間をＫＴに延長した後、再度ステップＳ１２～Ｓ１４を行い、Ｓｍｉｎを下回る記録であったもののみについて、再度、記録を行なう。このとき、本実施形態では、受光部５が、図３に示すＭ２～Ｍ５、Ｍ１５～Ｍ１８、Ｍ２８～Ｍ３１、Ｍ４１～Ｍ４４のうちの受光素子Ｍ１６、Ｍ１７、Ｍ２９、Ｍ３０を除く受光素子のみ、延長した露光時間で、再度入射側光ファイバＦ１からの光を受光する。
　それでもまだステップＳ１３においてＳｍｉｎを下回る記録であったものがあれば、さらにステップＳ１１において露光時間をＫ２Ｔに延長し、再度記録を行なう（Ｓ１２～Ｓ１４）。このとき、本実施形態では、図３に示すＭ２～Ｍ５、Ｍ１５～Ｍ１８、Ｍ２８～Ｍ３１、Ｍ４１～Ｍ４４のうちの受光素子Ｍ４４のみ最小強度Ｓｍｉｎに満たない場合、露光時間設定部５１は、受光素子Ｍ４４のみの露光時間を延長する。
　このように、予め定められた範囲に配置されている受光素子のすべてにおいて最小強度Ｓｍｉｎを上回るまで、露光時間を変更し、測定を繰り返す。延長する露光時間は、ＫβＴで定められていてもよい。
　なお、本実施形態では、光が届く全ての受光素子Ｍ２～Ｍ５、Ｍ１５～Ｍ１８、Ｍ２８～Ｍ３１、Ｍ４１～Ｍ４４の露光時間を延長したが、本開示はこれに限定されない。本開示において使用する受光素子は後述する式３を解くのに十分な数があれば良いので、精度に影響が無い範囲で使用する素子数は絞ることができる。例えば、図３の例であれば、素子数を４に決め、ステップＳ１３において受光素子Ｍ１６、Ｍ１７、Ｍ２９、Ｍ３０のみの露光時間を延長してもよい。
　また、露光時間設定部５１は、光強度が最大強度Ｓｍａｘよりも大きい受光素子が存在する場合、最大強度Ｓｍａｘよりも大きい受光素子のみの露光時間を短縮し、２度目の受光部５での受光を行う。予め定められた範囲に配置されている前記受光素子のすべてにおいて最大強度Ｓｍａｘを下回るまで、露光時間を変更し、測定を繰り返す。短縮する露光時間は、短縮の回数γを用いて、Ｔ／Ｋγで定められていてもよい。
　本実施形態の光強度測定方法では、受光部５での光強度の測定において、対応関係Ｏｒ２１～ＯｒＭＮの記録時と同様に、各受光素子の露光時間を設定する。例えば、入射側光ファイバ１１及び出射側光ファイバ１２が強度測定対象となる光を伝搬している状態で、受光部５で受光した各受光素子の光強度を検出する際に、受光部５への出射光４３が各受光素子に入射する露光時間を受光素子ごとに変更しながら、受光部５の測定を複数回おこなう。
　本実施形態では、予め定められた範囲に配置されている受光素子のすべてにおいて最小強度Ｓｍｉｎを上回る、または延長の回数βが予め設定した所定の回数に至るまで、最小強度Ｓｍｉｎよりも小さい受光素子の露光時間を変更し、測定を繰り返す。延長する露光時間は、ＫβＴで定められていてもよい。
　本実施形態では、予め定められた範囲に配置されている受光素子のすべてにおいて最大強度Ｓｍａｘを下回るまで、最大強度Ｓｍａｘよりも大きい受光素子の露光時間を変更し、測定を繰り返す。短縮する露光時間は、短縮の回数γを用いて、Ｔ／Ｋγで定められていてもよい。
　ここで、予め定められた範囲は、予め定められた受光素子の個数であってもよい。また、本開示において使用する受光素子は式３を解くのに十分な数があれば良いので、精度に影響が無い範囲で使用する素子数は絞ることができる。例えば、予め測定に使用する素子数を決めておいて、その使用する素子数が最小強度Ｓｍｉｎを上回る又は最大強度Ｓｍａｘを下回るまで繰り返してもよい。
（第３の実施形態例）
　図６に本開示の第３の実施形態例を示す。入射側部材３０Ａ及び出射側部材３０Ｂは例えば石英ガラスなどの透明な材料で作ることができる。単層膜３３は、入射側部材３０Ａ及び出射側部材３０Ｂの間に一様な所定の厚さのスペーサ３４を配置し、隙間を開けることで空気層を利用することができる。入射側光学レンズ２１及び出射側光学レンズ２２は、光コネクタなどで使用される角形フェルールにＧＲＩＮ（ＧＲａｄｅｄ　ＩＮｄｅｘ）ファイバを内蔵したコリーメータで実現することができる。入射側光ファイバ１１及び出射側光ファイバ１２も、入射側光学レンズ２１及び出射側光学レンズ２２と同様に、角形のフェルール２３及び２４に内蔵し、光コネクタと同様ガイドピン２５とガイド穴を用いて入射側光ファイバ１１、入射側光学レンズ２１、出射側光ファイバ１２、出射側光学レンズ２２の光軸を調心することができる。受光部５は市販の光イメージセンサで実現できる。単層膜３３以外の接続部に屈折率整合材を充填することで、余計なフレネル反射を抑制できる。
　以上、実施形態例だが、これに制限されるものではない。例えば、本開示では単層膜３３が空気層である例を示したが、単層膜３３は入射側部材３０Ａ及び出射側部材３０Ｂよりも屈折率の低いガラスであってもよい。また、空間光学系３０は立方形状に限らず、直方体などの任意の形状でありうる。また受光部５の配置についても、空間光学系３０で分岐された光を受光可能な任意の位置に配置することができる。例えば、受光部５は空間光学系３０の内部に埋設されていてもよい。
　また本開示の光モニタデバイスは、光伝送システムにおいて伝送される任意の光のモニタリングに用いることが可能である。例えば、送信装置、受信装置又は中継装置などの光伝送システムに用いられる任意の装置に本開示の光モニタデバイスを搭載し、受光部５での測定結果を装置内又は装置外での任意の部品へのフィードバック又はフィードフォワードに用いることができる。また、光伝送システムにおける伝送線路の途中に本開示の光モニタデバイスを挿入し、伝送線路における光信号の強度や伝搬損失の測定を行うことができる。
　本開示の光モニタデバイスに備わる露光時間設定部５１及び記録部５２はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。本開示のプログラムは、本開示の光モニタデバイスに備わる露光時間設定部５１又は記録部５２としてコンピュータを実現させるためのプログラムであり、本開示に係る光モニタデバイスが実行する方法に備わる各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
５：受光部
１１：入射側光ファイバ
１２：出射側光ファイバ
２１：入射側光学レンズ
２２：出射側光学レンズ
２３、２４：フェルール
２５：ガイドピン
３０：空間光学系
３０Ａ：入射側部材
３０Ｂ：出射側部材
３３：単層膜
３４：スペーサ
４１：入射光
４２：大部分の出射光
４３：一部の出射光
５１：露光時間設定部
５２：記録部

Claims (8)

  1. 　複数の光ファイバを伝搬する光の強度を検出する光モニタデバイスにおいて、
    　前記複数の光ファイバからの入射光の一部を第１の方向へ、残りを第２の方向へ一定の分岐比で分岐し、出射する光学部品と、
    　前記光学部品からの第２の方向への出射光を受光する受光部と、
    　を備え、
    　前記受光部は、前記光学部品から前記第２の方向への出射光の全てを受光可能な大きさの受光面を有し、
    　前記光ファイバの数よりも多い受光素子が前記受光面に２次元配列されており、
    　前記受光素子の露光時間が可変である、
    　光モニタデバイス。
  2. 　前記受光素子の測定可能な最大強度Ｓｍａｘと最小強度Ｓｍｉｎの比Ｓｍａｘ／Ｓｍｉｎが測定対象の光の最大強度Ｐｍａｘと最小強度Ｐｍｉｎの比Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎより小さくなるように、前記露光時間を変更する露光時間設定部を備える、
    　請求項１に記載の光モニタデバイス。
  3. 　前記受光部は、前記受光素子ごとに、露光時間が可変である、
    　請求項１に記載の光モニタデバイス。
  4. 　前記光学部品が、
    　一様な厚さを有する単層膜と、
    　前記単層膜の入射側に設けられ、前記単層膜と異なる屈折率を有する入射側部材と、
    　前記単層膜の出射側に設けられ、前記入射側部材と同じ屈折率を有する出射側部材と、
    　を備え、
    　前記単層膜と前記入射側部材との第１の屈折率界面及び前記単層膜と前記出射側部材との第２の屈折率界面が、それぞれ入射光の光軸と特定の角度をもって設けられ、
    　前記第１の方向が前記第１の屈折率界面及び前記第２の屈折率界面を透過する方向であり、
    　前記第２の方向が前記第１の屈折率界面及び前記第２の屈折率界面で反射する方向である、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光モニタデバイス。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載の光モニタデバイスを用いて複数の光ファイバを伝搬する光の強度を一括で測定する光強度測定方法であって、
    　前記複数の光ファイバから光ファイバごとに出射したときの各受光素子での受光強度を測定することで、前記複数の光ファイバと各受光素子との対応関係を予め取得することと、
    　前記複数の光ファイバが強度測定対象となる光を伝搬している状態で、前記受光部で受光した各受光素子の光強度を測定することと、
    　を備え、
    　前記第２の方向への出射光が各受光素子に入射する露光時間を変更しながら、前記測定を複数回おこなうことを特徴とした、
    光強度測定方法。
  6. 　前記測定において、
    　前記対応関係で定められた範囲に配置されている前記受光素子のいずれかにおいて受光される光強度が前記受光素子の最小強度Ｓｍｉｎよりも小さい場合、受光素子の露光時間を延長し、
    　前記対応関係で定められた範囲に配置されている前記受光素子のいずれかにおいて受光される光強度が前記受光素子の最大強度Ｓｍａｘよりも大きい場合、受光素子の露光時間を短縮する、
    　ことを特徴とする請求項５に記載の光強度測定方法。
  7. 　前記測定において、
    　前記対応関係で定められた範囲に配置されている前記受光素子のすべてにおいて最小強度Ｓｍｉｎを上回る、または延長の回数βが予め設定した所定の回数に至るまで、最小強度Ｓｍｉｎよりも小さい受光素子の露光時間を延長し、
    　前記対応関係で定められた範囲に配置されている前記受光素子のすべてにおいて最大強度Ｓｍａｘを下回るまで、最大強度Ｓｍａｘよりも大きい受光素子の露光時間を短縮する、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の光強度測定方法。
  8. 　前記露光時間は、
    　前記延長の回数βを用いて、ＫβＴで定められ、
    　前記短縮の回数γを用いて、Ｔ／Ｋγで定められる、
    　ことを特徴とする請求項７に記載の光強度測定方法。
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