WO2024024038A1 - 光モニタデバイス及び光強度波長測定方法 - Google Patents

光モニタデバイス及び光強度波長測定方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2024024038A1
WO2024024038A1 PCT/JP2022/029136 JP2022029136W WO2024024038A1 WO 2024024038 A1 WO2024024038 A1 WO 2024024038A1 JP 2022029136 W JP2022029136 W JP 2022029136W WO 2024024038 A1 WO2024024038 A1 WO 2024024038A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
optical
light receiving
wavelength
emitted
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/029136
Other languages
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to PCT/JP2022/029136 priority Critical patent/WO2024024038A1/ja
Publication of WO2024024038A1 publication Critical patent/WO2024024038A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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.
  • a dielectric multilayer film is used for optical branching.
  • dielectric multilayer films generally have a high light reflectance, there is a problem in that the loss of signals transmitted through the optical monitoring device becomes large.
  • dielectric multilayer films generally reflect only a specific wavelength band, there is a problem that they are not suitable for monitoring communications that use a wide wavelength band such as WDM transmission.
  • Fresnel reflection is used to extract light in a wide wavelength range and measure the intensity of optical signals in multiple optical fibers at once. It is possible that However, with this method, all wavelengths are extracted in the same way, so it is not possible to know the wavelength of the extracted optical signal.
  • An object of the present disclosure is to enable an optical monitoring device for a plurality of optical fibers to monitor wavelengths of optical signals in a wide wavelength range.
  • the optical monitoring device of the present disclosure includes: In an optical monitoring device that detects the intensity of light propagating through multiple optical fibers, a light branching unit that branches part of the incident light in a first direction and the rest in a second direction at a specific branching ratio and outputs the branched light; a light receiving section that receives light emitted from the light branching section in the second direction,
  • the light receiving section is The number of light receiving elements greater than the number of optical fibers is two-dimensionally arranged, comprising a wavelength dependent part that causes the light receiving section to receive light at different positions on the light receiving surface depending on the wavelength of the emitted light, The wavelength of the emitted light is determined based on the position of the emitted light on the light receiving surface.
  • a method of the present disclosure is a method of detecting the intensity of light propagating through a plurality of optical fibers using an optical monitoring device, the method comprising: a branching procedure in which an optical branching unit 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; a light receiving procedure in which a light receiving section receives light emitted from the light branching section in a second direction; Equipped with In the light receiving procedure, a wavelength dependent section causes the light receiving section to receive light at different positions on the light receiving surface depending on the wavelength of the emitted light; The wavelength of the emitted light is determined based on the position of the emitted light on the light receiving surface.
  • the optical monitoring device of the present disclosure detects the intensity of light propagating through a plurality of optical fibers, in which the emitted light in the second direction is transmitted through the wavelength dependent part, and the emitted light in the second direction is transmitted at an emitting angle that differs depending on the wavelength. reaches the light receiving section. Therefore, in the present disclosure, since the light intensity detected by each light receiving element in the light receiving section changes depending on the wavelength, it is possible to know the wavelength reached from this change. Thereby, the optical monitoring device of the present disclosure can measure the wavelengths and optical intensities of a plurality of optical fibers.
  • the light branching section includes a single-layer film having a uniform thickness, an entrance-side member provided on the incident side of the single-layer film and having a refractive index different from that of the single-layer film, and an output side member of the single-layer film. and an output side member provided on the side and having the same refractive index as the input side member.
  • 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 the 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.
  • the wavelength dependent portion may be an optical prism into which the emitted light in the second direction is incident and emitted in different directions depending on the wavelength of the emitted light.
  • the light receiving surface of the light receiving section may be substantially perpendicular to the light transmitted through the optical prism.
  • the distance between the optical prism and the array type light receiving element may be sufficiently larger than the thickness of the single layer film.
  • 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.
  • FIG. 1 illustrates an example embodiment of an optical monitoring device of the present disclosure.
  • An example of light propagating through a spatial optical system is shown.
  • An example of an image of emitted light reaching a light receiving element is shown.
  • An example of an image of emitted light reaching a light receiving element is shown.
  • An example of the arrangement of optical fibers on the input side is shown.
  • An example of an image of emitted light reaching a light receiving element is shown.
  • An example of an image of emitted light reaching a light receiving element is shown.
  • An example of a method for measuring light intensity and wavelength according to the present disclosure is shown.
  • the optical monitor device of this embodiment has the configuration illustrated in FIG. 1 .
  • 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 side optical fiber 11, most of the incident light 41 is branched into a specific first direction and the rest is branched into another specific second direction at a constant branching ratio, and each a spatial optical system 30 that emits branched light; an input side optical fiber 11 that propagates a plurality of lights and is arranged in a two-dimensional array so as to input the light into the spatial optical system 30; an output-side optical fiber 12 that propagates a plurality of lights and is arranged to receive most of the output light 42 output from the spatial optical system 11 in a first direction; an array type light receiving element 51 arranged to receive a part of the emitted light 43 emitted from the spatial optical system 30 in a second direction; an entrance-side optical lens 21 disposed between the spatial optical system 30 and the entrance-side optical
  • the array type light receiving element 51 receives the emitted light in the second direction, (i) Light intensity received by the array type light receiving element 51, (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.
  • FIG. 1 shows an example in which the first direction is the x-axis direction and the second direction is the z-axis direction. Further, in the present disclosure, the spatial optical system 30 functions as the "light branching section" of the present disclosure, and the array type light receiving element 51 functions as the "light receiving section" of the present disclosure.
  • a single layer film 33 having a uniform refractive index is provided, and the single layer film 33 is provided at a specific angle (45 degrees in the figure) with respect to 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 aligned with the optical axis of the incident light 41, respectively. It is set at a specific angle.
  • 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 incident light from the incident side optical fiber 11 becomes parallel light at the incident side optical lens 21, loss due to diffusion can be 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 light emitted from the input optical fiber 11 can be guided to the output optical fiber 12 with little loss.
  • a part of the emitted light 43 branched by the spatial optical system 30 is refracted by an optical prism 52 arranged in a direction different from the majority of the emitted light 42, and the transmitted light 44 from the optical prism 52 is type light receiving element 51.
  • the optical prism 52 functions as a "wavelength dependent section" of the present disclosure, and the refraction angle at the optical prism 52 changes depending on the wavelength.
  • the arithmetic processing unit 53 calculates that the amount of light incident on each element of the array type light receiving element 51 changes depending on the light intensity and the wavelength of the incident side optical fiber 11.
  • the monitor device can measure the intensity and wavelength of light propagating from the input side optical fiber 11 to the output side optical fiber 12.
  • FIGS. 3A and 3B illustrate the arrangement of the light receiving elements on the light receiving surface of the array type light receiving element 51 and the images of the emitted light 43 arriving from each incident side optical fiber 11.
  • FIG. 4 it is assumed that four input-side optical fibers F1 to F4 are two-dimensionally arranged at a constant pitch and emit light of the same wavelength ⁇ 0. It is also assumed that 25 light receiving elements M1 to M25 are two-dimensionally arranged at a constant pitch. In the present disclosure, the pitch of the incident side optical fibers F1 to F4 and the pitch of the light receiving elements M1 to M25 do not match, and no special alignment is performed.
  • four images Im1 to Im4 of the output light 43 are formed at positions corresponding to the arrangement of the incident side optical fibers F1 to F4, as shown in FIG. 3A.
  • the wavelength ⁇ 1 of the incident light 41 from the incident side optical fiber F1 changes.
  • the refraction angle at the optical prism 52 changes, so the positions of the images Im1 to Im4 on the light receiving surface change. For example, assume that the position of the image Im1 of the input optical fiber F1 changes, as shown by the dotted line Im1' in FIG. 5B.
  • the image in FIG. 3A is equal to the sum of the images (reference images) from each of the incident side optical fibers F1 to F4, as shown in FIG. 5A. Therefore, as shown in FIG. 5B, the image in FIG. 3B is obtained by moving the reference image of the input side optical fiber F1 by the amount of movement of the image position due to the difference in wavelength, and then forming the image of the other input side optical fibers F2 to F4. It is equal to the result of adding .
  • SF1 to SF4 are the output matrices (reference matrices) of the array type light receiving element 51 when light with a unit light intensity of wavelength ⁇ 0 is individually emitted from each of the input optical fibers F1 to F4, and each of the input optical fibers F1 to F4 is
  • the output matrix X0 of the array type light receiving element 51 when emitted with light intensities PF1 to PF4 is expressed by the following equation 1.
  • the optical intensities PF1 to PF4 of each optical fiber can be determined by the following equation 2 using the general inverse matrix ⁇ SF1 SF2 SF3 SF4 ⁇ + of ⁇ SF1 SF2 SF3 SF4 ⁇ .
  • the light intensity of each input side optical fiber F1 to F4 when the wavelength of all input side optical fibers F1 to F4 is ⁇ 0 can be calculated from the output matrix X0 of the array type light receiving element 51. can.
  • the wavelength of the input optical fiber F1 changes to ⁇ 1
  • the reference matrix SF1' which is obtained by moving the matrix SF1 by the amount of movement of the image Im1 corresponding to ⁇ 1, as in the case of ⁇ 0
  • the light intensity of image Im1' at wavelength ⁇ 1 can be determined.
  • the distance Dp between the optical prism 52 and the array type light receiving element 51 is sufficiently larger than the thickness of the single layer film 33, the amount of movement of the image Im1 is determined by the change in the refraction angle due to the change in wavelength and the distance Dp.
  • Changes in the refraction angle are determined by the apex angle ⁇ and the refractive index n p of the prism, so by knowing the refractive index n p of the prism, the apex angle ⁇ , and the distance D p between the optical prism 52 and the array type photodetector 51 in advance, the wavelength can be adjusted. It is possible to calculate the amount of movement of the image according to the change in .
  • the light intensity wavelength measurement method of this embodiment is as follows: A method for detecting the intensity of light propagating through a plurality of optical fibers using an optical monitoring device, the method comprising: a branching procedure in which the spatial optical system 30 branches part of the incident light from the plurality of optical fibers 11 in a first direction and the rest in a second direction at a constant branching ratio; a light receiving procedure in which the array type light receiving element 51 receives the emitted light 43 from the spatial optical system 30 in the second direction; Equipped with In the light receiving procedure, The optical prism 52 causes the array type light receiving element 51 to receive light at different positions on the light receiving surface depending on the wavelength of the emitted light 43, The wavelength of the emitted light 43 is determined based on the position of the emitted light 43 on the light receiving surface.
  • the arithmetic processing unit 53 calculates the light intensity of each input optical fiber F1 to F4 using Equation 2 (S11), The output matrix is calculated using Equation 1 while changing the wavelength of the reference matrix for each input optical fiber F1 to F4 (S12 to S15), and the wavelength closest to the actual output matrix is determined (S17). , the wavelengths of the respective input side optical fibers F1 to F4 can be determined (S18 to S21).
  • the calculation of the output matrix is as follows: Move the reference matrix SF1' of the optical fiber to be measured in wavelength according to the wavelength (S12), Create a composite image using the reference image obtained from the reference matrix SF1' (S13), Calculate the difference value between the image received by the array type light receiving element 51 and the created composite image (S14), This difference value calculation is performed for all communication wavelengths (S15).
  • step S17 the wavelength with the smallest difference value from among the difference values calculated in step S14 is output as the wavelength measurement result of the optical fiber to be measured.
  • the arithmetic processing unit 53 can determine the wavelength of each of the input side optical fibers F1 to F4 by performing steps S12 to S17 for the input side optical fibers F1 to F4 (S18).
  • the arithmetic processing unit 53 calculates the light intensity of each of the input side optical fibers F1 to F4 using the obtained wavelength of each input side optical fiber F1 to F4 and the general inverse matrix ⁇ SF1 SF2 SF3 SF4 ⁇ + ( S20). Thereby, the arithmetic processing unit 53 outputs the wavelength and light intensity of each optical fiber F1 to F4 as a light intensity measurement result.
  • the calculation processing unit 53 calculates the light intensity again using Equation 2 to calculate more accurate light intensity.
  • the reference matrix of each input-side optical fiber F1 to F4 is set to a position corresponding to the previous wavelength measurement result, and the reference matrix of the input-side optical fiber F1 to F4 to be measured is set to a position corresponding to the previous wavelength measurement result. It is only necessary to move the wavelength according to the wavelength. Furthermore, by repeating this process several times, more accurate wavelength and light intensity calculations can be expected.
  • the optical monitoring device of the present disclosure is an optical monitoring device that detects the intensity of light propagating through a plurality of optical fibers, and splits incident light using a single layer film 33 having a uniform thickness. do.
  • the outgoing light 34 in the second direction passes through the optical prism 52 and reaches the array type light receiving element 51 at an outgoing angle that varies depending on the wavelength. Therefore, since the light intensity detected by each light receiving element changes depending on the wavelength, the wavelength reached can be determined from this change. Therefore, according to the present disclosure, it is possible to simultaneously measure the optical intensity and wavelength of optical signals passing through multiple optical fibers.
  • the wavelength dependent part is the optical prism 52
  • the wavelength dependent part is not limited to a form that uses the wavelength dependence of the refraction angle, but may also be a form that uses the wavelength dependence of the reflection angle, etc. Any mode may be adopted that allows the emitted light to enter different positions on the light-receiving surface of the array type light-receiving element 51 depending on its wavelength.
  • the present disclosure has shown an example in which the single layer film 33 is an air layer, it may be made of glass or resin.
  • the spatial optical system 30 is not limited to a cubic shape, but may have any shape such as a rectangular parallelepiped. Further, regarding the arrangement of the array type light receiving element 51, it can be arranged at any position where it can receive the light branched by 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 monitor device of the present disclosure may be mounted on any device used in an optical transmission system, such as a transmitter, a receiver, or a relay device, and the measurement results from the array type light receiving element 51 may be transmitted within the device or outside the device. It can be used for feedback or feedforward to other parts.
  • 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 arithmetic processing unit 53 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 arithmetic processing unit 53 included in the optical monitor device of the present disclosure, and is a program for causing the computer to execute each step of the method executed by the optical monitor device of the present disclosure. This is the program.
  • This disclosure can be applied to the information and communication industry.
  • Incident side optical fiber 12 Output side optical fiber 21: Incident side optical lens 22: Output side optical lens 30: Spatial optical system 30A: Incident side member 30B: Output side member 33: Single layer film 51: Array type light receiving element 52: Optical prism 53: Arithmetic processing unit

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本開示は、複数の光ファイバ用の光モニタデバイスにおいて、光信号の波長をモニタ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、出射する光分岐部と、前記光分岐部から前記第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、前記出射光の波長に応じて、受光面上の異なる位置で前記受光部に受光させる波長依存部を備え、前記受光面上の前記出射光の位置に基づいて、前記出射光の波長を求める、ことを特徴とす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波長測定方法
　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／ケーブルの光ファイバ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光ファイバ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。
　このような光モニタデバイスを構成するための空間光学系として、例えば特許文献２では光分岐に誘電体多層膜を用いている。しかしながら、誘電体多層膜は一般に光の反射率が高いため光モニタデバイスを透過する信号の損失が大きくなるという課題がある。また、誘電体多層膜は一般に特定の波長帯しか反射しないため、ＷＤＭ伝送のような広い波長帯を使う通信のモニタリングには適さないという課題がある。
特許第３４５０１０４号 特開２００４－２１９５２３
　前記課題を解決し、広い波長域の光信号をモニタ可能にする技術として、例えば、フレネル反射を用いて広い波長域の光を抽出し、一括で複数の光ファイバの光信号の強度を測定することが考えられる。しかしながらこの方法では、全ての波長が同様に抽出されるため、抽出された光信号の波長を知ることはできない。
　本開示は、複数の光ファイバ用の光モニタデバイスにおいて、広い波長域の光信号の波長をモニタ可能にすることを目的とする。
　上記目的を達成するために、本開示の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、
　入射光の一部を第１の方向へ、残りを第２の方向へ特定の分岐比で分岐し、出射する光分岐部と、
　前記光分岐部から前記第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、
　前記出射光の波長に応じて、受光面上の異なる位置で前記受光部に受光させる波長依存部を備え、
　前記受光面上の前記出射光の位置に基づいて、前記出射光の波長を求める。
　本開示の方法は、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検出する方法であって、
　光分岐部が、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する分岐手順と、
　受光部が、前記光分岐部から第２の方向への出射光を受光する受光手順と、
　を備え、
　前記受光手順において、
　波長依存部が、前記出射光の波長に応じて、受光面上の異なる位置で前記受光部に受光させ、
　前記受光面上の前記出射光の位置に基づいて、前記出射光の波長を求める。
　本開示の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、前記第２方向への出射光は前記波長依存部を透過し、波長によって異なる出射角で前記受光部に到達する。このため、本開示は、前記受光部における各受光素子で検出する光強度が波長によって変化するため、この変化から到達した波長を知ることができる。これにより、本開示の光モニタデバイスは、複数の光ファイバの波長及び光強度を測定することができる。
　前記光分岐部が、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、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。
　前記波長依存部は、前記第２の方向への出射光が入射され、当該出射光の波長に応じて異なる方向に出射する光学プリズムであってもよい。この場合、前記受光部の受光面が、前記光学プリズムの透過光と略垂直であってもよい。前記光学プリズムと前記アレイ型受光素子の距離が前記単層膜の厚みと比べて十分大きくてもよい。
　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。
　本開示は、複数の光ファイバ用の光モニタデバイスにおいて、広い波長域の光信号の波長をモニタ可能にすることができる。
本開示の光モニタデバイスの実施形態例を示す。 空間光学系を伝搬する光の一例を示す。 受光素子に到達した出射光の像の一例を示す。 受光素子に到達した出射光の像の一例を示す。 入射側光ファイバの配置例を示す。 受光素子に到達した出射光の像の一例を示す。 受光素子に到達した出射光の像の一例を示す。 本開示の光強度及び波長の測定方法の一例を示す。
　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）
　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４１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次元配列状に配置された、複数の光を伝搬する入射側光ファイバ１１と、
　前記空間光学系１１から第１の方向へ出射される大部分の出射光４２を受光するように配置された、複数の光を伝搬する出射側光ファイバ１２と、
　前記空間光学系３０から第２の方向へ出射される一部の出射光４３を受光するように配置されたアレイ型受光素子５１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、効率よく入射側光ファイバ１１に対応する出射側光ファイバ１２に結合する出射側光学レンズ２２と、
　を有する。
　本開示は、アレイ型受光素子５１が前記第２の方向への出射光を受光することで、
　（ｉ）アレイ型受光素子５１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。また本開示において、空間光学系３０が本開示の「光分岐部」として機能し、アレイ型受光素子５１が本開示の「受光部」として機能する。
　さらに、本実施形態の光モニタデバイスでは、図２に例示すように、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４１の光軸と特定の角度をもって設けられている。
　図１及び図２では、特定の角度が４５度であり、出射光４３の方向が９０度である例を示すが、出射光４３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、図２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からの入射光は入射側光学レンズ２１で平行光となるため、拡散による損失を防ぐことができる。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光学プリズム５２で屈折し、光学プリズム５２からの透過光４４がアレイ型受光素子５１に導かれる。光学プリズム５２は本開示の「波長依存部」として機能し、光学プリズム５２での屈折角は波長に依存して変化する。この結果、演算処理部５３は、アレイ型受光素子５１の各素子に入射する光量は入射側光ファイバ１１の光強度と波長の２つに応じて変化するため、この変化から本実施形態の光モニタデバイスは、入射側光ファイバ１１から出射側光ファイバ１２に伝搬する光の強度と波長を測定できる。
　図３Ａ及び図３Ｂは、アレイ型受光素子５１の受光面における受光素子の配置と各入射側光ファイバ１１から到達した出射光４３の像を例示したものである。例として、図４に示すように、４本の入射側光ファイバＦ１～Ｆ４が、２本ずつ一定のピッチで２次元配列されて、同じ波長λ０の光を出射しているとする。また、２５個の受光素子Ｍ１～Ｍ２５が、一定のピッチで２次元配列されているとする。本開示では入射側光ファイバＦ１～Ｆ４のピッチと受光素子Ｍ１～Ｍ２５のピッチは合っておらず、特段の調心も行わない。この時、アレイ型受光素子５１の受光面上では、図３Ａのように、入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の配置に応じた位置に、４つの出射光４３の像Ｉｍ１～Ｉｍ４ができる。
　ここで、アレイ型受光素子５１の受光面が光学プリズム５２から出射される透過光４４と概ね垂直になるように配置されていると、入射側光ファイバＦ１からの入射光４１の波長λ１が変わった場合、光学プリズム５２での屈折角が変わるので受光面での像Ｉｍ１～Ｉｍ４の位置が変わる。例えば、図５Ｂの点線で示すＩｍ１’のように、入射側光ファイバＦ１の像Ｉｍ１の位置が変わったとする。
　この時、図３Ａの像は図５Ａに示したとおり、各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の１本ずつからの像（リファレンス画像）の和に等しくなる。このため、図３Ｂの像は、図５Ｂに示したとおり、入射側光ファイバＦ１のリファレンス画像を波長の違いによる像の位置の移動量だけ移動した後に他の入射側光ファイバＦ２～Ｆ４の像と足し合わせた結果に等しくなる。
　各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４から波長λ０の単位光強度の光を個別に出射した時のアレイ型受光素子５１の出力行列（リファレンス行列）をＳＦ１～ＳＦ４、各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４が光強度ＰＦ１～ＰＦ４で出射したときのアレイ型受光素子５１の出力行列Ｘ０は、以下の式１で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　この時、各光ファイバの光強度ＰＦ１～ＰＦ４は｛ＳＦ１　ＳＦ２　ＳＦ３　ＳＦ４｝の一般逆行列｛ＳＦ１　ＳＦ２　ＳＦ３　ＳＦ４｝＋を用いて、以下の式２で求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　予めリファレンス行列を測定しておくことで、全ての入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の波長がλ０の時の各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の光強度をアレイ型受光素子５１の出力行列Ｘ０から算出できる。
　ここで、例えば入射側光ファイバＦ１の波長がλ１に変わったとすると、行列ＳＦ１をλ１に相当する像Ｉｍ１の移動量分だけ移動したリファレンス行列ＳＦ１´を用いることで、λ０の時と同様に、波長λ１での像Ｉｍ１´の光強度を求めることができる。光学プリズム５２とアレイ型受光素子５１の距離Ｄｐが単層膜３３の厚みに比べて十分大きい場合、像Ｉｍ１の移動量は、波長の変化による屈折角の変化と距離Ｄｐによって定められる。屈折角の変化はプリズムの頂点角θと屈折率ｎｐで決まるので、予めプリズムの屈折率ｎｐ、頂点角θ、光学プリズム５２とアレイ型受光素子５１の距離Ｄｐを知ることで、波長の変化に応じた像の移動量を算出することができる。
　そこで、本実施形態の光強度波長測定方法は、
　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検出する方法であって、
　空間光学系３０が、複数の光ファイバ１１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する分岐手順と、
　アレイ型受光素子５１が、空間光学系３０から第２の方向への出射光４３を受光する受光手順と、
　を備え、
　前記受光手順において、
　光学プリズム５２が、出射光４３の波長に応じて、受光面上の異なる位置でアレイ型受光素子５１に受光させ、
　前記受光面上の出射光４３の位置に基づいて、出射光４３の波長を求める。
　具体的には、受光手順において、図６に示すように、演算処理部５３が、式２を用いて各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の光強度を算出し（Ｓ１１）、算出した光強度を用い、入射側光ファイバＦ１～Ｆ４毎にリファレンス行列の波長を変化させながら式１を用いて出力行列を計算し（Ｓ１２～Ｓ１５）、実際の出力行列に最も近づく波長を求めることで（Ｓ１７）、各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の波長を求めることができる（Ｓ１８～Ｓ２１）。
　出力行列の計算は、具体的には、
　波長測定対象の光ファイバのリファレンス行列ＳＦ１´を波長に応じて移動し（Ｓ１２）、
　リファレンス行列ＳＦ１´で得られるリファレンス画像を用いて合成画像を作成し（Ｓ１３）、
　アレイ型受光素子５１で受光された画像と作成された合成画像の差分値を算出し（Ｓ１４）、
　この差分値の算出を、全通信波長について実施する（Ｓ１５）。
　ステップＳ１７では、ステップＳ１４で算出した差分値のなかから、最も差分値の小さい波長を波長測定対象光ファイバの波長測定結果として出力する。
　演算処理部５３は、このステップＳ１２～Ｓ１７を入射側光ファイバＦ１～Ｆ４について行うことで（Ｓ１８）、各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の波長を求めることができる。演算処理部５３は、得られた各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の波長と、一般逆行列｛ＳＦ１　ＳＦ２　ＳＦ３　ＳＦ４｝＋を用いて、各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の光強度を算出する（Ｓ２０）。これにより、演算処理部５３は、各光ファイバＦ１～Ｆ４の波長及び光強度を光強度測定結果として出力する。
　図６に破線矢印で示すとおり、演算処理部５３が、各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４の波長が求まった後に、もう一度、式２で光強度を算出することで、より正確な光強度を算出できる。この場合、第２のステップでは、「各入射側光ファイバＦ１～Ｆ４のリファレンス行列を前回の波長測定結果に応じた位置とした上で、波長測定対象の入射側光ファイバＦ１～Ｆ４のリファレンス行列を波長に応じて移動する」ようにすればよい。さらに、この処理を数回繰り返すことで、より正確な波長と光強度の算出が期待できる。
（本開示の効果）
　以上に記載の通り、本開示の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、一様な厚さを有する単層膜３３を用いて入射光を分岐する。分岐された入射光のうち第２方向への出射光３４は、前記光学プリズム５２を透過し、波長によって異なる出射角でアレイ型受光素子５１に到達する。このため、各受光素子で検出する光強度が波長によって変化するため、この変化から到達した波長を知ることができる。したがって、本開示は、一括で複数の光ファイバを通る光信号の光強度と波長を測定することが可能である。
　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、波長依存部が光学プリズム５２である例を示したが、波長依存部は、屈折角の波長依存性を用いる形態に限らず、反射角の波長依存性を用いるものなど、第２の方向への出射光をその波長によってアレイ型受光素子５１の受光面上の異なる位置に入射させうる任意の態様を採用しうる。
　さらに本開示では単層膜３３が空気層である例を示したが、ガラスや樹脂であってもよい。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。またアレイ型受光素子５１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。
　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、アレイ型受光素子５１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演算処理部５３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演算処理部５３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。
　本開示は情報通信産業に適用することができる。
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
３０：空間光学系
３０Ａ：入射側部材
３０Ｂ：出射側部材
３３：単層膜
５１：アレイ型受光素子
５２：光学プリズム
５３：演算処理部

Claims (5)

  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、出射する光分岐部と、
    　前記光分岐部から前記第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、
    　前記出射光の波長に応じて、受光面上の異なる位置で前記受光部に受光させる波長依存部を備え、
    　前記受光面上の前記出射光の位置に基づいて、前記出射光の波長を求める、
    　ことを特徴とする光モニタデバイス。
  2. 　前記波長依存部は、前記第２の方向への出射光が入射され、当該出射光の波長に応じて異なる方向に出射する光学プリズムであり、
    　前記受光部の受光面が、前記光学プリズムの透過光と略垂直である、
    　請求項１に記載の光モニタデバイス。
  3. 　前記光分岐部が、
    　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。
  4. 　前記波長依存部と前記受光部の距離が前記単層膜の厚みと比べて大きいことを特徴とする請求項３に記載の光モニタデバイス。
  5. 　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検出する方法であって、
    　光分岐部が、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する分岐手順と、
    　受光部が、前記光分岐部から前記第２の方向への出射光を受光する受光手順と、
    　を備え、
    　前記受光手順において、
    　波長依存部が、前記出射光の波長に応じて、受光面上の異なる位置で前記受光部に受光させ、
    　前記受光面上の前記出射光の位置に基づいて、前記出射光の波長を求める、
    　ことを特徴とする方法。
PCT/JP2022/029136 2022-07-28 2022-07-28 光モニタデバイス及び光強度波長測定方法 WO2024024038A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/029136 WO2024024038A1 (ja) 2022-07-28 2022-07-28 光モニタデバイス及び光強度波長測定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2022/029136 WO2024024038A1 (ja) 2022-07-28 2022-07-28 光モニタデバイス及び光強度波長測定方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024024038A1 true WO2024024038A1 (ja) 2024-02-01

Family

ID=89705779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/029136 WO2024024038A1 (ja) 2022-07-28 2022-07-28 光モニタデバイス及び光強度波長測定方法

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024024038A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63148391A (ja) * 1986-12-12 1988-06-21 富士電機株式会社 紙幣鑑別装置
JP2000155235A (ja) * 1998-11-19 2000-06-06 Canon Inc 光分岐・合流部を持つ光ファイバ及び光分岐・合流構造
US20040046109A1 (en) * 2002-09-05 2004-03-11 Chen Peter C. Method and apparatus for high speed interrogation of fiber optic detector arrays
JP2004240415A (ja) * 2003-01-14 2004-08-26 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 光ファイバタップ
US20070008623A1 (en) * 2005-07-11 2007-01-11 Seiden Harold N Compact self-compensating beam splitter apparatus and method of using
WO2010025536A1 (en) * 2008-09-08 2010-03-11 National Research Council Of Canada Thin film optical filters with an integral air layer
WO2019187051A1 (ja) * 2018-03-30 2019-10-03 日本電気株式会社 光増幅器、光増幅器の制御方法及び光通信システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63148391A (ja) * 1986-12-12 1988-06-21 富士電機株式会社 紙幣鑑別装置
JP2000155235A (ja) * 1998-11-19 2000-06-06 Canon Inc 光分岐・合流部を持つ光ファイバ及び光分岐・合流構造
US20040046109A1 (en) * 2002-09-05 2004-03-11 Chen Peter C. Method and apparatus for high speed interrogation of fiber optic detector arrays
JP2004240415A (ja) * 2003-01-14 2004-08-26 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 光ファイバタップ
US20070008623A1 (en) * 2005-07-11 2007-01-11 Seiden Harold N Compact self-compensating beam splitter apparatus and method of using
WO2010025536A1 (en) * 2008-09-08 2010-03-11 National Research Council Of Canada Thin film optical filters with an integral air layer
WO2019187051A1 (ja) * 2018-03-30 2019-10-03 日本電気株式会社 光増幅器、光増幅器の制御方法及び光通信システム

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2790173B2 (ja) 並列光接続装置
CN107923816A (zh) 模式相关损耗测量方法和测量装置
US5666448A (en) Variable splitting optical coupler
CN109211527B (zh) 光纤输出光束轮廓测量方法和光纤输出光束轮廓测量装置
US7212708B2 (en) Optical grating based multiplexer device with power tap capability
US20230318703A1 (en) Optical monitor device
WO2024024038A1 (ja) 光モニタデバイス及び光強度波長測定方法
US7330247B2 (en) Apparatus and method for connecting optical waveguides
WO2024121906A1 (ja) 光モニタデバイス及び光強度測定方法
WO2022249456A1 (ja) 光モニタデバイス及び光強度測定方法
WO2022249455A1 (ja) 光モニタデバイス
US6678439B2 (en) Wavelength division multiplexing and broadcast optical interconnection apparatus
WO2024024024A1 (ja) 光モニタデバイス及び光強度測定方法
US20230050697A1 (en) System for measuring a plurality of physical parameters at a measurement point with a multimode optical fiber
WO2022249454A1 (ja) 光モニタデバイス
US11852863B2 (en) Mode multiplexing/demultiplexing optical circuit
WO2020036218A1 (ja) ラマン利得効率分布試験方法およびラマン利得効率分布試験装置
US7215846B1 (en) Mode discriminating on-chip optical coupler for an optical receiver connected to dual mode/multimode fiber
JP2019169780A (ja) 光通信システム
US6836580B2 (en) Wavelength dispersion compensation system for compensating even for higher-order dispersion
WO2024024042A1 (ja) 光モニタデバイス及び光強度測定方法
US20220221313A1 (en) Device for distributing a signal for measuring wavelength shifts
CN109669249B (zh) 一种双波长双向传输光组件及方法
US7312858B2 (en) Polarization dependency identification
WO2022187541A1 (en) System and method for multicore fiber evaluation using an overfilled launch

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22953127

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1