JP6242630B2 - 光測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光測定装置に関し、詳しくは、光信号の信号パワー測定の改良に関する。

光通信において光ファイバー内を伝送する信号光の信号パワーを測定する方法として、一般的に光スペクトラムアナライザや光波長計などの光スペクトラム測定装置を使用し、スペクトラムから求めることが行われている。これは、伝送するチャネル（波長）が１波長のみの信号光や、波長分割多重通信(WDM: Wavelength Division Multiplex)のように複数のチャネル（波長）が含まれる信号光でも同様である。

図７は、従来から用いられている光スペクトラム測定装置の一例を示す構成ブロック図である。光スペクトラム測定装置で信号のピークパワーを測定する場合には、まず、被測定光源１から入力された信号光のスペクトラムを光学部２で測定し、測定したスペクトラムを演算部３で解析して解析結果を表示部４で表示する。ピークパワーの測定にあたっては、マーカー設定部５で、パワーを測定したいスペクトラムの所望のピークにマーカーを設定する。

信号光スペクトラムの測定方式としては、モノクロメータやポリクロメータを用いた分散分光方式や、干渉計により求めた干渉縞を高速フーリエ変換して求めるフーリエ分光方式などがあるが、いずれの方法でもよい。

ここで、求めたスペクトラムデータは、Ｘ軸が波長値または光周波数値、Ｙ軸がパワー値で表される。なお、以下の説明では、全てＸ軸を波長値として記述しているが、光周波数でも同様に適用できる。

図８は、図７の光スペクトラム測定装置における信号パワー測定の流れの一例を示すフローチャートである。被測定信号光のスペクトラムを測定し（ステップＳ１）、測定したスペクトラムデータを表示部４に表示するとともに、図示しないデータ格納領域に格納する（ステップＳ２）。表示画面上のスペクトラムデータの所望の波長位置にマーカーを設定し（ステップＳ３）、マーカーが設定された位置における波長のパワーを測定する（ステップＳ４）。

大量の情報を伝送する光通信で用いられる光源は、一般的にDFB-LDなどのシングルモードレーザーが用いられる。この光源のスペクトラムは、線幅が非常に狭く、無変調な状態では図９に示すように細い線状のスペクトラムとなる。この１本のスペクトラムを信号１チャネルとし、WDM信号光のスペクトラムでは、複数のチャネルが多重化されたスペクトラムが測定される。

演算部３でスペクトラムを解析して信号パワーを求めるのにあたっては、ユーザーの操作またはスペクトラムデータのピーク位置の自動検索処理によりスペクトラム上のチャネル中心波長の付近でパワーがピークとなる波長の位置にマーカーを設定し、そのマーカー位置におけるパワーの測定値をそのチャネルの信号パワー値として表示部４に表示する。

図９に示す無変調の信号光のように、信号部分のスペクトラム幅が光スペクトラム測定装置の波長分解能以下の場合には、信号パワーは信号部分のスペクトラムのピークレベルで測定することができる。たとえば、信号パワーが-10dBm（0.1mW）の無変調な光信号のスペクトラムを測定した場合、図９のように光スペクトラム測定装置の波長分解能を0.1nmに設定して測定したスペクトラムのピークレベルは、信号パワーの-10dBmと一致する。

ところで、変調された光信号では、無変調な光信号に比べてスペクトラムが広がる。そのため、光スペクトラム測定装置の波長分解能が測定したスペクトラム幅に比べて狭い場合には、光信号の信号パワーはスペクトラムのピークパワーではなく、広がったスペクトラムを積分したパワーを計算しなければ求めることができない。すなわち、従来のマーカーを用いてピークレベルを測定する方法では、信号パワーを求めることができないことになる。

たとえば、信号レベルが-10dBmの変調された信号光を測定した場合について説明する。
変調された信号光では、図１０に示すようにスペクトラムが広がる。光スペクトラム測定装置の波長分解能を0.1nmに設定してスペクトラムを測定した場合のピークレベルは-15.9dBmとなり、信号レベルの-10dBmより低く測定される。つまり、マーカーを使用してスペクトラムのピークのレベルを求めても、信号レベルを正しく測定することはできない。

そこで、従来の光スペクトラム測定装置には、このような信号レベルを正しく測定する方法として、図１１に示すようにスペクトラムのパワー積分演算を行う範囲の始点と終点にラインマーカーＬＭ１とＬＭ２を設定して積分範囲を指定し、この範囲の積分パワーを求める機能が設けられている。

特許文献１には、隣接するアレイ素子の出力をもとにして簡単な演算により該当する単色光の中心波長とトータルパワーを求めることができる光スペクトラムアナライザの構成が記載されている。

特開平８−２５４４６５号公報

前述のようにラインマーカーにより積分範囲の始点と終点を指定してこの範囲の積分パワーを求める機能を使うことにより広がったスペクトラムからも信号パワーを求めることができるが、計算するためには積分範囲の始点と終点を指定する必要がある。つまり、チャネルの中心波長から積分範囲パラメータ（Δλ）の位置となる積分始点・終点位置を計算し、その位置にラインマーカーを設置する必要があり、手間がかかって不便である。

さらに、チャネルが複数あるＷＤＭ信号光において、複数のチャネルそれぞれで信号レベルを求める場合、各チャネルで信号レベルを計算する度にラインマーカーを積分範囲の位置に設置し直して演算をさせなければならず、非常に手間がかかる。

変調光の信号レベルを測定する他の方法として、図１２に示すように光スペクトラム測定装置の波長分解能を変調により広がるスペクトラム幅より広く設定してスペクトラムを測定し、そのピークパワーを測定する方法もある。

しかしこの方法では、波長分解能を広めにするためにＷＤＭ信号光などでは隣のチャネルとスペクトラムが分離できなかったり、信号光の信号対雑音比（SN比）を測定する際に信号成分とノイズ成分でスペクトラムを分離して測定できなくなる恐れがある。

信号光のSN比を測定する場合には、信号成分とノイズ成分のスペクトラムを分離して測定することから、光スペクトラム測定装置の波長分解能を狭く設定して測定する必要がある。具体的には、波長分解能を広めに設定してスペクトラムを測定して信号レベルを測定し、続いて波長分解能を狭めに設定してスペクトラムを測定してノイズレベルを測定することになり、SN比の測定に手間と時間がかかってしまう。

本発明は、これらの課題を解決するものであって、その目的は、指定した波長を中心とした積分範囲内の積分パワーを簡単な操作で測定できるようにし、変調光などの広がりのあるスペクトラムでも積分パワーを容易に測定できる光測定装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、
表示画面に表示される測定対象光のスペクトラムからパワーを測定するように構成された光測定装置において、
前記スペクトラム上の所望の波長位置にマーカーを設定するマーカー設定手段と、
積分演算対象の波長範囲を定めるための波長間隔をあらかじめ設定し、前記設定されたマーカーの波長位置から前記あらかじめ設定された波長間隔を減じて得た波長位置を始点とし、前記設定されたマーカーの波長位置から前記あらかじめ設定された波長間隔を加えて得た波長位置を終点として定める波長範囲を前記パワーの測定範囲として設定する波長範囲設定手段と、
を設け、
前記パワーは、前記設定された波長範囲のスペクトラムを積分演算して算出されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、表示画面に表示される測定対象光のスペクトラムからパワーを測定するように構成された光測定装置において、
前記スペクトラム上の所望の波長位置にマーカーを設定するマーカー設定手段と、
レベル範囲パラメータをあらかじめ設定し、前記設定されたマーカーの波長位置のパワー値から前記レベル範囲パラメータの値を減じてパワーしきい値を算出し、前記設定されたマーカーの波長位置から短波長側におけるスペクトラムデータのパワー値のうち前記パワーしきい値を最初に下回るパワー値における波長位置を始点とし、前記設定されたマーカーの波長位置から長波長側におけるスペクトラムデータのパワー値のうち前記パワーしきい値を最初に下回るパワー値における波長位置を終点として定まる波長範囲を前記パワーの測定範囲として設定する波長範囲設定手段と、
を設け、
前記パワーは、前記設定された波長範囲のスペクトラムを積分演算して算出されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の光測定装置において、前記波長範囲は、前記測定対象光のスペクトラム波形上に識別可能な表示形態で重畳して表示されることを特徴とする。

これらの構成によれば、指定波長を中心とした積分範囲内の積分パワーを簡単な操作で測定でき、変調光などの広がりのあるスペクトラムでも積分パワーを容易に測定できる光測定装置を実現できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 図１の動作例を示すフローチャートである。 本発明による信号パワー測定画面例である。 本発明による他の信号パワー測定画面例である。 本発明の他の動作例を示すフローチャートである。 広帯域光源のパワー測定画面例である。 従来の光スペクトラム測定装置の一例を示す構成ブロック図である。 図７の信号パワー測定の流れの一例を示すフローチャートである。 無変調信号光のパワー測定例図である。 変調信号光のパワー測定例図である。 変調信号光の他のパワー測定例図である。 変調信号光の他のパワー測定例図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図７と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図７の相違点は、演算部６におけるパワー演算にある。すなわち、図７の演算部３はピークパワーを演算しているのに対し、図１の演算部６は所望の波長範囲における積分パワーの演算を実行する。

図２は、図１のように構成される光スペクトラム測定装置の動作例を示すフローチャートである。まず、被測定信号光のスペクトラムを測定し（ステップＳ１）、測定したスペクトラムデータ（Ｓ（λ））を表示部４に表示するとともに、図示しないデータ格納領域に格納する（ステップＳ２）。

次に、ユーザーの操作またはスペクトラムデータのピーク位置の自動検索処理により、スペクトラム上のチャネル中心波長の付近でパワーがピークとなる波長の位置にマーカーを設定する。これは、ピークとなる波長でなくても、チャネルの中心波長やチャネルの重心波長の場合もある。いずれにせよ、このマーカー位置を中心としてパワーの積分処理をするため、ユーザーは積分範囲が適切となるようにマーカーを設置する。

続いて、あらかじめユーザーにより設定された積分対象とする波長範囲を指定するパラメータ（Δλ）を用いて、マーカー波長（λ_M）を中心とした積分対象となる波長範囲の始点（λ_START）と終点（λ_END）を次の式で求める。
λ_START＝λ_M−Δλ
λ_END＝λ_M＋Δλ （１）

求めた積分波長範囲λ_STARTとλ_ENDから積分パワー（Ｐ）を次の式で求める。

ここで、Δλ_INTERVALはスペクトラムデータS(λ)の波長間隔であり、スペクトラムデータのサンプリング間隔である。RBW(λ)は光スペクトラム測定装置の波長λにおける実効波長分解能である。スペクトラムデータS(λ)をRBW(λ)で割ることで、スペクトラムデータS(λ)を単位波長あたりのパワー値に換算する。実効波長分解能RBW(λ)は、光スペクトラム測定装置で線スペクトラム光源を測定したときの半値全幅で定義されたり、線スペクトラム光源の測定スペクトラムを積分したパワー値をピークパワー値で割って求められる等価雑音帯域幅で定義されたりするものである。

以上の演算により、マーカー波長（λ_M）を中心として、積分範囲パラメータ（Δλ）で指定された積分波長範囲における積分パワーＰを求めることができる。

図３は、本発明による信号パワー測定画面例である。この例では、図１０と同様に、信号レベルが-10dBmの変調された信号光を測定している。図３のピークレベルも-15.9dBmとなるが、本発明に基づいてマーカー波長を中心とした所定の積分波長範囲内でスペクトラムを積分したパワーＰを求めることにより、-10dBmの信号パワーを求めることができる。

さらに、図３では、積分波長範囲λ_STARTからλ_ENDのスペクトラムを太線で表示することにより、積分パワーＰを求めるにあたって使用したスペクトラムデータの積分範囲をわかりやすくしている。なお、線幅の変更に代えて、積分範囲の線分の色を変えて表示してもよい。

積分範囲パラメータ（Δλ）を変更したり、マーカー波長（λ_M）を変更したときは、積分波長範囲や積分パワーＰを再計算し、その結果を表示するとともに、マーカー表示やスペクトラムの太線表示なども更新する。

これらの更新により、積分範囲パラメータ（Δλ）やマーカー位置を変更しても、その結果である積分パワーＰや実際に演算された積分波長範囲を、すぐに画面上で確認することができる。

次に、本発明により無変調な信号光の信号レベルを測定した場合について説明する。
無変調な信号光のスペクトラムは、変調された信号光のようにスペクトラムが広がらないので、ピーク以外の部分、すなわちスペクトラムの裾野の部分のパワーはピークに比べて非常に小さい。

そのため、ピーク位置にマーカーを設置して、マーカー波長（λ_M）と積分範囲パラメータ（Δλ）で決まる積分波長範囲内でパワーを積分した積分パワーＰは、スペクトラムのピーク位置のパワーと一致する。
すなわち、本発明による積分計算で、無変調な信号光の信号パワーも測定できる。

図４は、本発明による他の信号パワー測定画面例である。この例では、５チャネルの光信号を波長分割多重したＷＤＭ信号を測定している。ＷＤＭ信号光のように、複数の信号が含まれるスペクトラムを解析する場合、それぞれのチャネル波長λ₁、λ₂、…、λ_Nにマーカー1,2,…,Nを設定することにより、各チャネルの信号パワーを測定できる。

このとき、積分範囲パラメータ（Δλ）は、全チャネルで共通の値としてもよいし、それぞれのチャネルで別々に設定（Δλ₁、Δλ₂、…、Δλ_N）してもよい。

また、上記実施例では、光通信の信号光のスペクトラムから信号パワーを測定する例について説明したが、本発明の適用範囲は、光通信信号光のスペクトラム測定に限るものではなく、たとえばハロゲンランプなどの光源のスペクトラム測定にも適用できる。

また、光源ではなく、たとえば特定の波長域を透過したり透過を阻止したりするような特性を持つ光フィルターの透過特性を測定したスペクトラムなどにも適用できる。

図５は本発明の他の動作例を示すフローチャートであって、レベル範囲パラメータにより積分範囲を指定する例を示している。まず、被測定信号光のスペクトラムを測定して（ステップＳ１）、測定したスペクトラムデータ（Ｓ（λ））を表示部４に表示するとともに、図示しないデータ格納領域に格納する（ステップＳ２）。

続いて、ユーザーは、スペクトラム上の任意の位置にマーカを設置する（ステップＳ３）。このマーカー位置のレベル値が、積分範囲を求める際の基準点のレベル値となる。

次に、あらかじめユーザーにより設定された積分範囲のパラメータを用いて、積分範囲を求める。積分範囲パラメータは、マーカー位置のレベル値を基準とした相対パワー値（ΔＰ[dB]）で指定する。

そして、マーカー位置のパワー値をＰ_M[dBm]としたとき、そこから積分範囲パラメータである相対パワー値（ΔＰ[dB]）だけレベルが下がったパワーしきい値（Ｐ_TH[dBm]）を次の式で求める。
Ｐ_TH＝Ｐ_M−ΔＰ （３）

次に、積分波長範囲（積分開始波長λ_STARTと積分終了波長λ_END）を求める。
積分開始波長（λ_START）は、現在のマーカー波長（λ_M）から短波長側にスペクトラムデータのパワー値をサーチし、パワー値がパワーしきい値（Ｐ_TH）を最初に下回る位置の一つ長波長側の位置を積分開始波長（λ_START）として求める。このとき、測定スペクトラムデータの最も短波長位置のパワー値がパワーしきい値（Ｐ_TH）を下回らない場合は、その位置を積分開始波長（λ_START）とする。

積分終了波長（λ_END）は、現在のマーカー波長（λ_M）から長波長側にスペクトラムデータのパワー値をサーチし、パワー値がパワーしきい値（Ｐ_TH）を下回る位置の一つ短波長側の位置を積分終了波長（λ_END）として求める。このとき、測定スペクトラムデータの最も長波長位置のパワー値がパワーしきい値（ＰTH）を下回らない場合は、その位置を積分終了波長（λ_END）とする。

すなわち、求めた積分波長範囲（λ_STARTとλ_END）は、現在のマーカー位置のレベル位置（Ｐ_M）を基準として、そこから相対パワー値（ΔＰ[dB]）レベルが下がるまでのスペクトラムデータ範囲である。

次に、求めた積分波長範囲（λ_STARTとλ_END）で、前述の（２）式により積分パワー（Ｐ）を求める。

以上の演算により、マーカー位置のレベル値を基準として、そこから積分範囲パラメータである相対パワー値（ΔＰ[dB]）から求めるパワーしきい値（Ｐ_TH）を上回るレベル範囲内のスペクトラムの積分パワー（Ｐ）を求めることができる。

また、積分範囲を指定する別の方法として、積分波長範囲（λ_STARTとλ_END）を求めずに、
（３）式により求めたパワーしきい値（Ｐ_TH[dBm]）を用いて、スペクトラムデータにおいて、パワーしきい値（Ｐ_TH[dBm]）を越えるスペクトラムデータを積分対象データとする方法もある。

図６は、広帯域光源のパワー測定画面例である。この波長広帯域光源のスペクトラムはスペクトラム測定装置の光学分解能より広いため、マーカーによりスペクトラムのピークレベルを求める方法ではパワー値を求めることはできず、スペクトラムデータを積分して求める必要がある。

図６のスペクトラムは波長の異なる２つの光源を合わせたスペクトラムであることから、スペクトラムのピークが２つある。ここで、それぞれの光源のパワーを測定する場合を例に説明する。

それぞれの光源のパワーを測定するということは、スペクトラムのピーク一つ分の積分パワーを計算することとなる。従来の光スペクトラム測定装置では、スペクトラムのパワー積分演算を行う範囲の始点／終点をラインマーカーなどで指定しなければ、ピーク一つ分の積分パワーを求めることができない。

また、本発明に基づきマーカー波長（λ_M）と積分範囲パラメータ（Δλ）で積分波長範囲を指定して積分パワーＰを求める方法においても、図６のように積分範囲がマーカー位置を中心に左右対称とならない場合には、積分範囲を適切に指定できない場合がある。

ところが、図５に示す本発明の手順によれば、マーカー位置のレベル値を基準として、そこから積分範囲パラメータである相対パワー値（ΔＰ[dB]）下のパワー値までの範囲内で、スペクトラムの積分パワー（Ｐ）を求めることができる。

図６のスペクトラムでは、相対パワー値（ΔＰ[dB]）を５０ｄＢとしている。そのため、マーカー位置を基準として、そこから５０ｄB下がった位置までのスペクトラムを積分範囲として積分パワーを求めることができる。

このように、図５に示す本発明の手順によれば、マーカー位置を中心に左右対称ではないスペクトラムの場合であっても、スペクトラムのピーク一つ分を積分範囲として指定して、積分パワー計算をすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、指定波長を中心とした積分範囲内の積分パワーを簡単な操作で測定でき、変調光などの広がりのあるスペクトラムでも積分パワーを容易に測定できる光測定装置が実現できる。

１ 被測定光源
２ 光学部
４ 表示部
５ マーカー設定部
６ 演算部(積分パワー)

Claims (3)

1. 表示画面に表示される測定対象光のスペクトラムからパワーを測定するように構成された光測定装置において、
   前記スペクトラム上の所望の波長位置にマーカーを設定するマーカー設定手段と、
   積分演算対象の波長範囲を定めるための波長間隔をあらかじめ設定し、前記設定されたマーカーの波長位置から前記あらかじめ設定された波長間隔を減じて得た波長位置を始点とし、前記設定されたマーカーの波長位置から前記あらかじめ設定された波長間隔を加えて得た波長位置を終点として定める波長範囲を前記パワーの測定範囲として設定する波長範囲設定手段と、
   を設け、
   前記パワーは、前記設定された波長範囲のスペクトラムを積分演算して算出されることを特徴とする光測定装置。
2. 表示画面に表示される測定対象光のスペクトラムからパワーを測定するように構成された光測定装置において、
   前記スペクトラム上の所望の波長位置にマーカーを設定するマーカー設定手段と、
   レベル範囲パラメータをあらかじめ設定し、前記設定されたマーカーの波長位置のパワー値から前記レベル範囲パラメータの値を減じてパワーしきい値を算出し、前記設定されたマーカーの波長位置から短波長側におけるスペクトラムデータのパワー値のうち前記パワーしきい値を最初に下回るパワー値における波長位置を始点とし、前記設定されたマーカーの波長位置から長波長側におけるスペクトラムデータのパワー値のうち前記パワーしきい値を最初に下回るパワー値における波長位置を終点として定まる波長範囲を前記パワーの測定範囲として設定する波長範囲設定手段と、
   を設け、
   前記パワーは、前記設定された波長範囲のスペクトラムを積分演算して算出されることを特徴とする光測定装置。
3. 前記波長範囲は、前記測定対象光のスペクトラム波形上に識別可能な表示形態で重畳して表示されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光測定装置。