光回路
【課題】小型で高信頼／低価格な偏光度モニター、ＯＳＮＲモニターに適用可能な光回路を提供する。
【解決手段】入力された光信号を偏波により分離して、２本のアーム導波路にそれぞれ出力する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、２本のアーム導波路の一方に挿入され、偏光光の偏波面を９０°回転する偏波回転器と、２本のアーム導波路を結合する複数の光結合器により構成された多段ラティス型２光束干渉計であって、各段の２本のアーム導波路の少なくとも一方に、２光束間の相対位相を調整する光移相器が形成された多段ラティス型２光束干渉計と、入力された光信号のうち偏光光を、多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうちいずれか一方の出力ポートのみから出力されるように光移相器を制御する制御回路とを備えた。
【解決手段】入力された光信号を偏波により分離して、２本のアーム導波路にそれぞれ出力する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、２本のアーム導波路の一方に挿入され、偏光光の偏波面を９０°回転する偏波回転器と、２本のアーム導波路を結合する複数の光結合器により構成された多段ラティス型２光束干渉計であって、各段の２本のアーム導波路の少なくとも一方に、２光束間の相対位相を調整する光移相器が形成された多段ラティス型２光束干渉計と、入力された光信号のうち偏光光を、多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうちいずれか一方の出力ポートのみから出力されるように光移相器を制御する制御回路とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回路に関し、より詳細には、光通信システムにおいて偏光度モニター、光信号対雑音強度比（ＯＳＮＲ）モニターとして適用可能な光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいては、異常時の予備系切り替え、故障箇所の同定のために、伝送路上の光信号を監視することが、システムの可用性向上に欠かせない重要な機能の一つとなっている。近年、低コストで柔軟な大容量伝送網を構築できる再構成可能光分岐挿入波長多重（ＲＯＡＤＭ）技術、波長クロスコネクト（ＷＸＣ）技術等の光トランスペアレントノード技術が、光通信システムに適用されている。このような通信システムでは、波長チャンネル毎に光信号の経路が異なるので、各光ノードにおいて、各々のチャンネルの光信号を個別に監視する必要がある。
【０００３】
多くの場合、光信号の個別の監視は、各チャンネルの光パワーレベルをモニターすることにより行っている。この光パワーレベルモニターによる監視は、基本的に信号の有無を監視するのみで、信号の品質を監視することができない。近年、光信号品質を監視するために、光パワーレベルだけでなく、光信号対雑音強度比（ＯＳＮＲ）もモニターすることへの要望が高まっている。ＯＳＮＲは、ビット誤り率（ＢＥＲ）との相関が大きい指標値である。従って、ＯＳＮＲをモニターすることにより、ＢＥＲを直接測定しなくても、信号品質をある程度把握することが可能となる。なお、光ファイバアンプを用いた光中継伝送システムにおいては、雑音光強度は、光ファイバアンプで生じる非誘導放出（ＡＳＥ）光強度で決まる。従って、光中継伝送システムにおいては、ＯＳＮＲにおける雑音光強度とは、単位波長（０．１ｎｍ）当たりのＡＳＥ光強度のことを指す。
【０００４】
ＯＳＮＲの計測方法としては、ＡＳＥ補間法、偏光消光法等が知られている（例えば、非特許文献１参照）。図１に、従来のＡＳＥ補間法によるＯＳＮＲ計測の概略を示す。図１（ａ）に示すように、グレーティング、または、波長可変バンドパスフィルター等を用いた分光器で、測定対象となる光信号の光スペクトルを計測する。ＡＳＥ補間法は、図１（ｂ）に示すように、信号光の周辺波長におけるＡＳＥ光強度から信号波長におけるＡＳＥ光強度を補間推定し、ＯＳＮＲを算出する方法である。ＡＳＥ補間法によるＯＳＮＲモニターは、グレーティング、または波長可変バンドパスフィルター等を用いた分光器、すなわち既存技術である光スペクトルアナライザーだけで構成され、測定方法としても確立された標準的な技術であるので、実際の光通信システムでもしばしば用いられている。
【０００５】
しかしながら、近年の通信技術の高度化に伴い、ＡＳＥ補間法を用いたＯＳＮＲモニターでは、正確にＯＳＮＲを測定することが困難になってきている。第１に、伝送レートの上昇による光信号スペクトルの広帯域化、波長チャンネルの狭間隔化の問題がある。図２（ａ）に示すように、光信号スペクトル幅に対して相対的に各波長チャンネルの光信号スペクトル間の間隔が狭くなると、周辺ＡＳＥ光強度をバックグランドレベルとして明確に観測することが難しくなる。この問題に対しては、分光器の分解能を向上させることである程度は対応できる。しかし、各信号チャンネルが隙間無く配置されるまで密度が向上すると、分解能を究極まで向上させても周辺ＡＳＥ光を単独で測定スペクトルに見出すことはできなくなる。また、一般的に分解能の高い分光器は、装置が大型化するので、無闇に高分解能化をすることはできない。
【０００６】
第２に、光トランスペアレントノード技術の導入により、光信号がノードを通過するたびに合分波器によるフィルタリングを受けるという問題がある。フィルタリングによって、図２（ｂ）に示すように、光信号スペクトル周辺のＡＳＥ光は減衰してしまうので、正確なＡＳＥ光強度を測定することが難しくなる。実際には、これら第１と第２の両方の阻害状況が同時に発生しつつあり、ＡＳＥ光強度の測定、ＯＳＮＲの測定をいっそう困難にしている。
【０００７】
図３に、従来の偏光消光法によるＯＳＮＲ計測の概略を示す。偏光消光法は、信号光は偏光光であるのに対して、ＡＳＥ光は無偏光光であることを利用して、ＡＳＥ光を分離し、ＯＳＮＲを評価する方法である。具体的には、図３（ａ）に示すように、測定対象となる信号光を偏波制御器と検光子とを用いて消光させることで、ＡＳＥ光を分離する。
【０００８】
図３（ｂ）は、検光子に対して信号光が透過するように偏波制御器を動作させた時、即ち、最も透過光量が多くなるように偏波制御した時のスペクトルである。信号光に片偏波分のＡＳＥ光を加えたスペクトルが計測される。一方、図３（ｃ）は、検光子に対して信号光が遮断されるように偏波制御器を動作させた時、即ち、最も透過光量が少なくなるように偏波制御した時のスペクトルである。片偏波分のＡＳＥ光のみのスペクトルが計測される。この両者のスペクトル強度を比較することにより、ＯＳＮＲを求めることができる。この方法は、偏光度（ＤＯＰ）を計測することによりＯＳＮＲを求めていることと等価になる。
【０００９】
ＡＳＥ補間法は、信号帯域外のスペクトル情報を用いてＯＳＮＲ評価を行うので、ＯｕｔＢａｎｄＯＳＮＲ評価と呼ばれている。これに対して、偏波消光法は、信号帯域内のスペクトル情報のみでＯＳＮＲ評価を行うことができるので、ＩｎＢａｎｄＯＳＮＲ評価と呼ばれている。このように、偏波消光法は、信号光スペクトル周辺のＡＳＥ光スペクトル情報を必要としないので、上述のＡＳＥ補間法のような問題が生じないことから、最近注目されつつある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】波平宣敬編、「ＤＷＤＭ光測定技術」、オプトロニクス社、p.94-99、平成13年3月10日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、偏波消光法を用いた上述の測定器は、バルク技術で作製された偏波制御器／検光子を用いているため、サイズが大型化し、価格が高価になるという問題があった。また、機械的に偏波制御器／検光子を駆動するため、信頼性上の問題もあった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、集積光回路技術を用いて、小型で高信頼／低価格な偏光度モニター、ＯＳＮＲモニターに適用可能な光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施態様は、入力された光信号を偏波により分離して、２本のアーム導波路にそれぞれ出力する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、前記２本のアーム導波路の一方に挿入され、偏光光の偏波面を９０°回転する偏波回転器と、前記２本のアーム導波路を結合する複数の光結合器により構成された多段ラティス型２光束干渉計であって、各段の前記２本のアーム導波路の少なくとも一方に、２光束間の相対位相を調整する光移相器が形成された多段ラティス型２光束干渉計と、前記入力された光信号のうち偏光光を、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうちいずれか一方の出力ポートのみから出力されるように前記光移相器を制御する第１の制御回路とを備えた光回路である。
【００１４】
この光回路を、前記入力された光信号を、偏光光である信号光と無偏光光であるＡＳＥ光とに分離して、偏光度（ＤＯＰ）を測定する偏光度モニターとすることができる。
【００１５】
この光回路と、光回路の入力に接続された光フィルターとを備えることによりＯＳＮＲモニターとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、集積光回路技術を用いた光回路により、小型で高信頼／低価格な偏光度モニター、ＯＳＮＲモニターに適用可能な光回路を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のＡＳＥ補間法によるＯＳＮＲの計測方法を説明するための図である。
【図２】従来のＡＳＥ補間法における課題を説明するための図である。
【図３】従来の偏光消光法によるＯＳＮＲの計測方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態にかかる偏光度モニターの最大値化制御回路の第１の例を示す図である。
【図６】第１の実施形態にかかる偏光度モニターの最大値化制御回路の第２の例を示す図である。
【図７】第１の実施形態において測定値をハード的に算出する例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す図である。
【図９】第２の実施形態にかかる偏光度モニターの最大値化制御回路と等値化制御回とを示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態にかかるＯＳＮＲモニターの構成を示す図である。
【図１３】ステップ挿印型ＯＳＮＲモニターの実施例を示す図である。
【図１４】実施例にかかるＯＳＮＲモニターの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
（偏光度モニター・第１の実施形態）
図４に、本発明の第１の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す。偏光度モニターは、測定対象となる光信号を入力し、いずれか一方の偏光に変換して出力する干渉計光回路１０ａと、干渉計光回路１０ａから出力される光信号を電気信号に変換する光電変換器２０ａ，２０ｂと、干渉計光回路１０ａの２つの出力ポートからの出力の差を最大値化する最大値化制御回路３０とを備える。干渉計光回路１０ａは、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１から分岐した２本のアーム導波路が、２箇所の３ｄＢカプラー（光結合器）１２，１３で結合された２段ラティス型の２光束干渉計になっている。各段の２本のアーム導波路には光移相器が設置され、２本のアーム導波路のそれぞれを伝播する光信号（２光束）間の相対位相を調整する位相調整部１４，１５が備えられている。
【００１９】
また、ＰＢＳ１１により分岐された一方のアーム導波路、すなわち前段の干渉計の一方のアーム導波路には、偏光光の偏波面を９０°回転する偏波回転器１６が備えられている。偏波回転器１６は、位相調整部１４と入れ替えた配置としても良い。ただし、位相調整部１４が片方の偏光成分に対してのみ動作する場合には、偏波回転器１６を位相調整部１４の前に配置し、かつ、位相調整部１４が動作する偏光と異なる偏光側のアーム導波路に配置する。光移相器は、両方のアーム導波路に配置し、プッシュプルで動作させる構成としている。位相調整部１４、１５は、２本のアーム導波路間の相対位相を調整できれば良いので、片方のアーム導波路にのみ、光移相器を配置する構成でも構わない。
【００２０】
干渉計光回路１０ａの動作を説明する。入力された光信号は、ＰＢＳ１１によりＴＭ偏光とＴＥ偏光に分離され、それぞれ２本のアーム導波路に出力される。その後、一方の偏光が偏波回転器１６で偏波変換され、もう一方の偏波と同じ向きの偏波となる（図４では、ＴＥ偏光をＴＭ偏光に変換している）。これに続く位相調整部１４，１５および３ｄＢカプラー１２，１３によって、２本のアーム導波路の光は干渉動作をする。ここで、１段目の位相調整部１４の相対移相量を２φとし、２段目の位相調整部１５の相対移相量を−２θとする。干渉計光回路１０ａの出力ポート１、２への出力光の電界Ｅ1、Ｅ2は、入力光の各偏波成分の電界ＥTM、ＥTEを用いて式１のように表せる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
ここで、Ｃ、Ｓはそれぞれ、３ｄＢカプラー１２，１３、位相調整部１４，１５の伝達行列であり、次式の様になる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
これを整理すると、
【００２５】
【数３】
【００２６】
となる。式２の（ＥTE，ＥTM）を入力光のジョーンズベクトル、（Ｅ1，Ｅ2）を出力光のジョーンズベクトルと見立てると、式２の右辺の１番目および２番目の伝達行列
【００２７】
【数４】
【００２８】
は、ポアンカレ球上でＲＬ軸（南極北極軸）を軸中心とする回転操作、ＸＹ軸（赤道中のＴＥ偏波／ＴＭ偏波軸）を軸中心とする回転操作に該当する。従って、如何なる偏光状態での入力、すなわち如何なるＥTM、ＥTEの組であっても、適切な回転操作φ、θにより、ポアンカレ球上で必ずＴＥ偏光又はＴＭ偏光、即ちＥ1のみ又はＥ2のみに変換でき、Ｅ1又はＥ2のいずれか一方をゼロにすることができる。言い換えると、如何なる偏光状態で入力されても、干渉計光回路１０ａにより、入力光をいずれか一方の出力ポートのみに、出力し、他方の出力ポートの出力をゼロにすることができる。
【００２９】
偏光光の場合は、このように２段ラティス回路での干渉動作により、一方の出力ポートに集中させて光を取り出し、他方の出力ポートは消光させることができる。しかしながら、無偏光光の場合は、偏光状態がランダムに高速変動する。別の言い方をすると、入力光スペクトル内で偏光状態がランダムに異なっている。このため、一方の出力ポートに集中させて光を出すことができず、如何なる回転操作φ、θを行っても両方の出力ポートから均等に出力される。さらに、別の言い方をすると、無偏光光は、ＴＥ／ＴＭ偏波成分の位相に相関関係が無い為、干渉動作せず、結果として両方の出力ポートから均等に出力される。このことは、ポアンカレ球上で考えると、無偏光光は、ポアンカレ球の中心に位置する偏光状態（偏光度＝０）であるため、如何なる回転操作φ、θを施しても、偏光状態をポアンカレ球の表面に位置（偏光度＝１）するＴＥ偏光またはＴＭ偏光に変換することができないことに該当する。
【００３０】
偏光度（ＤＯＰ）は、全光の内の偏光光の占める割合のことであり、偏光光強度をＩP、無偏光光度をＩDとすると、ＤＯＰは次式で表される。
【００３１】
【数５】
【００３２】
従って、上述のように適切な回転操作φ、θにより、偏光光ＩPを出力ポート１へ出力した場合、出力ポート１、２への出力光強度をそれぞれＩ1（＝｜Ｅ１｜2）、Ｉ2（＝｜Ｅ２｜2）とすると、
【００３３】
【数６】
【００３４】
であるから、ＤＯＰは、
【００３５】
【数７】
【００３６】
で得ることができる。
【００３７】
次に、回転操作φ、θの制御方法について説明する。上述のようにφ、θの値は、偏光光が片方の出力ポート、例えば出力ポート１のみに出力されるように設定する。従って、（１）出力ポート１の偏光光の出力光強度Ｉ1が最大となるように、または（２）出力ポート２の無偏光光の出力光強度Ｉ2が最小になるように、または、（３）出力ポート１と出力ポート２の出力光強度の差Ｄ＝Ｉ1−Ｉ2が最大になるように、φ並びにθの制御を行えば良い。以下では、（３）の出力ポート間の出力の差Ｄを最大にする制御方法を中心に具体例を説明する。（１）、（２）の方法でも本質的な動作に差が無いことを付記しておく。
【００３８】
図５に、偏光度モニターの最大値化制御回路の第１の例を示す。最大値化制御であるので、基本的には、擾乱、すなわちディザ信号を加え、それによる出力変化を見ながら出力差が最大化するようにφ、θを制御する。ディザ信号発生回路３１は、位相調整部１４，１５を制御するための信号φ、θを与える駆動出力にディザ信号を重担し、ロックイン検出回路３２ａ，３２ｂに遅延回路３５ａ，３５ｂを介してディザ信号を供給する。ここで、電気移相器３４により、φの制御に対して、θの制御に対してはディザ信号の位相を９０°ずらしている。これにより、同一のディザ信号周波数でφ、θの制御を独立に行っている。
【００３９】
ロックイン検出回路３２ａ，３２ｂは、光電変換器２０ａ，２０ｂから対数アンプ３６ａ，３６ｂを介して、２つの出力ポートの出力光の光強度差に応じた電気信号を入力し、ディザ信号による出力変化を、乗算回路及び低域フィルタ（ＬＰＦ）からなる回路によりロックイン検出する。このようにして、ロックイン検出量を誤差信号として、積分回路３３ａ，３３ｂにより積分して、いわゆる積分フィードバック制御を行う。ここでは積分フィードバック制御としているが、必要に応じて積分器を置き換えて、いわゆる比例積分制御（ＰＩ制御）、比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）にしても良い。
【００４０】
図６に、偏光度モニターの最大値化制御回路の第２の例を示す。同じ構成要素には、同じ符号を付してある。第２の例では、２つのディザ信号発生回路３１ａ，３１ｂにより、φとθの制御に、異なるディザ信号周波数を用いている。第１の例の構成は、ディザ信号周波数が一つで良いのがメリットである反面、φ、θを独立動作とするために、φ、θへのディザ信号の位相をきちんと９０°ずらし、かつ、ロックイン検出への参照信号もそれぞれきちんと位相を合わせる必要がある点がデメリットである。一方、第２の例の構成は、この逆でディザ信号周波数を２つ用意しなければならない点がデメリットである反面、参照信号の位相合わせは、第１の例に比べると厳密でない点がメリットである。
【００４１】
なお、最大値化制御回路３０の入力に対数アンプ３６ａ，３６ｂを用いているのは、フィードバック動作を安定にするためである。対数アンプが無い場合は、Ｉ1、Ｉ2の比率α＝Ｉ1／Ｉ2が同じ場合でも入力光レベルによって、差分値Ｉ1−Ｉ2の大きさが異なる。従って、見かけ上、フィードバック係数が入力光レベルによって大きくなったり小さくなったりする。一般に、フィードバック係数を大きくすると、早く目的状態に収束するが、度が過ぎると自励発振を起こして動作が不安定になるため、適切なフィードバック係数が存在する。
【００４２】
対数アンプを使用すると、差分値はｌｏｇ（Ｉ1）−ｌｏｇ（Ｉ2）となるため、比率αが同じであれば、差分値も同じ値になる。従って、入力光レベルが変動しても、フィードバック係数が変動しないため、適切なフィードバック状態を保つことができるので、安定した動作を得ることができる。しかしながら、入力レベルがある範囲に納まっている場合は、上述のような変動があまり大きな問題にならないので、必ずしも対数アンプを用いなくても良い。
【００４３】
また、最大値化制御回路３０において、出力光強度Ｉ2の入力を省略すれば、上述の（１）の出力ポート１の出力光強度Ｉ1を最大化する制御回路となり、出力光強度Ｉ1の入力を省略すれば、上述の（２）の出力ポート２の出力光強度Ｉ2を最小化する制御回路となる。後述の最大値化制御回路５０でも同様である。
【００４４】
図７に、第１の実施形態において測定値をハード的に算出する例を示す。出力光強度から偏光度（ＤＯＰ）、ＯＳＮＲ値をハード的に算出する回路の例を示す。式５で示した偏光度の演算は、図７（ａ）に示すように、光電変換器２０ａ，２０ｂからの出力を、加算器と対数アンプ３６ａ，３６ｂとを組み合わせてハード的に求めることができる。また、ＯＳＮＲ値は、図７（ｂ）に示すように、光電変換器２０ａ，２０ｂからの出力を、加算器、増幅率２の増幅器３７、対数アンプ３６ａ，３６ｂを組み合わせてハード的に求めることができる。本回路は、後述の式８をハード的に実現したものである。もちろん、偏光度、ＯＳＮＲは、２つの出力ポートの出力光の光強度から、式５、式８を用いてソフト的に算出しても良い。
【００４５】
また、図４に示したように、最大値化制御回路３０から位相調整部１４，１５の光移相器を駆動するにあたり、駆動力の不足により移相器を直接駆動できない場合、位相変化が駆動量に対して線形で無い場合には、これを線形に補正する回路を含む適切な駆動回路４０ａ，４０ｂを挿入する。図５，６では図示していないが、必要に応じて、位相調整部１４，１５の保護回路として、最大値化制御回路３０の駆動範囲を制限する回路を付加しても良い。
【００４６】
第１の実施形態において、一方の出力ポートのみに偏光光を出力した時、即ち他方の出力ポートを消光した時、そのときのφ、θの値は入力された偏光光の偏波状態をそのまま表している。従って、第１の実施形態の構成は、偏光度モニターとして機能するだけではなく、偏波状態（ＳＯＰ）モニターとしても機能することができる。以下の実施形態において同様である。
【００４７】
また、第１の実施形態において、いかなる偏波状態の入力光であっても、一方の出力ポートのみに偏光光を出力することができるということは、いわゆる偏波トラッキングができていることを意味する。従って、第１の実施形態の構成を、偏波トラッキング回路としても用いることができる。偏波トラッキング回路は、いかなる偏波状態の偏光光でも、ＴＭ偏光またはＴＥ偏光に変換したい場合に用いる。例えば、偏光依存性の強いデバイスの前段に挿入して、偏波を常に一定にする必要がある場合などに用いることができる。
【００４８】
偏波トラッキング回路として用いる場合には、偏光光を出力させる出力ポートの手前に分岐タップを設けて別の出力ポートを設ければ良い。別の出力ポートからの光は、常に偏波状態が一定の出力となる。また、分岐タップを設けなくても、上述した（２）の制御方法（出力ポート２の出力を最小値化）を適用して、出力ポート２を消光させ、出力ポート１をトラッキング回路の出力としても良い。
【００４９】
上記の干渉計光回路１０ａ中の３ｄＢカプラー１２，１３は、結合率が５０％からずれると入力光の偏光状態によっては偏光光であっても、一方の出力ポートのみに出力することができなくなるため、測定誤差になる。要求される測定精度が厳しくなければ、ある程度のずれは許容されるが、測定精度を確保するためには可能な限り５０％に近い結合率であることが望ましい。
【００５０】
一般に、単純な方向性結合器は、結合率に波長依存性を有している。従って、動作波長範囲の仕様によっては、比較的、波長依存性の小さいマルチモード干渉計（ＭＭＩ）型結合器を用いる。また、波長無依存結合器（ＷＩＮＣ）と呼ばれるマッハツェンダー干渉計の一種であって、僅かな光路長差を設けることにより結合率の波長依存性を小さくした結合器を用いることもできる。さらに、アーム導波路に移相器を備えたマッハツェンダー干渉計を結合率可変カプラーとして用いて、波長依存性による結合率変動分を打ち消すように動作させることもできる。このようにして、所望の波長範囲で結合率５０％となる３ｄＢカプラーを実現することができる。
【００５１】
（偏光度モニター・第２の実施形態）
図８に、本発明の第２の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す。第２の実施形態の干渉計光回路１０ｂは、第１の実施形態の干渉計光回路１０ａに加えて、２段ラティス型２光束干渉計の２段目の干渉計のアーム導波路の光を分岐する分岐タップ１７ａ，１７ｂを備えている。分岐された光信号を、光電変換器２０ｃ，２０ｄにより電気信号に変換し、等値化制御回６０に出力する。
【００５２】
第１の実施形態と同様に、φ、θを制御し偏光光を一方の出力ポートのみに出力させることが動作の基本となる。逆算して考えると、一方の出力ポートに偏光光を出力している時、２段目のアーム導波路には同じ強度で偏光光が伝搬している必要があることが分かる。別の言い方をすると、一方の出力ポートからの光は逆伝搬させると３ｄＢカプラーで２段目のアーム導波路には等分岐される。従って、１段目の位相調整部１４は、２の分岐ポート３，４からの出力光強度Ｉ3、Ｉ4が等出力になるように動作させれば良い。２段目の位相調整部１５は、第１の実施形態と同様に、出力ポート１，２からの出力光強度Ｉ1、Ｉ2の出力差が最大値になるように動作させれば良い。
【００５３】
図９に、第２の実施形態にかかる偏光度モニターの最大値化制御回路と等値化制御回とを示す。図９（ａ）は、θを制御するための最大値制御回路５０であり、基本的な動作は、第１の実施形態で説明した最大値制御回路３０と同じである。
【００５４】
図９（ｂ）は、φを制御するための等値制御回路６０である。等値制御回路６０は、光電変換器２０ｃ，２０ｄから対数アンプ６２ａ，６２ｂを介して、２つの分岐ポートの出力光の光強度に応じた電気信号を入力し、加算器とＰＩＤ制御器６１とにより等値制御を行う。等値制御では、２つの分岐ポートからの出力光強度の差分がゼロになれば良い。従って、差分値がゼロになるようになるようにいわゆる定値制御を行う。本実施形態では、差分値をそのまま誤差信号としてフィードバックするのではなく、差分値に対して定値制御を行うことで、２つのポート間の感度誤差、タップ分岐誤差などを補正することができる。すなわち、差分値がゼロになるように制御するのではなく、２つのポート間の感度差に相当する値（目標値）になるように定値制御を行う。
【００５５】
第２の実施形態は、最大値制御回路が１つで済む点が第１の実施形態と比較したメリットとなる。最大値制御回路は、上述したように、ディザ信号を用いた制御方式なので、定値制御と比べると制御回路が複雑になり、制御回路の調整作業も複雑になる。また、収束速度もディザ信号の周期に律速されるといった、制限事項がある。従って、ディザ信号を用いた制御よりも、定値制御の方が望ましい。一方、第２の実施形態は、分岐タップおよび光電変換器が余分に必要になり、光回路側の構成が複雑になる点が、第１の実施形態と比べたデメリットである。
【００５６】
（偏光度モニター・第３の実施形態）
図１０に、本発明の第３の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す。第３の実施形態の干渉計光回路１０ｃは、第１の実施形態の干渉計光回路１０ａに、干渉計が１段加わって３段ラティス型２光束干渉計になっている。入力光の偏波状態は、時間の経過に伴ってゆっくりと変動することが多い。上述の最大値化制御回路３０でφ、θを連続的に制御した場合、制御値が−π〜＋πの範囲を超えて、遥かに大きな値になることも有りうる。一方、位相調整部１４，１５の位相調整量は有限の値となる。従って、第１の実施形態の構成で連続制御を行った場合、位相調整部１４，１５の調整量の範囲制限のため、変動に追随することができなくなる。
【００５７】
干渉計の動作は、２πの周期で同じ動作を繰り返し、制御値−πとπは光の干渉条件としては同じ条件となる。連続制御ではなく、間欠的に制御動作させるのであれば、制御値は０から再スタートして動作することになる。従って、概ね−π〜＋πの範囲で最適動作点が見つかる。すなわち、−π〜＋πを越えたある時点でモニター動作をストップさせ、調整動作点をリセットすれば問題なく動作する。この瞬断時間は、位相調整部１４，１５の動作速度等に依存するが、通常ミリ秒オーダーであり、問題になるケースは少ない。
【００５８】
第３の実施形態は、干渉計の段数を１段増やすことによって、動作の自由度を一つ増やし、上記のような瞬断を伴うリセット動作をすることなく、制御値を−πから＋πに離散的に動かすことができる。すなわち、自由度が増えたことにより、ある伝達関数を実現するのに、制御値（ξ、ψ、ζ）の組が無限に存在する。これを利用して、無限追随変換回路７０により、制御値（φ、θ）を制御値（ξ、ψ、ζ）に変換し、ラティス回路全体の伝達関数は変えずに、制御値（ξ、ψ、ζ）を変化させることにより無限追随動作を行うことができる。つまり、制御値（ξ、ψ、ζ）を−π〜＋πの範囲で連続的に動かすことにより、実質的にφやθの値を−πから＋πに離散的に動かすことができるので、φやθを無限の範囲で連続的に動かすことができる。
【００５９】
（偏光度モニター・第４の実施形態）
図１１に、本発明の第４の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す。第３の実施形態のラティス回路の段数を１段増やすことによって、４段構成にする。制御値φに対して制御値（ξ、ψ）、制御値θに対して制御値（ζ、υ）という具合に、φ、θそれぞれに対して独立に自由度が一つ多くなる。φ、θそれぞれ独立に無限追随動作を行うことができ、更に制御性が良くなる。
【００６０】
第４の実施形態では、第２の実施形態と同様に、制御値φについては、分岐タップ１７ａ，１７ｂからの出力光強度Ｉ3、Ｉ4に対して定値化制御を行う。制御値θについては、出力ポートからの出力光強度Ｉ1、Ｉ2に対して最大化制御を行う。それぞれ、無限追随変換回路９０は制御値φを制御値（ξ、ψ）に変換し、無限追随変換回路８０は制御値θを制御値（ζ、υ）に変換する。なお、第１の実施形態と同様に、出力ポートからの出力光強度Ｉ1、Ｉ2から最大値制御を行ってφ、θを制御しても良い。
【００６１】
なお、ラティス回路の段数を５段以上にした場合でも、自由度が更に増し、動作させることができる。
【００６２】
（ＯＳＮＲモニター）
図１２に、本発明の一実施形態にかかるＯＳＮＲモニターの構成を示す。上述した偏光度モニターを適用したＯＳＮＲモニターについて説明する。ＯＳＮＲモニターでは、波長多重信号から該当波長チャンネルを抜き出すため、また、信号周辺のＡＳＥ雑音光強度をモニターするために、光フィルターと偏光度モニターとを組み合せる構成が基本となる。
【００６３】
図１２（ａ）は、単波長チャンネル型のＯＳＮＲモニターの構成である。光フィルター１０２で抜き出された信号光および信号光周辺のＡＳＥ雑音光は、上述の偏光度モニター１０１にて信号光およびＡＳＥ雑音光が分離され、分析される。信号光は偏光光、ＡＳＥ雑音光は無偏光光であるので、信号光ＩSは出力ポート１へ、ＡＳＥ雑音光ＩNは出力ポート１及び２へ二分される。従って出力ポート１、２への出力光強度Ｉ1、Ｉ2は、式４と同様に、
【００６４】
【数８】
【００６５】
となる。ＯＳＮＲは、上述したように、信号光強度と雑音評価帯域幅（Ｗ＝０．１ｎｍ）当たりの雑音強度の比であるので、光フィルターの透過域幅がＢ［ｎｍ］とすると、
【００６６】
【数９】
【００６７】
となる。従って、ＯＳＮＲは、
【００６８】
【数１０】
【００６９】
で求めることができる。ここでは、信号光のスペクトル幅は、Ｂに比べて十分狭いと仮定している。もし、この仮定が成り立たない場合は、信号光強度が光フィルターによって過剰に減衰されることになる。この減衰率をＡとすると、１／Ａを式８に乗じることにより、この減衰効果を補正することができる。
【００７０】
図１２（ｂ）は、アレイ型の多波長チャンネル型ＯＳＮＲモニターの構成である。本構成は、光フィルターとして１入力多出力の多出力光フィルター１０３を用いる。多出力光フィルター１０３の出力側に、波長ごとに偏光度モニター１０１をアレイ上に接続することにより、多波長チャンネルのＯＳＮＲモニターを実現する。１入力多出力のフィルター１０３の例としては、例えば、アレイ導波路格子型合分波器などがある。
【００７１】
図１２（ｃ）は、ステップ挿引型ＯＳＮＲモニターの構成である。本構成は、多出力光フィルター１０３と偏光度モニター１０１の間に、多入力１出力の選択光スイッチ１０４を挿入する。時分割測定ではあるが、多チャンネルのＯＳＮＲを１つの偏光度モニター１０１で実現することができ、ハード量を削減することができる。
【００７２】
図１２（ｄ）は、連続挿引型ＯＳＮＲモニターの構成である。本構成は、波長可変フィルター１０５と偏光度モニター１０１とを組み合わせる。時分割測定により、多チャンネルのＯＳＮＲモニターを、少ないハード量で実現することができる。ステップ挿引型では、測定波長チャンネルがフィルターの設計で決められた波長に固定となるが、本構成では任意の波長チャンネルを選ぶことができる。
【００７３】
図１３に、ステップ挿印型ＯＳＮＲモニターの実施例を示す。光フィルターとしてアレイ導波路格子（ＡＷＧ）フィルター２０２を用いる。ＡＷＧへの入出力ポート位置を巧みに選ぶことにより、選択スイッチ２０１の規模と偏光度モニター２０３の数とのバランスを取り、ＯＳＮＲモニター全体の構成要素の規模を抑える。例えば、４８波長チャンネルのＯＳＮＲモニターの場合は、選択スイッチ２０１は１×８の規模、偏光度モニター２０３の数は６個とする。波長チャンネル間隔が１００ＧＨｚであると仮定すると、ＡＷＧの入力ポートは、１００ＧＨｚ間隔になるようにして８ポート配置する。ＡＷＧの出力ポートは、６００ＧＨｚ間隔になるようにして６ポート配置する。ＡＷＧでは、入力ポート／出力ポートの位置が共に同じ方向にずれても、基本的には透過特性が変わらない。従って、上記のように入出力ポートを配置することにより、１００ＧＨｚ間隔４８チャンネル分を全てカバーすることができる。
【００７４】
偏光度モニター２０３として、上述した第２の実施形態の偏光度モニターを使用する。光電変換器として、２４チャンネル分を１チップ上に修正記した光電変換器２０４を使用する。最大値化制御回路と等値制御回路とは図示を省略した。
【００７５】
ここでは、入出力ポートを８ポート／６ポートの組合せとしたが、同様にして、他の組み合わせ、例えば４ポート（１２００ＧＨｚ間隔配置）／１２ポート（１００ＧＨｚ間隔配置）、とすることもできる。
【実施例】
【００７６】
次に、実際に作製した単波長チャンネル型のＯＳＮＲモニターについて説明する。偏光度モニターは、上述した第２の実施形態の偏光度モニターを用いる。シリコン基板上の石英系光導波路を用いて、干渉計光回路１０ｂを作製する。光導波路のコアとクラッドの比屈折率差は１．５％である。偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１は、アーム導波路の一方に応力解放溝が形成されたマッハツェンダー干渉計型のＰＢＳを適用する。応力解放溝により、光導波路に複屈折を生じさせ、アーム導波路間の光路長差がＴＥ偏光に対しては等長に、ＴＭ偏光に対しては半波長になるように設計する。公知の干渉原理により、ＴＥ偏光はクロス経路に、ＴＭ偏光はバー経路に伝搬し、偏波分離動作が実現される。
【００７７】
偏波回転器１６には、半波長板を用いる。波長板の主軸をシリコン基板に対して４５度傾けて挿入することにより、ＴＥ／ＴＭの偏波変換を行っている。石英系導波路を用いているので、位相調整部１４，１５の移相器には、熱光学効果を利用する。具体的には、導波路クラッド直上に形成した薄膜ヒータを用いて、局所的に導波路の温度を制御することで移相器を実現する。石英系導波路の熱光学定数はプラスであるので、温度が上がると屈折率が大きく、すなわち位相は遅れる。従って、プラス方向に位相差を設ける場合は、ＴＥ偏光側のアーム導波路を加熱し、マイナス方向に位相差を設ける場合は、ＴＭ偏光側のアーム導波路を加熱する。また、消費電力低減のため微細加工技術により、薄膜ヒータの周辺のクラッドを削除して、断熱溝を形成しておく。駆動回路４０には、位相差の正負により、駆動する薄膜ヒータを切り替える機構を内蔵した駆動回路を用いる。
【００７８】
３ｄＢカプラー１２，１３には、波長無依存カプラー（ＷＩＮＣ）を用いる。WI N Cは、２つの結合率の異なるカプラーと波長オーダー以下の遅延線との組合せにより実現される。
【００７９】
図１３のＯＳＮＲモニターにも適用できるように、シリコン基板上には、干渉計光回路１０ｂを６回路集積する。このときのチップサイズは３８×１１ｍｍであり、非常にコンパクトに集積することができる。光電変換器２０は、気密封止した半導体光検出器を、シリコン基板の端面に貼り付けて、干渉計光回路１０ｂの出力ポートおよび分岐ポートからの光導波路と結合させている。なお、光電変換器２０の後段にはインピーダンス変換のため、トランスインピーダンスアンプを挿入する。これらの電気回路は、最大値化制御回路３０、及び上述の駆動回路４０と一緒に電子回路基板上に実装する。
【００８０】
偏光度モニターの入力側には、１入力１出力のＡＷＧを光フィルターとして挿入し、単波長チャンネル型のＯＳＮＲモニターを構成する。
【００８１】
入力光信号として、波長可変レーザ光源の出力と、光アンプからのＡＳＥ雑音とを光カプラーで合波した光を用いる。ＯＳＮＲは、光アンプの出力を光減衰器で減衰させることにより調整する。また、入力光信号の偏波状態は、偏波制御器により制御し、任意の偏波状態によりＯＳＮＲモニターの性能を評価する。入力光信号の一部を光タップにより分岐し、光スペクトルアナライザーに入力する。この光スペクトルアナライザーを用いて、従来のＡＳＥ補間法にてＯＳＮＲを計測して、レファレンス値として用いる。
【００８２】
図１４に、実施例にかかるＯＳＮＲモニターの測定結果を示す。横軸は従来のＡＳＥ補間法にて計測したレファレンスのＯＳＮＲ値であり、縦軸は実施例にかかるＯＳＮＲモニターで計測したＯＳＮＲ値である。設定した各ＯＳＮＲ値に対して、ポアンカレ球上で一様に３０ポイント以上の異なる偏波状態にて計測を行っている。実施例にかかるＯＳＮＲモニターの測定誤差は、１０〜２５ｄＢの計測範囲で、０．６ｄＢ以下である。入力光信号を連続光から１０ＧｂｐｓのＮＲＺ変調光信号に変更して測定した結果も同様である。以上のことから、実施例にかかるＯＳＮＲモニターは、ＩｎＢａｎｄのＯＳＮＲモニターとして十分な特性を有している。
【００８３】
以上の実施形態では、具体的な実装技術として、石英系光導波路を用いた。これは石英系光導波路が受動導波路としては最も低損失な導波路であり、良好な特性が得られるからである。しかしながら、他の材料系の導波路、例えば、シリコン導波路、高分子導波路、多元系酸化物や半導体等を用いた導波路を用いた場合でも、本実施形態で示した効果が同様に得られることに変わりは無いことを付記しておく。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 干渉計光回路
１１ 偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１２，１３ ３ｄＢカプラー
１４，１５ 位相調整部
１６ 偏波回転器
１７ 分岐タップ
２０ 光電変換器
３０，５０ 最大値化制御回路
３１ ディザ信号発生回路
３２ ロックイン検出回路
３３ 積分回路
３４ 電気移相器
３５ 遅延回路
３６，６２ 対数アンプ
３７ 増幅器
４０，４１，４２ 駆動回路
６０ 等値制御回路
６１ ＰＩＤ制御器
７０，８０，９０無限追随変換回路
１０１ 偏光度モニター
１０２ 光フィルター
１０３ 多出力光フィルター
１０４ 選択光スイッチ
１０５ 波長可変フィルター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光回路に関し、より詳細には、光通信システムにおいて偏光度モニター、光信号対雑音強度比（ＯＳＮＲ）モニターとして適用可能な光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいては、異常時の予備系切り替え、故障箇所の同定のために、伝送路上の光信号を監視することが、システムの可用性向上に欠かせない重要な機能の一つとなっている。近年、低コストで柔軟な大容量伝送網を構築できる再構成可能光分岐挿入波長多重（ＲＯＡＤＭ）技術、波長クロスコネクト（ＷＸＣ）技術等の光トランスペアレントノード技術が、光通信システムに適用されている。このような通信システムでは、波長チャンネル毎に光信号の経路が異なるので、各光ノードにおいて、各々のチャンネルの光信号を個別に監視する必要がある。
【０００３】
多くの場合、光信号の個別の監視は、各チャンネルの光パワーレベルをモニターすることにより行っている。この光パワーレベルモニターによる監視は、基本的に信号の有無を監視するのみで、信号の品質を監視することができない。近年、光信号品質を監視するために、光パワーレベルだけでなく、光信号対雑音強度比（ＯＳＮＲ）もモニターすることへの要望が高まっている。ＯＳＮＲは、ビット誤り率（ＢＥＲ）との相関が大きい指標値である。従って、ＯＳＮＲをモニターすることにより、ＢＥＲを直接測定しなくても、信号品質をある程度把握することが可能となる。なお、光ファイバアンプを用いた光中継伝送システムにおいては、雑音光強度は、光ファイバアンプで生じる非誘導放出（ＡＳＥ）光強度で決まる。従って、光中継伝送システムにおいては、ＯＳＮＲにおける雑音光強度とは、単位波長（０．１ｎｍ）当たりのＡＳＥ光強度のことを指す。
【０００４】
ＯＳＮＲの計測方法としては、ＡＳＥ補間法、偏光消光法等が知られている（例えば、非特許文献１参照）。図１に、従来のＡＳＥ補間法によるＯＳＮＲ計測の概略を示す。図１（ａ）に示すように、グレーティング、または、波長可変バンドパスフィルター等を用いた分光器で、測定対象となる光信号の光スペクトルを計測する。ＡＳＥ補間法は、図１（ｂ）に示すように、信号光の周辺波長におけるＡＳＥ光強度から信号波長におけるＡＳＥ光強度を補間推定し、ＯＳＮＲを算出する方法である。ＡＳＥ補間法によるＯＳＮＲモニターは、グレーティング、または波長可変バンドパスフィルター等を用いた分光器、すなわち既存技術である光スペクトルアナライザーだけで構成され、測定方法としても確立された標準的な技術であるので、実際の光通信システムでもしばしば用いられている。
【０００５】
しかしながら、近年の通信技術の高度化に伴い、ＡＳＥ補間法を用いたＯＳＮＲモニターでは、正確にＯＳＮＲを測定することが困難になってきている。第１に、伝送レートの上昇による光信号スペクトルの広帯域化、波長チャンネルの狭間隔化の問題がある。図２（ａ）に示すように、光信号スペクトル幅に対して相対的に各波長チャンネルの光信号スペクトル間の間隔が狭くなると、周辺ＡＳＥ光強度をバックグランドレベルとして明確に観測することが難しくなる。この問題に対しては、分光器の分解能を向上させることである程度は対応できる。しかし、各信号チャンネルが隙間無く配置されるまで密度が向上すると、分解能を究極まで向上させても周辺ＡＳＥ光を単独で測定スペクトルに見出すことはできなくなる。また、一般的に分解能の高い分光器は、装置が大型化するので、無闇に高分解能化をすることはできない。
【０００６】
第２に、光トランスペアレントノード技術の導入により、光信号がノードを通過するたびに合分波器によるフィルタリングを受けるという問題がある。フィルタリングによって、図２（ｂ）に示すように、光信号スペクトル周辺のＡＳＥ光は減衰してしまうので、正確なＡＳＥ光強度を測定することが難しくなる。実際には、これら第１と第２の両方の阻害状況が同時に発生しつつあり、ＡＳＥ光強度の測定、ＯＳＮＲの測定をいっそう困難にしている。
【０００７】
図３に、従来の偏光消光法によるＯＳＮＲ計測の概略を示す。偏光消光法は、信号光は偏光光であるのに対して、ＡＳＥ光は無偏光光であることを利用して、ＡＳＥ光を分離し、ＯＳＮＲを評価する方法である。具体的には、図３（ａ）に示すように、測定対象となる信号光を偏波制御器と検光子とを用いて消光させることで、ＡＳＥ光を分離する。
【０００８】
図３（ｂ）は、検光子に対して信号光が透過するように偏波制御器を動作させた時、即ち、最も透過光量が多くなるように偏波制御した時のスペクトルである。信号光に片偏波分のＡＳＥ光を加えたスペクトルが計測される。一方、図３（ｃ）は、検光子に対して信号光が遮断されるように偏波制御器を動作させた時、即ち、最も透過光量が少なくなるように偏波制御した時のスペクトルである。片偏波分のＡＳＥ光のみのスペクトルが計測される。この両者のスペクトル強度を比較することにより、ＯＳＮＲを求めることができる。この方法は、偏光度（ＤＯＰ）を計測することによりＯＳＮＲを求めていることと等価になる。
【０００９】
ＡＳＥ補間法は、信号帯域外のスペクトル情報を用いてＯＳＮＲ評価を行うので、ＯｕｔＢａｎｄＯＳＮＲ評価と呼ばれている。これに対して、偏波消光法は、信号帯域内のスペクトル情報のみでＯＳＮＲ評価を行うことができるので、ＩｎＢａｎｄＯＳＮＲ評価と呼ばれている。このように、偏波消光法は、信号光スペクトル周辺のＡＳＥ光スペクトル情報を必要としないので、上述のＡＳＥ補間法のような問題が生じないことから、最近注目されつつある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】波平宣敬編、「ＤＷＤＭ光測定技術」、オプトロニクス社、p.94-99、平成13年3月10日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、偏波消光法を用いた上述の測定器は、バルク技術で作製された偏波制御器／検光子を用いているため、サイズが大型化し、価格が高価になるという問題があった。また、機械的に偏波制御器／検光子を駆動するため、信頼性上の問題もあった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、集積光回路技術を用いて、小型で高信頼／低価格な偏光度モニター、ＯＳＮＲモニターに適用可能な光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施態様は、入力された光信号を偏波により分離して、２本のアーム導波路にそれぞれ出力する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、前記２本のアーム導波路の一方に挿入され、偏光光の偏波面を９０°回転する偏波回転器と、前記２本のアーム導波路を結合する複数の光結合器により構成された多段ラティス型２光束干渉計であって、各段の前記２本のアーム導波路の少なくとも一方に、２光束間の相対位相を調整する光移相器が形成された多段ラティス型２光束干渉計と、前記入力された光信号のうち偏光光を、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうちいずれか一方の出力ポートのみから出力されるように前記光移相器を制御する第１の制御回路とを備えた光回路である。
【００１４】
この光回路を、前記入力された光信号を、偏光光である信号光と無偏光光であるＡＳＥ光とに分離して、偏光度（ＤＯＰ）を測定する偏光度モニターとすることができる。
【００１５】
この光回路と、光回路の入力に接続された光フィルターとを備えることによりＯＳＮＲモニターとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、集積光回路技術を用いた光回路により、小型で高信頼／低価格な偏光度モニター、ＯＳＮＲモニターに適用可能な光回路を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のＡＳＥ補間法によるＯＳＮＲの計測方法を説明するための図である。
【図２】従来のＡＳＥ補間法における課題を説明するための図である。
【図３】従来の偏光消光法によるＯＳＮＲの計測方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態にかかる偏光度モニターの最大値化制御回路の第１の例を示す図である。
【図６】第１の実施形態にかかる偏光度モニターの最大値化制御回路の第２の例を示す図である。
【図７】第１の実施形態において測定値をハード的に算出する例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す図である。
【図９】第２の実施形態にかかる偏光度モニターの最大値化制御回路と等値化制御回とを示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態にかかるＯＳＮＲモニターの構成を示す図である。
【図１３】ステップ挿印型ＯＳＮＲモニターの実施例を示す図である。
【図１４】実施例にかかるＯＳＮＲモニターの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
（偏光度モニター・第１の実施形態）
図４に、本発明の第１の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す。偏光度モニターは、測定対象となる光信号を入力し、いずれか一方の偏光に変換して出力する干渉計光回路１０ａと、干渉計光回路１０ａから出力される光信号を電気信号に変換する光電変換器２０ａ，２０ｂと、干渉計光回路１０ａの２つの出力ポートからの出力の差を最大値化する最大値化制御回路３０とを備える。干渉計光回路１０ａは、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１から分岐した２本のアーム導波路が、２箇所の３ｄＢカプラー（光結合器）１２，１３で結合された２段ラティス型の２光束干渉計になっている。各段の２本のアーム導波路には光移相器が設置され、２本のアーム導波路のそれぞれを伝播する光信号（２光束）間の相対位相を調整する位相調整部１４，１５が備えられている。
【００１９】
また、ＰＢＳ１１により分岐された一方のアーム導波路、すなわち前段の干渉計の一方のアーム導波路には、偏光光の偏波面を９０°回転する偏波回転器１６が備えられている。偏波回転器１６は、位相調整部１４と入れ替えた配置としても良い。ただし、位相調整部１４が片方の偏光成分に対してのみ動作する場合には、偏波回転器１６を位相調整部１４の前に配置し、かつ、位相調整部１４が動作する偏光と異なる偏光側のアーム導波路に配置する。光移相器は、両方のアーム導波路に配置し、プッシュプルで動作させる構成としている。位相調整部１４、１５は、２本のアーム導波路間の相対位相を調整できれば良いので、片方のアーム導波路にのみ、光移相器を配置する構成でも構わない。
【００２０】
干渉計光回路１０ａの動作を説明する。入力された光信号は、ＰＢＳ１１によりＴＭ偏光とＴＥ偏光に分離され、それぞれ２本のアーム導波路に出力される。その後、一方の偏光が偏波回転器１６で偏波変換され、もう一方の偏波と同じ向きの偏波となる（図４では、ＴＥ偏光をＴＭ偏光に変換している）。これに続く位相調整部１４，１５および３ｄＢカプラー１２，１３によって、２本のアーム導波路の光は干渉動作をする。ここで、１段目の位相調整部１４の相対移相量を２φとし、２段目の位相調整部１５の相対移相量を−２θとする。干渉計光回路１０ａの出力ポート１、２への出力光の電界Ｅ1、Ｅ2は、入力光の各偏波成分の電界ＥTM、ＥTEを用いて式１のように表せる。
【００２１】
【数１】
【００２２】
ここで、Ｃ、Ｓはそれぞれ、３ｄＢカプラー１２，１３、位相調整部１４，１５の伝達行列であり、次式の様になる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
これを整理すると、
【００２５】
【数３】
【００２６】
となる。式２の（ＥTE，ＥTM）を入力光のジョーンズベクトル、（Ｅ1，Ｅ2）を出力光のジョーンズベクトルと見立てると、式２の右辺の１番目および２番目の伝達行列
【００２７】
【数４】
【００２８】
は、ポアンカレ球上でＲＬ軸（南極北極軸）を軸中心とする回転操作、ＸＹ軸（赤道中のＴＥ偏波／ＴＭ偏波軸）を軸中心とする回転操作に該当する。従って、如何なる偏光状態での入力、すなわち如何なるＥTM、ＥTEの組であっても、適切な回転操作φ、θにより、ポアンカレ球上で必ずＴＥ偏光又はＴＭ偏光、即ちＥ1のみ又はＥ2のみに変換でき、Ｅ1又はＥ2のいずれか一方をゼロにすることができる。言い換えると、如何なる偏光状態で入力されても、干渉計光回路１０ａにより、入力光をいずれか一方の出力ポートのみに、出力し、他方の出力ポートの出力をゼロにすることができる。
【００２９】
偏光光の場合は、このように２段ラティス回路での干渉動作により、一方の出力ポートに集中させて光を取り出し、他方の出力ポートは消光させることができる。しかしながら、無偏光光の場合は、偏光状態がランダムに高速変動する。別の言い方をすると、入力光スペクトル内で偏光状態がランダムに異なっている。このため、一方の出力ポートに集中させて光を出すことができず、如何なる回転操作φ、θを行っても両方の出力ポートから均等に出力される。さらに、別の言い方をすると、無偏光光は、ＴＥ／ＴＭ偏波成分の位相に相関関係が無い為、干渉動作せず、結果として両方の出力ポートから均等に出力される。このことは、ポアンカレ球上で考えると、無偏光光は、ポアンカレ球の中心に位置する偏光状態（偏光度＝０）であるため、如何なる回転操作φ、θを施しても、偏光状態をポアンカレ球の表面に位置（偏光度＝１）するＴＥ偏光またはＴＭ偏光に変換することができないことに該当する。
【００３０】
偏光度（ＤＯＰ）は、全光の内の偏光光の占める割合のことであり、偏光光強度をＩP、無偏光光度をＩDとすると、ＤＯＰは次式で表される。
【００３１】
【数５】
【００３２】
従って、上述のように適切な回転操作φ、θにより、偏光光ＩPを出力ポート１へ出力した場合、出力ポート１、２への出力光強度をそれぞれＩ1（＝｜Ｅ１｜2）、Ｉ2（＝｜Ｅ２｜2）とすると、
【００３３】
【数６】
【００３４】
であるから、ＤＯＰは、
【００３５】
【数７】
【００３６】
で得ることができる。
【００３７】
次に、回転操作φ、θの制御方法について説明する。上述のようにφ、θの値は、偏光光が片方の出力ポート、例えば出力ポート１のみに出力されるように設定する。従って、（１）出力ポート１の偏光光の出力光強度Ｉ1が最大となるように、または（２）出力ポート２の無偏光光の出力光強度Ｉ2が最小になるように、または、（３）出力ポート１と出力ポート２の出力光強度の差Ｄ＝Ｉ1−Ｉ2が最大になるように、φ並びにθの制御を行えば良い。以下では、（３）の出力ポート間の出力の差Ｄを最大にする制御方法を中心に具体例を説明する。（１）、（２）の方法でも本質的な動作に差が無いことを付記しておく。
【００３８】
図５に、偏光度モニターの最大値化制御回路の第１の例を示す。最大値化制御であるので、基本的には、擾乱、すなわちディザ信号を加え、それによる出力変化を見ながら出力差が最大化するようにφ、θを制御する。ディザ信号発生回路３１は、位相調整部１４，１５を制御するための信号φ、θを与える駆動出力にディザ信号を重担し、ロックイン検出回路３２ａ，３２ｂに遅延回路３５ａ，３５ｂを介してディザ信号を供給する。ここで、電気移相器３４により、φの制御に対して、θの制御に対してはディザ信号の位相を９０°ずらしている。これにより、同一のディザ信号周波数でφ、θの制御を独立に行っている。
【００３９】
ロックイン検出回路３２ａ，３２ｂは、光電変換器２０ａ，２０ｂから対数アンプ３６ａ，３６ｂを介して、２つの出力ポートの出力光の光強度差に応じた電気信号を入力し、ディザ信号による出力変化を、乗算回路及び低域フィルタ（ＬＰＦ）からなる回路によりロックイン検出する。このようにして、ロックイン検出量を誤差信号として、積分回路３３ａ，３３ｂにより積分して、いわゆる積分フィードバック制御を行う。ここでは積分フィードバック制御としているが、必要に応じて積分器を置き換えて、いわゆる比例積分制御（ＰＩ制御）、比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）にしても良い。
【００４０】
図６に、偏光度モニターの最大値化制御回路の第２の例を示す。同じ構成要素には、同じ符号を付してある。第２の例では、２つのディザ信号発生回路３１ａ，３１ｂにより、φとθの制御に、異なるディザ信号周波数を用いている。第１の例の構成は、ディザ信号周波数が一つで良いのがメリットである反面、φ、θを独立動作とするために、φ、θへのディザ信号の位相をきちんと９０°ずらし、かつ、ロックイン検出への参照信号もそれぞれきちんと位相を合わせる必要がある点がデメリットである。一方、第２の例の構成は、この逆でディザ信号周波数を２つ用意しなければならない点がデメリットである反面、参照信号の位相合わせは、第１の例に比べると厳密でない点がメリットである。
【００４１】
なお、最大値化制御回路３０の入力に対数アンプ３６ａ，３６ｂを用いているのは、フィードバック動作を安定にするためである。対数アンプが無い場合は、Ｉ1、Ｉ2の比率α＝Ｉ1／Ｉ2が同じ場合でも入力光レベルによって、差分値Ｉ1−Ｉ2の大きさが異なる。従って、見かけ上、フィードバック係数が入力光レベルによって大きくなったり小さくなったりする。一般に、フィードバック係数を大きくすると、早く目的状態に収束するが、度が過ぎると自励発振を起こして動作が不安定になるため、適切なフィードバック係数が存在する。
【００４２】
対数アンプを使用すると、差分値はｌｏｇ（Ｉ1）−ｌｏｇ（Ｉ2）となるため、比率αが同じであれば、差分値も同じ値になる。従って、入力光レベルが変動しても、フィードバック係数が変動しないため、適切なフィードバック状態を保つことができるので、安定した動作を得ることができる。しかしながら、入力レベルがある範囲に納まっている場合は、上述のような変動があまり大きな問題にならないので、必ずしも対数アンプを用いなくても良い。
【００４３】
また、最大値化制御回路３０において、出力光強度Ｉ2の入力を省略すれば、上述の（１）の出力ポート１の出力光強度Ｉ1を最大化する制御回路となり、出力光強度Ｉ1の入力を省略すれば、上述の（２）の出力ポート２の出力光強度Ｉ2を最小化する制御回路となる。後述の最大値化制御回路５０でも同様である。
【００４４】
図７に、第１の実施形態において測定値をハード的に算出する例を示す。出力光強度から偏光度（ＤＯＰ）、ＯＳＮＲ値をハード的に算出する回路の例を示す。式５で示した偏光度の演算は、図７（ａ）に示すように、光電変換器２０ａ，２０ｂからの出力を、加算器と対数アンプ３６ａ，３６ｂとを組み合わせてハード的に求めることができる。また、ＯＳＮＲ値は、図７（ｂ）に示すように、光電変換器２０ａ，２０ｂからの出力を、加算器、増幅率２の増幅器３７、対数アンプ３６ａ，３６ｂを組み合わせてハード的に求めることができる。本回路は、後述の式８をハード的に実現したものである。もちろん、偏光度、ＯＳＮＲは、２つの出力ポートの出力光の光強度から、式５、式８を用いてソフト的に算出しても良い。
【００４５】
また、図４に示したように、最大値化制御回路３０から位相調整部１４，１５の光移相器を駆動するにあたり、駆動力の不足により移相器を直接駆動できない場合、位相変化が駆動量に対して線形で無い場合には、これを線形に補正する回路を含む適切な駆動回路４０ａ，４０ｂを挿入する。図５，６では図示していないが、必要に応じて、位相調整部１４，１５の保護回路として、最大値化制御回路３０の駆動範囲を制限する回路を付加しても良い。
【００４６】
第１の実施形態において、一方の出力ポートのみに偏光光を出力した時、即ち他方の出力ポートを消光した時、そのときのφ、θの値は入力された偏光光の偏波状態をそのまま表している。従って、第１の実施形態の構成は、偏光度モニターとして機能するだけではなく、偏波状態（ＳＯＰ）モニターとしても機能することができる。以下の実施形態において同様である。
【００４７】
また、第１の実施形態において、いかなる偏波状態の入力光であっても、一方の出力ポートのみに偏光光を出力することができるということは、いわゆる偏波トラッキングができていることを意味する。従って、第１の実施形態の構成を、偏波トラッキング回路としても用いることができる。偏波トラッキング回路は、いかなる偏波状態の偏光光でも、ＴＭ偏光またはＴＥ偏光に変換したい場合に用いる。例えば、偏光依存性の強いデバイスの前段に挿入して、偏波を常に一定にする必要がある場合などに用いることができる。
【００４８】
偏波トラッキング回路として用いる場合には、偏光光を出力させる出力ポートの手前に分岐タップを設けて別の出力ポートを設ければ良い。別の出力ポートからの光は、常に偏波状態が一定の出力となる。また、分岐タップを設けなくても、上述した（２）の制御方法（出力ポート２の出力を最小値化）を適用して、出力ポート２を消光させ、出力ポート１をトラッキング回路の出力としても良い。
【００４９】
上記の干渉計光回路１０ａ中の３ｄＢカプラー１２，１３は、結合率が５０％からずれると入力光の偏光状態によっては偏光光であっても、一方の出力ポートのみに出力することができなくなるため、測定誤差になる。要求される測定精度が厳しくなければ、ある程度のずれは許容されるが、測定精度を確保するためには可能な限り５０％に近い結合率であることが望ましい。
【００５０】
一般に、単純な方向性結合器は、結合率に波長依存性を有している。従って、動作波長範囲の仕様によっては、比較的、波長依存性の小さいマルチモード干渉計（ＭＭＩ）型結合器を用いる。また、波長無依存結合器（ＷＩＮＣ）と呼ばれるマッハツェンダー干渉計の一種であって、僅かな光路長差を設けることにより結合率の波長依存性を小さくした結合器を用いることもできる。さらに、アーム導波路に移相器を備えたマッハツェンダー干渉計を結合率可変カプラーとして用いて、波長依存性による結合率変動分を打ち消すように動作させることもできる。このようにして、所望の波長範囲で結合率５０％となる３ｄＢカプラーを実現することができる。
【００５１】
（偏光度モニター・第２の実施形態）
図８に、本発明の第２の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す。第２の実施形態の干渉計光回路１０ｂは、第１の実施形態の干渉計光回路１０ａに加えて、２段ラティス型２光束干渉計の２段目の干渉計のアーム導波路の光を分岐する分岐タップ１７ａ，１７ｂを備えている。分岐された光信号を、光電変換器２０ｃ，２０ｄにより電気信号に変換し、等値化制御回６０に出力する。
【００５２】
第１の実施形態と同様に、φ、θを制御し偏光光を一方の出力ポートのみに出力させることが動作の基本となる。逆算して考えると、一方の出力ポートに偏光光を出力している時、２段目のアーム導波路には同じ強度で偏光光が伝搬している必要があることが分かる。別の言い方をすると、一方の出力ポートからの光は逆伝搬させると３ｄＢカプラーで２段目のアーム導波路には等分岐される。従って、１段目の位相調整部１４は、２の分岐ポート３，４からの出力光強度Ｉ3、Ｉ4が等出力になるように動作させれば良い。２段目の位相調整部１５は、第１の実施形態と同様に、出力ポート１，２からの出力光強度Ｉ1、Ｉ2の出力差が最大値になるように動作させれば良い。
【００５３】
図９に、第２の実施形態にかかる偏光度モニターの最大値化制御回路と等値化制御回とを示す。図９（ａ）は、θを制御するための最大値制御回路５０であり、基本的な動作は、第１の実施形態で説明した最大値制御回路３０と同じである。
【００５４】
図９（ｂ）は、φを制御するための等値制御回路６０である。等値制御回路６０は、光電変換器２０ｃ，２０ｄから対数アンプ６２ａ，６２ｂを介して、２つの分岐ポートの出力光の光強度に応じた電気信号を入力し、加算器とＰＩＤ制御器６１とにより等値制御を行う。等値制御では、２つの分岐ポートからの出力光強度の差分がゼロになれば良い。従って、差分値がゼロになるようになるようにいわゆる定値制御を行う。本実施形態では、差分値をそのまま誤差信号としてフィードバックするのではなく、差分値に対して定値制御を行うことで、２つのポート間の感度誤差、タップ分岐誤差などを補正することができる。すなわち、差分値がゼロになるように制御するのではなく、２つのポート間の感度差に相当する値（目標値）になるように定値制御を行う。
【００５５】
第２の実施形態は、最大値制御回路が１つで済む点が第１の実施形態と比較したメリットとなる。最大値制御回路は、上述したように、ディザ信号を用いた制御方式なので、定値制御と比べると制御回路が複雑になり、制御回路の調整作業も複雑になる。また、収束速度もディザ信号の周期に律速されるといった、制限事項がある。従って、ディザ信号を用いた制御よりも、定値制御の方が望ましい。一方、第２の実施形態は、分岐タップおよび光電変換器が余分に必要になり、光回路側の構成が複雑になる点が、第１の実施形態と比べたデメリットである。
【００５６】
（偏光度モニター・第３の実施形態）
図１０に、本発明の第３の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す。第３の実施形態の干渉計光回路１０ｃは、第１の実施形態の干渉計光回路１０ａに、干渉計が１段加わって３段ラティス型２光束干渉計になっている。入力光の偏波状態は、時間の経過に伴ってゆっくりと変動することが多い。上述の最大値化制御回路３０でφ、θを連続的に制御した場合、制御値が−π〜＋πの範囲を超えて、遥かに大きな値になることも有りうる。一方、位相調整部１４，１５の位相調整量は有限の値となる。従って、第１の実施形態の構成で連続制御を行った場合、位相調整部１４，１５の調整量の範囲制限のため、変動に追随することができなくなる。
【００５７】
干渉計の動作は、２πの周期で同じ動作を繰り返し、制御値−πとπは光の干渉条件としては同じ条件となる。連続制御ではなく、間欠的に制御動作させるのであれば、制御値は０から再スタートして動作することになる。従って、概ね−π〜＋πの範囲で最適動作点が見つかる。すなわち、−π〜＋πを越えたある時点でモニター動作をストップさせ、調整動作点をリセットすれば問題なく動作する。この瞬断時間は、位相調整部１４，１５の動作速度等に依存するが、通常ミリ秒オーダーであり、問題になるケースは少ない。
【００５８】
第３の実施形態は、干渉計の段数を１段増やすことによって、動作の自由度を一つ増やし、上記のような瞬断を伴うリセット動作をすることなく、制御値を−πから＋πに離散的に動かすことができる。すなわち、自由度が増えたことにより、ある伝達関数を実現するのに、制御値（ξ、ψ、ζ）の組が無限に存在する。これを利用して、無限追随変換回路７０により、制御値（φ、θ）を制御値（ξ、ψ、ζ）に変換し、ラティス回路全体の伝達関数は変えずに、制御値（ξ、ψ、ζ）を変化させることにより無限追随動作を行うことができる。つまり、制御値（ξ、ψ、ζ）を−π〜＋πの範囲で連続的に動かすことにより、実質的にφやθの値を−πから＋πに離散的に動かすことができるので、φやθを無限の範囲で連続的に動かすことができる。
【００５９】
（偏光度モニター・第４の実施形態）
図１１に、本発明の第４の実施形態にかかる偏光度モニターの構成を示す。第３の実施形態のラティス回路の段数を１段増やすことによって、４段構成にする。制御値φに対して制御値（ξ、ψ）、制御値θに対して制御値（ζ、υ）という具合に、φ、θそれぞれに対して独立に自由度が一つ多くなる。φ、θそれぞれ独立に無限追随動作を行うことができ、更に制御性が良くなる。
【００６０】
第４の実施形態では、第２の実施形態と同様に、制御値φについては、分岐タップ１７ａ，１７ｂからの出力光強度Ｉ3、Ｉ4に対して定値化制御を行う。制御値θについては、出力ポートからの出力光強度Ｉ1、Ｉ2に対して最大化制御を行う。それぞれ、無限追随変換回路９０は制御値φを制御値（ξ、ψ）に変換し、無限追随変換回路８０は制御値θを制御値（ζ、υ）に変換する。なお、第１の実施形態と同様に、出力ポートからの出力光強度Ｉ1、Ｉ2から最大値制御を行ってφ、θを制御しても良い。
【００６１】
なお、ラティス回路の段数を５段以上にした場合でも、自由度が更に増し、動作させることができる。
【００６２】
（ＯＳＮＲモニター）
図１２に、本発明の一実施形態にかかるＯＳＮＲモニターの構成を示す。上述した偏光度モニターを適用したＯＳＮＲモニターについて説明する。ＯＳＮＲモニターでは、波長多重信号から該当波長チャンネルを抜き出すため、また、信号周辺のＡＳＥ雑音光強度をモニターするために、光フィルターと偏光度モニターとを組み合せる構成が基本となる。
【００６３】
図１２（ａ）は、単波長チャンネル型のＯＳＮＲモニターの構成である。光フィルター１０２で抜き出された信号光および信号光周辺のＡＳＥ雑音光は、上述の偏光度モニター１０１にて信号光およびＡＳＥ雑音光が分離され、分析される。信号光は偏光光、ＡＳＥ雑音光は無偏光光であるので、信号光ＩSは出力ポート１へ、ＡＳＥ雑音光ＩNは出力ポート１及び２へ二分される。従って出力ポート１、２への出力光強度Ｉ1、Ｉ2は、式４と同様に、
【００６４】
【数８】
【００６５】
となる。ＯＳＮＲは、上述したように、信号光強度と雑音評価帯域幅（Ｗ＝０．１ｎｍ）当たりの雑音強度の比であるので、光フィルターの透過域幅がＢ［ｎｍ］とすると、
【００６６】
【数９】
【００６７】
となる。従って、ＯＳＮＲは、
【００６８】
【数１０】
【００６９】
で求めることができる。ここでは、信号光のスペクトル幅は、Ｂに比べて十分狭いと仮定している。もし、この仮定が成り立たない場合は、信号光強度が光フィルターによって過剰に減衰されることになる。この減衰率をＡとすると、１／Ａを式８に乗じることにより、この減衰効果を補正することができる。
【００７０】
図１２（ｂ）は、アレイ型の多波長チャンネル型ＯＳＮＲモニターの構成である。本構成は、光フィルターとして１入力多出力の多出力光フィルター１０３を用いる。多出力光フィルター１０３の出力側に、波長ごとに偏光度モニター１０１をアレイ上に接続することにより、多波長チャンネルのＯＳＮＲモニターを実現する。１入力多出力のフィルター１０３の例としては、例えば、アレイ導波路格子型合分波器などがある。
【００７１】
図１２（ｃ）は、ステップ挿引型ＯＳＮＲモニターの構成である。本構成は、多出力光フィルター１０３と偏光度モニター１０１の間に、多入力１出力の選択光スイッチ１０４を挿入する。時分割測定ではあるが、多チャンネルのＯＳＮＲを１つの偏光度モニター１０１で実現することができ、ハード量を削減することができる。
【００７２】
図１２（ｄ）は、連続挿引型ＯＳＮＲモニターの構成である。本構成は、波長可変フィルター１０５と偏光度モニター１０１とを組み合わせる。時分割測定により、多チャンネルのＯＳＮＲモニターを、少ないハード量で実現することができる。ステップ挿引型では、測定波長チャンネルがフィルターの設計で決められた波長に固定となるが、本構成では任意の波長チャンネルを選ぶことができる。
【００７３】
図１３に、ステップ挿印型ＯＳＮＲモニターの実施例を示す。光フィルターとしてアレイ導波路格子（ＡＷＧ）フィルター２０２を用いる。ＡＷＧへの入出力ポート位置を巧みに選ぶことにより、選択スイッチ２０１の規模と偏光度モニター２０３の数とのバランスを取り、ＯＳＮＲモニター全体の構成要素の規模を抑える。例えば、４８波長チャンネルのＯＳＮＲモニターの場合は、選択スイッチ２０１は１×８の規模、偏光度モニター２０３の数は６個とする。波長チャンネル間隔が１００ＧＨｚであると仮定すると、ＡＷＧの入力ポートは、１００ＧＨｚ間隔になるようにして８ポート配置する。ＡＷＧの出力ポートは、６００ＧＨｚ間隔になるようにして６ポート配置する。ＡＷＧでは、入力ポート／出力ポートの位置が共に同じ方向にずれても、基本的には透過特性が変わらない。従って、上記のように入出力ポートを配置することにより、１００ＧＨｚ間隔４８チャンネル分を全てカバーすることができる。
【００７４】
偏光度モニター２０３として、上述した第２の実施形態の偏光度モニターを使用する。光電変換器として、２４チャンネル分を１チップ上に修正記した光電変換器２０４を使用する。最大値化制御回路と等値制御回路とは図示を省略した。
【００７５】
ここでは、入出力ポートを８ポート／６ポートの組合せとしたが、同様にして、他の組み合わせ、例えば４ポート（１２００ＧＨｚ間隔配置）／１２ポート（１００ＧＨｚ間隔配置）、とすることもできる。
【実施例】
【００７６】
次に、実際に作製した単波長チャンネル型のＯＳＮＲモニターについて説明する。偏光度モニターは、上述した第２の実施形態の偏光度モニターを用いる。シリコン基板上の石英系光導波路を用いて、干渉計光回路１０ｂを作製する。光導波路のコアとクラッドの比屈折率差は１．５％である。偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１は、アーム導波路の一方に応力解放溝が形成されたマッハツェンダー干渉計型のＰＢＳを適用する。応力解放溝により、光導波路に複屈折を生じさせ、アーム導波路間の光路長差がＴＥ偏光に対しては等長に、ＴＭ偏光に対しては半波長になるように設計する。公知の干渉原理により、ＴＥ偏光はクロス経路に、ＴＭ偏光はバー経路に伝搬し、偏波分離動作が実現される。
【００７７】
偏波回転器１６には、半波長板を用いる。波長板の主軸をシリコン基板に対して４５度傾けて挿入することにより、ＴＥ／ＴＭの偏波変換を行っている。石英系導波路を用いているので、位相調整部１４，１５の移相器には、熱光学効果を利用する。具体的には、導波路クラッド直上に形成した薄膜ヒータを用いて、局所的に導波路の温度を制御することで移相器を実現する。石英系導波路の熱光学定数はプラスであるので、温度が上がると屈折率が大きく、すなわち位相は遅れる。従って、プラス方向に位相差を設ける場合は、ＴＥ偏光側のアーム導波路を加熱し、マイナス方向に位相差を設ける場合は、ＴＭ偏光側のアーム導波路を加熱する。また、消費電力低減のため微細加工技術により、薄膜ヒータの周辺のクラッドを削除して、断熱溝を形成しておく。駆動回路４０には、位相差の正負により、駆動する薄膜ヒータを切り替える機構を内蔵した駆動回路を用いる。
【００７８】
３ｄＢカプラー１２，１３には、波長無依存カプラー（ＷＩＮＣ）を用いる。WI N Cは、２つの結合率の異なるカプラーと波長オーダー以下の遅延線との組合せにより実現される。
【００７９】
図１３のＯＳＮＲモニターにも適用できるように、シリコン基板上には、干渉計光回路１０ｂを６回路集積する。このときのチップサイズは３８×１１ｍｍであり、非常にコンパクトに集積することができる。光電変換器２０は、気密封止した半導体光検出器を、シリコン基板の端面に貼り付けて、干渉計光回路１０ｂの出力ポートおよび分岐ポートからの光導波路と結合させている。なお、光電変換器２０の後段にはインピーダンス変換のため、トランスインピーダンスアンプを挿入する。これらの電気回路は、最大値化制御回路３０、及び上述の駆動回路４０と一緒に電子回路基板上に実装する。
【００８０】
偏光度モニターの入力側には、１入力１出力のＡＷＧを光フィルターとして挿入し、単波長チャンネル型のＯＳＮＲモニターを構成する。
【００８１】
入力光信号として、波長可変レーザ光源の出力と、光アンプからのＡＳＥ雑音とを光カプラーで合波した光を用いる。ＯＳＮＲは、光アンプの出力を光減衰器で減衰させることにより調整する。また、入力光信号の偏波状態は、偏波制御器により制御し、任意の偏波状態によりＯＳＮＲモニターの性能を評価する。入力光信号の一部を光タップにより分岐し、光スペクトルアナライザーに入力する。この光スペクトルアナライザーを用いて、従来のＡＳＥ補間法にてＯＳＮＲを計測して、レファレンス値として用いる。
【００８２】
図１４に、実施例にかかるＯＳＮＲモニターの測定結果を示す。横軸は従来のＡＳＥ補間法にて計測したレファレンスのＯＳＮＲ値であり、縦軸は実施例にかかるＯＳＮＲモニターで計測したＯＳＮＲ値である。設定した各ＯＳＮＲ値に対して、ポアンカレ球上で一様に３０ポイント以上の異なる偏波状態にて計測を行っている。実施例にかかるＯＳＮＲモニターの測定誤差は、１０〜２５ｄＢの計測範囲で、０．６ｄＢ以下である。入力光信号を連続光から１０ＧｂｐｓのＮＲＺ変調光信号に変更して測定した結果も同様である。以上のことから、実施例にかかるＯＳＮＲモニターは、ＩｎＢａｎｄのＯＳＮＲモニターとして十分な特性を有している。
【００８３】
以上の実施形態では、具体的な実装技術として、石英系光導波路を用いた。これは石英系光導波路が受動導波路としては最も低損失な導波路であり、良好な特性が得られるからである。しかしながら、他の材料系の導波路、例えば、シリコン導波路、高分子導波路、多元系酸化物や半導体等を用いた導波路を用いた場合でも、本実施形態で示した効果が同様に得られることに変わりは無いことを付記しておく。
【符号の説明】
【００８４】
１０ 干渉計光回路
１１ 偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１２，１３ ３ｄＢカプラー
１４，１５ 位相調整部
１６ 偏波回転器
１７ 分岐タップ
２０ 光電変換器
３０，５０ 最大値化制御回路
３１ ディザ信号発生回路
３２ ロックイン検出回路
３３ 積分回路
３４ 電気移相器
３５ 遅延回路
３６，６２ 対数アンプ
３７ 増幅器
４０，４１，４２ 駆動回路
６０ 等値制御回路
６１ ＰＩＤ制御器
７０，８０，９０無限追随変換回路
１０１ 偏光度モニター
１０２ 光フィルター
１０３ 多出力光フィルター
１０４ 選択光スイッチ
１０５ 波長可変フィルター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光信号を偏波により分離して、２本のアーム導波路にそれぞれ出力する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、
前記２本のアーム導波路の一方に挿入され、偏光光の偏波面を９０°回転する偏波回転器と、
前記２本のアーム導波路を結合する複数の光結合器により構成された多段ラティス型２光束干渉計であって、各段の前記２本のアーム導波路の少なくとも一方に、２光束間の相対位相を調整する光移相器が形成された多段ラティス型２光束干渉計と、
前記入力された光信号のうち偏光光を、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうちいずれか一方の出力ポートのみから出力されるように前記光移相器を制御する第１の制御回路と
を備えたことを特徴とする光回路。
【請求項２】
前記第１の制御回路は、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートから出力される光信号の光強度の差が最大となるように前記光移相器を制御することを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項３】
前記第１の制御回路は、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうち、偏光光が出力される出力ポートからの光信号の光強度が最大となるように前記光移相器を制御することを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項４】
前記第１の制御回路は、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうち、偏光光が出力される出力ポートとは異なる出力ポートからの光信号の光強度が最小となるように前記光移相器を制御することを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項５】
前記多段ラティス型２光束干渉計は、２個の光結合器により構成された２段ラティス型２光束干渉計であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光回路。
【請求項６】
前記偏波回転器は、１段目の干渉計の２本のアーム導波路の一方に挿入され、
２段目の干渉計の２本のアーム導波路から光を分岐する２つの分岐タップ、および、
該２つの分岐タップからの２つの分岐ポートから出力される光信号の光強度が等しくなるように１段目の干渉計の光移相器を制御する第２の制御回路をさらに備え、
前記第１の制御回路は、２段目の干渉計の光移相器を制御することを特徴とする請求項５に記載の光回路。
【請求項７】
前記偏波回転器および前記多段ラティス型２光束干渉計は、基板上に形成された光導波路で構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光回路。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の光回路において、前記入力された光信号を、偏光光である信号光と無偏光光であるＡＳＥ光とに分離して、偏光度（ＤＯＰ）を測定することを特徴とする偏光度モニター。
【請求項９】
前記２つの出力ポートから出力される光信号の光強度をそれぞれＩ1、Ｉ2としたとき、
【数１】
により偏光度が算出されることを特徴とする請求項８に記載の偏光度モニター。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれかに記載の光回路と、
該光回路の入力に接続された光フィルターと
を備えたことを特徴とするＯＳＮＲモニター。
【請求項１１】
前記２つの出力ポートから出力される光信号の光強度をそれぞれＩ1、Ｉ2、前記光フィルターの帯域をＢ、雑音評価帯域幅をＷとしたとき、
【数２】
によりＯＳＮＲが算出されることを特徴とする請求項１０に記載のＯＳＮＲモニター。
【請求項１】
入力された光信号を偏波により分離して、２本のアーム導波路にそれぞれ出力する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、
前記２本のアーム導波路の一方に挿入され、偏光光の偏波面を９０°回転する偏波回転器と、
前記２本のアーム導波路を結合する複数の光結合器により構成された多段ラティス型２光束干渉計であって、各段の前記２本のアーム導波路の少なくとも一方に、２光束間の相対位相を調整する光移相器が形成された多段ラティス型２光束干渉計と、
前記入力された光信号のうち偏光光を、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうちいずれか一方の出力ポートのみから出力されるように前記光移相器を制御する第１の制御回路と
を備えたことを特徴とする光回路。
【請求項２】
前記第１の制御回路は、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートから出力される光信号の光強度の差が最大となるように前記光移相器を制御することを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項３】
前記第１の制御回路は、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうち、偏光光が出力される出力ポートからの光信号の光強度が最大となるように前記光移相器を制御することを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項４】
前記第１の制御回路は、前記多段ラティス型２光束干渉計の２つの出力ポートのうち、偏光光が出力される出力ポートとは異なる出力ポートからの光信号の光強度が最小となるように前記光移相器を制御することを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項５】
前記多段ラティス型２光束干渉計は、２個の光結合器により構成された２段ラティス型２光束干渉計であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光回路。
【請求項６】
前記偏波回転器は、１段目の干渉計の２本のアーム導波路の一方に挿入され、
２段目の干渉計の２本のアーム導波路から光を分岐する２つの分岐タップ、および、
該２つの分岐タップからの２つの分岐ポートから出力される光信号の光強度が等しくなるように１段目の干渉計の光移相器を制御する第２の制御回路をさらに備え、
前記第１の制御回路は、２段目の干渉計の光移相器を制御することを特徴とする請求項５に記載の光回路。
【請求項７】
前記偏波回転器および前記多段ラティス型２光束干渉計は、基板上に形成された光導波路で構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光回路。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の光回路において、前記入力された光信号を、偏光光である信号光と無偏光光であるＡＳＥ光とに分離して、偏光度（ＤＯＰ）を測定することを特徴とする偏光度モニター。
【請求項９】
前記２つの出力ポートから出力される光信号の光強度をそれぞれＩ1、Ｉ2としたとき、
【数１】
により偏光度が算出されることを特徴とする請求項８に記載の偏光度モニター。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれかに記載の光回路と、
該光回路の入力に接続された光フィルターと
を備えたことを特徴とするＯＳＮＲモニター。
【請求項１１】
前記２つの出力ポートから出力される光信号の光強度をそれぞれＩ1、Ｉ2、前記光フィルターの帯域をＢ、雑音評価帯域幅をＷとしたとき、
【数２】
によりＯＳＮＲが算出されることを特徴とする請求項１０に記載のＯＳＮＲモニター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−６４６５７（Ｐ２０１１−６４６５７Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１８１７４（Ｐ２００９−２１８１７４）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年９月１日 社団法人電子情報通信学会発行の「ＥｉＣ電子情報通信学会 ２００９年エレクトロニクスソサイエティ大会 講演論文集１」に発表
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年９月１日 社団法人電子情報通信学会発行の「ＥｉＣ電子情報通信学会 ２００９年エレクトロニクスソサイエティ大会 講演論文集１」に発表
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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