特許 5991594 周波数特性測定方法及び周波数特性測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5991594

(24)【登録日】2016年8月26日

(45)【発行日】2016年9月14日

(54)【発明の名称】周波数特性測定方法及び周波数特性測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01M 11/00 20060101AFI20160901BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20160901BHJP

   G01J 1/00 20060101ALI20160901BHJP

【ＦＩ】

   G01M11/00 T

   G01J1/02 B

   G01J1/00 B

【請求項の数】9

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-128666(P2013-128666)

(22)【出願日】2013年6月19日

(65)【公開番号】特開2015-4536(P2015-4536A)

(43)【公開日】2015年1月8日

【審査請求日】2015年8月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】深田 陽一

(72)【発明者】

【氏名】可児 淳一

(72)【発明者】

【氏名】寺田 純

(72)【発明者】

【氏名】吉本 直人

(72)【発明者】

【氏名】尾辻 泰一

(72)【発明者】

【氏名】岩月 勝美

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０２７１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０３４２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１３４５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１１５８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１５３９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 FUKADA Y , et.al.，Beat Power Calculation for Arbitrarily Polarized Lightwaves by Using the Inner Product of Stokes Vectors，IEICE TRANS. COMMUN.，２００４年 ６月，Vol.E87-B, No.6，p.1451-1462

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １１／００−１１／０８

Ｇ０１Ｊ １／００

Ｈ０１Ｌ ３１／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定対象の光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定する周波数特性測定方法であって、
差周波がｆで、光電力がＰ_１、Ｐ_２なる２つの連続光を合波して前記光電変換素子に入力する検査光入力手順と、
前記光電変換素子から次段に接続された入力インピーダンスＲの電力測定器に出力されるビート電力を測定し、ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞（リニアスケール表記）または＜ｐ_ｄＢｍ＞（ログスケール表記）を測定する電力測定手順と、
前記電力測定手順で測定したビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞を補正して補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βを生成する補正手順と、
前記補正手順で生成した補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または補正値＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βをリニアスケール表記した値１０＾｛（＜ｐ_ｄＢｍ＞＋β）／１０｝を、前記２つの連続光の偏光状態が平行の場合のリニアスケール表記のビート電力ｐ_ｅ^／／とし、
前記光電変換素子の周波数ｆにおける受光感度Ｄを
Ｄ＝√｛ｐ_ｅ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝
で計算する計算手順と、
を行うことを特徴とする周波数特性測定方法。

【請求項2】

前記補正手順で、
前記補正値において、
α＝２ であり、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の偏光状態揺らぎ速度の双方よりも速い場合 β＝１０ｌｏｇ（ｅ） （但し、ｅは自然対数の底である）、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の少なくとも一方の偏光状態揺らぎ速度より遅い場合 β＝１０ｌｏｇ（２）、
であることを特徴とする請求項１に記載の周波数特性測定方法。

【請求項3】

前記電力測定手順で、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の少なくとも一方の偏光状態揺らぎ速度より遅い場合に、
前記電力測定器が測定するビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を、それぞれ、前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の周波数特性測定方法。

【請求項4】

前記電力測定手順で、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の偏光状態揺らぎ速度の双方よりも速い場合に、
前記電力測定器が測定するビート電力の複数の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を平均化した値を、それぞれ、前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の周波数特性測定方法。

【請求項5】

前記検査光入力手順で、
前記２つの連続光の少なくとも一方を偏波スクランブルする、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の周波数特性測定方法。

【請求項6】

被測定対象の光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定する周波数特性測定システムであって、
差周波がｆで、光電力がＰ_１、Ｐ_２なる２つの連続光を合波して前記光電変換素子に入力する検査光入力手段と、
前記光電変換素子が前記２つの連続光を光電変換して出力するビートの電力を測定し、ビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を出力する入力インピーダンスＲの電力測定手段と、
前記電力測定手段が測定したビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎまたはｐ_ｄＢｍを、それぞれ、ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞とし、前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞を補正して補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βを生成する補正手段と、
前記補正手段が生成した補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または補正値＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βをリニアスケール表記した値１０＾｛（＜ｐ_ｄＢｍ＞＋β）／１０｝を、前記２つの連続光の偏光状態が平行の場合のリニアスケール表記のビート電力ｐ_ｅ^／／とし、
前記光電変換素子の、周波数ｆにおける受光感度Ｄを
Ｄ＝√｛ｐ_ｅ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝
で計算する計算手段と、
を備えることを特徴とする周波数特性測定システム。

【請求項7】

被測定対象の光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定する周波数特性測定システムであって、
差周波がｆで、光電力がＰ_１、Ｐ_２なる２つの連続光を合波して前記光電変換素子に入力する検査光入力手段と、
前記光電変換素子が前記２つの連続光を光電変換して出力するビートの電力を測定し、ビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を出力する入力インピーダンスＲの電力測定手段と、
前記電力測定手段が測定したビート電力の複数の測定値ｐ_ｌｉｎまたはｐ_ｄＢｍを平均化し、ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞（リニアスケール表記）または＜ｐ_ｄＢｍ＞として出力する平均化手段と、
前記平均化手段が出力した前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞を補正して補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βを生成する補正手段と、
前記補正手段が生成した補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または補正値＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βをリニアスケール表記した値１０＾｛（＜ｐ_ｄＢｍ＞＋β）／１０｝を、前記２つの連続光の偏光状態が平行の場合のリニアスケール表記のビート電力ｐ_ｅ^／／とし、
前記光電変換素子の、周波数ｆにおける受光感度Ｄを
Ｄ＝√｛ｐ_ｅ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝
で計算する計算手段と、
を備えることを特徴とする周波数特性測定システム。

【請求項8】

前記補正手段は、
前記補正値において、
α＝２ であり、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の偏光状態揺らぎ速度の双方よりも速い場合 β＝１０ｌｏｇ（ｅ） （但し、ｅは自然対数の底である）、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の少なくとも一方の偏光状態揺らぎ速度より遅い場合 β＝１０ｌｏｇ（２）、
であることを特徴とする請求項６又は７に記載の周波数特性測定システム。

【請求項9】

前記検査光入力手段は、
前記２つの連続光の少なくとも一方を偏波スクランブルする偏波スクランブラを有する
ことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の周波数特性測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電変換素子の受光感度の測定技術に関する。

【背景技術】

【0002】

光電変換素子（フォトダイオード、フォトミキサ、太陽電池、など）の基本的な特性のひとつが、受光感度（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ）である。この受光感度Ｄは、光電変換素子への入力光電力Ｐ_ｏ（ｔ）と出力電流Ｉ（ｔ）の間を、以下の式で関連付けるものである。

【数1】

ここで、ｔは時間である。

【0003】

いま、入力光が静的（即ち、入力光電力Ｐ_ｏ（ｔ）が時間的に一定）な場合、受光感度Ｄはηｅ／ｈν（η、ｅ、ｈ、νは、それぞれ、量子効率、素電荷、プランク定数、入力光周波数）で表わされる。しかるに、入力光が変調されている（即ち、入力光電力がＰ_ｏ（ｔ）＝Ｐ_ｏ｛１＋ｓｉｎ（２πｆｔ）｝／２のように時間的に変化する）場合、変調周波数ｆの増加に伴い受光感度Ｄは一般に減少する。この為、光電変換素子の受光感度Ｄの周波数特性を測定評価することは、ブロードバンド通信におけるその素子の適用領域を把握する上で極めて重要である。

【0004】

この周波数特性の測定法としては、高周波で強度変調された強度変調光を試験光として、評価対象の光電変換素子の受光感度Ｄを測定する方法が存在する。図１は、光電変換素子の受光感度Ｄの周波数特性を測定評価する周波数特性測定システム３０１を説明する図である。周波数特性測定システム３０１は、光源１１、発振器１２、光強度変調器１３、及びオシロスコープ１５を備える。光源１１は、例えば、分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ；Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ−ＦｅｅｄＢａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）である。光強度変調器１３は、光源１１からの光を発振器１２からの信号で変調して試験光を生成し、被測定対象である光電変換素子１４に入力する。オシロスコープ１５は、光電変換素子１４が試験光を光電変換した信号を波形として表示する。

【0005】

この方法で注意する点は、試験光を強度変調する光強度変調器の変調効率の周波数特性の校正である。図２は、上記の周波数特性測定システムにおける光強度変調器の変調効率の周波数特性の影響を説明する図である。オシロスコープ１５で観測する波形は、図２の（３）に示すように、光強度変調器の変調効率の周波数特性、ならびに、光電変換素子の受光感度Ｄの周波数特性の影響を反映した波形を観測していることとなる。そして、光強度変調器の変調効率は周波数特性を有しており、一般に入力信号周波数が高周波になる程変調効率が低下する。この為、光強度変調器の変調効率の周波数特性の校正精度が、本測定の結果の精度を左右する。また、光強度変調器の変調効率の校正表のない周波数領域では、光強度変調器の変調効率と光電変換素子の受光感度Ｄの双方の周波数特性を同時に評価決定する必要があることから、高精度評価は困難である。

【0006】

光電変換素子の受光感度Ｄの周波数特性を測定する為の他の方法として、２つの光周波数の異なる連続（ＣＷ；Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光（差周波ｆ）を、測定評価対象となる光電変換素子に入力する方法がある。２つの連続光は光電変換素子において電気的なビート（周波数ｆ）を発生させるが、もし、光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態が平行であれば、このビートの電力ｐ_ｌｉｎ^／／はリニアスケール（Ｗ、ｍＷなど）表示で、

【数2】

で与えられる。ただし、Ｐ_１およびＰ_２はそれぞれ連続光１、２の入力光電力、Ｒは光電変換素子の次段に接続された電気回路（スペクトラムアナライザ（ＳＡ；Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｚｅｒ）、など）の入力インピーダンスである。なお、ビートの周波数は２つの連続光の差周波と一致する。

【0007】

この測定方法で注目すべき点は、測定系に光強度変調器を含まないため、光強度変調器の変調効率の校正が一切必要ないことである。従って、２つの連続光の偏光状態を平行に保ち、Ｐ_１、Ｐ_２およびｐ_ｌｉｎ^／／を測定すれば、「数式２」より光電変換素子の受光感度Ｄを決定することが可能となる。なお、２つの連続光の差周波ｆを変更することにより発生するビートの周波数ｆを任意に設定することができる。この時の測定結果が、周波数ｆにおける受光感度Ｄである。

【0008】

この方法を実現するための具体的な測定系構成を、２つ紹介する。

【0009】

図３は、１つ目の構成である周波数特性測定システム３０２を説明する図である。周波数特性測定システム３０２は、２つの光源（３１−１、３１−２）、光合波器３２、光電力測定器３３、光周波数測定器３４、ならびに、ＳＡ３６を備える。光源（３１−１、３１−２）は、例えば、ＤＦＢ−ＬＤである。

【0010】

２つの光源（３１−１、３１−２）から出力された、互いに光周波数が異なるＣＷ光は、光合波器３２で合波された後に、測定対象の光電変換素子３５に入力される。光電変換素子３５から出力されるビートの電力ｐ_ｌｉｎ^／／は、ＳＡ３６で測定される。また、光電変換素子３５に入力されるＣＷ光の光電力Ｐ_１およびＰ_２は、光電力測定器３３にて測定される。さらには、光電変換素子３５に入力される２つのＣＷ光の周波数を光周波数測定器３４で測定することにより、２つのＣＷ光の差周波ｆ（ビートの周波数ｆに同じ）が決定される。また、ＳＡ３６の入力インピーダンスＲは、既知であるとする。このようにして得られたＰ_１、Ｐ_２、ｐ_ｌｉｎ^／／、Ｒおよびｆにより、周波数ｆにおける受光感度Ｄを決定することが可能となっている。

【0011】

図４は、２つ目の構成である周波数特性測定システム３０３を説明する図である。周波数特性測定システム３０３は、１つの光源４１、光コム装置４２、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ；Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）４３、光電力測定器（不図示）、ならびに、ＳＡ４５から構成されるものである。光源４１は、例えば、ＤＦＢ−ＬＤである。

【0012】

１つの光源４１から出力された、１つのＣＷ光は、光コム装置４２により周波数間隔Δｆの複数のＣＷ光に変換される。周波数間隔ΔｆのＡＷＧ４３は光周波数の異なるＣＷ光を分波／合波する装置であることから、周波数間隔Δｆの複数のＣＷ光の内から、任意の２つのＣＷ光をそれぞれ異なるポートに分波、さらにはこの２つのＣＷ光を１つのポートに合波することが可能である（詳しい構成は、非特許文献１に記載がある。）。このようにしてＡＷＧで合波された２つのＣＷ光は、測定対象の光電変換素子４４に入力される。光電変換素子４４から出力されるビートの電力ｐ_ｌｉｎ^／／は、ＳＡ４５で測定される。また、光電変換素子に入力されるＣＷ光の光電力Ｐ_１およびＰ_２は、光電力測定器（不図示）にて測定される。さらには、光電変換素子４４に入力される２つのＣＷ光差周波は、前記の周波数間隔ΔｆとＡＷＧの分波側ポート間隔ｎにより、２つのＣＷ光の差周波ｆ＝ｎΔｆ（ビートの周波数ｆに同じ）が決定される。また、ＳＡ４５の入力インピーダンスＲは、既知であるとする。このようにして得られたＰ_１、Ｐ_２、ｐ_ｌｉｎ^／／、Ｒおよびｆにより、周波数ｆにおける受光感度Ｄを決定することが可能となっている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0013】

【非特許文献1】Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ，ｅｔ ａｌ．，“Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｍｉｌｌｉｍｅｔｒｅ−ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｓｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ ｆｏｒ １０ Ｇｂｉｔ／ｓ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｌｉｎｋ，” Ｅｒｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．４１， Ｎｏ．６， Ｍａｒｃｈ ２００５．

【非特許文献2】Ｙ．Ｆｕｋａｄａ，ｅｔ ａｌ．，“Ｂｅａｔ Ｐｏｗｅｒ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｒｂｉｔｒａｒｉｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅｓ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｎｎｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ Ｓｔｏｋｅｓ Ｖｅｃｔｏｒｓ，” ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｖｏｌ．Ｅ８７−Ｂ， Ｎｏ．６， ｐｐ．１４５１−１４６２．

【非特許文献3】「光計測器／光デバイス試験システム。高速・高確度の偏光依存損失（ＰＤＬ）測定」、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｄｖａｎｔｅｓｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｅｍｉ／ｅｎｄ＿ｏｆ＿ｓａｌｅ／Ｑ８１６３／ｐｄｆ／Ｃａｔａｌｏｇ＿Ｑ８１６３．ｐｄｆ（２０１３年３月７日検索）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

図３及び図４で紹介した方法は、何れも「数式２」を用いて受光感度Ｄを決定するが、その際前提条件は、前述の通り「光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態が平行」である。この前提条件を実現するには、２つの方法が存在する。

【0015】

１つめの方法は、図３及び図４において、ＤＦＢ−ＬＤから測定対象の光電変換素子の光回路を全て偏波保持型素子／偏波保持ファイバで構成する方法である。この方法は、理想的には安定的に「光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態が平行」という条件を実現できるはずである。しかし、現実には、偏波保持型素子／偏波保持ファイバの接続箇所では、これら偏波軸間にわずかなずれが存在することから、接続箇所が増えるに従い光回路の偏波保持能力は下がり、前述の前提条件の実現が困難となる。よしんばこの技術的課題を解決したとしても、偏波保持型素子／偏波保持ファイバは偏波非保持型の素子／ファイバに比べ高価であることから、これらを光回路全てに適用することは産業的な観点からも魅力に乏しい。

【0016】

２つめの方法は、図３及び図４において、片方のＣＷ光（ＣＷ光１またはＣＷ光２）の経路に偏波制御器（ＰＣ；Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）（３８、４８）を挿入し、「光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態が平行」となるよう、制御する方法である。この方法では、安価な偏波非保持型素子／偏波非保持型ファイバを使用できる。しかし、偏光状態の揺らぎに応じ、常に偏光状態をＰＣ（３８、４８）で制御する必要がある。「光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態が平行」となるようにＰＣ（３８、４８）を制御するフィードバック機構を設ける場合には、この方法もコストがかかることとなる。

【0017】

以上のように、光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定するためには、光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態の管理が必要であり、実現が困難という課題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態の管理が不要で、実現性の高い光電変換素子の受光感度についての周波数特性測定方法及び周波数特性測定システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本願発明では、偏波揺らぎにより変動するビート電力の測定値の平均値を測定により求め、さらに、偏波揺らぎ速度と１回あたりのビート電力測定速度の関係に依存して定式化された補正を行うことで、高い精度で受光感度Ｄの周波数特性の測定評価を実現することとした。

【0019】

具体的には、本発明に係る周波数特性測定方法は、被測定対象の光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定する周波数特性測定方法であって、
差周波がｆで、光電力がＰ_１、Ｐ_２なる２つの連続光を合波して前記光電変換素子に入力する検査光入力手順と、
前記光電変換素子から次段に接続された入力インピーダンスＲの電力測定器に出力されるビート電力を測定し、ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞（リニアスケール表記）または＜ｐ_ｄＢｍ＞（ログスケール表記）を測定する電力測定手順と、
前記電力測定手順で測定したビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞を補正して補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βを生成する補正手順と、
前記補正手順で生成した補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または補正値＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βをリニアスケール表記した値１０＾｛（＜ｐ_ｄＢｍ＞＋β）／１０｝を、前記２つの連続光の偏光状態が平行の場合のリニアスケール表記のビート電力ｐ_ｅ^／／とし、
前記光電変換素子の周波数ｆにおける受光感度Ｄを
Ｄ＝√｛ｐ_ｅ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝
で計算する計算手順と、
を行うことを特徴とする。

【0020】

本発明は、２つのＣＷ光の偏波揺らぎにより変動するビート電力の測定値の平均値を計算に用いる。つまり、本発明は、偏波状態を固定する必要が無く、偏波保持型素子や偏波保持ファイバが不要で、ＰＣのフィードバック機構も不要である。従って、本発明は、光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態の管理が不要で、実現性の高い光電変換素子の受光感度についての周波数特性測定方法を提供することができる。

【0021】

本発明に係る周波数特性測定方法は、前記補正手順で、
前記補正値において、
α＝２ であり、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の偏光状態揺らぎ速度の双方よりも速い場合 β＝１０ｌｏｇ（ｅ） （但し、ｅは自然対数の底である）、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の少なくとも一方の偏光状態揺らぎ速度より遅い場合 β＝１０ｌｏｇ（２）、
であることを特徴とする。
本発明は、電力測定器の種類を問わずに光電変換素子の受光感度についての周波数特性を測定することができる。

【0022】

本発明に係る周波数特性測定方法は、前記電力測定手順で、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の少なくとも一方の偏光状態揺らぎ速度より遅い場合に、
前記電力測定器が測定するビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を、それぞれ、前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞とする、
ことを特徴とする。
本発明は、偏光状態の変動を含むように、２つのＣＷ光で生ずるビートの電力を測定することでビート電力の平均値を取得する手法（第１手法）である。

【0023】

本発明に係る周波数特性測定方法は、前記電力測定手順で、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の偏光状態揺らぎ速度の双方よりも速い場合に、
前記電力測定器が測定するビート電力の複数の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を平均化した値を、それぞれ、前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞とする、
ことを特徴とする。
本発明は、偏光状態の変動を含まないように、２つのＣＷ光で生ずるビートの電力を複数回測定し、平均化することでビート電力の平均値を取得する手法（第２手法）である。

【0024】

本発明に係る周波数特性測定方法は、前記検査光入力手順で、
前記２つの連続光の少なくとも一方を偏波スクランブルする、
ことを特徴とする。
本発明は、偏光状態を強制的に変動させることで、ビート電力の平均値を取得する時間を短くすることができる。

【0025】

本発明に係る１の周波数特性測定システムは、被測定対象の光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定する周波数特性測定システムであって、
差周波がｆで、光電力がＰ_１、Ｐ_２なる２つの連続光を合波して前記光電変換素子に入力する検査光入力手段と、
前記光電変換素子が前記２つの連続光を光電変換して出力するビートの電力を測定し、ビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を出力する入力インピーダンスＲの電力測定手段と、
前記電力測定手段が測定したビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎまたはｐ_ｄＢｍを、それぞれ、ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞とし、前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞を補正して補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βを生成する補正手段と、
前記補正手段が生成した補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または補正値＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βをリニアスケール表記した値１０＾｛（＜ｐ_ｄＢｍ＞＋β）／１０｝を、前記２つの連続光の偏光状態が平行の場合のリニアスケール表記のビート電力ｐ_ｅ^／／とし、
前記光電変換素子の、周波数ｆにおける受光感度Ｄを
Ｄ＝√｛ｐ_ｅ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝
で計算する計算手段と、
を備えることを特徴とする。
本発明は、上記第１手法を実現する周波数特性測定システムである。

【0026】

本発明に係る他の周波数特性測定システムは、被測定対象の光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定する周波数特性測定システムであって、
差周波がｆで、光電力がＰ_１、Ｐ_２なる２つの連続光を合波して前記光電変換素子に入力する検査光入力手段と、
前記光電変換素子が前記２つの連続光を光電変換して出力するビートの電力を測定し、ビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を出力する入力インピーダンスＲの電力測定手段と、
前記電力測定手段が測定したビート電力の複数の測定値ｐ_ｌｉｎまたはｐ_ｄＢｍを平均化し、ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞（リニアスケール表記）または＜ｐ_ｄＢｍ＞として出力する平均化手段と、
前記平均化手段が出力した前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞を補正して補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βを生成する補正手段と、
前記補正手段が生成した補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または補正値＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βをリニアスケール表記した値１０＾｛（＜ｐ_ｄＢｍ＞＋β）／１０｝を、前記２つの連続光の偏光状態が平行の場合のリニアスケール表記のビート電力ｐ_ｅ^／／とし、
前記光電変換素子の、周波数ｆにおける受光感度Ｄを
Ｄ＝√｛ｐ_ｅ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝
で計算する計算手段と、
を備えることを特徴とする。
本発明は、上記第２手法を実現する周波数特性測定システムである。

【0027】

本発明に係る周波数特性測定システムは、上記周波数特性測定方法で説明したように偏波状態を固定する必要が無く、偏波保持型素子や偏波保持ファイバが不要で、ＰＣのフィードバック機構も不要である。従って、本発明は、光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態の管理が不要で、実現性の高い光電変換素子の受光感度についての周波数特性測定システムを提供することができる。

【0028】

本発明に係る周波数特性測定システムの前記補正手段は、
前記補正値において、
α＝２ であり、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の偏光状態揺らぎ速度の双方よりも速い場合 β＝１０ｌｏｇ（ｅ） （但し、ｅは自然対数の底である）、
１回あたりのビート電力の測定速度が前記２つの連続光の少なくとも一方の偏光状態揺らぎ速度より遅い場合 β＝１０ｌｏｇ（２）、
であることを特徴とする。
本発明は、電力測定器の種類を問わずに光電変換素子の受光感度についての周波数特性を測定することができる。

【0029】

本発明に係る周波数特性測定システムの前記検査光入力手段は、
前記２つの連続光の少なくとも一方を偏波スクランブルする偏波スクランブラを有する
ことを特徴とする。
本発明は、偏光状態を強制的に変動させることで、ビート電力の平均値を取得する時間を短くすることができる。

【発明の効果】

【0030】

本発明は、光電変換素子入力端で２つのＣＷ光の偏光状態の管理が不要で、実現性の高い光電変換素子の受光感度についての周波数特性測定方法及び周波数特性測定システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】従来の周波数特性測定システムを説明する図である。

【図2】光強度変調器の変調効率の周波数特性の影響を説明する図である。

【図3】従来の周波数特性測定システムを説明する図である。光電変換素子入力端で２つのＣＷの偏光状態が平行」とするためには次のいずれかの条件が必要となる。１．光回路を全て偏波保持型素子／偏波保持ファイバで構成する。２．偏波制御器とこれを制御するフィードバック機構を設ける。

【図4】従来の周波数特性測定システムを説明する図である。光電変換素子入力端で２つのＣＷの偏光状態が平行」とするためには次のいずれかの条件が必要となる。１．光回路を全て偏波保持型素子／偏波保持ファイバで構成する。２．ＰＣとこれを制御するフィードバック機構を設ける。

【図5】本発明に係る周波数特性測定システムを説明する図である。

【図6】本発明に係る周波数特性測定方法の原理を説明する表である。

【図7】本発明に係る周波数特性測定システムを説明する図である。

【図8】本発明に係る周波数特性測定システムを説明する図である。

【図9】本発明に係る周波数特性測定システムを説明する図である。

【図10】本発明に係る周波数特性測定システムを説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。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。

【0033】

〔原理説明〕
図５は、測定対象である光電変換素子５５の受光感度Ｄの周波数特性を測定評価する周波数特性測定システム３０４を説明する図である。周波数特性測定システム３０４は、２つの光源（５１−１、５１−２）、光合波器５２、光電力測定器５３、光周波数測定器５４、及び、電力測定器５６を備える。電力測定器５６は、例えば、ＳＡである。

【0034】

被測定対象の光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定する周波数特性測定方法であって、
差周波がｆで、光電力がＰ_１、Ｐ_２なる２つの連続光を合波して前記光電変換素子に入力する検査光入力手順と、
前記光電変換素子から次段に接続された入力インピーダンスＲの電力測定器に出力されるビート電力を測定し、ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞（リニアスケール表記）または＜ｐ_ｄＢｍ＞（ログスケール表記）を測定する電力測定手順と、
前記電力測定手順で測定したビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞を補正して補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βを生成する補正手順と、
前記補正手順で生成した補正値α＜ｐｌｉｎ＞または補正値＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βをリニアスケール表記した値１０＾｛（＜ｐ_ｄＢｍ＞＋β）／１０｝を、前記２つの連続光の偏光状態が平行の場合のリニアスケール表記のビート電力ｐ_ｅ^／／とし、
前記光電変換素子の周波数ｆにおける受光感度Ｄを
Ｄ＝√｛ｐ_ｅ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝
で計算する計算手順と、
を行う。
光源（５１−１、５１−２）及び光合波器５２が検査光入力手段として前記検査光入力手順を行う。電力測定器５６が電力測定手段として前記電力測定手順を行う。

【0035】

２つの光源（５１−１、５１−２）から出力された、互いに光周波数が異なるＣＷ光は、光合波器５２で合波された後に、光電変換素子５５に入力される。光電変換素子５５から出力されるビートの電力ｐ_ｌｉｎは、電力測定器５６で測定される。なお、光電変換素子５５に入力されるＣＷ光の光電力Ｐ_１およびＰ_２は、光電力測定器５３にて測定することで決定しても良いし、予め設定値に設定しておいても良い。同様に、光電変換素子５５に入力される２つのＣＷ光の差周波ｆ（ビート周波数ｆに同じ）は、光周波数測定器５４で測定することで決定しても良いし、予め設定値に設定しておいても良い。また、電力測定器５６の入力インピーダンスＲも抵抗計等で測定することで決定しても良いし、予め既知のものを用いても良い。

【0036】

以下の説明において、電力測定器が測定するビート電力のリニアスケール表記ｐ_ｌｉｎの期待値（平均値）を＜ｐ_ｌｉｎ＞とする。同様に、ビート電力のログスケール表記ｐ_ｄＢｍの期待値（平均値）を＜ｐ_ｄＢｍ＞とする。

【0037】

ここで、＜ｐ_ｌｉｎ＞あるいは＜ｐ_ｄＢｍ＞と、「数式２」のｐ_ｌｉｎ^／／の関係を以下に求める。

【0038】

まず、２つのＣＷ光の偏光状態を考慮した場合のビートの電力であるが、これをリニアスケール（Ｗ、ｍＷなど）で表記した場合のビート電力表記ｐ_ｌｉｎは、非特許文献２により、以下の表式で与えられる。

【数3】

ここで、Ｓ_１＝（Ｐ_１，Ｐ_１ｓｉｎθ_１ｃｏｓφ_１，Ｐ_１ｓｉｎθ_１ｓｉｎφ_１，Ｐ_１ｃｏｓθ_１）とＳ_２＝（Ｐ_２，Ｐ_２ｓｉｎθ_２ｃｏｓφ_２，Ｐ_２ｓｉｎθ_２ｓｉｎφ_２，Ｐ_１ｃｏｓθ_２）は、それぞれ、ＣＷ光１とＣＷ光２のストークスベクトルである。また、電力ｐ_ｌｉｎ測定中の偏光状態Ｓ_１、Ｓ_２の変化は考慮していない。電力測定中に偏光状態が変化する場合については、後述のＡ−２、Ａ−３で説明する。なお、Ｓ_１とＳ_２が平行となる場合、すなわち、θ_１＝θ_２かつφ_１＝φ_２の場合に、「数式２」と「数式３」が一致することに注意されたい。

【0039】

また、ビート電力をログスケール（具体的にはｄＢｍ）で表記した場合のビート電力表記ｐ_ｄＢｍは、「数式３」を変形し、以下の表式で与えられる。

【数4】

ここで、本願説明では特に説明を行わない限り、ｌｏｇは１０を底とする常用対数とする。また、「数式４」のようにビート電力のログスケール表記（ｐ_ｄＢｍなど）が含まれる場合については、同じ数式中のビート電力のリニアスケール表記（ｐ_ｌｉｎあるいは＜ｐ_ｌｉｎ＞など）はｍＷの単位系で表記した場合の数値で表記しているものとする。また、電力ｐ_ｄＢｍ測定中の偏光状態Ｓ_１、Ｓ_２の変化は考慮していない。電力測定中に偏光状態が変化する場合については、後述のＢ−２、Ｂ−３で説明する。

【0040】

以降、各場合に分けて、詳細計算を行う。

【0041】

なお、偏光状態が揺らぐ場合のｐ_ｌｉｎの期待値（平均値）は、Ｓ_１とＳ_２それぞれを、ポアンカレ球（Ｐｏｉｎｃａｒｅ Ｓｐｈｅｒｅ）上で積分すれば良い。これらの積分は、以下の「数式５」、「数式６」式を被積分関数に演算することで与えられる。

【数5】

【数6】

【0042】

今、ＣＷ光１とＣＷ光２のそれぞれの偏光状態揺らぎ速度をｃ_１とｃ_２とする。なお、偏光状態揺らぎ速度は、単位時間当たりのポアンカレ球上での移動距離をポアンカレ球の円周で割ったものとするが、この他の規定でも構わない。なお、この規定は、ポアンカレ球上での一定方向の回転の場合、単位時間当たりのポアンカレ球上での回転数となる（非特許文献３）。また、電力測定器の１回あたりのビート電力測定速度をｃとする。これは、例えばＳＡであれば、スイープ速度に該当する。

【0043】

［Ａ］電力測定器の出力表示がリニアスケールの場合
以下、Ａ−１〜Ａ−３では、電力測定器５６の出力表示が、Ｗ、ｍＷなどのリニアスケールの場合について、記述する。Ａ−１〜Ａ−３の差分は、「電力測定器の１回あたりのビート電力測定速度」と「ＣＷ光１とＣＷ光２の偏光状態揺らぎ速度」の関係である。

【0044】

［Ａ−１］ｃ＞ｃ_１かつｃ＞ｃ_２の場合
電力測定器５６がビート電力を測定している間、ＣＷ光１とＣＷ光２の偏光状態は変動していない。従って、電力測定器５６が測定するビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎは、以下の通り「数式７」で与えられる。数式７は数式３と同じである。

【数7】

１回目、２回目、３回目、・・・、のビート電力測定では、ＣＷ光１とＣＷ光２の偏光状態Ｓ_１とＳ_２がそれぞれ異なっていくことから、「数式７」で明らかなようにビート電力測定値ｐ_ｌｉｎも変化して行く。電力測定器５６が複数回測定したビート電力測定値ｐ_ｌｉｎの平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞は、「数式７」を積分∫ｄΩ_１∫ｄΩ_２することで得られる。

【数8】

この結果は「数式７」とは異なる。すなわち、Ａ−１の場合では、電力測定器５６が測定するビート電力測定値ｐ_ｌｉｎは変化することから、この平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞はｐ_ｌｉｎと一致するとは限らない。また、ｐ_ｌｉｎ^／／の導出は、＜ｐ_ｌｉｎ＞に２倍を乗じて補正することで、可能となる。

【0045】

［Ａ−２］ｃ_１＞ｃ＞ｃ_２（または、ｃ_２＞ｃ＞ｃ_１）の場合
ここでは、便宜的に、偏光状態揺らぎ速度の速い方をＣＷ光１、遅い方をＣＷ光２として、計算を進める。光周波数、光電力等、及び他の条件については、ＣＷ光１、ＣＷ光２のいずれが大きく何れが小さくても、以下の計算には影響しない。

【0046】

電力測定器５６がビート電力を測定している間、ＣＷ光１の偏光状態が変動する。従って、電力測定器５６が測定するビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎは、以下の通り「数式３」を拡張（∫ｄΩ_１にて積分）することにより与えられる。

【数9】

１回目、２回目、３回目、・・・、のビート電力測定では、ＣＷ光２の偏光状態Ｓ_２がそれぞれ異なっていくのであるが、「数式９」で示される通りビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎはＣＷ光１およびＣＷ光２の偏光状態（Ｓ_１、Ｓ_２）に依存しないことから、変化しないことに注意されたい。電力測定器５６が複数回測定したビート電力ｐ_ｌｉｎの平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞は、「数式９」を積分∫ｄΩ_２することで得られる。

【数10】

この結果は「数式９」と同じである。すなわち、Ａ−２の場合では、電力測定器５６が測定するビート電力測定値ｐ_ｌｉｎは（誤差を除き）毎回同じ値となることから、この平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞はｐ_ｌｉｎと（誤差を除き）一致する。また、ｐ_ｌｉｎ^／／の導出は、ｐ_ｄＢｍあるいは＜ｐ_ｄＢｍ＞に２倍を乗じて補正することで、可能となる。

【0047】

［Ａ−３］ｃ_１＞ｃかつｃ_２＞ｃの場合
電力測定器５６がビート電力を測定している間、ＣＷ光１およびＣＷ光２の偏光状態が変動する。従って、電力測定器５６が測定するビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎは、以下の通り「数式３」を拡張（∫ｄΩ_１∫ｄΩ_２にて積分）することにより与えられる。

【数11】

１回目、２回目、３回目、・・・、のビート電力測定では、「数式１１」で示される通りビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎはＣＷ光１およびＣＷ光２の偏光状態（Ｓ_１、Ｓ_２）に依存しないことから、変化しないことに注意されたい。このため、明らかに電力測定器５６が複数回測定したビート電力ｐ_ｌｉｎの平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞は、「数式１１」と等しくなる。

【数12】

この結果は「数式１１」と同じである。すなわち、Ａ−３の場合では、電力測定器５６が測定するビート電力測定値ｐ_ｌｉｎは（誤差を除き）毎回同じ値となることから、この平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞はｐ_ｌｉｎと（誤差を除き）一致する。またｐ_ｌｉｎあるいは＜ｐ_ｌｉｎ＞２倍することで、ｐ_ｌｉｎ^／／を導出することが可能となる。

【0048】

［Ｂ］電力測定器の出力表示がログスケールの場合
以下、Ｂ−１〜Ｂ−３では、電力測定器５６の出力表示が、ｄＢｍなどのログスケールの場合について記述する。Ｂ−１〜Ｂ−３の差分は、「電力測定器の１回あたりのビート電力測定速度」と「ＣＷ光１とＣＷ光２の偏光状態揺らぎ速度」の関係である。

【0049】

［Ｂ−１］ｃ＞ｃ_１かつｃ＞ｃ_２の場合
電力測定器５６がビート電力を測定している間、ＣＷ光１とＣＷ光２の偏光状態は変動していない。従って、電力測定器５６が測定するビート電力の測定値ｐ_ｄＢｍは、以下の通り「数式４」で与えられる。

【数13】

１回目、２回目、３回目、・・・、のビート電力測定では、ＣＷ光１とＣＷ光２の偏光状態Ｓ_１とＳ_２がそれぞれ異なっていくことから、「数式１３」で明らかなようにビート電力測定値ｐ_ｄＢｍも変化して行く。電力測定器５６が複数回測定したビート電力測定値ｐ_ｄＢｍの平均値＜ｐ_ｄＢｍ＞は、「数式１３」を積分∫ｄΩ_１∫ｄΩ_２することで得られる。

【数14】

ここで、ｅは自然対数の底（ネイピア数＝２．７１８・・・）である。「数式１４」の導出において、被積分関数は対称性を有することから、Ｓ_２＝（Ｐ_２，０，０，Ｐ_２）、∫ｄΩ_２＝１と変形していることに注意されたい。

【0050】

この結果は「数式１３」とは異なる。すなわち、Ｂ−１の場合では、電力測定器５６が測定するビート電力測定値ｐ_ｄＢｍは変化することから、この平均値＜ｐ_ｄＢｍ＞はｐ_ｄＢｍと一致するとは限らない。

【0051】

また、ｐ_ｌｉｎ^／／の導出は、＜ｐ_ｄＢｍ＞に１０ｌｏｇ（ｅ）≒４．３４ｄＢを加えたて補正した値を、ｍＷ表示に変換（すなわち、補正した値を１０で割り、この商にて、１０を底とするべき乗を計算）することで、可能となる。

【0052】

［Ｂ−２］ｃ_１＞ｃ＞ｃ_２（または、ｃ_２＞ｃ＞ｃ_１）の場合
ここでは、便宜的に、偏光状態揺らぎ速度の速い方をＣＷ光１、遅い方をＣＷ光２として、計算を進める。光周波数、光電力等、及び他の条件については、ＣＷ光１、ＣＷ光２のいずれが大きく何れが小さくても、以下の計算には影響しない。

【0053】

電力測定器５６がビート電力を測定している間、ＣＷ光１の偏光状態が変動する。従って、電力測定器５６が測定するビート電力の測定値ｐ_ｄＢｍは、以下の通り「数式４」を拡張（∫ｄΩ_１にて積分）することにより与えられる。

【数15】

１回目、２回目、３回目、・・・、のビート電力測定では、ＣＷ光２の偏光状態Ｓ_２がそれぞれ異なっていくのであるが、「数式１５」で示される通りビート電力の測定値ｐ_ｄＢｍはＣＷ光１およびＣＷ光２の偏光状態（Ｓ_１、Ｓ_２）に依存しないことから、変化しないことに注意されたい。電力測定器５６が複数回測定したビート電力ｐ_ｄＢｍの平均値＜ｐ_ｄＢｍ＞は、「数式１５」を積分∫ｄΩ_２することで得られる。

【数16】

この結果は「数式１５」と同じである。すなわち、Ｂ−２の場合では、電力測定器５６が測定するビート電力測定値ｐ_ｄＢｍは（誤差を除き）毎回同じ値となることから、この平均値＜ｐ_ｄＢｍ＞はｐ_ｄＢｍと（誤差を除き）一致する。また、ｐ_ｌｉｎ^／／の導出は、ｐ_ｄＢｍあるいは＜ｐ_ｄＢｍ＞に１０ｌｏｇ（２）≒３．０１ｄＢを加えたて補正した値を、ｍＷ表示に変換（すなわち、補正した値を１０で割り、この商にて、１０を底とするべき乗を計算）することで、可能となる。

【0054】

［Ｂ−３］ｃ_１＞ｃかつｃ_２＞ｃの場合
電力測定器５６がビート電力を測定している間、ＣＷ光１およびＣＷ光２の偏光状態が変動する。従って、電力測定器５６が測定するビート電力の測定値ｐ_ｄＢｍは、以下の通り「数式４」を拡張（∫ｄΩ_１∫ｄΩ_２にて積分）することにより与えられる。

【数17】

１回目、２回目、３回目、・・・、のビート電力測定では、「数式１７」で示される通りビート電力の測定値ｐ_ｄＢｍはＣＷ光１およびＣＷ光２の偏光状態（Ｓ_１、Ｓ_２）に依存しないことから、変化しないことに注意されたい。このため、明らかに電力測定器５６が複数回測定したビート電力ｐ_ｄＢｍの平均値＜ｐ_ｄＢｍ＞は、「数式１７」と等しくなる。

【数18】

この結果は「数式１７」と同じである。すなわち、Ｂ−３の場合では、電力測定器５６が測定するビート電力測定値ｐ_ｄＢｍは（誤差を除き）毎回同じ値となることから、この平均値＜ｐ_ｄＢｍ＞はｐ_ｄＢｍと（誤差を除き）一致する。また、ｐ_ｌｉｎ^／／の導出は、ｐ_ｄＢｍあるいは＜ｐ_ｄＢｍ＞に１０ｌｏｇ（２）≒３．０１ｄＢを加えたて補正した値を、ｍＷ表示に変換（すなわち、補正した値を１０で割り、この商にて、１０を底とするべき乗を計算）することで、可能となる。

【0055】

以上記載したように、ｐ_ｌｉｎ、＜ｐ_ｌｉｎ＞、ｐ_ｄＢｍ、あるいは、＜ｐ_ｄＢｍ＞からｐ_ｌｉｎ^／／を導出する本願発明の方法をまとめると、図６のようになる。このようにして導出されたｐ_ｌｉｎ^／／に加え、既存技術を用いて得られるＰ_１、Ｐ_２、Ｒ、および、ｆを用い「数式２」の計算を行うことより、周波数ｆにおける受光感度Ｄを決定することが可能となる。

【0056】

以上記載したように、本願発明の構成では、偏波保持型素子も偏波保持ファイバも用いず、また、ＰＣのフィードバック機構も設けることなく、２つのＣＷ光のビートにより、光電変換素子の受光感度Ｄの周波数特性を高い精度で測定評価する技術を提供することが可能となっている。

【0057】

〔実施形態１〕
図７は、本実施形態の周波数特性測定システム３０５を説明する図である。周波数特性測定システム３０５は、被測定対象の光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定する周波数特性測定システムであって、
差周波がｆで、光電力がＰ_１、Ｐ_２なる２つの連続光を合波して前記光電変換素子に入力する検査光入力手段と、
前記光電変換素子が前記２つの連続光を光電変換して出力するビートの電力を測定し、ビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を出力する入力インピーダンスＲの電力測定手段と、
前記電力測定手段が測定したビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎまたはｐ_ｄＢｍを、それぞれ、ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞とし、前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞を補正して補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βを生成する補正手段と、
前記補正手段が生成した補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または補正値＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βをリニアスケール表記した値１０＾｛（＜ｐ_ｄＢｍ＞＋β）／１０｝を、前記２つの連続光の偏光状態が平行の場合のリニアスケール表記のビート電力ｐ_ｅ^／／とし、
前記光電変換素子の、周波数ｆにおける受光感度Ｄを
Ｄ＝√｛ｐ_ｅ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝
で計算する計算手段と、
を備える。
光源（５１−１、５１−２）及び光合波器５２が前記検査光入力手段である。電力測定器５６が電力測定手段である。

【0058】

本実施形態は、前述の〔原理説明〕の内、Ａ−２、Ａ−３、Ｂ−２、Ｂ−３の場合に対応する実施形態で、「ｃ_１＞ｃまたはｃ_２＞ｃ」が前提条件となる。図５（原理説明）に対する追加構成は、以下の通りである。電力測定器５６の測定値出力には補正手段７１の入力が接続され、補正手段７１の出力には計算手段７２の入力が接続されている。

【0059】

電力測定器５６は、ビート電力測定値を測定するごとに、リニアスケール（Ｗ、ｍＷなど）またはログスケール（ｄＢｍなど）の表記で出力する。補正手段７１は、電力測定値をその平均値として取り込み、補正し、出力する（前述の通り、Ａ−２、Ａ−３、Ｂ−２、Ｂ−３の場合には、測定値とその平均値は、誤差を除き一致する）。計算手段７２は、補正された電力測定値の平均値を取り込み、光電変換素子の受光感度Ｄを算出する。また、２つのＣＷ光の偏光状態揺らぎ速度がｃ_１、ｃ_２として判明しているものとする。以下に、具体的に、各機器の設定／動作を説明する。

【0060】

［１］電力測定器５６
・１回あたりの電力測定速度ｃが設定されている。
［２］補正手段７１
・電力測定値の表示がリニアスケールの場合（Ａ−２、Ａ−３のケース）は、入力値を２倍する。
・電力測定値の表示がログスケールで「ｃ_１＞ｃまたはｃ_２＞ｃ」の場合（Ｂ−２、Ｂ−３のケース）は、入力値に１０ｌｏｇ（２）≒３．０１ｄＢを加える。
［３］計算手段７２
・電力測定値の表示がリニアスケールの場合（Ａ−２、Ａ−３のケース）は、入力値をｐ_ｌｉｎ^／／として、Ｄ＝√｛ｐ_ｌｉｎ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝の計算により、周波数ｆにおける受光感度Ｄを算出する。
・電力測定値の表示がログスケールの場合（Ｂ−２、Ｂ−３のケース）は、入力値を１０ｌｏｇ（ｐ_ｌｉｎ^／／）として、Ｄ＝√｛ｐ_ｌｉｎ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝の計算により、周波数ｆにおける受光感度Ｄを算出する。

【0061】

なお、上記の電力測定器５６、補正手段７１、および、計算手段７２は、それぞれ個別装置実現した後に接続しても良いし、一部または全部を一体化しても良い。また、２つのＣＷ光の光源（５１−１、５１−２）は、ＤＦＢ−ＬＤに限定するものではなく、非特許文献１に記載の光コム装置とＡＷＧを用いても、他の手段を用いても良い。

【0062】

〔実施形態２〕
図８は、本実施形態の周波数特性測定システム３０６を説明する図である。周波数特性測定システム３０６は、被測定対象の光電変換素子の受光感度の周波数特性を測定する周波数特性測定システムであって、
差周波がｆで、光電力がＰ_１、Ｐ_２なる２つの連続光を合波して前記光電変換素子に入力する検査光入力手段と、
前記光電変換素子が前記２つの連続光を光電変換して出力するビートの電力を測定し、ビート電力の測定値ｐ_ｌｉｎ（リニアスケール表記）またはｐ_ｄＢｍ（ログスケール表記）を出力する入力インピーダンスＲの電力測定手段と、
前記電力測定手段が測定したビート電力の複数の測定値ｐ_ｌｉｎまたはｐ_ｄＢｍを平均化し、ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞（リニアスケール表記）または＜ｐ_ｄＢｍ＞として出力する平均化手段と、
前記平均化手段が出力した前記ビート電力の平均値＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞を補正して補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βを生成する補正手段と、
前記補正手段が生成した補正値α＜ｐ_ｌｉｎ＞または補正値＜ｐ_ｄＢｍ＞＋βをリニアスケール表記した値１０＾｛（＜ｐ_ｄＢｍ＞＋β）／１０｝を、前記２つの連続光の偏光状態が平行の場合のリニアスケール表記のビート電力ｐ_ｅ^／／とし、
前記光電変換素子の、周波数ｆにおける受光感度Ｄを
Ｄ＝√｛ｐ_ｅ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝
で計算する計算手段と、
を備える。
光源（５１−１、５１−２）及び光合波器５２が前記検査光入力手段である。電力測定器５６が電力測定手段である。

【0063】

本実施形態は、前述の〔原理説明〕の内、Ａ−１、Ａ−２、Ａ−３、Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３の場合に対応する実施形態である。図５（原理説明）に対する追加構成は、以下の通りである。電力測定器５６の測定値出力には平均化手段８１の入力が接続され、平均化手段８１の出力には補正手段７１の入力が接続され、補正手段７１の出力には計算手段７２の入力が接続されている。

【0064】

電力測定器５６は、ビート電力測定値を、測定するごとに、リニアスケール（Ｗ、ｍＷなど）またはログスケール（ｄＢｍなど）の表記で出力する。平均化手段８１は、複数の電力測定値を取り込み、平均化し、出力する。補正手段７１は、電力測定値の平均値を取り込み、補正し、出力する。計算手段７２は、補正された電力測定値の平均値を取り込み、光電変換素子の受光感度Ｄを算出する。また、２つのＣＷ光の偏光状態揺らぎ速度がｃ_１、ｃ_２として判明しているものとする。以下に、具体的に、各機器の設定／動作を説明する。

【0065】

［１］電力測定器５６
・１回あたりの電力測定速度ｃが設定されている。
［２］平均化手段８１
・少なくとも、ＣＷ光１またはＣＷ光２の偏光状態が、ポアンカレ球上で十分に移動するだけの時間、測定を繰り返し、平均化処理する。
［３］補正手段７１
・電力測定値の表示がリニアスケールの場合（Ａ−１、Ａ−２、Ａ−３のケース）は、入力値を２倍する。
・電力測定値の表示がログスケールで「ｃ＞ｃ_１かつｃ＞ｃ_２」の場合（Ｂ−１のケース）は、入力値に１０ｌｏｇ（ｅ）≒４．３４ｄＢを加える。
・電力測定値の表示がログスケールで「ｃ_１＞ｃまたはｃ_２＞ｃ」の場合（Ｂ−２、Ｂ−３のケース）は、入力値に１０ｌｏｇ（２）≒３．０１ｄＢを加える。
［４］計算手段７２
・電力測定値の表示がリニアスケールの場合（Ａ−１、Ａ−２、Ａ−３のケース）は、入力値をｐ_ｌｉｎ^／／として、Ｄ＝√｛ｐ_ｌｉｎ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝の計算により、周波数ｆにおける受光感度Ｄを算出する。
・電力測定値の表示がログスケールの場合（Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３のケース）は、入力値を１０ｌｏｇ（ｐ_ｌｉｎ^／／）として、Ｄ＝√｛ｐ_ｌｉｎ^／／／（２Ｐ_１Ｐ_２Ｒ）｝の計算により、周波数ｆにおける受光感度Ｄを算出する。

【0066】

なお、上記の電力測定器５６、平均化手段８１、補正手段７１、および、計算手段７２は、それぞれ個別装置実現した後に接続しても良いし、一部または全部を一体化しても良い。また、２つのＣＷ光の光源（５１−１、５１−２）は、ＤＦＢ−ＬＤに限定するものではなく、非特許文献１に記載の光コム装置とＡＷＧを用いても、他の手段を用いても良い。

【0067】

〔実施形態３〕
図９は、本実施形態の周波数特性測定システム３０７を説明する図である。本実施形態は、図７の周波数特性測定システム３０５に、偏波スクランブラ９１を追加した構成である。なお、偏波スクランブラ９１の設置位置は、ＣＷ光１光源と光合波器の間、あるいは、ＣＷ光２光源と光合波器の間、あるいは、その双方である。また、光コム装置とＡＷＧをＣＷ光源とする場合、ＡＷＧにて波長ごとにＣＷ光を分波し、再度合波するが、その間に偏波スクランブラを挿入する。

【0068】

偏波スクランブラがない場合、前述の２つのＣＷ光の偏光状態揺らぎ速度ｃ_１、ｃ_２は、光回路に対する温度変化や機械的圧力に拠ることから、［１／秒］〜［１／時］程度の速度である。この状態で前提条件「ｃ_１＞ｃまたはｃ_２＞ｃ」を満たすためには、電力測定器５６の電力測定速度ｃは［１／秒］〜［１／時間］程度以下に設定しなければならず、測定時間が長時間化（１秒〜１時間程度以上）する。

【0069】

しかるに、偏波スクランブラ９１を用いれば、ＣＷ光の偏光状態を高速で変動させるので、ｃ_１あるいはｃ_２を増大（高速化）させ、ｃを大きく設定可能することができ、この結果、測定時間を短縮化できる。

【0070】

なお、偏波スクランブラ９１としては、例えば、非特許文献３に記載のもので５００回転ポアンカレ球／秒が可能で、これでＣＷ光１あるいはＣＷ光２の偏光状態を変動させることは、ｃ_１あるいはｃ_２を５００／秒とすることができることに相当する。また、偏波スクランブラ９１と電力測定器５６の間で、ｃ_１とｃの大小関係、あるいは、ｃ_２とｃの大小関係を明らかにする必要はあるが、偏波スクランブラ９１は入力ＣＷ光の偏光状態を内蔵されたアルゴリズム（ランダム、あるいは、周期変化）で変動させればよく、外部からのフィードバックは必要ない。

【0071】

〔実施形態４〕
図１０は、本実施形態の周波数特性測定システム３０８を説明する図である。本実施形態は、図８の周波数特性測定システム３０６に、偏波スクランブラ９１を追加した構成である。なお、偏波スクランブラ９１の設置位置は、ＣＷ光１光源と光合波器の間、あるいは、ＣＷ光２光源と光合波器の間、あるいは、その双方である。（光コム装置とＡＷＧをＣＷ光の光源とする場合、ＡＷＧにて波長ごとにＣＷ光を分波し、再度合波するが、その間に偏波スクランブラ９１を挿入する。）

【0072】

偏波スクランブラがない場合、前述の２つのＣＷ光の偏光状態揺らぎ速度ｃ_１、ｃ_２は、光回路に対する温度変化や機械的圧力に拠ることから、［１／秒］〜［１／時間］程度以下の速度である。〔実施形態２〕の構成では、前提条件が「少なくとも、ＣＷ光１またはＣＷ光２の偏光状態が、ポアンカレ球上で十分に移動するだけの時間、測定を繰り返し、平均化処理する」必要があることから、平均化処理まで含めた時間は、少なくともｍｉｎ（１／ｃ_１，１／ｃ_２）の数倍以上の時間（１秒〜１時間程度以上）がかかり、測定時間が長時間化する。

【0073】

しかるに、偏波スクランブラ９１を用いれば、ＣＷ光の偏光状態を高速で変動させるので、ｃ_１あるいはｃ_２を増大（高速化）させ、この結果、測定時間を短縮化できる。

【0074】

なお、偏波スクランブラ９１としては、例えば、非特許文献３に記載のもので５００回転ポアンカレ球／秒が可能で、これでＣＷ光１あるいはＣＷ光２の偏光状態を変動させることは、ｃ_１あるいはｃ_２を５００／秒とすることができることに相当する。また、偏波スクランブラ９１と電力測定器５６の間で、ｃ_１とｃの大小関係、あるいは、ｃ_２とｃの大小関係を明らかにする必要はあるが、偏波スクランブラ９１は入力ＣＷ光の偏光状態を内蔵されたアルゴリズム（ランダム、あるいは、周期変化）で変動させればよく、外部からのフィードバックは必要ない。

【産業上の利用可能性】

【0075】

本発明は情報通信産業その他で用いる光電変換素子の評価に適用することができる。

【符号の説明】

【0076】

１１：光源
１２：発振器
１３：光強度変調器
１４：光電変換素子
１５：オシロスコープ
３１、３１−１、３１−２：光源
３２：光合波器
３３：光電力測定器
３４：光周波数測定器
３５：光電変換素子
３６：スペクトルアナライザ（ＳＡ）
３８：偏波制御器（ＰＣ）
４１：光源
４２：光コム装置
４２ａ：光強度変調器
４２ｂ：発振器
４２ｃ：光位相変調器
４３：アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）
４４：光電変換素子
４５：スペクトルアナライザ（ＳＡ）
４８：偏波制御器（ＰＣ）
５１、５１−１、５１−２：光源
５２：光合波器
５３：光電力測定器
５４：光周波数測定器
５５：光電変換素子
５６：電力測定器
７１：補正手段
７２：計算手段
８１：平均化手段
９１：偏波スクランブラ
３０１〜３０８：周波数特性測定システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】