特許 6039744 雑音指数測定方法、雑音指数測定装置、および測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6039744

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】雑音指数測定方法、雑音指数測定装置、および測定システム

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/39 20060101AFI20161128BHJP

   G01J 9/00 20060101ALI20161128BHJP

   G01M 11/00 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/39

   G01J9/00

   G01M11/00 T

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-101173(P2015-101173)

(22)【出願日】2015年5月18日

【審査請求日】2015年5月18日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度、独立行政法人情報通信研究機構「光周波数・位相制御光中継伝送技術の研究開発 課題Ｂ 広帯域マルチキャリア光パラメトリック増幅中継技術」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100153006

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 勇三

(72)【発明者】

【氏名】圓佛 晃次

(72)【発明者】

【氏名】小野 浩孝

(72)【発明者】

【氏名】竹ノ内 弘和

(72)【発明者】

【氏名】忠永 修

(72)【発明者】

【氏名】登倉 明雄

(72)【発明者】

【氏名】梅木 毅伺

(72)【発明者】

【氏名】風間 拓志

【審査官】 廣崎 拓登

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−２１４０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０９８９１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 M. Asobe, et al.，Phase sensitive amplification with noise figure below the 3 dB quantum limit using CW pumped PPLN waveguide，Optics Express，２０１２年 ６月 ４日，Vol.20, No.12，pp.13164-13172

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００− １／１２５

１／２１− ７／００

Ｈ０４Ｂ １０／００−１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００−１４／０８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｇｏｏｇｌｅ Ｓｃｈｏｌａｒ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記入力光の相対強度雑音と、前記位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記増幅光の相対強度雑音とに基づいて、前記位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と前記自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む前記位相感応光増幅器の雑音指数を算出する雑音指数測定方法であって、
前記入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第１ステップと、
前記増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第２ステップと、
前記入力光の平均光パワーの測定値を取得する第３ステップと、
前記位相感応光増幅器の利得の測定値を取得する第４ステップと、
前記第１ステップで取得した前記入力光の相対強度雑音の測定値と、前記第２ステップで取得した前記増幅光の相対強度雑音の測定値と、前記第３ステップで取得した前記入力光の平均光パワーの測定値と、前記第４ステップで取得した前記位相感応光増幅器の利得の測定値とに基づいて、前記雑音指数を算出する第５ステップと、を含む
ことを特徴とする雑音指数測定方法。

【請求項2】

請求項１に記載の雑音指数測定方法において、
前記第５ステップは、
前記雑音指数をｆ_psa+exとし、前記入力光の平均光パワーに基づく入力平均光子数をｎ_inとし、前記入力光の相対強度雑音をＲＩＮ_inとし、前記増幅光の相対強度雑音をＲＩＮ_totalとし、前記位相感応光増幅器の利得をｇとしたとき、式（Ａ）に基づいて前記雑音指数を算出するステップである
ことを特徴とする雑音指数測定方法。

【数1】

【請求項3】

位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記入力光の相対強度雑音と、前記位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記増幅光の相対強度雑音とに基づいて、前記位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と前記自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む前記位相感応光増幅器の雑音指数を算出する雑音指数測定方法であって、
前記入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第１ステップと、
前記増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第２ステップと、
前記入力光の平均光パワーの測定値を取得する第３ステップと、
前記第１ステップで取得した前記入力光の相対強度雑音の測定値と、前記第２ステップで取得した前記増幅光の相対強度雑音の測定値と、前記第３ステップで取得した前記入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、前記雑音指数を算出する第４ステップと、を含む
ことを特徴とする雑音指数測定方法。

【請求項4】

請求項３に記載の雑音指数測定方法において、
前記第４ステップは、
前記雑音指数をｆ_psa+exとし、前記入力光の平均光パワーに基づく入力平均光子数をｎ_inとし、前記入力光の相対強度雑音をＲＩＮ_inとし、前記増幅光の相対強度雑音をＲＩＮ_totalとしたとき、式（Ｂ）に基づいて前記雑音指数を算出するステップである
ことを特徴とする雑音指数測定方法。

【数2】

【請求項5】

位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第１相対強度雑音取得部と、
前記位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第２相対強度雑音取得部と、
前記位相感応光増幅器の利得の測定値を取得する利得取得部と、
前記入力光の平均光パワーの測定値を取得する入力光パワー取得部と、
前記第１相対強度雑音取得部で取得した前記入力光の相対強度雑音の測定値と、前記第２相対強度雑音取得部で取得した前記増幅光の相対強度雑音の測定値と、前記利得取得部で取得した前記位相感応光増幅器の利得の測定値と、前記入力光パワー取得部で取得した前記入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、前記位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と前記自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音を含む雑音指数を算出する雑音指数算出部と、を有する
ことを特徴とする雑音指数測定装置。

【請求項6】

位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第１相対強度雑音取得部と、
前記位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された前記増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第２相対強度雑音取得部と、
前記入力光の平均光パワーの測定値を取得する入力光パワー取得部と、
前記第１相対強度雑音取得部で取得した前記入力光の相対強度雑音の測定値と、前記第２相対強度雑音取得部で取得した前記増幅光の相対強度雑音の測定値と、前記入力光パワー取得部で取得した前記入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、前記位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と前記自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音を含む雑音指数を算出する雑音指数算出部と、を有する
ことを特徴とする雑音指数測定装置。

【請求項7】

光を照射する光源と、
前記光源から照射された光の平均光パワーを測定する光パワー測定器と、
前記位相感応光増幅器と、
受光した光を電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器によって変換された電気信号に基づいて相対強度雑音を測定する相対強度雑音測定器と、
前記光源から出力された光を前記位相感応光増幅器に入力するとともに前記位相感応光増幅器から出力された光を前記光検出器に入力する経路、または前記光源から出力された光を前記位相感応光増幅器に入力させずに前記光検出器に入力する経路を形成する光スイッチと、
前記光パワー測定器によって測定された前記平均光パワーと、前記相対強度雑音測定器によって測定された相対強度雑音とが入力される請求項５または６に記載の雑音指数測定装置と、を備える
ことを特徴とする雑音指数測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光増幅器の雑音指数を測定するための雑音指数測定方法、雑音指数測定装置、および測定システムに関し、例えば、位相感応光増幅器（Ｐｈａｓｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＰＳＡ）の雑音指数を測定するための雑音指数測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光通信システムに用いられる光受信装置は、光ファイバを伝搬することによって減衰した光信号を高い受光感度で検出する必要がある。そのため、上記光受信装置は、一般に、レーザ増幅器を用いて増幅した検出光を光検出器（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、以下、「ＰＤ」とも称する。）で受光して電気信号に変換し、変換した電気信号を必要に応じて電気的な増幅器で増幅を行ってから、上記電気信号（デジタル信号）を識別器で識別する構成等を有している。

【0003】

上記レーザ増幅器としては、例えば、エルビウムやプラセオジム等の希土類元素を添加した光ファイバに励起光を入射して信号光を増幅するファイバレーザ増幅器や半導体レーザ増幅器が用いられている。一般に、ファイバレーザ増幅器や半導体レーザ増幅器は、信号光を光のままで増幅するため、電気的な処理速度の制限が存在しない。そのため、非常に高速な変調信号を高感度に検出することが要求される長距離の光伝送システムにおいては、上述した構成を有する光受信装置がよく用いられている。また、上記レーザ増幅器は、機器構成が比較的単純であるため、光通信システムにおける線形中継器としても広く用いられている。

【0004】

しかし、これらのレーザ増幅器は、不可避的かつランダムに発生する自然放出光が信号成分とは全く無関係に混入されるので、信号光のＳＮ比が増幅前後で少なくとも３ｄＢ低下する。この信号光のＳＮ比の低下は、光受信装置におけるＳＮ比を制限し，受信感度を制限する要因になっている。また、レーザ増幅器を線形中継器として用いた場合も伝送品質を低下させる要因になっている。

【0005】

近年、このようなレーザ増幅器の限界を打開する手段として、位相感応光増幅器（Ｐｈａｓｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下、「ＰＳＡ」と称する。）の研究が進められている。ＰＳＡは、位相感応光増幅部（光パラメトリック増幅機構）に信号光と励起光を入射し、両者の位相が一致すると入力信号光を増幅し、両者の位相が９０度ずれた直交位相関係になると、入力信号光が減衰する特性を有している。この特性を利用して増幅利得が最大となるように励起光と信号光との間の位相を一致させて位相感応光増幅部に入射すると、信号光と直交位相の自然放出光を最小限に抑制し、ほぼＳＮ比を劣化させずに信号光を増幅することができる。

【0006】

ところで、ＰＳＡの性能を評価する重要な指標の一つとして、増幅器の利得および増幅器の入出力のＳＮ比の劣化の程度を示す雑音指数（Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ：以下「ＮＦ」とも称する。）がある。光通信において、雑音は伝送信号のＳＮＲを劣化させ、伝送容量を低下させる要因となるため、ＰＳＡの性能を評価する上で、ＮＦを高精度に測定することが重要となる。

【0007】

特に、ＰＳＡは、従来のレーザ増幅器に比べて原理的に極めて低雑音な増幅器であり、ＮＦが非常に小さいので、測定誤差が雑音指数に大きく影響する。そのため、ＰＳＡの性能を評価する上で、雑音指数を精度よく測定することが極めて重要であり、高精度な雑音指数の測定方法が望まれている。

【0008】

また、光増幅器を実際に使用する際には、光増幅器で原理的に発生する自然放出光雑音以外に、上記構成部品に起因する雑音等が発生する。例えば、マルチパス干渉（Ｍｕｌｔｉ ｐａｔｈ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ：ＭＰＩ）による雑音、励起光の雑音、戻り光による雑音等の過剰雑音が付加される。特に、ＰＳＡは、実際に増幅を行う光パラメトリック増幅（ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＯＰＡ）機構に加えて、信号光と励起光の位相を同期するための位相同期機構や高出力な励起光を生成するための機構を有しており、従来のレーザ増幅器に比べて構成部品が多いという特徴がある。そのため、ＯＰＡ機構以外での構成部品で生じる過剰雑音の影響も従来のレーザ光増幅器に比べて多い。これらの過剰雑音は、光電変換後、ＲＦベースバンド周波数領域、すなわち信号周波数帯の雑音となるため、受信後の信号波形を劣化させるため、これらの過剰雑音を含めた光増幅器の全ての雑音を測定することが実用上重要である。

【0009】

光増幅器の雑音指数の測定方法として、従来から以下に示す方法が知られている。
例えば、レーザ光増幅器の雑音指数測定方法として、レーザ光増幅器の入力光および増幅光の光電変換後のＲＦ帯における電気スペクトルを電気スペクトラムアナライザ（ＥＳＡ）を用いて測定し、その測定値を用いて雑音指数を算出するＥＳＡ法や、レーザ光増幅器の入力光および増幅光の光スペクトルを光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）を用いて測定し、増幅光の増幅自然放出光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ： ＡＳＥＡＳＥ）のレベルと利得を測定することにより、雑音指数を算出するＯＳＡ法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

【0010】

光周波数領域での測定法であるＯＳＡ法では、ＲＦベースバンド周波数領域における過剰雑音の影響を光スペクトル上の変化として観測することが極めて困難であるため、過剰雑音を正確に評価することができないという問題がある。これに対し、ＥＳＡ法は、ＯＳＡ法では評価できない上述の過剰雑音の影響まで含めた雑音指数の測定ができる正確な測定方法である。

【0011】

しかしながら、従来のレーザ増幅器では、過剰雑音の発生は無視できる程度であるため、簡便に雑音指数を評価できるＯＳＡ法が一般的に採用されている。例えば、ＯＳＡ法は、光通信用のレーザ増幅器として代表的な光ファイバ増幅器の雑音指数測定方法として標準化されている（ＩＥＣ−６１２９１）。

【0012】

そのため、従来は、ＰＳＡにおいてもレーザ増幅器と同様に、ＯＳＡ 法により雑音指数の測定が行われていた。しかしながら、ＰＳＡは、上述したように、位相同期機構や高出力な励起光を生成するための機構等の構成部品が多いため、従来のレーザ増幅器に比べて、ＭＰＩの影響や励起光生成に用いるエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の雑音の影響等が大きい。すなわち、ＰＳＡは、従来のレーザ増幅器に比べて、自然放出光に起因する雑音以外の過剰雑音の影響が大きい。そのため、レーザ増幅器の雑音指数評価法として一般的なＯＳＡ法では、ＰＳＡにおける上記の過剰雑音が正確に評価できない。

【0013】

近年、このＰＳＡの雑音評価に関する問題を回避するために、ＰＳＡの自然放出光に起因する雑音以外の過剰雑音まで含めた増幅器の全雑音を評価するための研究が進められている。例えば、非特許文献２には、光電変換後のＲＦ帯の電気スペクトル上のノイズレベルと雑音指数の値が既知である参照用の光ファイバ増幅器を用い、その参照用の光ファイバ増幅器のノイズレベルとＰＳＡのノイズレベルとを比較することにより、相対的にＰＳＡの雑音を評価する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0014】

【非特許文献1】D.M. Baney, P. Gallion, and R.S. Tucker, “Theory and measurement techniques for the noise figure of optical amplifiers,” Optical fiber technology, vol.6, no.2, pp.122-154, 2000.

【非特許文献2】M. Asobe, T. Umeki, and O. Tadanaga, “Phase sensitive amplification with noise figure below the 3 dB quantum limit using CW pumped PPLN waveguide,” Optics Express 20, 13164-13172,2012.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

上述の非特許文献２に開示された参照用の光ファイバ増幅器を用いて雑音指数を評価する方法によれば、増幅光を光電変換し、電気スペクトル上のノイズレベルを測定することにより、ＲＦベースバンド周波数領域における増幅器の過剰雑音まで含んだ雑音を評価することが可能となる。

【0016】

しかしながら、非特許文献２に開示された方法は、参照用の光ファイバ増幅器の雑音指数は、上述したＯＳＡ法によって決定された値を用いており、過剰雑音を正確に含んだものとは言えない。すなわち、非特許文献２に開示された方法は、ＥＳＡ法とＯＳＡ法との混合測定方法であり、完全な電気的評価とは言えず、ＰＳＡの雑音指数の測定方法として正確さに問題がある。

【0017】

また、ＰＳＡと従来のレーザ増幅器とは、増幅器で生じる雑音の発生原理が全く異なり、自然放出光に起因した雑音量も大きく異なるため、レーザ増幅器の雑音指数測定方法として採用されていた従来のＥＳＡ法をそのままＰＳＡの雑音指数測定方法として採用することはできない。

【0018】

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、位相感応光増幅器の雑音指数を高精度に測定することにある。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明に係る雑音指数測定方法は、位相感応光増幅器（２）に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音（ＲＩＮin）と、位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音（ＲＩＮtotal）とに基づいて、位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む位相感応光増幅器の雑音指数（ＮＦ）を算出する雑音指数測定方法であって、入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第１ステップ（Ｓ１）と、増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第２ステップ（Ｓ２）と、入力光の平均光パワーの測定値を取得する第３ステップ（Ｓ３）と、位相感応光増幅器の利得の測定値を取得する第４ステップ（Ｓ４）と、第１ステップで取得した入力光の相対強度雑音の測定値と、第２ステップで取得した増幅光の相対強度雑音の測定値と、第３ステップで取得した入力光の平均光パワーの測定値と、第４ステップで取得した位相感応光増幅器の利得の測定値とに基づいて、雑音指数（ＮＦ）を算出する第５ステップ（Ｓ５）とを含むことを特徴とする。

【0021】

本発明に係る雑音指数測定方法は、位相感応光増幅器（２）に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音（ＲＩＮin）と、位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音（ＲＩＮtotal）とに基づいて、位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む位相感応光増幅器の雑音指数（ＮＦ）を算出する雑音指数測定方法であって、入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第１ステップ（Ｓ１）と、増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第２ステップ（Ｓ２）と、入力光の平均光パワーの測定値を取得する第３ステップ（Ｓ３）と、第１ステップで取得した入力光の相対強度雑音の測定値と、第２ステップで取得した増幅光の相対強度雑音の測定値と、第３ステップで取得した入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、雑音指数を算出する第４ステップ（Ｓ５）とを含むことを特徴とする。

【0022】

本発明に係るに係る雑音指数測定装置（１０）は、位相感応光増幅器（２）に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第１相対強度雑音取得部（１０４）と、位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第２相対強度雑音取得部（１０５）と、位相感応光増幅器の利得の測定値を取得する利得取得部（１０２，１０３，１０７）と、入力光の平均光パワーの測定値を取得する入力光パワー取得部（１０３）と、第１相対強度雑音取得部で取得した入力光の相対強度雑音の測定値と、第２相対強度雑音取得部で取得した増幅光の相対強度雑音の測定値と、利得取得部で取得した位相感応光増幅器の利得の測定値と、入力光パワー取得部で取得した入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音を含む雑音指数を算出する雑音指数算出部（１０８）とを有することを特徴とする。

【0023】

本発明に係る雑音指数測定装置（１０）は、位相感応光増幅器（１）に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音の測定値を取得する第１相対強度雑音取得部（１０４）と、位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音の測定値を取得する第２相対強度雑音取得部（１０５）と、入力光の平均光パワーの測定値を取得する入力光パワー取得部（１０３）と、第１相対強度雑音取得部で取得した入力光の相対強度雑音の測定値と、第２相対強度雑音取得部で取得した増幅光の相対強度雑音の測定値と、入力光パワー取得部で取得した入力光の平均光パワーの測定値とに基づいて、位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音を含む雑音指数を算出する雑音指数算出部（１０８）とを有することを特徴とする。

【0024】

本発明に係る測定システム（５０）は、光を照射する光源（１）と、光源から照射された光の平均光パワーを測定する光パワー測定器（７）と、位相感応光増幅器（２）と、受光した光を電気信号に変換する光検出器（４）と、光検出器によって変換された電気信号に基づいて相対強度雑音を測定する相対強度雑音測定器（５）と、光源から出力された光を位相感応光増幅器に入力するとともに位相感応光増幅器から出力された光を光検出器に入力する経路、または光源から出力された光を位相感応光増幅器に入力させずに光検出器に入力する経路を形成する光スイッチ（８、９）と、光パワー測定器によって測定された平均光パワーと、相対強度雑音測定器によって測定された相対強度雑音とが入力される上記雑音指数測定装置（１０）とを備えることを特徴とする。

【0025】

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって表している。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、位相感応光増幅器の雑音指数を高精度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法の手順を示す図である。

【図2】図２は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法を実現するための測定システムの構成の概要を示す図である。

【図3】図３は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法によって測定した雑音指数の実際の評価結果を示す図である。

【図4】図４は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定装置を含む測定システムの具体的な構成を示す図である。

【図5】図５は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定装置の内部構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

【0029】

≪本実施の形態に係る雑音指数測定方法の原理≫
本発明の一実施の形態に係る光増幅器の雑音指数測定方法の原理について説明する。
なお、以下では、光増幅器が位相感応増幅器（ＰＳＡ）であるとして説明する。

【0030】

先ず、ＰＳＡに入力される信号光の位相と増幅のための励起光の位相とが完全に同期していると仮定すると、信号光としてコヒーレント光をＰＳＡに入射した場合の増幅光の平均光子数ｎ_psaと光子数分散σ²_psaは、式（１）および式（２）で表される。
ここで、ｇはＰＳＡの利得であり、ｎ_inはＰＳＡに入力される信号光の入力平均光子数であり、ｇｎ_inは増幅光の平均光子数を表す。また、ｎ_{asa_psa}は、ＰＳＡでの自然放出光の平均光子数であり、ＰＳＡの利得をｇとしたとき、式（３）で表すことができる。また、σ²_{sig_ase}は、信号（入力光）とＰＳＡのＡＳＥ間のビートノイズ成分を表し、σ²_{ase_ase}は、ＰＳＡのＡＳＥ間のビートノイズ成分を表している。

【0031】

【数1】

【0032】

【数2】

【0033】

【数3】

【0034】

また、パラメトリック自然放出光の帯域を光フィルタでカットした場合の当該光フィルタの帯域をΔνｏｐｔとしたとき、σ²_{sig_ase}、およびσ²_{ase_ase}は、式（４）および式（５）によって夫々表すことができる。

【0035】

【数4】

【0036】

【数5】

【0037】

一般に、信号光源から出力される信号光には強度雑音が含まれるため、信号光は、コヒーレント状態からずれた過剰雑音状態にある。
そこで、以下では、信号光源にレーザからの自然放出光による強度雑音が混入している場合を想定する。この場合、ＰＳＡに入力される入力光の光子数分散σ²_rinは、式（６）で表される。ここで、βは、入力光の過剰雑音指数であり、信号光源のコヒーレント状態からのずれを表す。

【0038】

【数6】

【0039】

ところで、レーザ光の強度の時間的なゆらぎを表す相対強度雑音（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ：ＲＩＮ）は、光パワーの分散と平均光パワーの比であり、式（７）で表される。ここで、（式７）の分母は平均光パワーを表し、分子は光パワーの分散を表す。

【0040】

【数7】

【0041】

また、相対強度雑音ＲＩＮは、光子数分散σと平均光子数ｎとの間に、式（８）に示す関係がある。

【0042】

【数8】

【0043】

過剰雑音指数βの雑音を含む信号光をＰＳＡによって増幅すると、その増幅光に含まれる雑音、すなわち光子数分散は（σ²_psa＋σ²_arin）となる。ここで、σ²_arinは、式（９）で表される。

【0044】

【数9】

【0045】

また、前述のとおり、実際には、ＰＳＡの雑音として、これらのＰＳＡでのパラメトリック自然放出に起因した雑音や信号光の強度雑音に起因した雑音の他に、過剰雑音が加わる。この過剰雑音による出力光子数の分散をσ²_exとすると、増幅後の全光子数分散は、式（１０）で表される。ここで、σ²_arinは、信号光源が持つ過剰雑音が増幅された結果生じる雑音成分を表している。また、σ²_rinは、信号光源が持つ光子数分散（＝ショットノイズ＋過剰雑音成分）であり、過剰雑音指数β＝０ならば、ショットノイズのみのコヒーレント光となる。また、σ²_exは、全ての過剰雑音成分（例えば、ＭＰＩ、戻り光、励起光、残留励起光ショットノイズ等の雑音）を表している。

【0046】

【数10】

【0047】

式（１０）から理解されるように、従来のＯＳＡ法では正確な測定が困難であった過剰雑音を含むＰＳＡの雑音成分（σ²_psa＋σ²_ex）で決定される雑音指数ＮＦを、定量的に評価するには、（σ²_total−σ²_arin）を算出すればよい。
したがって、以下では、（σ²_total−σ²_arin）に起因する雑音指数ＮＦを、測定可能なパラメータ、すなわち、ＰＳＡに入力される信号光の相対強度雑音ＲＩＮ_in、ＰＳＡから出力される増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_total、ＰＳＡの利得ｇ、および平均入力光子数ｎ_in等を用いて表すことを考える。

【0048】

先ず、相対強度雑音ＲＩＮを光検出器（ＰＤ）で受信した後の電力で定義する。すなわち、ＰＤで検出した入力光の信号電力をｐｓとし、ＰＤで検出した入力光の雑音電力をｐｎとしたとき、式（８）は式（１１）に書き換えることができる。

【0049】

【数11】

【0050】

また、ｐｎおよびｐｓは、夫々式（１２）および式（１３）で表すことができる。ここで、Ｂは、受信系のベースバンド帯域であり、ＲＬは負荷抵抗、ｅは電荷素量である。

【数12】

【0051】

【数13】

【0052】

次に、ＰＳＡの入力光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎを考える。
ＰＳＡの入力光をＰＤで受信した場合の入力光の信号電力をｐｓ_inとし、入力光の雑音電力をｐｎ_inとした場合、上記式（１１）から、ＰＳＡの入力光の相対強度雑音ＲＩＮ_inは、式（１４）で表すことができる。また、ｐｎ_inおよびｐｓ_inは、夫々式（１５）および式（１６）で表すことができる。ここで、ｎ_sseは、信号光源における自然放出光の平均光子数である。

【0053】

【数14】

【0054】

【数15】

【0055】

【数16】

【0056】

次に、ＰＳＡによる増幅光の相対強度雑音ＲＩＮｔｏｔａｌを考える。
ＰＳＡによる増幅光をＰＤで受信した場合の増幅光の信号電力をｐｓ_totalとし、入力光の雑音電力をｐｎ_totalとした場合、上記式（１１）から、ＰＳＡの増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_totalは、式（１７）で表すことができる。また、ｐｎ_totalおよびｐｓ_totalは、夫々式（１８）および式（１９）で表すことができる。

【0057】

【数17】

【0058】

【数18】

【0059】

【数19】

【0060】

次に、信号雑音比について考える。
ＰＳＡの入力光の信号雑音比、すなわち、信号光源の信号雑音比ｓｎｒ_inは、式（２０）で表される。

【0061】

【数20】

【0062】

一方、ＰＳＡによる増幅後は、全光子数分散が式（１０）で表されることから、過剰雑音を含んだＰＳＡ雑音による分散のみを考慮した場合のＰＳＡによる増幅光の信号雑音比ｓｎｒ_psa+exは、（σ²_psa＋σ²_ex＝σ_total−σ²_arin）を用いて、式（２１）で表すことができる。ここで、ｐｎ_psa+exは過剰雑音を含んだＰＳＡによる増幅光の雑音電力であり、ｐｓ_psa+exはＰＳＡによる増幅光の信号電力であり、夫々式（２２）および式（２３）で表すことができる。

【0063】

【数21】

【0064】

【数22】

【0065】

【数23】

【0066】

したがって、過剰雑音を含んだＰＳＡの雑音指数ｆ_psa+exは、式（２４）で表すことができる。ここで、ｓｎｒ_inは、ＰＳＡの入力光がコヒーレント光である場合の信号雑音比であり、光子数分散が平均光子数と等しいため、ｓｎｒ_in＝ｎ_in／（２・Ｂ）である。

【0067】

【数24】

【0068】

以上の関係から、過剰雑音を含んだＰＳＡの雑音指数ｆ_psa+exは、ＰＳＡの入力光の相対強度雑音ＲＩＮ_inと増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_totalとを用いて、式（２５）で表すことができる。

【0069】

【数25】

【0070】

ここで、信号光源の自然放出光が十分小さい、または信号光源の自然放出光を光フィルタによって充分に抑制してＰＳＡに入力した場合には、過剰雑音を含んだＰＳＡの雑音指数ｆ_psa+exは、式（２５）を簡略化した式（２６）で表すことができる。

【0071】

【数26】

【0072】

また、上述した信号光源の自然放出光が十分に小さく（または自然放出光を抑制し）、且つＰＳＡの利得ｇが十分に大きい場合には、過剰雑音を含んだＰＳＡの雑音指数ｆ_psa+exは、式（２６）を更に簡略化した式（２７）で表すことができる。

【0073】

【数27】

【0074】

式（２６）および式（２７）から理解されるように、過剰雑音を含んだＰＳＡの雑音指数は、信号光源から出力された信号光の相対強度雑音と、ＰＳＡによる増幅光の相対強度雑音と、入力光パワーと、ＰＳＡの利得とを測定することにより、算出することができる。すなわち、式（２６）および式（２７）は、過剰雑音を含んだＰＳＡの雑音指数を全電気的に評価できることを表している。
以下、上記原理に基づくＰＳＡの雑音指数測定方法について、具体的に説明する。

【0075】

≪本実施の形態に係る雑音指数測定方法の具体例≫
図１は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法の手順を示す図である。
図２は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定方法を実現するための測定システムの構成の概要を示す図である。

【0076】

図１に示されるように、本発明の実施の形態に係る雑音指数測定方法は、ＰＳＡに入力するための入力光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎを測定するステップＳ１と、ＰＳＡから出力される増幅光の相対強度雑音ＲＩＮｔｏｔａｌを測定するステップＳ２と、上記入力光の平均光パワーを測定するステップＳ３と、ＰＳＡの利得を測定するためのステップＳ４と、ＰＳＡの雑音指数を算出するステップＳ５とから成る。

【0077】

（１）ステップＳ１
ステップＳ１では、ＰＳＡに入力するための入力光の相対強度雑音ＲＩＮ_inを測定する。具体的には、図３に示すように、ＰＳＡ２の入力光として外部の光源１から出力された光を、ＰＳＡ２を介さず，ＰＳＡ２から生じるＡＳＥ間のビート雑音を除去するための光フィルタ３を介して光検出器（フォトディテクタ）４に入射し、光検出器４が受光することによって発生した上記入力光の受光電流をＲＩＮ測定装置５に入力することにより、上記入力光の相対強度雑音ＲＩＮ_inを測定する。このとき、光源１から出力された光を光フィルタ０を介して，光フィルタ３および光検出器４に入射してもよいし、光源１から出力された光に含まれる自然放出光が十分に小さい場合には、光源１から出力された光を光フィルタ０を介さずに光フィルタ３および光検出器４に入射してもよい。

【0078】

ここで、光源１は、例えば連続的にレーザ光を出力する共振器レーザ光源であり、上記入力光は例えばＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）光である。また、ＲＩＮ測定装置５は、光検出器４によって光電変換することによって得られた電力に基づいて光の相対強度雑音を測定することが可能な公知の測定器である。例えば、ＲＩＮ測定装置５は、光強度雑音パワー密度を雑音電流密度に換算し、平均光パワーを平均受光電流に換算することにより、相対強度雑音を算出する。また、ＲＩＮ測定装置５は、光検出器４での熱雑音やＲＩＮ測定装置５内部に設けられた電気アンプ等によって発生する雑音（装置内雑音）等を分離し、入力光に含まれる雑音のみを正確に測定可能な、正しく校正された装置であることが望ましい。

【0079】

（２）ステップＳ２
ステップＳ２では、ＰＳＡから出力される増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_totalを測定する。具体的には、図３に示すように、光源１から出力された光をＰＳＡ２に入力し、ＰＳＡ２から出力された増幅光を光フィルタ３を介して光検出器４に入射する。そして、光検出器４が受光することによって発生した上記増幅光の受光電流をＲＩＮ測定装置５に入力することにより、上記増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_inを測定する。

【0080】

ここで、ＰＳＡ２は、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）を用いた位相感応光増幅器である。ここでは、光フィルタ３が、帯域幅２ｎｍの光バンドパスフィルタであるとする。

【0081】

（３）ステップＳ３
ステップＳ３では、ＰＳＡ２の入力光の平均光パワーを測定する。具体的には、例えば公知の光パワーメータを用いることによって、光源１から出力されたＰＳＡ２の入力光の平均光パワーを測定する。これにより、入力光の平均光パワーの測定値と、入力光の振動数と、プランク定数を用いて、当該入力光の入力平均光子数ｎ_inを容易に算出することができる。また，光パワーメータ機能が付いた光学装置，たとえば光スペクトラムアナライザなどを用いてもよい．

【0082】

（４）ステップＳ４
ステップＳ４では、ＰＳＡの利得を測定する。具体的には、例えば公知の光スペクトラムアナライザを用いることによって測定したＰＳＡ２の入力光の光スペクトルの測定値と、ＰＳＡ２による増幅光の光スペクトルの測定値とに基づいて、ＰＳＡ２の利得を算出する。

【0083】

（５）ステップＳ５
ステップＳ５では、ステップＳ１〜Ｓ４での測定値を用いて、ＰＳＡの雑音指数を測定する。具体的には、ステップＳ１で測定した入力光の相対強度雑音ＲＩＮ_inの測定値と、ステップＳ２で測定したＰＳＡ２による増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_totalの測定値と、ステップＳ３で測定した入力光の平均光パワーの測定値から算出した入力光の入力平均光子数ｎ_inと、ステップＳ４で測定したＰＳＡ２の利得ｇの測定値とに基づいて、ＰＳＡ２の雑音指数を算出する。

【0084】

より具体的には、上記相対強度雑音ＲＩＮ_inの測定値、相対強度雑音ＲＩＮ_totalの測定値、上記算出した入力光の入力平均光子数ｎ_in、および利得ｇの測定値に基づいて、上述した式（２６）を解くことにより、ＰＳＡ２の雑音指数を算出する。

【0085】

または、ＰＳＡ２の利得ｇが十分に大きい場合には、上記相対強度雑音ＲＩＮ_inの測定値、相対強度雑音ＲＩＮ_totalの測定値、および上記算出した入力光の入力平均光子数ｎ_inに基づいて、上述した式（２７）を解くことにより、ＰＳＡ２の雑音指数を算出する。この場合には、上記ステップＳ４を行わなくてもよい。

【0086】

次に、上述の雑音指数測定方法による実際の評価結果を以下に示す。
ここでは、光源１として外部の共振器レーザ光源を用い、その光源からの出力されたＣＷ光を周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）を用いたＰＳＡ２で増幅した場合のＰＳＡ２の雑音指数を市販のＲＩＮ評価装置５を用いて評価した。また、光フィルタ３として、帯域幅２ｎｍの光バンドパスフィルタを用いた。

【0087】

先ず、ステップＳ１として、光源１から出力された光を、光フィルタ３を介して光検出器４に照射することによって、入力光の相対強度雑音ＲＩＮ_inをＲＩＮ測定装置５で測定した。このとき、ステップＳ３として、光源１から出力される入力光の平均光パワーを０ｄＢｍとし、入力光の入力平均光子数ｎ_inを“７．８×１０¹⁵”とした。上記測定の結果、入力光の相対強度雑音ＲＩＮ_inは、１５ＧＨｚの周波数において、“−１５９．８ｄＢ／Ｈｚ”であった。

【0088】

次に、ステップＳ２として、光源１から出力された光をＰＳＡ２に入力し、ＰＳＡ２から出力された増幅光を光フィルタ３を介して光検出器４に照射することによって、増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_totalをＲＩＮ測定装置５で測定した。このとき、ステップＳ５として、ＰＳＡ２の利得を２０ｄＢとした。上記測定の結果、増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_totalは、１５ＧＨｚの周波数において、“−１５７．５ｄＢ／Ｈｚ”であった。

【0089】

次に、上記の測定で得られた入力光の相対強度雑音ＲＩＮ_inの測定値と、増幅光の対強度雑音ＲＩＮ_totalを上記（式２７）に代入することによって算出した雑音指数（ＮＦ）は、約１．９６ｄＢであった。

【0090】

更に周波数を５ＧＨｚ、０．２ＧＨｚにした場合の入力光の相対強度雑音ＲＩＮ_inおよび増幅光の対強度雑音ＲＩＮ_totalを上記と同様に測定し、雑音指数を夫々算出した。これにより、周波数が０．２ＧＨｚ（２００ＭＨｚ）および５ＧＨｚにおける増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_totalは、夫々“−１５６．８ｄＢ／Ｈｚ”，“−１５７．３ｄＢ／Ｈｚ”であり、雑音指数は、夫々“２．５８ｄＢ”、“２．１４ｄＢ”であった。

【0091】

図２は、上述の雑音指数測定方法による実際の評価結果を示す図である。
図２には、上記評価によって得られた増幅光の相対強度雑音ＲＩＮ_totalの周波数依存性２０１と、上記評価によって得られたＰＳＡ２の雑音指数の周波数依存性２０２が示されている。
また、図２には、同様の構成のＰＳＡ２を従来の光学的評価法によって測定したときの雑音指数の周波数依存性２０３が、比較例として示されている。この比較例としての光学的評価法による雑音指数の周波数依存性２０３は、ＰＳＡ２の利得、増幅後の光スペクトル上の自然放出光レベル、および式（２８）によって得られるＯＳＡ法による雑音指数の理論式を用いて、ＯＳＡ法での雑音指数の値を算出したものである。

【0092】

【数28】

【0093】

ここで、式（２８）の右辺第一項はショットノイズ項であり、式（２８）の右辺第二項は増幅信号−ＡＳＥのビートノイズ項であり、Ｐａｓｅは増幅後のＡＳＥレベルであり、ｈはプランク定数であり、νは光周波数であり、ΔνはＯＳＡの解像度である。上記式（２８）による算出の結果、比較例としてのＯＳＡ法によるＰＳＡ２の雑音指数（ＮＦ）は約１．９ｄＢであった。

【0094】

図２に示されるように、本実施の形態に係る雑音指数測定方法によるＰＳＡ２の雑音指数は、周波数が高い領域においてＯＳＡ法によるＰＳＡ２の雑音指数に近づき、周波数が低い領域ではＯＳＡ法によるＰＳＡ２の雑音指数から乖離する。このＰＳＡ２の雑音指数の周波数依存性の特徴から、上記乖離の要因は、ＰＳＡ２のポンプ光の生成に用いたＥＤＦＡにおける内部反射に起因するマルチパス干渉雑音の影響によるものであることが理解される。すなわち、本実施の形態に係る雑音指数測定方法によるＰＳＡ２の雑音指数の評価結果には、従来のＯＳＡ法では正確に評価することができなかった、励起光の雑音等の構成部品から生じるＰＳＡ特有の過剰雑音の影響が反映されていることが理解される。

【0095】

≪本実施の形態に係る雑音指数測定方法による効果≫
以上のように、本実施の形態に係る雑音指数測定方法によれば、入力光の相対強度雑音と増幅光の相対強度雑音を測定し、上記式（２６）または式（２７）に基づいてＰＳＡの雑音指数（ＮＦ）を測定するので、ＰＳＡの雑音評価の際に重要となる構成部品から生じるＭＰＩ雑音や励起光の生成に用いるレーザ増幅器から混入する雑音等の過剰雑音の影響を含めた正確な雑音指数を測定することができる。すなわち、本実施の形態に係る雑音指数測定方法によれば、全電気的な測定によって雑音指数を評価することができるので、ＥＳＡ法とＯＳＡ法を混合させた従来の測定法に比べて測定精度の向上を図ることができる。

【0096】

特に、ＰＳＡの利得が十分に大きい場合には、上記式（２７）に基づいて雑音指数を算出することができるので、測定項目が更に削減され、測定が更に容易となる。

【0097】

≪本実施の形態に係る雑音指数測定装置≫
次に、本実施の形態に係る雑音指数測定方法を実現するための雑音指数測定装置について説明する。
図４は、本発明の一実施の形態に係る雑音指数測定装置を含む測定システムの具体的な構成を示す図である。同図において、上述の図３と同様の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0098】

図４に示される測定システム５００Ａは、光源１、雑音評価対象のＰＳＡ２、光フィルタ３、光検出器４、ＲＩＮ測定装置５、光スペクトラムアナライザ（光パワー測定機能付）７、光スイッチ８，９、雑音指数測定装置１０、およびモニタ１１から構成されている。

【0099】

光源１から出力された光（ＰＳＡ２の入力光）は、光スイッチ８に入力される。光スペクトラムアナライザ７は、光源１から出力された入力光を光スイッチ８，９を介して入力し、入力された光の平均光パワーを測定し、平均光パワーの測定結果（電気的データ）２４を雑音指数測定装置１０に供給する。なお，ここで入力光の平均光パワーの測定では光スイッチ８，９における光学的損失を事前に測定しておき，その損失情報を用いて補正することにより正しい入力光の平均光パワーを算出する．

【0100】

光スイッチ８，９は、光の伝搬方向を切り替える部品である。図４に示すように、例えば、光スイッチ８を光源１とＰＳＡ２との間に設け、光スイッチ９をＰＳＡ２と光フィルタ３との間に設ける。これにより、光源１から出力された光（ＰＳＡ２の入力光）をＰＳＡ２に入力するとともにＰＳＡ２から出力された増幅光を光検出器４に入力する経路と、光源１から出力された光をＰＳＡ２に入力させずに光検出器４に入力する経路と、光源１から出力された光をＰＳＡ２に入力するとともに、ＰＳＡ２から出力された増幅光を光スペクトラムアナライザ７に入力する経路と、光源１から出力された光をＰＳＡ２に入力させずに光スペクトラムアナライザ７に入力する経路の何れか１つの経路を形成することができる。光スイッチ８、９の切り替えは、例えば、後述する雑音指数測定装置１０からの制御信号によって制御される。

【0101】

雑音指数測定装置１０は、光スペクトラムアナライザ７によって測定された入力光の平均光パワーの測定結果２４、入力光の光スペクトル２３，増幅光の光スペクトル２５と，ＲＩＮ測定装置５によって測定された入力光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎの測定結果２１と、ＲＩＮ測定装置５によって測定された増幅光の相対強度雑音ＲＩＮｔｏｔａｌの測定結果２２とが入力され、入力された測定値に基づいて、ＰＳＡ２の雑音指数を測定するための装置である。

【0102】

雑音指数測定装置１０としては、ハードウェア資源であるコンピュータと、このコンピュータにインストールされたプログラムとから実現される。例えば、上記コンピュータは、ＣＰＵ等のプログラム処理装置と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ、およびＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置と、キーボード、マウス、ポインティングデバイス、操作ボタン、およびタッチパネル等の外部から情報を入力するための入力装置と、インターネット、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介して各種情報の送受信を有線または無線で行うための通信装置とを備えたＰＣ等である。

【0103】

雑音指数測定装置１０は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置１１と接続され、各種測定結果を表示装置１１に表示させることができる。また、雑音指数測定装置１０は、例えば、ＬＡＮ等のネットワーク（図示せず）に接続され、そのネットワークを介して外部機器に各種測定結果を出力することが可能となっている。

【0104】

図５は、雑音指数測定装置１０の内部構成を示す図である。
図５に示されるように、雑音指数測定装置１０は、制御部１００、入力光スペクトル取得部１０１、増幅光スペクトル取得部１０２、第１相対強度雑音取得部１０４、第２相対強度雑音取得部１０５、記憶部１０６、利得算出部１０７、および雑音指数算出部１０８を有している。

【0105】

制御部１００、入力光スペクトル取得部１０１、増幅光スペクトル取得部１０２、入力光パワー取得部１０３、第１相対強度雑音取得部１０４、第２相対強度雑音取得部１０５、記憶部１０６、利得算出部１０７、および雑音指数算出部１０８は、例えば、上記ハードウェア資源（ＣＰＵ等）がプログラムに従って処理を実行することによって実現される機能部である。

【0106】

制御部１００は、光スイッチ８，９や光源１等の測定システム５００を構成する各構成部品を制御する機能部である。例えば、制御部１００は、光源１を制御することにより、光源１からの光の出力や、出力する光のパワー等を制御する。また、制御部１００は、光スイッチ８，９を制御することによって、光源１から出力された光の伝搬経路の切り替えを行う。

【0107】

増幅光スペクトル取得部１０２は、ＰＳＡ２による増幅光の光スペクトルの測定値を取得するための機能部である。具体的には、増幅光スペクトル取得部１０２は、光パワーの測定機能を備えた光スペクトラムアナライザ７によって測定されたＰＳＡ２による増幅光の光スペクトルの測定結果２３を取得する。

【0108】

入力光スペクトル取得部１０１は、ＰＳ２の入力光の光スペクトルの測定値を取得するための機能部である。具体的には、入力光スペクトル取得部１０１は、光パワーの測定機能を備えた光スペクトラムアナライザ７によって測定された入力光の光スペクトルの測定結果２５を取得する。

【0109】

入力光パワー取得部１０３は、ＰＳ２の入力光の光パワーの測定値を取得するための機能部である。具体的には、入力光パワー取得部１０３は、入力光スペクトル取得部に用いる光パワーの測定機能を備えた光スペクトラムアナライザ７によって測定された入力光の平均光パワーの測定結果２４を取得する。

【0110】

第１相対雑音取得部１０４は、ＲＩＮ測定装置５によって測定された入力光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎの測定結果２１を取得する機能部である。第２相対雑音取得部１０５は、ＲＩＮ測定装置５によって測定された増幅光の相対強度雑音ＲＩＮｔｏｔａｌの測定結果２２を取得する機能部である。

【0111】

利得算出部１０７は、増幅光スペクトル取得部１０２によって取得した増幅光のスペクトルの測定結果２３と、入力光スペクトル取得部１０１によって取得した入力光のスペクトルの測定結果２４とに基づいて、ＰＳＡ２の利得を算出する機能部である。利得算出部１０７は、例えば、増幅光のスペクトルを入力光のスペクトルで除算することによって、ＰＳＡ２の利得（増幅率）ｇを算出する。

【0112】

記憶部１０６は、雑音指数を算出するための各種のデータが記憶される機能部である。記憶部１０６には、例えば、上述した式（２６）に対応する第１演算式データ１０６１、上述した式（２７）に対応する第２演算式データ１０６２、および雑音指数を算出するために必要なその他のパラメータ等が記憶されている。

【0113】

雑音指数算出部１０８は、第１相対雑音取得部１０４によって取得した入力光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎの測定結果２１と、第２相対雑音取得部１０５によって取得した増幅光の相対強度雑音ＲＩＮｔｏｔａｌの測定結果２２と、入力光パワー取得部１０３によって取得した入力光の平均光パワーの測定結果２４に基づいて算出した入力光の入力平均光子数ｎｉｎと、利得算出部１０７によって算出された利得ｇとを用いて、記憶部１０６に記憶されている第１演算式データ１０６１または第２演算式データ１０６２に従って演算を行うことにより、ＰＳＡ２の雑音指数を算出する。

【0114】

測定システム５００における雑音指数測定装置１０による雑音指数測定の処理手順は、以下である。
先ず、雑音指数測定装置１０における制御部１００が光源１を制御することによって、所望の光パワーの入力光を発生させ、その入力光を平均光パワーの測定値を光パワーメータ７によって測定する。雑音指数測定装置１０は、入力光パワー取得部１０３によって入力光の平均光パワーの測定結果２４を取得する。

【0115】

次に、雑音指数測定装置１０における制御部１００が光スイッチ８、９を制御することにより、光源１から出力された入力光をＰＳＡ２および光フィルタ３を介さずに光検出器４に照射するための光伝搬経路を形成する。その後、ＲＩＮ測定装置５が、入力光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎを測定する。雑音指数測定装置１０は、第１相対強度雑音取得部１０４によって入力光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎの測定結果２１を取得する。

【0116】

次に、雑音指数測定装置１０における制御部１００が光スイッチ８、９を制御することにより、光源１から出力された入力光をＰＳＡ２に入力するとともに、ＰＳＡ２から出力された増幅光を光フィルタ３を介して光検出器４に照射するための光伝搬経路を形成する。その後、ＲＩＮ測定装置５が、増幅光の平均光パワーと増幅光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎを測定する。雑音指数測定装置１０は、増幅光パワー取得部１０２によって増幅光の平均光パワーの測定結果２３を取得するとともに、第２相対強度雑音取得部１０５によって増幅光の相対強度雑音ＲＩＮｔｏｔａｌの測定結果２２を取得する。このとき、必要に応じて、雑音指数測定装置１０における利得算出部１０７が、増幅光の平均光パワーの測定結果２３と入力光の平均光パワーの測定結果２４とに基づいて、利得ｇを算出する。

【0117】

次に、雑音指数測定装置１０における雑音指数算出部１０８が、雑音指数を算出する。例えば、雑音指数算出部１０８は、第１相対雑音取得部１０４によって取得した入力光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎの測定結果２１と、第２相対雑音取得部１０５によって取得した増幅光の相対強度雑音ＲＩＮｔｏｔａｌの測定結果２２と、入力光パワー取得部１０３によって取得した入力光の平均光パワーの測定結果２４に基づいて算出した入力光の入力平均光子数ｎｉｎと、利得算出部１０７によって算出された利得ｇを、第１演算式データ１０６１に係る演算式（式（２６））に代入することによって、ＰＳＡ２の雑音指数を算出する。

【0118】

なお、利得ｇが大きい場合には、利得算出部１０７によって算出された利得ｇを用いずに、第１演算式データ１０６１の代わりに第２演算式データ１０６２に係る演算式（式（２７））に上記の測定結果を代入することによってＰＳＡ２の雑音指数を算出してもよい。この場合、雑音指数測定装置１０は、利得算出部１０７や増幅光パワー取得部１０２を有していなくてもよい。

【0119】

雑音指数算出部１０８によって算出された雑音指数の値は、例えば、表示装置１１に表示され、雑音指数測定装置１０の内部または外部に設けられた記憶装置（図示せず）に記憶される。

【0120】

以上のように、雑音指数測定装置１０を用いた測定システムによれば、光源１の制御や光伝搬経路の切り替え等を雑音指数測定装置１０によって行うことができるので、ＰＳＡの雑音指数の測定が容易となり、測定作業の効率化を図ることができる。

【0121】

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

【0122】

例えば、上記実施の形態において、雑音指数の評価対象の光増幅器がＰＳＡである場合を一例として説明したが、ＰＳＡ以外の光増幅器についても同様の手法により、雑音指数を測定することができる。

【0123】

また、上記実施の形態に係る雑音指数測定方法において、雑音指数を算出するための各種パラメータを取得するステップＳ１〜Ｓ４は、図１に示される順番に限定されるものではない。例えば、雑音指数の算出するステップ（Ｓ５）までに各パラメータが測定できていればよく、ステップＳ１〜Ｓ４は順番を入れ替えることも可能である。

【0124】

また、上記実施の形態において、ＲＩＮ測定装置５と光検出器４とが別個に設けられる場合を例示したが、光検出器４が一体となったＲＩＮ測定装置を用いてもよい。

【0125】

また、雑音指数測定装置１０を用いた測定システム５００において、光フィルタ３の後段に光スイッチ９を設ける場合を例示したが、ＰＳＡ２と光フィルタ３との間に光スイッチ９を設けてもよい。また、光スプリッタ６、光スイッチ８，９、および光パワーメータ７等の部品の配置は、上述の図５に示したものに限定されるものではない。すなわち、上述した式（２６）および式（２７）に基づく演算処理に必要な上記パラメータ（相対強度雑音ＲＩＮｉｎ，Ｒｉｎｔｏｔａｌ等）が取得できるのであれば、各部品の配置は図５とは別の配置であってもよい。

【符号の説明】

【0126】

１…光源、２…ＰＳＡ、３，６…光フィルタ、４…光検出器、５…ＲＩＮ測定装置、７…光スペクトラムアナライザ、８，９…光スイッチ、１０…雑音指数測定装置、１１…表示装置、２１…入力光の相対強度雑音ＲＩＮｉｎの測定結果、２２…増幅光の相対強度雑音ＲＩＮｔｏｔａｌの測定結果，２３…増幅光の平均光パワーの測定結果、２４…入力光の光スペクトルの測定結果、２５…増幅光の光スペクトルの測定結果，１００…制御部、１０１…入力光スペクトル取得部、１０２…増幅光スペクトル取得部、１０３…入力光パワー取得部、１０４…第１相対強度雑音取得部、１０５…第２相対雑音取得部、１０６…記憶部、１０７…利得算出部、１０８…雑音指数算出部、１０６１…第１演算式データ、１０６２…第２演算式データ、５００…測定システム。

【要約】

【課題】光増幅器位相感応光増幅器の雑音指数を高精度に測定する。
【解決手段】本発明に係る雑音指数測定方法は、光増幅器位相感応光増幅器に入力する入力光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された入力光の相対強度雑音（ＲＩＮｉｎ）と、光増幅器位相感応光増幅器によって増幅された増幅光を光電変換して得られた電力に基づいて測定された増幅光の相対強度雑音（ＲＩＮｔｏｔａｌ）とに基づいて、光増幅器位相感応光増幅器における自然放出光に基づく雑音と自然放出光以外の要因に基づく過剰雑音とを含む光増幅器位相感応光増幅器の雑音指数（ＮＦ）を算出することを特徴とする。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】