CN117882317A - 检测装置、光接收装置、光通信系统、程序以及检测方法 - Google Patents

检测装置、光接收装置、光通信系统、程序以及检测方法 Download PDF

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Abstract

用于检测在光传输路中传播的信号光的偏振变动的检测装置具备：差动相位信息获取部，获取表示一个以上的时间点各自的作为评价对象的输入光的差动相位的信息；以及判定部，判定一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位是否满足预定的条件。预定的条件例如包括如下条件：一个以上的时间点的至少一个时间点的差动相位的大小等于预定的第一阈值或大于第一阈值。预定的条件例如包括如下条件：一个以上的时间点的至少一部分时间点且作为具有预定长度的期间的评价期间中包括的多个时间点中、该时间点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的时间点的个数等于预定的第二阈值或大于第二阈值的条件。

Description

检测装置、光接收装置、光通信系统、程序以及检测方法
技术领域
本发明涉及检测装置、光接收装置、光通信系统、程序以及检测方法。
背景技术
非专利文献1～5中公开了如下内容：例如经由克尔效应在信号光中产生相位噪声，由此使光传输特性劣化。非专利文献6中公开了如下内容：通过从测定出的接收信号的相位减去光相位的移动平均值，导出如非专利文献7所公开那样的除去了1/f噪声分量的光相位噪声。非专利文献8～9中公开了使用延迟干涉仪来解调DPSK信号。非专利文献10～12中公开了光学环形谐振器的输入输出特性比光延迟干涉仪的输入输出特性更陡峭。
非专利文献13～非专利文献14中公开了在相干光通信方式中可能产生10kHz左右以上的高速的偏振变动。非专利文献15中公开了光纤拉伸器的施加电压的值与由此产生的侧压及双折射的值之间存在比例关系。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：J.P.Gordon and L.F.Mullenauer，“Phase noise in photoniccommunications systems using linear amplifiers，”Optics Letters，Vol.15，No.23，pp.1351-1353，1990.
非专利文献2：S.Ryu，“Signal linewidth broadening due to nonlinear Kerreffect in long-haul coherent systems using cascaded optical amplifiers，”IEEEJournal of Lightwave Technology，Vol.10，No.10，pp.1450-1457，1992.
非专利文献3：J.Cheng et al.，“Relative phase noise induced impairmentinM-ary phase shift-keying coherent optical communication system usingdistributed fiber Raman amplifier，”Optics Letters，Vol.38，No.7，pp.1055-1057，2013.
非专利文献4：S.Zhang et al.，“Bit-error rate performance of coherentoptical M-ary PSK/QAM using decision-aided maximum likelihood phaseestimation，”Optics Express，Vol.18，No.12，pp.12088-12103，2010.
非专利文献5：T.Pfau et al.，“Hardware-efficient coherent digitalreceiver concept with feedforward carrier recovery for M-QAM constellations，”IEEE Journal of Lightwave Technology，Vol.27，No.8，pp.989-999，2009.
非专利文献6：M.Nakazawa et al.，Editor，High spectral density opticalcommunication technologies，Springer-Verlag，2010.
非专利文献7：K.Kikuchi，“Effect of 1/f-type FM noise on semiconductor-laser linewidth residual in high-power limit，”IEEE Joumal of QuantumElectronics，Vol.25，No.4，pp.684-688，1989.
非专利文献8：J.Gamet and G.Pandraud，“C-and L-band planar delayinterferometer for DPSK decoders，”IEEE Photonics Technology Letters，Vol.17，No.6，pp.1217-1219，2005.
非专利文献9：K.Voigt et al.，“Performance of 40-Gb/s DPSK demodulatorin SOI-technology，”IEEE Photonics Technology Letters，Vol.20，No.8，pp.614-616，2008.
非专利文献10：T.Kominato at al.，“Ring resonators composed of GeO2-doped silica waveguides，”IEEE Joumal of Lightwave Technology，Vol.10，No.12，pp.1781-1788，1992.
非专利文献11：S.Suzuki et al.，“Integrated-optic double-ring resonatorswith a wide free spectral range of 100GHz，”IEEE Journal of LightwaveTechnology，Vol.13，No.8，pp.1766-1771，1995.
非专利文献12：W.Bogaerts et al.，“Silicon microring resonators，”Laserand Photonics Reviews，Vol.6，NO.1，pp.47-73，2012.
非专利文献13：P.M.Krummrich，E.-D.Schmidt，W.Weiershausen，andA.Mattheus，“Field trial results on statistics of fast polarization changes inlong haul WDM transmission systems，”OFC2005，paper OThT6，March 2005.
非专利文献14：M.Boroditsky，M.Brodsky，N.J.Frigo，P Magill，andH.Rosenfeldt，“Polarization dynamics in installed fiberoptic systems，”2005IEEELEOS Annual Meeting，paper TuCC1，October 2005.
非专利文献15：R.Ulrich and A.Simon，“Polarization optics of twistedsingle-mode fibers，”Applied Optics，Vol.18，No.13，pp.2241-2251，July 1979.
发明内容
本发明的第一方式提供一种检测装置。上述检测装置例如用于检测在光传输路中传播的信号光的偏振变动。上述检测装置例如具备获取表示一个以上的时间点各自的作为评价对象的输入光的差动相位的信息的差动相位信息获取部。上述检测装置例如具备判定一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位是否满足预定的条件的判定部。
在上述检测装置中，预定的条件例如包括如下的第一条件：一个以上的时间点的至少一个时间点的差动相位的大小等于预定的第一阈值或大于第一阈值。在上述检测装置中，预定的条件例如包括如下的第二条件：一个以上的时间点的至少一部分时间点且作为具有预定长度的期间的评价期间中包括的多个时间点中、该时间点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的时间点的个数等于预定的第二阈值或大于第二阈值。在上述检测装置中，预定的条件例如包括如下的第三条件：多个时间点中该时间点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的时间点的个数与评价期间中包括的多个时间点的个数的比例等于预定的第三阈值或大于第三阈值。在上述检测装置中，预定的条件例如包括如下的第四条件：根据一个以上的时间点各自的差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角度等于预定的第四阈值或大于第四阈值。在上述检测装置中，预定的条件例如包括如下的第五条件：庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角速度等于预定的第五阈值或大于第五阈值。在上述检测装置中，预定的条件例如包括上述第一条件、第二条件、第三条件、第四条件以及第五条件的至少两个的组合。
上述任一检测装置可以具备输出部，在一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位被判定为满足预定的条件时，所述输出部输出表示信号光产生了偏振变动的信息。在上述任一检测装置中，差动相位可以表示一个以上的时间点中在时间上相邻的两个时间点的输入光的相位之差。一个以上的时间点的时间间隔可以大致恒定。
在上述任一检测装置中，信号光可以包括用于传输信息信号的第一波长的光和用于检测偏振变动的第二波长的光。第一波长的值可以与第二波长的值不同。输入光可以是第二波长的光。上述任一检测装置还具备分波部，该分波部从信号光对第二波长的光进行分波。
在上述任一检测装置中，差动相位信息获取部可以具有延迟干涉部，输入光输入该延迟干涉部。差动相位信息获取部可以具有光电转换部，该光电转换部将延迟干涉部的输出光转换为电信号。差动相位信息获取部可以具有积分部，光电转换部输出的电信号输入该积分部，该积分部输出输入电压的波形被时间积分后的电压。
在上述任一检测装置中，延迟干涉部可以将输入光分支为第一输入光和第二输入光。延迟干涉部可以使通过了第一光路的第一输入光与通过了第二光路的第二输入光合波干涉。通过了第一光路的第一输入光和通过了第二光路的第二输入光的延迟时间差τ与输入光的频率f满足下述数学式1的关系，
(数学式1)
2πfτ＝2nπ+π/2(其中，n为整数)。
本发明的第二方式提供一种光接收装置。上述光接收装置例如具备上述第一方式涉及的任一检测装置。上述光接收装置例如具备解调部，该解调部对通过信号光传输的接收信号进行解调，并生成信息信号。
本发明的第三方式提供一种光通信系统。上述光接收装置例如具备发送信号光的光发送装置。上述光接收装置例如具备上述第二方式涉及的任一光接收装置。
本发明的第四方式提供一种检测方法。上述检测方法例如用于检测在光传输路中传播的信号光的偏振变动。上述检测方法可以通过计算机执行。
上述检测方法例如具有获取表示一个以上的时间点各自的作为评价对象的输入光的差动相位的信息的差动相位信息获取阶段。上述检测方法例如具有判定一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位是否满足预定的条件的判定阶段。
在上述检测方法中，预定的条件例如包括如下的第一条件：一个以上的时间点的至少一个时间点的差动相位的大小等于预定的第一阈值或大于第一阈值。在上述检测方法中，预定的条件例如包括如下的第二条件：一个以上的时间点的至少一部分时间点且为具有预定长度的期间的评价期间中包括的多个时间点中、该时间点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的时间点的个数等于预定的第二阈值或大于第二阈值。在上述检测方法中，预定的条件例如包括如下的第三条件：多个时间点中该时间点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的时间点的个数与评价期间中包括的多个时间点的个数的比例等于预定的第三阈值或大于第三阈值。在上述检测方法中，预定的条件例如包括如下的第四条件：根据一个以上的时间点各自的差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角度等于预定的第四阈值或大于第四阈值。在上述检测方法中，预定的条件例如包括如下的第五条件：庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角速度等于预定的第五阈值或大于第五阈值。在上述检测方法中，预定的条件例如包括上述第一条件、第二条件、第三条件、第四条件以及第五条件的至少两个的组合。
本发明的第五方式提供一种程序。上述程序例如是用于使计算机作为上述第一方式涉及的任一检测装置发挥功能的程序。上述程序例如是用于使计算机执行上述第四方式涉及的任一检测方法的程序。也可以提供保存上述程序的计算机可读的存储介质。上述存储介质是非暂时性的计算机可读介质。
此外，上述发明的概要并未列举出本发明的全部必要特征。另外，这些特征群的子组合也能够成为发明。
附图说明
图1示意性地表示通信系统100的系统构成的一例。
图2示意性地表示信号处理部170的内部构成的一例。
图3示意性地表示相位噪声评价装置320的系统构成的一例。
图4示意性地表示光延迟干涉仪340的内部构成的一例。
图5示意性地表示光延迟干涉仪540的内部构成的一例。
图6示意性地表示光延迟干涉仪640的内部构成的一例。
图7示意性地表示信号处理部370的内部构成的一例。
图8示意性地表示相位噪声评价装置820的系统构成的一例。
图9示意性地表示信号处理部870的内部构成的一例。
图10示意性地表示光延迟干涉仪1040的内部构成的一例。
图11示意性地表示光延迟干涉仪1140的内部构成的一例。
图12示意性地表示光延迟干涉仪1240的内部构成的一例。
图13示意性地表示光延迟干涉仪1340的内部构成的一例。
图14示意性地表示平衡光接收器1350的电路构成的一例。
图15示意性地表示光延迟干涉仪1540的内部构成的一例。
图16示意性地表示通信系统1600的系统构成的一例。
图17示意性地表示光信号发送装置110的内部构成的一例。
图18示意性地表示状态监视装置1680的内部构成的一例。
图19示意性地表示信号处理部1870的内部构成的一例。
图20示意性地表示状态监视装置1680中的信息处理的一例。
图21示意性地表示数据表2100的一例。
图22示意性地表示计算机3000的系统构成的一例。
图23表示实验例1中的斯托克斯参数的测定结果。
图24表示实验例1中的差动相位的柱形图。
图25表示实验例1中的差动相位的时间变动。
图26表示实验例1中的差动相位的频谱。
图27表示比较实验例1中的斯托克斯参数的测定结果。
图28表示比较实验例1中的差动相位的柱形图。
图29表示比较实验例1中的差动相位的时间变动。
图30表示比较实验例1中的差动相位的频谱。
图31表示实验例2中的斯托克斯参数的测定结果。
图32表示实验例2中的差动相位的柱形图。
图33表示实验例2中的差动相位的时间变动。
图34表示实验例2中的差动相位的频谱。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。另外，实施方式中说明的特征的组合并非全部都是发明的解决手段所必须的。此外，在附图中，对相同或类似的部分标注相同的参照编号，有时省略重复的说明。
在光传输系统中，可能在接收信号中产生光相位噪声、偏振变动等相位变动。作为在接收信号中产生相位变动的原因，可以例示出非线性光学效应、光纤的振动、光纤的扭曲、施加于光纤的应力的变动、激光线宽或激光的相位涨落、由雷击引起的光电场的相位变动等。根据光的相位变动的状况，光传输系统可能产生代码错误。作为光传输系统，例示了采用相干光通信方式的光传输系统。
根据本实施方式，对于例如(i)用于评价光相位噪声的有无和/或程度的装置或方法、(ii)用于评价偏振变动的有无和/或程度的装置或方法、以及(iii)用于评价光相位噪声和偏振变动的有无和/或程度的装置或方法的一例进行说明。根据本实施方式，能够比较高精度地评价光相位噪声和偏振变动的至少一方的有无和/或光相位噪声和偏振变动的至少一方的程度。由此，能够提高光传输系统的运用效率、维护效率等。
(I.光相位噪声的测定原理)
首先，对光相位噪声的测定原理进行说明。基于上述测定原理的光相位噪声的测定装置和测定方法的详细情况使用图1至图15在后面进行叙述。
以往，通过对光相位相对于时间t的变动进行线性近似来推测光相位噪声(有时简称为相位噪声)。例如，在测定了光传输路中传播的信号光的相位时，使用下述式1对N个(N为正整数)标本点(有时称为样本)中第i个(i为1以上且N以下的整数)标本点的信号光的相位的测定值进行近似。
(式1)
【数学式1】
其中，是第i个标本点的信号光的相位的测定值，
θ(i)是第i个标本点的相位噪声，
a和b是常数。
例如，通过利用最小二乘法预先决定上述常数a和b，能够根据信号光的相位的测定值来推测相位噪声θ(i)。然而，实际上在激光器的频率变动中存在低频分量的变动(有时称为1/f噪声分量)，因此使用上述近似式1无法准确地推测相位噪声θ(i)的值。
如非专利文献6所记载，通过从测定出的接收信号的相位减去光相位的移动平均值，能够导出除去了1/f噪声分量的光相位噪声。具体而言，使用下述式2导出相位噪声θ(i)。此外，在式2中，m和1表示整数。l的值适当地设定。
(式2)
【数学式2】
然而，已知相位噪声是Wiener过程，相位噪声遵循方差与时间t成比例地发散的高斯分布。因此，根据非专利文献6所记载的方法，存在时间t短时方差成为负、由于测定误差的影响而无法准确地决定近似曲线等问题。
根据本实施方式的一例，通过对差动相位的统计分布进行评价，能够更准确地评价非线性相位噪声对光信号的传输的影响。作为非线性相位噪声，可以例示出(i)自相位调制现象、(ii)互相位调制现象、(iii)在光纤拉曼放大器中，泵浦光的强度噪声经由克尔效应使信号光产生相位噪声的现象等。
差动相位意指标本点(有时称为样本)的前后的相位差。第i个标本点的差动相位如下述式3所示。
(式3)
【数学式3】
其中，
是第i+1个标本点的信号光的相位的测定值，
是第i个标本点的信号光的相位的测定值，
i是1以上且(N-1)以下的整数。
例如，通过将采样频率设定为与符号率相同的值，并以与符号时间相同的时间间隔测定差动相位，从而导出一个符号时间中的相位噪声的方差或标准偏差。此外，采样频率的设定并不限于上述实施方式。例如，采样频率被设定为符号率以上。该情况下，通过使用与适当的时间间隔对应的样本来计算差动相位，能够以与符号时间相同的时间间隔测定差动相位。有时将时间上相邻的样本彼此的时间间隔(例如第i+1个样本与第i个样本的时间间隔)称为样本时间间隔Δt。
例如，在相干外差检波中，相位噪声θ(t)被使用信号光的相位和本地振荡光(有时称为本振光)的相位/>表示为/>由于光传输路中产生的相位噪声包括于/>中，因此，根据上述式子可知，θ(t)也包括光传输路中产生的相位噪声。
在未对光信号施加用于通信的调制的情况下，第i个标本点的相位分量通过下述式4导出。
(式4)
【数学式4】
其中，是第i个标本点的相位分量，
iI(i)是第i个标本点的被输入了I信号分量的受光元件的输入电流，
iQ(i)是第i个标本点的被输入了Q信号分量的受光元件的输出电流。
另一方面，在对光信号施加了用于通信的调制的情况下，通过消除调制分量，从而算出第i个标本点的相位分量。例如，在M相相位调制的情况下，能够通过算出接收信号的M次幂来消除调制分量。M为正整数。
例如，在被实施了QPSK调制的光信号的情况下，复数表示的接收信号IQPSK(t)由下述式5表示。
(式5)
IQPSK(t)＝iI，QPSK(t)+jiQ，QPSK(t)
在上述式中，iI，QPSK(t)表示与对被实施了QPSK调制的光信号进行相干外差检波而得到的I信号分量对应的输出电流。iQ，QPSK(t)表示与对被实施了QPSK调制的光信号进行相干外差检波而得到的Q信号分量对应的输出电流。
在此，由于QPSK调制是4相相位调制方式，因此，若对接收信号IQPSK(t)进行4次方，则在接收信号IQPSK(t)的4次方的偏角与相位噪声θ(t)之间，下述式6成立。
(式6)
arg{IQPSK(t)}4＝4(2πfct+θ(t))
在上述式中，fc表示信号光的角频率fs与本振光的角频率fL之差(fs-fL)，并且被称为拍频。
通过将式6的两边除以4(相当于上述M)，导出下述式7。由此，导出调制分量被除去的相位噪声θ(t)。
(式7)
arg{IQPSK(t)}4/4＝2πfct+θ(t)
若考虑式1和式7，则第i个标本点的差动相位第i+1个标本点的相位噪声θ(i+1)、第i个标本点的相位噪声θ(i)以及样本时间间隔Δt的关系由下述式8表示。
(式8)
【数学式5】
如上所述，相位噪声θ(i)遵循高斯分布，因此作为其差分的差动相位也遵循高斯分布。另外，θ(i)的平均值为0。因此，差动相位/>的平均值为2πfcΔt，进而，若将信号光的相位噪声θ(i)的标准偏差设为σsig，则差动相位/>的方差σM 2为2×σsig 2。
因此，当导出差动相位的测定结果的标准偏差σM时，通过下述式9导出在光传输路中传播的信号光的相位噪声的标准偏差σsig。
(式9)
σsig＝σM/√2
由此可知，根据本实施方式，能够更准确地导出信号光的相位噪声。例如，根据本实施方式，如从测定出的接收信号的相位减去光相位的移动平均值的方法那样，由移动平均时间的长度引起的不确定要素的影响混入测定值的可能性显著降低。
进而，在考虑传输影响的情况下，最好也考虑本振光的谱线宽度的影响。该情况下，在光接收装置中接收到的光信号(有时被称为接收信号)的相位噪声的标准偏差σRX、基于本振光的谱线宽度的相位噪声的标准偏差σLo以及信号光的相位噪声的标准偏差σsig的关系由下述式10表示。
(式10)
σRX 2＝σsig 2+σLO 2
如上所述，使用信号光的差动相位的测定结果的标准偏差σM导出信号光的相位噪声的标准偏差σsig。基于本振光的谱线宽度的相位噪声的标准偏差σLO通过与信号光的相位噪声的标准偏差σsig同样的工序，并使用本振光的差动相位的测定结果的标准偏差σML通过下述式11导出。
(式11)
σLO＝σML/√2
由此，使用式9～式11导出接收信号的相位噪声的标准偏差σRX。接收信号的相位噪声的标准偏差σRX用于传输影响的评价、监视等用途。
(差动相位的测定方法)
在一种实施方式中，N个标本点各自的差动相位通过在作为测定对象的光(有时称为对象光)被转换为电信号之后对该电信号进行取样和量化所得的数字数据的信号处理而导出。例如，以与符号时间相同或大致相同的时间间隔，生成对象光的相位的时序数据。通过算出在时序数据中在时间上相邻的两个数据之差，从而导出差动相位
在其他的实施方式中，首先，将对象光分支为第一光和第二光。接着，调整第一光与第二光的延迟时间差τ。具体而言，将延迟时间差τ调整为2πfτ＝2nπ+π/2。在此，f是对象光的频率，n是正整数。接着，对调整了延迟时间差τ的第一光和第二光进行合波干涉。然后，通过对合波后的光进行光电转换，并进行取样和量化而导出差动相位
如以上所述，差动相位通过比较简单的工序导出。另外，差动相位的方差或标准偏差也通过比较简单的运算处理导出。因此，根据本实施方式，能够减轻计算机的负荷。
(信号光的相位噪声的评价例)
在评价实际通信中使用的信号光的相位噪声的情况下，光信号具有基于调制的光谱分量。因此，也存在调制分量混入测定结果，对光相位噪声的测定造成影响。
因此，在一种实施方式中，通信系统100例如在构建通信系统100之后的试运行测试中使用光信号接收设备120来评价相位噪声。在其他的实施方式中，通信系统100设置用于在通信系统100的运用期间测定相位噪声的专用波长，并始终测定该波长的光的相位噪声。例如，在通过数字数据的信号处理导出差动相位的实施方式中，通过测定上述波长的光的I分量以及Q分量的差动相位来评价相位噪声。
(II.由偏振变动引起的相位变动的检测原理)
接着，对于由偏振变动引起的相位变动的检测原理进行说明。关于基于上述检测原理的偏振变动的检测装置和检测方法的细节，稍后将使用图16至图34进行描述。
本发明人们发现，除了光相位噪声之外，上述差动相位(特别是使用光延迟干涉仪测定的差动相位)还可以包括由偏振变动引起的相位变动。例如，在上述相干光通信方式中，可以通过在HE11x和HE11y两种正交偏振模式中分别承载独立的数据信号，从而增加传输的信息量。在上述通信方式中，由于在光纤的传输过程中两种模式发生耦合，因此在接收器侧进行用于将接收信号分离为原来的正交偏振模式的高速的数字信号处理。
以往，认为偏振变动与上述接收器侧的信号处理的速度相比足够缓慢。然而，近年来的研究表示，能够产生10kHz左右以上的高速的偏振变动。这样的高速的偏振变动与上述光相位噪声同样伴随着光的相位变动。因此，根据偏振变动的状况，在光传输系统中可能发生代码错误。
在光传输系统中，作为产生比较高速的偏振变动的状况，可以设想(i)对光纤施加变动的侧方应力等而使光纤的双折射变动的情况、(ii)使光纤产生急剧的扭转等而使偏振面高速旋转的情况等。因此，在许多情况下，突发产生基于偏振变动的相位变动。
在上述光相位噪声的测定原理中，在信号光的相位噪声的导出过程中实施统计处理。因此，突发的相位变动难以反映到信号光的相位噪声的测定结果中。因此，不仅可以掌握标准偏差这样的统计量，还根据实时的测定结果来检测由突发的偏振变动引起的相位变动，从而能够更准确地评价光传输系统和/或光信号的状态。
当将向z方向传播的信号光的正交偏振模式设为Ex(t)和Ey(t)，将x方向和y方向的单位向量分别设为kx和ky时，在光传输路中传播并被接收的光的电场(有时称为接收光电场)E(t)由下述式B-1表示。
(式B-1)
在式B-1中，δ(t)表示Ex(t)和Ey(t)的相位差。表示光相位噪声。f表示信号光的频率。E(t)、kx以及ky是向量。
在假设光延迟干涉仪不具有偏振依赖性的情况下，与光延迟干涉仪连接的光接收器的输出电流i由下述式B-2表示。
(式B-2)
i＝R{E(t)+E(t-τ)}·{E(t)+E(t-τ)}
在式B-2中，τ表示光延迟干涉仪的两条路径的延迟时间差。R表示光接收器的灵敏度。·表示内积。
考虑到光接收器不对光的频率进行响应，若忽略式B-2的直流分量，则从光接收器输出的接收电流i由下述式B-3表示。
(式B-3)
【数学式6】
i＝R[Ex(t)Ex(t-τ)cos{φn(t)-φn(t-τ)+2πfτ}+Ey(t)Ey(t-τ)cos{φn(t)-φn(t-τ)+δ(t)-δ(t-τ)+2πfτ}]
在式B-3中，在延迟时间差τ被调整为2πfτ＝2nπ+π/2时(n为正整数)，上述接收电流i由下述式B-4表示。
(式B-4)
【数学式7】
i＝-R[Ex(t)Ex(t-τ)sin{φn(t)-φn(t-τ)}+Ey(t)Ey(t-τ)sin{φn(t)-φn(t-τ)+δ(t)-δ(t-τ)}]
在使用半导体激光器输出光作为信号光的情况下，由于半导体激光器输出光的性质，信号光的AM噪声非常小。该情况下，上述接收电流i由下述式B-5表示。
(式B-5)
【数学式8】
在此，当τ非常短时，可以假设和|δ(t)-δ(t-τ)|<<1。例如，当τ是一个符号时间时，可以假设/>和|δ(t)-δ(t-τ)|<<1。该情况下，上述接收电流i通过下述式B-6进行近似。
(式B-6)
【数学式9】
如式B-6所示，上述接收电流i除了由在光传输路中传播的信号光的相位噪声引起的项之外，还包括由下述式B-7表示的偏振变动引起的项ipol。
(式B-7)
ipol＝-REy 2(t)sin{δ(t)-δ(t-τ)}
根据式B-7，作为上述接收电流i，观测到除了相位噪声之外还附加了由偏振变动引起的变动的电流。也就是说，可以根据上述接收电流i的实时的测定结果来检测由突发的偏振变动引起的相位变动。这样，本发明人们发现，通过观察与延迟时间差τ被调整为2πfτ＝2nπ+π/2(n为正整数)的光延迟干涉仪连接的光接收器的输出电流i，在信号光中发生了突发的偏振变动时，能够检测出该偏振变动的发生。
(A.δ(t)微小变动时)
如上所述，在式B-6中，τ是非常短的时间，δ(t)与δ(t-τ)之差的绝对值远小于1。此时，由偏振变动引起的项ipol通过下述式B-8进行近似。
(式B-8)
【数学式10】
在此，在实际的装置中，在测定与光延迟干涉仪连接的光接收器的输出电流i时，上述输出电流i例如通过紧接在光接收器之后的放大器被放大。此时，根据放大器所具有的低通滤波器特性，由式B-8表示的ipol相对于时间t被积分。在进行了理想的积分的情况下，放大器的输出电流ipol_LPF由下述式B-9表示。放大器可以是积分电路的一例。
(式B-9)
ipol_LPF＝-REy 2(t)δ(t)
式B-9在上述低通滤波器作为积分电路进行动作的范围内成立。也就是说，式B-9相对于低通滤波器的截止频率以上的频率成立。该情况下，若使用由下述式B-10和B-11定义的正交偏振信号的功率比α(0≤α≤1)在式B-9中将R的贡献进行标准化，则标准化后的放大器的输出电流ipol_LPF_norm由下述式B-12表示。由此，通过使用光延迟干涉仪，能够直接测定δ(t)。
(式B-10)
Ex2(t)＝αE2
(式B-11)
Ey2(t)＝(1-α)E2
(式B-12)
【数学式11】
此外，式B-6的由相位噪声引起的项是随机过程，因此该相位噪声引起的项并非相位连续。因此，放大器中的积分效果不作用于由相位噪声引起的项。其结果是，式B-6的相位噪声引起的项从放大器保持式B-6的原样而输出。
如式B-6所示，由于是在由相位噪声引起的项(有时称为相位噪声分量)与由偏振变动引起的项(有时称为偏振变动分量)混合的状态下测定上述接收电流i，因此相位噪声分量的测定优选在偏振变动分量小的期间实施。因此，例如可以通过在检测到发生了偏振变动时输出警报、或者对接收电流i的测定数据赋予表示检测到偏振变动的标志、或者记录检测到偏振变动的时间，从而有效地实施相位噪声的测定和/或解析。
(B.δ(t)大幅变动时)
该情况下，δ(t)与δ(t-τ)之差的绝对值远小于1这一条件未必成立。因此，上述式B-12未必成立。然而，即使在这样的情况下，式B-7也成立。因此，在与光延迟干涉仪连接的光接收器的输出电流i例如被紧接在光接收器之后的放大器放大时，δ(t)在受到正弦函数限制的同时被积分。
在此，由于δ(t)在-π/2≤δ(t)≤π/2之间变动，因此，光延迟干涉仪的测定结果(由式B-7表示的ipol的值)中的sin{δ(t)-δ(t-τ)}的值相对于该δ(t)的变动最大在-1≤sin{δ(t)-δ(t-τ)}≤1之间变动。另外，对由式B-7表示的ipol的测定结果进行傅里叶变换时的光谱分量成为变动的振幅值。
(庞加莱球上的轨迹)
已知使用斯托克斯参数S0、S1、S2及S3表示的庞加莱球上的点P(S1、S2、S3)表示光的偏振状态。Ex(t)及Ey(t)、δ(t)以及斯托克斯参数S0、S1、S2及S3之间的关系由下述式B-13、B-14、B-15以及B-16表示。
(式B-13)
【数学式12】
(式B-14)
【数学式13】
(式B-15)
【数学式14】
S2＝2Ex(t)Ey(t)cosδ(t)
＝socos2χsin2ψ
(式B-16)
【数学式15】
s3＝2Ex(t)Ey(t)sinδ(t)＝S0 sin 2χ
在式B-13、B-14、B-15以及B-16中，χ表示椭圆率。ψ表示椭圆偏振光的方位。式B-13、B-14、B-15以及B-16表示直角坐标(S1、S2、S3)与极坐标(S0、2χ、2ψ)的关系。
直角坐标(S1、S2、S3)中的半径S0的球被称为庞加莱球，庞加莱球的经度表示方位ψ的2倍，庞加莱球的纬度表示椭圆率χ的2倍。例如，由直角坐标的原点O(0、0、0)、庞加莱球上的点U(S1、S2、0)、庞加莱球上的点Q(S1、0、0)形成的UOQ的角度为2ψ。同样地，由直角坐标的原点O(0、0、0)、庞加莱球上的点U(S1、S2、0)、庞加莱球上的点P(S1、S2、S3)形成的POQ的角度为2χ。
在此，如式B-15和B-16所示，庞加莱球上的点P(S1、S2、S3)随着δ(t)的变动而在以点Q(S1、0、0)为中心的圆周R上移动。因此，考虑随着δ(t)的变动，庞加莱球上的点P微小移动至圆周R上的点P’的情况。若将由点P、原点O以及点P’形成的POP’的角度设为dθ，将δ(t)的微小偏移设为dδ，则dθ和dδ的关系由下述式B-17表示。此外，dδ表示由点P、点Q以及点P’形成的PQP’的角度。
(式B-17)
【数学式16】
如上所述，通过测定与光延迟干涉仪连接的光接收器的输出电流i，观察到通过式B-8进行近似的相位变动量。若将上述相位变动量转换为上述dθ的结果设为dθDL，则dθDL使用上述功率比α，如下述式B-18表示。
(式B-18)
【数学式17】
因此，根据使用光延迟干涉仪的方法，所测定出的庞加莱球上的相位变动量相对于庞加莱球上的移动角度为c(t)倍。c(t)由下述B-19表示。
(式B-19)
【数学式18】
c(t)和上述α的关系由下述式B-20表示。该情况下，α可以大于0且小于1。此外，在α为0或1时，电场集中于HE11x或HE11y，成为完全的线性偏振。因此，在α为0或1时，不需要考虑偏振变动这一概念。
(式B-20)
【数学式19】
如上所述，根据本原理，通过光延迟干涉仪测定的相位变动振幅表示庞加莱球上的轨迹的移动角度(即，相位变化量)的概值。上述相位变动振幅作为光接收器输出电流的傅里叶变换结果中给出峰间值的频率分量的振幅值而得到。
(通信系统100的概要)
图1概略性地示出了通信系统100的系统构成的一例。在本实施方式中，以通过光信号发送装置110输出的信号光在光传输路10中传播并到达光信号接收装置120来传递信息信号的情况为例，对通信系统100的细节进行说明。
在本实施方式中，光传输路10传送光。作为光传输路10，例示了光纤。
在本实施方式中，通信系统100具备光信号发送装置110和光信号接收装置120。在本实施方式中，光信号接收装置120具备本地振荡器130、光90度混合器140、光接收器152、光接收器154、AD转换器162、AD转换器164以及信号处理部170。
在本实施方式中，光信号发送装置110生成光信号。光信号发送装置110例如通过使用应发送的信息信号对光载波进行调制而生成被偏振复用的光信号。光信号可以是叠加有符号时间序列的信号。光信号发送装置110输出构成光信号的光(有时称为信号光)。信号光经由光传输路10被发送至光信号接收装置120。
在本实施方式中，光信号接收装置120接收在光传输路10中传播的信号光。光信号接收装置120对接收到的光信号进行解调，生成信息信号。
在信号光在光传输路10中传播的期间，信号光受到各种线性效应和非线性效应。当信号光受到非线性效应时，信号光的相位受到影响。因此，在光传输路10中传播的信号光中包括相位噪声分量。在本实施方式中，光信号接收装置120导出用于评价信号光的相位噪声的指标。由此，光信号接收装置120可以评价在光传输路10中传播的信号光的相位噪声。上述指标可以是表示信号光的相位噪声的程度的指标。如上所述，根据本实施方式，采用信号光的差动相位的偏差程度作为上述指标。作为表示偏差程度的指标，可例示出方差或标准偏差。
在本实施方式中，本地振荡器130输出本地振荡光(如上所述，有时称为本振光)。从本地振荡器130输出的本振光被输入光90度混合器140。
在本实施方式中，光90度混合器140使在光传输路10中传播的信号光与来自本地振荡器130的本振光发生干涉，输出将通过该信号光传输的接收信号分离为多个信号分量的多个光信号。在本实施方式中，光90度混合器140将信号光和本振光混合，并输出相位相差90度的两个光信号。上述两个信号可以分别称为I信号和Q信号。
在本实施方式中，光接收器152将光信号转换为电信号。光接收器152将通过信号光传输的接收信号的I信号转换为电信号。由此，I信号从光信号被转换为电信号。光接收器152将与I信号对应的电信号输出至AD转换器162。
在本实施方式中，光接收器154将光信号转换为电信号。光接收器154将通过信号光传输的接收信号的Q信号转换为电信号。由此，Q信号从光信号被转换为电信号。光接收器154将与Q信号对应的电信号输出至AD转换器164。
在本实施方式中，AD转换器162将电信号从模拟信号转换为数字信号。AD转换器162将与I信号对应的电信号转换为数字信号。AD转换器162将与用于导出相位噪声的评价指标的测定期间(有时称为评价期间)的多个时间点分别对应的多个数字信号(有时称为被取样I信号)输出至信号处理部170。多个时间点的时间间隔可以大致恒定。
AD转换器162的采样率可以为接收信号的符号率以上。由此，样本时间间隔被设定为符号时间的长度以下。AD转换器162的采样率可以与接收信号的符号率相同。由此，样本时间间隔被设定为符号时间的长度。
在本实施方式中，AD转换器164将电信号从模拟信号转换为数字信号。AD转换器164将与Q信号对应的电信号转换为数字信号。AD转换器164将与评价期间的多个时间点分别对应的多个数字信号(有时称为被取样Q信号)输出至信号处理部170。多个时间点的时间间隔可以大致恒定。
AD转换器164的采样率可以为接收信号的符号率以上。由此，样本时间间隔被设定为符号时间的长度以下。AD转换器164的采样率可以与接收信号的符号率相同。由此，样本时间间隔被设定为符号时间的长度。
在本实施方式中，信号处理部170对通过信号光传输的接收信号进行解调，生成信息信号。另外，在本实施方式中，信号处理部170对在光传输路10中传播的信号光的相位噪声进行评价。信号处理部170也可以监视在光传输路10中传播的信号光的相位噪声。信号处理部170详细后述。
(通信系统100的各部的具体构成)
通信系统100的各部可以通过硬件实现，也可以通过软件实现，还可以通过硬件和软件实现。通信系统100的各部的至少一部分可以通过模拟电路实现，也可以通过数字电路实现。通信系统100的各部的至少一部分可以通过单个服务器实现，也可以通过多个服务器实现。通信系统100的各部的至少一部分也可以在虚拟机上或云系统上实现。通信系统100的各部的至少一部分也可以通过个人计算机或便携终端实现。作为便携终端，可例示出移动电话、智能手机、PDA、平板电脑、笔记本电脑或膝上型计算机、可穿戴计算机等。通信系统100的各部也可以利用区块链等分布式账本技术或分布式网络来保存信息。
在构成通信系统100的构成要素的至少一部分通过软件实现的情况下，通过该软件实现的构成要素可以通过在一般构成的信息处理装置中启动规定了与该构成要素相关的动作的程序来实现。上述信息处理装置例如具备：(i)具有CPU、GPU等处理器、ROM、RAM、通信接口等的数据处理装置；(ii)键盘、触摸面板、照相机、麦克风、各种传感器、GPS接收器等的输入装置；(iii)显示装置、扬声器、振动装置等的输出装置；以及(iv)存储器、HDD等的存储装置(包括外部存储装置)。
在上述信息处理装置中，上述数据处理装置或存储装置可以保存程序。上述程序可以保存在非暂时性的计算机可读记录介质。上述程序通过由处理器执行而使上述信息处理装置执行由该程序规定的动作。
程序可以存储于CD-ROM、DVD-ROM、存储器、硬盘等计算机可读取的介质，也可以存储于与网络连接的存储装置。程序可以从计算机可读取的介质或与网络连接的存储装置安装于构成通信系统100的至少一部分的计算机。通过执行程序，计算机也可以作为通信系统100的各部的至少一部分发挥功能。
使计算机作为通信系统100的各部的至少一部分发挥功能的程序可以具备规定了通信系统100的各部的动作的模块。这些程序或模块发动数据处理装置、输入装置、输出装置、存储装置等，使计算机作为通信系统100的各部发挥功能，或者使计算机执行通信系统100的各部中的信息处理方法。
程序中描述的信息处理通过将该程序读入计算机，从而作为与该程序关联的软件和通信系统100的各种硬件资源协作的具体单元发挥功能。而且，上述具体单元通过实现与本实施方式中的计算机的使用目的相应的信息的运算或加工，构建与该使用目的相应的通信系统100。
上述程序可以是用于使计算机作为光信号接收装置120或其一部分发挥功能的程序。上述程序也可以是用于使计算机执行光信号接收装置120或其一部分中的信息处理方法的程序。作为光信号接收装置120的一部分，例示出AD转换器162、AD转换器164、信号处理部170等。
在一种实施方式中，上述信息处理方法可以是评价在光传输路中传播的信号光的相位噪声的评价方法。上述评价方法例如具有获取表示评价期间中包括的多个时间点各自的输入光的差动相位的信息的差动相位信息获取阶段。在上述评价方法中，具有导出多个时间点各自的差动相位的偏差程度作为用于评价相位噪声的指标的指标导出阶段。在上述评价方法中，差动相位例如表示多个时间点中在时间上相邻的两个时间点的输入光的相位之差。在上述评价方法中，多个时间点的时间间隔例如大致恒定。多个时间点的时间间隔例如为通过输入光传输的信号的符号时间的长度以下。
通信系统100可以是光通信系统的一例。光信号发送装置110可以是光发送器的一例。光信号接收装置120可以是评价装置或光接收器的一例。本地振荡器130可以是本地光源的一例。光接收器152可以是光电转换部的一例。光接收器154可以是光电转换部的一例。AD转换器162可以是模数转换部的一例。AD转换器164可以是模数转换部的一例。信号处理部170可以是评价装置的一例。I信号可以是I信号分量的光信号的一例。被取样I信号可以是第一数字信号的一例。Q信号可以是Q信号分量的光信号的一例。被取样Q信号可以是第二数字信号的一例。对象光可以是输入光的一例。构成各种光信号的光可以是输入光的一例。
图2概略地示出信号处理部170的内部构成的一例。在本实施方式中，信号处理部170具备数字信号处理电路210、解码电路220、振幅噪声评价部230以及相位噪声评价部240。在本实施方式中，相位噪声评价部240具备差动相位信号生成部242、柱形图生成部244以及标准偏差计算部246。
在本实施方式中，数字信号处理电路210从AD转换器162接收被取样I信号。数字信号处理电路210从AD转换器164接收被取样Q信号。数字信号处理电路210使用I信号和Q信号执行用于对接收信号进行解调或补偿的各种数字信号处理。在本实施方式中，解码电路220执行纠错处理、解码处理等。由此，从接收信号取出信息信号。
在本实施方式中，振幅噪声评价部230评价在光传输路10中传播的信号光的振幅噪声。振幅噪声评价部230导出用于评价在光传输路10中传播的信号光的振幅噪声的各种指标。作为上述指标，例示出光信噪比等。光信噪比使用被取样I信号和被取样Q信号的至少一方进行测定。例如，当使用被取样I信号测定信号光的光信噪比时，该I信号被输入振幅噪声评价部230。光信噪比的测定方法可以采用公知的各种方法。例如，振幅噪声评价部230具备平均值计算部、柱形图生成部、标准偏差计算部。由此，测定出信号光的振幅噪声。
在本实施方式中，相位噪声评价部240对在光传输路10中传播的信号光的相位噪声进行评价。相位噪声评价部240导出用于评价在光传输路10中传播的信号光的相位噪声的各种指标。如上所述，作为上述指标，可例示出差动相位的偏差的程度。作为表示偏差程度的指标，可例示出方差、标准偏差等。
此外，在本实施方式中，以相位噪声评价部240导出评价期间中的差动相位的标准偏差作为表示测定出的差动相位的偏差程度的指标的情况为例，对相位噪声评价部240的一例进行说明。但是，相位噪声评价部240并不限于本实施方式。在其他的实施方式中，相位噪声评价部240也可以导出评价期间中的差动相位的方差作为表示差动相位的偏差程度的指标。
在本实施方式中，差动相位信号生成部242例如从数字信号处理电路210获取评价期间中的N个(N为正整数)标本点各自的I信号的数据和Q信号的数据(有时称为输入信号)。N个标本点分别与评价期间中包括的多个时间点的各自对应。
差动相位信号生成部242根据N个标本点的各个标本点的I信号的数据和Q信号的数据决定在N个标本点的各个标本点处测定的信号光的相位。第i个(i是1以上且(N-1)以下的整数)标本点的信号光的相位例如依照上述式4决定。
差动相位信号生成部242根据N个标本点的各个标本点的信号光的相位的测定值算出N个标本点的各个标本点的差动相位的值。第i个标本点的差动相位的值例如依照上述式3进行计算。
根据式3，算出多个时间点中在时间上相邻的两个时间点的信号光的相位之差。差动相位信号生成部242能够获取表示评价期间中包括的多个时间点的各个时间点的信号光的差动相位的信息。
差动相位信号生成部242可以除去调制分量，生成表示N个标本点的各个标本点的差动相位的信息。差动相位信号生成部242例如根据多个被取样的I信号和Q信号除去接收信号中包括的调制分量。如上所述，在M相相位调制的情况下，可以通过算出接收信号的M次幂来消除调制分量。
在本实施方式中，柱形图生成部244从差动相位信号生成部242获取表示(N-1)个差动相位的信息(有时称为差动相位信号)。柱形图生成部244生成(N-1)个差动相位的柱形图。柱形图生成部244将表示所生成的柱形图的信息输出至标准偏差计算部246。
在本实施方式中，标准偏差计算部246算出(N-1)个差动相位的标准偏差。例如，标准偏差计算部246对柱形图生成部244生成的柱形图执行朝向正态分布的拟合。另外，标准偏差计算部246算出上述正态分布的标准偏差。
标准偏差计算部246可以导出计算出的标准偏差作为用于评价信号光的相位噪声的指标。如式6所示，信号光的相位噪声的标准偏差的平方表示为差动相位的标准偏差的平方的1/2倍。标准偏差计算部246可以根据(N-1)个差动相位的标准偏差，并按照式9导出信号光的相位噪声的标准偏差。
另外，如式7所示，接收信号的相位噪声的标准偏差的平方表示为信号光的相位噪声的标准偏差的平方与基于本地振荡光的谱线宽度的相位噪声的标准偏差的平方之和的平方根。标准偏差计算部246可以根据N个差动相位的标准偏差，并按照式9～式11导出接收信号的相位噪声的标准偏差。
标准偏差计算部246可以生成用于评价信号光的相位噪声的信息(有时称为评价信息)。作为用于评价信号光的相位噪声的信息，可以例示出表示N个差动相位的标准偏差、信号光的相位噪声的标准偏差以及/或者接收信号的相位噪声的标准偏差的信息。
相位噪声评价部240可以是评价装置的一例。差动相位信号生成部242可以是差动相位信息获取部的一例。柱形图生成部244可以是差动相位信息获取部的一例。标准偏差计算部246可以是指标导出部的一例。
图3概略地示出相位噪声评价装置320的系统构成的一例。在本实施方式中，相位噪声评价装置320具备光延迟干涉仪340、光接收器350、AD转换器360以及信号处理部370。
在与图1和图2相关联地说明了的通信系统100中，通过由光信号接收装置120执行高速的A/D转换和数字信号处理，从而算出评价机构中的差动相位的标准偏差。在本实施方式中，在以光电平执行相对于光信号接收装置120中的电信号的高速运算处理这一点上和与图1和图2相关联地进行了说明的光信号接收装置120不同。
在本实施方式中，相位噪声评价装置320将输入相位噪声评价装置320的光(有时称为输入光)的差动相位的偏差程度作为用于评价输入光的相位噪声的指标输出。由此，相位噪声评价装置320能够评价输入光的相位噪声。
作为上述输入光，可以是在光传输路10中传播的信号光，也可以是光90度混合器140的输出光。相位噪声评价装置320例如安装于光信号接收装置120，在光传输路10中传播的信号光的一部分被输入相位噪声评价装置320。
在实际的通信中使用的信号光中，光信号具有基于调制的光谱分量。因此，有时调制分量混入测定结果，光相位噪声的测定变得困难。
因此，在一种实施方式中，相位噪声评价装置320例如安装于通信系统100，以便在构建了通信系统100之后的试运行测试中评价相位噪声。在其他的实施方式中，相位噪声评价装置320安装于通信系统100，以便设置用于在通信系统100的运用期间测定相位噪声的专用波长，并始终测定该波长的光的相位噪声。例如，在通过数字数据的信号处理导出差动相位的实施方式中，通过测定上述波长的光的I分量以及Q分量的差动相位来评价相位噪声。
在本实施方式中，向光延迟干涉仪340输入光(有时称为输入光、对象光等)。光延迟干涉仪340例如具有第一光路和第二光路。光延迟干涉仪340例如将输入光分支为第一输入光和第二输入光。光延迟干涉仪340例如使通过了第一光路的第一输入光与通过了第二光路的第二输入光合波干涉。
在本实施方式中，光延迟干涉仪340的第一光路和第二光路被设定为：通过了第一光路的第一输入光和通过了第二光路的第二输入光的延迟时间差τ与输入光的频率f满足下述式12的关系。
(式12)
2πfτ＝2nπ+π/2(其中，n为整数)
在上述式12的关系成立的情况下，被输入了光延迟干涉仪340的输出光的光接收器350的输出电流i通过下述式13进行近似。
(式13)
在上述式12中，R是光接收器350的灵敏度。E是第一输入光和第二输入光的电场。是时刻t的输入光的相位噪声。
在本实施方式中，光接收器350将光延迟干涉仪340的输出光转换为电信号。如上所述，光接收器350的输出电流表示评价期间中包括的多个时间点的各个时间点的输入光的差动相位。由此，光接收器350能够获取表示评价期间中包括的多个时间点的各个时间点的输入光的差动相位的信息。如上所述，差动相位表示多个时间点中在时间上相邻的两个时间点的输入光的相位之差。
在本实施方式中，AD转换器360将光接收器350输出的电信号从模拟信号转换为数字信号。AD转换器360将与评价期间中包括的多个时间点的各个时间点的差动相位对应的多个数字信号输出至信号处理部370。多个时间点的时间间隔可以大致恒定。
根据本实施方式，与对信号光进行取样的AD转换器162或AD转换器164的采样率相比较，AD转换器360的采样率能够大幅减小。例如，在通信光的采样率为100GS/s时，AD转换器360的采样率能够降低至1GS/s左右。
如上述式13所示，在使用光延迟干涉仪340时，测定出差动相位被转换为强度的值。也就是说，通过光延迟干涉仪340将差动相位噪声转换为振幅噪声。另外，差动相位噪声的频率分量大致为白噪声。考虑到以上情况，作为光接收器350，能够使用频带窄的光接收器。具体而言，使用具有100MHz左右的频带的光接收器作为光接收器350。由此，也能够降低对光接收器350的输出电流进行取样的AD转换器360的采样率。
在本实施方式中，信号处理部370从AD转换器360接收上述多个数字信号。信号处理部370导出多个时间点的各个时间点的差动相位的偏差程度，作为用于评价输入光的相位噪声的指标。如上所述，作为表示偏差程度的指标，可例示出标准偏差、方差等。此外，如式6所示，输入光的相位噪声的标准偏差的平方表示为差动相位的标准偏差的平方的1/2倍。信号处理部370可以输出表示输入光的相位噪声的评价的信息(有时称为评价信息)。稍后将描述信号处理部370的细节。
在本实施方式中，以光电平执行相对于光信号接收装置120中的电信号的高速运算处理。由此，能够实现省电化和低成本化。另外，在本实施方式中，延迟时间的倒数与AD转换器中的采样率等效。因此，可以节约用于采样的电力。
相位噪声评价装置320可以是评价装置的一例。光延迟干涉仪340可以是延迟干涉部的一例。光接收器350可以是差动相位信息获取部或光电转换部的一例。AD转换器360可以是差动相位信息获取部或模数转换部的一例。信号处理部370可以是差动相位信息获取部或指标导出部的一例。
(其他实施方式的一例)
在本实施方式中，以相位噪声评价装置320具备AD转换器360和信号处理部370的情况为例，对相位噪声评价装置320的一例进行了说明。但是，相位噪声评价装置320并不限于本实施方式。在其他的实施方式中，信号处理部370具有AD转换器360的功能，相位噪声评价装置320也可以不具备AD转换器360。
图4概略地示出光延迟干涉仪340的内部构成的一例。在本实施方式中，光延迟干涉仪340具备半透镜422、半透镜424、全反射镜432、全反射镜434以及光相位调整器436。
输入光被分支为透过半透镜422的第一信号光和被半透镜422反射的第二信号光。第一信号光透过半透镜424并从光延迟干涉仪340输出。另一方面，第二信号光在被全反射镜432、全反射镜434以及半透镜424反射后，与透过半透镜424的第一信号光混合，并从光延迟干涉仪340输出。
在本实施方式中，光延迟干涉仪340对第一信号光和第二信号光赋予光路差。若将由上述光路差引起的延迟时间差设为τ，将时间设为t，将向光接收器350输入第一信号光时的相位设为则向光接收器350输入第二信号光时的相位为/>延迟时间差τ被调整为满足上述式8的关系。
另外，在本实施方式中，在第二信号光的光路(上述第二光路)中不与第一信号光的光路(上述第一光路)重复的区域配置有光相位调整器436。光相位调整器436调整通过光相位调整器436的光的相位。例如，光相位调整器436根据施加于光相位调整器436的电压调整通过光相位调整器436的光的相位。作为光相位调整器436，可例示出液相元件、铌酸锂晶体等。
根据本实施方式，通过调整第一光路和第二光路的距离和/或施加于光相位调整器436的电压来调整上述延迟时间差τ。由此，可以调整光延迟干涉仪340的动作点。延迟时间差τ可以在校正时调整，也可以实时调整。
此外，在其他的实施方式中，光相位调整器436也可以配置于第一光路中不与第二光路重复的区域。另外，光延迟干涉仪340也可以不具有光相位调整器436。
图5概略地示出光延迟干涉仪540的内部构成的一例。光延迟干涉仪540是光延迟干涉仪340的另一例，并且可以代替光延迟干涉仪340安装于相位噪声评价装置320。
在本实施方式中，光延迟干涉仪540具备基板510和形成于基板510的波导520和波导530。基板510可以是硅基板等的半导体基板。
输入光在分支点被分支至波导520和波导530。在波导520中传播的第一信号光和在波导530中传播的第二信号光被合波后从光延迟干涉仪540输出。波导520和波导530的延迟时间差τ被调整为满足上述式8的关系。
在本实施方式中，在波导520的一部分配置有电极526。通过调整施加于电极526的电压，从而微调整通过波导520的光的相位。
根据本实施方式，通过调整波导520和波导530的距离和/或施加于电极526的电压，从而调整上述延迟时间差τ。由此，可以调整光延迟干涉仪540的动作点。延迟时间差τ可以在校正时调整，也可以实时调整。
此外，在其他的实施方式中，电极526也可以配置于波导530。另外，光延迟干涉仪540也可以不具有电极526。
图6概略地示出光延迟干涉仪640的内部构成的一例。在本实施方式中，光延迟干涉仪640具备基板610、输入光输入的波导620、与波导620相邻配置的环形谐振器630和配置于环形谐振器630的一部分的电极636。基板610可以是硅基板等的半导体基板。
从输入端子入射的输入光在波导620中传播，并到达环形谐振器630。然后，输入光的一部分被导入环形谐振器630。环形谐振器630的输入输出特性被设定为使得环的长度是环形介质中的输入光的波长的整数倍。
通过使用环形谐振器630，相对于光频率的输出电流特定在动作点的附近变得更陡峭。通过波导620的光从光延迟干涉仪640输出，并且被输入光接收器350。通过施加于电极636的电压来调整环形谐振器630中的光相位。由此，可以调整光延迟干涉仪640的动作点。
图7概略地示出信号处理部370的内部构成的一例。在本实施方式中，信号处理部370具备柱形图生成部244、标准偏差计算部246以及校正部710。
在本实施方式中，校正部710执行各种校正处理。如上所述，光接收器350的输出电流i通过式13进行近似。因此，校准部710使用相位噪声已知的信号光执行相位噪声评价装置320的校正处理。由此，对光接收器350的接收灵敏度、光接收器350的电路的噪声进行校正。
例如，通过从接收信号的方差减去电路噪声的方差，从而导出差动相位噪声的方差。另外，通过上述导出法测定的是与相位噪声的统计分布对应的强度噪声。因此，上述各种方差、从该方差导出的标准偏差等测定结果能够预先以已知的光相位噪声为基准进行校正。这在使用光学环形谐振器时也是同样的。
图8概略地示出相位噪声评价装置820的系统构成的一例。在本实施方式中，相位噪声评价装置820在具备光接收器850、AD转换器860以及光相位控制部880这一点上与相位噪声评价装置320不同。另外，根据本实施方式，输入光在分支点被分支为入射至光延迟干涉仪340的第一光和入射至光接收器850的第二光。进而，在本实施方式中，相位噪声评价装置820在代替信号处理部370具备信号处理部870这一点上与相位噪声评价装置320不同。关于上述不同点以外的特征，相位噪声评价装置820可以具有与相位噪声评价装置320相同的构成。
在本实施方式中，光接收器850将所输入的第二光转换为电信号。在本实施方式中，AD转换器860将光接收器850所输出的电信号从模拟信号转换为数字信号。由此，得到表示输入光的光功率的测定值的信息。
在本实施方式中，信号处理部870从AD转换器860获取表示输入光的光功率的测定值的信息。信号处理部870使用输入光的光功率的测定值将输入光的差动相位标准化。另外，信号处理部870使用标准化后的差动相位导出差动相位的偏差程度。
在本实施方式中，光相位控制部880从光接收器350获取与光延迟干涉仪340的输出光对应的电信号。光相位控制部880根据上述电信号调整光延迟干涉仪340的动作点。
光相位控制部880调整光延迟干涉仪340的动作点，使得输出电流的变动量与光频率的变动量之比大于预定值的点成为光延迟干涉仪340的动作点。光相位控制部880也可以调整光延迟干涉仪340的动作点，使得输出电流的变动量与光频率的变动量之比大致最大的点成为光延迟干涉仪340的动作点。
光延迟干涉仪340的光频率对输出电流特性相对于光频率为正弦波状，其周期为1/τ。因此可知，在上述光频率对输出电流特性的图表中，在将上述正弦波与0交叉的点设定为动作点时，输出电流的变动量与光频率的变动量之比大致最大。
因此，光相位控制部880可以将输出电流的平均值为0的位置决定为光延迟干涉仪340的动作点。此时，由于光频率对输出电流特性(也就是说，纵轴是输出电流，横轴是光频率的图表)的光频率能够置换为差动相位来考虑，因此差动相位的变动直接成为输出电流的变动。
AD转换器860可以是光电信息获取部的一例。信号处理部870可以是光电信息获取部的一例。光相位控制部880可以是调整部的一例。
(其他实施方式的一例)
在本实施方式中，以光相位控制部880检测光接收器350的输出电流的平均值，并以该平均值成为0的方式设定光延迟干涉仪340的动作点的情况为例，对光相位控制部880的一例进行了说明。但是，光相位控制部880并不限定于本实施方式。
在其他的实施方式中，当光延迟干涉仪340的动作点被最优化时，光接收器350的输出电流的峰间值或振幅变为最大。因此，光相位控制部880可以检测光接收器350的输出电流的峰间值，并以该值成为最大的方式设定光延迟干涉仪340的动作点。同样地，光相位控制部880可以检测光接收器350的输出电流的振幅的值，并以该值成为最大的方式设定光延迟干涉仪340的动作点。
图9概略地示出信号处理部870的内部构成的一例。在本实施方式中，信号处理部870具备柱形图生成部244、标准偏差计算部246、校正部710以及标准化部930。
在本实施方式中，标准化部930从AD转换器860获取表示输入光的光功率的测定值的信息。标准化部930使用输入光的光功率的测定值对输入光的差动相位进行标准化。标准化部930将表示标准化后的输入光的差动相位的信息输出至柱形图生成部244。
在本实施方式中，柱形图生成部244使用标准化后的差动相位生成差动相位的柱形图。在本实施方式中，标准偏差计算部246使用基于标准化后的差动相位生成的柱形图导出差动相位的标准偏差。
图10概略地示出光延迟干涉仪1040的内部构成的一例。在本实施方式中，光延迟干涉仪1040在配置有半透镜1060，该半透镜1060用于对输入光进行分支并将输入光的一部分输入光接收器850这一点上与光延迟干涉仪340不同。另外，在本实施方式中，光延迟干涉仪1040在施加于光相位调整器436的电压通过光相位控制部880控制这一点上与光延迟干涉仪340不同。
图11概略地示出光延迟干涉仪1140的内部构成的一例。在本实施方式中，光延迟干涉仪1140在配置有波导1160，该波导1160用于对输入光进行分支并将输入光的一部分输入光接收器850这一点上与光延迟干涉仪540不同。另外，在本实施方式中，光延迟干涉仪1140在施加于电极526的电压通过光相位控制部880控制这一点上与光延迟干涉仪540不同。
图12概略地示出光延迟干涉仪1240的内部构成的一例。在本实施方式中，光延迟干涉仪1240在配置有波导1260，该波导1260用于对输入光进行分支并将输入光的一部分输入光接收器850这一点上与光延迟干涉仪640不同。另外，在本实施方式中，光延迟干涉仪1240在施加于电极636的电压通过光相位控制部880控制这一点上与光延迟干涉仪640不同。
图13概略地示出光延迟干涉仪1340的内部构成的一例。在本实施方式中，光延迟干涉仪1340在代替光接收器350使用平衡光接收器1350这一点上与光延迟干涉仪340不同。由此，能够抑制信号光中包括的强度噪声。
平衡光接收器1350具备光接收器1352、光接收器1354以及差动处理部1356。光接收器1352被输入第一输出光，该第一输出光是将透过半透镜424的第一信号光和被半透镜424反射的第二信号光合波而成的。光接收器1354被输入第二输出光，该第二输出光是将被半透镜424反射的第一信号光和透过半透镜424的第二信号光合波而成的。差动处理部1356将相当于光接收器1352的输出与光接收器1354的输出之差的电信号输出至AD转换器360。
图14概略地示出平衡光接收器1350的电路构成的一例。在本实施方式中，平衡光接收器1350具备串联连接的光电二极管1452和光电二极管1454。平衡光接收器1350从光电二极管1452和光电二极管1454的连结点1456输出电信号。
图15概略地示出光延迟干涉仪1540的内部构成的一例。在本实施方式中，光延迟干涉仪1540在使用平衡光接收器1350代替光接收器350这一点上与光延迟干涉仪540不同。由此，能够抑制信号光中包括的强度噪声。
(通信系统1600的概要)
图16概略地示出通信系统1600的系统构成的一例。在本实施方式中，以通过光信号发送装置110输出的信号光在光传输路10中传播并到达光信号接收装置1620来传递信息信号的情况为例，对通信系统100的细节进行说明。
在本实施方式中，除了通信系统1600具备用于检测偏振变动的构成这一点以外，通信系统1600也可以具备与通信系统100同样的构成。关于通信系统1600的细节，有时省略关于与通信系统100同样的构成的说明。
在本实施方式中，通信系统1600例如具备光信号发送装置110和光信号接收装置1620。在本实施方式中，光信号接收装置1620具备分波器1640、光接收器1650、AD转换器1660、信号处理部1670以及状态监视装置1680。
在本实施方式中，光信号接收装置1620接收在光传输路10中传播的信号光。光信号接收装置120对接收到的光信号进行解调，生成信息信号。
如上所述，例如，当在信号光在光传输线10中传播的期间在光传输线10中发生突发异常时，在信号光中发生突发的偏振变动。在通信系统100中，相位噪声评价部240、相位噪声评价装置320、相位噪声评价装置820或其变形例通过对相位变动的测定结果进行统计处理，从而评价在通信系统100中产生的相位噪声。
然而，与相位噪声相比较，由偏振变动引起的相位变动存在突发产生的倾向。由于突发产生的相位变动难以反映至上述统计处理的结果中，因此难以使用相位噪声评价部240、相位噪声评价装置320、相位噪声评价装置820或其变形例来检测由偏振变动引起的相位变动。
因此，根据本实施方式，光信号接收装置1620始终测定通信系统1600中产生的相位变动。光信号接收装置1620根据该相位噪声的实时的测定结果来检测由突发的偏振变动引起的相位变动。例如，光信号接收装置1620检测实时的相位变动的增加，并发出警报。关于光信号接收装置1620中的信息处理详细后述。
在本实施方式中，分波器1640在信号光包括波长不同的多个光信号时，将该多个光信号按波长进行分波。光信号接收装置1620中接收的光信号(有时称为接收信号)例如包括用于传输信息信号的第一波长的光(有时称为通信用光信号)和用于检测偏振变动的第二波长的光(有时称为监视用光信号)。第一波长的值与第二波长的值不同。分波器1640将通信用光信号输出至光接收器1650。分波器1640将监视用光信号输出至状态监视装置1680。
在本实施方式中，光接收器1650将光信号转换为电信号。光接收器1650例如将通信用光信号转换为电信号(有时称为与通信用光信号对应的电信号)。光接收器1650将与通信用光信号对应的电信号输出至AD转换器1660。
在本实施方式中，AD转换器1660将电信号从模拟信号转换为数字信号。AD转换器1660例如通过对电信号进行取样而生成与一个以上的标本点(有时称为样本)分别对应的一个以上的数字信号。AD转换器1660例如将与通信用光信号对应的电信号转换为数字信号(有时称为与通信用光信号对应的数字信号)。AD转换器1660将与通信用光信号对应的数字信号输出至信号处理部1670。
在本实施方式中，信号处理部1670对通过信号光传输的接收信号进行解调，并生成信息信号。用于根据接收信号生成信息信号的方法并无特别限定。信号处理部1670可以执行用于对接收信号进行解调或补偿的各种数字信号处理。信号处理部1670可以执行纠错处理、解码处理等。
在本实施方式中，状态监视装置1680对输入状态监视装置1680的光(有时称为输入光)进行解析，监视光传输路10的状态和/或在光传输路10中传播的信号光的状态。状态监视装置1680例如对输入光的相位变动进行解析，评价(i)相位噪声的有无和/或程度、以及(ii)偏振变动的有无和/或程度中的至少一者。由此，状态监视装置1680例如能够检测在光传输路10中传播的信号光的偏振变动。
状态监视装置1680例如获取表示一个以上的时间点各自的作为评价对象的输入光的差动相位的信息。差动相位表示一个以上的时间点中在时间上相邻的两个时间点的输入光的相位之差。在一个以上的时间点，时间上相邻的两个时间点的时间间隔可以大致恒定。
上述时间间隔的长度并无特别限定，但上述时间间隔可以是通过输入光传输的信号的符号时间的长度，也可以是该符号时间的长度以下，还可以是该符号时间的长度以上。在一种实施方式中，上述时间间隔被设定为与上述符号时间之差成为预定值。在其他的实施方式中，上述时间间隔被设定为与上述符号时间之差成为预定值以下或者小于预定值。
状态监视装置1680例如判定一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位是否满足预定的条件。在判定为一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位满足预定的条件时，状态监视装置1680例如输出表示信号光产生了偏振变动的信息。关于状态监视装置1680详细后述。
(通信系统1600的各部的具体构成)
与通信系统100的各部同样地，通信系统1600的各部可以通过硬件实现，也可以通过软件实现，还可以通过硬件和软件实现。在构成通信系统1600的构成要素的至少一部分通过软件实现的情况下，通过该软件实现的构成要素可以通过在一般构成的信息处理装置中启动规定了与该构成要素相关的动作的程序来实现。
在上述信息处理装置中，上述数据处理装置或存储装置可以保存程序。上述程序可以保存在非暂时性的计算机可读记录介质。上述程序通过由处理器执行而使上述信息处理装置执行由该程序规定的动作。
上述程序可以是用于使计算机作为光信号接收装置1620或其一部分发挥功能的程序。上述程序也可以是用于使计算机执行光信号接收装置1620或其一部分中的信息处理方法的程序。作为光信号接收装置1620的一部分，可以例示出信号处理部1670、状态监视装置1680等。
上述信息处理方法可以是用于检测在光传输路中传播的信号光的偏振变动的检测方法。上述检测方法例如具有获取表示一个以上的时间点各自的作为评价对象的输入光的差动相位的信息的差动相位信息获取阶段。上述检测方法例如具有判定一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位是否满足预定的条件的判定阶段。上述检测方法也可以具有在判定为一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位满足预定的条件时输出表示信号光产生了偏振变动的信息的输出阶段。
上述预定的条件可以包括如下的第一条件：一个以上的时间点的至少一个时间点的差动相位的大小等于预定的第一阈值或大于第一阈值。上述预定的条件可以包括如下的第二条件：一个以上的时间点的至少一部分时间点且具有作为预定长度的期间的评价期间中包括的多个时间点中、该时间点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的时间点的个数等于预定的第二阈值或大于第二阈值。上述预定的条件可以包括如下的第三条件：多个时间点中该时间点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的时间点的个数与评价期间中包括的多个时间点的个数的比例等于预定的第三阈值或大于第三阈值。上述预定的条件可以包括如下的第四条件：根据一个以上的时间点各自的差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角度等于预定的第四阈值或大于第四阈值。上述预定的条件可以包括如下的第五条件：庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角速度等于预定的第五阈值或大于第五阈值。
上述预定的条件可以包括选自由第一条件、第二条件、第三条件、第四条件以及第五条件构成的组中的至少两个条件的组合。第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值以及第五阈值可以分别独立地决定。第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值以及第五阈值可以为互不相同的值，也可以是至少两个相同。决定各阈值的步骤的概要后述。
通信系统1600可以是检测装置、光接收装置或者光通信系统的一例。光信号接收装置1620可以是检测装置或光接收装置的一例。分波器1640可以是分波部的一例。光接收器1650可以是光电转换部的一例。AD转换器1660可以是模数转换部的一例。信号处理部1670可以是解调部的一例。状态监视装置1680可以是检测装置的一例。光信号发送装置110可以是光发送装置的一例。光信号可以是光的一例。一个以上的标本点可以是一个以上的时间点的一例。监视用光信号可以是第二波长的光或输入光的一例。
(其他实施方式的一例)
在本实施方式中，以通信系统1600除了与通信系统100同样的构成以外还具备用于检测偏振变动的构成的情况为例，对通信系统1600详细进行了说明。然而，通信系统1600并不限定于本实施方式。在其他的实施方式中，通信系统1600也可以不具备通信系统100的构成的至少一部分。例如，通信系统1600也可以不具备振幅噪声评价部230和相位噪声评价部240的至少一方。
在本实施方式中，以信号光包括用于检测偏振变动的光信号作为监视用光信号的情况为例，对通信系统1600详细进行了说明。然而，通信系统1600并不限定于本实施方式。在其他的实施方式中，信号光可以包括波长互不相同的各种监视用光信号。作为使用监视用光信号进行监视、检查或评价的对象，可以例示出光传输路10的状态、在光传输路10中传播的信号光的状态等。
作为光传输路10的状态，可以例示出光传输路10的周边的电磁环境的状态、光传输路10的内部或周围的电场的状态、光传输路10的振动状态、光传输路10的弯曲状态、光传输路10的连接状态(例如，构成光纤的两个光纤芯材的连接的偏移情况)等。作为光传输路10的周边的电磁环境的状态，可以例示出该电磁环境的变动状态。作为光传输路10的内部或者周围的电场的状态，可以例示出该电场的变动状态。作为光信号的状态，可以例示出光信号的强度变动、振幅变动、相位变动、偏振变动等。
在本实施方式中，以光信号发送装置110发送信号光、光信号接收装置1620接收信号光的情况为例，对通信系统1600详细进行了说明。然而，通信系统1600并不限定于本实施方式。在其他的实施方式中，光信号发送装置110和光信号接收装置1620的至少一方也可以是具备发送信号光的功能和接收信号光的功能的收发装置。例如，光信号发送装置110具备与光信号接收装置1620的构成部件的至少一个相同的部件。例如，光信号接收装置1620具备与光信号发送装置110的构成部件的至少一个相同的部件。
图17概略地示出光信号发送装置110的内部构成的一例。在本实施方式中，光信号发送装置110例如具备通信用光信号输出部1722、监视用光信号输出部1724以及合波器1730。
在本实施方式中，通信用光信号输出部1722根据信息信号对第一波长的光进行调制，并输出通信用光信号。在本实施方式中，监视用光信号输出部1724输出一个以上的监视用光信号。一个以上的监视用光信号分别使用与通信用光信号不同的波长的光生成。一个以上的监视用光信号分别可以使用互不相同的波长的光生成。在本实施方式中，合波器1730对通信用光信号输出部1722输出的通信用光信号和监视用光信号输出部1724输出的监视用光信号进行合波，生成信号光。
图18概略地示出状态监视装置1680的内部构成的一例。在本实施方式中，状态监视装置1680例如具备光延迟干涉仪340、光接收器350、AD转换器360以及信号处理部1870。在本实施方式中，光接收器350例如具有光电转换元件1852和积分电路1854。
在本实施方式中，光电转换元件1852将光信号转换为电信号。更为具体地，光电转换元件1852将光延迟干涉仪340的输出光转换为电信号。光电转换元件1852例如利用负载电阻将光电转换后的光电流转换为电压，生成上述电信号。光电转换元件1852将上述电信号输出至积分电路1854。
和与图3相关联地进行了说明的光接收器350的输出电流同样地，光电转换元件1852的输出电流表示输入光的差动相位。如上所述，本实施方式中的输入光是输入状态监视装置1680的监视用光信号。
在本实施方式中，积分电路1854输出与输入电压的波形的时间积分相等的波形的电压。积分电路1854的输出电压与积分电路1854的输入电压的积分值成比例。更为具体地，光电转换元件1852所输出的电信号输入积分电路1854，该积分电路1854输出与该电信号的波形的时间积分相等的波形的电压。由此，生成与光延迟干涉仪340的输出光对应的电信号。积分电路1854将上述电信号输出至AD转换器360。
积分电路1854的时间常数例如根据伴随着设想的偏振变动的相位变动的最大速度而决定。积分电路1854的时间常数可以是与上述最大速度相当的时间常数。例如，在设想产生10kHz左右的偏振变动的情况下，积分电路1854的时间常数被设定为100μs左右。同样地，积分电路1854的截止频率被设定为1.59kHz左右。
积分电路1854的时间常数可以是10～1000μs，也可以是50～500μs，也可以是75～150μs，还可以是80～120μs。积分电路1854的截止频率可以是0.1～100kHz，也可以是0.5～50kHz，也可以是1～20kHz，还可以是1～10kHz。
积分电路1854可以是对光电转换元件1852输出的电信号进行处理的放大器或低通滤波器，也可以是构成该放大器或该低通滤波器的部件的一部分。既可以嵌入光电转换元件1852，也可以配置于光电转换元件1852的后级。
在本实施方式中，AD转换器360将光接收器350输出的电信号从模拟信号转换为数字信号。由此，生成与一个以上的标本点各自的差动相位对应的一个以上的数字信号。AD转换器360将上述数字信号输出至信号处理部1870。
在本实施方式中，AD转换器360的采样率被设定为足以对光接收器350的频带中的信号进行采样的值。例如，AD转换器360的采样率被设定为光接收器350的带宽的5倍至10倍左右。
在本实施方式中，信号处理部1870从AD转换器360获取被取样的一个以上的差动相位信号。信号处理部1870根据由一个以上的差动相位信号所示的一个以上的时间点各自的差动相位来评价光传输线10的状态和/或光传输线10中传播的信号光的状态。信号处理部1870例如评价(i)相位噪声的有无和/或程度、以及(ii)偏振变动的有无和/或程度中的至少一者。由此，信号处理部1870例如能够检测在光传输路10中传播的信号光的偏振变动。
信号处理部1870例如判定一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位是否满足预定的条件。当判定为一个以上的时间点的至少一部分时间点的差动相位满足预定条件时，信号处理部1870输出例如表示在信号光中产生了偏振变动的信息。
信号处理部1870的提供方式并无特别限定。信号处理部1870可以是集成电路(IC)、大规模集成电路(LSI)、系统LSI、芯片上系统或者微处理器，也可以是由它们的组合构建的设备。关于信号处理部1870详细后述。
光电转换元件1852可以是光电转换部的一例。积分电路1854可以是积分部的一例。信号处理部1870可以是检测装置的一例。被取样的一个以上的差动相位信号可以是一个以上的时间点各自的表示输入光的差动相位的信息的一例。一个以上的标本点可以是一个以上的时间点的一例。
(其他实施方式的一例)
在本实施方式中，以状态监视装置1680具备光延迟干涉仪340的情况为例，对状态监视装置1680详细进行了说明。然而，状态监视装置1680并不限定于本实施方式。在其他的实施方式中，状态监视装置1680可以代替光延迟干涉仪340具备具有任意构成的光延迟干涉仪。例如，状态监视装置1680具备光延迟干涉仪540、光延迟干涉仪640、光延迟干涉仪1040、光延迟干涉仪1140、光延迟干涉仪1240或者光延迟干涉仪1340。
在本实施方式中，以状态监视装置1680具备光接收器350的情况为例，对状态监视装置1680详细进行了说明。然而，状态监视装置1680并不限定于本实施方式。在其他的实施方式中，状态监视装置1680可以代替光接收器350具备具有任意构成的光接收器。例如，状态监视装置1680具备平衡光接收器1350。
在本实施方式中，以光接收器350具备积分电路1854的情况为例，对状态监视装置1680详细进行了说明。然而，状态监视装置1680并不限定于本实施方式。在其他的实施方式中，积分电路1854可以配置于光接收器350的外部。例如，积分电路1854配置于光接收器350的后级。积分电路1854也可以配置于在光接收器350的后级配置的设备的内部。作为上述设备，可以例示出积分电路、具有积分特性的设备等。作为具有积分特性的设备，可以例示出放大器、低通滤波器等。
图19概略地示出信号处理部1870的内部构成的一例。在本实施方式中，信号处理部1870具备柱形图生成部244、标准偏差计算部246以及校正部710。在本实施方式中，信号处理部1870具备增加检测部1922、频率解析部1924、移动角度导出部1926、移动角速度导出部1928、偏振变动检测部1930以及信息输出部1940。
在本实施方式中，增加检测部1922从AD转换器360获取被取样的一个以上的差动相位信号。如上所述，一个以上的差动相位信号分别表示一个以上的时间点各自的差动相位。增加检测部1922以时域对一个以上的差动相位信号进行解析。
例如，增加检测部1922将一个以上的时间点各自的差动相位的大小与预定的第一阈值进行比较。由此，增加检测部1922可以判定一个以上的时间点各自的差动相位的大小是否等于第一阈值或者是否大于该第一阈值。增加检测部1922将表示判定结果的信息输出至偏振变动检测部1930。
在本实施方式中，频率解析部1924从AD转换器360获取被取样的一个以上的差动相位信号。频率解析部1924以频域对一个以上的差动相位信号进行解析(有时称为频率解析)。
例如，频率解析部1924对一个以上差动相位信号进行傅里叶变换(例如快速傅里叶变换)。由此，导出向z方向传播的信号光的正交偏振模式Ex(t)和Ey(t)的相位差δ(t)的变动频率。另外，通过傅里叶变换得到的光谱分量表示变动的振幅值。
具体而言，对傅里叶变换的结果进行解析，将表示突出的峰值的频率以及其他突出的分量的频率决定为变动频率。例如，一边改变通过傅里叶变换得到的测定数据的频率，一边观察振幅值的变动。将振幅值急剧变动的频率决定为变动频率。
在本实施方式中，频率解析部1924将表示解析结果的信息输出至偏振变动检测部1930。频率解析部1924可以根据需要将表示解析结果的信息输出至移动角度导出部1926和/或移动角速度导出部1928。作为表示解析结果的信息，可以例示出变动频率、变动振幅值等。变动振幅值是与移动角度有关系的参数，根据变动振幅值和变动频率导出移动角速度。
在本实施方式中，移动角度导出部1926从AD转换器360获取被取样的一个以上的差动相位信号。移动角度导出部1926导出根据一个以上的时间点各自的差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角度。具体而言，根据上述傅里叶变换的结果，导出庞加莱球上的轨迹的变动频率。另外，通过根据傅里叶变换的振动振幅值(峰值)算出峰间值(p-p值)，从而导出移动角度。移动角度导出部1926将表示导出结果的信息输出至偏振变动检测部1930。
在本实施方式中，移动角速度导出部1928从AD转换器360获取被取样的一个以上的差动相位信号。移动角速度导出部1928导出根据一个以上的时间点各自的差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角速度。移动角速度根据上述庞加莱球上的轨迹的移动角度和变动频率导出。移动角速度例如被导出为移动角度(p-p值)×2×变动频率。移动角速度导出部1928将表示导出结果的信息输出至偏振变动检测部1930。
在本实施方式中，偏振变动检测部1930评价偏振变动的有无和/或程度。例如，偏振变动检测部1930检测偏振变动。在检测出偏振变动的情况下，可以评价为产生了偏振变动和/或偏振变动的程度比较大。
例如，偏振变动检测部1930判定一个以上的时间点的至少一部分处的差动相位是否满足预定条件。当判定为一个以上的时间点的至少一部分处的差动相位满足预定条件时，偏振变动检测部1930将表示检测到偏振变动的信息输出至信息输出部1940。
上述预定的条件可以包括如下的第一条件：一个以上的时间点的至少一个时间点的差动相位的大小等于预定的第一阈值或大于第一阈值。上述预定的条件可以包括如下的第二条件：一个以上的时间点的至少一部分时间点且具有预定长度的期间的评价期间中包括的多个时间点中、该时间点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的时间点的个数等于预定的第二阈值或大于第二阈值。上述预定的条件可以包括如下的第三条件：多个时间点中该时间点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的时间点的个数与评价期间中包括的多个时间点的个数的比例等于预定的第三阈值或大于第三阈值。
上述预定的条件可以包括如下的第四条件：从一个以上的时间点各自的差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角度等于预定的第四阈值或大于第四阈值。上述预定的条件可以包括如下的第五条件：庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角速度等于预定的第五阈值或大于第五阈值。
上述预定的条件可以包括选自由第一条件、第二条件、第三条件、第四条件以及第五条件构成的组中的至少两个条件的组合。第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值以及第五阈值可以分别独立地决定。第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值以及第五阈值可以为互不相同的值，也可以是至少两个相同。
第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值以及第五阈值中的至少一者可以根据通信系统1600或光信号接收装置1620的抗偏振变动性而决定。例如，第一阈值、第四阈值以及第五阈值中的至少一者被设定为由搭载于通信系统1600或光信号接收装置1620的设备的规格规定的抗偏振变动性的ka倍(ka是正数。ka可以为1以下，也可以小于1)。如上所述，第一阈值、第四阈值以及第五阈值也可以互不相同。第二阈值和第三阈值的至少一方可以通过预测试、试运转时的测试等来决定。
在一种实施方式中，偏振变动检测部1930从增加检测部1922获取表示与一个以上的标本点分别相关的判定结果的信息。偏振变动检测部1930例如在与一个以上的标本点分别相关的判定结果中的至少一个判定结果表示该标本点的差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值时判定为上述第一条件成立。当第一条件成立时，偏振变动检测部1930可以判定为检测到偏振变动。
根据上述实施方式，即使在实际对传输特性造成的影响少的情况下，第一条件也可能成立。例如，在特定的标本点的差动相位的大小是统计上特异性的值的情况下，上述第一条件成立，能够检测到偏振变动。该情况下，检测到的偏振变动对传输特性造成的影响可能变得非常小。
因此，偏振变动检测部1930例如也可以使用与一个以上的标本点分别相关的判定结果中与具有预定长度的期间(有时称为评价期间)中包括的多个标本点相关的判定结果来检测偏振变动。由此，偏振变动的检测精度提高。
例如，偏振变动检测部1930在评价期间中包括的多个标本点的个数中的、差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的标本点的个数等于第二阈值或大于第二阈值时判定为上述第二条件成立。当第二条件成立时，偏振变动检测部1930可以判定为检测到偏振变动。
例如，偏振变动检测部1930在差动相位的大小等于第一阈值或大于第一阈值的标本点的个数与评价期间中包括的多个标本点的个数的比例等于预定的第三阈值或大于第三阈值时判定为上述第三条件成立。当第三条件成立时，偏振变动检测部1930可以判定为检测到偏振变动。
在其他的实施方式中，偏振变动检测部1930从移动角度导出部1926获取表示庞加莱球上的轨迹的变动频率处的移动角度的导出结果的信息。当上述移动角度等于第四阈值或大于第四阈值时，偏振变动检测部1930判定为上述第四条件成立。当第四条件成立时，偏振变动检测部1930可以判定为检测到偏振变动。
进而在其他的实施方式中，偏振变动检测部1930从移动角速度导出部1928获取表示庞加莱球上的轨迹的变动频率处的移动角速度的导出结果的信息。当上述移动角度等于第五阈值或大于第五阈值时，偏振变动检测部1930判定为上述第五条件成立。当第五条件成立时，偏振变动检测部1930可以判定为检测到偏振变动。
在本实施方式中，信息输出部1940输出表示信号处理部1870中的各种评价结果的评价信息。在一种实施方式中，评价信息包括用于评价与图2相关联地进行了说明的信号光的相位噪声的信息。在其他的实施方式中，评价信息包括与偏振变动相关的评价信息。作为与偏振变动相关的评价信息，可以例示出表示信号光中产生了偏振变动的信息、表示移动角速度超过了规定角速度的信息、表示移动角度超过了规定角度的信息以及表示变动频率超过了规定频率的信息等。与偏振变动相关的评价信息也可以作为警报或标志输出。
增加检测部1922可以是差动相位信息获取部的一例。频率解析部1924可以是差动相位信息获取部的一例。移动角度导出部1926可以是差动相位信息获取部的一例。移动角速度导出部1928可以是差动相位信息获取部的一例。偏振变动检测部1930可以是判定部的一例。信息输出部1940可以是输出部的一例。表示检测到偏振变动的信息可以是表示信号光中产生了偏振变动的信息的一例。
(又一实施方式的一例)
在本实施方式中，以信号处理部1870与信号处理部370同样地具备柱形图生成部244、标准偏差计算部246以及校正部710的情况为例，对信号处理部1870详细进行说明。然而，信号处理部1870并不限定于本实施方式。
在其他的实施方式中，信号处理部1870也可以不具备柱形图生成部244、标准偏差计算部246以及校正部710中的至少一者。在进而其他的实施方式中，信号处理部1870也可以与信号处理部870同样地具备标准化部930。
图20概略地示出状态监视装置1680中的信息处理的一例。根据本实施方式，首先，在步骤2022(有时将步骤省略为S)中，具备积分电路1854的光接收器350接收光延迟干涉仪340输出的光。光接收器350生成与光延迟干涉仪340输出的光对应的电信号。
接着，在S2024中，AD转换器360对光接收器350输出的电信号进行取样。由此，生成与一个以上的标本点各自的差动相位对应的一个以上的数字信号。
另外，在步骤S2026中，将从AD转换器360输出的数字信号蓄积于存储器(未图示)，该存储器配置于状态监视装置1680或信号处理部1870中。AD转换器360输出的数字信号例如与各标本点的识别信息相对应地保存于上述存储器。在上述存储器中，例如依次蓄积最新的N个(N为1以上的整数)数据。
当S2026的处理结束时，在S2032中，信号处理部1870判定第一条件、第四条件以及/或者第五条件是否成立。由此，评价偏振变动的有无和/或程度。信号处理部1870将表示判定结果的信息输出至信息输出部1940。
在S2032中，信号处理部1870可以使用在S2026中蓄积于存储器的数据来判定第一条件、第四条件以及/或者第五条件是否成立。例如，在对S2026中蓄积于存储器的数据进行移动平均处理之后，判定第一条件、第四条件以及/或者第五条件是否成立。由此，噪声的影响减轻。此外，信号处理部1870也可以针对所采样的数据依次判定第一条件、第四条件以及/或者第五条件是否成立。该情况下，在S2024的处理结束之后且S2026的处理结束之前，开始进行S2032的处理。
当S2026的处理结束时，在S2034中，信号处理部1870使用在S2026中蓄积于存储器的数据来判定第二条件和/或第三条件是否成立。由此，评价偏振变动的有无和/或程度。信号处理部1870将表示判定结果的信息输出至信息输出部1940。
当S2026的处理结束时，在S2036中，柱形图生成部244和标准偏差计算部246使用在S2026中蓄积于存储器的数据生成用于评价信号光的相位噪声的信息。由此，评价相位噪声的有无和/或程度。标准偏差计算部246将用于评价信号光的相位噪声的信息输出至信息输出部1940。
在S2042中，信息输出部1940输出与偏振变动相关的评价信息。另外，在步骤S2044中，信息输出部1940输出与相位噪声相关的评价信息。由此，处理结束。
图21概略地示出数据表2100的一例。在本实施方式中，数据表2100保存与偏振变动相关的评价信息。在本实施方式中，数据表2100具有与一个以上的标本点分别相关的一个以上的记录。一个以上的记录分别可以是特定的时间点或标本点的评价信息的一例。
在本实施方式中，数据表2100针对一个以上的标本点，分别将该标本点的编号2120、与该标本点对应的时刻2122、该标本点的光接收器350的输出值2124、频率解析部1924导出的变动频率2132、移动角度导出部1926导出的移动角度2134、移动角速度导出部1928导出的移动角速度2136、第一条件～第五条件各自的成立与否2140、以及偏振变动的检测结果2150相对应地加以保存。此外，数据表2100的数据项目并不限定于本实施方式。例如，在其他的实施方式中，数据表2100针对一个以上的标本点分别将该标本点的编号2120或者时刻2122与偏振变动的检测结果2150相对应地加以保存。
(又一实施方式的一例)
在本实施方式中，以与偏振变动相关的评价信息保存于数据表2100的情况为例对与偏振变动相关的评价信息详细进行了说明。然而，与偏振变动相关的评价信息并不限定于本实施方式。在其他的实施方式中，与偏振变动相关的评价信息也可以是检测到偏振变动的一个以上的时间的列表。
图22示出可以将本发明的多种方式整体或部分具体化的计算机3000的一例。光信号接收装置120的至少一部分可以通过计算机3000实现。相位噪声评价装置320的至少一部分可以通过计算机3000实现。光信号接收装置1620的至少一部分可以通过计算机3000实现。状态监视装置1680的至少一部分可以通过计算机3000实现。
安装于计算机3000的程序可以使计算机3000作为与本发明的实施方式涉及的装置相关联的操作或者该装置的一个或多个“部”发挥功能，或者执行该操作或者该一个或多个“部”，以及/或者可以使计算机3000执行本发明的实施方式涉及的工序或者该工序的阶段。这样的程序可以由CPU3012执行，以使计算机3000执行与本说明书中记载的流程图和框图的框中的几个或全部相关联的特定操作。
本实施方式涉及的计算机3000包括CPU3012、RAM3014、GPU3016以及显示设备3018，它们通过主机控制器3010相互连接。计算机3000还包括通信接口3022、硬盘驱动器3024、DVD-ROM驱动器3026、以及IC卡驱动器这样的输入输出单元，它们经由输入输出控制器3020与主机控制器3010连接。计算机还包括ROM3030和键盘3042这样的传统的输入输出单元，它们经由输入输出芯片3040与输入输出控制器3020连接。
CPU3012按照保存于ROM3030和RAM3014内的程序进行动作，由此控制各单元。GPU3016在RAM3014内提供的帧缓冲器等或其自身中获取由CPU3012生成的图像数据，并使图像数据显示于显示设备3018上。
通信接口3022经由网络与其他的电子设备进行通信。硬盘驱动器3024保存由计算机3000中的CPU3012使用的程序和数据。DVD-ROM驱动器3026从DVD-ROM3001读取程序或数据，经由RAM3014向硬盘驱动器3024提供程序或数据。IC卡驱动器从IC卡读取程序和数据、以及/或者向IC卡写入程序和数据。
ROM3030中保存激活时由计算机3000执行的引导程序等、以及/或者依赖于计算机3000的硬件的程序。输入输出芯片3040还可以将各种输入输出单元经由并行端口、串行端口、键盘端口、鼠标端口等与输入输出控制器3020连接。
程序由DVD-ROM3001或IC卡这样的计算机可读存储介质提供。程序从计算机可读存储介质读取，并安装于也作为计算机可读存储介质的例子的硬盘驱动器3024、RAM3014或ROM3030中，由CPU3012执行。这些程序内描述的信息处理被计算机3000读取，带来程序与上述各种类型的硬件资源之间的协作。装置或方法可以通过随着计算机3000的使用实现信息的操作或处理而构成。
例如，当在计算机3000与外部设备之间执行通信时，CPU3012可以执行加载至RAM3014的通信程序，根据通信程序中描述的处理向通信接口3022发出通信处理的命令。通信接口3022在CPU3012的控制下读取在RAM3014、硬盘驱动器3024、DVD-ROM3001或者IC卡这样的记录介质内提供的发送缓冲区域中保存的发送数据，并将读取到的发送数据发送至网络，或者将从网络接收到的接收数据写入记录介质上提供的接收缓冲区域等。
另外，CPU3012可以将硬盘驱动器3024、DVD-ROM驱动器3026(DVD-ROM3001)、IC卡等这样的外部记录介质中保存的文件或数据库的全部或必要部分读取至RAM3014，并对RAM3014上的数据执行各种类型的处理。CPU3012接着可以将处理后的数据写回外部记录介质。
各种类型的程序、数据、表格以及数据库这样的各种类型的信息可以保存在记录介质，并接受信息处理。CPU3012可以对从RAM3014读取的数据执行各种类型的处理，并将结果写回RAM3014，该各种类型的处理包括在本公开的各个部分中记载的、由程序的命令序列指定的各种类型的操作、信息处理、条件判断、条件分支、无条件分支、信息的检索/替换等。另外，CPU3012可以检索记录介质内的文件、数据库等中的信息。例如，在记录介质内存储有分别具有与第二属性的属性值相关联的第一属性的属性值的多个条目的情况下，CPU3012可以从该多个条目中检索第一属性的属性值与所指定的条件一致的条目，读取该条目内存储的第二属性的属性值，由此获取与满足预先规定的条件的第一属性相关联的第二属性的属性值。
以上说明的程序或软件模块可以存储在计算机3000上或者计算机3000附近的计算机可读存储介质。另外，作为计算机可读存储介质能够使用与专用通信网络或因特网连接的服务器系统内提供的硬盘或RAM这样的记录介质，由此经由网络向计算机3000提供上述程序。
(实验例和比较实验例)
以下，使用实验例和比较实验例具体说明本发明。此外，本发明并不限定于下述实验例和比较实验例。图23、图24、图25以及图26表示实验例1中的各种测定结果。图27、图28、图29以及图30表示比较实验例1中的各种测定结果。图31、图32、图33以及图34表示实验例2中的各种测定结果。
(实验例1)
(使用偏振状态测定仪的测定)
首先，准备在压电元件上卷绕有四层长12.3m的光纤(Coming公司制、SMF28e+光纤)的光纤拉伸器(OPTIPHASE公司制、PZ1-SMF4-APC-E)。将光纤的一端连接至激光振荡装置(Pure Photonics公司制PPCL550)。将光纤的另一端连接至偏振状态测定仪(Novoptel公司制，PM1000Polarimeter)。
从激光振荡装置射出波长为1550nm的激光，对光纤拉伸器施加电压，对光纤施加140kHz的侧压变动。使用偏振状态测定仪，测定光纤拉伸器输出光的斯托克斯参数。另外，使用斯托克斯参数的测定结果，导出庞加莱球上的轨迹的移动角度。
改变施加于光纤拉伸器的电压的大小实施了上述实验。施加于光纤拉伸器的电压的大小(峰间值)为500mV、1V以及2V这三种。
图23示出施加于光纤拉伸器的电压的大小为1V时的斯托克斯参数的测定结果。如图23所示，可以确认在140kHz的频率下产生了微小的偏振变动。另外，使用斯托克斯参数的测定结果确认了庞加莱球上的偏振变动的状况，结果在庞加莱球上确认到微小的偏振变动。
(使用光延迟干涉仪的测定)
接着，解除光纤的另一端与偏振状态测定仪的连接，将光纤的另一端连接至光延迟干涉仪(Optoplex公司制，DI-C1EFAM512)的一端。将光延迟干涉仪的另一端连接至平衡光接收器(Optoplex公司制，BR-C0200B1DC)。平衡光接收器搭载有低通滤波器，平衡光接收器的截止频率为150MHz。使用AD转换器(Tektronix公司制，示波器型号MSO64)对平衡光接收器的输出进行取样。
从激光振荡装置射出波长为1550nm的激光，对光纤拉伸器施加电压，对光纤施加140kHz的侧压变动。使用被取样的平衡光接收器的输出的测定结果，制作了(a)与差动相位的大小相关的柱形图和(b)表示差动相位的大小的时间变动的图表。对被取样的平衡光接收器的输出的测定结果进行快速傅里叶变换，导出(c)差动相位的频谱。
改变施加于光纤拉伸器的电压的大小实施了上述实验。施加于光纤拉伸器的电压的大小(峰间值)为500mV、1V以及2V这三种。
图24示出施加于光纤拉伸器的电压的大小为1V时的平衡光接收器的输出的柱形图。图25示出对光纤拉伸器施加的电压的大小为1V时的平衡光接收器的输出的时间变动。图26示出施加于光纤拉伸器的电压的大小为1V时的平衡光接收器的输出的频谱。
如图24所示，柱形图被分为两个，可知发生了相位变动。如图25所示，可知变动的上升和下降陡峭，出现了平衡光接收器的低通滤波器的积分效果。如上所述，推测在出现积分效果时，直接测定出相位变动。此外，急剧变动的原因尚不明确，但推测机械振动无法追随正弦波输入电压，从而局部产生急剧变动。
如上所述，在图26中，通过测定140kHz下的频率分量，从而导出变动的大小。另外，通过测定140kHz下的频率分量的峰间值，从而导出了相位偏移量。其结果是，光纤拉伸器的施加电压与相位偏移量的测定结果大致成比例。如非专利文献15所示，由于光纤拉伸器的施加电压与由光纤拉伸器的动作引起的侧压和双折射的值之间存在比例关系，因此实验例1的结果表示上述测定原理发挥功能。
(评价)
将使用偏振状态测定仪(有时称为偏振测定仪)的测定结果与使用光延迟干涉仪的测定结果进行比较。其结果是，使用光延迟干涉仪的测定结果与使用偏振状态测定仪的测定结果非常一致。例如，在施加于光纤拉伸器的电压的大小(峰间值)为2V的情况下，通过偏振测定仪测定出的庞加莱球上的轨迹的移动两端的坐标为(0.31，0.94，-O.15)和(0.17，0.98，-0.06)。该情况下，相位变化量的p-p值为0.17rad。另一方面，根据使用光延迟干涉仪的测定结果，频谱测定结果中的140kHz分量的p-p值为0.16rad。
由此可知，能够使用光延迟干涉仪测定庞加莱球上的轨迹的移动角度的概值。另外，确认了由上述偏振变动引起的移动变动的检测原理的有效性。
(比较实验例1)
(使用偏振状态测定仪的测定)
除了将施加于光纤拉伸器的电压的大小(峰间值)设定为200mV这一点之外，通过与实验例1同样的工序测定了光纤拉伸器输出光的斯托克斯参数。另外，使用斯托克斯参数的测定结果，导出庞加莱球上的轨迹的移动角度。
图27示出施加于光纤拉伸器的电压的大小为200mV时的斯托克斯参数的测定结果。如图27所示，可以确认在140kHz的频率下产生了微小的偏振变动。另外，使用斯托克斯参数的测定结果确认了庞加莱球上的偏振变动的状况，结果在庞加莱球上确认到微小的偏振变动。
(使用光延迟干涉仪的测定)
除了将施加于光纤拉伸器的电压的大小(峰间值)设定为200mV这一点以外，通过与实验例1同样的工序制作了(a)与差动相位的大小相关的柱形图和(b)表示差动相位的大小的时间变动的图表。另外，导出了(c)差动相位的频谱。
图28示出施加于光纤拉伸器的电压的大小为200mV时的平衡光接收器的输出的柱形图。图29示出施加于光纤拉伸器的电压的大小为200mV时的平衡光接收器的输出的时间变动。图30示出施加于光纤拉伸器的电压的大小为200mV时的平衡光接收器的输出的频谱。
如图28所示，在柱形图中仅观测到相位噪声。另一方面，根据图29和图30可知，产生了从图28无法读取的微小的140kHz的相位变动。由此可以确认，通过实施统计处理，实际存在的高速的变动变得难以读取。
(实验例2)
(使用偏振状态测定仪的测定)
首先，将光纤的一端连接至激光振荡装置(Pure Photonics公司制型号PPCL550)。将光纤的另一端连接至偏振扰频器(Luna Innovations公司制、NRT-2500)。将偏振扰频器的输出端连接至偏振状态测定仪(Novoptel公司制，PM1000 Polarimeter)。
从激光振荡装置射出波长为1550nm的激光，利用偏振扰频器的Spinner Mode(微调器模式)，产生高速的偏振变动。偏振扰频器的偏振变动频率设定为75kHz。这在庞加莱球上相当于约470krad/s的移动角速度。
使用偏振状态测定仪测定从偏振扰频器输出的偏振变动光的斯托克斯参数。另外，使用斯托克斯参数的测定结果，导出庞加莱球上的轨迹的移动角度。
图31示出实验例2中的斯托克斯参数的测定结果。如图31所示，可以确认如偏振扰频器的规格那样产生非常大且高速的偏振变动。另外，使用斯托克斯参数的测定结果确认了庞加莱球上的偏振变动的状况，结果可以确认在庞加莱球上描绘接近于半径最大的大圆的轨道。
(使用光延迟干涉仪的测定)
接着，解除偏振扰频器的输出端与偏振状态测定仪的连接，将偏振扰频器的输出端连接至光延迟干涉仪(Optoplex公司制，DI-C1EFAM512)的一端。将光延迟干涉仪的另一端连接至搭载有低通滤波器功能的平衡光接收器(Optoplex公司制、BR-C0200B 1DC)。使用AD转换器(Tektronix公司制，示波器MSO64)对平衡光接收器的输出进行了取样。
从激光振荡装置射出波长为1550nm的激光，利用偏振扰频器的Spinner Mode(微调器模式)，产生高速的偏振变动。偏振扰频器的偏振变动频率设定为75kHz。使用被取样的平衡光接收器的输出的测定结果，制作了(a)与差动相位的大小相关的柱形图和(b)表示差动相位的大小的时间变动的图表。对被取样的平衡光接收器的输出的测定结果进行快速傅里叶变换，导出(c)差动相位的频谱。
图32表示实验例2中的平衡光接收器的输出的柱形图。图33表示实验例2中的平衡光接收器的输出的时间变动。图34表示实验例2中的平衡光接收器的输出的频谱。图32、图33以及图34的结果均表示产生了较大的偏振变动。
如图33所示，可知变动的上升和下降陡峭，出现了平衡光接收器的低通滤波器的积分效果。如上所述，推测在出现积分效果时，直接测定出相位变动。此外，偏振扰频器NRT-2500通过使1/2波长板高速旋转而产生偏振变动。在1/2波长板的固有轴横穿正交偏振模式的固有轴的瞬间，产生由1/2波长板引起的相位变动，其结果是，推测产生急剧的变动。
如图34所示，作为主要的频率分量，测定出150kHz分量。关于这一点，偏振加扰器NRT-2500的标称值75kHz是偏振旋转的频率。随着1/2波长板的旋转而产生的相位变化以偏振旋转的2倍的频率变化。因此，推测观测到75kHz和150kHz的频率分量。
由此，可以确认即使在产生大的偏振变动的情况下，也能够使用光延迟干涉仪测定庞加莱球上的轨迹的移动角度的概值。可以确认上述由偏振变动引起的移动变动的检测原理的有效性。
以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式所记载的范围。本领域技术人员应当清楚，能够对上述实施方式施加各种变更或改良。另外，在技术上不矛盾的范围内，能够将对特定的实施方式说明的事项应用于其他实施方式。根据权利要求书的记载明确可知，实施了上述变更或改良的方式也包括在本发明的技术范围内。
权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的动作、工序、步骤以及阶段等各处理的执行顺序并未特别明示为“之前”、“先”等，另外，应该注意的是，只要不是在后面的处理中使用之前处理的输出，就能够以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，即使为了方便起见而使用了“首先”、“接着”等进行说明，也并不意味着必须按该顺序实施。
例如，在本申请说明书中公开了下述的事项。
[项目A-1]一种评价装置，评价在光传输路中传播的信号光的相位噪声，具备：
差动相位信息获取部，获取表示评价期间中包括的多个时间点的各个时间点的输入光的差动相位的信息；以及
指标导出部，导出上述多个时间点的各个时间点的上述差动相位的偏差程度作为用于评价上述相位噪声的指标，
上述差动相位表示上述多个时间点中在时间上相邻的两个时间点的上述输入光的相位之差，
多个时间点的时间间隔大致恒定，且为通过上述输入光传输的信号的符号时间的长度以下。
[项目A-2]根据项目A-1所述的评价装置，其中，
上述指标导出部导出上述输入光的差动相位的方差或标准偏差作为上述指标。
[项目A-3]根据项目A-1或项目A-2所述的评价装置，其中，还具备：
光电转换部，将通过上述信号光传输的接收信号从光信号转换为电信号；以及
模数转换部，将上述电信号从模拟信号转换为数字信号，
上述模数转换部输出与上述多个时间点的各自相对应的多个数字信号，
上述差动相位信息获取部根据上述多个数字信号生成表示上述多个时间点的各个时间点的上述差动相位，
上述指标导出部导出与上述多个时间点的各自相对应的上述差动相位的偏差程度作为用于评价上述接收信号的相位噪声的指标，
上述接收信号的符号时间序列重叠，
上述模数转换部的采样率为上述接收信号的符号时间序列的符号率以上。
[项目A-4]根据项目A-3所述的评价装置，其中，还具备：
本地光源，输出本地振荡光；以及
光90度混合器，使上述信号光与来自上述本地光源的本振光发生干涉，输出将上述接收信号分离为多个信号分量的多个光信号，
上述光电转换部将上述光90度混合器输出的I信号分量的光信号转换为电信号，将上述光90度混合器输出的Q信号分量的光信号转换为电信号，
上述模数转换部输出与上述多个时间点的各个时间点的上述I信号分量的光信号相对应的多个第一数字信号，输出与上述多个时间点的各个时间点的上述Q信号分量的光信号相对应的多个第二数字信号，
上述差动相位信息获取部根据上述多个第一数字信号和上述多个第二数字信号除去上述接收信号中包括的调制分量，生成表示上述多个时间点的各个时间点的上述差动相位的信息。
[项目A-5]根据项目A-4所述的评价装置，其中，
上述接收信号的相位噪声的标准偏差的平方表示为上述信号光的相位噪声的标准偏差的平方与基于上述本地振荡光的谱线宽度的相位噪声的标准偏差的平方之和的平方根。
[项目A-6]根据项目A-1或项目A-2所述的评价装置，其中，
上述差动相位信息获取部具有：
延迟干涉部，上述输入光输入上述延迟干涉部；以及
光电转换部，将上述延迟干涉部的输出光转换为电信号，
上述延迟干涉部将上述输入光分支为第一输入光和第二输入光，使通过了第一光路的上述第一输入光与通过了第二光路的上述第二输入光合波干涉，
上述延迟干涉部被设定为：通过了上述第一光路的上述第一输入光和通过了上述第二光路的上述第二输入光的延迟时间差τ与上述输入光的频率f满足下述数学式FA1的关系，
(数学式FA1)
2πfτ＝2nπ+π/2(其中，n为整数)。
[项目A-7]根据项目A-6所述的评价装置，其中，
上述评价装置还具备调整部，上述调整部根据上述光电转换部输出的上述电信号调整上述延迟干涉部的动作点。
[项目A-8]根据项目A-1或项目A-2所述的评价装置，其中，
上述差动相位信息获取部具有：
波导，被输入上述输入光；
环形谐振器，与上述波导相邻而配置；以及
光电转换部，将上述波导的输出光转换为电信号，
上述环形谐振器的输入输出特性被设定为使得环的长度为环形介质中的输入光的波长的整数倍。
[项目A-9]根据项目A-6至项目A-8中任一项所述的评价装置，其中，
上述差动相位信息获取部还具有模数转换部，
上述模数转换部将上述光电转换部输出的上述电信号从模拟信号转换为数字信号，
上述模数转换部输出与上述多个时间点的各个时间点的上述差动相位相对应的多个数字信号。
[项目A-10]根据项目A-6至项目A-9中任一项所述的评价装置，其中，
上述输入光的相位噪声的标准偏差的平方表示为上述差动相位的标准偏差的平方的1/2倍。
[项目A-11]根据项目A-1至项目A-10中任一项所述的评价装置，其中，
上述评价装置还具备光功率信息获取部，上述光功率信息获取部获取表示输入光的光功率的测定值的信息，
上述指标导出部使用上述输入光的光功率的测定值对上述输入光的差动相位进行标准化，使用上述标准化后的上述差动相位导出上述差动相位的偏差的程度。
[项目A-12]一种光接收器，具备：
项目A-1至项目A-11中任一项所述的评价装置；以及
解调部，对通过上述信号光传输的接收信号进行解调，生成信息信号。
[项目A-13]一种光通信系统，具备：
光发送器，发送上述信号光；以及
项目A-12所述的光接收器。
[项目A-14]一种程序，用于使计算机作为项目A-1至项目A-11中任一项所述的评价装置发挥功能。
[项目A-14]一种评价方法，评价在光传输路中传播的信号光的相位噪声，具有：
差动相位信息获取阶段，获取表示评价期间中包括的多个时间点的各个时间点的输入光的差动相位的信息；以及
指标导出阶段，导出上述多个时间点的各个时间点的上述差动相位的偏差程度作为用于评价上述相位噪声的指标，
上述差动相位表示上述多个时间点中在时间上相邻的两个时间点的上述输入光的相位之差，
多个时间点的时间间隔大致恒定，且为通过上述输入光传输的信号的符号时间的长度以下。
例如，在本申请说明书中公开了下述的事项。
[项目B-1]一种检测装置，用于检测在光传输路中传播的信号光的偏振变动，检测装置具备：
差动相位信息获取部，获取表示一个以上的时间点各自的作为评价对象的输入光的差动相位的信息；以及
判定部，判定上述一个以上的时间点的至少一部分时间点的上述差动相位是否满足预定的条件，
上述预定的条件包括第一条件、第二条件、第三条件、第四条件以及第五条件中的至少一者，
上述第一条件是上述一个以上的时间点的至少一个时间点的上述差动相位的大小等于预定的第一阈值或大于上述第一阈值，
上述第二条件是上述一个以上的时间点的上述至少一部分时间点且作为具有预定长度的期间的评价期间中包括的多个时间点中、该时间点的上述差动相位的大小等于上述第一阈值或大于上述第一阈值的时间点的个数等于预定的第二阈值或大于上述第二阈值，
上述第三条件是上述多个时间点中该时间点的上述差动相位的大小等于上述第一阈值或大于上述第一阈值的时间点的个数与上述评价期间中包括的上述多个时间点的个数的比例等于预定的第三阈值或大于上述第三阈值，
上述第四条件是根据上述一个以上的时间点各自的上述差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角度等于预定的第四阈值或大于上述第四阈值，
上述第五条件是上述庞加莱球上的上述轨迹的上述变动频率下的移动角速度等于预定的第五阈值或大于上述第五阈值。
[项目B-2]根据项目B-1所述的检测装置，其中，
上述检测装置还具备输出部，在上述一个以上的时间点的至少一部分时间点的上述差动相位被判定为满足上述预定的条件时，上述输出部输出表示上述信号光产生了偏振变动的信息。
[项目B-3]根据项目B-1或项目B-2所述的检测装置，其中，
上述差动相位表示上述一个以上的时间点中在时间上相邻的两个时间点的上述输入光的相位之差，
上述一个以上的时间点的时间间隔大致恒定。
[项目B-4]根据项目B-1至项目B-3中任一项所述的检测装置，其中，
上述信号光包括：
第一波长的光，用于传输信息信号；以及
第二波长的光，用于检测偏振变动，
上述第一波长的值与上述第二波长的值不同，
上述输入光是上述第二波长的光。
[项目B-5]根据项目B-4所述的检测装置，其中，
上述检测装置还具备分波部，上述分波部从上述信号光对上述第二波长的光进行分波。
[项目B-6]根据项目B-1至项目B-5中任一项所述的检测装置，其中，
上述差动相位信息获取部具有：
延迟干涉部，上述输入光输入上述延迟干涉部；
光电转换部，将上述延迟干涉部的输出光转换为电信号；以及
积分部，上述光电转换部输出的上述电信号输入上述积分部，上述积分部输出输入电压的波形被时间积分的电压，
上述延迟干涉部
将上述输入光分支为第一输入光和第二输入光，
使通过了第一光路的上述第一输入光与通过了第二光路的上述第二输入光合波干涉，
上述延迟干涉部被设定为：通过了上述第一光路的上述第一输入光和通过了上述第二光路的上述第二输入光的延迟时间差τ与上述输入光的频率f满足下述数学式FB1的关系，
(数学式FB1)
2πfτ＝2nπ+π/2(其中，n为整数)。
[项目B-7]一种光接收装置，具备：
项目B-1至项目B-6中任一项所述的检测装置；以及
解调部，对通过上述信号光传输的接收信号进行解调，并生成信息信号。
[项目B-8]一种光通信系统，具备：
光发送装置，发送上述信号光；以及
项目B-7所述的光接收装置。
[项目B-9]一种程序，用于使计算机作为项目B-1至项目B-6中任一项所述的检测装置发挥功能。
[项目B-10]一种检测方法，用于检测在光传输路中传播的信号光的偏振变动，所述检测方法具有：
差动相位信息获取阶段，获取表示一个以上的时间点各自的作为评价对象的输入光的差动相位的信息；以及
判定阶段，判定上述一个以上的时间点的至少一部分时间点的上述差动相位是否满足预定的条件，
上述预定的条件包括第一条件、第二条件、第三条件、第四条件以及第五条件中的至少一者，
上述第一条件是上述一个以上的时间点的至少一个时间点的上述差动相位的大小等于预定的第一阈值或大于上述第一阈值，
上述第二条件是上述一个以上的时间点的上述至少一部分时间点且作为具有预定长度的期间的评价期间中包括的多个时间点中、该时间点的上述差动相位的大小等于上述第一阈值或大于上述第一阈值的时间点的个数等于预定的第二阈值或大于上述第二阈值，
上述第三条件是上述多个时间点中该时间点的上述差动相位的大小等于上述第一阈值或大于上述第一阈值的时间点的个数与上述评价期间中包括的上述多个时间点的个数的比例等于预定的第三阈值或大于上述第三阈值，
上述第四条件是根据上述一个以上的时间点各自的上述差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角度等于预定的第四阈值或大于上述第四阈值，
上述第五条件是上述庞加莱球上的上述轨迹的上述变动频率下的移动角速度等于预定的第五阈值或大于上述第五阈值。
附图标记说明
10：光传输路、100：通信系统、110：光信号发送装置、120：光信号接收装置、130：本地振荡器、140：光90度混合器、152：光接收器、154：光接收器、162：AD转换器、164：AD转换器、170：信号处理部、210：数字信号处理电路、220：解码电路、230：振幅噪声评价部、240：相位噪声评价部、242：差动相位信号生成部、244：柱形图生成部、246：标准偏差计算部、320：相位噪声评价装置、340：光延迟干涉仪、350：光接收器、360：AD转换器、370：信号处理部、422：半透镜、424：半透镜、432：全反射镜、434：全反射镜、436：光相位调整器、510：基板、520：波导、526：电极、530：波导、540：光延迟干涉仪、610：基板、620：波导、630：环形谐振器、636：电极、640：光延迟干涉仪、710：校正部、820：相位噪声评价装置、850：光接收器、860：AD转换器、870：信号处理部、880：光相位控制部、930：标准化部、1040：光延迟干涉仪、1060：半透镜、1140：光延迟干涉仪、1160：波导、1240：光延迟干涉仪、1260：波导、1340：光延迟干涉仪、1350：平衡光接收器、1352：光接收器、1354：光接收器、1356：差动处理部、1452：光电二极管、1454：光电二极管、1456：连结点、1540：光延迟干涉仪、1600：通信系统、1620：光信号接收装置、1640：分波器、1650：光接收器、1660：AD转换器、1670：信号处理部、1680：状态监视装置、1722：通信用光信号输出部、1724：监视用光信号输出部、1730：合波器、1852：光电转换元件、1854：积分电路、1870：信号处理部、1922：增加检测部、1924：频率解析部、1926：移动角度导出部、1928：移动角速度导出部、1930：偏振变动检测部、1940：信息输出部、2100：数据表、2120：编号、2122：时刻、2124：输出值、2132：变动频率、2134：移动角度、2136：移动角速度、2140：成立与否、2150：检测结果、3000：计算机、3001：DVD-ROM、3010：主机控制器、3012：CPU、3014：RAM、3016：GPU、3018：显示设备、3020：输入输出控制器、3022：通信接口、3024：硬盘驱动器、3026：DVD-ROM驱动器、3030：ROM、3040：输入输出芯片、3042：键盘。

Claims (10)

1.一种检测装置，用于检测在光传输路中传播的信号光的偏振变动，所述检测装置具备：
差动相位信息获取部，获取表示一个以上的时间点各自的作为评价对象的输入光的差动相位的信息；以及
判定部，判定所述一个以上的时间点的至少一部分时间点的所述差动相位是否满足预定的条件，
所述预定的条件包括第一条件、第二条件、第三条件、第四条件以及第五条件中的至少一者，
所述第一条件是所述一个以上的时间点的至少一个时间点的所述差动相位的大小等于预定的第一阈值或大于所述第一阈值，
所述第二条件是所述一个以上的时间点的所述至少一部分时间点且作为具有预定长度的期间的评价期间中包括的多个时间点中、该时间点的所述差动相位的大小等于所述第一阈值或大于所述第一阈值的时间点的个数等于预定的第二阈值或大于所述第二阈值，
所述第三条件是所述多个时间点中该时间点的所述差动相位的大小等于所述第一阈值或大于所述第一阈值的时间点的个数与所述评价期间中包括的所述多个时间点的个数的比例等于预定的第三阈值或大于所述第三阈值，
所述第四条件是根据所述一个以上的时间点各自的所述差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角度等于预定的第四阈值或大于所述第四阈值，
所述第五条件是所述庞加莱球上的所述轨迹的所述变动频率下的移动角速度等于预定的第五阈值或大于所述第五阈值。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，
所述检测装置还具备输出部，在所述一个以上的时间点的至少一部分时间点的所述差动相位被判定为满足所述预定的条件时，所述输出部输出表示所述信号光产生了偏振变动的信息。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其中，
所述差动相位表示所述一个以上的时间点中在时间上相邻的两个时间点的所述输入光的相位之差，
所述一个以上的时间点的时间间隔大致恒定。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其中，
所述信号光包括：
第一波长的光，用于传输信息信号；以及
第二波长的光，用于检测偏振变动，
所述第一波长的值与所述第二波长的值不同，
所述输入光是所述第二波长的光。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其中，
所述检测装置还具备分波部，所述分波部从所述信号光对所述第二波长的光进行分波。
6.根据权利要求1所述的检测装置，其中，
所述差动相位信息获取部具有：
延迟干涉部，所述输入光输入所述延迟干涉部；
光电转换部，将所述延迟干涉部的输出光转换为电信号；以及
积分部，所述光电转换部输出的所述电信号输入所述积分部，所述积分部输出输入电压的波形被时间积分后的电压，
所述延迟干涉部
将所述输入光分支为第一输入光和第二输入光，
使通过了第一光路的所述第一输入光与通过了第二光路的所述第二输入光合波干涉，
通过了所述第一光路的所述第一输入光和通过了所述第二光路的所述第二输入光的延迟时间差τ与所述输入光的频率f被设定为满足下述数学式1的关系，
数学式1
2πfτ＝2nπ+π/2，其中，n为整数。
7.一种光接收装置，具备：
权利要求1至6中任一项所述的检测装置；以及
解调部，对通过所述信号光传输的接收信号进行解调，并生成信息信号。
8.一种光通信系统，具备：
光发送装置，发送信号光；以及
权利要求7所述的光接收装置。
9.一种程序，用于使计算机作为权利要求1至6中任一项所述的检测装置发挥功能。
10.一种检测方法，用于检测在光传输路中传播的信号光的偏振变动，所述检测方法具有：
差动相位信息获取阶段，获取表示一个以上的时间点各自的作为评价对象的输入光的差动相位的信息；以及
判定阶段，判定所述一个以上的时间点的至少一部分时间点的所述差动相位是否满足预定的条件，
所述预定的条件包括第一条件、第二条件、第三条件、第四条件以及第五条件中的至少一者，
所述第一条件是所述一个以上的时间点的至少一个时间点的所述差动相位的大小等于预定的第一阈值或大于所述第一阈值，
所述第二条件是所述一个以上的时间点的所述至少一部分时间点且作为具有预定长度的期间的评价期间中包括的多个时间点中、该时间点的所述差动相位的大小等于所述第一阈值或大于所述第一阈值的时间点的个数等于预定的第二阈值或大于所述第二阈值，
所述第三条件是所述多个时间点中该时间点的所述差动相位的大小等于所述第一阈值或大于所述第一阈值的时间点的个数与所述评价期间中包括的所述多个时间点的个数的比例等于预定的第三阈值或大于所述第三阈值，
所述第四条件是根据所述一个以上的时间点各自的所述差动相位的大小导出的、庞加莱球上的轨迹的变动频率下的移动角度等于预定的第四阈值或大于所述第四阈值，
所述第五条件是所述庞加莱球上的所述轨迹的所述变动频率下的移动角速度等于预定的第五阈值或大于所述第五阈值。
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