JP2006322950A - 光信号の波形を測定する方法及び装置 - Google Patents

光信号の波形を測定する方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】高時間分解能で被測定光信号の波形を忠実に観測、測定する方法を提供する。
【解決手段】光信号の波形を測定する方法において、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーを提供するステップと、波形を測定すべき光信号を第１の光路から非線形光ループミラーに供給するステップと、伝送される光信号の位相に同期したクロックを得るステップと、クロックを分周することにより得られたクロックから予め定められたパルス幅を有する光トリガーを第３の光路から非線形光ループミラーに供給するステップと、第２の光路から出力される光に基いて光信号の波形に関する情報を得るステップと、予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定するステップとを備えた方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、光信号の波形を測定する方法及び装置に関する。
光ファイバ通信の分野では、信号の変調速度が年々高速化を続けている。最近では、時分割多重技術で１０Ｇｂ／ｓ程度のＲＺ信号を多重して、電気帯域を遥かに上回る１００Ｇｂ／ｓ以上の信号速度の利用が本格的に検討されている。このように超高速な信号に関連する技術を研究・開発する上では、時間分解能がピコ秒からサブピコ秒の高安定な波形測定器が不可欠になる。特に、通信への応用上、信号を重ね書き表示したアイパターンの観測が重要である。
アイパターンを測定する装置として、サンプリングオシロスコープがある。サンプリングオシロスコープは、信号サンプリング技法を用いて、周期的入力信号の順次異なる部分の瞬時電圧成分、すなわちサンプルを取り出し、取り出した多数のサンプルから高周波信号を低周波領域で再現するものである。
サンプリングにおける時間分解能は、トリガーのパルス幅で一意的に決定される。現在、最高性能の電気サンプリング測定器の帯域は電気的な帯域によって制限され、概ね５０ＧＨｚである。従って、時間分解能は２０ｐｓ程度しかない。
光信号のアイパターンを測定しようとする場合、通常、光／電気変換器で光信号を電気信号に変換したのち、その電気信号のアイパターンが測定される。従って、例え帯域が５０ＧＨｚを上回る広帯域な光／電気変換器を用いたとしても、２０ｐｓよりも幅の狭い光信号のアイパターンを測定することはできない。
サンプリングというのは、図１に示されるように、入力信号とトリガーの“ＡＮＤ”を取ることである。ここでは、発振器２からのクロックに基づきパルス・パターン・ジェネレータ（ＰＰＧ）４が変調信号を生成し、この変調信号に基づいてＬＮ（リチウムナイオベート）光変調器６が、レーザダイオード（ＬＤ）８からのＣＷ光（連続波光）を変調する。変調により得られた光信号は、光ファイバ伝送路１０によって伝送され、伝送された光信号はＯ／Ｅ変換器（光／電気変換器）１２によって電気データに変換される。そして、電気サンプリング回路１４が、発振器２からのクロックをトリガーとして入力された電気データの波形を測定する。
Ｏ／Ｅ変換器１２としては、６０ＧＨｚ程度の帯域を有する光受信器が実用化されており、電気サンプリング回路１４としては帯域５０ＧＨｚ程度のものが実用化されている。従って、時間分解能としては、２０ｐｓ程度までは実現することができる。
このように、電気的な“ＡＮＤ”によってある程度高速な信号のアイパターンを安定に測定することができる。しかし、それよりもより高い時間分解能を必要とする１００Ｇｂ／ｓ以上の高速信号のアイパターンの測定には、電気的な“ＡＮＤ”を適用することは困難である。
時間分解能を著しく高める方法として、ピコ秒程度の短パルス光を前述のトリガーにみたて、入力光信号とこの光トリガーを非線形媒質に入射して光学的に相互相関を調べるようにした光サンプリング手法が知られている。光サンプリング手法で高い時間分解能を実現するためには、光トリガーとして位相雑音の小さい光の超短パルスが必要であり、また、超高速特性で超広帯域特性の非線形媒質がＡＮＤ回路として不可欠である。
光サンプリング手法では、時間分解能は、光トリガーのパルス幅及びジッタ並びに非線形媒質の応答速度及び群速度分散によって決定される。十分高速な応答特性を有し且つ群速度分散の小さな非線形媒質を用いて、ピコ秒代の時間分解能の光サンプリングが報告されている。
例えば、サブピコ秒程度の高速応答性を有し且つサブピコ秒程度の群遅延差（相互作用長：数ｍｍ）のＫＴＰを非線形媒質として用い、非測定光信号と光トリガーとの和周波数に相当する光を発生させる方法（ＳＦＧ）によって、光サンプリングを行なうことができる。時間分解能は光トリガーのパルス幅で制限され、ＳＮ比は２２ｄＢで８ｐｓ程度である。従って、２５Ｇｂ／ｓの光信号について波形を測定することができる。尚、ＫＴＰ等の無機非線形媒質は、一般的に変換効率が小さいという課題を有している。
高効率化を図るために、非線形有機結晶を非線形媒質として用いる方法が、IEE Electronics Letters, vol,32, issue 24, 21 Nov. 1996, pp.2256-2258に報告されている。この方法では、無機非線形媒質に比べて１０倍以上変換効率が高い有機結晶（ＡＡＮＰ）を用いて高効率化を図り、同時に０．４ｐｓの光トリガーを用いて時間分解能０．９ｐｓが達成されている。
高効率化を図るための別の方法として、半導体光増幅器（ＳＯＡ）で生じる四光波混合（ＦＷＭ）を利用したものがある。（IEEE Photonics Technology Letters, vol. 11, no. 11, 1999, pp. 1402-1404）。この場合、時間分解能１．７ｐｓが達成されている。尚、ＳＯＡ中ではキャリア密度変調効果によるパターン効果があるため、任意パターンの光信号に対して正確な測定を行なうことができるか否かが今後の課題である。同じようにして、光ファイバ中で生じるＦＷＭを利用した方法が報告されている（IEE Electronics Letters, vol,27, issue 16, 1 Aug. 1991, pp.1440-1441及びJ. Li, et al., “300 Gbit/s eye-diagram measurement by optical sampling using fiber based parametric amplification,” Optical Fiber Communication Conference, March 17-22, 2001, Anaheim, CA）。後者の報告では、３００Ｇｂ／ｓ相当のアイパターンの測定が行なわれている。
次に、図２を参照して、群速度により時間分解能が制限される理由を説明する。同図に示されるように、光信号と光トリガーは、それぞれ群速度により群遅延時間が単位長さ当りτsig及びτtri生じる。波長に応じて群速度が異なるので、一般的に、τsig≠τtriであり、光ファイバ中で光信号と光トリガーの間に相対的な時間のずれ（ウオークオフ）が引き起こされる。
ＦＷＭを効率的に発生させるために、一般的に、トリガー光の波長λtriは光ファイバの零分散波長λ0に一致するようにされる。従って、光信号の波長λsigが零分散波長λ0にほぼ等しくなると、これらを分離することができなくなるので、零分散波長λ0付近では光信号の波形を観測することができないということになる。
群速度による時間分解能の制限を原理的に回避するために非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）中で生じる相互位相変調（ＸＰＭ）を用いる方法が提案されている（IEE Electronics Letters, vol,27, issue 3, 31 Jan. 1991, pp.204-205）。ＮＯＬＭを用いて光信号をサンプリングする原理を説明する。
ＮＯＬＭは、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを有している。光信号は、第１の光カプラで分岐されて、ループ光路を時計回りと反時計回りの２つの成分に分かれて伝播する。光トリガーパルスが存在しない場合、これら２つの成分は再び第１の光カプラに戻って互いに干渉して、光信号が供給されたのと同じポート（第１の光路）から出力される。
一方、光トリガーパルスが第２の光カプラを介してループ光路に導入されて、光トリガーパルスが光信号の当該成分と共に伝搬すると、光ファイバの三次非線形光学効果により当該成分には位相変化φ＝２γＰＬを与えられる。
ここで、γは光ファイバの非線形係数、Ｐは光トリガーパルスのピークパワー、Ｌは光ファイバ（ループ光路）の長さをそれぞれ表している。この位相変調を受けた光信号の成分が第１の光カプラで位相変調を受けていない光信号の成分と干渉すると、光信号が供給されたポートとは別のポート（第２の光路）から干渉により得られた光が出力される。すなわち、第２の光路からは、サンプリングされた成分のみが出力されることとなる。φ＝πになる条件で最も効率良くサンプリング成分が出力され、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）が最も良くなる。
ＦＷＭを用いた場合には、位相整合条件を達成するために、光トリガーの中心波長λtriを光ファイバの零分散波長λ0に厳密に一致させることが望ましいのに対して、ＸＰＭを用いる方法では、被測定光信号及び光トリガーを任意の波長に設定することができる。ただし、両者のウオークオフを本質的に抑制するためには、図３に示すように、群遅延時間が等しくなるように、光信号の波長λsig及びトリガー光の波長λtriを光ファイバの零分散波長λ0に対して対称に配置することが望ましい。
しかし、この場合にも、被測定光信号の波長範囲に制限が生じ、サブピコ秒の高い時間分解能を達成することができないという問題がある。すなわち、被測定光信号の中心波長λsigが零分散波長λ0に近い場合には、前述の対称配置では、サンプリング光と被測定光信号の分離を行なうことができないので、ウオークオフが生じ時間分解能が制限されるのである。結果として、正確にサンプリング波形を得ることができない波長帯が零分散波長λ0付近に存在することとなる。
また、光トリガーのパルス幅が狭くなるほど、群速度分散の影響が顕著になり、パルス広がりが避けられなくなり時間分解能が制限される。前述の文献では時間分解能７ｐｓが報告されているが、そのままの構成でサブピコ秒の分解能を実現することは困難である。
さらに、現実的な問題として、ファイバ長に沿った光ファイバのゼロ分散波長の揺らぎがある。この揺らぎは、一般的に、周期的なもので±数ｎｍ程度のものである。この揺らぎの結果、群遅延時間が図２或いは図３において左右にずれ、長尺の光ファイバをループ光路として用いた場合に局所的に群遅延時間がずれて時間分解能が劣化する。
よって、本発明の目的は、高時間分解能で被測定光信号の波形を忠実に観測することができる光信号の波形を測定する方法及び装置を提供することである。
本発明の一側面によれば、光信号の波形を測定する方法であって、向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーを提供するステップと、波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給するステップと、伝送される光信号の位相に同期したクロックを得るステップと、前記クロックを分周することにより得られたクロックから予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給するステップと、前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得るステップと、前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定するステップとを備えた方法が提供される。
本発明の他の側面によれば、光信号の波形を測定する装置であって、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーと、波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得る手段と、伝送される光信号の位相に同期したクロックを得る手段と、前記クロックを分周することにより得られたクロックから予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定する手段とを備えた装置が提供される。
本発明によると、光／電気変換及び電気／光変換が不要になるので、極めて簡便に光信号の監視を行なうことができる。
以下、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
まず、サブピコ秒の時間分解能を達成するためには、サブピコ秒の光トリガーを用いることが必要である。一般的に、レーザにより直接そのような超短パルスを生成することは難しい。そこで、本発明では、通常容易に生成することができるピコ秒台のパルスを圧縮する。パルス圧縮のために、物理的には２つの方法がある。
１つ目はソリトンを利用する方法であり、これには２種類ある。第１に、光ファイバの３次非線形効果に起因する自己位相変調（ＳＰＭ）が異常分散領域で生じるときに、分散と非線形効果が釣合って、固有解、すなわち基本ソリトンが生じることを利用したソリトン断熱圧縮法がある。第２に、基本ソリトン条件よりも大きなパワーの高次光ソリトンがソリトン長と称される長さを１周期として周期的に変化することを利用した高次ソリトン圧縮がある。
ソリトン断熱圧縮法は、入射端から群速度分散の絶対値が長手方向に減少するように設計された特殊な光ファイバ（分散減少ファイバ）を必要とするものであり、その原理は、例えば、OSA, J. Opt. Soc. Am. B, vol. 1, no. 2, pp.139-149, 1984に報告されている。高次ソリトン圧縮の原理は、例えば、OSA, Opt. Lett., vol.8, no.5, pp.289-291, 1983で参照することができる。
２つ目の方法は、ＳＰＭが光ファイバの正常分散領域ではほぼ線形に周波数チャープを引き起こすことを利用したものであり、チャープ蓄積によりスペクトルを拡散し、引き続き生じた周波数チャープを補償してパルス圧縮を行なうものである。その原理は、例えば、OSA, J. Opt. Soc. Am. B, vol. 1, no. 2, pp.139-149, 1984で参照することができる。
このようにして生成したサブピコ秒の超短パルスは、群速度分散の影響でパルス幅が広がりやすい。群速度分散により生じる光トリガーのパルス広がりは、光トリガーの波長における群速度分散値及び光ファイバ長の積に比例する。また、群速度分散値は、光ファイバのゼロ分散波長からの離調波長に比例する。従って、パルス広がりを避け、広帯域に渡る被測定光信号の測定を可能にするためには、光ファイバ長を可能な限り短くすれば良いことになる。
光ファイバを短くすると、零分散波長のファイバ長手方向の揺らぎによる群遅延時間のばらつきも同時に低減することができる。逆に、被測定光信号と光トリガーの相互作用長が短くなり、相互相関を取るのに十分な位相変調を発生させることが困難になるので、実際の非測定光信号のＯＳＮＲよりも劣化した実態を反映しないサンプリング波形しか得られなくなる。
光トリガーが非測定光信号に与える位相変調φがφ＝２γＰＬで表されることは前述した通りである。相互作用長Ｌが短い場合に、最適なサンプリングを行なうことができる条件φ＝πを実現するためには、光ファイバの非線形定数γ或いは光トリガーのピークパワーＰを大きくすれば良い。前者を大きくするには、光ファイバの非線形性をより高めた高非線形の光ファイバが効果的である。一般的な分散シフトファイバ（ＤＳＦ）に比較して、８倍程度非線形性の高いＨＮＬ−ＤＳＦが報告されている（S. Watanabe, et al., “Simultaneous wavelength conversion and optical phase conjugation of 200 Gb/s (5×40 Gb/s) WDM signal using a highly nonlinear fiber four-wave mixer”, 11th Integrated Optics and Optical Fiber Communications (IOOC) / 23rd European Conference on Optical Communications(ECOC’97), Post-deadline paper, TH3A, pp.1-4, Edinburgh, 1997.）
光増幅器の飽和出力が制限されている条件下で、光トリガーのピークパワーを大きくするには、繰り返し周波数を低くすれば良い。例えば、被測定光信号から抽出したクロックを１／ｎ（ｎは１より大きい整数）に分周して得られたクロックで光トリガーを生成すれば、分周しない場合に比較してｎ倍のピークパワーを有する光トリガーを生成することができる。
ＮＯＬＭの強度伝達関数は入力した光の強度に対して線形ではなく、通常はｃｏｓ2特性になっているので、校正することが望ましい。
ＮＯＬＭでは、被測定光信号を分岐・干渉させるためと光トリガーを加え合わせるために２つの光カプラが必要であるが、これらはカップリング比が波長に依存して変化するような特殊な光カプラである必要はない。
図４を参照すると、本発明による装置の第１実施形態が示されている。パルス源１６は、繰り返し周波数ｆ0（Ｈｚ）、波長λｓのＲＺパルスを発生する。このＲＺパルスは、変調器（Ｍｏｄ．）によって伝送速度ｆ0（ｂ／ｓ）のデータによって符号化され、光時分割マルチプレクサ（ＯＴＤＭ）２２により伝送速度をＮ倍（Ｎは１より大きい整数）にされる。このようにして、Ｎ×ｆ0（ｂ／ｓ）の超高速な被測定光信号が生成される。変調器２０には、発振器２４からの周波数ｆ0（Ｈｚ）のクロックをパルスパターンジェネレータ（ＰＰＧ）２６により変換して得られたデータが供給されている。
発振器２４から出力されたクロックは光トリガーの生成にも利用される。光トリガーのピークパワーを高めるために、発振器２４から出力された周波数ｆ0（Ｈｚ）のクロックは、分周器２８によって周波数ｆ0／ｎ（Ｈｚ）の電気クロック（ｎは１より大きい整数）に分周される。
信号波形の異なる時間領域の部分を順次サンプリングするために、周波数Δｆ（Ｈｚ）の掃引信号を出力する発振器３０が用いられている。分周器２８からの信号と発振器３０からの掃引信号は周波数シフタ３２に供給され、周波数ｆ0／ｎ−Δｆ（Ｈｚ）のＲＦクロックが生成される。このＲＦクロックによってモード同期レーザ（ＭＬＬＤ）が駆動され、波長λtri、繰り返し周波数ｆ0／ｎ−Δｆ（Ｈｚ）の光クロックパルスが得られる。
そして、サブピコ秒の高時間分解能でサンプリング測定を行なうために、モード同期レーザ３４から出力された光クロックパルスはパルス圧縮器３６でサブピコ秒にパルス圧縮され、サンプリング点の時間幅を狭くすることができる光トリガーが得られる。
ＮＯＬＭ４０は、方向性結合される光路４２及び４４を含む光カプラ４６と、光路４２及び４４を接続する非線形光学媒質（例えばＨＮＬ−ＤＳＦ）からなるループ光路４８と、ループ光路４８に方向性結合される光路５０を含む光カプラ５２とを備えている。
マルチプレクサ２２からの被測定光信号は、偏波コントローラ（ＰＣ）５４によって偏波状態を調節されて光路４２からＮＯＬＭ４０に供給される。また、光増幅器３８で増幅された光トリガーは、偏波コントローラ５６によって偏光状態が非測定光信号のそれに一致するように制御されて光路５０からＮＯＬＭ４０に供給される。
ループ光路４８を反時計回りに伝搬する被測定光信号の成分は、光トリガーとともに伝搬しているときのみ位相変調を受ける。反時計回りの光信号成分は再び光カプラ４６まで戻り、時計回りをした被測定光信号の成分と干渉される。この干渉に際して、光トリガーに位相変調されていない成分はポート４２から出力され、これとは逆に光トリガーに位相変調された成分はポート４４から出力される。
このようにして光トリガーによりサンプリングされＮＯＬＭ４０を透過した非測定光信号の成分は、透過中心波長がλsである光バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５８によって抽出される。光バンドパスフィルタ５８を通過した成分は光―電気変換器（Ｏ／Ｅ変換器）６０により電気信号に変換され、信号処理部６２に供給される。
信号処理部６２は、ＮＯＬＭ４０の強度伝達関数による波形変化を構成し、構成された結果をサンプリングオシロスコープ６４により表示する。
サンプリングオシロスコープ６４には発振器３０からの掃引信号が供給されており、被測定光信号の波形をアイパターンとして表示する。信号処理部６２は、また、被測定光信号のＱファクタ、ＯＳＮＲなどを算出する。
高非線形ファイバを非線形媒質として用いることにより、必要とされるファイバ長を短尺化することができる。一般的な分散シフトファイバ（ＤＳＦ）に比較して、８倍程度非線形性の高いＨＮＬ−ＤＳＦを用いれば、所要ファイバ長は１／８になる。結果として、群速度分散に起因するパルス広がりを抑圧することができるので、高分解能化が可能である。例えば、パルス幅０．３ｐｓ（帯域１０ｎｍ程度）の光トリガーは、５０ｍのＨＮＬ−ＤＳＦ中では１５ｆｓも広がらない。
５０ｍで最も効率良くサンプリングするのに要する光トリガーのピークパワーは１．５ｗ程度であり、これを得るのは容易である。
また、５０ｍ程度にファイバ長を短尺化することができると、長手方向の分散揺らぎは殆ど無視することができる。
さらに、５０ｍでは、光トリガーと被測定光信号との間に生じる群遅延時間差は最悪の場合でも０．３ｐｓ（離調が３０ｎｍの場合）程度と非常に小さい。従って、図３により説明した零分散波長からの離調を正確に等しくなるように設定する必要がなくなり、サンプリングのための装置の構築が大幅に容易になる。
図５を参照すると本発明による装置の第２実施形態が示されている。この実施形態は図４に示される実施形態と光トリガーの掃引方法が異なる。ここでは、モードロックレーザ３４とパルス圧縮比３６の間に空間遅延光回路としての可変遅延回路６６を設け、物理的に光トリガーの光路長を周期的に変化させ、被測定光信号の波形におけるサンプリング点を順次掃引するようにしている。この周期に同期したトリガー信号を可変遅延回路６６からサンプリングオシロスコープ６４に供給しておくことによって、サンプリングオシロスコープ６４における掃引が可能になる。この実施形態によると、図４に示される発振器３０が不要になる。
図６を参照すると、本発明による装置の第３実施形態が示されている。光ファイバ通信システムの受信端で光信号の品質を監視しようとする場合、長距離を伝送してきた光信号は時間的に揺らいでいるので、その信号光の位相に同期したクロックでサンプリングしないと波形を正確に観測することができない。
そこで、この実施形態では、被測定光信号としての伝送された光信号に基づいてクロックを抽出するようにしている。
伝送されてきた光信号は、光カプラ６８により第１及び第２の光信号に分岐される。第１の光信号は、サンプリング波形測定用に偏波コントローラ５４を介してＮＯＬＭ４０に供給される。第２の光信号はクロックリカバリー（ＣＲ）回路７０に供給され、得られたクロックは分周器２８に供給される。
クロックリカバリー回路７０においては、時分割多重時の不完全性により残留している基本周波数成分（ｆ0）を電気的に抽出する方法や、光学的な多重分離方法により抽出する方法などによってクロックが抽出される。
尚、時分割多重光信号のサンプリング波形の測定原理については、図３に示される実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
図７を参照すると、本発明による装置の第４実施形態が示されている。伝送路を伝搬してきた光信号は、環境変化等により生じる伝送路の変動により、一般的には偏波状態が一定ではない。そのため、光信号のサンプリング波形を測定する上では、偏波依存性がないことが望ましい。そこで、この実施形態では、特殊な設計を成されたループ光路４８´を有するＮＯＬＭ４０´が用いられている。それ以外は図６に示される構成と同じであり、結果として図６に示される偏波コントローラ５４の省略が可能になっている。
ループ光路４８´は、例えば、偏波面保持型の高非線形分散シフトファイバ（ＰＭ−ＨＮＬ−ＤＳＦ）をその中点で９０度ひねってスプライシングしたものを用いることができる。光カプラ５２を介してループ光路４８´に供給される光トリガーは、そのＰＭ−ＨＮＬ−ＤＳＦの側軸に対して４５度ずらした直線偏波状態に設定される。こうすると、等価的に光トリガーが互いに直交する側軸及び地軸の両者に対して存在することになり、これらが任意偏光状態の被測定光信号に位相変調を与え、偏波に依存しないサンプリングが可能になる。
図８を参照すると、本発明による装置（システム）の第５実施形態が示されている。光送信器７０と光受信器７２との間に光ファイバ伝送路７４が敷設されており、光ファイバ伝送路７４に沿って複数の光増幅器７６が設けられている。光増幅器７６は一つでも良い。
光受信器７２は、光ファイバ伝送路７４により伝送されてきた光信号を受ける本発明による装置８０と受信回路８２とを含んでいる。
光増幅器７６を用いて長距離伝送を行なう場合、前述したように光ファイバ伝送路７４によって伝送された光信号は時間的に揺らいでいることが多いので、伝送された光信号の位相に同期したクロックを得る上で、図６及び図７により説明した実施形態は図８に示されるシステムに適している。
図９を参照すると、本発明による装置（システム）の第６実施形態が示されている。ここでは、光ファイバ伝送路７４の途中に信号処理装置として全光３Ｒ再生器８４が設けられており、その直後の監視に本発明が応用されている。すなわち、再生器８４の直後の光ファイバ伝送路７４に光カプラ８６を設け、光カプラ８６によって分岐された光信号を非測定光信号として本発明による装置８０に供給している。
本発明によると、１００Ｇｂ／ｓ以上の超高速光信号のＱファクタやＯＳＮＲを容易に測定することができるので、全光３Ｒ再生器８４から出力される光信号の品質を常時オンタイムで監視することができる。
従来技術によると、このような高速信号の監視を行なうためには、光信号を一単電気処理可能な低速な信号に時分割多重分離し、電気的に測定を行なう必要があった。これに対して、本発明によると、光／電気変換及び電気／光変換が不要になるので、極めて簡便に光信号の監視を行なうことができる。
本発明は以下の付記を含むものである。
（付記１） 光信号の波形を測定する方法であって、
方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーを提供するステップと、
波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給するステップと、
予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給するステップと、
前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得るステップと、
前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定するステップとを備えた方法。
（付記２） 付記１に記載の方法であって、
前記設定するステップはパルス圧縮により前記光トリガーを得るステップを含む方法。
（付記３） 付記２に記載の方法であって、
前記パルス圧縮はソリトン断熱法による方法。
（付記４） 付記２に記載の方法であって、
前記パルス圧縮は高次ソリトン圧縮による方法。
（付記５） 付記２に記載の方法であって、
前記パルス圧縮は光ファイバの正常分散領域で周波数チャ−プを生じさせることによる方法。
（付記６） 付記１に記載の方法であって、
前記光トリガーは周期的にオン・オフが繰り返される光クロックである方法。
（付記７） 付記６に記載の方法であって、
前記光信号のクロック成分に基いて前記光クロックを得るステップを更に備えた方法。
（付記８） 付記７に記載の方法であって、
前記光クロックを得るステップは前記光信号のクロック成分を分周するステップを含む方法。
（付記９） 光信号の波形を測定する装置であって、
方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーと、
波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得る手段と、
前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定する手段とを備えた装置。
（付記１０） 付記９に記載の装置であって、
前記設定する手段はパルス圧縮器を含む装置。
（付記１１） 付記１０に記載の装置であって、
前記パルス圧縮器はソリトン断熱法による前記パルス幅を設定する装置。
（付記１２） 付記１０に記載の装置であって、
前記パルス圧縮器は高次ソリトン圧縮により前記パルス幅を設定する装置。
（付記１３） 付記１０に記載の装置であって、
前記パルス圧縮器は光ファイバの正常分散領域で周波数チャ−プを生じさせることにより前記パルス幅を設定する装置。
（付記１４） 付記９に記載の装置であって、
前記光トリガーは周期的にオン・オフが繰り返される光クロックである装置。
（付記１５） 付記１４に記載の装置であって、
前記光信号のクロック成分に基いて前記光クロックを得る手段を更に備えた装置。
（付記１６） 付記１５に記載の装置であって、
前記光クロックを得る手段は前記光信号のクロック成分を分周する手段を含む装置。
（付記１７） 光信号を伝送する光ファイバ伝送路と、
前記光ファイバ伝送路により伝送された光信号を受ける波形測定装置とを備え、
前記波形測定装置は、
方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーと、
波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得る手段と、
前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定する手段とを備えている装置。
（付記１８） 付記１７に記載の装置であって、
前記光ファイバ伝送路に沿って設けられ前記光信号を増幅する光増幅器を更に備えた装置。
（付記１９） 付記１７に記載の装置であって、
前記光ファイバ伝送路に沿って設けられ各々前記光信号を増幅する複数の光増幅器を更に備えた装置。
（付記２０） 光信号を伝送する光ファイバ伝送路と、
前記光ファイバ伝送路に沿って設けられ前記光信号に関する処理を行う装置と、
前記光ファイバ伝送路の前記処理を行う装置の直下流側に設けられた波形測定装置とを備え、
前記波形測定装置は、
方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーと、
波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得る手段と、
前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定する手段とを備えている装置。
（付記２１） 付記２０に記載の装置であって、
前記処理する装置は光中継器である装置。
（付記２２） 付記２０に記載の装置であって、
前記光ファイバ伝送路に沿って設けられ前記光信号を増幅する光増幅器を更に備えた装置。
（付記２３） 付記２０に記載の装置であって、
前記光ファイバ伝送路に沿って設けられ各々前記光信号を増幅する複数の光増幅器を更に備えた装置。
従来の電気的サンプリング波形測定装置を用いたアイパターン測定の方法を説明するための図である。 光ファイバ中で生じる四光波混合を用いた光サンプリング波形測定時の被測定光信号と光トリガーの波長配置を説明するための図である。 光ファイバ中で光トリガーにより誘起されるＸＰＭ効果を利用した光サンプリング測定の波長配置を説明するための図である。 本発明による装置の第１実施形態を示すブロック図である。 本発明による装置の第２実施形態を示すブロック図である。 本発明による装置の第３実施形態を示すブロック図である。 本発明による装置の第４実施形態を示すブロック図である。 本発明による装置（システム）の第５実施形態を示すブロック図である。 本発明による装置（システム）の第６実施形態を示すブロック図である。
符号の説明
１６ パルス源
２０ 変調器
２４，３０ 発振器
２６ パルスパターンジェネレータ
２８ 分周器
３４ モードロックレーザ
３６ パルス圧縮器
４０ ＮＯＬＭ（非線形光ループミラー）
６２ 信号処理部
６４ サンプリングオシロスコープ

Claims (5)

  1. 光信号の波形を測定する方法であって、
    方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーを提供するステップと、
    波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給するステップと、
    伝送される光信号の位相に同期したクロックを得るステップと、
    前記クロックを分周することにより得られたクロックから予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給するステップと、
    前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得るステップと、
    前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定するステップとを備えた方法。
  2. 光信号の波形を測定する装置であって、
    方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーと、
    波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
    前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得る手段と、
    伝送される光信号の位相に同期したクロックを得る手段と、
    前記クロックを分周することにより得られたクロックから予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
    前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定する手段とを備えた装置。
  3. 光信号を伝送する光ファイバ伝送路と、
    前記光ファイバ伝送路により伝送された光信号を受ける波形測定装置とを備え、
    前記波形測定装置は、
    方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーと、
    波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
    伝送される光信号の位相に同期したクロックを得る手段と、
    前記クロックを分周することにより得られたクロックから予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
    前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得る手段と、
    前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定する手段とを備えている装置。
  4. 光信号を伝送する光ファイバ伝送路と、
    前記光ファイバ伝送路に沿って設けられ前記光信号に関する処理を行う装置と、
    前記光ファイバ伝送路の前記処理を行う装置の直下流側に設けられた波形測定装置とを備え、
    前記波形測定装置は、
    方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、前記第１及び第２の光路を接続する非線形光学媒質からなるループ光路と、前記ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えた非線形光ループミラーと、
    波形を測定すべき光信号を前記第１の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
    伝送される光信号の位相に同期したクロックを得る手段と、
    前記クロックを分周することにより得られたクロックから予め定められたパルス幅を有する光トリガーを前記第３の光路から前記非線形光ループミラーに供給する手段と、
    前記第２の光路から出力される光に基いて前記光信号の波形に関する情報を得る手段と、
    前記予め定められたパルス幅を所要の測定精度に応じて設定する手段とを備えている装置。
  5. 前記光信号の波形に関する情報を得るステップは、前記非線形光ループミラーの強度伝達関数による波形変化を構成するステップを含む請求項１記載の方法。
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