JP2009192746A

JP2009192746A - 光９０度ハイブリッド機能補正方法、光９０度ハイブリッド機能補正装置及び光９０度ハイブリッド機能補正プログラム

Info

Publication number: JP2009192746A
Application number: JP2008032282A
Authority: JP
Inventors: Keiji Okamoto; 圭司岡本; Fumihiko Ito; 文彦伊藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: JP5202015B2

Abstract

【課題】フィードバック機構を必要とせず、数値演算処理において光９０度ハイブリッドの光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を補正する。
【解決手段】光９０度ハイブリッドにより得られる２光波の干渉直交成分である第１、第２の出力光をそれぞれ受光し、数値化して得られる第１、第２の電流値を入力し標準化して第１、第２の標準化電流値を得る標準化ステップ（Ｓ１１からＳ１４）と、前記第１、第２の標準化電流値の２組のデータ列から、相関係数を算出する統計的手法により光９０度ハイブリッドにおける光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を算出する誤差算出ステップ（Ｓ１５）とを備え、算出された誤差に基づいて、前記光９０度ハイブリッドの入力光の強度変調情報と位相または周波数の変調情報とを算出する変調情報算出ステップ（Ｓ１６〜Ｓ１９）とをさらに備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば高速に強度変調もしくは位相（周波数）変調された信号光を観測するための光サンプリング装置に用いられ、入力される２光波に対して、その干渉信号の２つの直交（Quadrature）成分を出力する光９０ハイブリッドの光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を補正する方法、装置及びプログラムに関する。

周知のように、光９０度ハイブリッドは、相対位相差π／２、すなわちλ／４だけ相対光路差を付与する光回路である。しかしながら、光９０度ハイブリッドを例えば空間光学系やＰＬＣで構成した場合、そこに用いる波長板等には、通常、波長依存性があるため、その光９０度ハイブリッドによって付与される相対光路差は、入射光の波長によって変動し、誤差αが生じる。この誤差αは、位相ダイバーシティを用いた検波において、得られる強度変調情報や位相（周波数）変調情報の測定誤差要因となる。

従来の光９０度ハイブリッド機能補正方法としては、数値演算処理において統計的手法を用いて算出した光９０度ハイブリッドの光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を、光９０度ハイブリッド中の光路差調整機構にフィードバックし、この誤差を機械的にゼロに近付けるよう補正を行うものであった（特許文献１及び非特許文献１参照）。

このような従来の手法では、熱光学位相シフタ等のプログラマブルに光路長が調整可能なデバイスを配置したＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）によって光９０度ハイブリッドを構成し、数値演算処理において統計的手法を用いて算出した光９０度ハイブリッドにおける光路長間の理想的な相対位相差π／２からの誤差を、上記光路差調整機構にフィードバックし、機械的にこの誤差がゼロに近づくよう調整を行っている。

US2005/0185255A1 “Linear optical sampling method and apparatus”

特開平９−１６２８０８号公報

特開２００４−１３２７１９公報

C. Dorrer, C. R. Doerr, I. Kang, "Measurement of eye diagrams and constellation diagrams of optical sources using linear optics and waveguide technology," J. Light. Techno., vol. 23, pp. 178 - 186, 2005.

しかしながら、上記のような従来の光９０度ハイブリッド機能補正方法では、光９０度ハイブリッドの光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を、数値演算処理において統計的手法を用いて算出し、光９０度ハイブリッド中に配置された光路差調整機構にフィードバックし、機械的にこの誤差をゼロに近付けるよう補正を行うものであるため、補正処理に時間がかかり、しかも精度の面で問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィードバック機構を必要とせず、数値演算処理において光９０度ハイブリッドの光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を補正することができる光９０度ハイブリッド機能補正方法、補正装置及び補正プログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光９０度ハイブリッド機能補正方法は、以下の構成を要旨とする。
（１）光９０度ハイブリッドにより得られる２光波の干渉直交成分である第１、第２の出力光をそれぞれ受光し、数値化して得られる第１、第２の電流値を入力して標準化して第１、第２の標準化電流値を得る標準化ステップと、前記標準化ステップで得られる第１、第２の標準化電流値の２組のデータ列から、相関係数を算出する統計的手法により前記光９０度ハイブリッドにおける光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を算出する誤差算出ステップとを具備することを要旨とする。

（２）（１）において、前記誤差算出ステップで得られた誤差算出結果に基づいて前記第１、第２の標準化電流値及び両者のアークタンジェントの関係式によって算出される除算値を補正する補正ステップと、前記補正ステップによる前記除算値の補正値に基づいて前記光９０度ハイブリッドの入力光の強度変調情報と位相または周波数の変調情報とを算出する変調情報算出ステップとをさらに具備することを要旨とする。

（３）（１）において、前記光９０度ハイブリッドに入力される２光波は、信号光とサンプリング光パルスであることを要旨とする。
また、本発明に係る光９０度ハイブリッド機能補正装置は、以下の構成を要旨とする。
（４）光９０度ハイブリッドにより得られる２光波の干渉直交成分である第１、第２の出力光をそれぞれ受光し、数値化して得られる第１、第２の電流値を入力して標準化して第１、第２の標準化電流値を得る標準化手段と、前記標準化手段で得られる第１、第２の標準化電流値の２組のデータ列から、相関係数を算出する統計的手法により前記光９０度ハイブリッドにおける光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を算出する誤差算出手段とを具備することを要旨とする。

（５）（４）の構成において、前記誤差算出手段で得られた誤差算出結果に基づいて前記第１、第２の標準化電流値及び両者のアークタンジェントの関係式によって算出される除算値を補正する補正手段と、前記補正手段による前記除算値の補正値に基づいて前記光９０度ハイブリッドの入力光の強度変調情報と位相または周波数の変調情報とを算出する変調情報算出手段とをさらに具備することを要旨とする。

（６）（４）の構成において、前記光９０度ハイブリッドに入力される２光波は、信号光とサンプリング光パルスであることを要旨とする。
また、本発明に係る９０度ハイブリッド機能補正プログラムは、以下の構成を要旨とする。
（７）光９０度ハイブリッドにより得られる２光波の干渉直交成分である第１、第２の出力光をそれぞれ受光し、数値化して得られる第１、第２の電流値から前記光９０度ハイブリッドの機能を補正する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記第１、第２の電流値を入力して標準化して第１、第２の標準化電流値を得る標準化ステップと、前記標準化ステップで得られる第１、第２の標準化電流値の２組のデータ列から、相関係数を算出する統計的手法により前記光９０度ハイブリッドにおける光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を算出する誤差算出ステップとを具備することを要旨とする。

（８）（７）において、前記誤差算出ステップで得られた誤差算出結果に基づいて前記第１、第２の標準化電流値及び両者のアークタンジェントの関係式によって算出される除算値を補正する補正ステップと、前記補正ステップによる前記除算値の補正値に基づいて前記光９０度ハイブリッドの入力光の強度変調情報と位相または周波数の変調情報とを算出する変調情報算出ステップとをさらに具備することを要旨とする。

（９）（７）において、前記光９０度ハイブリッドに入力される２光波は、信号光とサンプリング光パルスであることを要旨とする。

要するに本発明の構成によれば、フィードバック機構を必要とせず、数値演算処理において光９０度ハイブリッドの光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を補正することができる光９０度ハイブリッド機能補正方法、補正装置及び補正プログラムを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明が適用される光サンプリング装置の構成を示す回路図である。図１において、１は光９０度ハイブリッドであり、この光９０度ハイブリッド１は、一方の光入力ポートから信号光ε_S(t)を取り込んで第１の光カプラ１−ａで２分配し、他方の光入力ポートからサンプリング光パルスε_L(t)を取り込んで第２の光カプラ１−ｂで２分配する。第１の光カプラ１−ａの一方の分配光は第３光カプラ１−ｃに送られ、ここで第２の光カプラ１−ｂの一方の分配光と合成された後、２分配されて一対の光出力ポートから出力される。また、第２の光カプラ１−ｂの他方の分配光は９０度移相器１−ｅで９０度位相シフトされて第４の光カプラ１−ｄに送られ、ここで第１の光カプラ１−ａの他方の分配光と合成された後、２分配されて一対の光出力ポートから出力される。

上記光９０度ハイブリッド１の第３、第４の光カプラ１−ｃそれぞれから出力される一対の分配光は互いに９０度の位相差を有し、光検出部２に送られる。この光検出部２は、バランス型ディテクタ２−ａ，２−ｂにより上記第３、第４の光カプラ１−ｃそれぞれから出力される一対の分配光を受光して光強度に対応する電流を発生する。ここで得られた電流は数値化部３−ａ，３−ｂで数値化され、Ｉ，Ｑデータとして演算処理装置４に送られる。この演算処理装置４は、入力Ｉ，Ｑデータから光９０度ハイブリッド１における光路長間の理想的な相対位相差π／２からの誤差αを求め、信号光ε_S(t)に対する強度変調情報、位相変調情報を計算する。

上記構成の演算処理装置４において、以下、本発明の一実施形態として、光９０度ハイブリッド１における光路長間の理想的な相対位相差π／２からの誤差を正しく補正する手順を、図２及び図３を参照して解析的に説明する。ここで、図２は補正処理の流れを区分した機能ブロック図、図３は個々の機能ブロックの具体的な計算内容を示すフローチャートである。以下、処理ブロックごとに説明する。

［電流値取得部４１１］
信号光ε_S(t)とサンプリング光パルスε_L(t)の電界の複素振幅はそれぞれ次式で表わされる。

ここで、Ａ_S(t)及びφ_S(t)は信号光の振幅と位相、Ａ_L(t-t₀)及びφ_L(t)はサンプリングパルスε_L(t)の振幅と位相、ｔ₀ はパルスε_L(t)の中心位置である。ω₀ は信号光ε_S(t)とサンプリングパルスε_L(t)の中心角周波数である。

これら２光波が光９０度ハイブリッド１を介して２つのバランス型ディテクタ２−ａ，２−ｂにて受光されるとき、各ディテクタ２−ａ，２−ｂからは次のような出力電流Ｉ_i，Ｑ_iが得られる。

ここで、αは光９０度ハイブリッド１における光路長間の理想的な相対位相差π／２からの誤差を表す。電流値取得部４１１は、式（３）及び式（４）から電流値Ｉ_i，Ｑ_iを取得する（ステップＳ１１）。
上記出力電流Ｉi及びＱiは、理想的にはＡ_S、Ａ_Lに比例した振幅となるが、光９０度ハイブリッド１における各ポート間の過剰損等による出力のばらつきの影響によって、式（３）における係数と式（４）における係数は完全に一致したものにはならない。そのため、式（３）及び式（４）においては、Ｉi及びＱiは光９０度ハイブリッドにおける各ポート間の過剰損等の影響を受けた電流値であるとして、係数Ａ_S'、Ａ_L'、及びＡ_S”、Ａ_L”を用いている。

［平均値算出部４１２］
光９０度ハイブリッド１における各ポート間の過剰損等による出力のばらつきの影響を除去するため、上記電流値Ｉ_i，Ｑ_iの標準化を行う。標準化の手順として、まず平均値算出部４１２において、測定によって取得されたＩ_i及びＱ_iの平均値をそれぞれ〈Ｉ_i〉及び〈Ｑ_i〉とし、

を算出する（ステップＳ１２）。但し、ｉ＝１，２，３，…，ｎ（ｎは測定によって取得したサンプル数）である。
［標準偏差算出部４１３］
続いて、標準偏差算出部４１３において、Ｉ_i’及びＱ_i'の標準偏差をそれぞれσ_Ii'及びσ_Qi'として、次式により算出する（ステップＳ１３）。

［標準化電流算出部４１４］
次に、Ｉ_i’及びＱ_i'の標準化電流値をそれぞれＩ_i”及びＱ_i”として、次式により算出する（ステップＳ１４）。

［α算出部４１５］
信号光の強度変調情報Ｉ_nは、

なる計算を行うことにより得ることができる。また、位相変調情報Δφは、

なる計算を行うことにより得ることができる（特許文献２及び３参照）。
これらからわかるように、光９０度ハイブリッド１における理想的な相対位相差からの誤差αは、光サンプリング方法及び装置によって得られる強度変調情報及び位相（周波数）変調情報の誤差となる。

一方、光９０度ハイブリッド１における光路長間の理想的な相対位相差π／２からの誤差αは、例えば２組のデータ列が与えられたとき、それらの相関係数を算出する一般的な統計的手法を用いて次のように求めることができる（ステップＳ１５）。

ここで、〈〉は平均を表す。
［Φ_i算出部４１６］
また、標準化された式（３）、（４）を

とし、φ_S(ｔ₀)−Φ_L(ｔ₀)をΦ_iとおくと、

となる。cos(Φ_i−α)＝cosΦ_icosα＋sinΦ_isinαなので、

となる。そこで、Φ_i算出部４１６において、

を算出する（ステップＳ１６）。
［Φ_i’算出部４１７］
一般に、式（１７）は−π／２≦Φ_i≦−π／２の範囲で表されるため、Φ_i’算出部４１７ではこれを以下の手順で０≦Φ_i'≦２πの範囲で表されるように変換する（ステップＳ１７）。

［Ｉ'''及びＱ'''算出部４１８］
Ｉ'''及びＱ'''算出部４１８では、誤差の補正されたＩ'''、Ｑ'''として、次式を算出する（ステップＳ１８）。

これは、図４に示すように、Ｉ−Ｑ”座標で得られた各Quadrature成分のＩ−Ｑ'''座標への射影操作を意味している。
［強度変調情報及び位相（周波数）変調情報算出部４１９］
最終的に、信号光の強度変調情報と位相変調情報は、強度変調情報及び位相（周波数）変調情報算出部４１９において、以下の計算により算出される。

［出力部４２０］
以上、これらの補正された電流値Ｉ'''、Ｑ'''を用いることで、光サンプリング方法において、理想的な光９０度ハイブリッド機能が実現され、信号光の強度変調情報及び位相変調情報が求められ、出力部４２０から出力することが可能となる（ステップＳ２０）。

以上説明したように、上記実施形態の構成によれば、光サンプリングを行う際に、光９０度ハイブリッド１からの出力光をバランス型ディテクタで受光して電流に変換し、この電流値に対して、標準化を行い、さらに光９０度ハイブリッド１の光路長間の理想的な相対位相差π／２からの誤差を算出し、これを数値演算処理において補正するため、機械的なフィードバック機構を必要とせず、理想的な光９０度ハイブリッド機能を実現でき、光サンプリング方法を高精度に実行することができる。

その他、本発明は上記実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種種の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせるようにしてもよい。

本発明が適用される光サンプリング装置の構成を示す図。本発明の一実施形態として、光９０度ハイブリッドにおける光路長間の理想的な相対位相差π／２からの誤差を正しく補正する手順を区分して示す機能ブロック図。図２に示す個々の機能ブロックに基づく具体的な計算内容を示すフローチャート。上記実施形態に示される発明のコンセプトを示す概念図。

符号の説明

１…光９０度ハイブリッド、
１ａ〜１ｄ…３ｄＢ光カプラ、
１ｅ…９０度移相器、
２…光検出部、
２ａ，２ｂ…バランス型ディテクタ、
３ａ，３ｂ…数値化処理部、
４…演算処理装置。

Claims

光９０度ハイブリッドにより得られる２光波の干渉直交成分である第１、第２の出力光をそれぞれ受光し、数値化して得られる第１、第２の電流値を入力して標準化して第１、第２の標準化電流値を得る標準化ステップと、
前記標準化ステップで得られる第１、第２の標準化電流値の２組のデータ列から、相関係数を算出する統計的手法により前記光９０度ハイブリッドにおける光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を算出する誤差算出ステップと
を具備することを特徴とする光９０度ハイブリッド機能補正方法。
前記誤差算出ステップで得られた誤差算出結果に基づいて前記第１、第２の標準化電流値及び両者のアークタンジェントの関係式によって算出される除算値を補正する補正ステップと、
前記補正ステップによる前記除算値の補正値に基づいて前記光９０度ハイブリッドの入力光の強度変調情報と位相または周波数の変調情報とを算出する変調情報算出ステップとをさらに具備することを特徴する請求項１記載の光９０度ハイブリッド機能補正方法。
前記光９０度ハイブリッドに入力される２光波は、信号光とサンプリング光パルスであることを特徴とする請求項１記載の光９０度ハイブリッド機能補正方法。
光９０度ハイブリッドにより得られる２光波の干渉直交成分である第１、第２の出力光をそれぞれ受光し、数値化して得られる第１、第２の電流値を入力して標準化して第１、第２の標準化電流値を得る標準化手段と、
前記標準化手段で得られる第１、第２の標準化電流値の２組のデータ列から、相関係数を算出する統計的手法により前記光９０度ハイブリッドにおける光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を算出する誤差算出手段と
を具備することを特徴とする光９０度ハイブリッド機能補正装置。
前記誤差算出手段で得られた誤差算出結果に基づいて前記第１、第２の標準化電流値及び両者のアークタンジェントの関係式によって算出される除算値を補正する補正手段と、
前記補正手段による前記除算値の補正値に基づいて前記光９０度ハイブリッドの入力光の強度変調情報と位相または周波数の変調情報とを算出する変調情報算出手段とをさらに具備することを特徴する請求項４記載の光９０度ハイブリッド機能補正装置。
前記光９０度ハイブリッドに入力される２光波は、信号光とサンプリング光パルスであることを特徴とする請求項１記載の光９０度ハイブリッド機能補正装置。
光９０度ハイブリッドにより得られる２光波の干渉直交成分である第１、第２の出力光をそれぞれ受光し、数値化して得られる第１、第２の電流値から前記光９０度ハイブリッドの機能を補正する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記第１、第２の電流値を入力して標準化して第１、第２の標準化電流値を得る標準化ステップと、
前記標準化ステップで得られる第１、第２の標準化電流値の２組のデータ列から、相関係数を算出する統計的手法により前記光９０度ハイブリッドにおける光路長間の理想的な相対位相差からの誤差を算出する誤差算出ステップと
を具備することを特徴とする光９０度ハイブリッド機能補正プログラム。
前記誤差算出ステップで得られた誤差算出結果に基づいて前記第１、第２の標準化電流値及び両者のアークタンジェントの関係式によって算出される除算値を補正する補正ステップと、
前記補正ステップによる前記除算値の補正値に基づいて前記光９０度ハイブリッドの入力光の強度変調情報と位相または周波数の変調情報とを算出する変調情報算出ステップとをさらに具備することを特徴する請求項７記載の光９０度ハイブリッド機能補正プログラム。
前記光９０度ハイブリッドに入力される２光波は、信号光とサンプリング光パルスであることを特徴とする請求項７記載の光９０度ハイブリッド機能補正プログラム。