JP2012060308A - 信号光モニタリング装置および信号光モニタリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号光モニタリング装置が、光雑音の大きい環境でも、より正確に信号光の有無を判定できるようにする。
【解決手段】光フィルタ１１０が、入力されるモニタ光に対して、測定対象の各チャンネルのキャリア周波数を中心周波数とする透過域にてフィルタリングを行う。そして、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎが、光フィルタ１１０によってフィルタリングされたモニタ光をモニタ電気信号に変換し、信号検出部１５０が、モニタ電気信号に基づいて、信号光の有無を判定する。光フィルタ１１０のフィルタリングによってモニタ光のＳ／Ｎ比が大きくなり、信号検出部１５０は、光雑音の大きい環境でも、より正確に信号光の有無を判定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信における信号光の有無を判定する信号光モニタリング装置および信号光モニタリング方法に関する。

光通信における信号光の有無を判定する方法として、通信装置が入力光からのデータ復元に成功するか否かに基づいて判定する方法が考えられる。
例えば、特許文献１では、入力される信号光に対して帯域制限を行い、帯域制限された信号光を電気信号に変換して等化処理する通信装置（光受信装置）が開示されている。そして、この通信装置は、入力される信号光に対して帯域制限を行うことにより、Ｓ／Ｎ比（Signal To Noise Ratio、信号対雑音比）が比較的小さい場合にも通信データを復元可能とされている。この通信装置が通信データの復元に成功する場合、信号光を受信していると判定できる。

国際公開第２００４／０９５７４０号パンフレット

しかしながら、特許文献１の通信装置は、データ復元に成功したか否かの判定手段を有せず、データ復元に成功したか否かの判定、さらには信号光の有無の判定を行うことができない。このため、データ復元に成功したか否かの判定、さらには信号光の有無の判定をユーザが行う必要がある。
また、通信データを復元するためには、符号誤りを生じないように一定以上のＳ／Ｎ比が必要である。このため、光雑音の大きい環境では、特許文献１の通信装置は、通信データの復元を行うことができず、さらには、ユーザが信号光の有無を正確に判定することもできない。また、特許文献１の通信装置における入力光に対する帯域制限の程度は、信号光から通信シンボルを復号可能な程度に限られる。したがって、帯域制限によるＳ／Ｎ比の改善は限定的であり、この点からも、特許文献１の通信装置は、光雑音の大きい環境では、信号光の有無を正確に判定することはできない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、光雑音の大きい環境でも、より正確に信号光の有無を判定可能な信号光モニタリング装置および信号光モニタリング方法を提供することにある。

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による信号光モニタリング装置は、入力される光から、測定対象の信号光のキャリア周波数を中心周波数とする帯域の光を取り出す光フィルタと、前記光フィルタが取り出した光の強度に基づいて信号の有無を判定する信号有無判定部と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の一態様による信号光モニタリング方法は、信号光モニタリング装置の信号光モニタリング方法であって、光フィルタが、入力される光から、測定対象の信号光のキャリア周波数を中心周波数とする帯域の光を取り出す光フィルタリングステップと、信号有無判定部が、前記光フィルタが取り出した光の強度に基づいて信号の有無を判定する信号有無判定ステップと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、光雑音の大きい環境でも、より正確に信号光の有無を判定できる。

本発明の一実施形態における信号光モニタリング装置の概略構成を示す構成図である。 同実施形態における光フィルタの有する透過域の例を示す図である。 本願発明者が行った実験における装置の概略構成を示す構成図である。 実験にて得られた波形を示すグラフである。 図３に示す実験装置において、光源が信号光を出力する場合と出力しない場合とのモニタ電気信号の違いを示す図である。 同実施形態における、ローパスフィルタである電気フィルタの特性の例を示す図である。 同実施形態における、バンドパスフィルタである電気フィルタの特性の例を示す図である。 図３および図４を用いて説明した実験における、光フィルタの半値幅とモニタ電気信号のピーク値の大きさとの関係を示す図である。 信号光モニタリング装置の一変形例における概略構成を示す構成図である。 同変形例の分波器のフィルタ機能における透過域の例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態における信号光モニタリング装置の概略構成を示す構成図である。同図において、信号光モニタリング装置１００は、光フィルタ１１０と、分波器１２０と、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎ（ｎは、信号光のチャンネル数を示す正整数）と、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎと、信号検出部１５０とを具備する。
信号光モニタリング装置１００は、スプリッタ２００によって光ファイバから分岐されたモニタ光を受信し、測定対象の各チャンネルについて信号光の有無を判定し、判定結果を外部装置３００に出力する。

光フィルタ１１０は、スプリッタ２００によって光ファイバから分岐されたモニタ光の入力を受けると、信号光の有無を判定する対象（以下では、「測定対象」と記述する）となる各チャンネルのキャリア周波数を中心周波数とする透過域にてフィルタリングを行い、得られた光を分波器１２０に出力する。
フィルタリングされたモニタ光の出力を受けた分波器１２０は、当該モニタ光を、周波数に応じてｎチャンネルに分波し、ｉチャンネル（ｉは、１≦ｉ≦ｎの正整数）のモニタ光を光電変換部１３０−ｉに出力する。
光電変換部１３０−ｉは、それぞれ、分波器１２０から出力されるモニタ光を光電変換してモニタ電気信号を生成し、生成したモニタ電気信号を電気フィルタ１４０−ｉに出力する。

電気フィルタ１４０−ｉは、光電変換部１３０−ｉから出力されるモニタ電気信号に対してフィルタリングを行い、フィルタリングされたモニタ電気信号を信号検出部１５０に出力する。
信号検出部１５０は、電気フィルタ１４０−ｉによってフィルタリングされたモニタ電気信号に基づいて、信号光の有無をチャンネル毎に判定し、判定結果を外部装置３００に出力する。例えば、信号検出部１５０は、電気フィルタ１４０−ｉによってフィルタリングされたモニタ電気信号の強度（例えば交流電流値）が、予め記憶する閾値以上である場合に信号光有りと判定し、閾値未満である場合に信号光無しと判定する。

外部装置３００は、例えば、通信システムにおける通信の状態を監視する状態監視サーバである。外部装置３００が、信号光モニタリング装置１００から出力される信号光有無の判定結果を表示または記録することにより、通信装置が通信に失敗した際に、通信システム管理者は、より速やかに原因を特定して対処することができる。例えば、信号光無しと判定される場合、通信に失敗する原因として送信側装置の故障や通信線の断線などが考えられる。一方、信号有りと判定される場合、通信に失敗する原因として受信側装置の故障や通信経路における光雑音の混入などが考えられる。そこで、通信システム管理者は、信号光の有無に基づいて障害の原因および障害発生位置を切り分けることができ、より速やかに対処することができる。

なお、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎと電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎと信号検出部１５０とで、信号有無判定部を構成する。すなわち、まず、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎが、光フィルタによってフィルタリングされた光の強度を表すモニタ電気信号を出力する。次に、後述するように、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎが、モニタ電気信号から特定周波数におけるモニタ電気信号を取り出すことにより、特定周波数における光の強度を表すモニタ電気信号を出力する。そして、信号検出部１５０が、当該モニタ電気信号の強度に基づいて信号の有無を判定する。これにより、信号有無判定部は、光フィルタがフィルタリングした光の強度に基づいて信号の有無を判定する。

次に、図２を参照して光フィルタ１１０の行うフィルタリングについて説明する。
図２は、光フィルタ１１０の有する透過域の例を示す図である。同図において、信号光モニタリング装置１００が測定対象とする信号光に含まれる各キャリア波のキャリア周波数は、ｆ０、ｆ０＋Δｆ＿ｇｒｉｄ、ｆ０＋２Δｆ＿ｇｒｉｄ・・・と、Δｆ＿ｇｒｉｄの周波数間隔で配置されている。そして、各チャンネルのキャリア波は、半値幅Δｆ＿ｓｉｇの信号帯域幅を有する。
これに対して、光フィルタ１１０は、各キャリア波のキャリア周波数を中心とし、半値幅Δｆ＿ｆｉｌｔｅｒの透過域を有する。これにより、光フィルタ１１０は、各チャンネルのキャリア波を通過させる。

このように、光フィルタ１１０がフィルタリングを行うことによって、スプリッタ２００から入力されるモニタ光に信号光が含まれている場合にＳ／Ｎ比を改善できる。すなわち、図２に示すように、信号光は、キャリア周波数近傍にて強い光強度を示し、キャリア周波数から離れた周波数では弱い光強度を示す。一方、光通信における雑音（光雑音）としては、自然放出光（Amplified Spontaneous Emission；ＡＳＥ）雑音などの白色雑音が考えられる。このような白色雑音を含むモニタ光は、キャリア周波数近傍ではＳ／Ｎ比が大きくなり、キャリア周波数から離れた周波数ではＳ／Ｎ比が小さくなる。そこで、光フィルタ１１０は、モニタ光のうちＳ／Ｎ比の大きい部分を抽出するために、キャリア周波数近傍の光を選択的に透過させる。

ここで、信号光は、キャリア周波数に近い周波数ほど強い光強度を示すので、光フィルタ１１０の透過域が狭いほどＳ／Ｎ比が大きくなる。そして、信号光モニタリング装置１００は、信号の有無を判定する装置であってデータの復元を行わないので、信号光から通信シンボルを復号可能な程度を超えて、すなわち、通信シンボルの情報が失われるほど狭い透過域にて、モニタ光に対するフィルタリングを行うことができる。これにより、光フィルタ１１０は、Ｓ／Ｎ比の特に大きい部分を抽出できる。

次に、図３〜図７を参照して、本願発明者が行った実験、および、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎが行うフィルタリングについて説明する。本願発明者は、実験において、光信号をフィルタリングして光電変換することにより、シンボルレートの（ｋ／２^ｍ）倍（ｋおよびｍは正整数）の周波数にて高いＳ／Ｎ比のモニタ電気信号を得られることを発見した。
図３は、本願発明者が行った実験における装置の概略構成を示す構成図である。
同図に示される実験装置は、光源５１０と、アッテネータ５２０と、光アンプ５３０と、光フィルタ５４０と、光電変換部５５０と、高周波スペクトラムアナライザ（Radio Frequency Spectrum Analyzer；ＲＦＳＡ）５６０とを具備する。

光源５１０は、１９１．７５テラヘルツ（ＴＨｚ）から１９６．１テラヘルツまで、ＩＴＵ−Ｇｒｉｄ ５０ギガヘルツ（ＧＨｚ）間隔にて８８チャンネルのキャリア波を出力する光源であり、１チャンネル辺り１ミリワット（１ｍＷ／ｃｈ）の信号光を出力する。また、信号帯域幅（信号光の半値幅。図２のΔｆ＿ｓｉｇ）は１０ギガヘルツである。
アッテネータ５２０は、入力される光信号を２０デシベル（ｄＢ）減衰させる。光アンプ５３０は、入力される信号光を２０デシベル増幅させる。アッテネータ５２０と光アンプ５３０とは、通信経路を模擬するための機器であり、自然放出光雑音などの光雑音を発生させる。

光フィルタ５４０は、図１の光フィルタ１１０および分波器１２０を模擬するための機器である。光フィルタ５４０は、ガウス型のフィルタ（ガウス関数のフィルタ形状を有するフィルタ）であり、帯域幅を調整可能である。本実験では１９３．０５テラヘルツのチャンネルを測定対象としており、光フィルタ５４０は、この１９３．０５テラヘルツを透過領域の中心としている。

光電変換部５５０は、図１の光電変換部１３０−ｉを模擬するための機器である。光電変換部５５０は、１９３．０５テラヘルツ帯域の光信号を受光可能なＰＩＮ型フォトダイオード（PIN Photodiode；ＰＩＮ−ＰＤ）タイプの光電変換部であり、入力される光を、入力光の強度に応じた大きさのモニタ電気信号に変換する。光電変換部５５０のフォトダイオードの受光効率は、１ワット辺り１アンペア（１Ａ／Ｗ）であり、熱雑音は、１ルートヘルツ辺り１×１０^１２アンペア（１×１０^１２Ａ／√Ｈｚ）である。
高周波スペクトラムアナライザ５６０は、図１の信号検出部１５０に代わる機器であり、光電変換部５５０が生成するモニタ電気信号の周波数領域における波形を表示する。

この実験装置において、本願発明者は、シンボルレート１０ギガビット／秒（１０Ｇｂｐｓ）、ビットレートも同じく１０ギガビット／秒、変調方式２−ＤＰＳＫ（2-Differential Phase Shift Keying、２値の差動位相偏移変調）にて、光源５１０から信号光を出力し、また、光フィルタ５４０の帯域幅を様々に調整して、光電変換部５５０が出力するモニタ電気信号の波形を観測した。

図４は、実験にて得られた波形を示すグラフである。同図の横軸は周波数を表し、縦軸はモニタ電気信号の各周波数成分の大きさを表す。
また、点Ｐ１（ｗ）（ｗは、０．０５、０．１、０．２、０．５、１、２、１０のいずれかの値）は、光フィルタ５４０の透過率半値幅を信号光の半値幅（信号帯域幅）のｗ倍に設定（以下では、単に「光フィルタ５４０の半値幅をｗ倍に設定」と記述する）した際の、周波数７８メガヘルツにおけるモニタ電気信号の大きさを示す。例えば、点Ｐ１（０．２）は、光フィルタ５４０の透過率半値幅を、信号光の半値幅の０．２倍である２ギガヘルツに設定した際の、周波数７８メガヘルツにおけるモニタ電気信号の大きさを示す。この７８メガヘルツは、送信信号のシンボルレートである１０ギガビット／秒の（１／２^７）倍にあたる。

また、点Ｐ２（ｗ）は、光フィルタ５４０の半値幅をｗ倍に設定した際の、周波数１５６メガヘルツにおけるモニタ電気信号の大きさを示す。この１５６メガヘルツは、送信信号のシンボルレートの（１／２^６）倍にあたる。
また、点Ｐ３（ｗ）は、光フィルタ５４０の半値幅をｗ倍に設定した際の、周波数２３４メガヘルツにおけるモニタ電気信号の大きさを示す。この１５６メガヘルツは、送信信号のシンボルレートの（３／２^７）倍にあたる。

ここで、光フィルタ５４０の半値幅ｗを０．０５、０．１、０．２、０．５、１、２倍のいずれかに設定した場合には、点Ｐ１（ｗ）と点Ｐ２（ｗ）と点Ｐ３（ｗ）とにおいてモニタ電気信号のピークが見受けられる。これに対して、光フィルタ５４０の半値幅ｗを１０倍に設定した場合には、顕著なピークは見受けられない。
そして、光フィルタ５４０の半値幅ｗを２倍とした場合（例えば点Ｐ１（２））よりも１倍とした場合（例えば点Ｐ１（１））のほうがピーク値が大きく、１倍よりも０．５倍のほうがピーク値が大きいというように、半値幅ｗが０．５倍以上の範囲では、半値幅を狭く設定するほどピーク値が大きくなっている。

このことから、光フィルタ５４０が狭い透過域にて信号光をフィルタリングすることによって信号光が歪み、図４に示されるピークが生じることが考えられる。
すなわち、光フィルタ５４０の半値幅を１０倍に設定した場合、光フィルタ５４０の透過域が充分に広いので信号光にほとんど歪が生ぜず、ピークは生じない。一方、光フィルタ５４０の半値幅を２倍に設定した場合、信号光が光フィルタ５４０を通過する際に、信号光のうち、中心周波数である１９３．０５テラヘルツから離れた部分がカットされて信号光に歪みが生じる。この歪みが、光電変換後のモニタ電気信号において、図４に示されるピークを生じさせると考えられる。
そして、光フィルタ５４０の半値幅を１倍に設定した場合、半値幅を２倍に設定した場合よりも信号光の歪みが大きくなり、ピーク値が大きくなると考えられる。

なお、光フィルタ５４０の半値幅を０．５倍より狭く設定してもピーク値が大きくならず、０．１倍以下では逆にピーク値が小さくなっている。これは、光フィルタ５４０の透過域が狭くなることによって、信号光の透過量が減るためと考えられる。すなわち、光フィルタ５４０の透過域が狭くなると、光フィルタ５４０によってカットされる信号光の量が増加し、光フィルタ５４０を通過する信号光の量は減少する。例えば、光フィルタ５４０の半値幅を０．１倍に設定した場合、光フィルタ５４０の半値幅を０．２倍に設定した場合よりもさらに信号光の歪は大きくなるが、光フィルタ５４０を通過する信号光の量が減少するために、ピーク値が小さくなると考えられる。

図５は、図３に示す実験装置において、光源５１０が信号光を出力する場合と出力しない場合とのモニタ電気信号の違いを示す図である。同図の線L１１は、光源５１０が信号光を出力する場合のモニタ電気信号を示し、線L１２は、光源５１０が信号光を出力しない場合のモニタ電気信号を示す。

光フィルタ５４０の半値幅を０．２倍など狭く設定した場合、光源５１０が信号光を出力すると、図４で説明したように、モニタ電気信号にピークが見受けられる。図５では、周波数ｆ＿ｎ＿Ｅｓｉｇにおいて、線Ｌ１１にて示されるモニタ電気信号にピークが見受けられる。
これに対し、光源５１０が信号光を出力しないときは、モニタ電気信号に顕著なピークは見受けられない。図５では、線Ｌ１２にて示されるモニタ電気信号には、顕著なピークは見受けられない。

そこで、図５の周波数ｆ＿ｎ＿Ｅｓｉｇのように、モニタ電気信号のピークが見受けられる周波数にてモニタ電気信号の大きさを測定することにより、光源５１０が信号光を出力するときと出力しないときとで、モニタ電気信号の違いが大きくなる。これにより、光雑音の大きい環境でも、より正確に信号光の有無を判定できる。

図１の電気フィルタ１４０−ｉは、このようなモニタ電気信号の違いが大きくなる周波数におけるモニタ電気信号を抽出するためのフィルタである。
電気フィルタ１４０−ｉとしては、ローパスフィルタまたはバンドパスフィルタを用いることができる。

図６は、ローパスフィルタである電気フィルタ１４０−ｉの特性の例を示す図である。同図の線Ｌ２２は、電気フィルタ１４０−ｉの透過率の例を示す。電気フィルタ１４０−ｉの透過率は、低周波側では高く、高周波側では低くなっており、周波数ｆｃ＿Ｅｆｉｌｔｅｒでは透過率０．５（半値）となっている。
信号光の有無をより正確に判定するためには、電気フィルタ１４０−ｉが、測定対象の周波数においてなるべく高い透過率を有することが望ましい。例えば、電気フィルタ１４０−ｉとして、測定対象の周波数において０．５よりも高い透過率を有するローパスフィルタを用いるようにする。

一方、測定対象の周波数よりも高い周波数においては、電気フィルタ１４０−ｉがなるべく低い透過率を有することが望ましい。従って、電気フィルタ１４０−ｉとして、測定対象の周波数の近傍にて透過率が急激に立ち下がるローパスフィルタを用いることが望ましい。
電気フィルタ１４０−ｉが、測定対象の周波数よりも高い周波数において低い透過率を有することによって、モニタ電気信号のピーク以外の周波数におけるモニタ電気信号をカットしてＳ／Ｎ比の改善を図ることができる。

なお、電気フィルタ１４０−ｉと同様、光電変換部１３０−ｉも、測定対象の周波数においてなるべく高い応答を示すことが望ましい。
図６の線Ｌ２１は、光電変換部１３０−ｉの応答（一定強度の入力光に対して出力する電気信号の強度）の例を示す。光電変換部１３０−ｉは、周波数ｆｃ＿ｄｅｔにおいて応答が０．５（半値）となっている。以下では、この応答が０．５となる周波数を「半値周波数」と称する。
例えば、光電変換部１３０−ｉとして、半値周波数ｆｃ＿ｄｅｔが測定対象の周波数の２倍以上となる光電変換部を用いるようにする。

なお、光電変換部１３０−ｉの応答帯域は広くてもよいが、応答帯域の比較的狭い光電変換部のほうが安価であり、かかる光電変換部を用いることによって信号光モニタリング装置１００の製造コストを低減させることができる。例えば、光電変換部１３０−ｉとして、半値周波数が１ＧＨｚ程度以下の光電変換部を用いる。

なお、本願出願人が行った実験において、モニタ電気信号のピークは、送信信号のシンボルレートの（ｋ／２^ｍ）倍（ｋおよびｍは正整数）の周波数の位置に出現している。図４の例では、送信信号のシンボルレート１０ギガビット／秒に対して、（１／２^７）倍にあたる７８メガヘルツの位置と、（１／２^６）倍にあたる１５６メガヘルツの位置と、（３／２^７）倍にあたる１５６メガヘルツの位置とにピークが見受けられる。
そこで、測定対象の周波数を、通信信号のシンボルレートの（ｋ／２^ｍ）倍とし、電気フィルタ１４０−ｉとして、通信信号のシンボルレートの（ｋ／２^ｍ）倍以下の周波数の電気信号を取り出すローパスフィルタを用いることが考えられる。

図７は、バンドパスフィルタである電気フィルタ１４０−ｉの特性の例を示す図である。同図に示される電気フィルタ１４０−ｉは、周波数ｆ０＿Ｅｆｉｌｔｅｒを中心周波数としてΔｆ＿Ｅｆｉｌｔｅｒの半値幅を有する。
測定対象の周波数におけるモニタ電気信号を取り出すために、電気フィルタ１４０−ｉとして、測定対象の周波数に中心周波数ｆ０＿Ｅｆｉｌｔｅｒが一致するバンドパスフィルタを用いる。電気フィルタ１４０−ｉとしてバンドパスフィルタを用いることにより、測定対象の周波数よりも高周波側のモニタ電気信号に加えて、低周波側のモニタ電気信号もカットすることができ、ローパスフィルタを用いる場合よりもさらにＳ／Ｎ比を大きくすることができる。

なお、上述したように測定対象の周波数を通信信号のシンボルレートの（ｋ／２^ｍ）倍とする場合、電気フィルタ１４０−ｉとして、通信信号のシンボルレートの（ｋ／２^ｍ）倍の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタを用いる。

次に、図８を参照して、光フィルタ１１０が有すべき透過域について説明する。
図８は、図３および図４を用いて説明した実験における、光フィルタ５４０の半値幅とモニタ電気信号のピーク値の大きさとの関係を示す図である。図８の横軸は、光フィルタ５４０の半値幅を、信号帯域幅との比にて示し、縦軸は、光電変換部５５０の出力するモニタ電気信号の強度を示す。そして、図４の点Ｐ１（０．０５）〜Ｐ１（１０）がプロットされている。
図８を参照すると、光フィルタ５４０の半値幅が０．５倍以上の場合は、半値幅が小さくなるほどピーク値が大きくなっている。一方、光フィルタ５４０の半値幅が０．２倍以下の場合は、半値幅が小さくなるほどピーク値が小さくなっている。そして、光フィルタ５４０の半値幅が０．２倍から０．５倍の範囲にある図８の領域Ａ１１において、ピークが最も大きくなっている。

そこで、図１の光フィルタ１１０の透過率半値幅も、信号帯域幅の０．５倍から０．２倍の範囲とすることが考えられる。上述したモニタ電気信号のピークが得られる原因が、光フィルタによる信号光の歪にあるとすると、光フィルタ１１０が、実験における光フィルタ５４０の透過域と同様の透過域にてフィルタリングを行うことによって、光フィルタ１１０を透過した信号光に実験と同様の歪みが生じ、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎが出力するモニタ電気信号に実験と同様のピークが生じることが期待できる。そして、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎがこのピークを取り出し、信号検出部１５０がピーク部分のモニタ電気信号を用いて信号光の有無を判定することにより、信号光の有無の判定をより正確に行えることが期待できる。

以上のように、光フィルタ１１０は、スプリッタ２００から入力されるモニタ光から、測定対象の信号光のキャリア周波数を中心する帯域の光を取り出すことによって、モニタ光のＳ／Ｎ比を大きくする。そして、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎと電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎと信号検出部１５０とから成る信号有無判定部が、光フィルタ１１０によってＳ／Ｎ比を改善された光に基づいて信号光の有無を判定することにより、光雑音の大きい環境でも、より正確に信号光の有無を判定できる。

また、光フィルタ１１０のフィルタリングによって、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎが出力するモニタ電気信号において、シンボルレートよりも低い周波数の部分にピークが発生する。信号光モニタリング装置１００が、このピークに基づいて信号光の有無を判定することにより、光雑音の大きい環境でも、より正確に信号光の有無を判定できる。
さらには、信号光モニタリング装置１００は、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎとして、シンボルレートよりも低い応答帯域の光電変換部を備えればよく、信号光モニタリング装置１００の製造コストを低減できる。

同様に、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎとして、比較的低周波で動作する電気フィルタを備えればよく、この点でも信号光モニタリング装置１００の製造コストを低減できる。
同様に、信号検出部１５０として、比較的低周波の電気信号を検出する信号検出部１５０を備えればよく、この点でも信号光モニタリング装置１００の製造コストを低減できる。例えば、信号検出部として、比較的低周波の電気信号のみを整流（直流に変換）可能な整流回路と、当該整流回路によって整流された電流を測定する電流計とを備えればよく、高周波の電気信号を整流する高価な整流回路を備える必要が無い。

また、光フィルタ１１０が、測定対象の信号光の半値幅の２割以上かつ半分以下の透過率半値幅を有することにより、モニタ電気信号に、より大きなピークが生じる。これにより、信号光モニタリング装置が、信号光の有無の判定をより正確に行える。
また、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎとして、通信信号のシンボルレートの（ｋ／２^ｍ）倍の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタを用いることにより、モニタ電気信号のピーク部分を抽出してＳ／Ｎ比を大きくできる。これにより、信号光モニタリング装置が、信号光の有無の判定をより正確に行える。

また、信号光モニタリング装置１００は、復号回路等を備える必要が無いので、低コストで製造可能である。

なお、信号光モニタリング装置１００が、図５の周波数ｆ＿ｎ＿Ｅｓｉｇのようにモニタ電気信号のピークが得られる周波数におけるモニタ電気信号と、ピーク以外の周波数のモニタ電気信号とを比較して信号光の有無を判定するようにしてもよい。
この場合、信号光モニタリング装置１００は、信号光有りのときは、ピークが得られる周波数とピーク以外の周波数とで、モニタ電気信号の強度に大きな差があることを検出できる。一方、信号光無しのときは、ピークが得られる周波数とピーク以外の周波数とで、モニタ電気信号の強度にほとんど差が無いことを検出できる。

ここで、信号光モニタリング装置１００が、モニタ電気信号ピークが得られる周波数におけるモニタ電気信号のみに基づいて信号光の有無を判定する場合、光雑音が一時的に大きくなり、この光雑音によってモニタ電気信号の強度が強くなると、信号光が無いにもかかわらず信号光有りと誤判定してしまうおそれがある。これに対して、信号光モニタリング装置１００が、ピークが得られる周波数におけるモニタ電気信号と、ピーク以外の周波数のモニタ電気信号とを比較することにより、光雑音が一時的に大きくなったときの上記誤判定を避けることができる。

なお、信号光モニタリング装置１００がモニタする信号光の変調方式は、上記実験の説明における２−ＤＰＳＫに限らない。他の位相変調や、強度変調（振幅変調）や、周波数変調など、光フィルタ１１０のフィルタリングによって信号光に歪みの生じる様々な変調方式の信号光をモニタすることができる。
なお、光フィルタ１１０の種類は、上記実験の説明におけるガウス型のフィルタに限らず、信号光に歪を生じさせる様々な種類の光フィルタを用いることができる。

なお、信号光モニタリング装置１００が、モニタ電気信号強度の測定を複数回行い、測定値の平均に基づいて信号光の有無を判定するようにしてもよい。
例えば、信号光モニタリング装置１００が、シンボルレート１０ギガビット以上で送信される信号について、７８メガヘルツ以上の高周波信号（ＲＦ信号）にて、信号光の有無を判定するようにする。この場合、信号光モニタリング装置１００は、最速で、１／７８メガヘルツ＝１３ナノ秒（ｎｓ）で信号の有無を判定可能である。
そして、信号光モニタリング装置１００の瞬間的な誤動作による誤判定や、モニタ光に瞬間的なノイズ光が含まれることによる誤判定を防止するために、信号光モニタリング装置１００は、スプリッタ２００から時間方向に連続して（以下、「連続的に」と記述する）入力されるモニタ光に対して、例えば１００回程度サンプリングを行って、それぞれ電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎが生成するモニタ電気信号の強度を測定し、測定値の平均に基づいて信号光の有無を判定する。

具体的には、光フィルタ１１０は、スプリッタ２００から入力されるモニタ光を連続的にフィルタリングし、分波器１２０は、光フィルタ１１０がフィルタリングしたモニタ光を連続的に分波し、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎは、分波器１２０が分波したモニタ光に対して連続的に光電変換を行ってモニタ電気信号を生成し、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎは、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎが生成するモニタ電気信号に対して連続的にフィルタリングを行う。従って、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎは、フィルタリングされたモニタ電気信号を連続的に出力する。ここで、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎは、フィルタリングによって、モニタ電気信号の中から７８メガヘルツ以上の信号を取り出す。そして、信号検出部１５０は、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎから出力されるフィルタリングされたモニタ電気信号から、例えば上述したように１３ナノ秒周期で１００回サンプリングを行い、サンプリング毎にモニタ電気信号の強度を測定し、１００回の測定結果を平均し、得られた平均に基づいて信号光の有無を判定する。

このように、複数のモニタ光サンプリング結果に基づいて判定を行うことで、信号光モニタリング装置１００の瞬間的な誤動作による誤判定や、モニタ光に瞬間的なノイズ光が含まれることによる誤判定を防止できる。
そして、１００回のサンプリングを行って信号光の有無を判定する場合、信号光モニタリング装置１００の信号検知時間は、最短で１３ナノ秒×１００＝１３００ナノ秒と、非常に高速に信号光の有無を判定できる。
あるいは、１ミリ秒（ｍｓ）以内に判定を行う場合、信号光モニタリング装置１００は、１ミリ秒／１３ナノ秒＝７６，９００回のモニタ光サンプリング結果に基づいて判定を行うことができ、正確に判定を行うことができる。

なお、信号光モニタリング装置の構成は図１に示したものに限らない。
図９は、信号光モニタリング装置の一変形例における概略構成を示す構成図である。同図において、信号光モニタリング装置１０１は、分波器１２１と、光電変換部１３０−１〜１３０−ｎと、電気フィルタ１４０−１〜１４０−ｎと、信号検出部１５０とを具備する。同図において、図１の各部と同様の機能を有する部分には同一の符号（１３０−１〜１３０−ｎ、１４０−１〜１４０−ｎ、１５０、２００、３００）を付し、説明を省略する。
信号光モニタリング装置１０１は、図１の光フィルタ１１０および分波器１２０に代えて分波器１２１を具備する点で、図１の信号光モニタリング装置１００と異なる。

分波器１２１は、フィルタ機能を有する分波器である。
図１０は、分波器１２１のフィルタ機能における透過域の例を示す図である。同図において、信号光モニタリング装置１０１が測定対象とする信号光に含まれる各キャリア波のキャリア周波数は、図２と同様に、ｆ０、ｆ０＋Δｆ＿ｇｒｉｄ、ｆ０＋２Δｆ＿ｇｒｉｄ・・・と、Δｆ＿ｇｒｉｄの周波数間隔で配置されている。そして、各チャンネルのキャリア波は、半値幅Δｆ＿ｓｉｇの信号帯域幅を有する。

これに対して、分波器１２１は、チャンネル毎に、キャリア波のキャリア周波数を中心とし、半値幅Δｆ＿ｆｉｌｔｅｒの透過域を有する。これにより、分波器１２１は、図１の分波器１２０と同様に、モニタ光をチャンネル毎に分離すると共に、図１のフィルタ１１０と同様に、モニタ光に対してフィルタリングを行い、フィルタリングされたモニタ光を周波数に応じて光電変換部１３０−ｉに出力する。
分波器１２１は、例えば、入力されるモニタ光をｎ個に分岐するスプリッタと、チャンネル毎のｎ個の光フィルタとによって構成される。

このように、分波器１２１がフィルタリングおよび分波を行うことにより、信号光モニタリング装置１０１は、図１の信号光モニタリング装置１００と同様に、光雑音の多い環境でも、より正確に信号光の有無を判定できる。

１００、１０１ 信号光モニタリング装置
１１０ 光フィルタ
１２０、１２１ 分波器
１３０−１〜１３０−ｎ 光電変換部
１４０−１〜１４０−ｎ 電気フィルタ
１５０ 信号検出部

Claims (10)

1. 入力される光から、測定対象の信号光のキャリア周波数を中心周波数とする帯域の光を取り出す光フィルタと、
   前記光フィルタが取り出した光の強度に基づいて信号の有無を判定する信号有無判定部と、
   を具備することを特徴とする信号光モニタリング装置。
2. 前記信号有無判定部は、
   前記光フィルタが取り出した光を、当該光の強度を示す電気信号に変換する光電変換部と、
   前記光電変換部が変換した電気信号のうち、通信信号のシンボルレートよりも低い周波数の電気信号を取り出す電気フィルタと、
   前記電気フィルタが取り出した電気信号が示す光の強度に基づいて信号光の有無を判定する信号検出部と、
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の信号光モニタリング装置。
3. 前記光フィルタは、前記測定対象の信号光の半値幅の半分以下の透過率半値幅を有することを特徴とする請求項２に記載の信号光モニタリング装置。
4. 前記光フィルタは、前記測定対象の信号光の半値幅の２割以上の透過率半値幅を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の信号光モニタリング装置。
5. 前記電気フィルタは、前記通信信号のシンボルレートの（ｋ／２^ｍ）倍以下の周波数の電気信号を取り出すローパスフィルタであることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の信号光モニタリング装置。ここで、ｋおよびｍは正整数である。
6. 前記電気フィルタは、前記通信信号のシンボルレートの（ｋ／２^ｍ）倍の周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の信号光モニタリング装置。ここで、ｋおよびｍは正整数である。
7. 前記測定対象の信号光は、位相変調された信号光であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の信号光モニタリング装置。
8. 前記信号検出部は、前記電気フィルタが取り出した、複数の時刻における電気信号が示す光の強度の平均に基づいて信号光の有無を判定することを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の信号光モニタリング装置。
9. 前記電気フィルタは、７８メガヘルツ以上の前記電気信号を取り出すことを特徴とする請求項８に記載の信号光モニタリング装置。
10. 信号光モニタリング装置の信号光モニタリング方法であって、
    光フィルタが、入力される光から、測定対象の信号光のキャリア周波数を中心周波数とする帯域の光を取り出す光フィルタリングステップと、
    信号有無判定部が、前記光フィルタが取り出した光の強度に基づいて信号の有無を判定する信号有無判定ステップと、
    を具備することを特徴とする信号光モニタリング方法。
    
    

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