JP2013183214A - 光信号検査装置及び光信号検査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも少ない素子数で、被検査光信号の品質の検査を行うことができる光信号検査装置及び光信号検査方法を提供する。
【解決手段】第1干渉光信号S131と第1サンプリング用パルスS211とを合波して生成された前駆第1サンプリング光信号S141、及び第2干渉光信号と第2サンプリング用パルスとを合波して生成された前駆第2サンプリング光信号S142を、互いに対向する側からそれぞれ非線形光学素子205に入力する。非線形光学素子は、第1干渉光信号を第1サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第1サンプリング光信号S151を生成するとともに、第2干渉光信号を第2サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第2サンプリング光信号S152aを生成する。
【選択図】図1
【解決手段】第1干渉光信号S131と第1サンプリング用パルスS211とを合波して生成された前駆第1サンプリング光信号S141、及び第2干渉光信号と第2サンプリング用パルスとを合波して生成された前駆第2サンプリング光信号S142を、互いに対向する側からそれぞれ非線形光学素子205に入力する。非線形光学素子は、第1干渉光信号を第1サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第1サンプリング光信号S151を生成するとともに、第2干渉光信号を第2サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第2サンプリング光信号S152aを生成する。
【選択図】図1
Description
この発明は、被検査光信号の品質を検査するための光信号検査装置及び光信号検査方法に関する。
光通信において、2値位相変調(BPSK:Binary Phase Shift Keying)、4値位相変調(QPSK:Quadrature Phase Shift Keying)、差動位相変調(DPSK:Differential Phase Shift Keying)、又は差動4値位相変調(DQPSK:Differential Quadrature Phase Shift Keying)等の、送受信するデータに応じて搬送波の位相を変調させる位相変調(PSK:Phase Shift Keying)を行う技術が知られている。
PSKが与えられた光信号の位相雑音等の品質を検査するための装置として、例えば特許文献1に開示されている装置がある。
特許文献1による装置では、1シンボル遅延を与える遅延器を利用して、検査対象の光信号(以下、被検査光信号)の時間軸上で隣接するシンボル(以下、隣接シンボル)間の干渉によって、干渉光信号を生成する。従って、干渉光信号では、隣接シンボル間の位相差が強度情報に変換されている。
ここで、特許文献1による装置では、干渉光信号として、第1の位相変調量が与えられた第1干渉光信号、及び第2の位相変調量が与えられた第2干渉光信号の2つの干渉光信号を生成する。第1の位相変調量と第2の位相変調量とは、これらの差がπ/2となるように設定されている。従って、第1干渉光信号及び第2干渉光信号の強度は、被検査光信の隣接シンボル間の位相差の変化に対して、一方が余弦関数的に、及び他方が正弦関数的に変化する。そして、時間軸上で対応する第1干渉光信号及び第2干渉光信号の強度の関係から、隣接シンボル間の位相差を検出することができる。
しかしながら、特許文献1による装置では、第1干渉光信号及び第2干渉光信号の強度を取得するために、例えば非線形光学素子、光電変換器、及びアナログ/デジタル変換器といった素子を、各々2つずつ用意している。従って、製造コストの増加や、装置の複雑化という問題がある。
この発明の目的は、従来よりも少ない素子数で、被検査光信号の品質の検査を行うことができる光信号検査装置及び光信号検査方法を提供することにある。
上述の目的を達成するために、この発明による光信号検査装置は、以下の特徴を備えている。
すなわち、光信号検査装置は、干渉光信号生成部とサンプリング光信号生成部と信号処理部と備えている。
干渉光信号生成部は、光分波器と第1干渉部と第2干渉部とを含んでいる。
光分波器は、被検査光信号を、第1被検査光信号と第2被検査光信号とに2分割する。第1干渉部は、第1被検査光信号を、第1サブ被検査光信号と第2サブ被検査光信号とに2分割し、第1サブ被検査光信号及び第2サブ被検査光信号のいずれか一方に1シンボル遅延を与え、第1サブ被検査光信号及び第2サブ被検査光信号のいずれか一方に第1の位相変調量の位相変調を与え、及び第1サブ被検査光信号と第2サブ被検査光信号とを干渉させて第1干渉光信号を生成する。第2干渉部は、第2被検査光信号を、第3サブ被検査光信号と第4サブ被検査光信号とに2分割し、第3サブ被検査光信号及び第4サブ被検査光信号のいずれか一方に1シンボル遅延を与え、第3サブ被検査光信号及び第4サブ被検査光信号のいずれか一方に第2の位相変調量の位相変調を与え、及び第3サブ被検査光信号と第4サブ被検査光信号とを干渉させて第2干渉光信号を生成する。
また、サンプリング光信号生成部は、第1合波器と第2合波器と非線形光学素子とインターリーブ手段とを含んでいる。
第1合波器は、第1干渉光信号と第1サンプリング用パルスとを合波して前駆第1サンプリング光信号を生成する。第2合波器は、第2干渉光信号と第2サンプリング用パルスとを合波して前駆第2サンプリング光信号を生成する。非線形光学素子には、前駆第1サンプリング光信号及び前駆第2サンプリング光信号が、互いに対向する側からそれぞれ入力される。そして、非線形光学素子は、第1干渉光信号を第1サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第1サンプリング光信号を生成するとともに、第2干渉光信号を第2サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第2サンプリング光信号を生成する。インターリーブ手段は、第1サンプリング光信号に含まれる第1パルスと第2サンプリング光信号に含まれる第2パルスとが時間軸上で交互に繰り返すサンプリング光信号を生成する。
また、信号処理部は、サンプリング光信号に含まれる第1パルス及び第2パルスの強度を測定することによって、被検査光信号における位相雑音及び振幅雑音を検出する。
この発明による光信号検査装置では、前駆第1サンプリング光信号及び前駆第2サンプリング光信号を、互いに対向する側からそれぞれ非線形光学素子に入力する。そのため、1つの非線形光学素子によって、第1干渉光信号及び第2干渉光信号の両方のサンプリングを行うことができる。さらに、インターリーブ手段によって、第1サンプリング光信号に含まれる第1パルスと第2サンプリング光信号に含まれる第2パルスとが時間軸上で交互に繰り返すサンプリング光信号を生成する。そのため、1つのサンプリング光信号から、第1パルス及び第2パルスの両方の強度を測定することができる。
従って、位相雑音及び振幅雑音を検出するために、非線形光学素子、光電変換器、及びアナログ/デジタル変換器といった素子を、各々1つずつ用意すれば良い。従って、製造コストの増加や、装置の複雑化を抑制することができる。
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
(光信号検査装置)
図1〜図4を参照して、この発明の光信号検査装置について説明する。図2〜図4では、各信号について横軸に時間を任意単位でとって示し、縦軸に信号強度を任意単位でとって示している。なお、図1では、各構成要素が線で結ばれているが、これは信号が伝播する伝送路を模式的に示したものである。各構成要素間は、例えば光ファイバや光導波路で接続されていても良いし、いわゆる空間結合で接続されていても良い。
図1〜図4を参照して、この発明の光信号検査装置について説明する。図2〜図4では、各信号について横軸に時間を任意単位でとって示し、縦軸に信号強度を任意単位でとって示している。なお、図1では、各構成要素が線で結ばれているが、これは信号が伝播する伝送路を模式的に示したものである。各構成要素間は、例えば光ファイバや光導波路で接続されていても良いし、いわゆる空間結合で接続されていても良い。
光信号検査装置10は、干渉光信号生成部100とサンプリング光信号生成部200と信号処理部300と表示部400とを具えて構成される。干渉光信号生成部100は、被検査光信号S101から、一方が余弦関数的に、及び他方が正弦関数的に強度変化する第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132を生成する。サンプリング光信号生成部200は、第1干渉光信号S131を第1サンプリング用パルスでサンプリングして得られる第1パルス、及び第2干渉光信号S132を第2サンプリング用パルスでサンプリングして得られる第2パルスを含むサンプリング光信号を生成する。信号処理部300は、これら第1パルス及び第2パルスの強度に基づいて位相雑音及び強度雑音を検出する。
被検査光信号S101は、光パルス列を位相変調して得られる光パルス信号であり、1シンボルに1つのパルスを含んでいる。被検査光信号S101は、例えばBPSK信号,QPSK信号,DPSK信号、又はDQPSK信号である。なお、ここでは、被検査光信号S101としてQPSK信号を入力した場合について説明する。被検査光信号S101は、4値のデータを有していて、これらのデータに対応して、光搬送波の変調位相(0、π/2、π、3π/2)が定まっている。
光信号検査装置10に入力された被検査光信号S101は、干渉光信号生成部100に入力される。干渉光信号生成部100は、被検査光信号S101から第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132を生成する。
干渉光信号生成部10は、光分波器101と第1干渉部103と第2干渉部105とを含んでいる。
干渉光信号生成部100に入力された被検査光信号S101は、光分波器101に送られる。光分波器101は、被検査光信号S101を第1被検査光信号S111と第2被検査光信号S112とに2分割する(図2(A))。光分波器101は、例えば3dbカプラとすることができる。第1被検査光信号S111は、第1干渉部103に送られる。また、第2被検査光信号S112は、第2干渉部105に送られる。
第1干渉部103及び第2干渉部105は、例えばアクチュエータを備えた、遅延時間を調整可能な1シンボル遅延干渉計とすることができる。
第1干渉部103は、まず、第1被検査光信号S111を、第1サブ被検査光信号S121aと第2サブ被検査光信号S122aとに2分割する。
次に、第1サブ被検査光信号S121a及び第2サブ被検査光信号S122aのいずれか一方に1シンボル遅延を与え、第1サブ被検査光信号S121a及び第2サブ被検査光信号S122aのいずれか一方に第1の位相変調量φ1の位相変調を与える。図1に示す構成例では、第1サブ被検査光信号S121aが伝播する伝送路は、第1サブ被検査光信号S121aが第2サブ被検査光信号S122aに対して1シンボルに相当する時間だけ遅延する光路長で形成されている。また、第2サブ被検査光信号S122aが伝播する伝送路には、第2サブ被検査光信号S122aに第1の位相変調量φ1を与える第1位相シフタ107が設けられている。ここでは、φ1=0とした場合について説明する。従って、第2サブ被検査光信号S122bの各パルスの変調位相は、第2サブ被検査光信号S122aと同様である。
次に、1シンボル遅延が与えられた第1サブ被検査光信号(図1中、矢印S121bで示す)と第1の位相変調量φ1が与えられた第2サブ被検査光信号(図1中、矢印S122bで示す)とを干渉させて第1干渉光信号S131を生成する(図2(B)〜(D))。第1干渉部103で生成された第1干渉光信号S131は、サンプリング光信号生成部200に送られる。
第2干渉部105は、まず、第2被検査光信号S112を、第3サブ被検査光信号S123aと第4サブ被検査光信号S124aとに2分割する。
次に、第3サブ被検査光信号S123a及び第4サブ被検査光信号S124aのいずれか一方に1シンボル遅延を与え、第3サブ被検査光信号S123a及び第4サブ被検査光信号S124aのいずれか一方に第2の位相変調量φ2の位相変調を与える。図1に示す構成例では、第3サブ被検査光信号S123aが伝播する伝送路は、第3サブ被検査光信号S123aが第4サブ被検査光信号S124aに対して1シンボルに相当する時間だけ遅延する光路長で形成されている。また、第4サブ被検査光信号S124aが伝播する伝送路には、第4サブ被検査光信号S124aに第2の位相変調量φ2を与える第2位相シフタ109が設けられている。ここでは、φ2=π/2とした場合について説明する。従って、第4サブ被検査光信号S124bの各パルスの変調位相は、第4サブ被検査光信号S124aからπ/2ずれた位相となる。
次に、1シンボル遅延が与えられた第3サブ被検査光信号(図1中、矢印S123bで示す)と第2の位相変調量φ2が与えられた第4サブ被検査光信号(図1中、矢印S124bで示す)とを干渉させて第2干渉光信号S132を生成する(図2(E)〜(G))。第2干渉部105で生成された第2干渉光信号S132は、サンプリング光信号生成部200に送られる。
ここで、上述した第1の位相変調量φ1及び第2の位相変調量φ2は、差がπ/2となる組み合わせであれば良く、φ1=0及びφ2=π/2の組み合わせに限定されない。従って、第1の位相変調量φ1及び第2の位相変調量φ2を、例えばφ1=π/4及びφ2=−π/4と設定することもできる。
このように第1の位相変調量φ1及び第2の位相変調量φ2を設定することによって、第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132の強度は、被検査光信号S101の隣接シンボル間の位相差の変化に対して、一方が余弦関数的に、及び他方が正弦関数的に変化する。
また、干渉光信号生成部100に、さらに可変遅延線及び偏波面コントローラを設けることができる。図1に示す構成例では、第1干渉部103とサンプリング光信号生成部200の間に可変遅延線111及び偏波面コントローラ115を、また、第2干渉部105とサンプリング光信号生成部200の間に可変遅延線113及び偏波面コントローラ117を、それぞれ順次に設けている。従って、第1干渉光信号S131が、サンプリング光信号生成部200に入力される前に、可変遅延線111及び偏波面コントローラ115に順次入力される。また、第2干渉光信号S132が、サンプリング光信号生成部200に入力される前に、可変遅延線113及び偏波面コントローラ117に順次入力される。この構成例では、可変遅延線111及び113によって、第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132の、被検査信号S101の同じパルスから得られたパルスが、時間軸上で一致するように調整される。その結果、サンプリング光信号生成部200において、第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132の各対応する時間位置のパルスが、同じタイミングでサンプリングされる。
また、偏波面コントローラ115及び117によって、第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132は、後述するサンプリング用パルスと同一の偏波状態に調整される。
なお、可変遅延線111及び113並びに偏波面コントローラ115及び117を設置する位置は、図1に示す構成例に限定されない。
例えば、可変遅延線111及び偏波面コントローラ115を、光分波器101と第1干渉部103との間に、可変遅延線113及び偏波面コントローラ117を、光分波器101と第2干渉部105との間に設けることもできる。また、可変遅延線111及び113のいずれか一方のみを設ける構成としても良い。さらに、例えば、第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132を、空間結合によってサンプリング光信号生成部200へ入力する構成等、設計時において時間調整を容易に行うことができる場合には、可変遅延線111及び113を省略することもできる。また、例えば、第1干渉部103及び第2干渉部105の入出力に、偏波保持が可能な光ファイバを利用する場合には、偏波面コントローラ115及び117を省略することもできる。
干渉光信号生成部100から出力された第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132は、サンプリング光信号生成部200に入力される。
サンプリング光信号生成部200は、第1干渉光信号S131を第1サンプリング用パルスでサンプリングして得られる第1パルス、及び第2干渉光信号S132を第2サンプリング用パルスでサンプリングして得られる第2パルスを含むサンプリング光信号S161を生成する。
サンプリング光信号生成部200は、第1合波器201と第2合波器203と非線形光学素子205とインターリーブ手段207とを含んでいる。第1合波器201及び第2合波器203は、例えばWDMカプラとすることができる。
サンプリング光信号生成部200に入力された第1干渉光信号S131は、第1合波器201に入力される。また、第2干渉光信号S132は、第2合波器203に入力される。
また、第1合波器201及び第2合波器203には、各々サンプリング用パルスが入力される。図1に示す構成例では、サンプリング用パルス光源500によって、サンプリング用パルスS201が生成される(図3(A))。サンプリング用パルスS201は、一定の強度のパルスで、かつ、被検査光信号S101の繰り返し周波数の定数分の1と若干異なる繰り返し周波数で構成されている。サンプリング用パルス光源500で生成されたサンプリング用パルスS201は、光分波器501に送られる。光分波器501は、サンプリング用パルスS201を第1サンプリング用パルスS211と第2サンプリング用パルスS212とに2分割する。第1サンプリング用パルスS211は、サンプリング光信号生成部200の第1合波器201に送られる。また、第2サンプリング用パルスS212は、サンプリング光信号生成部200の第2合波器203に送られる。
第1合波器201は、第1干渉光信号S131と第1サンプリング用パルスS211とを合波して前駆第1サンプリング光信号S141を生成する(図3(B))。前駆第1サンプリング光信号S141は、非線形光学素子205に送られる。また、第2合波器203は、第2干渉光信号S132と第2サンプリング用パルスS212とを合波して前駆第2サンプリング光信号S142を生成する(図3(C))。前駆第2サンプリング光信号S142は、非線形光学素子205に送られる。
非線形光学素子205には、前駆第1サンプリング光信号S141及び前駆第2サンプリング光信号S142が、互いに対向する側からそれぞれ入力される。非線形光学素子205は、例えば高非線形光ファイバ、PPLN、又はKTP等とすることができる。高非線形ファイバでは四光波混合、PPLNではSHG/DFG(second harmonic generation/difference frequency generation)カスケード波長変換を動作原理として、第1サンプリング光信号S151、及び第2サンプリング光信号S152aが生成される。第1サンプリング光信号S151の強度は、前駆第1サンプリング光信号S141に含まれる第1干渉光信号S131の強度に比例し、前駆第2サンプリング光信号S142に含まれる第2干渉光信号S132の強度に比例する。
図1では、サーキュレータを利用することによって、前駆第1サンプリング光信号S141及び前駆第2サンプリング光信号S142を、互いに対向する側から非線形光学素子205に入力する構成例を示している。
すなわち、この構成例では、前駆第1サンプリング光信号S141は、第1サーキュレータ209を経て、非線形光学素子205に入力される。そして、非線形光学素子205において、前駆第1サンプリング光信号S141から生成された第1サンプリング光信号S151は、非線形光学素子205から出力され、第2サーキュレータ211を経て、インターリーブ手段207に送られる。
また、前駆第2サンプリング光信号S142は、第2サーキュレータ211を経て、非線形光学素子205に入力される。そして、非線形光学素子205において、前駆第2サンプリング光信号S142から生成された第2サンプリング光信号S152aは、非線形光学素子205から出力され、第1サーキュレータ209を経て、インターリーブ手段207に送られる。
なお、図1に示す構成例では、第1サーキュレータ209及び第2サーキュレータ211のそれぞれとインターリーブ手段207との各間には、可変減衰器213及び215が設けられている。可変減衰器213及び215は、第1サンプリング光信号S151、及び第2サンプリング光信号S152aの発生効率が等しくなるように調整されている。
非線形光学素子205は、前駆第1サンプリング光信号S141に含まれる第1干渉光信号S131及び前駆第2サンプリング光信号S142に含まれる第2干渉光信号S132をサンプリングする。その結果、第1干渉光信号S131が第1サンプリング用パルスS211でサンプリングされた第1サンプリング光信号S151、及び第2干渉光信号S132が第2サンプリング用パルスS212でサンプリングされた第2サンプリング光信号S152aが生成される(図3(D)及び(E))。
第1サンプリング光信号S151及び第2サンプリング光信号S152aは、C0:真空中での光速、λOPS:第1及び第2サンプリング用パルスS211及びS212の波長、λSIG:第1及び第2干渉光信号S131及びS132の波長として、2C0/λOPS−C0/λSIGで与えられる波長で生成される。
また、第1サンプリング光信号S151及び第2サンプリング光信号S152aは、第1及び第2サンプリング用パルスS211及びS212のパルス幅に依存する時間幅でゲーティングされる。
ここで、既に説明したように、サンプリング用パルスS201(第1サンプリング用パルスS211及び第2サンプリング用パルスS212)は、一定の強度のパルスで、かつ、被検査光信号S101の繰り返し周波数の定数分の1と若干異なる繰り返し周波数で構成されている。そのため、第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132を構成する光パルス列の各シンボル(図3中に破線で区切って示す)に対して、周期毎に各シンボルの時間(タイムスロット)内でサンプリング光信号を生成する(サンプリングされる)時間位置が変化する。従って、第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132の各シンボル内の時間位置を網羅して対応した強度を有する第1サンプリング光信号S151及び第2サンプリング光信号S152aを生成することができる。
インターリーブ手段207は、例えば可変遅延線217と合波器219とを含んで構成されている。
インターリーブ手段207において、第1サンプリング光信号S151及び第2サンプリング光信号S152aのいずれか一方は、可変遅延線217を経て合波器219に送られる。また、他方は、可変遅延器217を経ずに合波器219に送られる。図1に示す構成例では、第2サンプリング光信号S152aが可変遅延線217を経て合波器219に送られる。以下、この場合の例について説明する。
可変遅延線217は、第2サンプリング光信号S152aに所定の遅延時間を与える。その結果、遅延が与えられた第2サンプリング光信号S152bに含まれる各第2パルスのピークの時間位置は、第1サンプリング光信号S151に含まれる各第1パルスのピークの時間位置からずれる(図4(A)及び(B))。この時間差はサンプリング用パルスS201の周期の1/2に相当する時間であるのが好ましく、可変遅延線217により第2サンプリング光信号S152aに与える遅延時間が調整される。
合波器219は、第1サンプリング光信号S151と第2サンプリング光信号S152bとを合波してサンプリング光信号S161を生成する(図4(C))。合波器219は、例えば3dbカプラとすることができる。サンプリング光信号S161は、第1サンプリング光信号S151の第1パルスと第2サンプリング光信号S152bの第2パルスとが時間軸上で交互に繰り返すパルス列で構成されている。そして、サンプリング光信号S161に含まれる各パルスのうち、隣り合う第1パルス及び第2パルス(例えば、図4(C)に示す第1パルスX及び第2パルスY)は、対応する時間位置の第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132がサンプリングされて生成されたパルスである。
ここで、非線形光学素子205として、偏波保持特性を有する素子を利用する場合には、第1サンプリング光信号S151及び第2サンプリング光信号S152aのいずれか一方の偏波を90°回転させる構成とすることもできる(図示せず)。その場合には、合波器219として例えば偏波ビームスプリッタを利用するのが良い。また、その場合には、対応する時間位置の第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132がサンプリングされて生成された第1パルス及び第2パルスが、互いに異なる偏波を有する。
サンプリング光信号S161は、信号処理部300に送られる。この信号処理部300は、デジタル信号の処理を行う。そのため、サンプリング光信号S161は、第1バンドパスフィルタ601、光増幅器603、第2バンドパスフィルタ605、光電変換器607、及びアナログ/デジタル変換器609によりサンプリングデジタル信号S171に変換された後、信号処理部300に入力される。
サンプリング光信号生成部200から出力されたサンプリング光信号S161は、まず、サンプリング光信号S161の波長2C0/λOPS−C0/λSIGに通過帯の中心波長を一致させた第1バンドパスフィルタ601を経て、サンプリング光信号S161の占有帯域外に存在する波長λOPS、λSIGが除去される。次に、光増幅器603によって増幅される。次に、サンプリング光信号S161の波長2C0/λOPS−C0/λSIGに通過帯の中心波長を一致させた第2バンドパスフィルタ605によって、サンプリング光信号S161の占有帯域外にある自然放出光雑音が除去される。次に、光電変換器607によって電気信号に変換される。次に、アナログ/デジタル変換器609によってデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号として出力されたサンプリングデジタル信号S171は、信号処理部300に入力される。
信号処理部300は、サンプリングデジタル信号S171から、上述した第1パルス及び第2パルスの強度を測定する。これら測定された各強度から位相雑音及び振幅雑音を検出し、信号品質の検査結果を得る(位相雑音及び振幅雑音の具体的な検出方法は後述する)。正常な信号(位相雑音及び振幅雑音が少ない信号)場合の検査結果と比較することによって、被検査光信号の状態を明確にとらえることができる。
信号処理部300において検出された位相雑音及び振幅雑音の情報は、表示部400に適した信号に変換されて表示部400に送られる。
表示部400は例えば液晶ディスプレイなど好適な表示手段とすることができる。そして、信号処理部300において検出された位相雑音及び振幅雑音の情報は、この表示部400において視認可能な状態で表示される。従って、位相雑音及び振幅雑音を検出することができる。
以上に説明したように、光信号検査装置10では、前駆第1サンプリング光信号S141及び前駆第2サンプリング光信号S142を、互いに対向する側からそれぞれ非線形光学素子205に入力する。そのため、1つの非線形光学素子205によって、第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132の両方のサンプリングを行うことができる。さらに、インターリーブ手段207によって、第1サンプリング光信号S151に含まれる第1パルスと第2サンプリング光信号S152bに含まれる第2パルスとが時間軸上で交互に繰り返すサンプリング光信号S161を生成する。そのため、1つのサンプリング光信号S161から、第1パルス及び第2パルスの両方の強度を測定することができる。
従って、位相雑音及び振幅雑音を検出するために、非線形光学素子205、光電変換器607、及びアナログ/デジタル変換器609といった素子を、各々1つずつ用意すれば良い。従って、製造コストの増加や、装置の複雑化を抑制することができる。
(光信号検査装置の変形例)
図5を参照して、この発明の光信号検査装置の変形例について説明する。なお、以下に説明する変形例において、上述した光信号検査装置10と共通する構成要素及び信号については、同一の符号を付し重複する説明を省略する。
図5を参照して、この発明の光信号検査装置の変形例について説明する。なお、以下に説明する変形例において、上述した光信号検査装置10と共通する構成要素及び信号については、同一の符号を付し重複する説明を省略する。
光信号検査装置20では、第1合波器201と第1サーキュレータ209との間にDGD(Differential Group Delay)素子701が、及び第2合波器203と第2サーキュレータ211との間にDGD素子703がそれぞれ設けられている。そして、前駆第1サンプリング光信号S141に含まれる第1サンプリング用パルスS211、及び前駆第2サンプリング光信号S142に含まれる第2サンプリング用パルスS212のいずれか一方の偏波状態は、DGD素子701又は703の進相軸に対して45°となるように設定される。また、他方の偏波状態は、DGD素子701又は703の遅相軸に対して45°の偏波状態となるように設定される。
また、光信号検査装置20では、非線形光学素子205として、偏波保持特性を有していない素子を用いる。
このように、光信号検査装置20は、DGD素子を利用することで、被検査光信号S101の偏波に依存することなく使用することが可能となる。
従って、光信号検査装置20では、上述した偏波面コントローラ115及び117を省略することができる。
なお、非線形光学素子によるサンプリングにおいて、DGD素子を利用した偏波無依存化の方法としては、例えば文献「JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.23,NO.6,2005,pp.2012−2022」により開示された技術を採用することができる。
(位相雑音及び振幅雑音検出の基本原理)
以下、位相雑音及び振幅雑音を検出する基本原理について説明する。
以下、位相雑音及び振幅雑音を検出する基本原理について説明する。
時刻tにおける被検査光信号S101の複素振幅ELUT(t)は、下式(1)で定義される。なお、E(t)は、時刻tにおいて観測される振幅であり、φ(t)は、時刻tにおいて観測される位相である。
ここで、時刻tにおける振幅をES、時刻tにおける振幅雑音をΔE(t)、時刻tにおける位相をφdata(t)、及び時刻tにおける位相雑音をΔφ(t)とすると、複素振幅ELUT(t)は、下式(2)で表される。
また、時刻tにおける第1干渉光信号S131の振幅をx(t)、時刻tにおける第2干渉光信号S132の振幅をy(t)、及び第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132の周期をTとすると、時刻tにおける第1干渉光信号S131の強度|x(t)|2及び時刻tにおける第1干渉光信号S132の強度|y(t)|2は、下式(3)及び(4)で表される。
そして、上式(2)及び(3)並びに上式(2)及び(4)から、下式(5)及び(6)を導くことができる。
ここで、ES/[{ΔE(t)+ΔE(t+T)}/2]<<1、又はΔE(t)≒ΔE(t+T)であると仮定した場合、上式(5)及び(6)は、下式(7)及び(8)に近似できる。
なお上式(7)及び(8)において、P及びΔθは、下式(9)及び(10)とする。
|x(t)|2及び|y(t)|2を測定し、それらの測定値を用いることによって、上式(7)及び(8)からP及びΔθを算出することができる。
|x(t)|2<〈|x(t)|2〉かつ|y(t)|2<〈|y(t)|2〉である場合、P及びΔθは、下式(11)及び(12)となる。なお、以下、〈A〉は、Aの平均値を示すものとする。
また、|x(t)|2≧〈|x(t)|2〉又は|y(t)|2又は〈|y(t)|2〉である場合、P及びΔθは、下式(13)及び(14)となる。
上式(11)〜(14)から算出されたP及びΔθを用いて、上式(5)及び(6)の各々の第3項、すなわち下式(15)及び(16)で表される|xbal(t)|2及び|ybal(t)|2を算出することができる。下式(15)で表される|xbal(t)|2は、上式(5)の第3項を取り出した式である。下式(16)で表される|ybal(t)|2は、上式(6)の第3項を取り出した式である。
(位相雑音及び振幅雑音の検出方法)
ここで、既に説明したように、サンプリング光信号S161に含まれる各パルスのうち、隣り合う第1パルス及び第2パルス(例えば、図4(C)に示す第1パルスX及び第2パルスY)は、対応する時間位置の第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132がサンプリングされて生成されたパルスである。従って、隣り合う第1パルス及び第2パルスの各組み合わせが、対応する時刻における|xbal(t)|2及び|ybal(t)|2の組み合わせとなる。
ここで、既に説明したように、サンプリング光信号S161に含まれる各パルスのうち、隣り合う第1パルス及び第2パルス(例えば、図4(C)に示す第1パルスX及び第2パルスY)は、対応する時間位置の第1干渉光信号S131及び第2干渉光信号S132がサンプリングされて生成されたパルスである。従って、隣り合う第1パルス及び第2パルスの各組み合わせが、対応する時刻における|xbal(t)|2及び|ybal(t)|2の組み合わせとなる。
そして、信号処理部300は、第1パルス及び第2パルスの強度の測定値から算出された|xbal(t)|2及び|ybal(t)|2の、時間軸上で対応する各組み合わせを行列として任意好適な記憶手段に蓄積する。この蓄積した各組み合わせの|xbal(t)|2及び|ybal(t)|2を測定点として|xbal(t)|2−|ybal(t)|2を2次元座標にプロットする。そして、プロットした測定点を表示部400に表示し、位相雑音及び振幅雑音がない場合の測定点の位置と比較することによって位相雑音及び振幅雑音を検出する。
ここで、図6を参照して、第1パルス及び第2パルスの強度に基づいて、位相雑音及び振幅雑音を検出する際の具体的な態様を説明する。
図6(A)の各図は、被検査光信号S101の複素振幅分布図を示している。図6(A)の各図では、横軸に実部における複素振幅ELUT(t)を、また、縦軸に虚部における複素振幅ELUT(t)をとって示している。そして、各図は、位相雑音を付加した場合、振幅雑音を付加した場合、並びに位相雑音及び振幅雑音を付加した場合の被検査光信号S101の複素振幅分布図を示している。
位相雑音及び振幅雑音がない場合、図6(A)に示す複素振幅分布図では、被検査光信号S101を構成するパルスに与えられた各変調位相に対応する測定点は、座標の(0、0)を中心とした半径1の仮想円上において、(1、0)、(0、1)、(−1、0)、及び(0、−1)にプロットされる。
そして、被検査光信号S101に位相雑音が付加された場合には、各変調位相に対応する測定点が、位相雑音がない場合の測定点から、仮想円の円周に沿った方向に変化する。また、振幅雑音が付加された場合には、各変調位相に対応する測定点が、振幅雑音がない場合の測定点から、仮想円の円周から外れる方向に変化する。また、位相雑音及び振幅雑音が付加された場合には、各変調位相に対応する測定点が、位相雑音及び振幅雑音がない場合の測定点から、仮想円の円周に沿った方向、及び円周から外れる方向に変化する。このような測定点の変化を確認することで、被検査光信号S101の位相雑音及び振幅雑音を検出することができる。
また、図6(B)の各図は、光信号検査装置10によって取得された強度|x(t)|2及び強度|y(t)|2をプロットして得られた|x(t)|2−|y(t)|2分布図である。図6(B)の各図では、横軸に強度|x(t)|2を、また、縦軸に強度|y(t)|2をとって示している。そして、各図は、位相雑音を付加した場合、振幅雑音を付加した場合、並びに位相雑音及び振幅雑音を付加した場合の被検査光信号S101の|x(t)|2−|y(t)|2分布図を示している。
位相雑音及び振幅雑音がない場合、図6(B)に示す|x(t)|2−|y(t)|2分布図では、被検査光信号S101を構成するパルスに与えられた各変調位相に対応する測定点は、座標の(0.5、0.5)を中心とした半径1の仮想円上において、(1、0.5)、(0.5、1)、(0、0.5)、及び(0.5、0)にプロットされる。
被検査光信号S101に位相雑音が付加された場合には、|x(t)|2−|y(t)|2分布図は、複素振幅分布図と同様の分布となる。そして、各変調位相に対応する測定点が、仮想円の円周に沿った方向に変化して分布していることが確認できる。従って、位相雑音を検出できる。
また、被検査光信号S101に振幅雑音が付加された場合には、振幅雑音の影響が複素振幅分布図と異なっており、仮想円の円周から外れる方向に変化して分布している測定点と、仮想円の円周に沿った方向に変化して分布している測定点とが混在している。
また、被検査光信号S101に位相雑音及び振幅雑音が付加された場合には、|x(t)|2−|y(t)|2分布図では、位相雑音及び振幅雑音の影響が複素振幅分布図と異なっており、位相雑音の影響が大きく反映された分布(図6(B)に符号801を付して示す)と、振幅雑音の影響が大きく反映された分布(図6(B)に符号803を付して示す)とに分かれている。
図6(C)の各図は、光信号検査装置10によって取得された強度|x(t)|2及び強度|y(t)|2から算出した|xbal(t)|2及び|ybal(t)|2をプロットして得られた|xbal(t)|2−|ybal(t)|2分布図である。図6(C)の各図では、横軸に|xbal(t)|2を、また、縦軸に強度|ybal(t)|2をとって示している。そして、各図は、位相雑音を付加した場合、振幅雑音を付加した場合、並びに位相雑音及び振幅雑音を付加した場合の被検査光信号S101の|xbal(t)|2−|ybal(t)|2分布図を示している。
位相雑音及び振幅雑音がない場合、図6(C)に示す|xbal(t)|2−|ybal(t)|2分布図では、複素振幅分布図と同様に被検査光信号S101を構成するパルスに与えられた各変調位相に対応する測定点は、座標の(0、0)を中心とした半径1の仮想円上において、(1、0)、(0、1)、(−1、0)、及び(0、−1)にプロットされる。
被検査光信号S101に位相雑音が付加された場合には、|xbal(t)|2−|ybal(t)|2分布図は、複素振幅分布図と同様の分布となる。そして、各変調位相に対応する測定点が、仮想円の円周に沿った方向に変化して分布していることが確認できる。従って、位相雑音を検出できる。
また、被検査光信号S101に振幅雑音が付加された場合にも、|xbal(t)|2−|ybal(t)|2分布図は、複素振幅分布図と同様の分布となる。そして、各変調位相に対応する測定点が、仮想円の円周から外れる方向に変化して分布していることが確認できる。
また、被検査光信号S101に位相雑音及び振幅雑音が付加された場合にも、|xbal(t)|2−|ybal(t)|2分布図は、複素振幅分布図と同様の分布となる。そして、各変調位相に対応する測定点が、仮想円の円周に沿った方向、及び円周から外れる方向に変化して分布していることが確認できる。
従って、図6(A)〜(C)から、|xbal(t)|2−|ybal(t)|2分布図は、複素振幅分布図では、複素振幅分布図と同様の分布を取得することができ、位相雑音及び振幅雑音を検出できる。
また、光信号検査装置10を用いて、位相雑音及び振幅雑音の定量的な検出が可能である。
上式(9)を近似して、下式(17)を得る。
ΔE(t)の標準偏差をσΔE(t)、及びPの平均値を〈P〉とすると、上式(17)より〈P〉≒Es 2、及びσP≒21/2EsσΔE(t)となる。従って、下式(18)を得ることができる。
測定された|x(t)|2及び|y(t)|2を用いて、上式(18)からσP/〈P〉を算出することによって、振幅雑音を適量的に検出することができる。
一方、上式(10)に含まれる位相雑音の項(Δφ(t)、Δφ(t+T))を算出することによって、位相雑音を定量的に検出することができる。例えば、被検査光信号S101がQPSK信号である場合には、Δθを4倍して下式(19)を導くことができる。なお、n及びmは整数である。
Z=exp(4jΔθ)として、上式(19)から下式(20)を得る。
測定された|x(t)|2及び|y(t)|2を用いて、上式(20)からΔφ(t)−Δφ(t+T)を算出することができる。そして、上式(10)で定義されるΔθの標準偏差σΔθを算出することによって、位相雑音を定量的に検出することができる。
ここで、図7は、測定された|x(t)|2及び|y(t)|2から算出したσP/〈P〉及びσΔθを利用して、位相雑音及び振幅雑音に関する定量的な評価を行った図である。図7では、横軸にOSNR(Optical Signal to Noise Ratio:光信号雑音比)をとって示してある。また、一方の縦軸にσP/〈P〉を、及び他方の縦軸にσΔθ/πをとって示してある。そして、図中に901の符号を付して示す曲線は、OSNRに対するσP/〈P〉の変化を示している。また、図中に903の符号を付して示す曲線は、OSNRに対するσΔθ/πの変化を示している。ここでは、10Gbaudの非ゼロ復帰のQPSK信号であり、半値幅1nmの光帯域通過フィルタで帯域制限された被検査光信号S101を評価した場合を示している。
図7からわかるように、OSNRが減少するに伴って、σP/〈P〉の値が増加する。また、OSNRが減少するに伴って、σΔθの値が減少する。このように、σP/〈P〉及びσΔθを算出し、位相雑音及び振幅雑音を定量的に決定することによって、光信号の品質の指標の1つであるOSNRを評価することができる。
10、20:光信号検査装置
100:干渉光信号生成部
101、501:光分波器
103:第1干渉部
105:第2干渉部
107:第1位相シフタ
109:第2位相シフタ
111、113、217:可変遅延線
115、117:偏波面コントローラ
200:サンプリング光信号生成部
201:第1合波器
203:第2合波器
205:非線形光学素子
207:インターリーブ手段
209:第1サーキュレータ
211:第2サーキュレータ
213、215:可変減衰器
219:合波器
300:信号処理部
400:表示部
500:サンプリング用パルス光源
601:第1バンドパスフィルタ
603:光増幅器
605:第2バンドパスフィルタ
607:光電変換器
609:アナログ/デジタル変換器
701、703:DGD素子
100:干渉光信号生成部
101、501:光分波器
103:第1干渉部
105:第2干渉部
107:第1位相シフタ
109:第2位相シフタ
111、113、217:可変遅延線
115、117:偏波面コントローラ
200:サンプリング光信号生成部
201:第1合波器
203:第2合波器
205:非線形光学素子
207:インターリーブ手段
209:第1サーキュレータ
211:第2サーキュレータ
213、215:可変減衰器
219:合波器
300:信号処理部
400:表示部
500:サンプリング用パルス光源
601:第1バンドパスフィルタ
603:光増幅器
605:第2バンドパスフィルタ
607:光電変換器
609:アナログ/デジタル変換器
701、703:DGD素子
Claims (6)
- 被検査光信号を、第1被検査光信号と第2被検査光信号とに2分割する光分波器と、
前記第1被検査光信号を、第1サブ被検査光信号と第2サブ被検査光信号とに2分割し、前記第1サブ被検査光信号及び前記第2サブ被検査光信号のいずれか一方に1シンボル遅延を与え、前記第1サブ被検査光信号及び前記第2サブ被検査光信号のいずれか一方に第1の位相変調量の位相変調を与え、及び前記第1サブ被検査光信号と前記第2サブ被検査光信号とを干渉させて第1干渉光信号を生成する第1干渉部と、
前記第2被検査光信号を、第3サブ被検査光信号と第4サブ被検査光信号とに2分割し、前記第3サブ被検査光信号及び前記第4サブ被検査光信号のいずれか一方に1シンボル遅延を与え、前記第3サブ被検査光信号及び前記第4サブ被検査光信号のいずれか一方に第2の位相変調量の位相変調を与え、及び前記第3サブ被検査光信号と前記第4サブ被検査光信号とを干渉させて第2干渉光信号を生成する第2干渉部と
を含む干渉光信号生成部と、
前記第1干渉光信号と第1サンプリング用パルスとを合波して前駆第1サンプリング光信号を生成する第1合波器と、
前記第2干渉光信号と第2サンプリング用パルスとを合波して前駆第2サンプリング光信号を生成する第2合波器と、
前記第1干渉光信号を前記第1サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第1サンプリング光信号を生成するとともに、前記第2干渉光信号を前記第2サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第2サンプリング光信号を生成する非線形光学素子と、
前記第1サンプリング光信号に含まれる第1パルスと前記第2サンプリング光信号に含まれる第2パルスとが時間軸上で交互に繰り返すサンプリング光信号を生成するインターリーブ手段と
を含むサンプリング光信号生成部と、
前記サンプリング光信号に含まれる前記第1パルス及び前記第2パルスの強度を測定することによって、前記被検査光信号における位相雑音及び振幅雑音を検出する
信号処理部と
を備え、
前記非線形光学素子には、前記前駆第1サンプリング光信号及び前記前駆第2サンプリング光信号が、互いに対向する側からそれぞれ入力される
ことを特徴とする光信号検査装置。 - 前記第1合波器と前記非線形光学素子との間、及び前記第2合波器と前記非線形光学素子との間にそれぞれDGD素子が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の光信号検査装置。 - 前記第1及び第2の位相変調量を0及びπ/2、又はπ/4及び−π/4のいずれかの組み合わせとする
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光信号検査装置。 - 被検査光信号を、第1被検査光信号と第2被検査光信号とに2分割する過程と、
前記第1被検査光信号を、第1サブ被検査光信号と第2サブ被検査光信号とに2分割し、前記第1サブ被検査光信号及び前記第2サブ被検査光信号のいずれか一方に1シンボル遅延を与え、前記第1サブ被検査光信号及び前記第2サブ被検査光信号のいずれか一方に第1の位相変調量の位相変調を与え、及び前記第1サブ被検査光信号と前記第2サブ被検査光信号とを干渉させて第1干渉光信号を生成する過程と、
前記第2被検査光信号を、第3サブ被検査光信号と第4サブ被検査光信号とに2分割し、前記第3サブ被検査光信号及び前記第4サブ被検査光信号のいずれか一方に1シンボル遅延を与え、前記第3サブ被検査光信号及び前記第4サブ被検査光信号のいずれか一方に第2の位相変調量の位相変調を与え、及び前記第3サブ被検査光信号と前記第4サブ被検査光信号とを干渉させて第2干渉光信号を生成する過程と、
前記第1干渉光信号と第1サンプリング用パルスとを合波して前駆第1サンプリング光信号を生成する過程と、
前記第2干渉光信号と第2サンプリング用パルスとを合波して前駆第2サンプリング光信号を生成する過程と、
前記前駆第1サンプリング光信号及び前記前駆第2サンプリング光信号を、互いに対向する側からそれぞれ非線形光学素子に入力することにより、前記第1干渉光信号を前記第1サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第1サンプリング光信号を生成するとともに、前記第2干渉光信号を前記第2サンプリング用パルスでサンプリングすることによって、第2サンプリング光信号を生成する過程と、
前記第1サンプリング光信号に含まれる第1パルスと前記第2サンプリング光信号に含まれる第2パルスとが時間軸上で交互に繰り返すサンプリング光信号を生成する過程と、
前記サンプリング光信号に含まれる前記第1パルス及び前記第2パルスの強度を測定することによって、前記被検査光信号における位相雑音及び振幅雑音を検出する過程と
を含む
ことを特徴とする光信号検査方法。 - 対応する時間位置の前記第1パルス及び前記第2パルスの強度の組み合わせを測定点として2次元座標にプロットし、位相雑音及び振幅雑音がない場合の前記測定点の位置と比較することによって、前記被検査光信号における位相雑音及び振幅雑音を検出する
ことを特徴とする請求項4に記載の光信号検査方法。 - 前記第1パルス及び前記第2パルスの強度に基づいて、
前記被検査光信号の時刻tにおける振幅をES、前記被検査光信号の時刻tにおける振幅雑音をΔE(t)、前記被検査光信号の時刻tにおける位相をφdata(t)、前記被検査光信号の時刻tにおける位相雑音をΔφ(t)、及び前記第1干渉光信号及び前記第2干渉光信号の周期をTとした下式(1)〜(4)で表される強度|xbal(t)|2及び|ybal(t)|2を算出し、対応する時間位置の該強度|xbal(t)|2及び|ybal(t)|2の組み合わせを前記測定点とする
ことを特徴とする請求項5に記載の光信号検査方法。
|xbal(t)|2=PcosΔθ ・・・(1)
|ybal(t)|2=PsinΔθ ・・・(2)
P={ES+ΔE(t)}{ES+ΔE(t+T)} ・・・(3)
Δθ=φdata(t)+Δφ(t)−φdata(t+T)−Δφ(t+T) ・・・(4)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023029880A1 (zh) * | 2021-09-03 | 2023-03-09 | 华为技术有限公司 | 一种数据交织方法及数据交织装置 |
KR20230057205A (ko) * | 2021-10-21 | 2023-04-28 | 큐알티 주식회사 | 전력 반도체 소자의 검사 방법, 및 이를 위한 검사 시스템 |
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2012
- 2012-02-29 JP JP2012044273A patent/JP2013183214A/ja active Pending
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KR102586199B1 (ko) | 2021-10-21 | 2023-10-06 | 큐알티 주식회사 | 전력 반도체 소자의 검사 방법, 및 이를 위한 검사 시스템 |
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