JP2015530053A - 線形光サンプリングによる光信号の可視化 - Google Patents

Abstract

線形光サンプリングにより光信号ＯＳを可視化するためのシステムは、パルス信号ＳＰの処理に関連した少なくとも１つの第１のサブシステムと、光信号ＯＳの処理に関連した少なくとも１つの第２のサブシステムとを備えている。それらの信号は、垂直と、水平と呼ばれる２つの直交した偏光成分へと分解される。パルス信号ＳＰは、垂直成分Ｖｓｐと、水平成分Ｈｓｐとに分解され、また光信号ＯＳの磁気横伝搬モードＴＭと、電気横伝搬モードＴＥとは、それぞれ垂直成分ＶｔｍおよびＶｔｅと、水平成分ＨｔｍおよびＨｔｅとを与える。垂直成分と、水平成分とは、タイム−シフトされる。パルス信号ＳＤと、光信号ＯＳとについてのそれらの垂直成分および水平成分は、平行である。垂直成分と、水平成分とについての逐次的な、同期させられた検出は、信号ＯＳをサンプリングすることを可能にしており、この光信号ＯＳは、電子的処理によって可視化される。

Description

本発明は、光ネットワークの上の電気通信の分野に関し、より詳細には、線形光サンプリングによって、一般的には最大数百ギガバイト／秒の非常に高速の光信号を直接に可視化し制御することに関する。

線形光サンプリングによるデジタル化の方法は、ヘテロダイン検出の特定の応用から導き出される。ヘテロダイン検出は、一般に、局部発振器から導き出される光信号を使用し、この光信号は、分析されるべき光信号に対して光カプラを通して混合される。混合された光信号は、次いで、光検出器の上で検出され、この電気信号は、分析されるべき光信号と、局部発振器から導き出される信号との間のビート信号である。バランス型光検出器が使用される場合、一方の端ではカプラから生じているが他方の端では混合された信号のコピーから生じ、しかし直角位相（π／２）だけ位相シフトされた第１のアームに沿って、光信号と、発振器から導き出される信号との混合物から生じるヘテロダイン電気信号を、バランス型光検出器は配信する。これら２つの電気信号を比較することは、分析されるべき符号化された信号の振幅と位相とを推論することを可能にする。２つの光検出器のバランスを取り、それらをマッチングすることが不可欠であり、その結果、２つの電気信号の比較により、どのような系統的誤差もなしに、分析された光信号の振幅と位相とがもたらされるようになる。

しかしながら、簡単なヘテロダイン検出スキームでは、分析されるべき符号化された光信号から位相を簡単に抽出することは可能とならない。この抽出には、光信号の振幅、および／または局部発振器を正確に知る必要がある。実際には、基本的なヘテロダイン検出スキームを二重にすること、および信号の光路、または局部発振器の光路のいずれかの上に４分の１波長板（π／２だけ位相シフトされる）を導入することは、多くの場合に役に立つ。これは、コヒーレントと呼ばれる基本的な検出スキームを与えており、このスキームにおいては、２対のバランス型光検出器が、使用される。第１の２つの光信号を差し引くことは、Ｉで示される電気信号を与え、またバランス型光検出器の第２の対のそれは、Ｑで示される電気信号を与える。Ｉ＝｜Ｃ｜ｃｏｓ（φ）およびＱ＝｜Ｃ｜ｓｉｎ（φ）の場合の電気信号ＩおよびＱを使用して、複素数Ｃを再構築することができ、ここで、Ｃ＝｜Ｃ｜（ｃｏｓ φ＋ｊ ｓｉｎ φ）は、分析されるべき光信号を表す。

超短光パルスが局部発振器として使用されるとき、基本技法は、「ヘテロダイン線形光サンプリング」と呼ばれることがある。ヘテロダイン検出は、光検出器において光信号とパルス（局部発振器）とが存在する場合にだけ行われ得る。この理由のために、線形光サンプリングの基本スキームでは、以下のコンポーネント、すなわち、短い光パルスの光源（局部発振器）と、分析されるべき光信号と、光ファイバなどの光導波路を備える局部発振器からの信号とのミキシングを可能にする光システムと、第１のヘテロダイン検出システムと、第２のヘテロダイン検出システムとの間にπ／２の位相シフトを導入することを可能にする遅延線と、最後に２対のバランス型光検出器とが不可欠であるが、実世界の場合には十分ではない。

非線形の方法と比べて、線形の方法は、入力において低電力を有しており、また二重検出のおかげで位相関連の情報を保持する光信号の処理を可能にする。しかしながら、線形光サンプリングを使用したデジタル化の方法は、サンプリング（５０μｓの程度の）に必要とされる光信号に関してあまりにも長いコヒーレンス時間を必要としており、このことは、実世界の光信号とは相いれず、またその結果として、この方法は、情報の損失をもたらす可能性がある。

この欠点を最小限にする１つのやり方は、ダブル・サンプリングを使用することである。しかしながら、そのような場合には、使用される機器を倍にし、またそれゆえにコストを倍にすることが、必要となる。一般的には、サンプリング・パルスは、倍にされ、また分析されるべき光信号の１ビット−タイムだけシフトされる。同時に、サンプルは、情報ビットから取られ、また別のサンプルは、以下のビットから取られ、その結果、取られるサンプルは、それらの時間的コヒーレンスを保持する。これは、たとえ必要とされる信号のコヒーレンス時間が、比較的短い（≦１ μｓ）としても、それが、依然として分析された信号の周期よりもずっと長いためである。念のため述べると、１０ Ｇｂ／ｓの信号は、１００ ｐｓの周期を有する。それゆえに、信号のコヒーレンス時間の問題は、このようにして、コヒーレントな検出スキームを二重にするという犠牲を払って解決されることもある。このステージにおいては、線形サンプリングスキームは、４つの基本的なヘテロダイン検出スキームの組合せであり、またそれゆえに８つのバランス型光検出器の存在を必要とする。

知られていると考えられる局部発振器からの信号は、それらが、光検出器に到着する時刻に分析されるべき光信号の光偏光と揃えられた光偏光を有する必要があり、その結果、ヘテロダイン検出が、起こる可能性がある。分析されるべき光信号の知られていない偏光についての問題を解決することを可能にする問題解決手法のうちの１つは、任意に、または慣習により選択される２つのよく知られている直交偏光状態へとその光信号を投影すること、および光ファイバ・システムにおいて偏光保持光ファイバの使用を通してこれらの２つの知られている状態を保持することから成る。これらの２つの偏光状態は、ヘテロダイン検出からの信号が、再構築される前に、全く同じように処理され、また検出されて、それが、２つの直交状態へと投影される前に、初期の光信号を再構築する必要がある。このようにして、問題解決手法は、どのようなコヒーレントなパルス検出スキームの複製（ダブル・ヘテロダイン検出）も必要とする。したがって、現実の世界の光信号における弱い時間的コヒーレンスの問題を解決するために提案される問題解決手法と組み合わせて、完全なヘテロダイン検出システムが、基本的なヘテロダイン検出スキームを８重に複製することを必要とし、１６個のバランス型光検出器が使用されることになる。

先行技術の欠点は、知られているシステムよりも簡単であり安価である線形光サンプリングにより光信号を可視化するためのシステムを通して取り除かれる。

この目的のために、超高速線形光サンプリングを使用した可視化システムが、提案されており、この可視化システムは、レートが、使用されるサンプリング・パルスの持続時間だけによって制限されている、非常に高速な速度に達することができ、またシーケンスの長さに関する制限のない、送信レートで、振幅変調され、かつ／または位相変調された光信号を特徴づけることを可能にする。

本システムは、進化した符号化フォーマット、とりわけ位相符号化を使用したフォーマットを用いた線形光サンプリングにより、非常に高速の複合（すなわち、振幅変調され、かつ／または位相変調された）光信号を可視化するための方法によって実施され、この線形光サンプリングは、より低いコストで分析されるべき光信号に関連した情報を保存する。

提案された方法は、分析されるべき光信号が、知られていない光伝搬モードと、低い時間的なコヒーレンスとを有する実際の状況に基づいてヘテロダイン信号を取得することを可能にする。

本発明の主題は、垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとを含むパルス・サンプリング信号ＳＰの処理に関連した少なくとも１つの第１のサブシステムと、垂直偏光成分Ｖｔｍ、Ｖｔｅと、水平偏光成分Ｈｔｍ、Ｈｔｅとを含む、サンプリングされるべき光信号ＯＳの処理に関連した少なくとも１つの第２のサブシステムとを備える、超高速線形光サンプリングにより光信号ＯＳを可視化するためのシステムであり、その第１のサブシステムと、第２のサブシステムとは、光信号をサンプリングし、検出するためのデバイスと協調する。

パルス信号ＳＰと、光信号ＯＳとは各々、それぞれ、互いに直交している垂直偏光成分Ｖｓｐ、Ｖｔｍ、Ｖｔｅと、水平偏光成分Ｈｓｐ、Ｈｔｍ、Ｈｔｅとを含む信号の形態の光信号をサンプリングし、検出するためのデバイスに入る。垂直偏光成分Ｖｓｐ、Ｖｔｍ、Ｖｔｅと、水平偏光成分Ｈｓｐ、Ｈｔｍ、Ｈｔｅとは、それぞれ、パルス信号ＳＰおよび光信号ＯＳについて、互いにタイム−シフトされている。

第１の態様によれば、第１のサブシステムは、パルス光信号ＳＰを生成する光源ＳＰＳと、パルス信号ＳＰを２つのレプリカへと分割し、２つのレプリカの間に偏光交差と、タイム−シフトとを導入し、またそれら２つのレプリカを単一の発信パルス信号ＳＰへと結合する少なくとも１つのデュプリケータ（ｄｕｐｌｉｃａｔｏｒ）ＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳと、デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳから抜け出るパルス信号を２つのレプリカへと分割し、またパルス信号ＳＰの垂直偏光成分Ｖｓｐおよび水平偏光成分について独立して、２つのレプリカの間のタイム−シフトを正確に調整する少なくとも１つのスプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓとを備えている。

一実施形態によれば、デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳによって２つのレプリカの間に導入されるタイム−シフトは、パルス信号ＳＰの周期Ｔｐの２分の１と、光信号ＯＳのビット−タイムＴｄの合計（Ｔｐ／２＋Ｔｄ）に等しい。

別の実施形態によれば、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓは、シリンダに印加される電圧に基づいて長さが変化する偏光保持光ファイバが、その周囲に巻き付けられる圧電材料の少なくとも１つのシリンダを備えている。このようにして、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓは、パルス信号ＳＰの垂直偏光成分Ｖｓｐおよび水平偏光成分Ｈｓｐについて独立して、２つのレプリカの間のタイム−シフトの正確な調整を可能にする。

さらに別の実施形態によれば、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓの２つの出力からそれぞれ導き出されるパルス信号ＳＰの２つのレプリカは、１直角位相（π／２）だけ位相−シフトされる。

第２の態様によれば、第２のサブシステムは、可視化されるべき光信号ＯＳを受信し、また入って来る光信号ＯＳを互いに直交している２つの線形伝搬モードＥ１とＥ２とに分離するセパレータＰＢＳと、光信号ＯＳを２つのレプリカへと分割し、２つのレプリカの間の偏光交差とタイム−シフトとを導入し、またそれら２つのレプリカを単一の光信号ＯＳへと結合する少なくとも１つのデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳとを備えている。

一実施形態によれば、デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳによって２つのレプリカの間に導入される固定されたタイム−シフトＴＳは、パルス信号ＳＰの周期Ｔｐの２分の１に等しい。

第３の態様によれば、光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスは、バランス型光検出器と、固定時間遅延線ＦＤＬと、２入力のアナログ・デジタル変換器とを備えている。光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスはまた、バランス型光検出器によって放出される電気信号を比較するためのコンパレータを備えることもできる。

一実施形態によれば、リンクは、偏光保持光ファイバの形態である。

別の実施形態によれば、線形光サンプリング可視化システムは、偏光保持カプラをさらに備えている。

上記から分かるように、現在知られている完全な線形ヘテロダイン検出システムは、それゆえに、基本的な線形ヘテロダイン検出スキームを８重に複製することを必要とし、これには、１６個のバランス型光検出器の存在を必要とする。本発明は、基本的なヘテロダイン検出スキームを単に４重に複製することを可能にしており、すなわち、知られている完全なシステムに比べて２のファクタだけの低減を可能にしている。この検出システムの利点は、基本的な線形ヘテロダイン検出スキームを二重にしてはいないが、２つの短いパルスが、少なくとも１ビット−タイムだけ分離されたダブル・サンプリングを使用することである。このダブル・サンプリングは、サンプリング・パルスを２倍にすること、およびπ／２だけそれらの光偏光を回転させることにより実行され、その結果、２倍にされたダブル・パルスは、初期のパルスの対に対して直交するようになる。そのときには、サンプリングされるべき光信号をコピーし、またその偏光を９０°だけ回転させることが必要であり、その結果、光信号のコピーの線形ヘテロダイン検出は、バランス型光検出器の内部で起こることになる。２対のパルスに対応する電気信号が、簡単に別々であると言われるようにするためには、これらの２対のパルスを時間的に分離することが、さらに必要である。説明される実施形態においては、この時間の分離は、サンプリング信号の２分の１周期である。

本発明のさらなる主題は、この線形光サンプリング・システムを用いて実施される、線形光サンプリングによる、複合光信号ＯＳを可視化するための方法である。

本方法は、以下のステップを、すなわち、
− パルス信号ＳＰが、放出されるステップと、
− パルス信号ＳＰが、２つのレプリカの間に偏光交差とタイム−シフトとを導入することにより、２つのレプリカへと分割されるステップと、
− ２つのレプリカが、互いに直交しておりタイム−シフトされた垂直偏光成分Ｖｓｐと水平偏光成分Ｈｓｐとを含む結果として生じる単一の信号へと結合されるステップと、
− 結果として生じるパルス信号ＳＰが、２つのレプリカへと分割され、またそれらの間のタイム−シフトが、正確に設定されるステップと、
− パルス信号ＳＰの２つのレプリカが、光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスへと導入されるステップと
を含む。

本方法は、以下のステップを、すなわち
− 光信号ＯＳが、互いに直交している２つの伝搬モードＥ１とＥ２とに分離されるステップと、
− 伝搬モードＥ１、Ｅ２が、レプリカの間に偏光交差とタイム−シフトとを導入することにより、２つのレプリカへと分割されるステップと、
− ２つのレプリカが、互いに直交しておりタイム−シフトされた垂直偏光成分Ｖｔｍ、Ｖｔｅと水平偏光成分Ｈｔｍ、Ｈｔｅとを含む結果として生じる単一の信号へと結合されるステップと、
− 結果として生じるパルス信号ＯＳが、２つのレプリカへと分割され、また固定されたタイム−シフトが、それらの間に導入されるステップと、
− パルス信号ＯＳの２つのレプリカが、光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスへと導入されるステップと
をさらに含む。

一態様によれば、パルス光信号ＳＰによって２つのレプリカの間に導入されるタイム−シフトは、パルス信号ＳＰの周期Ｔｐの２分の１と、光信号ＯＳのビット−タイムＴｄとの合計（Ｔｐ／２＋Ｔｄ）に等しい。

別の態様によれば、パルス信号ＳＰの垂直偏光成分Ｖｓｐおよび水平偏光成分Ｈｓｐについての、２つのレプリカの間のタイム−シフトの正確な調整は、シリンダに印加される電圧の影響の下で、圧電材料のシリンダの周囲に巻かれる偏光保持光ファイバの長さを変化させることにより独立して達成される。

さらに別の態様によれば、パルス信号ＳＰの垂直偏光成分Ｖｓｐは、光信号ＯＳの垂直偏光成分Ｖｔｍ、Ｖｔｅに平行であり、またパルス信号ＳＰの水平偏光成分Ｈｓｐは、光信号ＯＳの水平偏光成分Ｈｔｍ、Ｈｔｅに平行であり、干渉を生成することを可能にしている。それらの信号は、垂直と水平と呼ばれる２つの直交偏光成分へと分解される。パルス信号ＳＰは、垂直成分Ｖｓｐと水平成分Ｈｓｐへと分解され、また光信号ＯＳの磁気ＴＭ横伝搬モードと電気ＴＥ横伝搬モードとは、垂直成分Ｖｔｍおよび垂直成分Ｖｔｅと、水平成分Ｈｔｍおよび水平成分Ｈｔｅとをそれぞれ与える。垂直成分と、水平成分とは、タイム−シフトされる。パルス信号ＳＤと光信号ＯＳとの垂直成分と水平成分とは、平行である。垂直成分と水平成分との逐次的な同期させられた検出は、信号ＯＳをサンプリングすることを可能にしており、この信号は、電子処理によって可視化される。

線形光サンプリング可視化システムと、関連する方法とは、そのような信号の２つの成分を処理することができる可視化システムを取得するために複合光信号の単一の成分を処理するために必要とされるデバイスの重複を回避するという利点を有している。結果として、提案された可視化システムは、既存のシステムよりも簡単で、また安価である。この線形光サンプリング可視化システムは、特に、フォトニック集積回路（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）ＰＩＣをテストするために使用されることを意図している。

本発明の他の特徴と、利点とは、一実施形態についての以下の説明を読めばすぐに明らかになり、この実施形態は、非限定的な例として、また添付された図面の中でありのままに与えられる。

線形光サンプリングにより位相符号化および／または振幅符号化された信号を可視化するための全体システムの一実施形態を示す図である。 図１の線形光サンプリング可視化システムの一部分を簡略化されたやり方で概略的に示す図である。 サンプリング・パルスの二重化のためのデュプリケータＰＳＤ−ＰＸ−ＴＳを詳細に示す図である。 光信号データの二重化のためのデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳを詳細に示す図である。 タイム−シフトの正確な調整のためのスプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓを詳細に示す図である。 光信号のサンプリングと検出とのためのデバイスＢＤ−ＡＣ−ＴＳを詳細に示す図である。 完全な線形光サンプリング可視化システムを示す図である。

線形光サンプリング可視化システムの概説
図１は、線形光サンプリングにより非常に高速度の複合（位相符号化および／または振幅符号化された）光信号ＯＳを可視化するための全体システムの一実施形態を示すものである。実際には、可視化されるべき光信号ＯＳは、知られていないモードを使用して伝搬する。システムに入る光信号ＯＳは、それゆえに、２つの任意の線形伝搬モードの上へと投影され、これらの線形伝搬モードは、互いに直交しており、モードＥ１と、モードＥ２とで示される。この直交性は、その代数的な意味を意味する最も広い意味で解釈される必要があり、垂直の意味だけには限定されない。これらの伝搬モードＥ１とＥ２とは、例えば、偏光保持ファイバ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）ＰＭＦの内部で誘導されるベクトルの光信号ＯＳの横磁気モードＴＭと、横電気モードＴＥとにそれぞれ対応する。

簡単にするために、図１に示される線形光サンプリング可視化システム１００は、サンプリング・パルスを含む信号に関連した第１のサブシステム１と、送信されたデータを含む分析されるべき光信号に関連したサブシステム２とに、分解される。

サンプリング・パルスを含む信号に関連した第１のサブシステム
サンプリング・パルスを含む信号に関連した第１のサブシステム１は、偏光保持光ファイバＰＭＦ４によって搬送される（「偏光保持ファイバ」についての）、サンプリング・パルス信号ＳＰ（「サンプリング・パルス」のための）を放出するレーザ光源ＳＰＳ３（「サンプリング光源パルス」のための）を備えている。パルス信号ＳＰは、パルス信号ＳＰを２つのレプリカへと分割し、また同時にそれら２つのレプリカの間に偏光交差ＰＸとタイム−シフティングＴＳとを導入するデュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ５（「偏光交差と、タイム−シフティングとを有するサンプリング・パルス・デュプリケータ」のための）に対して送信される。信号を「分割すること」は、各々が、入って来る信号の電力の２分の１を有する２つの同一のレプリカを生成することを意味している。次いで、これら２つの偏光交差され、またタイム−シフトされたレプリカは、発信二重化パルス信号ＳＰを生成するために結合される。それによって、発信二重化パルス信号ＳＰは、これら２つの偏光成分の間にタイム−シフトを有するいわゆる垂直偏光成分Ｖｓｐと、いわゆる水平偏光成分Ｈｓｐとを含んでいる。現在の状況においては、垂直偏光成分Ｖｓｐは、水平偏光成分Ｈｓｐと比べて２分の１周期に１ビット−タイムを加えた時間だけシフトされる。

垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとは、パルス信号ＳＰを構成する光場を分解することから導き出される光場（または電磁場）に同種のベクトルを表すものである。それらは、ユーザによって任意に選択されており、例えば、偏光保持ファイバＰＭＦの横磁気伝搬モードＴＭ、または横電気伝搬モードＴＥであるので、この分解は、知られている固有ベクトルに基づいて行われる。垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとは、例えば、直交したベクトルであり、またパルス信号ＳＰが、元のベクトルである場合、そのときにはベクトルの関係は、ＳＰ＝Ｖｓｐ＋Ｈｓｐである。

デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ５には、各々のレプリカが、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ９および１０（「偏光保持およびタイム−シフティング保持のスプリッタ」のための）へとそれぞれ供給する２つのアーム７および８のうちの一方へと伝搬する２つのレプリカへと二重化された信号を分割するカプラ６が、続いている。続いているものの中で、用語「カプラ」は、両方が、光信号が伝わる方向に関してそれが配置される方向に応じて、光信号を結合し、また光信号を分割するように、サービスすることができるデバイスのことを意味している。

ＰＭ−ＴＳＭ−Ｓスプリッタ９および１０のうちの各々は、以前に導入されている偏光およびタイム−シフトを保持しながら、二重化されたパルス信号ＳＰを分割する。スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ９は、各レプリカが、これらの２つの成分の間にタイム−シフトを有する垂直偏光成分Ｖｓｐと水平偏光成分Ｈｓｐとを含む２つのレプリカへとアーム７を通して入る信号を分割する。スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ９はまた、他方のレプリカに関して２つの結果として生ずるレプリカのうちの一方の経路の上のタイム−シフトを正確に再調整する。２つのレプリカは、それぞれ、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ９の出力１１ａと１１ｂとにおいて収集される。各レプリカが、垂直偏光成分ＶｓｐとＨｓｐとを含む単一の信号の形態を有する２つのレプリカは、次いで、光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスＢＤ−ＡＤＣ１３（「バランス型検出器およびアナログ・デジタル変換器」のための）のそれぞれ入力１２ａと１２ｂとに導入される。同様に、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１０は、アーム８を通して入る信号をそれらの間のタイム−シフトの正確な再調整を有する２つのレプリカへと分割する。２つのレプリカは、それぞれ、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１０の出力１４ａと、１４ｂとにおいて受信される。各レプリカが、垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとを含む単一の信号の形態を有するこれらの２つのレプリカは、次いで、データ搬送光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスＢＤ−ＡＤＣ１６の、それぞれ入力１５ａと１５ｂとに導入される。

分析されるべき光信号に関連した第２のサブシステム
分析されるべき光信号ＯＳは、２つの伝搬モードＥ１とＥ２とを互いから、例えば、それぞれ横磁気モードＴＭと横電気モードＴＥとに分離することを可能にするスプリッタＰＢＳ２１（「偏光ビーム・スプリッタ」のための）の入力ポート２０を通して、線形光サンプリング可視化システム１００のサブシステム２に入る。スプリッタＰＢＳ２１の出力２２ａにおいて収集され、またサブシステム２のブランチ２ａへと注入される横磁気モードＴＭは、スプリッタＰＢＳ２１の出力において収集され、またサブシステム２のブランチ２ｂへと注入される横電気モードＴＥから分離される。

横磁気モードＴＭに関連したブランチ２ａは、デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ２３（「偏光交差−タイム−シフティングを有するデータ・デュプリケータ」のための）を備えている。デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ２３は、横磁気モードＴＭを２つのレプリカへと分割し、また２つのレプリカの間に偏光交差ＰＸと、タイム−シフトＴＳとを導入する。次いで、横磁気モードＴＭは、各レプリカが、いわゆる垂直偏光成分Ｖｔｍと、いわゆる水平偏光成分Ｈｔｍとを含む２つのレプリカへと分割される。２つのレプリカは、それぞれ、デュプリケータＤＤ−ＰＸ−Ｓ２３の出力２４ａと２４ｂとにおいて収集される。次いで、光信号ＯＳの横磁気モードＴＭの２つのレプリカは、以上で説明されたヘテロダイニング・プロセスに従ってレーザ光源ＳＰＳ３からのパルス信号と混合される。次に、ひとたび混合された後に、２つのレプリカは、電子処理の後に表示されることを考慮して、例えば、初期ＯＳ信号が、横磁気モードＴＭにおいて偏光されるにすぎない場合におけるコンステレーション・ダイアグラム、またはアイ・ダイアグラムの形式で、光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスＢＤ−ＡＤＣ１３のそれぞれの入力２５ａと、２５ｂとに導入される。

横電気モードＴＥに関連したブランチ２ｂは、光信号ＯＳの横電気モードＴＥを２つのレプリカへと分割し、また２つのレプリカの間に偏光交差ＰＸと、タイム−シフトＴＳとを導入するデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ２６を備えている。横電気モードＴＥは、各レプリカが、デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ２６の出力２７ａと、２７ｂとにおいてそれぞれ収集されるいわゆる垂直偏光成分Ｖｔｅと、いわゆる水平偏光成分Ｈｔｅとを含む２つのレプリカへと分割される。次いで、光信号ＯＳの横電気モードＴＥの２つのレプリカは、以上で説明されたヘテロダイニング・プロセスに従って、レーザ光源ＳＰＳ３からのパルス信号と混合される。次に、ひとたび混合された後に、２つのレプリカは、電子処理の後に表示されることを考慮して、例えば、初期ＯＳ信号が、横電気モードＴＥにおいて偏光されるにすぎない場合におけるコンステレーション・ダイアグラム、またはアイ・ダイアグラムの形式で、光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスＢＤ−ＡＤＣ１６のそれぞれの入力２８ａと、２８ｂとに導入される。

図１に示されるような、線形光サンプリング可視化システムのスキームは、それゆえに、既存のシステムよりも製造するために簡単であり、また安価である。

初期ＯＳ信号の偏光が、知られておらず、またいずれとすることもできる場合には、コンステレーション・ダイアグラムまたはアイ・ダイアグラムの可視化は、横磁気モードＴＭに関してブランチ２ａから導き出される信号と、横電気モードＴＥに関してブランチ２ｂから導き出される信号との結合された処理の後に実行されるべきである。

光信号ＯＳの横磁気伝搬モードＴＭと、横電気伝搬モードＴＥとに、それぞれ対応する水平偏光成分ＨｔｍとＨｔｅとは、光場に同種のベクトルである。それらは、光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスに対して、パルス信号ＳＰと光信号ＯＳとの偏光成分を搬送する導波路に沿って、パルス信号の水平偏光成分Ｈｓｐに平行である。それらは、知られている固有ベクトルに基づいて分析されるべき光信号ＯＳの光場を分解することにより取得される。それらの固有ベクトルは、固有ベクトルの上への信号ＯＳの投影のように、互いに直交している。次に、水平偏光成分ＨｔｍとＨｔｅとは、時間的に分離され、次いで、水平偏光成分Ｈｓｐの方向に平行にされる。

その結果として、横磁気伝搬モードＴＭに関連した水平偏光成分Ｈｔｍのベクトルの係数は、垂直偏光成分Ｖｔｍのベクトルの係数に等しい。横電気伝搬モードＴＥに関連した水平偏光成分Ｈｔｅのベクトルの係数は、垂直偏光成分Ｖｔｅのベクトルの係数に等しい。水平偏光成分Ｈｔｍと、Ｈｔｅとの適切な組合せは、光信号ＯＳの初期ベクトルを見出すことを可能にし、同様に、垂直偏光成分Ｖｔｍと、Ｖｔｅとの適切な組合せは、光信号ＯＳの初期ベクトルを見出すことを可能にする。

現在の状況においては、水平偏光成分Ｈｔｍのビットは、垂直偏光成分Ｖｔｍのビットに関連して２分の１周期だけシフトされることに注意すべきである。同様に、水平偏光成分Ｈｔｅのビットは、垂直偏光成分Ｖｔｅのビットに対して２分の１周期だけシフトされる。その間に、垂直偏光成分Ｖｓｐは、水平偏光成分Ｈｓｐに比べて２分の１周期に１ビット−タイムを加えた時間だけシフトされる。

しかしながら、別の実施形態によれば、垂直偏光成分Ｖｓｐは、水平偏光成分Ｈｓｐに対して２分の１周期だけシフトされることもあるが、水平偏光成分Ｈｔｍのビットは、垂直偏光成分Ｖｔｍのビットに対して２分の１周期に１ビット−タイムを加えた時間だけシフトされることもある。同じように、水平偏光成分Ｈｔｅのビットは、そのときには、垂直偏光成分Ｖｔｅのビットに対して２分の１周期だけシフトされることもある。

可視化されるべき光信号ＯＳの偏光状態が、知られていないので、それは、ここで与えられる説明図において、光信号ＯＳの横磁気モードＴＭと、横電気モードＴＥとにそれぞれ対応する２つの直交した任意の伝搬モードＥ１と、Ｅ２との上に投影される。見られるべき光信号ＯＳの伝搬モードＥ１の一方によって、ここでは横磁気モードＴＭによって、取られるサブシステム２のブランチ２ａの内部の経路は、サブシステム２のブランチ２ｂにおいて、他方の伝搬モードＥ２によって、ここでは横電気モードＴＥによって、取られる経路に性質と長さとが類似していることにも注意すべきである。同じように、光源ＳＰＳ３からパルス信号ＳＰによって取られるサブシステム１の経路７と、８とは、性質と長さとが互いに類似している。最終的に、伝搬モードＥ１は、デバイスＢＤ−ＡＤＣ１３の入力１２ａ、２５ａと、１２ｂ、２５ｂとに到達するレプリカにおいて、互いに平行であることに注意すべきである。同じように、伝搬モードＥ２はまた、デバイスＢＤ−ＡＤＣ１６の入力１５ａ、２８ａと、１５ｂ、２８ｂとに到達するレプリカにおいて、互いに平行でもある。

したがって、可視化されるべき光信号ＯＳの伝搬モードの知られていない性質に起因して、その伝搬モードが、完全に知られている（例えば、直線的な）信号の可視化スキームを全く同じように再生成することが必要である。垂直偏光成分Ｖｓｐ、ＶｔｍおよびＶｔｅと、水平偏光成分Ｈｓｐ、ＨｔｍおよびＨｔｅとの同時検出は、複合信号ＯＳをサンプリングすることを可能にする。次いで、電子処理は、複合信号ＯＳを可視化することを可能にする。これらの偏光成分が、バランス型光検出器の各々によって検出される前に、垂直偏光成分Ｖｓｐ、ＶｔｍおよびＶｔｅと、水平偏光成分Ｈｓｐ、ＨｔｍおよびＨｔｅとが、すぐそばに位置する光軸に垂直な面の中で、よく規定されることが、それゆえに重要である。

以下の説明は、図２の簡略化された図に従うこともあり、この図は、単一の伝搬モードＥ１についての、ここではその経路が図２の出力ポート１０５ａから開始される横磁気モードＴＭについての、光信号ＯＳの可視化スキームである。

光信号の横磁気モードに関連したサンプリング可視化システムの一部分
我々は、図２を検討するべきであり、この図は、図１のサンプリング可視化システム１００のうちの一部分１０１の簡略化された説明図であり、そこでは、サンプリング可視化システム１００に入るベクトルの光信号ＯＳの、伝搬モードのうちの一方によって、ここでは横磁気モードＴＭによって、取られる経路だけが、示されている。

その伝搬モードが、用語の代数的な意味における固有伝搬モードに特有の伝搬モードの上へと、例えば、任意であるが、知られている線形方向へと、投影される送信されたデータを含む位相符号化され、かつ／または振幅符号化された光信号ＯＳが、ＳＭＦ（「単一モードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）」についての）として知られている標準の光ファイバ１０２の内部で移送される。例えば、１０ Ｇｂ／ｓの２進数のビット・レートを有する、入って来る光信号ＯＳの伝搬モードは、確定できない。光信号ＯＳは、２つの直交した伝搬モードへと、すなわち、接続が導波路を、とりわけ偏光保持光ファイバＰＭＦを使用して行われる、図２の状況の場合の、垂直偏光を有する横磁気モードＴＭと、水平偏光を有する横電気モードＴＥへと、ベクトルの光信号ＯＳを分解する偏光セパレータＰＢＳ１０４の入力１０３において注入される。

セパレータＰＢＳ１０４の出力１０５ａにおいて収集される光信号ＯＳの横磁気モードＴＭは、横磁気モードＴＭを２つのレプリカへと分割し、偏光交差ＰＸを実行し、また光信号ＯＳの２つのレプリカの間にタイム−シフトＴＳを導入するデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ１０７の入力ポート１０６に対して送信される。これらの２つのレプリカは、結合され、また次いで再分割されて、２つのレプリカをもう一度生成し、各レプリカは、デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ１０７の出力１０８ａと１０８ｂとにおいてそれぞれ収集される垂直偏光成分Ｖｔｍと、水平偏光成分Ｈｔｍとを含んでいる。

光信号ＯＳの横電気モードＴＥは、セパレータＰＢＳ１０４の出力１０５ｂにおいて異なる経路（図示されず）を取る。

部分的サンプリング可視化システム１０１は、さらに、短いパルス（およそ１ ｐｓの程度の）を放出するレーザ光源ＳＰＳ１０９をさらに備えている。光源ＳＰＳ１０９は、光ファイバＰＭＦ１１０内部でサンプリング・パルス信号ＳＰを生成する。サンプリング・パルスＳＰは、例えば、τ１ピコ秒、続き、２０ ＭＨｚの反復レートでゼロの振幅範囲によって分離される高速イベントを観察することを可能にしている。これらのサンプリング・パルスＳＰは、デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ１１１へと注入される。

デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ１１１は、サンプリング・パルス信号ＳＰを２つのレプリカへと提供し、それらの偏光ＰＸを交差させ、またサンプリング・パルス信号ＳＰの周期Ｔｐの２分の１と、ベクトルの光信号ＯＳのビット−タイムＴｄとの合計（Ｔｐ／２＋Ｔｄ）に対応する正確な持続時間に等しい、２つのレプリカの間のタイム−シフトＴＳを導入する。例えば、５０ナノ秒（すなわち、２０ＭＨｚ）に等しいサンプリング周期Ｔｐと、１００ピコ秒（すなわち、１０Ｇｂ／ｓ）に等しいベクトルの光信号ＯＳのビット−タイムＴｄとを有することが、可能であり、信号の分割の目的は、パルス・レーザ光源ＳＰＳのうちの低コヒーレンス、または分析されるべき光信号ＯＳの低コヒーレンスの問題を解決することである。次に、それら２つのレプリカが、再結合される。単一の偏光保持光ファイバＰＭＦ１１２は、デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ１１１の出力からスプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４の入力１１３へと、垂直成分Ｖｓｐと、水平成分Ｈｓｐとを含む再結合されたパルス信号ＳＰの輸送を保証する。

スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４は、以前に導入される偏光とタイム−シフトとが保持されて、入って来る信号を２つのレプリカへと分割する。スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４を通過するサンプリング・パルス・トレインＳＰは、２つのレプリカの間のタイム−シフトＴＳの正確な再調整を可能にする。この再調整は、サンプリングされるべき、光信号ＯＳの実数部と虚数部とを同時に取得するために、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４の２つの出力１１５ａと、１１５ｂとの間での信号直角位相（π／２）の生成を可能にするために必要とされる。２つのレプリカは、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４の出力１１５ａと、１１５ｂとにおいてそれぞれ受信される。

各々が、垂直成分Ｖｓｐと、水平成分Ｈｓｐとを含む単一信号の形態を有する、パルス信号ＳＰの２つのレプリカは、次いで、デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７の入力１１６ａと、１１６ｂとにおいて、それぞれ、導入される。同じように、各々が、垂直成分Ｖｔｍと、水平成分Ｈｔｍとを含む単一信号の形態を有する、光信号ＯＳの横磁気モードＴＭから導き出される２つのレプリカは、デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７の入力１１８ａと１１８ｂとにおいて、それぞれ導入される。デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７は、サンプリングされ、またデジタル化されるべき信号を獲得し、また処理することを意図している。スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４の２つの出力１１５ａと、１１５ｂとからそれぞれ導き出される、パルス信号ＳＰの２つのレプリカは、１直角位相（π／２）だけ位相シフトされる。デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７の入力１１６ａと、１１８ａとに、また入力１１６ｂと、１１８ｂとに到着する信号の間には、タイム−シフトは、存在していない。

光信号ＯＳの横磁気モードＴＭの２つのレプリカは、レーザ光源１０９から生じる線形サンプリング・パルス・トレインＳＰによってサンプリングされる。最終的には、部分的サンプリング可視化システム１０１の出力１１９において、求められている情報は、分析され、サンプリングされ、また番号付けされるべき光信号ＯＳの少なくとも位相と振幅とに関連した複合デジタル信号の形式で収集される。出力１１９は、複素数の数表の形式で生じる。この表は、アナログ／デジタル変換器によって獲得される数字データのデジタル処理の後に取得される。この処理は、最初に、それらのサンプルを垂直偏光成分Ｖｔｍと、水平偏光成分Ｈｔｍとに分離すること、それらを規格化すること、次いで、要素ごとに互いからこれらの表を差し引いて、サンプリングされた光信号ＯＳの符号化に関する情報を取得することから成る。次いで、この情報は、エンド・ユーザのリアル・タイムの分析および測定の必要性と両立し得るダイアグラム・リフレッシュ・レート（１ Ｈｚよりも大きな）を有する、例えば、コンステレーション・ダイアグラムの形式で、取り出され、また表示される。

デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ
図２のデュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ１１１は、レーザ光源ＳＰＳ１０９から導き出されるサンプリング・パルス・トレインＳＰが、どのようにして偏光交差ＰＸおよびタイム−シフトＴＳと二重化されるかを説明するために、図３においてより詳細に説明される。

垂直偏光伝搬モードを有しており、また光ファイバＰＭＦ１１０によって搬送されるサンプリング・パルス信号ＳＰは、デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ１１１へと送信される。サンプリング・パルス信号ＳＰは、偏光保持カプラＰＭＣ１２０によって２つのレプリカへと分割される。

カプラＰＭＣ１２０の後に位置している第１のアーム１２１は、コネクタ１２２を経由して、偏光ビーム結合器ＰＢＣ１２４の第１の入力ポート１２３ａに接続される。結合器ＰＢＣ１２４は、例えば、市販のデバイスとすることができる。

カプラＰＭＣ１２０の後に位置している第２のアーム１２５はまた、コネクタ１２２を経由して、結合器ＰＢＣ１２４の第２の入力ポート１２３ｂに接続される。第２のアーム１２５は、２つの時間遅延線を備えている。第１の固定された時間遅延線１２６は、それが、使用される光源ＳＰＳ１０９に依存するために、そのタイム−シフトＴｐ／２が、恒久的に固定される可能性があるので、サンプリング・パルス信号ＳＰの周期Ｔｐの２分の１に等しいタイム−シフトを導入する。第２の時間遅延線１２７は、サンプリングされるべきベクトルの光信号ＯＳのビット・レートに依存するベクトルの光信号ＯＳの１ビット−タイムＴｄに等しいタイム−シフトを導入するいわゆる調整可能な遅延線ＴＤＬである。例えば、ビット−タイムＴｄは、１０ Ｇｂ／ｓのビット・レートの場合に１００ｐｓに等しい。それゆえに、結合器ＰＢＣ１２４の第１のアーム１２１と、第２のアーム１２５との間の全体のタイム−シフトは、（Ｔｐ／２＋Ｔｄ）に等しい。最初に垂直偏光Ｖｓｐを有する、アーム１２５の内部で巡回するパルス信号ＳＰのレプリカは、９０°回転されて、水平偏光伝搬モードＨｓｐを有する信号を生成し、この回転は、結合器ＰＢＣ１２４への信号の入力１２３ｂのすぐ前、またはすぐ後に適用されている。

垂直偏光成分Ｖｓｐを有する、アーム１２１を通して到着するパルス信号ＳＰのレプリカは、入力ポート１２３ａを通して結合器ＰＢＣ１２４の内部に入るが、水平偏光成分Ｈｓｐを有する、アーム１２５を通して到着するパルス信号ＳＰのレプリカは、入力ポート１２３ｂを通して結合器ＰＢＣ１２４へと入る。

第１のアーム１２１と、第２のアーム１２５とによって搬送されるパルス信号ＳＰＳのレプリカは、結合器ＰＢＣ１２４の出力１２８において単一のファイバＰＭＦ１１２の内部を伝わる単一の信号へと結合されるが、発進信号は、垂直成分Ｖｓｐと、水平成分Ｈｓｐとを含む単一の信号の形態を有する。結合器ＰＢＣは、その機能が、２つのファイバから生じる２つの光信号を結合することであり、その結果、結合された信号は、単一のファイバによって搬送される可能性があるという、在庫があってすぐに入手可能なコンポーネントである。逆方向に、セパレータＰＢＳは、光ファイバによって搬送されている光信号を２つのファイバの内部でそれぞれ搬送される直交した伝搬モードを有する２つの信号へと、分離する。

結合器ＰＢＣ１２４の出力ポート１２８において、２つの交差偏光成分ＰＸと、（Ｔｐ／２＋Ｔｄ）に等しい正確な、微調整されたタイム−シフトＴＳとを有するサンプリング・パルス・トレインＳＰが、取得される。垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとを含む発信サンプリング・パルス信号ＳＰが、結合器ＰＢＣ１２４によって実行される結合から導き出されるということは、デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ１１１の出力１２８に接続される、単一の光ファイバ１１２としてのサンプリング可視化システムの重要な機能であり、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４に対してそのパルスされ、二重化され、また微細にタイム−シフトされた信号ＳＰの搬送を保証する。

ここで示される実施形態は、コネクタ１２２を備えている。これらのコネクタ１２２は、ファイバＰＭＦの２つの部分を一緒に結合するのに役に立つが、もちろん、溶接など、他の任意の結合する手段が、使用されてもよい。

デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ
図４は、偏光交差ＰＸと、タイム−シフトＴＳとの導入を用いて、データを含んでいる光信号ＯＳの分割を可能にするデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ１０７を詳細に示すものである。光信号ＯＳの横磁気モードＴＭは、光ファイバＰＭＦによって搬送されるセパレータＰＢＳ１０４を離れるときに、入力ポート１０６を通してデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ１０７に入る。２つのレプリカへの光信号ＯＳのＴＭモードの分割は、偏光保持カプラＰＭＣ１３０を用いて達成される。

カプラＰＭＣ１３０の後に位置している第１のアーム１３１は、結合器ＰＢＣ１３４の第１の入力ポート１３３ａにコネクタ１３２を用いて接続されて、レプリカのうちの一方をその中へと供給し、このレプリカは、サンプルに対して光信号ＯＳの横磁気モードＴＭの垂直偏光伝搬モードＶｔｍを有する。ここで示される実施形態は、コネクタ１３２を備えている。これらのコネクタ１３２は、ファイバＰＭＦの２つの部分を一緒に結合するのに役に立つが、もちろん、溶接など、他の任意の結合する手段が、使用されてもよい。

カプラＰＭＣ１３０の後に位置している第２のアーム１３５は、コネクタ１３２を経由して、結合器ＰＢＣ１３４の第２の入力ポート１３３ｂに接続されて、光信号ＯＳの横磁気モードＴＭの他方のレプリカをその中へと供給する。最初に垂直の、アーム１３５の内部で巡回する光信号ＯＳのレプリカの偏光は、９０°回転されて、水平偏光伝搬モードＨｔｍを有する信号を生成し、この回転は、結合器ＰＢＣ１３４の中への信号の入力１３３ｂのすぐ前に、またはすぐ後に適用されている。第２のアーム１３５はまた、パルス・サンプリング信号ＳＰの周期Ｔｐの２分の１に等しく、また使用される光源ＳＰＳ１０９に依存する固定されたタイム−シフトＴＳ（Ｔｐ／２）をその上で伝える光信号ＯＳの横磁気モードＴＭのレプリカに課される時間遅延線１３６を備えている。代わりに、デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ１１１の第２のアーム１２５の調整可能な時間遅延線１２７が、取り除かれるものと仮定すると、ＴＤＬと呼ばれる調整可能な時間遅延線が、デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ１０７の第２のアーム１３５に対して追加されることもある。

第１のアーム１３１と、第２のアーム１３５とによって搬送される信号は、結合器ＰＢＣ１３４の出力１３８において、単一のファイバＰＭＦ１３７の中へと結合されるが、２つの直交した偏光成分と、２つの垂直偏光成分Ｖｔｍと水平偏光成分Ｈｔｍとの間のＴｐ／２という固定されたタイム−シフトＴＳとを含んでいる。カプラ１３０は、次いでファイバ１３７から導き出されるファイバＰＭＦ１３７ａと１３７ｂとの間で配信される２つの光信号ＯＳへとその信号を分割することを可能にしており、それぞれ、デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ１０７の出力１０８ａと１０８ｂとをもたらしている。ファイバＰＭＦ１３７ａと１３７ｂとは、デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７の入力１１８ａと、１１８ｂとをそれぞれもたらす。バランス型検出は、２つのデータを含んでいる光信号ＯＳが、光ファイバＰＭＦ１３７ａと、１３７ｂとから同時にデバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７に到着することを必要とする。アームの一方１３７ｂによって搬送される信号はまた、ＦＤＬ（「固定された遅延線（Ｆｉｘｅｄ Ｄｅｌａｙ Ｌｉｎｅ）」についての）と呼ばれる固定された光時間遅延線１３９によって導入される他方のアーム１３７ａによって搬送される信号に比べて固定されたタイム−シフトを有する。このシフトは、恒久的に固定されており、またそれは、デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７の内部の出力１３８と、入力１１８ｂとのうちの一方を用いて、出力１３８と、入力１１８ａとの間の光信号移動時間を等しくするために調整される。

スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ
図５は、タイム−シフトの微調整された調整が、どのようにして達成されるかを説明するために、パルス信号ＳＰがデバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７に入る前に、パルス信号ＳＰのタイム−シフトを調整するためのスプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４を詳細に示すものである。この調整は、サンプリングされるべき信号の実数部と虚数部とを同時に取得するために、デバイス１１４の２つの出力の間で直角位相を生成することを可能にするために必要とされる。サンプリング可視化システムの内部で光ファイバＰＭＦによって搬送される信号は、検出デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７の入力１１６ａと、１１６ｂとにおいてサンプリング・パルスＳＰの到着時間におけるランダムな変動を引き起こす可能性がある、温度に関連した、かつ／または機械的な混乱を経験する可能性があり、これは、タイム−シフトを再調整することを必要にする。光路は、２つの垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとについて異なっているので、また２つの垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとは、遭遇される混乱に基づいて、異なるように動作する可能性があるので、タイム−シフトについてのこの正確な再調整は、ファイバＰＭＦ１４１ａおよび１４１ｂの内部の２つの垂直偏光成分Ｖｓｐおよび水平偏光成分Ｈｓｐについて独立して行われる必要がある。

スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４に入るとすぐに、デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ１１１の出力ポート１２８から生じる、また光ファイバＰＭＦ１１２によって搬送されるパルス信号ＳＰは、２つのアーム１４１ａと、１４１ｂとの間で配信される２つのレプリカへとカプラＰＭＣ１４０によって分割される。２つの垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとを含む、パルス信号ＳＰのレプリカは、アーム１４１ａへと伝搬する。２つの偏光成分を、それぞれ垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとをやはり含む、パルス信号ＳＰの別のレプリカは、第２のアーム１４１ｂへと伝搬し、またデバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７の入力１１６ｂに対して直接に送信される。第１のアーム１４１ａを使用して、２つのレプリカの間のタイム−シフトを正確に調整する。

第１のアーム１４１ａは、パルス信号ＳＰの、２つの偏光成分を、すなわち、垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとを分離する偏光セパレータＰＢＳ１４２を備えており、垂直偏光成分Ｖｓｐは、セパレータＰＢＳ１４２の出力１４３ａにおいて収集されるが、水平偏光成分Ｈｓｐは、出力１４３ｂにおいて、収集される。垂直偏光成分Ｖｓｐは、その周囲に光ファイバＰＭＦが巻き付けられる圧電材料で作られたシリンダＰＺＴ１４４を通過し、その結果、シリンダＰＺＴ１４４の直径におけるこの変化は、光ファイバＰＭＦの長さの微調整をもたらし、それによって、光路の微調整を実現している。シリンダＰＺＴ１４４に印加される必要がある電圧は、異なる光路における低周波数の変動が、リアル・タイムに訂正される可能性があるように、デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７の出力信号を入力信号として使用する集積回路ＦＰＧＡ（「フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）」についての）によって算出されるべきである。圧電シリンダＰＺＴ１４４は、サンプリングされるべき光信号ＯＳの実数部と虚数部とを同時に取得するために、スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４の２つの出力１１５ａと、１１５ｂとの間の直角位相を生成することを可能にするためにタイム−シフトを正確に再調整することを可能にする必要がある。最終的に、光信号ＯＳは、結合器ＰＢＣ１４７の入力１４６ａに到達する前に、コネクタ１４５を通過する。ここで示される実施形態は、コネクタ１４５を備えている。これらのコネクタ１４５は、ファイバＰＭＦの２つの部分を一緒に結合するのに役に立つが、もちろん、例えば、溶接など、他の任意の結合する手段が、使用されてもよい。

それ自身の端部の上で、水平偏光成分Ｈｓｐは、その機能が以上で説明されているシリンダＰＺＴ１４４と、垂直偏光成分Ｖｓｐのタイム−シフトをオフセットすることを可能にするタイム−シフトを導入する固定された時間遅延線ＦＤＬ１４８と、コネクタ１４５とを横切った後に、結合器ＰＢＣ１４７の入力ポート１４６ｂに対して送信される。固定された時間遅延線ＦＤＬ１４８の存在は、この場合には不可欠ではないが、装置の実際の実装形態においては結局実用的であることが分かることもある。垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとを含む単一の信号の形態を有する、結合器ＰＢＣ１４７の出力１４９において収集されるサンプリング・パルス信号ＳＰは、デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７の入力１１６ａに対して送信される。

図５に示される、パルス信号ＳＰのタイム−シフトを調整するためのスプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４は、垂直偏光成分Ｖｓｐと水平偏光成分Ｈｓｐとの両方について、結合された光検出器に到着するサンプリング・パルスの光位相（およびそれゆえに、タイム−シフト）を非常に微細に調整することを可能にする。

スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４を抜け出て、またそれぞれ入力１１６ａと、１１６ｂとを通して、デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７に入る２つのパルス信号ＳＰは、圧電デバイスＰＺＴ１４４を使用して取得される、正確にπ／２の一定の位相差を有する必要がある。

デバイスＢＤ−ＡＤＣ
図６は、例えば、コンステレーション・ダイアグラムの形式で、振幅と、位相とについての情報を取り出すために、光信号ＯＳをサンプリングし、検出するためのデバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７を詳細に示すものである。光信号ＯＳのサンプリングと検出とは、２つの入力においてバランス型検出器ＢＤ１５０ａ〜１５０ｄ（「バランス型検出器」についての）と、アナログ・デジタル変換器ＡＤＣ１５１（「アナログ・デジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）」についての）とを使用して取得される。デバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７は、バランス型光検出器によって放出される電気信号を比較するためのコンパレータをさらに備えていることが、実現される可能性もある。

光信号ＯＳのサンプリングと、検出とのためのデバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７において、バランス型光検出器ＢＤ１５０ａ〜１５０ｄに到着する信号の間で光路における一定の差をオフセットするタイム−シフトを導入する、固定された時間遅延線ＦＤＬ１５２ａ〜１５２ｄが、使用される。しかしながら、固定された時間遅延線ＦＤＬ１５２ａ〜１５２ｄは、光検出器ＢＤ１５０ａ〜１５０ｄの後に配置されることもあり、またそうである場合に、それらは、電気時間遅延線である。１対の対になった光検出器ＢＤ１５０ａ、１５０ｂ、または１５０ｃ、１５０ｄによって放出される電気信号は、それぞれ差動増幅器１５３ａまたは１５３ｂに対して送信され、次いで、これらの電気信号は、アナログ・デジタル変換器ＡＤＣ１５１へと入る。電気信号は、光信号ＯＳと、パルス信号ＳＰとが、バランス型光検出器ＢＤ１５０ａ〜１５０ｄの中に同時に存在しているときだけに、非ゼロである。サンプリング機能は、それゆえに、２対の光検出器１５０ａ、１５０ｂと、１５０ｃ、１５０ｄとによって実行される。

全体システム
超高速線形光サンプリングにより、非常に高速度で複合光信号を可視化することを可能にする全体システムが、要約して、またより詳細に、図７に示される。

可視化システム２００は、レーザ光源ＳＰＳ２０２からのサンプリング・パルスを含む信号ＳＰに関連したサブシステム２０１と、分析されるべき光信号ＯＳに関連した別のサブシステム２０３とを備えている。

レーザ光源ＳＰＳ２０２によって放出されるサンプリング・パルス信号ＳＰは、サンプリング・パルス信号ＳＰを２つのレプリカへと分割するカプラ２０６が続いているデュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ２０５に対してＰＭＦ２０４によって搬送され、この
デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ２０５は、図２に示されるデュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳ１１１に類似している。カプラ２０６から生じる、パルス信号ＳＰの第１のレプリカは、図２に示されるデバイスＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ１１４に類似しているデバイスＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ２０９に対して光ファイバＰＭＦ２０７によって搬送される。この第１のレプリカは、次いで、２つの新しいレプリカへと分割される。デバイスＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ２０９から生じる２つの新しいレプリカは、図２に示されるデバイスＢＤ−ＡＤＣ１１７に類似しているデバイスＢＤ−ＡＤＣ２１５に対するカプラ２１３と、２１４とに対して、それぞれ光ファイバＰＭＦ２１１と、２１２とによって搬送される。デバイスＢＤ−ＡＤＣ２１５の出力２１６において、求められる情報は、分析されるべき光信号ＯＳの振幅と位相とに関連した複合デジタル信号の形式で収集される。

カプラ２０６から生じる、パルス信号ＳＰの第２のレプリカは、デバイスＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ２０９に類似しているデバイスＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ２１０に対して光ファイバＰＭＦ２０８によって搬送される。次いで、デバイスＰＭ−ＴＳＭ−Ｓ２１０から生じる２つの新しいレプリカは、図２に示されるデバイスＢＤ−ＡＤＣ２１５に類似しているデバイスＢＤ−ＡＤＣ２２１に対するカプラ２１９と、２２０とに対して、それぞれ光ファイバＰＭＦ２１７と、２１８とによって搬送される。デバイスＢＤ−ＡＤＣ２２１の出力２２２において、求められる情報は、分析されるべき光信号ＯＳの振幅と位相とに関連した複合デジタル信号の形式で収集される。

それ自身の端部において、可視化システム２００へと到着する分析されるべき光信号ＯＳは、ここで、横磁気伝搬モードＴＭと、横電気伝搬モードＴＥとに対応する、２つの任意の直交した伝搬モードＥ１と、Ｅ２とへと光信号を分離するセパレータＰＢＳ２２３に入る。

光ファイバＰＭＦ２２４によって搬送される横磁気伝搬モードＴＭは、図２に示されるデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ１０７に類似しているデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ２２５へと導入される。デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ２２５は、信号を２つのレプリカへと分割し、偏光を交差させ、また２つのレプリカの間にタイム−シフトを導入し、それら２つのレプリカは、次いで結合され、また次いで再び分割される。第１のレプリカは、デバイスＢＤ−ＡＤＣ２１５の入力と、カプラ２１３とに対して、ファイバＰＭＦ２２６へと送信されるが、固定されたタイム−シフトが、デバイスＢＤ−ＡＤＣ２１５の入力とカプラ２１４との方向に、ファイバＰＭＦ２２７に対して送信される第２のレプリカに対して課される。

セパレータＰＢＳ２２３の出力において収集される信号ＯＳの横電気伝搬モードＴＥは、デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ２２５に類似しているデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ２２９に対して光ファイバＰＭＦ２２８によって搬送される。デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳ２２９は、信号を２つのレプリカへと分割し、偏光を交差させ、また２つのレプリカの間にタイム−シフトを導入し、これらの２つのレプリカは、次いで結合され、また次いで再び分割される。第１のレプリカは、デバイスＢＤ−ＡＤＣ２２１の入力と、カプラ２１９とに対して、ファイバＰＭＦ２３０へと送信されるが、固定されたタイム−シフトが、デバイスＢＤ−ＡＤＣ２２１の入力とカプラ２２０との方向に、ファイバＰＭＦ２３１に対して送信される第２のレプリカに対して課される。

最終的に、サンプリング可視化システム２００のデバイスＢＤ−ＡＤＣ２１５の出力２１６において、またデバイスＢＤ−ＡＤＣ２２１の出力２２２において、求められている情報は、それぞれ、サンプリングされ、またデジタル化された光信号ＯＳの振幅と位相とに関連した複合デジタル信号の形式で収集される。次いで、この情報は、例えば、コンステレーション・ダイアグラムの形式で、取り出され、また表示される。

線形光サンプリング可視化システムは、光媒体が、ちょうど説明されるように、光ファイバ・リンクから形成されるときに、実施されることもあるが、線形光サンプリング可視化システムはまた、とりわけ光伝搬が、オープンな空間において起こるときに、他の光伝搬媒体において実施される可能性もあることに、注意すべきである。

Claims (13)

1. 超高速線形光サンプリングにより光信号ＯＳを可視化するためのシステムであって、垂直偏光成分Ｖｓｐと、水平偏光成分Ｈｓｐとを含むパルス・サンプリング信号ＳＰの処理に関連した少なくとも１つの第１のサブシステムと、垂直偏光成分Ｖｔｍ、Ｖｔｅと、水平偏光成分Ｈｔｍ、Ｈｔｅとを含む、サンプリングされるべき光信号ＯＳの処理に関連した少なくとも１つの第２のサブシステムとを備えており、前記第１のサブシステムおよび第２のサブシステムは、前記光信号をサンプリングし、検出するためのデバイスと協調しており、前記第１のサブシステムは、
   − パルス光信号ＳＰを生成する光源ＳＰＳと、
   − 前記パルス信号ＳＰを２つのレプリカへと分割し、前記レプリカの間に偏光交差と、タイム−シフトとを導入し、またそれら２つのレプリカを単一の発信パルス信号ＳＰへと結合する少なくとも１つのデュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳと、
   − 前記デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳを離れる前記パルス信号ＳＰを２つのレプリカへと分割し、また前記パルス信号ＳＰの前記垂直偏光成分Ｖｓｐおよび水平偏光成分Ｈｓｐについて独立して、前記２つのレプリカの間の前記タイム−シフトを正確に調整する少なくとも１つのスプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓと
   を備えている、システム。
2. 前記デュプリケータＳＰＤ−ＰＸ−ＴＳによって前記２つのレプリカの間に導入される前記タイム−シフトは、前記パルス信号ＳＰの周期Ｔｐの２分の１と、前記光信号ＯＳのビット−タイムＴｄとの合計（Ｔｐ／２＋Ｔｄ）に等しい、請求項１に記載のシステム。
3. 前記スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓは、シリンダに印加される電圧に基づいてその長さが変化する偏光保持光ファイバが、その周囲に巻き付けられる圧電材料の少なくとも１つの前記シリンダを備えている、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記スプリッタＰＭ−ＴＳＭ−Ｓの２つの出力からそれぞれ生じる前記パルス信号ＳＰの前記２つのレプリカは、１直角位相（π／２）だけ位相シフトされる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記第２のサブシステムは、
   − 見られるべき光信号ＯＳを受信し、また前記入って来る光信号ＯＳを２つの線形の、直交した伝搬モードＥ１と、Ｅ２とへと分離するセパレータＰＢＳと、
   − 前記パルス信号ＯＳを２つのレプリカへと分割し、前記レプリカの間に偏光交差と、タイム−シフトとを導入し、またそれら２つのレプリカを単一の発信パルス信号ＯＳへと結合する少なくとも１つのデュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳと
   を備えている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記デュプリケータＤＤ−ＰＸ−ＴＳによって前記２つのレプリカの間に導入される前記固定されたタイム−シフトＴＳは、前記パルス信号ＳＰの周期の２分の１に等しい、請求項５に記載のシステム。
7. 前記光信号ＯＳをサンプリングし、検出するための前記デバイスは、
   − バランス型光検出器と、
   − 固定された時間遅延線ＦＤＬと、
   − ２入力のアナログ・デジタル変換器と
   を備えている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 接続が偏光保持光ファイバを用いて行われる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 偏光保持カプラをさらに備えている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシステムを用いて実施される、線形光サンプリングにより複合光信号ＯＳを可視化するための方法であって、
    − パルス信号ＳＰが放出されるステップと、
    − 前記パルス信号ＳＰが、２つのレプリカの間に偏光交差とタイム−シフトとを導入することにより、前記２つのレプリカへと分割されるステップと、
    − 前記２つのレプリカが、互いに直交しておりタイム−シフトされた垂直偏光成分Ｖｓｐと水平偏光成分Ｈｓｐとを含む結果として生じる単一の信号へと結合されるステップと、
    − 前記結果として生じるパルス信号ＳＰが、２つのレプリカへと分割され、またそれらの間の前記タイム−シフトが、正確に設定されるステップと、
    − 前記パルス信号ＳＰの前記２つのレプリカが、前記光信号ＯＳをサンプリングし、検出するための前記デバイスへと導入されるステップと
    を含み、さらに
    − 前記光信号ＯＳが、互いに直交している２つの伝搬モードＥ１とＥ２とに分離されるステップと、
    − 伝搬モードＥ１、Ｅ２が、前記レプリカの間に偏光交差とタイム−シフトとを導入することにより、２つのレプリカへと分割されるステップと、
    − 前記２つのレプリカが、互いに直交しておりタイム−シフトされた垂直偏光成分Ｖｔｍ、Ｖｔｅと水平偏光成分Ｈｔｍ、Ｈｔｅとを含む結果として生じる単一の信号へと結合されるステップと、
    − 前記結果として生じるパルス信号ＯＳが、２つのレプリカへと分割され、また固定されたタイム−シフトが、それらの間に導入されるステップと、
    − 前記パルス信号ＯＳの前記２つのレプリカが、前記光信号ＯＳをサンプリングし、検出するための前記デバイスへと導入されるステップと
    を含む方法。
11. 前記パルス光信号ＳＰによって前記２つのレプリカの間に導入される前記タイム−シフトは、前記パルス信号ＳＰの周期Ｔｐの２分の１と、前記光信号ＯＳのビット−タイムＴｄとの合計（Ｔｐ／２＋Ｔｄ）に等しい、請求項１０に記載の方法。
12. 前記パルス信号ＳＰの前記垂直偏光成分Ｖｓｐおよび水平偏光成分Ｈｓｐについての前記２つのレプリカの間の前記タイム−シフトの正確な調整は、圧電材料のシリンダの周囲に巻き付けられる偏光保持光ファイバの長さを前記シリンダに印加される電圧の影響の下で変化させることにより独立して達成される、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記パルス信号ＳＰの前記垂直偏光成分Ｖｓｐは、前記光信号ＯＳの前記垂直偏光成分Ｖｔｍ、Ｖｔｅに平行であり、また前記パルス信号ＳＰの前記水平偏光成分Ｈｓｐは、前記光信号ＯＳの前記水平偏光成分Ｈｔｍ、Ｈｔｅに平行であり、干渉を生成することを可能にしている、請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の方法。

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