JP4074538B2 - 光サンプリング装置および光波形観測システム - Google Patents
光サンプリング装置および光波形観測システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速な繰り返し周期の信号で変調された光信号の波形を観測するためのシステムにおいて、光信号の波形の繰り返し周期の変更等に対応でき、しかも、そのシステムを簡易に構成できるようにするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速な繰り返し周期の信号で変調された光信号の波形のデータを取得して観測するために、図１３に示す光波形観測装置１０が用いられている。
【０００３】
この光波形観測装置１０は、入力される光信号Ｐの波形の繰り返し周期ＴｘのＮ倍（Ｎは１以上の任意の整数で例えば１００、１０００等）より所定値（オフセット遅延時間）ΔＴだけ長い繰り返し周期Ｔｓ（＝Ｎ・Ｔｘ＋ΔＴ）をもち、パルス幅が狭い光サンプリングパルスＰｓを光サンプリングパルス発生手段１１によって生成する。
【０００４】
そして、その生成された光サンプリングパルスＰｓを光サンプリング部１２に入力し、光信号Ｐを光サンプリングパルスＰｓでサンプリングし、そのサンプリングによって得られたパルス光を光電変換して電気のパルス信号Ｅｏに変換し、このパルス信号Ｅｏの振幅強度をＡ／Ｄ変換器１３によってディジタルのデータに変換して波形データメモリ１４に記憶し、この波形データメモリ１４に記憶された一連の波形データを表示制御手段１５が読み出して表示器１６に波形表示する。
【０００５】
このようなサンプリング方式の光波形観測装置１０では、図１４の（ａ）に示すように、光信号Ｐの繰り返し波形がＮ回連続して入力される毎に、光サンプリングパルスＰｓによるサンプリングタイミングが図１４の（ｂ）のように、ΔＴ時間ずつシフトしていくため、周期Ｔｘに比べて格段に低速なサンプリングで、光信号Ｐの波形を高分解能でサンプリングすることができ、これを表示器１６の画面上で観測することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような波形観測装置１０に要求される観測モードには、パーシステンスモード、平均化モード等がある。
【０００７】
パーシステンスモードは、光信号Ｐをサンプリングしてその取得データを表示器の画面上にある一定時間表示し、その残像によって測定波形を表示するという動作を繰り返すモードであり、光信号の波形の変化をほぼリアルタイムに観測することができる。
【０００８】
また、平均化モードは、複数のデータ取得期間分の波形データの平均化処理を行い、その平均化された波形を表示するモードであり、ノイズ成分を除去した波形観測が可能となる。
【０００９】
上記のように光信号の波形を残像によって表示していく観測モードの場合、サンプリングが光信号Ｐの繰り返し波形の同一位相位置から開始されないと、表示される波形が時間軸方向に毎回ずれたり、平均化モードでは平均化処理が正しく行なえず波形を正しく再現できなくなり、また、波形の位相や振幅の変動の大きさを正しく把握できなくなる。
【００１０】
このため、上記した各観測モードの場合には、データ取得の開始タイミングが、光信号Ｐの繰り返し波形の同一位相位置となるように設定する必要がある。
【００１１】
その方法の一つとして、サンプリングのオフセット遅延時間ΔＴの整数倍が光信号Ｐの波形の繰り返し周期Ｔｘに等しくなる、即ち、整数Ｋについて、
Ｋ・ΔＴ＝Ｔｘ
が成立するように設定する方法が考えられる。
【００１２】
このように設定した場合、サンプリング周期Ｔｓは、
と表すことができる。
【００１３】
したがってＫ＋１回目のサンプリングタイミングは、１回目のサンプリングタイミングから、
が経過したタイミングとなる。
【００１４】
上記（Ｋ・Ｎ＋１）は整数だから、光信号Ｐの１周期分の波形のうち、Ｋ＋１回目にサンプリングされる位置は、１回目にサンプリングされた位置と一致しており、同様に、２Ｋ＋１回目、３Ｋ＋１回目、…にサンプリングされる位置も１回目にサンプリングされた位置と一致する。
【００１５】
したがって、前記した各観測モードの場合、上記のようにＫ・ΔＴ＝Ｔｘが成立するように設定して、最初のデータ取得期間の開始タイミングから（Ｍ・Ｋ＋１）Ｔｓ（Ｍは複数）が経過したタイミングに次のデータ取得期間を開始すれば、各データ取得期間の開始タイミングを合わせることができる。なお、このタイミングの検出は、例えば光サンプリングパルスの数を計数し、その計数結果に基づいて行なうことができる。
【００１６】
しかし、サンプリングのオフセット遅延時間ΔＴは、表示画面上の時間軸の最小単位を示すものであり、一般的に０．１ｐｓ、０．２ｐｓ、１ｐｓ等のようにきりのよい値に限定されるので、繰り返し周期Ｔｘもこのオフセット遅延時間ΔＴの整数倍に限定されてしまう。
【００１７】
したがって、次の非特許文献１に示した文献で報告されているように、２のｎ乗でしか分周できないようなハードウエア構成のものでは、任意の繰り返し周期の光信号に対応することができず、観測対象が限定されてしまうという問題があった。
【００１８】
【非特許文献１】
H.Takara, S.Kawanishi, A.Yokoo, S.Tomaru, T.Kitoh, and M.Saruwatari:
“100 Gbit/s optical signal eye-diagram measurement with optical sampl-ing using nonlinear optical crystal”,Electron. Lett, Vol. 32, pp.2256〜2258(1996)
【００１９】
また、たとえ、計算上で上記条件を満たす場合であっても、実際の装置には設定できる数値の桁に制限があり、その桁制限によってサンプリングタイミングに誤差が生じその誤差が累積されて、各期間のサンプリング開始タイミングがずれてしまい、表示波形がずれたり、波形再現性が悪化してしまう。
【００２０】
また、この種の光波形観測装置では、狭い幅の光サンプリングパルスを生成したり、光同士のミキシングを行なう光ミキサ等が必要であり、表示部を含めると装置全体が複雑化し高価になるという別の問題がある。
【００２１】
本発明は、これらの問題を解決して、光信号の波形の繰り返し周期の可変に対応でき、また、システム全体を簡易に構成することができる光サンプリング装置および光波形観測システムを提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光サンプリング装置は、
光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記信号発生手段から出力された前記クロック信号を外部へ出力するための第１の出力端子（５０ａ）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を外部へ出力するための第２の出力端子（５０ｂ）とを備えている。
【００２３】
また、本発明の請求項２の光サンプリング装置は、請求項１の光サンプリング装置において、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を受け、該パルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の正弦波信号を出力する基本波成分信号出力手段（２６）と、
前記基本波成分信号出力手段から出力される基本波成分信号を外部へ出力するための第３の出力端子（５０ｃ）とを備え、
該第３の出力端子から出力される基本波成分信号を、前記包絡線波の波形を表示するためのオシロスコープへトリガ用信号として与えることができるようにしたことを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の請求項３の光波形観測システムは、
光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を前記クロック信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換器（３１）と、
任意のしきい値を設定するためのしきい値設定手段（３２′）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデータと前記しきい値とを比較するコンパレータ（３３′）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（３５）と、
前記コンパレータの出力を受け、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデータの値が前記しきい値を所定方向に越えるタイミングから前記Ａ／Ｄ変換器が出力するデータの前記波形データメモリに対する書込みを開始するデータ取得制御手段（３４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して前記オフセット遅延時間間隔の時間軸上に波形表示する波形表示手段（３６、３７）とを備えている。
【００２５】
また、本発明の請求項４の光波形観測システムは、
光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を受け、該パルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の正弦波信号を出力する基本波成分信号出力手段（２６）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を前記クロック信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換器（３１）と、
任意のしきい値を設定するためのしきい値設定手段（３２）と、
前記基本波成分信号出力手段から出力される基本波成分信号と前記しきい値とを比較するコンパレータ（３３）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（３５）と、
前記コンパレータの出力を受け、前記基本波成分信号の電圧が前記しきい値を所定方向に越えるタイミングから前記Ａ／Ｄ変換器が出力するデータの前記波形データメモリに対する書込みを開始するデータ取得制御手段（３４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して前記オフセット遅延時間間隔の時間軸上に波形表示する波形表示手段（３６、３７）とを備えている。
【００２６】
また、本発明の請求項５の光波形観測システムは、
光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を受け、該パルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の正弦波信号を出力する基本波成分信号出力手段（２６）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を前記クロック信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力する第１のＡ／Ｄ変換器（３１）と、
前記基本波成分信号出力手段から出力される基本波成分信号を前記クロック信号または該クロック信号より周期が短い信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力する第２のＡ／Ｄ変換器（４１）と、
任意のしきい値を設定するためのしきい値設定手段（３２′）と、
前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるデータと前記しきい値とを比較するコンパレータ（３３′）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（３５）と、
前記コンパレータの出力を受け、前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるデータが前記しきい値を所定方向に越えるタイミングから前記第１のＡ／Ｄ変換器が出力するデータの前記波形データメモリに対する書込みを開始するデータ取得制御手段（３４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して前記オフセット遅延時間間隔の時間軸上に波形表示する波形表示手段（３６、３７）とを備えている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光波形観測システム２０の構成を示している。
【００２８】
この光波形観測システム２０は、入力端子２０ａから入力される光信号Ｐをサンプリングしてその波形データを取得し、波形表示するためのものであり、パラメータ指定手段２１は、図示しない操作部の操作等によって光信号Ｐの繰り返し周期Ｔｘとサンプリングのオフセット遅延時間ΔＴとに対応する情報を指定するためのものである。
【００２９】
なお、この情報は、繰り返し周期Ｔｘとオフセット遅延時間ΔＴとを特定できる情報であればよく、例えば繰り返し周期Ｔｘに対応した情報は、繰り返し周期Ｔｘそのものの値だけでなく、繰り返し周波数ｆｘ（＝１／Ｔｘ）であってもよく、また、予め設定されている複数のものから一つを指定する番号等の情報であってもよい。
【００３０】
また、信号の周期と周波数とは、その一方が決まれば他方が一義的に特定されるので、本明細書において「周期」およびその関係を「周波数」およびその関係に置き換えたものや、逆に「周波数」およびその関係を「周期」およびその関係に置き換えたものも本発明に含まれるものとする。
【００３１】
演算手段２２は、パラメータ指定手段２１によって指定された情報に基づいて、光信号Ｐの繰り返し周期Ｔｘの整数（Ｎ）倍に対してオフセット遅延時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓを光信号Ｐに対するサンプリング周期として算出する。
【００３２】
なお、このサンプリング周期Ｔｓに対応するサンプリング周波数ｆｓは、後述する信号発生手段２３が出力することができるクロック信号Ｃの周波数可変範囲内に設定される。
【００３３】
例えば、光信号Ｐの繰り返し周波数ｆｘ（＝１／Ｔｘ）が１０ＧＨｚ、オフセット遅延時間ΔＴが０．１ｐｓで、信号発生手段２３の周波数可変範囲が１０ＭＨｚ±１ｋＨｚの場合、整数Ｎを例えば１０００とすれば、サンプリング周期Ｔｓは、
となる。
【００３４】
また、サンプリング周波数ｆｓは、
となり、この周波数は１０ＭＨｚ±１ｋＨｚの範囲内に入る。
【００３５】
信号発生手段２３は、演算手段２２で算出されたサンプリング周期Ｔｓのクロック信号Ｃと、後述する光サンプリングパルス発生手段２４で幅の狭いパルス光を生成させるために必要な高い周波数の信号Ｕとを生成して出力する。
【００３６】
この信号発生手段２３としては、安定で高い周波数（例えば１ＧＨｚ±１ＭＨｚ）の高周波信号を逓倍して信号Ｕを生成し、その信号Ｕを分周して上記クロック信号Ｃを発生するように構成されている。ただし、信号発生手段２３が出力するクロック信号Ｃの周期は演算手段２２で算出された周期に対して桁数制限等による誤差が含まれている場合もある。
【００３７】
また、図１で点線で示しているように、観測対象の光信号Ｐを出力する機器がその光信号Ｐを生成するのに必要な基準信号Ｒをこの信号発生手段２３で生成して機器に与える場合もある。
【００３８】
光サンプリングパルス発生手段２４は、信号発生手段２３が出力するクロック信号Ｃと等しい周期の光サンプリングパルスＰｓを発生する。
【００３９】
この光サンプリングパルス発生手段２４が発生する光サンプリングパルスＰｓのパルス幅は、サンプリングの時間分解能の上限を決定するものであり、パルス幅が狭い程、高い時間分解能でサンプリングを行なうことができる。
【００４０】
この狭い光サンプリングパルスを得るために、光サンプリングパルス発生手段２４は、例えば図２に示しているように、光源２４ａから出射される連続光ＣＷを変調器２４ｂに入射して信号Ｕで変調して、図３の（ａ）のように比較的狭い幅のパルス光Ｐａを信号Ｕの周期Ｔｕで生成し、そのパルス光Ｐａを間引き手段２４ｃに入力する。
【００４１】
間引き手段２４ｃは、クロック信号Ｃの周期で短時間だけオンする光スイッチを有し、図３の（ｂ）のようにクロック信号Ｃの周期Ｔｓのパルス光Ｐｂを出力する。このパルス光Ｐｂは分散減少ファイバ２４ｄに入射され、分散減少ファイバ２４ｄからは、図３の（ｃ）のように幅が狭い（例えば０．１ｐｓ以下）の光サンプリングパルスＰｓが周期Ｔｓで出射される。
【００４２】
なお、この光サンプリングパルス発生手段２４から出射される光サンプリングパルスＰｓは、クロック信号Ｃに同期するように設定されている。
【００４３】
この光サンプリングパルスＰｓは、光サンプリング部２５に入射される。
光サンプリング部２５は、例えば、図４に示しているように、光ミキサ２５ａと光電変換器２５ｂとからなり、入力端子２０ａから入力される光信号Ｐと光サンプリングパルスＰｓとを光ミキサ２５ａに入力して、光信号Ｐを光サンプリングパルスＰｓでサンプリングし、そのサンプリングによって得られたパルス光Ｐｏを光電変換器２５ｂによって電気のパルス信号Ｅｏに変換して出力する。
【００４４】
また、基本波成分信号出力手段２６は、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏを受け、そのパルス信号Ｅｏの包絡線波の基本波成分と等しい周波数の基本波成分信号Ｑを出力するためのものである。
【００４５】
基本波成分信号出力手段２６としては、例えば、図５の（ａ）に示すように、パルス信号Ｅｏの包絡線波の基本波成分の周波数と等しい中心通過周波数の狭帯域な帯域通過フィルタ２６ａによってパルス信号Ｅｏから正弦波の基本波成分信号Ｑを抽出する。
【００４６】
また、図５の（ｂ）に示すように帯域通過フィルタ２６ａの出力信号Ｑ′と電圧制御発振器２６ｂの出力信号Ｑとを位相比較器２６ｃに入力し、その位相比較器２６ｃの出力で電圧制御発振器２６ｂを制御して、電圧制御発振器２６ｂから信号Ｑ′に位相同期し振幅が安定した正弦波の基本波成分信号Ｑを出力するように構成してもよい。
【００４７】
ここで、パルス信号Ｅｏの包絡線波は光信号Ｐの繰り返し波形を、時間軸方向に波形拡大率Ｓ（＝Ｔｓ／ΔＴ）だけ拡大したものであり、その基本波である基本波成分信号Ｑの周期Ｔｑは、繰り返し波形の周期ＴｘのＳ倍となる。
【００４８】
なお、例えば、光信号Ｐの繰り返し波形の周波数ｆｘを１０ＧＨｚ、オフセット遅延時間ΔＴを０．１ｐｓとすれば、光信号Ｐの波形１周期分のデータを得るのに１０００（＝１０−１０／１０−１３）回のサンプリングが必要となり、その１０００回のサンプリングをほぼ１０ＭＨｚの周波数ｆｓで行なうために必要な時間はおよそ０．１ｍｓ（＝１０００×０．１μｓ）となり、この時間がパルス信号Ｅｏの包絡線波の基本波成分の周期Ｔｑに等しく、基本波成分信号Ｑの周波数ｆｑはおよそ１０ｋＨｚとなる。
【００４９】
一方、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏは、Ａ／Ｄ変換器３１に入力される。
【００５０】
Ａ／Ｄ変換器３１は、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理をクロック信号Ｃを受ける毎に行い、そのＡ／Ｄ変換処理によって得られたパルス信号Ｅｏのピーク値のデータＤｐを後述するデータ取得制御手段３４に出力する。
【００５１】
しきい値設定手段３２は、図示しない操作部の操作等によって指定された電圧のしきい値Ｖをコンパレータ３３に出力する。
【００５２】
コンパレータ３３は、しきい値設定手段３２によって設定されたしきい値Ｖと包絡線波の基本波成分信号Ｑの電圧の大小を比較し、例えば、基本波成分信号Ｑの電圧がしきい値Ｖ以上のときには「１」、基本波成分信号Ｑがしきい値Ｖより小さいときには「０」となる信号Ｙをデータ取得制御手段３４に出力する。
【００５３】
データ取得制御手段３４は、コンパレータ３３の出力信号Ｙに基づいて、Ａ／Ｄ変換器３１から出力されるデータＤｐを波形データメモリ３５に書き込む。
【００５４】
即ち、コンパレータ３３の出力信号Ｙが例えば「０」から「１」に変化したタイミング（逆に「１」から「０」に変化したタイミングでもよい）から波形データメモリ３５に対するデータＤｐの書き込みを開始し、所定数のデータの書き込みが終了すると、次に出力信号Ｙが再び「０」から「１」に変化するまで待機するという動作を繰り返す。なお、波形データメモリ３５に書き込むデータの数は、後述する表示器３７に表示される時間軸の表示ポイント数に対応する。
【００５５】
表示制御手段３６は、表示器３７とともに波形表示手段を形成するものであり、時間軸と電圧軸とからなる座標画面を表示器３７に表示させ、波形データメモリ３５に記憶された一連のデータＤｐを読み出して、座標画面上にプロット表示して、その読み出した一連のデータＤｐに対応する波形を表示する。
【００５６】
なお、この表示制御手段３６は、観測モード指定手段３８によって指定された観測モードに応じて、波形データメモリ３５に記憶されたデータＤｐに対する加工処理および表示処理を行う。
【００５７】
即ち、パーシステンスモードでは、波形データメモリ３５に記憶された一連のデータＤｐを残像を残すことで波形表示し、平均化モードでは、波形データメモリ３５に記憶された一連のデータＤｐを所定組求めて、その平均化処理を行い、その平均化処理で得られた一連のデータを重ねて波形として表示する。
【００５８】
次に上記光波形観測システム２０の動作を説明する。
始めに、例えば図６の（ａ）に示す波形の光信号Ｐを入力端子２０ａに入力し、その波形の繰り返し周期Ｔｘおよびサンプリングのオフセット遅延時間ΔＴに対応した情報をパラメータ指定手段２１によって指定する。
【００５９】
この指定された情報に基づいて、サンプリング周期Ｔｓが算出され、その算出されたサンプリング周期Ｔｓのクロック信号Ｃおよび光サンプリングパルスＰｓが図６の（ｂ）、（ｃ）のように生成される。
【００６０】
そして、その光サンプリングパルスＰｓが光サンプリング部２５に入力され、光サンプリング部２５で光信号Ｐがサンプリングされて、そのサンプリングで得られた電気のパルス信号Ｅｏが、図６の（ｄ）のように光サンプリング部２５からＡ／Ｄ変換器３１に出力される。
【００６１】
また、図７の（ａ）に示すパルス信号Ｅｏを受けた基本波成分信号出力手段２６からは、その包絡線波Ｗの基本波成分と等しい周波数ｆｑ（＝１／Ｔｑ）の基本波成分信号Ｑが図７の（ｂ）のように出力され、その基本波成分信号Ｑがコンパレータ３３に入力される。なお、図７の（ａ）は図６の（ｄ）の波形の時間軸を縮めて示したものである。
【００６２】
Ａ／Ｄ変換器３１は、入力されるパルス信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理をクロック信号Ｃに同期して行ない、パルス信号Ｅｏの各パルスのピーク値を順次ディジタルのデータＤｐに変換する。
【００６３】
そして、図７の（ｂ）に示しているように、ある時刻ｔ０に、基本波成分信号Ｑの電圧がしきい値Ｖを低い方から高い方に越えると、コンパレータ３３の出力信号Ｙが図７の（ｃ）のように、「０」から「１」に変化する。
【００６４】
このため、この変化を検知したデータ取得制御手段３４の制御によって、時刻ｔ０のタイミングから波形データメモリ３５へのデータＤｐの書き込み処理が開始される。
【００６５】
このとき、パーシステンスモードが指定されていれば、波形データメモリ３５に所定数書き込まれた一連の波形データが読み出されて、表示器３７の画面上に例えば図８のように、光信号Ｐの波形がオフセット遅延時間ΔＴ間隔のポイントで残像表示される。
【００６６】
なお、表示器３７に表示される時間軸の表示ポイント数が例えば１００１ポイントであれば、１回のデータ取得期間で取得されて波形データメモリ３５に書き込まれるデータＤｐの数も１００１個となり、この１００１個目のデータＤｐを波形データメモリ３５に書き込んだ後に、基本波成分信号Ｑが次にしきい値Ｖを低い方から高い方へ越えるタイミングまで待機し、前記同様に基本波成分信号Ｑがしきい値Ｖを低い方から高い方へ越えるタイミングから波形データの取得を開始することになる。
【００６７】
ここで、このデータの取得開始タイミングは基本波成分信号Ｑの位相変動の影響を受けない。即ち、データの取得タイミングは、クロック信号Ｃで決定されていることから、ジッタはクロック信号Ｃの位相変動値で決まり、しかも、前記したように、基本波成分信号の周期はクロック信号Ｃの１０００倍程度と非常に長い周期であるため、サンプリング周期の誤差等の影響をほとんど無視できる。
【００６８】
したがって、光信号Ｐに対する波形データの取得の開始タイミングの間隔は、繰り返し波形の周期Ｔｘの整数倍だけ正確にずれており、波形１周期内の同一位相位置から開始されることになる。
【００６９】
そして、新たに取得された一連の波形データは、前の取得期間の波形データの代わりに読み出されて、オフセット遅延時間ΔＴの間隔で時間軸上にプロットされて、その波形が残像表示される。
【００７０】
以下同様に、基本波成分信号Ｑがしきい値Ｖを低い方から高い方へ越えるタイミングから波形データの取得が開始され、その取得された一連の波形データに対応する残像波形が前の残像波形に代わって表示される。
【００７１】
また、しきい値Ｖを可変すれば、それに応じてデータ取得の開始タイミングが変化し、表示器３７の画面上に表示される波形が時間軸上で移動するので、観測した部分を画面の任意の位置にずらすことができる。
【００７２】
なお、観測モード指定手段３８によって平均化モードが指定されている場合には、表示制御手段３６によって複数のデータ取得期間に取得された複数組の波形データの平均化処理が行なわれ、その平均化処理された波形が表示器３７に表示され、パーシステンスモードが指定されている場合には、複数のデータが同一時間軸上に重ね書きされ、波形が残像表示されるが、いずれのモードの場合でも、包絡線波Ｗの基本波成分信号Ｑでトリガをかけて各データの取得を開始している。
【００７３】
したがって、光信号Ｐの繰り返し波形の周期Ｔｘが変更された場合でも、また、桁数制限にともなうサンプリングタイミングの誤差がある場合でも、各データ取得の開始タイミングを包絡線波Ｗと同期させることができ、表示波形のずれや波形再現性の悪化が起こらない。
【００７４】
なお、この光波形観測システム２０では、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏの包絡線波Ｗの基本波成分と等しい周波数の正弦波の基本波成分信号Ｑの電圧としきい値Ｖとをアナログ型のコンパレータ３３で比較し、その出力信号Ｙに基づいてデータの取得を開始していたが、図９に示すように、基本波成分信号ＱをＡ／Ｄ変換器４１によってディジタルのデータＤｑに変換し、このデータＤｑとしきい値設定手段３２′からディジタル値で設定されたしきい値Ｖ′とをディジタル型のコンパレータ３３′で比較し、例えば、データＤｑがしきい値Ｖを低い方から高い方（逆でもよい）に超えたタイミングから波形データメモリ３５へのデータＤｐの書き込みを開始してもよい。
【００７５】
なお、この場合、Ａ／Ｄ変換器４１のサンプリングタイミングを決める信号としては、図９に示しているようにクロック信号Ｃを用いる場合と、クロック信号Ｃより短い周期の別の信号を用いる場合のいずれでもよい。
【００７６】
また、前記した波形の例のように、周期的な振幅変化しか起こらないことが予め判っている波形を観測対象とする場合には、基本波成分信号出力手段２６を省略し、図１０に示すように、Ａ／Ｄ変換器３１から出力されるデータＤｐとしきい値Ｖ′とをディジタル型のコンパレータ３３′で比較し、例えばデータＤｐがしきい値Ｖ′を低い方から高い方に超えたタイミングから波形データメモリ３５へのデータＤｐの書き込みを開始してもよい。
【００７７】
また、上記Ａ／Ｄ変換器３１の入力信号に対するＡ／Ｄ変換処理機能、入力信号の電圧としきい値Ｖとを比較して、その比較結果でデータの取得を開始する機能、取得したデータの波形を順次残像を残しながら表示するパーシステンス表示機能、平均化処理して表示する平均化表示機能は、多チャネル型のディジタルオシロスコープで代用することができる。
【００７８】
この場合、図１１に示すように、光サンプリング装置５０とディジタルオシロスコープ６０とで光波形観測システム２０′を構成することができる。
【００７９】
この光サンプリング装置５０は、ディジタルオシロスコープ６０と独立した筐体（図示せず）を有し、また、前記した光波形観測システム２０の入力端子２０ａ、パラメータ指定手段２１、演算手段２２、信号発生手段２３、光サンプリングパルス発生手段２４、光サンプリング部２５、基本波成分信号出力手段２６の他に、クロック信号Ｃを外部へ出力するための第１の出力端子５０ａ、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏを外部へ出力するための第２の出力端子５０ｂ、基本波成分信号Ｑを外部へ出力するための第３の出力端子５０ｃが設けられている。
【００８０】
上記の入力端子２０ａ、パラメータ指定手段２１、演算手段２２、信号発生手段２３、光サンプリングパルス発生手段２４、光サンプリング部２５、基本波成分信号出力手段２６は、前記した光波形観測システム２０のものと同一であるため、その説明は省略する。
【００８１】
この光サンプリング装置５０の第１の出力端子５０ａ、第２の出力端子５０ｂおよび第３の出力端子５０ｃは、ディジタルオシロスコープ６０の外部クロック入力端子６０ａ、第１チャネル入力端子６０ｂおよび第２チャネル入力端子６０ｃにそれぞれケーブル接続されている。
【００８２】
ディジタルオシロスコープ６０は、各チャネル入力端子６０ｂ、６０ｃから入力される信号に対するＡ／Ｄ変換処理を外部クロック入力端子６０ａに入力されるクロック信号に同期して行う外部クロック同期機能、任意に指定したチャネル入力端子の入力信号の電圧が任意に設定したしきい値を所定方向に越えたタイミングから一定時間（後述する時間軸の表示幅および表示ポイント数等に依存する）が経過する間にＡ／Ｄ変換処理によって得られたデータを波形データとしてチャネル毎に記憶し、その記憶した波形データを任意に指定した間隔の時間軸上に表示する外部トリガ機能を有しており、さらに、前記したパーシステンス表示機能、平均化表示機能のいずれかを任意に選択できるように構成されている。
【００８３】
上記光サンプリング装置５０の各部の動作は、前記した光波形観測システム２０で説明したのと同一であり、この光サンプリング装置５０からのクロック信号Ｃ、パルス信号Ｅｏおよび基本波成分信号Ｑを受けたディジタルオシロスコープ６０は、第１チャネル入力端子６０ｂに入力されるパルス信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理を、外部クロック入力端子６０ａに入力されているクロック信号Ｃに同期して行ない、パルス信号Ｅｏの各パルスのピーク値に対応したデータ値Ｄｐに変換する。
【００８４】
そして、ある時刻に、第２チャネル入力端子６０ｃに入力されている基本波成分信号Ｑの電圧（ディジタル値）が例えばしきい値Ｖを低い方から高い方に越えると、そのタイミングから一定時間の間に第１チャネルのＡ／Ｄ変換処理で得られるデータを波形データとして内部メモリに順次記憶し、その記憶した一連の波形データを読み出して前記同様に表示部の時間軸上にプロットして光信号Ｐの波形を、指定されたモードに応じて表示する。
【００８５】
このように構成した場合でも、基本波成分信号Ｑの位相は光サンプリングのサンプリング周期の誤差の影響を受けず安定しており、各データ取得の開始タイミングは、包絡線波Ｗと同期している。
【００８６】
したがって、光信号Ｐの繰り返し波形の周期Ｔｘが変更された場合でも、また、桁数制限にともなうサンプリングタイミングの誤差がある場合でも、表示波形のずれや波形再現性の悪化が起こらない。
【００８７】
また、この波形観測システム２０′では、データ取得と波形表示の機能をディジタルオシロスコープ６０で実現しているので、このオシロスコープ６０の各端子にクロック信号Ｃ、パルス信号Ｅｏおよび基本波成分信号Ｑを与えるための各出力端子５０ａ〜５０ｃから与えることで、前記した波形観測システム２０と同一の動作をさせることができ、ディジタルオシロスコープ６０を所有していれば、上記光サンプリング装置５０を新たに用意するだけで、光信号の観測が行なえ、システム全体を安価に構成することができる。
【００８８】
なお、上記した光サンプリング装置５０では、基本波成分信号出力手段２６から、光サンプリング部２５から出力されたパルス信号Ｅｏの包絡線波の基本波と等しい周波数の基本波成分信号Ｑを出力し、これを第３の出力端子５０ｃを介してディジタルオシロスコープ６０の第２チャネル入力端子６０ｂに入力していたが、ディジタルオシロスコープ６０では任意のチャネルに入力される信号に対してトリガをかけることができるので、トリガ対象を第１チャネルに指定して、パルス信号ＥｏのＡ／Ｄ変換出力としきい値Ｖとの比較結果でデータの取得を開始させることもでき、この場合には、図１２の光サンプリング装置５０′のように、基本波成分信号出力手段２６および第３の出力端子５０ｃを省略することができる。
【００８９】
また、上記の光波形観測システム２０′では、データの取得と波形の表示の処理をディジタルオシロスコープ６０で行なっていたが、このディジタルオシロスコープ６０の代わりに、入力信号をクロック信号Ｃに同期してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換機能を有し、前記したコンパレータ３３、データ取得制御手段３４、波形データメモリ３５、表示制御手段３６と同等の機能をプログラム処理で行なうパーソナルコンピュータを用いてもよい。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光サンプリング装置は、パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、光信号の繰り返し周期の整数倍に対してオフセット遅延時間分だけ差のある周期を光信号に対するサンプリング周期として算出し、その算出されたサンプリング周期のクロック信号を生成して第１の出力端子から出力し、また、算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを生成して、その光サンプリングパルスで入力端子から入力された光信号をサンプリングし、そのサンプリングによって得られた電気のパルス信号を第２の出力端子から出力するように構成されている。
【００９１】
このため、例えば、第１の出力端子から出力されるクロック信号をディジタルオシロスコープの外部クロック入力端子に入力し、第２の出力端子から出力されるパルス信号をディジタルオシロスコープのチャネル入力端子に入力し、そのチャネルをトリガ指定することで、光信号の任意の周期の繰り返し波形を正しく表示させることができ、光波形観測システムを簡単に構成することができる。
【００９２】
また、光サンプリング部から出力されるパルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の基本波成分信号を第３の出力端子から出力できるようにしたものでは、その第３の出力端子から出力される基本波成分信号をディジタルオシロスコープの第２チャネル入力端子に入力し、この第２チャネルをトリガ指定することで、光信号の任意の周期の繰り返し波形を、その波形の大きな振幅変動の数によらずに、正しく表示させることができ、光波形観測システムを簡単に構成することができる。
【００９３】
また、光サンプリング部から出力されるパルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の基本波成分信号が、予め設定されたしきい値を所定方向に越えたタイミングから、Ａ／Ｄ変換されたデータの波形メモリへの書込みを開始し、波形データに記憶された一連の波形データを読み出してオフセット遅延時間間隔で時間軸上に波形表示するように構成された光波形観測システムでは、光信号の任意の周期の繰り返し波形を、その波形の大きな振幅変動の数によらずに、正しく表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図
【図２】実施形態の要部の構成例を示す図
【図３】実施形態の要部の動作説明図
【図４】実施形態の要部の構成例を示す図
【図５】実施形態の要部の構成例を示す図
【図６】実施形態の動作説明図
【図７】実施形態の動作説明図
【図８】実施形態の表示波形例を示す図
【図９】他の実施形態の構成例を示す図
【図１０】他の実施形態の構成例を示す図
【図１１】他の実施形態の構成例を示す図
【図１２】他の実施形態の構成例を示す図
【図１３】従来装置の構成を示す図
【図１４】従来装置の動作説明図
【符号の説明】
２０、２０′……光波形観測システム、２０ａ……入力端子、２１……パラメータ指定手段、２２……演算手段、２３……信号発生手段、２４……光サンプリングパルス発生手段、２５……光サンプリング部、２６……基本波成分信号出力手段、３１……Ａ／Ｄ変換器、３２、３２′……しきい値設定手段、３３、３３′……コンパレータ、３４……データ取得制御手段、３５……波形データメモリ、３６……表示制御手段、３７……表示器、３８……観測モード指定手段、４１……Ａ／Ｄ変換器、５０、５０′……光サンプリング装置、５０ａ……第１の出力端子、５０ｂ……第２出力端子、５０ｃ……第３の出力端子、６０……ディジタルオシロスコープ、６０ａ……クロック入力端子、６０ｂ……第１チャネル入力端子、６０ｃ……第２チャネル入力端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速な繰り返し周期の信号で変調された光信号の波形を観測するためのシステムにおいて、光信号の波形の繰り返し周期の変更等に対応でき、しかも、そのシステムを簡易に構成できるようにするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速な繰り返し周期の信号で変調された光信号の波形のデータを取得して観測するために、図１３に示す光波形観測装置１０が用いられている。
【０００３】
この光波形観測装置１０は、入力される光信号Ｐの波形の繰り返し周期ＴｘのＮ倍（Ｎは１以上の任意の整数で例えば１００、１０００等）より所定値（オフセット遅延時間）ΔＴだけ長い繰り返し周期Ｔｓ（＝Ｎ・Ｔｘ＋ΔＴ）をもち、パルス幅が狭い光サンプリングパルスＰｓを光サンプリングパルス発生手段１１によって生成する。
【０００４】
そして、その生成された光サンプリングパルスＰｓを光サンプリング部１２に入力し、光信号Ｐを光サンプリングパルスＰｓでサンプリングし、そのサンプリングによって得られたパルス光を光電変換して電気のパルス信号Ｅｏに変換し、このパルス信号Ｅｏの振幅強度をＡ／Ｄ変換器１３によってディジタルのデータに変換して波形データメモリ１４に記憶し、この波形データメモリ１４に記憶された一連の波形データを表示制御手段１５が読み出して表示器１６に波形表示する。
【０００５】
このようなサンプリング方式の光波形観測装置１０では、図１４の（ａ）に示すように、光信号Ｐの繰り返し波形がＮ回連続して入力される毎に、光サンプリングパルスＰｓによるサンプリングタイミングが図１４の（ｂ）のように、ΔＴ時間ずつシフトしていくため、周期Ｔｘに比べて格段に低速なサンプリングで、光信号Ｐの波形を高分解能でサンプリングすることができ、これを表示器１６の画面上で観測することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような波形観測装置１０に要求される観測モードには、パーシステンスモード、平均化モード等がある。
【０００７】
パーシステンスモードは、光信号Ｐをサンプリングしてその取得データを表示器の画面上にある一定時間表示し、その残像によって測定波形を表示するという動作を繰り返すモードであり、光信号の波形の変化をほぼリアルタイムに観測することができる。
【０００８】
また、平均化モードは、複数のデータ取得期間分の波形データの平均化処理を行い、その平均化された波形を表示するモードであり、ノイズ成分を除去した波形観測が可能となる。
【０００９】
上記のように光信号の波形を残像によって表示していく観測モードの場合、サンプリングが光信号Ｐの繰り返し波形の同一位相位置から開始されないと、表示される波形が時間軸方向に毎回ずれたり、平均化モードでは平均化処理が正しく行なえず波形を正しく再現できなくなり、また、波形の位相や振幅の変動の大きさを正しく把握できなくなる。
【００１０】
このため、上記した各観測モードの場合には、データ取得の開始タイミングが、光信号Ｐの繰り返し波形の同一位相位置となるように設定する必要がある。
【００１１】
その方法の一つとして、サンプリングのオフセット遅延時間ΔＴの整数倍が光信号Ｐの波形の繰り返し周期Ｔｘに等しくなる、即ち、整数Ｋについて、
Ｋ・ΔＴ＝Ｔｘ
が成立するように設定する方法が考えられる。
【００１２】
このように設定した場合、サンプリング周期Ｔｓは、
【００１３】
したがってＫ＋１回目のサンプリングタイミングは、１回目のサンプリングタイミングから、
【００１４】
上記（Ｋ・Ｎ＋１）は整数だから、光信号Ｐの１周期分の波形のうち、Ｋ＋１回目にサンプリングされる位置は、１回目にサンプリングされた位置と一致しており、同様に、２Ｋ＋１回目、３Ｋ＋１回目、…にサンプリングされる位置も１回目にサンプリングされた位置と一致する。
【００１５】
したがって、前記した各観測モードの場合、上記のようにＫ・ΔＴ＝Ｔｘが成立するように設定して、最初のデータ取得期間の開始タイミングから（Ｍ・Ｋ＋１）Ｔｓ（Ｍは複数）が経過したタイミングに次のデータ取得期間を開始すれば、各データ取得期間の開始タイミングを合わせることができる。なお、このタイミングの検出は、例えば光サンプリングパルスの数を計数し、その計数結果に基づいて行なうことができる。
【００１６】
しかし、サンプリングのオフセット遅延時間ΔＴは、表示画面上の時間軸の最小単位を示すものであり、一般的に０．１ｐｓ、０．２ｐｓ、１ｐｓ等のようにきりのよい値に限定されるので、繰り返し周期Ｔｘもこのオフセット遅延時間ΔＴの整数倍に限定されてしまう。
【００１７】
したがって、次の非特許文献１に示した文献で報告されているように、２のｎ乗でしか分周できないようなハードウエア構成のものでは、任意の繰り返し周期の光信号に対応することができず、観測対象が限定されてしまうという問題があった。
【００１８】
【非特許文献１】
H.Takara, S.Kawanishi, A.Yokoo, S.Tomaru, T.Kitoh, and M.Saruwatari:
“100 Gbit/s optical signal eye-diagram measurement with optical sampl-ing using nonlinear optical crystal”,Electron. Lett, Vol. 32, pp.2256〜2258(1996)
【００１９】
また、たとえ、計算上で上記条件を満たす場合であっても、実際の装置には設定できる数値の桁に制限があり、その桁制限によってサンプリングタイミングに誤差が生じその誤差が累積されて、各期間のサンプリング開始タイミングがずれてしまい、表示波形がずれたり、波形再現性が悪化してしまう。
【００２０】
また、この種の光波形観測装置では、狭い幅の光サンプリングパルスを生成したり、光同士のミキシングを行なう光ミキサ等が必要であり、表示部を含めると装置全体が複雑化し高価になるという別の問題がある。
【００２１】
本発明は、これらの問題を解決して、光信号の波形の繰り返し周期の可変に対応でき、また、システム全体を簡易に構成することができる光サンプリング装置および光波形観測システムを提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光サンプリング装置は、
光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記信号発生手段から出力された前記クロック信号を外部へ出力するための第１の出力端子（５０ａ）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を外部へ出力するための第２の出力端子（５０ｂ）とを備えている。
【００２３】
また、本発明の請求項２の光サンプリング装置は、請求項１の光サンプリング装置において、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を受け、該パルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の正弦波信号を出力する基本波成分信号出力手段（２６）と、
前記基本波成分信号出力手段から出力される基本波成分信号を外部へ出力するための第３の出力端子（５０ｃ）とを備え、
該第３の出力端子から出力される基本波成分信号を、前記包絡線波の波形を表示するためのオシロスコープへトリガ用信号として与えることができるようにしたことを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の請求項３の光波形観測システムは、
光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を前記クロック信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換器（３１）と、
任意のしきい値を設定するためのしきい値設定手段（３２′）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデータと前記しきい値とを比較するコンパレータ（３３′）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（３５）と、
前記コンパレータの出力を受け、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデータの値が前記しきい値を所定方向に越えるタイミングから前記Ａ／Ｄ変換器が出力するデータの前記波形データメモリに対する書込みを開始するデータ取得制御手段（３４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して前記オフセット遅延時間間隔の時間軸上に波形表示する波形表示手段（３６、３７）とを備えている。
【００２５】
また、本発明の請求項４の光波形観測システムは、
光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を受け、該パルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の正弦波信号を出力する基本波成分信号出力手段（２６）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を前記クロック信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換器（３１）と、
任意のしきい値を設定するためのしきい値設定手段（３２）と、
前記基本波成分信号出力手段から出力される基本波成分信号と前記しきい値とを比較するコンパレータ（３３）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（３５）と、
前記コンパレータの出力を受け、前記基本波成分信号の電圧が前記しきい値を所定方向に越えるタイミングから前記Ａ／Ｄ変換器が出力するデータの前記波形データメモリに対する書込みを開始するデータ取得制御手段（３４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して前記オフセット遅延時間間隔の時間軸上に波形表示する波形表示手段（３６、３７）とを備えている。
【００２６】
また、本発明の請求項５の光波形観測システムは、
光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を受け、該パルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の正弦波信号を出力する基本波成分信号出力手段（２６）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を前記クロック信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力する第１のＡ／Ｄ変換器（３１）と、
前記基本波成分信号出力手段から出力される基本波成分信号を前記クロック信号または該クロック信号より周期が短い信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力する第２のＡ／Ｄ変換器（４１）と、
任意のしきい値を設定するためのしきい値設定手段（３２′）と、
前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるデータと前記しきい値とを比較するコンパレータ（３３′）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（３５）と、
前記コンパレータの出力を受け、前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるデータが前記しきい値を所定方向に越えるタイミングから前記第１のＡ／Ｄ変換器が出力するデータの前記波形データメモリに対する書込みを開始するデータ取得制御手段（３４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して前記オフセット遅延時間間隔の時間軸上に波形表示する波形表示手段（３６、３７）とを備えている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光波形観測システム２０の構成を示している。
【００２８】
この光波形観測システム２０は、入力端子２０ａから入力される光信号Ｐをサンプリングしてその波形データを取得し、波形表示するためのものであり、パラメータ指定手段２１は、図示しない操作部の操作等によって光信号Ｐの繰り返し周期Ｔｘとサンプリングのオフセット遅延時間ΔＴとに対応する情報を指定するためのものである。
【００２９】
なお、この情報は、繰り返し周期Ｔｘとオフセット遅延時間ΔＴとを特定できる情報であればよく、例えば繰り返し周期Ｔｘに対応した情報は、繰り返し周期Ｔｘそのものの値だけでなく、繰り返し周波数ｆｘ（＝１／Ｔｘ）であってもよく、また、予め設定されている複数のものから一つを指定する番号等の情報であってもよい。
【００３０】
また、信号の周期と周波数とは、その一方が決まれば他方が一義的に特定されるので、本明細書において「周期」およびその関係を「周波数」およびその関係に置き換えたものや、逆に「周波数」およびその関係を「周期」およびその関係に置き換えたものも本発明に含まれるものとする。
【００３１】
演算手段２２は、パラメータ指定手段２１によって指定された情報に基づいて、光信号Ｐの繰り返し周期Ｔｘの整数（Ｎ）倍に対してオフセット遅延時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓを光信号Ｐに対するサンプリング周期として算出する。
【００３２】
なお、このサンプリング周期Ｔｓに対応するサンプリング周波数ｆｓは、後述する信号発生手段２３が出力することができるクロック信号Ｃの周波数可変範囲内に設定される。
【００３３】
例えば、光信号Ｐの繰り返し周波数ｆｘ（＝１／Ｔｘ）が１０ＧＨｚ、オフセット遅延時間ΔＴが０．１ｐｓで、信号発生手段２３の周波数可変範囲が１０ＭＨｚ±１ｋＨｚの場合、整数Ｎを例えば１０００とすれば、サンプリング周期Ｔｓは、
【００３４】
また、サンプリング周波数ｆｓは、
【００３５】
信号発生手段２３は、演算手段２２で算出されたサンプリング周期Ｔｓのクロック信号Ｃと、後述する光サンプリングパルス発生手段２４で幅の狭いパルス光を生成させるために必要な高い周波数の信号Ｕとを生成して出力する。
【００３６】
この信号発生手段２３としては、安定で高い周波数（例えば１ＧＨｚ±１ＭＨｚ）の高周波信号を逓倍して信号Ｕを生成し、その信号Ｕを分周して上記クロック信号Ｃを発生するように構成されている。ただし、信号発生手段２３が出力するクロック信号Ｃの周期は演算手段２２で算出された周期に対して桁数制限等による誤差が含まれている場合もある。
【００３７】
また、図１で点線で示しているように、観測対象の光信号Ｐを出力する機器がその光信号Ｐを生成するのに必要な基準信号Ｒをこの信号発生手段２３で生成して機器に与える場合もある。
【００３８】
光サンプリングパルス発生手段２４は、信号発生手段２３が出力するクロック信号Ｃと等しい周期の光サンプリングパルスＰｓを発生する。
【００３９】
この光サンプリングパルス発生手段２４が発生する光サンプリングパルスＰｓのパルス幅は、サンプリングの時間分解能の上限を決定するものであり、パルス幅が狭い程、高い時間分解能でサンプリングを行なうことができる。
【００４０】
この狭い光サンプリングパルスを得るために、光サンプリングパルス発生手段２４は、例えば図２に示しているように、光源２４ａから出射される連続光ＣＷを変調器２４ｂに入射して信号Ｕで変調して、図３の（ａ）のように比較的狭い幅のパルス光Ｐａを信号Ｕの周期Ｔｕで生成し、そのパルス光Ｐａを間引き手段２４ｃに入力する。
【００４１】
間引き手段２４ｃは、クロック信号Ｃの周期で短時間だけオンする光スイッチを有し、図３の（ｂ）のようにクロック信号Ｃの周期Ｔｓのパルス光Ｐｂを出力する。このパルス光Ｐｂは分散減少ファイバ２４ｄに入射され、分散減少ファイバ２４ｄからは、図３の（ｃ）のように幅が狭い（例えば０．１ｐｓ以下）の光サンプリングパルスＰｓが周期Ｔｓで出射される。
【００４２】
なお、この光サンプリングパルス発生手段２４から出射される光サンプリングパルスＰｓは、クロック信号Ｃに同期するように設定されている。
【００４３】
この光サンプリングパルスＰｓは、光サンプリング部２５に入射される。
光サンプリング部２５は、例えば、図４に示しているように、光ミキサ２５ａと光電変換器２５ｂとからなり、入力端子２０ａから入力される光信号Ｐと光サンプリングパルスＰｓとを光ミキサ２５ａに入力して、光信号Ｐを光サンプリングパルスＰｓでサンプリングし、そのサンプリングによって得られたパルス光Ｐｏを光電変換器２５ｂによって電気のパルス信号Ｅｏに変換して出力する。
【００４４】
また、基本波成分信号出力手段２６は、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏを受け、そのパルス信号Ｅｏの包絡線波の基本波成分と等しい周波数の基本波成分信号Ｑを出力するためのものである。
【００４５】
基本波成分信号出力手段２６としては、例えば、図５の（ａ）に示すように、パルス信号Ｅｏの包絡線波の基本波成分の周波数と等しい中心通過周波数の狭帯域な帯域通過フィルタ２６ａによってパルス信号Ｅｏから正弦波の基本波成分信号Ｑを抽出する。
【００４６】
また、図５の（ｂ）に示すように帯域通過フィルタ２６ａの出力信号Ｑ′と電圧制御発振器２６ｂの出力信号Ｑとを位相比較器２６ｃに入力し、その位相比較器２６ｃの出力で電圧制御発振器２６ｂを制御して、電圧制御発振器２６ｂから信号Ｑ′に位相同期し振幅が安定した正弦波の基本波成分信号Ｑを出力するように構成してもよい。
【００４７】
ここで、パルス信号Ｅｏの包絡線波は光信号Ｐの繰り返し波形を、時間軸方向に波形拡大率Ｓ（＝Ｔｓ／ΔＴ）だけ拡大したものであり、その基本波である基本波成分信号Ｑの周期Ｔｑは、繰り返し波形の周期ＴｘのＳ倍となる。
【００４８】
なお、例えば、光信号Ｐの繰り返し波形の周波数ｆｘを１０ＧＨｚ、オフセット遅延時間ΔＴを０．１ｐｓとすれば、光信号Ｐの波形１周期分のデータを得るのに１０００（＝１０−１０／１０−１３）回のサンプリングが必要となり、その１０００回のサンプリングをほぼ１０ＭＨｚの周波数ｆｓで行なうために必要な時間はおよそ０．１ｍｓ（＝１０００×０．１μｓ）となり、この時間がパルス信号Ｅｏの包絡線波の基本波成分の周期Ｔｑに等しく、基本波成分信号Ｑの周波数ｆｑはおよそ１０ｋＨｚとなる。
【００４９】
一方、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏは、Ａ／Ｄ変換器３１に入力される。
【００５０】
Ａ／Ｄ変換器３１は、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理をクロック信号Ｃを受ける毎に行い、そのＡ／Ｄ変換処理によって得られたパルス信号Ｅｏのピーク値のデータＤｐを後述するデータ取得制御手段３４に出力する。
【００５１】
しきい値設定手段３２は、図示しない操作部の操作等によって指定された電圧のしきい値Ｖをコンパレータ３３に出力する。
【００５２】
コンパレータ３３は、しきい値設定手段３２によって設定されたしきい値Ｖと包絡線波の基本波成分信号Ｑの電圧の大小を比較し、例えば、基本波成分信号Ｑの電圧がしきい値Ｖ以上のときには「１」、基本波成分信号Ｑがしきい値Ｖより小さいときには「０」となる信号Ｙをデータ取得制御手段３４に出力する。
【００５３】
データ取得制御手段３４は、コンパレータ３３の出力信号Ｙに基づいて、Ａ／Ｄ変換器３１から出力されるデータＤｐを波形データメモリ３５に書き込む。
【００５４】
即ち、コンパレータ３３の出力信号Ｙが例えば「０」から「１」に変化したタイミング（逆に「１」から「０」に変化したタイミングでもよい）から波形データメモリ３５に対するデータＤｐの書き込みを開始し、所定数のデータの書き込みが終了すると、次に出力信号Ｙが再び「０」から「１」に変化するまで待機するという動作を繰り返す。なお、波形データメモリ３５に書き込むデータの数は、後述する表示器３７に表示される時間軸の表示ポイント数に対応する。
【００５５】
表示制御手段３６は、表示器３７とともに波形表示手段を形成するものであり、時間軸と電圧軸とからなる座標画面を表示器３７に表示させ、波形データメモリ３５に記憶された一連のデータＤｐを読み出して、座標画面上にプロット表示して、その読み出した一連のデータＤｐに対応する波形を表示する。
【００５６】
なお、この表示制御手段３６は、観測モード指定手段３８によって指定された観測モードに応じて、波形データメモリ３５に記憶されたデータＤｐに対する加工処理および表示処理を行う。
【００５７】
即ち、パーシステンスモードでは、波形データメモリ３５に記憶された一連のデータＤｐを残像を残すことで波形表示し、平均化モードでは、波形データメモリ３５に記憶された一連のデータＤｐを所定組求めて、その平均化処理を行い、その平均化処理で得られた一連のデータを重ねて波形として表示する。
【００５８】
次に上記光波形観測システム２０の動作を説明する。
始めに、例えば図６の（ａ）に示す波形の光信号Ｐを入力端子２０ａに入力し、その波形の繰り返し周期Ｔｘおよびサンプリングのオフセット遅延時間ΔＴに対応した情報をパラメータ指定手段２１によって指定する。
【００５９】
この指定された情報に基づいて、サンプリング周期Ｔｓが算出され、その算出されたサンプリング周期Ｔｓのクロック信号Ｃおよび光サンプリングパルスＰｓが図６の（ｂ）、（ｃ）のように生成される。
【００６０】
そして、その光サンプリングパルスＰｓが光サンプリング部２５に入力され、光サンプリング部２５で光信号Ｐがサンプリングされて、そのサンプリングで得られた電気のパルス信号Ｅｏが、図６の（ｄ）のように光サンプリング部２５からＡ／Ｄ変換器３１に出力される。
【００６１】
また、図７の（ａ）に示すパルス信号Ｅｏを受けた基本波成分信号出力手段２６からは、その包絡線波Ｗの基本波成分と等しい周波数ｆｑ（＝１／Ｔｑ）の基本波成分信号Ｑが図７の（ｂ）のように出力され、その基本波成分信号Ｑがコンパレータ３３に入力される。なお、図７の（ａ）は図６の（ｄ）の波形の時間軸を縮めて示したものである。
【００６２】
Ａ／Ｄ変換器３１は、入力されるパルス信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理をクロック信号Ｃに同期して行ない、パルス信号Ｅｏの各パルスのピーク値を順次ディジタルのデータＤｐに変換する。
【００６３】
そして、図７の（ｂ）に示しているように、ある時刻ｔ０に、基本波成分信号Ｑの電圧がしきい値Ｖを低い方から高い方に越えると、コンパレータ３３の出力信号Ｙが図７の（ｃ）のように、「０」から「１」に変化する。
【００６４】
このため、この変化を検知したデータ取得制御手段３４の制御によって、時刻ｔ０のタイミングから波形データメモリ３５へのデータＤｐの書き込み処理が開始される。
【００６５】
このとき、パーシステンスモードが指定されていれば、波形データメモリ３５に所定数書き込まれた一連の波形データが読み出されて、表示器３７の画面上に例えば図８のように、光信号Ｐの波形がオフセット遅延時間ΔＴ間隔のポイントで残像表示される。
【００６６】
なお、表示器３７に表示される時間軸の表示ポイント数が例えば１００１ポイントであれば、１回のデータ取得期間で取得されて波形データメモリ３５に書き込まれるデータＤｐの数も１００１個となり、この１００１個目のデータＤｐを波形データメモリ３５に書き込んだ後に、基本波成分信号Ｑが次にしきい値Ｖを低い方から高い方へ越えるタイミングまで待機し、前記同様に基本波成分信号Ｑがしきい値Ｖを低い方から高い方へ越えるタイミングから波形データの取得を開始することになる。
【００６７】
ここで、このデータの取得開始タイミングは基本波成分信号Ｑの位相変動の影響を受けない。即ち、データの取得タイミングは、クロック信号Ｃで決定されていることから、ジッタはクロック信号Ｃの位相変動値で決まり、しかも、前記したように、基本波成分信号の周期はクロック信号Ｃの１０００倍程度と非常に長い周期であるため、サンプリング周期の誤差等の影響をほとんど無視できる。
【００６８】
したがって、光信号Ｐに対する波形データの取得の開始タイミングの間隔は、繰り返し波形の周期Ｔｘの整数倍だけ正確にずれており、波形１周期内の同一位相位置から開始されることになる。
【００６９】
そして、新たに取得された一連の波形データは、前の取得期間の波形データの代わりに読み出されて、オフセット遅延時間ΔＴの間隔で時間軸上にプロットされて、その波形が残像表示される。
【００７０】
以下同様に、基本波成分信号Ｑがしきい値Ｖを低い方から高い方へ越えるタイミングから波形データの取得が開始され、その取得された一連の波形データに対応する残像波形が前の残像波形に代わって表示される。
【００７１】
また、しきい値Ｖを可変すれば、それに応じてデータ取得の開始タイミングが変化し、表示器３７の画面上に表示される波形が時間軸上で移動するので、観測した部分を画面の任意の位置にずらすことができる。
【００７２】
なお、観測モード指定手段３８によって平均化モードが指定されている場合には、表示制御手段３６によって複数のデータ取得期間に取得された複数組の波形データの平均化処理が行なわれ、その平均化処理された波形が表示器３７に表示され、パーシステンスモードが指定されている場合には、複数のデータが同一時間軸上に重ね書きされ、波形が残像表示されるが、いずれのモードの場合でも、包絡線波Ｗの基本波成分信号Ｑでトリガをかけて各データの取得を開始している。
【００７３】
したがって、光信号Ｐの繰り返し波形の周期Ｔｘが変更された場合でも、また、桁数制限にともなうサンプリングタイミングの誤差がある場合でも、各データ取得の開始タイミングを包絡線波Ｗと同期させることができ、表示波形のずれや波形再現性の悪化が起こらない。
【００７４】
なお、この光波形観測システム２０では、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏの包絡線波Ｗの基本波成分と等しい周波数の正弦波の基本波成分信号Ｑの電圧としきい値Ｖとをアナログ型のコンパレータ３３で比較し、その出力信号Ｙに基づいてデータの取得を開始していたが、図９に示すように、基本波成分信号ＱをＡ／Ｄ変換器４１によってディジタルのデータＤｑに変換し、このデータＤｑとしきい値設定手段３２′からディジタル値で設定されたしきい値Ｖ′とをディジタル型のコンパレータ３３′で比較し、例えば、データＤｑがしきい値Ｖを低い方から高い方（逆でもよい）に超えたタイミングから波形データメモリ３５へのデータＤｐの書き込みを開始してもよい。
【００７５】
なお、この場合、Ａ／Ｄ変換器４１のサンプリングタイミングを決める信号としては、図９に示しているようにクロック信号Ｃを用いる場合と、クロック信号Ｃより短い周期の別の信号を用いる場合のいずれでもよい。
【００７６】
また、前記した波形の例のように、周期的な振幅変化しか起こらないことが予め判っている波形を観測対象とする場合には、基本波成分信号出力手段２６を省略し、図１０に示すように、Ａ／Ｄ変換器３１から出力されるデータＤｐとしきい値Ｖ′とをディジタル型のコンパレータ３３′で比較し、例えばデータＤｐがしきい値Ｖ′を低い方から高い方に超えたタイミングから波形データメモリ３５へのデータＤｐの書き込みを開始してもよい。
【００７７】
また、上記Ａ／Ｄ変換器３１の入力信号に対するＡ／Ｄ変換処理機能、入力信号の電圧としきい値Ｖとを比較して、その比較結果でデータの取得を開始する機能、取得したデータの波形を順次残像を残しながら表示するパーシステンス表示機能、平均化処理して表示する平均化表示機能は、多チャネル型のディジタルオシロスコープで代用することができる。
【００７８】
この場合、図１１に示すように、光サンプリング装置５０とディジタルオシロスコープ６０とで光波形観測システム２０′を構成することができる。
【００７９】
この光サンプリング装置５０は、ディジタルオシロスコープ６０と独立した筐体（図示せず）を有し、また、前記した光波形観測システム２０の入力端子２０ａ、パラメータ指定手段２１、演算手段２２、信号発生手段２３、光サンプリングパルス発生手段２４、光サンプリング部２５、基本波成分信号出力手段２６の他に、クロック信号Ｃを外部へ出力するための第１の出力端子５０ａ、光サンプリング部２５から出力されるパルス信号Ｅｏを外部へ出力するための第２の出力端子５０ｂ、基本波成分信号Ｑを外部へ出力するための第３の出力端子５０ｃが設けられている。
【００８０】
上記の入力端子２０ａ、パラメータ指定手段２１、演算手段２２、信号発生手段２３、光サンプリングパルス発生手段２４、光サンプリング部２５、基本波成分信号出力手段２６は、前記した光波形観測システム２０のものと同一であるため、その説明は省略する。
【００８１】
この光サンプリング装置５０の第１の出力端子５０ａ、第２の出力端子５０ｂおよび第３の出力端子５０ｃは、ディジタルオシロスコープ６０の外部クロック入力端子６０ａ、第１チャネル入力端子６０ｂおよび第２チャネル入力端子６０ｃにそれぞれケーブル接続されている。
【００８２】
ディジタルオシロスコープ６０は、各チャネル入力端子６０ｂ、６０ｃから入力される信号に対するＡ／Ｄ変換処理を外部クロック入力端子６０ａに入力されるクロック信号に同期して行う外部クロック同期機能、任意に指定したチャネル入力端子の入力信号の電圧が任意に設定したしきい値を所定方向に越えたタイミングから一定時間（後述する時間軸の表示幅および表示ポイント数等に依存する）が経過する間にＡ／Ｄ変換処理によって得られたデータを波形データとしてチャネル毎に記憶し、その記憶した波形データを任意に指定した間隔の時間軸上に表示する外部トリガ機能を有しており、さらに、前記したパーシステンス表示機能、平均化表示機能のいずれかを任意に選択できるように構成されている。
【００８３】
上記光サンプリング装置５０の各部の動作は、前記した光波形観測システム２０で説明したのと同一であり、この光サンプリング装置５０からのクロック信号Ｃ、パルス信号Ｅｏおよび基本波成分信号Ｑを受けたディジタルオシロスコープ６０は、第１チャネル入力端子６０ｂに入力されるパルス信号Ｅｏに対するＡ／Ｄ変換処理を、外部クロック入力端子６０ａに入力されているクロック信号Ｃに同期して行ない、パルス信号Ｅｏの各パルスのピーク値に対応したデータ値Ｄｐに変換する。
【００８４】
そして、ある時刻に、第２チャネル入力端子６０ｃに入力されている基本波成分信号Ｑの電圧（ディジタル値）が例えばしきい値Ｖを低い方から高い方に越えると、そのタイミングから一定時間の間に第１チャネルのＡ／Ｄ変換処理で得られるデータを波形データとして内部メモリに順次記憶し、その記憶した一連の波形データを読み出して前記同様に表示部の時間軸上にプロットして光信号Ｐの波形を、指定されたモードに応じて表示する。
【００８５】
このように構成した場合でも、基本波成分信号Ｑの位相は光サンプリングのサンプリング周期の誤差の影響を受けず安定しており、各データ取得の開始タイミングは、包絡線波Ｗと同期している。
【００８６】
したがって、光信号Ｐの繰り返し波形の周期Ｔｘが変更された場合でも、また、桁数制限にともなうサンプリングタイミングの誤差がある場合でも、表示波形のずれや波形再現性の悪化が起こらない。
【００８７】
また、この波形観測システム２０′では、データ取得と波形表示の機能をディジタルオシロスコープ６０で実現しているので、このオシロスコープ６０の各端子にクロック信号Ｃ、パルス信号Ｅｏおよび基本波成分信号Ｑを与えるための各出力端子５０ａ〜５０ｃから与えることで、前記した波形観測システム２０と同一の動作をさせることができ、ディジタルオシロスコープ６０を所有していれば、上記光サンプリング装置５０を新たに用意するだけで、光信号の観測が行なえ、システム全体を安価に構成することができる。
【００８８】
なお、上記した光サンプリング装置５０では、基本波成分信号出力手段２６から、光サンプリング部２５から出力されたパルス信号Ｅｏの包絡線波の基本波と等しい周波数の基本波成分信号Ｑを出力し、これを第３の出力端子５０ｃを介してディジタルオシロスコープ６０の第２チャネル入力端子６０ｂに入力していたが、ディジタルオシロスコープ６０では任意のチャネルに入力される信号に対してトリガをかけることができるので、トリガ対象を第１チャネルに指定して、パルス信号ＥｏのＡ／Ｄ変換出力としきい値Ｖとの比較結果でデータの取得を開始させることもでき、この場合には、図１２の光サンプリング装置５０′のように、基本波成分信号出力手段２６および第３の出力端子５０ｃを省略することができる。
【００８９】
また、上記の光波形観測システム２０′では、データの取得と波形の表示の処理をディジタルオシロスコープ６０で行なっていたが、このディジタルオシロスコープ６０の代わりに、入力信号をクロック信号Ｃに同期してＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換機能を有し、前記したコンパレータ３３、データ取得制御手段３４、波形データメモリ３５、表示制御手段３６と同等の機能をプログラム処理で行なうパーソナルコンピュータを用いてもよい。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光サンプリング装置は、パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、光信号の繰り返し周期の整数倍に対してオフセット遅延時間分だけ差のある周期を光信号に対するサンプリング周期として算出し、その算出されたサンプリング周期のクロック信号を生成して第１の出力端子から出力し、また、算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを生成して、その光サンプリングパルスで入力端子から入力された光信号をサンプリングし、そのサンプリングによって得られた電気のパルス信号を第２の出力端子から出力するように構成されている。
【００９１】
このため、例えば、第１の出力端子から出力されるクロック信号をディジタルオシロスコープの外部クロック入力端子に入力し、第２の出力端子から出力されるパルス信号をディジタルオシロスコープのチャネル入力端子に入力し、そのチャネルをトリガ指定することで、光信号の任意の周期の繰り返し波形を正しく表示させることができ、光波形観測システムを簡単に構成することができる。
【００９２】
また、光サンプリング部から出力されるパルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の基本波成分信号を第３の出力端子から出力できるようにしたものでは、その第３の出力端子から出力される基本波成分信号をディジタルオシロスコープの第２チャネル入力端子に入力し、この第２チャネルをトリガ指定することで、光信号の任意の周期の繰り返し波形を、その波形の大きな振幅変動の数によらずに、正しく表示させることができ、光波形観測システムを簡単に構成することができる。
【００９３】
また、光サンプリング部から出力されるパルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の基本波成分信号が、予め設定されたしきい値を所定方向に越えたタイミングから、Ａ／Ｄ変換されたデータの波形メモリへの書込みを開始し、波形データに記憶された一連の波形データを読み出してオフセット遅延時間間隔で時間軸上に波形表示するように構成された光波形観測システムでは、光信号の任意の周期の繰り返し波形を、その波形の大きな振幅変動の数によらずに、正しく表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図
【図２】実施形態の要部の構成例を示す図
【図３】実施形態の要部の動作説明図
【図４】実施形態の要部の構成例を示す図
【図５】実施形態の要部の構成例を示す図
【図６】実施形態の動作説明図
【図７】実施形態の動作説明図
【図８】実施形態の表示波形例を示す図
【図９】他の実施形態の構成例を示す図
【図１０】他の実施形態の構成例を示す図
【図１１】他の実施形態の構成例を示す図
【図１２】他の実施形態の構成例を示す図
【図１３】従来装置の構成を示す図
【図１４】従来装置の動作説明図
【符号の説明】
２０、２０′……光波形観測システム、２０ａ……入力端子、２１……パラメータ指定手段、２２……演算手段、２３……信号発生手段、２４……光サンプリングパルス発生手段、２５……光サンプリング部、２６……基本波成分信号出力手段、３１……Ａ／Ｄ変換器、３２、３２′……しきい値設定手段、３３、３３′……コンパレータ、３４……データ取得制御手段、３５……波形データメモリ、３６……表示制御手段、３７……表示器、３８……観測モード指定手段、４１……Ａ／Ｄ変換器、５０、５０′……光サンプリング装置、５０ａ……第１の出力端子、５０ｂ……第２出力端子、５０ｃ……第３の出力端子、６０……ディジタルオシロスコープ、６０ａ……クロック入力端子、６０ｂ……第１チャネル入力端子、６０ｃ……第２チャネル入力端子
Claims (5)
- 光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記信号発生手段から出力された前記クロック信号を外部へ出力するための第１の出力端子（５０ａ）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を外部へ出力するための第２の出力端子（５０ｂ）とを備えた光サンプリング装置。 - 前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を受け、該パルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の正弦波信号を出力する基本波成分信号出力手段（２６）と、
前記基本波成分信号出力手段から出力される基本波成分信号を外部へ出力するための第３の出力端子（５０ｃ）とを備え、
該第３の出力端子から出力される基本波成分信号を、前記包絡線波の波形を表示するためのオシロスコープへトリガ用信号として与えることができるようにしたことを特徴とする請求項１記載の光サンプリング装置。 - 光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を前記クロック信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換器（３１）と、
任意のしきい値を設定するためのしきい値設定手段（３２′）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデータと前記しきい値とを比較するコンパレータ（３３′）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（３５）と、
前記コンパレータの出力を受け、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデータの値が前記しきい値を所定方向に越えるタイミングから前記Ａ／Ｄ変換器が出力するデータの前記波形データメモリに対する書込みを開始するデータ取得制御手段（３４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して前記オフセット遅延時間間隔の時間軸上に波形表示する波形表示手段（３６、３７）とを備えた光波形観測システム。 - 光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を受け、該パルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の正弦波信号を出力する基本波成分信号出力手段（２６）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を前記クロック信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換器（３１）と、
任意のしきい値を設定するためのしきい値設定手段（３２）と、
前記基本波成分信号出力手段から出力される基本波成分信号と前記しきい値とを比較するコンパレータ（３３）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（３５）と、
前記コンパレータの出力を受け、前記基本波成分信号の電圧が前記しきい値を所定方向に越えるタイミングから前記Ａ／Ｄ変換器が出力するデータの前記波形データメモリに対する書込みを開始するデータ取得制御手段（３４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して前記オフセット遅延時間間隔の時間軸上に波形表示する波形表示手段（３６、３７）とを備えた光波形観測システム。 - 光信号を入力するための入力端子（２０ａ）と、
前記光信号の繰り返し周期とサンプリングのオフセット遅延時間とに対応する情報を指定するためのパラメータ指定手段（２１）と、
特定範囲内で指定された周期のクロック信号を発生する信号発生手段（２３）と、
前記パラメータ指定手段によって指定された情報に基づいて、前記光信号の繰り返し周期の整数倍に対して前記オフセット遅延時間だけ差のある周期で且つ前記特定範囲に入る周期を前記光信号に対するサンプリング周期として算出し、該算出値を前記信号発生手段に指定して、前記信号発生手段から前記サンプリング周期と等しい周期のクロック信号を出力させる演算手段（２２）と、
前記演算手段によって算出されたサンプリング周期の光サンプリングパルスを発生する光サンプリングパルス発生手段（２４）と、
前記入力端子から入力された光信号を、前記光サンプリングパルス発生手段から出射された光サンプリングパルスによってサンプリングし、該サンプリングによって得られたパルス光を光電変換して出力する光サンプリング部（２５）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を受け、該パルス信号の包絡線波の基本波成分と等しい繰り返し周波数の正弦波信号を出力する基本波成分信号出力手段（２６）と、
前記光サンプリング部から出力されるパルス信号を前記クロック信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力する第１のＡ／Ｄ変換器（３１）と、
前記基本波成分信号出力手段から出力される基本波成分信号を前記クロック信号または該クロック信号より周期が短い信号に同期してサンプリングしてディジタルのデータに変換して出力する第２のＡ／Ｄ変換器（４１）と、
任意のしきい値を設定するためのしきい値設定手段（３２′）と、
前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるデータと前記しきい値とを比較するコンパレータ（３３′）と、
波形データを記憶するための波形データメモリ（３５）と、
前記コンパレータの出力を受け、前記第２のＡ／Ｄ変換器から出力されるデータが前記しきい値を所定方向に越えるタイミングから前記第１のＡ／Ｄ変換器が出力するデータの前記波形データメモリに対する書込みを開始するデータ取得制御手段（３４）と、
前記波形データメモリに記憶された一連の波形データを読み出して前記オフセット遅延時間間隔の時間軸上に波形表示する波形表示手段（３６、３７）とを備えた光波形観測システム。
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