JP4533917B2

JP4533917B2 - 光位相変調評価装置

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Publication number: JP4533917B2
Application number: JP2007219912A
Authority: JP
Inventors: 隆生谷本
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2027-08-27
Also published as: JP2009055322A

Description

本発明は、高速なデータ信号により位相変調された位相変調光の評価を高精度に行うための技術に関する。

データ信号で変調した光信号が各種通信に用いられているが、近年では、光の強度をデータ信号によって変調する強度変調に代わり、光の位相をデータ信号によって変調する位相変調（ＤＰＳＫ：差動位相シフトキーイング、ＤＱＰＳＫ：差動π／４位相シフトキーイング等）が実現されており、その光位相変調の評価を行う装置が必要とされている。

データ信号によって位相変調された光の評価を行う装置として、評価対象の位相変調光を２分岐し、その２つの光の間に、１シンボル（ＤＰＳＫ方式では１ビット、ＤＱＰＳＫ方式では２ビット）相当の遅延を与えて合波することにより、位相変調光を強度変換光に変換してから評価処理を行うものがあった（例えば特許文献１）。

特開平６−０２１８９１号公報

図１４は、この種の光位相変調評価装置の概略構成を示すものであり、ＤＰＳＫ方式で位相変調された評価対象の位相変調光Ｓは、遅延干渉部１の分波器２により光Ｓ１、Ｓ２に分波されてそれぞれ光路Ｌ１、Ｌ２に出射され、光Ｓ２は光路Ｌ２に挿入された遅延器３によって１シンボル（この場合１ビット）分の遅延を受け、その遅延された光Ｓ３が、光Ｓ１とともに合波器４に入射され合波される。

なお、遅延器３を除いて２つの光路Ｌ１、Ｌ２の光学的条件（長さや屈折率等）は等しく、光路の違いによる光の位相差は生じないものとする。

ここで、ＤＰＳＫ方式は、データが「０」になると位相がπ変化し、データが「１」のときには位相が変化しないように変調されるものとする。

したがって、例えば、位相変調光ＳがＤＰＳＫ方式により図１５の（ａ）のデータ信号で位相変調されて、光Ｓ１の位相が図１５の（ｂ）のようにデータが「０」になる毎にπ変化した場合、光Ｓ３は、図１５の（ｃ）のように、光Ｓ１に対して１ビット遅延した状態で光Ｓ１と合波され、その合波される光同士が同相の期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ５、…は互いに強め合い、逆相の期間Ｔ３、Ｔ４は互いに弱め合う。

このため、合波器４から出射される光Ｓ４は、図１５の（ｄ）のような強度変換光となり、この強度変換光Ｓ４の強度が所定値より大きい期間にデータ「１」、所定値より小さい期間にデータ「０」を割り当てることで、図１５の（ａ）の変調データを再現することができる。

この遅延干渉部１から出射された強度変換光Ｓ４は、光電変換器６に入射され、その強度に対応したレベルの電気信号Ｅに変化されＡ／Ｄ変換器７に入力されて、デジタルのデータＤに変換され、演算処理部９に入力される。

演算処理部９は入力されたデータに基づき、例えば、元のデータを復調し、その復調したデータに対する所定の評価演算（例えばビット誤り率の算出）を行うことにより、位相変調光Ｓの品質を評価することができる。

しかしながら、上記構成の光位相変調評価装置では、光位相変調光の評価要素としてのシンボル間位相差を正しく測定することができないという問題があった。

即ち、遅延干渉部１から出射される強度変換光Ｓ４の強度が同一で、複数のシンボル間位相差が存在すること、また、強度変換光Ｓ４の強度変化が被測定光の光パワーの変化によるものか、被測定光のシンボル間位相差によるものかを区別できず、正確なシンボル間位相差を測定することができなかった。

シンボル間位相差は、前記した光Ｓ１、Ｓ３との間の相対位相差であり、前記したように光路Ｌ１、Ｌ２の光学条件が等しく光路の違いによる位相差が生じないものとすれば、２つの光Ｓ１、Ｓ３は、次のように表される。

Ｓ１＝Ａａ・ｅｘｐ［ｊ（ωｔ＋φａ）］
Ｓ３＝Ａｂ・ｅｘｐ［ｊ（ωｔ＋φａ＋φｍ）］
ただし、Ａａ、Ａｂは各光の振幅、ωは位相変調光Ｓの周波数、φａは光路Ｌ１、Ｌ２を伝搬後の位相、φｍはシンボル間位相差

この２つの光Ｓ１、Ｓ３の合波によって得られた光Ｓ４の強度Ｐは、
Ｐ＝（Ｓ１＋Ｓ３）・（Ｓ１^＊＋Ｓ３^＊）
＝Ａａ^２＋Ａｂ^２＋２・Ａａ・Ａｂ・ｃｏｓ（φｍ）
ただし、Ｓ１^＊、Ｓ３^＊はＳ１、Ｓ３の共役複素数
となる。

ここで、Ａａ＝Ａｂ＝Ａと仮定すれば、光Ｓ４の強度Ｐは、
Ｐ＝２Ａ^２・［１＋ｃｏｓ（φｍ）］
となる。

この強度Ｐの式は、図１６のように位相差−π〜πの範囲で余弦関数的に変化し、強度Ｘを与える位相差はφｍ１、φｍ２の２つ存在するので、強度Ｘから位相差を特定することができず、シンボル間位相差を正しく求めることができない。

本発明は、この問題を解決し、位相変調光のシンボル間位相差を正しく測定することができる光位相変調評価装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光位相変調評価装置は、
所定のシンボルレートで位相変調された評価対象の位相変調光（Ｓ）を第１の光（Ｓａ）と第２の光（Ｓｂ）に分波する第１の分波手段（２５）と、
前記第１の光を第２の分波手段（３１）により２分波し、その一方を遅延器（３２）により１シンボル分遅延して合波手段（３３）により他方と合波し、前記第１の光をそのシンボル間の光位相差に応じた振幅を有する第１強度変換光（Ｓａ４）に変換する第１の遅延干渉部（３０）と、
前記第２の光を第３の分波手段（４１）により２分波し、その一方を遅延器（４２）により１シンボル分遅延して合波手段（４４）により他方と合波し、前記第２の光をそのシンボル間の光位相差に応じた振幅を有する第２強度変換光（Ｓｂ４）に変換する第２の遅延干渉部（４０）と、
前記第１の遅延干渉部で合波される２つの光の位相差と、前記第２の遅延干渉部で合波される２つの光の位相差との間に、π／２の差を与える移相器（４３）とを有し、
前記第１強度変換光と第２強度変換光を受光して得られた振幅値に基づいて、前記位相変調光の評価処理を行う光位相変調評価装置であって、
波長可変可能な校正用光を出射する校正用光源（２１）と、
前記校正用光を前記評価対象の位相変調光の代わりに前記第１の分波手段に入射させる光スイッチ（２２）と、
前記第１の遅延干渉部または第２の遅延干渉部の少なくとも一方に設けられ、該遅延干渉部で合波される２つの光の位相差を調整するための光位相調整手段（３５、４５）と、
前記評価対象の位相変調光と等しい波長の前記校正用光を前記第１の分波手段に入射させた状態で、前記光位相調整手段を可変制御し、該光位相調整手段が設けられている遅延干渉部の出力光の最大振幅を求めて、前記第１強度変換光と第２強度変換光を受光して得られる振幅値を補正するための補正係数（Ｋａ、Ｋｂ）を求める係数算出手段（９１）と、
前記校正用光に代わって前記評価対象の位相変調光が前記第１の分波手段に入射された状態で、前記第１の遅延干渉部から出射された第１強度変換光および前記第２の遅延干渉部から出射された第２強度変換光の振幅値を前記補正係数で補正する補正手段（９２）とを含み、
前記補正手段により補正された第１強度変換光および第２強度変換光の振幅値から、前記評価対象の位相変調光のシンボル間位相差を求めることを特徴としている。

また、本発明の請求項２の光位相変調評価装置は、請求項１記載の光位相変調評価装置において、
前記第１の遅延干渉部と第２の遅延干渉部の分波手段、合波手段および遅延器を共通化したこと特徴としている。

また、本発明の請求項３の光位相変調評価装置は、請求項１または請求項２記載の光位相変調評価装置において、
前記位相変調光が前記第１の分波手段に入射された状態で、前記第１強度変換光および第２強度変換光の補正後の振幅値を複数測定し、その複数の補正後の振幅値が、直交座標面上で描く円の中心（ＤＣ１、ＤＣ２）を基準にして、前記位相変調光のシンボル間位相差を求めることを特徴としている。

このように本発明の光位相変調評価装置では、第１の分波手段で分波された位相変調光の一方を受け、そのシンボル間の光位相差に応じた振幅を有する第１強度変換光に変換する第１の遅延干渉部と、第１の分波手段で分波された位相変調光の他方を受け、そのシンボル間の光位相差に応じた振幅を有する第２強度変換光に変換する第２の遅延干渉部と、第１の遅延干渉部で合波される２つの光の位相差と、第２の遅延干渉部で合波される２つの光の位相差との間に、π／２の差を与える移相器とを有し、位相変調光の代わりに校正用光を入射した状態で、第１の遅延干渉部と第２の遅延干渉部の少なくとも一方で合波される光の位相を可変し、第１強度変換光と第２強度変換光の最大振幅を求めて、第１強度変換光と第２強度変換光を受光して得られる振幅値を補正するための補正係数を算出して記憶しておき、校正用光に代わって評価対象の位相変調光が第１の分波手段に入射された状態で、第１強度変換光と第２強度変換光の振幅を前記補正係数により補正し、その補正された振幅値から、評価対象の位相変調光のシンボル間位相差を求めているので、任意の強度の位相変調光のシンボル間位相差を正確に求めることができる。

（第１の実施形態）
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光位相変調評価装置２０の構成を示している。

この光位相変調評価装置２０は、所定のシンボルレートで位相変調された評価対象の位相変調光Ｓまたは校正用光源２１からの校正用光Ｓｒのいずれかを光スイッチ２２で選択して分波器２５に入射し、２光Ｓａ、Ｓｂに分波し、その一方の光Ｓａを第１の遅延干渉部３０に入射し、他方の光Ｓｂを第２の遅延干渉部４０に入射する。

校正用光源２１は、可変波長型であり、評価対象の位相変調光Ｓと等しい波長で且つ波長の安定した無変調光とする。

第１の遅延干渉部３０は、入力光Ｓａを、２光Ｓａ１、Ｓａ２に分岐してそれぞれ光路Ｌａ１、Ｌａ２に出射する分波器３１と、一方の光路Ｌａ２側に挿入され、光Ｓａ２に１シンボル相当分（ＤＰＳＫ方式の場合、１ビット相当分）の遅延を与える遅延器３２と、遅延器３２から出射される光Ｓａ３と他方の光路Ｌａ１の光Ｓａ１とを合波してその合波により得られた光を第１強度変換光Ｓａとして出射する合波器３３とを有している。

なお、この第１の遅延干渉部３０には、光路Ｌａ１、Ｌａ２の光路長差を可変できるように、第１の位相調整器３５が一方の光路側に挿入されている。

また、第２の遅延干渉部４０は、入力光Ｓｂを、２光Ｓｂ１、Ｓｂ２に分岐しそれぞれ光路Ｌｂ１、Ｌｂ２に出射する分波器４１と、一方の光路Ｌｂ２側に挿入され、光Ｓｂ２に１シンボル相当分（ＤＰＳＫ方式の場合、１ビット相当分）の遅延を与える遅延器４２と、遅延器４２から出射された光Ｓｂ３の位相をπ／２シフトする移相器４３と、移相器４３から出射された光Ｓｂ３′と、他方の光路Ｌｂ１の光Ｓｂ１とを合波してその合波により得られた光を第２強度変換光Ｓｂ４として出射する合波器４４とを有している。

なお、ここでは、第１の遅延干渉部３０で合波される２つの光の位相差をゼロ、第２の遅延干渉部４０で合波される２つの光の位相差を移相器４３によってπ／２とし、両者の位相差の差をπ／２にしているが、第１の遅延干渉部３０で合波される２つの光の位相差が例えばπ／４となるように移相器を挿入し、第２の遅延干渉部４０で合波される２つの光の位相差が例えば−π／４となるように移相器を挿入して、両者の位相差の差をπ／２にしてもよい。

そして、この第２の遅延干渉部４０にも、光路Ｌｂ１、Ｌｂ２の光路長差を可変できるように、第２の位相調整器４５が一方の光路側に挿入されている。なお、第２の位相調整器４５は、移相器４３と兼用できる。

したがって、位相変調光Ｓが入力しているときに、第１の遅延干渉部３０から出射される第１強度変換光Ｓａ４の強度Ｐａは、前記した従来装置と同様に、
Ｐａ＝２・Ａ^２・［１＋ｃｏｓ（φｍ）］ ……（１）
で表され、図２に示すようにシンボル間位相差φｍの変化に対し、２・Ａ^２を中心にして強度Ｐａが余弦関数的に変化する。

一方、第２の遅延干渉部４０は、遅延器４２による遅延の他に、移相器４３によるπ／２の位相シフトが加わった状態で合波されるので、位相変調光Ｓが入力しているときに、第２の遅延干渉部４０から出射される第２強度変換光Ｐｂ４の強度Ｐｂは、
Ｐｂ＝２・Ａ^２・［１＋ｃｏｓ（φｍ＋π／２）］
＝２・Ａ^２・［１＋ｓｉｎ（φｍ）］ ……（２）
で表され、図２に示すようにシンボル間位相差φｍの変化に対し、２・Ａ^２を中心にして強度Ｐｂが正弦関数的に変化する。

したがって、例えば図２に示しているように、Ｐａ＝Ｘを与える２つの位相φｍ１、φｍ２が存在した場合、強度Ｐｂが中心値２・Ａ^２以下であれば、シンボル間位相はφｍ１と特定でき、強度Ｐｂが中心値２・Ａ^２より大であれば、シンボル間位相はφｍ２と特定することができる。

また、Ｐａが最大のときシンボル間位相は０と特定でき、Ｐａが最小のときシンボル間位相はπ（または−π）と特定することができる。ただし、実際に得られる強度値は光電変換器の出力値Ｉａ、Ｉｂであり、この出力値Ｉａ、Ｉｂは入射光強度に比例している。

その比例係数をｋａ、ｋｂとすれば、
Ｉａ＝ｋａ・Ｐａ＝ｋａ・２・Ａ^２・［１＋ｃｏｓ（φｍ）］
＝Ｋａ・［１＋ｃｏｓ（φｍ）］
Ｉｂ＝ｋｂ・Ｐｂ＝ｋｂ・２・Ａ^２・［１＋ｓｉｎ（φｍ）］
＝Ｋｂ・［１＋ｓｉｎ（φｍ）］
ただし、補正係数Ｋａ＝ｋａ・２・Ａ^２、Ｋｂ＝ｋｂ・２・Ａ^２
となる。

したがって、受光出力Ｉａ、Ｉｂと補正係数Ｋａ、Ｋｂが既知となれば、
（Ｉａ／Ｋａ）−１＝ｃｏｓ（φｍ） ……（３）
（Ｉｂ／Ｋｂ）−１＝ｓｉｎ（φｍ） ……（４）
の関係を満たす唯一のシンボル間位相差φｍを特定することができる。

上記した補正係数Ｋａ、Ｋｂの値は、予め校正用光Ｓｒの波長を変えながら求めて記憶しておき、評価対象の位相変調光Ｓを入射したときに得られる受光出力Ｉａ、Ｉｂと、その位相変調光Ｓと同一波長について予め記憶されている補正係数Ｋａ、Ｋｂとを用いてシンボル間位相差を求めればよい。

なお、前記したように、２つの遅延干渉部３０、４０の光学的条件を合わせるための構成例として、２つの遅延干渉部３０、４０の光学系を共通化することが望ましい。

（第２の実施形態）
例えば図３のように、入射光ＳまたはＳｒを、ハーフミラー２５ａと３つの平板ミラー２５ｂ〜２５ｄからなる分波器２５により平行な光軸に沿った光Ｓａ、Ｓｂに分け、両光軸に対して４５°の傾きを有するハーフミラー１０１に入射する。

光Ｓａは、ハーフミラー１０１で反射する光Ｓａ１とハーフミラー１０１を透過する光Ｓａ２とに分けられ、その一方の光Ｓａ１は、第１の位相調整器３５を透過した後、直交ミラー１０２により平行にずれた光軸に沿ってハーフミラー１０１に折り返される。

また、光Ｓａ２は遅延器１１０に入射し、その遅延器１１０によって１シンボル分の遅延が与えられた光Ｓａ３が直交ミラー１０３に入射され、その折り返し光が、直交ミラー１０２で折り返された光Ｓａ１の光軸に直交する光軸に沿ってハーフミラー１０１に入射され、光Ｓａ１と合波され、第１の強度変換光Ｓａ４が得られる。

一方、光Ｓａと平行にハーフミラー１０１に入射された光Ｓｂは、ハーフミラー１０１で反射する光Ｓｂ１と、ハーフミラー１０１を透過する光Ｓｂ２とに分けられ、光Ｓｂ１は、第２の位相調整器４５を通過した後、直交ミラー１０２によりハーフミラー１０１に折り返される。

また、光Ｓｂ２は遅延器１１０に入射し、１シンボル分の遅延が与えらた光Ｓｂ３が直交ミラー１０３により折り返され、移相器４３により光位相がπ／２シフトされる。そして、移相器４３から出射された光Ｓｂ３′が、直交ミラー１０２で折り返された光Ｓｂ１の光軸に直交する光軸に沿ってハーフミラー１０１に入射し、光Ｓｂ１と合波されて、第２強度変換光Ｓｂ４が得られる。なお、前記したように、移相器４３と第２の位相調整器４５を兼用することができる。

この構成例は、ハーフミラー１０１が、前記した第１の遅延干渉部３０の分波器３１、合波器３３、第２の遅延干渉部４０の分波器４１、合波器４４を兼用し、遅延器１１０が遅延器３２、４２を兼用しているので、光学条件を等しくすることが容易で、構成自体も簡素化できる。

（第３の実施形態）
また、図４のように構成してもよい。この構成では、入力ＳまたはＳｒを、ハーフミラー２５ａと３つの平板ミラー２５ｂ〜２５ｄからなる分波器２５により平行な光軸に沿った光Ｓａ、Ｓｂに分け、両光軸に対して４５°の傾きを有するハーフミラー２０１に入射する。

光Ｓａは、ハーフミラー２０１で反射する光Ｓａ１とハーフミラー２０１を透過する光Ｓａ２とに分けられ、その一方の光Ｓａ１は、ハーフミラー２０１に対して平行に配置された平板ミラー２０２に入射されて直角に反射され、第１の位相調整器３５を透過した後、光Ｓａ２と平行な光軸に沿ってハーフミラー２０３に出射される。

また、光Ｓａ２は遅延器１１０に入射し、その遅延器１１０によって１シンボル分の遅延が与えられた光Ｓａ３が、ハーフミラー２０１に対して平行に配置された平板ミラー２０４に入射され直角に反射され、平板ミラー２０２で反射された光Ｓａ１の光軸に直交する光軸に沿ってハーフミラー２０３に入射され、光Ｓａ１と合波されて第１強度変換光Ｓａ４が得られる。

一方、光Ｓａと平行にハーフミラー２０１に入射された光Ｓｂは、ハーフミラー２０１で反射する光Ｓｂ１と、ハーフミラー２０１を透過する光Ｓｂ２とに分けられ、光Ｓｂ１は、光Ｓａ１と同様に平板ミラー２０２に入射されて直角に反射され、第２の位相変調器４５を透過した後、光Ｓｂ２と平行な光軸に沿ってハーフミラー２０３に出射される。

また、光Ｓｂ２は遅延器１１０に入射し、その遅延器１１０によって１シンボル分の遅延が与えられた光Ｓｂ３が移相器４３に入射される。そして、この移相器４３から出射された光Ｓｂ３′が平板ミラー２０４に入射され直角に反射され、平板ミラー２０２で反射された光Ｓｂ１の光軸に直交する光軸に沿ってハーフミラー２０３に入射され、光Ｓｂ１と合波されて第２強度変換光Ｓｂ４が得られる。

この図４の構成例では、ハーフミラー２０１が分波器３１、４１として兼用され、遅延器１１０が遅延器３２、４２として兼用され、ハーフミラー２０３が合波器３３、４４として兼用されており、前記構成例と同様に、光学条件を等しくすることが容易で、構成自体も簡素化できる。

なお、図３、図４において、符号４８、４９は、強度変換光Ｓａ４、Ｓｂ４をモニタするための光電変換器であり、少なくとも前記した校正用光Ｓｒの入射時の出力値Ｉａ、Ｉｂを測定して、補正係数Ｋａ、Ｋｂを求める際に使用することができる。ただし、光電変換器４８、４９を省略して、後述する光サンプリング部６０、７０の出射光の受光出力から補正係数Ｋａ、Ｋｂを求めるようにしてもよい。

光電変換器４８、４９で、各強度変換光の平均パワー（２Ａ^２）を検出し、振幅の測定データからこの平均パワーの値を差し引くことで、各強度変換光の強度と位相の関係を値付けできる。

（第４の実施形態）
上記のように、光電変換器４８、４９で、各強度変換光の平均パワー（２Ａ^２）を検出して測定データから差し引く方法は、強度変換光のデューティ比が５０パーセント以外のときに成立しない。

その場合には、位相変調光Ｓが分波器２５に入射された状態で、第１強度変換光Ｓａ４および第２強度変換光Ｓｂ４の補正後の振幅値を複数測定し、その複数の補正後の振幅値が、ＩＱ直交座標面上で描く円の中心（直流分ＤＣ１、ＤＣ２）を基準にして、位相変調光Ｓのシンボル間位相差を求める。

つまり、位相変調光Ｓが分波器２５に入射された状態における第１強度変換光Ｓａ４および第２強度変換光Ｓｂ４の振幅値がＡ１′、Ａ２′のとき、これを補正係数Ｋａ、Ｋｂで補正して得られたデータＡ１、Ａ２を、
Ａ１＝Ａ１′，Ａ２＝Ａ２・Ｋａ／Ｋｂ
とする。

また、直交成分を、
ｉ＝Ａ１−ＤＣ１＝ｃｏｓα，ｑ＝Ａ２−ＤＣ２＝ｓｉｎα
とし、その信号強度を、
√｛（Ａ１−ＤＣ１）^２＋（Ａ２−ＤＣ２）^２｝
とする。

そして、ＤＣ１、ＤＣ２を差し引く前のデータＡ１、Ａ２の座標を、図５のようにＩＱ直交平面上にプロットする。

このプロットした点から最適となる円の関数を、例えば最小自乗近似により推定し、その円の中心座標をＤＣ１、ＤＣ２として求め、プロットした点の位相αを算出する。

（第５の実施形態）
上記した原理によりシンボル間位相φｍを求めるために、２つの遅延干渉部３０、４０で得られた強度変換光Ｓａ４、Ｓｂ４の強度を測定する必要があるが、位相変調光のシンボルクロックは数１０ＧＨｚ以上と高速であり、強度変換光Ｓａ４、Ｓｂ４のバースト状の振幅変化に対して光電変換器の応答速度が不足して、その波形に正確に対応した信号を得ることができない場合が生じる。

そこで、この実施形態では、強度変換光Ｓａ４、Ｓｂ４に対し、光パルスによる等価時間サンプリングを行っている。

即ち、サンプリング用光パルス発生器５０により、位相変調光Ｓのシンボルクロック周期Ｔｃ（ＤＰＳＫ方式の場合、位相変調光Ｓを変調しているデータ信号のクロック周期）の整数Ｎ倍に対して所定のオフセット時間ΔＴだけ差のある周期Ｔｓ（一連の波形の情報が不要な場合にはシンボルクロック周期の整数倍でもよい）のサンプリング用光パルスＳｐを発生させ、分波器５１を介して第１の光サンプリング部６０および第２の光サンプリング部７０に与えている。

サンプリング用光パルス発生器５０は、幅の狭いサンプリング用光パルスを指定された周期Ｔｓで生成できるものであればその構成は任意である。

図６はその一例を示すものであり、演算処理部９０から指定された周期Ｔｓ（周波数Ｆｓ）の安定な信号Ｒａをシンセサイザ構成の基準信号発生器５０ａで生成し、逓倍器５０ｂに入力してＭ（Ｍは複数）逓倍し、その出力信号Ｒｂを光変調器５０ｃに入力して、光源５０ｄから出射される連続光Ｓｃｗを変調し、周期Ｔｓ／Ｍの光パルスＳｐａを生成する。この光パルスＳｐａのパルス幅は、信号Ｒａで連続光Ｓｃｗを直接変調した場合に比べて１／Ｍに狭められている。

そして、この光パルスＳｐａを光ゲート回路５０ｅにより１／Ｍに間引きして、周期Ｔｓの光パルスＳｐｂを生成し、分散減少ファイバ５０ｆに入射してそのパルス幅をさらに狭め、サンプリング用光パルスＳｐとして出射する。

このサンプリング用光パルスＳｐは分波器５１により２分岐され、その一方Ｓｐ１が第１の光サンプリング部６０に入射され、他方Ｓｐ２が第２の光サンプリング部７０に入射される。

第１の光サンプリング部６０、第２の光サンプリング部７０は、サンプリング用光パルスＳｐ１、Ｓｐ２により、強度変換光Ｓａ４、Ｓｂ４をそれぞれサンプリングし、そのサンプリングで得られた光パルス信号Ｓａ５、Ｓｂ５をそれぞれ出射する。

この光サンプリング部６０、７０のサンプリング素子としては、非線形光学結晶、光ゲートデバイス、電界吸収型光変調器、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）等を用いることができる。

図７は、非線形光学結晶１６１を用いたもので、強度変換光Ｓａ４（またはＳｂ４）とサンプリング用光パルスＳｐ１（またはＳｐ２）の偏光状態をそれぞれ偏光制御器１６２、１６３により所定偏光方向に設定して、偏光依存性を有する非線形光学結晶１６１に入射し、その非線形性によって生じる和周波数の光パルス信号Ｓａ５（またはＳｂ５）を出射する。

また、図８は電界吸収型光変調器１６４を用いたもので、強度変換光Ｓａ４（またはＳｂ４）とサンプリング用光パルスＳｐ１（またはＳｐ２）とを合波器１６５により合波して電界吸収型光変調器１６４に入射させる。電界吸収型光変調器１６４には、サンプリング用光パルスＳｐ１（またはＳｐ２）が入射していない期間は光に対する吸収率が高く、サンプリング用光パルスＳｐ１（またはＳｐ２）が入射したときに光に対する吸収率が低くなるように直流電源１６６から所定の直流電圧が印加されているので、サンプリング用光パルスＳｐ１（またはＳｐ２）が入射したタイミングだけ強度変換光Ｓａ４（またはＳｂ４）が通過することになる。したがって、この出射光から波長フィルタ１６７により強度変換光Ｓａ４（またはＳｂ４）の波長成分のみを抽出することで、光パルス信号Ｓａ５（またはＳｂ５）を得ることができる。

また、図９は、カーボンナノチューブ素子（以下、ＣＮＴ素子と記す）１７０を用いたものである。ＣＮＴ素子１７０は、チューブ状の炭素結晶からなるＣＮＴ材を例えばガラスや樹脂の基板表面に塗布したり、ポリマー溶剤と混合して板状に固化成形したものあるいはコア部にＣＮＴ材を含有させたファイバ等を素子部材とする極めて高速なリカバリータイムを有する過飽和吸収デバイスであり、強度変換光Ｓａ４（またはＳｂ４）を光サーキュレータ１７１を介して一端側で受け、他端側から光サーキュレータ１７２を介してサンプリング用光パルスＳｐ１（またはＳｐ２）が入射したときだけ強度変換光Ｓａ４（またはＳｂ４）に対する吸収率を低下させて通過させ、光サーキュレータ１７２から光パルス信号Ｓａ５（またはＳｂ５）を得ている（符号１７３は終端器である）。

なお、この例では、ＣＮＴ素子１７０に対してサンプリング用光パルスと強度変換光とを互いに逆方向から入射しているが、両光を一端側から同方向に入射して、他端側から出射した光から波長フィルタにより強度変換光の波長成分のみを抽出して光パルス信号を得ることも可能である。

上記構成は２つの光サンプリング部６０、７０について同一であり、例えば、図１０の（ａ）、（ｂ）に示す強度変換光Ｓａ４、Ｓｂ４と、図１０の（ｃ）のサンプリング用光パルスＳｐ１、Ｓｐ２を受けた光サンプリング部６０、７０からは、図１０の（ｄ）、（ｅ）のような光パルス信号Ｓａ５、Ｓｂ５が出射される。

そして、光パルス信号Ｓａ５、Ｓｂ５は、それぞれ光電変換器８１、８２に入射され、図１０の（ｆ）、（ｇ）のような電気パルス信号Ｅａ、Ｅｂに変換され、それぞれＡ／Ｄ変換器８３、８４に入力される。

Ａ／Ｄ変換器８３、８４は、サンプリング用光パルスＳｐ１、Ｓｐ２に同期したサンプリング信号Ｅｓ１、Ｅｓ２を受けて、電気パルス信号Ｅａ、Ｅｂの各ピーク値のサンプリングを行い、そのサンプル値を図１０の（ｈ）、（ｉ）のようにデジタルのデータ値Ｄａ、Ｄｂに変換して演算処理部９０に出力する。

演算処理部９０は、評価対象の位相変調光Ｓの代わりに校正用光Ｓｒを用いて、校正用光の振幅と強度変換光の受光出力とを関係付ける補正係数Ｋａ、Ｋｂを求める係数算出手段９１、その得られた補正係数Ｋａ、Ｋｂにより、位相変調光Ｓが入射したときのデータ値Ｄａ、Ｄｂを補正する補正手段９２と、この補正手段９２によって補正されたデータ値Ｄａ′、Ｄｂ′に基づいて、シンボル間位相差φｍを求めるシンボル間位相差算出手段９３と、ヒストグラム算出手段９４、コンスタレーション算出手段９５、アイパターン算出手段９６とを有している。

係数算出手段９１は、例えば操作部９７により校正のためのモードが指定され、評価対象の位相変調光Ｓの波長が指定されたとき、その波長の校正用光Ｓｒを校正用光源２１から出射させ、光スイッチ２２を切り替えて分波器２５に入射させる。

その状態で２つの遅延干渉部３０、４０の位相調整器を可変して、その出力光の振幅がそれぞれ最大となるように設定する。このとき、２つの遅延干渉部３０、４０は、１シンボル分ずれた光が位相差０で合波された状態となり、このとき得られる最大振幅のデータ値Ｄａ、Ｄｂから補正係数Ｋａ、Ｋｂをそれぞれ求める（以下、２つの遅延干渉部３０、４０についての補正係数がそれぞれ異なる場合について説明するが、前記したように２つの遅延干渉部３０、４０の光学的条件が等しく補正係数が等しい場合には、いずれか一方の遅延干渉部の出射光の振幅が最大となるように設定し、そのときのデータから共通の補正係数を求めればよく、その算出が容易になる）。

なお、このときの遅延干渉部の出射光の振幅は、光サンプリング部６０、７０のサンプリング結果から得るだけでなく、遅延干渉部の出射光を前記した光電変換器４８、４９で受けて、図示しないＤ／Ａ変換器で変換して得ることもできる。

上記のようにして補正係数が得られた段階で、第１の遅延干渉部３０の位相状態は、１シンボル分ずれた光が位相差０で合波される状態に維持され、第２の遅延干渉部４０の位相状態は、１シンボル分ずれた光が位相差π／２で合波される状態に変更される。

補正手段９２は、校正用光Ｓｒに代わって評価対象の位相変調光Ｓが分波器２２に入射された状態で、第１強度変換光Ｓａ４の振幅のデータ値Ｄａを補正係数Ｋａで除算補正し、第２強度変換光Ｓｂ４の振幅のデータ値Ｄｂを補正係数Ｋｂで除算補正する。

なお、補正演算の別の方法として、一方のデータ値（例えばＤａ）は基準値としてそのまま用い、他方のデータ値（Ｄｂ）に対して、補正係数同士の比Ｋａ／Ｋｂを乗算して補正する方法も採用できる。

シンボル間位相差算出手段９３は、補正された振幅のデータ値Ｄａ′、Ｄｂ′からシンボル間位相差φｍを、前記した方法により算出し、特定する。なお、予め、補正されたデータ値の組合せとシンボル間位相差とを対応づけるデータ（前記図２のデータ）を求めて図示しないテーブルに記憶しておき、補正手段９２で得られたデータ値Ｄａ′、Ｄｂ′の組合せに対応するシンボル間位相差をテーブルから読み出す構成でもよい。

また、ヒストグラム算出手段９４は、シンボル間位相差算出手段９３によって算出されるシンボル間位相差に基づいて、例えば図１１のようなシンボル間位相差のヒストグラムを求めて、これを表示部９８に表示させる。

また、コンスタレーション算出手段９５は、シンボル間位相差算出手段９３によって算出されるシンボル間位相差に基づいて、例えば図１２のようなコンスタレーションを求めて、これを表示部９８に表示させる。

また、アイパターン算出手段９６は、シンボル間位相差算出手段９２によって算出されるシンボル間位相差に基づいて、例えば図１３のようなシンボル間位相差の時間波形（アイパターン）を求めて、これを表示部９８に表示させる。なお、このシンボル間位相差の時間波形のデータを得るためには、前記したように、光サンプリング部において、シンボルクロックの周期の整数倍に対してオフセット遅延時間ΔＴだけ異なる周期で光サンプリングを行い、実質的にΔＴ時間ずつ異なるタイミングの波形データを求め、各時間毎のシンボル間位相差を求め、これを時間軸上に表示させる。

また、波形の異なる位相位置の情報を取得する場合には、上記のようにオフセット時間ΔＴを与える必要があるが、波形の同一位相位置のデータを用いて評価する場合には、オフセット時間ΔＴ＝０、即ち、光サンプリング部において、シンボルクロックの周期の整数倍でサンプリングを行えばよい。

上記ヒストグラム表示、コンスタレーション表示、アイパターン表示の各表示モードは、操作部９７の操作により指定できるようになっている。

また、位相変調光Ｓのシンボルレートやオフセット時間などの情報を操作部９７により指定することにより、演算処理部９０で前記したサンプリング用光パルスの周期Ｔｓが求められ、サンプリング用光パルス発生器５０に設定される。

以上のように、実施形態の光位相変調評価装置２０は、分波器２５で分波された位相変調光の一方Ｓａを受けて第１強度変換光に変換する第１の遅延干渉部３０と、分波器２５で分波された位相変調光の他方を受けて第２強度変換光に変換する第２の遅延干渉部４０と、第１の遅延干渉部３０で合波される２つの光の位相差と、第２の遅延干渉部４０で合波される２つの光の位相差との間にπ／２の差を与える移相器４３とを有し、位相変調光の代わりに校正用光を入射した状態で、第１の遅延干渉部３０と第２の遅延干渉部４０の少なくとも一方で合波される光の位相を調整し、その最大振幅を求めて、その最大振幅から第１強度変換光と第２強度変換光を受光して得られる信号を補正するための補正係数Ｋａ、Ｋｂを算出して記憶しておき、校正用光に代わって評価対象の位相変調光が分波器２５に入射された状態で、第１強度変換光と第２強度変換光の振幅を前記補正係数により補正し、その補正された振幅値から、評価対象の位相変調光のシンボル間位相差を求めているので、任意の強度の位相変調光のシンボル間位相差を正確に求めることができる。

本発明の実施形態の構成を示す図実施形態のシンボル間位相差と受光出力との関係を示す図実施形態の共通化した遅延干渉部の構成例を示す図実施形態の共通化した遅延干渉部の別の構成例を示す図実施形態のシンボル間位相差を求める方法を説明するための図実施形態のサンプリング用光パルス発生部の構成例を示す図実施形態の光サンプリング部の構成例を示す図実施形態の光サンプリング部の別の構成例を示す図実施形態の光サンプリング部の別の構成例を示す図実施形態の動作例を示す図実施形態のヒストグラム測定結果の一例を示す図実施形態のコンスタレーション測定結果の一例を示す図実施形態のアイパターン測定結果の一例を示す図従来装置の構成図従来装置の動作例を示す図従来装置のシンボル間位相と出力との関係を示す図

符号の説明

２０……光位相変調評価装置、２１……校正用光源、２２……光スイッチ、２５……分波器、３０……第１の遅延干渉部、３１……分波器、３２……遅延器、３３……合波器、３５……位相調整器、４０……第２の遅延干渉部、４１……分波器、４２……遅延器、４３……移相器、４４……合波器、４５……位相調整器、４８、４９……光電変換器、５０……サンプリング用光パルス発生器、５１……分波器、６０……第１の光サンプリング部、７０……第２の光サンプリング部、８１……第１の光電変換器、８２……第２の光電変換器、８３……第１のＡ／Ｄ変換器、８４……第２のＡ／Ｄ変換器、９０……演算処理部、９１……係数算出手段、９２……補正手段、９３……シンボル間位相差算出手段、９４……ヒストグラム算出手段、９５……コンスタレーション算出手段、９６……アイパターン算出手段、９７……操作部、９８……表示部

Claims

所定のシンボルレートで位相変調された評価対象の位相変調光（Ｓ）を第１の光（Ｓａ）と第２の光（Ｓｂ）に分波する第１の分波手段（２５）と、
前記第１の光を第２の分波手段（３１）により２分波し、その一方を遅延器（３２）により１シンボル分遅延して合波手段（３３）により他方と合波し、前記第１の光をそのシンボル間の光位相差に応じた振幅を有する第１強度変換光（Ｓａ４）に変換する第１の遅延干渉部（３０）と、
前記第２の光を第３の分波手段（４１）により２分波し、その一方を遅延器（４２）により１シンボル分遅延して合波手段（４４）により他方と合波し、前記第２の光をそのシンボル間の光位相差に応じた振幅を有する第２強度変換光（Ｓｂ４）に変換する第２の遅延干渉部（４０）と、
前記第１の遅延干渉部で合波される２つの光の位相差と、前記第２の遅延干渉部で合波される２つの光の位相差との間に、π／２の差を与える移相器（４３）とを有し、
前記第１強度変換光と第２強度変換光を受光して得られた振幅値に基づいて、前記位相変調光の評価処理を行う光位相変調評価装置であって、
波長可変可能な校正用光を出射する校正用光源（２１）と、
前記校正用光を前記評価対象の位相変調光の代わりに前記第１の分波手段に入射させる光スイッチ（２２）と、
前記第１の遅延干渉部または第２の遅延干渉部の少なくとも一方に設けられ、該遅延干渉部で合波される２つの光の位相差を調整するための光位相調整手段（３５、４５）と、
前記評価対象の位相変調光と等しい波長の前記校正用光を前記第１の分波手段に入射させた状態で、前記光位相調整手段を可変制御し、該光位相調整手段が設けられている遅延干渉部の出力光の最大振幅を求めて、前記第１強度変換光と第２強度変換光を受光して得られる振幅値を補正するための補正係数（Ｋａ、Ｋｂ）を求める係数算出手段（９１）と、
前記校正用光に代わって前記評価対象の位相変調光が前記第１の分波手段に入射された状態で、前記第１の遅延干渉部から出射された第１強度変換光および前記第２の遅延干渉部から出射された第２強度変換光の振幅値を前記補正係数で補正する補正手段（９２）とを含み、
前記補正手段により補正された第１強度変換光および第２強度変換光の振幅値から、前記評価対象の位相変調光のシンボル間位相差を求めることを特徴とする光位相変調評価装置。
前記第１の遅延干渉部と第２の遅延干渉部の分波手段、合波手段および遅延器を共通化したこと特徴とする請求項１記載の光位相変調評価装置。
前記位相変調光が前記第１の分波手段に入射された状態で、前記第１強度変換光および第２強度変換光の補正後の振幅値を複数測定し、その複数の補正後の振幅値が、直交座標面上で描く円の中心（ＤＣ１、ＤＣ２）を基準にして、前記位相変調光のシンボル間位相差を求めることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光位相変調評価装置。