JP4579277B2

JP4579277B2 - 光位相変調評価装置

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Publication number: JP4579277B2
Application number: JP2007206255A
Authority: JP
Inventors: 隆生谷本; 昭仁大谷
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: JP2009044377A

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１３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１４の（ａ）のデータ信号で位相変調されて、光Ｓ１の位相が図１４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１４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１４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１４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、ＤＰＳＫ方式の場合、シンボル間位相差の理論値は０またはπであるが、実際の光信号の位相差はノイズ等の影響により変動するので、その位相差の統計量を把握することで光信号の品質を評価する必要がある。

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を伝搬することにより生じる位相、φｍはシンボル間位相

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^＊＋Ｓ２^＊）
＝Ａａ^２＋Ａｂ^２＋２・Ａａ・Ａｂ・ｃｏｓ（φｍ）
ただし、Ｓ１^＊、Ｓ２^＊はＳ１、Ｓ２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１５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。

また、上記構成の光位相変調評価装置では、位相変調光Ｓを変調しているデータ信号の速度が高速（例えば数１０ＧＨｚ以上）になると、光Ｓ４の強度も高速に変化することになり、光電変換器の応答特性が不十分となり、光Ｓ４の強度を正確に測定することができなくなってしまう。

本発明は、これらの問題を一挙に解決し、高速なデータ信号で変調された位相変調光に対しても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位相変調光（Ｓ）を第１位相変調光（Ｓａ）と第２位相変調光（Ｓｂ）に分波する分波手段（２１）と、
前記第１位相変調光を分波手段（３１）で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位相変調光を該第１位相変調光のシンボル間の光位相差の余弦値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位相変調光を分波手段（４１）で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、且つその遅延を与えた位相変調光と分波された他方の位相変調光のいずれか一方の光位相を移相器（４３）によりπ／２シフトして合波手段（４４）により合波し、前記第２位相変調光を該第２位相変調光のシンボル間の光位相差の正弦値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、
前記位相変調光のシンボルクロックの整数倍に等しい周期または整数倍に対して所定のオフセット時間だけ異なる周期のいずれかの周期を有するサンプリング用光パルスを発生するサンプリング用光パルス発生手段（５０）と、
前記第１強度変換光を前記サンプリング用光パルスによってサンプリングする第１の光サンプリング部（６０）と、
前記第２強度変換光を前記サンプリング用光パルスによってサンプリングする第２の光サンプリング部（７０）と、
前記第１の光サンプリング部から出射される第１パルス光を受光する第１の光電変換器（８１）と、
前記第２の光サンプリング部から出射される第２パルス光を受光する第２の光電変換器（８２）と、
前記第１の光電変換器の出力信号（Ｅａ）を前記サンプリング用光パルスに同期したサンプリング用信号によりサンプリングしてデジタル値に変換する第１のＡ／Ｄ変換器（８３）と、
前記第２の光電変換器の出力信号（Ｅｂ）を前記サンプリング用光パルスに同期したサンプリング用信号によりサンプリングしてデジタル値に変換する第２のＡ／Ｄ変換器（８４）と、
前記第１のＡ／Ｄ変換器の出力値（Ｄａ）と前記第２のＡ／Ｄ変換器の出力値（Ｄｂ）とに基づいて、前記位相変調光のシンボル間の位相変移量を求める演算処理部（９０）とを有している。

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、
前記第１の光サンプリング部および第２の光サンプリング部は、
前記強度変換光とサンプリング用光パルスを非線形光学結晶（１６１）に入射して、強度変換光に対するサンプリングを行うことを特徴としている。

また、本発明の請求項４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、
前記第１の光サンプリング部および第２の光サンプリング部は、
前記強度変換光とサンプリング用光パルスとを合波する合波手段（１６５）と、
前記合波手段の出射光を受ける電界吸収型光変調器（１６４）と、
前記サンプリング用光パルスが入射していない期間は前記電界吸収型光変調器の吸収率が高く、前記サンプリング用光パルスが入射したときに前記電界吸収型光変調器の吸収率が低下するように前記電界吸収型光変調器に対して所定の直流電圧を印加する直流電源（１６６）と、
前記電界吸収型光変調器から出射される光から、前記強度変換光成分を抽出する波長フィルタ（１６７）とを含むことを特徴としている。

また、本発明の請求項５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、
前記第１の光サンプリング部および第２の光サンプリング部は、
前記強度変換光とサンプリング用光パルスをカーボンナノチューブ素子（１７０）に入射して、強度変換光に対するサンプリングを行う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位相変調光をそのシンボル間の光位相差の余弦値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２位相変調光をそのシンボル間の光位相差の正弦値に応じた振幅を有する第２強度変換光に変換する第２の遅延干渉部と有するとともに、これら２つの遅延干渉部から出射された強度変換光に対して、シンボルクロックの整数倍あるいはその整数倍に対してオフセット時間だけ異なる周期の光パルスによるサンプリングを行い、そのサンプリングによって得られた光パルス信号を光電変換して、シンボル間位相差を求めているので、高速変調光であってもシンボル間位相差を正確に求めることができる。

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位相変調光Ｓを分波器２１により、第１位相変調光Ｓａと第２位相変調光Ｓｂに分波し、第１位相変調光Ｓａを第１の遅延干渉部３０に入射し、第２位相変調光Ｓｂを第２の遅延干渉部４０に入射する。

第１の遅延干渉部３０は、第１位相変調光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Ｓａ４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の遅延器３２を除く光路Ｌａ１、Ｌａ２の光学的条件（実質的な光路長）は等しく、しかも遅延器３２の遅延量が、シンボルクロックの周期に一致していて、合波器３３で合波される光Ｓａ１、Ｓａ３とが、ＤＰＳＫ方式の場合、理論上完全に同相または逆相で合波されるように調整されているものとする。

第２の遅延干渉部４０は、第２位相変調光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から出射される光Ｓｂ３の光位相をπ／２のシフトする移相器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、この第２の遅延干渉部４０の遅延器４２および移相器４３を除いた２つの光路Ｌｂｌ、Ｌｂ２の光学的条件（実質的な光路長）は前記第１の遅延干渉部３０の光路Ｌａ１、Ｌａ２と等しく、しかも遅延器４２の遅延量がシンボルクロックの周期に一致し、且つ移相器４３の移相量が位相変調光Ｓの波長に対して正確にπ／２となり、合波器４４で合波される光Ｓｂ１、Ｓｂ３′とが、ＤＰＳＫ方式の場合、理論上完全にπ／２異なる位相で合波されるように調整されているものとする。

したがって、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、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＝Ｘ＝４Ａ^２のときシンボル間位相は０と特定でき、Ｐａ＝Ｘ＝０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。

したがって、任意の入射光強度における光電変換器の出力値とシンボル間位相差との関係を求めておき、未知の位相変調光を入射したときに得られた光電変換器の出力値と入射光強度からシンボル間位相を特定すればよい。

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。

例えば図３のように、位相変調光Ｓを、ハーフミラー２１ａと３つの平板ミラー２１ｂ〜２１ｄからなる分波器２１により平行な光軸に沿った第１の位相変調光Ｓａと第２の位相変調光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。

第１の位相変調光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、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、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に折り返され、光Ｓａ１と合波され、第１の強度変換光Ｓａ４が得られる。

一方、第１の位相変調光Ｓａと平行にハーフミラー１０１に入射された第２の位相変調光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、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。

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。

また、図４のように構成してもよい。この構成では、位相変調光Ｓを、ハーフミラー２１ａと３つの平板ミラー２１ｂ〜２１ｄからなる分波器２１により平行な光軸に沿った第１位相変調光Ｓａ、第２位相変調光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。

第１位相変調光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、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、第１位相変調光Ｓａと平行にハーフミラー２０１に入射された第２位相変調光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、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。

上記のようにシンボル間位相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、従来のように強度変換光を光電変換器に直接入射してその強度を求める構成では、数１０ＧＨｚ以上のクロックで高速に位相変調された光から得られた強度変換光Ｓａ４、Ｓｂ４に対して光電変換器の応答速度が不足して、その波形に正確対応した信号を得ることができない。

そこで、本発明では、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５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６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７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８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９の（ａ）、（ｂ）に示す強度変換光Ｓａ４、Ｓｂ４と、図９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９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９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用信号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９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、データ値Ｄａ、Ｄｂを強度変換光Ｓａ４（またはＳｂ４）の瞬時強度データとして図示しない内部のメモリに記憶し、前述した方法、即ち、２つのデータ値Ｄａ、Ｄｂと、予め求めておいた任意の入射光強度における光電変換器の出力値とシンボル間位相差との関係から、シンボル間位相φｍを特定するとともに、そのヒストグラム、コンスタレーションおよびシンボル間位相差の時間波形（アイパターン）を求める。

このような処理を行うために、演算処理部９０は、位相差テーブル９１、シンボル間位相差算出手段９２、ヒストグラム算出手段９３、コンスタレーション算出手段９４、アイパターン算出手段９５とを有している。

位相差テーブル９１には、前記した任意の入射光強度における光電変換器の出力値とを関係付けるデータと、シンボル間位相差φｍと電気パルス信号Ｅａ、Ｅｂの大きさＤａ、Ｄｂとを関係付けるデータ（前記図２のデータ）とが予め記憶されており、シンボル間位相差算出手段９２は、これらの情報に基づいて、入射された位相変調光Ｓのシンボル間位相差φｍを求める。

また、ヒストグラム算出手段９３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１０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９７に表示させる。

また、コンスタレーション算出手段９４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１１のようなコンスタレーションを求めて、これを表示部９７に表示させる。

また、アイパターン算出手段９５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１２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９７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９６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９６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が求められてサンプリング用光パルス発生器５０に設定される。

なお、この実施形態の光位相変調評価装置２０では、第１の遅延干渉部３０と第２の遅延干渉部４０を構成する光学素子やその配置精度によりシンボル間位相の精度が決まり、それらの光学条件は変化し易い。

したがって、適当な間隔でノイズが極めて少なく位相が安定した校正用の無変調光（シンボル間位相差が０）を入射し、第１強度変換光Ｓａ４の強度が最大となるように第１の遅延干渉部３０を調整し、第２強度変換光Ｓｂ４の強度がその１／２となるように第２の遅延干渉部４０を調整しておくことで、測定対象の位相変調光を入射したときに精度の高い測定が行える。

なお、上記遅延干渉部３０、４０の調整は、例えば、第１の遅延干渉部３０側にも移相器４３と同様の移相器を挿入し、それらの移相量を外部から制御することで行える。

このように実施形態の光位相変調評価装置２０は、第１位相変調光Ｓａをそのシンボル間の光位相差の余弦値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、第２位相変調光Ｓｂをそのシンボル間の光位相差の正弦値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と有するとともに、これら２つの遅延干渉部３０、４０から出射された強度変換光Ｓａ４、Ｓｂ４に対して、シンボルクロックの整数倍あるいはその整数倍に対してオフセット時間ΔＴだけ異なる周期の光パルスによるサンプリングを行い、そのサンプリングによって得られた光パルス信号を光電変換して、シンボル間位相差を求めているので、高速変調光であっても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……分波器、３０……第１の遅延干渉部、３１……分波器、３２……遅延器、３３……合波器、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、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……位相差テーブル、９２……シンボル間位相差算出手段、９３……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……操作部、９７……表示部

Claims

所定のシンボルレートで位相変調された位相変調光（Ｓ）を第１位相変調光（Ｓａ）と第２位相変調光（Ｓｂ）に分波する分波手段（２１）と、
前記第１位相変調光を分波手段（３１）で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位相変調光を該第１位相変調光のシンボル間の光位相差の余弦値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位相変調光を分波手段（４１）で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、且つその遅延を与えた位相変調光と分波された他方の位相変調光のいずれか一方の光位相を移相器（４３）によりπ／２シフトして合波手段（４４）により合波し、前記第２位相変調光を該第２位相変調光のシンボル間の光位相差の正弦値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、
前記位相変調光のシンボルクロックの整数倍に等しい周期または整数倍に対して所定のオフセット時間だけ異なる周期のいずれかの周期を有するサンプリング用光パルスを発生するサンプリング用光パルス発生手段（５０）と、
前記第１強度変換光を前記サンプリング用光パルスによってサンプリングする第１の光サンプリング部（６０）と、
前記第２強度変換光を前記サンプリング用光パルスによってサンプリングする第２の光サンプリング部（７０）と、
前記第１の光サンプリング部から出射される第１パルス光を受光する第１の光電変換器（８１）と、
前記第２の光サンプリング部から出射される第２パルス光を受光する第２の光電変換器（８２）と、
前記第１の光電変換器の出力信号（Ｅａ）を前記サンプリング用光パルスに同期したサンプリング用信号によりサンプリングしてデジタル値に変換する第１のＡ／Ｄ変換器（８３）と、
前記第２の光電変換器の出力信号（Ｅｂ）を前記サンプリング用光パルスに同期したサンプリング用信号によりサンプリングしてデジタル値に変換する第２のＡ／Ｄ変換器（８４）と、
前記第１のＡ／Ｄ変換器の出力値（Ｄａ）と前記第２のＡ／Ｄ変換器の出力値（Ｄｂ）とに基づいて、前記位相変調光のシンボル間の位相変移量を求める演算処理部（９０）とを有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。
前記第１の光サンプリング部および第２の光サンプリング部は、
前記強度変換光とサンプリング用光パルスを非線形光学結晶（１６１）に入射して、強度変換光に対するサンプリングを行う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。
前記第１の光サンプリング部および第２の光サンプリング部は、
前記強度変換光とサンプリング用光パルスとを合波する合波手段（１６５）と、
前記合波手段の出射光を受ける電界吸収型光変調器（１６４）と、
前記サンプリング用光パルスが入射していない期間は前記電界吸収型光変調器の吸収率が高く、前記サンプリング用光パルスが入射したときに前記電界吸収型光変調器の吸収率が低下するように前記電界吸収型光変調器に対して所定の直流電圧を印加する直流電源（１６６）と、
前記電界吸収型光変調器から出射される光から、前記強度変換光成分を抽出する波長フィルタ（１６７）とを含む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。
前記第１の光サンプリング部および第２の光サンプリング部は、
前記強度変換光とサンプリング用光パルスをカーボンナノチューブ素子（１７０）に入射して、強度変換光に対するサンプリングを行う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。