JP4925895B2

JP4925895B2 - ループバックモジュールおよび試験装置

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Publication number: JP4925895B2
Application number: JP2007093882A
Authority: JP
Inventors: 孝夫桜井
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008249623A

Description

本発明は、ループバックモジュールおよび試験装置に関する。より詳細には、光信号を送信および受信する機能を有する被試験デバイスに対してループバック試験を実施する場合に用いるループバックモジュールと、それを備えた試験装置とに関する。

半導体集積回路等の被試験デバイスに試験信号を処理させてその機能および性能を評価する試験装置がある。被試験デバイスの多くは電気信号を取り扱う半導体回路等であるが、近年は、光信号を取り扱うデバイスも試験の対象となりつつある。また、光信号を取り扱うデバイスには、光送信部および光受信部を備えたものがあり、このようなデバイスを試験する場合は、ひとつのデバイスの光送信部から送信された光信号を、当該デバイスの受信部で受信するループバック試験が実施される場合がある。

下記の特許文献１には、ループバック試験を実施する場合に使用する目的で、受信用受光素子とは別にモニタ用受光素子を設けることが記載される。また、下記の特許文献２には、試験装置において、試験信号としての光信号に擬似的なエラーを発生させることが記載される。更に、下記の特許文献３には、光信号に生じさせるループバック試験において使用するテスト用光信号発生器が発生したテスト用光信号を、光ファイバを通じてテストヘッドに供給することが記載される。これにより、テストヘッドに対する接続が簡潔になると共に、劣化の少ない試験信号を伝送できる。

また、下記の特許文献２には、２つの強度変調光信号を合成することにより、安定な試験用光信号を発生する光信号発生装置が記載される。これにより、光信号を処理する被試験デバイスにおけるジッタ耐性を評価できる。
特開平０５−１７５８８７号公報特開平１０−０２１１７０号公報特開２００６−２２０６６０号公報

光信号に対する送信機能と受信機能を備えた被試験デバイスを試験する場合、ひとつの被試験デバイスにおける光信号送信部および光信号受信部の間で光信号を結合する光信号伝送路を有するループバックモジュールを用いて、光ループバック試験を実行する場合がある。このような試験方法により、光信号送信部および光信号受信部とそれらに関わる機能を１回の試験動作で評価することができる。信号速度の高い光信号を電気信号に戻すことなく試験を実行できるので、比較的低速な試験装置を用いて光信号を取り扱う被試験デバイスを試験できる。

しかしながら、ループバック試験では、ひとつの被試験デバイスに含まれる光信号送信部および光信号受信部の両方で処理された信号に基づいて試験動作を実行するので、光送信部および光受信部の特性が重畳された評価しかできない。このため、光信号送信部側と光信号受信部側の評価を切り分けることができないので、プロセス変動等による被試験デバイス全体の特性変動を正確に判定できないという問題があった。また、光信号送信部および光信号受信部を非同期に試験して、光信号送信部側および光信号受信部側の個別の評価結果を得ることができないという問題があった。

そこで、上記課題を解決する目的で、本発明の第１の形態として、光信号を送信する光信号送信部と光信号を受信する光信号受信部とを有する被試験デバイスに対して、光信号送信部および光信号受信部の間でループバック試験をする場合に、光信号送信部から出力された光信号を光信号受信部に伝送するループバックモジュールであって、光送信部が出力する特定波長の光信号とは異なる波長の制御光信号を発生する制御信号発生部と、光信号および制御光信号を重畳して入力され、制御光信号の波長に応じて特定波長とは異なる変換波長を有する波長変換光を出力する波長変換部と、互いに経路長の異なる複数の光経路を有し、変換波長に応じた複数の光経路のいずれかを経由して光受信部に向かって波長変換光を出力させる遅延発生部とを備え、制御光信号発生部は、光信号送信部において光信号に発生したジッタを打ち消す遅延量が発生する光経路に光信号を伝播させる制御光信号を、光信号のパルス毎に発生するループバックモジュールが提供される。

また、本発明の第２の形態として、光信号を送信する光信号送信部と光信号を受信する光信号受信部とを有する被試験デバイスに対して、光信号送信部および光信号受信部の間でループバック試験をする場合に、光信号送信部から出力された光信号を光信号受信部に伝送するループバックモジュールを備えた試験装置であって、試験動作において被試験デバイスに処理させる試験信号を発生する試験信号発生部と、光送信部が出力する特定波長の光信号とは異なる波長の制御光信号を発生する制御信号発生部と、光信号および制御光信号を重畳して入力され、制御光信号の波長に応じて特定波長とは異なる変換波長を有する波長変換光を出力する波長変換部と、互いに経路長の異なる複数の光経路を有し、変換波長に応じた複数の光経路のいずれかを経由して光受信部に向かって波長変換光を出力させる遅延発生部とを備え、制御光信号発生部は、光信号送信部において光信号に発生したジッタを打ち消す遅延量が発生する光経路に光信号を伝播させる制御光信号を、光信号のパルス毎に発生するループバックモジュールとを備える試験装置が提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、試験装置１００全体の構造を示す図である。同図に示すように、半導体試験装置１００は、ハンドラ１７０、テストヘッド１８０およびホスト装置１５０を備える。

ハンドラ１７０は、試験の対象となる被試験デバイス１３０を物理的に操作する機能を有する。これにより、多数の被試験デバイスから、半導体試験装置１００が処理できる数の被試験デバイスを順次取り出して、テストヘッド１８０に供給して試験をする作業を自動化する。また、試験後に、試験結果に応じて被試験デバイス１３０を分別して収納する機能を設ける場合もある。

テストヘッド１８０は、被試験デバイス１３０の仕様に応じたインターフェイスとなるパフォーマンスボード１６０を備え、試験装置１００および被試験デバイス１３０の間の信号伝送路を形成する。また、テストヘッド１８０は、その内部に複数のピンエレクトロニクスボード１８２（図２参照）を収容して、パフォーマンスボード１６０を介して被試験デバイス１３０に試験信号を供給する。

ホスト装置１５０は、接続ケーブル１４０を介してハンドラ１７０およびテストヘッド１８０に接続される。これにより、試験装置１００全体の動作を制御すると共に、制御信号およびデータ信号をハンドラ１７０およびテストヘッド１８０に供給して、被試験デバイス１３０の試験を実行する。接続ケーブル１４０には、電気信号を伝送するメタルケーブルの他に、光信号を伝送する光ファイバケーブルが収容される場合もある。

図２は、半導体試験装置１００におけるテストヘッド１８０の内部構造を模式的に示す図である。同図に示すように、テストヘッド１８０の上部にはパフォーマンスボード１６０が装着される。また、テストヘッド１８０の内部には、複数のピンエレクトロニクスボード１８２が収容される。

パフォーマンスボード１６０は、被試験デバイス１３０を装着できるソケット１６２を上面に、パフォーマンスボード１６０自体をピンエレクトロニクスボード１８２のいずれかに接続する場合に用いるコネクタ１６４を下面に、それぞれ備える。コネクタ１６４は、両端にコネクタを備えた集合ケーブル１６６を介して、ピンエレクトロニクスボード１８２のコネクタ１８４に電気的に接続される。なお、図示は省くが、被試験デバイス１３０およびピンエレクトロニクスボード１８２は、光ファイバケーブル等を介して、相互に光信号を入出力することもできる。

更に、このパフォーマンスボード１６０は、ループバックモジュール３００を備える。ループバックモジュール３００は、被試験デバイス１３０に対して光信号伝送路を介して接続され、被試験デバイス１３０が出力した光信号を、被試験デバイス１３０自体に戻す機能を有する。なお、ループバックモジュール３００の内部構造については、図３を参照して後述する。

ピンエレクトロニクスボード１８２は、試験信号を発生して被試験デバイス１３０に送り出す試験信号発生部１１０と、被試験デバイス１３０が試験動作により処理した後に出力した試験信号を受信して被試験デバイス１３０の動作を評価する試験信号評価部１２０とを各々が備える。試験信号発生部１１０は、試験信号の信号パターンを発生するパターン発生器１１２と、パターン発生器１１２が発生した信号パターンを被試験デバイス１３０で処理される信号レベルに合わせて出力する増幅器１１４とを備える。

一方、試験信号評価部１２０は、被試験デバイス１３０において処理された試験信号を受信する増幅器１２４と、増幅器１２４の出力信号から信号パターンを再生するデジタル信号取り込み器１２２とを備える。これにより、パフォーマンスボード１６０に実装された被試験デバイス１３０の機能、性能、特性等を評価できる。

上記のようなテストヘッド１８０において仕様の異なる被試験デバイス１３０を試験する場合は、パフォーマンスボード１６０を交換することにより同じテストヘッド１８０を用いることができる。更に、ピンエレクトロニクスボード１８２を交換または追加することにより、既存のテストヘッド１８０の機能を変更または追加することができる。

図３は、テストヘッド１８０に装着された被試験デバイス１３０に対する試験信号の信号経路１０１を模式的に示す図である。なお、以下の各図において、斜線を付された信号線は、光信号を伝送する信号線路であることを示す。

同図に示すように、被試験デバイス１３０は、光信号送信部１３２および光信号受信部１３４を有する。被試験デバイス１３０の光信号送信部１３２側は、テストヘッド１８０の複数のピンエレクトロニクスボード１８２から受けた試験信号を個別に処理する複数のコア部１３１と、複数のコア部１３１の出力を受けて重畳するマルチプレクサ１３３と、マルチプレクサ１３３の出力を光信号に変換して出力する光信号送信部１３２とを有する。

ループバック試験においては、光信号送信部１３２の出力する送信光信号２１は、ループバックモジュール３００を介して被試験デバイス１３０自体の光信号受信部１３４に戻される。被試験デバイス１３０の光信号受信部１３４側は、光信号受信部１３４により電気信号に変換された受信光信号を分配するデマルチプレクサ１３５と、デマルチプレクサ１３５により分配された信号を個別に処理する複数のコア部１３７とを有する。コア部１３７の出力は、テストヘッド１８０の対応するピンエレクトロニクスボード１８２に個々に戻され、試験信号評価部１２０において評価に供される。

上記のようなループバック試験において、光信号送信部１３２の出力する送信光信号２１は、複数のコア部１３１の出力を重畳した高い信号速度を有する。しかしながら、光信号受信部１３４側においては、分配されて信号速度が低い信号が試験信号評価部１２０に戻される。従って、テストヘッド１８０自体の動作速度を光信号の信号速度に合わせることなく、信号速度の高い光信号を取り扱う被試験デバイス１３０を試験できる。

ただし、試験信号評価部１２０に戻される試験信号は、コア部１３１およびマルチプレクサ１３３を含む光信号送信部１３２側と、デマルチプレクサ１３５およびコア部１３７を含む光信号受信部１３４側の両方において処理されている。従って、試験信号評価部１２０において、例えば、光信号送信部１３２側および光信号受信部１３４側を個別に評価することが難しい。

しかしながら、図３に示したループバックモジュール３００は、光信号送信部１３２側において送信光信号に発生したジッタを低減するジッタ低減部２００を備える。これにより、光信号送信部１３２側で発生したジッタの影響を排除して、光信号受信部１３４側の特性を個別に評価することができる。

ここで、ジッタ低減部２００は、光信号送信部１３２から出力された送信光信号を受信する波長変換部２２０と、波長変換部２２０に対して制御光信号を供給する制御信号発生部２１０と、波長変換部２２０の出力する波長変換光を受けて、光信号受信部１３４に向かってループバック光信号を送り出す遅延発生部２３０と備える。

なお、ジッタ低減部２００の波長変換部２２０における後述するような処理により減衰した信号レベルは、光増幅器２６０により補われる。従って、ループバックモジュール３００を経由したことにより光信号が劣化することはない。以下、ジッタ低減部２００の構成要素の個々の構造と動作について順次説明する。

図４は、ジッタ低減部２００の内部構造をより詳細に示すブロック図である。同図に示すように、ジッタ低減部２００は、制御信号発生部２１０、波長変換部２２０および遅延発生部２３０を順次接続して形成される。

制御信号発生部２１０は、パターン発生器１１２の発生する電気信号であるパターン信号を受け、その信号パターンに応じて定性的に発生するジッタを打ち消すことができる制御光信号２２を、光信号伝送路２０２を介して出力する。以降、波長変換部２２０および遅延発生部２３０においては、一貫して光信号が取り扱われる。

波長変換部２２０は、シリーズに接続された光カプラ２２２および波長変換素子２２４を備える。光カプラ２２２は、制御信号発生部２１０が出力した制御光信号２２と、光信号伝送路２０１を介して入力された送信光信号２１とを合波して出力する。波長変換素子２２４は、後述された独特の効果により、送信光信号２１の波長を制御光信号２２の波長に応じて変換した波長変換光を発生する。

遅延発生部２３０において、光分波器２４０は、光信号伝送路２０３を介して受けた波長変換光２３を、その波長に応じて異なる光導波路２４１、２４３、２４５に誘導するスラブ導波路２４２を備える。また、分岐された伝播光は、スラブ導波路２４４を介して結合された光遅延線２５０の光導波路２５１、２５３、２５５に個別に結合される。光遅延線２５０の光導波路２５１、２５３、２５５は互いに光学的な経路長が異なるので、いずれの光導波路２５１、２５３、２５５を伝播するかによって、ループバック光信号２４として出力されるタイミングが変化する。

このような構造により、遅延発生部２３０に入射した波長変換光２３には、その波長に応じて遅延量が異なる遅延が生じる。更に、光導波路２５１、２５３、２５５を伝播した伝播光は、光合波器２５４においてひとつの光信号伝送路２０４に誘導される。光信号伝送路２０４は、ジッタ低減部２００の出射ポートでもあり、ループバック光信号２４が被試験デバイス１３０の光信号受信部１３４に向かって出力される。

図５は、図３に示すループバックモジュール３００における制御信号発生部２１０のひとつの形態を示す図である。同図に示すように、制御信号発生部２１０は、複数の制御光源素子２１４と、制御光源素子２１４をそれぞれ駆動する複数の光源素子駆動回路２１２と、制御光源素子２１４の出力光を断続する複数の光スイッチ２１６と、光スイッチ２１６の出力光を光信号伝送路２０２に結合する光合波器２１８とを備える。

複数の制御光源素子２１４は、互いに異なる発光波長で常時発光する。複数の光スイッチ２１６は、制御電気信号１１に従って、制御光源素子２１４のいずれかの出力光を選択的に光信号伝送路２０２に結合する。これにより、制御電気信号１１により、異なる波長を有する制御光信号２２を、波長変換部２２０の光カプラ２２２に供給する。

図６は、図３に示すループバックモジュール３００における制御信号発生部２１０の他の形態を示す図である。同図に示すように、制御信号発生部２１０は、図５に示した制御信号発生部２１０の制御光信号発生部２１７と比較すると、制御光源素子２１４として単一の波長可変半導体レーザ２１５を備えている点に固有の特徴がある。これにより、簡素な構造を有する回路で、任意の波長を有する制御光信号２２を発生できる。なお、図５および図６に記載した形態において、光スイッチ２１６を省略する代わりに、光源素子駆動回路２１２を有効または無効にすることにより、要求に応じた制御光信号を発生させることもできる。

図７は、図５または図６に示した制御信号発生部２１０において、制御電気信号１１を発生する回路のひとつの形態を示す図である。同図に示すように、制御信号発生部２１０、パターンジッタテーブル２１３を有する制御電気信号発生部２１１を備える。パターンジッタテーブル２１３は、パターン発生器１１２が発生する信号パターンに基づいて、光信号送信部１３２が出力する送信光信号２１において発生することが想定されるジッタの予測値を格納する。

これにより、制御電気信号発生部２１１は、パターン発生器１１２の出力を監視して、パターンジッタテーブル２１３を参照することにより、光信号送信部１３２において発生するジッタを予測できる。この予測に基づいて発生された制御電気信号１１は、光信号送信部１３２で発生したジッタをジッタ低減部２００において打ち消すべく、適切な制御光信号２２が発生される制御電気信号１１を発生する。これにより、パターン発生器１１２の発生した信号パターンに応じて光信号送信部１３２において発生するパターン依存ジッタが効果的に抑制される。

図８は、波長変換素子２２４として用い得るＰＰＬＮ（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉＮｂＯ_３：周期分極ニオブ酸リチウム）光導波路の構造を示す斜視図である。同図に示すように、ＰＰＬＮ光導波路は、非常に短い周期で分極が反転する非線形光学結晶であるＬｉＮｂＯ_３基板２２３と、反転する分極分布を横切るようにＬｉＮｂＯ_３基板２２３に形成された光導波路２２５とを有する。このような構造を有する波長変換素子２２４に波長の異なる２つのレーザ光が注入された場合、それらレーザ光の一方の２次高調波と他方との差周波光が出射される。

図９は、図５に示した構造を有する波長変換素子２２４の動作を説明する図である。同図に示すように、波長変換素子２２４には、互いに異なる波長ε_１、ε_２、ε_３を有する制御光信号２２のいずれかと、特定波長λ_１を有する送信光信号２１とが注入される。ここで、送信光信号２１の光強度が十分に高い場合、送信光信号２１の第二高調波が発生し、更に、制御光信号２２および第二高調波の差周波に相当する波長λ_２、λ_２２、λ_２３を有する波長変換光２３が出射される。従って、制御信号発生部２１０を介して制御光信号２２の波長ε_１、ε_２、ε_３を選択することにより、波長変換光２３の波長を波長λ_２１、λ_２２、λ_２３のいずれかに変換することができる。

なお、上記のような波長変換処理された結果である波長変換光２３は、波長変換素子２２４に注入された送信光信号２１に対して、一定の割合で信号レベルが減衰する。従って、波長変換素子２２４の出力よりも後のいずれかの信号処理段階で増幅して信号レベルを補償することが好ましい。

また、ＬｉＮｂＯ_３は、室温では可視光により光損傷を受けることが知られている。従って、酸化マグネシウム等を添加して材料の安定性を増すことが好ましい。また、波長変換素子２２４の材料としては、ＬｉＮｂＯ_３の他に、例えばＬｉＢ_３Ｏ_５、ＢａＢ_２Ｏ_４、ＫＴｉＯＰＯ_４等も例示できる。

更に、波長変換素子２２４は、半導体光増幅器ＳＯＡ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの非線形光学素子を用いても形成することができる。また、非線形光ファイバ、電界吸収型変調器などを用いて形成することもできる。

図１０は、上記のような内部構造と構成要素を有するジッタ低減部２００における送信光信号２１、制御光信号２２、波長変換光２３およびループバック光信号２４のタイミングを比較して示す図である。同図に示すように、波長変換素子２２４には、特定波長λ_１を有する送信光信号２１と、特定波長ε_１、ε_２、ε_３のいずれかを有する制御光信号２２とが入力される。ただし、送信光信号２１の一部のパルスＸは、点線で示す本来のタイミングに対して遅れが生じている。また、遅れ量は少ないが、本来のタイミングに対して遅れた他のパルスＹも含まれる。

これ対して、制御光信号２２は、送信光信号２１の各パルスを包含する一定のパルス幅を有する。また、制御信号発生部２１０は、パターン発生器１１２の発生した送信光信号２１の信号パターンに基づいて、遅れたパルスＸおよびパルスＹに対して、後述するようにしてそのジッタを打ち消すことができる、互いに異なる波長ε_１、ε_２、ε_３いずれかを有するパルス光信号を生成する。

送信光信号２１および制御光信号２２は、光カプラ２２２において合波されて波長変換素子２２４に入力される。従って、波長変換素子２２４から出力される波長変換光２３のうち、送信光信号２１のパルスＸは、制御光信号２２と合波された上で波長変換素子２２４において波長変換される。ここで、送信光信号２１においてタイミング遅れが生じていなかったパルスは、波長ε_１の制御光信号２２により変換されて波長λ_２を有する波長変換光２３となる。また、送信光信号２１においてタイミング遅れが生じたパルスＸ、Ｙについては、波長ε_２またはε_３を有する制御光信号２２により波長変換され、波長λ_２２またはλ_２３を有する波長変換光２３として出力される。

上記のように、波長λ_２、λ_２２、λ_２３のパルスを含む波長変換光２３が遅延発生部２３０に入力されると、光分波器２４０において波長毎に個別の光導波路２４１、２４３、２４５に個別に伝播される。この実施形態では、例えば、波長λ_２の光信号が光導波路２４５に、波長λ_２２の光信号が光導波路２４３に、波長λ_２３の光信号が光導波路２４５に、それぞれ伝播される。

光分波器２４０の光導波路２４１、２４３、２４５は、光遅延線２５０の光導波路２５１、２５３、２５５に個別に接続されている。従って、光遅延線２５０において、波長λ_２の信号は光導波路２５５に、波長λ_２２の信号は光導波路２５３に、波長λ_２３の信号は光導波路２５１にそれぞれ伝播される。ここで、光遅延線２５０における光導波路２５１、２５３、２５５は相互に経路長が異なり、光導波路２５５がより長い経路長を有する。このため、光導波路２５３を伝播する波長λ_２２の光信号は、光導波路２５１を伝播する波長λ_２３の光信号よりも、遅れて光合波器２５４に到達する。

また、光導波路２５５を伝播する波長λ_２の光信号は、光導波路２５３を伝播する波長λ_２２の光信号よりも更に遅れて光合波器２５４に到達する。これにより、光信号のパルスのタイミングは、すべて、遅れていたパルスＸのタイミングに揃うので、実効的にジッタは解消される。なお、光遅延線２５０において、光導波路２５１、２５３、２５５の経路長の差が数百μｍあれば、ジッタを有効に低減できる。

図１１は、ループバックモジュール３００を用いたループバック試験の他の形態について、被試験デバイス１３０に対する信号経路１０１を参照して説明する図である。なお、図１１において、図３と同じ構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

同図に示すように、このループバック試験において、被試験デバイス１３０は、光信号送信部１３２側においてマルチプレクサ１３３に接続された疑似ランダムパターン発生器１３６と、光信号受信部１３４側においてデマルチプレクサ１３５に接続されたビットエラーレートカウンタ１３８とを、それぞれＢＩＳＴ（ＢｕｉｌｔｉｎＳｅｌｆＴｅｓｔ）回路として有する。

これら疑似ランダムパターン発生器１３６およびビットエラーレートカウンタ１３８を用いることにより、特に光信号受信部１３２のデマルチプレクサ１３５に実装されたクロックデータリカバリー回路の精度を正確に評価できる。従って、クロックデータリカバリー回路の精度に基づいて、試験信号の評価を補償することができる。なお、疑似ランダムパターン発生器１３６およびビットエラーレートカウンタ１３８を用いてデマルチプレクサ１３５を評価する場合は、ループバックモジュール３００自体は単純に光信号を通過させる。

図１２は、ループバックモジュール３００を用いたループバック試験の更に他の形態について、被試験デバイス１３０に対する信号経路１０１を参照して説明する図である。なお、図１２において、図３および図１１と同じ構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

同図に示すように、このループバック試験においては、光信号送信部１３２およびループバックモジュール３００の間、ループバックモジュール３００および光信号受信部１３４の間にそれぞれ光スイッチ３１２、３１４が挿入される。光信号送信部１３２側に接続された光スイッチ３１２は、光信号送信部１３２の出力を、ループバックモジュール３００またはＤＣ試験装置３２２に選択的に結合する。また、光信号受信部１３４側に接続された光スイッチ３１４は、光信号受信部１３４の入力を、ループバックモジュール３００またはＤＣ試験装置３２４に選択的に結合する。ＤＣ試験装置３２２、３２４は、それぞれスペクトラムアナライザ、光パワーメータ等を含む。また、光信号受信部１３４側に接続するＤＣ試験装置３２４は波長可変光源も含む。

光スイッチ３１２により光信号送信部１３２がＤＣ試験装置３２２に結合された場合、光信号送信部１３２において光信号を発生する発光素子の発光波長、閾値電流、駆動電流／光信号出力特性、偏光特性が測定できる。また、光スイッチ３１４により光信号受信部１３４がＤＣ試験装置３２４に結合された場合、光信号受信部１３２において光信号を受光して電気信号に変換する受光素子の変換効率／波長特性、感度特性、偏光特性が測定できる。

上記のようにして、光信号送信部１３２における発光素子および光信号受信部１３４における受光素子の特性を測定することにより、光信号送信部１３２および光信号受信部１３４において、素子固有の特性に依存して発生する確定ジッタを精度よく予測することができるようになる。従って、制御信号発生部２１０において、確定ジッタを打ち消すことができる制御信号を精度よく発生させることができる。なお、確定ジッタを算出する方法としては、例えば、「光エレクトロニクス基礎編、ヤリーヴ著、多田邦雄、神谷武志訳、丸善（１９７１年）刊」に記載のレート方程式を例示できる。

上記のような一連の方法により、光信号送信部１３２において発生する確定ジッタの影響を低減して、光信号受信部１３４の固有の特性を評価できる。更に、光信号と高精度クロック光信号とを注入した場合に周期的な分極反転構造を有する高誘電体光導波路が乗算器として作用することを利用してランダムジッタを低減する方法が知られている。このような方法を併用してランダムジッタの影響を排除することにより、光信号受信部１３４の評価精度をさらに向上させることもできる。

図１３は、他の実施形態に係るループバックモジュール３００におけるジッタ低減部２００の内部構造を模式的に示す図である。なお、図４に示したジッタ低減部２００と共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

同図に示すように、このジッタ低減部２００も、制御信号発生部２１０、波長変換部２２０および遅延発生部２３０を備える。ここで、制御信号発生部２１０および波長変換部２２０の構造は、図４に示したジッタ低減部２００と変わらない。

これに対して、遅延発生部２３０は独特の構造を有しており、波長変換光２３を受ける光サーキュレータ４１０、光サーキュレータ４１０に接続された光ファイバグレーティング４２０および出力ポートとしての光信号伝送路２０４を備える。光サーキュレータ４１０は、入力された光信号を、順次隣接するポートから出力する機能を有する。従って、この実施形態においては、光信号伝送路２０３から入力された波長変換光２３は光ファイバグレーティング４２０に入力され、光ファイバグレーティング４２０から光サーキュレータ４１０に入力された光信号は、ループバック光信号２４として光信号伝送路２０４に出力される。

光ファイバグレーティング４２０は、その光の伝播方向に沿って異なる位置に形成された複数のファイバ・ブラッグ・グレーティング（以下、「ＦＢＧ」と記載する）４２２、４２４、４２６を有する。ＦＢＧ４２２、４２４、４２６の各々は、光の伝播方向に沿ってその屈折率を周期的に変化させることにより形成され、特定の波長（ブラッグ波長と呼ばれる）を中心とする狭い帯域の光を高い効率で反射する。従って、ＦＢＧ４２２、４２４、４２６が相互に異なるブラッグ波長を有することにより、光ファイバグレーティング４２０に入力された光信号を、その波長毎に異なる経路長で入射端に戻すことができる。光ファイバグレーティング４２０の入射端から再び光サーキュレータ４１０に戻された光信号は、出力ポートとしての光信号伝送路２０４から、ループバック光信号２４として出力される。

そこで、光ファイバグレーティング４２０において、ＦＢＧ４２６の反射波長をλ_２、ＦＢＧ４２４の反射波長をλ_２２、ＦＢＧ４２２の反射波長をλ_２３とそれぞれ設定することにより、波長変換光２３が入力された場合に、より遅延量の大きなパルスに対して少ない経路長で光信号伝送路２０４に出力して、ジッタを効果的に解消できる。

なお、光ファイバグレーティング４２０としては、ＦＢＧのピッチが軸方向について連続的に変化するチャープドＦＢＧを用いることもできる。チャープドＦＢＧの場合は、波長を連続的に変化させることにより、光信号の遅延量を決定する反射位置を連続的に変化させることができる。従って、連続的に変化する制御光信号２２を発生できる制御信号発生部２１０と組み合わせることにより、さまざまなタイミング制御を実行できる。また、光サーキュレータ４１０から光ファイバ２０４への出力には、フィルタ４３０を設けて、出力光２４に含まれる制御光信号２２成分を取り除くことが好ましい。

図１４は、さらに他の実施形態に係るループバックモジュール３００におけるジッタ低減部２００の内部構造を模式的に示す図である。同図に示すように、このジッタ低減部２００も、制御信号発生部２１０、波長変換部２２０および遅延発生部２３０を備える。制御信号発生部２１０および波長変換部２２０の構造は、図４に示したジッタ低減部２００と変わらない。

これに対して、遅延発生部２３０は、それぞれ光導波路基板５１０にバルク光導波路として形成された光分波器５１２と、光分波器５１２に結合された複数の光ファイバ５２１、５２３、５２５とを備える。光分波器５１２は、入射した光信号をその波長に応じて分離する機能を有する。分離された波長毎の光信号は、光ファイバ５２１、５２３、５２５の何れかに伝播される。また、光ファイバ５２１、５２３、５２５は、それぞれ、互いに長さが異なる光ファイバ５４１、５４２、５４３の一端に個別に結合される。光ファイバ５４１、５４２、５４３から入射された光信号は、１本の光信号伝送路２０４に、ループバック光信号２４として出力される。

このような遅延発生部２３０において、光ファイバ５４３に波長λ_２の波長変換光２３を、光ファイバ５４２に波長λ_２２の波長変換光２３を、光ファイバ５４１に波長λ_２３の波長変換光２３を、それぞれ伝播させることにより、図１０に示した波長変換光２３が入力された場合に、より遅延量の大きなパルスに対して短い経路長で光信号伝送路２０４に出力してジッタを解消できる。また、この実施形態では、光ファイバ５４１、５４２、５４３を交換することにより、遅延発生部２３０において発生する光信号の遅延量を容易に変更できる。

図１５は、他の実施形態に係るループバックモジュール３００の構造を、被試験デバイス１３０に対する信号経路１０１により示す図である。同図において、図３および図１１に示したループバックモジュール３００と共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

同図に示すように、このループバックモジュール３００は、図３および図１１に示したループバックモジュール３００の構造に、ジッタ発生部２７０、発生ジッタ制御信号発生部２７２およびもうひとつの光増幅器２６２を備える。ジッタ発生部２７０は、発生ジッタ制御信号発生部２７２の発生する発生ジッタ制御信号に従って、遅延発生部２３０の出力するループバック光信号２４に、任意のジッタを付加する。

既に説明したように、遅延発生部２３０の出力するループバック光信号２４からは、光信号送信部１３２で発生したジッタが除去されているので、ジッタ発生部２７０においてループバック光信号２４に任意の既知のジッタを付加することにより、光信号受信部１３４のジッタ耐性等を精密に評価できる。

なお、発生ジッタ制御信号発生部２７２は、ジッタ低減部２００の制御信号発生部２１０と同じ内部構造により実現できる。ただし、制御電気信号１１は、ループバック光信号２４に付加するジッタに対応して発生させる。また、ジッタ発生部２７０も、ジッタ低減部２００から制御信号発生部を除いた部分と同じ内部構造により実現できる。これにより、ループバック光信号２４に対して、パルス毎に任意のジッタを個別に発生させることができる。更に、ジッタ発生部２７０においても波長変換素子２２４を用いた場合、信号レベルが低下するので、光増幅器２６２により信号レベルが補償される。

図１６は、更に他の実施形態に係るループバックモジュール３００の構造を、被試験デバイス１３０に対する信号経路１０１により示す図である。同図において、図３、図１および図１５に示したループバックモジュール３００と共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。

図１６に示すループバックモジュール３００は、図１５に示したループバックモジュール３００と同等の機能を、より簡素な構造で実現する。即ち、前記したように、発生ジッタ制御信号発生部２７２およびジッタ発生部２７０は、ジッタ低減部２００と同じ構造により形成できる。そこで、このループバックモジュール３００は、光信号送信部１３２で発生したジッタを打ち消すべく制御電気信号発生器２１１が発生した制御電気信号１１と、発生ジッタ指示部２６６が発生した、ループバック光信号２４に付加すべきジッタ量とを加算機２６８において電気的に加算して、演算結果に基づいて単一の制御信号発生部２１０が制御光信号２２を発生する。これにより、単一の波長変換部２２０および遅延発生部２３０を用いて、光信号送信部１３２で発生したジッタを低減すると共に、任意のジッタを付加したループバック光信号２４を出力するループバックモジュール３００が形成される。

なお、図１５および図１６に示した形態においても、ループバック試験に先立って、ＢＩＳＴを利用したデマルチプレクサ１３５のビットエラーレート測定を実施することができる。また、ＤＣ試験装置３２２、３２４を用いた発光素子および受光素子の特性評価を実施することもできる。これらの測定および評価に基づいて、制御信号発生部２１０において、確定ジッタを精度よく補償する制御信号を発生できる。

以上説明したように、上記の各実施形態に係るループバックモジュール３００は、被試験デバイス１３０における光信号送信部１３２で発生したジッタの影響を排除して、被試験デバイス１３０の光信号受信部１３４固有の特性を正確に評価できる。また、このループバックモジュール３００を実装することにより、被試験デバイス１３０の光信号受信部１３４固有の特性を評価できる試験装置を形成できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることは当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

実施形態に係る試験装置１００の全体構造を示す図である。試験装置１００におけるテストヘッド１８０の内部構造を示す図である。試験装置１００における試験信号の信号経路１０１を示す図である。ジッタ低減部２００の構造を示す図である。制御信号発生部２１０の構造を示す図である。制御信号発生部２１０の他の構造を示す図である。制御電気信号１１を発生する回路装置を説明する図である。波長変換素子２２４の構造を示す斜視図である。波長変換素子２２４の動作を説明するグラフである。ジッタ低減部２００の動作を説明するタイミング図である。ループバック試験の他の形態を信号経路１０１により示す図である。ループバック試験の更に他の形態を信号経路１０１により示す図である。遅延発生部２３０の他の構造を示す図である。遅延発生部２３０の更に他の構造を示す図である。他の実施形態に係るループバックモジュール３００の構造を、試験信号経路１０１により示す図である。更に他の実施形態に係るループバックモジュール３００の構造を、試験信号経路１０１により示す図である。

符号の説明

１１制御電気信号、２１送信光信号、２２制御光信号、２３波長変換光、２４ループバック光信号、１００試験装置、１０１信号経路、１１０試験信号発生部、１１２パターン発生器、１２０試験信号評価部、１１４、１２４増幅器、１２２デジタル信号取り込み器、１３０被試験デバイス、１３１、１３７コア部、１３２光信号送信部、１３３マルチプレクサ、１３４光信号受信部、１３５デマルチプレクサ、１３６疑似ランダムパターン発生器、１３８ビットエラーレートカウンタ、１４０接続ケーブル、１５０ホスト装置、１６０パフォーマンスボード、１６２ソケット、１６４、１８４コネクタ、１６６集合ケーブル、１７０ハンドラ、１８０テストヘッド、１８２ピンエレクトロニクスボード、２００ジッタ低減部、２０１、２０２、２０３、２０４光信号伝送路、２１０制御信号発生部、２１１制御電気信号発生部、２１２光源素子駆動回路、２１３パターンジッタテーブル、２１４制御光源素子、２１５波長可変半導体レーザ、２１６、３１２、３１４光スイッチ、２１７制御光信号発生部、２１８光合波器、２１９積分器、２２０波長変換部、２２２光カプラ、２２３ＬｉＮｂＯ_３基板、２２４波長変換素子、２３０遅延発生部、２２５、２４１、２４３、２４５、２５１、２５３、２５５光導波路、２４０光分波器、２４２、２４４スラブ導波路、２５０光遅延線、２５４光合波器、２６０、２６２光増幅器、２６６発生ジッタ指示部、２６８加算機、２７０ジッタ発生部、２７２発生ジッタ制御信号発生部、３００ループバックモジュール、３２２、３２４ＤＣ試験装置、４１０光サーキュレータ、４２０光ファイバグレーティング、４２２、４２４、４２６（ＦＢＧ）ファイバ・ブラッグ・グレーティング、４３０フィルタ、５１２光分波器、５２１、５２３、５２５、５４１、５４２、５４３光ファイバ

Claims

光信号を送信する光信号送信部と光信号を受信する光信号受信部とを有する被試験デバイスに対して、前記光信号送信部および前記光信号受信部の間でループバック試験をする場合に、前記光信号送信部から出力された光信号を前記光信号受信部に伝送するループバックモジュールであって、
前記光信号送信部が出力する特定波長の光信号とは異なる波長の制御光信号を発生する制御信号発生部と、
前記光信号および前記制御光信号を重畳して入力され、前記制御光信号の波長に応じて前記特定波長とは異なる変換波長を有する波長変換光を出力する波長変換部と、
互いに経路長の異なる複数の光経路を有し、前記変換波長に応じた前記複数の光経路のいずれかを経由して前記光信号受信部に向かって前記波長変換光を出力させる遅延発生部と
を備え、前記制御信号発生部は、前記光信号送信部において前記光信号に発生したジッタを打ち消す遅延量が発生する前記光経路に前記光信号を伝播させる前記制御光信号を、前記光信号のパルス毎に発生するループバックモジュール。
前記制御信号発生部は、前記制御光信号の波長で発光する制御光源素子と、前記制御光信号を発生すべき場合に前記制御光源素子を動作させる駆動装置とを有する請求項１に記載のループバックモジュール。
前記制御信号発生部は、前記制御光信号の波長で常時発光する制御光源素子と、前記制御光信号を発生すべき場合に前記制御光源素子の出射光を前記波長変換部に結合する光スイッチとを有する請求項１に記載のループバックモジュール。
前記制御光源素子は、互いに異なる発光波長を有して、択一的に有効になる複数の発光素子を含む請求項２または請求項３に記載のループバックモジュール。
前記制御光源素子は、発光波長を変化させることができる波長可変発光素子を含む請求項２または請求項３に記載のループバックモジュール。
前記波長変換部は、前記光信号および制御光信号を入力された場合に、前記光信号および前記制御光信号のいずれか一方の第２高調波および他方の波長の差周波を出力する非線形光学素子を含む請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のループバックモジュール。
前記非線形光学素子は、周期的な分極反転構造を有するＰＰＬＮ（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉＮｂＯ_３：周期分極ニオブ酸リチウム）素子を含む請求項６に記載のループバックモジュール。
前記遅延発生部は、入力された前記波長変換光をその波長に応じた異なる伝送経路に分波する光分波器と、前記光分波器に分波された前記波長変換光を個別に伝播させる互いに経路長の異なる複数の光導波路と、前記複数の光導波路から出射された光信号を単一の光導波路に結合する光合波器とを有する請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のループバックモジュール。
光信号を送信する光信号送信部と光信号を受信する光信号受信部とを有する被試験デバイスに対して、前記光信号送信部および前記光信号受信部の間でループバック試験をする場合に、前記光信号送信部から出力された光信号を前記光信号受信部に伝送するループバックモジュールを備えた試験装置であって、
試験動作において被試験デバイスに処理させる試験信号を発生する試験信号発生部と、
前記光信号送信部が出力する特定波長の光信号とは異なる波長の制御光信号を発生する制御信号発生部と、
前記光信号および前記制御光信号を重畳して入力され、前記制御光信号の波長に応じて前記特定波長とは異なる変換波長を有する波長変換光を出力する波長変換部と、
互いに経路長の異なる複数の光経路を有し、前記変換波長に応じた前記複数の光経路のいずれかを経由して前記光信号受信部に向かって前記波長変換光を出力させる遅延発生部と
を備え、前記制御信号発生部は、前記光信号送信部において前記光信号に発生したジッタを打ち消す遅延量が発生する前記光経路に前記光信号を伝播させる前記制御光信号を、前記光信号のパルス毎に発生する試験装置。
前記光信号送信部の出力を、前記ループバックモジュールおよびＤＣ試験装置のいずれかに結合する光スイッチと、前記光信号受信部の入力を、前記ループバックモジュールおよびＤＣ試験装置のいずれかに結合する光スイッチとを介して前記被試験デバイスに接続される請求項９に記載の試験装置。
前記光スイッチを介して前記光信号送信部に接続されるＤＣ試験装置は、前記光信号送信部において光信号を発生する発光素子の発光波長、駆動電流／光出力特性、閾値電流および偏光特性の少なくともひとつを測定する請求項１０に記載の試験装置。
前記光スイッチを介して前記光信号受信部に接続されるＤＣ試験装置は、前記光信号受信部において光信号を電気信号に変換する受光素子の変換効率／波長特性、感度特性および偏光特性の少なくともひとつを測定する請求項１０または請求項１１に記載の試験装置。
前記被試験デバイスは、光信号送信部側に実装されて、前記光信号に疑似ランダムパターンを重畳する疑似ランダムパターン発生器と、光信号受信部側に実装されて、前記光信号を受信した場合に発生するビットエラーを計数するビットエラーカウンタとを備え、
前記制御信号発生部は、前記ビットエラーカウンタにより計数されたビットエラーレートを参照して前記制御光信号を発生する請求項１０から請求項１２までのいずれか一項に記載の試験装置。