JP5069265B2

JP5069265B2 - 光信号モニタ装置

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Publication number: JP5069265B2
Application number: JP2009065554A
Authority: JP
Inventors: 隆森
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2029-03-18
Also published as: JP2010217066A

Description

本発明は、光信号モニタ装置に関し、特に、相互吸収飽和特性を用いて被測定光信号のサンプリングを行なう光信号モニタ装置に関する。

高分解能の等価サンプリングを行なうために、電界吸収型光変調器の相互吸収飽和特性を用いた光信号モニタ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図４は、従来の電界吸収型光変調器の相互吸収飽和特性を用いた光信号モニタ装置の概略構成図である。従来の光信号モニタ装置は、一定周期のサンプリング用光パルスＰｓを発生する光パルス発生器１０２と、被測定光信号Ｐｘとサンプリング用光パルスＰｓとの相互吸収飽和特性を利用して被測定光信号Ｐｘをサンプリングする電界吸収型光変調器３と、電界吸収型光変調器３に直流バイアス電圧を印加するバイアス電圧発生器４と、電界吸収型光変調器３からのサンプリング後の光信号Ｐｙを電気信号Ｅｙに変換する受光器５と、電気信号Ｅｙをアナログ信号からディジタル信号Ｄｙに変換するＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器６と、を備える。ＡＤ変換器６からのディジタル信号Ｄｙを観察することで、等価サンプリング方式で被測定光信号Ｐｘのアイ波形の評価を行なう。

ＡＤ変換器６でのサンプリング周波数は、電界吸収型光変調器３でのサンプリング周波数と同期している必要がある。そのため、従来の光信号モニタ装置では、光パルス発生器１０２の外部に備わる基準信号発生器１０１から入力されるクロック信号に従ってサンプリング用光パルスＰｓを発生する光パルス発生器１０２を用いていた。

ＷＯ２００８／０８７８０９Ａ１特願２００８−３１１４２３

ＭａｔｈｉａｓＷｅｓｔｌｕｎｄ，ＨｅｎｒｉｋＳｕｎｎｅｒｕｄ，ＭａｇｎｕｓＫａｒｌｓｓｏｎ，ａｎｄＰｅｔｅｒＡ．Ａｎｄｒｅｋｓｏｎ，"Ｓｏｆｔｗａｒｅ−ＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄＡｌｌ−ＯｐｔｉｃａｌＳａｍｐｌｉｎｇｆｏｒＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ，"ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．２３，ｎｏ．３，ｐｐ．１０８８−１０９９，Ｍａｒｃｈ２００５

しかし、外部から入力されるクロック信号に従ってサンプリング用光パルスを発生する光パルス発生器は構成が複雑で高価になる問題があった。

受動モードロックファイバレーザは安価な構成でサンプリング用光パルスを生成することができる。しかし、受動モードロックファイバレーザは自励発振型のデバイスであるため、従来の構成では、ＡＤ変換器でのサンプリング周波数を電界吸収型光変調器でのサンプリング周波数に同期させることはできない。

そこで、本発明は、ＡＤ変換器でのサンプリング周波数を電界吸収型光変調器でのサンプリング周波数に同期させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明の光信号モニタ装置は、サンプリング用光パルスの繰り返し周波数を検出する光パルス周波数検出器をさらに備え、サンプリングされた電気信号のサンプリング及びＡ／Ｄ変換を、光パルス周波数検出器が検出した繰返し周波数で行なうことを特徴とする。

具体的には、本願発明の光信号モニタ装置は、サンプリング用光パルスを出力する光パルス発生器と、前記サンプリング用光パルスに従って被測定光信号をサンプリングする光サンプリングゲートと、前記光サンプリングゲートから出力された光信号を電気信号に変換する受光器と、前記受光器からの前記電気信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、を備え、等価サンプリング方式で前記被測定光信号の波形評価を行なう光信号モニタ装置において、前記サンプリング用光パルスによって前記光サンプリングゲートの電気端子に発生する電気パルスを用いて前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数を検出する光パルス周波数検出器をさらに備え、前記ＡＤ変換器は、前記光パルス周波数検出器の検出する前記繰返し周波数に同期して前記電気信号を前記ディジタル信号に変換することを特徴とする。

光パルス周波数検出器をさらに備えたことで、サンプリング用光パルスの繰返し周波数を検出することができる。これにより、ＡＤ変換器でのサンプリング周波数を光サンプリングゲートでのサンプリング周波数に同期させることができる。
また本発明により、光学部品を追加することなくサンプリング用光パルスの繰返し周波数を検出することができる。これにより、簡易な構成で本願発明の光信号モニタ装置を提供することができる。

本願発明の光信号モニタ装置では、前記光サンプリングゲートは、相互吸収飽和特性を利用して前記被測定光信号のサンプリングを行なう電界吸収型光変調器であることが好ましい。
本発明により、分解能の光サンプリングを行なうことができる。これにより、高分解能の光信号モニタ装置を低コストで提供することができる。

本願発明の光信号モニタ装置では、前記光パルス周波数検出器は、前記電界吸収型光変調器の電気端子に発生する光電流の交流成分を分離するバイアスＴを用いて前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数を検出することが好ましい。

本願発明の光信号モニタ装置では、前記ＡＤ変換器は、前記受光器からの前記電気信号を前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数に同期してサンプリングする電気サンプリングゲートを含み、前記電気サンプリングゲートの出力信号をディジタル信号に変換することが好ましい。

本願発明の光信号モニタ装置では、前記光パルス発生器は、受動モード同期ファイバレーザであることが好ましい。
本発明により、簡易な構成でサンプリング用光パルスを発生させることができる。これにより、光信号モニタ装置の構成を簡易にすることができる。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、等価サンプリング方式で被測定光信号の波形評価を行なう光信号モニタ装置において、ＡＤ変換器でのサンプリング周波数を電界吸収型光変調器でのサンプリング周波数に同期させることができる。これにより、自励発振型の光パルス発生器を用い、高分解能の光信号モニタ装置を低コストで提供することができる。

実施形態１に係る光信号モニタ装置の概略構成図である。実施形態２に係る光信号モニタ装置の概略構成図である。光カプラ周辺の拡大図であり、（ａ）は第１形態例、（ｂ）は第２形態例を示す。従来の光信号モニタ装置の概略構成図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る光信号モニタ装置の概略構成図である。本実施形態に係る光信号モニタ装置は、光パルス発生器２と、電界吸収型光変調器３と、バイアス電圧発生器４と、受光器５と、ＡＤ変換器６と、光カプラ７と、光パルス周波数検出器２１と、遅延器２２と、を備える。

光パルス発生器２は、サンプリング用光パルスＰｓを出力する。バイアス電圧発生器４は、サンプリング用光パルスＰｓによって電界吸収型光変調器３において相互吸収飽和が生じるように電圧を調整し、電界吸収型光変調器３にバイアス電圧を印加する。電界吸収型光変調器３に、被測定光信号Ｐｘ及びサンプリング用光パルスＰｓが入力される。これにより、電界吸収型光変調器３は、サンプリング用光パルスＰｓと被測定光信号Ｐｘとの相互吸収飽和特性を利用して被測定光信号Ｐｘのサンプリングを行なう。電界吸収型光変調器３は、サンプリング後の光信号Ｐｙを出力する。

光パルス発生器２は、共振器を利用してサンプリング用光パルスを出力する自励発振型の光源である。例えば、光ファイバ型のモード同期ファイバレーザ、又は、半導体型の集積化モード同期半導体レーザである。光パルス発生器２は、自励発振型の受動モード同期ファイバレーザであることが好ましい。これにより、短パルスのサンプリング用光パルスＰｓを簡易に生成することができる。

電界吸収型光変調器３から出力された光信号Ｐｙは、受光器５に入力される。受光器５は、光信号Ｐｙを電気信号Ｅｙに変換して出力する。ＡＤ変換器６は、電気信号Ｅｙをサンプリングした後、ディジタル信号Ｄｙに変換する。ＡＤ変換器６からのディジタル信号Ｄｙを収集することで、被測定光信号Ｐｘのアイ波形を観察することができる。これにより、等価サンプリング方式で被測定光信号Ｐｘの波形評価を行なうことができる。

非特許文献１や特許文献２に記載のソフトウェアによる同期法を用いると、サンプリング用光パルスの繰返し周波数を厳密に設定することなくディジタル信号Ｄｙからアイ波形を生成することができる。

光パルス周波数検出器２１は、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数ｆを検出して、周波数ｆのクロック信号Ｅｓを出力する。遅延器２２は、受光器５からの電気信号ＥｙのピークをＡＤ変換器６で取得するように、光パルス周波数検出器２１の出力するクロック信号Ｅｓの位相を合わせる。ＡＤ変換器６は、光パルス周波数検出器２１の検出する繰返し周波数ｆに同期して、受光器５からの電気信号Ｅｙをディジタル信号に変換する。例えば、ＡＤ変換器６は、受光器５からの電気信号Ｅｙを遅延器２２の出力するクロック信号Ｅｓに同期してサンプリングする電気サンプリグゲート６１と、電気サンプリングゲート６１の出力信号をディジタル信号Ｄｙに変換するＡＤ変換段６２と、を備える。これにより、ＡＤ変換器６は、電界吸収型光変調器３でのサンプリング周波数に同期した周波数で、電気信号Ｅｙのサンプリングを行なうことができる。したがって、自励発振型の光パルス発生器２を用いることができる。なお、遅延器２２は、サンプリング周波数ｆの位相を変える移相器であってもよい。

本実施形態では、光パルス周波数検出器２１は、電界吸収型光変調器３の電気端子に現れる電圧の変化を検出する。前記電気端子は、電界吸収型光変調器３を通常の光変調器として用いる場合に電気信号を電界吸収型光変調器３に入力する端子であるが、電界吸収型光変調器３にサンプリング用光パルスＰｓが入力されると、電界吸収型光変調器３の電気端子にサンプリング用光パルスＰｓの光強度に応じてパルス状の光電流が発生する。電気端子に接続された負荷インピーダンスによって光電流が電圧に変換され、パルス状の電圧が発生する。光パルス周波数検出器２１は、このパルス状の電圧を利用することで、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を検出する。通常、サンプリング用光パルスＰｓの光強度は被測定光信号Ｐｘに比べて十分に大きいため、サンプリング用光パルスＰｓに対応したパルス電圧が得られる。

前記電気端子は、電界吸収型光変調器３へのサンプリング用光パルスの入力に応じて変化する電圧を検出できる端子であればよい。例えば、電界吸収型光変調器３の通常の光変調用の電気入力端子よりも帯域の狭いバイアス電圧印加端子を利用してもよい。必要に応じて、バイアス電圧印加端子から交流成分のみを分離し、光パルス周波数検出器２１でサンプリング用光パルスの繰返し周波数を検出する。

光パルス周波数検出器２１は、例えば、交流成分を分離するバイアスＴを備える。バイアスＴのクロスオーバー周波数をサンプリング用光パルスＰｓの周波数ｆよりも低くしておくと、直流バイアス成分を除いたパルス状の電圧が得られ、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数ｆを検出することができる。光パルス周波数検出器２１は、さらに、バイアスＴで分離した交流成分を波形整形するリミッタ増幅器やコンパレータを備えることが好ましい。

被測定光信号Ｐｘが入力されていないときでも電界吸収型光変調器３の電圧が変化するので、光パルス周波数検出器２１はサンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を検出することができる。また、受光素子などの光学部品を新たにさらに備える必要が無い。そのため、本実施形態に係る光信号モニタ装置は、部品点数の削減が可能なので、簡易な構成とすることができる。

本実施形態では、一例として、サンプリング用光パルスＰｓが後方（電界吸収型光変調器３の出力側）から入力され、光信号Ｐｙが電界吸収型光変調器３の後方から出力される例を示したが、サンプリング用光パルスＰｓが前方（電界吸収型光変調器３の入力側）から入力され、光信号Ｐｙが電界吸収型光変調器３の後方から出力される構成であってもよい。

（実施形態２）
図２は、本実施形態に係る光信号モニタ装置の概略構成図である。本実施形態では、図１に示す光パルス周波数検出器２１に代えて、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数ｆをサンプリング用光パルスＰｓから直接検出する光パルス周波数検出器２３を備えることを特徴とする。以下、本実施形態の特徴について具体的に説明する。

光パルス周波数検出器２３は、光パルス発生器２からのサンプリング用光パルスＰｓを電気パルスに変換する第２の受光器を含み、電気パルスからサンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を検出する。例えば、光カプラ７が２×２ポートの場合、光カプラ７は、光パルス発生器２からのサンプリング用光パルスＰｓを分岐して、一方を電界吸収型光変調器３に入力させ、他方を光パルス周波数検出器２３に入力させる。光パルス周波数検出器２３は、サンプリング用光パルスＰｓを電気信号に変換して、周波数ｆのクロック信号Ｅｓを出力する。これにより、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数ｆを検出することができる。

本実施形態では、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を直接的に検出するので、光サンプリングゲートとして電界吸収型光変調器３を用いない場合にも適用することができる。また、被測定光信号Ｐｘの影響を受けないため、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を精度よく検出することができる。そのため、本実施形態に係る光信号モニタ装置は、部品点数を削減し、簡易な構成とすることができる。

また、電界吸収型光変調器３の相互吸収飽和特性を用いた光信号モニタ装置に限られるものではなく、他の方式の光サンプリングゲートを用いた光信号モニタ装置に使用することも可能である。

また、本実施形態では、光パルス発生器２からのサンプリング用光パルスＰｓを光パルス周波数検出器２３へ分岐する光カプラと、光パルス発生器２からのサンプリング用光パルスＰｓを電界吸収型光変調器３へ分岐する光カプラとを、共通の光カプラ７で兼用しているが、これらを個別に備えていてもよい。

図３は、光カプラ周辺の拡大図であり、（ａ）は第１形態例、（ｂ）は第２形態例を示す。図３（ａ）に示す第１形態例では、第１の光カプラ７ａが、光パルス発生器２からのサンプリング用光パルスＰｓを、第２の光カプラ７ｂへと光パルス周波数検出器２３へとに分岐する。第２の光カプラ７ｂが、第１の光カプラ７ａからのサンプリング用光パルスＰｓを電界吸収型光変調器３に入力させ、かつ電界吸収型光変調器３からの光信号Ｐｙを受光器５に入力させる。

図３（ｂ）に示す第２形態例では、第１の光カプラ７ａが、光パルス発生器２からのサンプリング用光パルスＰｓを第２の光カプラ７ｂへ入力させ、かつ第２の光カプラ７ｂからの光信号Ｐｙを受光器５に入力させる。第２の光カプラ７ｂが、第１の光カプラ７ａからのサンプリング用光パルスＰｓを電界吸収型光変調器３へと光パルス周波数検出器２３へとに分岐し、かつ電界吸収型光変調器３からの光信号Ｐｙを第１の光カプラ７ａへ入力する。

さらに、光パルス発生器２が、半導体型の集積化モードロック半導体レーザの場合は、前方光を電界吸収型光変調器３に供給し、後方光を光パルス周波数検出器２３に供給してもよい。これにより、電界吸収型光変調器３に入力するサンプリング用光パルスＰｓの光強度を低減させることなくサンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を検出することができる。

本発明は、高分解能の光サンプリングを行なうことができるので、情報通信産業及び光を用いる各種産業に適用することができる。

２、１０２：光パルス発生器
３：電界吸収型光変調器
４：バイアス電圧発生器
５：受光器
６：ＡＤ変換器
７、７ａ、７ｂ：光カプラ
２１、２３：光パルス周波数検出器
２２、１０３：遅延器
６１：電気サンプリングゲート
６２：ＡＤ変換段
１０１：基準信号発生器

Claims

サンプリング用光パルスを出力する光パルス発生器と、
前記サンプリング用光パルスに従って被測定光信号をサンプリングする光サンプリングゲートと、
前記光サンプリングゲートから出力された光信号を電気信号に変換する受光器と、
前記受光器からの前記電気信号をディジタル信号に変換するＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器と、を備え、
等価サンプリング方式で前記被測定光信号の波形評価を行なう光信号モニタ装置において、
前記サンプリング用光パルスによって前記光サンプリングゲートの電気端子に発生する電気パルスを用いて前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数を検出する光パルス周波数検出器をさらに備え、
前記ＡＤ変換器は、前記光パルス周波数検出器の検出する前記繰返し周波数に同期して前記電気信号を前記ディジタル信号に変換することを特徴とする光信号モニタ装置。
前記光サンプリングゲートは、相互吸収飽和特性を利用して前記被測定光信号のサンプリングを行なう電界吸収型光変調器であることを特徴とする請求項１に記載の光信号モニタ装置。
前記電界吸収型光変調器の電気端子に発生する光電流の交流成分を分離するバイアスＴを用いて前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数を検出することを特徴とする請求項２に記載の光信号モニタ装置。
前記ＡＤ変換器は、前記受光器からの前記電気信号を前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数に同期してサンプリングする電気サンプリングゲートを含み、
前記電気サンプリングゲートの出力信号をディジタル信号に変換することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光信号モニタ装置。
前記光パルス発生器は、受動モード同期ファイバレーザであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光信号モニタ装置。