JP5316149B2 - 光信号品質モニタシステム、光信号品質モニタ装置及び光信号品質モニタ方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムにおける光信号品質モニタ技術に関し、偏波多重する光信号のキャリア周波数を適切な周波数にて変調することによって、偏波分離することなく、インサービスで偏波分散モニタすることを特徴とする光信号品質モニタシステム、光信号品質モニタ装置、光信号送信装置及び光信号品質モニタ方法に関する。

近年、相異なる二つの直交する偏波状態の光信号を多重する偏波多重技術が脚光を浴びている。これは、１チャネルあたりの伝送シンボルレートが同じとすると、偏波多重しない場合に比べて伝送スループットが２倍になるためである。

例えば、１００Ｇｂ／ｓの光通信システムを実現する場合、偏波多重しない場合は１チャネルで１００Ｇｂ／ｓの通信を行うため、システムを構成する光部品、電気部品は１００Ｇｂ／ｓで動作する必要がある。一方、偏波多重する場合は、２チャネルで１００Ｇｂ／ｓの通信を行うため、システムを構成する光部品、電気部品は５０Ｇｂ／ｓで動作すればよく、システムの高速化が容易となるという利点がある。

しかしながら、偏波多重によってチャネルあたりのシンボルレートを半分にしたとしても、１００Ｇｂ／ｓ超級のスループットの光伝送システムを実現するためには、現状では依然としてチャネルあたりのシンボルレートが１０Ｇｂ／ｓを超えざるをえない場合がほとんどである。

チャネルあたりのシンボルレートが１０Ｇｂ／ｓを超えるような大容量光通信システムにおいては、偏波多重しない場合と同様、光伝送によるわずかな波形劣化であっても受信時における信号品質に及ぼす影響が大きくなる。

波形劣化を発生させる物理現象には、波長分散、偏波分散、非線形現象等がある。このうち、波長分散に関しては、決め手となる回避策がないのが現状である。

そのため、偏波分散を精度良くモニタして、動的な波形ひずみ補償の制御信号に利用することや障害回復のトリガ信号に利用することが重要視されており、いくつかの偏波分散モニタ方式が特許文献１、２や非特許文献１などに開示されている。

また、偏波多重信号の場合には、偏波依存損失によって発生する偏波チャネル間クロストーク等、偏波多重信号特有の光信号劣化要因も無視できない場合もある。

特開２００５−３０４０４８号公報 特開２００３−２７００９７号公報

Ｋ．Ｅ． Ｃｏｒｎｉｃｋ， Ｓ．Ｄ． Ｄｏｄｓ， Ｍ． Ｂｏｒｏｄｉｔｓｋｙ ａｎｄ Ｐ．Ｍ． Ｆａｒｒｅｌ， "Ａｌｌ−Ｏｒｄｅｒ ＰＭＤ Ｐｅｎａｌｔｙ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ ＳＯＰ Ｓｔｒｉｎｇ Ｌｅｎｇｔｈｓ"， ＬＥＯＳ ２００５．， ＷＥＥ３， ｐｐ．７０２−７０３， Ｏｃｔ．２００５．

偏波多重信号においては、一つの光信号光周波数成分の中に、相異なる二つの偏波状態が同時に存在するため、特許文献１、２や非特許文献１に開示されるような方式では偏波状態を表すことができないことが大きな課題の一つである。

すなわちこれらの文献に開示される方式では、光周波数ごとに四つの偏波成分を抽出し、その光強度からストークスベクトルを算出することによって偏波状態を特定し、偏波分散モニタを行うことになっている。このストークスベクトル算出方式では、光周波数ごとの偏波状態はただ一つであることを前提としている。偏波多重信号の場合、同一光周波数成分内に相異なる二つの偏波状態が含まれるため、同様の方式を採用した場合、多重された二つの偏波信号に対し、算出される偏波情報がそれらの合成となってしまい、それぞれの偏波ごとに検出すべき状態変化を検出できない。従って、偏波多重信号に対しては、ストークスベクトル算出方式は適用できない。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、チャネル光の周波数が偏波チャネルごとに異なる周波数で変調されたデータ変調光を光学的に偏波分離することなく偏波チャネルごとの偏波状態をモニタできる光信号品質モニタシステム、光信号品質モニタ装置、光信号送信装置及び光信号品質モニタ方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、データ変調光信号のキャリア光の周波数を偏波チャネルごとに異なる周波数で変調する手段と、偏波チャネルを偏波多重して光伝送路に出力する手段とを備える送信装置と、光伝送路を介して受信したデータ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出し、該単位光周波数ごとの光強度成分それぞれについて所定の相異なる４種類の偏光成分を検出する手段と、偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分ごとに４種類の光強度偏光成分の強度を演算することによってストークスベクトルを算出する手段と、ストークスベクトルから偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出する手段とを備えたモニタ装置とを有することを特徴とする光信号品質モニタシステムを提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、偏波チャネルごとに異なる周波数で変調され、偏波多重されて光伝送路を介して伝送されてきたデータ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出し、該単位光周波数ごとの光強度成分それぞれについて所定の相異なる４種類の偏光成分を検出する手段と、偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分ごとに４種類の光強度偏光成分の強度を演算することによってストークスベクトルを算出する手段と、ストークスベクトルから偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出する手段とを備えたことを特徴とする光信号品質モニタ装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、データ変調光信号のキャリア光の周波数を偏波チャネルごとに異なる周波数で変調し、偏波チャネルを偏波多重して光伝送路に出力し、データ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出し、該単位光周波数ごとの光強度成分それぞれについて所定の相異なる４種類の偏光成分を検出し、偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分ごとに４種類の光強度偏光成分の強度を演算することによってストークスベクトルを算出し、ストークスベクトルから偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出することを特徴とする光信号品質モニタ方法を提供するものである。

本発明によれば、チャネル光の周波数が偏波チャネルごとに異なる周波数で変調されたデータ変調光を光学的に偏波分離することなく偏波チャネルごとの偏波状態をモニタできる光信号品質モニタシステム、光信号品質モニタ装置、光信号送信装置及び光信号品質モニタ方法を提供できる。

本発明の好適な実施の形態に係る光信号品質モニタ装置の機能構成を示す図である。 本発明の好適な実施の形態に係る光信号品質モニタシステムの構成を示す図である。 ＦＭ変調周波数と、可変光バンドパスフィルタ光周波数分解能と、ＲＦアナライザの周波数分解能との関係を示す図である。 光信号品質モニタシステムの実施の一例を示す。 モニタされた光信号のストークスベクトルをポアンカレ球上にベクトル表示して示す図である。

本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１に、本発明の好適な実施の形態に係る光信号品質モニタ装置の機能構成を示す。光信号品質モニタ装置は、キャリア光の周波数を偏波チャネルごとに異なる周波数で変調する変調部１１と、偏波チャネルを偏波多重して光伝送路２０に出力する偏波多重部１２とを備える送信装置１０と、受信したデータ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出し、該単位光周波数ごとの光強度成分それぞれについて４種類の偏光成分を検出する偏光成分検出部３１と、４種類の光強度偏光成分の強度を演算することによってストークスベクトルを算出するストークスベクトル算出部３２と、ストークスベクトルから偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出する強度抽出部３３とを備えた光信号品質モニタ装置３０とを有する。

図２に、本実施形態に係る光信号品質モニタシステムの具体的な構成を示す。光送信機１００３からＸ方向に直線偏光した光信号ＯＰＴ−ＳＩＧ１が出力される。また、ＯＰＴ＿ＳＩＧ１は、周波数発生器１００１からの出力周波数ｆ１で強度変調（ＡＭ変調）されている。光送信機１００４からは、Ｙ方向に直線偏光した光信号ＯＰＴ＿ＳＩＧ２が出力される。ＯＰＴ＿ＳＩＧ２は、周波数発生器１００２からの出力周波数ｆ２でＡＭ変調されている。そして、ＯＰＴ＿ＳＩＧ１とＯＰＴ＿ＳＩＧ２とは、偏波多重器１００５にて偏波多重され、光伝送路１００６に送出される。光伝送路１００６を通過した偏波多重光信号は、光信号品質モニタ装置１１００に入力される。光信号品質モニタ装置１１００内部にて、偏波多重光信号は、可変光バンドパスフィルタ１００７、ポラリメータ１００８、ＲＦアナライザ１００９へと順に導かれる。最終的にはＣＰＵ１０１０にて偏波分散起因の光信号品質モニタ結果が得られる。
なお、周波数発生器１００１、１００２及び光送信機１００３、１００４は、図１における変調部１１に相当する。また、偏波多重器１００５は、図１における偏波多重部１２に相当する。光伝送路１００６は、図１における光伝送路２０に相当する。可変光バンドパスフィルタ１００７とＣＰＵ１０１０とを組み合わせたものは、図１における偏光成分検出部３１に相当する。ポラリメータ１００８とＣＰＵ１０１０とを組み合わせたものは、図１におけるストークスベクトル算出部３２に相当する。ＲＦアナライザ１００９とＣＰＵ１０１０とを組み合わせたものは、図１における強度抽出部３３に相当する。

動作について説明する。
光送信機１００３からデータ変調速度Ｂ［ｂｐｓ］で、そのデータ変調信号にＢよりも低速な周波数ｆ１［Ｈｚ］のＡＭ変調が重畳されたＸ方向に直線偏光した光信号ＯＰＴ＿ＳＩＧ１が出力される。同様に、光送信機１００４からデータ変調速度Ｂ［ｂｐｓ］で、そのデータ変調信号にｆ２［Ｈｚ］のＡＭ変調が重畳されたＹ方向に直線偏光した光信号ＯＰＴ＿ＳＩＧ２が出力される。ＯＰＴ＿ＳＩＧ１とＯＰＴ＿ＳＩＧ２とは、偏波多重器１００５にて偏波状態が直交した状態で偏波多重される。この偏波多重光信号が、光伝送路１００６を通過し、光信号品質モニタ装置１１００に入力される。

光信号品質モニタ装置１１００内部にて、偏波多重光信号は、光バンドパスフィルタ１００７、ポラリメータ１００８、ＲＦアナライザ１００９に順に導かれる。

光バンドパスフィルタ１００７は、ＣＰＵ１０１０によって制御されており、光キャリア周波数Ｆｃ［Ｈｚ］の近傍の±Ｂ［Ｈｚ］の範囲内において、光信号をＦｃ−Ｂ［Ｈｚ］からＦｃ＋Ｂ［Ｈｚ］まで光周波数分解能ΔＦ［Ｈｚ］でＴｒｅｓ［ｓｅｃ］かけて光周波数ごとにストークスベクトルを測定する。従って、光信号品質モニタ１回でサンプル数２Ｂ／ΔＦ［ｐｔｓ］のストークスベクトルデータが得られる。ここで、偏波分散の速度変化をＴｐｍｄ［ｓｅｃ］とすると、Ｔｒｅｓ＜Ｔｐｍｄとなるように光バンドパスフィルタ１００７はＣＰＵ１０１０によって制御されている。

ポラリメータ１００８はＣＰＵ１０１０によって制御されており、２Ｂ／ΔＦ［ｐｔｓ］の光強度データ１点ごとに、ポラリメータ１００８にてストークスベクトルが計測される。ポラリメータ１００８内においてストークスベクトル（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、入力される偏波多重光信号から異なる四つの偏光成分の光強度を抽出することによって計測される。具体的には、透過光強度の電圧換算値Ｖｔ［ｄＢｍ］、直線水平偏光成分強度の電圧換算値Ｖｈ［ｄＢｍ］、４５°直線偏光成分光強度の電圧換算値Ｖｑ［ｄＢｍ］、右回り円偏光光強度の電圧換算値Ｖｒ［ｄＢｍ］から、下記式（１）にて求められる。
Ｓ１＝（２Ｖｈ−Ｖｔ）／Ｖｔ
Ｓ２＝（２Ｖｑ−Ｖｔ）／Ｖｔ
Ｓ３＝（２Ｖｒ−Ｖｔ）／Ｖｔ ・・・（１）

ポラリメータ１００８では、光信号品質モニタ１回、すなわち、可変波長バンドパスフィルタがデータ変調帯域２Ｂを１回掃引する時間内に２Ｂ／ΔＦ回ストークスベクトル計測することになるため、Ｔｒｅｓ／（２Ｂ／ΔＦ）［ｓｅｃ］内に１回のストークスベクトル計測を終えるようにＣＰＵ１０１０によって制御されている。ポラリメータ１００８には、キャリア光周波数がｆ１、ｆ２でＦＭ変調されている偏波多重光信号が入力されるので、Ｖｔ、Ｖｈ、Ｖｑ、Ｖｒの中には様々な周波数成分が混在することになる。したがって、偏波チャネルごとのストークスベクトルを求めるためには、式１のＳ１〜Ｓ３からｆ１、ｆ２成分を抽出すればよい。ＲＦアナライザ１００９にて周波数分解能ＢＷ［Ｈｚ］でＲＦ強度を計測し、Ｓ１〜Ｓ３のｆ１、ｆ２成分のＲＦ強度を求める。偏波分散量は、ストークスベクトル測定値から推定できる。

ポラリメータ１００８に入力される偏波多重光信号は、可変光バンドパスフィルタ１００７にて周波数帯域がΔＦに制限されているため、ＲＦアナライザ１００９で観測される電気周波数スペクトルの帯域もΔＦとなる。従って、ＦＭ変調周波数ｆ１、ｆ２はΔＦ内に収まるように設定されている。さらに、ＲＦアナライザ１００９の周波数分解能はＢＷなので、ｆ１、ｆ２成分を分離可能とするため、ｆ１とｆ２との周波数間隔はＢＷ以上となるように設定されている。
図３にＦＭ変調周波数ｆ１、ｆ２と、可変光バンドパスフィルタ光周波数分解能ΔＦと、ＲＦアナライザ１００９の周波数分解能ＢＷとの関係を示す。ｆ１を中央とする幅ＢＷの帯域とｆ２を中央とする幅ＢＷの帯域とが離れていることとから、ｆ１とｆ２との周波数間隔がＢＷ以上となっていることが分かる。また、横軸の値から明らかなように、ｆ１、ｆ２＜ΔＦである。

上記構成においては、送信光源の光中心周波数を偏波チャネルごとに相異なる周波数で周波数変調し、光周波数ごとの光強度をモニタし、さらに光中心周波数の変調周波数成分ごとの光強度を抽出することで、光学的に偏波分離することなく偏波チャネルごとの偏波状態をモニタすることが可能となる。

偏波多重光信号の変調周波数成分ごとの光強度を抽出する際には、周波数解析器による周波数成分分析やロックイン検波器等の同期検波方式が有効である。例えばロックイン検波方式の場合には、周波数分解能が時定数（測定積分時間）によって決まり、時定数が大きいほど周波数分解能が向上する。一方、偏波分散は速い場合ｍｓｅｃオーダで変化するため、有効なモニタを行うためには、一回のモニタに許容される測定時間もｍｓｅｃオーダとなる。従って、ロックイン検波における周波数分解能は、モニタ一回の許容測定時間によって制限を受ける。そのため、偏波チャネルごとに付加する二つの強度変調周波数間隔は、ロックイン検波で分離可能であるように予め選択しておく必要がある。また、偏波分散は、光周波数ごとの光強度をモニタすることによって行うが、光周波数ごとの光強度成分を抽出する際の光バンドパスフィルタによって、ロックイン検波における周波数帯域幅が制限されることを注意しておく必要がある。そのため、偏波チャネルごとに付加する二つの変調周波数の最大値も制限を受けることになる。偏波分散モニタ制度を向上させるためには、光周波数分解能を向上させることが有効であるため、偏波分散モニタ制度を向上させるほど偏波チャネルごとに付加する二つの変調周波数に許容される最大値は低下する。

以上により、光強度成分抽出時の光バンドパスフィルタ帯域幅、偏波チャネルごとの偏波状態を抽出するためのロックイン検波における周波数分解能を考慮し、偏波チャネルごとに重畳する変調周波数を適切に選択すれば、光学的に偏波分離することなく偏波チャネルごとの偏波状態をモニタすることが可能となる。

図４に、光信号品質モニタシステムの実施の一例を示す。ＯＰＴ＿ＳＩＧ１を出力する光送信機としてＬＤ２００３とデータ変調器２００５とを組み合わせた構成を採用している。ＯＰＴ＿ＳＩＧ２についても同様である。また、ＲＦアナライザとして、周波数ｆ１で動作するロックイン検波器２０１２と、周波数ｆ２で動作するロックイン検波器２０１３とを採用している。

ＬＤ２００３の出力光の偏波状態はＸ方向に直線偏光されている。これをデータ変調器２００５にて変調速度Ｂで変調する。速度Ｂのデータ変調信号には、周波数生成器２００１によって生成されるＢよりも低速な周波数ｆ１のＡＭ変調が重畳されている。これにより、ＯＰＴ＿ＳＩＧ１が生成される。同様に、Ｙ方向に直線偏光された光を出力するＬＤ２００４と、出力周波数がｆ２の周波数発生器２００２と、変調速度がＢのデータ変調器２００６を用いてＯＰＴ＿ＳＩＧ２を生成する。偏波多重器２００７、光伝送路２００８、可変波長バンドパスフィルタ２００９、ポラリメータ２０１０の動作は図２において説明した通りである。

分配器２０１１にて２分岐されたポラリメータ２０１０の電気出力は、それぞれロックイン検波器２０１２、２０１３へと導かれる。ロックイン検波器２０１２は、入力電気信号からｆ１成分強度のみを抽出して出力する。

図２と同様に、光伝送路２００８における偏波分散の変化速度がＴｐｍｄであるとする。波長可変フィルタ２００９によって、偏波多重光信号のキャリア光周波数Ｆｃを中心にＦｃ−ＢからＦｃ＋Ｂにわたって光周波数分解能ΔＦでＣＰＵ２０１８の制御で光周波数掃引される場合、１回の光信号品質モニタで２Ｂ／ΔＦ個のストークスベクトルが測定される。

ここで、ストークスベクトルは、上記式（１）に従って電気信号に変換されて出力される。このストークスベクトル測定時間Ｔｒｅｓは、正確な偏波分散測定を行うために、偏波分散変化速度Ｔｐｍｄ以下で終わるようにＣＰＵ２０１８にて制御されており、Ｔｒｅｓ＜Ｔｐｍｄの関係を満たすように設定されている。従って、ポラリメータ２０１０からはＴｒｅｓ／（２Ｂ／ΔＦ）ごとに偏波多重光信号を光周波数分解能ΔＦで切り出した光信号のストークスベクトルが出力される。出力されるストークスベクトルは、様々な周波数成分が混在しているため、ＡＭ変調周波数ｆ１、ｆ２成分のみをロックイン検波器２０１２、２０１３で抽出する。

ポラリメータ２０１０からは、Ｔｒｅｓ／（２Ｂ／ΔＦ）ごとに偏波多重光信号データ変調帯域内において異なる光周波数成分に対応するストークスベクトルが出力されるため、ロックイン検波器２０１２、２０１３は、Ｔｒｅｓ／（２Ｂ／ΔＦ）以下の速度で計測を終わらせるように設定されている。ロックイン検波器２０１２、２０１３の動作の時定数をτ［ｓｅｃ］とすると、ロックイン検波器２０１２、２０１３の周波数分解能ＢＷ［Ｈｚ］は下記式（２）によって与えられる。
ＢＷ＝１／（２πτ） ・・・（２）

τ＜（Ｔｒｅｓ／（２Ｂ／ΔＦ））＜（Ｔｐｍｄ／（２Ｂ／ΔＦ））であるから、上記式（２）と組み合わせて下記式（３）に示す関係が成り立つ。
ＢＷ＞Ｂ／（π・Ｔｐｍｄ・ΔＦ） ・・・（３）

ロックイン検波器２０１２、２０１３の周波数分解能がＢＷの場合、周波数間隔がＢＷ以下の異なる周波数は分離できないことになるため、ＡＭ変調周波数ｆ１とｆ２とは、下記式（４）の関係を満たすように設定しておく必要がある。
ｆ２＞ｆ１＋ＢＷ ・・・（４）

従って、上記式（３）、（４）から下記式（５）が導かれる。
ｆ２＞ｆ１＋Ｂ／（π・Ｔｐｍｄ・ΔＦ） ・・・（５）

さらに、可変長バンドパスフィルタ２００９を通過可能な周波数帯域はΔＦ以下であるため、最終的には下記式（６）が導かれる。
ΔＦ＞ｆ２＞ｆ１＋Ｂ／（π・Ｔｐｍｄ・ΔＦ） ・・・（６）

上記式（６）により、ＡＭ変調周波数ｆ１、ｆ２が、偏波分散変化速度Ｔｐｍｄ、データ変調帯域Ｂ、可変周波数フィルタ２００９の光周波数分解能ΔＦを考慮した上で決定する必要がある。

以上により、例えばデータ変調速度Ｂが規定されている場合、光伝送路２００８での偏波分散変化速度Ｔｐｍｄ、ストークスベクトル算出に必要とされる可変長バンドパスフィルタ２００９の光周波数分解能ΔＦを適切に設定しておけば、光学的に偏波分離することなく偏波チャネルごとにストークスベクトルを算出し、偏波分散量をモニタできる。

本実施例に係る光信号品質モニタシステムの別の動作の一例について説明する。
ここで説明する動作は、偏波チャネルごとにモニタしたストークスベクトルから光伝送路２００８における光周波数ごとの偏波分散依存損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss）をモニタし、ＰＤＬ起因の光信号品質劣化をモニタする動作である。

偏波多重器２００７にて偏波状態を直交させて多重化した偏波多重光信号は、光伝送路２００８にてＰＤＬが無視できる場合は、光周波数ごとの偏波状態の直交関係は保存される。ＰＤＬが無視できない場合は、直交関係が崩れ、偏波チャネル分離後の偏波チャネル間クロストークを引き起こす一因となるため、光信号品質を劣化させる一因となる。従って、光周波数ごとの偏波状態の直交関係をモニタすることにより、ＰＤＬ起因の光信号品質劣化をモニタすることが可能となる。

光信号品質モニタ装置２１００では、光伝送路２００８での偏波分散変化速度Ｔｐｍｄ、ストークスベクトル算出に必要とされる可変長バンドパスフィルタ２００９の光周波数分解能ΔＦを適切に設定しておくことにより、偏波チャネルごろにストークスベクトルを算出できる。また、このストークスベクトルは、可視光周波数バンドパスフィルタ２００９を用いているので、光周波数ごとに算出される。図５に、モニタされた光周波数Ｆｓにおける偏波チャネルＸのストークスベクトルＳｘ、偏波チャネルＹのストークスベクトルＳｙのポアンカレ球３００１上におけるベクトル表示を示す。θはＳｘ３００２とＳｙ３００２とのなす角度であり、下記式（７）の関係が成り立つ。
Ｓｘ・Ｓｙ＝｜Ｓｘ｜｜Ｓｙ｜ｃｏｓ（θ）＝ｃｏｓ（θ） ・・・（７）
ただし、｜Ｓｘ｜＝｜Ｓｙ｜＝１、Ｓｘ・Ｓｙはベクトル内積。

Ｓｘ３００２とＳｙ３００３とが直交関係にある場合θ＝±πとなるため、下記式（８）が成立していれば偏波チャネル間の直交関係は保存されており、ＰＤＬが無視できるといえる。
｜Ｓｘ・Ｓｙ｜＝１ ・・・（８）

Ｓｘ３００２、Ｓｙ３００３のベクトル成分は、上記式（１）より電圧変換で求められる。任意の直交座標系を設定しその軸方向をｓ１、ｓ２及びｓ３とすると、Ｓｘ＝（Ｓ１ｘ、Ｓ２ｘ、Ｓ３ｘ）、Ｓｙ＝（Ｓ１ｙ、Ｓ２ｙ、Ｓ３ｙ）であり、上記式（８）は下記式（９）と等価である。なお、ｓ１、ｓ２及びｓ３は、偏波方向ｘ、ｙに依存せず、任意に設定可能である。
｜Ｓ１ｘＳ１ｙ＋Ｓ２ｘＳ２ｙ＋Ｓ３ｘＳ３ｙ｜＝１ ・・・（９）

｜Ｓｘ・Ｓｙ｜は、光周波数ごとに求められるため、これをＳｘｙ（Ｆ）と表す。ＰＤＬ評価パラメータとしてＬ＝１−Ｓｕｍ（Ｓｘｙ（Ｆ））を導入する。ここでＳｕｍはデータ変調帯域２ＢにおけるＳｘｙ（Ｆ）の和を表す。Ｌが１であれば、偏波多重光信号が光伝送路２００８通過によって受けたＰＤＬは０であり、Ｌが１から低下するほどＰＤＬが大きくなる。Ｌの算出に関して、上記式（１）における光信号の光周波数ごとの光強度を表すＶｔ（Ｆ）を利用し、Ｖｔ（Ｆ）でＳｘｙ（Ｆ）の重み付けを行い、Ｌ＝１−Ｓｕｍ（Ｖｔ（Ｆ）Ｓｘｙ（Ｆ））としても良い。

ＰＤＬが無視できない場合には、偏波チャネル間クロストークが発生し、偏波分離後の光信号品質を劣化させる一因となるが、上記のように光周波数ごとのＰＤＬモニタを行い、ＰＤＬ起因の光信号劣化をモニタ可能となる。

このように上記実施形態によれば、光学的な偏波分離手段を用いない代わりに偏波分離チャネル分離手段として電気的なＡＭ変調周波数を用いているため、光学的な偏波分離制御が不要である。
また、偏波多重光信号には適用できなかった光周波数ごとに偏波分散をモニタする方式を偏波多重光信号にも対応できるようにしているため、偏波チャネルごとに高次を含む偏波分散モニタが可能である。
また、モニタ装置内における可変波長バンドパスフィルタの光周波数分解能と掃引速度、偏波変化速度、データ変調帯域によって、どのような条件でＡＭ変調帯域を設定すれば良いかが明確が明確である。
偏波チャネルごとに光周波数ごとのストークスベクトルのモニタを行い、直交関係を調べることにより、ＰＤＬモニタが可能である。したがって、ＰＤＬが無視できず、これに起因する偏波チャネルクロストークや偏波分離後の光信号品質が劣化が発生する場合にも対応可能である。
さらに、主信号光速度、キャリア光周波数、データ変調方式に依存しないため、様々な方式の光通信システムに光信号品質モニタシステムとして適用可能である。

なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることなく様々な変形が可能である。

１０ 送信装置
１１ 変調部
１２ 偏波多重部
２０、１００６、２００８ 光伝送路
３０、１１００、２１００ 光信号品質モニタ装置
３１ 偏光成分検出部
３２ ストークスベクトル算出部
３３ 強度抽出部
１００１、１００２、２００１、２００２ 周波数発生器
１００３、１００４ 光送信機
１００５、２００５ 偏波多重器
１００７、２００９ 可変長バンドパスフィルタ
１００８、２０１０ ポラリメータ
１００９ ＲＦアナライザ
１０１０、２０１８ ＣＰＵ
２００３、２００４ ＬＤ
２００５、２００６ データ変調器
２０１１ 分配器
２０１２、２０１３ ロックイン検波器
３００１ ポアンカレ球
３００２ 偏波チャネルＸのストークスベクトル
３００３ 偏波チャネルＹのストークスベクトル

Claims (21)

1. データ変調光信号のキャリア光の周波数を偏波チャネルごとに異なる周波数で変調する手段と、
   前記偏波チャネルを偏波多重して光伝送路に出力する手段とを備える送信装置と、
   前記光伝送路を介して受信した前記データ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出し、該単位光周波数ごとの光強度成分それぞれについて所定の相異なる４種類の偏光成分を検出する手段と、
   前記偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分ごとに４種類の光強度偏光成分の強度を演算することによってストークスベクトルを算出する手段と、
   前記ストークスベクトルから前記偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出する手段とを備えたモニタ装置とを有することを特徴とする光信号品質モニタシステム。
2. 前記偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出する手段は、ロックイン検波を利用して周波数変調成分の強度を抽出し、
   前記ロックイン検波の速度が偏波分散変化速度以上に設定され、
   データ変調信号光のキャリア光の周波数を前記偏波チャネルごとに異なる周波数で変調する際の変調周波数間隔が前記ロックイン検波の時定数から定まるロックイン検波周波数分解能以上に設定され、
   前記偏波チャネルごとに付加する変調周波数の最大値が、前記データ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって単位光周波数ごとの光強度成分を抽出する際の分解能によって定まる前記ロックイン検波時の帯域幅に収まるように設定されることを特徴とする請求項１記載の光信号品質モニタシステム。
3. 前記モニタ装置は、前記ストークスベクトルの測定値から、ポアンカレ球上における前記ストークスベクトルの軌跡の長さを前記偏波チャネルごとに算出し、前記データ変調光信号が前記伝送路において偏波分散することによって受けた品質劣化量を、前記データ変調光を光学的に偏波分離することなく、前記軌跡の長さに基づいて、偏波チャネルごとにモニタする手段を備えることを特徴とする請求項２記載の光信号品質モニタシステム。
4. 前記送信装置は、偏波多重信号として二つの直交する偏波状態のデータ変調光信号を多重し、
   前記モニタ装置は、偏波チャネルごとに求められるストークスベクトルから、単位光周波数ごとに偏波チャネル間の直交関係からのずれを算出することにより、前記光伝送路において生じた偏波依存損失をモニタする手段を有することを特徴とする請求項２記載の光信号品質モニタシステム。
5. 前記モニタ装置は、前記ストークスベクトルから求まる偏光度に基づいて、前記データ変調光信号が前記伝送路において偏波分散することによって受けた品質劣化量を、前記データ変調光信号を光学的に偏波分離することなく偏波チャネルごとにモニタする手段を備えることを特徴とする請求項２記載の光信号品質モニタシステム。
6. 偏波分散変化速度の最大値をＴｐｍｄ［ｓｅｃ］とし、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出する際に測定点をＮ［ｐｔｓ］と見積もった場合、前記ロックイン検波の周波数分解能ＢＷが１／（２π・Ｔｐｍｄ・Ｎ）［Ｈｚ］と設計され、偏波チャネルごとに異なる周波数で変調する際の変調周波数間隔がＢＷ［Ｈｚ］以上であり、
   偏波チャネルごとの偏波分散モニタに必要な光周波数分解能をΔＦ［Ｈｚ］と見積もることにより、偏波チャネルごとに異なる周波数を前記ΔＦ以下且つ周波数間隔が前記ＢＷ以上の任意の二つの周波数に設定されることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の光信号品質モニタシステム。
7. 前記送信装置は、データ変調光信号のキャリア光の信号光強度を偏波チャネルごとに異なる周波数で強度変調することにより、前記データ変調光信号を出力することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の光信号品質モニタシステム。
8. 前記送信装置は、データ変調光信号に偏波チャネルごとに異なる周波数で強度変調を重畳することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の光信号品質モニタシステム。
9. 偏波チャネルごとに異なる周波数で変調され、偏波多重されて光伝送路を介して伝送されてきたデータ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出し、該単位光周波数ごとの光強度成分それぞれについて所定の相異なる４種類の偏光成分を検出する手段と、
   前記偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分ごとに４種類の光強度偏光成分の強度を演算することによってストークスベクトルを算出する手段と、
   前記ストークスベクトルから前記偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出する手段とを備えたことを特徴とする光信号品質モニタ装置。
10. 前記偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出する手段は、ロックイン検波を利用して周波数変調成分の強度を抽出し、
    前記ロックイン検波の速度が偏波分散変化速度以上に設定され、
    前記データ変調信号光のキャリア光の周波数を前記偏波チャネルごとに異なる周波数で変調する際の変調周波数間隔が前記ロックイン検波の時定数から定まるロックイン検波周波数分解能以上に設定され、
    前記偏波チャネルごとに付加する変調周波数の最大値が、前記データ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって単位光周波数ごとの光強度成分を抽出する際の分解能によって定まる前記ロックイン検波時の帯域幅に収まるように設定されることを特徴とする請求項９記載の光信号品質モニタ装置。
11. 前記ストークスベクトルの測定値から、ポアンカレ球上における前記ストークスベクトルの軌跡の長さを前記偏波チャネルごとに算出し、前記データ変調光信号が前記伝送路において偏波分散することによって受けた品質劣化量を、前記データ変調光信号を光学的に偏波分離することなく、前記軌跡の長さに基づいて、偏波チャネルごとにモニタする手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の光信号品質モニタ装置。
12. 前記ストークスベクトルから求まる偏光度に基づいて、前記データ変調光信号が前記伝送路において偏波分散することによって受けた品質劣化量を、前記データ変調光信号を光学的に偏波分離することなく、偏波チャネルごとにモニタする手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の光信号品質モニタ装置。
13. 偏波分散変化速度の最大値をＴｐｍｄ［ｓｅｃ］とし、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出する際に測定点をＮ［ｐｔｓ］と見積もった場合、前記ロックイン検波の周波数分解能ＢＷが１／（２π・Ｔｐｍｄ・Ｎ）［Ｈｚ］と設計され、偏波チャネルごとに異なる周波数で変調する際の変調周波数間隔がＢＷ［Ｈｚ］以上であり、
    偏波チャネルごとの偏波分散モニタに必要な光周波数分解能をΔＦ［Ｈｚ］と見積もることにより、偏波チャネルごとに異なる周波数を前記ΔＦ以下且つ周波数間隔が前記ＢＷ以上の任意の二つの周波数に設定されることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項記載の光信号品質モニタ装置。
14. データ変調光信号のキャリア光の周波数を偏波チャネルごとに異なる周波数で変調し、
    前記偏波チャネルを偏波多重して光伝送路に出力し、
    前記データ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出し、該単位光周波数ごとの光強度成分それぞれについて所定の相異なる４種類の偏光成分を検出し、
    前記偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分ごとに４種類の光強度偏光成分の強度を演算することによってストークスベクトルを算出し、
    前記ストークスベクトルから前記偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出することを特徴とする光信号品質モニタ方法。
15. 前記偏波チャネルごとに付加した周波数変調成分の強度を抽出する手段としてロックイン検波を利用し、
    前記ロックイン検波の速度を偏波分散変化速度以上に設定し、
    データ変調信号光のキャリア光の周波数を前記偏波チャネルごとに異なる周波数で変調する際の変調周波数間隔を前記ロックイン検波の時定数から定まるロックイン検波周波数の分解能以上に設定し、
    前記偏波チャネルごとに付加する変調周波数の最大値を、前記データ変調光信号変調帯域幅内の全域にわたって単位光周波数ごとの光強度成分を抽出する際の分解能によって定まる前記ロックイン検波時の帯域幅に収まるように設定することを特徴とする請求項１４記載の光信号品質モニタ方法。
16. 前記ストークスベクトルの測定値から、ポアンカレ球上における前記ストークスベクトルの軌跡の長さを前記偏波チャネルごとに算出し、前記データ変調光信号が前記伝送路において偏波分散することによって受けた品質劣化量を、前記データ変調光を光学的に偏波分離することなく、前記軌跡の長さに基づいて、偏波チャネルごとにモニタすることを特徴とする請求項１５記載の光信号品質モニタ方法。
17. 偏波多重信号として二つの直交する偏波状態のデータ変調光信号を多重し、
    偏波チャネルごとに求められるストークスベクトルから、単位光周波数ごとに偏波チャネル間の直交関係からのずれを算出することにより、前記光伝送路において生じた偏波依存損失をモニタすることを特徴とする請求項１５記載の光信号品質モニタ方法。
18. 前記ストークスベクトルから求まる偏光度に基づいて、前記データ変調光信号が前記伝送路において偏波分散することによって受けた品質劣化量を、前記データ変調光を光学的に偏波分離することなく、偏波チャネルごとにモニタすることを特徴とする請求項１５記載の光信号品質モニタ方法。
19. 偏波分散変化速度の最大値をＴｐｍｄ［ｓｅｃ］とし、単位光周波数ごとの光強度成分を抽出する際に測定点をＮ［ｐｔｓ］と見積もった場合、前記ロックイン検波の周波数分解能ＢＷを１／（２π・Ｔｐｍｄ・Ｎ）［Ｈｚ］と設計し、偏波チャネルごとに異なる周波数で変調する際の変調周波数間隔をＢＷ［Ｈｚ］以上とし、
    偏波チャネルごとの偏波分散モニタに必要な光周波数分解能をΔＦ［Ｈｚ］と見積もることにより、偏波チャネルごとに異なる周波数を前記ΔＦ以下且つ周波数間隔が前記ＢＷ以上の任意の二つの周波数に設定することを特徴とする請求項１４から１８のいずれか１項記載の光信号品質モニタ方法。
20. データ変調光信号のキャリア光の光強度を偏波チャネルごとに異なる周波数で強度変調することにより、前記データ変調光信号を出力することを特徴とする請求項１４から１９のいずれか１項記載の光信号品質モニタ方法。
21. データ変調光信号に偏波チャネルごとに異なる周波数で強度変調を重畳することを特徴とする請求項１４から１９のいずれか１項記載の光信号品質モニタ方法。

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