JP5429763B2

JP5429763B2 - 光信号モニタ装置及び該装置のサンプリング周波数調整方法

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Publication number: JP5429763B2
Application number: JP2013107702A
Authority: JP
Inventors: 隆森; 昭仁大谷
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: JP2013210380A

Description

本発明は、光信号モニタ装置及び該装置のサンプリング周波数調整方法に関し、特に、ソフトウェアによる同期を用いて被測定光信号のアイ波形を測定する光信号モニタ装置及び該装置のサンプリング周波数調整方法に関する。

高分解能の等価サンプリングを行なうために、光サンプリング法が提案されている。一例として、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２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をサンプリングし、サンプリング後の光信号Ｐｙを出力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を受光して光電変換し、電気信号Ｅｙを出力する受光器５と、アナログの電気信号Ｅｙをデジタル信号Ｄｙに変換するＡＤ変換器６と、を備える。ＡＤ変換器６からのデジタル信号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。

ここで、逐次サンプリング法により被測定光信号Ｐｘのアイ波形を得るためには、サンプリング用光パルスＰｓの周期を被測定光信号Ｐｘの周期の整数倍より僅かに長い値に設定する必要がある。通常、サンプリング用光パルスＰｓの周期は被測定光信号Ｐｘのビットレートよりも非常に長いため、高い分解能でサンプリング用光パルスＰｓの周期を設定する必要がある。

自励発振型の受動モードロックファイバレーザは、簡易な構成で短パルス光を生成できる。そのため、受動モードロックファイバレーザを光パルス発生器２に利用することが考えられる。

国際公開２００８／０８７８０９特願２００８−３１１４２３

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

しかし、受動モードロックファイバレーザは、外部からの電気パルスに同期して光パルスを発生する方式ではないので、そのままではサンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を被測定光信号Ｐｘのビットレートに応じて設定することが出来なかった。

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、逐次サンプリング法のように光パルスの繰返し周波数を厳密に設定する必要はなくなるが、被測定光信号Ｐｘのビットレートとサンプリング周波数の関係によっては、電気信号Ｅｙから得られるアイ波形の時間軸方向にデータの欠落が生じる場合がある。この場合、サンプリング周波数を僅かに調整することで、当該欠落を回避することができる。

しかし、受動モードロックファイバレーザのような自励発振型の光パルス発生器２を用いると、そのままではサンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数が変更できないので、当該欠落を回避することはできなかった。

そこで、本発明は、自励発振型の光パルス発生器２を用いた場合に、サンプリング周波数を調整してアイ波形の時間軸方向のデータの欠落を回避す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、自励発振型の光パルス発生器の共振器内の実効光路長を変化させる光路長可変手段を有することを特徴とする。

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、を備え、等価サンプリング方式でソフトウェア同期法を用いて前記被測定光信号のアイ波形を測定する光信号モニタ装置であって、前記受光器からの電気信号を用いて前記被測定光信号のアイ波形の時間軸方向の欠落を検出する欠落検出手段と、前記欠落検出手段がアイ波形の時間軸方向の欠落を検出すると、前記光パルス発生器内の光共振器の実効光路長を変化させる光路長可変手段と、を有し、前記光路長可変手段は、前記欠落検出手段で検出されるアイ波形の時間軸方向の欠落が解消するまで、前記光共振器の実効光路長を変化させることにより前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数を変化させることを特徴とする。

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をサンプリングする電界吸収型光変調器であることが好ましい。

本願発明の光信号モニタ装置では、前記光路長可変手段は、前記光共振器を構成する光伝搬媒質の屈折率を変化させることによって前記光共振器の実効光路長を変化させることが好ましい。

本願発明の光信号モニタ装置では、前記光路長可変手段は、前記光共振器の共振器長を変化させることによって前記光共振器の実効光路長を変化させることが好ましい。

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、自励発振型の受動ロックファイバレーザであることが好ましい。

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のサンプリング周波数調整方法は、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、を備え、等価サンプリング方式でソフトウェア同期法を用いて前記被測定光信号のアイ波形を測定する光信号モニタ装置のサンプリング周波数調整方法であって、前記受光器からの電気信号を用いて前記被測定光信号のアイ波形の時間軸方向の欠落を検出する欠落検出手順と、前記欠落検出手順においてアイ波形の時間軸方向の欠落が検出された場合、前記欠落検出手順で検出されたアイ波形の時間軸方向の欠落が解消するまで、前記光パルス発生器内の光共振器の実効光路長を変化させることにより前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数を変化させる光路長可変手順と、を順に有することを特徴とする。

本発明は、特許文献１記載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。

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、光パルス発生器の共振器内の実効光路長を変化させることで、光パルス発生器の出力するサンプリング用光パルスの周波数が変化するので、電界吸収型光変調器でのサンプリング周波数を調整することができる。これにより、自励発振型のモードロックファイバレーザを用いた簡易な構成で、アイ波形の時間軸方向のデータの欠落を回避することができる。

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。自励発振型のモードロックファイバレーザのピックアップ図である。アイ波形の一例であり、（ａ）は時間軸方向のデータの欠落がない場合、（ｂ）は時間軸方向のデータの欠落がある場合を示す。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。

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、光サンプリングゲートとしての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、欠落検出手段２１と、光路長可変手段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。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。この状態で、バイアス電圧発生器４が電界吸収型光変調器３にバイアス電圧を印加する。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に従って被測定光信号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。これにより、短パルスのサンプリング用光パルスＰｓを安価で生成することができる。自励発振型の光源は、例えば、光ファイバ型のモードロックファイバレーザ、又は、半導体型の集積化モードロック半導体レーザである。

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、アナログの電気信号Ｅｙをデジタル信号Ｄｙに変換する。ＡＤ変換器６からのデジタル信号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。

欠落検出手段２１は、ＡＤ変換器６からのデジタル信号Ｄｙを蓄積する。そして、欠落検出手段２１は、デジタル信号Ｄｙから得られたアイ波形の時間軸方向のデータの欠落を検出し、当該欠落があるか否かを判定する。

光路長可変手段２２は、アイ波形の時間軸方向のデータの欠落がない場合、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長を維持する。一方、アイ波形の時間軸方向のデータの欠落がある場合、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長を変化させる。これにより、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を変化させる。

ここで、アイ波形の時間軸方向のデータの欠落は、例えば、被測定光信号Ｐｘのビットレートがサンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数の整数倍になったときに発生する。本実施形態では、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長を変更することで、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を変化させる。これにより、被測定光信号Ｐｘのビットレートがサンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数の整数倍にならないようにすることができるで、アイ波形の時間軸方向のデータの欠落を回避することができる。

次に、光路長可変手段２２の詳細について説明する。
図２は、光パルス発生器のピックアップ図である。光パルス発生器２を自励発振型の受動モードロックファイバレーザで構成した例を示す。光パルス発生器２は、励起光源３１と、ＷＤＭカプラ３２と、Ｅｒ添加光ファイバ３３と、アイソレータ３４ａ、３４ｂと、可飽和吸収体３５と、単一モード光ファイバ３６と、カプラ３７と、を備え、リング型の光共振器を利用してサンプリング用光パルスＰｓを出力する。

励起光源３１から出力された励起光がＥｒ添加光ファイバ３３に入力され、１５５０ｎｍ帯の波長にて光利得が生じる。ＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラ３２、アイソレータ３４ａ、可飽和吸収体３５、単一モード光ファイバ３６、カプラ３７、アイソレータ３４ｂ、及び、Ｅｒ添加光ファイバ３３で光共振器が構成され、光共振器の実効光路長に対応した周期でパルス発振する。カプラ３７から光共振器外へと出力された光がサンプリング用光パルスＰｓとなる。

このとき、光路長可変手段２２は、屈折率可変手段３８又は共振器長可変手段３９を制御することで、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長を変化させる。これにより、サンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数を可変とすることができる。ここで、実効光路長とは、光共振器を構成する光伝搬媒質の屈折率に、共振器長を積算した光路長をいう。

屈折率可変手段３８は、光共振器を構成する光伝搬媒質の屈折率を可変にする手段である。光共振器の光伝搬媒質の屈折率が変化すれば、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長が変化する。そのため、光路長可変手段２２は、屈折率可変手段３８を制御することで、光伝搬媒質の屈折率を変化させ、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長を変化させることができる。

屈折率可変手段３８は、例えば、光共振器の光伝搬媒質である単一モード光ファイバ３６の温度を変化させるペルチェ素子である。この場合、光路長可変手段２２は、ペルチェ素子を制御して、単一モード光ファイバ３６の温度を変化させることで、単一モード光ファイバ３６の屈折率を変化させることができる。

屈折率可変手段３８は、例えば、光共振器の光伝搬媒質の屈折率を変化させる液晶である。この場合、光路長可変手段２２は、屈折率可変手段３８への印加電圧を変化させることで、光共振器の光伝搬媒質の屈折率を変化させることができる。

共振器長可変手段３９は、光共振器の共振器長すなわち光共振器の光伝搬媒質の長さを可変にする手段である。共振器長が変化すれば、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長が変化する。そのため、光路長可変手段２２は、共振器長可変手段３９を制御することで、共振器長を変化させ、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長を変化させることができる。

共振器長可変手段３９は、例えば、光共振器の光伝搬媒質である単一モード光ファイバ３６に加わる張力を変化させる圧電素子である。この場合、光路長可変手段２２は、圧電素子を制御して、単一モード光ファイバ３６に加わる張力を変化させることで、単一モード光ファイバ３６の長さを変化させることができる。

共振器長可変手段３９は、例えば、光伝搬媒質の長さが可変な光回路である。光回路は、例えば、基板上に光導波路が形成されたプレーナ光回路である。光回路の導波路に、光ファイバ伝送や光空間伝送が用いられていてもよい。この場合、光路長可変手段２２は、共振器長可変手段３９の光路長を変化させることで、共振器長を変化させることができる。光伝搬媒質の長さの変更は、例えば、光伝搬媒質の長さが異なる複数の経路を設け、当該経路を切り替える光スイッチで行なう。また、光伝搬媒質の長さの変更は、光ファイバやミラーの距離を変更することで行ってもよい。

次に、欠落検出手段２１の詳細について説明する。
図３は、アイ波形の一例であり、（ａ）は時間軸方向のデータの欠落がない場合、（ｂ）は時間軸方向のデータの欠落がある場合を示す。被測定光信号Ｐｘのビットレートとサンプリング用光パルスＰｓの繰返し周波数の関係によっては、図３（ｂ）に示すように、アイ波形の時間軸方向のデータに欠落が生じる場合がある。このデータの欠落の有無は、アイ波形の時間軸値ｘ_ｉから検知することが出来る。例えば、ｘ_ｉを値が小さい順に並べ変え、間隔｜ｘ_ｉ＋１−ｘ_ｉ｜の最大値が一定値よりも大きい場合、欠落有りと判断できる。また、時間軸を一定間隔で分割してｘ_ｉのヒストグラムを作成し、サンプル数が０の区間が存在する場合、欠落有りと判断できる。

次に、本実施形態に係る光信号モニタ装置のサンプリング周波数調整方法について説明する。本実施形態に係る光信号モニタ装置のサンプリング周波数調整方法は、欠落検出手順と、光路長可変手順と、を順に有する。

欠落検出手順では、アイ波形の一部の時間軸上でのデータの欠落を検出する。例えば、欠落検出手段２１が、ＡＤ変換器６からのデジタル信号Ｄｙを収集して、デジタル信号Ｄｙから得られたアイ波形の時間軸方向のデータの欠落を検出する。そして、アイ波形の時間軸方向のデータの欠落があるか否かを判定する。また、欠落検出手順における欠落の検出及び判定は、人が目視で行ってもよい。

欠落検出手順においてアイ波形の時間軸方向のデータの欠落があると判定した場合、光路長可変手順を実行する。光路長可変手順では、電気信号Ｅｙから得られる被測定光信号Ｐｘのアイ波形の時間軸方向のデータの欠落がないように、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長を変化させる。光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長の変化は、例えば光路長可変手段２２が行なう。また、光路長可変手順は、図２で説明した屈折率可変手段３８又は共振器長可変手段３９を人が制御することによって行ってもよい。

その後、欠落検出手順に移行することが好ましい。光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長の変更後もアイ波形の時間軸方向のデータの欠落が存在する場合は、さらに光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長の変更を繰り返すことが好ましい。アイ波形の時間軸方向のデータの欠落が発生する確率は小さいので、光パルス発生器２内の光共振器の実効光路長の数回程度変更すれば、アイ波形の時間軸方向のデータの欠落を実用上回避することが出来る。

なお、本実施形態では、光サンプリングゲートの一例として、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を用いる例について説明したが、これに限られない。例えば、非線形光学結晶などの非線形光学特性を利用した光変調器や、カーボンナノチューブなどの過飽和吸収特性を利用した光変調器を用いることができる。電界吸収型光変調器３に代えて、他の方式の光サンプリングゲートを用いても本実施形態に係る光信号モニタ装置及び当該光信号モニタ装置のサンプリング周波数調整方法と同様の効果を得ることができる。

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：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：光カプラ
２１：欠落検出手段
２２：光路長可変手段
３１：励起光源
３２：ＷＤＭカプラ
３３：Ｅｒ添加光ファイバ
３４ａ、３４ｂ：アイソレータ
３５：可飽和吸収体
３６：単一モード光ファイバ
３７：カプラ
３８：屈折率可変手段
３９：共振器長可変手段

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、を備え、
等価サンプリング方式でソフトウェア同期法を用いて前記被測定光信号のアイ波形を測定する光信号モニタ装置であって、
前記受光器からの電気信号を用いて前記被測定光信号のアイ波形の時間軸方向の欠落を検出する欠落検出手段と、
前記欠落検出手段がアイ波形の時間軸方向の欠落を検出すると、前記光パルス発生器内の光共振器の実効光路長を変化させる光路長可変手段と、を有し、
前記光路長可変手段は、前記欠落検出手段で検出されるアイ波形の時間軸方向の欠落が解消するまで、前記光共振器の実効光路長を変化させることにより前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数を変化させ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をサンプリングする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。
前記光路長可変手段は、
前記光共振器を構成する光伝搬媒質の屈折率を変化させることによって
前記光共振器の実効光路長を変化させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号モニタ装置。
前記光路長可変手段は、
前記光共振器の共振器長を変化させることによって
前記光共振器の実効光路長を変化させる
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、
自励発振型の受動モードロック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。
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、を備え、
等価サンプリング方式でソフトウェア同期法を用いて前記被測定光信号のアイ波形を測定する光信号モニタ装置のサンプリング周波数調整方法であって、
前記受光器からの電気信号を用いて前記被測定光信号のアイ波形の時間軸方向の欠落を検出する欠落検出手順と、
前記欠落検出手順においてアイ波形の時間軸方向の欠落が検出された場合、前記欠落検出手順で検出されたアイ波形の時間軸方向の欠落が解消するまで、前記光パルス発生器内の光共振器の実効光路長を変化させることにより前記サンプリング用光パルスの繰返し周波数を変化させる光路長可変手順と、
を順に有することを特徴とする光信号モニタ装置のサンプリング周波数調整方法。