JP5600620B2 - 偏光多重位相変調光評価方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、直交する２つの偏光成分をそれぞれ位相変調して得られる偏光多重位相変調光に対する評価を行うための装置を、小型化、低コスト化および高精度化するための技術に関する。

昨今、光通信の大容量化に伴い、チャンネル当たり１００Ｇｂｐｓの長距離伝送が要求されている。

このような長距離伝送では、その伝送媒体としての光ファイバの分散や波長フィルタリングに対する耐力の高い伝送方式や、１つのシンボルに複数ビットのデータを乗せる周波数効率のよい多値変調方式が注目されており、その一つの技術としてデジタルコヒーレント技術の研究が盛んに行われている。

例えば、直交２偏光多重と４値変調のＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）とを組み合わせた偏光多重ＱＰＳＫであるＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual-Polarization
QPSK）方式や、ＣＰ−ＱＰＳＫ（Coherent Polarization multiplexed QPSK）方式は、２５［Ｇ／シンボル］の信号で１００Ｇｂｐｓの伝送を行うことができるが、これらの方式にもデジタルコヒーレント技術が採用されている。

これらＤＰ−ＱＰＳＫやＣＰ−ＱＰＳＫ方式の実用化に向けて、その変調方式によって得られる偏光多重位相変調光の評価が必要となる。

上記方式による偏光多重位相変調光は、２つの直交する偏光成分に位相変調して多重した信号光であるため、その評価を行うために、従来では、入力信号光を直交する２つの偏光成分に分離（偏光ダイバーシテイ）し、分離した各偏光成分を９０度ハイブリッド（光ミキサー）で局発光とミキシングし、そのミキシングで得られた信号をデジタル処理することにより、信号復調を行い、復調信号に対する評価を行っている。

より具体的に言えば、図１４に示すように、信号光Ｐｘを偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１に入射し、二つの直交偏光成分Ｐｐ、Ｐｓに分離し、それぞれ９０度ハイブリッド（光ミキサー）１３、１４に入射する。

また、局発光Ｐlocをビームスプリッタ１２によって２分岐しそれぞれ９０度ハイブリッド１３、１４に入射して、その出力光をバランスドレシーバー１５〜１８に入射させて、偏光成分Ｐｐのシンボルデータ（Ｉｐ、Ｑｐ）と、偏光成分Ｐｓのシンボルデータ（Ｉｓ、Ｑｓ）を求め、それらを高速のＡ／Ｄ変換器２１〜２４によってデジタル値に変換してＤＳＰからなる信号処理部２５に与えて信号復調を行い、復調された信号に対する評価を行っている。

なお、上記の偏光多重位相変調光の受信系の構成例は、例えば次の特許文献１に開示されている。

特開２０１０−０９８６１７号公報

しかしながら、上記の評価のための装置構成は、ＤＰ−ＱＰＳＫやＣＰ−ＱＰＳＫ方式の伝送装置で用いられている装置構成と実質同一であり、局発光や９０度ハイブリッドの他に、超高速のデータサンプリング（Ａ／Ｄ変換器）やデジタル信号処理（ＤＳＰ）が必要となり、装置が極めて大掛かりになり、コスト高になるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決し、精度を落とすことなく、小型で安価な構成で偏光多重位相変調光の評価が行える評価方法および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の偏光多重位相変調光評価方法は、
互いに直交する偏光成分が所定形式、所定シンボルレートで位相変調されて多重化された信号光を、シンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光に変換する段階（Ｓ１）と、
前記強度変調光から、分離の基準となる第１偏光軸に沿った第１偏光軸成分光と前記第１偏光軸と直交する第２偏光軸に沿った第２偏光軸成分光とを分離する段階（Ｓ２）と、
前記第１偏光軸成分光と第２偏光軸成分光の強度の差分成分の振幅が最大となるように前記信号光の入射偏光方向を制御して、該信号光の各偏光成分の偏光方向を前記第１偏光軸と第２偏光軸にそれぞれ一致させる段階（Ｓ３）と、
それぞれの偏光方向が前記第１偏光軸と第２偏光軸に一致した状態で前記信号光の各偏光成分の分離処理と、シンボル間位相変化に応じて強度が変化する強度変調光への変換処理を行う段階（Ｓ４）と、
前記分離処理と前記変換処理で得られた各偏光成分についての強度変調光をサンプリングしてそのサンプリングデータを取得する段階（Ｓ５）と、
前記取得したサンプリングデータに基づいて、前記信号光の品質評価を行う段階（Ｓ６）とを含んでいる。

また、本発明の請求項２の偏光多重位相変調光評価装置は、
互いに直交する偏光成分が所定形式、所定シンボルレートで位相変調されて多重化された信号光を入射させるための光入射部（３１）と、
前記光入射部に入射された信号光の偏光方向を可変するための偏光コントローラ（３２）と、
前記偏光コントローラを通過した信号光を受け、該信号光と該信号光を１シンボル相当分遅延した遅延光とを合波干渉させて、前記信号光のシンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光を出射する第１の変調変換部（３５）と、
前記第１の変調変換部から出射された強度変調光を受け、該強度変調光から分離の基準となる第１偏光軸に沿った第１偏光軸成分光と、前記第１偏光軸と直交する第２偏光軸に沿った第２偏光軸成分光を分離する第１の偏光ビームスプリッタ（３６）と、
前記第１偏光軸成分光と第２偏光軸成分光の強度の差分成分の振幅を検出する差分成分振幅検出部（３７）と、
前記差分成分振幅検出部によって検出された振幅が最大となるように前記偏光コントローラを制御して、該偏光コントローラから出射される前記信号光の各偏光成分の偏光方向を前記第１偏光軸と第２偏光軸にそれぞれ一致させる制御部（４０）と、
前記制御部の制御により各偏光成分の偏光方向が前記第１偏光軸と第２偏光軸に一致した状態で前記偏光コントローラから出射される信号光に対して前記第１偏光軸と第２偏光軸に沿った成分の分離処理と、シンボル間位相変化に応じて強度が変化する強度変調光への変調変換処理を行う分離・変換処理部（５０）と、
前記分離・変換処理部で得られた各偏光成分についての強度変調光をサンプリングしてそのサンプリングデータを取得するサンプリング部（６０）と、
前記サンプリング部で取得したサンプリングデータに基づいて、前記信号光の品質評価を行う評価部（７０）とを備えている。

また、本発明の請求項３の偏光多重位相変調光評価装置は、請求項２記載の偏光多重位相変調光評価装置において、
前記分離・変換処理部による分離処理と変調変換処理は、前記第１の変調変換部と前記第１の偏光ビームスプリッタが行い、
前記第１の偏光ビームスプリッタで分離された偏光成分毎の強度変調光が分岐手段（５８、５９）を介して前記サンプリング部へ出射させるように構成されていることを特徴としている。

また、本発明の請求項４の偏光多重位相変調光評価装置は、請求項３記載の偏光多重位相変調光評価装置において、
前記第１の偏光ビームスプリッタで分離されて前記分岐手段によって分岐された各偏光成分についての強度変調光のいずれか一方を選択的に前記サンプリング部へ入射させる光スイッチ（５２′）を有していることを特徴としている。

また、本発明の請求項５の偏光多重位相変調光評価装置は、請求項２記載の偏光多重位相変調光評価装置において、
前記偏光コントローラから出射される光を２分岐してその一方を前記第１の変調変換部へ入射させ、他方を前記分離・変換処理部へ出射する分岐手段（３４）を有し、
前記分離・変換処理部は、
前記第１偏光軸と第２偏光軸と同一向きの光軸を有し、前記分岐手段を介して入射される信号光を受けて、該信号光の両偏光成分を分離する第２の偏光ビームスプリッタ（５１）と、
前記第２の偏光ビームスプリッタによって分離された偏光成分と、該偏光成分を１シンボル相当分遅延した遅延光とを合波干渉させて、該偏光成分のシンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光を出射する第２の変調変換部（５３）とを含んでいることを特徴とする。

また、本発明の請求項６の偏光多重位相変調光評価装置は、請求項５記載の偏光多重位相変調光評価装置において、
前記第２の偏光ビームスプリッタで分離された各偏光成分のいずれか一方を選択的に前記第２の変調変換部へ入射させる光スイッチ（５２）を有していることを特徴としている。

また、本発明の請求項７の偏光多重位相変調光評価装置は、請求項５記載の偏光多重位相変調光評価装置において、
前記分離・変換処理部の前記第２の変調変換部は、
入力光を２分岐する分岐手段（５４）と、
前記分岐手段によって分岐された一方の分岐光と、該分岐光に１シンボル相当の遅延と所定位相の遅延とを与えた遅延光とを合波干渉させる第１の遅延干渉部（５５）と、
前記分岐手段によって分岐された他方の分岐光と、該分岐光に１シンボル相当の遅延と前記所定位相に対して９０度差のある遅延とを与えた遅延光とを合波干渉させる第２の遅延干渉部（５６）とを有し、
前記評価部は、前記第１の遅延干渉部の出射光と前記第２の遅延干渉部の出射光に対するサンプリングデータから前記信号光の各偏光成分の位相を算出し、該位相値に基づいて評価を行うことを特徴とする。

このように、本発明では、互いに直交する偏光成分が所定形式、所定シンボルレートで位相変調されて多重化された信号光を、シンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光に変換し、それによって得られた強度変調光から、分離の基準となる第１偏光軸に沿った第１偏光軸成分光と第１偏光軸と直交する第２偏光軸に沿った第２偏光軸成分光とを分離し、その分離された第１偏光軸成分光と第２偏光軸成分光の強度の差分成分が最大となるように信号光の入射偏光方向を制御して、信号光の各偏光成分の偏光方向を第１偏光軸と第２偏光軸にそれぞれ一致させる。そして、この状態で信号光の各偏光成分の分離処理と、シンボル間位相変化に応じて強度が変化する強度変調光への変換処理を行い、それによって得られた各偏光成分についての強度変調光をサンプリングし、そのサンプリングデータに基づいて、信号光の品質評価を行うようにしている。

このため、精度を落とすことなく、小型で安価な構成で偏光多重位相変調光の評価が行える。

本発明の偏光多重位相変調光の評価方法の手順を示すフローチャート 偏光方向がずれた状態を示す図 偏光方向が一致した状態を示す図 偏光方向のずれと波形の関係を示す図 本発明の実施形態の全体構成図 差分成分振幅検出部の構成例を示す図 サンプリング部の構成例を示す図 サンプリング部の構成例を示す図 位相遅延と合成光の振幅の関係を示す図 位相分布の一例を示す図 第２の変調変換部の別の構成例を示す図 位相分布の一例を示す図 分離・変換処理部の別の構成例を示す図 従来装置の構成図

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、本発明の偏光多重位相変調光評価方法の手順を示すフローチャートである。

以下、このフローチャートに基づいて、本発明の偏光多重位相変調光評価方法について説明する。

この偏光多重位相変調光評価方法は、互いに直交する偏光成分が所定形式、所定シンボルレートで位相変調されて多重化された信号光に対する変調状態の評価を行うものであり、基本的には、未知の偏光状態で入力される信号光に含まれる互いに直交した偏光成分を正しく分離し、その分離された各偏光成分についての位相変調特性を、位相変調光を強度変調光に変換して求めるものである。

即ち、始めに評価対象の信号光Ｐを、そのシンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光Ｐaに変換する（Ｓ１）。この変換処理は後述の遅延干渉技術を用いることで実現できる。

次に、変換した強度変調光Ｐaから、分離の基準となる第１偏光軸Ｘに沿った第１偏光軸成分光Ｐaxとそれと直交する第２偏光軸Ｙに沿った第２偏光軸成分光Ｐayとを分離する（Ｓ２）。この分離処理は、後述の偏光ビームスフプリッタによる分離作用を用いることで実現できる。

続いて、第１偏光軸成分光Ｐaxと第２偏光軸成分光Ｐayの強度の差が最大となるように信号光の入射偏光方向を制御して、信号光Ｐの各偏光成分Ｐｐ、Ｐｓの偏光方向を第１偏光軸Ｘと第２偏光軸Ｙにそれぞれ一致させる（Ｓ３）。つまり、未知の偏光状態で入射される信号光の偏光方向を調整して、それに含まれる両偏光成分にそれぞれ対応する強度変調光が第１偏光軸成分光と第２偏光軸成分光として、正しく分離できる状態とする。

例えば、図２のように、信号光Ｐに対応する強度変調光Ｐamの両偏光成分Ｐap、Ｐasが、分離基準となる第１偏光軸Ｘ、第２偏光軸Ｙに対してある角度θずれていると、第１偏光軸成分光Ｐaxには、偏光成分ＰapのＸ軸に沿った成分Ｐapxと、偏光成分ＰasのＸ軸に沿った成分Ｐasxとが含まれ、第２偏光軸成分光Ｐayには、偏光成分ＰasのＹ軸に沿った成分Ｐasyと偏光成分ＰapのＹ軸に沿った成分Ｐapyとが含まれる。

そして、cos θ＝α、sin θ＝βとおくと、
Ｐapx＝Ｐap・α
Ｐapy＝Ｐap・β
Ｐasx＝Ｐas・α
Ｐasy＝Ｐas・β
であるから、
Ｐax＝Ｐapx＋Ｐasx＝Ｐap・α＋Ｐas・β
Ｐay＝Ｐasy＋Ｐapy＝Ｐas・α＋Ｐap・β
となる。

両偏光軸に沿った成分の強度の差ΔＰは、
ΔＰ＝Ｐax^２−Ｐay^２
＝（Ｐap・α＋Ｐas・β）^２−（Ｐas・α＋Ｐap・β）^２
＝（Ｐap・α）^２＋２Ｐap・Ｐas・α・β＋（Ｐas・β）^２
−｛（Ｐas・α）^２＋２（Ｐas・Ｐap・α・β）＋（Ｐap・β）^２｝
＝（Ｐap^２−Ｐas^２）（α^２−β^２）
＝（Ｐap^２−Ｐas^２）（２α^２−１）
となる。

ここで、両偏光成分Ｐap、Ｐasは、互いに非相関でそれぞれの振幅範囲を時間経過とともに変動する信号であるから、その強度の差分成分である（Ｐap^２−Ｐas^２）は両信号の振幅の和に相当する振幅範囲をランダムに変動する。また、α^２がとる範囲は０〜１の間であるから、（２α^２−１）はθに応じて−１〜１の範囲を取り、強度の差分成分である（Ｐap^２−Ｐas^２）の振幅が最大となるのは、（２α^２−１）＝±１となるθ＝０またはπ／２の整数倍のときである。

したがって、この強度の差ΔＰの信号振幅が最大となるように入射する信号光Ｐの偏光方向を回転させたとき、その両偏光成分Ｐsp、Ｐasの偏光方向は、例えば図３のように第１偏光軸Ｘ、第２偏光軸Ｙにそれぞれ一致した状態となり、第１偏光軸Ｘには偏光成分Ｐapのみが現れ、第２偏光軸Ｙには偏光成分Ｐasのみが現れる分離状態とすることができる（図３の状態からπ／２回転した場合も、分離可能である）。

図４は、この偏光分離の様子を直感的に理解できるように波形で表したものであり、強度変調光Ｐaの偏光成分Ｐap、Ｐsaの振幅が、それぞれ（ａ）、（ｂ）のように変化している場合で、その偏光方向が第１偏光軸Ｘ、第２偏光軸Ｙに対して例えばθ＝π／４程度ずれた状態（α＝β）では、同図（ｃ）、（ｄ）のように、偏光成分Ｐapの第１偏光軸Ｘに沿った成分Ｐapxと、第２偏光軸Ｙに沿った成分Ｐapyとがほぼ等しい振幅で現れ、同様に、偏光成分Ｐasの第１偏光軸Ｘに沿った成分Ｐasxと、第２偏光軸Ｙに沿った成分Ｐasyとがほぼ等しい振幅で現れることになる。

したがって、これら第１偏光軸Ｘに沿った成分Ｐaxと第２偏光軸Ｙ軸に沿った成分Ｐayとは、互いに等しい成分を含む信号となり、その強度の差ΔＰの信号振幅はほぼゼロとなる（前記数式で、α＝βからΔＰ＝０）。

これに対し、前記したように、入射光の偏光方向を制御して、強度の差ΔＰの振幅を最大にすると、同図（ｅ）、（ｆ）のように、第１偏光軸Ｘに沿った成分Ｐaxは偏光成分Ｐapのみとなり、第２偏光軸Ｙに沿った成分Ｐayは偏光成分Ｐasとなり、両偏光成分を正しく分離できる状態となる。

このように、入射光の偏光状態を分離基準となる第１偏光軸Ｘ、第２偏光軸Ｙに合わせた状態で、信号光Ｐの各偏光成分Ｐｐ、Ｐｓの分離処理と、シンボル間位相変化に応じて強度が変化する強度変調光への変換処理を行えば、各偏光成分についての変調特性の評価に必要な情報を得ることができる（Ｓ４）。

この評価に必要な情報を得るシステムとしては、上記偏光方向の制御のために用いた強度変調光への変換処理と、各偏光成分Ｐｐ、Ｐｓの分離処理を併用することができる。

つまり、上記したように信号光の入射偏光方向を第１偏光軸Ｘと第２偏光軸に一致させた状態で、強度変調光Ｐaから分離された第１偏光軸成分光Ｐaxと第２偏光軸成分光Ｐayは、信号光Ｐの位相変調された偏光成分Ｐｐ、Ｐｓのシンボル間の位相変化を強度変化に変換したものであるから、これらの成分光Ｐax、Ｐayの振幅から位相変調の特性を評価することができる。

そのために、これらの分離処理と変換処理で得られた各偏光成分についての強度変調光Ｐax、Ｐayをサンプリングしてそのサンプリングデータを取得し（Ｓ５）、その取得したサンプリングデータに基づいて、信号光Ｐの各偏光成分についての位相変調に関する品質評価を行う（Ｓ６）。

このような方式であれば、精度を落とすことなく、小型で安価な構成で偏光多重位相変調光の評価が行える。

図５は、上記方法を適用した偏光多重位相変調光評価装置３０の全体構成図である。
図５において、偏光多重位相変調光評価装置３０は、互いに直交する偏光成分が所定形式、所定シンボルレートで位相変調されて多重化された評価対象の直交２偏光多重位相変調方式で変調された信号光Ｐを、光コネクタ等からなる光入射部３１で受けて、その信号光Ｐの偏光状態を可変するための偏光コントローラ３２に入射させる。

偏光コントローラ３２は、例えば、λ／２板とλ／４板を組合せたもので、後述する制御部４０の制御により、入射する信号光Ｐの偏光方向を回転させて出射させる。

偏光コントローラ３２を通過した信号光Ｐ′は、その評価対象の信号光Ｐ′の波長成分のみを選択的に通過させる可変波長バンドパスフィルタ３３を介して光分岐部３４に入射されて２分岐される。なお、可変波長バンドパスフィルタ３３は、光入射部３１と偏光コントローラ３２の間に挿入してもよく、また評価対象の光信号の波長が限定されている場合には、省略することもできる。

分岐された信号光Ｐ′の一方は第１の変調変換部３５に入射される。第１の変調変換部３５は、入射される信号光Ｐ′とその信号光Ｐ′を１シンボル相当分遅延した遅延光とを合波干渉させて、前記信号光のシンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光Ｐaを出射するものである。

第１の変調変換部３５の構造としては、図５にその概略を示しているように、入射光を分岐路３５ａで２分岐し、その一方の光を遅延器３５ｂで１シンボル相当分遅延して、その遅延光と他方の光とを合波路３５ｃで合波干渉させる遅延干渉計を用いることができる。

第１の変調変換部３５から出射された強度変調光Ｐaは、第１の偏光ビームスプリッタ３６に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ３６は入射光の偏光分離を行うものであり、入射光軸に直交する平面内で互いに直交する第１偏光軸Ｘと第２偏光軸Ｙとを分離の基準となる軸として有しており、入射する強度変調光Ｐaから第１偏光軸Ｘに沿った第１偏光軸成分光Ｐaxと、第２偏光軸Ｙに沿った第２偏光軸成分光Ｐayを分離して出射する。

第１偏光軸成分光Ｐaxと第２偏光軸成分光Ｐayは、その強度差の信号成分の振幅を検出する差分成分振幅検出部３７に入射される。この差分成分振幅検出部３７は、例えば、図６のように、各成分光Ｐax、Ｐayを、順方向に直列接続された一対のフォトダイオード（３７ａ、３７ｂ）でそれぞれ受け、その接続点に接続された負荷抵抗３７ｃの両端に現れる各成分光Ｐax、Ｐayの強度変化の差分成分Ｖｄを、増幅器（バッファ）３７ｄを介して振幅検出器３７ｅに入力し、その振幅Ａｖを検出する。

制御部４０は、可変波長バンドパスフィルタ３３の通過波長の設定を行うとともに、差分成分振幅検出部３７によって検出された差分成分の振幅Ａｖが最大となるように、偏光コントローラ３２を制御して、偏光コントローラ３２から出射される信号光Ｐ′の各偏光成分Ｐｐ、Ｐｓの偏光方向を第１偏光軸Ｘと第２偏光軸Ｙにそれぞれ一致させる。

一方、光分岐部３４で分岐された他方の信号光Ｐ′は、分離・変換処理部５０に入射される。分離・変換処理部５０は、制御部４０の制御によって偏光成分Ｐｐ、Ｐｓの偏光方向が第１偏光軸Ｘと第２偏光軸Ｙに一致した状態で入射される信号光Ｐ′の偏光成分Ｐｐ、Ｐｓに対して、第１偏光軸Ｘと第２偏光軸Ｙに沿った成分の偏光分離処理と、シンボル間位相変化に応じて強度が変化する強度変調光への変調変換処理を行う。

この分離・変換処理部５０は、光分岐部３４を介して入射される信号光Ｐ′を、第１偏光軸Ｘと第２偏光軸Ｙと同一向きの光軸を有する第２の偏光ビームスプリッタ５１で受け、その信号光Ｐ′の両偏光成分Ｐｐ、Ｐｓを分離する。

分離された偏光成分Ｐｐ、Ｐｓは、光スイッチ５２に入射されて、そのいずれか一方が選択的に第２の変調変換部５３に出射される。

第２の変調変換部５３は、入射する偏光成分を１シンボル相当分遅延した遅延光とを合波干渉させて、偏光成分のシンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光を出射するものであり、前記第１の変調変換部３５と同様に、入射光を分岐路５３ａで２分岐し、その一方の光を遅延器５３ｂで１シンボル相当分遅延し、その遅延光と他方の光とを合波路５３ｃで合波干渉させる遅延干渉計により構成されているが、ここでは、評価に便利なように、合波する前の光の一方に所定の位相遅延を与える位相遅延器５３ｄが挿入されている。

この第２の変調変換部５３によっては強度変調光に変換された偏光成分は、サンプリング部６０に入射される。サンプリング部６０は、入射される強度変調光に対するサンプリングを、信号光Ｐのシンボルレートに同期した速度（あるいはそれ以上）でサンプリングを行い、そのサンプリングデータを取得する。

このサンプリング部６０の構成は、光サンプリング方式あるいは電気サンプリング方式のいずれであってもよい。

図７は、光サンプリング方式のものであり、入射光を光増幅器６０１で増幅し、光ゲート回路６０２に入射する。光ゲート回路６０２は、短パルス光源６０３から所定周期Ｔで出射されるサンプリング光を受けている間だけ入射光を通過させる。この周期Ｔは、データ取得のサンプリング周期Ｔｓに等しいかあるいはその整数分の１に設定される。

光ゲート回路６０２を通過した光は受光器６０４に入射され、その強度に対応した大きさの電気信号に変換されてＡ／Ｄ変換器６０５に入力される。このＡ／Ｄ変換器６０５は、サンプリングクロック発生器６０６から周期Ｔｓで出力されるサンプリング用のクロック信号Ｃに同期して入力信号をサンプリングしてデジタル値に変換して出力する。

一方、短パルス光源６０３が周期Ｔで出射するサンプリング光は受光器６０７に入射され、その受光信号がサンプリングクロック発生器６０６に入力される。サンプリングクロック発生器６０６は、この受光信号に同期した周期Ｔｓのクロック信号Ｃを生成してＡ／Ｄ変換器６０５に与える。

図８は、電気サンプリング方式のものであり、入射光を受光器６０８に入射させ、その受光信号をＡ／Ｄ変換器６０５に入射し、サンプリングクロック発生器６０６から周期Ｔｓで出力されるクロック信号Ｃに同期したタイミングでサンプリングを行う。

このようなサンプリングで得られたデータは、評価部７０に入力される。
評価部７０は、制御部４０によって信号光Ｐの偏光成分が正しく分離される状態になってから、サンプリング部６０によりサンプリングされたデータを取得し、その振幅分布を求めて、位相変調光の品質評価を行う。

例えば、信号光Ｐの各偏光成分Ｐｐ、Ｐｓが４値位相変調方式で位相変調されている場合、シンボル毎の光の位相は、０（基準位相）、π／２、π、３π／２のいずれかにあり、隣合うシンボル間の位相差が０（同相）であれば強度変調光に変換した場合最大振幅Ｖmaxとなる。また、隣合うシンボル間の位相差が±π（逆相）であれば強度変調光に変換した場合最小振幅Ｖmin（理論上は０）となる。

また、隣合うシンボル間の位相差が±π／２であれば強度変調光に変換した場合ＶmaxとＶminの間の値Ｖａを取ることになる。

つまり、この場合、強度変調光の振幅は、理論上位相変化に応じて３点の間を遷移することになるが、実際の変調特性はこの３点の振幅値の近傍にばらつくことになり、変調精度が悪ければそのバラツキも大きくなる。

したがって、この強度変調光のシンボルレートに合わせたタイミングにおける振幅の確率分布を求め、その分布の特徴（平均値の差や標準偏差等）から信号光の位相変調の評価が行える。

なお、前記説明は位相遅延器５３ｄの遅延が０の場合であるが、この遅延量をπ／４に設定すると、強度変調光が理論上取る振幅値を２つに減らすことができる。

即ち、元の入力光の隣合うシンボル間の位相差が０（同相）であっても、図９の（ａ）のように、合波の際に一方のシンボル光Ａに対して他方のシンボル光Ｂがπ／４ずれるので、π／４位相差があるシンボル光Ａ、Ｂ′同士が合波されてその合波光Ｑ１の振幅は最大振幅Ｖmaxより小さいＶ１となる。また、シンボル光Ａに対して３π／２ずれているシンボル光Ｃの位相をさらにπ／４ずらしてシンボル光Ａと合波して得られる合波光Ｑ２の振幅もＶ１に等しい。

一方、図９の（ｂ）のように、シンボル光Ａに対して位相がπ／２ずれているシンボル光Ｄを、さらにπ／４ずらしてシンボル光Ａと合波して得られる合波光Ｑ３の振幅はＶ１より小さいＶ２となり、シンボル光Ａに対してπずれているシンボル光Ｅの位相をさらにπ／４ずらしてシンボル光Ａと合波して得られる合波光Ｑ４の振幅もＶ２に等しい。

このように、位相遅延器５３ｄによりπ／４の位相遅延を加えることで、強度変調光の振幅は、図１０のように、２つの値Ｖ１、Ｖ２を中心として分布することになる。

この分布の平均位相μ１、μ２、標準偏差σ１、σ２を用いて、位相変調品質を表す値Ｑを、
Ｑ＝｜μ２−μ１｜／（σ２＋σ１）
の演算で求め、その値Ｑから信号光Ｐの変調品質を評価することができる。この評価は、光スイッチ５２を切り替えて、両方の偏光成分Ｐｐ、Ｐｓについて行う。

なお、位相遅延器５３ｄによる遅延量を０にする、または位相遅延器５３ｅを削除し、３つの振幅値Ｖmax、Ｖａ、Ｖminについての分布から位相変調品質を評価してもよい。

このように実施形態の偏光多重位相変調光評価装置３０は、互いに直交する偏光成分が所定形式、所定シンボルレートで位相変調されて多重化された信号光Ｐを、シンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光Ｐａに変換し、その強度変調光ａから、分離の基準となる第１偏光軸Ｘに沿った第１偏光軸成分光Ｐaxと第１偏光軸Ｘと直交する第２偏光軸Ｙに沿った第２偏光軸成分光Ｐayを分離し、その分離された成分光の強度の差分の信号振幅が最大となるように信号光Ｐの入射偏光方向を制御して、信号光Ｐの各偏光成分Ｐｐ、Ｐｓの偏光方向を第１偏光軸Ｘと第２偏光軸Ｙにそれぞれ一致させる。

そして、この状態で信号光Ｐの各偏光成分Ｐｐ、Ｐｓの分離処理と、シンボル間位相変化に応じて強度が変化する強度変調光への変換処理を行い、それによって得られた各偏光成分についての強度変調光Ｐap、Ｐasをサンプリングし、そのサンプリングデータに基づいて、信号光の品質評価を行うようにしている。

つまり、従来の伝送装置で用いられている、局発光や９０度ハイブリッドの他に、超高速のデータサンプリングやデジタル信号処理を必要としないので、精度を落とすことなく、小型で安価な構成で偏光多重位相変調光の評価が行える。

なお、前記実施形態では、第２の変調変換部５３が一組の遅延干渉部によって構成されていたが、図１１に示すように、光スイッチ５２から出射される光を光分岐部５４によって２分岐し、その一方を第１の遅延干渉部５５に入射し、他方を第２の遅延干渉部５６に入射し、第１の遅延干渉部５５の位相遅延器５５ｄの遅延量を基準値（例えば０度）とし、第２の遅延干渉部５６の位相遅延器５６ｄの遅延量を基準値に対して９０度異なるようにすることで、相対的に９０度位相が異なる強度変調光Ｐapi、Ｐapq(あるいは光スイッチ５２の切替によりＰasi、Ｐasq)を求め、それぞれをサンプリング部６０で同一タイミングにサンプリングしてその波形情報を求め、評価部７０に与える構成も可能である。

この構成の場合、互いに９０度位相が異なる信号成分Ｉ、Ｑを得ることができ、その成分Ｉ、Ｑから得られる位相θ＝ｔａｎ^−１（Ｑ／Ｉ）を算出し、その分布を求める。なお、図１１で、符号５５ａ、５６ａは分岐路、５５ｂ、５６ｂは、１シンボル相当の遅延器、５５ｃ、５６ｃは合波路である。

図１２は、４値位相変調の場合の位相分布を示すものであり、各位相０、π／２、π、３π／２を中心とする分布の平均位相μ１〜μ４、標準偏差σ１〜σ４に基づいて、各位相間の前記Ｑ値を求めることで、信号光Ｐに対する評価が行える。

また、前記実施形態では、分離・変換処理部５０に、第１の変調変換部３５や第１の偏光ビームスプリッタ３６とは独立した第２の変調変換部５３と第２の偏光ビームスプリッタ５１を用いていたが、図１３に示すように、分離・変換処理部５０の分離処理と変調変換処理を、第１の変調変換部３５と第１の偏光ビームスプリッタ３６で行うように構成することもできる。つまり、偏光分離処理と変調変換処理の順序は逆であってもよい。

この場合、第１の偏光ビームスプリッタ３６で分離された偏光成分毎の強度変調光を、それぞれ光分岐部５８、５９によって分岐し、その一方を差分成分振幅検出部３７へ与え、他方を光スイッチ５２′に与える。

そして、前記したように、始めに信号光Ｐの偏光方向を第１偏光軸Ｘと第２偏光軸Ｙに合わせ、その後に信号光Ｐの各偏光成分Ｐｐ、Ｐｓについての強度変調光に対するサンプリング処理と評価処理を行う。

なお、この場合、第１の変調変換部３５に位相遅延器３５ｄを設けておき、制御部４０の制御により、偏光制御の際にはその遅延量を０に設定し、評価の際には、前記同様にπ／４の遅延を与えることで、前記した二つの振幅Ｖ１、Ｖ２を中心とする分布を求めることができ、その分布から評価値Ｑを求めることができる。

この実施形態の装置は、遅延干渉部と偏光ビームスプリッタが一組で済み、より単純化された構成となり、さらに低コスト化できる。

３０……偏光多重位相変調光評価装置、３１……光入射部、３２……偏光コントローラ、３３……可変波長バンドパスフィルタ、３４……光分岐部、３５……第１の変調変換部、３６……第１の偏光ビームスプリッタ、３７……差分成分振幅検出部、４０……制御部、５０……分離・変換処理部、５１……第２の偏光ビームスプリッタ、５２、５２′……光スイッチ、５３……第２の変調変換部、５４……光分岐部、５５……第１の遅延干渉部、５６……第２の遅延干渉部、６０……サンプリング部、７０……評価部

Claims (7)

1. 互いに直交する偏光成分が所定形式、所定シンボルレートで位相変調されて多重化された信号光を、シンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光に変換する段階（Ｓ１）と、
   前記強度変調光から、分離の基準となる第１偏光軸に沿った第１偏光軸成分光と前記第１偏光軸と直交する第２偏光軸に沿った第２偏光軸成分光とを分離する段階（Ｓ２）と、
   前記第１偏光軸成分光と第２偏光軸成分光の強度の差分成分の振幅が最大となるように前記信号光の入射偏光方向を制御して、該信号光の各偏光成分の偏光方向を前記第１偏光軸と第２偏光軸にそれぞれ一致させる段階（Ｓ３）と、
   それぞれの偏光方向が前記第１偏光軸と第２偏光軸に一致した状態で前記信号光の各偏光成分の分離処理と、シンボル間位相変化に応じて強度が変化する強度変調光への変換処理を行う段階（Ｓ４）と、
   前記分離処理と前記変換処理で得られた各偏光成分についての強度変調光をサンプリングしてそのサンプリングデータを取得する段階（Ｓ５）と、
   前記取得したサンプリングデータに基づいて、前記信号光の品質評価を行う段階（Ｓ６）とを含む偏光多重位相変調光評価方法。
2. 互いに直交する偏光成分が所定形式、所定シンボルレートで位相変調されて多重化された信号光を入射させるための光入射部（３１）と、
   前記光入射部に入射された信号光の偏光方向を可変するための偏光コントローラ（３２）と、
   前記偏光コントローラを通過した信号光を受け、該信号光と該信号光を１シンボル相当分遅延した遅延光とを合波干渉させて、前記信号光のシンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光を出射する第１の変調変換部（３５）と、
   前記第１の変調変換部から出射された強度変調光を受け、該強度変調光から分離の基準となる第１偏光軸に沿った第１偏光軸成分光と、前記第１偏光軸と直交する第２偏光軸に沿った第２偏光軸成分光を分離する第１の偏光ビームスプリッタ（３６）と、
   前記第１偏光軸成分光と第２偏光軸成分光の強度の差分成分の振幅を検出する差分成分振幅検出部（３７）と、
   前記差分成分振幅検出部によって検出された振幅が最大となるように前記偏光コントローラを制御して、該偏光コントローラから出射される前記信号光の各偏光成分の偏光方向を前記第１偏光軸と第２偏光軸にそれぞれ一致させる制御部（４０）と、
   前記制御部の制御により各偏光成分の偏光方向が前記第１偏光軸と第２偏光軸に一致した状態で前記偏光コントローラから出射される信号光に対して前記第１偏光軸と第２偏光軸に沿った成分の分離処理と、シンボル間位相変化に応じて強度が変化する強度変調光への変調変換処理を行う分離・変換処理部（５０）と、
   前記分離・変換処理部で得られた各偏光成分についての強度変調光をサンプリングしてそのサンプリングデータを取得するサンプリング部（６０）と、
   前記サンプリング部で取得したサンプリングデータに基づいて、前記信号光の品質評価を行う評価部（７０）とを備えた偏光多重位相変調光評価装置。
3. 前記分離・変換処理部による分離処理と変調変換処理は、前記第１の変調変換部と前記第１の偏光ビームスプリッタが行い、
   前記第１の偏光ビームスプリッタで分離された偏光成分毎の強度変調光が分岐手段（５８、５９）を介して前記サンプリング部へ出射させるように構成されていることを特徴する請求項２記載の偏光多重位相変調光評価装置。
4. 前記第１の偏光ビームスプリッタで分離されて前記分岐手段によって分岐された各偏光成分についての強度変調光のいずれか一方を選択的に前記サンプリング部へ入射させる光スイッチ（５２′）を有していることを特徴とする請求項３記載の偏光多重位相変調光評価装置。
5. 前記偏光コントローラから出射される光を２分岐してその一方を前記第１の変調変換部へ入射させ、他方を前記分離・変換処理部へ出射する分岐手段（３４）を有し、
   前記分離・変換処理部は、
   前記第１偏光軸と第２偏光軸と同一向きの光軸を有し、前記分岐手段を介して入射される信号光を受けて、該信号光の両偏光成分を分離する第２の偏光ビームスプリッタ（５１）と、
   前記第２の偏光ビームスプリッタによって分離された偏光成分と、該偏光成分を１シンボル相当分遅延した遅延光とを合波干渉させて、該偏光成分のシンボル間の位相変化に応じて強度が変化する強度変調光を出射する第２の変調変換部（５３）とを含んでいることを特徴とする請求項２記載の偏光多重位相変調光評価装置。
6. 前記第２の偏光ビームスプリッタで分離された各偏光成分のいずれか一方を選択的に前記第２の変調変換部へ入射させる光スイッチ（５２）を有していることを特徴とする請求項５記載の偏光多重位相変調光評価装置。
7. 前記分離・変換処理部の前記第２の変調変換部は、
   入力光を２分岐する分岐手段（５４）と、
   前記分岐手段によって分岐された一方の分岐光と、該分岐光に１シンボル相当の遅延と所定位相の遅延とを与えた遅延光とを合波干渉させる第１の遅延干渉部（５５）と、
   前記分岐手段によって分岐された他方の分岐光と、該分岐光に１シンボル相当の遅延と前記所定位相に対して９０度差のある遅延とを与えた遅延光とを合波干渉させる第２の遅延干渉部（５６）とを有し、
   前記評価部は、前記第１の遅延干渉部の出射光と前記第２の遅延干渉部の出射光に対するサンプリングデータから前記信号光の各偏光成分の位相を算出し、該位相値に基づいて評価を行うことを特徴とする請求項５記載の偏光多重位相変調光評価装置。

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