JPWO2008087809A1 - 光信号品質モニタ装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

サンプリング用光パルス発生部は、監視対象の光信号を変調しているデータ信号のクロック周期の整数倍に対して所定オフセット時間だけ異なる周期を有するサンプリング用光パルスを出射する。光サンプリング部は、前記サンプリング用光パルスにより電界吸収型光変調器を用いて前記監視対象の光信号をサンプリングする。前記電界吸収型光変調器は、光を入出射するための２つの光端子と、該２つの光端子間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有している。監視対象の光信号は、前記２つの光端子のうちの一方の光端子に入射される。前記電源端子には、前記監視対象の光信号に対して高い吸収率を示す所定の直流電圧を与えておく。前記２つの光端子のうちの他方の光端子には、サンプリング用光パルスを光カプラを介して入射させる。このサンプリング用光パルスが入射したときに生じる前記電界吸収型光変調器の相互吸収飽和特性により前記監視対象の光信号に対する吸収率を低下させて前記監視の光信号をサンプリングすることにより、前記２つの光端子のうちの他方の光端子から前記光カプラを介して光パルス信号として出射させる。光電変換器は、前記光パルス信号を受光して電気信号に変換して出力する。演算部は、前記電気信号に基づいて、前記監視対象の光信号の品質を表す値を算出する。

Description

本発明は光信号品質モニタ装置及びその方法に係り、特に、高速のデータ信号で変調された光信号の品質を正確にモニタできるようにした光信号品質モニタ装置及びその方法に関する。

データ信号で変調された光信号によるネットワークを構成するにあたり、光信号品質モニタ装置によりネットワーク上を伝搬する光信号の品質の監視することが必要になる。

一般的に、光信号品質モニタ装置は、伝送路上の信号の波形情報を取得し、その波形情報から信号品質を表す値を算出して、その算出結果を出力するものであって、数１０Ｇｂ／ｓという極めて高いビットレートのデータ信号で変調された光信号を直接受光器で受けてその波形情報を取得することは極めて困難である。

そこで、従来の光信号品質モニタ装置では、このような高速な光信号の波形情報を得るために等価時間サンプリング方式が用いられている。

この等価時間サンプリング方式は、図６の（ａ）に示すように、周期Ｔａで同一波形が繰り返される光信号Ｐに対して、図６の（ｂ）に示すように、周期ＴａのＮ倍（Ｎは整数）に対して僅かな時間ΔＴだけ長い周期Ｔｓ＝Ｎ・Ｔａ＋ΔＴのサンプリングパルスＳでサンプリングを行うことにより、図６の（ｃ）に示すように、光信号Ｐの繰り返し波形内でΔＴずつ異なる位置の瞬時振幅値（瞬時強度）を取得する。

そして，この取得した瞬時振幅値を結ぶ包絡線が描く波形Ｐ′は、光信号Ｐの波形を時間軸上でＴｓ／ΔＴ倍に拡大された波形であり、元の光信号Ｐの波形の特徴を保持している。

したがって、この等価時間サンプリングで得られた波形情報に対して、例えば、２値レベルの一方を表す振幅と他方を表す振幅の確率分布を求め、その標準偏差を算出することにより、信号品質を表すＱ値を得ることができる。

上記のように光信号に対する等価時間サンプリングを行い、得られた波形情報から信号品質を表すＱ値を算出する技術は、次の特許文献１に開示されている。
日本国特許第３７９６３５７号公報

上記特許文献１では、光信号を等価時間サンプリングするための素子として、通常、非線形光学材が用いられている。

この非線形光学材は、一般的に、サンプリング効率が悪い（波長変換現象を用いたサンプリング効率、つまり波長変換効率が−２０ｄＢ以下）ため、強い光信号の波形情報については高Ｓ／Ｎで得ることができるものの、弱い光信号の波形情報については十分なＳ／Ｎを得ることができない。

そこで、非線形光学材に比べて格段に透過損失が少ない、言い換えれば実質的にサンプリング効率が高い電界吸収型光変調器を光信号を等価時間サンプリングするための素子として用いることが考えられる。

この電界吸収型光変調器は、２つの光端子間を結ぶ光路内に与える電界の大きさに応じてその光路を通過する光に対する吸収率が変化する特性を持っており、一方の光端子に光信号を入射し、電源端子に電気のサンプリング用パルス信号を与えて、そのサンプリング用パルス信号が入力しているときだけ、光信号に対する吸収率を低下させて他方の光端子から出射させることにより、光信号に対するサンプリングを行う。

このように電界吸収型光変調器の電源端子に電気のサンプリング用パルス信号を与えることによって光信号に対するサンプリングを行う技術は、例えば、次の特許文献２に開示されている。
特開２００４−２２２２５２公報

ところが、上記特許文献２では、電気のサンプリング用パルス信号は、高周波のインピーダンス整合を必要とし、そのパルス幅を安定に且つリンギングなく狭くすることが極めて困難であり、上記のような数１０Ｇｂ／ｓで変調された光信号の波形情報を十分な分解能で精度よく取得することができないという新たな問題を生じる。

本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、高いサンプリング効率をもち、高速な光信号の波形情報を十分な分解能で精度よくサンプリングすることができるようにし、以て、該光信号の品質を正確にモニタすることができるようにした光信号品質モニタ装置及びその方法を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明の第１の態様によると、
監視対象の光信号（Ｐｘ）を変調しているデータ信号のクロック周期（Ｔｃ）の整数（Ｎ）倍に対して所定オフセット時間（ΔＴ）だけ異なる周期（Ｔｓ）を有するサンプリング用光パルス（Ｐｓ）を出射するサンプリング用光パルス発生部（２１）と、
前記サンプリング用光パルス発生部（２１）から出射される前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）を用いて前記監視対象の光信号（Ｐｘ）をサンプリングすることによって得られた光パルス信号（Ｐｙ）を出力する光サンプリング部（２２）と、
前記光サンプリング部（２２）によって出力された前記光パルス信号（Ｐｙ）を受光して電気信号（Ｅｙ）に変換して出力する光電変換器（３０）と、
前記光電変換器（３０）からの前記電気信号（Ｅｙ）に基づいて、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の品質を表す値を算出する演算部（３５）とを有する光信号品質モニタ装置であって、
前記光サンプリング部（２２）は、
光を入出射するための２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）と、該２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子（２３ｃ）とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の一方で前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を受ける電界吸収型光変調器（２３）と、
前記電界吸収型光変調器（２３）の前記電源端子（２３ｃ）に、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）に対して前記電界吸収型光変調器（２３）が高い吸収率を示す所定の直流電圧（Ｖｄｃ）を与える直流電源（２４）と、
前記光信号サンプリング装置（１００）のサンプリング用光パルス発生部（２１）によって出射される前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）を受けて前記電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の他方の光端子に入射させると共に、該電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の前記他方の光端子から出射される前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を受けて前記光パルス信号（Ｐｙ）として前記光電変換器（３０）へ入射させる光カプラ（２５）とを含み、
前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）の入射によって前記電界吸収型光変調器（２３）の相互吸収飽和特性により吸収率を低下させ、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を前記電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の前記他方の光端子側へ通過させることにより、サンプリングを行うように構成されていることを特徴とする光信号品質モニタ装置が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第２の態様によると、
前記光サンプリング部（２２）は、前記電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の前記他方の光端子に入射されるサンプリング用光パルス（Ｐｓ）が前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の伝送路へ漏れるのを防ぐために、
前記電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の前記一方の光端子に挿入されている第２の光カプラ（２６）と、
前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）を前記第２の光カプラ（２６）を介して終端する光終端器（２７）とをさらに含むことを特徴とする第１の態様に従う光信号品質モニタ装置が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第３の態様によると、
前記サンプリング用光パルス発生部（２１）は、
前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）の周期に対応した周期（Ｔｓ）を有する安定な信号（Ｒａ）を生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器（２１ａ）と、
前記基準信号発生器（２１ａ）によって生成される前記周期（Ｔｓ）を有する安定な信号（Ｒａ）をＭ（Ｍは複数）逓倍した信号（Ｒｂ）として出力する逓倍器（２１ｂ）と、連続光（Ｐｃｗ）を出射する光源（２１ｄ）と、
前記逓倍器（２１ｂ）から出力される前記Ｍ逓倍した信号（Ｒｂ）によって前記光源（２１ｄ）から出射される前記連続光（Ｐｃｗ）を変調することにより、周期（Ｔｓ／Ｍ）を有する光パルス（Ｐａ）を出射する光変調器（２１ｃ）と、
前記光変調器（２１ｃ）から出射される前記光パルス（Ｐａ）を１／Ｍに間引いて、周期（Ｔｓ）を有する光パルス（Ｐｂ）に変換する光ゲート回路（２１ｅ）と、
前記光ゲート回路（２１ｅ）により変換された前記周期（Ｔｓ）を有する光パルス（Ｐｂ）についてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）として出射する分散減少ファイバ（２１ｆ）とを含むことを特徴とする第１の態様に従う光信号品質モニタ装置が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第４の態様によると、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を変調している前記データ信号のクロック周期（Ｔｃ）又はそのビットレートと前記所定オフセット時間（ΔＴ）の情報を受けて、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）のサンプリング周期Ｔｓを、
Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ
（ここで、Ｎの値は、前記データ信号のクロック周期（Ｔｃ）と前記サンプリング用光パルス発生部（２１）が出力可能な信号の周波数可変範囲によって決まる）
の演算で求めて、前記サンプリング用光パルス発生部（２１）に設定するパラメータ設定部（２８）をさらに含むことを特徴とする第１の態様に従う光信号品質モニタ装置が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第５の態様によると、
前記光電変換器（３０）と前記演算部（３５）との間に挿入され、前記光電変換器（３０）からの電気信号（Ｅｙ）を前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）と同期したサンプリングクロック（Ｅｓ）によってサンプリングすることにより、デジタル値に変換して前記演算部（３５）にデータ信号（Ｄｙ）として出力するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器（３１）をさらに含むことを特徴とする第１の態様に従う光信号品質モニタ装置が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第６の態様によると、
前記サンプリングクロック（Ｅｓ）は、前記サンプリング用光パルス発生部（２１）により前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）と同期して出力されることを特徴とする第５の態様に従う光信号品質モニタ装置が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第７の態様によると、
監視対象の光信号（Ｐｘ）を変調しているデータ信号のクロック周期（Ｔｃ）の整数（Ｎ）倍に対して所定オフセット時間（ΔＴ）だけ異なる周期（Ｔｓ）を有するサンプリング用光パルス（Ｐｓ）を出射するサンプリング用光パルス発生段階と、
前記サンプリング用光パルス発生段階によって出射される前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）を用いて前記監視対象の光信号（Ｐｘ）をサンプリングすることによって得られた光パルス信号（Ｐｙ）を出力する光サンプリング段階と、
前記光サンプリング段階によって出力された前記光パルス信号（Ｐｙ）を受光して電気信号（Ｅｙ）に変換して出力する光電変換段階と、
前記光電変換段階によって出力された前記電気信号（Ｅｙ）に基づいて、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の品質を表す値を算出する演算段階とを有する光信号品質モニタ方法であって、
前記光サンプリング段階は、
光を入出射するための２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）と、該２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子（２３ｃ）とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の一方で前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を受ける電界吸収型光変調器（２３）を準備する段階と、
前記電界吸収型光変調器（２３）の前記電源端子（２３ｃ）に、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）に対して前記電界吸収型光変調器（２３）が高い吸収率を示す所定の直流電圧（Ｖｄｃ）を与える直流電源（２４）を準備する段階と、
前記サンプリング用光パルス発生段階によって出射される前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）を受けて前記電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の他方の光端子に入射させると共に、該電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の前記他方の光端子から出射される前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を受けて前記光電変換段階で前記電気信号（Ｅｙ）に変換して出力する前記光パルス信号 （Ｐｙ）として出射させる光カプラ（２５）を準備する段階とを含み、
前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）の入射によって前記電界吸収型光変調器（２３）の相互吸収飽和特性により吸収率を低下させ、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を前記電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の前記他方の光端子側へ通過させることにより、サンプリングを行うことを特徴とする光信号品質モニタ方法が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第８の態様によると、
前記光サンプリング段階は、前記電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の前記他方の光端子に入射されるサンプリング用光パルス（Ｐｓ）が前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の伝送路へ漏れるのを防ぐために、
前記電界吸収型光変調器（２３）の前記２つの光端子（２３ａ、２３ｂ）の前記一方の光端子に挿入されている第２の光カプラ（２６）を準備する段階と、
前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）を前記第２の光カプラ（２６）を介して終端する光終端器（２７）を準備する段階とをさらに含むことを特徴とする第７の態様に従う光信号品質モニタ方法が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第９の態様によると、
前記サンプリング用光パルス発生段階は、
前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）の周期に対応した周期（Ｔｓ）を有する安定な信号（Ｒａ）を生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器（２１ａ）を準備する段階と、
前記基準信号発生器（２１ａ）によって生成される前記周期（Ｔｓ）を有する安定な信号（Ｒａ）をＭ（Ｍは複数）逓倍した信号（Ｒｂ）として出力する逓倍器（２１ｂ）を準備する段階と、
連続光（Ｐｃｗ）を出射する光源（２１ｄ）を準備する段階と、
前記逓倍器（２１ｂ）から出力される前記Ｍ逓倍した信号（Ｒｂ）によって前記光源（２１ｄ）から出射される前記連続光（Ｐｃｗ）を変調することにより、周期（Ｔｓ／Ｍ）を有する光パルス（Ｐａ）を出射する光変調器（２１ｃ）を準備する段階と、
前記光変調器（２１ｃ）から出射される前記光パルス（Ｐａ）を１／Ｍに間引いて、周期（Ｔｓ）を有する光パルス（Ｐｂ）に変換する光ゲート回路（２１ｅ）を準備する段階と、
前記光ゲート回路（２１ｅ）により変換された前記周期（Ｔｓ）を有する光パルス（Ｐｂ）についてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）として出射する分散減少ファイバ（２１ｆ）を準備する段階とを含むことを特徴とする第７の態様に従う光信号品質モニタ方法が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第１０の態様によると、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を変調している前記データ信号のクロック周期（Ｔｃ）又はそのビットレートと前記所定オフセット時間（ΔＴ）の情報を受けて、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）のサンプリング周期Ｔｓを、
Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ
（ここで、Ｎの値は、前記データ信号のクロック周期（Ｔｃ）と前記サンプリング用光パルス発生段階で出力可能な信号の周波数可変範囲によって決まる）
の演算で求めて、前記サンプリング用光パルス発生部（２１）に設定するパラメータ設定部（２８）を準備する段階さらに含むことを特徴とする第７の態様に従う光信号品質モニタ方法が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第１１の態様によると、
前記光電変換段階によって出力された前記電気信号（Ｅｙ）を前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）と同期したサンプリングクロック（Ｅｓ）によってサンプリングすることにより、デジタル値に変換してデータ信号（Ｄｙ）として出力するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換段階をさらに含み、
前記演算段階は、前記Ａ／Ｄ変換段階により出力される前記データ信号（Ｄｙ）に基づいて、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の品質を表す値を算出することを特徴とする第７の態様に従う光信号品質モニタ方法が提供される。

前記目的を達成するために、本発明の第１２の態様によると、
前記演算段階は、前記データ信号（Ｄｙ）を所定のしきい値と比較して、データ「１」に属するサンプル値と、データ「０」に属するサンプル値とに分け、それぞれのデータについてのサンプル値群の平均値、標準偏差を求め、その平均値の差（μ）と標準偏差の和（γ）の比（μ／γ）を品質値（Ｑ）として求めることを特徴とする第１１の態様に従う光信号品質モニタ方法が提供される。

以上のように、本発明の光信号品質モニタ装置及びその方法は、サンプリング用の素子として電界吸収型光変調器を用い、その一方の光端子に監視対象の光信号を入射させ、電源端子にはその監視対象の光信号に対して高い吸収率を示す所定の直流電圧を与えておき、サンプリング用光パルスを光カプラを介して電界吸収型光変調器の他方の光端子へ入射させ、そのサンプリング用光パルスが入射したときに生じる相互吸収飽和特性により監視対象の光信号に対する吸収率を低下させて他方の光端子から監視対象の光信号を出射させるようにしている。

このため、サンプリング用として狭い幅の光パルスを使用することができると共に、監視対象の光信号に対するサンプリング効率を高くすることができ、監視対象の光信号が弱い光信号であってもその波形情報を精度よく得ることができる。

図１は、本発明による光信号品質モニタ装置及びその方法の実施形態の構成を説明するために示すブロック図である。 図２は、図１の要部の構成例を説明するために示すブロック図である。 図３は、図１の要部の特性例を説明するために示す図である。 図４は、図１の構成による実施形態の動作として繰り返し波形の光信号に対する動作を説明するために示す波形図である。 図５は、図１の構成による実施形態の動作として繰り返し波形でない光信号に対する動作を説明するために示す波形図である。 図６は、従来の光信号品質モニタ装置に採用されている等価時間サンプリング方式を説明するために示す波形図である。

以下、図面を参照して本発明による光信号品質モニタ装置及びその方法の実施形態について説明する。

図１は、本発明による光信号品質モニタ装置２０及びその方法の実施形態の構成を説明するために示すブロック図である。

本発明による光信号品質モニタ装置２０の基本的な構成は、監視対象の光信号Ｐｘを変調しているデータ信号のクロック周期Ｔｃの整数Ｎ倍に対して所定オフセット時間ΔＴだけ異なる周期Ｔｓを有するサンプリング用光パルスＰｓを出射するサンプリング用光パルス発生部２１と、前記サンプリング用光パルス発生部２１から出射される前記サンプリング用光パルスＰｓを用いて前記監視対象の光信号をサンプリングすることによって得られた光パルス信号Ｐｙを出力する光サンプリング部２２と、前記光サンプリング部２２によって出力された前記光パルス信号Ｐｙを受光して電気信号Ｅｙに変換して出力する光電変換器３０と、前記光電変換器３０からの電気信号Ｅｙに基づいて、前記監視対象の光信号Ｐｘの品質を表す値を算出する演算部３５とを有する光信号品質モニタであって、前記光サンプリング部２２は、光を入出射するための２つの光端子２３ａ、２３ｂと、該２つの光端子２３ａ、２３ｂ間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子２３ｃとを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子２３ａ、２３ｂの一方で前記監視対象の光信号を受ける電界吸収型光変調器２３と、前記電界吸収型光変調器２３の前記電源端子２３ｃに、前記監視対象の光信号Ｐｘに対して前記電界吸収型光変調器２３が高い吸収率を示す所定の直流電圧Ｖｄｃを与える直流電源２４と、前記サンプリング用光パルス発生部２１によって出射される前記サンプリング用光パルスＰｓを受けて前記電界吸収型光変調器２３の前記２つの光端子２３ａ、２３ｂの他方の光端子に入射させると共に、該電界吸収型光変調器２３の前記２つの光端子２３ａ、２３ｂの前記他方の光端子から出射される前記監視対象の光信号Ｐｘを受けて前記光パルス信号Ｐｙとして前記光電変換器３０へ入射させる光カプラ２５とを含み、前記サンプリング用光パルスＰｓの入射によって前記電界吸収型光変調器２３の相互吸収飽和特性により吸収率を低下させ、前記監視対象の光信号Ｐｘを前記電界吸収型光変調器２３の前記２つの光端子２３ａ、２３ｂの前記他方の光端子側へ通過させることにより、サンプリングを行うように構成されていることを特徴としている。

また、本発明による光信号品質モニタ方法の基本的な構成は、監視対象の光信号Ｐｘを変調しているデータ信号のクロック周期Ｔｃの整数Ｎ倍に対して所定オフセット時間ΔＴだけ異なる周期Ｔｓを有するサンプリング用光パルスＰｓを出射するサンプリング用光パルス発生段階と、前記サンプリング用光パルス発生段階によって出射される前記サンプリング用光パルスＰｓを用いて前記監視対象の光信号Ｐｘをサンプリングすることによって得られた光パルス信号Ｐｙを出力する光サンプリング段階と、前記光サンプリング段階によって出力された前記光パルス信号Ｐｙを受光して電気信号Ｅｙに変換して出力する光電変換段階と、前記光電変換段階によって出力された前記電気信号Ｅｙに基づいて、前記監視対象の光信号Ｐｘの品質を表す値を算出する演算段階とを有する光信号品質モニタ方法であって、前記光サンプリング段階は、光を入出射するための２つの光端子２３ａ、２３ｂと、該２つの光端子２３ａ、２３ｂ間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子２３ｃとを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子２３ａ、２３ｂの一方で前記監視対象の光信号Ｐｘを受ける電界吸収型光変調器２３を準備する段階と、前記電界吸収型光変調器２３の前記電源端子２３ｃに、前記監視対象の光信号Ｐｘに対して前記電界吸収型光変調器２３が高い吸収率を示す所定の直流電圧Ｖｄｃを与える直流電源２４を準備する段階と、前記サンプリング用光パルス発生段階によって出射される前記サンプリング用光パルスＰｓを受けて前記電界吸収型光変調器２３の前記２つの光端子２３ａ、２３ｂの他方の光端子に入射させると共に、該電界吸収型光変調器２３の前記２つの光端子２３ａ、２３ｂの前記他方の光端子から出射される前記監視対象の光信号Ｐｘを受けて前記光電変換段階で前記電気信号Ｅｙに変換して出力する前記光パルス信号Ｐｙとして出射させる光カプラ２５を準備する段階とを含み、前記サンプリング用光パルスＰｓの入射によって前記電界吸収型光変調器２３の相互吸収飽和特性により吸収率を低下させ、前記監視対象の光信号Ｐｘを前記電界吸収型光変調器２３の前記２つの光端子２３ａ、２３ｂの前記他方の光端子側へ通過させることにより、サンプリングを行うことを特徴としている。

具体的には、以下に、本発明を適用した光信号品質モニタ装置２０及びその方法について説明される。

本発明を適用した光信号品質モニタ装置２０及びその方法では、図示しない光ネットワーク上に伝送される所定クロック周期Ｔｃのデータ信号で変調された光信号Ｐｘを監視対象としているものである。

サンプリング用光パルス発生部２１は、その監視対象の光信号Ｐｘを変調しているデータ信号のクロック周期Ｔｃの整数Ｎ倍に対して所定のオフセット時間ΔＴだけ異なる周期Ｔｓのサンプリング用光パルスＰｓを生成して光サンプリング部２２に入射する。

サンプリング用光パルス発生部２１は、前記したように幅の狭い光パルスを指定された周期Ｔｓで生成できるものであればその構成は任意である。

図２は、サンプリング用光パルス発生部２１の一例を示すブロック図である。

このサンプリング用光パルス発生部２１は、前記サンプリング用光パルスＰｓの周期に対応した周期Ｔｓを有する安定な信号Ｒａを生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器２１ａと、前記基準信号発生器２１ａによって生成される前記周期Ｔｓ（周波数Ｆｓ）を有する安定な信号ＲａをＭ（Ｍは複数）逓倍した信号Ｒｂとして出力する逓倍器２１ｂと、連続光Ｐｃｗを出射する光源２１ｄと、前記逓倍器２１ｂから出力される前記Ｍ逓倍した信号Ｒｂによって前記光源２１ｄから出射される前記連続光Ｐｃｗを変調することにより、周期Ｔｓ／Ｍを有する光パルスＰａを出射する光変調器２１ｃと、前記光変調器２１ｃから出射される前記光パルスＰａを１／Ｍに間引いて、周期Ｔｓを有する光パルスＰｂに変換する光ゲート回路２１ｅと、前記光ゲート回路２１ｅにより周期Ｔｓを有する光パルスＰｂに変換された前記光パルスＰｂについてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルスＰｓとして出射する分散減少ファイバ２１ｆとを含んでいる。

すなわち、シンセサイザ構成の基準信号発生器２１ａにより後述するパラメータ設定部２８から指定された周期Ｔｓ（周波数Ｆｓ）の安定な信号Ｒａが生成され、逓倍器２１ｂに入力されてＭ（Ｍは複数）逓倍された後、その出力信号Ｒｂが光変調器２１ｃに入力されて、光源２１ｄから出射される連続光Ｐｃｗを変調し、周期Ｔｓ／Ｍの光パルスＰａが生成される。

この光パルスＰａのパルス幅は、信号Ｒａで連続光Ｐｃｗを直接変調した場合に比べて１／Ｍに狭められている。

そして、この光パルスＰａは、光ゲート回路２１ｅにより１／Ｍに間引かれて、周期Ｔｓの光パルスＰｂに変換された後、分散減少ファイバ２１ｆに入射されてそのパルス幅がさらに狭められ、最終的にサンプリング用光パルスＰｓとして出射される。

一方、光サンプリング部２２は、サンプリング用光パルス発生部２１から出射されたサンプリング用光パルスＰｓにより、監視対象の光信号Ｐｘをサンプリングし、そのサンプリングで得られた光パルス信号Ｐｙを出射する。

この光サンプリング部２２は、電界吸収型光変調器２３、直流電源２４およびサーキュレータ型の光カプラ２５を有している。

電界吸収型光変調器２３は、前記したように、光を入出射するための２つの光端子２３ａ、２３ｂおよび両光端子間の光路に電界を与えるための電源端子２３ｃを有し、その光路を伝搬する光に対する吸収率が光路に与えられた電界の大きさに応じて変化する特性を有している。

通常、電界吸収型光変調器は、前記特許文献２に開示されているように、電源端子２３ｃに電気のサンプリング用パルス信号が与えられる。

しかるに、電気のサンプリング用パルス信号の場合には、前記したように数１０Ｇｂ／ｓの波形情報の取得に必要な狭い幅を有する電気のサンプリング用パルス信号として生成することが極めて困難である。

そこで、この発明では、図１に示しているように、電界吸収型光変調器２３の一方の光端子２３ａに光信号Ｐｘを入射させ、その光信号Ｐｘに対して高い吸収率を示すような所定の直流電圧Ｖｄを直流電源２４から電源端子２３ｃに与えた状態で、前記した幅の狭いサンプリング用光パルスＰｓを、光カプラ２５を介して他方の光端子２３ｂに入射して、このサンプリング用光パルスＰｓにより電界吸収型光変調器２３の相互吸収飽和特性を利用して吸収率を変化させ、サンプリング用光パルスＰｓが入射したときだけ監視対象の光信号Ｐｘに対する吸収率を低下させて該監視対象の光信号Ｐｘ他方の光端子２３ｂへ通過させることにより、光のサンプリング用パルス信号でもってサンプリングを行うようにしている。

なお、このように光信号をサンプリングする素子として電界吸収型光変調器２３を用いて光のサンプリング用パルス信号でもってサンプリングを行うようにしたときのサンプリング効率は、電界吸収型光変調器２３の挿入損失で決定される。

電界吸収型光変調器２３の挿入損失は、約−１０ｄＢ程度であるので、本発明によるサンプリング効率は約−１０ｄＢ程度となる。

これは、前記特許文献１のように、光信号をサンプリングする素子として非線形光学材を用いた場合の約−２０ｄＢ以下と比較して本発明によるサンプリング効率の方が約１０ｄＢ以上、向上していることを示している。

ここで、例えば、電界吸収型光変調器２３の電界に対する吸収率の変化特性が図３のＦで示される場合、電界吸収型光変調器２３の電源端子２３ｃに吸収率が大きな値α（例えば、２０ｄＢ）となる電界に対応した直流電圧Ｖｄｃを与えておくものとする。

そして、電界吸収型光変調器２３の他方の光端子２３ｂには、相互吸収飽和特性により実質的に電界が図３の矢印Ａ方向に変化して、吸収率が小さい値β（例えば、３ｄＢ）となるようなピーク強度を持つサンプリング用光パルスＰｓを入射させる。

なお、図３の特性Ｆは模式的なものである。

すなわち、電界吸収型光変調器２３の他方の光端子２３ｂにサンプリング用光パルスＰｓが入射したとき、電界吸収型光変調器２３の相互吸収飽和特性により電界吸収型光変調器２３の吸収率が低下される。

これにより、この状態下で、電界吸収型光変調器２３の一方の光端子２３ａに入射されている監視対象の光信号Ｐｘは、そのときの瞬時強度から電界吸収型光変調器２３の挿入損失相当分だけ低いレベルのピーク値を持つ光パルス信号Ｐｙとして電界吸収型光変調器２３内を通過することが許容されるようになる。

このようにして電界吸収型光変調器２３内を通過した監視対象の光信号Ｐｘが電界吸収型光変調器２３の他方の光端子２３ｂから光サンプリング部２２の光カプラ２５を介して光パルス信号Ｐｙとして出射される。

ここで、光サンプリング部２２の光カプラ２５は、光の入射方向に応じて光路を振り分けるサーキュレータ型のものだけでなく、波長の違いによって光路を振り分ける分光型のものであってもよく、その場合には光信号Ｐｘと異なる波長のサンプリング用光パルスＰｓが用いられる。

なお、電界吸収型光変調器２３の一方の光端子２３ａに挿入されているサーキュレータ型の光カプラ２６は、他方の光端子２３ｂに入射されて一方の光端子２３ａから出射されるサンプリング用光パルスＰｓを光終端器２７で終端して、監視対象の光信号Ｐｘの伝送路へ入射（漏洩）するのを防ぐためのものである。

また、サンプリング用光パルス発生部２１が出力するサンプリング用光パルスＰｓ及びサンプリングクロックＥｓの周期Ｔｓは、パラメータ設定部２８により設定される。

このパラメータ設定部２８は、監視対象の光信号Ｐｘを変調しているデータ信号のクロック周期Ｔｃ（ビットレートでもよい）とオフセット時間ΔＴの情報を受け、サンプリング周期Ｔｓを、
Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ
の演算で求め、サンプリング用光パルス発生部２１に設定する。

ここで、Ｎの値は、データ信号のクロック周期Ｔｃとサンプリング用光パルス発生部２１が出力可能な信号の周波数可変範囲によって決まる。

例えば、ΔＴがＴｓに対して無視できる程小さく、Ｔｃが約０．１ｎｓ（１０ＧＨｚ）で、Ｔｓが０．１μｓ（１０ＭＨｚ）の近傍で可変できるものとすれば、Ｎの値は大凡Ｔｓ／Ｔｃ＝１０００となる。

そして、前述したようにして光サンプリング部２２の光カプラ２５を介して出射される光パルス信号Ｐｙは、光電変換器３０に入射されることにより、該光電変換器３０により電気信号Ｅｙに変換されて出力される。

光電変換器３０からの電気信号Ｅｙは、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３１によりサンプリングされてデジタル値に変換されて、データ信号Ｄｙとして出力される。

このＡ／Ｄ変換器３１によるサンプリングは、サンプリング用光パルスＰｓと同期したサンプリングクロックＥｓによって行われる。

この実施形態では、この電気のサンプリングクロックＥｓもサンプリング用光パルス発生部２１（前記した基準信号発生器２１ａ）から出力されるものとする。

演算部４０は、データ信号Ｄｙに基づいて、監視対象の光信号Ｐｘの品質を表す値を算出する。

この演算部４０による監視対象の光信号Ｐｘの品質を表す値を算出するための演算手法は任意であるが、例えば、前記特許文献１に記載されているように、波形メモリ３９に書き込まれたデータ信号Ｄｙを所定のしきい値と比較して、データ「１」に属するサンプル値と、データ「０」に属するサンプル値とに分け、それぞれのデータについてのサンプル値群の平均値、標準偏差を求め、その平均値の差μと標準偏差の和γの比μ／γを品質値Ｑとして求める。

なお、このＱ値が大きい程、監視対象の光信号Ｐｘの品質が高いことを示している。

この品質値Ｑの算出は、例えば、所定時間毎に行われ、その結果が所定タイミングに別装置へ通知される。

また、信号品質を表す値は上記Ｑ値に限定されるものではなく、他の統計量であってもよい。

なお、サンプリング用光パルス発生部２１が出力するサンプリング用光パルスＰｓ及びサンプリングクロックＥｓの周期Ｔｓは、パラメータ設定部３６により設定される。

パラメータ設定部３６は、監視対象の光信号Ｐｘを変調しているデータ信号のクロック周期Ｔｃ（ビットレートでもよい）とオフセット時間ΔＴの情報を受け、サンプリング周期Ｔｓを、
Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ
の演算で求め、サンプリング用光パルス発生部２１に設定する。

ここでＮの値は、データ信号のクロック周期Ｔｃとサンプリング用光パルス発生部２１が出力可能な信号の周波数可変範囲によって決まる。

例えば、ΔＴがＴｓに対して無視できる程小さく、Ｔｃが約０．１ｎｓ（１０ＧＨｚ）で、Ｔｓが０．１μｓ（１０ＭＨｚ）の近傍で可変できるものとすれば、Ｎの値は大凡Ｔｓ／Ｔｃ＝１０００となる。

次に、監視対象の光信号Ｐｘの波形と、演算部３５によるその取得タイミングとの関係について説明する。

監視対象の光信号Ｐｘが試験用であって、図４の（ａ）に示すように、所定ビット長Ｌの所定符号列で繰り返し変調されている場合、図４の（ｂ）に示すように、サンプリング用光パルスＰｓの周期Ｔｓを決めるＮの値がビット長Ｌの整数Ｋ倍に等しくなるようにすることにより、監視対象の光信号Ｐｘの繰り返し波形に対するサンプリングを図４の（ｃ）に示すようにΔＴ時間毎に時系列に行うことができる。

そして、このサンプリングを、例えば、Ｕ・Ｔｃ／ΔＴ回（Ｕは整数）連続して行うことにより、サンプリング開始タイミングからＵビット分の波形データを時系列に得ることができる。

光ネットワーク上に実際に伝送されているような光信号Ｐｘは、前述の図４の（ａ）に示したような単純な繰り返し波形とならないで、図５の（ａ）に示すような複雑な波形となっている。

しかし、このような単純な繰り返し波形とならない光信号Ｐｘに対して、図５の（ｂ）に示すようにＮ・Ｔｃ＋ΔＴの周期Ｔｓでサンプリングを行った場合、光信号ＰｘのＮビットおきのデータについてΔＴずつ異なるタイミングでサンプリングを行っていることから、そのサンプリングによって得られる値は、図５の（ｃ）に示すように、データ「１」、「０」に対応した振幅あるいはその間の遷移状態における振幅となり、光信号Ｐｘの一定期間の連続した波形に対するサンプリング結果とはならない。

ただし、そのサンプリングを前記のように複数ビット分連続して行い、前記統計量を得ることにより、品質値Ｑを求めることができる。

また、本発明は同期サンプリングに適用した場合には、複数ビット分のサンプリング結果を１ビット幅に重ね合わせることにより、図５の（ｄ）に示すようなアイパターンが得られ、このアイパターンから信号品質を求めるようにしてもよい。

また、本発明を非同期サンプリングに適用した場合には、重ね合わせて得られる観測波形が流れてしまい、アイパターンを観測することはできない。

しかし、上記サンプリングを所定期間行うことにより、前記統計量を得て、品質値Ｑを求めることができる。

したがって、以上詳述したように、本発明によれば、上記従来技術の問題を解決し、高いサンプリング効率をもち、高速な光信号の波形情報を十分な分解能で精度よくサンプリングすることができるようにし、以て、該光信号の品質を正確にモニタすることができるようにした光信号品質モニタ装置及びその方法を提供することができる。

Claims (12)

1. 監視対象の光信号を変調しているデータ信号のクロック周期の整数倍に対して所定オフセット時間だけ異なる周期を有するサンプリング用光パルスを出射するサンプリング用光パルス発生部と、
   前記サンプリング用光パルス発生部から出射される前記サンプリング用光パルスを用いて前記監視対象の光信号をサンプリングすることによって得られた光パルス信号を出力する光サンプリング部と、
   前記光サンプリング部によって出力された前記光パルス信号を受光して電気信号に変換して出力する光電変換器と、
   前記光電変換器からの前記電気信号に基づいて、前記監視対象の光信号の品質を表す値を算出する演算部とを有する光信号品質モニタ装置であって、
   前記光サンプリング部は、
   光を入出射するための２つの光端子と、該２つの光端子間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子の一方で前記監視対象の光信号を受ける電界吸収型光変調器と、
   前記電界吸収型光変調器の前記電源端子に、前記監視対象の光信号に対して前記電界吸収型光変調器が高い吸収率を示す所定の直流電圧を与える直流電源と、
   前記光信号サンプリング装置のサンプリング用光パルス発生部によって出射される前記サンプリング用光パルスを受けて前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の他方の光端子に入射させると共に、該電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される前記監視対象の光信号を受けて前記光パルス信号として前記光電変換器へ入射させる光カプラとを含み、
   前記サンプリング用光パルスの入射によって前記電界吸収型光変調器の相互吸収飽和特性により吸収率を低下させ、前記監視対象の光信号を前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子側へ通過させることにより、サンプリングを行うように構成されていることを特徴とする光信号品質モニタ装置。
2. 前記光サンプリング部は、前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子に入射されるサンプリング用光パルスが前記監視対象の光信号の伝送路へ漏れるのを防ぐために、
   前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記一方の光端子に挿入されている第２の光カプラと、
   前記サンプリング用光パルスを前記第２の光カプラを介して終端する光終端器とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光信号品質モニタ装置。
3. 前記サンプリング用光パルス発生部は、
   前記サンプリング用光パルスの周期に対応した周期Ｔｓを有する安定な信号を生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器と、
   前記基準信号発生器によって生成される前記周期Ｔｓを有する安定な信号をＭ（Ｍは複数）逓倍した信号として出力する逓倍器と、
   連続光を出射する光源と、
   前記逓倍器から出力される前記Ｍ逓倍した信号によって前記光源から出射される前記連続光を変調することにより、周期Ｔｓ／Ｍを有する光パルスを出射する光変調器と、
   前記光変調器から出射される前記光パルスを１／Ｍに間引いて、周期Ｔｓを有する光パルスに変換する光ゲート回路と、
   前記光ゲート回路により変換された前記周期を有する光パルスについてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルスとして出射する分散減少ファイバとを含むことを特徴とする請求項１に記載の光信号品質モニタ装置。
4. 前記監視対象の光信号を変調している前記データ信号のクロック周期Ｔｃ又はそのビットレートと前記所定オフセット時間ΔＴの情報を受けて、前記サンプリング用光パルスのサンプリング周期Ｔｓを、
   Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ
   （ここで、Ｎの値は、前記データ信号のクロック周期Ｔｃと前記サンプリング用光パルス発生部が出力可能な信号の周波数可変範囲によって決まる）
   の演算で求めて、前記サンプリング用光パルス発生部に設定するパラメータ設定部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光信号品質モニタ装置。
5. 前記光電変換器と前記演算部との間に挿入され、前記光電変換器からの電気信号を前記サンプリング用光パルスと同期したサンプリングクロックによってサンプリングすることにより、デジタル値に変換して前記演算部にデータ信号として出力するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光信号品質モニタ装置。
6. 前記サンプリングクロックは、前記サンプリング用光パルス発生部により前記サンプリング用光パルスと同期して出力されることを特徴とする請求項５に記載の光信号品質モニタ装置。
7. 監視対象の光信号を変調しているデータ信号のクロック周期の整数倍に対して所定オフセット時間だけ異なる周期を有するサンプリング用光パルスを出射するサンプリング用光パルス発生段階と、
   前記サンプリング用光パルス発生段階によって出射される前記サンプリング用光パルスを用いて前記監視対象の光信号をサンプリングすることによって得られた光パルス信号を出力する光サンプリング段階と、
   前記光サンプリング段階によって出力された前記光パルス信号を受光して電気信号に変換して出力する光電変換段階と、
   前記光電変換段階によって出力された前記電気信号に基づいて、前記監視対象の光信号の品質を表す値を算出する演算段階とを有する光信号品質モニタ方法であって、
   前記光サンプリング段階は、
   光を入出射するための２つの光端子と、該２つの光端子間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子の一方で前記監視対象の光信号を受ける電界吸収型光変調器を準備する段階と、
   前記電界吸収型光変調器の前記電源端子に、前記監視対象の光信号に対して前記電界吸収型光変調器が高い吸収率を示す所定の直流電圧を与える直流電源を準備する段階と、
   前記サンプリング用光パルス発生段階によって出射される前記サンプリング用光パルスを受けて前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の他方の光端子に入射させると共に、該電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される前記監視対象の光信号を受けて前記光電変換段階で前記電気信号に変換して出力する前記光パルス信号として出射させる光カプラを準備する段階とを含み、
   前記サンプリング用光パルスの入射によって前記電界吸収型光変調器の相互吸収飽和特性により吸収率を低下させ、前記監視対象の光信号を前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子側へ通過させることにより、サンプリングを行うことを特徴とする光信号品質モニタ方法。
8. 前記光サンプリング段階は、前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子に入射されるサンプリング用光パルスが前記監視対象の光信号の伝送路へ漏れるのを防ぐために、
   前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記一方の光端子に挿入されている第２の光カプラを準備する段階と、
   前記サンプリング用光パルスを前記第２の光カプラを介して終端する光終端器を準備する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の光信号品質モニタ方法。
9. 前記サンプリング用光パルス発生段階は、
   前記サンプリング用光パルスの周期に対応した周期Ｔｓを有する安定な信号を生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器を準備する段階と、
   前記基準信号発生器によって生成される前記周期Ｔｓを有する安定な信号をＭ（Ｍは複数）逓倍した信号として出力する逓倍器を準備する段階と、
   連続光を出射する光源を準備する段階と、
   前記逓倍器から出力される前記Ｍ逓倍した信号によって前記光源から出射される前記連続光を変調することにより、周期Ｔｓ／Ｍを有する光パルスを出射する光変調器を準備する段階と、
   前記光変調器から出射される前記光パルスを１／Ｍに間引いて、周期Ｔｓを有する光パルスに変換する光ゲート回路を準備する段階と、
   前記光ゲート回路により変換された前記周期を有する光パルスについてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルスとして出射する分散減少ファイバを準備する段階とを含むことを特徴とする請求項７に記載の光信号品質モニタ方法。
10. 前記監視対象の光信号を変調している前記データ信号のクロック周期Ｔｃ又はそのビットレートと前記所定オフセット時間ΔＴの情報を受けて、前記サンプリング用光パルスのサンプリング周期Ｔｓを、
    Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ
    （ここで、Ｎの値は、前記データ信号のクロック周期Ｔｃと前記サンプリング用光パルス発生段階で出力可能な信号の周波数可変範囲によって決まる）
    の演算で求めて、前記サンプリング用光パルス発生部に設定するパラメータ設定部を準備する段階さらに含むことを特徴とする請求項７に記載の光信号品質モニタ方法。
11. 前記光電変換段階によって出力された前記電気信号を前記サンプリング用光パルスと同期したサンプリングクロックによってサンプリングすることにより、デジタル値に変換してデータ信号として出力するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換段階をさらに含み、
    前記演算段階は、前記Ａ／Ｄ変換段階により出力される前記データ信号に基づいて、前記監視対象の光信号の品質を表す値を算出することを特徴とする請求項７に記載の光信号品質モニタ方法。
12. 前記演算段階は、前記データ信号を所定のしきい値と比較して、データ「１」に属するサンプル値と、データ「０」に属するサンプル値とに分け、それぞれのデータについてのサンプル値群の平均値、標準偏差を求め、その平均値の差μと標準偏差の和γの比μ／γを品質値Ｑとして求めることを特徴とする請求項１１に記載の光信号品質モニタ方法。

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