JP4489790B2 - 光位相変調評価装置及びその校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、コヒーレント光通信方式における光搬送波がデータ信号によって位相変調（例えばＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ等）されてなる光位相変調信号を評価する光位相変調評価装置に関し、特に１つのビット遅延干渉計で光位相変調信号の相対的なビット間位相差の測定を高精度に行える光位相変調評価装置及びその位相校正方法に関する。

従来、光搬送波がデータ信号によって位相変調されてなる光位相変調信号を評価する光位相変調評価装置として、１つのビット遅延干渉計で光位相変調信号の光位相検波を行って当該光位相変調信号の位相変調特性を評価するものがあった（例えば特許文献1参照）。

この種の光位相変調評価装置の概略構成を図９に示す。光位相変調評価装置の被測定光である光位相変調信号は、光搬送波がデータ信号で位相変調されることによって発生されており、光位相検波器としてのビット遅延干渉計２に入力される。ビット遅延干渉計２は、光導波路を用いたマッハツェンダ型干渉計で構成されており、ポート２ａから入力された光位相変調信号を分波部２ｂでアーム２ｃを通る光とアーム２ｄ（ビット遅延器２ｆを含んで構成される）を通る光に分波するとともに、アーム２ｃを通った光とアーム２ｄを通った光とを合波部２ｅで合波し干渉させる。それによって、光位相変調信号の位相の変化を光強度の変化に変換し、互いの位相が１８０°（π）異なる２つの光強度変換信号を２つのポート２ｇ、２ｈからそれぞれ出力する。なお、上記ビット遅延器２ｆは、２つのアーム間の遅延量（遅延時間差）が上記データ信号の１ビット分に相当する遅延量（時間）になるように、その遅延量分アーム２ｄの光路長をアーム２ｃの光路長より長くしている。

受光器（ＰＤ）２０は、ビット遅延干渉計２のポート２ｇから出力される光強度変換信号を光電変換して電気信号を出力する。信号処理部２１は、受光器２０から出力される電気信号から上記データ信号を復調し、それによって得られた復調波形を用いて誤り率測定や波形観測を行って光位相変調信号の評価を行う。
特開平６−２１８９１号公報

しかしながら、このような従来の光位相変調評価装置では、光位相変調信号の相対的なビット間位相差（以下適宜、相対ビット間位相差という）を測定することができないという問題があった。

ここで、その理由について数式を用いて説明する。すなわち、相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄで位相変調されて、ビット遅延干渉計２のポート２ａに入力される光位相変調信号の電界強度を（１）式で表す。

Ｅ＝Ｅ_０・ｅｘｐ｛ｊ(ωｔ＋Δφ_ｍｏｄ)｝ （１）
また、この光位相変調信号が分波部２ｂでアーム２ｃを通る光とアーム２ｄを通る光に分波されて、それぞれが合波部２ｅに入力されるときのアーム２ｃを通った光及びアーム２ｄを通った光のそれぞれの電界強度Ｅ_ａ、Ｅ_ｂ並びに光強度Ｐ_ａ、Ｐ_ｂをそれぞれ（２）〜（５）式で表わす。

Ｅ_ａ＝Ａ_ａ・ｅｘｐ｛ｊ(ωｔ＋φ_ａ）｝ （２）
Ｅ_ｂ＝Ａ_ｂ・ｅｘｐ｛ｊ(ωｔ＋φ_ｂ）｝ （３）
Ｐ_ａ＝│Ｅ_ａ・Ｅ_ａ ^＊│ （４）
Ｐ_ｂ＝│Ｅ_ｂ・Ｅ_ｂ ^＊│ （５）
ここで、φ_ａはアーム２ｃにおける光位相差、φ_ｂはアーム２ｄにおける光位相差である。また、Ｅ_ａ ^＊はＥ_ａの共役複素数、Ｅ_ｂ ^＊はＥ_ｂの共役複素数である。なお、（２）、（３）式においては、理解を容易にするために、上記（１）式における相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄを省いている。

合波部２ｅにおける合波光の光強度Ｐは、上記（２）、（３）式を用いて（６）式のように求められる。

Ｐ＝（Ｅ_ａ＋Ｅ_ｂ）・（Ｅ_ａ ^＊＋Ｅ_ｂ ^＊）
＝Ａ_ａ ^２＋Ａ_ｂ ^２＋２・Ａ_ａ・Ａ_ｂ・ｃｏｓ(φ_ａ−φ_ｂ) （６）
そして、電界強度をＡ_ａ＝Ａ_ｂ＝１／２とし、上述の相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄを考慮すると、合波光（干渉光）の光強度Ｐは（７）式となる。また、アーム２ｃとアーム２ｄ間（適宜２つのアーム間と言う）の光位相差（φ_ａ−φ_ｂ）をφで表すと（７）式は（８）式となる。

Ｐ＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋φ_ａ−φ_ｂ) （７）
Ｐ＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋φ) （８）
さらに、アーム２ｃにおける光位相差φ_ａとアーム２ｄにおける光位相差φ_ｂが等しい（φ_ａ＝φ_ｂ）、すなわち２つのアーム間の光位相差φ＝０とすると、合波光の光強度Ｐは（９）式となる。

Ｐ＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （９）
ところで、（９）式で表される光強度Ｐは、ポート２ｇあるいはポート２ｈから出力される光強度変換信号である。したがって、（９）式で表される光強度Ｐをポート２ｇから出力される光強度変換信号Ｐ_１として（１０）式で表すとすると、ポート２ｈからは、（１１）式で表される、位相が１８０°（π）異なった光強度変換信号Ｐ_２が出力される。

Ｐ_１＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （１０）
Ｐ_２＝０．５−０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （１１）
その結果、（１０）式で表される光強度変換信号Ｐ_１が、受光器２０に入力されて光電変換され、その後にオフセットパワーがキャンセルされると、（１２）式で与えられる光強度Ｉ_αを表す電気信号となって信号処理部２１に出力される。

Ｉ_α∝０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （１２）
したがって、信号処理部２１では、上記（１２）式に基づいて、相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄと光強度Ｉ_αの関係を予め求めておくことによって、光強度Ｉ_αから相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄが測定できるように思われるが、図４に示すように、１つの光強度Ｉ_αに対して２つの相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄが該当することとなり、いずれかを特定することができない。そのために、相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄの測定はできない。

本発明は、光位相変調信号の光位相検波器としての１つのビット遅延干渉計の一方のアームに光位相遅延器を備えるとともにその光位相遅延器の光路長を任意に変化させて、ビット遅延干渉計の２つのアーム間に異なる２つの光位相差φを与えるようにすることによって、これらの課題を解決し、光位相変調信号の相対的なビット間位相差の測定を高精度に行える光位相変調評価装置及びその位相校正方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光位相変調評価装置では、２つのアームのいずれか一方にビット遅延器（２ｆ）と該２つのアーム間に所定の光位相差φを与えるように制御される光位相遅延器（２ｊ）とを含んで構成され、入力光として光搬送波がデータ信号で位相変調されてなる光位相変調信号（Ｐ）を受けてそれぞれの前記アームを通る２つの光に分波するとともにそれぞれの該アーム（Ｐｘ）を通った２つの光を合波して干渉させ２つの光強度変換信号を出力するビット遅延干渉計（２）と、該ビット遅延干渉計から出力される２つの前記光強度変換信号の少なくともいずれか一方を電気信号に変換し、得られた電気信号波形をディジタル変換してその波形データを記憶する光波形測定部（７、１５、２５、３０）と、前記所定の光位相差φが、少なくとも２つの異なる第１の光位相差φ_１及び第２の光位相差φ_２となるように、予め制御メモリ（１２ａ）に記憶されている、前記所定の光位相差φに対応して前記光位相遅延器の光路長を制御するための位相制御データを読み出して該光位相遅延器の光路長を任意に制御する位相制御手段（１２）と、前記所定の光位相差φが前記第１の光位相差φ_１のときの第１の波形データと前記第２の光位相差φ_２のときの第２の波形データとに基づいて、前記光位相変調信号の相対ビット間位相差を求める信号処理手段（８）とを備えた。

また、本発明の請求項２の光位相変調評価装置では、上述した請求項１の光位相変調評価装置において、前記光波形測定部は、前記ビット遅延干渉計から出力される２つの前記光強度変換信号のそれぞれを２つの受光器（４ａ、４ｂ）で受けて電気信号に変換し、得られたそれぞれの出力を減算して電気信号波形を出力するバランスドレシーバ（４）と、 該バランスドレシーバから出力される前記電気信号波形をディジタル変換し、得られたその波形データを記憶する電気波形測定部（６）とを含むようにした。

また、本発明の請求項３の光位相変調評価装置では、上述した請求項１の光位相変調評価装置において、前記光波形測定部は、前記ビット遅延干渉計から出力される２つの前記光強度変換信号のいずれか一方を受光器（５ａ）で受けて電気信号に変換し、電気信号波形を出力するシングルレシーバ（５）と、該シングルレシーバから出力される前記電気信号波形をディジタル変換し、得られた波形データを記憶する電気波形測定部（６）とを含むようにした。

また、本発明の請求項４の光位相変調評価装置では、上述した請求項１の光位相変調評価装置において、前記光波形測定部は、光パルス信号を出力する光パルス発生器（７ｅ）と、前記２つの光強度変換信号のいずれか一方と前記光パルス信号とを合成し、その強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学結晶（７ａ）と、前記和周波光を電気信号に変換して電気のパルス信号を出力する受光器（７ｂ）と、前記パルス信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（７ｃ）と、該ディジタル信号を記憶する波形メモリ（７ｄ）とを含むようにした。

また、本発明の請求項５の光位相変調評価装置では、上述した請求項１の光位相変調評価装置において、光波形測定部は、光強度変換信号と電気のサンプリングクロック信号（ｅ、ｄ）とを受け、サンプリングクロック信号に応じて光強度変換信号（Ｐｘ）の透過率を電界吸収効果により変化させる電界吸収型光変調器（２５ａ）と、電界吸収型光変調器を透過した出射光（Ｐｙ）を電気信号に変換する受光器（２５ｂ）と、電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（２５ｃ）と、ディジタル信号を記憶する波形メモリ（２５ｄ）とを含むようにした。

また、本発明の請求項６の光位相変調評価装置では、上述した請求項１の光位相変調評価装置において、光波形測定部は、サンプリング用光パルス（Ｐｓ）を出力する光パルス発生器（３０ｅ）と、光強度変換信号とサンプリング用光パルスとを受け、光強度変換信号の透過率を前記サンプリング用光パルスの入射に応じて制御する光ゲート手段（３０ａ）と、光ゲート手段からの出射光（Ｐｙ）を電気信号に変換する受光器（３０ｂ）と、電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（３０ｃ）と、ディジタル信号を記憶する波形メモリ（３０ｄ）とを含むようにした。

また、本発明の請求項７の光位相変調評価装置では、上述した請求項６の光位相変調評価装置において、光ゲート手段は、サンプリング用光パルスの入射に応じて、光強度変換信号の透過率を過飽和吸収特性により変化させる電界吸収型光変調器（３１ａ）を含むようにした。

また、本発明の請求項８の光位相変調評価装置では、上述した請求項６の光位相変調評価装置において、光ゲート手段は、光強度変換信号を受ける第1光ポート（３１ａ_１）とサンプリング用光パルスを受ける第２光ポート（３１ａ_２）とを有し、サンプリング用光パルスの入射に応じて、光強度変換信号の透過率を過飽和吸収特性により変化させる電界吸収型光変調器（３１ａ）と、光パルス発生器から受けたサンプリング用光パルスを電界吸収型光変調器の第２光ポートに入射するとともに、第２光ポートから出射された光をサンプリング用光パルスを受けた光路（３１ｂ_１）とは異なる光路（３１ｂ_３）へ出射する光カプラ（３１ｂ）とを含むようにした。

また、本発明の請求項９の光位相変調評価装置では、上述した請求項６の光位相変調評価装置において、光ゲート手段は、サンプリング用光パルスの入射に応じて、光強度変換信号に対する透過率をカーボンナノチューブの過飽和吸収特性により変化させるカーボンナノチューブ過飽和吸収素子（３２ａ）を含むようにした。

また、本発明の請求項１０の光位相変調評価装置では、上述した請求項６の光位相変調評価装置において、光ゲート手段は、光強度変換信号を受ける第1光ポート（３２ａ_１）とサンプリング用光パルスを受ける第２光ポート（３２ａ_２）と第1光ポートと第２光ポートを結ぶ光路上に配置されたカーボンナノチューブとを有し、サンプリング用光パルスの入射に応じて、光強度変換信号に対する透過率をカーボンナノチューブの過飽和吸収特性により変化させるカーボンナノチューブ過飽和吸収素子（３２ａ）と、光パルス発生器から受けたサンプリング用光パルスをカーボンナノチューブ過飽和吸収素子の第２光ポートに入射するとともに、第２光ポートから出射された光をサンプリング用光パルスを受けた光路（３２ｂ_１）とは異なる光路（３２ｂ_３）へ出射する光カプラ（３２ｂ）とを含むようにした。

また、本発明の請求項１１の光位相変調評価装置では、上述した請求項６の光位相変調評価装置において、光ゲート手段は、前記サンプリング用光パルスを電気パルスに変換する変換する受光器（３３ｂ）と、該受光器に近接して配置され、該電気パルスに応じて前記光強度変換信号の透過率を電界吸収効果により変化させる電界吸収型光変調器（３３ａ）とを含むようにした。

また、本発明の請求項１２の光位相変調評価装置では、上述した請求項１〜１１のいずれかの光位相変調評価装置において、第１の光位相差φ_１が０であり、かつ、第２の光位相差φ_２がπ／２であるようにした。

また、本発明の請求項１３の光位相変調評価装置では、上述した請求項１〜１２のいずれかの光位相変調評価装置において、前記信号処理手段は、前記第１及び第２の波形データに基づいて求めた前記光位相変調信号の相対ビット間位相差から当該光位相変調信号の相対ビット間位相差ヒストグラムを算出するようにした。

また、本発明の請求項１４の光位相変調評価装置では、上述した請求項１〜１３のいずれかの光位相変調評価装置において、前記信号処理手段は、前記第１及び第２の波形データに基づいて求めた前記光位相変調信号の相対ビット間位相差から当該光位相変調信号のコンスタレーションを算出するようにした。

また、本発明の請求項１５の光位相変調評価装置では、上述した請求項１〜１４のいずれかの光位相変調評価装置において、前記信号処理手段が、前記第１及び第２の波形データと前記光位相変調信号の前記相対ビット間位相差との関係を記憶保持する位相差テーブル（８ａ）と、前記光波形測定部の前記波形メモリから前記第１及び第２の波形データが読み出される毎に順次前記位相差テーブルを参照し、前記光位相変調信号の相対ビット間位相差を求める位相差算出手段（８ｂ）と、該位相差算出手段から順次出力される複数の前記相対ビット間位相差に基づいて、前記光位相変調信号の相対ビット間位相差ヒストグラムを求める位相差ヒストグラム算出手段（８ｃ）と、前記位相差算出手段から順次出力される前記相対ビット間位相差に基づいて、前記光位相変調信号のコンスタレーションを求めるコンスタレーション算出手段（８ｄ）とを備えた。

また、本発明の請求項１６の光位相変調評価装置では、上述した請求項１〜１５のいずれかの光位相変調評価装置において、測定モード及び校正モードのいずれかを指定するモード指定信号を出力するモード指定手段（１１）と、前記光位相変調信号と同一波長の無変調の参照光を出力する校正用光源（３）と、前記光位相変調信号、前記参照光及び前記モード指定信号を受け、該モード指定信号が測定モードを指定している場合には、前記光位相変調信号を前記ビット遅延干渉計に入力し、また前記モード指定信号が校正モードを指定している場合には、前記参照光を前記ビット遅延干渉計に入力する光スイッチ（１）とを備え、前記位相制御手段は、該モード指定信号が測定モードを指定している場合には、前記光位相遅延器の光路長を制御し、また前記モード指定信号が校正モードを指定している場合には、前記光位相遅延器の光路長を一周期分変化させ、さらに、前記モード指定信号が校正モードを指定している場合に、前記光波形測定部から順次読み出される波形データを受けて、前記波形データの互いに隣接する最大レベルＬ_ｍａｘ及び最小レベルＬ_ｍｉｎを検出し、検出した該最大レベルＬ_ｍａｘ及び該最小レベルＬ_ｍｉｎに基づいて、前記位相制御データと前記波形データのレベルＬとの関係を表す所定の関数を求め、求めた該所定の関数に基づいて、前記位相制御データと前記光位相遅延器の位相との関係を算出し前記制御メモリに記憶する位相校正処理手段（１３）とを備えた。

また、本発明の請求項１７の光位相変調評価装置では、上述した請求項１６の光位相変調評価装置において、前記所定の関数は、下記の式で表されるようにした。

Ｌ＝(Ｌ_ｍａｘ＋Ｌ_ｍｉｎ)／２＋{(Ｌ_ｍａｘ−Ｌ_ｍｉｎ)／２}ｃｏｓφ
また、本発明の請求項１８の光位相変調評価装置の校正方法では、請求項１〜１５の光位相変調評価装置を校正する方法であって、無変調の参照光を入力した状態で、前記光位相遅延器（２ｊ）の遅延量を変化させ、前記電気波形測定部から読み出される波形データを取得する段階と、前記光位相遅延器の遅延量と前記波形データのレベルから前記光位相遅延器の遅延量と前記ビット遅延干渉計（２）の２つのアームの位相差との関係を表す所定の関数を算出する段階と、該算出した関数に基づいて前記光位相遅延器を校正する段階とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項１の光位相変調評価装置では、ビット遅延干渉計の一方のアームに光位相遅延器を備えるとともにその光位相遅延器の光路長を任意に変化させて、ビット遅延干渉計の２つのアーム間に異なる２つの光位相差φ_１、φ_２を与えるようにしたので、光位相変調信号の相対ビット間位相差の測定ができる。したがって、コヒーレント光通信方式における光搬送波がデータ信号によって位相変調（例えばＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ等）されてなる光位相変調信号の変調状態を正確に評価できる。

本発明の請求項２の光位相変調評価装置では、光波形測定部にバランスドレシーバを用いて、ビット遅延干渉計から出力される２つの光強度変換信号をバランスド受信するようにしたので、測定の受光感度を良くすることができる。

本発明の請求項３の光位相変調評価装置では、光波形測定部にシングルレシーバを用いて、ビット遅延干渉計から出力される２つの光強度変換信号のいずれか一方を受光するようにしたので、装置構成の単純化と低価格化を図ることができる。

本発明の請求項４の光位相変調評価装置では、光波形測定部に非線形光学素子を用いるようにしたので、バランスドレシーバ、シングルレシーバの受信器の特性を除去した光位相変調信号の相対ビット間位相差を求めることができる。

本発明の請求項５の光位相変調評価装置では、光波形測定部に非線形光学素子に比べて透過損失が少ない電界吸収型光変調器を用いるようにしたので、サンプリング効率が高く、かつ、バランスドレシーバ、シングルレシーバの受信器の特性を除去した光位相変調信号の相対ビット間位相差を求めることができる。

本発明の請求項６の光位相変調評価装置では、サンプリング信号として電気パルスより線幅が狭い光パルスを用いるようにしたので、高い変調信号のサンプリングにも対応できる。

本発明の請求項７および請求項８の光位相変調評価装置では、光波形測定部に非線形光学素子に比べて透過損失が少ない電界吸収型光変調器を用いるようにしたので、高いサンプリング効率で、かつ、高い周波数のサンプリングで光位相変調信号の相対ビット間位相差を求めることができる。

本発明の請求項９および請求項１０の光位相変調評価装置では、光波形測定部にカーボンナノチューブ過飽和吸収素子を用いるようにしたので、電界吸収型光変調器を用いた方式では電界吸収素子の吸収率を一定に保持するために必要な直流電源が不要になり、電界吸収型光変調器を用いた方式に比べて光波形測定部の構成を簡素化できる。

本発明の請求項１１の光位相変調評価装置では、光波形測定部において、光パルスを高速ＰＤで電気パルスに変換し、高速ＰＤに近接した電界吸収型光変調器にその電気パルスを入射し光強度変換信号の透過率を制御するようにしたので、高い変調信号のサンプリングにも対応可能な光位相変調信号の相対ビット間位相差を求めることができる。

本発明の請求項１２の光位相変調評価装置では、ビット遅延干渉計における第１及び第２の光位相差φ_１、φ_２をそれぞれ０及びπ／２にして、光波形測定部のメモリから読み出される第１及び第２の波形データ間の位相差を、図５に示すようにπ／２になるようにしたので、光強度の変化率の最小部分と最大部分とが組み合わされることになって、相対ビット間位相差の測定を精度良く行うことができる。

本発明の請求項１３及び１５の光位相変調評価装置では、光位相変調信号の相対ビット間位相差から当該光位相変調信号の相対ビット間位相差のヒストグラムを求めることができる。

本発明の請求項１４及び１５の光位相変調評価装置では、光位相変調信号の相対ビット間位相差から当該光位相変調信号のコンスタレーションを求めることができる。

本発明の請求項１６及び１７の光位相変調評価装置では、光位相変調信号（被測定光）と同一波長の無変調の参照光を用いて、ビット遅延干渉計の２つのアーム間の光位相差φを校正するようにしたので、様々な被測定光波長における測定や、温度変化等によってビット遅延干渉計の２つのアーム間の光路差（光位相差φ）が変わる環境においても、相対ビット間位相差の測定を高精度に行うことができる。

以下に本発明の実施形態を記載する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態の光位相変調評価装置の構成を図１に示す。従来の光位相変調評価装置と同一要素には同一符号を付す。光位相変調評価装置の被測定光である光位相変調信号は、光搬送波がデータ信号で位相変調されることによって発生されており、光スイッチ（光ＳＷ）１に入力される。校正用光源３は、光位相変調信号と同一波長の無変調の参照光を光スイッチ１に出力する。この参照光は、ビット遅延干渉計２の２つのアーム間の光位相差φ（（８）式参照）を校正するために用いられる。光スイッチ１は、測定モード及び校正モードのいずれかを指定するモード指定信号ａによって制御され、モード指定信号ａが測定モードのときは光位相変調信号を、また校正モードのときは参照光をそれぞれビット遅延干渉計２に出力する。なお、モード指定信号ａは、操作部等（図示しない）の指令に基づいてモード指定手段１１から出力される。

まず、モード指定信号ａが測定モードを指定し、光位相変調信号が光スイッチ１を介してビット遅延干渉計２に入力される場合のそれと関連する内容について説明する。

ビット遅延干渉計２は、光導波路を用いたマッハツェンダ型干渉計で構成されており、ポート２ａから入力された光位相変調信号を分波部２ｂでアーム２ｃを通る光とアーム２ｄ（ビット遅延器２ｆ及び光位相遅延器２ｊを含んで構成される）を通る光に分波するとともに、アーム２ｃを通った光とアーム２ｄを通った光とを合波部２ｅで合波し干渉させる。それによって、光位相変調信号の位相の変化を光強度の変化に変換し、互いの位相が１８０°（π）異なる２つの光強度変換信号を２つのポート２ｇ、２ｈからそれぞれバランスドレシーバ４へ出力する。

上記光位相遅延器２ｊは、ビット遅延干渉計２の２つのアーム間に所定の光位相差φ（（８）式参照）、例えばφ＝０及びφ＝π／２を与えるように、位相制御手段１２から出力される位相制御データｃによって制御される。

ところで、位相制御手段１２は、操作部等（図示しない）から入力される光位相差指定信号ｂ（上記光位相差φを指定する）と上記モード指定信号ａとを受けて、モード指定信号ａが測定モードを指定している場合には、光位相差指定信号ｂで指定された光位相差φに対応する位相制御データｃを制御メモリ１２ａから読み出して光位相遅延器２ｊの位相を制御する。すなわち、光位相差指定信号ｂが、光位相差φ＝０を指定しているときはφ＝０に対応する位相制御データｃを、また光位相差φ＝π／２を指定しているときはφ＝π／２に対応する位相制御データｃをそれぞれ制御メモリ１２ａから読み出して光位相遅延器２ｊの光路長を制御する。また、位相制御手段１２は、モード指定信号ａが校正モードを指定している場合には、ビット遅延干渉計２における２つのアーム間の光位相差φが少なくとも上述の参照光の一周期分変化させられるような位相制御データｃを出力して、光位相遅延器２ｊの光路長を順次変化させる。そして、この位相制御データｃによって光位相遅延器２ｊの光路長を順次変化させる毎にトリガｄを出力する。なお、この位相制御データｃ及びトリガｄは、それぞれ後述する位相校正処理手段１３及びスイッチ１４に入力される。

ここで、上述のビット遅延干渉計２から出力される２つの光強度変換信号を、［発明が解決しようとする課題］の項で説明した内容と同じ条件に基づいて数式で表す。光位相差指定信号ｂが光位相差φ＝０を指定して、光位相遅延器２ｊが２つのアーム間に光位相差φ＝０を与えるように制御されている場合は、上述の（８）式（再掲）においてφ＝０となるので、ポート２ｇから出力される光強度変換信号Ｐ_１及びポート２ｈから出力される光強度変換信号Ｐ_２は、それぞれ上述の（１０）、（１１）式（再掲）となる。また、光位相差指定信号ｂが光位相差φ＝π／２を指定して、光位相遅延器２ｊが２つのアーム間に光位相差φ＝π／２を与えるように制御されている場合は、上述の（８）式においてφ＝π／２となるので、ポート２ｇから出力される光強度変換信号Ｐ_３及びポート２ｈから出力される光強度変換信号Ｐ_４は、それぞれ（１３）、（１４）式となる。

Ｐ＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋φ) （８）
Ｐ_１＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （１０）
Ｐ_２＝０．５−０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （１１）
Ｐ_３＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋π／２) （１３）
Ｐ_４＝０．５−０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋π／２) （１４）
なお、ビット遅延干渉計２のアーム２ｃ及びアーム２ｄのそれぞれの光路長は、一定に保つ必要がある。そのために、光導波路を用いて短く設計し、温度コントロールにより光路長変化が生じないようにする。また、ビット遅延器２ｆは、２つのアーム間の遅延量（遅延時間差）が上述のデータ信号の１ビット分に相当する遅延量（時間）になるように、その遅延量分アーム２ｄの光路長をアーム２ｃの光路長より長くしている。遅延量Ｔは（１５）式で与えられる。

Ｔ＝ｃ／（ｆ・ｎ） （１５）
ここで、ｃは真空中の光速、ｆはデータ信号の周波数、ｎは光導波路の屈折率である。

バランスドレシーバ４は、受光器（ＰＤ）４ａ、４ｂ及び減算器４ｃで構成されており、ビット遅延干渉計２の２つのポート２ｇ、２ｈからそれぞれ出力される２つの光強度変換信号を受光器４ａ、４ｂでそれぞれ受けて光電変換し、それらの出力を減算器４ｃで減算する。それによって、２つの光強度変換信号をバランスド受信し、その出力の電気信号波形を電気波形測定部６へ出力する。この２つの光強度変換信号、すなわちそれぞれ上述の（１０）、（１１）式で表される光強度変換信号Ｐ_１、Ｐ_２及び上述の（１３）、（１４）式で表される光強度変換信号Ｐ_３、Ｐ_４がバランスド受信されるときのそれぞれの光強度Ｐ_α及びＰ_βは、それぞれ（１６）式及び（１７）式で表され、オフセットパワーがキャンセルされるとともに光強度が２倍となる。また、それぞれのバランスド受信の出力の電気信号波形は、（１８）式で与えられる光強度Ｉ_α及び（１９）式で与えられる光強度Ｉ_βを表している。

Ｐ_α＝Ｐ_１−Ｐ_２＝ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ） （１６）
Ｐ_β＝Ｐ_３−Ｐ_４＝ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋π／２） （１７）
Ｉ_α∝ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （１８）
Ｉ_β∝ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋π／２) （１９）
電気波形測定部６は、Ａ／Ｄ変換器６ａ及び波形メモリ６ｂで構成されており、バランスドレシーバ４から入力される電気信号波形をＡ／Ｄ変換器６ａでサンプリングクロック信号ｅに同期して順次ディジタル変換し、得られたその波形データを順次波形メモリ６ｂに記憶する。サンプリングクロック信号ｅは、スイッチ１４を介してサンプリングクロック発生部１０から入力される。なお、上記バランスドレシーバ４及び電気波形測定部６は、光波形測定部１５を構成している。

信号処理手段８は、光波形測定部１５の波形メモリ６ｂから順次読み出された２の波形データ、すなわち光位相差指定信号ｂが光位相差φ＝０を指定して光位相遅延器２ｊが２つのアーム間に光位相差φ＝０を与えるように制御されているときの波形データと、光位相差指定信号ｂが光位相差φ＝π／２を指定して光位相遅延器２ｊが２つのアーム間に光位相差φ＝π／２を与えるように制御されているときの波形データとに基づいて、光位相変調信号の位相変調による相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄを求めるとともに、相対ビット間位相差ヒストグラム及びコンスタレーションを求めるもので、位相差テーブル８ａ、位相差算出手段８ｂ、位相差ヒストグラム算出手段８ｃ及びコンスタレーション算出手段８ｄによって構成されている。

すなわち、位相差テーブル８ａは、光波形測定部１５の波形メモリ６ｂから読み出される２つの波形データ（Ｉ_α、Ｉ_βに相当する）と光位相変調信号の相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄとの関係、つまり図５に示すような、上述の（１８）式と（１９）式で表される関係を、予め測定してテーブルに記憶保持している。なお、この（１８）式と（１９）式との関係で相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄを求める場合、図５から分かるように、Ｉ_α、Ｉ_βが相互にπ／２ずれているために、光強度の変化率の最小部分と最大部分とが組み合わされることになって、相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄの測定精度が良くなる。

位相差算出手段８ｂは、光波形測定部１５の波形メモリ６ｂから２つの波形データ（Ｉ_α、Ｉ_βに相当する）が読み出される毎に順次位相差テーブル８ａを参照して光位相変調信号の相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄを求める。

位相差ヒストグラム算出手段８ｃは、位相差算出手段８ｂから順次出力される複数の相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄに基づいて、光位相変調信号の図７に示すような相対ビット間位相差ヒストグラムを求める。

コンスタレーション算出手段８ｄは、位相差算出手段８ｂから順次出力される相対ビット間位相差Δφ_ｍｏｄに基づいて、光位相変調信号の図８に示すようなコンスタレーションを求める。

表示器９は、信号処理手段８から出力される光位相変調信号の相対ビット間位相差ヒストグラム及びコンスタレーションを表示する。

サンプリングクロック発生部１０は、上述のデータ信号のクロック信号に同期させて光位相変調信号を測定（評価）する場合には、上記データ信号のクロック信号又はバランスドレシーバ４から出力される電気信号波形からクロック再生した信号をサンプリングクロック信号ｅとして出力し、また、データ信号のクロック信号に非同期で光位相変調信号を測定する場合には、自身で独自に発生したクロック信号をサンプリングクロック信号ｅとして出力する。

スイッチ１４は、測定モード及び校正モードのいずれかを指定するモード指定信号ａによって制御され、モード指定信号ａが測定モードを指定しているときは、サンプリングクロック発生部１０から入力されるサンプリングクロック信号ｅをＡ／Ｄ変換器６ａに出力し、またモード指定信号ａが校正モード指定しているときは、位相制御手段１２から入力されるトリガｄをＡ／Ｄ変換器６ａに出力する。

次に、モード指定信号ａが校正モードを指定し、校正用光源３から出力された参照光（光位相変調信号と同一波長の無変調の信号）が光スイッチ１を介してビット遅延干渉計２に入力される場合のそれと関連する内容について説明する。

ビット遅延干渉計２の光位相遅延器２ｊは、上述の位相制御手段１２から校正モードのときに出力される位相制御データｃ、すなわちビット遅延干渉計２における２つのアーム間の光位相差φが少なくとも上記参照光の一周期分変化させられるような位相制御データｃによって制御される。それにより、光位相遅延器２ｊの光路長が順次変化させられるとともに光位相差φも順次変化する。その結果、ビット遅延干渉計２の合波部２ｅにおける合波光の光強度Ｐは、上述の（８）式（再掲）においてΔφ_ｍｏｄ＝０であるので、光位相遅延器２ｊの位相変化に伴って、ポート２ｇから出力される光強度変換信号Ｐ_Ｃ１及びポート２ｈから出力される光強度変換信号Ｐ_Ｃ２は、それぞれ（２０）、（２１）式となる。

Ｐ＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋φ) （８）
Ｐ_Ｃ１＝０．５＋０．５ｃｏｓφ （２０）
Ｐ_Ｃ２＝０．５−０．５ｃｏｓφ （２１）
そして、この（２０）、（２１）式で表される光強度変換信号Ｐ_Ｃ１、Ｐ_Ｃ２がバランスドレシーバ４でバランスド受信されるときの光強度Ｐ_Ｃは、（２２）式で表される。また、そのバランスド受信の出力の電気信号波形は（２３）式で与えられる光強度Ｉ_Ｃを表している。

Ｐ_Ｃ＝Ｐ_Ｃ１−Ｐ_Ｃ２＝ｃｏｓφ （２２）
Ｉ_Ｃ∝ｃｏｓφ （２３）
電気波形測定部６は、バランスドレシーバ４から入力される上記電気信号波形をＡ／Ｄ変換器６ａでトリガｄに同期して順次ディジタル変換し、得られたその波形データを順次波形メモリ６ｂに記憶する。トリガｄは、スイッチ１４を介して上述の位相制御手段１２から入力されるもので、校正モードのときに位相制御手段１２から出力される位相制御データｃによって、ビット遅延干渉計２の光位相遅延器２ｊの光路長を変化させ光信号の位相が順次変化させられる毎に入力される。

位相校正処理手段１３は、光波形測定部１５の波形メモリ６ｂから順次読み出された波形データと、位相制御手段１２から入力される光位相遅延器２ｊの光路長を変化させて光信号の位相を順次変化させるための位相制御データｃとに基づいて、ビット遅延干渉計２の２つのアーム間の光位相差φを校正するもので、最大／最小レベル検出手段１３ａ、レベル−位相算出手段１３ｂ及び位相制御データ算出手段１３ｃによって構成されている。

すなわち、最大／最小レベル検出手段１３ａは、光波形測定部１５の波形メモリ６ｂから順次読み出される波形データ（上述の（２３）式のＩ_Ｃに相当する）と、位相制御手段１２から出力される光位相遅延器２ｊの光路長を変化させて光信号の位相を順次変化させるための位相制御データｃとを受けて、図６に示すような波形データの互いに隣接する最大レベルＬ_ｍａｘ及び最小レベルＬ_ｍｉｎを検出する。

レベル−位相算出手段１３ｂは、図６に示すように、上記の最大レベルＬ_ｍａｘ及び最小レベルＬ_ｍｉｎの位相制御データｃに対応づけられる位置を、それぞれビット遅延干渉計２における２つのアーム間の光位相差φの０及びπとして、波形データ（Ｉ_Ｃに相当する）のレベルＬを（２４）式で表す。

Ｌ＝(Ｌ_ｍａｘ＋Ｌ_ｍｉｎ)／２＋{(Ｌ_ｍａｘ−Ｌ_ｍｉｎ)／２}ｃｏｓφ （２４）
位相制御データ算出手段１３ｃは、上記（２４）式から光位相差φに対するレベルＬを求め、求めたレベルＬと位相制御データｃとを対応づけることによって光位相差φと位相制御データｃとを対応づけ、対応づけた光位相差φと位相制御データｃとの関係を位相制御手段１２の制御メモリ１２ａに記憶する。すなわち、光位相差φの０、π／４、π／２、３π／４、π・・・等に対応するそれぞれの位相制御データｃを求め、求めたそれぞれの関係を制御メモリ１２ａに記憶する。

なお、上記第１実施形態の測定モードにおいては、光位相遅延器２ｊがビット遅延干渉計２の２つのアーム間の光位相差φが０及びπ／２となるように制御される場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、位相の進みと遅れが判断できる２つの異なる光位相差φ_１及びφ_２であれば何でもよい。

また、上記第１実施形態の校正モードにおいては、ビット遅延干渉計２の２つのアーム間の光位相差φを校正するために、校正用光源３から出力された参照光をビット遅延干渉計２に入力するようにしたが、これに限定されるわけではなく、被測定光としての光位相変調信号を無変調状態にしてもよい。その場合、光スイッチ１及び校正用光源３は不要となる。

また、上記第１実施形態では、ビット遅延干渉計２として、マッハツェンダ型干渉計を用いたが、これに限定されるわけではなく、マイケルソン型干渉計を用いるようにしてもよい。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態の光位相変調評価装置の構成を図２に示す。図１に示した第１実施形態では、ビット遅延干渉計２から出力される２つの光強度変換信号をバランスドレシーバ４で受けるようにしたが、第２実施形態では、ビット遅延干渉計２から出力される２つの光強度変換信号の内のいずれか一方をシングルレシーバ５で受けるようにしている。したがって、主に、モード指定信号ａが測定モードを指定しているときのシングルレシーバ５の動作について説明する。

シングルレシーバ５は、受光器（ＰＤ）５ａ及びオフセット回路５ｂで構成されており、ビット遅延干渉計２のポート２ｇから出力される光強度変換信号を受光器５ａで受けて光電変換し、その出力に含まれているオフセットパワーをオフセット回路５ｂでキャンセルして、その出力の電気信号波形を電気波形測定部６へ出力する。ビット遅延干渉計２のポート２ｇから出力される上述の光強度変換信号Ｐ_１、Ｐ_３と、これらの電気信号波形で表される光強度Ｉ_α、Ｉ_βとの関係は、上述の（１０）、（１３）式（再掲）と、上述の（１２）式（再掲）及び（２５）式となる。

Ｐ_１＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （１０）
Ｐ_３＝０．５＋０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋π／２) （１３）
Ｉ_α∝０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （１２）
Ｉ_β∝０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋π／２) （２５）
なお、ビット遅延干渉計２のポート２ｇから出力される光強度変換信号の代わりに、ポート２ｈから出力される光強度変換信号を用いるようにしてもよい。その場合、ポート２ｈから出力される上述の光強度変換信号Ｐ_２、Ｐ_４と、これらの電気信号波形で表される光強度Ｉ_α、Ｉ_βとの関係は、上述の（１１）、（１４）式（再掲）と、（２６）、（２７）式となる。

Ｐ_２＝０．５−０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （１１）
Ｐ_４＝０．５−０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋π／２) （１４）
Ｉ_α∝−０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ) （２６）
Ｉ_β∝−０．５ｃｏｓ(Δφ_ｍｏｄ＋π／２) （２７）
したがって、このようなシングルレシーバ５を用いる場合、信号処理手段８の位相差テーブル８ａは、上記の（１２）式で表されるＩ_αと（２５）式で表されるＩ_βとの関係、又は上記の（２６）式で表されるＩ_αと（２７）式で表されるＩ_βとの関係を予め測定してテーブルに記憶保持している。なお、上記シングルレシーバ５及び電気波形測定部６は、光波形測定部１５を構成している。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態の光位相変調評価装置の構成を図３に示す。図１に示した第１実施形態では、ビット遅延干渉計２から出力される２つの光強度変換信号を光波形測定部１５のバランスドレシーバ４で受けるようにしたが、第３実施形態では、ビット遅延干渉計２から出力される２つの光強度変換信号の内のいずれか一方を光波形測定部７で受けるようにしている。したがって、主に、モード指定信号ａが測定モードを指定しているときの光波形測定部７の動作について説明する。

光波形測定部７は、非線形光学結晶７ａ、受光器７ｂ、Ａ／Ｄ変換器７ｃ、波形メモリ７ｄ、光パルス発生器７ｅ及び偏光方向制御器７ｆ、７ｇで構成されている。

サンプリングクロック発生部１０は、スイッチ１４を介して光波形測定部にサンプリングクロック信号ｅを供給し、光パルス発生器７ｅはサンプリングクロック信号ｅと等しい繰返し周期のサンプリング光パルス列ｆ（角周波数ω_ＳＡＭ）を発生する。

サンプリング光パルス列ｆ（角周波数ω_ＳＡＭ）とビット遅延干渉計２のポート２ｇから入力される光強度変換信号（角周波数ω_ＤＡＴＡ）は、非線形光学結晶７ａへ入射され、２次の非線形光学効果により和の角周波数ω_ＳＡＭ＋ω_ＤＡＴＡ（Sum Frequency Generation）の光パルス信号が発生する。

偏光方向制御器７ｆ、７ｇは、非線形光学結晶７ａで位相整合を起こして和周波光ω_ＳＡＭ＋ω_ＤＡＴＡを発生させるために、それぞれポート２ｇから入力される光強度変換信号ω_ＤＡＴＡと光パルス発生器７ｅから発生するサンプリング光ω_ＳＡＭの偏光方向を非線形光学結晶７ａに対して最適な方向に制御する。例えば、非線形光学結晶７ａが「タイプ１」の結晶材料であれば光強度変換信号ω_ＤＡＴＡとサンプリング光ω_ＳＡＭの偏光方向が一致するように制御し、「タイプ２」の結晶材料であれば光強度変換信号ω_ＤＡＴＡとサンプリング光ω_ＳＡＭの偏光方向が直交するように制御する。

非線形光学結晶７ａから発生した光パルス信号ω_ＳＡＭ＋ω_ＤＡＴＡを受光器７ｂで光電変換して電気のパルス信号を出力する。そして、その電気のパルス信号のピーク値で形成される電気信号波形をＡ／Ｄ変換器７ｃでサンプリングクロック信号ｅに同期して順次ディジタル変換し、得られたその波形データを順次波形メモリ７ｄに記憶する。その結果、信号処理手段８又は位相校正処理手段１３に入力される波形データは、波形メモリ７ｄから順次読み出される。

なお、ビット遅延干渉計２のポート２ｇから出力される上述の光強度変換信号Ｐ_１と、これらの電気信号波形で表される光強度Ｉ_αとの関係、またビット遅延干渉計２のポート２ｈから出力される上述の光強度変換信号Ｐ_２と、これらの電気信号波形で表される光強度Ｉ_αとの関係は、それぞれ、上述の第２実施形態のシングルレシーバ５で構成する場合と同一である。
［第４の実施形態］
本発明の第４実施形態の光位相変調評価装置の構成を図１０に示す。第1実施形態とは光波形測定部１５、２５の構成のみが相違し、光波形測定部以外の構成部分と光位相変調評価装置を校正する方法は第1実施形態と同じであるので説明を省略する。

第４実施形態は、電界吸収型光変調器の電界吸収特性を応用して光強度変換信号Ｐｘのサンプリングを行う。

電界吸収型光変調器２５ａは、光を入出射するための２つの光ポート２５ａ_１、２５ａ_２および両光ポート間の光路に電界を与える電源端子２５ａ_３を有しており、与えられた電界の大きさに応じて入射光の吸収率を変化させる電界吸収特性を有している。

ビット遅延干渉計２から出力された光強度変換信号Ｐｘを光ポート２５ａ_１に入力した状態で、電源端子２５ａ_３にサンプリングクロック発生部１０のサンプリングクロック信号ｅを与えると、電界吸収特性により、電源端子２５ａ_３にパルスが加えられている間にのみ光強度変換信号Ｐｘに対する吸収率が低下し（透過率が大きくなり）、サンプリングされた光パルス信号Ｐｙとして光ポート２５ａ_２から出力される。光パルス信号Ｐｙは、受光器２５ｂで電気のパルス信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器２５ｃでサンプリングクロック信号ｅに同期して順次ディジタル信号に変換されたあと、波形データとして波形メモリ２５ｄに記憶される。
［第５の実施形態］
本発明の第５実施形態のジッタ測定装置の構成を図１１及び図１２に示す。第1実施形態とは光波形測定部１５、３０の構成のみが相違し、光波形測定部以外の構成部分と光位相変調評価装置を校正する方法は第1実施形態と同じであるので説明を省略する。

第５実施形態は、光強度変換信号ＰｘをＯＮ／ＯＦＦ動作によりサンプリングを行い、サンプリングクロック信号ｅに同期した光パルス信号Ｐｙを得る点で第４実施形態と同じであるが、サンプリングクロック信号ｅを光パルス発生器３０ｅで変換した光パルスＰｓを光ゲート手段３０ａに与え、光パルスでサンプリングを行う点で第４実施形態と異なる。したがって、電気パルスｅに比べて狭い線幅の光パルスでサンプリングを行うことができるので、数１０Ｇという高い変調信号のサンプリングにも対応できる。

図１２に、本実施形態の光ゲート手段３０ａの構成を示す。図１２の実施形態は、電界吸収型光変調器３１ａの過飽和吸収特性を応用して光強度変換信号Ｐｘのサンプリングを行う。

光ゲート手段３０ａは電界吸収型光変調器３１ａ、光サーキュレータ３１ｂおよび直流電源３１ｅから構成される。電界吸収型光変調器３１ａは、光を入出射するための２つの光ポート３１ａ_１、３１ａ_２および両光ポート間の光路に電界を与える電源端子３１ａ_３を有しており、光ポート３１ａ_１に入力した光強度変換信号Ｐｘが高い吸収率を示すような直流電圧を直流電源３１ｅから電源端子３１ａ_３に与えた状態で、光サーキュレータ３１ｂのポート３１ｂ_１、３１ｂ_２を介した光パルスＰｓを光ポート３１ａ_２に入力すると、電界吸収型変調器３１ａの過飽和吸収特性により、光パルスＰｓが入力されている間にのみ光強度変換信号Ｐｘに対する吸収率が低下し（透過率が大きくなり）、サンプリングされた光パルス信号Ｐｙが光ポート３１ａ_２から出力される。光パルス信号Ｐｙは光サーキュレータ３１ｂの光ポート３１ｂ_１、３１ｂ_２を介して受光器３０ｂに入力される。
［第６の実施形態］
本発明の第６実施形態の光ゲート手段３０ａの構成を図１３に示す。第５実施形態とはゲート手段３０ａの構成のみが相違し、ゲート手段３０ａ以外の構成とジッタ測定装置を校正する方法は第５実施形態と同じであるので説明を省略する。

第６実施形態は、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）の過飽和吸収特性を応用して光強度変換信号Ｐｘのサンプリングを行う。カーボンナノチューブの過飽和吸収特性を示す波長はその直径により定まり、被サンプリング光の周波数範囲に合わせて用意される（参考文献として、特開２００３−１２１８９２）。

図１３において、光ゲート手段３０ａは、ＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａ、光サーキュレーター３２ｂから構成される。ＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａは、光を入出射するための２つの光ポート３２ａ_１、３２ａ_２および２つの光ポート間の光路上に配置されたカーボンナノチューブを有している。ビット遅延干渉計２からの光強度変換信号Ｐｘを光ポート３２ａ_１に入力した状態で、光ポート３２ａ_１に光サーキュレータ３２ｂのポート３２ｂ_１、３２ｂ_２を介した光パルスＰｓを光ポート３２ａ_２に入力すると、ＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａの過飽和吸収特性により、光パルスＰｓが入力されている間にのみ光強度変換信号Ｐｘに対する吸収率が低下し（透過率が大きくなり）、サンプリングされた光パルス信号Ｐｙが光ポート３２ａ_２から出力される。

なお、図１３では、光パルス信号Ｐｙと光パルスＰｓを入出射する手段として方向性のある光サーキュレータを用いて信号の流れを説明したが、これに限定されず、方向性のない２×２型光カプラ等、光信号を合分波可能であれば他の手段を用いることができる。

第６実施形態のＣＮＴ過飽和吸収素子は、光パルスＰｓでサンプリングを行う点で第５実施形態の電界吸収型光変調器３１ａと同じであるが、高い吸収率を与えるための直流電源３１ｅが不要で光ゲート手段の構成が簡素化できるという利点を有する。

図１４にＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａの内部構造の一例を示す。２つの光ポート３２ａ_１、３２ａ_２は、それぞれコリメートレンズ３２ａ_４、３２ａ_５とコリメート系を形成し、空間光であるコリメート光の光路上にカーボンナノチューブを片面に積層したガラス板３２ａ_５が配置されている。

光ポート３２ａ_１から出射された光強度変換信号Ｐｘは、ガラス板３２ａ_５の表面のカーボンナノチューブに投射され、裏面から投射された光パルスＰｓによって透過率が制御されて光パルス信号Ｐｙとして光ポート３２ａ_２から出射される。

ＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａとしては、図１４に示した構造に限定されるものでなく、カーボンナノチューブを分散混合させたポリマー溶液を用いるタイプやコアにカーボンナノチューブを含有させた光ファイバなどを使用することができる。

また、光パルスＰｓをＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａの後段から入射する代わりに、図１５に示すように前段から入射してサンプリングを行うことも可能である。

図１３の光ゲート手段ではＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａの後段に光サーキュレータを配置したが、図１５の構成では、ＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａの前段に配置した光カプラ３２ｃで光強度変換信号Ｐｘと光パルスＰｓを合波し、ＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａに入射する。ＣＮＴ過飽和吸収素子３２ａを透過した光パルス信号Ｐｙと光パルスＰｓのうち、ジッタ解析に不要な光パルスＰｓをフィルタ３２ｄで除去する。
［第７の実施形態］
本発明の第７実施形態の光ゲート手段３０ａの構成を図１６に示す。第５実施形態とはゲート手段３０ａの構成のみが相違し、ゲート手段３０ａ以外の構成とジッタ測定装置を校正する方法は第５実施形態と同じであるので説明を省略する。

第７実施形態は、電界吸収型光変調器３３ａの電界吸収特性を応用してサンプリングを行う。光パルスＰｓを高速ＰＤ３３ｂで電気パルスｈに変換し、その電気パルスｈで電界吸収型光変調器３３ａに入射された光強度変換信号Ｐｘの透過率を制御する。光強度変換信号Ｐｘの透過率を電界吸収特性によって制御する点では、第４実施形態と同じであるが、高速ＰＤ３３ｂは電界吸収型光変調器３３ａに近接して配置することで（例えば、同一基板上に集積して形成されている）、光パルスＰｓの狭い線幅に極力近い線幅を有する電気パルスｈでサンプリングを行うことができるので、数１０Ｇという高い変調信号のサンプリングにも対応できる。

本発明の第１実施形態の構成を示す図 本発明の第２実施形態の構成を示す図 本発明の第３実施形態の構成を示す図 光強度と相対ビット間位相差の関係を示す図 光強度と相対ビット間位相差の関係を示す図 光位相差の校正方法を説明するための図 相対ビット間位相差ヒストグラムを示す図 コンスタレーションを示す図 従来例の概略構成を示す図 本発明の第４実施形態の構成を示す図 本発明の第５実施形態の構成を示す図 本発明の第５実施形態における光ゲート手段の構成を示す図 本発明の第６実施形態における光ゲート手段の構成を示す図 本発明の第６実施形態におけるＣＮＴ過飽和吸収素子の構成を示す図 本発明の第６実施形態における光ゲート手段の他の構成を示す図 本発明の第７実施形態における光ゲート手段の構成を示す図

符号の説明

１・・・光スイッチ（光ＳＷ）、２・・・ビット遅延干渉計、２ａ，２ｇ，２ｈ・・・ポート、２ｂ・・・分波部、２ｃ，２ｄ・・・アーム、２ｅ・・・合波部、２ｆ・・・ビット遅延器、２ｊ・・・光位相遅延器、３・・・校正用光源、４・・・バランスドレシーバ、４ａ，４ｂ，５ａ，７ｂ，２０, ２５ｂ，３０ｂ・・・受光器（ＰＤ）、４ｃ・・・減算器、５・・・シングルレシーバ、５ｂ・・・オフセット回路、６・・・電気波形測定部、６ａ，７ｃ、２５ｃ，３０ｃ・・・Ａ／Ｄ変換器、６ｂ，７ｄ, ２５ｄ，３０ｄ・・・メモリ、７, ２５，３０・・・光波形測定部、７ａ・・・非線形光学結晶、７ｅ，３０ｅ・・・光パルス発生器、７ｆ、７ｇ・・・偏光方向制御器、８・・・信号処理手段、８ａ・・・位相差テーブル、８ｂ・・・位相差算出手段、８ｃ・・・位相差ヒストグラム算出手段、８ｄ・・・コンスタレーション算出手段、９・・・表示器、１０・・・サンプリングクロック発生部、１１・・・モード指定手段、１２・・・位相制御手段、１３・・・位相校正処理手段、１３ａ・・・最大／最小レベル検出手段、１３ｂ・・・レベル−位相算出手段、１３ｃ・・・位相制御データ算出手段、１４・・・スイッチ、１５・・・光波形測定部、２１・・・信号処理部、３０ａ・・・光ゲート手段、２０ａ，３１ａ、３３ａ・・・電界吸収型光変調器、３１ｂ，３２ｂ、３２ｃ・・・光カプラ、３２ａ・・・ＣＮＴ過飽和吸収素子、３１ｅ・・・直流電源、Ｐｓ・・・光パルス、Ｐｘ・・・光強度変換信号
。

Claims (18)

1. ２つのアームのいずれか一方にビット遅延器（２ｆ）と該２つのアーム間に所定の光位相差φを与えるように制御される光位相遅延器（２ｊ）とを含んで構成され、入力光として光搬送波がデータ信号で位相変調されてなる光位相変調信号（Ｐ）を受けてそれぞれの前記アームを通る２つの光に分波するとともにそれぞれの該アーム（Ｐｘ）を通った２つの光を合波して干渉させ２つの光強度変換信号を出力するビット遅延干渉計（２）と、
   該ビット遅延干渉計から出力される２つの前記光強度変換信号の少なくともいずれか一方を電気信号に変換し、得られた電気信号波形をディジタル変換してその波形データを記憶する光波形測定部（７、１５、２５、３０）と、
   前記所定の光位相差φが、少なくとも２つの異なる第１の光位相差φ_１及び第２の光位相差φ_２となるように、予め制御メモリ（１２ａ）に記憶されている、前記所定の光位相差φに対応して前記光位相遅延器の光路長を制御するための位相制御データを読み出して該光位相遅延器の光路長を任意に制御する位相制御手段（１２）と、
   前記所定の光位相差φが前記第１の光位相差φ_１のときの第１の波形データと前記第２の光位相差φ_２のときの第２の波形データとに基づいて、前記光位相変調信号の相対ビット間位相差を求める信号処理手段（８）とを備えたことを特徴とする光位相変調評価装置。
2. 前記光波形測定部は、
   前記ビット遅延干渉計から出力される２つの前記光強度変換信号のそれぞれを２つの受光器（４ａ、４ｂ）で受けて電気信号に変換し、得られたそれぞれの出力を減算して電気信号波形を出力するバランスドレシーバ（４）と、
   該バランスドレシーバから出力される前記電気信号波形をディジタル変換し、得られたその波形データを記憶する電気波形測定部（６）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光位相変調評価装置。
3. 前記光波形測定部は、
   前記ビット遅延干渉計から出力される２つの前記光強度変換信号のいずれか一方を受光器（５ａ）で受けて電気信号に変換し、電気信号波形を出力するシングルレシーバ（５）と、
   該シングルレシーバから出力される前記電気信号波形をディジタル変換し、得られた波形データを記憶する電気波形測定部（６）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光位相変調評価装置。
4. 前記光波形測定部は、
   光パルス信号を出力する光パルス発生器（７ｅ）と、
   前記２つの光強度変換信号のいずれか一方と前記光パルス信号とを合成し、その強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学結晶（７ａ）と、
   前記和周波光を電気信号に変換して電気のパルス信号を出力する受光器（７ｂ）と、
   前記パルス信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（７ｃ）と、
   該ディジタル信号を記憶する波形メモリ（７ｄ）とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光位相変調評価装置。
5. 前記光波形測定部は、
   前記光強度変換信号と電気のサンプリングクロック信号（ｅ、ｄ）とを受け、該サンプリングクロック信号に応じて前記光強度変換信号（Ｐｘ）の透過率を電界吸収効果により変化させる電界吸収型光変調器（２５ａ）と、
   前記電界吸収型光変調器を透過した出射光（Ｐｙ）を電気信号に変換する受光器（２５ｂ）と、
   該電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（２５ｃ）と、
   該ディジタル信号を記憶する波形メモリ（２５ｄ）とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光位相変調評価装置。
6. 前記光波形測定部は、
   サンプリング用光パルス（Ｐｓ）を出力する光パルス発生器（３０ｅ）と、
   前記光強度変換信号と前記サンプリング用光パルスとを受け、前記光強度変換信号の透過率を前記サンプリング用光パルスの入射に応じて制御する光ゲート手段（３０ａ）と、
   前記光ゲート手段からの出射光（Ｐｙ）を電気信号に変換する受光器（３０ｂ）と、
   該電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（３０ｃ）と、
   該ディジタル信号を記憶する波形メモリ（３０ｄ）とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光位相変調評価装置。
7. 前記光ゲート手段は、
   前記サンプリング用光パルスの入射に応じて、前記光強度変換信号の透過率を過飽和吸収特性により変化させる電界吸収型光変調器（３１ａ）を含んで構成されることを特徴とする請求項６に記載の光位相変調評価装置。
8. 前記光ゲート手段は、
   前記光強度変換信号を受ける第1光ポート（３１ａ_１）と前記サンプリング用光パルスを受ける第２光ポート（３１ａ_２）とを有し、前記サンプリング用光パルスの入射に応じて、前記光強度変換信号の透過率を過飽和吸収特性により変化させる電界吸収型光変調器（３１ａ）と、
   前記光パルス発生器から受けたサンプリング用光パルスを前記電界吸収型光変調器の第２光ポートに入射するとともに、前記第２光ポートから出射された光を前記サンプリング用光パルスを受けた光路（３１ｂ_１）とは異なる光路（３１ｂ_３）へ出射する光カプラ（３１ｂ）とを含んで構成されることを特徴とする請求項６に記載の光位相変調評価装置。
9. 前記光ゲート手段は、
   前記サンプリング用光パルスの入射に応じて、前記光強度変換信号に対する透過率をカーボンナノチューブの過飽和吸収特性により変化させるカーボンナノチューブ過飽和吸収素子（３２ａ）を含んで構成されることを特徴とする請求項６に記載の光位相変調評価装置。
10. 前記光ゲート手段は、
    前記光強度変換信号を受ける第1光ポート（３２ａ_１）と前記サンプリング用光パルスを受ける第２光ポート（３２ａ_２）と該第1光ポートと該第２光ポートを結ぶ光路上に配置されたカーボンナノチューブとを有し、前記サンプリング用光パルスの入射に応じて、前記光強度変換信号に対する透過率をカーボンナノチューブの過飽和吸収特性により変化させるカーボンナノチューブ過飽和吸収素子（３２ａ）と、
    前記光パルス発生器から受けたサンプリング用光パルスを前記カーボンナノチューブ過飽和吸収素子の第２光ポートに入射するとともに、前記第２光ポートから出射された光を前記サンプリング用光パルスを受けた光路（３２ｂ_１）とは異なる光路（３２ｂ_３）へ出射する光カプラ（３２ｂ）とを含んで構成されることを特徴とする請求項６に記載の光位相変調評価装置。
11. 前記光ゲート手段は、
    前記サンプリング用光パルスを電気パルスに変換する受光器（３３ｂ）と、
    該受光器に近接して配置され、該電気パルスに応じて前記光強度変換信号の透過率を電界吸収効果により変化させる電界吸収型光変調器（３３ａ）とを含んで構成されることを特徴とする請求項６に記載の光位相変調評価装置。
    
12. 前記第１の光位相差φ_１が０であり、かつ、第２の光位相差φ_２がπ／２であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光位相変調評価装置。
13. 前記信号処理手段は、前記第１及び第２の波形データに基づいて求めた前記光位相変調信号の相対ビット間位相差から当該光位相変調信号の相対ビット間位相差ヒストグラムを算出することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光位相変調評価装置。
14. 前記信号処理手段は、前記第１及び第２の波形データに基づいて求めた前記光位相変調信号の相対ビット間位相差から当該光位相変調信号のコンスタレーションを算出することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の光位相変調評価装置。
15. 前記信号処理手段が、
    前記第１及び第２の波形データと前記光位相変調信号の前記相対ビット間位相差との関係を記憶保持する位相差テーブル（８ａ）と、
    前記光波形測定部の前記波形メモリから前記第１及び第２の波形データが読み出される毎に順次前記位相差テーブルを参照し、前記光位相変調信号の相対ビット間位相差を求める位相差算出手段（８ｂ）と、
    該位相差算出手段から順次出力される複数の前記相対ビット間位相差に基づいて、前記光位相変調信号の相対ビット間位相差ヒストグラムを求める位相差ヒストグラム算出手段（８ｃ）と、
    前記位相差算出手段から順次出力される前記相対ビット間位相差に基づいて、前記光位相変調信号のコンスタレーションを求めるコンスタレーション算出手段（８ｄ）とを備えたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の光位相変調評価装置。
16. 測定モード及び校正モードのいずれかを指定するモード指定信号を出力するモード指定手段（１１）と、
    前記光位相変調信号と同一波長の無変調の参照光を出力する校正用光源（３）と、
    前記光位相変調信号、前記参照光及び前記モード指定信号を受け、該モード指定信号が測定モードを指定している場合には、前記光位相変調信号を前記ビット遅延干渉計に入力し、また前記モード指定信号が校正モードを指定している場合には、前記参照光を前記ビット遅延干渉計に入力する光スイッチ（１）とを備え、
    前記位相制御手段は、該モード指定信号が測定モードを指定している場合には、前記光位相遅延器の光路長を制御し、また前記モード指定信号が校正モードを指定している場合には、前記光位相遅延器の光路長を一周期分変化させ、さらに、
    前記モード指定信号が校正モードを指定している場合に、前記光波形測定部から順次読み出される波形データを受けて、前記波形データの互いに隣接する最大レベルＬ_ｍａｘ及び最小レベルＬ_ｍｉｎを検出し、検出した該最大レベルＬ_ｍａｘ及び該最小レベルＬ_ｍｉｎに基づいて、前記位相制御データと前記波形データのレベルＬとの関係を表す所定の関数を求め、求めた該所定の関数に基づいて、前記位相制御データと前記光位相遅延器の位相との関係を算出し前記制御メモリに記憶する位相校正処理手段（１３）を備えたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の光位相変調評価装置。
17. 前記位相校正処理手段における前記所定の関数は、下記の式で表されることを特徴とする請求項１６に記載の光位相変調評価装置。
    Ｌ＝(Ｌ_ｍａｘ＋Ｌ_ｍｉｎ)／２＋{(Ｌ_ｍａｘ−Ｌ_ｍｉｎ)／２}ｃｏｓφ
18. 請求項１〜１５の光位相変調評価装置を校正する方法であって、
    無変調の参照光を入力した状態で、前記光位相遅延器（２ｊ）の遅延量を変化させ、前記電気波形測定部から読み出される波形データを取得する段階と、
    前記光位相遅延器の遅延量と前記波形データのレベルから前記光位相遅延器の遅延量と前記ビット遅延干渉計（２）の２つのアームの位相差との関係を表す所定の関数を算出する段階と、
    該算出した関数に基づいて前記光位相遅延器を校正する段階とを備えたことを特徴とする光位相変調評価装置の校正方法。

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