JP4489790B2 - 光位相変調評価装置及びその校正方法 - Google Patents
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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Ea、Eb並びに光強度Pa、Pbをそれぞれ(2)〜(5)式で表わす。
Eb=Ab・exp{j(ωt+φb)} (3)
Pa=│Ea・Ea *│ (4)
Pb=│Eb・Eb *│ (5)
ここで、φaはアーム2cにおける光位相差、φbはアーム2dにおける光位相差である。また、Ea *はEaの共役複素数、Eb *はEb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Δφmodを省いている。
=Aa 2+Ab 2+2・Aa・Ab・cos(φa−φb) (6)
そして、電界強度をAa=Ab=1/2とし、上述の相対ビット間位相差Δφmod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(φa−φb)をφで表すと(7)式は(8)式となる。
P=0.5+0.5cos(Δφmod+φ) (8)
さらに、アーム2cにおける光位相差φaとアーム2dにおける光位相差φbが等しい(φa=φb)、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。
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P1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P2が出力される。
P2=0.5−0.5cos(Δφmod) (11)
その結果、(10)式で表される光強度変換信号P1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Iαを表す電気信号となって信号処理部21に出力される。
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Δφmodと光強度Iαの関係を予め求めておくことによって、光強度Iαから相対ビット間位相差Δφmod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Iαに対して2つの相対ビット間位相差Δφmod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Δφmodの測定はできない。
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φ1及び第2の光位相差φ2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φ1のときの第1の波形データと前記第2の光位相差φ2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。
[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。
P1=0.5+0.5cos(Δφmod) (10)
P2=0.5−0.5cos(Δφmod) (11)
P3=0.5+0.5cos(Δφmod+π/2) (13)
P4=0.5−0.5cos(Δφmod+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。
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。
Pβ=P3−P4=cos(Δφmod+π/2) (17)
Iα∝cos(Δφmod) (18)
Iβ∝cos(Δφmod+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。
PC1=0.5+0.5cosφ (20)
PC2=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PC1、PC2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PC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ICを表している。
IC∝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。
[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。
P3=0.5+0.5cos(Δφmod+π/2) (13)
Iα∝0.5cos(Δφmod) (12)
Iβ∝0.5cos(Δφmod+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P2、P4と、これらの電気信号波形で表される光強度Iα、Iβとの関係は、上述の(11)、(14)式(再掲)と、(26)、(27)式となる。
P4=0.5−0.5cos(Δφmod+π/2) (14)
Iα∝−0.5cos(Δφmod) (26)
Iβ∝−0.5cos(Δφmod+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Iαと(25)式で表されるIβとの関係、又は上記の(26)式で表されるIαと(27)式で表されるIβ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。
[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。
。
Claims (18)
- 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φ1及び第2の光位相差φ2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φ1のときの第1の波形データと前記第2の光位相差φ2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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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(31a1)と前記サンプリング用光パルスを受ける第2光ポート(31a2)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(31b1)とは異なる光路(31b3)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。 - 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。 - 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(32a1)と前記サンプリング用光パルスを受ける第2光ポート(32a2)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(32b1)とは異なる光路(32b3)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。 - 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。
- 前記第1の光位相差φ1が0であり、かつ、第2の光位相差φ2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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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Lmax及び最小レベルLminを検出し、検出した該最大レベルLmax及び該最小レベルLmin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。 - 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=(Lmax+Lmin)/2+{(Lmax−Lmin)/2}cosφ - 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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