JP4552977B2 - 光信号品質モニタ装置 - Google Patents

Description

本発明は光信号品質モニタ装置に関し、例えば、光伝送システムにおける光信号の信号対雑音比や偏波モード分散などをモニタする場合に適用し得るものである。

伝送されてきた信号の品質や劣化の要因を推定するためには、信号の波形をモニタする必要がある。

光信号の波形は、サンプリングオシロスコープなどの手段を用いてモニタすることができるが、一般に、サンプリングオシロスコープは複雑で高価な装置である。そのため、サンプリングオシロスコープを用いずに、光信号の品質をモニタする方法も提案されている。

特許文献１の記載技術は、所定のビットレートを有する測定対象の光信号に対して非同期のタイミングクロックを用いてサンプリングを行い、その結果のヒストグラムに基づいて、信号対雑音比係数Ｑを捉えるものである。この方法では、短時間で信号波形の情報を取得することができ、比較的簡易に構成することができる。

また、非特許文献１の記載技術では、光信号から生成され、強い強度を持つ周波数成分を検出し、その周波数成分に基づいて、偏波モード分散（ＰＭＤ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍｏｄｅ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）や波長分散を検出することができる。
特開２００５−１５１５９７号公報 Ｕ．Ｋ．Ｌｉｚｅ ｅｔ ａｌ．，"Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ＰＭＤ ｆｏｒ ＯＯＫ ａｎｄ ＤＰＳＫ ｕｓｉｎｇ ｐａｒｔｉａｌ−ｂｉｔ−ｄｅｌａｙ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｃｌｏｃｋ ｔｏｎｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ" ｉｎ Ｐｒｏｃ． ３１ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｏｐｔ． Ｃｏｍｍｕｎ． （ＥＣＯＣ２００３）． Ｍｏ４． ４．７．２００６特開２００５−３２７１０４号公報

しかしながら、特許文献１記載の光波形の観測技術は、測定対象の光信号のビットレートが高くなればなるほど、サンプリングする点が少なくなり、測定の難易度が増すという課題がある。

また、非特許文献１記載の測定法も、光信号のビットレートに相当する周波数成分を検出する方式のため、高いビットレートになると測定が難しくなるという課題がある。

例えば、近年、ビットレートが１６０ＧｂｐｓのＲＺ光信号を送受信する光伝送システムが研究開発されているが、このようなビットレートの光信号に対し、特許文献１や非特許文献１の記載技術は、十分とは言い難い。

そのため、高いビットレートの光信号の品質を適切に捉えることができる光信号品質モニタ装置が望まれている。

本発明の光信号品質モニタ装置は、（１）入力光信号を２分岐する分岐手段と、（２）ＥＡ変調器及びバンドパスフィルタを有し、一方の分岐光信号に対し、上記ＥＡ変調器で、上記入力光信号の周波数の１／Ｎ（Ｎは自然数）の周波数にオフセットを付与した信号でＥＡ変調した後、上記バンドパスフィルタを通過させて上記オフセットのＮ倍の周波数を有する低周波数信号を得る低周波変換手段と、（３）得られた低周波数信号を所定帯域に制限すると共に電気信号に変換する低周波光電変換手段と、（４）上記分岐手段から出力された分岐光信号を電気信号に変換した後、低域成分を濾波し、又は、上記分岐手段から出力された分岐光信号の低域成分を濾波した後、電気信号に変換する基準信号生成手段と、（５）電気信号に変換された他方の分岐光信号の低域成分を基準にして、電気信号に変換された低周波数信号の強度比を得る強度比算出手段と、（６）得られた強度比を予め登録されている特性と共に表示出力させる、若しくは、得られた強度比を予め登録されている特性と照合して上記入力光信号の品質パラメータを得る品質モニタ手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、高いビットレートの光信号でも、その品質を適切に捉えることができるようになる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による光信号品質モニタ装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態に係る光信号品質モニタ装置の構成を示すブロック図である。

図１において、第１の実施形態の光信号品質モニタ装置１００は、光信号系の構成要素と、電気信号系の構成要素とを有し、品質モニタ部１５０を有する。

光信号系の構成要素としては、光スプリッタ１０１、ＡＳＥ（自然放出光）ジェネレータ１０２、２つのＥＡ変調器１０３及び１０４、４つのフォトダイオード（ＰＤ）１０５、１０６、１１６及び１１７、２つの光分岐回路１１４及び１１５が該当する。電気信号系の構成要素としては、Δｆ／４の局部発振器１０７、２つのドライバ１０８及び１０９、２つのバイアスティー１１０及び１１１、バイアス駆動電圧源１２２、２つのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１２及び１１３、２つの低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１８及び１１９、２つの除算回路１２０及び１２１、２つの強度検出器１２３及び１２４が該当する。

光スプリッタ１０１は、入力された光信号を２分岐するものである。例えば、光伝送システムにおける受信された光信号又は送信しようとする光信号が分岐され、光スプリッタ１０１への入力光信号となる。入力光信号は、例えば、ビットレート１６０ＧｂｐｓのＲＺ光信号である。

第１の実施形態の光信号品質モニタ装置１００は、光スプリッタ１０１によって２分岐された分岐光信号を処理する２系統（以下、場合によっては、第１系統又は第１、第２系統又は第２と呼ぶ）を有している。２系統は、ほぼ同様な構成を有するが、第２系統だけ、ＡＳＥジェネレータ１０２を備える点が異なっている。

各系統の光分岐回路１１４、１１５はそれぞれ、自系統に入力された、光スプリッタ１０１からの分岐光信号をさらに２分岐するものである。なお、光スプリッタ１０１による２分岐では、例えば、等分（１：１）に２分岐するが、光分岐回路１１４、１１５による分岐は、光分岐回路１１４及び１１５による分岐比が同じであれば、分岐比が１：１でなくても良い。光分岐回路１１４、１１５としては、例えば、方向性結合器を適用することができる。

ＡＳＥジェネレータ１０２は、広スペクトル光生成部（雑音光生成部）として設けられたものであり、広スペクトル光（雑音光）としてＡＳＥ（自然放出光）を生成（出力）するものである。生成されたＡＳＥは、第２の光分岐回路１１５から出力された分岐光信号に重畳され、第２のＥＡ変調器１０４に与えられるようになされている。ＡＳＥジェネレータ１０２は、例えば、エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦＡ）を利用して構成される。

２系統に共通な局部発振器１０７は、４０ＧＨｚ−Δｆ／４Ｈｚの信号を発振するものであり、発振信号を変調器ドライバ１０８及び１０９に与えるものである。各系統の変調器ドライバ１０８、１０９はそれぞれ、局部発振信号を増幅するものである。２系統に共通なバイアス駆動電圧源１２２は、各系統のバイアスティー１１０、１１１に対し、バイアス駆動電圧を供給するものである。各系統のバイアスティー１１０、１１１はそれぞれ、対応する変調器ドライバ１０８、１０９によって増幅された局部発振信号に、負電圧を付与し、対応するＥＡ変調器１０３、１０４の制御端子に入力するものである。

各系統のＥＡ変調器１０３、１０４はそれぞれ、対応する光分岐回路１１４、１１５から入力され光信号と、バイアス入力端子に印加された信号とのビート成分Δｆ（例えば１ＧＨｚ）を有する光信号（ビート信号）を得て、対応するフォトダイオード１０５、１０６に与えるものである。

各系統のフォトダイオード１０５、１０６はそれぞれ、対応するＥＡ変調器１０３、１０４からのビート信号を光電変換するものである。各系統のバンドフィルタ１１２、１１３はそれぞれ、変換された電気信号におけるビート成分Δｆを濾波するものである（不要成分を除去するものである）。各系統の強度検出器１１４、１１５はそれぞれ、濾波後の電気信号の強度を検出し、対応する除算回路１２０、１２１に与えるものである。

各系統のフォトダイオード１１６、１１７はそれぞれ、対応する光分岐回路１１４、１１５から与えられた入力光信号を光電変換するものである。各系統の低域通過フィルタ１１８、１１９はそれぞれ、変換された電気信号（入力光信号に対応）における低域成分（入力光信号の必要成分を含む）を濾波し、対応する除算回路１２０、１２１に与えるものである。なお、低域通過フィルタ１１８、１１９から対応する除算回路１２０、１２１へ至る経路には、強度検出器に相当するものが設けられているが、実際上、単純な抵抗素子でなるため、図１では省略している。

各系統の除算回路１２０、１２１はそれぞれ、対応する強度検出器１１４、１１５からの検出信号（ａ）を、対応する低域通過フィルタ１１８、１１９から与えられた濾波信号（ｂ）で除算するものである。なお、図１では省略しているが、光分岐回路１１４、１１５で２分岐された２つの信号の影響が、除算回路１２０、１２１における被除数及び除数とで同じタイミングで現れるように、除算回路１２０、１２１に至るまでの処理遅延を同じにする遅延素子などを設けるようにしても良い。

品質モニタ部１５０は、両系統の除算回路１２０及び又は１２１の除算結果に基づいて、入力光信号の品質の監視結果を得るものである。品質モニタ部１５０として、例えば、所望のソフトウェア（品質モニタ用プログラム）を搭載させたパソコンを適用できる。品質モニタ部１５０における処理の詳細については、動作の項で明らかにする。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態に係る光信号品質モニタ装置１００の動作（光信号品質モニタ方法）を説明する。

第１の実施形態に係る光信号品質モニタ装置１００には、ビットレート１６０ＧｂｐｓのＲＺ光信号が入力される。入力されたＲＺ光信号は、光スプリッタ１０１で２分岐に分岐された後、さらに、分岐光信号は、各系統の光分岐回路１１４、１１５によってそれぞれ、２分岐される。

第２系統の光分岐回路１１５による一方の分岐光信号には、ＡＳＥジェネレータ１０２が生成したＡＳＥが重畳され、ＡＳＥが重畳された光信号がＥＡ変調器１０４に入力される。また、第１系統の光分岐回路１１５による一方の分岐光信号は、直接ＥＡ変調器１０３に入力される。

局部発振器１０７から出力された４０ＧＨｚ−Δｆ／４Ｈｚの発振信号は、各系統の変調器ドライバ１０８、１０９によって増幅され、さらに、各系統のバイアスティー１１０、１１１で負電圧が付与されて、各系統のＥＡ変調器１０３、１０４に入力される。

これにより、各系統のＥＡ変調器１０３、１０４からはそれぞれ、Δｆのビート信号が出力される。これらのΔｆのビート信号はそれぞれ、同一系統のフォトダイオード１０５、１０６によって電気信号に変換され、変換後の電気信号はそれぞれ、Δｆを通過中心周波数とする狭帯域の同一系統のバンドフィルタ１１２、１１３を通過した後、同一系統の強度検出器１０４、１０５によって、そのΔｆ（Ｈｚ）成分の強度が検出される。検出された強度信号は、同一系統の除算器１２０、１２１に入力される。

各系統の分岐回路１１４、１１５から出力された他方の分岐光信号はそれぞれ、同一系統のフォトダイオード１１６、１１７によって電気信号に変換された後、同一系統の低域通過フィルタ１１８、１１９を介して高周波成分が除去されて平滑化され、同一系統の除算器１２０、１２１に入力される。

各系統の除算回路１２０、１２１によって、対応する強度検出器１１４、１１５からの検出信号（ａ）を、対応する低域通過フィルタ１１８、１１９から与えられた濾波信号（ｂ）で除算した信号が得られ、これら２種類の除算信号が品質モニタ部１５０に入力される。

図２は、入力される光信号のＯＳＮＲ（光信号の信号対雑音比）と、除算回路１２０から出力された除算信号ａ／ｂ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｒａｔｉｏ）との関係を示す特性曲線図である。

除算回路１２０への入力ａ（強度検出器１２３の出力）は、ビート信号に帯域を狭めているため、入力光信号のＯＳＮＲが良くても悪くても、概ね雑音の影響が排除されているものである。一方、除算回路１２０への入力ｂ（低域通過フィルタ１１８の出力）は、入力光信号の必要帯域以下を含むため、入力光信号のＯＳＮＲが雑音が気にならない程度に良ければ良く、その範囲以外では、雑音に応じて大きな値をとるものである。その結果、除算回路１２０から出力された除算信号ａ／ｂは、図２に示すように、入力光信号のＯＳＮＲが劣化するほど減少する。

また、図３は、波長分散（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）と、除算回路１２０から出力された除算信号ａ／ｂ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｒａｔｉｏ）との関係を示す特性曲線図である。図３において、Ｔｏは当初のパルスを規定するパラメータであって、分散がない状態での強度が１／ｅとなるパルス幅であり、ここでのパルスはチャープのないガウシアンを仮定している。

波長分散により波形が劣化した場合、所望の周波数におけるパワーが減少する。言い換えると、除算回路１２０への入力ａ（強度検出器１２３の出力）の方が、除算回路１２０への入力ｂ（低域通過フィルタ１１８の出力）より減少し、除算信号ａ／ｂも小さくなる。除算信号ａ／ｂの減少は、波形形状の変化によって生じるので、波長分散が一定の場合には、入力光信号のＯＳＮＲが変化しても一定のものである。

以上では、雑音を重畳処理しない第１系統の除算回路１２０の除算信号ａ／ｂについて説明したが、雑音を重畳処理した第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂも、雑音が重畳されている点を除けば同様である。第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂは、雑音（ＡＳＥジェネレータ１０２からのＡＳＥ）が重畳されている分、減少を始めるＯＳＮＲの値が小さくなっている。

以下、第１系統及び第２系統の２系統を設けた意味合いを説明する。図４は、入力される光信号のＯＳＮＲ（光信号の信号対雑音比）と、第１系統の除算回路１２０から出力された除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＡと表記）及び第２系統の除算回路１２１から出力された除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＢと表記）との関係を示す特性曲線図である。図４及び後述する図５では、除算信号ａ／ｂの具体的な値の記載は省略している。

第２系統は、ＡＳＥジェネレータ１０２により雑音（ＡＳＥ）が付与されているため、入力光信号のＯＳＮＲが概ね３５ｄＢから、第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂが減少を始める。一方、雑音が付与されていない第１系統の除算回路１２０の除算信号ａ／ｂは、入力光信号のＯＳＮＲが概ね２５ｄＢから減少を始める。例えば、入力光信号のＯＳＮＲが２７ｄＢから２５ｄＢへ劣化した場合、第１系統の除算回路１２０から出力された除算信号ａ／ｂではほとんど減少が見られない反面、第２系統の除算回路１２１から出力された除算信号ａ／ｂはΔの減少が生じる。すなわち、第１系統と第２系統とでは、除算信号ａ／ｂによって検出可能なＯＳＮＲの範囲が異なり、２系統を設けることによって、ＯＳＮＲの検出可能な範囲を広範囲なものとすることができる。

図５は、入力される光信号のＯＳＮＲと、第１系統の除算回路１２０から出力された除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＡと表記）及び第２系統の除算回路１２１から出力された除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＢと表記）との関係について、波長分散があるときとないときの両方を示す特性曲線図である。

上述した図３から分かるように、波長分散（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）による除算信号ａ／ｂの減少は、第１系統の除算回路１２０の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＡと表記）であろうが、第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＢと表記）であろうが、ＯＳＮＲにかかわらず一定である。そのため、図５に示すように、波長分散がないとき（０ｐｓ／ｎｍ）からある波長分散（図５は０．２ｐｓ／ｎｍの例）への変化による、第１系統の除算回路１２０の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＡ）の減少量と、第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＢ）の量は等しくなる。

上述した通り、２つの検出信号（除算信号）は、ＯＳＮＲが劣化した場合には変動量に差が生じるが、波長分散によって波形が劣化した場合には等しい変動が生じるため、ＯＳＮＲ劣化による波形劣化と波長分散による波形劣化を切り分けて観測することができる。

第１系統及び第２系統の除算回路１２０及び又は１２１の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＡ及びＭｏｎｉｔｏｒＢ）を表示装置（この例では表示装置が品質モニタ部１５０となる）に表示させ、観測者に、入力光信号の品質を判断させるようにしても良い。この場合においても、その表示の背景として、予めその光伝送システムについて得ておいた、図２、図４又は図５に示すような特性曲線を表示させることで、観測者が入力光信号の品質を容易に判断できるようにしておくことが好ましい。

品質モニタ部１５０に判定機能を盛り込むようにしても良い。例えば、所望のソフトウェア（品質モニタ用プログラム）をパソコンに搭載させて、判定機能を有する品質モニタ部１５０を構築しても良い。予め対象となっている光伝送システムについて得ておいた、図２、図４及び又は図５に示すような特性曲線の情報をデータベースに登録しておく。そして、今回得られた第１系統及び第２系統の除算回路１２０及び１２１の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＡ及びＭｏｎｉｔｏｒＢ）と、登録されている特性曲線情報との照合により、所望の品質パラメータ（ＯＳＮＲ）の値を得る。例えば、品質モニタ部１５０は、図４に示すような特性曲線情報を登録している場合において、ＭｏｎｉｔｏｒＡがＡ０［ｄＢ］でＭｏｎｉｔｏｒＢがＢ１［ｄＢ］であればＯＳＮＲが２５ｄＢを出力し、ＭｏｎｉｔｏｒＡがＡ０［ｄＢ］でＭｏｎｉｔｏｒＢがＢ２［ｄＢ］であればＯＳＮＲが２７ｄＢを出力する。

ここで、登録されている特性曲線情報は、観測環境や観測対象によって適宜選定すれば良い。

例えば、受信した光信号における波長分散が固定（変動しない）とみなせる光伝送システムの場合であって、ＯＮＳＲの観測中心値が概ね一定であってその変動幅が小さい場合などには、図２に示す特性曲線情報だけを記憶しておけば良い。例えば、ＯＮＳＲの観測中心値が１５ｄＢであり、その変動幅が１０〜２０ｄＢであれば、図２に示す、第１系統の除算回路１２０の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＡ）を予め観測した特性曲線情報だけを登録して処理するようにしても良い。このような場合において、ＯＮＳＲの観測中心値が良好な値の場合には、第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＢ）を予め観測した特性曲線情報だけを登録して処理するようにしても良い（図４のＭｏｎｉｔｏｒＢの曲線参照）。

また例えば、受信した光信号における波長分散が固定（変動しない）とみなせる光伝送システムの場合であって、ＯＮＳＲの観測中心値が概ね一定であってその変動幅が大きい場合などには、図４に示す特性曲線情報を記憶して対応するようにしても良い。例えば、ＯＮＳＲの観測中心値が２２ｄＢであり、その変動幅が１５〜３０ｄＢであれば、図４に示す、第１系統の除算回路１２０の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＡ）及び第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＢ）を予め観測した特性曲線情報を登録して処理するようにしても良い。この場合において、例えば、ＯＮＳＲが１５ｄＢ近傍では、ＭｏｎｉｔｏｒＡの特性曲線に従って観測値を決定し、ＯＮＳＲが３０ｄＢ近傍では、ＭｏｎｉｔｏｒＢの特性曲線に従って観測値を決定することになる。

さらに例えば、受信した光信号における波長分散が変動する光伝送システムの場合などには、図５に示す特性曲線情報を記憶して対応するようにしても良い。例えば、第１系統の除算回路１２０の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＡ）の観測値がＣ［ｄＢ］の場合、波長分散が０ｐｓ／ｎｍでＯＳＮＲが１７ｄＢであるか、波長分散が０．２ｐｓ／ｎｍでＯＳＮＲが２０ｄＢであるか、波長分散とＯＳＮＲの組み合わせを定めることができない。しかし、第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂ（ＭｏｎｉｔｏｒＢ）の観測値の情報を利用することにより、波長分散とＯＳＮＲの組み合わせを定めることができる。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、入力光信号を２分岐し、一方の分岐光信号を、オフセットをかけた信号で変調することにより、低周波の信号に変換し、この低周波信号の強度と、他方の分岐光信号の強度との比率で、入力光信号の波形品質をモニタするようにしたので、高いビットレートの光信号であってもその品質を適切に捉えることができるようになる。

ここで、入力光信号を２分岐して２系統でモニタできるようにすると共に、一方の系統には雑音を重畳するようにしたので、モニタできる範囲を各系統で異なるようにでき、品質を広範囲に弁別することができる。

また、２系統を利用する場合には、波長分散の変動に拘わらず、ＯＳＮＲを検出することができる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による光信号品質モニタ装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図６は、第２の実施形態に係る光信号品質モニタ装置の構成を示すブロック図である。図６において、第２の実施形態の光信号品質モニタ装置１００Ａは、第１の実施形態におけるＡＳＥジェネレータ１１０２の代わりに、光バンドパスフィルタ（ＯＢＰＦ）１０２Ａを設けたものである。光バンドパスフィルタ１０２Ａは、第２系統の光分岐回路１１５及びＥＡ変調器１０４間に介挿されている。

次に、第２の実施形態の光信号品質モニタ装置１００Ａにおいて、光バンドパスフィルタ１０２Ａを利用することとした理由を、図７を参照しながら説明する。ここで、図７は、入力される光信号のＯＳＮＲ（光信号の信号対雑音比）と、光バンドパスフィルタ１０２Ａを介した第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂ（Ｐｏｗｅｒ ｄｅｃｒｅａｓｅ））との関係を示す特性曲線図である。

図７において、光バンドパスフィルタ１０２Ａの３ｄＢ帯域幅をΔｆとすると、この帯域幅の広狭によって、同じＯＳＮＲでも異なる強度比ａ／ｂが得られる。言い換えると、光バンドパスフィルタ１０２Ａの３ｄＢ帯域幅Δｆを選定することにより、第１系統の除算回路１２０の除算信号ａ／ｂだけでは正確に検出できないＯＳＮＲを、第２系統の除算回路１２１の除算信号ａ／ｂを参照することにより、正確に検出し得るようになる。

例えば、図４のＭｏｎｉｔｏｒＢの特性曲線と同様に取り扱うことができるように、光バンドパスフィルタ１０２Ａの３ｄＢ帯域幅Δｆを選定すれば良い。

第２の実施形態によっても、第１の実施形態とほぼ同様に、入力光信号を２分岐し、一方の分岐光信号を、オフセットをかけた信号で変調することにより、低周波の信号に変換し、この低周波信号の強度と、他方の分岐光信号の強度との比率で、入力光信号の波形品質をモニタするようにしたので、高いビットレートの光信号であってもその品質を適切に捉えることができ、また、モニタできる範囲を各系統で異なるようにでき、品質を広範囲に弁別することができ、しかも、２系統を利用する場合には、波長分散の変動に拘わらず、ＯＳＮＲを検出することができる。さらに、第２の実施形態によれば、電力が必要なＡＳＥジェネレータ１０２を用いなくても、ＯＳＮＲの変動に対する強度変化の違いを生じさせることが可能になるという効果を奏することができる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明による光信号品質モニタ装置の第３の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図８は、第３の実施形態に係る光信号品質モニタ装置の構成を示すブロック図である。図８において、第３の実施形態の光信号品質モニタ装置１００Ｂは、第１又は第２の実施形態の光信号品質モニタ装置１００又は１００Ａと同一構成のモニタ装置本体２０３と、このモニタ装置本体２０３の入力側に設けられた回転可能な偏光子２０１と、偏光子２０１を所定速度で回転させるための発振信号（例えば１０Ｈｚ）を出力する発振器２０２を備えている。

一般に、１次の偏波モード分散（ＰＭＤ）は、図９に示すように、光ファイバ２０４の出力での光信号を考えたとき、ある軸ξとそれに垂直な軸ψに対して生じた群遅延時間差（ＤＧＤ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ）によって表される。第３の実施形態は、このＤＧＤによる波形劣化を検出しようとしたものである。入力光は、図９に示すように、ある軸ξとそれに垂直な軸ψに対して、ＤＧＤによる遅延差が生じている。

偏光子２０１は、発振器２０２が生成した低周波数（ここでは１０Ｈｚとする）の正弦波信号に従って回転する。偏光子２０１の偏光軸がξ軸又はψ軸に平行になったときには、送信時の波形と同じパルス形状としてモニタ装置本体２０３によって検出される。

これに対して、偏光子２０１の偏光軸がξ軸と４５°だけ傾いた場合には、図１０に示すような、ＤＧＤによって劣化したパルス形状として、モニタ装置本体２０３によって検出される。図１０では、パルスをチャープのないガウシアンと仮定し、ＤＧＤがない場合のパルス幅を２．５ｐｓとしている。

偏光子２０１を回転させると、偏光軸とξ軸のなす角度によってモニタ装置本体２０３で検出されるパルス幅が異なるため、図１１に示したような強度変化（除算回路１２０、１２１の除算信号ａ／ｂ）が生じる。この変動差はＤＧＤの値によって異なるため、この変動差を観測することによってＤＧＤによる波形劣化を検出することができる。例えば、図１１からは、変動が０ｄＢ〜−２．５ｄＢの範囲であれば、ＤＧＤが２ｐｓであることが分かる。

図１１では、ＤＧＤによる波形劣化が生じた場合において、ξ軸とψ軸の強度比が１対１である場合を示した。しかしながら、実際上は、ξ軸とψ軸の強度が異なる場合が多い。図１３は、ＤＧＤが１ｐｓの場合について、図１２に示すようにξ軸とψ軸の強度をそれぞれｙ、ｘとした場合の偏光子２０１の角度と、強度比ｘ／ｙとの関係を示す特性曲線図である。この図１３から、強度比ｘ／ｙが１でなくても、偏光子２０１の角度に応じて強度変化が生じていることが分かる。

図１４は、ＤＧＤに対する強度差（変化量）を示す特性曲線図である。この強度差を検出することでＤＧＤによる波形劣化をモニタすることができる。

なお、モニタ装置本体２０３には、発振器２０２からの発振信号が、偏光子２０１の角度情報として与えられ、モニタする対象によって、適宜、この角度情報が参照される。

ＤＧＤだけでなく、例えば、角度がπ／２の整数倍のタイミングで第１及び第２系統の除算信号を取り込んで処理することにより、第１及び第２の実施形態と同様にＯＳＮＲを検出することもできる。また、最大値からもＯＳＮＲや波長分散を検出することができる。

ＤＧＤによる波形劣化の検出方法も、予め、対象となる光伝送システムについて観測して情報を登録しておき、又は、基準となるシステムの観測情報を登録しておき、登録情報と現観測値との照合により、所望する特性の観測値を得るようにすれば良い。又は、基準情報を表示させ、その表示画像上に観測値を表示させることにより、観測者が観測値を理解できるようにしても良い。

第３の実施形態によれば、光信号の品質として、ＤＧＤによる波形劣化をモニタすることができる。この場合において、光信号のＯＳＮＲ及び波長分散も併せてモニタすることも可能である。

（Ｄ）他の実施形態
上記各実施形態では、例として、チャープのないガウシアンのパルスで、繰り返し周波数が１６０ＧＨｚの短パルス列を用いた場合で説明したが、変調を行った信号についても用いることができ、他のパルス形状でも用いることができる。また、低域周波数Δｆも、１ＧＨｚに限定されるものではない。

第１の実施形態の効果の項で、言及したように、２系統のモニタ構成は必須ではなく、１系統や３系統以上であっても良い。すなわち、１系統で所望特性をモニタするようにしても良い。また、雑音（レベル）の重畳量を変えた第３系統や、３ｄＢ帯域幅Δｆが第２系統の光バンドパスフィルタとは異なる第３系統のモニタ部を設けるようにしても良い。

第１及び第２の実施形態の第２系統の構成を、同一の光信号品質モニタ装置に混在させるようにしても良い。

第３の実施形態では、入力光信号の偏光状態を、回転する偏光子を介することで変動させるものを示したが、電気光学効果若しくは磁気光学効果を発揮する光学素子を用いて、入力光信号の偏光状態を変動させるようにしても良い。また、入力光信号を２分岐し、異なる偏光角を有する複数の偏光子を通過させた後、各偏光子に対応した系統のモニタ部に入力させるようにしても良い。

電気的な処理要素と、光学的な処理要素とは本質的な機能を発揮できるのであれば、上記各実施形態のものから変更しても良い。例えば、第１の実施形態の電気的なＢＰＦ１１２、１１３やＬＰＦ１１８、１１９の機能を光学的の素子によって発揮させるようにしても良い。

第１の実施形態に係る光信号品質モニタ装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態における、入力光信号のＯＳＮＲと、雑音非重畳系統の除算回路からの出力除算信号との関係を示す特性曲線図である。 第１の実施形態における、波長分散と、雑音非重畳系統の除算回路からの出力除算信号との関係を示す特性曲線図である。 第１の実施形態において雑音非重畳系統と雑音重畳系統とを設けた意味合いの説明に用いる特性曲線図である。 第１の実施形態における雑音非重畳系統及び雑音重畳系統が、波長分散があるときとないときの両方を対応できることの説明に用いる特性曲線図である。 第２の実施形態に係る光信号品質モニタ装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態における、入力光信号のＯＳＮＲと、光バンドパスフィルタを介在した系統の除算回路からの出力除算信号との関係を示す特性曲線図である。 第３の実施形態に係る光信号品質モニタ装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態における品質モニタで利用するＤＧＤの説明図である。 第３の実施形態における、各ＤＧＤでの、偏光子の偏光軸がξ軸と４５°だけ傾いた場合の偏光子から出力されたパルスの形状を示す信号波形図である。 第３の実施形態における、各ＤＧＤでの、偏光子の偏光軸の角度とモニタ装置本体での検出強度との関係を示す特性曲線図である。 第３の実施形態における、ξ軸とψ軸の強度が異なる場合の説明図である。 第３の実施形態における、ＤＧＤが所定値の場合について、偏光子の角度と、ξ軸とψ軸の強度比との関係を示す特性曲線図である。 第３の実施形態における、ＤＧＤに対する強度差（変化量）を示す特性曲線図である。

符号の説明

１００、１００Ａ、１００Ｂ…光信号品質モニタ装置、１０１…光スプリッタ、１０２…ＡＳＥジェネレータ、１０２Ａ…１０３、１０４…ＥＡ変調器、１０５、１０６、１１６、１１７…フォトダイオード（ＰＤ）、１１４、１１５…光分岐回路、１０７…局部発振器、１０８、１０９…ドライバ、１１０、１１１…バイアスティー、１２２…バイアス駆動電圧源、１１２、１１３…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、１１８、１１９…低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、１２０、１２１…除算回路、１２３、１２４…強度検出器、１５０…品質モニタ部、２０１…偏光子、２０２…発振器、２０３…モニタ装置本体。

Claims (7)

1. 入力光信号を２分岐する分岐手段と、
   ＥＡ変調器を内蔵し、一方の分岐光信号に対し、上記ＥＡ変調器で、上記入力光信号の周波数の１／Ｎ（Ｎは自然数）の周波数にオフセットを付与した信号でＥＡ変調して上記オフセットのＮ倍の周波数を有する低周波数信号を得る低周波変換手段と、
   得られた低周波数信号を所定帯域に制限すると共に電気信号に変換する低周波光電変換手段と、
   上記分岐手段から出力された分岐光信号を電気信号に変換した後、低域成分を濾波し、又は、上記分岐手段から出力された分岐光信号の低域成分を濾波した後、電気信号に変換する基準信号生成手段と、
   電気信号に変換された他方の分岐光信号の低域成分を基準にして、電気信号に変換された低周波数信号の強度比を得る強度比算出手段と、
   得られた強度比を予め登録されている特性と共に表示出力させる、若しくは、得られた強度比を予め登録されている特性と照合して上記入力光信号の品質パラメータを得る品質モニタ手段と
   を有することを特徴とする光信号品質モニタ装置。
2. 上記分岐手段、上記低周波変換手段、上記低周波光電変換手段、上記基準信号生成手段及び上記強度比算出手段とを有する処理系統を２系統以上備え、
   少なくとも１系統は、上記低周波変換手段に至る前の一方の分岐光信号に広スペクトル光を重畳する雑音光重畳手段を有する
   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. 上記分岐手段、上記低周波変換手段、上記低周波光電変換手段、上記基準信号生成手段及び上記強度比算出手段とを有する処理系統を２系統以上備え、
   少なくとも１系統は、上記低周波変換手段に至る前の一方の分岐光信号を通過させる光バンドパスフィルタを有する
   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. 上記分岐手段に至る前に、入力光信号の偏光状態を変更する偏光状態変更手段を有する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. 上記偏光状態変更手段は、入力光信号の偏光状態を周期的に変動させるものであることを特徴とする請求項４に記載の光信号品質モニタ装置。
6. 上記偏光状態変更手段は、偏光状態を偏光子によって変動させ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. 上記偏光状態変更手段は、偏光状態を電気光学効果を発揮する光学素子によって変動させ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。

Images