(57)【要約】【課題】簡易で安価な構成で且つ高いサンプリング効率で光信号をサンプリングでき、高速な光信号の波形情報を安定に得ることができるようにする。【解決手段】光サンプリング装置２２のサンプリング用素子としてカーボンナノチューブ素子２３を用い、その一方の光端子２３ａに監視対象の光信号Ｐｘを入射させ、サンプリングパルス用光パルス発生器２１から出射されたサンプリング用光パルスＰｓを、光カプラ２５を介してカーボンナノチューブ素子２３の他方の光端子２３ｂへ入射させ、そのサンプリング用光パルスＰｓが入射したときに生じる過飽和吸収特性により光信号Ｐｘに対する吸収率を低下させて他方の光端子２３ｂから出射させて、サンプリングを行っている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプリング対象の光信号と所定周期のサンプリング用光パルスとを受け、前記光信号を前記サンプリング用光パルスによってサンプリングし、そのサンプリングによって得られた光パルス信号を出射する光サンプリング装置（２２）において、
入射光のパワーに応じて該入射光に対する吸収率が変化する特性を有し、前記光信号と前記サンプリング用光パルスとを受けるカーボンナノチューブ素子（２３）を備え、
前記カーボンナノチューブ素子に前記サンプリング用光パルスを入射させたときのみ前記光信号を小さい吸収率で出射させることを特徴とする光サンプリング装置。
【請求項２】
前記光信号は前記カーボンナノチューブ素子の一方の光端子に入射され、
前記サンプリング用光パルスを前記カーボンナノチューブ素子の他方の光端子に入射させるとともに、該カーボンナノチューブ素子の他方の光端子から出射される光パルス信号を前記サンプリング用光パルスの入射光路と異なる光路へ出射する光カプラ（２５）を有していることを特徴とする請求項１記載の光サンプリング装置。
【請求項３】
前記サンプリング用光パルスの波長が前記光信号と異なる波長に設定されており、
前記光信号と前記サンプリング用光パルスとを合波して前記カーボンナノチューブ素子の一方の光端子に入射させる光カプラ（２５′）と、
前記カーボンナノチューブ素子の他方の光端子から出射される光のうち、前記光信号の波長成分を選択的に出射する波長フィルタ（２９）とを備えたことを特徴とする請求項１記載の光サンプリング装置。
【請求項４】
前記光信号と前記サンプリング用光パルスの偏光方向を互いに直交させるための偏波制御器（２８）と、
前記偏光方向が互いに直交した前記光信号と前記サンプリング用光パルスとを合波して前記カーボンナノチューブ素子の一方の光端子に入射させる光カプラ（２５″）と、
前記カーボンナノチューブ素子の他方の光端子から出射される光のうち、前記光信号の偏光成分を選択的に出射する偏光フィルタ（２９′）とを備えたことを特徴とする請求項１記載の光サンプリング装置。
【請求項５】
前記カーボンナノチューブ素子は、カーボンナノチューブが形成された素子部材（１２３）をその光入射面が前記入射光軸と直交する線に対して傾きのある状態で複数並べて形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光サンプリング装置。
【請求項６】
前記素子部材は、前記入射光軸と直交する線に対して対称に配置された２つを一組とすることを特徴とする請求項５記載の光サンプリング装置。
【請求項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（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）の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（２１）と、
前記光信号を前記サンプリング用光パルスによってサンプリングし、そのサンプリング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装置（２２）と、
前記光パルス信号を受けて電気信号に変換する光電変換器（３０）と、
前記光電変換器の出力信号に基づいて、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（３５、３５′）とを有する光信号品質モニタにおいて、
前記光サンプリング装置が、前記請求項１〜６のいずれかに記載の光サンプリング装置であることを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項８】
前記光電変換器の出力信号の包絡線波の基本波成分と等しい周波数の基本波成分信号を出力する基本波成分信号出力手段（４１）と、
前記基本波成分信号と所定のしきい値とを比較するコンパレータ（４２）と、
前記基本波成分信号が前記しきい値を超えるタイミングから前記光電変換器の出力信号に対する波形情報の取得を開始するデータ取得制御部（４４）とを有していることを特徴とする請求項７記載の光信号品質モニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号に対するサンプリングを行う装置を安価に構成し、また、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するめための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、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、その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。
【０００３】
一般的に信号モニタは、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るが、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。
【０００４】
そこで、このような高速な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従来から用いられている。
【０００５】
即ち、図１７の（ａ）のように周期Ｔａで同一波形が繰り返される光信号Ｐに対して、図１７の（ｂ）のように、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い、図１７の（ｃ）のように、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。この取得した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倍に拡大したものであり、元の光信号Ｐの波形の特徴を保持している。
【０００６】
したがって、この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で、信号品質を表すＱ値を得ることができる。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３７９６３５７号公報
【特許文献２】特開２００４−２２２２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１では、光信号をサンプリングするための素子としてバルク型非線形光学材を用いているが、このバルク型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は波長変換効率が−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が、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。
【００１０】
そこで、バルク型非線形光学材に比べて格段に透過損失が少ない、言い換えればサンプリング効率が高い電界吸収型光変調器を用いることも考えられる。
【００１１】
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、電源端子にサンプリング用電気パルス信号を与えて、そのサンプリング用電気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で、光信号に対するサンプリングを行う。
【００１２】
このように電界吸収型光変調器の電源端子にサンプリング用電気パルス信号を与えて光信号に対するサンプリングを行う技術は、例えば上記特許文献２に開示されている。
【００１３】
ところが、電界吸収型光変調器は高価であり、しかも直流電源が必要となり、装置が複雑化する。また電気のサンプリングパルス信号は、高周波のインピーダンスマッチングが難しいということから、そのパルス幅を安定に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問題が生じる。
【００１４】
また、上記の等価時間サンプリング方式を用いた光信号品質モニタの別の問題として、取得した波形を所定ビット数分重ね合わせるによってアイパターンを生成し、そのアイパターンに対して品質の演算処理を行う場合に、サンプリング周期Ｔｓが厳密にＮ・Ｔｃ＋ΔＴに一致していないと、重ね合わされる波形の時間軸が徐々にずれてしまい、品質演算を正確に行うことができないという問題が生じる。
【００１５】
本発明は、上記問題を解決し、安価に且つ簡単な構成で高いサンプリング効率を有する光サンプリング装置および高速な光信号の波形情報の取得でき、光信号のアイパターンを安定に得ることができる光信号品質モニタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光サンプリング装置は、
サンプリング対象の光信号と所定周期のサンプリング用光パルスとを受け、前記光信号を前記サンプリング用光パルスによってサンプリングし、そのサンプリングによって得られた光パルス信号を出射する光サンプリング装置（２２）において、
入射光のパワーに応じて該入射光に対する吸収率が変化する特性を有し、前記光信号と前記サンプリング用光パルスとを受けるカーボンナノチューブ素子（２３）を備え、
前記カーボンナノチューブ素子に前記サンプリング用光パルスを入射させたときのみ前記光信号を小さい吸収率で出射させることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項２の光サンプリング装置は、請求項１記載の光サンプリング装置において、
前記光信号は前記カーボンナノチューブ素子の一方の光端子に入射され、
前記サンプリング用光パルスを前記カーボンナノチューブ素子の他方の光端子に入射させるとともに、該カーボンナノチューブ素子の他方の光端子から出射される光パルス信号を前記サンプリング用光パルスの入射光路と異なる光路へ出射する光カプラ（２５）を有していることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項３の光サンプリング装置は、請求項１記載の光サンプリング装置において、
前記サンプリング用光パルスの波長が前記光信号と異なる波長に設定されており、
前記光信号と前記サンプリング用光パルスとを合波して前記カーボンナノチューブ素子の一方の光端子に入射させる光カプラ（２５′）と、
前記カーボンナノチューブ素子の他方の光端子から出射される光のうち、前記光信号の波長成分を選択的に出射する波長フィルタ（２９）とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項４の光サンプリング装置は、請求項１記載の光サンプリング装置において、
前記光信号と前記サンプリング用光パルスの偏光方向を互いに直交させるための偏波制御器（２８）と、
前記偏光方向が互いに直交した前記光信号と前記サンプリング用光パルスとを合波して前記カーボンナノチューブ素子の一方の光端子に入射させる光カプラ（２５″）と、
前記カーボンナノチューブ素子の他方の光端子から出射される光のうち、前記光信号の偏光成分を選択的に出射する偏光フィルタ（２９′）とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項５の光サンプリング装置は、請求項３または請求項４記載の光サンプリング装置において、
前記カーボンナノチューブ素子は、カーボンナノチューブが形成された素子部材（１２３）をその光入射面が入射光軸と直交する線に対して傾きのある状態で複数並べて形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項６の光サンプリング装置は、請求項５記載の光サンプリング装置において、
前記素子部材は、前記入射光軸と直交する線に対して対称に配置された２つを一組とすることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項７の光信号品質モニタは、
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（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）の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（２１）と、
前記光信号を前記サンプリング用光パルスによってサンプリングし、そのサンプリング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装置（２２）と、
前記光パルス信号を受けて電気信号に変換する光電変換器（３０）と、
前記光電変換器の出力信号に基づいて、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（３５、３５′）とを有する光信号品質モニタにおいて、
前記光サンプリング装置が、前記請求項１〜６のいずれかに記載の光サンプリング装置であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項８の光サンプリング装置は、請求項７記載の光サンプリング装置において、
前記光電変換器の出力信号の包絡線波の基本波成分と等しい周波数の基本波成分信号を出力する基本波成分信号出力手段（４１）と、
前記基本波成分信号と所定のしきい値とを比較するコンパレータ（４２）と、
前記基本波成分信号が前記しきい値を超えるタイミングから前記光電変換器の出力信号に対する波形情報の取得を開始するデータ取得制御部（４４）とを有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
このように、本発明の光サンプリング装置は、サンプリング用の素子としてカーボンナノチューブ素子を用い、そのカーボンナノチューブ素子に光信号とサンプリング用光パルスとを入射させ、そのサンプリング用光パルスが入射したときに生じるカーボンナノチューブ素子の過飽和吸収特性により光信号に対する吸収率を低下させて出射させるようにしている。
【００２５】
このため、サンプリング用として狭い幅の光パルスが使用でき、しかも、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、弱い光信号のサンプリングが可能である。
また、カーボンナノチューブ素子は電界吸収型光変調器に比べて格段に安価に形成でき、しかもバイアス電源およびそれらの制御が不要であるため光サンプリング装置を安価に構成することができる。
【００２６】
また、この光サンプリング装置を用いた光信号モニタでは、簡易で安価な構成で、波形情報を精度よく得ることができる。
【００２７】
また、光信号に対するサンプリングで得られた信号から基本波成分信号を抽出し、その基本波成分信号がしきい値を越えたタイミングから波形情報の取得を開始する光信号モニタでは、実際に入射された光信号を変調しているデータ信号に対して波形情報の取得開始タイミングを同期させることができ、その開始タイミングで得られた複数組の波形情報を重ね合わせることで、アイパターンを安定に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態の構成図
【図２】実施形態の要部の構成例を示す図
【図３】実施形態の要部の特性例を示す図
【図４】光信号が繰り返し波形の場合の動作説明図
【図５】光信号が繰り返し波形でない場合の動作説明図
【図６】本発明の第２実施形態の構成図
【図７】第２実施形態の要部の構成例を示す図
【図８】光信号が繰り返し波形の場合の動作説明図
【図９】取得された波形データの図
【図１０】取得波形データを重ねたアイパターン図
【図１１】光信号が繰り返し波形でない場合の動作説明図
【図１２】光サンプリング装置の別の構成を示す図
【図１３】光サンプリング装置の別の構成を示す図
【図１４】図１２、図１３の構成に用いる多素子化したＣＮＴ素子の構成を示す図
【図１５】図１２、図１３の構成に用いる多素子化したＣＮＴ素子の別の構成を示す図
【図１６】光カプラを用いない構成例を示す図
【図１７】等価時間サンプリング方式の説明図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第１実施形態）
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光サンプリング装置２２を有する光信号品質モニタ２０の構成を示している。
【００３０】
この光信号品質モニタ２０は、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を監視対象とするものであり、サンプリング用光パルス発生部２１は、その光信号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装置２２に入射する。
【００３１】
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。
【００３２】
図２はその一例を示すものであり、後述するパラメータ設定部３６から指定された周期Ｔｓ（周波数Ｆｓ）の安定な信号Ｒａをシンセサイザ構成の基準信号発生器２１ａで生成し、逓倍器２１ｂに入力してＭ（Ｍは複数）逓倍し、その出力信号Ｒｂを光変調器２１ｃに入力して、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を生成する。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。
【００３３】
そして、この光パルスＰａを光ゲート回路２１ｅにより１／Ｍに間引きして、周期Ｔｓの光パルスＰｂを生成し、分散減少ファイバ２１ｆに入射してそのパルス幅をさらに狭め、サンプリング用光パルスＰｓとして出射する。
【００３４】
一方、光サンプリング装置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。
【００３５】
この光サンプリング装置２２は、カーボンナノチューブ素子（以下、ＣＮＴ素子と記す）２３およびサーキュレータ型の光カプラ２５を有している。
【００３６】
ＣＮＴ素子２３は、チューブ状の炭素結晶からなるＣＮＴ材を例えばガラスや樹脂の基板表面に塗布したり、ポリマー溶剤と混合して板状に固化成形したものあるいはコア部にＣＮＴ材を含有させたファイバ等を素子部材とする極めて高速なリカバリータイムを有する過飽和吸収デバイスであり、広帯域な波長範囲で、例えば図３のように、入射光のパワーに応じて吸収率が変化する特性を有しており、一方の光端子２３ａで光信号Ｐｘを受け、他方の光端子２３ｂからサンプリング用光パルスＰｓが入射したときだけ光信号Ｐｘに対する吸収率を低下させて光端子２３ｂへ通過させることで、効率の高いサンプリングを行っている。
【００３７】
なお、このときのサンプリング効率は、ＣＮＴ素子２３の挿入損失で決定されるが、ＣＮＴ素子２３の挿入損失は一般的に数ｄＢ以下と極めて少なく、電界吸収型光変調器を用いた場合に比べて格段に向上している。
【００３８】
ＣＮＴ素子２３の光端子２３ｂからは、サンプリング用光パルスＰｓが入射したときの光信号Ｐｘの瞬時強度からＣＮＴ素子２３の挿入損失相当を損失したレベルのピーク値を持つ光パルス信号Ｐｙが光カプラ２５に出射され、サンプリング用光パルスＰｓの入射経路と異なる光路へ出射される。
【００３９】
ここで、光信号Ｐｘと異なる波長のサンプリング用光パルスＰｓを用いる場合には、光カプラ２５として上記のような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を用いることも可能である。
【００４０】
なお、ＣＮＴ素子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の伝送路へ入射されるのを防ぐためのものである。
【００４１】
光パルス信号Ｐｙは、光カプラ２５を介して光電変換器３０に入射され、電気の信号Ｅｙに変換される。
【００４２】
光電変換器３０の出力信号Ｅｙは、Ａ／Ｄ変換器３１によりデジタル値に変換され、演算部３５に入力される。なお、Ａ／Ｄ変換器３１のサンプリングは、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によって行われるが、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から出力されるものとする。
【００４３】
演算部３５は、Ａ／Ｄ変換器３１でデジタル値に変換された信号Ｅｙ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。
【００４４】
この演算は任意であるが、例えば前記特許文献１に記載されているように、信号Ｅｙを一定時間分サンプル値として取込み、これ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、信号品質が高い。
【００４５】
この品質値Ｑの算出は、例えば所定時間毎に行なわれ、その結果が所定タイミングに別装置へ通知される。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。
【００４６】
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およ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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
次に、監視対象の光信号Ｐｘの波形と、その取得タイミングとの関係について説明する。
【００５１】
監視対象の光信号Ｐｘが試験用であって、図４の（ａ）の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）のように、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で、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）のように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）連続して行うことで、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。
【００５２】
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、図５の（ａ）のように繰り返し波形とならない。しかし、この光信号Ｐｘに対して、図５の（ｂ）のように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）のように、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。
【００５３】
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で、品質値Ｑを求めることができる。
【００５４】
なお、光信号を変調しているデータ信号のビットレートに対してサンプリング周期が正確に対応している場合（同期状態）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で、図５の（ｄ）の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てもよい。
【００５５】
また、光信号を変調しているデータ信号のビットレートに対してサンプリング周期がずれている場合（非同期状態）、重ね合わせて得た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が、上記サンプリングを所定期間行うことで前記統計量を得て、品質値Ｑを求めることができる。
【００５６】
（第２実施形態）
図６は、上記同期状態を常に保持することが可能な光信号品質モニタ２０′の構成例を示している。
【００５７】
この光信号品質モニタ２０′のサンプリング用光パルス発生部２１、光サンプリング装置２２、光電変換器３０、Ａ／Ｄ変換器３１、パラメータ設定部３６は、前記第１実施形態の場合と同等であるので、その説明を省略する。
【００５８】
この光信号品質モニタ２０′の場合、光電変換器３０の出力信号Ｅｙは、基本波成分信号出力部４１に入力されている。
【００５９】
この基本波成分信号出力部４１は、光電変換器３０からパルス状に出力される信号Ｅｙの包絡線波の基本波成分の周波数と等しい周波数の基本波成分信号Ｕを出力するためのものである。
【００６０】
この基本波成分信号出力部４１の構成としてはフィルタ方式とＰＬＬ（位相ロックループ）方式とが考えられる。
【００６１】
フィルタ方式の場合、光信号を変調しているデータ信号のクロック周波数Ｆｃと等しい中心周波数（ＲＺ方式の場合）、あるいはその２倍に等しい中心周波数（ＮＲＺ方式の場合）の狭帯域な帯域通過フィルタによって正弦波の基本波成分信号Ｕを抽出する。
【００６２】
また、ＰＬＬ方式の場合には、図７に示すように、上記した狭帯域な帯域通過フィルタ４１ａの出力信号と電圧制御発振器４１ｂの出力信号とを位相比較器４１ｃに入力し、その位相差に応じた制御信号Ｖｃで電圧制御発振器４１ｂの発振周波数を制御して、その発振出力信号の位相を帯域通過フィルタ４１ａの出力信号に同期させ、この同期した正弦波の発振出力信号を基本波成分信号Ｕとして用いる。
【００６３】
また、別の例として、光電変換器３０の出力信号ＥｙをＦＦＴ演算部に入力してその周波数解析を行い、基本波成分の周波数を求め、その求めた周波数と等しい基本波成分信号Ｕを信号発生器により生成して出力する構成であってもよい。
【００６４】
ここで、光信号Ｐｘのクロック周波数Ｆｃを１０ＧＨｚ、オフセット時間ΔＴを０．１ｐｓとすれば、光信号Ｐｘの１ビット分の波形データを得るのに、１０００回のサンプリングが必要となり、その１０００回のサンプリングをほぼ１０ＭＨｚの周波数Ｆｓで行うために必要な時間はおよそ０．１ｍｓとなり、この時間が信号Ｅｙの包絡線波の基本波成分の周期に等しく、その周波数はおよそ１０ｋＨｚとなる。
【００６５】
この基本波成分信号Ｕは、コンパレータ４２に入力され、しきい値設定器４３によって予め設定されたしきい値Ｖｒと比較され、その比較結果がデータ取得制御部４４に入力される。
【００６６】
データ取得制御部４４は、コンパレータ４２の出力信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換器３１から出力されるデータ信号Ｄｙを波形メモリ４５に書き込む。
【００６７】
即ち、基本波成分信号Ｕが例えば低い方からしきい値Ｖｒを越えたタイミングから、波形メモリ４５に対するデータ信号Ｄｙの書き込みを開始し、所定数Ｗのデータ信号の書き込みが終了した後で、基本波成分信号Ｕが低い方からしきい値Ｖｒを越えるタイミングまで待機するという動作を所定回Ｈ繰り返す。なお、この所定数Ｗのデータ信号Ｄｙの書き込みは、波形メモリ４５の複数Ｈの異なる領域に対してそれぞれアドレス順に行う。
【００６８】
演算部３５′は、前記第１実施形態の演算部３５と同様に、波形メモリ４５に書き込まれたデータ信号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。
【００６９】
次に、この第２実施形態の監視対象の光信号Ｐｘの波形と、その取得タイミングとの関係について説明する。
【００７０】
監視対象の光信号Ｐｘが例えば試験用であって、図８の（ａ）の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８の（ｂ）のように、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倍に等しい状態でサンプリングを行うことで図８の（ｃ）、（ｄ）のように、光信号Ｐｘの時間軸を拡大した包絡線波形をもつ光パルス信号Ｐｙが得られ、この光パルス信号Ｐｙの受光信号Ｅｙから、例えば図８の（ｅ）のような正弦波の基本波成分信号Ｕが得られる。
【００７１】
そして、基本波成分信号Ｕがしきい値Ｖｒを越えたタイミングから図８の（ｆ）のようにデータ取得が開始され、例えばＪ・Ｔｃ／ΔＴ回（Ｕは整数）のサンプリングで得られたデータが取得される。このＪビット分の波形データに対し前記演算を行うことでＱ値を求めることができる。なお、図８の（ｄ）〜（ｆ）は、時間軸を狭めて示したものである。
【００７２】
また、アイパターンを得る場合には、図８の（ｄ）〜（ｆ）に示しているように、波形データの取得を基本波成分信号Ｕがしきい値Ｖｒを超えるタイミングから開始してＪビット分行う処理を複数Ｈ回行い、図９のように波形メモリ４５の異なる領域１〜Ｈにそれぞれ記憶する。
【００７３】
そして、これらの複数領域の波形データＤｙをアドレス順に重ね合わせることで、図１０のようなアイパターンを得ることができるが、これらの波形データの先頭データは基本波成分信号Ｕがしきい値Ｖｒを超えたタイミングの直後にサンプリングされた値で、データ信号に正確に同期しているので、波形データの時間軸が大きくずれて重ね合わされることはなく、光信号の振幅のバラツキをほぼ正確に表している。
【００７４】
このアイパターン上でビット内の位置と品質との関係を求める。例えば図１０に示しているように２つのクロス点の中間点Ｌ（１ビットの中間点）におけるサンプル値に基づいて上記Ｑの値を算出して、前記した位置と無関係な全体データについてのＱ値とともに図示しない通信手段を介して他装置へ通知する。
【００７５】
また、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、図１１の（ａ）のように繰り返し波形とならないが、この光信号Ｐｘに対して、図１１の（ｂ）のように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になり、そのサンプリングによって得られる光パルス信号Ｐｙのピーク値は、図１１の（ｃ）およびその時間軸を狭めた（ｄ）のように、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のいずれにもなり、光信号Ｐｘの一定期間の連続した波形を拡大した包絡線波は得られないが、この包絡線波には、光信号Ｐｘを変調しているデータ信号の基本波成分が含まれており、その基本波成分信号Ｕが図１１の（ｅ）のように得られる。
【００７６】
そして、前記同様に、その基本波成分信号Ｕがしきい値Ｖｒを越えたタイミングから図１１の（ｆ）のようにデータ取得が開始され、例えばＪ・Ｔｃ／ΔＴ回（Ｕは整数）のサンプリングで得られたデータが取得される。このＪビット分の波形データに対し前記演算を行うことでＱ値を求めることができる。なお、図１１の（ｄ）〜（ｆ）は、時間軸を狭めて示したものである。
【００７７】
このＪビット分の波形データはそれ自身がアイパターンを表しているとも言えるが、より多くのサンプル値を用いて光信号の品質をより正確に表すアイパターンを得る場合には、図１１の（ｄ）〜（ｆ）に示しているように、波形データの取得を基本波成分信号Ｕがしきい値Ｖｒを超えるタイミングから開始してＪビット分行う処理を複数Ｈ回行い、前記同様に、波形メモリ４５の異なる領域１〜Ｈにそれぞれ記憶し、これをアドレス順に重ね合わせることで、正確なアイパターンを得ることができる。
【００７８】
この場合でも、各波形データの先頭データは基本波成分信号Ｕがしきい値Ｖｒを超えたタイミングの直後にサンプリングされた値で、データ信号に正確に同期しているので、波形データの時間軸が大きくずれて重ね合わされることはなく、光信号の振幅のバラツキをほぼ正確に表している。
【００７９】
上記した各実施形態の光信号品質モニタ２０、２０′に用いた光サンプリング装置２２は、サンプリング用の素子としてＣＮＴ素子２３を用い、そのＣＮＴ素子２３に監視対象の光信号Ｐｘを入射した状態で、サンプリング用光パルスＰｓを光カプラ２５を介して入射させ、サンプリング用光パルスＰｓが入射したときに光信号Ｐｘに対する吸収率を低下させることにより光信号に対するサンプリングを行っている。
【００８０】
このため、サンプリング用として狭い幅の光パルスが使用でき、しかも、光信号に対するサンプリング効率を向上することができ、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。また、ＣＮＴ素子２３は電界吸収型光変調器に比べて極めて安価で、電源およびその制御を必要としないため、光サンプリング装置として簡単且つ安価に構成できる。
【００８１】
また、第２実施形態の光信号品質モニタ２０′のように、サンプリングによって得られた信号から基本波成分信号Ｕを得て、波形取得の開始タイミングを同期させるようにしたものでは、異なる期間に取得されたデータ信号Ｄｙの重ね合わせても、時間軸が大きくずれる恐れがなく、光信号のアイパターンを安定に得ることができる。
【００８２】
なお、上記実施形態では、演算部３５′により品質値やアイパターンを求めているが、演算部３５′を省略して、波形メモリ４５の各領域に書き込まれたデータを図示しない通信手段を介して外部の他装置へ伝送して、その他装置側で品質の演算処理やアイパターンを表示してもよい。
【００８３】
上記実施形態の光信号品質モニタ２０、２０′に用いた光サンプリング装置２２は、光信号ＰｘをＣＮＴ素子２３の一方の光端子２３ａに入射し、サンプリング用光パルスＰｓをサーキュレータ型の光カプラ２５を介して他方の光端子２３ｂから入射してサンプリングを行い、そのサンプリングで得られた光パルス信号Ｐｙを光カプラ２５を介して出射している。
【００８４】
したがって、光信号Ｐｘとサンプリング用光パルスＰｓの波長が等しい場合であってもサンプリングが可能である。
【００８５】
また、上記光カプラ２５は、サーキュレータ型であったが、一面側から入射した光を透過させ、その反対面側から入射した光を反射させるダイクロックカプラを用いることで、より安価に構成することができる。
【００８６】
また、光信号Ｐｘと波長が異なるサンプリング用光パルスＰｓを用いる場合、図１２に示す光サンプリング装置２２のように、光信号Ｐｘとサンプリング用光パルスＰｓとを光カプラ２５′で合波して、ＣＮＴ素子２３の一方の光端子２３ａに入射し、ＣＮＴ素子２３の他方の光端子２３ｂから出射される光のうち、光信号Ｐｘの波長成分の光パルス信号Ｐｙ′のみを波長フィルタ２９で選択的に出射させることも可能である。
【００８７】
この場合の光カプラ２５′としては、前記したダイクロックカプラ、ＷＤＭカプラを用いることができる。
【００８８】
また、図１３に示す光サンプリング装置２２のように、光信号Ｐｘを偏波制御器２８に入射して、その偏光方向をサンプリング用光パルスＰｓの偏光方向を直交させてから、サンプリング用光パルスＰｓとともに偏波合波型の光カプラ２５″に入射して合波し、その合波光をカーボンナノチューブ素子２３の一方の光端子２３ａに入射させ、カーボンナノチューブ素子２３の他方の光端子２３ｂから出射される光のうち、光信号Ｐｘの偏光成分のみを偏光フィルタ２９′で選択する構成としてもよい。
【００８９】
ここで、偏波制御器２８としては、偏波コントローラ、偏光板、偏光ビームスプリッタが使用でき、偏光フィルタ２９′としては、偏光板、偏光ビームスプリッタ等が使用できる。
【００９０】
この構成では、光信号Ｐｘとサンプリング用光パルスＰｓの波長が一致していてもサンプリングが可能となる。
【００９１】
また、上記のように光信号とサンプリング用光パルスとをＣＮＴ素子２３の同一光端子に入射する場合、ＣＮＴ素子２３を多素子化することで、出射する光パルス信号により高い消光比を与えることができる。
【００９２】
図１４はその構成例を示すものであり、ＣＮＴ素子２３としては、カーボンナノチューブが形成された素子部材としての積層ガラス板１２３を、その光入射面が入射光軸と直交する線に対して傾いた状態で複数枚並べている。
【００９３】
このようにカーボンナノチューブが形成された積層ガラス板１２３を複数枚並べた構造の場合、光信号Ｐｘとサンプリング用光パルスＰｓとが同一経路をほぼ同一速度で進むので、１枚目の積層ガラス板１２３に対してサンプリング用光パルスＰｓが入射されたタイミングにおける光信号Ｐｘがサンプリングされ、そのサンプリングで得られた光パルス信号Ｐｙ１がサンプリング用光パルスＰｓとともに２枚目の積層ガラス板１２３に入射されてサンプリングされるという処理が繰り返され、最終的に出射される光パルス信号Ｐｙ４の消光比が高くなる。
【００９４】
また、積層ガラス板１２３の光入射面を入射光軸に対して傾けているので、各積層ガラス板１２３の表面での反射成分Ｒが入射側に戻ることがなく、その影響を無視することができる。
【００９５】
なお、積層ガラス板１２３に無視できない偏光依存性がある場合、上記のように複数の積層ガラス板１２３を平行に並べると、その偏光特性が重ね合わされて大きな偏光依存性が現れる。その場合には、図１５に示すように、２枚一組の積層ガラス板１２３を入射光軸と直交する線に対して対称となるように傾けて配置すればよい。このようにすれば、１枚目の積層ガラス板１２３によって偏光状態が変化しても、２枚目の積層ガラス板１２３によってその変化が相殺されてほぼ無偏光特性が得られ、偏光依存性をほぼなくすことができる。
【００９６】
また、前記した光サンプリング装置２２では、サンプリング用光パルスＰｓを光カプラ２５、２５′を介してＣＮＴ素子２３に入射していたが、図１６に簡単な例を示すように、積層ガラス板１２３に入射される光信号Ｐｘの光軸と異なる角度の光軸でサンプリング用光パルスＰｓを直接入射して、サンプリングを行うことも可能である。
【００９７】
以上、ＣＮＴ素子３２の素子部材の例としてガラスの基板にＣＮＴ材を塗布して形成した積層ガラス板１２３を挙げて説明したが、基板が樹脂のもの、ＣＮＴ材をポリマー溶剤と混合して固化形成したもの、あるいは、コアにＣＮＴ材を含有させた光ファイバ型のもの等を採用することができる。
【００９８】
また、上記した光サンプリング装置２２は、光信号品質モニタ２０、２０′だけでなく、他の光学装置の光サンプリング部として使用できる。
【符号の説明】
【００９９】
２０、２０′……光信号品質モニタ、２１……サンプリング用光パルス発生部、２２……光サンプリング装置、２３……ＣＮＴ素子、２５、２５′、２５″……光カプラ、２８……偏波制御器、２９……波長フィルタ、２９′……偏光フィルタ、３０……光電変換器、３１……Ａ／Ｄ変換器、３５、３５′……演算部、３６……パラメータ設定部、４１……基本波成分信号出力部、４１ａ……帯域通過フィルタ、４１ｂ……電圧制御発振器、４１ｃ……位相比較器、４２……コンパレータ、４３……しきい値設定器、４４……データ取得制御部、４５……波形メモリ、１２３……積層ガラス板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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