(57)【要約】  信号パルス光源１１の信号パルスとサンプリングパルス光源１０のサンプリングパルスを光ファイバ２０に入射し、受光部３３が光ファイバ２０通過後の光パワーを測定し、受光部３１が光ファイバ２０通過後の光をさらに０度偏光子５１を通過させた光のパワーを測定し、受光部３２が光ファイバ２０通過後の光をさらに９０度偏光子４０および光フィルタ７０を通過させた光のパワーを測定し、演算部８０が、受光部３１，３２，３３で測定された光パワーから９０度偏光子の後におけるサンプリングされた光雑音ＯＳＮＲoutを算出して光雑音指数ＮＦを算出するよう構成する。
2008065723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数算出方法であって、
前記制御光パルスにより取り出される信号光パワーの割合、前記非線形光学媒質のパラメトリック利得および前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出する出力光雑音算出ステップと、
前記出力光雑音算出ステップにより算出された出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出ステップと、
を含んだことを特徴とする光雑音指数算出方法。
【請求項２】
信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数を算出する光雑音指数算出装置であって、
前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定手段と、
前記光パワー測定手段で測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出手段と、
前記光パワー測定手段で測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出手段と、
前記量子雑音算出手段により算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出手段と、
を備えたことを特徴とする光雑音指数算出装置。
【請求項３】
前記利得算出手段により算出されるパラメトリック利得は、信号光と制御光パルスに発生する四光混合利得であることを特徴とする請求項２に記載の光雑音指数算出装置。
【請求項４】
前記非線形光学媒質は、非線形光ファイバであることを特徴とする請求項２または３に記載の光雑音指数算出装置。
【請求項５】
前記光パワー測定手段は、光スペクトラムを測定し、該測定したスペクトラムから波形パワー積分機能を用いて光パワーを算出する光スペクトラムアナライザであることを特徴とする請求項２または３に記載の光雑音指数算出装置。
【請求項６】
信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数算出方法であって、
前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定ステップと、
前記光パワー測定ステップで測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出ステップと、
前記光パワー測定ステップで測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出ステップで算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出ステップと、
前記量子雑音算出ステップにより算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出ステップで算出されたパラメトリック利得を用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出ステップと、
を含んだことを特徴とする光雑音指数算出方法。
【請求項７】
信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なるサンプリングパルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光を測定する光サンプリングオシロスコープであって、
前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定手段と、
前記光パワー測定手段で測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出手段と、
前記光パワー測定手段で測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出手段と、
前記量子雑音算出手段により算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出手段と、
を備えたことを特徴とする光サンプリングオシロスコープ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光および信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出する光雑音指数算出方法および光雑音指数算出装置、ならびに、信号光抽出装置としての光サンプリングオシロスコープに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、超高速信号光を観測するために、いくつかの光サンプリングオシロスコープが商用化されている。光サンプリングオシロスコープは電気の追随できないような高速の光信号波形を正確に観測し、評価するための測定器である。【０００３】
近年では、光信号のビットレートは４０Ｇｂ／ｓに到達しており、将来の高速システムの実現を目指し、１６０Ｇｂ／ｓ以上の光信号を伝送するための要素技術開発が行われている。そのために、より高い時間分解能を持つ光サンプリングオシロスコープが要求されており、サンプリング光として、信号光パルス幅に比べて、狭パルス幅を持つ、短パルス光の発生が重要となっている。【０００４】
サンプリングパルス幅が狭ければ、パルス一つ当たりのサンプリング点が増加すると同時に、より実際の光波形に近い波形を、光サンプリングオシロスコープにより測定することが可能となるが、（時間分解能の上昇）一方で光ゲートを時間領域でかけることにより、入力時の本来の光パルスの持つ光雑音に比べて、光サンプリング後の出力光波形の光雑音を劣化させる可能性がある。すなわち、光波形形状の正確な測定と、光パルス品質(光雑音、Ｑ値)はトレードオフの関係にある。【０００５】
そのため、光サンプリングオシロスコープでは、光サンプリングオシロスコープ自体の有する光雑音の把握が、測定器の特性を規定することに加えて、光波形のパルス測定された際の条件を規定する上で重要な測定パラメーターとなる。【０００６】
光雑音の測定方法としては、図５に示すエルビウムドープファイバアンプ（ＥＤＦＡ）により増幅された信号光の雑音を測定する際に用いられるプローブ法が代表的な方法である。ＥＤＦＡでは、図６に示すように入力端と出力端では光スペクトラム形状がほとんど変化しないため、光雑音レベルと光信号レベルを波長領域において測定し、光信号レベルから光雑音レベルを差し引き、光信号の雑音を定義することができる。これは現在、ＥＤＦＡにより増幅される信号光のビットレートに広帯域を要しないことと、信号光パワーレベルが非線形光学効果を誘起して光信号スペクトラムを変化させるほど高くないためである。【０００７】
なお、光サンプリングオシロスコープについては、例えば、特許文献１に詳細が記載されている。【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１８４８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非線形媒質を利用した光サンプリングオシロスコープでは、測定する光信号のビットレートが高く(〜１６０Ｇｂ／ｓ)、信号光帯域が広い。また、図７に示すように、サンプリング光や信号光に対する四光混合等の非線形光学効果の影響により、さらに波長領域において信号光が大きく広がるため、隣接信号光の影響を除外するために出力端ではサンプリングされた信号光を光フィルタによりフィルタリングする必要が生じる。このため、光雑音レベルの特定が難しく、かつ入力前と入力後では光信号のスペクトルが大きく異なることになる。これらの理由から、非線形媒質を利用した光サンプリングオシロスコープでは、光雑音レベルを波長領域において正確に測定することが困難であるという問題がある。【００１０】
また、光信号パルスの持つＱ値等の光パルス品質を示すパラメーターは基本的に光雑音測定から算出されるために、これまで商用化されている光サンプリングオシロスコープでは、パルス品質を定義し、保証することが困難であり、測定器として重要である、光サンプリングオシロスコープの自身の有する光雑音特性を把握することも難しかった。【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光サンプリングオシロスコープなど、信号光および信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出する光雑音指数算出方法および光雑音指数算出装置、ならびに、光雑音指数算出機能を備えた光サンプリングオシロスコープを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る発明は、信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数算出方法であって、前記制御光パルスにより取り出される信号光パワーの割合、前記非線形光学媒質のパラメトリック利得および前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出する出力光雑音算出ステップと、前記出力光雑音算出ステップにより算出された出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出ステップと、を含んだことを特徴とする。【００１３】
この請求項１の発明によれば、制御光パルスにより取り出される信号光パワーの割合、非線形光学媒質のパラメトリック利得および直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを用いて信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出するよう構成したので、信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができる。【００１４】
また、請求項２に係る発明は、信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数を算出する光雑音指数算出装置であって、前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定手段と、前記光パワー測定手段で測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出手段と、前記光パワー測定手段で測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出手段と、前記量子雑音算出手段により算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出手段と、を備えたことを特徴とする。【００１５】
この請求項２の発明によれば、非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定し、測定した第２の光パワーを用いて非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出し、測定した第１の光パワー、第３の光パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて、直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出し、算出した量子雑音パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出するよう構成したので、信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができる。【００１６】
また、請求項３に係る発明は、上記発明において、前記利得算出手段により算出されるパラメトリック利得は、信号光と制御光パルスに発生する四光混合利得であることを特徴とする。【００１７】
この請求項３の発明によれば、算出するパラメトリック利得は、信号光と制御光パルスに発生する四光混合利得であるよう構成したので、四光混合効果を利用する信号光抽出装置の光雑音指数を算出することができる。【００１８】
また、請求項４に係る発明は、上記発明において、前記非線形光学媒質は、非線形光ファイバであることを特徴とする。【００１９】
この請求項４の発明によれば、非線形光学媒質は、非線形光ファイバであるよう構成したので、光ファイバを用いる信号光抽出装置の光雑音指数を算出することができる。【００２０】
また、請求項５に係る発明は、上記発明において、前記光パワー測定手段は、光スペクトラムを測定し、該測定したスペクトラムから波形パワー積分機能を用いて光パワーを算出する光スペクトラムアナライザであることを特徴とする。【００２１】
この請求項５の発明によれば、光スペクトラムアナライザによって、光スペクトラムを測定して波形パワー積分機能を用いて光パワーを算出するよう構成したので、光パワーを測定することができる。【００２２】
また、請求項６に係る発明は、信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数算出方法であって、前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定ステップと、前記光パワー測定ステップで測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出ステップと、前記光パワー測定ステップで測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出ステップで算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出ステップと、前記量子雑音算出ステップにより算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出ステップで算出されたパラメトリック利得を用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出ステップと、を含んだことを特徴とする。【００２３】
この請求項６の発明によれば、非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定し、測定した第２の光パワーを用いて非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出し、測定した第１の光パワー、第３の光パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて、直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出し、算出した量子雑音パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出するよう構成したので、信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができる。【００２４】
また、請求項７に係る発明は、信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なるサンプリングパルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光を測定する光サンプリングオシロスコープであって、前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定手段と、前記光パワー測定手段で測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出手段と、前記光パワー測定手段で測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出手段と、前記量子雑音算出手段により算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出手段と、を備えたことを特徴とする。【００２５】
この請求項７の発明によれば、非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定し、測定した第２の光パワーを用いて非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出し、測定した第１の光パワー、第３の光パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて、直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出し、算出した量子雑音パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて出力光雑音を算出し、算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出するよう構成したので、光サンプリングオシロスコープの光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができるので、信号光抽出装置の光雑音特性を評価することができるという効果を奏する。【００２７】
また、本発明によれば、四光混合効果を利用する信号光抽出装置の光雑音指数を算出するので、四光混合効果を利用する信号光抽出装置の光雑音特性を評価することができるという効果を奏する。【００２８】
また、本発明によれば、光ファイバを用いる信号光抽出装置の光雑音指数を算出するので、光ファイバを用いる信号光抽出装置の光雑音特性を評価することができるという効果を奏する。【００２９】
また、本発明によれば、光パワーを測定することができるので、光雑音指数を算出することができるという効果を奏する。【００３０】
また、本発明によれば、光サンプリングオシロスコープの光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができるので、光サンプリングオシロスコープの光雑音特性を評価することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本実施例に係る光雑音指数算出装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、光雑音指数の算出に用いる入射光パワーを示す図である。
【図３】図３は、光雑音指数の算出に用いる出射光パワーを示す図である。
【図４】図４は、演算部による光雑音指数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、プローブ法を説明するための説明図である。
【図６】図６は、ＥＤＦＡにおける光雑音指数を説明するための説明図である。
【図７】図７は、光サンプリングオシロスコープの入力端および出力端での光パワーを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    サンプリングパルス光源
１１    信号パルス光源
２０    光ファイバ
３０，３１，３２，３３    受光部
４０    ９０度偏光子
５０，５１    ０度偏光子
６０，６１，６２    光カプラ
７０    光フィルタ
８０    演算部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明に係る光雑音指数算出方法、光雑音指数算出装置および光サンプリングオシロスコープの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施例では、光サンプリングオシロスコープを中心に説明するが、この実施例により本発明が限定されるものではなく、本発明は、信号光および信号光と偏光方向が所定の角度の制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置（前述の特許文献１参照）に適用することができる。
【実施例】
【００３４】
まず、本実施例に係る光雑音指数算出装置の構成について説明する。図１は、本実施例に係る光雑音指数算出装置の構成を示す図である。同図に示すように、この光雑音指数算出装置は、サンプリングパルス光源１０と、信号パルス光源１１と、光ファイバ２０と、受光部３０，３１，３２および３３と、９０度偏光子４０と、０度偏光子５０および５１と、光カプラ６０，６１および６２と、光フィルタ７０と、演算部８０とを有する。【００３５】
サンプリングパルス光源１０は、本実施例に係る光雑音指数算出装置が光雑音指数を算出する対象の光サンプリングオシロスコープが信号パルスのサンプリングに用いるサンプリングパルスを発生する光源である。このサンプリングパルス光源１０は、信号パルスと偏光面が４５度異なるサンプリングパルスを発生する。【００３６】
信号パルス光源１１は、本実施例に係る光雑音指数算出装置が光雑音指数を算出する対象の光サンプリングオシロスコープが測定する信号パルスを発生する光源である。【００３７】
光ファイバ２０は、本実施例に係る光雑音指数算出装置が光雑音指数を算出する対象の光サンプリングオシロスコープが波形測定のために信号パルスおよびサンプリングパルスに対して非線形光学効果を発生させる非線形光学媒質である。【００３８】
受光部３０，３１，３２および３３は、光信号を受光して光パワー（光のエネルギー）を測定する装置であり、具体的には、光スペクトラムを測定し、測定したスペクトラムから波形パワー積分機能を用いて光パワーを算出する光スペクトラムアナライザである。【００３９】
９０度偏光子４０は、信号パルス光源１１が発生する信号パルスと直行する偏波面を有する偏光子であり、入射光が信号パルスだけの場合には入射光を遮断し、信号パルスがサンプリングパルスによって偏波回転して入射すると、一部の光信号を通過させる。【００４０】
０度偏光子５０および５１は、信号パルス光源１１が発生する信号パルスと同一の偏波面を有する偏光子である。光カプラ６０，６１および６２は、光信号を分岐する装置であり、光フィルタ７０は、サンプリングパルスでサンプリングされた光信号を取り出すフィルタである。【００４１】
演算部８０は、受光部３０，３１，３２および３３が測定した光パワーを用いて、光サンプリングオシロスコープの光雑音指数を算出する装置である。この演算部８０は、受光部３０，３１，３２および３３が測定した光パワーを入力する他に、信号パルス幅Ｔ、サンプリングパルス幅τ、信号パルス周波数ν、光サンプリングオシロスコープが測定に用いる帯域幅Δν、入射信号光パワーＰs//、入射信号雑音パワーＰnoise//を利用者から受け付けて光雑音指数を算出する。【００４２】
ここで、演算部８０が算出する光雑音指数について図２および図３を用いて説明する。光サンプリングオシロスコープでは、信号パルスおよび信号パルスと偏光面が４５度異なるサンプリングパルスを非線形光学媒質である光ファイバに入力し、光ファイバから出力される光を偏光面が信号パルスとは直交する９０度偏光子を通過させて信号パルスの一部を抽出する。【００４３】
すなわち、光サンプリングオシロスコープでは、図２に示すように、信号パルスが光入射端において出射端における９０度偏光子に対して垂直となるように入射される。その際、光サンプリングオシロスコープ入射端における入力光雑音は
ＯＳＮＲin＝Ｐs//／Ｐnoise//      （１）
と表される。なお、図２において、ポンプはサンプリングパルスを表す。【００４４】
光サンプリングの場合には、信号パルスに対して、時間領域で十分狭いサンプリングパルスが使用される。その際、
η＝τ／Ｔ                    （２）
だけの光信号パルスがサンプリングパルスにサンプリングされると仮定する。【００４５】
すると、サンプリングされ、偏波回転した際、パルスエネルギーは
η(Ｐs//＋Ｐnoise//)  （３）
となる。【００４６】
また、図３に示すように、光信号は偏波回転を行い、四光混合によりパラメトリック利得Ｇを受け、かつポンプ光と偏波面が揃った成分には量子雑音ＰQNが加わるため、光信号の４５度成分のエネルギーは９０度偏光子手前で、
[ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN]π/4  （４）
となる。【００４７】
ここで、量子雑音ＰQNは、非線形媒質中におけるパラメトリック利得Ｇを用いて、
ＰQN＝(ｈν)／２Δν(Ｇ−１)  （５）
と表される。なお、ｈはプランク定数、(ｈν)／２は真空場の揺らぎに伴う量子雑音を示す。【００４８】
さらに、サンプリングされない光信号の０度成分は
(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)  （６）
となるため、９０度偏光子手前での全偏光面を考慮した最終的な光信号パワーは図３に示すように
[ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN]π/4＋[(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)]0  （７）
と表される。ここで（７）式のπ/4ならびに0は入射偏光面に対する相対角度を示す。【００４９】
９０度偏光子により、サンプリングされた光信号の４５度成分は利得Ｇが十分高い場合には１／２となるため、９０度偏光子の後ろにおける光パルスのエネルギーは
(１／２)＊［ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN]π/4  （８）
となり、９０度偏光子で以下のパルスの０度成分は除去される。
(１／２)＊［ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN]π/4＋[(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)]0  （９）
【００５０】
故に、９０度偏光子の後ろにおけるサンプリングされた光パルスの光雑音ＯＳＮＲoutは
ＯＳＮＲout＝[ηＧＰs//]／[ηＧＰnoise//＋ＰQN]  （１０）
となる。【００５１】
結局、光サンプリングオシロスコープにおける光雑音指数はＯＳＮＲinならびにＯＳＮＲoutを用いて
ＮＦ＝ＯＳＮＲin／ＯＳＮＲout
＝(Ｐs//／Ｐnoise//)／([ηＧＰs//]／[ηＧＰnoise//＋ＰQN])  （１１）
となり、対数表示を使用すると、
ＮＦlog＝１０ｌｏｇ(ηＧ)−１０ｌｏｇ((ＰQN／Ｐnoise//)＋(ηＧ))  （１２）
となる。【００５２】
なお、式（１０）の定性的な説明は以下のようになる。η＝１の場合には、周波数次元、波長次元ともに光信号パルス波形とサンプリングパルス波形が一致するためにパラメトリック増幅により発生したノイズを拾わない。この際に、光ファイバの長さが、ごく短く利得が小さい場合には、付加される量子雑音はほぼ０となり、ＮＦは１に近づく。一方でη＝０の場合には、サンプリングパルスが存在しないのと等価であるために、偏波回転が生じない。またパラメトリック利得は発生しないため、入力パルス信号は出力されず、ＮＦlog＝∞となる。【００５３】
また、入力信号光のＰs//ならびにＰnoise//は波長次元で測定可能量である。また、パラメトリック利得Ｇは光フィルタリングにより雑音レベルを示す、ＡＳＥ−ＡＳＥビート雑音が除去された後にも、波長次元で積分することにより測定可能量であり、ηも光信号パルス幅、光サンプリング信号パルス幅ならびに繰り返し周波数が決まれば、決定できる量である。【００５４】
加えて、量子雑音ＰQNは、パラメトリック増幅により発生するものであるため、信号光とポンプ光が同一偏波を持つ通常の四光波混合の際に発生される雑音の発生と同様の過程をたどり、非線形媒質の長さが長ければ長いほど、発生される雑音量も増加する。【００５５】
すなわち、非線形媒質の長さをｚとすると、
dＰQN／dｚ  ∝  (ｈν)／２Δν(Ｇ−１)  （１３）
となるので、非線形媒質の任意の二点に出力光点を設けることにより、量子雑音に起因する雑音レベルを同定することが、可能である。【００５６】
次に、演算部８０による光雑音指数算出処理の処理手順について説明する。図４は、演算部８０による光雑音指数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この光雑音指数算出処理では、演算部８０は、利用者から受け付けた信号パルス幅Ｔおよびサンプリングパルス幅τを用いて、η＝τ／Ｔを算出する（ステップＳ１）。【００５７】
そして、利用者から受け付けた入射信号光パワーＰs//および入射信号雑音パワーＰnoise//を用いて入射端における光雑音ＯＳＮＲin＝Ｐs//／Ｐnoise//を算出する（ステップＳ２）。【００５８】
そして、受光部３１で測定された光パワー（(１／２)＊ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN＋(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)）と、ＰQN＝(ｈν)／２Δν(Ｇ−１)を用いてパラメトリック利得Ｇを算出する（ステップＳ３）。すなわち、(１／２)＊ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN＋(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)のＰQNをＰQN＝(ｈν)／２Δν(Ｇ−１)で置き換え、ηをステップＳ１で算出した値に置き換え、ν、Δν、(Ｐs//＋Ｐnoise//)を利用者から受け付けた値で置き換えることによって、受光部３１で測定される光パワーをＧだけの式に変換し、変換した式と測定値からＧを算出する。【００５９】
そして、受光部３１で測定された光パワー（(１／２)＊ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN＋(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)）から受光部３２で測定された光パワー（(１／２)＊ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQNを引いて(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)を算出する（ステップＳ４）。【００６０】
そして、受光部３３で測定された光パワー（ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN＋(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)）からステップＳ４で算出した(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)を引き、さらにηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)を計算して引くことによって、量子雑音ＰQNを算出する（ステップＳ５）。【００６１】
そして、ステップＳ５で算出した量子雑音ＰQNを用いて、９０度偏光子の後におけるサンプリングされた光雑音ＯＳＮＲout＝ηＧＰs//／(ηＧＰnoise//＋ＰQN)を算出し（ステップＳ６）、ステップＳ２で算出したＯＳＮＲinとステップＳ６で算出したＯＳＮＲoutを用いて光雑音指数ＮＦ＝ＯＳＮＲin／ＯＳＮＲoutを算出する（ステップＳ７）。【００６２】
このように、演算部８０が、受光部３１で測定された光パワーからパラメトリック利得Ｇを算出し、算出したパラメトリック利得Ｇおよび受光部３１，３２，３３で測定された光パワーから９０度偏光子の後におけるサンプリングされた光雑音ＯＳＮＲoutを算出して光雑音指数ＮＦを算出することによって、光サンプリングオシロスコープの光雑音属性を適切に評価することができる。【００６３】
上述してきたように、本実施例では、信号パルス光源１１の信号パルスとサンプリングパルス光源１０のサンプリングパルスを光ファイバ２０に入射し、受光部３３が光ファイバ２０通過後の光パワーを測定し、受光部３１が光ファイバ２０通過後の光をさらに０度偏光子５１を通過させた光のパワーを測定し、受光部３２が光ファイバ２０通過後の光をさらに９０度偏光子４０および光フィルタ７０を通過させた光のパワーを測定し、演算部８０が、受光部３１，３２，３３で測定された光パワーから９０度偏光子の後におけるサンプリングされた光雑音ＯＳＮＲoutを算出して光雑音指数ＮＦを算出することとしたので、光サンプリングオシロスコープの光雑音属性を適切に評価する指数を算出することができる。【００６４】
なお、本実施例では、光雑音指数算出装置について説明したが、光雑音指数算出装置の光カプラ６０，６１および６２、受光部３０，３１，３２および３３、０度偏光子５０および５１、ならびに、演算部８０を光サンプリングオシロスコープに設けることにより、光雑音指数算出機能を備えた光サンプリングオシロスコープを実現することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明に係る光雑音指数算出方法、光雑音指数算出装置および光サンプリングオシロスコープは、光信号の観測に有効であり、特に、超高速信号光を観測する場合に適している。
【図１】
2008065723.tif 000003
【図２】
2008065723.tif 000004
【図３】
2008065723.tif 000005
【図４】
2008065723.tif 000006
【図５】
2008065723.tif 000007
【図６】
2008065723.tif 000008
【図７】
2008065723.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月2日(2009.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数算出方法であって、
前記制御光パルスにより取り出される信号光パワーの割合、前記非線形光学媒質のパラメトリック利得および前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出する出力光雑音算出ステップと、
前記出力光雑音算出ステップにより算出された出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出ステップと、
を含んだことを特徴とする光雑音指数算出方法。
【請求項２】
信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数を算出する光雑音指数算出装置であって、
前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定手段と、
前記光パワー測定手段で測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出手段と、
前記光パワー測定手段で測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出手段と、
前記量子雑音算出手段により算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出手段と、
を備えたことを特徴とする光雑音指数算出装置。
【請求項３】
前記利得算出手段により算出されるパラメトリック利得は、信号光と制御光パルスに発生する四光混合利得であることを特徴とする請求項２に記載の光雑音指数算出装置。
【請求項４】
信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数算出方法であって、
前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定ステップと、
前記光パワー測定ステップで測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出ステップと、
前記光パワー測定ステップで測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出ステップで算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出ステップと、
前記量子雑音算出ステップにより算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出ステップで算出されたパラメトリック利得を用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出ステップと、
を含んだことを特徴とする光雑音指数算出方法。
【請求項５】
信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なるサンプリングパルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光を測定する光サンプリングオシロスコープであって、
前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定手段と、
前記光パワー測定手段で測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出手段と、
前記光パワー測定手段で測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出手段と、
前記量子雑音算出手段により算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出手段と、
を備えたことを特徴とする光サンプリングオシロスコープ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光および信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出する光雑音指数算出方法および光雑音指数算出装置、ならびに、信号光抽出装置としての光サンプリングオシロスコープに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、超高速信号光を観測するために、いくつかの光サンプリングオシロスコープが商用化されている。光サンプリングオシロスコープは電気の追随できないような高速の光信号波形を正確に観測し、評価するための測定器である。
【０００３】
近年では、光信号のビットレートは４０Ｇｂ／ｓに到達しており、将来の高速システムの実現を目指し、１６０Ｇｂ／ｓ以上の光信号を伝送するための要素技術開発が行われている。そのために、より高い時間分解能を持つ光サンプリングオシロスコープが要求されており、サンプリング光として、信号光パルス幅に比べて、狭パルス幅を持つ、短パルス光の発生が重要となっている。
【０００４】
サンプリングパルス幅が狭ければ、パルス一つ当たりのサンプリング点が増加すると同時に、より実際の光波形に近い波形を、光サンプリングオシロスコープにより測定することが可能となるが、（時間分解能の上昇）一方で光ゲートを時間領域でかけることにより、入力時の本来の光パルスの持つ光雑音に比べて、光サンプリング後の出力光波形の光雑音を劣化させる可能性がある。すなわち、光波形形状の正確な測定と、光パルス品質(光雑音、Ｑ値)はトレードオフの関係にある。
【０００５】
そのため、光サンプリングオシロスコープでは、光サンプリングオシロスコープ自体の有する光雑音の把握が、測定器の特性を規定することに加えて、光波形のパルス測定された際の条件を規定する上で重要な測定パラメーターとなる。
【０００６】
光雑音の測定方法としては、図５に示すエルビウムドープファイバアンプ（ＥＤＦＡ）により増幅された信号光の雑音を測定する際に用いられるプローブ法が代表的な方法である。ＥＤＦＡでは、図６に示すように入力端と出力端では光スペクトラム形状がほとんど変化しないため、光雑音レベルと光信号レベルを波長領域において測定し、光信号レベルから光雑音レベルを差し引き、光信号の雑音を定義することができる。これは現在、ＥＤＦＡにより増幅される信号光のビットレートに広帯域を要しないことと、信号光パワーレベルが非線形光学効果を誘起して光信号スペクトラムを変化させるほど高くないためである。
【０００７】
なお、光サンプリングオシロスコープについては、例えば、特許文献１に詳細が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１８４８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非線形媒質を利用した光サンプリングオシロスコープでは、測定する光信号のビットレートが高く(〜１６０Ｇｂ／ｓ)、信号光帯域が広い。また、図７に示すように、サンプリング光や信号光に対する四光混合等の非線形光学効果の影響により、さらに波長領域において信号光が大きく広がるため、隣接信号光の影響を除外するために出力端ではサンプリングされた信号光を光フィルタによりフィルタリングする必要が生じる。このため、光雑音レベルの特定が難しく、かつ入力前と入力後では光信号のスペクトルが大きく異なることになる。これらの理由から、非線形媒質を利用した光サンプリングオシロスコープでは、光雑音レベルを波長領域において正確に測定することが困難であるという問題がある。
【００１０】
また、光信号パルスの持つＱ値等の光パルス品質を示すパラメーターは基本的に光雑音測定から算出されるために、これまで商用化されている光サンプリングオシロスコープでは、パルス品質を定義し、保証することが困難であり、測定器として重要である、光サンプリングオシロスコープの自身の有する光雑音特性を把握することも難しかった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光サンプリングオシロスコープなど、信号光および信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出する光雑音指数算出方法および光雑音指数算出装置、ならびに、光雑音指数算出機能を備えた光サンプリングオシロスコープを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る発明は、信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数算出方法であって、前記制御光パルスにより取り出される信号光パワーの割合、前記非線形光学媒質のパラメトリック利得および前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出する出力光雑音算出ステップと、前記出力光雑音算出ステップにより算出された出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出ステップと、を含んだことを特徴とする。
【００１３】
この請求項１の発明によれば、制御光パルスにより取り出される信号光パワーの割合、非線形光学媒質のパラメトリック利得および直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを用いて信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出するよう構成したので、信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数を算出する光雑音指数算出装置であって、前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定手段と、前記光パワー測定手段で測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出手段と、前記光パワー測定手段で測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出手段と、前記量子雑音算出手段により算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項２の発明によれば、非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定し、測定した第２の光パワーを用いて非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出し、測定した第１の光パワー、第３の光パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて、直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出し、算出した量子雑音パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出するよう構成したので、信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、上記発明において、前記利得算出手段により算出されるパラメトリック利得は、信号光と制御光パルスに発生する四光混合利得であることを特徴とする。
【００１７】
この請求項３の発明によれば、算出するパラメトリック利得は、信号光と制御光パルスに発生する四光混合利得であるよう構成したので、四光混合効果を利用する信号光抽出装置の光雑音指数を算出することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なる制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置の光雑音指数算出方法であって、前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定ステップと、前記光パワー測定ステップで測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出ステップと、前記光パワー測定ステップで測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出ステップで算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出ステップと、前記量子雑音算出ステップにより算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出ステップで算出されたパラメトリック利得を用いて前記信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出ステップと、を含んだことを特徴とする。
【００１９】
この請求項４の発明によれば、非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定し、測定した第２の光パワーを用いて非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出し、測定した第１の光パワー、第３の光パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて、直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出し、算出した量子雑音パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて信号光抽出装置の出力光雑音を算出し、算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出するよう構成したので、信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができる。
【００２０】
また、請求項５に係る発明は、信号光および該信号光と偏光面が所定の角度異なるサンプリングパルスを非線形光学媒質に入力し、該非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光を測定する光サンプリングオシロスコープであって、前記非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、前記非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、前記直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定する光パワー測定手段と、前記光パワー測定手段で測定された第２の光パワーを用いて前記非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出する利得算出手段と、前記光パワー測定手段で測定された第１の光パワー、第３の光パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて、前記直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出する量子雑音算出手段と、前記量子雑音算出手段により算出された量子雑音パワーおよび前記利得算出手段で算出されたパラメトリック利得を用いて出力光雑音を算出し、該算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出する指数算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この請求項５の発明によれば、非線形光学媒質から出力される光のパワーを第１の光パワーとして測定し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と同一の偏波面を有する同一偏光子を通過させた光のパワーを第２の光パワーとして測定し、直交偏光子を通過した光のパワーを第３の光パワーとして測定し、測定した第２の光パワーを用いて非線形光学媒質のパラメトリック利得を算出し、測定した第１の光パワー、第３の光パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて、直交偏光子を通過した光の量子雑音パワーを算出し、算出した量子雑音パワーおよび算出したパラメトリック利得を用いて出力光雑音を算出し、算出した出力光雑音を用いて光雑音指数を算出するよう構成したので、光サンプリングオシロスコープの光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、信号光抽出装置の光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができるので、信号光抽出装置の光雑音特性を評価することができるという効果を奏する。
【００２３】
また、本発明によれば、四光混合効果を利用する信号光抽出装置の光雑音指数を算出するので、四光混合効果を利用する信号光抽出装置の光雑音特性を評価することができるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明によれば、光サンプリングオシロスコープの光雑音特性を適切に表す光雑音指数を算出することができるので、光サンプリングオシロスコープの光雑音特性を評価することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明に係る光雑音指数算出方法、光雑音指数算出装置および光サンプリングオシロスコープの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施例では、光サンプリングオシロスコープを中心に説明するが、この実施例により本発明が限定されるものではなく、本発明は、信号光および信号光と偏光方向が所定の角度の制御光パルスを非線形光学媒質に入力し、非線形光学媒質から出力される光を信号光と直行する偏波面を有する直交偏光子を通過させて信号光の一部を抽出する信号光抽出装置（前述の特許文献１参照）に適用することができる。
【実施例】
【００２６】
まず、本実施例に係る光雑音指数算出装置の構成について説明する。図１は、本実施例に係る光雑音指数算出装置の構成を示す図である。同図に示すように、この光雑音指数算出装置は、サンプリングパルス光源１０と、信号パルス光源１１と、光ファイバ２０と、受光部３０，３１，３２および３３と、９０度偏光子４０と、０度偏光子５０および５１と、光カプラ６０，６１および６２と、光フィルタ７０と、演算部８０とを有する。
【００２７】
サンプリングパルス光源１０は、本実施例に係る光雑音指数算出装置が光雑音指数を算出する対象の光サンプリングオシロスコープが信号パルスのサンプリングに用いるサンプリングパルスを発生する光源である。このサンプリングパルス光源１０は、信号パルスと偏光面が４５度異なるサンプリングパルスを発生する。
【００２８】
信号パルス光源１１は、本実施例に係る光雑音指数算出装置が光雑音指数を算出する対象の光サンプリングオシロスコープが測定する信号パルスを発生する光源である。
【００２９】
光ファイバ２０は、本実施例に係る光雑音指数算出装置が光雑音指数を算出する対象の光サンプリングオシロスコープが波形測定のために信号パルスおよびサンプリングパルスに対して非線形光学効果を発生させる非線形光学媒質である。
【００３０】
受光部３０，３１，３２および３３は、光信号を受光して光パワー（光のエネルギー）を測定する装置であり、具体的には、光スペクトラムを測定し、測定したスペクトラムから波形パワー積分機能を用いて光パワーを算出する光スペクトラムアナライザである。
【００３１】
９０度偏光子４０は、信号パルス光源１１が発生する信号パルスと直行する偏波面を有する偏光子であり、入射光が信号パルスだけの場合には入射光を遮断し、信号パルスがサンプリングパルスによって偏波回転して入射すると、一部の光信号を通過させる。
【００３２】
０度偏光子５０および５１は、信号パルス光源１１が発生する信号パルスと同一の偏波面を有する偏光子である。光カプラ６０，６１および６２は、光信号を分岐する装置であり、光フィルタ７０は、サンプリングパルスでサンプリングされた光信号を取り出すフィルタである。
【００３３】
演算部８０は、受光部３０，３１，３２および３３が測定した光パワーを用いて、光サンプリングオシロスコープの光雑音指数を算出する装置である。この演算部８０は、受光部３０，３１，３２および３３が測定した光パワーを入力する他に、信号パルス幅Ｔ、サンプリングパルス幅τ、信号パルス周波数ν、光サンプリングオシロスコープが測定に用いる帯域幅Δν、入射信号光パワーＰs//、入射信号雑音パワーＰnoise//を利用者から受け付けて光雑音指数を算出する。
【００３４】
ここで、演算部８０が算出する光雑音指数について図２および図３を用いて説明する。光サンプリングオシロスコープでは、信号パルスおよび信号パルスと偏光面が４５度異なるサンプリングパルスを非線形光学媒質である光ファイバに入力し、光ファイバから出力される光を偏光面が信号パルスとは直交する９０度偏光子を通過させて信号パルスの一部を抽出する。
【００３５】
すなわち、光サンプリングオシロスコープでは、図２に示すように、信号パルスが光入射端において出射端における９０度偏光子に対して垂直となるように入射される。その際、光サンプリングオシロスコープ入射端における入力光雑音は 
ＯＳＮＲin＝Ｐs//／Ｐnoise//      （１）
と表される。なお、図２において、ポンプはサンプリングパルスを表す。
【００３６】
光サンプリングの場合には、信号パルスに対して、時間領域で十分狭いサンプリングパルスが使用される。その際、
η＝τ／Ｔ                    （２）
だけの光信号パルスがサンプリングパルスにサンプリングされると仮定する。
【００３７】
すると、サンプリングされ、偏波回転した際、パルスエネルギーは
η(Ｐs//＋Ｐnoise//)  （３）
となる。
【００３８】
また、図３に示すように、光信号は偏波回転を行い、四光混合によりパラメトリック利得Ｇを受け、かつポンプ光と偏波面が揃った成分には量子雑音ＰQNが加わるため、光信号の４５度成分のエネルギーは９０度偏光子手前で、
[ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN]π/4  （４）
となる。
【００３９】
ここで、量子雑音ＰQNは、非線形媒質中におけるパラメトリック利得Ｇを用いて、
ＰQN＝(ｈν)／２Δν(Ｇ−１)  （５）
と表される。なお、ｈはプランク定数、(ｈν)／２は真空場の揺らぎに伴う量子雑音を示す。
【００４０】
さらに、サンプリングされない光信号の０度成分は
(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)  （６）
となるため、９０度偏光子手前での全偏光面を考慮した最終的な光信号パワーは図３に示すように
[ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN]π/4＋[(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)]0  （７）
と表される。ここで（７）式のπ/4ならびに0は入射偏光面に対する相対角度を示す。
【００４１】
９０度偏光子により、サンプリングされた光信号の４５度成分は利得Ｇが十分高い場合には１／２となるため、９０度偏光子の後ろにおける光パルスのエネルギーは
(１／２)＊［ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN]π/4  （８）
となり、９０度偏光子で以下のパルスの０度成分は除去される。
(１／２)＊［ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN]π/4＋[(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)]0  （９）
【００４２】
故に、９０度偏光子の後ろにおけるサンプリングされた光パルスの光雑音ＯＳＮＲoutは
ＯＳＮＲout＝[ηＧＰs//]／[ηＧＰnoise//＋ＰQN]  （１０）
となる。
【００４３】
結局、光サンプリングオシロスコープにおける光雑音指数はＯＳＮＲinならびにＯＳＮＲoutを用いて
ＮＦ＝ＯＳＮＲin／ＯＳＮＲout
＝(Ｐs//／Ｐnoise//)／([ηＧＰs//]／[ηＧＰnoise//＋ＰQN])  （１１）
となり、対数表示を使用すると、
ＮＦlog＝１０ｌｏｇ(ηＧ)−１０ｌｏｇ((ＰQN／Ｐnoise//)＋(ηＧ))  （１２）
となる。
【００４４】
なお、式（１０）の定性的な説明は以下のようになる。η＝１の場合には、周波数次元、波長次元ともに光信号パルス波形とサンプリングパルス波形が一致するためにパラメトリック増幅により発生したノイズを拾わない。この際に、光ファイバの長さが、ごく短く利得が小さい場合には、付加される量子雑音はほぼ０となり、ＮＦは１に近づく。一方でη＝０の場合には、サンプリングパルスが存在しないのと等価であるために、偏波回転が生じない。またパラメトリック利得は発生しないため、入力パルス信号は出力されず、ＮＦlog＝∞となる。
【００４５】
また、入力信号光のＰs//ならびにＰnoise//は波長次元で測定可能量である。また、パラメトリック利得Ｇは光フィルタリングにより雑音レベルを示す、ＡＳＥ−ＡＳＥビート雑音が除去された後にも、波長次元で積分することにより測定可能量であり、ηも光信号パルス幅、光サンプリング信号パルス幅ならびに繰り返し周波数が決まれば、決定できる量である。
【００４６】
加えて、量子雑音ＰQNは、パラメトリック増幅により発生するものであるため、信号光とポンプ光が同一偏波を持つ通常の四光波混合の際に発生される雑音の発生と同様の過程をたどり、非線形媒質の長さが長ければ長いほど、発生される雑音量も増加する。
【００４７】
すなわち、非線形媒質の長さをｚとすると、
dＰQN／dｚ  ∝  (ｈν)／２Δν(Ｇ−１)  （１３）
となるので、非線形媒質の任意の二点に出力光点を設けることにより、量子雑音に起因する雑音レベルを同定することが、可能である。
【００４８】
次に、演算部８０による光雑音指数算出処理の処理手順について説明する。図４は、演算部８０による光雑音指数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、この光雑音指数算出処理では、演算部８０は、利用者から受け付けた信号パルス幅Ｔおよびサンプリングパルス幅τを用いて、η＝τ／Ｔを算出する（ステップＳ１）。
【００４９】
そして、利用者から受け付けた入射信号光パワーＰs//および入射信号雑音パワーＰnoise//を用いて入射端における光雑音ＯＳＮＲin＝Ｐs//／Ｐnoise//を算出する（ステップＳ２）。
【００５０】
そして、受光部３１で測定された光パワー（(１／２)＊ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN＋(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)）と、ＰQN＝(ｈν)／２Δν(Ｇ−１)を用いてパラメトリック利得Ｇを算出する（ステップＳ３）。すなわち、(１／２)＊ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN＋(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)のＰQNをＰQN＝(ｈν)／２Δν(Ｇ−１)で置き換え、ηをステップＳ１で算出した値に置き換え、ν、Δν、(Ｐs//＋Ｐnoise//)を利用者から受け付けた値で置き換えることによって、受光部３１で測定される光パワーをＧだけの式に変換し、変換した式と測定値からＧを算出する。
【００５１】
そして、受光部３１で測定された光パワー（(１／２)＊ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN＋(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)）から受光部３２で測定された光パワー（(１／２)＊ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQNを引いて(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)を算出する（ステップＳ４）。
【００５２】
そして、受光部３３で測定された光パワー（ηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)＋ＰQN＋(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)）からステップＳ４で算出した(１−η)(Ｐs//＋Ｐnoise//)を引き、さらにηＧ(Ｐs//＋Ｐnoise//)を計算して引くことによって、量子雑音ＰQNを算出する（ステップＳ５）。
【００５３】
そして、ステップＳ５で算出した量子雑音ＰQNを用いて、９０度偏光子の後におけるサンプリングされた光雑音ＯＳＮＲout＝ηＧＰs//／(ηＧＰnoise//＋ＰQN)を算出し（ステップＳ６）、ステップＳ２で算出したＯＳＮＲinとステップＳ６で算出したＯＳＮＲoutを用いて光雑音指数ＮＦ＝ＯＳＮＲin／ＯＳＮＲoutを算出する（ステップＳ７）。
【００５４】
このように、演算部８０が、受光部３１で測定された光パワーからパラメトリック利得Ｇを算出し、算出したパラメトリック利得Ｇおよび受光部３１，３２，３３で測定された光パワーから９０度偏光子の後におけるサンプリングされた光雑音ＯＳＮＲoutを算出して光雑音指数ＮＦを算出することによって、光サンプリングオシロスコープの光雑音属性を適切に評価することができる。
【００５５】
上述してきたように、本実施例では、信号パルス光源１１の信号パルスとサンプリングパルス光源１０のサンプリングパルスを光ファイバ２０に入射し、受光部３３が光ファイバ２０通過後の光パワーを測定し、受光部３１が光ファイバ２０通過後の光をさらに０度偏光子５１を通過させた光のパワーを測定し、受光部３２が光ファイバ２０通過後の光をさらに９０度偏光子４０および光フィルタ７０を通過させた光のパワーを測定し、演算部８０が、受光部３１，３２，３３で測定された光パワーから９０度偏光子の後におけるサンプリングされた光雑音ＯＳＮＲoutを算出して光雑音指数ＮＦを算出することとしたので、光サンプリングオシロスコープの光雑音属性を適切に評価する指数を算出することができる。
【００５６】
なお、本実施例では、光雑音指数算出装置について説明したが、光雑音指数算出装置の光カプラ６０，６１および６２、受光部３０，３１，３２および３３、０度偏光子５０および５１、ならびに、演算部８０を光サンプリングオシロスコープに設けることにより、光雑音指数算出機能を備えた光サンプリングオシロスコープを実現することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明に係る光雑音指数算出方法、光雑音指数算出装置および光サンプ
リングオシロスコープは、光信号の観測に有効であり、特に、超高速信号光を観測する場
合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本実施例に係る光雑音指数算出装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、光雑音指数の算出に用いる入射光パワーを示す図である。
【図３】図３は、光雑音指数の算出に用いる出射光パワーを示す図である。
【図４】図４は、演算部による光雑音指数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は、プローブ法を説明するための説明図である。
【図６】図６は、ＥＤＦＡにおける光雑音指数を説明するための説明図である。
【図７】図７は、光サンプリングオシロスコープの入力端および出力端での光パワーを示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０    サンプリングパルス光源
１１    信号パルス光源
２０    光ファイバ
３０，３１，３２，３３    受光部
４０    ９０度偏光子
５０，５１    ０度偏光子
６０，６１，６２    光カプラ
７０    光フィルタ
８０    演算部
【国際調査報告】
2008065723.tif 000010
2008065723.tif 000011
2008065723.tif 000012
2008065723.tif 000013