(57)【要約】  光信号サンプリング装置は、サンプリング対象の光信号をサンプリングするための所定周期のサンプリング用光パルスを発生するサンプリング用光パルス発生部と、前記サンプリング対象の光信号を前記サンプリング用光パルス発生部からの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部とを有する。前記光サンプリング部は、前記サンプリング対象の光信号と前記サンプリング用光パルス発生部からの前記サンプリング用光パルスとを合波する光合波部と、光を入出射するための２つの光端子と、該２つの光端子間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子の一方の光端子で前記光合波部からの出射光を受ける電界吸収型光変調器と、前記電界吸収型光変調器に前記サンプリング用光パルスが入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルスが入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器において前記サンプリング用光パルスで前記サンプリング対象の光信号をサンプリングして前記２つの光端子の他方の光端子から前記サンプリングによって得られた光信号を出射させるための所定の直流電圧を前記電界吸収型光変調器の前記電源端子に与える直流電源と、前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される光信号のうち、前記サンプリング対象の光信号成分を選択的に出射する光分離部とを含む。
2008146684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプリング対象の光信号をサンプリングするための所定周期のサンプリング用光パルスを発生するサンプリング用光パルス発生部と、
前記サンプリング対象の光信号を前記サンプリング用光パルス発生部からの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部とを有する光信号サンプリング装置であって、
前記光サンプリング部は、
前記サンプリング対象の光信号と前記サンプリング用光パルス発生部からの前記サンプリング用光パルスとを合波する光合波部と、
光を入出射するための２つの光端子と、該２つの光端子間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子の一方の光端子で前記光合波部からの出射光を受ける電界吸収型光変調器と、
前記電界吸収型光変調器に前記サンプリング用光パルスが入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルスが入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器において前記サンプリング用光パルスで前記サンプリング対象の光信号をサンプリングして前記２つの光端子の他方の光端子から前記サンプリングによって得られた光信号を出射させるための所定の直流電圧を前記電界吸収型光変調器の前記電源端子に与える直流電源と、
前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される光信号のうち、前記サンプリング対象の光信号成分を選択的に出射する光分離部と、
を含むことを特徴とする光信号サンプリング装置。
【請求項２】
前記サンプリング対象の光信号の波長に対して前記サンプリング用光パルスの波長が異なっており、
前記光分離部は、前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される光信号のうち、前記サンプリング対象の光信号の波長成分を有する光信号を選択的に出射する波長フィルタにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光信号サンプリング装置。
【請求項３】
前記光合波部は、前記サンプリング対象の光信号と前記サンプリング用光パルスとを互いに直交した偏波で合波するように構成されており、
前記光分離部は、前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される光信号のうち、前記サンプリング対象の光信号の偏波成分を有する光信号を選択的に出射する偏光フィルタにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光信号サンプリング装置。
【請求項４】
前記サンプリング用光パルス発生部は、
前記サンプリング用光パルスの周期に対応した周期Ｔｓを有する安定な信号を生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器と、
前記基準信号発生器によって生成される前記周期Ｔｓを有する安定な信号をＭ（Ｍは１より大きい整数）逓倍した信号として出力する逓倍器と、
連続光を出射する光源と、
前記逓倍器から出力される前記Ｍ逓倍した信号によって前記光源から出射される前記連続光を変調することにより、周期Ｔｓ／Ｍを有する光パルスを出射する光変調器と、
前記光変調器から出射される前記光パルスを１／Ｍに間引いて、周期Ｔｓを有する光パルスに変換する光ゲート回路と、
前記光ゲート回路により変換された前記周期を有する光パルスについてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルスとして出射する分散減少ファイバとを含むことを特徴とする請求項１に記載の光信号サンプリング装置。
【請求項５】
前記サンプリング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又はそのビットレートと所定のオフセット時間ΔＴの情報を受けて、前記サンプリング用光パルスのサンプリング周期Ｔｓを、
Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ（ここで、Ｎの値は、前記データ信号のクロック周期Ｔｃと前記サンプリング用光パルス発生部が出力可能な信号の周波数可変範囲によって決まる）
の演算で求めて、前記サンプリング用光パルス発生部に設定するパラメータ設定部をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の光信号サンプリング装置。
【請求項６】
前記サンプリング用光パルス発生部は、
前記サンプリング対象の光信号の周波数の整数分の１異なる周波数を有する短パルスを自励発振可能であると共に、前記短パルスの周波数をシフトする機能を有する短パルス発生部で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光信号サンプリング装置。
【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の整数倍に対して所定のオフセット時間だけ異なる周期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と、
前記監視対象の光信号を前記サンプリング用光パルス発生部からの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部とを有する光信号サンプリング装置と、
前記光信号サンプリング装置の前記光サンプリング部から出射される前記光パルス信号を受けて電気信号に変換することにより、前記監視対象の光信号の波形情報を取得する光電変換器とを有する光信号モニタ装置であって、
前記光信号サンプリング装置の前記光サンプリング部は、
前記監視対象の光信号と前記サンプリング用光パルス発生部からの前記サンプリング用光パルスとを合波する光合波部と、
光を入出射するための２つの光端子と、該２つの光端子間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子の一方の光端子で前記光合波部からの出射光を受ける電界吸収型光変調器と、
前記電界吸収型光変調器に前記サンプリング用光パルスが入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルスが入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器において前記サンプリング用光パルスで前記サンプリング対象の光信号をサンプリングして前記２つの光端子の他方の光端子から前記サンプリングによって得られた光信号を出射させるための所定の直流電圧を前記電界吸収型光変調器の前記電源端子に与える直流電源と、
前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される光信号のうち、前記サンプリング対象の光信号成分を選択的に出射する光分離部と、
を含むことを特徴とする光信号モニタ装置。
【請求項８】
前記監視対象の光信号の波長に対して前記サンプリング用光パルスの波長が異なっており、
前記光信号サンプリング装置の前記光分離部は、前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される光信号のうち、前記監視対象の光信号の波長成分を有する光信号を選択的に出射する波長フィルタにより構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光信号モニタ装置。
【請求項９】
前記光信号サンプリング装置の前記光合波部は、前記監視対象の光信号と前記サンプリング用光パルスとを互いに直交した偏波で合波するように構成されており、
前記光信号サンプリング装置の前記光分離部は、前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される光信号のうち、前記監視対象の光信号の偏波成分を有する光信号を選択的に出射する偏光フィルタにより構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１０】
前記光信号サンプリング装置の前記サンプリング用光パルス発生部は、
前記サンプリング用光パルスの周期に対応した周期Ｔｓを有する安定な信号を生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器と、
前記基準信号発生器によって生成される前記周期Ｔｓを有する安定な信号をＭ（Ｍは１より大きい整数）逓倍した信号として出力する逓倍器と、
連続光を出射する光源と、
前記逓倍器から出力される前記Ｍ逓倍した信号によって前記光源から出射される前記連続光を変調することにより、周期Ｔｓ／Ｍを有する光パルスを出射する光変調器と、
前記光変調器から出射される前記光パルスを１／Ｍに間引いて、周期Ｔｓを有する光パルスに変換する光ゲート回路と、
前記光ゲート回路により変換された前記周期を有する光パルスについてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルスとして出射する分散減少ファイバとを含むことを特徴とする請求項７に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１１】
前記光信号サンプリング装置の前記サンプリング用光パルス発生部は、
前記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又はそのビットレートと所定のオフセット時間ΔＴの情報を受けて、前記サンプリング用光パルスのサンプリング周期Ｔｓを、
Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ（ここで、Ｎの値は、前記データ信号のクロック周期Ｔｃと前記サンプリング用光パルス発生部が出力可能な信号の周波数可変範囲によって決まる）
の演算で求めて、前記サンプリング用光パルス発生部に設定するパラメータ設定部をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１２】
前記光信号サンプリング装置の前記サンプリング用光パルス発生部は、
前記監視対象の光信号の周波数の整数分の１異なる周波数を有する短パルスを自励発振可能であると共に、前記短パルスの周波数をシフトする機能を有する短パルス発生部で構成されていることを特徴とする請求項７に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１３】
前記光電変換器から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部と、
前記基本波成分信号出力部からの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と、
前記コンパレータによる比較において、前記基本波成分信号が前記所定のしきい値を超えるタイミングから前記光電変換器から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とをさらに有していることを特徴とする請求項７に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１４】
前記光電変換器と前記データ取得制御部との間に挿入され、前記光電変換器からの電気信号を前記サンプリング用光パルスと同期したサンプリングクロックによってサンプリングすることにより、デジタル値に変換して前記データ取得制御部にデータ信号として出力するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器をさらに有していることを特徴とする請求項１３に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１５】
前記サンプリングクロックは、前記サンプリング用光パルス発生部により前記サンプリング用光パルスと同期して出力されることを特徴とする請求項１４に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１６】
前記基本波成分信号出力部は，ＰＬＬ（位相ロックループ）方式として、
前記監視対象の光信号を変調している前記データ信号のクロック周波数と等しい中心周波数あるいは前記クロック周波数の２倍に等しい中心周波数を有し、前記光電変換器からの電気信号から正弦波の基本波成分信号を抽出する狭帯域な帯域通過フィルタと、
所定の発振周波数を有する発振出力信号を出力する電圧制御発振器と、
前記帯域通過フィルタの出力信号と前記電圧制御発振器の出力信号との位相差に応じた制御信号を出力する位相比較器とを含み、
前記位相比較器から出力される前記制御信号により前記電圧制御発振器の発振周波数を制御して、前記発振出力信号の位相を前記帯域通過フィルタの出力信号の位相に同期させることにより、この同期した正弦波の発振出力信号を前記基本波成分信号として出力することを特徴とする請求項１３に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１７】
前記データ取得制御部により、前記コンパレータからの出力信号に基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデータ信号が書き込まれる複数の異なる領域を有する波形メモリをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１８】
前記データ取得制御部は、前記コンパレータにおいて、前記基本波成分信号が前記しきい値を越えたタイミングから、前記波形メモリに対する前記データ信号の書き込みを開始し、所定数のデータ信号の書き込みが終了した後で、前記基本波成分信号が再度前記しきい値を越えるタイミングまで待機するという動作を所定回数繰り返し、前記所定数のデータ信号の書き込みを、前記波形メモリの前記複数の異なる領域に対してそれぞれアドレス順に行うことを特徴とする請求項１４に記載の光信号モニタ装置。
【請求項１９】
前記波形メモリに書き込まれたデータ信号に基づいて、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をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の光信号モニタ装置。
【請求項２０】
前記演算部は、前記波形メモリに書き込まれた前記データ信号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として求めることを特徴とする請求項１９に記載の光信号モニタ装置。
【請求項２１】
前記演算部は、前記所定数のデータ信号が前記波形メモリの前記複数の異なる領域に対してそれぞれアドレス順に各回ごとに記憶された所定ビット分の波形データをアドレス順に重ね合わせることにより、アイパターンを得ることを可能とすることを特徴とする請求項１９に記載の光信号モニタ装置。
【請求項２２】
サンプリング対象の光信号をサンプリングするための所定周期のサンプリング用光パルスを発生するサンプリング用光パルス発生段階と、
前記サンプリング対象の光信号を前記サンプリング用光パルス発生部からの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段階とを有する光信号サンプリング方法であって、
前記光サンプリング段階は、
前記サンプリング対象の光信号と前記サンプリング用光パルスとを合波する光合波部を準備する段階と、
光を入出射するための２つの光端子と、該２つの光端子間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子の一方の光端子で前記光合波部からの出射光を受ける電界吸収型光変調器を準備する段階と、
前記電界吸収型光変調器に前記サンプリング用光パルスが入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルスが入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器において前記サンプリング用光パルスで前記サンプリング対象の光信号をサンプリングして前記２つの光端子の他方の光端子から前記サンプリングによって得られた光信号を出射させるための所定の直流電圧を前記電界吸収型光変調器の前記電源端子に与える直流電源を準備する段階と、
前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される光信号のうち、前記サンプリング対象の光信号成分を選択的に出射する光分離部を準備する段階と、
を含むことを特徴とする光信号サンプリング方法。
【請求項２３】
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の整数倍に対して所定のオフセット時間だけ異なる周期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段階と、
前記監視対象の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段階と、
前記光信号サンプリング装置の前記光サンプリング部から出射される前記光パルス信号を受けて電気信号に変換することにより、前記監視対象の光信号の波形情報を取得する光電変換段階とを有する光信号モニタ方法であって、
前記光サンプリング段階は、
前記監視対象の光信号と前記サンプリング用光パルスとを合波する光合波部を準備する段階と、
光を入出射するための２つの光端子と、該２つの光端子間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子の一方の光端子で前記光合波部からの出射光を受ける電界吸収型光変調器を準備する段階と、
前記電界吸収型光変調器に前記サンプリング用光パルスが入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルスが入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器において前記サンプリング用光パルスで前記サンプリング対象の光信号をサンプリングして前記２つの光端子の他方の光端子から前記サンプリングによって得られた光信号を出射させるための所定の直流電圧を前記電界吸収型光変調器の前記電源端子に与える直流電源を準備する段階と、
前記電界吸収型光変調器の前記２つの光端子の前記他方の光端子から出射される光信号のうち、前記サンプリング対象の光信号成分を選択的に出射する光分離部を準備する段階と、
を含むことを特徴とする光信号モニタ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光信号サンプリング装置及びその方法並びにそれを用いる光信号モニタ装置及びその方法に係り、特に、高速のデータ信号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サンプリングすることができるようにするための技術を採用した光信号サンプリング装置及びその方法並びにそれを用いて該光信号を正確にモニタできるようにした光信号モニタ装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、光信号モニタ装置により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、光信号モニタ装置は、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って、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、従来の光信号モニタ装置では、このような高速な光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用いられている。【０００５】
この等価時間サンプリング方式は、図１５の（ａ）に示すように、周期Ｔａで同一波形が繰り返される光信号Ｐに対して、図１５の（ｂ）に示すように、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うことにより、図１５の（ｃ）に示すように、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。【０００６】
そして、この取得した瞬時振幅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倍に拡大された波形であり、元の光信号Ｐの波形の特徴を保持している。【０００７】
したがって、この等価時間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により、信号品質を表すＱ値を得ることができる。【０００８】
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、特許文献１に開示されている。【０００９】
この特許文献１では、光信号を等価時間サンプリングするための素子として、通常、バルク型の非線形光学材が用いられている。【００１０】
この非線形光学材は、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、つまり波長変換効率が−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ものの、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という問題がある。【００１１】
そこで、光信号を等価時間サンプリングするための素子として非線形光学材に比べて格段に透過損失が少ない、言い換えれば実質的に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が考えられる。【００１２】
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、電源端子に電気のサンプリング用パルス信号を与えて、そのサンプリング用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により、光信号に対するサンプリングを行う。【００１３】
このように電界吸収型光変調器の電源端子に電気のサンプリング用パルス信号を与えることによって光信号に対するサンプリングを行う技術は、例えば、特許文献２に開示されている。【００１４】
ところが、この特許文献２で用いられる電気のサンプリング用パルス信号は、高周波のインピーダンス整合を必要とし、そのパルス幅を安定に且つリンギングなく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新たな問題を生じる。【００１５】
また、上記特許文献１による等価時間サンプリング方式を用いた光信号品質モニタ装置は、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別の問題を有している。
【特許文献１】日本国特許第３７９６３５７号公報
【特許文献２】特開２００４−２２２２５２公報
【発明の開示】
【００１６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、高いサンプリング効率をもち、高速な光信号の波形情報を十分な分解能で精度よくサンプリングすることができるようにした光信号サンプリング装置及びその方法並びにそれを用いて該光信号を正確にモニタすることができると共に、該光信号のアイパターンを安定に得ることができるようにした光信号モニタ装置及びその方法を提供することである。
【００１７】
前記目的を達成するために、本発明の第１の態様によると、
サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）をサンプリングするための所定周期のサンプリング用光パルス（Ｐｓ）を発生するサンプリング用光パルス発生部（２１）と、
前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）を前記サンプリング用光パルス発生部（２１）からの前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）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（Ｐｚ）を出射する光サンプリング部（２２）とを有する光信号サンプリング装置（１００）であって、
前記光サンプリング部（２２）は、
前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）と前記サンプリング用光パルス発生部（２１）からの前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）とを合波する光合波部（２３）と、
光を入出射するための２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）と、該２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子（２４ｃ）とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の一方の光端子（２４ａ）で前記光合波部（２３）からの出射光（Ｐｙ）を受ける電界吸収型光変調器（２４）と、
前記電界吸収型光変調器（２４）に前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）が入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）が入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器（２４）において前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）で前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）をサンプリングして前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の他方の光端子（２４ｂ）から前記サンプリングによって得られた光信号（Ｐｙ′）を出射させるための所定の直流電圧（Ｖｄｃ）を前記電界吸収型光変調器（２４）の前記電源端子（２４ｃ）に与える直流電源（２５）と、
前記電界吸収型光変調器（２４）の前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の前記他方の光端子（２４ｂ）から出射される光信号（Ｐｙ′）のうち、前記サンプリング対象の光信号成分（Ｐｚ）を選択的に出射する光分離部（２６、２６′）と、
を含むことを特徴とする光信号サンプリング装置が提供される。
【００１８】
前記目的を達成するために、本発明の第２の態様によると、
前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）の波長に対して前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）の波長が異なっており、
前記光分離部（２６、２６′）は、前記電界吸収型光変調器（２４）の前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の前記他方の光端子から出射される光信号（Ｐｙ′）のうち、前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）の波長成分を有する光信号（Ｐｚ）を選択的に出射する波長フィルタ（２６）により構成されていることを特徴とする第１の態様に従う光信号サンプリング装置が提供される。
【００１９】
前記目的を達成するために、本発明の第３の態様によると、
前記光合波部（２３）は、前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）と前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）とを互いに直交した偏波で合波するように構成されており、
前記光分離部（２６、２６′）は、前記電界吸収型光変調器（２４）の前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の前記他方の光端子（２４ｂ）から出射される光信号（Ｐｙ′）のうち、前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）の偏波成分を有する光信号（Ｐｚ）を選択的に出射する偏光フィルタ（２６′）により構成されていることを特徴とする第１の態様に従う光信号サンプリング装置が提供される。
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明の第４の態様によると、
前記サンプリング用光パルス発生部（２１）は、
前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）の周期に対応した周期（Ｔｓ）を有する安定な信号（Ｒａ）を生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器（２１ａ）と、
前記基準信号発生器（２１ａ）によって生成される前記周期（Ｔｓ）を有する安定な信号（Ｒａ）をＭ（Ｍは１より大きい整数）逓倍した信号（Ｒｂ）として出力する逓倍器（２１ｂ）と、
連続光（Ｐｃｗ）を出射する光源（２１ｄ）と、
前記逓倍器（２１ｂ）から出力される前記Ｍ逓倍した信号（Ｒｂ）によって前記光源（２１ｄ）から出射される前記連続光（Ｐｃｗ）を変調することにより、周期（Ｔｓ／Ｍ）を有する光パルス（Ｐａ）を出射する光変調器（２１ｃ）と、
前記光変調器（２１ｃ）から出射される前記光パルス（Ｐａ）を１／Ｍに間引いて、周期（Ｔｓ）を有する光パルス（Ｐｂ）に変換する光ゲート回路（２１ｅ）と、
前記光ゲート回路（２１ｅ）により変換された前記周期（Ｔｓ）を有する光パルス（Ｐｂ）についてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）として出射する分散減少ファイバ（２１ｆ）とを含むことを特徴とする第１の態様に従う光信号サンプリング装置が提供される。
【００２１】
前記目的を達成するために、本発明の第５の態様によると、
前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）を変調しているデータ信号のクロック周期（Ｔｃ）又はそのビットレートと所定のオフセット時間（ΔＴ）の情報を受けて、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）のサンプリング周期（Ｔｓ）を、
Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ（ここで、Ｎの値は、前記データ信号のクロック周期（Ｔｃ）と前記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）
の演算で求めて、前記サンプリング用光パルス発生部（２１）に設定するパラメータ設定部（２８）をさらに含むことを特徴とする第４の態様に従う光信号サンプリング装置が提供される。
【００２２】
前記目的を達成するために、本発明の第６の態様によると、
前記サンプリング用光パルス発生部（２１）は、
前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）の周波数の整数分の１異なる周波数を有する短パルスを自励発振可能であると共に、前記短パルスの周波数をシフトする機能を有する短パルス発生部（２１ｇ）で構成されていることを特徴とする第１の態様に従う光信号サンプリング装置が提供される。
【００２３】
前記目的を達成するために、本発明の第７の態様によると、
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）の整数倍に対して所定のオフセット時間だけ異なる周期のサンプリング用光パルス（Ｐｓ）を出射するサンプリング用光パルス発生部（２１）と、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を前記サンプリング用光パルス発生部（２１）からの前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）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（Ｐｚ）を出射する光サンプリング部（２２）とを有する光信号サンプリング装置（１００）と、
前記光信号サンプリング装置（１００）の前記光サンプリング部（２２）から出射される前記光パルス信号（Ｐｚ）を受けて電気信号（Ｅｚ）に変換することにより、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の波形情報を取得する光電変換器（３０）とを有する光信号モニタ装置（２０）であって、
前記光信号サンプリング装置（１００）の前記光サンプリング部（２２）は、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）と前記サンプリング用光パルス発生部（２１）からの前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）とを合波する光合波部（２３）と、
光を入出射するための２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）と、該２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子（２４ｃ）とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の一方の光端子（２４ａ）で前記光合波部（２３）からの出射光（Ｐｙ）を受ける電界吸収型光変調器（２４）と、
前記電界吸収型光変調器（２４）に前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）が入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）が入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器（２４）において前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）で前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）をサンプリングして前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の他方の光端子（２４ｂ）から前記サンプリングによって得られた光信号（Ｐｙ′）を出射させるための所定の直流電圧（Ｖｄｃ）を前記電界吸収型光変調器（２４）の前記電源端子（２４ｃ）に与える直流電源（２５）と、
前記電界吸収型光変調器（２４）の前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の前記他方の光端子（２４ｂ）から出射される光信号（Ｐｙ′）のうち、前記サンプリング対象の光信号成分（Ｐｚ）を選択的に出射する光分離部（２６、２６′）と、
を含むことを特徴とする光信号モニタ装置が提供される。
【００２４】
前記目的を達成するために、本発明の第８の態様によると、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の波長に対して前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）の波長が異なっており、
前記光信号サンプリング装置（１００）の前記光分離部（２６、２６′）は、前記電界吸収型光変調器（２４）の前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の前記他方の光端子（２４ｂ）から出射される光信号（Ｐｙ′）のうち、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の波長成分を有する光信号（Ｐｚ）を選択的に出射する波長フィルタ（２６）により構成されていることを特徴とする第７の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００２５】
前記目的を達成するために、本発明の第９の態様によると、
前記光信号サンプリング装置（１００）の前記光合波部（２３）は、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）と前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）とを互いに直交した偏波で合波するように構成されており、
前記光信号サンプリング装置（１００）の前記光分離部（２６、２６′）は、前記電界吸収型光変調器（２４）の前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の前記他方の光端子（２４ｂ）から出射される光信号（Ｐｙ′）のうち、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の偏波成分を有する光信号（Ｐｚ）を選択的に出射する偏光フィルタ（２６′）により構成されていることを特徴とする第７の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００２６】
前記目的を達成するために、本発明の第１０の態様によると、
前記光信号サンプリング装置（１００）の前記サンプリング用光パルス発生部（２１）は、
前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）の周期に対応した周期（Ｔｓ）を有する安定な信号（Ｒａ）を生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器（２１ａ）と、
前記基準信号発生器（２１ａ）によって生成される前記周期（Ｔｓ）を有する安定な信号（Ｒａ）をＭ（Ｍは１より大きい整数）逓倍した信号（Ｒｂ）として出力する逓倍器（２１ｂ）と、
連続光（Ｐｃｗ）を出射する光源（２１ｄ）と、
前記逓倍器（２１ｂ）から出力される前記Ｍ逓倍した信号（Ｒｂ）によって前記光源（２１ｄ）から出射される前記連続光（Ｐｃｗ）を変調することにより、周期（Ｔｓ／Ｍ）を有する光パルス（Ｐａ）を出射する光変調器（２１ｃ）と、
前記光変調器（２１ｃ）から出射される前記光パルス（Ｐａ）を１／Ｍに間引いて、周期（Ｔｓ）を有する光パルス（Ｐｂ）に変換する光ゲート回路（２１ｅ）と、
前記光ゲート回路（２１ｅ）により変換された前記周期（Ｔｓ）を有する光パルス（Ｐｂ）についてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）として出射する分散減少ファイバ（２１ｆ）とを含むことを特徴とする第７の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００２７】
前記目的を達成するために、本発明の第１１の態様によると、
前記光信号サンプリング装置（１００）の前記サンプリング用光パルス発生部（２１）は、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を変調しているデータ信号のクロック周期（Ｔｃ）又はそのビットレートと所定のオフセット時間（ΔＴ）の情報を受けて、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）のサンプリング周期（Ｔｓ）を、
Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴ（ここで、Ｎの値は、前記データ信号のクロック周期（Ｔｃ）と前記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）
の演算で求めて、前記サンプリング用光パルス発生部（２１）に設定するパラメータ設定部（２８）をさらに含むことを特徴とする第１０の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００２８】
前記目的を達成するために、本発明の第１２の態様によると、
前記光信号サンプリング装置（１００）の前記サンプリング用光パルス発生部（２１）は、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の周波数の整数分の１異なる周波数を有する短パルスを自励発振可能であると共に、前記短パルスの周波数をシフトする機能を有する短パルス発生部（２１ｇ）で構成されていることを特徴とする第７の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００２９】
前記目的を達成するために、本発明の第１３の態様によると、
前記光電変換器（３０）からの出力信号（Ｅｚ）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（Ｕ）を出力する基本波成分信号出力部（４１）と、
前記基本波成分信号出力部（４１）からの前記基本波成分信号（Ｕ）と所定のしきい値（Ｖｒ）とを比較するコンパレータ（４２）と、
前記コンパレータ（４２）による比較において、前記基本波成分信号（Ｕ）が前記所定のしきい値（Ｖｒ）を超えるタイミングから前記光電変換器（３０）からの出力信号（Ｅｚ）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）とをさらに有していることを特徴とする第７の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００３０】
前記目的を達成するために、本発明の第１４の態様によると、
前記光電変換器（３０）と前記データ取得制御部（４４）との間に挿入され、前記光電変換器（３０）からの電気信号（Ｅｚ）を前記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）によってサンプリングすることにより、デジタル値（Ｄｙ）に変換して前記データ取得制御部（４４）にデータ信号（Ｄｚ）として出力するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器（３１）をさらに有していることを特徴とする第１３の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００３１】
前記目的を達成するために、本発明の第１５の態様によると、
前記サンプリングクロック（Ｅｓ）は、前記サンプリング用光パルス発生部（２１）により前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）と同期して出力されることを特徴とする第１４の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００３２】
前記目的を達成するために、本発明の第１６の態様によると、
前記基本波成分信号出力部（４１）は，ＰＬＬ（位相ロックループ）方式として、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を変調している前記データ信号のクロック周波数（Ｆｃ）と等しい中心周波数あるいは前記クロック周波数（Ｆｃ）の２倍に等しい中心周波数を有し、前記光電変換器（３０）からの電気信号（Ｅｚ）から正弦波の基本波成分信号（Ｕ）を抽出する狭帯域な帯域通過フィルタ（４１ａ）と、
所定の発振周波数を有する発振出力信号を出力する電圧制御発振器（４１ｂ）と、
前記帯域通過フィルタ（４１ａ）の出力信号と前記電圧制御発振器（４１ｂ）の出力信号との位相差に応じた制御信号（Ｖｃ）を出力する位相比較器（４１ｃ）とを含み、
前記位相比較器（４１ｃ）から出力される前記制御信号（Ｖｃ）により前記電圧制御発振器（４１ｂ）の発振周波数を制御して、前記発振出力信号の位相を前記帯域通過フィルタ（４１ａ）の出力信号の位相に同期させることにより、この同期した正弦波の発振出力信号を前記基本波成分信号（Ｕ）として出力することを特徴とする第１３の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００３３】
前記目的を達成するために、本発明の第１７の態様によると、
前記データ取得制御部（４４）により、前記コンパレータ（４２）からの出力信号に基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器（３１）から出力されるデータ信号（Ｄｚ）が書き込まれる複数（Ｈ）の異なる領域を有する波形メモリ（４５）をさらに含むことを特徴とする第１４の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００３４】
前記目的を達成するために、本発明の第１８の態様によると、
前記データ取得制御部（４４）は、前記コンパレータ（４２）において、前記基本波成分信号（Ｕ）が前記しきい値（Ｖｒ）を越えたタイミングから、前記波形メモリ（４５）に対する前記データ信号（Ｄｚ）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、前記基本波成分信号（Ｕ）が再度前記しきい値（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数（Ｈ）繰り返し、前記所定数（Ｗ）のデータ信号（Ｄｚ）の書き込みを、前記波形メモリ（４５）の前記複数（Ｈ）の異なる領域に対してそれぞれアドレス順に行うことを特徴とする第１４の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００３５】
前記目的を達成するために、本発明の第１９の態様によると、
前記波形メモリ（４５）に書き込まれたデータ信号（Ｄｚ）に基づいて、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の品質を表す値を算出する演算部（３５′）をさらに含むことを特徴とする第１８の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００３６】
前記目的を達成するために、本発明の第２０の態様によると、
前記演算部（３５′）は、前記波形メモリ（４５）に書き込まれた前記データ信号（Ｄｚ）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）として求めることを特徴とする第１９の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００３７】
前記目的を達成するために、本発明の第２１の態様によると、
前記演算部（３５′）は、前記所定数（Ｗ）のデータ信号（Ｄｚ）が前記波形メモリ（４５）の前記複数（Ｈ）の異なる領域に対してそれぞれアドレス順に各回ごとに記憶された所定ビット分の波形データ（Ｄｚ）をアドレス順に重ね合わせることにより、アイパターンを得ることを可能とすることを特徴とする第１９の態様に従う光信号モニタ装置が提供される。
【００３８】
前記目的を達成するために、本発明の第２２の態様によると、
サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）をサンプリングするための所定周期のサンプリング用光パルス（Ｐｓ）を発生するサンプリング用光パルス発生段階と、
前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）を前記サンプリング用光パルス発生部（２１）からの前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）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（Ｐｚ）を出射する光サンプリング段階とを有する光信号サンプリング方法であって、
前記光サンプリング段階は、
前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）と前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）とを合波する光合波部（２３）を準備する段階と、
光を入出射するための２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）と、該２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子（２４ｃ）とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の一方の光端子（２４ａ）で前記光合波部（２３）からの出射光（Ｐｙ）を受ける電界吸収型光変調器（２４）を準備する段階と、
前記電界吸収型光変調器（２４）に前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）が入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）が入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器（２４）において前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）で前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）をサンプリングして前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の他方の光端子（２４ｂ）から前記サンプリングによって得られた光信号（Ｐｙ′）を出射させるための所定の直流電圧（Ｖｄｃ）を前記電界吸収型光変調器（２４）の前記電源端子（２４ｃ）に与える直流電源（２５）を準備する段階と、
前記電界吸収型光変調器（２４）の前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の前記他方の光端子（２４ｂ）から出射される光信号（Ｐｙ′）のうち、前記サンプリング対象の光信号成分（Ｐｚ）を選択的に出射する光分離部（２６、２６′）を準備する段階と、
を含むことを特徴とする光信号サンプリング方法が提供される。
【００３９】
前記目的を達成するために、本発明の第２３の態様によると、
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）の整数倍に対して所定のオフセット時間だけ異なる周期のサンプリング用光パルス（Ｐｓ）を出射するサンプリング用光パルス発生段階と、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）を前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）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（Ｐｚ）を出射する光サンプリング段階と、
前記光信号サンプリング装置（１００）の前記光サンプリング部（２２）から出射される前記光パルス信号（Ｐｚ）を受けて電気信号（Ｅｚ）に変換することにより、前記監視対象の光信号（Ｐｘ）の波形情報を取得する光電変換段階とを有する光信号モニタ方法であって、
前記光サンプリング段階は、
前記監視対象の光信号（Ｐｘ）と前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）とを合波する光合波部（２３）を準備する段階と、
光を入出射するための２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）と、該２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子（２４ｃ）とを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の一方の光端子（２４ａ）で前記光合波部（２３）からの出射光（Ｐｙ）を受ける電界吸収型光変調器（２４）を準備する段階と、
前記電界吸収型光変調器（２４）に前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）が入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）が入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器（２４）において前記サンプリング用光パルス（Ｐｓ）で前記サンプリング対象の光信号（Ｐｘ）をサンプリングして前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の他方の光端子（２４ｂ）から前記サンプリングによって得られた光信号（Ｐｙ′）を出射させるための所定の直流電圧（Ｖｄｃ）を前記電界吸収型光変調器（２４）の前記電源端子（２４ｃ）に与える直流電源（２５）を準備する段階と、
前記電界吸収型光変調器（２４）の前記２つの光端子（２４ａ、２４ｂ）の前記他方の光端子（２４ｂ）から出射される光信号（Ｐｙ′）のうち、前記サンプリング対象の光信号成分（Ｐｙ′）を選択的に出射する光分離部（２６、２６′）を準備する段階と、
を含むことを特徴とする光信号モニタ方法が提供される。
【００４０】
このように、本発明の光サンプリング装置及び光サンプリング方法では、サンプリング用素子として電界吸収型光変調器を用い、その一方の光端子にサンプリング対象の光信号とサンプリング用光パルスを合波して入射させ、電源端子には、サンプリング用光パルスが入射していないときに高い吸収率を示し、サンプリング用光パルスが入射したときに低い吸収率を示す所定の直流電圧を与え、サンプリング用光パルスが入射したときに他方の光端子から出射される光から光信号の成分を選択的に出射させるようにしている。
【００４１】
このため、本発明の光サンプリング装置及び光サンプリング方法では、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、光信号に対する損失を少なくすることができ、実質的にサンプリング効率を向上させ、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。
【００４２】
また、本発明の光信号モニタ装置及び光信号モニタ方法では、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ようにしているので、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】
【００４３】
【図１】図１は、本発明による第１の実施形態の光信号サンプリング装置及びその方法並びにそれを用いる光信号モニタ装置及びその方法が適用される構成を説明するために示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の要部の構成例を説明するために示すブロック図である。
【図３】図３は、図１の要部の特性例を説明するために示す図である。
【図４】図４は、図１の構成による第１の実施形態の動作として繰り返し波形の光信号に対する動作を説明するために示す波形図である。
【図５】図５は、図１の構成による第１の実施形態の動作として繰り返し波形でない光信号に対する動作を説明するために示す波形図である。
【図６】図６は、本発明による第２の実施形態の光信号サンプリング装置及びその方法並びにそれを用いる光信号モニタ装置及びその方法が適用される構成を説明するために示すブロック図である。
【図７】図７は、図６の要部の構成例を説明するために示すブロック図である。
【図８】図８は、図６の構成による第２の実施形態の動作として繰り返し波形の光信号に対する動作を説明するために示す波形図である。
【図９】図９は、図６の構成による第２の実施形態の動作としてサンプリングによって得られた波形の記憶例を説明するために示す波形図である。
【図１０】図１０は、図９で記憶した波形の重ね合わせによって得られるアイパターンを説明するために示す波形図である。
【図１１】図１１は、図６の構成による第２の実施形態の動作として繰り返し波形でない光信号に対する動作を説明するために示す波形図である。
【図１２】図１２は、本発明による第３の実施形態の光信号サンプリング装置及びその方法並びにそれを用いる光信号モニタ装置及びその方法が適用される構成を説明するために示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明による第４の実施形態の光信号サンプリング装置及びその方法並びにそれを用いる光信号モニタ装置及びその方法が適用される構成を説明するために示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明による第５の実施形態の光信号サンプリング装置及びその方法並びにそれを用いる光信号モニタ装置及びその方法が適用される構成を説明するために示すブロック図である。
【図１５】図１５は、従来の光信号サンプリング装置に採用されている等価時間サンプリング方式を説明するために示す波形図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、図面を参照して本発明による光信号サンプリング装置及びそれを用いる光信号モニタ装置が適用される幾つかの代表的な実施形態について説明する。【００４５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明による第１の実施形態の光信号サンプリング装置１００及びそれを用いる光信号モニタ装置２０の構成を説明するために示すブロック図である。【００４６】
本発明による光信号サンプリング装置１００の基本的な構成は、サンプリング対象の光信号Ｐｘをサンプリングするための所定周期のサンプリング用光パルスＰｓを発生するサンプリング用光パルス発生部２１と、前記サンプリング対象の光信号Ｐｘを前記サンプリング用光パルス発生部２１からの前記サンプリング用光パルスＰｓ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Ｐｚを出射する光サンプリング部２２とを有する光信号サンプリング装置１００であって、前記光サンプリング部２２は、前記サンプリング対象の光信号Ｐｘと前記サンプリング用光パルス発生部２１からの前記サンプリング用光パルスＰｓとを合波する光合波部２３と、光を入出射するための２つの光端子２４ａ、２４ｂと、該２つの光端子２４ａ、２４ｂ間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子２４ｃとを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの一方の光端子２４ａ、で前記光合波部２３からの出射光Ｐｙを受ける電界吸収型光変調器２４と、前記電界吸収型光変調器２４に前記サンプリング用光パルスＰｓが入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルスＰｓが入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器２４において前記サンプリング用光パルスＰｓで前記サンプリング対象の光信号Ｐｘをサンプリングして前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの他方の光端子２４ｂから前記サンプリングによって得られた光信号Ｐｙ′を出射させるための所定の直流電圧Ｖｄｃを前記電界吸収型光変調器２４の前記電源端子２４ｃに与える直流電源２５と、前記電界吸収型光変調器２４の前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの前記他方の光端子２４ｂから出射される光信号Ｐｙ′のうち、前記サンプリング対象の光信号成分Ｐｚを選択的に出射する光分離部２６、２６′とを含むことを特徴としている。【００４７】
また、本発明による光信号サンプリング方法の基本的な構成は、サンプリング対象の光信号Ｐｘをサンプリングするための所定周期のサンプリング用光パルスＰｓを発生するサンプリング用光パルス発生段階と、前記サンプリング対象の光信号Ｐｘを前記サンプリング用光パルス発生部２１からの前記サンプリング用光パルスＰｓ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Ｐｚを出射する光サンプリング段階とを有する光信号サンプリング方法であって、前記光サンプリング段階は、前記サンプリング対象の光信号Ｐｘと前記サンプリング用光パルスＰｓとを合波する光合波部２３を準備する段階と、光を入出射するための２つの光端子２４ａ、２４ｂと、該２つの光端子２４ａ、２４ｂ間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子２４ｃとを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの一方の光端子２４ａで前記光合波部２３からの出射光Ｐｙを受ける電界吸収型光変調器２４を準備する段階と、前記電界吸収型光変調器２４に前記サンプリング用光パルスＰｓが入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルスＰｓが入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器２４において前記サンプリング用光パルスＰｓで前記サンプリング対象の光信号Ｐｘをサンプリングして前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの他方の光端子２４ｂから前記サンプリングによって得られた光信号Ｐｙ′を出射させるための所定の直流電圧Ｖｄｃを前記電界吸収型光変調器２４の前記電源端子２４ｃに与える直流電源２５を準備する段階と、前記電界吸収型光変調器２４の前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの前記他方の光端子２４ｂから出射される光信号Ｐｙ′のうち、前記サンプリング対象の光信号成分Ｐｚを選択的に出射する光分離部２６、２６′を準備する段階とを含むことを特徴としている。【００４８】
また、本発明による光信号モニタ装置２０の基本的な構成は、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の整数倍に対して所定のオフセット時間だけ異なる周期のサンプリング用光パルスＰｓを出射するサンプリング用光パルス発生部２１と、前記監視対象の光信号Ｐｘを前記サンプリング用光パルス発生部２１からの前記サンプリング用光パルスＰｓ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Ｐｚを出射する光サンプリング部２２とを有する光信号サンプリング装置１００と、前記光信号サンプリング装置１００の前記光サンプリング部２２から出射される前記光パルス信号Ｐｚを受けて電気信号Ｅｚに変換することにより、前記監視対象の光信号Ｐｘの波形情報を取得する光電変換器３０とを有する光信号モニタ装置２０であって、前記光信号サンプリング装置１００の前記光サンプリング部２２は、前記監視対象の光信号Ｐｘと前記サンプリング用光パルス発生部２１からの前記サンプリング用光パルスＰｓとを合波する光合波部２３と、光を入出射するための２つの光端子２４ａ、２４ｂと、該２つの光端子２４ａ、２４ｂ間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子２４ｃとを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの一方の光端子２４ａで前記光合波部２３からの出射光Ｐｙを受ける電界吸収型光変調器２４と、前記電界吸収型光変調器２４に前記サンプリング用光パルスＰｓが入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルスＰｓが入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器２４において前記サンプリング用光パルスＰｓで前記サンプリング対象の光信号Ｐｘをサンプリングして前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの他方の光端子２４ｂから前記サンプリングによって得られた光信号Ｐｙ′を出射させるための所定の直流電圧Ｖｄｃを前記電界吸収型光変調器２４の前記電源端子２４ｃに与える直流電源２５と、前記電界吸収型光変調器２４の前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの前記他方の光端子２４ｂから出射される光信号Ｐｙ′のうち、前記サンプリング対象の光信号成分Ｐｚを選択的に出射する光分離部２６、２６′と、を含む構成されていることを特徴としている。【００４９】
また、本発明による光信号モニタ方法の基本的な構成は、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の整数倍に対して所定のオフセット時間だけ異なる周期のサンプリング用光パルスＰｓを出射するサンプリング用光パルス発生段階と、前記監視対象の光信号Ｐｘを前記サンプリング用光パルスＰｓ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Ｐｚを出射する光サンプリング段階と、前記光信号サンプリング装置１００の前記光サンプリング部２２から出射される前記光パルス信号Ｐｚを受けて電気信号Ｅｚに変換することにより、前記監視対象の光信号Ｐｘの波形情報を取得する光電変換段階とを有する光信号モニタ方法であって、前記光サンプリング段階は、前記監視対象の光信号Ｐｘと前記サンプリング用光パルスＰｓとを合波する光合波部２３を準備する段階と、光を入出射するための２つの光端子２４ａ、２４ｂと、該２つの光端子２４ａ、２４ｂ間を結ぶ光路に電界を与えるための電源端子２４ｃとを有し、前記光路を伝搬する光に対する吸収率が前記電界の大きさに応じて変化する特性を有し、前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの一方の光端子２４ａで前記光合波部２３からの出射光Ｐｙを受ける電界吸収型光変調器２４を準備する段階と、前記電界吸収型光変調器２４に前記サンプリング用光パルスＰｓが入射していないときには前記吸収率を高くし、且つ、前記サンプリング用光パルスＰｓが入射したときには前記吸収率を低くすることにより、前記電界吸収型光変調器２４において前記サンプリング用光パルスＰｓで前記サンプリング対象の光信号Ｐｘをサンプリングして前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの他方の光端子２４ｂから前記サンプリングによって得られた光信号Ｐｙ′を出射させるための所定の直流電圧Ｖｄｃを前記電界吸収型光変調器２４の前記電源端子２４ｃに与える直流電源２５を準備する段階と、前記電界吸収型光変調器２４の前記２つの光端子２４ａ、２４ｂの前記他方の光端子２４ｂから出射される光信号Ｐｙ′のうち、前記サンプリング対象の光信号成分Ｐｚを選択的に出射する光分離部２６、２６′を準備する段階とを含むことを特徴としている。【００５０】
具体的には、以下に、本発明を適用した光信号同期サンプリング装置１００及びその方法を用いる光信号モニタ装置２０及びその方法について図１を参照して説明される。【００５１】
本発明を適用した光信号サンプリング装置１００及びその方法を用いる光信号モニタ装置２０及びその方法では、図示しない光ネットワーク上に伝送される所定クロック周期Ｔｃのデータ信号で変調された光信号Ｐｘを監視（サンプリング）対象としているものである。【００５２】
サンプリング用光パルス発生部２１は、その監視（サンプリング）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部２２に入射する。【００５３】
ここで、サンプリング用光パルス発生部２１及び光サンプリング部２２は、本発明を適用した光信号サンプリング装置１００を構成する。【００５４】
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。【００５５】
図２は、サンプリング用光パルス発生部２１の一例を示すブロック図である。【００５６】
このサンプリング用光パルス発生部２１は、前記サンプリング用光パルスＰｓの周期に対応した周期Ｔｓを有する安定な信号Ｒａを生成するシンセサイザ構成の基準信号発生器２１ａと、前記基準信号発生器２１ａによって生成される前記周期Ｔｓ（周波数Ｆｓ）を有する安定な信号ＲａをＭ（Ｍは、１より大きい整数）逓倍した信号Ｒｂとして出力する逓倍器２１ｂと、連続光Ｐｃｗを出射する光源２１ｄと、前記逓倍器２１ｂから出力される前記Ｍ逓倍した信号Ｒｂによって前記光源２１ｄから出射される前記連続光Ｐｃｗを変調することにより、周期Ｔｓ／Ｍを有する光パルスＰａを出射する光変調器２１ｃと、前記光変調器２１ｃから出射される前記光パルスＰａを１／Ｍに間引いて、周期Ｔｓを有する光パルスＰｂに変換する光ゲート回路２１ｅと、前記光ゲート回路２１ｅにより周期Ｔｓを有する光パルスＰｂに変換された前記光パルスＰｂについてそのパルス幅をさらに狭めて、前記サンプリング用光パルスＰｓとして出射する分散減少ファイバ２１ｆとを含んでいる。【００５７】
すなわち、シンセサイザ構成の基準信号発生器２１ａにより後述するパラメータ設定部２８から指定された周期Ｔｓ（周波数Ｆｓ）の安定な信号Ｒａが生成され、逓倍器２１ｂに入力されてＭ（Ｍは、１より大きい整数）逓倍された後、その出力信号Ｒｂが光変調器２１ｃに入力されて、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が生成される。【００５８】
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。【００５９】
そして、この光パルスＰａは、光ゲート回路２１ｅにより１／Ｍに間引かれて、周期Ｔｓの光パルスＰｂに変換された後、分散減少ファイバ２１ｆに入射されてそのパルス幅がさらに狭められ、最終的にサンプリング用光パルスＰｓとして出射される。【００６０】
一方、光サンプリング部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（サンプリング）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Ｐｚを出射する。【００６１】
この光サンプリング部２２は、監視対象の光信号Ｐｘの波長に対してサンプリング用光パルスＰｓの波長が異なっている場合に対応したものであり、光合波部としての光カプラ２３、電界吸収型光変調器２４、直流電源２５及び光分離部として波長フィルタ２６を有している。【００６２】
電界吸収型光変調器２４は、前記したように、光を入出射するための２つの光端子２４ａ、２４ｂ及びこれら２つの光端子２４ａ、２４ｂ間の光路に電界を与えるための電源端子２４ｃを有し、その光路を伝搬する光に対する吸収率が光路に与えられた電界の大きさに応じて変化する特性をもっている。【００６３】
通常、この種の電界吸収型光変調器に対しては、前記特許文献２に開示されているように、電源端子２４ｃにサンプリング用の電気のパルス信号を与えるようにしている。【００６４】
しかるに、前記したように数１０Ｇｂ／ｓの波形情報の取得に必要な狭い幅の電気のパルス信号を生成することは極めて困難である。【００６５】
そこで、この実施形態では、図１に示しているように、光信号Ｐｘと前記した幅の狭いサンプリング用光パルスＰｓとの合波光Ｐｙを一方の光端子２４ａに入射させると共に、図３の光吸収特性Ｆに示すように、サンプリング用光パルスＰｓが入射していないときには高い吸収率α（例えば、２０ｄＢ）を示し、サンプリング用光パルスＰｓが入射したときには、相互吸収飽和特性により低い吸収率β（例えば、３ｄＢ）となるような所定の直流電圧Ｖｄｃを直流電源２５から電源端子２４ｃに与えている。【００６６】
なお、図３の特性Ｆは模式的なものである。【００６７】
このため、サンプリング用光パルスＰｓが入射したときだけ電界吸収型光変調器２４の吸収率が低下し、合波光Ｐｙ′が他方の光端子２４ｂから出射されることになる。【００６８】
ただし、この合波光Ｐｙ′には、サンプリング用光パルスＰｓの成分も含まれているので、光分離部としての波長フィルタ２６によって合波光Ｐｙ′から光信号Ｐｘの波長成分のみを抽出して、光パルス信号Ｐｚとして出射している。【００６９】
なお、このときのサンプリング効率は電界吸収型光変調器２４の挿入損失で決定され、約−１０ｄＢ程度となり、バルク型の非線形光学材を用いた場合と比較して１０ｄＢ以上向上している。【００７０】
また、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及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２８により設定される。【００７１】
パラメータ設定部２８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。【００７２】
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。【００７３】
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。【００７４】
そして、サンプリング部２２から出射される光パルス信号Ｐｚは、光電変換器３０に入射され、電気の信号Ｅｚに変換される。【００７５】
光電変換器３０の出力信号Ｅｚは、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３１によりサンプリングされてデジタル値に変換され、演算部３５に入力される。【００７６】
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。【００７７】
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（前記した基準信号発生器２１ａ）から出力されるものとする。【００７８】
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Ｅｚ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。【００７９】
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Ｅｚ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。【００８０】
なお、このＱ値が大きい程、監視対象の光信号Ｐｘの信号品質が高い。【００８１】
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。【００８２】
監視対象の光信号Ｐｘの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。【００８３】
次に、監視対象の光信号Ｐｘの品質を表す値を算出するために必要となる。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。【００８４】
監視対象の光信号Ｐｘが試験用であって、図４の（ａ）に示す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）に示すように、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）に示すようにΔＴ時間毎に時系列に行うことができる。【００８５】
そして、このサンプリングを、例えば、図４の（ｄ）に示すように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。【００８６】
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）に示すように、必ずしも繰り返し波形と限らない。【００８７】
しかし、この光信号Ｐｘに対して、図５の（ｂ）に示すように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）に示すように、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。【００８８】
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。【００８９】
また、同期サンプリングに適用した場合には、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）に示す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るようにしてもよい。【００９０】
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。【００９１】
しかるに、上記のように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。【００９２】
（第２の実施形態）
図６は、本発明による第２の実施形態の光信号同期サンプリング装置１００及びそれを用いる光信号モニタ装置２０′の構成を説明するために示すブロック図である。【００９３】
この図６は、上記同期状態を常に保持することが可能な光信号モニタ装置２０′の構成例を示している。【００９４】
この光信号モニタ装置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、パラメータ設定部２８、光電変換器３０、Ａ／Ｄ変換器３１は、前記第１の実施形態の場合と同等であるので、その説明を省略する。【００９５】
この光信号モニタ装置２０′の場合、光電変換器３０からの出力信号Ｅｚは、基本波成分信号出力部４１に入力されている。【００９６】
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Ｅｚ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。【００９７】
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。【００９８】
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）、あるいはそのクロック周波数Ｆｃ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。【００９９】
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。【０１００】
また、別の例として、光電変換器３０からの出力信号Ｅｚを高速フーリェ変換（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。【０１０１】
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Ｅｚ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。【０１０２】
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。【０１０３】
データ取得制御部４４は、コンパレータ４２から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Ｄｚを波形メモリ４５に書き込む。【０１０４】
すなわち、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Ｄｚ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。【０１０５】
なお、この所定数Ｗのデータ信号Ｄｚ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。【０１０６】
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Ｄｚ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。【０１０７】
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。【０１０８】
監視対象の光信号Ｐｘが、例えば、試験用であって、図８の（ａ）に示す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）に示すように、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により、図８の（ｃ）、（ｄ）に示すように、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Ｐｚが得られる。【０１０９】
そして、この光パルス信号Ｐｚの受光信号Ｅｚから、例えば、図８の（ｅ）に示すような正弦波の基本波成分信号Ｕが得られる。【０１１０】
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）に示す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。【０１１１】
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によりＱ値を求めることができる。【０１１２】
なお、図８の（ｄ）〜（ｆ）は、時間軸を狭めて示したものである。【０１１３】
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に示すように波形メモリ４５の異なる領域１〜Ｈにそれぞれ記憶する。【０１１４】
そして、これらの複数領域の波形データＤｚをアドレス順に重ね合わせることで、図１０に示すようなアイパターンを得ることができる。【０１１５】
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。【０１１６】
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。【０１１７】
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。【０１１８】
なお、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）に示すように繰り返し波形と限らない。【０１１９】
しかるに、この光信号Ｐｘに対して、図１１の（ｂ）に示すように、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Ｐｚのピーク値は、図１１の（ｃ）及びその時間軸を狭めた図１１の（ｄ）に示すように、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。【０１２０】
しかるに、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）に示すように得られる。【０１２１】
そして、前記と同様に、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）に示す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。【０１２２】
このＪビット分の波形データに対し前記と同様な演算を行うことによりＱ値を求めることができる。【０１２３】
なお、図１１の（ｄ）〜（ｆ）は、時間軸を狭めて示したものである。【０１２４】
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、前記と同様に、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。【０１２５】
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。【０１２６】
上記した各実施形態の光信号モニタ装置２０、２０′に用いた光サンプリング部２２は、サンプリング用素子として電界吸収型光変調器２４を用い、その一方の光端子にサンプリング対象の光信号とサンプリング用光パルスを合波して入射させ、電源端子には、サンプリング用光パルスが入射していないときに高い吸収率を示し、サンプリング用光パルスが入射したときに低い吸収率を示す所定の直流電圧を与え、サンプリング用光パルスが入射したときに他方の光端子から出射される光から光信号の成分を選択的に出射させるようにしている。【０１２７】
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、光信号に対する損失を少なくすることができ、実質的にサンプリング効率を向上させ、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。【０１２８】
また、第２の実施形態の光信号モニタ装置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Ｄｚ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。【０１２９】
なお、上記第１及び第２の実施形態のように、演算部３５、３５′により品質値やアイパターンを求めているのに代えて、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するようにしてもよい。【０１３０】
また、上記第１及び第２実施形態の光信号モニタ装置２０、２０′に用いられる光サンプリング部２２は、波長の異なる光信号Ｐｘとサンプリング用光パルスＰｓとを合波して電界吸収型光変調器２４の一方の光端子２４ａに入射して、他方の光端子２４ｂから出射される光から光信号の波長成分を分離抽出す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。【０１３１】
しかるに、後述する第３実施形態のように、監視用の光信号Ｐｘとサンプリング用光パルスＰｓの偏波を制御することにより、波長に無関係に光信号のサンプリングを行うこともできる。【０１３２】
また、上記第１及び第２の実施形態の光信号モニタ装置２０、２０′に用いられる光信号サンプリング装置１００を構成するサンプリング用光パルス発生部２１は、前記したように監視用の光信号Ｐｘをサンプリングするためのサンプリング用光パルスＰｓとして幅の狭い光パルスをパラメータ設定部２８から指定された周期Ｔｓ＝Ｎ・Ｔｃ＋ΔＴで生成するものであって、監視用の光信号Ｐｘの繰り返し波形に対するサンプリングを、例えば、図４の（ｃ）に示すようにΔＴ時間毎に時系列に行うと共に、例えば、図４の（ｄ）に示すようにＵ・Ｔｃ／ΔＴ回（Ｕは整数）連続して行うことにより、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ようになされている。【０１３３】
すなわち、この場合、最終的に得られる波形データの時間軸が較正されていることになるので、波形データの評価を行うのに好ましい形態である反面、例えば、図２に示すような複雑な構成で高価なサンプリング用光パルス発生部２１が必要となる。【０１３４】
しかるに、光信号モニタ装置として最終的に得られる波形データの時間軸が較正されていることを必要としない場合も考えられるので、そのような場合には、後述する第４及び第５の実施形態のように、図２に示すような複雑な構成で高価なサンプリング用光パルス発生部２１でなく、簡易な構成で安価なサンプリング用光パルス発生部を用いるようにしてやればよい。【０１３５】
（第３の実施形態）
図１２は、本発明による第３の実施形態の光信号サンプリング装置１００Ａ及びそれを用いる光信号モニタ装置２０Ａの構成を説明するために示すブロック図である。【０１３６】
すなわち、図１２に示す光信号サンプリング装置１００Ａを構成する光サンプリング部２２Ａでは、監視用の光信号Ｐｘを偏波制御器２３ａに入射して、その偏光方向をサンプリング用光パルスＰｓの偏光方向に対して直交させてから、サンプリング用光パルスＰｓと共に光合波部２３を構成する偏波合波型の光カプラ２３ｂに入射して合波し、その合波光Ｐｙ′を電界吸収型光変調器２４の一方の光端子２４ａに入射して、他方の光端子２４ｂから出射される光のうち、光信号Ｐｘの偏光成分Ｐｚのみを光分離部としての偏光フィルタ２６′で選択するようにしている。【０１３７】
この光信号モニタ装置２０Ａのサンプリング用光パルス発生部２１は、監視用の光信号Ｐｘの偏光方向に対して直交する偏光方向を有するサンプリング用光パルスＰｓを発生するようにしている。【０１３８】
ここで、偏波制御器２３ａ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等を使用することができ、偏光フィルタ２６′としては、偏光板、偏光ビームスプリッタ等を使用することができる。【０１３９】
この光信号モニタ装置２０Ａのその他の構成は、前記第１実施形態または前記第２実施形態の場合と同等であるので、それらの説明を省略する。【０１４０】
（第４の実施形態）
図１３は、本発明による第４の実施形態の光信号サンプリング装置１００Ｂ及びそれを用いる光信号モニタ装置２０Ｂの構成を説明するために示すブロック図である。【０１４１】
すなわち、図１３に示す光信号サンプリング装置１００Ｂを構成するサンプリング用光パルス発生部２１Ｂは、最終的に得られる波形データの時間軸が較正されていることを必要としないので、サンプリング対象の光信号Ｐｘの周波数の整数分の１異なる周波数を有する短パルスＰｓ′を自励発振可能であると共に、前記短パルスＰｓ′の周波数を該短パルスＰｓ′の周波数（例えば、１０ＭＨｚ）の±５％（例えば、５ｋＨｚ）程度シフトする機能を有する短パルス発生部２１ｇで構成されている。【０１４２】
このような短パルス発生部２１ｇとしては、例えば、下記の特許文献３に開示されているようなモードロックファイバレーザ（ＭＬＦＬ）を用いて、簡易な構成で安価なサンプリング用光パルス発生部を実現することができる。【０１４３】
この光信号モニタ装置２０Ｂのその他の構成は、前記図１に示されるような第１の実施形態の場合と同等であるので、それらの説明を省略する（但し、パラメータ設定部２８は不要である）。【０１４４】
（第５の実施形態）
図１４は、本発明による第５の実施形態の光信号サンプリング装置１００Ｃ及びそれを用いる光信号モニタ装置２０Ｃの構成を説明するために示すブロック図である。【０１４５】
すなわち、図１４に示す光信号サンプリング装置１００Ｃを構成するサンプリング用光パルス発生部２１Ｃは、最終的に得られる波形データの時間軸が較正されていることを必要としないので、サンプリング対象の光信号Ｐｘの周波数の整数分の１異なる周波数を有する短パルスを自励発振可能であると共に、前記短パルスの周波数をシフトする機能を有する短パルス発生部２１ｇで構成されている。【０１４６】
このような短パルス発生部２１ｇとしては、例えば、下記の特許文献３に開示されているようなモードロックファイバレーザ（ＭＬＦＬ）を用いて、簡易な構成で安価なサンプリング用光パルス発生部を実現することができる。【０１４７】
この光信号モニタ装置２０Ｃのその他の構成は、前記図６に示されるような第２の実施形態の場合と同等であるので、それらの説明を省略する（但し、パラメータ設定部２８は不要である）。
【特許文献３】特開２００２−３６８３１３号公報：ＵＳＰ６，８１９，６８９号公報に対応
【０１４８】
以上詳述したように、本発明によれば、従来技術の問題を解決し、高いサンプリング効率をもち、高速な光信号の波形情報を十分な分解能で精度よくサンプリングすることができるようにした光信号サンプリング装置及びその方法並びにそれを用いて該光信号を正確にモニタすることができると共に、該光信号のアイパターンを安定に得ることができるようにした光信号モニタ装置及びその方法を提供することができる。
【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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【国際調査報告】
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