(57)【要約】      （修正有）【課題】光コンポーネントアナライザなどの高価な装置を必要とせずに、短時間に光受信機の同相除去比（ＣＭＲＲ）を検査する方法及び検査装置を提供する。【解決手段】任意の周波数を有する信号を一つ以上加算した強度変調光信号生成部と、測定対象１０１から出力された電気信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換し、各周波数成分の同相時出力成分をフーリエ変換により算出し、算出したた周波数特性を用いて同相除去比（ＣＭＲＲ）を算出する同相除去比の算出部１１０、１１１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光受信機の検査方法において、一定周波数を有する信号を一つ以上加算した信号による強度変調光信号を、局発光入力ポートもしくは信号光入力ポートのいずれかに入力し、前記コヒーレント光受信機の電気出力信号を、Ａ/Ｄ変換機を有するデジタル信号プロセッサに入力してフーリエ変換することにより、各周波数成分毎の同相時出力成分を得ることを特徴とする光受信機の検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光受信機の検査方法において、
入力信号として、一定時間毎にどの周波数成分も非周期的となる時間領域を設けるか、あるいはＲＦ信号の波形が正負で非対称となる非線形性を持たせた信号を用いることを特徴とする光受信機の検査方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光受信機の検査方法において、
電気出力信号として、高周波出力ポートからの出力信号の代わりにピーク検波出力を用いることを特徴とする光受信機の検査方法。
【請求項４】
コヒーレント光受信機の検査方法において、局発光入力ポートからＣＷ光を入射し、かつ前記ＣＷ光から光源の線幅より大きい一定周波数 だけずれた周波数を有するＣＷ光を、一定周波数を有する信号を一つ以上加算した信号を入力した光変調器によって変調し、この光信号を信号光入力ポートから入射したうえで前記コヒーレント光受信機の電気出力信号を、Ａ/Ｄ変換機を有するデジタル信号プロセッサに入力してフーリエ変換することにより、各信号成分毎の差動時出力成分を得ることを特徴とする光受信機の検査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光受信機の検査方法において、
電気入力信号として、一定時間毎にどの周波数成分も非周期的となる時間領域を設けることを特徴とする光受信機の検査方法。
【請求項６】
任意の周波数を有する信号を一つ以上加算した強度変調光信号生成部と、
光受信機から出力された電気信号をフーリエ変換して、各周波数成分の同相時出力成分を算出する演算部と、
を有することを特徴とする光受信機の検査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光受信機の検査装置において、
前記演算部は、算出された周波数特性を用いて同相除去比を算出する同相除去比の算出部と接続することを特徴とする光受信機の検査装置。
【請求項８】
請求項６に記載の光受信機の検査装置において、
前記演算部は、算出された周波数特性を用いて同相除去比を算出する同相除去比の算出部を有することを特徴とする光受信機の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用の光受信機の検査方法及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信技術の劇的な発展に伴い、通信容量の不断の増大が求められている。これに伴い、数百ｋｍ以上の長距離の都市間を結ぶ基幹回線ばかりでなく、１００ｋｍ未満の都市間や、データセンタ間を結ぶ比較的近距離の回線にも、大容量の通信装置が必要とされてくるようになった。従来では基幹回線のみに用いられてきたディジタルコヒーレント通信技術は、分散耐力や高い感度など優れた特性のため、これらの近距離の通信でも使われるようになってきている。これらの近距離で用いられる通信機器の数は基幹回線装置に比べてはるかに多く、またコスト要求もずっと厳しいものになる。
【０００３】
これらの近距離でディジタルコヒーレント通信に用いる技術としてシリコンフォトニクス技術が着目されている。この技術では、電子回路としては成熟して低廉になったシリコン加工技術を用いて、シリコン上に光波回路や変調器などを形成するものであり、Ｓｉ/ＳｉＯ2間の大きな屈折率差により実現される急峻な曲率半径もあって小型・高集積でかつ安価な光回路を作成するのに非常に適している。
【０００４】
しかし、シリコンの高い屈折率に伴って導波路の幅が小さくなることなどから、従来のような大きなサイズのＳｉＯ2の光波回路に比べて十分な加工精度を確保することがより難しくなる。また、ＷＤＭのように多数の波長帯を使用して一本の光ファイバに多数の光信号を通すとき、全ての波長について十分な特性を取るよう設計する必要がある。
【０００５】
中でも、このＷＤＭで用いられるカラーレス光通信技術では、光フィルタを用いて受信波長を選択する代わりに、ディジタルコヒーレント技術による局発光源と干渉する信号だけを検波するイントラダイン検波によってフィタル無で受信する波長を選択することができるが、このときに、受信機の光波回路に、高いＣＭＲＲ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ：同相除去比）が要求される。ＣＭＲＲは、図３で示すコヒーレント光受信器３００におけるＸＩチャネルに対して、非特許文献１により、一般に以下のような式（*）によって表される。なお、フォトダイオード対３０３と差動増幅器３０４とをまとめて、Ｂａｌａｎｃｅｄ ＯＥという。また、信号光の位相と偏波状態を読み出し、フォトダイオード３０３に入力する線の集合をＤＰＯＨ（Dual Polarization Optical Hybrid：偏波多重光ハイブリッド）３０５という。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
ここでＩ1，Ｉ2は、それぞれＸＩチャネルのフォトダイオード対３０３の出力である、差動増幅器３０４の二つの入力の入力電流を表している。
【０００８】
（*）式logの引数の分子にあるＩ1-Ｉ2は二つの電流の差分であって、I1,I2の値が異なるために後段の差動増幅器３０４で互いに相殺しきれない成分を表す。つまりI1とI2が等しければ、理想的には差動増幅器３０４で完全に相殺するはずなので０となる。しかし、差動入力の二つに関するバランスが崩れていると、I1-I2は０にならず一定の値をとる。より具体的には、このずれは信号入力ポート、局発入力ポートのいずれかから光が入力されたときの、光電流のアンバランスによって生じる。入力ポートによりその値は異なる。
【０００９】
また、（*）式logの引数の分母である、I1+I2は、I1，I2が逆相になっていて差動増幅器に入力されることで同じ向きに加算される成分を示す。任意の周波数を有する信号を一つ以上加算する部分を強度変調光信号生成部という。
【００１０】
電流入力後の差動増幅器の不完全性や高周波成分まで考慮したより一般的な形式ではＣＭＲＲは以下の（**）のように書ける。
【００１１】
【数２】
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【００１２】
ここで、Ａは差動増幅器の二つの入力が同相であった場合の光受信機の同相時出力、Ｂは差動増幅器の二つの入力が逆相であったときの出力である光受信機の差動時出力を示す。理想的な場合はＡ＝０となり、ＣＭＲＲは-∞の値を取る。なおＡ,Ｂは、入力が同じになるように規格化されているものとする。
【００１３】
ＣＭＲＲの検査法としては、非特許文献２に記載されている干渉を用いて測定する方法が知られている。
【００１４】
この方法では、光コンポーネントアナライザを用いて周波数特性を測定する。具体的には、図３に示すようにＡ（分子と呼ぶ）の測定、Ｂ（分母と呼ぶ）の測定で異なる構成を用いる。
【００１５】
図４に、従来の光受信機の検査法、ＣＭＲＲ測定法の構成を示す。光波コンポーネントアナライザ（ＬＣＡ）４０２は、可変光学減衰器（ＶＯＡ）４０３、光遅延線（ＤＬ）４０４、偏光制御器（ＰＣ）４０５、位相変調器（ＰＭ：Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｅｒ）４０６及び偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４０７を介して、光出力をＤＵＴ（device under test）４０１内のＢａｌａｎｃｅｄ  ＯＥ４０８を有する光受信機に入力している。
【００１６】
分母Ｂの測定では、光コンポーネントアナライザ４０２（ＬＣＡ：Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｚｅｒ）の光出力を二つに分岐し、シグナル（ｓｉｇｎａｌ）・局発（ｌｏｃａｌ）の二つの光入力ポートから入射して干渉させる。位相変調器４０６（ＰＭ）を用いて位相を変化させながら何回も測定を繰り返し、干渉出力が最大になるデータを抽出することで、二つのフォトダイオードＰＤ３０３の片側だけに光が入力された状態のデータを取り出すことができる。
【００１７】
分子Ａの測定では、入力が信号光入力ポート３０１か、局発光入力ポート３０２のいずれかのみに光を入力する。光コンポーネントアナライザの変調信号を入力して、出力信号を光コンポーネントアナライザに戻すことで、Ｏ/Ｅ周波数特性を取得する。
【００１８】
この分母Ｂと分子Ａの二つの量からＣＭＲＲを求めることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】John E. Johnson, David R. Stauffer, and Karl Gass "Implementation Agreement for Integrated Dual Polarization Intradyne Coherent Receivers", Optical Internet Forum, IA # IA # OIF-DPC-RX-01.2, November 14, 2013, p.1-p.25  http://www.oiforum.com/public/documents/OIF_DPC_RX-01.2.pdf
【非特許文献２】Yves Painchaud, Michel Poulin, Michel Morin and Michel Tetu"Performance of balanced detection in a coherent receiver,"OPTICS EXPRESS, 2009 / Vol. 17, No. 5, pp. 3659
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかし、この方法では高価な光コンポーネントアナライザが必要になる。また、干渉法の差動時の出力特性を得るには、位相を変えながら最低２０回程度以上も掃引する必要があり、長い測定時間がかかるという課題があった。
【００２１】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光コンポーネントアナライザなどの高価な装置を必要とせず短時間にＣＭＲＲを得る光受信機の検査方法及び光受信機の検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明に係る光受信機の検査方法の一様態は、
コヒーレント光受信機の検査方法において、一定周波数を有する信号を一つ以上加算した信号による強度変調光信号を、局発光入力ポートもしくは信号光入力ポートのいずれかに入力し、前記コヒーレント光受信機の電気出力信号を、Ａ/Ｄ変換機を有するデジタル信号プロセッサに入力してフーリエ変換することにより、各周波数成分毎の同相時出力成分を得ることを特徴とする。
【００２３】
入力信号として、一定時間毎にどの周波数成分も非周期的となる時間領域を設けるか、あるいはＲＦ信号の波形が正負で非対称となる非線形性を持たせた信号を用いることを特徴とする。
【００２４】
電気出力信号として、高周波出力ポートからの出力信号の代わりにピーク検波出力を用いることを特徴とする。
【００２５】
コヒーレント光受信機の検査方法において、局発光入力ポートからＣＷ光を入射し、かつ前記ＣＷ光から光源の線幅より大きい一定周波数だけずれた周波数を有するＣＷ光を、一定周波数を有する信号を一つ以上加算した信号を入力した光変調器によって変調し、この光信号を信号光入力ポートから入射したうえで前記コヒーレント光受信機の電気出力信号を、Ａ/Ｄ変換機を有するデジタル信号プロセッサに入力してフーリエ変換することにより、各信号成分毎の差動時出力成分を得ることを特徴とする。
【００２６】
電気入力信号として一定時間毎にどの周波数成分も非周期的となる時間領域を設けることを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る光受信機の検査装置の一様態は、
任意の周波数を有する信号を一つ以上加算した強度変調光信号生成部と、
光受信機から出力された電気信号をフーリエ変換し、各周波数成分の同相時出力成分を算出する演算部と、
を有することを特徴とする。
【００２８】
前記演算部は、算出された周波数特性を用いて同相除去比を算出する同相除去比の算出部と接続することを特徴とする。
【００２９】
前記演算部は、算出された周波数特性を用いて同相除去比を算出する同相除去比の算出部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は、光コンポーネントアナライザなどの高価な装置を必要とせず短時間にＣＭＲＲを得ることができるというすぐれた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例によるＣＭＲＲ測定法の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例によるＣＭＲＲ測定法における入出力信号を示す図である。
【図３】ＣＭＲＲの定義を説明する図である。
【図４】従来技術によるＣＭＲＲ測定法の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の光受信機の検査方法及び光受信機の検査装置の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施例に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を用い、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００３３】
図１は、本発明による光受信機の検査法を示す図である。先行技術文献２の場合と同様に、ＣＭＲＲの分子Ａの測定と分母Ｂの測定で異なる構成となっている。
【００３４】
図１では、ＤＵＴ（ｄｅｖｉｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔｅｓｔ）１０１であるコヒーレント光受信機のＣＭＲＲを測定する測定系を示している。局発（ｌｏｃａｌ）光入力ポートからＩＴＬＡ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ａｒｒａｙ）１０２からの局発光が入射し、信号 （ｓｉｇｎａｌ）光入力ポートからはＩＴＬＡ１０２から光変調器（ＭＯＤ）１０３を介し、偏波コントローラ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎ‐ｔｒｏｌｌｅｒ）１０４を介して信号（ｓｉｇｎａｌ）光入力ポートに光を入射している。光変調器１０３には、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１０７内のＤＡコンバータ（ＤＡＣ）１０６からドライバドライバ（ＤＲＶ）１０５で増幅した電気信号を入力している。
【００３５】
ＣＭＲＲを検査するにあたり、信号光を強度変調する。この強度変調は、専用の光強度変調器を用いるのが最も適しているが、ＱＡＭ変調機能を備えた送信機で代用することもできる。ＤＰ−１６ＱＡＭ変調器を用いる場合は、１チャネルのみ強度変調を実施し、他のチャネルについては光出力がＯＦＦになるようバイアスを調整し、その出力を光受信機に入射する。
【００３６】
分子の測定では、最も単純には、
Ψin （t） = A sin（2πf 0t）
という入力信号をＤＡＣ１０６によって生成し、光変調器１０３を構成するマッハツェンダ変調器によって強度変調してこれをＢａｌａｎｃｅｄ ＯＥ１０９が備えられた光受信機の信号光入力ポートに入力する。
【００３７】
このとき、同相信号に対する応答特性がφ（f）だった場合、出力信号としては、
F φ（f 0）の応答が得られる。周波数を少しずつ変更して出力信号を把握することで、φ（f）の周波数特性を得ることができる。
【００３８】
さらに、いくつかの周波数特性を一括で得ることもできる。例えば五個の周波数の場合、下記のような信号を入力する。例えば、図２の分子測定時には、
Ψin （t） = F1 sin（2πf 0t） + F2 sin（4πf 0t）+ F3 sin（6πf 0t）+ F4 sin（8πf 0t）+ F5 sin（10πf 0t）
このとき、入力信号としては５個の周波数を有する信号が入射される。（図２（a）変調信号のスペクトル）
【００３９】
この出力をデジタル信号プロセッサＤＳＰ（Digital Signal Processor）１１１に設けられたＡ/Ｄ変換機１１０によって取得して、同相時出力の測定を行う。具体的には、出力信号をフーリエ変換して、各周波数の強度を得れば、周波数特性を得ることができる。（図２（b）出力信号のスペクトル）また、他の方法としては多くの周波数成分を含むインパルスを入力して出力を測定することによっても、周波数特性を得ることもできる。出力された電気信号をＡ／Ｄ変換し、各周波数成分の同相時出力成分をＤＳＰによるフーリエ変換により算出する部分を演算部という。なお、ＤＳＰは、演算部によって算出された周波数特性を用いてＣＭＲＲを算出するＣＭＲＲ算出部（不図示）と接続していてもよいし、ＤＳＰに、ＣＭＲＲ算出部が内蔵されていてもよい。
【００４０】
図２では、信号光入力ポート３０１の場合を示しているが、局発側のＣＭＲＲを測定する場合は、代わりに局発光入力ポート３０２に接続して測定すればよい。信号光入力ポート３０１には、偏光ビームスプリッタ１０８で分離された信号光が入力される。
【００４１】
次に、分母の測定としては、図１下側に示すように局発（local）光入力ポートと信号（signal）光入力ポートの両方に信号を入力する必要がある。局発光入力ポートにはＣＷ（Continuous Wave）信号（周波数ｆ１）を入力するが、信号光入力ポートには、信号源として周波数ｆ２の光源に対して外部強度変調を行った信号を入力する。変調信号としては、（f 0-Δf, 2 f 0-Δf, 3 f 0-Δf, 4 f 0-Δf, 5 f 0-Δf）のような周波数を用いて信号を変調する（差周波Δf=|f1- f2|）。（図２（ｃ）変調信号のスペクトル、図２（e）差周波）その場合、出力信号の一部としてf 0,2 f 0,3 f 0,4 f 0,5 f 0,の周波数成分を有する信号（図２（ｄ）出力信号のスペクトル）が得られ、これをフーリエ変換すれば分母の周波数特性を得ることができる。
【００４２】
最後に、分子と分母のそれぞれのピークの比を取ることで、それぞれの周波数成分での同相除去比（ＣＭＲＲ）を求めることができる。強度変調器を用いると、周波数ｆの正弦波で変調した場合、光の周波数に対して±ｆの二つの信号成分が発生してしまい、不必要な周波数が発生するが、強度変調器の代わりにＳＳＢ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｄｅ-ｂａｎｄ
ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）変調器を使って、目的とする片側の周波数のみが発生するようにすることもできる。
【００４３】
以上、入力信号は正弦波の足しあわせであると説明してきたが、完全な正弦波でなく、矩形波の足しあわせで実施することも可能である。また、切れ目のない信号であることを仮定しているが、一定時間毎に非周期的となるようにすることもできる。例えば一定時間毎に、信号が０となる区間を設けることができる。
【００４４】
このような信号を用いると、信号区間開始時の符号判定によって、同相時出力の正負の判定が可能になり、絶対値であるＣＭＲＲの値に加えて、I1, I2のどちらが大きいのかという大小関係の情報を獲得することも可能になる。これは、インターバルを設ける以外に、ＲＦ信号波形を正負で異なる形状にすることによっても実現することが可能である。また、差動時出力についても、同様のインターバル法を用いることによって、群遅延やスキューなどの情報を獲得することが可能になる。
【００４５】
上記分子・分母の測定は共に、送信機（Ｄ/Ａ変換機・変調器・ドライバ等）の周波数特性や、受信側のＡ/Ｄ１００変換機の周波数特性を含んだものであるが、Δf=|f1- f2|がこれらの周波数特性変化に比べて十分に小さい値であれば、分母・分子共に同じ素子を用いている場合は、商として用いるＣＭＲＲは補正する必要がない。また、変調器など、分母と分子で異なる素子を用いた場合は、あらかじめその周波数特性を測定し、測定周波数においてその差分を補正してＣＭＲＲを求める必要がある。さらに、素子の周波数特性がΔf=|f1- f2|で変化している場合であっても、測定周波数毎に、この差分によって生じる周波数特性を補正すれば、正しいＣＭＲＲの値を得ることが可能である。
【００４６】
また、分母の差動時出力特性の周波数依存性は、受信機の周波数特性に他ならないので、差動時出力特性の測定にも本発明の方法を用いることができる。この際は、特に送信側のＤ/Ａ変換機や受信側のＡ/Ｄ変換機の周波数特性の補正を正しく行うことで、受信器のみの周波数特性を得ることが可能になる。
【００４７】
さらに、このような信号生成の機能は信号処理ＬＳＩ自体に持たせて光受信機に、自己検査機能として持たせることもできる。
【００４８】
Ａ/Ｄ変換機を有するデジタル信号プロセッサに入力するコヒーレント光受信機の電気出力信号として、高周波出力ポートの代わりにピーク検波出力を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、光通信用の光受信機及びその検査方法の技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０１，４０１  ＤＵＴ （ｄｅｖｉｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔｅｓｔ）
１０２  ＩＴＬＡ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ａｒｒａｙ）
１０３  光変調器（ＭＯＤ）
１０４  偏波コントローラ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）
１０５  ドライバドライバ（ＤＲＶ）
１０６  ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）
１０７  デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
１０８，４０７  偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１０９，４０８  Ｂａｌａｎｃｅｄ ＯＥ
１１０  Ａ/Ｄ変換機 
１１１  デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
３００  コヒーレント光受信器
３０１  信号光入力ポート
３０２  局発光入力ポート
３０３  フォトダイオード
３０４  差動増幅器
３０５  ＤＰＯＨ
４０２  光波コンポーネントアナライザ（ＬＣＡ）
４０３  可変光学減衰器（ＶＯＡ）
４０４  光遅延線（ＤＬ）
４０５  偏光制御器（ＰＣ）
４０６  位相変調器（ＰＭ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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