(57)【要約】      （修正有）【課題】高レートで符号化された光信号を低価で測定する方法を提供する。【解決手段】第１の信号経路及び第２の信号経路を通して光入力信号を送るステップＳ５０５と、第１の信号経路及び第２の信号経路において光入力信号を第１の局部発振器（ＬＯ）信号及び第２の局部発振器（ＬＯ）信号と混合し、光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分に対応する第１の電気信号及び第２の電気信号を生成するステップＳ５１０と、第１の電気信号と第２の電気信号とを結合し、コヒーレントな時間領域出力信号を生成するステップＳ５２０とを含む。【選択図】図５
2015050771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号経路及び第２の信号経路を通して光入力信号を送るステップと、
前記第１の信号経路及び前記第２の信号経路において前記光入力信号を第１の局部発振器（ＬＯ）信号及び第２の局部発振器（ＬＯ）信号と混合し、前記光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分に対応する第１の電気信号及び第２の電気信号を生成するステップと、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを結合し、コヒーレントな時間領域出力信号を生成するステップと
を含む、光入力信号を処理する方法。
【請求項２】
前記光入力信号を第１の偏光成分及び第２の偏光成分に分割するステップと、
前記第１の信号経路及び前記第２の信号経路を通して前記第１の偏光成分を送るステップと、
第３の信号経路及び第４の信号経路を通して前記第２の偏光成分を送るステップと、
前記第３の信号経路と前記第４の信号経路と前記第２の信号経路とにおいて、前記第２の偏光成分を前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号と混合し、前記光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分に対応する第３の電気信号及び第４の電気信号を生成するステップと、
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを結合し、前記第１の偏光についてのコヒーレントな時間領域出力信号を生成するとともに、前記第３の電気信号と前記第４の電気信号とを結合し、前記第２の偏光についてのコヒーレントな時間領域出力信号を生成するステップと
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ある搬送周波数を有するＬＯ前駆信号を生成し、該ＬＯ前駆信号を変調して少なくとも２つの側波帯を生成し、変調されたＬＯ前駆信号をデマルチプレクス処理して前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成することにより、前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記搬送周波数は前記変調により抑圧されるものである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＬＯ前駆信号は外部共振器型半導体レーザ（ＥＣＬ）により生成されるものである、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ＬＯ前駆信号の変調は、マッハ・ツェンダー変調器（ＭＺＭ）により行われるものである、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記ＬＯ前駆信号の変調はクロック信号の制御の下に行われ、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とは前記クロック信号と同期してデジタル化されるものである、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
アナログデジタルコンバータを用いて前記クロック信号を測定するステップと、
測定結果に基づいて前記第１のＬＯ信号と前記第２のＬＯ信号との間の位相関係を求めるステップと
をさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
変調されたＬＯ前駆信号のデマルチプレクス処理は、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）により行われるものである、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
２つのレーザを動作させることにより前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
３つのレーザを動作させ、第１〜第３の搬送周波数をそれぞれ有する第１〜第３の光信号を生成し、前記第１の光信号の部分及び前記第３の光信号の部分を前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号として出力することにより、前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の搬送周波数と前記第２の搬送周波数との間の差に対応する第１のビート周波数を生成するステップと、
前記第２の搬送周波数と前記第３の搬送周波数との間の差に対応する第２のビート周波数を生成するステップと、
前記第１のビート周波数及び前記第２のビート周波数に基づいて、前記第１のＬＯ信号と前記第２のＬＯ信号との間の位相の差を求めるステップと
をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザは外部共振器型半導体レーザ（ＥＣＬ）を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記光入力信号は振幅及び位相の変調により生成されるものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを結合する前に、複数のバランス型光検出器及びアナログデジタルコンバータにより、前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号の各々を処理するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを結合する前に、複数の非バランス型光検出器及びアナログデジタルコンバータにより、前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号の各々を処理するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記光入力信号を前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号と混合する前に、複数の、光学的な同相成分及び直交位相成分（ＩＱ）のハイブリッドを用いて、前記光入力信号を前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号と結合するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
光入力信号を受信する第１の信号経路及び第２の信号経路と、
前記第１の信号経路及び前記第２の信号経路に配置され、前記光入力信号を第１の局部発振器（ＬＯ）信号及び第２の局部発振器（ＬＯ）信号と結合して第１の信号及び第２の信号を生成する、第１の同相成分及び直交位相成分（ＩＱ）ハイブリッド並びに第２の同相成分及び直交位相成分（ＩＱ）ハイブリッドと、
前記第１の信号及び前記第２の信号を、対応する、第１のダウンコンバートされた電気信号及び第２のダウンコンバートされた電気信号に変換する第１の光検出器（ＰＤ）及び第２の光検出器（ＰＤ）であって、前記第１のダウンコンバートされた電気信号及び前記第２のダウンコンバートされた電気信号はそれぞれ、前記光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分に対応するものである、第１の光検出器（ＰＤ）及び第２の光検出器（ＰＤ）と、
前記第１のダウンコンバートされた電気信号及び前記第２のダウンコンバートされた電気信号をデジタル化する複数のアナログデジタルコンバータと、
第１のデジタル化された電気信号と第２のデジタル化された電気信号とを結合し、コヒーレントな時間領域出力信号を生成するスティッチ部（１３０）と
を備えた、光入力信号を処理するシステム（１００）。
【請求項１９】
第３の信号経路及び第４の信号経路と、
前記光入力信号を第１の偏光成分及び第２の偏光成分に分割し、前記第１の信号経路及び前記第２の信号経路を通して前記第１の偏光成分を送り、前記第３の信号経路及び前記第４の信号経路を通して前記第２の偏光成分を送る偏光ビーム分割部であって、前記第１のｉｑハイブリッド及び前記第２のｉｑハイブリッド（１１５）において前記第１の偏光成分が前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号と結合されて、前記第１の信号及び前記第２の信号が生成され、前記コヒーレントな時間領域出力信号は前記第１の偏光成分に対応するものである、偏光ビーム分割部と、
前記第３の信号経路及び前記第４の信号経路に配置され、前記第２の偏光成分を第１のＬＯ信号及び第２のＬＯ信号の各々と結合して第３の信号及び第４の信号を生成する第３のｉｑハイブリッド及び第４のｉｑハイブリッド（１１５）と、
前記第３の信号及び前記第４の信号を、前記光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分にそれぞれ対応する、第３のダウンコンバートされた電気信号及び第４のダウンコンバートされた電気信号へと変換する第３のＰＤ及び第４のＰＤと、
前記第３のダウンコンバートされた電気信号及び前記第４のダウンコンバートされた電気信号をデジタル化するさらなる複数のアナログデジタルコンバータと、
第３のデジタル化された電気信号と第４のデジタル化された電気信号とを結合し、前記第２の偏光成分に対応する、さらなるコヒーレントな時間領域出力信号を生成するさらなるスティッチ部（１３０）と
をさらに備えた請求項１８に記載のシステム（１００）。
【請求項２０】
前記第１のダウンコンバートされた電気信号及び前記第２のダウンコンバートされた電気信号の各々は、同相成分及び直交位相成分を含むものである、請求項１８に記載のシステム（１００）。
【請求項２１】
前記第１のダウンコンバートされた電気信号及び前記第３のダウンコンバートされた電気信号は同相成分を含み、前記第２のダウンコンバートされた電気信号及び前記第４のダウンコンバートされた電気信号は直交位相成分を含むものである、請求項１９に記載のシステム（１００）。
【請求項２２】
請求項１８に記載のシステム（１００）を備えた光学測定機器。
【請求項２３】
請求項１８に記載のシステム（１００）を備えた光受信機。
【請求項２４】
ある搬送周波数を有するＬＯ前駆信号を生成するレーザと、
前記ＬＯ前駆信号を変調して前記搬送周波数を抑圧し、少なくとも２つの側波帯を生成する光変調器（３２０）と、
変調されたＬＯ前駆信号をデマルチプレクス処理し、前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成する光デマルチプレクサ（３２５）と
を備えたｌｏ発生器（１０５）をさらに備えた請求項１８に記載のシステム（１００）。
【請求項２５】
ある搬送周波数を有するＬＯ前駆信号を生成するレーザと、
前記ＬＯ前駆信号を変調し、少なくとも２つの側波帯を生成する光変調器（３２０）と、
変調されたＬＯ前駆信号をデマルチプレクス処理し、前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成する光デマルチプレクサ（３２５）と
を備えたｌｏ発生器（１０５）をさらに備えた請求項１８に記載のシステム（１００）。
【請求項２６】
第１〜第３の搬送周波数をそれぞれ有する第１〜第３の光信号を生成する第１〜第３のレーザ（４０５）であって、前記第１の光信号及び前記第３の光信号は前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号に対応するものである、第１〜第３のレーザと、
前記第１の搬送周波数と前記第２の搬送周波数との間の差に対応する第１のビート周波数と、前記第２の搬送周波数と前記第３の搬送周波数との間の差に対応する第２のビート周波数とを求める複数の光検出器及びアナログデジタルコンバータと
を備えたｌｏ発生器（１０５）をさらに備えた請求項１８に記載のシステム（１００）。
【請求項２７】
前記光入力信号は振幅及び位相の変調により生成されるものである、請求項１８に記載のシステム（１００）。
【請求項２８】
前記光入力信号からＮ個の信号を生成する１対Ｎの光学スプリッタと、
Ｎ個の信号経路に配置され、前記光入力信号をＮ個のＬＯ信号とそれぞれ結合してＮ個の信号を生成するＮ個のｉｑハイブリッド（１１５）と、
前記Ｎ個の信号を、対応するＮ個のダウンコンバートされた電気信号へと変換するＮ個のＰＤであって、前記Ｎ個のダウンコンバートされた電気信号は、それぞれ前記光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分に対応するものである、Ｎ個のＰＤと、
前記Ｎ個のダウンコンバートされた電気信号をデジタル化するＮ個のアナログデジタルコンバータと
をさらに備えており、
前記スティッチ部（１３０）はさらに、ダウンコンバートされデジタル化されたＮ個の信号を結合し、前記コヒーレントな時間領域出力信号を生成するものである、請求項１８に記載のシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
光通信システムでは、様々な信号特性が変調されることにより、光搬送波信号においてデジタル情報が符号化される。例えば、符号化の単純な形態は、オンの状態とオフの状態との間で光搬送波信号の切換えを行うことにより、その光搬送波信号の振幅を変調するものである。この単純な符号化の形態の一例は、オンオフ変調（on-off keying, ＯＯＫ）である。符号化のより進んだ形態によれば、振幅に加えて、位相及び偏光状態等の別の信号特性を変調することができる。このような、より進んだ符号化の形態の例として、２つのシンボルを用いてデジタル情報を符号化する二位相偏移変調（binary phase-shift keying, ＢＰＳＫ）と、４つのシンボルを用いてデジタル情報を符号化する四位相偏移変調（quadrature phase-shift keying, ＱＰＳＫ）とがある。
【０００２】
進んだ符号化を用いた光通信システムにおいて、受信機は通常、結合器（coupler）と、移相器（phaseshifter）又は遅延線（delay line）と、光検出器（photodetector, ＰＤ）と、アナログデジタルコンバータ（analog to digital converter, ＡＤＣ）とのうちの１以上の組み合わせを用いて光搬送波信号を復号化する。例えば、受信機は、光学的な同相成分及び直交位相成分（ＩＱ）のハイブリッド（optical phase-quadrature (IQ) hybrid）を、バランス型（balanced）又は非バランス型（unbalanced）のフォトダイオードと組み合わせて用いて、光搬送波信号を電気的なベースバンドの周波数範囲にダウンコンバートすることができる。そして、受信機は、結果として得られた電気信号を、ＡＤＣのペアを用いて、後続の処理のためにデジタル化することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
比較的高いレートで符号化された光信号を測定し、その後復号化するためには、相応して大きな帯域幅を有するＡＤＣ、ＰＤ、及び他の構成要素を用いることが一般に必要である。しかし、不都合なことに、利用可能なＡＤＣ、ＰＤ及び他の構成要素は、いくつかの光通信システムによって必要とされる比較的高いレートで復号化を行うには速度が非常に遅いか又は非常に高価な場合がある。例えば、光通信システムのチャネル帯域幅は、搬送周波数の僅かな一部に過ぎないかもしれないが、数十ギガヘルツ（ＧＨｚ）に達する場合があり、このことは、市場で最速かつ最も高価なＡＤＣ及びＰＤであっても、その帯域幅に難題を課す可能性がある。
【０００４】
従来の光学的な測定又は通信のシステムのこれらの欠点及び他の欠点に鑑みて、既存の構成要素を用いた技術によって課される制限を克服する、光学的な測定及び復号化に対する新たな手法が一般に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
代表的な実施形態において、光入力信号を処理する方法は、第１の信号経路及び第２の信号経路を通して光入力信号を送るステップと、前記第１の信号経路及び前記第２の信号経路において前記光入力信号を第１の局部発振器（local oscillator, ＬＯ）信号及び第２の局部発振器（ＬＯ）信号と混合し、前記光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分に対応する第１の電気信号及び第２の電気信号を生成するステップと、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを結合し、コヒーレントな時間領域出力信号を生成するステップとを含む。前記光入力信号は、例えば、振幅及び位相の変調により生成することができる。
【０００６】
ある実施形態において、本方法は、前記光入力信号を第１の偏光成分及び第２の偏光成分に分割するステップと、前記第１の信号経路及び前記第２の信号経路を通して前記第１の偏光成分を送るステップと、第３の信号経路及び第４の信号経路を通して前記第２の偏光成分を送るステップと、前記第３の信号経路と前記第４の信号経路と前記第２の信号経路とにおいて、前記第２の偏光成分を前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号と混合し、前記光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分に対応する第３の電気信号及び第４の電気信号を生成するステップと、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを結合し、前記第１の偏光についてのコヒーレントな時間領域出力信号を生成するとともに、前記第３の電気信号と前記第４の電気信号とを結合し、前記第２の偏光についてのコヒーレントな時間領域出力信号を生成するステップとをさらに含む。
【０００７】
ある実施形態において、本方法は、ある搬送周波数を有するＬＯ前駆信号（LO precursor signal）を生成し、該ＬＯ前駆信号を変調して少なくとも２つの側波帯（sideband）を生成し、変調されたＬＯ前駆信号をデマルチプレクス処理（de-multiplex）して前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成することにより、前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成するステップをさらに含む。ＬＯ前駆信号は、例えば外部共振器型半導体レーザ（external cavity diode laser, ＥＣＬ）によって生成することができる。前記搬送周波数は変調により抑圧することができ、あるいは抑圧しないとすることもできる。変調されたＬＯ前駆信号のデマルチプレクス処理は、波長分割マルチプレクサ（wavelength division multiplexer, ＷＤＭ）により行うことができる。ＬＯ前駆信号の変調は、マッハ・ツェンダー変調器（Mach-Zehnder Modulator, ＭＺＭ）により行うことができる。また、ＬＯ前駆信号の変調は、クロック信号の制御の下で行うことができ、前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号は前記クロック信号と同期してデジタル化される。さらに、本方法は、アナログデジタルコンバータを用いて前記クロック信号を測定するステップと、測定結果に基づいて前記第１のＬＯ信号と前記第２のＬＯ信号との間の位相関係を求めるステップとをさらに含むことができる。
【０００８】
ある実施形態において、本方法は、２つのレーザを動作させることにより前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成するか、又は代替的に、３つのレーザを動作させることにより前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号を生成して、第１〜第３の搬送周波数をそれぞれ有する第１〜第３の光信号を生成するステップと、前記第１の光信号の部分及び前記第３の光信号の部分を前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号として出力するステップとをさらに含む。本方法は、また、前記第１の搬送周波数と前記第２の搬送周波数との間の差に対応する第１のビート周波数（beat frequency）を生成するステップと、前記第２の搬送周波数と前記第３の搬送周波数との間の差に対応する第２のビート周波数を生成するステップと、前記第１のビート周波数及び前記第２のビート周波数に基づいて、前記第１のＬＯ信号と前記第２のＬＯ信号との間の位相差を求めるステップとをさらに含むことができる。
【０００９】
ある実施形態において、本方法は、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを結合する前に、複数のバランス型又は非バランス型の光検出器及びアナログデジタルコンバータにより、前記第１の電気信号及び前記第２の電気信号の各々を処理するステップをさらに含む。ある実施形態において、本方法は、前記光入力信号を前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号と混合する前に、複数のＩＱハイブリッドを用いて前記光入力信号を前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号と結合するステップをさらに含む。
【００１０】
別の実施形態において、光入力信号を処理するシステムは、光入力信号を受信する第１の信号経路及び第２の信号経路と、前記第１の信号経路及び前記第２の信号経路に配置され、前記光入力信号をそれぞれの第１のＬＯ信号及び第２のＬＯ信号と結合して第１の信号及び第２の信号を生成する第１のＩＱハイブリッド及び第２のＩＱハイブリッドと、前記第１の信号及び前記第２の信号を、対応する、第１のダウンコンバートされた電気信号及び第２のダウンコンバートされた電気信号へと変換する第１の光検出器及び第２の光検出器であって、前記第１のダウンコンバートされた電気信号及び前記第２のダウンコンバートされた電気信号はそれぞれ前記光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分に対応するものである、第１の光検出器及び第２の光検出器と、前記第１のダウンコンバートされた電気信号及び前記第２のダウンコンバートされた電気信号をデジタル化する複数のアナログデジタルコンバータと、前記第１のデジタル化された電気信号と前記第２のデジタル化された電気信号とを結合し、コヒーレントな時間領域出力信号を生成するスティッチ部とを備えている。
【００１１】
ある実施形態において、本方法は、第３の信号経路及び第４の信号経路と、前記光入力信号を第１の偏光成分及び第２の偏光成分に分割し、前記第１の信号経路及び前記第２の信号経路を通して前記第１の偏光成分を送り、前記第３の信号経路及び前記第４の信号経路を通して前記第２の偏光成分を送る偏光ビーム分割部であって、前記第１のＩＱハイブリッド及び前記第２のＩＱハイブリッドにおいて前記第１の偏光成分が前記第１のＬＯ信号及び前記第２のＬＯ信号と結合されて、前記第１の信号及び前記第２の信号が生成され、前記コヒーレントな時間領域出力信号は前記第１の偏光成分に対応するものである、偏光ビーム分割部と、前記第３の信号経路及び前記第４の信号経路に配置され、前記第２の偏光成分をそれぞれの第１のＬＯ信号及び第２のＬＯ信号と結合して第３の信号及び第４の信号を生成する第３のＩＱハイブリッド及び第４のＩＱハイブリッドと、前記第３の信号及び前記第４の信号を、それぞれ前記光入力信号の周波数スペクトルの別々の部分に対応する第３のダウンコンバートされた電気信号及び第４のダウンコンバートされた電気信号へと変換する第３のＰＤ及び第４のＰＤと、前記第３のダウンコンバートされた電気信号及び前記第４のダウンコンバートされた電気信号をデジタル化するさらなる複数のアナログデジタルコンバータと、前記第３のデジタル化された電気信号と前記第４のデジタル化された電気信号とを結合し、前記第２の偏光成分に対応する、さらなるコヒーレントな時間領域出力信号を生成するさらなるスティッチ部とをさらに備えている。
【００１２】
説明対象の実施形態は、添付の図面を参照した上で、以下の詳細な説明から最も良好に理解されるものである。適用可能かつ実際的である場合には、同様の符号は同様の要素を指すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】代表的な実施形態による、光信号を取り込むシステムを示す説明図である。
【図１Ｂ】代表的な実施形態による、図１Ａのシステムにおけるバランス型ＰＤ（balanced PD）の説明図である。
【図２】代表的な実施形態による、光信号を取り込むシステムを示す説明図である。
【図３】代表的な実施形態による、光信号を取り込むシステムを示す説明図である。
【図４】代表的な実施形態による、光信号を取り込むシステムを示す説明図である。
【図５】代表的な実施形態による、光信号を処理する方法を示すフローチャートである。
【図６】代表的な実施形態による、図５の方法のために２つの局部発振器（local oscillator, ＬＯ）信号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図７】別の代表的な実施形態による、図５の方法のために２つのＬＯ信号を生成する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明において、具体的な詳細を開示する代表的な実施形態は、限定する目的ではなく説明する目的で、本開示内容の完全な理解を提供するために示すものである。しかしながら、本開示の利益を受ける当業者にとって、本明細書に開示する具体的な詳細から逸脱した、本教示による別の実施形態が添付の特許請求の範囲に含まれることは明らかであろう。さらに、例示的な実施形態の説明を曖昧にしないようにするために、既知の装置及び方法の説明を省いている場合がある。このような方法及び装置は明らかに本開示の範囲に含まれる。
【００１５】
本明細書において用いる用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定を意図したものではない。定義される用語は、本開示の技術分野において一般に理解され、受け入れられている明確な用語の技術的意味及び科学的意味に加えられる。
【００１６】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、「a」、「an」、「the」という用語は、別段の指定がない限り、単数及び複数の双方の指示対象を含むものである。例えば、「デバイス（a device）」は単一のデバイス及び複数のデバイスの双方を含む。
【００１７】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、「実質的（substantial）」又は「実質的に（substantially）」という用語は、その通常の意味に加えて、受け入れることのできる限界又は程度の範囲内にあることを意味する。
【００１８】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において、「概ね（approximately）」という用語は、その通常の意味に加えて、当業者にとって受け入れることのできる限界又は量の範囲内にあることを意味する。例えば、「概ね同じ（approximately the same）」は、当業者であれば、比較対象の複数のアイテムが同じであると見なすということを意味する。
【００１９】
説明対象の実施形態は、概して、光通信又は光計測学（optical metrology）に関連して、光信号を処理するシステム及び方法に関するものである。ある実施形態において、光搬送波信号は、バランス型又は非バランス型のＰＤにより適切に間隔が置かれたいくつかのコヒーレントなＬＯ信号を用いて、複数の別々のベースバンド信号へとダウンコンバートされる。続いて、このベースバンド信号は別個のＡＤＣによりデジタル化され、それにより生じた信号が結合されて、光信号に対応する単一のコヒーレントなベースバンド信号が作られる。
【００２０】
単一のコヒーレントなベースバンド信号の適切な再生（reconstruction）を可能にするために、ＬＯ信号は通常、識別可能な位相関係（discernible phase relationship）を有するものとなるように作られる。これは、様々な代替的手法のうちの任意のものを用いて行うことができる。例えば、第１の手法では、狭線幅（narrow line width）レーザ（例えば外部共振器型半導体レーザ（external cavity diode laser, ＥＣＬ））を用いてＬＯ前駆信号（LO precursor signal）を生成し、続いてこのＬＯ前駆信号を変調し、元の中心周波数が抑圧されて２つの側波帯（sideband）が生成されるようにする。これは通常、必須ではないが有利には、搬送波抑圧変調（carrier suppressed modulation）を用いて、マッハ・ツェンダー変調器（Mach-Zehnder modulator, ＭＺＭ）等の、クロック信号によって制御される変調器によって行われる。この結果として得られた信号は２つのＬＯ信号に分割される。各ＬＯ信号は側波帯のうちの１つを含む。この分割は、例えば、ほとんどの通常の事例において同調可能（tunable）である必要のある波長分割マルチプレクサ（wavelength division multiplexer, ＷＤＭ）により行うことができる。２つのＬＯ信号は通常、クロック信号に従って位相が固定（lock）されており、単一のコヒーレントなベースバンド信号の再生は一般的にクロック信号と同期して行われる。より具体的には、複数の別々のベースバンド信号は通常、クロック信号を用いて、同期してデジタル化され、その結果、適切な位相整列（phase alignment）により、単一のコヒーレントなベースバンド信号を再生することができる。
【００２１】
識別可能な位相関係（discernible phase relationship）を有する２つのＬＯ信号を生成するための第２の手法は、別々のレーザを用いてＬＯ信号を生成し、次にそれらの位相関係を測定することである。この手法の１つの実施態様においては、３つのレーザを用いて３つの光信号を生成する。次に、複数の別々のベースバンド信号を復元するために用いるフォトダイオードと同じ帯域幅を有する２つのフォトダイオードと２つのアナログデジタルコンバータとを用いて、光信号間の周波数の差を同時に測定する。第１の手法に比べて、この第２の手法では、同調可能（tunable）なフィルタ及び高速な変調器を用いる必要性を回避できるものの、２つの追加的なレーザと、いくつかの結合器と、２つのバランス型又は非バランス型の検出器及びアナログデジタルコンバータとが必要となる。２つの局部発振器（local oscillator）間の、位相を含む正確な周波数の差を知ることにより、比較的単純かつ直接的な方法で、単一のコヒーレントなベースバンド信号を再生することができる。
【００２２】
以下の説明では、光信号を２つの別々のＬＯ信号と混合して、ベースバンドのスペクトルの２つの別々の部分に対応するベースバンド信号を生成するいくつかの例を示す。しかし、説明対象の概念を拡張して、さらに別のＬＯ信号、さらに別のベースバンド信号等（例えば、Ｎ個のＬＯ信号又はＮ個のベースバンド信号）を用いるようにすることができる。このような概念の拡張には通常、さらに別のＩＱハイブリッド、ＰＤ、データ取得チャネル等が必要となる。
【００２３】
説明対象の実施形態によれば、受信機は、従来の手法では必要となる高速で高価な構成要素を必要とせずに、比較的高い性能で動作することができる。例えば、いくつかの実施形態によれば、ＡＤＣ及びＰＤの少なくとも一方が６０ＧＨｚ以上の帯域幅かつ対応する高サンプリングレートで動作することを必要とせずに、受信機は６０ＧＨｚ以上の帯域幅においてベースバンド信号を取り込むことができる。
【００２４】
説明対象の実施形態は、様々な意味において、利用可能な応用形態を見いだすものである。例えば、これらの実施形態は、試験対象のデバイス（device under test, ＤＵＴ）によって生成される光信号を取り込んで解析する光学測定機器において用いることもできるし、通常の使用分野の範囲内で光受信機において用いることもできる。さらに、説明対象の実施形態は、ＢＰＳＫ又はＱＰＳＫ等の様々な符号化方式とともに用いることができる。しかし、説明対象の実施形態はこれらの方式に限定されるわけではない。
【００２５】
図１Ａは、代表的な実施形態に係る、光信号を取り込むシステム１００を示している。図１Ａの実施形態において、識別可能な位相関係（discernible phase relationship）を有する２つのＬＯ信号が光入力信号と混合され、ベースバンドスペクトルの２つの相補的な部分をカバーする２つのベースバンド信号が生成される。次に、これらの２つのベースバンド信号が結合されて、ベースバンドスペクトルの双方の部分をカバーする単一のコヒーレントなベースバンド信号が生成される。本明細書において、「識別可能な位相関係（discernible phase relationship）」という記述は、適切な位相整列（phase alignment）により、コヒーレントなベースバンド信号を再生することができる関係を意味する。図３及び図４の例に示すように、通常は、単一のレーザ源から２つのＬＯ信号を生成し、その位相関係が保たれるようにこれらの信号を処理することにより（図３）、又は、別々のレーザを用いてＬＯ信号を生成し、それらの位相関係を測定することによって（図４）、識別可能な位相関係が確立又は維持される。
【００２６】
図１Ａに示しているように、システム１００は、ＬＯ発生器１０５と、パワースプリッタ１１０と、ＩＱハイブリッド１１５と、バランス型ＰＤ１２０と、ＡＤＣ１２５と、スティッチ部（stitching unit）１３０とを備えている。
【００２７】
通常の動作において、システム１００は、図１Ａの左側に示しているように光入力信号を受信し、図１Ａの右側に示しているように、対応するデジタルベースバンド信号を生成する。パワースプリッタ１１０は、光入力信号を、元の信号電力の概ね５０パーセントをそれぞれ含む２つの信号経路に分割する。２つの信号経路のそれぞれにおいて、複数のＩＱハイブリッド１１５のうちの１つは、光入力信号をＬＯ発生器１０５により生成された２つのＬＯ信号のうちの１つと結合し、それらの信号をバランス型ＰＤ１２０において混合して、対応する、ダウンコンバートされた電気信号を生成する。具体的には、第１の経路では、光入力信号が第１のＬＯ信号ＬＯ１と混合され、ダウンコンバートされた第１の電気信号が生成され、第２の経路では、光入力信号が第２のＬＯ信号ＬＯ２と混合され、ダウンコンバートされた第２の電気信号が生成される。
【００２８】
この変換処理の一例を図１Ｂに示している。図１Ｂは、第１の光信号を表す同相成分及び直交位相成分のデータを生成するバランス型ＰＤのペア１２０Ａを示している。図１Ｂに示しているように、バランス型ＰＤのペア１２０Ａは、それぞれ、光のパワーを電流に変換するフォトダイオードの２つのペアと、直交する信号を生成するために用いられる移相部とを備えている。図示した構成におけるこれらの特徴部の動作は、当業者であれば十分理解するであろう。代替的な実施形態においては、バランス型ＰＤ１２０は別の形態で実施することもできるし、非バランス型のフォトダイオードを用いることもできる。
【００２９】
ＡＤＣ１２５は、バランス型ＰＤ１２０により生成された電気信号をデジタル化し、それにより得られた、デジタル化された信号をスティッチ部１３０に出力する。一対の小さなグラフに示しているように、ＡＤＣの一方のペアによって生成されるデジタル化された信号は、ベースバンドスペクトルの比較的低い部分（「低」）の同相成分及び直交位相成分の情報を含んでいる。また、ＡＤＣの他方のペアによって生成されるデジタル化された信号は、ベースバンドスペクトルの比較的高い部分（「高」）の同相成分及び直交位相成分の情報を含んでいる。
【００３０】
スティッチ部１３０は、ベースバンドスペクトルの比較的低い部分と比較的高い部分とを結合し、図１Ａの右側にある小さなグラフに示すような単一のコヒーレントなベースバンド信号を生成する。２つの信号の結合は、例えば、インタリーブされたＡＤＣを組み合わせて全体的なサンプリングの帯域幅を大きくするために用いられるものと同様の方法で行うことができる。
【００３１】
図２は、代表的な実施形態に係る、光信号を取り込むシステム２００を示している。本実施形態は、光入力信号が、ほぼ直交する２つの異なる偏光状態を有する２つの成分に分割され、これらの２つの成分が２つの別々のチャネルにおいて処理されることを除けば、図１Ａに示した実施形態と同様である。そのような処理を行うために、システム２００は、図１Ａに示したものと同様の構成要素を二組備えている。この二組は互いに実質的に同一である。図２において、この二組の構成要素のうちの一方を破線の枠により強調して示している。
【００３２】
図２に示しているように、システム２００は、ＬＯ発生器２０５と、パワースプリッタの第１のペア２１０と、偏光ビームスプリッタ（polarization beam splitter, ＰＢＳ）２１５と、パワースプリッタの第２のペア２２０と、ＩＱハイブリッド２２５と、バランス型ＰＤ２３０と、ＡＤＣ２３５と、スティッチ部２４０とを備えている。
【００３３】
ＬＯ発生器２０５は、ＬＯ発生器１０５と同一の機能であり、第１のＬＯ信号ＬＯ１及び第２のＬＯ信号ＬＯ２を生成する。各パワースプリッタ２１０は、対応するＬＯ信号を分割し、分割された信号を２つのＩＱ混合器（IQ mixer）に送る。同時に、ＰＢＳ２１５は、光入力信号を、Ｘ偏光状態及びＹ偏光状態に対応する２つの成分に分割する。パワースプリッタ２２０は、２つの成分の各々をさらに２つの成分に分割し、さらに分割されたこれらの成分を２つのＩＱハイブリッドに送る。ＩＱハイブリッド２２５と、バランス型ＰＤ２３０と、ＡＤＣ２３５と、スティッチ部２４０とは、図１Ａを参照して上記で説明した対応する特徴部と実質的に同じように機能する。その結果として、スティッチ部２４０のうちの第１のスティッチ部は、光入力信号のＸ偏光成分に対応する第１のコヒーレントなベースバンド信号を出力し、スティッチ部２４０のうちの第２のスティッチ部は、光入力信号のＹ偏光成分に対応する第２のコヒーレントなベースバンド信号を出力する。
【００３４】
図３は、代表的な実施形態に係る、光信号を取り込むシステム３００を示している。本実施形態は、ＬＯ発生器２０５の例がさらに詳細に示されていることを除いて、図２に示した実施形態と実質的に同じである。この例を、ＬＯ発生器２０５Ａとして参照する。さらに、ＡＤＣ２３５は、ＬＯ発生器２０５Ａを制御するために用いられるクロック信号と同期して動作するように変更されている。説明を簡潔にするために、本実施形態及び他の実施形態の説明では、上記で既に説明した特徴部の詳細を省略する。
【００３５】
図３に示しているように、ＬＯ発生器２０５Ａは、クロック発生器３０５と、クロック分割器３１０と、光信号源３１５と、光変調器３２０と、光デマルチプレクサ３２５とを備えている。図示の例において、光信号源３１５はＥＣＬの形態をとり、光変調器３２０はＭＺＭの形態をとり、光デマルチプレクサ３２５はＷＤＭの形態をとっている。しかし、これらの要素は、代替的な実施形態においては、変更できるか又は他の構成要素に置き換えることができる。
【００３６】
光信号源３１５は狭線幅レーザであり、通常、単一の搬送周波数又は狭い周波数帯域を用いてＬＯ前駆信号を生成する。光変調器３２０は、ＬＯ前駆信号を処理して搬送周波数を抑圧し、２つの側波帯を生成する。図示の例において、光変調器３２０の出力は、搬送波抑圧ゼロ復帰（carrier-suppressed return to zero, ＣＳＲＺ）フォーマットを有する光信号である。この信号の生成は、ＭＺＭの既知の動作原理によって、かつクロック分割器３１０によって生成される分割されたクロック信号の制御下でなされる。例えば、２つの側波帯の間隔及び位相は、分割されるクロック信号を変更することによって制御することができる。
【００３７】
光デマルチプレクサ３２５は、光変調器３２０の出力を第１のＬＯ信号ＬＯ１及び第２のＬＯ信号ＬＯ２に分割する。第１のＬＯ信号ＬＯ１及び第２のＬＯ信号ＬＯ２の各々は、２つの側波帯のうちの１つのみを含んでいる。ＭＺＭの動作特性の結果として、第１のＬＯ信号ＬＯ１及び第２のＬＯ信号ＬＯ２は位相が固定されており、すなわち既知の定められた位相関係を有している。この既知の関係により、ＡＤＣ２３５が光変調器３２０を制御するクロック信号と同期してデジタル化を行う場合には、システム３００は適切な位相整列（phase alignment）により単一のコヒーレントなベースバンド信号を再生することができる。あるいは、クロック信号を単独で生成し、位相関係の測定結果を提供するための追加のＡＤＣを用いてそのクロック信号を測定することができる。
【００３８】
図４は、代表的な実施形態に係る、光信号を取り込むシステムを示している。本実施形態も、ＬＯ発生器２０５の別の例がさらに詳細に示されていることを除いて、図２に示した実施形態と実質的に同じである。この例を、ＬＯ発生器２０５Ｂとして参照する。
【００３９】
図４に示しているように、ＬＯ発生器２０５Ｂは、第１のレーザ４０５〜第３のレーザ４１５を備えている。図４の小さなグラフに示しているように、第１のレーザ４０５は比較的低い周波数（例えば、図３の上部の側波帯信号に類似）を有し、第３のレーザ４１５は比較的高い周波数（例えば、図３の下部の側波帯信号に類似）を有し、第２のレーザ４１０は、比較的低い周波数と比較的高い周波数との間の周波数を有する。
【００４０】
図４に示しているように、第１のレーザ４０５〜第３のレーザ４１５のそれぞれの出力信号が分割され、結合される。すなわち、第１のレーザ４０５及び第３のレーザ４１５の場合、約９０／１０の分割であり、第２のレーザ４１０の場合、約５０／５０の分割である等である。出力信号の結合により、第１のレーザと第２のレーザとの間の周波数の差と、第２のレーザと第３のレーザとの周波数の差とを示す２つのビート周波数が生じる。出力信号の結合部分は、バランス型又は非バランス型のＰＤ４２０及び４２５によって検出され、続いてＡＤＣ４３０によりデジタル化される。
【００４１】
２つのビート周波数はともに、第１のＬＯ信号ＬＯ１と第２のＬＯ信号ＬＯ２との間の全体的な周波数の差を示すものである。そして、この情報を用いて、適切な位相整列により、単一のコヒーレントなベースバンド信号を再生することができる。第１のＬＯ信号ＬＯ１と第２のＬＯ信号ＬＯ２との間の周波数の差は、これらの２つの信号のみから単一のビート周波数を生成することによって求められる可能性があるものの、３つのレーザによる２つの異なるビート周波数の生成によって、バランス型又は非バランス型のＰＤ４２０及び４２５並びにＡＤＣ４３０は、より低い帯域幅及びサンプリング速度で実装することできる。つまり、より高速でより高価なＰＤ及びＡＤＣを用いる必要性を回避できる。
【００４２】
図５は、代表的な実施形態に係る、光信号を処理する方法を示すフローチャートである。例えば、図５の方法を用いて、図１Ａの左側に示している光入力信号を、図１Ａの右側に示している、対応するベースバンド信号へと変換することができる。便宜上、図５の方法は図１Ａを参照して説明するが、本方法及び説明する他の方法は、任意の特定のシステム実施態様により実行されることに限られる。以下の説明では、方法のステップの例を括弧書きで示す。
【００４３】
図５に示しているように、本方法は、第１の経路及び第２の経路を通して光入力信号を送るステップ（Ｓ５０５）から始まる。これは、例えば、パワースプリッタ１１０の動作により行うことができる。次に、本方法では、それぞれの第１の経路及び第２の経路において光入力信号を第１のＬＯ信号及び第２のＬＯ信号と結合して、光領域における第１の信号及び第２の信号を生成する（Ｓ５１０）。これは、例えば、ＩＱハイブリッド１１５の動作により行うことができる。その後、本方法では、第１の信号及び第２の信号を、対応する、ダウンコンバートされた電気信号に変換する（Ｓ５１５）。これは、例えば、バランス型のＰＤ１２０及びＡＤＣ１２５により行うことができる。最後に、本方法では、ダウンコンバートされた第１の信号とダウンコンバートされた第２の信号とを結合して、コヒーレントな出力信号を生成する（Ｓ５２０）。これは、例えばスティッチ部１３０により行うことができる。
【００４４】
システム１００〜４００の説明からわかるように、図５に示した処理と組み合わせて、様々な中間的処理及び／又は追加的処理を行うことができる。例えば、図３に示したように、クロッキング及び／又は同期並びに追加の較正処理を行い、電気信号がＡＤＣ１２５によって適切にデジタル化されることを保証することができる。同様に、図４に示したように、第１のＬＯ信号及び第２のＬＯ信号の測定を行い、適切な位相整列を保証することができる。さらに、図５の処理は、図２〜図４の例のように、別々の偏光成分に対して同時に行うことができる。図２〜図４の説明から明らかなように、ビームのスプリット及び追加的なパワーのスプリットを行い、かかる追加の処理を容易なものとすることができる。
【００４５】
図６は、代表的な実施形態に係る、図５の方法のための２つのＬＯ信号を生成する方法を示すフローチャートである。図６の方法は、例えばシステム３００との関連で用いることができ、該システムを参照して説明する。しかし、本方法はシステム３００に限定されるものではない。
【００４６】
図６に示しているように、本方法では、搬送周波数を有する光信号を生成する（Ｓ６０５）。これは、例えば光信号源３１５によって行うことができる。次に、光信号を変調して搬送周波数を抑圧し、２つの側波帯を生成する（Ｓ６１０）。これは、例えば光変調器３２０によって行うことができる。この状況での搬送波抑圧は、必須ではないが、双方の側波帯における信号を改善する傾向にあり、また、信号を２つの側波帯に分割するための要件も緩和する。その後、変調された光信号はデマルチプレクス処理（de-multiplex）され、２つのＬＯ信号が生成される（Ｓ６１５）。この２つのＬＯ信号の各々は側波帯のうちの１つを含むものである。これは、例えば光デマルチプレクサ３２５によって行うことができる。
【００４７】
図３を参照して説明したように、光変調器３２０はクロック信号の制御下で動作する。これにより、側波帯の位相及び間隔などの特性を調整することができる。さらに、クロックを用いて、デジタル化の同期を制御することができる。図３を参照して説明した、これらの処理及び他の追加の処理を、図６に示した処理と合わせて行うことができる。
【００４８】
図７は、別の代表的な実施形態に係る、図５の方法のための２つのＬＯ信号を生成する方法を示すフローチャートである。図７の方法は、例えばシステム４００との関連で用いることができ、該システムを参照して説明する。しかし、本方法はシステム４００に限定されるものではない。
【００４９】
図７に示しているように、本方法では、第１〜第３の光信号を生成する（Ｓ７０５）。これは、例えば第１のレーザ４０５〜第３のレーザ４１５によって行うことができる。第１の光信号及び第３の光信号は、第１のＬＯ信号及び第２のＬＯ信号として出力される（Ｓ７１０）。例えば、図４に示したように、第１の光信号及び第３の光信号の各々におけるパワーの大部分をＬＯ信号として出力することができる。次に、第１の光信号と第２の光信号との間の第１の周波数の差と、第２の光信号と第３の光信号との間の第２の周波数の差とに基づいて、２つのビート周波数が生成される（Ｓ７１５）。これらのビート周波数は、例えば、バランス型又は非バランス型のＰＤ４２０及び４２５並びにＡＤＣ４３０によって生成することができる。最終的には、２つのビート周波数を用いて、第１の光信号及び第３の光信号との間、すなわち２つのＬＯ信号間の全体的な位相の差を求めることができる（Ｓ７２０）。上記に示したように、位相の差を求めることにより、例えばシステム４００におけるベースバンド信号の２つの部分の適切な再生を保証することができる。
【００５０】
本明細書において例となる実施形態を開示したが、当業者であれば、本開示に従って多くの変形形態が可能であり、それらは添付の特許請求の範囲に含まれることを理解するであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲を除いて限定されるものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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