(57)【要約】【課題】光位相変調された高速の信号光の光位相を検出するとともに、光位相変調された信号光の品質をモニタすること。【解決手段】光位相モニタ装置１００は、光スイッチ１０１と、光位相検出回路１０２と、表示回路１０３と、を備える。光スイッチ１０１は、信号光１０４と制御光パルス１０５とを合波し、信号光１０４のうち、制御光パルス１０５と時間的に重複する部分を出力する。光位相検出回路１０２は、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６の光位相を検出する。表示回路１０３は、光位相検出回路１０２が検出した光位相の情報を表示する。【選択図】図１
2008170525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光と制御光パルスとを合波し、当該信号光のうち、当該制御光パルスと時間的に重複する部分を出力する光スイッチと、
前記光スイッチから出力された出力光の光位相を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段が検出した前記光位相の情報を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする光位相モニタ装置。
【請求項２】
前記位相検出手段は、前記光位相を光ヘテロダイン検波方式によって検出することを特徴とする請求項１に記載の光位相モニタ装置。
【請求項３】
前記位相検出手段は、
局発光を出力する局発光源と、
前記局発光源と前記光スイッチから出力された出力光とを乗算した差周波信号を電気信号に変換する受光器と、
前記受光器によって変換された電気信号に対して同期検波を行う同期検波手段と、
によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光位相モニタ装置。
【請求項４】
前記位相検出手段は、前記光位相を光ホモダイン検波方式によって検出することを特徴とする請求項１に記載の光位相モニタ装置。
【請求項５】
前記位相検出手段は、
局発光を出力する局発光源と、
前記局発光源と前記光スイッチから出力された出力光とを合波する合波手段と、
前記合波手段によって合波された合波光を分岐する光カプラと、
前記光カプラによって分岐された分岐光のそれぞれに対して遅延検波を行う遅延検波手段と、
によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光位相モニタ装置。
【請求項６】
前記位相検出手段は、マッハツェンダ干渉計によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光位相モニタ装置。
【請求項７】
前記制御光パルスを出力するパルス発生手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光位相モニタ装置。
【請求項８】
前記パルス発生手段は、前記信号光の繰り返し周波数から所定の周波数だけずれた周波数、または当該繰り返し周波数を分周した周波数から所定の周波数だけずれた周波数の制御光パルスを出力することを特徴とする請求項７に記載の光位相モニタ装置。
【請求項９】
前記光スイッチは、光パラメトリック増幅ファイバスイッチによって構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光位相モニタ装置。
【請求項１０】
信号光と制御光パルスとを合波し、当該信号光のうち、当該制御光パルスと時間的に重複する部分を出力するスイッチ工程と、
前記スイッチ工程から出力された出力光の光位相を検出する位相検出工程と、
前記位相検出工程が検出した前記光位相の情報を表示する表示工程と、
を含むことを特徴とする光位相モニタ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相変調された信号光の位相情報をモニタする光位相モニタ装置および光位相モニタ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光位相変調された信号光をモニタする装置としては、光信号を受光器で受光し、電気信号に変換した後に電気回路によって光位相を検出する装置がある。また、高速の波形モニタとして、電気および光のサンプリングオシロスコープが開発されている（たとえば、下記特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６５８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の電気サンプリングオシロスコープでは、受光器や表示回路を構成する電気回路の動作速度限界を超える高速の信号光が波形モニタに入力されると、この信号光の光位相をモニタすることができないという問題がある。また、上述した従来の電気サンプリングオシロスコープでは、光位相変調された信号光の光位相の設定値からのずれをモニタすることができない。このため、信号光の品質をモニタすることができないという問題がある。
【０００５】
また、従来の光サンプリングオシロスコープは、電気サンプリングオシロスコープに比べて測定帯域は格段に向上する一方、光位相変調された信号光の信号光品質をモニタすることができない。このため、信号光の品質をモニタすることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解消するものであり、光位相変調された高速の信号光の光位相を検出するとともに、光位相変調された信号光の品質をモニタすることができる光位相モニタ装置および光位相モニタ方法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】
【０００７】
本発明にかかる光位相モニタ装置は、信号光と制御光パルスとを合波し、当該信号光のうち、当該制御光パルスと時間的に重複する部分を出力する光スイッチと、前記光スイッチから出力された出力光の光位相を検出する位相検出手段と、前記位相検出手段が検出した前記光位相の情報を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、信号光を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプリングした信号光の光位相を検出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光位相変調された高速の信号光の光位相を検出するとともに、光位相変調された信号光の品質をモニタ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】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光位相モニタ装置および光位相モニタ方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００は、２値（０とπ）の光位相の位相変調方式によって変調された信号光の位相をモニタする光位相モニタ装置１００である。光位相モニタ装置１００は、光スイッチ１０１と、光位相検出回路１０２と、表示回路１０３と、を備えている。
【００１２】
光スイッチ１０１は、信号光１０４と制御光パルス１０５（サンプリングパルス）とが入力されると、信号光１０４と制御光パルス１０５とを合波する。信号光１０４は、ここでは波長λｓ、繰り返し周波数ｆｓとする。制御光パルス１０５は、ここでは波長λｐ、繰り返し周波数ｆｐとする。
【００１３】
光スイッチ１０１は、信号光１０４と制御光パルス１０５とが時間的に重複する時間幅の光を光位相検出回路１０２へ出力する。すなわち、光スイッチ１０１は、信号光を、制御光パルス１０５のピークタイミング毎の時間間隔でサンプリングして出力する。この場合、光スイッチ１０１から光位相検出回路１０２へ出力される出力光１０６の繰り返し周波数は、制御光パルス１０５と同じｆｐとなる。
【００１４】
光位相検出回路１０２は、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６の光位相を検出する。光位相検出回路１０２は、検出した光位相の情報を示す電気信号を表示回路１０３へ出力する。表示回路１０３は、光位相検出回路１０２から出力された光位相の情報を図示しない表示装置に表示する。具体的には、表示回路１０３は、光位相検出回路１０２から出力された電気信号を時間方向にトレースすることによって光位相モニタ装置１００に入力された信号光１０４の位相情報を表示する。
【００１５】
図２は、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置の光位相検出回路の構成（その１）を示すブロック図である。ここでは、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００の光位相検出回路１０２は、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６の光位相を光ヘテロダイン検波方式によって検出する。
【００１６】
図２に示すように、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００の光位相検出回路１０２は、局発光源２０１と、合波部２０２と、受光器２０３と、倍周器（×２）２０４と、フィルタ部２０５と、分周器（÷２）２０６と、遅延部（τ）２０７と、乗算回路２０８と、を備えている。局発光源２０１は、局発光を合波部２０２へ出力する。合波部２０２は、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６と局発光源２０１から出力された局発光とを合波し、合波光を受光器２０３へ出力する。
【００１７】
受光器２０３は、合波部２０２から出力された合波光を受光し、電気信号に変換する。ここで、受光器２０３は、帯域を制限することにより、合波部２０２から出力された合波光のうち、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６と局発光源２０１から出力された局発光との差周波信号（ビート信号）のみを出力する。受光器２０３は、この差周波信号を２分岐し、遅延部２０７および倍周器２０４へそれぞれ出力する。
【００１８】
倍周器２０４は、受光器２０３から出力された差周波信号の周波数を倍の周波数に倍周する。これにより、光位相が０またはπの２値で位相変調された差周波信号は位相の値が一定であり倍周波数のキャリア信号に変換される。倍周器２０４は、倍周した差周波信号をフィルタ部２０５へ出力する。
【００１９】
フィルタ部２０５は、倍周器２０４から出力された差周波信号のうちの倍周波数成分のみを抽出する。これにより、値が一定であり倍周波数のキャリア信号のみが抽出される。フィルタ部２０５は、抽出した差周波信号を分周器２０６へ出力する。分周器２０６は、フィルタ部から出力された差周波信号を半分の周波数に分周する。これにより、元の周波数で無変調のキャリア信号が生成される。分周器２０６は、分周した差周波信号を乗算回路２０８へ出力する。
【００２０】
遅延部２０７は、受光器２０３から出力された差周波信号に所定の遅延量τを与えて乗算回路２０８へ出力する。ここで、遅延部２０７は、分周器２０６から出力された差周波信号と遅延部２０７から出力された差周波信号とが、タイミングが一致しながらミキシングされるように適切な遅延量τを差周波信号に与える。
【００２１】
乗算回路２０８は、分周器２０６から出力された差周波信号（キャリア信号）と遅延部２０７から出力された差周波信号とを乗算する。これにより、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６の位相情報を強度によって示す電気信号が生成される。乗算回路２０８は、乗算して得られた電気信号を光位相の情報として表示回路１０３（図１を参照）へ出力する。
【００２２】
また、光スイッチ１０１から出力される出力光１０６と局発光源２０１から出力される局発光との偏光状態を最適検波状態に設定する偏光制御器などを設けてもよい。なお、上述した倍周器２０４と、フィルタ部２０５と、分周器２０６と、遅延部２０７と、乗算回路２０８と、は光同期受信回路を構成している。
【００２３】
図３は、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置の光位相検出回路の構成（その２）を示すブロック図である。ここでは、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００は、２値（０とπ）の光位相の差動位相変調方式（ＤＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）によって変調された信号光１０４の光位相をモニタする光位相モニタ装置である。
【００２４】
また、この光位相モニタ装置１００の光位相検出回路１０２は、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６の光位相を光ホモダイン検波方式によって検出する。図３に示すように、光位相モニタ装置１００の光位相検出回路１０２は、局発光源２０１と、合波部２０２と、分岐部３０１と、受光器３０２ａと、受光器３０２ｂと、遅延部３０３ａと、遅延部３０３ｂと、乗算回路３０４ａと、乗算回路３０４ｂと、フィルタ部３０５ａと、フィルタ部３０５ｂと、加算回路３０６と、を備えている。
【００２５】
なお、光位相モニタ装置１００の構成のうち、光位相検出回路１０２以外の構成については図１に示した光位相モニタ装置１００の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。局発光源２０１は、局発光を合波部２０２へ出力する。合波部２０２は、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６と局発光源２０１から出力された局発光とを合波し、合波光を分岐部３０１へ出力する。
【００２６】
分岐部３０１は、合波部２０２から出力された合波光を２分岐する。分岐部３０１は、ここでは光カプラやハーフミラー等（９０度ハイブリッド回路）によって構成されている。分岐部３０１は、分岐した分岐光のうち一方を受光器３０２ａへ出力し、他方を受光器３０２ｂへ出力する。ここで、光カプラの性質により、受光器３０２ｂへ出力される分岐光は、受光器３０２ａへ出力される分岐光に対して位相が９０度ずれた状態となる。
【００２７】
受光器３０２ａは、分岐部３０１から出力された分岐光を受光し、電気信号に変換する。受光器３０２ａは、変換した電気信号を２分岐し、分岐信号の一方を直接乗算回路３０４ａへ出力し、他方を遅延部３０３ａを介して乗算回路３０４ａへ出力する。遅延部３０３ａは、受光器３０２ａから乗算回路３０４ａへ出力される分岐信号を１ビット分の時間Ｔだけ遅延させる。
【００２８】
同様に、受光器３０２ｂは、分岐部３０１から出力された分岐光を受光し、電気信号に変換する。受光器３０２ｂは、変換した電気信号を２分岐し、分岐信号の一方を直接乗算回路３０４ｂへ出力し、他方を遅延部３０３ｂを介して乗算回路３０４ｂへ出力する。遅延部３０３ｂは、受光器３０２ｂから乗算回路３０４ｂへ出力される分岐信号を１ビット分遅延させる。
【００２９】
乗算回路３０４ａは、受光器３０２ａから直接出力された分岐信号と、受光器３０２ａから遅延部３０３ａを介して出力された分岐光と、を乗算する。乗算回路３０４ａは、乗算して得られた電気信号をフィルタ部３０５ａへ出力する。同様に、乗算回路３０４ｂは、受光器３０２ｂから直接出力された分岐光と、受光器３０２ｂから遅延部３０３ｂを介して出力された分岐光とを乗算する。乗算回路３０４ｂは、乗算して得られた電気信号をフィルタ部３０５ｂへ出力する。
【００３０】
フィルタ部３０５ａは、乗算回路３０４ａから出力された電気信号のうち、所定の周波数成分のみを抽出する。ここでは、フィルタ部３０５ａは、ローパスフィルタによって構成されており、乗算回路３０４ａから出力された電気信号のうち、周波数ｆｐを含む低周波成分のみを抽出する。フィルタ部３０５ａは、抽出した電気信号（Ｉ−ｏｕｔ）を加算回路３０６へ出力する。
【００３１】
同様に、フィルタ部３０５ｂは、乗算回路３０４ｂから出力された電気信号のうち、所定の周波数成分のみを抽出する。ここでは、フィルタ部３０５ｂは、ローパスフィルタによって構成されており、乗算回路３０４ｂから出力された電気信号のうち、周波数ｆｐを含む低周波成分のみを抽出する。フィルタ部３０５ｂは、抽出した電気信号（Ｑ−ｏｕｔ）を加算回路３０６へ出力する。
【００３２】
加算回路３０６は、フィルタ部３０５ａから出力された電気信号とフィルタ部３０５ｂから出力された電気信号とを加算する。これにより、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６の位相情報を強度によって示す電気信号が生成される。加算回路３０６は、加算して得られた電気信号を光位相の情報として表示回路１０３（図１を参照）へ出力する。
【００３３】
このように、分岐部３０１によって互いに位相が９０度ずれた分岐光を生成し、検波を行った後それぞれの検波結果を加算回路３０６によって加算することにより、分岐部３０１に入力される合波光の位相状態にかかわらず安定して位相情報を得ることができる。なお、光スイッチ１０１から出力された出力光１０６と局発光源２０１から出力された局発光とは波長が一致している必要がある。また、本実施例において、Ｉ−ｏｕｔおよびＱ−ｏｕｔの電気信号をデジタル処理することにより、入力信号光がＤ−ＱＰＳＫの場合の４値の位相をモニタすることが可能である。
【００３４】
図４は、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置の光位相検出回路の構成（その３）を示すブロック図である。ここでは、光スイッチ１０１から出力される出力光１０６がＲＺ−ＤＰＳＫ信号光である場合について説明する。実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００の光位相検出回路１０２は、ここではマッハツェンダ干渉計によって構成されている。
【００３５】
光位相検出回路１０２は、分岐部４０１と、遅延部（Ｔ）４０２と、合波部４０３と、受光器（ＰＤ）４０４と、から構成されている。なお、光位相モニタ装置１００の構成のうち、光位相検出回路１０２以外の構成については図１に示した光位相モニタ装置１００の構成と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３６】
分岐部４０１は、光スイッチ１０１から出力される出力光１０６を２分岐する。ここで、光スイッチ１０１から出力される出力光１０６は、２値（０とπ）の光位相の差動位相変調方式で変調され、さらに強度変調によってＲＺパルス化されたＲＺ−ＤＰＳＫ信号光である。分岐部４０１は、分岐光の一方を直接合波部４０３へ出力し、他方を遅延部４０２を介して合波部４０３へ出力する。
【００３７】
遅延部４０２は、分岐部４０１から合波部４０３へ出力される分岐光を１ビット分遅延させる。合波部４０３は、分岐部４０１から直接出力された分岐光と、分岐部４０１から遅延部４０２を介して出力された分岐光とを合波する。合波部４０３は、合波して得られた復調信号光を光位相の情報として受光器４０４へ出力する。
【００３８】
受光器４０４は、合波部４０３から出力された復調信号光を電気信号に変換し、光位相の情報として表示回路１０３（図１を参照）へ出力する。受光器４０４は、ここではＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）によって構成されている。
【００３９】
このように、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００によれば、信号光１０４を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプリングした信号光１０４の光位相を検出することができる。このため、この発明にかかる光位相モニタ装置および光位相モニタ方法によれば、光位相変調された高速の信号光の光位相を検出することができる。
【００４０】
また、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００によれば、光位相変調された信号光１０４の光位相の設定値からのずれをモニタすることができる。このため、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００によれば、光位相変調された信号光１０４の品質をモニタすることができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すように、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００は、実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００の構成に加えて光パルス発生器５０１を備えている。
【００４２】
光パルス発生器５０１は、光位相モニタ装置５００に入力される、波長λｓ、周波数ｆｓの信号光１０４に基づいて、周波数ｆｓとわずかに異なる周波数ｆｓ＋Δｆｓ（ただし、Δｆｓ≪ｆｓ）に同期した光パルス列を生成する。具体的には、光パルス発生器５０１は、光位相モニタ装置５００に入力される信号光１０４を分岐して取得する。
【００４３】
光パルス発生器５０１は、クロック再生器などを備えており、取得した信号光１０４から周波数ｆｓのクロック信号を再生し、周波数ｆｓ＋Δｆｓに同期した光パルス列を生成する。光パルス発生器５０１は、生成した光パルス列を上述した制御光パルス１０５として光スイッチ１０１へ出力する。
【００４４】
この場合、光スイッチ１０１から出力される出力光１０６のパルスは、信号光１０４の周波数ｆｓに対して十分に遅い周波数Δｆとなる。光位相モニタ装置５００に入力される信号光１０４が表示回路１０３を構成する電子回路の動作速度限界を超える高速信号光であっても、その信号光の光位相をモニタすることができる。
【００４５】
図６は、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の構成の具体例（その１）を示すブロック図である。図６に示すように、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００は、ここではクロック再生部６０１と、分周部（１／Ｎ）６０２と、発信器６０３と、乗算回路６０４と、光パルス発生器５０１と、光スイッチ１０１と、光位相検出回路１０２と、表示回路１０３と、を備えている。
【００４６】
クロック再生部６０１は、光位相モニタ装置５００に入力される信号光１０４を分岐して取得し、取得した信号光１０４から基準周波数ｆｓのクロック信号を再生する。クロック再生部６０１は、再生したクロック信号を分周部６０２へ出力する。分周部６０２は、クロック再生部６０１から出力されたクロック信号をｆｓ／Ｎ（Ｎは正の整数）の周波数に分周する。ここで、光位相検出回路１０２や表示回路１０３の動作帯域に最適な周波数帯域となるようにＮを設定する。分周部６０２は、分周した周波数ｆｓ／Ｎのクロック信号を乗算回路６０４へ出力する。
【００４７】
発信器６０３は、周波数Δｆｓのクロック信号を生成して乗算回路６０４へ出力する。乗算回路６０４は、分周部６０２から出力された周波数ｆｓ／Ｎのクロック信号と発信器６０３から出力された周波数Δｆｓのクロック信号とを乗算して周波数ｆｓ／Ｎ＋Δｆｓのクロック信号を生成する。乗算回路６０４は、生成した周波数ｆｓ／Ｎ＋Δｆｓのクロック信号を光パルス発生器５０１へ出力する。
【００４８】
光パルス発生器５０１は、乗算回路６０４から出力された周波数ｆｓ／Ｎ＋Δｆｓのクロック信号に基づいて、波長λｐ、周波数ｆｓ／Ｎ＋Δｆｓに同期した光パルス列を生成する。光パルス発生器５０１は、生成した光パルス列を上述した制御光パルス１０５として光スイッチ１０１へ出力する。
【００４９】
図７は、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の構成の具体例（その２）を示すブロック図である。図７において、図６に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図７に示すように、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００は、クロック再生部６０１と、分周部６０２と、光パルス発生器５０１と、発信器７０１と、遅延部（τ）７０２と、光スイッチ１０１と、光位相検出回路１０２と、表示回路１０３と、を備えていてもよい。
【００５０】
この場合、分周部６０２から光パルス発生器５０１へ周波数ｆｓ／Ｎのクロック信号を出力する。光パルス発生器５０１は、分周部６０２から出力された周波数ｆｓ／Ｎのクロック信号に基づいて、波長λｐ、周波数ｆｓ／Ｎに同期した光パルス列を生成する。光パルス発生器５０１は、生成した光パルス列を上述した制御光パルス１０５として遅延部７０２へ出力する。
【００５１】
発信器７０１は、たとえば周波数Δｆｓのクロック信号を生成して遅延部７０２へ出力する。遅延部７０２は、光パルス発生器５０１から出力された周波数ｆｓ／Ｎの制御光パルス１０５を周期的に遅延させて光スイッチ１０１へ出力する。たとえば、遅延部７０２は、発信器７０１から出力されるクロック信号の周波数Δｆｓの周器で制御光パルス１０５を遅延させる。
【００５２】
これにより、特に信号光１０４がＤＰＳＫ変調されているような場合に、制御光パルス１０５に周期的な遅延を与えることで信号光１０４の１ビット間隔をカバーし、１ビット遅延検波を有効に用いることができる。
【００５３】
図８は、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の光スイッチの構成の具体例（その１）を示すブロック図である。ここでは、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００の光スイッチ１０１は、光パラメトリック増幅ファイバスイッチである。図８に示すように、光スイッチ１０１は、合波部８０１と、非線形光ファイバ８０２と、偏光子８０３と、光フィルタ（ＢＰＦ）８０４と、を備えている。
【００５４】
合波部８０１は、光位相モニタ装置５００に入力された信号光１０４と、光パルス発生器５０１から出力された制御光パルス１０５と、を合波して非線形光ファイバ８０２へ出力する。ここで、光位相モニタ装置５００に入力された信号光１０４と光パルス発生器５０１から出力された制御光パルス１０５とは、互いに偏光方向が約４５度異なるようにして合波部８０１へ入力される。
【００５５】
非線形光ファイバ８０２は、合波部８０１から出力された信号光１０４と制御光パルス１０５との合波光を通過させて偏光子８０３へ出力する。非線形光ファイバ８０２は、四光波混合（ＦＷＭ：Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ）を発生させ、光パラメトリック増幅効果を有する。
【００５６】
偏光子８０３は、非線形光ファイバ８０２から出力された合波光のうち、所定の偏光方向の成分のみを通過させて光フィルタ８０４へ出力する。所定の偏光方向は、ここでは、光位相モニタ装置５００に入力されたときの信号光１０４を最適に遮断する偏光方向（ほぼ直交する方向）に設定する。
【００５７】
光フィルタ８０４は、偏光子８０３から出力された合波光のうち所定の波長成分のみを抽出する。ここでは、光フィルタ８０４は、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）によって構成されており、信号光１０４の波長λｓの成分のみを抽出する。光フィルタ８０４は、抽出した合波光の成分を光位相検出回路１０２（図１などを参照）へ出力する。
【００５８】
図９は、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の光スイッチの構成の具体例（その２）を示すブロック図である。図９において、図８に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図９に示すように、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００の光スイッチ１０１は、合波部８０１と、非線形光ファイバ８０２と、光フィルタ（ＢＰＦ）９０１と、を備えていてもよい。
【００５９】
光フィルタ９０１は、非線形光ファイバ８０２において発生した波長λｃの四光波混合光（アイドラ光）を出力する。光フィルタ９０１は、ＢＰＦによって構成されており、波長λｃの成分のみを抽出する。光フィルタ９０１は、抽出した四光波混合光（アイドラ光）を光位相検出回路１０２（図１などを参照）へ出力する。
【００６０】
図１０は、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の光スイッチを説明する図である。図８で説明したように、偏光子８０３は、光位相モニタ装置５００に入力されたときの信号光１０４の偏光方向と直交する方向に設定されている。このため、信号光１０４のみが非線形光ファイバ８０２を通過した場合、信号光１０４は偏光子８０３によってすべて遮断される。
【００６１】
一方、信号光１０４と制御光パルス１０５が時間的に同期して（二つの光パルスが時間的に重なって）非線形光ファイバ８０２を通過した場合、制御光パルス１０５のパワーを大きくしていくと、非線形光ファイバ８０２内の相互位相変調（ＸＰＭ：Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって信号光パルスの偏光状態が変化する。このため、信号光１０４の一部が偏光子８０３を通過するようになる。
【００６２】
さらに制御光パルス１０５のパワーを大きくし、信号光１０４の位相が入力状態に対してπだけ変化させると、信号光１０４の偏光方向は光位相モニタ装置５００に入力されたときの偏光方向に対して約９０度回転し、偏光子８０３をほぼ１００％通過するようになる。これにより、制御光パルス１０５のオン／オフによって信号光１０４をスイッチすることができる。
【００６３】
このように、図８および図９に示した光スイッチ１０１のようにＦＷＭにより発生する光パラメトリック増幅効果を利用することにより、光スイッチ１０１のスイッチング効率を飛躍的に向上させることができる。ここで、スイッチング効率とは、入力信号光パワーに対する出力信号光パワーの比である。
【００６４】
したがって、上述した光位相モニタ装置５００に上述した光スイッチ１０１を適用することで、スイッチされた信号光成分の出力パワーを飛躍的に増大することが可能となり、これにより光ＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）の劣化がほとんどなく光位相のモニタを行うことができる。
【００６５】
ここで、非線形光ファイバ８０２の長さをＬ、損失をαとする。非線形光ファイバ８０２によって入力信号光ＥＳ１から出力信号光ＥＳ２がスイッチされるとすると、理想的な位相整合条件下においては、変換効率ηS  (｜ＥS2｜2／｜ＥS1｜2は、以下のように近似できる。
【００６６】
【数１】
2008170525.tif 000003
【００６７】
ここで、Ｇは光パラメトリック利得であり、以下のように近似できる。
【００６８】
【数２】
2008170525.tif 000004
【数３】
2008170525.tif 000005
【００６９】
ＰPは入力制御光パワー、ｌ（Ｌ）は非線形有効相互作用長である。また、非線形ファイバの３次元非線形計数は、以下のように示すことができる。
【００７０】
【数４】
2008170525.tif 000006
【００７１】
ここで、ｃは光速、ωは光角周波数、ｎ2は非線形屈折率、Ａeffは有効モード断面積を示す。（１）および（２）式から明らかなように、信号光のスイッチング効率は、γＰPｌ（Ｌ）の増大とともに大きくなる。用いる非線形光ファイバ８０２が決まれば、γとｌ（Ｌ）は一定値となるため、スイッチング効率はＰPとともに大きくなる。
【００７２】
さらに、非線形光ファイバ８０２を用いた光スイッチにおいては、ＸＰＭとＦＷＭといった３次非線形光学効果を用いるが、これらの非線形光学効果は、いずれもフェムト秒オーダーの応答速度を有する高速現象である。したがって、本発明は、数１０〜数１００ｆｓといった高い分解能での光位相情報の観測が可能である。
【００７３】
光ファイバを用いた本発明の有効な実現には、３次非線形光学効果の発生に有利な構成が必要である。たとえば、ＦＷＭの発生は非線形光ファイバ８０２の波長分散に強く依存する。位相整合をとるためには、制御光パルス１０５の波長を非線形光ファイバ８０２の零分散波長λ０に一致させたり、あるいは零分散（または十分に小さな波長分散の）分散フラットファイバを用いたりするのが有効である。しかしながら、非線形光ファイバ８０２の所要長、信号光波長との波長間隔によっては、こうした要求を緩和することも可能である。
【００７４】
以上のような光ファイバの例としては、光非線形ファイバ、フォトニック結晶ファイバ、コアにゲルマニウムやビスマスをドーブした非線形効果を高めた光ファイバが有効である。光ファイバ以外の非線形デバイスとしては、四光波混合用の半導体光アンプや量子ドット光アンプ、三光波混合用の擬似位相整合構造のＬｉＮｂＯ3（ＰＰＬＮ：Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬＮ）やＫＴＰ等の２次非線形光学結晶などが適用可能である。
【００７５】
また、非線形光ファイバを用いた場合に、二つの帯域をカバーする十分広い帯域に渡る四光波混合を実現するためには、信号光（波長λｓ）とアイドラ光（波長λｃ）の位相整合をとることが必要である。
【００７６】
図１１は、信号光とアイドラ光の位相整合の条件の一例を示す図である。図１１において、横軸はファイバを、縦軸はファイバの分散を示している。ここでは、波長分散の符号が異なる複数のファイバを順次配置し、全体として平均分散が零となるようにした例を示している。また、十分大きな（たとえば最近のコアにゲルマニウムをドープし、モードフィールドを小さくして光強度を高めることにより、非線形光学効果の発生効率を高めた高非線形ファイバのような）非線形ファイバにおいては、所要長が短いために、波長分散の値が大きくても十分な効率の四光波混合を発生させることが可能となる場合がある。
【００７７】
このような場合には、たとえば分散補償ファイバなどを用いて分散補償することによりさらに効率よく四光波混合を発生させることが可能である。図１１に示した場合では、たとえばＮ＝１，３，５，…の部分には非線形効果の大きな光ファイバを配置し、Ｎ＝２，４，…の部分には非線形ファイバの分散を補償するための光ファイバを配置する。
【００７８】
図１２−１は、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の表示回路が表示する位相変調信号光の２値の光位相情報を示すグラフの例である。実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００（実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００も同様）の表示回路１０３は、図示しない表示装置に図１２−１に示すような波形を表示する。これにより、光位相変調された信号光の光位相の設定値（０およびπ）からのずれをモニタすることができる。
【００７９】
図１２−２は、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の表示回路が表示する４相位相変調（ＱＰＳＫ）信号光の４値の光位相情報を示すグラフの例である。実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００（実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００も同様）の表示回路１０３は、図示しない表示装置に図１２−２に示すような波形を表示する。これにより、光位相変調された信号光の光位相の設定値（０、π／２、３π／２およびπ）からのずれをモニタすることができるなお、図８〜図１０に示した光スイッチ１０１の構成の具体例は実施の形態１にかかる光位相モニタ装置１００にも適用可能である。
【００８０】
このように、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００によれば、信号光１０４を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプリングした信号光１０４の光位相を検出することができる。このため、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００によれば、光位相変調された高速の信号光の光位相を検出することができる。
【００８１】
また、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００によれば、光位相変調された信号光１０４の光位相のずれをモニタすることができる。このため、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００によれば、光位相変調された信号光１０４の品質をモニタすることができる。
【００８２】
また、実施の形態２にかかる光位相モニタ装置５００によれば、光パルス発生器が出力する制御光パルス１０５の周波数を、信号光の周波数ｆｓからずらした周波数ｆｓ＋Δｆｓとすることで、光スイッチ１０１から出力される出力光１０６が周波数ｆｓよりも遅い周波数Δｆとなる。このため、光位相モニタ装置５００に入力される信号光１０４が表示回路１０３を構成する電子回路の動作速度限界を超える高速信号光であっても、その信号光の光位相をモニタすることができる。
【００８３】
以上説明したように、この発明にかかる光位相モニタ装置および光位相モニタ方法によれば、信号光を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプリングした信号光の光位相を検出することができる。このため、この発明にかかる光位相モニタ装置および光位相モニタ方法によれば、光位相変調された高速の信号光の光位相を検出することができる。
【００８４】
また、この発明にかかる光位相モニタ装置および光位相モニタ方法によれば、光位相変調された信号光の光位相の設定値からのずれをモニタすることができる。このため、この発明にかかる光位相モニタ装置および光位相モニタ方法によれば、光位相変調された信号光の品質をモニタすることができる。
【００８５】
（付記１）信号光と制御光パルスとを合波し、当該信号光のうち、当該制御光パルスと時間的に重複する部分を出力する光スイッチと、
前記光スイッチから出力された出力光の光位相を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段が検出した前記光位相の情報を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする光位相モニタ装置。
【００８６】
（付記２）前記位相検出手段は、前記光位相を光ヘテロダイン検波方式によって検出することを特徴とする付記１に記載の光位相モニタ装置。
【００８７】
（付記３）前記位相検出手段は、
局発光を出力する局発光源と、
前記局発光源と前記光スイッチから出力された出力光とを乗算した差周波信号を電気信号に変換する受光器と、
前記受光器によって変換された電気信号に対して同期検波を行う同期検波手段と、
によって構成されていることを特徴とする付記２に記載の光位相モニタ装置。
【００８８】
（付記４）前記同期検波手段は、
前記受光器によって変換された電気信号を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段によって分岐された電気信号のうちの一方を倍の周波数に倍周する倍周手段と、
前記倍周手段によって倍周された電気信号から前記倍の周波数の成分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された電気信号を半分の周波数に分周する分周手段と、
前記分岐手段によって分岐された電気信号のうちの他方に所定の遅延を与える遅延手段と、
前記分周手段によって分周された電気信号と、前記遅延手段によって遅延を与えられた電気信号と、を乗算して前記光位相の情報を出力する乗算手段と、
によって構成されていることを特徴とする付記３に記載の光位相モニタ装置。
【００８９】
（付記５）前記位相検出手段は、前記光位相を光ホモダイン検波方式によって検出することを特徴とする付記１に記載の光位相モニタ装置。
【００９０】
（付記６）前記位相検出手段は、
局発光を出力する局発光源と、
前記局発光源と前記光スイッチから出力された出力光とを合波する合波手段と、
前記合波手段によって合波された合波光を分岐する光カプラと、
前記光カプラによって分岐された分岐光のそれぞれに対して遅延検波を行う遅延検波手段と、
によって構成されていることを特徴とする付記５に記載の光位相モニタ装置。
【００９１】
（付記７）前記遅延検波手段は、
前記光カプラによって分岐された第１分岐光を電気信号に変換する第１受光器と、
前記光カプラによって分岐された、前記第１分岐光とは位相が９０度ずれた第２分岐光を電気信号に変換する第２受光器と、
前記第１受光器が変換した電気信号に対して遅延検波を行う第１遅延検波手段と、
前記第２受光器が変換した電気信号に対して遅延検波を行う第２遅延検波手段と、
前記第１遅延検波手段および前記第２遅延検波手段によって遅延検波されたそれぞれの電気信号を加算する加算手段と、
によって構成されていることを特徴とする付記６に記載の光位相モニタ装置。
【００９２】
（付記８）前記位相検出手段は、マッハツェンダ干渉計によって構成されていることを特徴とする付記１に記載の光位相モニタ装置。
【００９３】
（付記９）前記位相検出手段は、
前記光スイッチから出力された出力光を分岐する光カプラと、
前記光カプラによって分岐された第２分岐光を１ビット分遅延させる遅延手段と、
前記光カプラによって分岐された第１分岐光と前記遅延手段によって遅延させられた前記第２分岐光とを合波する合波手段と、
によって構成されていることを特徴とする付記８に記載の光位相モニタ装置。
【００９４】
（付記１０）前記制御光パルスを出力するパルス発生手段をさらに備えることを特徴とする付記１〜９のいずれか一つに記載の光位相モニタ装置。
【００９５】
（付記１１）前記パルス発生手段は、前記信号光を分岐して取得し、取得した信号光をクロック再生することによって前記制御光パルスを出力することを特徴とする付記１０に記載の光位相モニタ装置。
【００９６】
（付記１２）前記パルス発生手段は、前記信号光の繰り返し周波数、または当該繰り返し周波数を分周した周波数の制御光パルスを出力することを特徴とする付記１０または１１に記載の光位相モニタ装置。
【００９７】
（付記１３）前記パルス発生手段は、前記信号光の繰り返し周波数から所定の周波数だけずれた周波数、または当該繰り返し周波数を分周した周波数から所定の周波数だけずれた周波数の制御光パルスを出力することを特徴とする付記１０または１１に記載の光位相モニタ装置。
【００９８】
（付記１４）前記光スイッチは、光パラメトリック増幅ファイバスイッチによって構成されていることを特徴とする付記１〜１３のいずれか一つに記載の光位相モニタ装置。
【００９９】
（付記１５）前記光スイッチは、
前記信号光と制御光パルスとを合波する合波手段と、
前記合波手段によって合波された合波光を通過させる非線形光ファイバと、
前記非線形光ファイバを通過した合波光のうち、前記信号光の偏光方向とほぼ直交する偏光方向の成分のみを抽出する偏光子と、
によって構成されていることを特徴とする付記１４に記載の光位相モニタ装置。
【０１００】
（付記１６）前記光スイッチは、
前記信号光と制御光パルスとを合波する合波手段と、
前記合波手段によって合波された合波光を通過させる非線形光ファイバと、
前記非線形光ファイバを通過した合波光のうち、前記非線形光ファイバにおいて発生する四光波混合光の波長成分のみを抽出するフィルタ手段と、
によって構成されていることを特徴とする付記１４に記載の光位相モニタ装置。
【０１０１】
（付記１７）前記非線形光ファイバは、フォトニック結晶ファイバによって構成されていることを特徴とする付記１５または１６に記載の光位相モニタ装置。
【０１０２】
（付記１８）前記非線形光ファイバは、励起光パルスの波長付近において概略零分散となっていることを特徴とする付記１５または１６に記載の光位相モニタ装置。
【０１０３】
（付記１９）信号光と制御光パルスとを合波し、当該信号光のうち、当該制御光パルスと時間的に重複する部分を出力するスイッチ工程と、
前記スイッチ工程から出力された出力光の光位相を検出する位相検出工程と、
前記位相検出工程が検出した前記光位相の情報を表示する表示工程と、
を含むことを特徴とする光位相モニタ方法。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
以上のように、この発明にかかる光位相モニタ装置および光位相モニタ方法は、位相変調された信号光の位相情報をモニタする光位相モニタ装置および光位相モニタ方法に有用であり、特に、高速の信号光の位相情報をモニタする場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】実施の形態１にかかる光位相モニタ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる光位相モニタ装置の光位相検出回路の構成（その１）を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかる光位相モニタ装置の光位相検出回路の構成（その２）を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１にかかる光位相モニタ装置の光位相検出回路の構成（その３）を示すブロック図である。
【図５】実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の構成の具体例（その１）を示すブロック図である。
【図７】実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の構成の具体例（その２）を示すブロック図である。
【図８】実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の光スイッチの構成の具体例（その１）を示すブロック図である。
【図９】実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の光スイッチの構成の具体例（その２）を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の光スイッチを説明する図である。
【図１１】信号光とアイドラ光の位相整合の条件の一例を示す図である。
【図１２−１】実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の表示回路が表示する位相変調信号光の２値の光位相情報を示すグラフの例である。
【図１２−２】実施の形態２にかかる光位相モニタ装置の表示回路が表示する４相位相変調信号光の４値の光位相情報を示すグラフの例である。
【符号の説明】
【０１０６】
１００，５００  光位相モニタ装置
１０１  光スイッチ
１０２  光位相検出回路
１０３  表示回路
１０４  信号光
１０５  制御光パルス
２０１  局発光源
２０２  合波部
２０３，３０２ａ，３０２ｂ  受光器
２０４  倍周器
２０５  フィルタ部
２０６  分周器
２０７，３０３ａ，３０３ｂ  遅延部
２０８，３０４ａ，３０４ｂ  乗算回路
【図１】
2008170525.tif 000007
【図２】
2008170525.tif 000008
【図３】
2008170525.tif 000009
【図４】
2008170525.tif 000010
【図５】
2008170525.tif 000011
【図６】
2008170525.tif 000012
【図７】
2008170525.tif 000013
【図８】
2008170525.tif 000014
【図９】
2008170525.tif 000015
【図１０】
2008170525.tif 000016
【図１１】
2008170525.tif 000017
【図１２−１】
2008170525.tif 000018
【図１２−２】
2008170525.tif 000019