(57)【要約】【課題】復調器内に配置されている２光束干渉計（例えば、ＭＺＩ）についても実現可能なＰＤＦ測定方法を提供する。【解決手段】２光束干渉計の光出力の光強度またはアイ開口または符号誤り率またはＱ値を測定パラメータとして、所定の光周波数において、前記測定パラメータを最大にする偏波状態１と、前記測定パラメータを最小にする偏波状態２とを導出し、前記偏波状態１の測定パラメータの光周波数依存性と、前記偏波状態２の測定パラメータの光周波数依存性との差に基づきＰＤＦを導出する。あるいは、前記偏波状態１の測定パラメータの「２光束干渉計の位相差」依存性と、前記偏波状態２の測定パラメータの「２光束干渉計の位相差」依存性との差に基づきＰＤＦを導出する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２光束干渉計の干渉周波数の偏波によるＰＤＦ(Polarization Dependent Frequency)を測定する方法において、
２値以上のディジタル信号パターンを生成する信号生成ステップと、
前記ディジタル信号パターンで光を変調することによりシンボル周期Ｔの位相変調信号光を生成する位相変調光送信ステップと、
前記位相変調信号光の偏波を変更して前記２光束干渉計に入力する偏波変更ステップと、
前記２光束干渉計内から出力される強度変調信号光を受光する受光ステップと、
前記強度変調信号光を識別し、前記ディジタル信号パターンと比較することによりＢＥＲ(Bit Error Rate)を測定するＢＥＲ測定ステップと、
前記位相変調信号光の中心光周波数Ｆcを変更する波長変更ステップと、
前記Ｆcと前記ＢＥＲとの関係を分析するデータ解析ステップと
を有し、
前記シンボル周期Ｔは、前記２光束干渉計の有する２つの光路の時間差τに実質等しく、
前記偏波変更ステップは、前記ＢＥＲ測定ステップの結果を参照しつつ前記ＢＥＲが最良となる偏波状態ＳＯＰ１および最悪となる偏波状態ＳＯＰ２の２種を検出するステップを含み、
前記ＢＥＲ測定ステップは、前記偏波状態ＳＯＰ１におけるＢＥＲであるＢＥＲ１と前記偏波状態ＳＯＰ２におけるＢＥＲであるＢＥＲ２とを測定するステップを含み、
前記データ解析ステップは、Ｆc対ＢＥＲ１の傾斜部とＦc対ＢＥＲ２の傾斜部との光周波数軸方向のシフト量ΔＦcを求め、ＰＤＦ＝ΔＦcの関係によりＰＤＦを求めるステップを含む
ことを特徴とするＰＤＦ測定方法。
【請求項２】
前記位相変調信号光の中心光周波数Ｆcを変更する波長変更ステップに代えて、前記Ｆcを一定として前記２つの光路の幾何学的光路差Ｌを変更することにより位相差φを変更する位相差変更ステップを有し、
前記Ｆcと前記ＢＥＲとの関係を分析するデータ解析ステップに代えて、前記Ｆcを一定として前記Ｌと前記ＢＥＲとの関係を解析するデータ解析ステップを有し、
このデータ解析ステップは、φ対ＢＥＲ１の傾斜部とφ対ＢＥＲ２の傾斜部との位相方向のシフト量Δφを求め、Δφ／２πに前記２光束干渉計のＦＳＲ(Free Spectrum Range)をかけることによりＰＤＦを求めるステップを含む
請求項１記載のＰＤＦ測定方法。
【請求項３】
前記位相変調信号光はＤＭＰＳＫ(Differential Multiple-Phase-Shift Keying)である請求項１記載のＰＤＦ測定方法。
【請求項４】
２光束干渉計の干渉周波数の偏波によるＰＤＦを測定する装置において、
２値以上のディジタル信号パターンを生成する信号生成手段と、
前記ディジタル信号パターンで光を変調することによりシンボル周期Ｔの位相変調信号光を生成する位相変調光送信手段と、
前記位相変調信号光の偏波を変更して前記２光束干渉計に入力する偏波変更手段と、
前記２光束干渉計内から出力される強度変調信号光を受光する受光手段と、
前記強度変調信号光を識別し、前記ディジタル信号パターンと比較することによりＢＥＲを測定するＢＥＲ測定手段と、
前記位相変調信号光の中心光周波数Ｆcを変更する波長変更ステップと、
前記Ｆcと前記ＢＥＲとの関係を分析するデータ解析手段と
を有し、
前記シンボル周期Ｔは、前記２光束干渉計の有する２つの光路の時間差τに実質等しく、
前記偏波変更手段は、前記ＢＥＲ測定ステップの結果を参照しつつ前記ＢＥＲが最良となる偏波状態ＳＯＰ１および最悪となる偏波状態ＳＯＰ２の２種を検出する手段を含み、
前記ＢＥＲ測定手段は、前記偏波状態ＳＯＰ１におけるＢＥＲであるＢＥＲ１と前記偏波状態ＳＯＰ２におけるＢＥＲであるＢＥＲ２とを測定する手段を含み、
前記データ解析手段は、Ｆc対ＢＥＲ１の傾斜部とＦc対ＢＥＲ２の傾斜部との光周波数軸方向のシフト量ΔＦcを求め、ＰＤＦ＝ΔＦcの関係によりＰＤＦを求める手段を含む
ことを特徴とするＰＤＦ測定装置。
【請求項５】
前記位相変調信号光の中心光周波数Ｆcを変更する波長変更手段に代えて、前記Ｆcを一定として前記２つの光路の幾何学的光路差Ｌを変更することにより位相差φを変更する位相差変更手段を有し、
前記Ｆcと前記ＢＥＲとの関係を分析するデータ解析手段に代えて、前記Ｆcを一定として前記Ｌと前記ＢＥＲとの関係を解析するデータ解析手段を有し、
このデータ解析手段は、φ対ＢＥＲ１の傾斜部とφ対ＢＥＲ２の傾斜部との位相方向のシフト量Δφを求め、Δφ／２πに前記２光束干渉計のＦＳＲをかけることによりＰＤＦを求める手段を含む
請求項４記載のＰＤＦ測定装置。
【請求項６】
前記位相変調信号光はＤＭＰＳＫである請求項４記載のＰＤＦ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
入力光を光路長の異なる２つの光路に分岐した後、再び合波させるタイプの光干渉計（以下、２光束干渉計）の偏波依存性を測定する方法に適する。特に、高速な位相変調信号の復調に用いるマッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）の偏波依存性を精密に測定するのに適する。
【背景技術】
【０００２】
高速な光位相変調を復調する受信器にはＭＺＩが広く用いられている。この目的でＭＺＩを用いる場合には、異なるｂｉｔ間で干渉を行い、かつまた干渉強度が最大または最小となる光周波数が光位相変調信号のキャリア周波数に一致しなければならない。
【０００３】
ところで、光導波路の光学的な異方性を完全に無くすことは難しく、特にＰＬＣでは、基板の方向によって定まる異方性が生じる。入力する光の偏波変動に伴い、干渉計の作る遅延時間が変動するため、干渉強度のピーク波長がシフトすることになる。一方、伝送路を伝播する光信号の偏波状態は、伝送路の曲げその他の原因によって容易に変化してしまう。安定した送受信を行なうためには、受信器内のＭＺＩの偏波依存性を小さくすることが極めて重要となる。
【０００４】
紫外線の照射により光路の複屈折率を調整し偏波依存性を小さくしたＭＺＩの構成が特許文献１に開示されている。あるいは、偏波を回転させる光学素子をＰＬＣ内に配置し、偏波依存性をキャンセルするＭＺＩの構成が特許文献２に開示されている。現実のＭＺＩでは、精度の限界または光学素子の波長依存性により、光導波路の偏波依存性を完全に無くすことは困難であるため、作成されたＭＺＩの偏波依存性を精密に測定し、許容値以下であるか否かを判定することが必要とされる。特許文献３では、プローブ光の偏波状態をスキャンすることにより光フィルタの中心波長の偏波依存性を測定する方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許３０９０２９３号公報
【特許文献２】特許２６１４３６５号公報
【特許文献３】特許３２５５２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、位相変調信号の復調に用いられるＭＺＩは受光器その他に接続されており、単体での評価は必ずしも容易ではない。プローブ光を入力することは可能でも、ＭＺＩから出力された時点でのプローブ光の状態をパワメータまたは光スペクトルアナライザで測定することは常に可能ではない。
【０００７】
本発明は、このような背景の下に行なわれたものであって、復調器内に配置されている２光束干渉計、特に、復調器内で光電気変換手段に接続されているＭＺＩについても実現可能なＰＤＦ(Polarization Dependent Frequency/２光束干渉計の干渉周波数の偏波による変動量)測定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】
【０００８】
本発明は、２光束干渉計の干渉周波数の偏波によるＰＤＦを測定するＰＤＦ測定方法であって、本発明の特徴とするところは、２値以上のディジタル信号パターンを生成する信号生成ステップと、前記ディジタル信号パターンで光を変調することによりシンボル周期Ｔの位相変調信号光を生成する位相変調光送信ステップと、前記位相変調信号光の偏波を変更して前記２光束干渉計に入力する偏波変更ステップと、前記２光束干渉計内から出力される強度変調信号光を受光する受光ステップと、前記強度変調信号光を識別し、前記ディジタル信号パターンと比較することによりＢＥＲ(Bit Error Rate)を測定するＢＥＲ測定ステップと、前記位相変調信号光の中心光周波数Ｆcを変更する波長変更ステップと、前記Ｆcと前記ＢＥＲとの関係を分析するデータ解析ステップとを有し、前記シンボル周期Ｔは、前記２光束干渉計の有する２つの光路の時間差τに実質等しく、前記偏波変更ステップは、前記ＢＥＲ測定ステップの結果を参照しつつ前記ＢＥＲが最良となる偏波状態ＳＯＰ１および最悪となる偏波状態ＳＯＰ２の２種を検出するステップを含み、前記ＢＥＲ測定ステップは、前記偏波状態ＳＯＰ１におけるＢＥＲであるＢＥＲ１と前記偏波状態ＳＯＰ２におけるＢＥＲであるＢＥＲ２とを測定するステップを含み、前記データ解析ステップは、Ｆc対ＢＥＲ１の傾斜部とＦc対ＢＥＲ２の傾斜部との光周波数軸方向のシフト量ΔＦcを求め、ＰＤＦ＝ΔＦcの関係によりＰＤＦを求めるステップを含むことを特徴とする。
【０００９】
あるいは、前記位相変調信号光の中心光周波数Ｆcを変更する波長変更ステップに代えて、前記Ｆcを一定として前記２つの光路の幾何学的光路差Ｌを変更することにより位相差φを変更する位相差変更ステップを有し、前記Ｆcと前記ＢＥＲとの関係を分析するデータ解析ステップに代えて、前記Ｆcを一定として前記Ｌと前記ＢＥＲとの関係を解析するデータ解析ステップを有し、このデータ解析ステップは、φ対ＢＥＲ１の傾斜部とφ対ＢＥＲ２の傾斜部との位相方向のシフト量Δφを求め、Δφ／２πに前記２光束干渉計のＦＳＲ(Free Spectrum Range) をかけることによりＰＤＦを求めるステップを含むこともできる。例えば、前記位相変調信号光はＤＭＰＳＫ(Differential Multiple-Phase-Shift Keying)である。
【００１０】
また、本発明をＰＤＦ測定装置の観点から観ると、本発明は、２値以上のディジタル信号パターンを生成する信号生成手段と、前記ディジタル信号パターンで光を変調することによりシンボル周期Ｔの位相変調信号光を生成する位相変調光送信手段と、前記位相変調信号光の偏波を変更して前記２光束干渉計に入力する偏波変更手段と、前記２光束干渉計内から出力される強度変調信号光を受光する受光手段と、前記強度変調信号光を識別し、前記ディジタル信号パターンと比較することによりＢＥＲを測定するＢＥＲ測定手段と、前記位相変調信号光の中心光周波数Ｆcを変更する波長変更ステップと、前記Ｆcと前記ＢＥＲとの関係を分析するデータ解析手段とを有し、前記シンボル周期Ｔは、前記２光束干渉計の有する２つの光路の時間差τに実質等しく、前記偏波変更手段は、前記ＢＥＲ測定ステップの結果を参照しつつ前記ＢＥＲが最良となる偏波状態ＳＯＰ１および最悪となる偏波状態ＳＯＰ２の２種を検出する手段を含み、前記ＢＥＲ測定手段は、前記偏波状態ＳＯＰ１におけるＢＥＲであるＢＥＲ１と前記偏波状態ＳＯＰ２におけるＢＥＲであるＢＥＲ２とを測定する手段を含み、前記データ解析手段は、Ｆc対ＢＥＲ１の傾斜部とＦc対ＢＥＲ２の傾斜部との光周波数軸方向のシフト量ΔＦcを求め、ＰＤＦ＝ΔＦcの関係によりＰＤＦを求める手段を含むことを特徴とする。
【００１１】
あるいは、前記位相変調信号光の中心光周波数Ｆcを変更する波長変更手段に代えて、前記Ｆcを一定として前記２つの光路の幾何学的光路差Ｌを変更することにより位相差φを変更する位相差変更手段を有し、前記Ｆcと前記ＢＥＲとの関係を分析するデータ解析手段に代えて、前記Ｆcを一定として前記Ｌと前記ＢＥＲとの関係を解析するデータ解析手段を有し、このデータ解析手段は、φ対ＢＥＲ１の傾斜部とφ対ＢＥＲ２の傾斜部との位相方向のシフト量Δφを求め、Δφ／２πに前記２光束干渉計のＦＳＲをかけることによりＰＤＦを求める手段を含むこともできる。例えば、前記位相変調信号光はＤＭＰＳＫである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２光束干渉計、特にＭＺＩの有する偏波依存性を精密に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明実施例のＰＤＦ測定方法を説明するのに先立って、本発明の作用について説明する。まず、干渉計外部の各光学パーツを省略した簡単な状態について説明する。２光束干渉計の模式図を図１に示す。
【００１４】
図１に示すように、２つの光導波路は、紙面に垂直な方向がｓｌｏｗ軸、紙面に水平な方向がｆａｓｔ軸であるとする。ここでは簡単のため、分岐から合波に至るまで、ｆａｓｔ軸は常に平行であると仮定している。第１の光導波路の、最も大きい遅延時間をτ1s、最も小さい遅延時間をｔ1fとする。第２の光導波路の遅延時間も同様にτ2s、τ2fと定義する。
【００１５】
ＤＭＰＳＫでは、直前のビットとの位相比較が必要であるため、
τ1s−τ2s
または
τ1f−τ2f
はシンボル周期Ｔとほぼ等しくするが、厳密にはＴとやや異なる値に設定する。必要とされる差分は多重度によって決まるが、ここでは詳細は省く。２光束干渉計内部の、分波に伴う位相の変動は上記の遅延時間に含まれるものとする。パワの分散および合波は５０％対５０％と仮定している。入力光がキャリア周波数Ｆであるとき、その電場は、
【００１６】
【数１】
2008039670.tif 000003
で表すことができる。光の強度は電場の内積に比例するが、ここでは内積が１となるよう正規化してある。θinやφinは入力光の偏波状態を表す。出力時の電場は、
【００１７】
【数２】
2008039670.tif 000004
であり、出力時の光の強度は、
【００１８】
【数３】
2008039670.tif 000005
となる。
【００１９】
以上の結果から、以下のことがわかる。
（ａ）干渉強度のカーブの最大値（または最小値）は入力のθinに依存するが、入力がθin＝０またはθin＝π／２の直線偏波であるとき、両者の最大値（または最小値）は等しくなる。
（ｂ）入力がθin＝０のとき、干渉強度のピークは最も低周波数側にシフトし、入力がθin＝π／２のとき、干渉強度のピークは最も高周波数側にシフトする。
（ｃ）したがって入力がθin＝０のときとθin＝π／２のときの光学特性の光周波数軸方向のシフト量２ΔＦはＰＤＦに等しい。
【００２０】
次に、この２光束干渉計（以下、単に干渉計という）を用いて、Ｎ値のディジタル位相変調信号の復調を行なうことを考える。正しく復調を行なうためには、位相変調信号の中心光周波数Ｆcと干渉計の光学特性とを正確に調整しなければならず、ミスマッチがあると復調された信号のアイ開口率は劣化する。
【００２１】
図２に示した干渉計の山と信号光の中心周波数Ｆcとの最適な関係は、変調方式に依存するので簡単には言えないが、Ｎ＝２のＤＭＰＳＫ信号であればＦcが干渉強度の山に一致するときに最良のアイ開口が得られる。両者がずれたとき、アイ開口は劣化し、ＢＥＲは直ちに劣化する。
【００２２】
ずれの量とＢＥＲの劣化量とは送信系の特性や信号光に重畳するランダム雑音に強く依存するので自明ではないが、模式的に両者の関係を図３に示す。干渉計の光学特性は図２に示したものと同じとする。信号光の中心周波数Ｆcを随時変更したときに得られるＢＥＲ（θin＝０、θin＝π／４、θin＝π／２）を縦軸にプロットしているが、模式図であるからこのスロープの角度は厳密なものではない。
【００２３】
上記の（ｃ）の性質から、θin＝０のときとθin＝π／２のときのＢＥＲのカーブが、光周波数軸上で最も乖離し、この乖離量がＰＤＦに等しくなる。θin＝π／４の場合は、ＢＥＲのカーブは先述の２つのカーブの間に入る（図３）。ＢＥＲはＭＺＩの消光比に依存し、消光比はθinに依存するので、θin≠π／２かつθin≠０のときのＢＥＲのカーブは、θin＝π／２またはθin＝０のときのＢＥＲのカーブとやや異なる。
【００２４】
しかし、θin＝π／２のときとθin＝０のときとでは消光比が等しくなるため、θin＝０におけるＢＥＲのカーブを、光周波数軸上で平行移動するとθin＝π／２におけるＢＥＲのカーブに一致する。
【００２５】
次に、θin＝０のときにＢＥＲが最良となる光周波数をＦ１、θin＝π／２のときにＢＥＲが最良となるＦcをＦ２とする。図３より明らかなように、ＦcがＦ１よりやや低い場合には、ＢＥＲが最良となるのはθin＝０となる偏波であり、最悪となるのはθin＝π／２となる偏波である。ＦcがＦ２よりやや高い場合はその逆となる。
したがって、Ｆcを掃引しながらθinをランダムに変更し、最良または最悪のＢＥＲを記録してゆけば、θin＝０およびθin＝π／２のＢＥＲのカーブをプロットすることが可能となる。これら２つのカーブの光周波数方向のシフト量は、θin＝０およびθin＝π／２における干渉計の光学特性の光周波数方向のシフト量、すなわちＰＤＦに等しくなる。
【００２６】
以上の議論はＦcを掃引した例であるが、Ｆcを一定とし干渉計の位相差φを掃引しても同様のＢＥＲ曲線を描くことができる。最良および最悪のＢＥＲ曲線のシフト量Δφを求め、干渉計のＦＳＲをΔφ／２πにかけることによりＰＤＦを求めることができる。位相差φの掃引は、干渉計の幾何学的光路差Ｌを熱で変更することにより容易に実現できる。
【００２７】
（第一実施例）
第一実施例の２光束干渉計の偏波依存性測定方法に用いる測定系の基本構成を図４に示す。信号生成手段１は、２値以上のディジタル信号パターンを生成する。位相変調光発生手段２は、信号生成手段１により生成されたディジタル信号パターンを入力し、シンボル周期Ｔが、測定対象の２光束干渉計の有する２つの光路の時間差τに等しい、ディジタル位相変調信号光（例えば、ＤＭＰＳＫ）を出力する。偏波変更手段３は式１で記したＥinのθinを変更することができる。ＤＵＴ４は、測定対象となる２光束干渉計である。ＤＵＴ４の出力は位相変調信号光を強度変調信号光に変換する。光電気変化手段５は、強度変調信号光を電気に変換する。
【００２８】
このとき、ＤＵＴ４がＭＺＩのように特性が相補的な２つの出力ポートを持つのであれば、バランス型受信器を用いて電気変換を行なってもよい。また、位相変調光発生手段２およびＢＥＲ測定手段６は、ＣＬＫ発生手段９が発生するクロックに従って動作する。
【００２９】
さらに、位相変調光発生手段２が発生する位相変調信号光の中心光周波数Ｆcを変更する波長変更手段７と、前記Ｆcと前記ＢＥＲとの関係を分析するデータ解析手段８とを有し、前記シンボル周期Ｔは、前記２光束干渉計の有する２つの光路の時間差τに実質等しく、偏波変更手段３は、ＢＥＲ測定手段６の結果を参照しつつ前記ＢＥＲが最良となる偏波状態ＳＯＰ１および最悪となる偏波状態ＳＯＰ２の２種を検出する手段（図示省略）を含み、ＢＥＲ測定手段６は、前記偏波状態ＳＯＰ１におけるＢＥＲであるＢＥＲ１と前記偏波状態ＳＯＰ２におけるＢＥＲであるＢＥＲ２とを測定する手段（図示省略）を含み、データ解析手段８は、Ｆc対ＢＥＲ１のカーブとＦc対ＢＥＲ２のカーブとの光周波数軸方向のシフト量ΔＦcを求め、ＰＤＦ＝ΔＦcの関係によりＰＤＦを求める手段（図示省略）を含む。
【００３０】
（第二実施例）
第二実施例の２光束干渉計の偏波依存性測定方法に用いる測定系の基本構成を図５に示す。第二実施例の２光束干渉計の偏波依存性測定方法に用いる測定系の基本構成では、第一実施例の波長変更手段７に代えて、前記Ｆcを一定として前記２つの光路の幾何学的光路差Ｌを変更することにより位相差φを変更する位相差変更手段１７を有し、ＦcとＢＥＲとの関係を分析するデータ解析手段８に代えて、前記Ｆcを一定として前記Ｌと前記ＢＥＲとの関係を解析するデータ解析手段１８を有し、このデータ解析手段１８は、φ対ＢＥＲ１の傾斜部とφ対ＢＥＲ２の傾斜部との位相方向のシフト量Δφを求め、Δφ／２πにＤＵＴ４のＦＳＲをかけることによりＰＤＦを求める。
【００３１】
（ＰＤＦ測定結果）
実際に得られた最良および最悪のＢＥＲ曲線を図６に示す。この測定では、図４に示した第一実施例の２光束干渉計の偏波依存性測定に用いる測定系の基本構成を用い、光周波数Ｆcを掃引した。ここではＦcの絶対値は重要ではないので、Ｆcの相対的な変更量を横軸にプロットしている。白抜きのシンボルはＢＥＲが最悪となるよう偏波を選んだＢＥＲ曲線であり、色付きのシンボルはＢＥＲが最良となるよう偏波を選んだＢＥＲ曲線である。実線および破線は前述のθin＝０とθin＝π／２のときのＢＥＲ曲線を理論的に計算し、実測値にフィッティングしたものである。両者の乖離量は０．９５ＧＨｚであり、これがＰＤＦに相当する。なお、信号光のＳＮ比を高くするとＢＥＲ曲線が急峻になるため、より精度の高い測定結果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明によれば、２光束干渉計、特にＭＺＩの有する偏波依存性を精密に測定することが可能となるため、例えば、ＤＰＳＫ伝送方式等の光通信システムにおける通信品質の測定精度の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】２光束干渉計の模式図。
【図２】干渉計の山と信号光の中心周波数Ｆcとの関係を模式的に示す図。
【図３】ずれの量とＢＥＲの劣化量との関係を模式的に示す図。
【図４】第一実施例の２光束干渉計の偏波依存性測定方法に用いる測定系の基本構成示す図。
【図５】第二実施例の２光束干渉計の偏波依存性測定方法に用いる測定系の基本構成を示す図。
【図６】実際に得られた最良および最悪のＢＥＲ曲線を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１  信号生成手段
２  位相変調光発生手段
３  偏波変更手段
４  ＤＵＴ
５  光電気変換手段
６  ＢＥＲ測定手段
７  波長変更手段
８、１８  データ解析手段
９  ＣＬＫ発生手段
１７  位相差変更手段
【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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