(57)【要約】【課題】  光−電気サンプリング手段におけるＳＮＲ劣化が少なくて高感度、かつ、測定波長範囲の広い光信号波形の観測および品質監視ができる光信号波形測定・評価装置を提供する。【解決手段】  所定の繰り返し周波数ｆ１の電気サンプリングクロックを発生して出力するサンプリングクロック発生手段１００と、ビットレートｆ０の光信号を繰り返し周波数ｆ１の電気サンプリングクロックでサンプリングして得たサンプリング光信号を出力する光−電気サンプリング手段１０２と、サンプリング光信号をサンプリング電気信号に変換して出力する光電変換手段１０４と、サンプリング電気信号より光信号波形または光信号品質パラメータを求める電気信号処理手段１０６とを備えた光信号波形測定・評価装置において、記光−電気サンプリング手段１０２に半導体光増幅器を用いた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の繰り返し周波数ｆ１の電気サンプリングクロックを発生して出力するサンプリングクロック発生手段と、ビットレートｆ０の光信号を前記サンプリングクロック発生手段から出力された前記電気サンプリングクロックでサンプリングして得たサンプリング光信号を出力する光−電気サンプリング手段と、前記光−電気サンプリング手段から出力された前記サンプリング光信号をサンプリング電気信号に変換して出力する光電変換手段と、  前記光電気変換手段から出力された前記サンプリング電気信号より光信号波形または光信号品質パラメータを求める電気信号処理手段とを備えた光信号波形測定・評価装置において、
前記光−電気サンプリング手段として半導体光増幅器を用いたことを特徴とする光信号波形測定・評価装置。
【請求項２】
前記繰り返し周波数ｆ１と前記ビットレートｆ０との関係は以下の式で表されることを特徴とする請求項１に記載の光信号波形測定・評価装置。
ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０＋ａ
ｎ，ｍは自然数、ａはオフセット周波数
【請求項３】
前記半導体光増幅器から出力された前記サンプリング光信号の雑音を除去する光フィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光信号波形測定・評価装置。
【請求項４】
前記光信号の波長より短い波長の注入光を出力する注入用光源と、前記光信号と前記注入用光源から出力された注入光とを合波して出力する光合波器をさらに備え、前記光合波器の出力が前記半導体光増幅器に出力されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光信号波形測定・評価装置。
【請求項５】
前記サンプリングクロック発生手段は、シンセサイズド信号発生器とコムジェネレータとからなる、またはシンセサイズド信号発生器と非線形伝送線路とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光信号波形測定・評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光−電気サンプリングによる光信号波形測定・評価装置に関し、より詳細には、光−電気サンプリング手段として半導体光増幅器を用いた光信号波形測定・評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、クロック抽出を必要とする光信号品質評価装置およびクロック抽出を必要としない光信号波形測定および品質監視装置が知られている。
【０００３】
図５に従来のクロック抽出を必要とする光信号品質評価装置の例のブロック図を示す。この従来のクロック抽出を必要とする光信号品質評価装置は、繰り返し周波数ｆ０（Ｈｚ）の光信号を電気強度変調信号に変換する光電変換器５０４と、光電変換手段から出力された電気強度変調信号からクロック抽出を行うクロック抽出器５０８と、クロック抽出器５０８より抽出されたクロックに同期して、繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）（ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０＋ａ：ｎ，ｍは自然数、ａはオフセット周波数）のサンプリングクロックを発生するサンプリングクロック発生器５００、および電気信号処理器５０６を有する。電気信号処理器５０４は、光電変換器５０４から出力された電気強度変調信号を、サンプリングクロック発生器５００によって発生されたサンプリングクロックによってサンプリングして得られたサンプリング電気信号をもとにサンプリングデータ分布を逐次表示して信号アイパタンを求めて光信号品質パラメータを評価する。
【０００４】
しかし、従来例１におけるサンプリングクロックの繰り返し周波数は通常数十〜数百ｋＨｚであり、評価に必要十分な信号アイパタンを得るのに時間がかかり光信号のワンダが問題になるので、クロック抽出が必須であった。
【０００５】
また、図６に、従来のクロック抽出を必要としない光信号波形測定および品質監視装置の例として、非同期サンプリングを用いた光信号波形測定・品質監視装置のブロック図を示す。非同期サンプリングを用いた光信号波形測定・品質監視装置は、繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）（ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０＋ａ：ｎ，ｍは自然数、ａはオフセット周波数）の電気サンプリングクロックを発生し出力するサンプリングクロック発生器６００と、ビットレートｆ０（bit/s)の光信号をサンプリング発生器６００から供給された電気サンプリングクロックでサンプリングしてサンプリング光信号を出力する光−電気サンプリング器６１６と、光−電気サンプリング器６１６から出力されたサンプリング光信号をサンプリング電気信号に変換して出力する光電変換器６０４と、光電変換器６０４から出力されたサンプリング電気信号のアナログ・デジタル変換（ＡＤ変換）、バッファを用いたデータ取込および記憶保持動作、およびサンプリングデータから光信号のアイパタン等の波形を構築する電気信号処理器６０６とを備える。
【０００６】
電気サンプリングクロックの繰り返し周波数ｆ１は１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度の高速である。従来、光−電気サンプリング器には、電界吸収型光変調器（ＥＡ（Electro-absorption）光変調器）によるゲート動作が用いられていた（例えば、非特許文献１参照）。このＥＡ光変調器の光信号の透過帯域は４０ＧＨｚ程度であり、サンプリングゲート幅は１０ｐｓ（ピコ秒）程度が可能であるため、４０Ｇｂｉｔ／ｓ程度までの高速ビットレートの光信号に対応可能である。
【０００７】
このように従来のクロック抽出を必要としない光信号波形測定および品質監視装置は、高速サンプリングにより短時間でサンプリングデータを得ることにより、同期手段を用いないにもかかわらず、ワンダの影響をなくした擬似的同期光信号アイパタンを得ることができ、雑音劣化や波長分散劣化のみならずジッタや偏波分散劣化などの時間方向の信号品質劣化をも監視できる（図７、図８）。また、光−電気サンプリング法を用いることで、電気サンプリングを用いる方法に比べて適用できる光信号ビットレートが広範囲となる。
【０００８】
【非特許文献１】I.  Shake  et  a.,  “Simple  Q  Factor  Monitoring  for  BER  Estimation  Using  Opened  Eye  Diagrams  Captured  by  High-Speed  Asynchronous  Electrooptical  Sampling  ”,  IEEE  Photon.  Technol.  Lett.,  vol.  15,  pp.  620-622,  2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図６に示したように、従来該光−電気サンプリング器として用いられていたＥＡ光変調器の損失が大きいため（１０ｄＢ程度）、ＥＡ光変調器の出力端における光信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）が大きく劣化するという問題点があった。そのため所望のＳＮＲ以上の波形あるいは所望のＱ値以上の品質監視を実現するには、入力する光信号のレベルをある程度以上の高いパワーに設定しなければならなかった。
【００１０】
また、ＥＡ光変調器は光ゲート特性に波長依存性が存在するため測定できる光信号波長域は１０−３０ｎｍ程度と狭いという問題点もあった。さらに、ＥＡ変調器は半導体レーザと異なり発光しないので、半導体チップとピグテイルファイバの接続工程時に光パワーモニタによる接続点調整ができずモジュール化が難しくコストが高くなるという問題点もあった。
【００１１】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、光−電気サンプリング器におけるＳＮＲ劣化が少なくて高感度、かつ、測定波長範囲の広い光信号波形の観測および品質監視ができる光信号波形測定・評価装置を提供することにある。また、製造しやすい光部品の使用による装置の低コスト化も目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、所定の繰り返し周波数ｆ１の電気サンプリングクロックを発生して出力するサンプリングクロック発生手段と、ビットレートｆ０の光信号を前記サンプリングクロック発生手段から出力された前記電気サンプリングクロックでサンプリングして得たサンプリング光信号を出力する光−電気サンプリング手段と、前記光−電気サンプリング手段から出力された前記サンプリング光信号をサンプリング電気信号に変換して出力する光電変換手段と、前記光電気変換手段から出力された前記サンプリング電気信号より光信号波形または光信号品質パラメータを求める電気信号処理手段とを備えた光信号波形測定・評価装置において、前記光−電気サンプリング手段として半導体光増幅器を用いたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、光−電気サンプリング手段におけるＳＮＲ劣化が少なく、かつ、測定波長範囲の広い光信号波形の観測および品質監視ができる光信号波形測定・評価装置を提供することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光信号波形測定・評価装置は、前記繰り返し周波数ｆ１と前記ビットレートｆ０との関係は以下の式で表されることを特徴とする。
ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０＋ａ
ｎ，ｍは自然数、ａはオフセット周波数
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光信号波形測定・評価装置は、前記半導体光増幅器から出力された前記サンプリング光信号の雑音を除去する光フィルタをさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、半導体光増幅器から発生するＡＳＥ（増幅された誘導放出光）を低減しさらに高感度の光信号波形の観測および品質監視が可能となる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光信号波形測定・評価装置は、前記光信号の波長より短い波長の注入光を出力する注入用光源と、前記光信号と前記注入用光源から出力された注入光とを合波して出力する光合波器をさらに備え、前記光合波器の出力が前記半導体光増幅器に入力されることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光信号波形測定・評価装置は、前記サンプリングクロック発生手段は、シンセサイズド信号発生器とコムジェネレータとからなる、またはシンセサイズド信号発生器と非線形伝送線路とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、光−電気サンプリング手段におけるＳＮＲ劣化が少なくて高感度、かつ、測定波長範囲の広い光信号波形の観測および品質監視ができる光信号波形測定・評価装置を提供することができる。また、製造しやすい光部品の使用による装置の低コスト化も目的とする。
【００２０】
また、本発明によれば、比較的製造の容易な半導体光増幅器を使用することにより装置全体の低コスト化も実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置を説明するための図である。
【００２３】
本発明の第１の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置は、所定の繰り返し周波数ｆ１の電気サンプリングクロックを発生して出力するサンプリングクロック発生器１００と、ビットレートｆ０の光信号をサンプリングクロック発生器１００から出力された電気サンプリングクロックでサンプリングして得たサンプリング光信号を出力する光−電気サンプリング器としての半導体光増幅器１０２と、半導体光増幅器１０２から出力されたサンプリング光信号をサンプリング電気信号に変換して出力する光電変換器１０４と、光電変換器１０４から出力されたサンプリング電気信号より光信号波形または光信号品質パラメータを求める電気信号処理器１０６とを備えている。サンプリングクロック発生器１００から半導体光増幅器へ入力された電気サンプリングクロックがあるしきい値を超える時間において光信号が増幅されて出力される。
【００２４】
ビットレートｆ０（bit/s)の光信号が半導体光増幅器１０２に入力されサンプリングされる。電気サンプリングクロックは、例えば、繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）（ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０＋ａ：ｎ，ｍは自然数、ａはオフセット周波数）であり、サンプリングクロック発生器１００で発生され、半導体光増幅器１０２に供給される。半導体光増幅器１０２でサンプリングされて出力されたサンプリング光信号は光電変換器１０４に入力され、サンプリング電気信号に変換され出力される。電気信号処理部１０６では、サンプリング電気信号のアナログ・デジタル変換（ＡＤ変換）、バッファを用いたデータ取込および記憶保持がなされ、サンプリングデータから光信号のアイパタン等の波形が生成される。
【００２５】
本発明は、光−電気サンプリング手段として半導体光増幅器１０２を用いたことを特徴とする。サンプリングクロック発生器１００により周期的に半導体光増幅器１０２に電気サンプリングクロック（パルス電流）が入力されると、あるしきい値を超える電流が流れる時間において光信号が増幅されて出力されることになり光ゲート作用が実現できる。すなわち半導体光増幅器１０２により、光信号を電気サンプリングクロックでサンプリングしサンプリング光信号を得ることができる。半導体光増幅器はＭＨｚ〜ＧＨｚ程度の高速で変調することが可能であり、１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速光信号を増幅することも可能である。また図１に示したように、半導体光増幅器は利得特性を有しているためＥＡ変調器と異なり半導体光増幅器の出力端における光信号レベルの低下はない。光増幅時に生じる雑音（ＡＳＥ）によるＳＮＲ劣化はあるがトータルでのＳＮＲ劣化はＥＡ変調器に比べて少ない。従って、該半導体光増幅器を光−電気サンプリング部に使用することで、ＳＮＲ劣化が著しく少ない高感度の光信号の波形測定および品質評価が可能となる。さらに、半導体光増幅器は利得波長帯域が１００ｎｍ程度であるため、従来のＥＡ変調器（帯域１０−３０ｎｍ）より著しく広い波長帯域での光信号の波形測定および品質評価が可能となる。
【００２６】
電気サンプリングクロック発生器１００として、シンセサイズド信号発生器およびコムジェネレータ（図示しない）あるいはシンセサイズド信号発生器および非線形伝送線路（図示しない）を用いることによる電気短パルス発生などを用いることができる（参考文献：M.  J.  W.  Rodwell,  et  al.,  “Active  and  Nonlinear  Wave  Propagation  Devices  in  Ultrafast  Electronics  and  Optoelectronics”,  Proceedings  of  the  IEEE,  vol.  82,  no.7,  pp.  1037-1059,  1994)。
【００２７】
ここで電気サンプリングクロックの繰り返し周波数ｆ１はＭＨｚ〜ＧＨｚ程度の高速であり、ビットレートｆ０よりも小さいことが望ましい。また、装置の時間分解能はサンプリングクロックのパルス幅に大きく依存するため、コムジェネレータまたは非線形伝送線路からの出力クロックのパルス幅は短いほうがより望ましい。非線形伝送線路は数ｐｓ以下のパルス発生が可能であることから、これを用いた場合、数ｐｓ以下の時間分解能（数１０ＧＨｚ以上の帯域に相当）の光信号波形測定および品質評価が実現できる。また、必要に応じて、該コムジェネレータまたは非線形伝送線路の前段または後段に電気増幅器（図示しない）を用いることもできる。また、必要に応じて、該コムジェネレータまたは非線形伝送線路の後段にベースバンドクリッパ（図示しない）を用いることもできる。
【００２８】
図２は、第１の実施形態の別の実施形態の光信号波形測定・評価装置を示す図である。
【００２９】
上記では、非同期サンプリングの光信号波形測定・評価装置について述べたが、同期サンプリングの光信号波形測定・評価装置にも本発明を適用することができる。図２に示す光信号波形測定・評価装置は、光信号からクロックを抽出して出力するタイミング抽出器２０８と、タイミング抽出器２０８から入力されたクロックに基づいて電気サンプリングクロックを発生し出力するサンプリングクロック発生器２００と、ビットレートｆ０（bit/s)の光信号をサンプリングクロック発生器２００から出力された電気サンプリングクロックでサンプリングして得たサンプリング光信号を出力する光−電気サンプリング器としての半導体光増幅器２０２と、半導体光増幅器２０２から出力されたサンプリング光信号をサンプリング電気信号に変換して出力する光電変換器２０４と、光電変換器２０４から出力されたサンプリング電気信号より光信号波形または光信号品質パラメータを求める電気信号処理器２０６とを備えている。
【００３０】
また、先に述べたように従来の光信号波形測定・評価装置で用いられていたＥＡ変調器は発光しないのでモジュール化が難しくコストが高い。一方、半導体光増幅器は発光するため半導体チップとピグテイルファイバの接続が容易であり比較的コストが低い。従って装置全体の低価格化も実現できる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
図３に本発明の第２の実施形態を示す。本発明の第２の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置は、所定の繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）（例えば、ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０＋ａ：ｎ，ｍは自然数、ａはオフセット周波数、ｆ０は光信号のビットレート）の電気サンプリングクロックを発生して出力するサンプリングクロック発生器３０２と、ビットレートｆ０（bit/s)の光信号をサンプリングクロック発生器３００から出力された電気サンプリングクロックでサンプリングして得たサンプリング光信号を出力する光−電気サンプリング器としての半導体光増幅器３０２と、半導体光増幅器３０２から出力されたサンプリング光信号をフィルタリングする光フィルタ３１０と、光フィルタ３１０を介して入力されたサンプリング電気信号に変換して出力する光電変換器３０４と、光電変換器３０４から出力されたサンプリング電気信号より光信号波形または光信号品質パラメータを求める電気信号処理器３０６とを備えている。
【００３２】
上記のように、半導体光増幅器は光増幅時に雑音（ＡＳＥ）を発生する。この雑音は利得波長帯域と同様に１００ｎｍ程度の広帯域である。従って、図３に示すように、必要とされる光信号の波長帯域のバンド幅を有する光フィルタ３１０を半導体光増幅器３０２の後段に配置することにより、余分なＡＳＥを除去してより高いＳＮＲでの波形測定および品質評価を実現することができる。
【００３３】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置を説明するための図である。
【００３４】
本発明の第３の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置は、繰り返し周波数ｆ１（Ｈｚ）（例えば、ｆ１＝（ｎ／ｍ）ｆ０＋ａ：ｎ，ｍは自然数、ａはオフセット周波数、ｆ０は光信号のビットレート）の電気サンプリングクロックを発生して出力するサンプリングクロック発生器４００と、注入光を出力する注入用光源４１４と、注入用光源４１４から出力された注入光とビットレートｆ０（bit/s)の光信号を合波してビットレートｆ０（bit/s)の合波光信号を出力する光合波器４１２と、光合波器４１２から出力されたビットレートｆ０（bit/s)の合波光信号をサンプリングクロック発生器４００から出力された電気サンプリングクロックでサンプリングして得たサンプリング光信号を出力する光−電気サンプリング器としての半導体光増幅器４０２と、半導体光増幅器４０２から出力されたサンプリング光信号をフィルタリングする光フィルタ４１０と、光フィルタ４１０を介して入力されたサンプリング電気信号に変換して出力する光電変換器４０４と、光電変換器４０４から出力されたサンプリング電気信号より光信号波形または光信号品質パラメータを求める電気信号処理器４０６とを備えている。
【００３５】
本発明の第３の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置は、半導体光増幅器４０２から出力される光信号の波形にパタン効果による歪みが生じる場合に有効である。第２の光として光信号より短い波長の連続光またはパルス列光を注入することにより、半導体光増幅器内のキャリア緩和時間が速くなるためパタン効果による波形歪みを抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の別の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置を説明するための図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る光信号波形測定・評価装置を説明するための図である。
【図５】同期サンプリングを用いた従来の光信号品質評価装置のブロック図である。
【図６】非同期サンプリングを用いた従来の光信号波形測定・品質監視装置を説明する図である。
【図７】非同期サンプリングを用いた従来の光信号波形測定・品質監視装置から得られる擬似的アイパタンおよび振幅ヒストグラム（Ｑ値）評価を示す図である。
【図８】非同期サンプリングを用いた従来の光信号波形測定・品質監視装置から得られる擬似的アイパタンおよびジッタ評価を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００，２００，３００，４００，５００，６００    サンプリングクロック発生器
１０２，２０２，３０２，４０２    半導体光増幅器
１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４    光電変換器
１０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６    電気信号処理器
２０８，５０８    クロック抽出器
３１０，４１０    光フィルタ
４１２    光合分波器
４１４    注入用光源
６１６    光−電気サンプリング器（ＥＡ変調器）
【図１】
2005345312.tif 000003
【図２】
2005345312.tif 000004
【図３】
2005345312.tif 000005
【図４】
2005345312.tif 000006
【図５】
2005345312.tif 000007
【図６】
2005345312.tif 000008
【図７】
2005345312.tif 000009
【図８】
2005345312.tif 000010