(57)【要約】【課題】比較的安価な構成の光波形測定装置において、高速の光信号の波形を常に精度よく測定できるようにする。【解決手段】偏波コントローラ２は、被測定光の偏波状態を制御する。偏波コントローラ３は、光サンプリングパルスの偏波状態を制御する。偏波状態が制御された被測定光および光サンプリングパルスは、光ファイバ２３に入力される。光ファイバ２３から出力される光信号は、偏光子２４に送られる。制御部３４は、光ファイバ２３から出力される光サンプリングパルスに基づいて偏波コントローラ３の状態を調整する。制御部４６は、光ファイバ２３から出力される被測定光および偏光子２４から出力される被測定光に基づいて偏波コントローラ２の状態を調整する。偏光子２４の出力を使用して波形測定を行う。【選択図】図３
2007240389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光の偏波状態を制御する第１の偏波コントローラと、
前記被測定光をサンプリングするための光サンプリングパルスの偏波状態を制御する第２の偏波コントローラと、
前記第１の偏波コントローラにより偏波状態が制御された被測定光および前記第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号から所定の直線偏波成分を抽出する抽出手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて、前記被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、前記第１の偏波コントローラを調整する第１の調整手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号および前記抽出手段から出力される光信号の少なくとも一方に基づいて、前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、前記第２の偏波コントローラを調整する第２の調整手段、を有し、
前記被測定光の波形測定のために前記抽出手段から出力される光信号を使用する光波形測定装置。
【請求項２】
前記第１の調整手段は、前記被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して概ね直交するように前記第１の偏波コントローラを調整し、
前記第２の調整手段は、前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して４０〜５０度回転した状態となるように、前記第２の偏波コントローラを調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の光波形測定装置。
【請求項３】
前記第２の調整手段は、
前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して概ね４５度の方向の偏波成分抽出軸を有し、前記非線形光学媒質から出力される光信号から直線偏波成分を抽出する偏光子と、
前記偏光子の入力側または出力側に設けられ、前記光サンプリングパルスの波長成分を透過させる光フィルタと、
前記光フィルタの出力光のパワーを最小化するように、前記第２の偏波コントローラを調整する処理手段、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の光波形測定装置。
【請求項４】
前記第１の調整手段は、
前記非線形光学媒質から出力される光信号から前記被測定光の波長成分を抽出して第１のモニタ光を生成する第１のモニタ光生成手段と、
前記抽出手段から出力される光信号から前記被測定光の波長成分を抽出して第２のモニタ光を生成する第２のモニタ光生成手段と、
前記第１および第２のモニタ光のパワーに基づいて、前記第１の偏波コントローラを調整する処理手段、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の光波形測定装置。
【請求項５】
前記第１の調整手段は、
前記非線形光学媒質から出力される光信号から前記光サンプリングパルスの波長成分を除去して第１のモニタ光を生成する第１のモニタ光生成手段と、
前記抽出手段から出力される光信号から前記光サンプリングパルスの波長成分を除去して第２のモニタ光を生成する第２のモニタ光生成手段と、
前記第１および第２のモニタ光のパワーに基づいて、前記第１の偏波コントローラを調整する処理手段、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の光波形測定装置。
【請求項６】
前記処理手段は、「Ｐ２／ｋ−Ｐ１」を最小化するように、前記第１の偏波コントローラを調整する（Ｐ１は、前記第１のモニタ光のパワー、Ｐ２は、前記第２のモニタ光のパワー、ｋは、所定の定数を表す）
ことを特徴とする請求項４または５に記載の光波形測定装置。
【請求項７】
前記被測定光により伝搬される光信号の繰返し周波数のＮ（Ｎは、１を含む整数）分の１の周波数に所定のシフト周波数を加算または減算することにより得られるサンプリング周波数を持った光パルスを前記光サンプリングパルスとして出力するサンプリングパルス光源と、
前記抽出手段の出力光から前記被測定光の波長成分を抽出する光フィルタと、
前記光フィルタの出力光を電気信号に変換する受光回路と、
前記シフト周波数を持った周期波信号を利用して前記受光回路の出力信号を表示する表示器をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光波形測定装置。
【請求項８】
互いに波長の異なる複数の被測定光の偏波状態をそれぞれ制御する複数の第１の偏波コントローラと、
前記複数の被測定光をサンプリングするための複数の光サンプリングパルスの偏波状態をそれぞれ制御する複数の第２の偏波コントローラと、
それぞれ対応する第１の偏波コントローラにより偏波状態が制御された被測定光および対応する第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される複数の非線形光学媒質と、
前記複数の非線形光学媒質から出力される複数の光信号からそれぞれ所定の直線偏波成分を抽出する複数の抽出手段と、
それぞれ、対応する非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて、被測定光の偏光方向が対応する抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、対応する第１の偏波コントローラを調整する複数の第１の調整手段と、
それぞれ、対応する非線形光学媒質から出力される光信号および対応する抽出手段から出力される光信号に基づいて、光サンプリングパルスの偏光方向が対応する抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、対応する第２の偏波コントローラを調整する複数の第２の調整手段と、
前記被測定光により伝搬される光信号の繰返し周波数のＮ（Ｎは、１を含む整数）分の１の周波数に所定のシフト周波数を加算または減算することにより得られるサンプリング周波数を持った光パルスを前記光サンプリングパルスとして出力するサンプリングパルス光源と、
前記複数の抽出手段の出力光からそれぞれ対応する被測定光の波長成分を抽出する複数の光フィルタと、
前記複数の光フィルタの出力光をそれぞれ電気信号に変換する複数の受光回路と、
前記シフト周波数を持った周期波信号を利用して前記複数の受光回路の出力信号を表示する表示器、
を有する光波形測定装置。
【請求項９】
互いに波長の異なる複数の被測定光の偏波状態をそれぞれ制御する複数の第１の偏波コントローラと、
前記複数の第１の偏波コントローラの出力を結合する光結合器と、
前記複数の被測定光をサンプリングするための光サンプリングパルスの偏波状態を制御する第２の偏波コントローラと、
前記光結合器から出力される被測定光および前記第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号から所定の直線偏波成分を抽出する抽出手段と、
前記光結合器から出力される被測定光の波長をモニタする波長モニタ手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて、被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、前記波長モニタ手段のモニタ結果に対応する第１の偏波コントローラを調整する第１の調整手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号および前記抽出手段から出力される光信号に基づいて、前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、前記第２の偏波コントローラを調整する第２の調整手段と、
前記被測定光により伝搬される光信号の繰返し周波数のＮ（Ｎは、１を含む整数）分の１の周波数に所定のシフト周波数を加算または減算することにより得られるサンプリング周波数を持った光パルスを前記光サンプリングパルスとして出力するサンプリングパルス光源と、
前記抽出手段の出力光からそれぞれ対応する被測定光の波長成分を抽出する複数の光フィルタと、
前記複数の光フィルタの出力光をそれぞれ電気信号に変換する複数の受光回路と、
前記シフト周波数を持った周期波信号を利用して前記複数の受光回路の出力信号を表示する表示器、
を有する光波形測定装置。
【請求項１０】
被測定光の偏波状態を制御する第１の偏波コントローラと、前記被測定光をサンプリングするための光サンプリングパルスの偏波状態を制御する第２の偏波コントローラと、前記第１の偏波コントローラにより偏波状態が制御された被測定光および前記第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質から出力される光信号から所定の直線偏波成分を抽出する抽出手段、を備える光波形測定装置で前記被測定光の波形を測定する方法であって、
前記抽出手段から出力される光信号を利用して前記被測定光の波形を測定する動作と並列に、
前記非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて、前記被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、前記第１の偏波コントローラを調整し、
前記非線形光学媒質から出力される光信号および前記抽出手段から出力される光信号の少なくとも一方に基づいて、前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、前記第２の偏波コントローラを調整する、
ことを特徴とする光波形測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波形測定装置および光波形測定方法に係わり、特に、ビットレートの高い光信号の波形を測定するための光波形測定装置および光波形測定方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
光パルス波形を観測する機能は、光通信システムの受信機において光信号の品質を評価するために必要であると共に、光通信システムの光ノードまたは光中継器における信号品質を監視する目的にも応用可能である。他方、光ファイバ通信の大容量化に伴い、光信号のビットレートは、４０Ｇｂ／ｓに達している。また、次世代の技術としては、１６０Ｇｂ／ｓ以上の光信号を伝送するシステムの研究開発が行われている。そして、これらの研究開発をサポートするために、光信号の波形を精度よく観測できる光波形測定装置および光波形測定方法が求められている。なお、光パルス波形を測定または観測する機能は、様々な光部品を評価するためにも使用可能である。
【０００３】
従来の光波形測定装置は、例えば、図１９に示すように、光電変換器５０１を用いて被測定光信号（光パルス）を電気信号に変換する。また、サンプリングパルス発生回路５０３は、トリガー回路５０２が生成するトリガー信号に従って、サンプリングパルスを生成する。ここで、このサンプリングパルスは、光信号ではなく、電気信号である。サンプリング回路５０４は、光電気変換器５０１から出力される電気信号をサンプリングパルスでサンプリングする。そして、波形表示器５０５は、サンプリング結果を表示する。すなわち、光信号の波形は、その光信号を電気信号に変換した後に観測される。
【０００４】
このとき、光信号の波形を精度よく観測するためには、その光信号を構成する全ての周波数成分を受光しなければならない。このため、波形測定装置は、光信号のビットレートよりも十分に広い帯域を持っている必要がある。ここで、図１９に示す波形測定装置の観測帯域は、光電変換器、トリガー回路、サンプリング回路、波形表示器の帯域の中で最も狭いものにより制限される。しかし、電子回路の動作帯域は５０ＧＨｚ程度と考えられるので、図１９に示す波形測定装置で４０Ｇｂ／ｓの光信号を精度よく観測することは困難である。
【０００５】
この帯域制限の問題を解決する技術としては、光信号を光のままサンプリングする光サンプリング技術が知られている。ここで、図２０を参照しながら光サンプリング技術について説明する。なお、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）に示す波形測定装置の動作を模式的に描いたものである。ここでは、被測定光は、繰返し周波数ｆo の光パルス信号を伝搬するものとする。
【０００６】
光サンプリングゲート５１１は、非線形光学媒質を含んで構成され、被測定光と光サンプリングパルスとの強度相関光信号を発生させる。ここで、強度相関光信号は、被測定光および光サンプリングパルスが時間領域で重なることによって生成される光信号を意味する。
【０００７】
サンプリング周波数信号生成器５１２は、被測定光からクロック信号（周波数：ｆo ）を抽出し、そのクロック信号を利用してサンプリング周波数信号（周波数：ｆo ＋Δｆ）を生成する。短パルス光源５１３は、サンプリング周波数信号により駆動される。これにより、光サンプリングパルスが生成される。ここで、光サンプリングゲート５１１に被測定光および光サンプリングパルスを入力すると非線形効果が発生する。そして、この非線形効果により、被測定光と光サンプリングパルスとの強度相関を持つ光信号（すなわち、強度相関光信号）が得られる。
【０００８】
光サンプリングゲート５１１から出力される強度相関光信号は、光電変換器５１４により電気信号に変換された後、波形表示器５１５の垂直軸信号ポートに入力される。また、波形表示器５１５の水平軸信号ポートには、周期波シフト信号（周波数：Δｆ）が入力される。これにより、波形表示器５１５は、被測定光の波形を表示することができる。ここで、周波数Δｆは、周波数ｆo と比較して十分に低い。したがって、帯域制限の問題は解消される。
【０００９】
しかしながら、光サンプリングゲート５１１の非線形光学媒質において発生する非線形効果は、入射する被測定光および光サンプリングパルスの偏光状態に依存する。よって、図２０に示す光波形測定装置では、任意の偏波状態の光信号の波形を精度よく観測することは困難である。
【００１０】
非特許文献１には、上述の偏波依存性の問題を解決した光波形測定装置が記載されている。非特許文献１に記載の装置は、図２１に示すように、偏波ダイバーシティ構成を採用している。すなわち、光信号は、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５２１を用いてＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分に分離される。ＴＥ偏波成分およびＴＭ偏波成分は、それぞれ、非線形光学媒質としてのＫＴＰ結晶５２２、５２３に入射される。そして、ＫＴＰ結晶５２２、５２３から出力される１組の光信号が受光素子５３４に導かれる。なお、この装置は、発信器５３０、５３１、光サンプリングパルスを生成する光源５３２、被測定光を生成するモードロックファイバレーザ（ＭＬＦＬ：Mode Locked Fiber Laser）５３３、半波長板（ＨＷＰ：Half Wave Plate ）５３４、５３５、ミラー５３６〜５３８、Ａ／Ｄ変換器５３９、およびコンピュータ５４０を備える。
【００１１】
非特許文献２には、上述の偏波依存性の問題を解決した他の光波形測定装置が記載されている。非特許文献２に記載の装置は、図２２に示すように、被測定光および光サンプリングパルスの偏波状態をそれぞれ制御する偏波コントローラを備えている。すなわち、偏波コントローラ５４１は被測定光の偏波状態を制御し、偏波コントローラ５４２は光サンプリングパルスの偏波状態を制御する。方向性結合器５４３は、偏波状態が制御された被測定光および光サンプリングパルスを合波して光ファイバ５４４に導く。光ファイバ５４４は、非線形光学媒質であり、非線形効果を発生させる。偏光子５４５は、光ファイバ５４４の出力光から所定の偏波成分を抽出する。波長フィルタ５４６は、被測定光の波長成分を抽出する。
【００１２】
被測定光の偏光方向は、偏光子５４５の偏光主軸に直交するように制御される。また、光サンプリングパルスの偏光方向は、光サンプリングパルスの偏光方向および被測定光の偏光方向が互いに４０〜５０度程度異なるように制御される。この構成においては、時間領域において被測定光の光パルスに光サンプリングパルスが重なると、被測定光の光パルスが偏光子５４５を介して出力され、時間領域において被測定光の光パルスに光サンプリングパルスが重ならないと、被測定光の光パルスは偏光子５４５により遮断される。
【００１３】
なお、上述の光波形測定に関連する技術として、特許文献１、２、非特許文献３が公知である。
【特許文献１】特開平７−９８４６４号公報
【特許文献２】特許第３４９４６６１号
【非特許文献１】N.Yamada et al., “Polarization-insensitive optical sampling system using two KTP crystals,” IEEE Photonics technology letters, vol. 16, No.1, pp.215-217, 2004
【非特許文献２】S.Watanabe et al., “Novel Fiber Kerr-Switch with Parametric Gain: Demonstration of Optical Demultiplexing and Sampling up to 640Gb/s,” Postdeadline session, Th4.1.6, 30th European Conference on Optical Communication, September 5-9, 2004 Stockholm, Sweden
【非特許文献３】S.Watanabe et al., “Ultrafast All-Optical 3R-Regeneration,” IEICE Trans. Election, Vol. E87-C, No.7, July 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
非特許文献１に記載の構成では、非線形光学媒質として、高価なＫＴＰ結晶が２つ必要になる。このため、光波形測定装置前提として低コスト化が困難である。
非特許文献２に記載の構成では、光波形測定装置を稼働させる前に被測定光および光サンプリングパルスの偏波状態を設定する必要がある。このため、稼働中に光ファイバ内で偏波変動が生じた場合には、以降、光波形を精度よく測定することが困難である。
【００１５】
本発明の課題は、比較的安価な構成の光波形測定装置において、高速の光信号の波形を常に精度よく測定できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る光波形測定装置は、被測定光の偏波状態を制御する第１の偏波コントローラと、前記被測定光をサンプリングするための光サンプリングパルスの偏波状態を制御する第２の偏波コントローラと、前記第１の偏波コントローラにより偏波状態が制御された被測定光および前記第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質から出力される光信号から所定の直線偏波成分を抽出する抽出手段と、前記非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて前記被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように前記第１の偏波コントローラを調整する第１の調整手段と、前記非線形光学媒質から出力される光信号および前記抽出手段から出力される光信号の少なくとも一方に基づいて前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように前記第２の偏波コントローラを調整する第２の調整手段、を有する。そして、前記被測定光の波形測定のために前記抽出手段から出力される光信号を使用する。
【００１７】
上記装置において、第１および第２の偏波コントローラは、光波形測定装置の稼働中に実際に使用される被測定光および光サンプリングパルスに基づいて調整される。よって、被測定光および光サンプリングパルスの偏波状態は、光波形測定装置の稼働中であっても常に、適切に制御される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光波形測定装置の稼働中においても被測定光および光サンプリングパルスの偏波状態が適切に制御されるので、光波形を常に精度よく測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の光波形測定装置の基本構成を示す図である。本発明の光波形測定装置は、被測定光が伝搬する光信号の波形を観測または測定するものであり、具体的には、サンプリングにより光波形の形状を表示する機能を備える。そして、本発明の光波形測定装置は、光サンプリング回路１および表示部１１を備える。
【００２０】
第１の偏波コントローラ２は、第１の調整部６からの指示に従って、被測定光の偏波状態を制御する。第２の偏波コントローラ３は、第２の調整部７からの指示に従って、被測定光をサンプリングするための光サンプリングパルスの偏波状態を制御する。非線形光学媒質４には、第１の偏波コントローラ２により偏波状態が制御された被測定光および第２の偏波コントローラ３により偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される。ここで、被測定光の偏波状態は、非線形光学媒質４において発生する非線形効果により変化させられる。なお、この非線形効果は、光サンプリングパルスにより引き起こされる。抽出部５は、例えば偏光子であり、非線形光学媒質４から出力される光信号から所定の直線偏波成分を抽出する。
【００２１】
第１の調整部６は、非線形光学媒質４から出力される光信号に基づいて、被測定光の偏光方向が抽出部５の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、第１の偏波コントローラ１を調整する。また、第２の調整部７は、非線形光学媒質４から出力される光信号および抽出部５から出力される光信号に基づいて、光サンプリングパルスの偏光方向が抽出部５の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、第２の偏波コントローラ２を調整する。ここで、第１の調整部６および第２の調整部７は、互いに独立して動作することができる。また、第２の調整部７は、非線形光学媒質４から出力される光信号または抽出部５から出力される光信号の一方に基づいて第２の偏波コントローラ２を調整するようにしてもよい。そして、表示部１１は、例えばオシロスコープであり、抽出部５により抽出された光信号を使用して被測定光が伝搬する光信号の波形を表示する。
【００２２】
図２は、光サンプリング回路１の動作を説明する図である。光サンプリング回路１においては、入力光信号（被測定光）の偏光方向は、図２（ａ）に示すように、抽出部５の偏波成分抽出軸に概ね直交するように制御される。ここで、抽出部５が偏光子であるものとすると、偏波成分抽出軸は、偏光子の偏光主軸に相当する。
【００２３】
光サンプリングパルスが存在しない時間領域では、図２（ｂ）に示すように、非線形光学媒質４において光信号の偏波状態は変化しない。すなわち、この場合、非線形光学媒質４から出力される光信号の偏光方向は、抽出部５の偏波成分抽出軸に直交している。よって、この場合、この光信号は抽出部５により遮断される。
【００２４】
光サンプリングパルスの偏光方向は、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、抽出部５の偏波成分抽出軸に対して４０〜５０度（望ましくは、約４５度）の方向に制御される。すなわち、光サンプリングパルスの偏光方向は、光信号の偏光方向および光サンプリングパルスの偏光方向が互いに４０〜５０度（望ましくは、約４５度）異なるように制御される。
【００２５】
上記光サンプリングパルスが存在する時間領域では、光信号の偏波状態は、非線形光学媒質４においてその光サンプリングパルスの影響を受けて変化する。ここで、光サンプリングパルスのピークパワーが光信号のパワーに対して十分に大きいものとする。そうすると、非線形光学媒質４における非線形効果により、光信号は光サンプリングパルスによりパラメトリック増幅され、且つ、その光信号の偏光方向は概ねその光サンプリングパルスの偏光方向と一致する。すなわち、非線形光学媒質４おいて光サンプリングパルスにより増幅された光信号は、抽出部５の偏波成分抽出軸の方向に比較的大きな偏波成分を含んでいる。したがって、光サンプリングパルスが存在する時間領域では、増幅された光信号の一部の偏波成分が抽出部５により抽出される。このとき、光信号を伝搬する光の波長は、上記非線形効果により変化することはない。なお、上述の光サンプリング回路（光スイッチ）の構成および動作については、例えば、本特許出願と同一出願人による特願２００５−２００５７２にも記載されている。
【００２６】
図２に示す光サンプリングを実現するためには、被測定光の偏光方向は、抽出部５の偏波成分抽出軸に概ね直交するように制御される。また、被測定光の偏光方向は抽出部５の偏波成分抽出軸に対して４０〜５０度（望ましくは、約４５度）の方向に制御される。あるいは、光サンプリングパルスの偏光方向は、被測定光の偏光方向および光サンプリングパルスの偏光方向が互いに４０〜５０度（望ましくは、約４５度）異なるように制御される。そして、本発明の実施形態では、被測定光の波形を測定する動作と並列に、第１の調整部６および第２の調整部７が、常時、偏波コントローラ２、３の状態を調整する。
【００２７】
＜光サンプリング回路（光スイッチ）＞
図３は、本発明の実施形態の光波形測定装置に使用される光サンプリング回路の構成を示す図である。なお、この光サンプリング回路は、光波形測定装置においてのみ使用されるものではなく、他の用途にも使用可能である。また、この光サンプリング回路は、Ｎ個の光パルスの中からＭ（Ｍ＜Ｎ）個の光パルスを抽出する光スイッチとして動作することもできる。
【００２８】
第１の偏波コントローラ２（以下、単に「偏波コントローラ２」と呼ぶ。）は、被測定光の偏波状態を制御する。ここで、被測定光は、その波形を観測すべき光信号を伝搬する。この光信号は、例えば、繰返し周波数ｆo の光パルス信号である。ここで、繰返し周波数ｆo は、特に限定されるものではないが、例えば、数１０Ｇｂ／ｓを想定する。また、被測定光の波長は、λs である。
【００２９】
サンプリングパルス光源２１は、被測定光をサンプリングするための光サンプリングパルスを生成する。光サンプリングパルスの繰返し周波数は、例えば「ｆo ／Ｎ＋Δｆ」である。「Ｎ」は、１を含む整数であり、「Δｆ」は、ｆo と比較して十分に小さい周波数である。また、光サンプリングパルスを伝搬する光の波長は、λc である。
【００３０】
第２の偏波コントローラ３（以下、単に「偏波コントローラ３」と呼ぶ。）は、光サンプリングパルスの偏波状態を制御する。なお、偏波コントローラ２、３は、この実施例では、波長板型偏波コントローラである。波長板型偏波コントローラは、λ／４波長板およびλ／２波長板を備え、それらの波長板を個々に回転させることにより入射光の偏波状態を制御することができる。
【００３１】
光カプラ２２は、偏波コントローラ２により偏波状態が制御された被測定光および偏波コントローラ３により偏波状態が制御された光サンプリングパルスを合波して光ファイバ２３に導く。光ファイバ２３は、図１に示す非線形光学媒質４の一実施形態であり、例えば、高非線形光ファイバを使用することが好適である。光ファイバ２３においては、図２を参照しながら説明したように、光サンプリングパルスに起因する非線形効果により被測定光の偏光状態が変化する。また、被測定光は、光サンプリングパルスによりパラメトリック増幅される。
【００３２】
光ファイバ２３から出力される光信号（被測定光および光サンプリングパルスを含む）は、自由空間伝送により、偏光子２４に導かれる。偏光子２４は、図１に示した抽出部５に相当し、所定の直線偏波成分を抽出する。なお、偏光子２４の作用については、図２を参照しながら説明した通りである。バンド透過フィルタ２５の透過波長は、λs である。すなわち、バンド透過フィルタ２５は、被測定光を抽出して出力し、光サンプリングパルスを除去する。
【００３３】
光ファイバ２３から出力される光信号は、光スプリッタ２６、２７により分岐され、偏光子３１およびバンド透過フィルタ４１に導かれる。偏光子３１の偏光主軸（偏波成分抽出軸）は、図４に示すように、偏光子２４の偏光主軸（偏波成分抽出軸）に対して時計回りに４５度回転した方向に設定される。ここで、光サンプリングパルスの偏光方向は、図２を参照しながら説明したように、偏光子３１の偏光主軸に対して反時計回りに概ね４５度回転した方向に制御される。すなわち、偏光子３１の偏光主軸を上述のように設定すれば、光サンプリングパルスの偏光方向は、その偏光子３１の偏光主軸に直交するように制御されることになる。
【００３４】
バンド透過フィルタ３２の透過波長は、λc である。すなわち、バンド透過フィルタ３２は、偏光子３１の出力光から光サンプリングパルスの波長成分を抽出する。なお、バンド透過フィルタ３２は、偏光子３１の出力側に設ける代わりに、偏光子３１の入力側に設けてもよい。受光器３３は、例えばフォトダイオードであり、バンド透過フィルタ３２を透過した光信号のパワーを検出する。すなわち、受光器３３は、偏光子３１により抽出され光サンプリングパルスのパワーを検出する。
【００３５】
制御部３４は、受光器３３により検出された光パワーに基づいて、偏波コントローラ３の状態を調整するための制御信号を生成する。なお、制御部３４の動作については後で詳しく説明する。ドライバ３５は、制御部３４が生成する制御信号に従って偏波コントローラ３の状態を制御する。このように、偏波コントローラ３の状態は、光ファイバ２３から出力される光信号を利用してフィードバック制御される。
【００３６】
バンド透過フィルタ４１の透過波長は、λs である。すなわち、バンド透過フィルタ４１は、光ファイバ２３から出力される光信号から被測定光の波長成分を抽出する。受光器４２は、例えばフォトダイオードであり、バンド透過フィルタ４１を透過した光信号の光パワーを検出する。すなわち、受光器４２は、光ファイバ２３から出力される被測定光のパワーを検出する。
【００３７】
偏光子２４から出力される光信号は、光スプリッタ４３により分岐され、バンド透過フィルタ４４に導かれる。バンド透過フィルタ４４の透過波長は、λs である。すなわち、バンド透過フィルタ４４は、偏光子２４から出力される光信号から被測定光の波長成分を抽出する。受光器４５は、例えばフォトダイオードであり、バンド透過フィルタ４４を透過した光信号のパワーを検出する。すなわち、受光器４５は、偏光子２４から出力される被測定光のパワーを検出する。
【００３８】
制御部４６は、受光器４２、４５により検出された光パワーに基づいて、偏波コントローラ２の状態を調整するための制御信号を生成する。なお、制御部４６の動作については後で詳しく説明する。ドライバ４７は、制御部４６が生成する制御信号に従って偏波コントローラ２の状態を制御する。このように、偏波コントローラ２の状態は、光ファイバ２３から出力される光信号および偏光子２４から出力される光信号を利用してフィードバック制御される。
【００３９】
図５は、光サンプリングパルスの偏光状態を制御する制御部３４の動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、常時、または定期的に繰返し実行される。また、このフローチャートの処理は、被測定光の波形を測定する動作と並列に実行することができる。
【００４０】
光サンプリングパルスの偏光方向は、上述したように、偏光子２４の偏光主軸に対して概ね４５度回転した方向に制御されることが好ましい。この場合、光サンプリングパルスの偏光方向は、偏光子３１の偏光主軸に直交するので、光サンプリングパルスは偏光子３１により遮断されることになる。すなわち、光サンプリングパルスの偏光方向が適切に制御されると、受光器３３により検出される光サンプリングパルスのパワーは最小化されるはずである。したがって、制御部３４は、受光器３３により検出される光サンプリングパルスのパワーが最小化されるように、偏波コントローラ３の状態を調整する。
【００４１】
ステップＳ１では、光ファイバ２３から出力される光サンプリングパルスのパワーを検出し、その検出値を「Ｐ(3)0」として保持する。また、制御変数をカウントするためのカウンタを初期化する。なお、このフローチャートにおいて、光サンプリングパルスのパワーは、受光器３３により検出される。
【００４２】
ステップＳ２〜Ｓ９は、偏波コントローラ３のλ／４波長板の角度を調整する処理である。すなわち、ステップＳ２では、ドライバ３５に制御信号を与えることにより、偏波コントローラ３のλ／４波長板を所定方向（以下、「時計周り」とする。）に所定量だけ回転させる。ここで、「所定量」とは、特に限定されるものではないが、被測定光の偏波状態を僅かに変化させる回転量である。ステップＳ３では、光サンプリングパルスのパワーし、その検出値を「Ｐ(3)1」として保持する。
【００４３】
ステップＳ４では、「Ｐ(3)0」と「Ｐ(3)1」とを比較する。そして、「Ｐ(3)0＜Ｐ(3)1」であれば、λ／４波長板をさらに時計回りに回転させる必要があると判断し、ステップＳ５の処理を実行した後にステップＳ２に戻る。ステップＳ５では、ステップＳ３で取得した「Ｐ(3)1」を「Ｐ(3)0」に代入する。これにより、ステップＳ３で取得した「Ｐ(3)1」は、次回の処理ルーチンにおいて「Ｐ(3)0」として使用される。一方、「Ｐ(3)0＞Ｐ(3)1」であれば、λ／４波長板を反時計回りに回転させる必要があると判断し、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、λ／４波長板をいったんステップＳ２が実行される前の状態に戻した後、そのλ／４波長板を反時計回りに所定量だけ回転させる。この後、ステップＳ３へ戻る。
【００４４】
「Ｐ(3)0＝Ｐ(3)1」であれば、ステップＳ７でカウンタを１だけインクリメントし、ステップＳ８でそのカウンタの値をチェックする。ここで「Ｐ(3)0＝Ｐ(3)1」とは、２つの値が互いに完全に一致している状態だけでなく、２つの値が互いに概ね一致している状態（すなわち、２つの値の差が所定の閾値よりも小さい状態）を含むものとする。そして、カウンタの値が所定値（ここでは、５）よりも小さければ、ステップＳ５を経由してステップＳ２へ戻る。一方、カウンタの値が「５」に達していれば、ステップＳ９においてそのカウンタをリセットした後、ステップＳ１１へ進む。
【００４５】
ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理は、基本的に、上述したステップＳ２〜Ｓ８の処理と同じである。ただし、ステップＳ１１〜Ｓ１７では、偏波コントローラ３のλ／２波長板の角度が調整される。なお、ステップＳ１〜Ｓ１７は、複数回繰り返し実行するようにしてもよい。
【００４６】
上述のようにしてステップＳ１〜Ｓ１７を実行することにより、受光器３３により検出される光サンプリングパルスのパワーが最小化される。すなわち、光サンプリングパルスの偏光状態が最適化される。なお、上述の実施例では、受光器３３により検出されるパワーを最小化する制御が行われているが、そのパワーを所定の閾値よりも小さくする制御を行ってもよい。
【００４７】
図６は、被測定光の偏光状態を制御する制御部４６の動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、常に、または定期的に繰返し実行される。また、このフローチャートの処理も、被測定光の波形を測定する動作と並列に実行することができる。ただし、図５および図６に示すフローチャートの処理は、互いに独立して実行することができる。
【００４８】
図６に示すフローチャートのステップＳ２１〜Ｓ２９、Ｓ３１〜Ｓ３７の処理は、基本的には、図５に示すフローチャートのステップＳ１〜Ｓ９、Ｓ１１〜Ｓ１７の処理と同じである。また、ステップＳ２１〜Ｓ３７の処理も複数繰り返し回実行するようにしてもよい。ただし、図６に示すフローチャートでは、光ファイバ２３から出力される被測定光のパワーおよび偏光子２４から出力される被測定光のパワーが検出される。すなわち、偏光子２４へ入力する被測定光のパワーＰ(1) およびその偏光子２４から出力される被測定光のパワーＰ(2) が検出される。そして、下式により表される変数Ｐを最小化するように偏波コントローラ２の状態を調整する。なお、ｋは、光サンプリング回路１の構成に起因して発生する光損失に相当する定数である。
Ｐ＝Ｐ(2) ／ｋ−Ｐ(1) 
【００４９】
上記制御を実現するために、ステップＳ２１において、受光器４２を用いて偏光子２４へ入力する被測定光のパワーＰ(1)0が検出され、受光器４５を用いて偏光子２４から出力される被測定光のパワーＰ(2)0が検出される。また、ステップＳ２３、Ｓ３２において、偏光子２４へ入力する被測定光のパワーＰ(1)1および偏光子２４から出力される被測定光のパワーＰ(2)1が検出される。さらに、ステップＳ２４、Ｓ３３において、変数Ｐ0 と変数Ｐ1 とが比較される。なお、変数Ｐ0 および変数Ｐ1 は、下式により得られる。
Ｐ0 ＝Ｐ(2)0／ｋ−Ｐ(1)0
Ｐ1 ＝Ｐ(2)1／ｋ−Ｐ(1)1
【００５０】
上記手順により変数Ｐが最小化される。ここで、図７を参照しながら、変数Ｐを最小化することで被測定光の偏波状態が最適化される理由を説明する。なお、図７の説明では、光サンプリングパルスは、時間領域において、被測定光が伝搬する光パルスの一部のみに重複するものとする。ここで、「光パルスの一部」とは、Ｎ個の光パルスのうちのＭ（Ｍ＜Ｎ）個の光パルスを意味する場合、または、各光パルスの一部を意味する場合に相当する。また、図７に示すモデルにおいて、受光器４２および受光器４５により検出される光パワーをそれぞれ「Ｐ(1) 」および「Ｐ(2) 」とする。
【００５１】
まず、被測定光の偏波状態が最適化された状態を想定する。そして、この最適状態においては、光サンプリングパルスが存在するときに光ファイバ２３から出力される被測定光の平均パワーは「Ｐs1」であるものとする。また、光サンプリングパルスが存在しないときに光ファイバ２３から出力される被測定光の平均パワーは「Ｐs2」であるものとする。そうすると、受光器４２により検出される光パワーＰ(1) は、下式により表すことができる。
Ｐ(1) ＝Ｐs1＋Ｐs2
【００５２】
また、上記最適状態においては、光サンプリングパルスが存在するときは、偏光子（ＰＢＳ）２４から出力される被測定光のパワーは、「ｋ×Ｐs1」となる。ここで、ｋは、偏光子２４において所定の偏波成分を抽出する際に発生する損失および光信号を受光器４５へ分岐するための光カプラにおける損失などに起因して決まる定数である。一方、光サンプリングパルスが存在しないときは、被測定光は、偏光子２４により完全に遮断される。したがって、この場合、受光器４５により検出される光パワーＰ(2) は、下式により表すことができる。
Ｐ(2) ＝ｋ×Ｐs1
【００５３】
次に、被測定光の偏波状態が変動したものとする。この場合、被測定光の偏光方向と光サンプリングパルスの偏光方向の差異が適正値からずれることとなり、光ファイバ２３において発生する非線形効果（特に、光パラメトリック増幅の利得）が変化する。ここで、光サンプリングパルスが存在するときに被測定光の偏波状態の変動に起因してその被測定光のパワーが変化する量を「ΔＰ1 」とする。そうすると、被測定光の偏波状態が変動したときに受光器４２により検出される光パワーＰ(1) は、下記（ａ）式により表される。
Ｐ(1) ＝Ｐs1＋ΔＰ1 ＋Ｐs2・・・（ａ）
【００５４】
また、被測定光の偏波状態が変動すると、光サンプリングパルスが存在しないときの被測定光の偏光方向は、偏光子２４の偏光主軸に直交する方向からずれてしまう。このため、被測定光の一部が偏光子２４から漏れ出てしまう。ここで、光サンプリングパルスが存在しないときに被測定光の偏波状態の変動に起因して偏光子２４から漏れ出る光のパワーを「ΔＰ」とする。そうすると、被測定光の偏波状態が変動したときに受光器４５により検出される光パワーＰ(2) は、下記（ｂ）式により表される。
Ｐ(2) ＝ｋ×（Ｐs1＋ΔＰ1 ）＋ΔＰ・・・（ｂ）
【００５５】
そして、（ａ）式および（ｂ）式から下記（ｃ）式が得られる。
Ｐ(2) ／ｋ−Ｐ(1) ＝ΔＰ−Ｐs2・・・（ｃ）
ここで、被測定光の偏波状態を適正状態に近づけると、「ΔＰ」が小さくなるはずである。そして、「ΔＰ」を最小化することは、上記（ｃ）式において「Ｐ(2) ／ｋ−Ｐ(1) 」を最小化することと等価である。したがって、変数Ｐとして表した「Ｐ(2) ／ｋ−Ｐ(1) 」を最小化する制御を行うことにより、被測定光の偏波状態を最適することができる。
【００５６】
このように、実施形態の光波形測定装置において使用される光サンプリング回路は、被測定光および光サンプリングパルスの偏波状態をそれぞれ最適化する機能を備えている。ここで、この機能による調整動作は、被測定光の光波形を観測または測定する動作と並列に行うことができる。このため、例えば、温度変化等に起因して光波形測定装置の稼働中に光ファイバ２３の特性が変化したとしても、被測定光および光サンプリングパルスの偏波状態を、常時、最適な状態に保つことができる。したがって、常に、光信号の波形を高い精度で測定することができる。また、実施形態の光波形測定装置は、非特許文献１に記載されているような高価な構成を必要としない。
【００５７】
＜光サンプリング回路のバリエーション＞
光ファイバ２３は、例えば、ゲルマニウム等を添加した高非線形ファイバ、フォトニック結晶ファイバ等を使用することができる。これらの光ファイバを使用すれば、温度変化に対する特性の安定化が図れる。また、光ファイバ２３の代わりに、他の非線形光学媒質を使用することも可能である。他の非線形光学媒質としては、例えば、フォトニック結晶を使用することができる。
【００５８】
偏波コントローラ２、３は、上述の実施例では、λ／２波長板およびλ／４波長板を供える波長板型偏波コントローラを示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、偏波コントローラ２、３として公知の各種技術を利用することができる。波長板型の他には、例えば、LiNbO3型偏波コントローラ、応力型偏波コントローラ、ファラデー回転子等を使用することができる。これらの中で、応力型偏波コントローラは、応答速度が速く、偏波コントローラ２、３として好適である。なお、応力型偏波コントローラの一例としては、例えば、米国General Photonics Corp社の”PolaRITEII”を使用することができる。
【００５９】
図８〜図１２は、光サンプリング回路の変形例を示す図である。図８に示す光サンプリング回路においては、光スプリッタ４３の前段にバンド透過フィルタ２５が設けられている。そして、このバンド透過フィルタ２５から出力される光信号（すなわち、被測定光）の一部が光スプリッタ４３により分岐されて受光器４５に導かれる。この構成によれば、図３に示した構成と比較すると、光フィルタ（具体的には、バンド透過フィルタ４４）を減らすことができる。
【００６０】
図９に示す光サンプリング回路においては、図３に示したバンド透過フィルタ２５、４１、４４の代わりに、バンド除去フィルタ５１、５２、５３を備える。ここで、各バンド除去フィルタ５１〜５３は、光サンプリングパルスを伝搬する光の波長成分λc を除去するが、被測定光の波長成分λs は除去しない。よって、バンド除去フィルタ５１、５２、５３は、実質的に、バンド透過フィルタ２５、４１、４４と同じ役割を果たす。この構成によれば、被測定光の波長の選択の自由度が高くなる。なお、バンド除去フィルタは、例えば、ファイバブラッググレーティングにより実現される。
【００６１】
図１０に示す光サンプリング回路においては、光スプリッタ４３の前段にバンド除去フィルタ５１が設けられている。そして、このバンド透過フィルタ５１から出力される光信号の一部が光スプリッタ４３により分岐されて受光器４５に導かれる。この構成によれば、図９に示した構成と比較すると、光フィルタ（具体的には、バンド除去フィルタ５３）を減らすことができる。
【００６２】
図１１に示す光サンプリング回路においては、偏光子２４へ光信号を入力する光パスおよび偏光子２４から光信号を出力する光パスが光導波路により形成されている。このため、光ファイバ２３から出力される光信号は、光カプラ６１により分岐されて偏光子２４および光カプラ６２に導かれる。そして、光カプラ６２は、その光信号を分岐して偏光子３１およびバンド除去フィルタ５２に導く。また、偏光子２４から出力される光信号は、光カプラ６３により分岐されてバンド除去フィルタ５１、５３に導かれる。この構成を導入すれば、外部振動等に対する安定性が高くなる。
【００６３】
図１２に示す光サンプリング回路においては、光カプラ６３の前段にバンド除去フィルタ５１が設けられている。そして、このバンド透過フィルタ５１から出力される光信号の一部が光カプラ６３により分岐されて受光器４５に導かれる。この構成によれば、図１１に示した構成と比較すると、光フィルタ（具体的には、バンド除去フィルタ５３）を減らすことができる。
【００６４】
＜光伝送システム＞
図１３は、本発明に係わる光スイッチを利用した光伝送システム７０の構成を示す図である。図１３において、送信機７１は、Ｎ個の光信号を時間分割多重して送信する。ここで、各光信号のビットレートは、Ｂ／Ｎ(bps) であるものとする。そうすると、送信機７１から送信される光多重信号のビットレートは、Ｂ(bps) である。そして、送信機７１から送信される光多重信号は、光伝送路上に設けられている光増幅器により増幅されながら伝送される。
【００６５】
光分配器７２は、光伝送路を介して受信した光多重信号を複数の光スイッチ１−１〜１−Ｎへ分配する。光分配器７２は、特に限定されるものではないが、例えば、１：Ｎカプラにより実現可能である。
【００６６】
クロック抽出回路７３は、光多重信号からクロック信号を抽出する。クロック抽出回路７３により抽出されるクロック信号の周波数は、Ｂ／Ｎ(Hz)である。そして、抽出されたクロック信号は、光スイッチ１−１〜１−Ｎに与えられる。ここで、光スイッチ１−１〜１−Ｎに与えられる各クロック信号のタイミングは、互いに１／Ｂ秒ずつシフトしている。なお、入力光信号からクロック信号を抽出する技術は、公知であり、例えば、C.Boerner, et al., “320Gbit/s Clock Recovery with Electro-Optical PLL using a bidirectionally operated Electroabsorption Modulator as Phase Comparator”, OFC2005, OTuO3 に記載されている。
【００６７】
各光スイッチ１−１〜１−Ｎは、図３〜図１２を参照しながら説明した光サンプリング回路により実現される。ただし、図３〜図１２を参照しながら説明した光サンプリング回路が各光スイッチ１−１〜１−Ｎとして使用される場合には、被測定光の代わりに上述の光多重信号が入力される。また、光サンプリングパルスの代わりにクロック抽出回路７３が生成するクロック信号に同期する光クロック信号が使用される。そして、光スイッチ１−１〜１−Ｎから出力される光信号は、それぞれ受信機７４−１〜７４−Ｎにより受信される。これにより、送信機７１から送信されたＮ個の光信号が受信機７４−１〜７４−Ｎにより受信される。
【００６８】
上記構成の光伝送システムにおいては、本発明に係わる光スイッチを利用して光信号の分離が実現される。ここで、本発明に係わる光スイッチにおいては、常時、光多重信号および光クロック信号の偏波状態が適切に制御される。したがって、通信品質が向上する。
【００６９】
＜光波形測定装置（光サンプリングオシロスコープ）＞
本発明の実施形態の光波形測定装置は、光サンプリングオシロスコープであり、図３〜図１２を参照しながら説明した光サンプリング回路によりサンプリングされる被測定光の波形を表示する。ここで、図１４を参照しながら、光サンプリングオシロスコープの動作原理を簡単に説明する。
【００７０】
以下の説明では、被測定光が伝搬する光信号の繰返し周波数がｆo であるものとする。この場合、用意すべき光サンプリングパルスの周波数は「ｆo ／Ｎ＋Δｆ」である。ここで、「Ｎ」は、１以上の整数であり、図１４に示す例では「２」である。また、「Δｆ」は、「ｆo 」と比較して十分に低い周波数である。そして、これらの被測定光および光サンプリングパルスが上述した光サンプリング回路の非線形光学媒質（上述の実施例では、光ファイバ２３）に入力される。なお、光サンプリングパルスのパルス幅は、観測すべき光信号のパルス幅よりも狭いことが好ましい。また、用意すべき光サンプリングパルスの周波数は「ｆo ／Ｎ−Δｆ」であってもよい。
【００７１】
光サンプリング回路は、光サンプリングパルスが存在する時間領域の被測定光をサンプリングして出力する。そして、光サンプリング回路から出力される光信号は、受光回路により電気信号に変換される。この電気信号は、光信号のパワーを表す。図１４に示す例では、光サンプリングパルスＳＰ１〜ＳＰ４に対応して、光パワー値Ｓ１〜Ｓ４が得られている。ここで、光サンプリングパルスの周波数は、被測定光が伝搬する光信号の周波数（または、そのＮ分の１の周波数）から僅かにシフトしている。よって、光信号のパワーの時間変化を検出することができる。
【００７２】
上述のようにして得られる光パワー値Ｓ１〜Ｓ４は、表示装置に表示される。これにより光信号の波形が表示される。なお、光信号の波形に基づいてその光波形の品質を評価する技術は公知であり、各種評価ソフトウェアが知られている。
【００７３】
図１５は、実施形態の光波形測定装置の具体的な構成を示す図である。この光波形測定装置は、上述した光サンプリング回路を備える。なお、ここでは、図３に示した光サンプリング回路１を備える構成を示すが、上述した他の任意の光サンプリング回路を使用することができる。
【００７４】
クロック抽出回路８１は、被測定光からクロック信号を抽出する。抽出されるクロック信号の周波数は「ｆo 」である。ＲＦ発振器８２は、周波数Δｆを持った周期波信号を生成する。トリガー回路８３は、クロック抽出回路８１により得られるクロック信号およびＲＦ発振器８２により得られる周期波信号を利用して、駆動信号を生成する。そして、サンプリングパルス光源２１は、この駆動信号に応じて光サンプリングパルスを生成する。ここで、この駆動信号の周波数は「ｆo ／Ｎ＋Δｆ」である。よって、生成される光サンプリングパルスの周波数も「ｆo ／Ｎ＋Δｆ」である。
【００７５】
光サンプリング回路１によりサンプリングされた被測定光は、光電変換器８４により電気信号に変換される。光電変換器８４の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器８５によりデジタルデータに変換される。ここで、Ａ／Ｄ変換器８５は、トリガー回路８３が生成する駆動回路に同期してＡ／Ｄ変換処理を行う。そして、このＡ／Ｄ変換器８５により得られるデジタルデータは、垂直軸データとして波形表示器８６に与えられる。一方、波形表示器８６の水平軸データには、ＲＦ発振器８２から出力される周期波信号が与えられる。
【００７６】
上記構成により、被測定光が伝搬する光信号の波形が波形表示器８６に表示される。このとき、波形表示器８６に波形を表示する動作と並列に、常時、被測定光および光サンプリングパルスの偏波状態を最適化する動作が実行される。したがって、常に、被測定光の波形を精度よく測定できる。
【００７７】
図１６は、複数の被測定光の波形を測定し得る光波形測定装置の構成を示す図である。なお、各被測定光が伝搬する光パルスの繰返し周波数ｆo は、互いに同じであるものとする。
【００７８】
この光波形測定装置は、複数の被測定光パルスの波形を測定するために、複数の偏波コントローラ２−１〜２−Ｍ、３−１〜３−Ｍ、複数の光カプラ２２−１〜２２−Ｍ、複数の光ファイバ２３−１〜２３−Ｍ、複数の波長フィルタ２５−１〜２５−Ｍ、複数のドライバ３５−１〜３５−Ｍ、４７−１〜４７−Ｍ、複数の光電変換器８４−１〜８４−Ｍ、複数のＡ／Ｄ変換器８５−１〜８５−Ｍ、複数のモニタ回路９１−１〜９１−Ｍを備えている。なお、サンプリングパルス光源２１、クロック抽出回路８１、ＲＦ発振器８２、波形表示器８６は、先に説明したものと同じである。また、方向性結合器９２は、サンプリングパルス光源２１により生成される光サンプリングパルスを偏波コントローラ３−１〜３−Ｍに導く。
【００７９】
図１７は、モニタ回路の構成を示す図である。ここで、モニタ回路９１−ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｍ）は、複数のモニタ回路９１−１〜９１−Ｍの中の任意の１つを表す。そして、モニタ回路９１−ｉは、図３を参照しながら説明した偏光子２４、３１、光スプリッタ２６、２７、４３、バンド透過フィルタ３３、４１、４４、受光器３３、４２、４５、制御部３４、４６を備える。ただし、モニタ回路９１−ｉには、光ファイバ２３−ｉから出力される光信号が入力される。また、モニタ回路９１−ｉに設けられるバンド透過フィルタ４１、４４は、波長λi を持った光を透過させる。さらに、モニタ回路９１−ｉに設けられる制御部３４、４６により生成される制御信号は、それぞれ、ドライバ３５−ｉ、４７−ｉに送られる。
【００８０】
このように、図１６に示す光波形測定装置は、各被測定光について個別に偏波状態を制御する回路が設けられている。
図１８は、複数の被測定光の波形を測定し得る光波形測定装置の他の構成を示す図である。図１８に示す光波形測定装置は、図１６に示す光波形測定装置の光ファイバ２３−１〜２３−Ｍ、およびモニタ回路９１−１〜９１−Ｍを共通化した構成である。ここでは、複数の被測定光の波長（λ1 〜λM ）は、互いに異なっている。
【００８１】
方向性結合器１０１は、偏波コントローラ２−１〜２−Ｍから出力される被測定光を合波する。光カプラ１０２は、方向性結合器１０１から出力される光信号を光カプラ２２に導くと共に、その一部を分岐して波長モニタ部１０３へ導く。波長モニタ部１０３は、方向性結合器１０１の出力光の波長を検出する。なお、波長モニタ部１０３により検出される波長は、複数の被測定光の中の任意の波長（λ1 〜λM ）である。波長可変フィルタ１０４、１０５は、上述したバンド透過フィルタ４１、４４に代わりに設けられ、任意の波長（λ1 〜λM ）を選択的に透過させることができる。方向性結合器１０６は、偏光子２４から出力される光信号をバンド透過フィルタ２５−１〜２５−Ｍに導く。なお、バンド透過フィルタ２５−１〜２５−Ｍは、その中心波長を可変させることができる。バンド透過フィルタ２５―１〜２５―Ｍの中心波長は、波長モニタ部１０３が波長λi を検出したときにその波長モニタ部１０３により設定される。
【００８２】
上記構成の光波形測定装置に被測定光パルスｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｍ）が入力されると、波長モニタ部１０３は、波長λi を検出した旨を波長可変フィルタ１０４、１０５に通知する。波長可変フィルタ１０４、１０５は、この通知を受け取ると、それぞれ透過波長を「λi 」に設定する。波長可変フィルタ１０４、１０５から出力される光信号のパワーは、受光器４２、４５により検出される。そして、制御部４６は、受光器４２、４３により検出されるパワー値を利用して図６に示すフローチャートの処理を実行する。このとき、制御部４６は、ドライバ４７−ｉを介して偏波コントローラ２−ｉの偏波状態を制御する。
【００８３】
上述の制御は、例えば、下記の手順により実現される。すなわち、制御部４６は、偏波状態を制御すべき被測定光を指示する波長選択信号を生成する。ここで、この波長制御信号は、波長λ1 〜λM を１つずつサイクリックに指定する信号である。そして、この波長制御信号は、波長モニタ部１０３に送られる。波長モニタ部１０３は、指定された波長の光パワーをモニタし、そのパワー値が所定の閾値よりも大きければ対応する被測定光が入力されているものと判断し、その旨を波長可変フィルタ１０４、１０５に通知する。以降の動作は上述した通りである。この手順を導入すれば、波形測定動作を継続しながら、複数の被測定光の偏波状態を、順次、最適化することができる。
【００８４】
（付記１）
被測定光の偏波状態を制御する第１の偏波コントローラと、
前記被測定光をサンプリングするための光サンプリングパルスの偏波状態を制御する第２の偏波コントローラと、
前記第１の偏波コントローラにより偏波状態が制御された被測定光および前記第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号から所定の直線偏波成分を抽出する抽出手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて、前記被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、前記第１の偏波コントローラを調整する第１の調整手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号および前記抽出手段から出力される光信号の少なくとも一方に基づいて、前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、前記第２の偏波コントローラを調整する第２の調整手段、を有し、
前記被測定光の波形測定のために前記抽出手段から出力される光信号を使用する光波形測定装置。
【００８５】
（付記２）
前記第１の調整手段は、前記被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して概ね直交するように前記第１の偏波コントローラを調整し、
前記第２の調整手段は、前記被測定光の偏光方向および前記光サンプリングパルスの偏光方向が互いに４０〜５０度異なるように、前記第２の偏波コントローラを調整する
ことを特徴とする付記１に記載の光波形測定装置。
【００８６】
（付記３）
前記第１の調整手段は、前記被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して概ね直交するように前記第１の偏波コントローラを調整し、
前記第２の調整手段は、前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して４０〜５０度回転した状態となるように、前記第２の偏波コントローラを調整する
ことを特徴とする付記１に記載の光波形測定装置。
【００８７】
（付記４）
前記第２の調整手段は、
前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して概ね４５度の方向の偏波成分抽出軸を有し、前記非線形光学媒質から出力される光信号から直線偏波成分を抽出する偏光子と、
前記偏光子の入力側または出力側に設けられ、前記光サンプリングパルスの波長成分を透過させる光フィルタと、
前記光フィルタの出力光のパワーを最小化するように、前記第２の偏波コントローラを調整する処理手段、を有する
ことを特徴とする付記３に記載の光波形測定装置。
【００８８】
（付記５）
前記第１の調整手段は、
前記非線形光学媒質から出力される光信号から前記被測定光の波長成分を抽出して第１のモニタ光を生成する第１のモニタ光生成手段と、
前記抽出手段から出力される光信号から前記被測定光の波長成分を抽出して第２のモニタ光を生成する第２のモニタ光生成手段と、
前記第１および第２のモニタ光のパワーに基づいて、前記第１の偏波コントローラを調整する処理手段、を有する
ことを特徴とする付記３に記載の光波形測定装置。
【００８９】
（付記６）
前記抽出手段は、前記被測定光の波長成分を抽出する光フィルタを含み、
前記第２のモニタ光は、前記光フィルタの出力光を分岐することにより得られる
ことを特徴とする付記５に記載の光波形測定装置。
【００９０】
（付記７）
前記第１の調整手段は、
前記非線形光学媒質から出力される光信号から前記光サンプリングパルスの波長成分を除去して第１のモニタ光を生成する第１のモニタ光生成手段と、
前記抽出手段から出力される光信号から前記光サンプリングパルスの波長成分を除去して第２のモニタ光を生成する第２のモニタ光生成手段と、
前記第１および第２のモニタ光のパワーに基づいて、前記第１の偏波コントローラを調整する処理手段、を有する
ことを特徴とする付記３に記載の光波形測定装置。
【００９１】
（付記８）
前記抽出手段は、前記光サンプリングパルスの波長成分を除去する光フィルタを含み、
前記第２のモニタ光は、前記光フィルタの出力光を分岐することにより得られる
ことを特徴とする付記７に記載の光波形測定装置。
【００９２】
（付記９）
前記処理手段は、「Ｐ２／ｋ−Ｐ１」を最小化するように、前記第１の偏波コントローラを調整する（Ｐ１は、前記第１のモニタ光のパワー、Ｐ２は、前記第２のモニタ光のパワー、ｋは、所定の定数を表す）
ことを特徴とする付記５〜８のいずれか１つの付記に記載の光波形測定装置。
【００９３】
（付記１０）
前記抽出手段の光入力パスおよび前記抽出手段の光出力パスは、自由空間伝送により実現される
ことを特徴とする付記１に記載の光波形測定装置。
【００９４】
（付記１１）
前記抽出手段の光入力パスおよび前記抽出手段の光出力パスは、光導波路により実現される
ことを特徴とする付記１に記載の光波形測定装置。
【００９５】
（付記１２）
前記被測定光により伝搬される光信号の繰返し周波数のＮ（Ｎは、１を含む整数）分の１の周波数に所定のシフト周波数を加算または減算することにより得られるサンプリング周波数を持った光パルスを前記光サンプリングパルスとして出力するサンプリングパルス光源と、
前記抽出手段の出力光から前記被測定光の波長成分を抽出する光フィルタと、
前記光フィルタの出力光を電気信号に変換する受光回路と、
前記シフト周波数を持った周期波信号を利用して前記受光回路の出力信号を表示する表示器をさらに有する
ことを特徴とする付記１に記載の光波形測定装置。
【００９６】
（付記１３）
互いに波長の異なる複数の被測定光の偏波状態をそれぞれ制御する複数の第１の偏波コントローラと、
前記複数の被測定光をサンプリングするための複数の光サンプリングパルスの偏波状態をそれぞれ制御する複数の第２の偏波コントローラと、
それぞれ対応する第１の偏波コントローラにより偏波状態が制御された被測定光および対応する第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される複数の非線形光学媒質と、
前記複数の非線形光学媒質から出力される複数の光信号からそれぞれ所定の直線偏波成分を抽出する複数の抽出手段と、
それぞれ、対応する非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて、被測定光の偏光方向が対応する抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、対応する第１の偏波コントローラを調整する複数の第１の調整手段と、
それぞれ、対応する非線形光学媒質から出力される光信号および対応する抽出手段から出力される光信号に基づいて、光サンプリングパルスの偏光方向が対応する抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、対応する第２の偏波コントローラを調整する複数の第２の調整手段と、
前記被測定光により伝搬される光信号の繰返し周波数のＮ（Ｎは、１を含む整数）分の１の周波数に所定のシフト周波数を加算または減算することにより得られるサンプリング周波数を持った光パルスを前記光サンプリングパルスとして出力するサンプリングパルス光源と、
前記複数の抽出手段の出力光からそれぞれ対応する被測定光の波長成分を抽出する複数の光フィルタと、
前記複数の光フィルタの出力光をそれぞれ電気信号に変換する複数の受光回路と、
前記シフト周波数を持った周期波信号を利用して前記複数の受光回路の出力信号を表示する表示器、
を有する光波形測定装置。
【００９７】
（付記１４）
互いに波長の異なる複数の被測定光の偏波状態をそれぞれ制御する複数の第１の偏波コントローラと、
前記複数の第１の偏波コントローラの出力を結合する光結合器と、
前記複数の被測定光をサンプリングするための光サンプリングパルスの偏波状態を制御する第２の偏波コントローラと、
前記光結合器から出力される被測定光および前記第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号から所定の直線偏波成分を抽出する抽出手段と、
前記光結合器から出力される被測定光の波長をモニタする波長モニタ手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて、被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、前記波長モニタ手段のモニタ結果に対応する第１の偏波コントローラを調整する第１の調整手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号および前記抽出手段から出力される光信号に基づいて、前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、前記第２の偏波コントローラを調整する第２の調整手段と、
前記被測定光により伝搬される光信号の繰返し周波数のＮ（Ｎは、１を含む整数）分の１の周波数に所定のシフト周波数を加算または減算することにより得られるサンプリング周波数を持った光パルスを前記光サンプリングパルスとして出力するサンプリングパルス光源と、
前記抽出手段の出力光からそれぞれ対応する被測定光の波長成分を抽出する複数の光フィルタと、
前記複数の光フィルタの出力光をそれぞれ電気信号に変換する複数の受光回路と、
前記シフト周波数を持った周期波信号を利用して前記複数の受光回路の出力信号を表示する表示器、
を有する光波形測定装置。
【００９８】
（付記１５）
被測定光の偏波状態を制御する第１の偏波コントローラと、前記被測定光をサンプリングするための光サンプリングパルスの偏波状態を制御する第２の偏波コントローラと、前記第１の偏波コントローラにより偏波状態が制御された被測定光および前記第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光サンプリングパルスが入力される非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質から出力される光信号から所定の直線偏波成分を抽出する抽出手段、を備える光波形測定装置で前記被測定光の波形を測定する方法であって、
前記抽出手段から出力される光信号を利用して前記被測定光の波形を測定する動作と並列に、
前記非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて、前記被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、前記第１の偏波コントローラを調整し、
前記非線形光学媒質から出力される光信号および前記抽出手段から出力される光信号の少なくとも一方に基づいて、前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、前記第２の偏波コントローラを調整する、
ことを特徴とする光波形測定方法。
【００９９】
（付記１６）
複数の光信号が時間多重された光多重信号を伝送する光伝送システムであって、
複数の光スイッチと、
前記光多重信号を前記複数の光スイッチに分配する光分配器と、
前記光多重信号からその光多重信号に同期するクロック信号を抽出して前記複数の光スイッチに供給するクロック抽出回路と、
前記複数の光スイッチから出力される光信号を受信する複数の受信器、を有し、
各光スイッチは、それぞれ、
前記光分配器から与えられる光信号の偏波状態を制御する第１の偏波コントローラと、
前記クロック信号を利用して生成される光パルスの偏波状態を制御する第２の偏波コントローラと、
前記第１の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光信号および前記第２の偏波コントローラにより偏波状態が制御された光パルスが入力される非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号から所定の直線偏波成分を抽出する抽出手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号に基づいて、前記被測定光の偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第１の角度を有するように、前記第１の偏波コントローラを調整する第１の調整手段と、
前記非線形光学媒質から出力される光信号および前記抽出手段から出力される光信号に基づいて、前記光サンプリングパルスの偏光方向が前記抽出手段の偏波成分抽出軸に対して第２の角度を有するように、前記第２の偏波コントローラを調整する第２の調整手段、を有する
ことを特徴とする光伝送システム。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の光波形測定装置の基本構成を示す図である。
【図２】光サンプリング回路の動作を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態の光波形測定装置に使用される光サンプリング回路の構成を示す図である。
【図４】偏光子の設定について説明する図である。
【図５】光サンプリングパルスの偏光状態を制御する制御部の動作を示すフローチャートである。
【図６】被測定光の偏光状態を制御する制御部の動作を示すフローチャートである。
【図７】被測定光の偏光状態を制御する方法の要部を説明する図である。
【図８】光サンプリング回路の変形例（その１）である。
【図９】光サンプリング回路の変形例（その２）である。
【図１０】光サンプリング回路の変形例（その３）である。
【図１１】光サンプリング回路の変形例（その４）である。
【図１２】光サンプリング回路の変形例（その５）である。
【図１３】本発明に係わる光スイッチを利用した光伝送システムの構成を示す図である。
【図１４】光サンプリングオシロスコープの動作原理を説明する図である。
【図１５】実施形態の光波形測定装置の具体的な構成を示す図である。
【図１６】複数の被測定光の波形を測定し得る光波形測定装置の構成を示す図である。
【図１７】モニタ回路の構成を示す図である。
【図１８】複数の被測定光の波形を測定し得る光波形測定装置の他の構成を示す図である。
【図１９】従来の光波形測定装置の構成を示す図（その１）である。
【図２０】従来の光波形測定装置の構成を示す図（その２）である。
【図２１】従来の光波形測定装置の構成を示す図（その３）である。
【図２２】従来の光波形測定装置の構成を示す図（その４）である。
【符号の説明】
【０１０１】
１      光サンプリング回路
２      （第１の）偏波コントローラ
３      （第２の）偏波コントローラ
４      非線形光学媒質
５      抽出部
６      第１の調整部
７      第２の調整部
１１      表示部
２１      サンプリングパルス光源
２３      光ファイバ
２４      偏光子
２５、３２、４１、４４      バンド透過フィルタ
３１      偏光子
３４、４６      制御部
５１〜５３      バンド除去フィルタ
６１〜６３      光カプラ
７３、８１      クロック抽出回路
８６      波形表示器
９１−１〜９１−Ｍ      モニタ回路
１０３      波長モニタ部
１０４、１０５      波長可変フィルタ
【図１】
2007240389.tif 000003
【図３】
2007240389.tif 000004
【図４】
2007240389.tif 000005
【図５】
2007240389.tif 000006
【図６】
2007240389.tif 000007
【図８】
2007240389.tif 000008
【図９】
2007240389.tif 000009
【図１０】
2007240389.tif 000010
【図１１】
2007240389.tif 000011
【図１２】
2007240389.tif 000012
【図１３】
2007240389.tif 000013
【図１４】
2007240389.tif 000014
【図１５】
2007240389.tif 000015
【図１６】
2007240389.tif 000016
【図１７】
2007240389.tif 000017
【図１８】
2007240389.tif 000018
【図１９】
2007240389.tif 000019
【図２０】
2007240389.tif 000020
【図２２】
2007240389.tif 000021
【図２】
2007240389.tif 000022
【図７】
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【図２１】
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