(57)【要約】【課題】被試験デバイス（ＤＵＴ）の信号入力の位相角度に対する局部発振器の位相角度を正確に調整する。【解決手段】レーザ信号源２１０は、光信号を光コンポーネント・アナライザ（ＬＣＡ）２２０に供給する。光位相調整器２５２は、ファイバ光ケーブルの長さを制御可能に伸張するよう構成されるループ・ストレッチャで実現でき、位相調整駆動回路２５０で駆動される。ＬＣＡ２２０は、ＤＵＴ２３０への第１試験入力を駆動する。ＤＵＴ２３０の出力は、ＤＵＴ２３０のＬＯ入力に結合されるよう構成される光位相調整器２５２の出力を駆動する。モニタ・セレクタ２４０は、ＤＵＴ２３０の少なくとも２つの出力を受けて、ＤＵＴ２３０の選択された出力を位相調整駆動回路２５０へ伝送し、これは、モニタ・セレクタ２４０で選択されたＤＵＴ２３０の出力に基づく制御信号により、光位相調整器２５２を駆動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験デバイス（ＤＵＴ）に入力する信号の位相角度に対する局部発振器の位相角度を調整する位相調整器であって、
光コンポーネント・アナライザと、位相調整駆動回路に駆動される光位相調整器とに結合されるよう構成されるレーザ信号源と、
上記ＤＵＴの第１試験入力端子に結合されるよう構成される上記光コンポーネント・アナライザの出力端子と、
上記ＤＵＴへの発振器入力端子に結合されるよう構成される上記光位相調整器の出力端子と、
上記ＤＵＴの少なくとも２つの出力信号を受けるよう構成される共に、上記ＤＵＴの選択された出力信号を上記位相調整駆動回路に伝送するよう構成されるモニタ・セレクタと
を具え、
上記位相調整駆動回路が、上記モニタ・セレクタによって選択された上記ＤＵＴの上記出力信号に基づく制御信号により、上記光位相調整器を駆動するよう構成される位相調整器。
【請求項２】
上記位相調整駆動回路の上記制御信号は、上記光コンポーネント・アナライザの出力信号と上記光位相調整器の出力信号の位相角度差を、制御可能に駆動して約ゼロにする、請求項１による局部発振器の位相角度を調整する位相調整器。
【請求項３】
被試験デバイス（ＤＵＴ）に入力する信号の位相角度に対する局部発振器の位相角度を調整する方法であって、
レーザから上記ＤＵＴの信号入力端子まで固定パス長を経験する第１レーザ信号を生成する処理と、
レーザから上記ＤＵＴの局部発振器入力端子まで、光位相調整器を含む可変長パスを経験する第２レーザ信号を生成する処理と、
上記ＤＵＴの出力信号を、ファイバ光ケーブルの制御可能なループのための位相コントローラ駆動回路に選択的に結合する処理と、
上記ＤＵＴの選択された出力信号から導出される制御信号により、上記光位相調整器を駆動する処理と
を具える位相角度調整方法。
【請求項４】
被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するシステムであって、
光コンポーネント・アナライザと、位相調整駆動回路に駆動される光位相調整器とに結合されるよう構成されるレーザ信号源と、
上記ＤＵＴへの第１試験入力端子に結合される上記光コンポーネント・アナライザの出力端子と、
上記ＤＵＴへの発振器入力端子に結合される上記位相調整駆動回路の出力端子と、
上記ＤＵＴの少なくとも２つの出力信号を受けるよう構成される共に、上記ＤＵＴの選択された出力信号を上記位相調整駆動回路に伝送するよう構成されるモニタ・セレクタと
を具え、
上記位相調整駆動回路が、上記モニタ・セレクタによって選択された上記ＤＵＴの上記出力信号に基づく制御信号により、上記光位相調整器を駆動するよう構成される試験システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大まかに言えば、光コンポーネント・アナライザ（ＬＣＡ）を用いて、集積型コヒーレント光受信器（ＩＣＲ）の周波数応答を試験するための光学的な位相調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムは、光ファイバ及び／又は自由空間（例えば、ビルからビル、地上から衛星、衛星から衛星など）で、電磁気的な光信号を用いてデータを送信する。その電磁気的な搬送波は、データを運ぶために変調される。光ファイバでの光通信は、光信号を発生すること、その信号を光ファイバに中継すること（その光信号の減衰、歪みとの干渉を低減／緩和する手段を含む）、受信した光信号を処理すること、そして、その信号を実用的な電気信号に変換すること、を典型的には含んでいる。送信器は、送信用のコヒーレント光を生成するレーザ・ダイオードのような半導体デバイスとしても良い。送信された光波の光信号を処理し、光を電気に変換する１つ以上の光検出器の入力に処理された光信号を供給するために、多数の受信器が開発されてきている。
【０００３】
一体型コヒーレント光受信器（ＩＣＲ）のようなコヒーレント受信器は、変調された光信号を、垂直及び水平の２つの偏光状態の「同相」（Ｉ）及び「直交」（Ｑ）光信号コンポーネントに対応する４つの電気信号に変換する。これらコンポーネントは、変調形式に関係なく、光学的に送信されたデータを回復するために処理できる。これら４つの出力電気信号全体で、光信号で伝達される情報の全て又はほぼ全てを運ぶ。ＩＣＲの電気出力信号は、２つの偏光に関するＩ及びＱミキサ信号を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５８４９５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２７７０４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「マッハツェンダ型光強度変調器」、情報通信用語集、日本電信電話株式会社、２００８年、［online］、［２０１５年１１月２０日検索］、インターネット<http://www.ntt-review.jp/yougo/word.php?word_id=４８２８>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＩＣＲを試験することには、その出力段が差動出力のある差動増幅器が続く平衡型（balanced）検出器の対であるいう点で、特別な困難がある。４つの差動出力（Ｘ及びＹ変更のそれぞれに関するＩ及びＱ）があるという事実は、その困難さに輪をかける。シンプルなコヒーレント受信器は、局部発振器レーザ、光カプラ、そして、光電流をキャンセルし、ＤＣ項及び関連する過剰な強度ノイズを除去する「平衡な」構成にできる１つ以上の光検出器から構成される。
【０００７】
ＩＣＲの平衡型の検出及び差動増幅によれば、光ダイオードのいずれかが平衡型検出を止めるのを阻止できない限り、ＩＣＲの信号ポートだけ又は局部発振器（ＬＯ）ポートだけに入る任意の信号を確実に拒絶する。ＩＣＲの初期の型では、光信号を中断し、それによって、平衡型検出を止めるための物理的なアクセスを許容していたが、これは、最近の集積型コンポーネントでは、むしろ元々シールドされており、可能ではない。従って、ＩＣＲから何らかの意味のある信号を得るには、信号及び局部発振器入力の両方を必要とする。問題は、光学的なＬＯ入力は、試験信号と位相がコヒーレントでなければならない、ということである。局部発振器信号の正確な光位相は、出力ダイオードの一方又は両方のどちらかが、試験信号で照らされるかどうかに影響を与えるであろう。
【０００８】
ＩＣＲから何らかの意味のある信号を得るには、信号及び局部発振器入力の両方を必要とするので、信号及び局部発振器間の周波数と位相の両方の関係が重要である。２つの単一周波数レーザを単純に接続するのは、通常のことであるが、これらレーザ間の周波数差でのビート周波数出力信号を得るために、１つを信号ポートへ、１つをＬＯポートへという、この方法は、周波数応答の大きさを求めることだけに有益である。コヒーレント受信器の位相応答も重要である。Ｉ及びＱ出力信号間の９０度の相対位相を維持することに加えて、受信器は、周波数に対する良いＣＭＲＲはもちろんのこと、変調周波数全域で、低い群遅延とスキュー変動も持っていなければならない。
【０００９】
周波数に対する位相応答を測定するには、低及び高周波数成分の両方が既知の位相関係で同時に供給されない限り、安定した位相基準を必要とする。例えば、パルス・レーザは、低及び高周波数の両方の高調波を同時に有している。しかし、パルス・レーザは、更に、何らかの種類のＬＯ入力を必要とし、これは、周波数領域のアプローチと非常に似通った困難さをもたらす。
【００１０】
本発明の実施形態は、従来技術のこれら及び他の制約に取り組むものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態としては、被試験デバイス（ＤＵＴ）に入力される信号の位相角度に対する局部発振器の位相角度を調整する位相調整器がある。いくつかの実施形態には、光コンポーネント・アナライザと、位相調整駆動回路で駆動される光位相調整器又は変調器（これは、ループ・ストレッチャでも良い）のためのレーザ信号源がある。光コンポーネント・アナライザは、ＤＵＴへの第１試験入力を駆動する。ＤＵＴの出力信号は、ＤＵＴの発振器入力端子に結合されるよう構成されるファイバ光ケーブルの制御可能ループの出力を駆動する。モニタ・セレクタもあり、これは、ＤＵＴの少なくとも２つの出力信号を受けて、ＤＵＴの選択されモニタされたチャンネルを位相調整駆動回路へ伝送する。位相調整駆動回路は、モニタ・セレクタで選択されたＤＵＴの出力に基づく制御信号により、ファイバ光ケーブルの制御可能ループを駆動するよう構成される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、レーザ信号源から光コンポーネント・アナライザを通ってＤＵＴの第１試験入力端子に到る信号パスが、レーザ信号源からファイバ光ケーブルの制御可能ループを通ってＤＵＴの発振器入力端子へ到る信号パスの長さから１メータ以内の長さを有する。
【００１３】
いくつかの実施形態では、位相調整器は、局部発振器の位相角度を約ゼロに調整できる一方で、別の実施形態では、異なる位相調整も可能である。
【００１４】
別の実施形態では、被試験デバイス（ＤＵＴ）に入力する信号の位相角度に対する局部発振器の位相角度を調整する方法が説明される。こうした方法は、レーザから上記ＤＵＴの信号入力端子まで固定パス長を経験する第１レーザ信号を生成する処理と、レーザから上記ＤＵＴの局部発振器入力端子までの光位相調整器を含む可変長パスを経験する第２レーザ信号を生成する処理と、上記ＤＵＴの出力信号を、ファイバ光ケーブルの制御可能なループのための位相コントローラ駆動回路に選択的に結合する処理と、上記ＤＵＴの選択された出力信号から導出される制御信号により、上記光位相調整器を駆動する処理とを具えていても良い。
【００１５】
更に、実施形態は、上述したコンポーネントを用いて、被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するシステムを含んでいても良い。
【００１６】
本発明の実施形態に言及するが、これらの例は、添付の図に示される。これら図は、実例を意図したものであって、限定することは意図していない。本発明は、これら実施形態の文脈のなかで説明されるが、これら説明は、本発明の範囲を、これら特定の実施形態に限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態を用いた被試験集積型コヒーレント光受信器のコンポーネントを示したブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態を実現するのに使用できる精密位相調整システムのコンポーネントを示したブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による位相調整ドライバを示したブロック及び概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の詳細な説明は、１つ以上の実施形態に言及するが、本発明は、こうした実施形態に限定されない。むしろ、詳細な説明及び提示される任意の実施形態は、説明の都合に過ぎない。当業者であれば、図に関して本願で与えられる詳細な説明は、説明の目的で提供され、本発明は、これら限定的な実施形態を超えて拡張されることが直ちに理解できよう。
【００１９】
いくつかの用語が、特定のシステム・コンポーネントに言及するために、説明及び請求項を通して使用される。以下の解説と請求項において、用語「を含む」及び「を具える」が、オープン・エンドの形式で用いられ、よって、「に限定されずに、、、を含む」を意味すると解釈すべきである。「に結合される」及び「に接続される」などのような言い回しが、２つのデバイス、要素及び／又はコンポーネント間の接続を説明するために本願で使用され、（別途特に限定しない限り）物理的、光学的及び／又は電気的に、一緒に直接結合されるか、又は、例えば、必要に応じて、１つ以上の介在要素若しくはコンポーネントを介するか、若しくは、ワイヤレス若しくは他の接続を介して、一緒に間接的に結合されるかのどちらかを意味する。用語「システム」は、２つ以上のコンポーネントの集合に言及しており、そして、全体的なシステム（例えば、通信システム、受信システム、試験システム、コンピュータ・システム又はこうしたデバイス／システムのネットワーク）、もっと大きなシステムの一部分として提供されるサブシステム及び／又はこうしたシステム又はサブシステムの動作に関係するプロセス又は方法に言及するのに使用されることもある。
【００２０】
光／電気（ＯＥ）デバイスの周波数応答を測定するための最も直接的な方法は、光コンポーネント・アナライザ（ＬＣＡ）を使用することである。ＬＣＡは、基本的には、電気的なベクトル・ネットワーク・アナライザ（ＶＮＡ）であり、ＶＮＡの能力を光領域に拡張するための電気・光（Ｅ／Ｏ）及び光・電気（Ｏ／Ｅ）変換器を有している。ＬＣＡの例は、米国コロラドのキーサイト・テクノロジー社で製造されるＮ４３７ｘシリーズ型の１つである。ＬＣＡ中のＥ／Ｏ変換器は、典型的には、直交でバイアスされるマッハツェンダ光変調器である。これは、電圧入力信号に比例する光学的パワー信号を生成するのに理想的である。典型的には、被試験Ｏ／Ｅ変換器は、光学的パワーを電気的電圧に戻す変換を行うので、ＶＮＡは、線形な電圧伝達関数を処理し、校正を経て、そのＯ／Ｅ伝達関数を抽出する。
【００２１】
しかし、ＩＣＲは、光電場を電圧に変換するが、光パワーを電圧に変換はしない。この困難は、その絶対振幅が特に重要でない限りは、対処できる。これは、絶対振幅が他の手段で簡単に測定できるので、実際、標準的なＩＣＲ試験の場合である。
【００２２】
被試験デバイス（ＤＵＴ）を測定するのに伴う別の困難は、上述のように、ＩＣＲは、第２の光信号、具体的には、局部発振器がないと、出力信号を生成しないことである。この困難に対しては、この開示の主題である光位相ロック・ループを含む位相コントローラを加えることで、解決すべく努力する。究極的には、ＤＵＴは、種々の周波数でＤＵＴの振幅及び位相応答の形状を生成することによって、試験される。本発明の実施形態は、可変位相調整のあるＬＯを用いることで、こうした試験を可能にする。
【００２３】
図１に示すように、例えば、光信号受信器又は光試験デバイスとして利用可能な汎用の光信号プロセッサ１００は、ＳＩＧ入力端子で未処理のデータ信号ビーム１１０を受け、加えて、ＬＯ入力端子で局部発振器ビーム１２０を受ける。光信号プロセッサ１００は、被試験デバイス（ＤＵＴ）と呼ぶこともある。いくつかの実施形態では、ビーム１１０、１２０は、レーザ・ビームであるが、本発明の実施形態は、典型的なＲＦ周波数でも機能する。局部発振器１２０用に利用されるレーザは、任意の適切なレーザ信号源及び形式（例えば、連続波、パルスなど）とすることができる。偏光ビーム・スプリッタ１３０は、ビーム１１０、１２０を２つのチャンネルに分割する。後述のように、そして、当業者であれば理解されるように、局部発振器 １２０は、必要な複数の偏光に沿った流れにおいて、充分な基準局部発振器パワーが利用可能であるように、適切に適応させるようにすべきである。本願で説明するいくつかの実施形態では、こうした偏光は、「水平」及び「垂直」偏光として（もちろん、ｘ軸及びｙ軸のような他の方向の表現でも）言及されることがある。もっとも、こうした用語は、基準に対して４５度づつのオフセット及び／又はこうした水平及び／又は垂直偏光方向に対する軸のような相対的な偏光方向を記述するのに役立つだけではあるが。当業者であれば、相対的な偏光スキームなどがわかれば、多くの等価な構造、装置などを利用可能なことが理解できよう。
【００２４】
Ｘチャンネル光ミキサ１４０は、Ｘチャンネルの信号１１０及びＬＯ入力信号１２０を混合して、出力端子１４１、１４３に差動同相（Ｉ）出力信号と、出力端子１４５、１４７に差動直交（Ｑ）出力信号を生成する。これら出力信号は、感光性のダイオード対１４２、１４４と１４６、１４８のような複数の光検出器に誘導される。信号プロセッサ１００の光ダイオード１４２、１４４、１４６、１４８は、トランスインピーダンス増幅器１５１、１５５や当業者に周知で信号ビーム１１０からデータを抽出するのに利用される他のコンポーネントのような増幅器に結合されても良い。本発明の実施形態は、光ダイオード１４２、１４４、１４６、１４８に結合される他のコンポーネントがなくても動作する。電流モニタ１８２、１８４を、感光性ダイオード対１４２、１４４の出力端子のそれぞれに結合しても良い。こうしたモニタによって、各チャンネルからの正及び負に関する各光ダイオード（Ｐ及びＮと呼ぶ）を監視（モニタ）できる。例えば、電流モニタ１８２は、ＸｉチャンネルのＰ光ダイオードを監視する一方で、電流モニタ１８４は、ＸｉチャンネルのＮ光ダイオードを監視する。図示しないが、チャンネルＸｑ、Ｙｉ及びＹｑのそれぞれが、Ｐ及びＮ光ダイオードに関する電流モニタを有していて、各チャンネルのこれら光ダイオードの出力のそれぞれを個別に監視できるようにしても良い。
【００２５】
同様に、Ｙチャンネル光ミキサ１６０は、Ｙチャンネルの信号１１０及びＬＯ入力信号１２０を混合して、出力端子１６１、１６３に差動同相（Ｉ）出力信号と、出力端子１６５、１６７に差動直交（Ｑ）出力信号を生成する。これら出力信号は、感光性のダイオード対１６２、１６４と１６６、１６８のような複数の光検出器に誘導される。図１の信号プロセッサ１００の光ダイオード１６２、１６４、１６６、１６８は、トランスインピーダンス増幅器１７１、１７５にそれぞれ結合されるが、こうした増幅器は、本発明の実施形態の実施に必須ではない。
【００２６】
上述のように、これらダイオード対の一方へ、光を遮断するために物理的にアクセスすることなく、Ｘ及びＹチャンネルの光ダイオードの周波数応答を試験するのは困難である。また、局部発振器ビーム１２０（特に、１９２ＴＨｚのような非常に高い光キャリア周波数において発振する局部発振器）の周波数を正確に制御する能力なしに、光ダイオードの周波数応答を試験するのは非常に困難である。別の問題としては、信号１１０を伝送するファイバが、局部発振器１２０を伝送するファイバとは異なる長さを有していることがあるということがあり、これは、信号と局部発振器の位相をマッチ（整合）させるのを困難にする。そこで、本発明の実施形態は、局部発振器の位相を、制御可能にするのはもちろんのこと、極めて安定に維持し、信号の位相と良くマッチさせることで、光ダイオードの周波数応答の測定を容易にする装置及び方法を提供する。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態を実現するのに利用できる精密位相調整システム２００のコンポーネントを示したブロック図である。レーザ２１０は、最終的に、局部発振器と、ＤＵＴ２３０に入力される試験信号の両方の信号源となる信号を生成する。レーザの位相は、光位相調整器を通して局部発振器を正確に制御する。光位相調整器は、位相調整ループによって実現されて位相調整ループと呼ばれ、詳細には後述のように、位相調整駆動回路２５０によって駆動される。レーザ２１０は、ＬＣＡ２２０にも提供され、これが、ＤＵＴ２３０の信号入力端子への試験信号として提供される変調光信号を生成する。よって、単一のレーザ・ビーム２１０が分割され、別々に制御可能なパスを通して進み、最終的に、ＤＵＴ２３０への信号及びＬＯ入力信号の両方になる。レーザ・ビーム２１０を制御することによって、ＤＵＴ２３０の光ダイオードの周波数応答を、複数の周波数に渡って試験でき、従って、ＤＵＴの特性を評価できる。
【００２８】
ＬＣＡ２２０は、このシステムでは２つの機能を実行するが、１つは、レーザ２１０からのレーザ・ビームを変調し、ＤＵＴ２３０の信号入力として利用される特性を評価したデータを加えることである。もう１つの機能は、供給された特性を評価したデータに基いて、ＤＵＴ２３０の４つの出力チャンネルから選択された１つからの出力信号を測定することである。図１に示した例では、ＤＵＴ２３０は、４つの出力チャンネル（Ｘ及びＹ極性の両方のそれぞれについて（Ｉ）及び（Ｑ）チャンネル）を有している。その出力は、出力チャンネル・セレクタ２２２に接続され、これは、特性評価のために、ＤＵＴ２３０の選択された出力チャンネルをＬＵＴ２２０に供給するように制御可能である。また、上述のように、出力チャンネルのそれぞれとしては、出力が結合された対で形成される差動出力があっても良い。
【００２９】
位相調整駆動回路２５０は、特定の位相を選択するように位相調整ループ２５２を制御し、そして、信号に対して、局部発振器の安定した位相基準を提供する。位相調整駆動回路２５０が駆動されるレベルは、後述の理由により、その入力（エラー入力と呼ばれる）に関係している。また、後述の理由により、位相調整駆動回路２５０へのエラー入力は、ＤＵＴ２３０からの複数の電流モニタから選択された１つ又は２つ（対）である。位相駆動回路へのエラー入力は、図１に示されるように、Ｘｉチャンネルの電流モニタ１８２、１８４とすることもできるし、又は、図１の光信号プロセッサ１００の別のモニタされたチャンネルのいずれかとすることもできる。位相調整駆動回路２５０へのエラー入力は、位相調整機能に加えて、ＤＣバイアス機能の両方を実行できる。このように、これは、従来の解決手段であるユーザのバイアス回路について完全に引き継ぎ、試験システムとユーザのバイアス回路間におけるそうした相互作用の必要性をなくす。加えて、位相調整駆動回路２５０は、例えば、ＤＵＴ２３０出力の光電流を測定し、ＤＣ同相除去比（ＣＭＲＲ）を求めるのにも利用できる。
【００３０】
位相調整ループ２５２は、ピエゾ位相ストレッチャによって実現しても良い。ピエゾ位相ストレッチャは、圧電素子の周りにループを形成するファイバ光ケーブルのループを有する。圧電素子を動作させると、その素子が膨張し、これは、その周りにループを形成するファイバ光学材料のパス（経路）を長くする。パスが長くなると、そのパスを通って光が進む距離が変化する。パスの一方（信号又はＬＯ）だけ長くすることによって、一方の信号の位相を他方に対して調整可能になる。１つの実施形態では、位相調整ループ２５２は、ループを通して伝播する光を、数十又は数百ピコ秒のようなオーダーで、極めて正確に調整できることがある。言い換えると、位相ストレッチャを使うことによって、レーザ光が通って進むファイバ長が長くなると、光がそれを通って進むのに、伸張していない長さのファイバよりも、例えば、０．１ｐｓ長くかかる。これは、ＤＵＴ２３０のＬＯ及び信号入力間の光信号の相対的な位相を変化させる。従って、位相調整ループ２５２を駆動することによって、位相に対して、システムへの正確な位相制御をもたらす。信号及びＬＯの両方に関するレーザ２１０からの両方のレーザ・パスの長さは、例えば、１メートル以内で、互いに同様な長さに設定しても良い。いくつかの実施形態における位相調整ループは、例えば、OptiPhase PZ1-PM4-APC-E-155Bとし、１２.３６ｍのファイバ長を有していても良い。
【００３１】
位相が安定し、ＬＯに対して制御可能に既知の関係でロックして信号をＤＵＴに供給することによって、以下に示す動作理論で証明されるように、あたかも従来の解決手法のように平衡型検出を物理的にブロック可能であるかの如く、ＤＵＴから同じ結果を得ることが可能になる。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
【数２】
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【００３４】
平衡型駆動によるＥ１０のシンプルな振幅変調について、特定の偏光に関するＤＵＴ２３０の出力は、次に比例する。
【００３５】
【数３】
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【００３６】
【数４】
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【００３７】
エラー入力として供給されるＱのＤＣレベルを伴う位相ロック・ループは、続いて、θ１−θ２をゼロに駆動するのに利用でき、Ｅ１０に比例するＩチャンネルについての出力を供給し、これは、図１のダイオード１４２、１４４の差動対のダイオード１４２のような、差動対の正のダイオードの応答を与える。θ１−θ２をπに駆動すると−Ｅ１０が与えられ、これは、ダイオード１４４のような、負のダイオードの応答である。この応答信号は、その利得の符号を変更することで、位相調整駆動回路２５０内で選択するようにしても良い。図２に示すように、ＤＵＴ２３０からの光ダイオード対の４つの出力のいずれかを、位相調整駆動回路２５０用のエラー入力に選択できる。従って、上記例では、位相調整駆動回路２５０のエラー入力をＤＵＴ２３０からのＩのＤＣ出力によって駆動されるレベルに選択すれば、Ｑチャンネルに関する望ましい出力が与えられ、その応答は、ＤＵＴ２３０を試験するために、ＬＣＡ２２０によって測定できる。モニタ・セレクタ２４０は、ＤＵＴ２３０のどのモニタされたチャンネル出力を、位相調整駆動回路２５０のエラー入力として供給するかを制御することで、ＤＵＴの信号入力に対するＬＯ入力の位相を、位相調整ループ２５２にシフトさせる。
【００３８】
エラー信号がどのように決定され、選択されるかに戻ると、ＬＣＡ２２０のマッハツェンダ・コンポーネントから来て、ＡＭ変調のために直交でバイアスされる信号フィールドＥ１０は、Ａｓｉｎ｛（π／Ｖπ）Ｖ＋π／４｝の形で示すことができる。これは、厳密には線形関数ではないが、その非線形性を調べるのにテイラー級数に展開できる。
【００３９】
【数５】
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【００４０】
ＬＣＡ２２０は、狭いバンドパスのヘテロダイン受信器を用いているので、奇数の指数（odd powers）だけが関係し、駆動周波数以外のものは、大凡除去する。その奇数項は、駆動周波数でパワーが戻るのに貢献するが、非線形性を最小とするために、駆動信号は小さく維持される。Ｖｐｅａｋ＝０．１Ｖπを考えよう。この場合、第３次項は、１.６％の線形項の振幅である。第５次項は、第３次項振幅の０.５％である。
【００４１】
奇数項が、ある程度の重大な大きさになったとしても、それらの影響は、駆動周波数における信号振幅を減少させるだけである。これら非線形性は、光学的な非線形性に由来するので、それらは基本的に瞬間的であり、駆動信号では完璧な位相にある。コサイン関数を奇数の指数へと指数を上げても、元々の周波数におけるその項の位相は変化しない。
【００４２】
この実現手法は、ＬＣＡ２２０の変調器が、上記仮定の下で、線形なトランスデューサ（変換器）として効果的に動作すると考えられるであろうことを示している。これは、やはり信号フィールドの線形な関数であるＤＵＴ２３０のＩ及びＱ応答と共に、ＬＣＡ２２０が分析を行うための全般的に線形なトランスデューサ機能を与える。他の周波数成分がＤＵＴ２３０を刺激するものとして存在しているのは事実だが、それらは、測定結果に影響するものではなく、高調波成分を無視する。
【００４３】
非平衡な駆動の場合については、ＬＣＡ２２０のマッハツェンダ変調器が、次のフィールドを生成する。
【００４４】
【数６】
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【００４５】
ＤＣと変調フィールドの間で位相シフトがあるので、Ｉ及びＱ出力は、次のようになる。
【００４６】
【数７】
2016099358.tif 000009
【００４７】
【数８】
2016099358.tif 000010
【００４８】
この場合、位相調整駆動回路２５０についてのエラー入力は、試験されるＤＵＴ２３０の出力に対応する電流モニタ信号であろう。例えば、もしＤＵＴ２３０の複数のＩ出力の１つが試験されるなら、ＩのＤＣレベルはゼロに駆動され、これは、θ１−θ２＝０を与える。これは、Ｉ出力を変調駆動信号に比例させ、分析を行うＬＣＡ２２０に線形なシステムを再度提供する。θ１−θ２＝πに設定すると、前のように、対の他方のダイオードに関するデータを供給する。ＤＵＴ２３０から、どのエラー信号が位相調整駆動回路２５０に供給されるかについて、その選択によって照らされるダイオードは位相応答から明かとなるので、前もって知る必要はない。もしその応答が駆動信号と低周波数で同相であれば、正のダイオードが照らされる。
【００４９】
ＤＵＴ２３０の特定の所望出力を選択することは、オレゴン州ビーバートンのテクトロニクス社から得られるＯＭ４ｋ型製品（バイアス・モニタ回路を含む）のようないくつかの製品によって簡単になる。もしこうしたモニタリング回路を持たない別の形式のＤＵＴを試験するのなら、位相調整駆動回路２５０は適切なバイアス回路を含む。
【００５０】
図３は、本発明の実施形態による位相調整ドライバを示したブロック及び概略図である。この例では、図１の電流モニタ１８２、１８４のような、ＤＵＴからの電流モニタ出力が利用可能である。モニタ・セレクタ２４０は、ＤＵＴからの特定の所望出力（これは、図１に示したような、差動光電流出力の対としても良い）を選択する。モニタ・セレクタ２４０は、選択した出力を位相調整駆動回路３００（これは、図２の位相調整駆動回路２５０としても良い）へと渡す。位相調整駆動回路３００には、極性スイッチング部、Ｐ−Ｎ引き算部、ループ・フィルタ処理実行及び利得部のような、いくつかの部分があっても良い。
【００５１】
動作においては、モニタ・セレクタ２４０が、選択された光電流モニタ出力を、位相調整駆動回路３００の構成要素である極性スイッチ３１０へと渡す。極性スイッチ３１０によって、ユーザはエラー信号の極性を変更でき、それによって、ＤＵＴの選択されたチャンネルの差動出力ダイオードの対のどれを試験するかの選択を、ユーザが制御する。
【００５２】
極性スイッチ３１０によって所望の極性を選択した後、差動入力は、差動増幅器３２０に与えられ、これは、位相調整駆動回路３００のＰ−Ｎ引き算部の入力の差を示す電圧信号を生成する。差動増幅器３２０の出力は、位相調整駆動回路３００のループ・フィルタ処理及び利得部にある別の増幅器３３０に渡される。増幅器３３０の出力は、位相調整駆動回路３００の出力であって、図２の位相調整ループ２５２を駆動する。ただし、いくつかの実施形態では、増幅器３３０の出力は、もう１つ別の増幅器又は直列な複数増幅器を更に通過して、位相調整ループ２５２を駆動するのに充分な利得を生成することもある。
【００５３】
動作においては、位相調整駆動回路３００は、入力信号（これ自身は、ＤＵＴのモニタされている光電流の１つ）から、位相調整ループ２５２を駆動するための出力信号を生成する。位相調整駆動回路３００の出力信号は、ＤＵＴの信号入力に対する所望位置に、ＬＯ入力信号の位相を極めて正確に維持する。更に、位相調整駆動回路３００によって、ＤＵＴのどのモニタされた光電流を位相調整駆動回路３００への選択入力として選択するかをシンプルに変更することにより、異なる相対位相を選択可能になる。加えて、極性スイッチ３１０によって、ユーザは、光ダイオードの差動対のどの特定の光ダイオード（Ｐ又はＮ）を選択するかを選択可能となる。
【００５４】
当業者であれば、本発明は、任意の特定規格に限定されるものではなく、本発明の要旨を悪化させることなく、同様なアーキテクチャを有するシステムに適用可能なことが良く理解できよう。
【００５５】
上述の説明は、明快さと理解を目的として記述してきた。本願で記載した実施形態に対する広い種々の変更の視点から、この記載は、説明だけを意図し、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。具体的な本発明の実施形態を図示し、説明の目的で記述してきたが、本発明の主旨及び範囲から離れることなく、種々の変更が可能である。例えば、本発明は、以下のように、種々の概念から表現できる。
【００５６】
本発明の概念１は、被試験デバイス（ＤＵＴ）に入力する信号の位相角度に対する局部発振器の位相角度を調整する位相調整器であって、
光コンポーネント・アナライザと、位相調整駆動回路に駆動される光位相調整器とに結合されるよう構成されるレーザ信号源と、
上記ＤＵＴの第１試験入力端子に結合されるよう構成される上記光コンポーネント・アナライザの出力端子と、
上記ＤＵＴへの発振器入力端子に結合されるよう構成される上記光位相調整器の出力端子と、
上記ＤＵＴの少なくとも２つの出力信号を受けるよう構成される共に、上記ＤＵＴの選択された出力信号を上記位相調整駆動回路に伝送するよう構成されるモニタ・セレクタと
を具え、このとき、上記位相調整駆動回路は、上記モニタ・セレクタによって選択された上記ＤＵＴの上記出力信号に基づく制御信号により、上記光位相調整器を駆動するよう構成される。
【００５７】
本発明の概念２は、上記概念１による局部発振器の位相角度を調整する位相調整器であって、このとき、上記光位相調整器には、ファイバ光ループ・ストレッチャが含まれる。
【００５８】
本発明の概念３は、上記概念１による局部発振器の位相角度を調整する位相調整器であって、このとき、上記レーザ信号源から上記光コンポーネント・アナライザを通って上記ＤＵＴの上記第１試験入力端子に到る信号パスは、上記レーザ信号源から上記ＤＵＴの上記発振器入力端子へ到る信号パスの長さから１メータ以内の長さを有する。
【００５９】
本発明の概念４は、上記概念１による局部発振器の位相角度を調整する位相調整器であって、このとき、上記位相調整駆動回路の上記制御信号は、上記光コンポーネント・アナライザの出力信号と上記光位相調整器の出力信号の位相角度差を、制御可能に駆動して約ゼロにする。
【００６０】
本発明の概念５は、上記概念１による局部発振器の位相角度を調整する位相調整器であって、このとき、上記モニタ・セレクタで選択される上記ＤＵＴの出力信号は、上記光コンポーネント・アナライザへの選択された入力信号でもある。
【００６１】
本発明の概念６は、上記概念１による局部発振器の位相角度を調整する位相調整器であって、このとき、上記モニタ・セレクタで選択される上記ＤＵＴの出力信号は、上記光コンポーネント・アナライザへの選択された入力信号とは異なる。
【００６２】
本発明の概念７は、被試験デバイス（ＤＵＴ）に入力する信号の位相角度に対する局部発振器の位相角度を調整する方法であって、
レーザから上記ＤＵＴの信号入力端子まで固定パス長を経験する第１レーザ信号を生成する処理と、
レーザから上記ＤＵＴの局部発振器入力端子まで、光位相調整器を含む可変長パスを経験する第２レーザ信号を生成する処理と、
上記ＤＵＴの出力信号を、ファイバ光ケーブルの制御可能なループのための位相コントローラ駆動回路に選択的に結合する処理と、
上記ＤＵＴの選択された出力信号から導出される制御信号により、上記光位相調整器を駆動する処理と
を具えている。
【００６３】
本発明の概念８は、上記概念７による局部発振器の位相角度を調整する方法であって、このとき、上記光位相調整器は、ファイバ光ケーブルの制御可能なループであって、このとき、上記光位相調整器を駆動する処理は、圧電ループ・ストレッチャを駆動する処理を含む。
【００６４】
本発明の概念９は、上記概念７による局部発振器の位相角度を調整する方法であって、このとき、上記固定長パスの長さは、可変長パスの長さから１メータ以内である。
【００６５】
本発明の概念１０は、上記概念７による局部発振器の位相角度を調整する方法であって、このとき、上記光位相調整器を駆動する処理は、上記第１レーザ 信号及び上記第２レーザ 信号の位相角度差を駆動して約ゼロにする。
【００６６】
本発明の概念１１は、上記概念７による局部発振器の位相角度を調整する方法であって、このとき、上記光位相調整器を駆動する処理は、上記第１レーザ 信号及び上記第２レーザ 信号の位相角度差を駆動して約πにする。
【００６７】
本発明の概念１２は、上記概念７による局部発振器の位相角度を調整する方法であって、
上記ＤＵＴの選択された上記出力信号について試験を実施する処理を更に具えている。
【００６８】
本発明の概念１３は、上記概念７による局部発振器の位相角度を調整する方法であって、
上記ＤＵＴの選択された上記出力信号以外の上記ＤＵＴの出力信号について試験を実施する処理を更に具えている。
【００６９】
本発明の概念１４は、被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するシステムであって、
光コンポーネント・アナライザと、位相調整駆動回路に駆動される光位相調整器とに結合されるよう構成されるレーザ信号源と、
上記ＤＵＴへの第１試験入力端子に結合される上記光コンポーネント・アナライザの出力端子と、
上記ＤＵＴへの発振器入力端子に結合される上記位相調整駆動回路の出力端子と、
上記ＤＵＴの少なくとも２つの出力信号を受けるよう構成される共に、上記ＤＵＴの選択された出力信号を上記位相調整駆動回路に伝送するよう構成されるモニタ・セレクタと
を具え、このとき、上記位相調整駆動回路は、上記モニタ・セレクタによって選択された上記ＤＵＴの上記出力信号に基づく制御信号により、上記光位相調整器を駆動するよう構成される。
【００７０】
本発明の概念１５は、上記概念１４による被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するシステムであって、このとき、上記光位相調整器としては、ファイバ光ケーブルのループを伸ばすループ・ストレッチャがある。
【００７１】
本発明の概念１６は、上記概念１４による被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するシステムであって、このとき、上記レーザ信号源から上記光コンポーネント・アナライザを通って上記ＤＵＴの上記第１試験入力端子に到る信号パスは、上記レーザ信号源から上記ＤＵＴの上記発振器入力端子へ到る信号パスの長さから１メータ以内の長さを有する。
【００７２】
本発明の概念１７は、上記概念１４による被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するシステムであって、このとき、上記位相調整駆動回路の上記制御信号は、上記光コンポーネント・アナライザの出力信号と上記光位相調整器の出力信号の位相角度差を、制御可能に駆動して約ゼロにする。
【００７３】
本発明の概念１８は、上記概念１４による被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するシステムであって、このとき、上記モニタ・セレクタで選択される上記ＤＵＴの出力信号は、上記光コンポーネント・アナライザへの選択された入力信号でもある。
【００７４】
本発明の概念１９は、上記概念１４による被試験デバイス（ＤＵＴ）を試験するシステムであって、このとき、上記モニタ・セレクタで選択される上記ＤＵＴの出力信号は、上記光コンポーネント・アナライザへの選択された入力信号とは異なる。
【符号の説明】
【００７５】
１００  光信号プロセッサ
１１０  未処理のデータ信号ビーム
１２０  局部発振器 ビーム
１３０  偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１４０  Ｘチャンネル光ミキサ
１４１、１４３  出力端子における差動同相（Ｉ）出力信号
１４２、１４４、１４６、１４８  光ダイオードs 
１４５、１４７  出力端子における差動直交（Ｑ）出力信号
１５１、１５５  トランスインピーダンス増幅器
１６０  Ｙチャンネル光ミキサ
１６１、１６３  出力端子における差動同相（Ｉ）出力信号
１６２、１６４、１６６、１６８  光ダイオード
１６５、１６７  出力端子における差動直交（Ｑ）出力信号
１７１、１７５  トランスインピーダンス増幅器
１８２  電流モニタs
１８４  電流モニタs
２００  位相調整システム
２１０  レーザ 
２２０  光コンポーネント・アナライザ（ＬＣＡ）
２２２  出力チャンネル・セレクタ
２３０  被試験デバイス（ＤＵＴ）
２４０  モニタ・セレクタ 
２５０  位相調整駆動回路
２５２  位相調整ループ
３００  位相調整駆動回路
３２０  差動増幅器
３３０  差動増幅器
【図１】
2016099358.tif 000011
【図２】
2016099358.tif 000012
【図３】
2016099358.tif 000013
【外国語明細書】
【発明の名称】Phase adjustor, Phase adjusting method and test system
【技術分野】
【０００１】
This invention generally relates to optical phase adjustment for testing the frequency response of an Integrated Coherent Optical Receiver (ICR) using a Lightwave Component Analyzer (LCA). 
【背景技術】
【０００２】
Optical communication systems transmit data using electromagnetic light signals in optical fiber and/or free space (for example, building to building, ground to satellite, satellite to satellite, etc.). The electromagnetic carrier wave is modulated to carry the data. Optical communication in optical fiber typically involves: generating the optical signal, relaying the signal on an optical fiber (including measures to reduce/mitigate attenuation of, interference with and/or distortion of the light signal), processing a received optical signal, and converting the signal into a useful electrical signal. Transmitters can be semiconductor devices such as laser diodes, producing coherent light for transmission. A number of receivers have been developed for processing a transmitted lightwave optical signal to provide processed optical signal input(s) to one or more photodetectors, which convert light into electricity.
【０００３】
A coherent receiver, such as an Integrated Coherent Optical Receiver (ICR), converts a modulated optical signal into four electrical signals corresponding to an “in-phase” (I) and “quadrature” (Q) optical signal components of the two optical polarization states, vertical and horizontal. These components can be processed to recover the optically transmitted data regardless of modulation type. Together these four output electrical signals carry all or nearly all of the information conveyed by the optical signal. The electrical outputs of the ICR provide the I and Q mixer signals for the two polarizations.
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５８４９５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２７７０４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「マッハツェンダ型光強度変調器」、情報通信用語集、日本電信電話株式会社、2008年、［online］、［２０１５年１１月２０日検索］、インターネット<http://www.ntt-review.jp/yougo/word.php?word_id=4828>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
Testing an ICR presents a special challenge in that the output stage is a balanced detector pair often followed by a differential amplifier with differential outputs. The fact that there are four differential outputs (I and Q each for X and Y polarizations), compounds the difficulty. A simple coherent receiver is composed of a local-oscillator laser, an optical coupler, and one or more photodetectors that can be in a “balanced” configuration that cancels photocurrents and eliminates DC terms and the related excess intensity noise.
【０００７】
The balanced detection and differential amplification of the ICR ensure that any signal put into only the signal port or only the Local Oscillator (LO) port of the ICR will be rejected unless it is possible to block one of the photodiodes to break the balanced detection. Although early versions of ICRs allowed physical access to interrupt a light signal and thereby break the balanced detection, this is not possible on modern integrated components, which are instead typically intrinsically sealed. Getting any meaningful signal out of the ICR therefore requires both a signal and a local oscillator input. A problem is that the optical LO input must be phase coherent with the test signal. The precise optical phase of the local oscillator signal will affect whether either one or both of the output diodes are illuminated with the test signal. 
【０００８】
Since getting any meaningful signal out of the ICR requires both a signal and a local oscillator input, both the frequency and phase relationship between the signal and local oscillator are important. While it is routine to simply connect two single-frequency lasers, one to the Signal port and one to the LO port to get a beat-frequency output at the frequency difference between the lasers, this method is good only for determining the magnitude of the frequency response. The phase response of a coherent receiver is also important. In addition to maintaining 90-degree relative phase between I and Q outputs, the receiver also must have low group-delay and skew variation over modulation frequency as well as good CMRR vs. frequency.   
【０００９】
Measuring phase response vs. frequency requires a stable phase reference unless both low and high frequency components are supplied simultaneously with a known phase relationship. For example, a pulsed laser has both low and high frequency harmonics simultaneously. However, the pulsed laser still requires some sort of LO input which creates a very similar difficulty to the frequency domain approach.
【００１０】
Embodiments of the invention address these and other limitations of the prior art.
【課題を解決するための手段】
【００１１】
Embodiments of the invention include a phase adjustor for adjusting a phase angle of a local oscillator relative to a phase angle of a signal input of a Device Under Test (DUT). Some embodiments include a laser source for a lightwave component analyzer and an optical phase adjustor or modulator, which may be a loop stretcher, driven by a phase adjust driver. The lightwave component analyzer drives a first test input to the DUT. An output of the DUT drives an output of the controllable loop of fiber optic cable adapted to couple to an oscillator input to the DUT. An monitor selector is also included that accepts at least two outputs of the DUT and is structured to transmit a selected monitored channel of the DUT to the phase adjust driver. The phase adjust driver is structured to drive the controllable loop of fiber optic cable with a control signal based on the output of the DUT that is selected by the monitor selector. 
【００１２】
In some embodiments a signal path from the laser source through the lightwave component analyzer to the first test input to the DUT has a length within one meter of a length of a signal path from the laser source through the controllable loop of fiber optic cable to the oscillator input to the DUT.
【００１３】
In some embodiments the phase adjustor may adjust the phase angle of the local oscillator to approximately zero, while in other embodiments different phase adjustments are possible.
【００１４】
In other embodiments, methods for adjusting a phase angle of a local oscillator relative to a phase angle of a signal input of a Device Under Test (DUT) are described. Such methods may include generating a first laser signal having a fixed path length from a laser to a signal input of the DUT, generating a second laser signal having an adjustable length path from the laser to a local oscillator input of the DUT, selectively coupling an output of the DUT to a phase controller driver for the controllable loop of fiber optic cable, and driving the controllable loop of fiber optic cable with a control signal derived from the selected output of the DUT.
【００１５】
Further embodiments may also include a system for testing a Device Under Test (DUT), using the above described components.
【００１６】
Reference is made to embodiments of the invention, examples of which may be illustrated in the accompanying figures. These figures are intended to be illustrative, not limiting. Although the invention is described in the context of these embodiments, it should be understood that this description is not intended to limit the scope of the invention to these particular embodiments.
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】FIG. 1 is a block diagram illustrating components of an Integrated Coherent Optical Receiver to be tested using embodiments of the invention.
【図２】FIG. 2 is a block diagram illustrating components of a precise phase adjusting system that may be used in implementing embodiments of the invention.
【図３】FIG. 3 is a block and schematic diagram illustrating a phase adjust driver according to embodiments of the invention.
【発明を実施するための形態】
【００１８】
The following detailed description will refer to one or more embodiments, but the present invention is not limited to such embodiments. Rather, the detailed description and any embodiment(s) presented are intended only to be illustrative. Those skilled in the art will readily appreciate that the detailed description given herein with respect to the Figures is provided for explanatory purposes as the invention extends beyond these limited embodiments.
【００１９】
Certain terms are used throughout the description and claims to refer to particular system components. In the following discussion and in the claims, the terms “including” and “comprising” are used in an open-ended fashion, and thus should be interpreted to mean “including, but not limited to . . . . ” Phrases such as “coupled to” and “connected to” and the like are used herein to describe a connection between two devices, elements and/or components and are intended (unless otherwise restricted specifically) to mean physically, optically and/or electrically either coupled directly together, or coupled indirectly together, for example via one or more intervening elements or components or via a wireless or other connection, where appropriate. The term “system” refers broadly to a collection of two or more components and may be used to refer to an overall system (e.g., a communication system, a receiving system, a testing system, a computer system or a network of such devices/systems), a subsystem provided as part of a larger system, and/or a process or method pertaining to operation of such a system or subsystem.
【００２０】
The most direct way to measure frequency response of an Optical/Electrical (OE) device is to use a Lightwave Component Analyzer (LCA). An LCA is essentially an electrical Vector Network Analyzer (VNA) coupled with electrical-to-optical (E/O) and optical-to-electrical (O/E) converters to extend the capability of the VNA to the optical domain. An example LCA is one of the N437x series made by KeySight Technologies of Colorado, USA. The E/O converter in an LCA is typically a Mach-Zehnder optical modulator biased at quadrature. This is ideal for producing optical power signals that are proportional to the voltage input. Typically an O/E converter under test will convert the optical power back to an electrical voltage so that the VNA can process a linear voltage transfer function and via calibration extract the O/E transfer function.
【００２１】
However, ICRs convert optical electric field to voltage, not optical power to voltage. This difficulty can be dealt with so long as the absolute amplitude is not particularly important. This is in fact the case with a standard ICR test since the absolute amplitude is easily measured by other means.
【００２２】
Another difficulty with measuring the Device Under Test (DUT), as mentioned above, is that the ICR produces no output without a second optical signal, specifically the local oscillator. This difficulty is addressed by the inclusion of a phase controller including an optical phase-locked-loop that is the subject of this disclosure. Ultimately, the DUT is tested by generating the shape of the amplitude and phase response of the DUT at various frequencies. Embodiments of the invention allow such testing by using an LO having a tunable phase adjust.
【００２３】
As seen in FIG. 1, a generalized optical signal processor 100, which can be used as an optical signal receiver or an optical testing device, for example, accepts an unprocessed data signal beam 110 at a SIG input as well as a local oscillator beam 120 at an LO input. The optical signal processor 100 may also be referred to as a Device Under Test (DUT). In some embodiments the beams 110, 120 may be laser beams, but embodiments of the invention also work in typical RF frequencies. The laser used for the local oscillator 120 can be any suitable laser source and type (for example, continuous wave, pulsed, etc.). A polarized beam splitter 130 splits the beams 110, 120 into two channels. As noted below, and as will be appreciated by those skilled in the art, the local oscillator 120 should preferably be oriented so that sufficient reference local oscillator power is available downstream along any needed polarizations. In some embodiments discussed herein, such polarizations may be referred to as “horizontal” and “vertical” polarizations (as well as other orientation representations such as x-axis and y-axis, etc.), though such nomenclature only serves to describe the relative polarization orientations, as do references to 45° offsets and/or axes relative to such horizontal and/or vertical polarization orientations. Those skilled in the art will appreciate that many equivalent structures, apparatus, etc. are available once the relative polarization schemes, etc. are known.
【００２４】
An X-channel optical mixer 140 combines the signal 110 and LO inputs 120 of the X-channel to produce a differential in-phase (I) output on outputs 141, 143, and a differential quadrature (Q) output on outputs 145, 147. These outputs are directed to photodetectors, such as photosensitive diode pairs 142, 144, and 146, 148. The photodiodes 142, 144, 146, 148 of the signal processor 100 may be coupled to an amplifier, such as transimpedance amplifiers 151, 155, and/or other components well known to those skilled in the art and used to extract data from the signal beam 110. Embodiments of the invention operate even in absence of other components coupled to the photodiodes 142, 144, 146, 148. Current monitors 182, 184 may be coupled to the outputs of the photosensitive diode pairs 142, 144, respectively. Such a monitor allows each photodiode, referred to as P and N, for positive and negative, from each channel, to be monitored. For example, the current monitor 182 monitors the P photodiode of the Xi channel, while the current monitor 184 monitors the N photodiode of the Xi channel. Although not illustrated, each of the channels Xq, Yi, and Yq may include current monitors for the P and N photodiodes, so that each of the outputs of the photodiodes in each channel may be individually monitored.
【００２５】
Similarly, a Y-channel optical mixer 160 combines the signal 110 and LO inputs 120 of the Y-channel to produce a differential in-phase (I) output on outputs 161, 163, and a differential quadrature (Q) output on outputs 165, 167. These outputs are directed to photodetectors, such as photosensitive diode pairs 162, 164, and 166, 168. The photodiodes 162, 164, 166, 168 of the signal processor 100 of FIG. 1 are coupled to transimpedance amplifiers 171, 175, respectively, but such amplifiers are not needed to practice embodiments of the invention.
【００２６】
As mentioned above, it is difficult to test the frequency responses of the photodiodes of the X and Y channels without having physical access to block light to one of the pairs of diodes. It is also very difficult to test the frequency responses of the photodiodes without an ability to precisely control the frequency of the local oscillator beam 120, especially a local oscillator that oscillates at the very high optical carrier frequencies, such as 192THz. Another problem exists in that the fiber carrying the signal 110 may have a different length than the fiber carrying the local oscillator 120, which makes it difficult to match phases of the signal and local oscillator. Therefore, embodiments of the invention provide an apparatus and method to hold the phase of the local oscillator extremely stable, and well matched to the phase of the signal, as well as being controllable, to facilitate measurement of the frequency responses of the photodiodes. 
【００２７】
FIG. 2 is a block diagram illustrating components of a precise phase adjusting system 200 that may be used in implementing embodiments of the invention. A laser 210 generates a signal that ultimately becomes the source of both the local oscillator and of a testing signal input to a DUT 230. The phase of the laser making the local oscillator is precisely controlled through an optical phase adjustor, which may be embodied by and referred to as a phase adjust loop 252, which is driven by a phase adjust driver 250, described in detail below. The laser 210 is also presented to an LCA 220, which creates a modulated light signal that is presented as a testing signal to the Signal input to the DUT 230. Thus, a single laser beam 210 is split and goes through separate controllable paths to ultimately become both the Signal and LO inputs to the DUT 230. Controlling the laser beam 210 allows the frequency response of the photodiodes of the DUT 230 to be tested over multiple frequencies, and therefore the DUT can be characterized.
【００２８】
The LCA 220 performs two functions in this system, one is to modulate the laser beam from the laser 210 to add characterizing data to be used as the Signal input of the DUT 230. The other function is to measure, based on the characterizing data supplied to it, the output from a selected one of the four output channels of the DUT 230. In the example illustrated in FIG. 1, the DUT 230 has four output channels, (I) and (Q) channels each for both the X and Y polarities. The outputs are connected to an output channel selector 222, which is controllable to provide the selected output channel of the DUT 230 to the LUT 220 for characterization. Also as mentioned above, each of the output channels may include differential outputs formed by a coupled pair of outputs.
【００２９】
The phase adjust driver 250 controls a phase adjust loop 252 to select particular phases and provide a stable phase reference of the local oscillator relative to the signal. The level to which the phase adjust driver 250 is driven is related to its input, called an error input, for reasons described below. Also for reasons described below, the error input to the phase adjust driver 250 is a selected one or pair of current monitors from the DUT 230. For example, the error input to the phase driver could be the current monitors 182, 184 of the Xi channel as illustrated in FIG. 1, or any of the other monitored channels of the optical signal processor 100 of FIG. 1. The error input to the phase adjust driver 250 can be perform both a dc-bias function as well as the phase adjust function. In this way it can completely take over for the user bias circuitry of prior solutions, eliminating the need for any such interaction between the test system and the bias circuitry of the user. In addition, the phase adjust driver 250 can also be used to measure photocurrents of the DUT 230 outputs to determine DC Common Mode Rejection Ratio (CMRR) for example. 
【００３０】
The phase adjust loop 252 may be embodied by a piezo phase stretcher. A piezo phase stretcher has loops of fiber optic cable looped around a piezoelectric element. Energizing the piezoelectric element causes the element to expand, which lengthens the path of the fiber optic material looped around it. Lengthening the path changes the distance the light travels through the path. Lengthening only one of the paths, Signal or LO, allows the phase of one signal to be adjusted relative to the other. In one embodiment the phase adjust loop 252 may allow light traveling through the loop to be adjusted extremely accurately, such as on the order of tenths or hundredths of a  picosecond. In other words, by using the phase stretcher, the fiber length that the laser light travels through may be lengthened to cause the light traveling through it to take, for example, .1ps longer than the fiber in its non-stretched length. This changes the relative phase of the light signals between the LO and the Signal inputs of the DUT 230. Therefore, driving the phase adjust loop 252 gives phase precise phase control to the system. The length of both laser paths from the laser 210 for both the Signal and LO may be set up to be similar length to one another, for example within one meter. The phase adjust loop in some embodiments may be an OptiPhase PZ1-PM4-APC-E-155B, and may have a fiber length of 12.36m, for instance.
【００３１】
Providing a signal to the DUT that is phase stable and controllably locked relative to the LO in a known relationship allows the same results to be obtained from the DUT as if the balanced detection was able to be physically blocked, as in previous solutions, as proven by the theory of operation shown below.
【００３２】
【数１】
2016099358.tif 000014
【００３３】
【数２】
2016099358.tif 000015
【００３４】
For simple amplitude modulation of E10with a balanced drive, the output of the DUT 230 for a particular polarization will be proportional to: 
【００３５】
【数３】
2016099358.tif 000016
【００３６】
【数４】
2016099358.tif 000017
【００３７】
2016099358.tif 000018
【００３８】
Referring back to how the error signal is determined and selected, the signal field Ｅ10 coming from the Mach Zehnder component of the LCA 220 biased at quadrature for AM modulation can be shown to have the form A sin{ (π/Vπ)V + π/4}.  This is not exactly a linear function, but can be expanded in a Taylor series to examine the nonlinearities. 
【００３９】
【数５】
2016099358.tif 000019
【００４０】
Only the odd powers are relevant since the LCA 220 uses a heterodyne receiver with a narrow passband, which generally eliminates anything other than the driving frequency. The odd terms contribute power back at the driving frequency, but the driving signal is kept small to minimize nonlinearity. Consider Vpeak = 0.1Vπ． In this case the 3rd-order term is 1.6% the amplitude of the linear term. The fifth order term is 0.5% of the 3rd-order amplitude. 
【００４１】
Even if the odd terms do become somewhat significant in size, their effect merely reduces the amplitude of the signal at the driving frequency. Since these nonlinearities originate from an optical nonlinearity, they are essentially instantaneous and in perfect phase with the driving signal. Raising a cosine function to an odd power does not change the phase of the term at the original frequency. 
【００４２】
This realization shows that the modulator of the LCA 220 may be considered to effectively operate as a linear transducer under the above assumptions. This together with the DUT 230 I and Q responses, which are also linear functions of the signal field, gives an overall linear transfer function for the LCA 220 to analyze. It is true that other frequency components will be present in the stimulus of the DUT 230, but they should not affect the measured result, which ignores the harmonic components. 
【００４３】
For the case of an unbalanced drive, the Mach Zehnder modulator of the LCA 220 produces the field: 
【００４４】
【数６】
2016099358.tif 000020
【００４５】
Since there is a phase shift between the dc and the modulated field, the I and Q outputs become, 
【００４６】
【数７】
2016099358.tif 000021
【００４７】
【数８】
2016099358.tif 000022
【００４８】
2016099358.tif 000023
【００４９】
Selecting the particular desired output of the DUT 230 is made easy by some products, such as the OM4k products available from Tektronix, Inc. of Beaverton, Oregon, which include bias monitor circuits. If other types of DUTs not having such monitoring circuits are being tested, the phase adjust driver 250 includes appropriate bias circuitry.
【００５０】
FIG. 3 is a block and schematic diagram illustrating a phase adjust driver according to embodiments of the invention. In this example, current monitor outputs are available from the DUT, such as the current monitors 182, 184 of FIG. 1. A monitor selector 240 selects the particular desired outputs from the DUT, which may be a pair of differential photocurrent outputs as illustrated in FIG.1. The monitor selector 240 passes the selected outputs to a phase adjust driver 300, which may be an embodiment of the phase adjust driver 250 of FIG. 2. The phase adjust driver 300 may include several sections, such as a polarity switching section, a P-N subtraction section, and a section to perform loop filtering and gain. 
【００５１】
In operation, the monitor selector 240 passes the selected photocurrent monitor outputs to a polarity switch 310 component of the phase adjust driver 300. The polarity switch 310 allows a user to change the polarity of the error signal, and therefore gives the user control to select which one of the pair of differential output diodes of the selected channel of the DUT will be tested.
【００５２】
The differential inputs, after the desired polarity is chosen by the polarity switch 310, are presented to a differential amplifier 320, which generates a voltage signal indicative of the difference of its input in the P-N subtractor section of the phase adjust driver 300. The output of the differential amplifier 320 is passed to another amplifier 330, which is in the loop filtering and gain section of the phase adjust driver 300. The output of the amplifier 330 is the output of the phase adjust driver 300 that drives the phase adjust loop 252 of FIG. 2, although, in some embodiments, the signal from the amplifier 330 may go through yet another amplifier or series of amplifiers to generate enough gain to drive the phase adjust loop 252. 
【００５３】
In operation, the phase adjust driver 300 creates an output signal from an input, which itself is one of the monitored photocurrents of the DUT, for driving the phase adjust loop 252. The output signal of the phase adjust driver 300 keeps the phase of the LO input extremely precisely aligned with its desired position relative to the Signal input of the DUT. Further, the phase adjust driver 300 allows selection of different relative phases simply by changing which of the monitored photocurrents, of the DUT are chosen to be the selected inputs to the phase adjust driver 300. Plus, the polarity switch 310 allows the user to select which particular photodiode, P or N, of the differential pair of photodiodes is selected.
【００５４】
It shall be well understood to a person skilled in the art that the invention is not limited to any particular standard, but is applicable to systems having similar architecture without depraving from the inventive scope.
【００５５】
The foregoing description has been described for purposes of clarity and understanding. In view of the wide variety of permutations to the embodiments described herein, the description is intended to be illustrative only, and should not be taken as limiting the scope of the invention. Although specific embodiments of the invention have been illustrated and described for purposes of illustration, various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.   For example, the present invention may be described from various concepts as below.
【００５６】
A concept 1 of the present invention is a phase adjustor for adjusting a phase angle of a local oscillator relative to a phase angle of a signal input of a Device Under Test (DUT), comprising:
a laser source structured to couple to a lightwave component analyzer and to an optical phase adjustor driven by a phase adjust driver;
an output of the lightwave component analyzer adapted to couple to a first test input to the DUT;
an output of the optical phase adjustor adapted to couple to an oscillator input to the DUT; and
an monitor selector adapted to accept at least two outputs of the DUT and structured to transmit a selected output of the DUT to the phase adjust driver, in which the phase adjust driver is structured to drive the optical phase adjustor with a control signal based on the output of the DUT that is selected by the monitor selector. 
【００５７】
A concept 2 of the present invention is the phase adjustor for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 1 in which the optical phase adjustor comprises a fiber optic loop stretcher.
【００５８】
A concept 3 of the present invention is the phase adjustor for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 1 in which a signal path from the laser source through the lightwave component analyzer to the first test input to the DUT has a length within one meter of a length of a signal path from the laser source to the oscillator input to the DUT.
【００５９】
A concept 4 of the present invention is the phase adjustor for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 1 in which the control signal of the phase adjust driver causes a phase angle difference of the output of the lightwave component analyzer and the output of the optical phase adjustor to be controllably driven to approximately zero.
【００６０】
A concept 5 of the present invention is the phase adjustor for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 1 in which the DUT output that is selected by the monitor selector is also a selected input to the lightwave component analyzer.
【００６１】
A concept 6 of the present invention is the phase adjustor for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 1 in which the DUT output that is selected by the monitor selector is different than a selected input to the lightwave component analyzer.
【００６２】
A concept 7 of the present invention is a method for adjusting a phase angle of a local oscillator relative to a phase angle of a signal input of a Device Under Test (DUT), the method comprising:
generating a first laser signal having a fixed path length from a laser to a signal input of the DUT;
generating a second laser signal having an adjustable length path from the laser to a local oscillator input of the DUT, the adjustable length path including an optical phase adjustor;
selectively coupling an output of the DUT to a phase controller driver for the controllable loop of fiber optic cable; and
driving the optical phase adjustor with a control signal derived from the selected output of the DUT.
【００６３】
A concept 8 of the present invention is the method for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 7, in which the optical phase adjustor is a controllable loop of fiber optic cable and in which driving the optical phase adjustor comprises driving a piezo-electric loop stretcher. 
【００６４】
A concept 9 of the present invention is the method for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 7, in which a length of the fixed length path is within one meter of a length of the adjustable length path.
【００６５】
A concept 10 of the present invention is the method for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 7, in which driving the optical phase adjustor causes a phase angle difference of the first laser signal and the second laser signal to be driven to approximately zero.
【００６６】
A concept 11 of the present invention is the method for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 7, in which driving the optical phase adjustor causes a phase angle difference of the first laser signal and the second laser signal to be driven to approximately π.
【００６７】
A concept 12 of the present invention is the method for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 7, further comprising:
performing tests on the selected output of the DUT.
【００６８】
A concept 13 of the present invention is the method for adjusting a phase angle of a local oscillator according to the concept 7, further comprising:
performing tests on an output of the DUT other than the selected output of the DUT.
【００６９】
A concept 14 of the present invention is a system for testing a Device Under Test (DUT), comprising:
a laser source coupled to a lightwave component analyzer and to an optical phase adjustor driven by a phase adjust driver;
an output of the lightwave component analyzer coupled to a first test input to the DUT;
an output of the phase adjust driver coupled to an oscillator input to the DUT; and
a monitor selector adapted to accept at least two outputs of the DUT and structured to transmit a selected output of the DUT to the phase adjust driver, in which the phase adjust driver is structured to drive the optical phase adjustor with a control signal based on the DUT output that is selected by the monitor selector. 
【００７０】
A concept 15 of the present invention is a system for testing a Device Under Test (DUT) according to the concept 14, in which the optical phase adjustor comprises a loop stretcher for stretching a loop of fiber optic cable.
【００７１】
A concept 16 of the present invention is a system for testing a Device Under Test (DUT) according to the concept 14, in which a signal path from the laser source through the lightwave component analyzer to the first test input to the DUT has a length within one meter of a length of a signal path from the laser source to the oscillator input to the DUT.
【００７２】
A concept 17 of the present invention is a system for testing a Device Under Test (DUT) according to the concept 14, in which the control signal of the phase adjust driver causes a phase angle difference of the output of the lightwave component analyzer and the output of the optical phase adjustor to be controllable driven to approximately zero.
【００７３】
A concept 18 of the present invention is a system for testing a Device Under Test (DUT) according to the concept 14, in which the DUT output that is selected by the monitor selector is also a selected input to the lightwave component analyzer.
【００７４】
A concept 19 of the present invention is a system for testing a Device Under Test (DUT) according to the concept 14, in which the DUT output that is selected by the monitor selector is different than a selected input to the lightwave component analyzer.
【符号の説明】
【００７５】
100  optical signal processor 
110  unprocessed data signal beam
120  local oscillator beam
130  polarized beam splitter (PBS)
140  X-channel optical mixer 
141, 143  differential in-phase (I) output on outputs 
142, 144, 146, 148  photodiodes 
145, 147  differential quadrature (Q) output on outputs 
151, 155  transimpedance amplifiers 
160  Y-channel optical mixer 
161, 163  differential in-phase (I) output on outputs 
162, 164, 166, 168  photodiodes 
165, 167  differential quadrature (Q) output on outputs 
171, 175  transimpedance amplifiers 
182  Current monitors
184  Current monitors
200  phase adjusting system
210  laser 
220  Lightwave Component Analyzer (LCA)
222  output channel selector 
230  Device under test (DUT)
240  monitor selector 
250  phase adjust driver 
252  phase adjust loop 
300  phase adjust driver 
320  differential amplifier 
330  differential amplifier 
【請求項１】
A phase adjustor for adjusting a phase angle of a local oscillator relative to a phase angle of a signal input of a Device Under Test (DUT), comprising:
a laser source structured to couple to a lightwave component analyzer and to an optical phase adjustor driven by a phase adjust driver;
an output of the lightwave component analyzer adapted to couple to a first test input to the DUT;
an output of the optical phase adjustor adapted to couple to an oscillator input to the DUT; and
an monitor selector adapted to accept at least two outputs of the DUT and structured to transmit a selected output of the DUT to the phase adjust driver, in which the phase adjust driver is structured to drive the optical phase adjustor with a control signal based on the output of the DUT that is selected by the monitor selector. 
【請求項２】
The phase adjustor for adjusting a phase angle of a local oscillator according to claim 1 in which the control signal of the phase adjust driver causes a phase angle difference of the output of the lightwave component analyzer and the output of the optical phase adjustor to be controllably driven to approximately zero.
【請求項３】
A method for adjusting a phase angle of a local oscillator relative to a phase angle of a signal input of a Device Under Test (DUT), the method comprising:
generating a first laser signal having a fixed path length from a laser to a signal input of the DUT;
generating a second laser signal having an adjustable length path from the laser to a local oscillator input of the DUT, the adjustable length path including an optical phase adjustor;
selectively coupling an output of the DUT to a phase controller driver for the controllable loop of fiber optic cable; and
driving the optical phase adjustor with a control signal derived from the selected output of the DUT.
【請求項４】
A system for testing a Device Under Test (DUT), comprising:
a laser source coupled to a lightwave component analyzer and to an optical phase adjustor driven by a phase adjust driver;
an output of the lightwave component analyzer coupled to a first test input to the DUT;
an output of the phase adjust driver coupled to an oscillator input to the DUT; and
a monitor selector adapted to accept at least two outputs of the DUT and structured to transmit a selected output of the DUT to the phase adjust driver, in which the phase adjust driver is structured to drive the optical phase adjustor with a control signal based on the DUT output that is selected by the monitor selector. 
【要約】
【課題】Adjust a phase angle of a local oscillator relative to a phase angle of a signal input of a Device Under Test (DUT) precisely.
【解決手段】 A laser source 210 provides an optical signal to a lightwave component analyzer (LCA) 220. An optical phase adjustor 252 may be embodied by a loop stretcher structured to controllably stretch a length of fiber optic cable and driven by a phase adjust driver 250. The LCA 220 drives a first test input to a DUT 230. An output of the DUT 230 drives an output of the optical phase adjustor 252 adapted to couple to an LO input to the DUT 230. A monitor selector 240 accepts at least two outputs of the DUT 230 and is structured to transmit a selected output of the DUT 230 to the phase adjust driver 250 that drives the optical phase adjustor 252 with a control signal based on the output of the DUT 230 that is selected by the monitor selector 240.
【選択図】図２
【図１】
2016099358.tif 000024
【図２】
2016099358.tif 000025
【図３】
2016099358.tif 000026