(57)【要約】【課題】  光増幅器などの光雑音の影響を受けず、被測定光ファイバの非線形効果によって増加する位相雑音の増加量を定量的に測定し、被測定光ファイバの非線形効果の程度を間接的に測定する。【解決手段】  互いに異なるデータ列を有し、かつ相対的な位相差を有する複数のテスト信号を合成した変調信号を出力する変調信号発生手段と、光搬送波を変調信号で位相変調し、さらに所定の光パワーおよび光信号対雑音比に設定した位相多重ＰＳＫ光信号を被測定物に送出する光信号送信手段と、被測定物を伝搬した位相多重ＰＳＫ光信号を受信する受信手段と、受信手段から出力される受信信号の誤り率を測定する誤り率測定手段とを備え、複数のテスト信号の位相差を変化させたときの受信信号の誤り率の増加量を、被測定物の非線形効果に対応する位相多重ＰＳＫ光信号の位相雑音の増加量として検出する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なるデータ列を有し、かつ相対的な位相差を有する複数のテスト信号を合成した変調信号を出力する変調信号発生手段と、
光搬送波を前記変調信号で位相変調し、さらに所定の光パワーおよび光信号対雑音比に設定した位相多重ＰＳＫ光信号を被測定物に送出する光信号送信手段と、
前記被測定物を伝搬した前記位相多重ＰＳＫ光信号を受信する受信手段と、
前記受信手段から出力される受信信号の誤り率を測定する誤り率測定手段と
を備え、前記複数のテスト信号の位相差を変化させたときの前記受信信号の誤り率の増加量を、前記被測定物の非線形効果に対応する前記位相多重ＰＳＫ光信号の位相雑音の増加量として検出する構成である
ことを特徴とする非線形効果測定器。
【請求項２】
請求項１に記載の非線形効果測定器において、
前記受信手段は、前記位相多重ＰＳＫ光信号をヘテロダイン検波して電気信号に変換し、その電気信号を識別器で識別して前記テスト信号を復調する構成である
ことを特徴とする非線形効果測定器。
【請求項３】
請求項１に記載の非線形効果測定器において、
前記受信手段は、前記位相多重ＰＳＫ光信号を遅延検波して電気信号に変換し、その電気信号を識別器で識別して前記テスト信号を復調する構成である
ことを特徴とする非線形効果測定器。
【請求項４】
互いに異なるデータ列を有し、かつ相対的な位相差を有する複数のテスト信号を合成した変調信号を変調信号発生手段から出力し、
前記変調信号を光信号送信手段に入力し、光搬送波を前記変調信号で位相変調し、さらに所定の光パワーおよび光信号対雑音比に設定した位相多重ＰＳＫ光信号を被測定物に送出し、
受信手段で前記被測定物を伝搬した前記位相多重ＰＳＫ光信号を受信し、
誤り率測定手段で前記受信手段から出力される受信信号の誤り率を測定し、
前記複数のテスト信号の位相差を変化させたときの前記受信信号の誤り率の増加量を、前記被測定物の非線形効果に対応する前記位相多重ＰＳＫ光信号の位相雑音の増加量として検出する
ことを特徴とする非線形効果測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバや光ファイバで構成された光増幅器等の被測定物の非線形効果に対応し、当該被測定物を伝搬する光信号に生じる位相雑音の増加量から被測定物の非線形効果の程度を測定する非線形効果測定器および非線形効果測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光増幅中継システムの伝送特性の制限要因の一つに、光ファイバや光増幅器の非線形効果による光信号波形劣化や光雑音の過剰発生がある。したがって、光増幅中継システムの伝送特性を改善する際に、光ファイバや光増幅器の非線形効果の測定が重要になる。
【０００３】
光ファイバや光増幅器の非線形効果を測定する従来の非線形効果測定器は、波長多重（ＷＤＭ）信号光を被測定物に入力し、ＷＤＭ信号光が被測定物を伝搬する過程で被測定物の非線形効果により発生した四光波混合光を、出力端で光スペクトラムアナライザを用いて測定したり、あるいは余分な光を光フィルタで除いた後に光パワーメータで測定する構成が一般的であった（非特許文献１）。
【０００４】
また、光ファイバの非線形効果によって光信号の位相雑音が増加することが知られている（非特許文献２）。ＱＰＳＫ光信号における通常の光雑音（図８(1))に対して、非線形効果による位相雑音が増加すると、図８(2) に示すように位相平面上の位相点から円周方向への広がりとなって現れる。
【非特許文献１】T.Matsuda, et al.,"Dispersion Management Scheme for Suppressing FWM in DWDM Transmission", LEOS 1998, WBB2, pp.372-373
【非特許文献２】J.P.Gordon and L.F.Mollenauer,"Phase noise in photonic communications sysrems using linear amplifiers", Opt.Lett., vol.15, No.23, pp.1351-1353, 1990
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、光増幅中継システムの光ファイバにＷＤＭ信号光を入力し、光ファイバから出力される四光波混合光を用いて光ファイバの非線形効果を測定する従来の方法は、光増幅中継システムで通常使用される光増幅器から発生する光雑音に四光波混合光が埋もれてしまい、四光波混合光を正確に測定することができなかった。
【０００６】
本発明は、光増幅器などの光雑音の影響を受けず、被測定光ファイバの非線形効果によって増加する位相雑音の増加量を定量的に測定し、被測定光ファイバの非線形効果の程度を間接的に測定することができる非線形効果測定器および非線形効果測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明の非線形効果測定器は、互いに異なるデータ列を有し、かつ相対的な位相差を有する複数のテスト信号を合成した変調信号を出力する変調信号発生手段と、光搬送波を変調信号で位相変調し、さらに所定の光パワーおよび光信号対雑音比に設定した位相多重ＰＳＫ光信号を被測定物に送出する光信号送信手段と、被測定物を伝搬した位相多重ＰＳＫ光信号を受信する受信手段と、受信手段から出力される受信信号の誤り率を測定する誤り率測定手段とを備え、複数のテスト信号の位相差を変化させたときの受信信号の誤り率の増加量を、被測定物の非線形効果に対応する位相多重ＰＳＫ光信号の位相雑音の増加量として検出する構成である。
【０００８】
受信手段は、位相多重ＰＳＫ光信号をヘテロダイン検波して電気信号に変換し、その電気信号を識別器で識別してテスト信号を復調する構成である。また、受信手段は、位相多重ＰＳＫ光信号を遅延検波して電気信号に変換し、その電気信号を識別器で識別してテスト信号を復調する構成である。
【０００９】
第２の発明の非線形効果測定方法は、互いに異なるデータ列を有し、かつ相対的な位相差を有する複数のテスト信号を合成した変調信号を変調信号発生手段から出力し、変調信号を光信号送信手段に入力し、光搬送波を変調信号で位相変調し、さらに所定の光パワーおよび光信号対雑音比に設定した位相多重ＰＳＫ光信号を被測定物に送出し、受信手段で被測定物を伝搬した位相多重ＰＳＫ光信号を受信し、誤り率測定手段で受信手段から出力される受信信号の誤り率を測定し、複数のテスト信号の位相差を変化させたときの受信信号の誤り率の増加量を、被測定物の非線形効果に対応する位相多重ＰＳＫ光信号の位相雑音の増加量として検出する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、被測定物の非線形効果に応じて発生する位相多重ＰＳＫ光信号の位相雑音の増加量として、位相多重ＰＳＫ光信号の位相シフト量を変化させながら誤り率を測定することにより、位相シフト量に対する誤り率の増加量（傾き）から被測定物の非線形効果の程度を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の非線形効果測定器の第１の実施形態を示す。
ここでは、位相多重ＰＳＫ光信号としてＱＰＳＫ光信号を例とし、光ファイバの非線形効果によってＱＰＳＫ光信号の位相雑音が増加し、そして位相雑音の増加によってＱＰＳＫ光信号の誤り率が増加することに着目し、光ファイバを介して伝送されたＱＰＳＫ光信号の誤り率を測定することによって間接的に光ファイバの非線形効果の程度を測定するための装置構成について説明する。
【００１２】
図において、光送信部１０は、テスト信号発生器１１，１２、位相シフタ１３、変調信号発生器１４、光源１５、位相変調器１６および光増幅器１７により構成される。光送信部１０と被測定光ファイバ１を介して接続される光受信部２０は、局発光光源２１、位相制御器２２、位相シフタ２３、干渉計２４、バランスド受光器２５、識別器２６および誤り率測定器２７により構成される。
【００１３】
テスト信号発生器１１，１２は、互いに異なるデータ列｛ａi ｝，｛ｂi ｝のテスト信号を出力する。ここでは、テスト信号発生器１２の出力に位相シフタ１３を接続し、データ列｛ｂi ｝のテスト信号の位相を（π/2＋θ）シフトする。なお、テスト信号発生器１１，１２の双方に位相シフタ１３を接続し、一方の位相シフト量をπ/2、他方の位相シフト量をθとしてもよい。テスト信号発生器１１の出力および位相シフタ１３で位相シフトを受けたテスト信号発生器１２の出力は変調信号発生器１４で合成され、変調信号として位相変調器１６に入力する。位相変調器１６は、光源１５から出力される光搬送波を変調信号で位相変調してＱＰＳＫ光信号ｓを生成する。光搬送波の角周波数をωとすると、ＱＰＳＫ光信号ｓは、
ｓ＝cos(ωt ＋πａi＋(π/2＋θ)ｂi )       …(1) 
と表される。
【００１４】
ＱＰＳＫ光信号ｓは、光増幅器１７を介して所定の光パワーおよび光信号対雑音比に設定して被測定光ファイバ１に送出される。このときのＱＰＳＫ光信号ｓの位相点は、図２に実線矢印の範囲で示すように、２つのＰＳＫ信号間の符号間距離が縮まっている。
【００１５】
被測定光ファイバ１を伝送されたＱＰＳＫ光信号は、光受信部２０の干渉計２４に入力する。一方、光送信部１０の光源１５と同一周波数の局発光光源２１から出力される局発光は、位相制御器２２および位相シフタ２３を介して干渉計２４に入力し、受信したＱＰＳＫ光信号と干渉する。干渉計２４の出力は、バランスド受光器２５で電気信号に変換されて識別器２６に入力し、識別再生されたテスト信号が誤り率測定器２７に入力して誤り率が測定される。なお、位相制御器２３は、受信したＱＰＳＫ光信号と局発光の位相が所定の関係になるように、一般的なＱＰＳＫ受信器がもっている制御系（図示せず）によって適宜制御される。位相シフタ２３は、識別器２６および誤り率測定器２７にデータ列｛ａi ｝の受信信号が入力するように、局発光の位相を０またはπ／２シフトする。
【００１６】
ここで、受信信号ｒ(ai,bi) は、受信感度に依存する定数をＲとすると、
ｒ(ai,bi) ＝Ｒcos(ωt ＋πａi＋(π/2＋θ)ｂi−θ/2−π/4)       …(2) 
と表される。式(2) を展開し、高周波成分の cos(2ω) の項を消去して整理すると、
ｒ(ai,bi) ＝Ｒ/2 cos(πａi−θ/2−π/4)                         …(3) 
となる。
【００１７】
式(3) より、光送信部１０から送信されるＱＰＳＫ光信号ｓの位相シフト量θが増加すると、図３に示すように、受信信号ｒ(1,b) とｒ(0,b) の差分、すなわちデータ列｛ａi ｝の受光電力が減少する。なお、式(3) ではｂi の項が消えているので、受信信号ｒのｂは任意の値である。一方、雑音電力は被測定光ファイバ１の非線形効果により変化するものの、位相シフト量θに対しては変化しないため、位相シフト量θが増加すると、図４に示すように誤り率ＢＥＲ（ビットエラーレート）が増加することになる。ここで、被測定光ファイバ１の非線形効果により、図２に示すように位相点周りの雑音分布が広がっていると、位相シフト量θに対する誤り率の傾きは増加し、傾きの増加量から被測定光ファイバ１における非線形効果の程度を測定することができる。
【００１８】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の非線形効果測定器の第２の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態の光受信部２０の局発光と干渉計を用いたヘテロダイン検波回路に代えて、１ビット遅延干渉計３１を用いて遅延検波回路を構成するところにある。１ビット遅延干渉計３１の一方のアームに位相シフタ３２を挿入し、識別器２６および誤り率測定器２７にデータ列｛ａi ｝の受信信号が入力するように位相をπ／４または−π／４シフトする。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００１９】
本実施形態において、受信信号ｒ(ai,bi) は、
ｒ(ai,bi) ＝Ｒcos(ωt＋πａi＋(π/2＋θ)ｂi−π/4)
・cos(ωt＋πａi-1＋(π/2＋θ)ｂi-1)            …(4) 
と表される。
式(4) より、光送信部１０から送信されるＱＰＳＫ光信号ｓの位相シフト量θが増加すると、図５に示すように、受信信号ｒ(1,1) とｒ(1,0) の平均値とｒ(0,1) とｒ(0,0) の平均値との差分、すなわちデータ列｛ａi ｝の受光電力が減少する。したがって、第１の実施形態と同様に位相シフト量θに対する誤り率の傾きから、被測定光ファイバ１における非線形効果の程度を測定することができる。
【００２０】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の非線形効果測定器の第３の実施形態を示す。
図７(1) の構成は、第１の実施形態における干渉計２４、バランスド受光器２５および識別器２６を２セット備え、局発光光源２１から出力される局発光を２分岐し、一方の局発光をそのまま干渉計２４−１に入力するとともに、他方の局発光をその位相をπ／２シフトする位相シフタ２３を介して干渉計２４−２に入力する。誤り率測定器２７では、識別器２６−１，２６−２の出力からデータ列｛ａi ｝の受信信号を選択し、その誤り率を測定する。
【００２１】
図７(2) の構成は、第２の実施形態における１ビット遅延干渉計３１、バランスド受光器２５および識別器２６を２セット備え、一方の位相シフタ３２−１の位相シフト量をπ／４とし、他方の位相シフタ３２−２の位相シフト量を−π／４に設定する。誤り率測定器２７では、識別器２６−１，２６−２の出力からデータ列｛ａi ｝の受信信号を選択し、その誤り率を測定する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の非線形効果測定器の第１の実施形態を示す図。
【図２】ＱＰＳＫ光信号の位相雑音の増加例を示す図。
【図３】位相シフト量と受信信号成分の関係を示す図。
【図４】ＱＰＳＫ光信号の誤り率特性を示す図。
【図５】位相シフト量と受信信号成分の関係を示す図。
【図６】本発明の非線形効果測定器の第２の実施形態を示す図。
【図７】本発明の非線形効果測定器の第３の実施形態を示す図。
【図８】ＱＰＳＫ光信号の位相点を示す図。
【符号の説明】
【００２３】
１    被測定光ファイバ
１０  光送信部
１１，１２  テスト信号発生器
１３  位相シフタ
１４  変調信号発生器
１５  光源
１６  位相変調器
１７  光増幅器
２０  光受信部
２１  局発光光源
２２  位相制御器
２３  位相シフタ
２４  干渉計
２５  バランスド受光器
２６  識別器
２７  誤り率測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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