(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の自然数（ｎ1 ）分の１とわずかに異なる繰り返し周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz) またはｆ0／ｎ1＋Δｆ (Hz) を有するサンプリング光パルス列を発生するサンプリング光パルス発生手段と、
前記基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の自然数（Ｎ）倍のビットレートＮ・ｆ0 (bit/s) を有する光信号と、前記サンプリング光パルス列とを合波する光合波器と、
前記光合波器で合波された前記光信号および前記サンプリング光パルス列を入力し、非線形光学効果により生じる相互相関光信号を出力することで前記光信号を前記サンプリング光パルス列でサンプリングする非線形光学材料と、
前記相互相関光信号を相互相関電気信号に変換する光電変換器と、
前記相互相関電気信号よりある所定の平均時間内で得られた全てのサンプリング点より光強度のヒストグラムを測定し、その光強度ヒストグラムを構成するサンプリング点のうち、あらかじめ定めた第一の閾値レベルより高い点群を「レベル１」とし、この第一の閾値レベルより低い第二の閾値レベルより低い点群を「レベル０」とし、「レベル１」と「レベル０」それぞれの当該平均時間内でのレベル分布の平均値の差μと、「レベル１」と「レベル０」それぞれの当該平均時間内での標準偏差値の和（σ1＋σ0）の比
Ｑ＝μ／（σ1＋σ0）
を信号対雑音比係数として求め、前記光信号の品質を検査する電気信号処理手段と
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項２】
基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の自然数（ｎ1 ）分の１とわずかに異なる繰り返し周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz) またはｆ0／ｎ1＋Δｆ (Hz) を有するサンプリング光パルス列を発生するサンプリング光パルス発生手段と、
前記基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の自然数（Ｎ）倍のビットレートＮ・ｆ0 (bit/s) を有する光信号と、前記サンプリング光パルス列とを合波する光合波器と、
前記光合波器で合波された前記光信号および前記サンプリング光パルス列を入力し、非線形光学効果により生じる相互相関光信号を出力することで前記光信号を前記サンプリング光パルス列でサンプリングする非線形光学材料と、
前記相互相関光信号を相互相関電気信号に変換する光電変換器と、
前記相互相関電気信号よりある所定の平均時間内で得られた全てのサンプリング点より光強度のヒストグラムを測定し、その光強度ヒストグラムを構成するサンプリング点のうち、あらかじめ定めた領域が重ならない２つの領域のうち高いレベル領域内の点群を「レベル１」とし、低いレベル領域内の点群を「レベル０」とし、「レベル１」と「レベル０」それぞれの当該平均時間内でのレベル分布の平均値の差μ′と、「レベル１」と「レベル０」それぞれの当該平均時間内での標準偏差値の和（σ1＋σ0）の比
Ｑ＝μ′／（σ1＋σ0）
を信号対雑音比係数として求め、前記光信号の品質を検査する電気信号処理手段と
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項３】
請求項１に記載の光信号品質モニタにおいて、
電気信号処理手段は、あらかじめある所定の平均時間内に測定したサンプリング点からレベルのヒストグラムを求め、このヒストグラムのレベル最大値からサンプリング点数を積分し、全サンプリング点数をＮtotal 、光信号のデューティ比（パルス幅とタイムスロットの比）をＤ、マーク率（ディジタル伝送における「レベル１」の発生確率）をＭとしたときに、
Ｎmiddle＝Ｎtotal×Ｄ×Ｍ
で求まるサンプリング点数Ｎmiddleと等しくなったときのレベルを中間値μm とし、
前記ヒストグラムにおいてレベル最小値側から最初にサンプリング点数がピーク値となるレベルを「レベル０」の平均値μ0 とし、
「レベル０」および「レベル１」の閾値レベルμth0 ，μth1 を
μth0 ＝２αμm＋（１−２α)μ0 
μth1 ＝２(１−α)μm−（１−２α)μ0 
0.1 ＜α＜ 0.4
とすることを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項４】
請求項２に記載の光信号品質モニタにおいて、
電気信号処理手段は、あらかじめある所定の平均時間内に測定したサンプリング点からレベルのヒストグラムを求め、このヒストグラムのレベル最大値からサンプリング点数を積分し、全サンプリング点数をＮtotal 、光信号のデューティ比（パルス幅とタイムスロットの比）をＤ、マーク率（ディジタル伝送における「レベル１」の発生確率）をＭとしたときに、
Ｎmiddle＝Ｎtotal×Ｄ×Ｍ
で求まるサンプリング点数Ｎmiddleと等しくなったときのレベルを中間値μm とし、
前記ヒストグラムにおいてレベル最小値側から最初にサンプリング点数がピーク値となるレベルを「レベル０」の平均値μ0 とし、
「レベル０」および「レベル１」の閾値レベルμth0 ，μth1 を
μth0 ＝２αμm＋（１−２α)μ0 
μth1 ＝２(１−α)μm−（１−２α)μ0 
0.1 ＜α＜ 0.4
とし、
前記所定の平均時間内に測定したサンプリング点の中でレベルの最大値と最小値をそれぞれμmax ，μmin とし、「レベル０」の範囲をμmin 以上μth0 以下とし、「レベル１」の範囲をμth1 以上μmax 以下とすることを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の光信号品質モニタにおいて、
相互相関光信号は、非線形光学効果により発生させた和周波光、または差周波光、または四光波混合光である
ことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の光信号品質モニタにおいて、
サンプリング光パルス発生手段は、
伝送路から分岐した光信号の基本クロック周波数ｆ0(Hz）の自然数（ｎ1 ）分の１からオフセット周波数Δｆ(Hz)を加減した周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz）またはｆ0／ｎ1＋Δｆ (Hz）のタイミングクロックを発生するタイミングクロック発生手段と、  前記タイミングクロックを用いて、繰り返し周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz）またはｆ0／ｎ1＋Δｆ (Hz）で、パルス幅が光信号のタイムスロットより十分に狭いサンプリング光パルス列を発生する短光パルス発生手段と
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項７】
請求項６に記載の光信号品質モニタにおいて、
タイミングクロック発生手段は、
伝送路から分岐した光信号から抽出したクロック信号の基本クロック周波数ｆ0(Hz）をｆ0 ／ｎ1(Hz) に分周する分周器と、
ｎ2 を自然数とし、δＴをサンプリングステップ時間としたときに、
Δｆ＝ｆ0(ｎ1＋ｆ0δＴ）／ｎ1(ｎ1＋ｎ2＋ｆ0δＴ）
で表されるオフセット周波数Δｆで発振する発振器と、
前記分周されたクロック信号と前記発振器の出力とを混合し、周波数ｆ0／ｎ1±Δｆ(Hz)のタイミングクロックを生成するミキサと、
前記ミキサ出力からｆ0／ｎ1−Δｆ(Hz)またはｆ0／ｎ1＋Δｆ(Hz)の周波数成分のみを出力するバンドパスフィルタと
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載の光信号品質モニタにおいて、
サンプリング光パルス発生手段は、
基本クロック周波数ｆ0(Hz) の自然数（ｍ）分の１のクロック周波数ｆ0 ／ｍ（Hz) を有する同期網クロック信号を入力し、基本クロック周波数の自然数（ｎ1 ）分の１からオフセット周波数Δｆ（Hz）を加減した周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz）またはｆ0／ｎ1＋Δｆ (Hz）のタイミングクロックを発生するタイミングクロック発生手段と、
前記タイミングクロックを用いて、繰り返し周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz）またはｆ0 ／ｎ1 ＋Δｆ (Hz）で、パルス幅が光信号のタイムスロットより十分に狭いサンプリング光パルス列を発生する短光パルス発生手段と
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項９】
請求項８に記載の光信号品質モニタにおいて、
タイミングクロック発生手段は、
クロック周波数ｆ0 ／ｍ (Hz) の同期網クロック信号を基本クロック周波数ｆ0(Hz）の自然数（ｎ1 ）分の１の周波数ｆ0 ／ｎ1(Hz) に逓倍または分周する逓倍器または分周器と、
ｎ2 を自然数とし、δＴをサンプリングステップ時間としたときに、
Δｆ＝ｆ0(ｎ1＋ｆ0δＴ）／ｎ1(ｎ1＋ｎ2＋ｆ0δＴ）
で表されるオフセット周波数Δｆで発振する発振器と、
前記逓倍または分周されたクロック信号と前記発振器の出力とを混合し、周波数ｆ0／ｎ1±Δｆ(Hz)のタイミングクロックを生成するミキサと、
前記ミキサ出力からｆ0／ｎ1−Δｆ(Hz)またはｆ0／ｎ1＋Δｆ(Hz)の周波数成分のみを出力するバンドパスフィルタと
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項１０】
請求項６または請求項８に記載の光信号品質モニタにおいて、
タイミングクロック発生手段は、
基本クロック周波数ｆ0(Hz）の自然数（ｎ1)分の１の周波数ｆ0 ／ｎ1(Hz) から、ｎ2 を自然数とし、δＴをサンプリングステップ時間としたときに、
Δｆ＝ｆ0(ｎ1＋ｆ0δＴ）／ｎ1(ｎ1＋ｎ2＋ｆ0δＴ）
で表されるオフセット周波数Δｆを加減した周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz) またはｆ0／ｎ1＋Δｆ(Hz)で発振する発振器を備えた
ことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項１１】
請求項６または請求項８に記載の光信号品質モニタにおいて、
伝送路から光信号の一部を分岐する光分岐器を備え、
前記光分岐器で分岐された光信号とサンプリング光パルス発生手段から出力されたサンプリング光パルス列とを光合波器で合波する構成である
ことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光信号品質モニタにおいて、
光合波器は、光信号およびサンプリング光パルス列をそれぞれ直交する２つの偏光成分（Ｐsig.p, Ｐsig.s）、（Ｐsam.p, Ｐsam.s）に分離し、さらにその互いに直交する成分同士（Ｐsig.p, Ｐsam.s）、（Ｐsig.s, Ｐsam.p）を偏光合成して２つの出力ポートに出力する偏波分離合成手段であり、
前記偏波分離合成手段から出力される２系統の偏光合成光に対して、それぞれ相互相関光信号を発生させ、さらに相互相関電気信号に変換する２系統の非線形光学材料および光電変換器と、
前記２系統の相互相関電気信号を加算して電気信号処理手段に送出する加算回路と
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光信号品質モニタにおいて、
光合波器は、光信号およびサンプリング光パルス列をそれぞれ直交する２つの偏光成分（Ｐsig.p, Ｐsig.s）、（Ｐsam.p, Ｐsam.s）に分離し、さらにその互いに直交する成分同士（Ｐsig.p, Ｐsam.s）、（Ｐsig.s, Ｐsam.p）を偏光合成して２つの出力ポートに出力する偏波分離合成手段であり、
前記偏波分離合成手段から出力される２系統の偏光合成光に対して、それぞれ相互相関光信号を発生させる２系統の非線形光学材料と、
前記２系統の相互相関光信号のタイミングを合わせて偏光合成して光電変換器に送出する偏波合成手段と
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項１４】
請求項６または請求項８に記載の光信号品質モニタにおいて、
光合波器および非線形光学材料は伝送路に挿入され、伝送路からの光信号とサンプリング光パルス発生手段から出力されたサンプリング光パルス列とを光合波器で合波して非線形光学材料に入力し、
伝送路に挿入され、前記非線形光学材料から出力される光信号と相互相関光信号とを分離し、光信号を伝送路に送出し、相互相関光信号を光電変換器に送出する波長分離手段を備えた
ことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光信号品質モニタにおいて、
光合波器は、光信号およびサンプリング光パルス列をそれぞれ直交する２つの偏光成分（Ｐsig.p, Ｐsig.s）、（Ｐsam.p, Ｐsam.s）に分離し、さらにその互いに直交する成分同士（Ｐsig.p, Ｐsam.s）、（Ｐsig.s, Ｐsam.p）を偏光合成して２つの出力ポートに出力する偏波分離合成手段であり、
前記偏波分離合成手段から出力される２系統の偏光合成光に対して、それぞれ相互相関光信号を発生させ、さらに光信号と相互相関光信号とを分離する２系統の非線形光学材料および波長分離手段と、
前記２系統の光信号のタイミングを合わせて偏光合成して伝送路に送出する偏波合成手段と、
前記２系統の相互相関光信号を相互相関電気信号に変換する２系統の光電変換器と、
前記２系統の相互相関電気信号を加算して電気信号処理手段に送出する加算回路と
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【請求項１６】
請求項１４に記載の光信号品質モニタにおいて、
光合波器は、光信号およびサンプリング光パルス列をそれぞれ直交する２つの偏光成分（Ｐsig.p, Ｐsig.s）、（Ｐsam.p, Ｐsam.s）に分離し、さらにその互いに直交する成分同士（Ｐsig.p, Ｐsam.s）、（Ｐsig.s, Ｐsam.p）を偏光合成して２つの出力ポートに出力する偏波分離合成手段であり、
前記偏波分離合成手段から出力される２系統の偏光合成光に対して、それぞれ相互相関光信号を発生させ、さらに光信号と相互相関光信号とを分離する２系統の非線形光学材料および波長分離手段と、
前記２系統の光信号のタイミングを合わせて偏光合成して伝送路に送出する第１の偏波合成手段と、
前記２系統の相互相関光信号のタイミングを合わせて偏光合成して光電変換器に送出する第２の偏波合成手段と
を備えたことを特徴とする光信号品質モニタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異なったビットレートのディジタル光信号が伝送される光ファイバ伝送ネットワークにおいて、光信号の信号対雑音比をモニタする光信号品質モニタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
1990年代に世界的統一ネットワーク階梯構造となったＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy)では、ビットインターリーブパリティと呼ばれるパリティ検査を中継器間（ＢＩＰ−８）、多重化端局相互間（ＢＩＰ−Ｎ×24）でそれぞれ実施することにより、故障区間の同定と切替起動信号を得ている。ここで、自然数Ｎは多重化数を表すＳＴＭ−ＮのＮであり、156 Ｍbit/s のＳＴＭ−１を基本とし、その自然数倍の階梯をＳＴＭ−Ｎと表す。なお、Ｎ＝１，４，16，64が国際的に認知されている。ＢＩＰ−Ｍは、Ｍビットおきのパリティ検査を意味し、Ｍビットの検査ビットが得られる。送信側でフレーム内の信号のＭビット並列のパリティ検査を実行し、その検査ビットを次のフレームに格納して主信号とともに伝送する。受信側では、同様のパリティ検査を行い、次フレームの所定位置に格納された検査ビットと照合することにより伝送誤りを検出する。
【０００３】
図１８は、従来の誤り率測定系の構成例を示す。図において、伝送路からの光信号の一部が光分岐器５１−１で分岐され、光増幅器５２で増幅され、さらに光分岐器５１−２で２分岐される。光分岐器５１−２で分岐された一方の光信号はクロック抽出回路５３に入力され、光信号のビットレートＮｆ0 に応じたクロックｆ0 が抽出される。光分岐器５１−２で分岐された他方の光信号は受信回路５４に入力され、さらにその出力がフレーム検出回路，パリティ検査回路および照合回路からなる誤り率検出回路５５に入力される。受信回路５４および誤り率検出回路５５は、クロック抽出回路５３で抽出されたクロックｆ0 に応じて動作し、光信号の誤り率を測定する。なお、クロック抽出回路５３、受信回路５４、誤り率検出回路５５は、光信号のビットレートに応じた構成のものが必要である。すなわち、複数のビットレートに対応した誤り率検出を行うためには、各ビットレートに対応した回路を用意する必要があり、単一の回路で対応することはできない。
【０００４】
ところで、伝送システムの評価を行うには、信号の誤り率を直接測定する方法が一般的である。しかし、この方法では、非常に低い誤り率の場合に測定時間が長くかかることになり、作業効率が低くなる問題があった。
【０００５】
そこで、識別器の閾値を変化させたときに得られる誤り率の傾向から最適動作点での誤り率を推定する方法が考案された（参考文献１：N.S.Bergano et al.,“Margin Measurement in Optical Amplifier Systems", IEEE Photonics Technology Letters, vol.5, no.3, pp.304-306) 。図１９に光信号のアイパタンおよび光強度ヒストグラムを示す。このアイパタンのアイ開口が最大になる時点（識別ポイント）において、識別器の閾値を変化させることにより、２値伝送の場合の「ハイ」または「１」レベルと、「ロー」または「０」レベルの判別を行い、そのときの誤りの割合を測定する。
【０００６】
実際には、図２０に示すようなクロック抽出回路５３、光電変換器５６、電気信号処理手段５７による測定系を構成し、誤り率の閾値依存性から信号対雑音比に相当するＱ値を求めて評価指標としている。すなわち、伝送路からの光信号の一部を光電変換器５６で電気信号に変換し、この電気信号とクロック抽出回路５３で抽出されたクロックをサンプリングオシロスコープのような電気信号処理手段５７に入力し、図１９のようなアイパタンおよび光強度ヒストグラムを得る。
【０００７】
このアイパタンのアイ開口が最大となる時間ｔ0 において、信号振幅（例えば電圧値）をμ(t0)とし、２値伝送の場合の「ハイ」または「１」レベルの雑音の標準偏差をσ1(t0) 、「ロー」または「０」レベルの雑音の標準偏差をσ0(t0) としたときに、Ｑ(t0)値は
Ｑ(t0)＝μ(t0)／(σ1(t0)＋σ0(t0))          …(1)
で定義される。一方、ガウス型の雑音振幅分布を仮定すると、誤り率の低い領域では誤り率ＰとＱ値は、
Ｐ＝（１／(Ｑ(2π)1/2))exp(−Ｑ2／２）    …(2)
のような関係がある。したがって、Ｑ値が測定できれば、伝送路誤り率が推定できることになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＱ値測定系は、図２０に示すように光信号を電気信号に変換した後に波形をサンプリングしてＱ値を求めているので、光電変換器や電気信号処理回路の帯域や処理速度により、対応できる光信号のビットレートが40Ｇbit/s 程度に制限されていた。
【０００９】
また、アイ開口が最大となる時点でのＱ値を測定するので、異なるビットレートのディジタル光信号には対応できなかった。
また、従来のＱ値測定系は、伝送路からモニタ用の光信号を分岐する必要があるので、伝送路上の光信号に分岐による損失が生じ、信号対雑音比を劣化させる要因になっている。
【００１０】
本発明は、異なったビットレートのディジタル光信号が伝送される光ファイバ伝送ネットワークにおいて、被測定光信号のビットレートによらず単一の回路で信号対雑音比をモニタすることができる光信号品質モニタを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、数十Ｇbit/s 以上のビットレートの光信号にも対応することができる光信号品質モニタを提供することを目的とする。
また、本発明は、伝送路の光信号の信号対雑音比に与える影響を低減することができる光信号品質モニタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光信号品質モニタは、光学的手段により光信号のビットレートによらない光強度ヒストグラムから、サンプリング点の振幅値の統計処理値から信号対雑音比をモニタする構成である。以下、その基本構成について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の光信号品質モニタの基本構成を示す。
図において、伝送路から入力される光信号は、光周波数ωsig 、基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の自然数倍のビットレートＮ・ｆ0 (bit/s) （Ｎ＝１，２，…）を有する。サンプリング光パルス発生手段１は、光周波数ωsam 、基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の自然数（ｎ1 ）分の１とオフセット周波数Δｆ（Hz）を加減した繰り返し周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz) （またはｆ0／ｎ1＋Δｆ (Hz) ）（ｎ1 ＝１，２，…）で、パルス幅Δτが光信号のタイムスロットより十分に狭い（Δτ≪１／Ｎｆ0 ）サンプリング光パルスを発生する。光合波器２は、光信号とサンプリング光パルスを合波して非線形光学材料３に入力する。
【００１４】
非線形光学材料３は、２次の非線形光学効果の一つである和周波光発生（ＳＦＧ：Sum Frequency Generation）（参考文献２：高良  他、「和周波光発生を用いた光サンプリングによる超高速光波形測定法」、電子情報通信学会論文誌、Ｂ−Ｉ、vol.J75-B-I, no.5, pp.372-380, 1992)や差周波光発生（ＤＦＧ：Defference Frequency Generation ）、３次の非線形光学効果である四光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）（参考文献３：P.A.Andrekson, Electron.Lett.27, p.1440, 1991)を利用し、光信号とサンプリング光パルスの相互相関光信号を発生させる。
【００１５】
図２(a),(b),(c) は、それぞれＳＦＧ，ＤＦＧ，ＦＷＭにおける光周波数の関係を示す。ＳＦＧは、図２(a) に示すように、光周波数ωsig の光信号と光周波数ωsam のサンプリング光パルスの２光波を２次の非線形光学材料に入射すると、和の光周波数ωsfg （＝ωsam＋ωsig）の光が発生する現象である。ＤＦＧは、図２(b) に示すように、光周波数ωsig の光信号と光周波数ωsam のサンプリング光パルスから差の光周波数ωdfg （＝ωsam−ωsig）の光が発生する現象である。
【００１６】
ＦＷＭは、一般に３つの入射光（光周波数ω1,ω2,ω3)から新たな光（光周波数ω4＝ω1＋ω2−ω3）が発生する現象であるが、光サンプリングに応用する場合には３種類の光を用いるのは構成が複雑になるので、通常２つの光波が縮退（ω1＝ω2）したＦＷＭを利用する。すなわち、ω1 ，ω2 として光周波数ωsam のサンプリング光パルスを入射し、ω3 として光周波数ωsig の光信号を入射することにより、図２(c) に示すように、光周波数ωfwm（＝２ωsam−ωsig)の光を発生させる。
【００１７】
ここで、サンプリング光パルスの繰り返し周波数が光信号の基本クロック周波数ｆ0 の１／ｎ1 に比べてΔｆだけ小さいので、サンプリング光パルスは光信号との相対位置をずらしながら掃引することになる。その結果、相互相関光信号は図１に示すように変化し、その包絡線は光信号波形の時間軸を拡大した波形となる。この相互相関光信号を受光系で検出することにより、高速光信号の光強度のヒストグラムの測定が可能となる（上記参考文献２）。
【００１８】
すなわち、相互相関光信号を光電変換器４で電気信号に変換して電気信号処理手段５に入力する。電気信号処理手段５では、相互相関電気信号のピーク値の検出および分析を行い、図３に示すような光強度のヒストグラムを測定する。そして、この光強度のヒストグラムを構成するサンプリング点のうち、あらかじめ定めた閾値レベルμth1 より高い点群を「レベル１」とし、また別途定めた閾値レベルμth0 より低い点群を「レベル０」とし、「レベル１」と「レベル０」それぞれのある平均時間内での平均値μ1 ，μ0 の差μと、「レベル１」と「レベル０」それぞれの当該平均時間内での標準偏差値の和（σ1＋σ0）の比
Ｑ＝μ／（σ1＋σ0）                …(3)
を信号対雑音比係数として求める（請求項１）。
【００１９】
ここで、上記の閾値レベルμth1 ，μth0 を決定する方法の一例について、図４を参照して説明する（請求項３）。まず、電気信号処理手段５は、あらかじめ所定の平均時間内に測定したサンプリング点からレベルのヒストグラムを求め、このヒストグラムのレベル最大値からサンプリング点数を積分し、サンプリング点数Ｎmiddleと等しくなったときのレベルを中間値μm とする。なお、サンプリング点数Ｎmiddleは、全サンプリング点数をＮtotal 、光信号のデューティ比（パルス幅とタイムスロットの比）をＤ、マーク率（ディジタル伝送におけるマーク「１」の発生確率）をＭとしたときに、
Ｎmiddle＝Ｎtotal×Ｄ×Ｍ           …(4)
として求める。また、「レベル１」の平均値μ1 は、
μ1 ＝２(μm−μ0)＋μ0             …(5)
と仮定する。
【００２０】
次に、上記ヒストグラムにおいてレベル最小値側から最初にサンプリング点数がピーク値となるレベルを「レベル０」の平均値μ0 とする。また、「レベル０」および「レベル１」の閾値レベルμth0 ，μth1 を
μth0 ＝μ0 ＋α(μ1−μ0)
μth1 ＝μ1 −α(μ1−μ0)          …(6)
と設定する。ただし、０＜α＜0.5 とする。この (6)式に (5)式を代入すると、μth0 ＝２αμm＋（１−２α)μ0 
μth1 ＝２(１−α)μm−（１−２α)μ0     …(7)
が得られる。
【００２１】
以上の方法で決定した閾値レベルμth0 ，μth1 と全測定値から求めた光強度のヒストグラムにより、「レベル１」と「レベル０」の平均値μ1 ，μ0 および標準偏差σ1 ，σ0 を求め、これらの値から平均的な信号対雑音比係数（Ｑ値）を求める。
【００２２】
この信号対雑音比係数Ｑは、光信号の信号対雑音比に１対１に対応する物理量である。したがって、このＱ値を求めることにより、伝送してきた光信号の品質を検査することができる。
【００２３】
図５は、上記方法で求めた平均的なＱ値と、時間ｔ0 におけるＱ値との関係を示す。図より、αを0.1 にするとサンプリング点数が減少するため、平均的なＱ値のばらつきが大きくなる。一方、αが 0.4以上になるとアイパタンのクロスポイント付近の測定値が含まれるので、平均的なＱ値の値が低くなり測定精度が悪くなる。これに対して、 0.1＜α＜0.4 の場合は、サンプリング点数も十分であり、クロスポイントの影響も回避できるので、平均的なＱ値と時間ｔ0 におけるＱ値の間によい相関が得られる。なお、この例では相関係数しとて0.99の高い値が得られている。
【００２４】
したがって、(7) 式において、 0.1＜α＜0.4 と設定して各閾値レベルμth0 ，μth1 を決定することにより、精度よく伝送路の光信号品質を監視することができる。
【００２５】
また、図６に示すように、ヒストグラムを構成するサンプリング点のうち、あらかじめ定めた２つの領域のうち高いレベル領域内の点群を「レベル１」とし、低いレベル領域内の点群を「レベル０」とし、「レベル１」と「レベル０」それぞれのある平均時間内でのレベル分布の平均値の差μ′と、「レベル１」と「レベル０」それぞれの当該平均時間内での標準偏差値の和（σ1＋σ0）の比
Ｑ＝μ′／（σ1＋σ0）        …(8)
を信号対雑音比係数として求めてもよい（請求項２）。
【００２６】
なお、この場合には、例えばあらかじめ所定の平均時間内に測定したサンプリング点の中で、最大値と最小値をそれぞれμmax ，μmin とすると、図７に示すように、「レベル１」の範囲を「μth1 以上μmax 以下」とし、「レベル０」の範囲を「μmin 以上μth0 以下」とすればよい（請求項４）。
【００２７】
以上説明したように、本発明は、従来行われていたアイパタン開口の最も良好な時点で光信号のビットレートに等しい周波数でデータの取り込みおよび判別を行う誤り率測定法とは異なるものである。すなわち、本発明の光信号品質モニタは、光信号をサンプリングして光強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムから時間平均化した信号対雑音比係数（Ｑ値）をモニタするものであり、基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の任意の自然数Ｎ倍のビットレートＮｆ0 (bit/s）の光信号に対応することができる。また、パルス幅の狭いサンプリング光パルスおよび高速応答の非線形光学効果による光領域でのサンプリングを利用することで、従来技術では困難であった数十Ｇbit/s 以上の超高速の光信号の品質も検査することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態：請求項１，５，６，７，11）
図８は、本発明の光信号品質モニタの第１の実施形態を示す。
【００２９】
図において、伝送路から基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の自然数Ｎ倍のビットレートＮ・ｆ0 (bit/s) （Ｎ＝１，２，…）を有する光信号が入力され、その光信号の一部が光分岐器５１−１で分岐される。このとき、伝送路ポートに対するモニタポートの分岐比は、分岐損失による伝送特性劣化を抑圧するためにできるだけ小さい方がよい。光分岐器５１−１のモニタポートから出力される光信号は、さらに光分岐器５１−２で２分岐される。
【００３０】
光分岐器５１−２で分岐された一方の光信号は、タイミングクロック発生手段１１に入力され、基本クロック周波数ｆ0 (Hz)を抽出し、その自然数ｎ1 分の１からオフセット周波数Δｆ（Hz）を引いた（または加えた）タイミングクロックｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz) (またはｆ0／ｎ1＋Δｆ (Hz））を発生する。短光パルス発生手段１２は、このタイミングクロックを用いて、繰り返し周波数がｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz）（またはｆ0／ｎ1＋Δｆ (Hz））でパルス幅が光信号のタイムスロットより十分に狭いサンプリング光パルス列を発生する。
【００３１】
光分岐器５１−２で分岐された他方の光信号と短光パルス発生手段１２から出力されたサンプリング光パルス列は、光合波器２で合波されて非線形光学材料３に入力する。非線形光学材料３は、光信号とサンプリング光パルスの相互相関光信号（ＳＦＧ，ＤＦＧ，ＦＷＭ）を発生させる。この相互相関光信号は、光電変換器４で相互相関電気信号に変換されて電気信号処理手段５に入力される。電気信号処理手段５は、この相互相関電気信号のピーク値の検出および分析を行い、図３に示すようなヒストグラムを測定する。電気信号処理手段５では、上述した原理に基づいて信号対雑音比係数Ｑを求め、光信号の品質を検査する。これにより、異なったビットレートのディジタル光信号が伝送される光ファイバ伝送ネットワークにおいて、光信号のビットレートによらず、単一の測定系で光信号の品質検査を行うことができる。
【００３２】
ここで、図１に示す基本構成との対応関係を示す。タイミングクロック発生手段１１および短光パルス発生手段１２は、サンプリング光パルス発生手段１に対応する。その他の同一符号のものはそのまま対応する。なお、本実施形態では、タイミングクロック発生手段１１で光信号の基本クロック周波数ｆ0 を抽出するために、光分岐器５１−１，５１−２を用いて伝送路の光信号の一部を分岐する構成をとっている。
【００３３】
図９は、タイミングクロック発生手段の構成例を示す。
図９(a) において、基本ビットレートタイミング生成手段１３は、ビットレートＮ・ｆ0 の光信号から基本クロック周波数ｆ0 の自然数ｎ1 分の１のクロック周波数ｆ0／ｎ1を発生する。発振器１４は、オフセット周波数Δｆを発生する。ミキサ１５は、クロック周波数ｆ0／ｎ1とオフセット周波数Δｆを混合して周波数ｆ0 ／ｎ1 ±Δｆ(Hz)のタイミングクロックを生成し、バンドパスフィルタ１８がミキサ出力からｆ0／ｎ1−Δｆ(Hz)またはｆ0／ｎ1＋Δｆ(Hz)の周波数成分のみを出力する。
【００３４】
ここで、オフセット周波数Δｆの設定方法について説明する。図１０は、光信号とサンプリング光および発生した和周波光の時間軸上の関係を示すタイムチャートである。サンプリング光の繰り返し周波数は、光信号の繰り返し周波数ｆ0 の１／ｎ1 の分周に比べてΔｆだけ小さいので、図１０に示すように、サンプリング光パルスは光信号との相対位置を毎回ΔＴずらしながら掃引することになる。この相対位置のずれΔＴは、サンプリング光の繰り返し周期Ｔs(＝１／ｆs)と、光信号の１／ｎ1 の分周の周期ｎ1Ｔ0 （Ｔ0＝１／ｆ0)との差であり、
【００３５】
【数１】
0003796357.tif 000002
【００３６】
と表される。この相対位置のずれΔＴを光信号の周期Ｔ0 のｎ2 倍とサンプリングのステップ時間δＴの和とする。すなわち、
ΔＴ＝ｎ2Ｔ0＋δＴ                    …(10)
とする。これは、サンプリングのステップ時間δＴで光信号波形をサンプリングすることを意味する。このとき、(9) 式および(10)式より、Δｆは、
【００３７】
【数２】
0003796357.tif 000003
【００３８】
となる。なお、ｎ1 ，ｎ2 は自然数である。したがって、(11)式によりオフセット周波数Δｆを設定することにより、所望のサンプリングステップ量δＴで光信号波形をサンプリングすることができる。また、ｎ1 およびｎ2 の組み合わせを適当に選ぶことにより、オフセット周波数およびタイミングクロックをサンプリング光源や信号処理系の帯域に合わせて設定することができる。
【００３９】
本発明のサンプリングにおける時間分解能は、主に短光パルス発生手段１２で発生するサンプリング光パルスのパルス幅Δτと、非線形光学材料３の応答速度に依存する。
短光パルス発生手段１２としては、モード同期ファイバレーザ、モード同期半導体レーザ、利得スイッチング半導体レーザ等が使用できる。現在、これらの光源を用いることにより、パルス幅１ｐｓ以下の短光パルスを発生することができる。非線形光学材料３としては、ＳＦＧおよびＤＦＧについて、２次の非線形光学材料であるＫＴＰ（分子式ＫＴiＯＰＯ4) やＬiＮbＯ3 等の無機材料、ＡＡＮＰ等の有機材料、半導体導波路等が使用できる。ＦＷＭについては、３次の非線形光学材料である光ファイバ等の石英系光導波路が使用できる。これらの材料の応答速度はいずれも 0.1ｐｓ以下である。したがって、以上のものを使用することにより、時間分解能は１ｐｓ以下が可能である。なお、これはビットレート数百Ｇbit/s に相当する。
【００４０】
光合波器２としては、通常の光カプラを用いてもよいが、波長多重カプラを用いることにより低損失でサンプリング光パルスと光信号を合波することができる。また、サンプリング光パルスと光信号の偏光方向が直交している場合には、偏波ビームスプリッタにより偏波多重するようにしてもよい。
【００４１】
なお、非線形光学効果としてＳＦＧまたはＤＦＧを利用する場合には、光信号とサンプリング光パルスの偏光方向により使用できる非線形光学材料が異なる。両光の偏光方向が平行の場合には、２つの基本光の偏光が平行の時に効率よく相互相関光が発生する「タイプＩ位相整合」を行う２次の非線形光学材料を用いる必要がある。一方、両光の偏光方向が直交の場合には、２つの基本光の偏光が直交の時に効率よく相互相関光が発生する「タイプII位相整合」を行う２次の非線形光学材料を用いる必要がある（上記参考文献２）。非線形光学効果としてＦＷＭを利用する場合には、効率よく相互相関光を発生させるためには、光信号とサンプリング光パルスの偏光方向を平行に設定する必要がある。
【００４２】
また、使用する非線形光学材料３の変換効率が不十分であれば、光合波器２の前後に配置する光増幅器で光信号およびサンプリング光パルスのピークパワーを増幅すればよい。光増幅器としては、希土類を添加した希土類添加ファイバを用いた光増幅器や半導体レーザ増幅器を用いることができる。
【００４３】
また、非線形光学材料３の出力光には、相互相関光信号である和周波光（または差周波光または四光波混合光）以外にも、光信号およびサンプリング光パルスが含まれる。また、条件によっては、光信号やサンプリング光パルスの第２次高調波も発生することがある。これらの光が測定する相互相関光信号の信号対雑音比を劣化させる場合には、非線形光学材料３と光電変換器４との間に波長フィルタ３２を挿入し、相互相関光信号のみを選択すればよい。
【００４４】
（第２の実施形態：請求項１，５，８，９，11）
図１１は、本発明の光信号品質モニタの第２の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態のタイミングクロック発生手段１１に代えて、基本クロック周波数ｆ0 のｍ分の１のクロック周波数ｆ0 ／ｍ（ｍ＝１，２，…）を有する同期網クロック信号から、ｆ0／ｎ1−Δｆ (またはｆ0／ｎ1＋Δｆ）のタイミングクロックを生成するタイミングクロック発生手段１６を用いる構成にある。なお、オフセット周波数Δｆは上記の(11)式に基づいて設定すればよい。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００４５】
タイミングクロック発生手段１６の構成は、図９(b) に示すように、ビットレートｆ0 ／ｍの網同期クロック信号から、基本クロック周波数ｆ0 の自然数ｎ1 分の１のクロック周波数ｆ0／ｎ1を発生する基本ビットレートタイミング生成手段１７を用いればよい。
【００４６】
また、第１の実施形態のタイミングクロック発生手段１１（図９(a))および第２の実施形態のタイミングクロック発生手段１６（図９(b))に代えて、図９(c) に示すように、基本クロック周波数の自然数ｎ1 分の１のクロック周波数ｆ0／ｎ1から、(11)式のオフセット周波数Δｆを加減したタイミングクロックｆ0／ｎ1−Δｆまたはｆ0／ｎ1＋Δｆを発振する発振器をタイミングクロック発生手段として用いてもよい（請求項10）。
【００４７】
（第３の実施形態：請求項１，５，６，11，12）
図１２は、本発明の光信号品質モニタの第３の実施形態を示す。
本発明で用いる非線形光学効果は一般に偏光依存性を有しており、入力する光信号の偏光状態に応じて発生する相互相関光信号パワーが変化する。本実施形態は、この偏光依存性を除去する構成になっている。
【００４８】
すなわち、第１の実施形態における光合波器２として、入力および出力が２ポートずつある偏波ビームスプリッタ２１を用い、各入力ポートに光信号とサンプリング光パルス列を入力し、各出力ポートに非線形光学材料３−１，３−２、波長フィルタ３２−１，３２−２、光電変換器４−１，４−２を接続し、各光電変換器から出力される相互相関電気信号を加算回路２２で加算して電気信号処理手段５に入力する構成である。
【００４９】
ここで、偏波ビームスプリッタ２１に入力するサンプリング光パルス列の偏光は、偏波ビームスプリッタ２１の偏光主軸に対して45度傾いた直線偏光に設定する。このとき、偏波ビームスプリッタ２１に入力された光信号とサンプリング光パルス列は、それぞれ直交する２つの偏光成分（Ｐsig.p, Ｐsig.s）、（Ｐsam.p, Ｐsam.s）に分離される。そして、各出力ポートには２光の互いに直交する成分同士（Ｐsig.p, Ｐsam.s）、（Ｐsig.s, Ｐsam.p）が偏光合成されて出力される。各出力ポートに出力された光信号およびサンプリング光パルス列は、それぞれ個別に設けられた非線形光学材料３−１，３−２で相互相関光信号に変換され、さらに光電変換器４−１，４−２で相互相関電気信号に変換される。これら２系統の相互相関電気信号は、加算回路２２で加算されて電気信号処理手段５に入力され、第１の実施形態と同様に処理して信号対雑音比係数Ｑを求め、光信号の品質を検査する。
【００５０】
本実施形態では、サンプリング光パルス列の偏光を偏波ビームスプリッタ２１の偏光主軸に対して45度傾いた直線偏光とすることにより、偏波ビームスプリッタ２１以降の２つの偏光成分Ｐsam.p, Ｐsam.sを等しくしている。すなわち、サンプリング光パルス列の全パワーをＰsam とすると、
Ｐsam.p＝Ｐsam.s＝ 0.5Ｐsam     …(12)
となる。一方、光信号は、偏波ビームスプリッタ２１に入射する時点の偏光状態が固定されていない。したがって、光信号は偏波ビームスプリッタ２１により、任意のパワー比の２つの偏光成分Ｐsig.p, Ｐsig.sに分離される。ただし、これらの２成分の和は一定であり、光信号の全パワーをＰsig とすると、
Ｐsig.p＋Ｐsig.s＝Ｐsig         …(13)
となる。
【００５１】
ここで、非線形光学効果の変換効率をηとすると、非線形光学材料３−１，３−２で発生する相互相関光信号のパワーの合計Ｐint は、
Ｐint ＝ηＰsig.p Ｐsam.s＋ηＰsig.s Ｐsam.p    …(14)
となる。(14)式に(12)式および(13)式を代入すると、
Ｐint ＝ 0.5ηＰsig Ｐsam       …(15)
となる。この(15)式は、２系統の相互相関光信号の和は、入力される光信号の偏光状態に依存しないことを意味する。
【００５２】
ただし、偏波ビームスプリッタ２１の分岐比のずれや、２つの非線形光学材料の変換効率の個体差により(15)式が成立せず、わずかに偏光依存性が生じる場合もある。この場合には、加算された相互相関電気信号のレベルが光信号の偏光状態に依存しないように、加算回路２２において２系統の相互相関電気信号のレベルに適当に重み付けを行えばよい。
【００５３】
このような構成で信号対雑音比系列をモニタすることにより、光信号のビットレートによらず、かつ光信号の偏光状態によらずに安定した光信号の品質検査を行うことができる。
【００５４】
なお、本実施形態においても、タイミングクロック発生手段１１に代えて、第２の実施形態と同様に、ビットレートｆ0 ／ｍの網同期クロック信号からｆ0 ／ｎ1−Δｆ(またはｆ0／ｎ1＋Δｆ）のタイミングクロックを生成するタイミングクロック発生手段１６を用いてもよい（請求項８）。また、上述のように発振器のみで構成されるタイミングクロック発生手段を用いてもよい（請求項10）。
【００５５】
（第４の実施形態：請求項１，５，６，11，13）
図１３は、本発明の光信号品質モニタの第４の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第３の実施形態の加算回路２２に代えて、２系統の相互相関光信号のタイミングを光遅延手段２３で合わせ、偏波ビームスプリッタ２４で偏波合成して光電変換器４に入力する構成にある。その他の構成は第３の実施形態と同様である。
【００５６】
（第５の実施形態：請求項１，５，８，14）
図１４は、本発明の光信号品質モニタの第５の実施形態を示す。
第１〜第４の実施形態では、伝送路の光信号の品質を検査するために、光分岐器５１−１により光信号の一部を分岐させる必要があり、伝送路の光信号の損失が避けられない。また、この光信号損失を最小限に抑えるためにモニタ系への分岐比を低くすると、光増幅器で増幅しても信号対雑音比が劣化し、十分な相互相関光信号が得られない。
【００５７】
本実施形態の特徴は、伝送路にサンプリング光パルス列を入力して相互相関光信号を発生させ、光信号と相互相関光信号を波長分離することにより、伝送路の光信号に与える損失を低減する構成にある。
【００５８】
すなわち、タイミングクロック発生手段１６および短光パルス発生手段１２により、ビットレートｆ0 ／ｍの網同期クロック信号から繰り返し周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ（またはｆ0／ｎ1＋Δｆ）のサンプリング光パルス列を発生する。一方、伝送路中に光合波器２、非線形光学材料３、波長フィルタ３３を挿入し、上流側の伝送路から送られてきた光信号とサンプリング光パルス列を光合波器２で合波して非線形光学材料３に入力し、相互相関光信号を発生させる。
【００５９】
非線形光学材料３の出力光は、光信号（光周波数ωsig ）、サンプリング光パルス（光周波数ωsam ）、相互相関光信号である和周波光（光周波数ωsfg ＝ωsam＋ωsig）または差周波光（光周波数ωsfg ＝ωsam−ωsig）または四光波混合光（光周波数ωfwm ＝２ωsam−ωsig）である。また、条件によっては、光信号の第２次高調波（光周波数２ωsig ）やサンプリング光パルスの第２次高調波（光周波数２ωsam ）が発生することもある。波長フィルタ３３は、これらの光から光信号と相互相関光信号を個別に異なるポートに分離する。そして、分離した光信号を下流の伝送路に送出し、相互相関光信号を光電変換器４に入力して相互相関電気信号に変換し、電気信号処理手段５で第１の実施形態と同様に処理して信号対雑音比係数Ｑを求め、光信号の品質を検査する。
【００６０】
このような構成で信号対雑音比系列をモニタすることにより、光信号のビットレートによらず、かつ伝送路の光信号の信号対雑音比を劣化させることなく、光信号の品質検査を行うことができる。
【００６１】
（第６の実施形態：請求項１，５，８，14，15）
図１５は、本発明の光信号品質モニタの第６の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第３の実施形態と第５の実施形態を組み合わせた構成にある。すなわち、光信号の偏光状態に依存せず、かつ伝送路の光信号の損失を低減する構成になっている。
【００６２】
上流側の伝送路から送られてきた光信号とサンプリング光パルス列を偏波ビームスプリッタ２１に異なる入力ポートから入射する。このとき、サンプリング光パルス列の偏光は、偏波ビームスプリッタ２１の偏光主軸に対して45度傾いた直線偏光に設定する。偏波ビームスプリッタ２１では、光信号とサンプリング光パルス列はそれぞれ直交する２つの偏光成分（Ｐsig.p, Ｐsig.s）、（Ｐsam.p,Ｐsam.s ）に分離され、２光の互いに直交する成分同士（Ｐsig.p, Ｐsam.s）、（Ｐsig.s, Ｐsam.p）が偏光合成されて異なる出力ポートに出力される。
【００６３】
各出力ポートに出力された光信号およびサンプリング光パルス列は、それぞれ個別に設けられた非線形光学材料３−１，３−２で相互相関光信号に変換され、さらに波長フィルタ３３−１，３３−２でそれぞれ光信号と相互相関光信号に分離される。分離された２系統の光信号は、光遅延手段２５でタイミングを合わせ、偏波ビームスプリッタ２６で偏波合成して下流側の伝送路に送出する。一方、分離された２系統の相互相関光信号は、それぞれ光電変換器４−１，４−２で相互相関電気信号に変換され、さらに加算回路２２で加算されて電気信号処理手段５に入力され、第１の実施形態と同様に処理して信号対雑音比係数Ｑを求め、光信号の品質を検査する。
【００６４】
このような構成で信号対雑音比系列をモニタすることにより、光信号のビットレートによらず、かつ伝送路の光信号の信号対雑音比を劣化させることなく、さらに光信号の偏光状態によらずに安定した光信号の品質検査を行うことができる。
【００６５】
（第７の実施形態：請求項１，５，８，14，16）
図１６は、本発明の光信号品質モニタの第７の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第４の実施形態と第５の実施形態を組み合わせた構成にある。すなわち、光信号の偏光状態に依存せず、かつ伝送路の光信号の損失を低減する構成になっている。
【００６６】
本実施形態では、第６の実施形態の加算回路２２に代えて、２系統の相互相関光信号のタイミングを光遅延手段２３で合わせ、偏波ビームスプリッタ２４で偏波合成して光電変換器４に入力する構成である。その他の構成は第６の実施形態と同様である。
【００６７】
（第８の実施形態：参考例）
図１７は、本発明の光信号品質モニタの第８の実施形態を示す。
図において、伝送路から基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の自然数Ｎ倍のビットレートＮ・ｆ0 (bit/s) （Ｎ＝１，２，…）を有する光信号が入力され、その光信号の一部が光分岐器５１で分岐される。このとき、伝送路ポートに対するモニタポートの分岐比は、分岐損失による伝送特性劣化を抑圧するためにできるだけ小さい方がよい。光分岐器５１で分岐された光信号は、光電変換器６１で電気信号に変換されて電気信号処理手段６２に入力される。なお、光電変換器６１に入力される光信号の強度が足りなければ、光増幅器を用いて増幅すればよい。
【００６８】
タイミングクロック発生手段６３は、基本クロック周波数ｆ0 (Hz)の自然数ｎ1 分の１からオフセット周波数Δｆ(Hz)を加減した周波数ｆ0／ｎ1−Δｆ (Hz）またはｆ0／ｎ1＋Δｆ (Hz）のタイミングクロックを発生する。なお、タイミングクロック発生手段６３は、図９(a),(b) に示した構成または図９(c) に示した発振器のみの構成のいずれでもよい。なお、図９(a) の構成をとる場合には、光分岐器５１と光電変換器６１との間に光分岐器を配置し、分岐した光信号をタイミングクロック発生手段６３に入力する。また、図９(b) の構成をとる場合には、同期網クロック信号をタイミングクロック発生手段６３に入力する。
【００６９】
電気信号処理手段６２は、このタイミングクロックを用いて電気信号をサンプリングして光強度のヒストグラムを測定する。そして、そのヒストグラムを構成するサンプリング点から「レベル１」と「レベル０」それぞれのある平均時間内での平均値レベルの差と、「レベル１」と「レベル０」それぞれの当該平均時間内での標準偏差値の和の比から時間平均的なＱ値を求め、光信号の品質を検査する。
【００７０】
本実施形態の特徴は、図１および上記の各実施形態に示す光段でのサンプリングの代わりに、電気段でのサンプリングを行うところにある。本実施形態の構成でも、上記の各実施形態と同様に任意のビットレートの光信号の品質監視を行うことができる。ただし、対応できる光信号のビットレートは、光電変換器や電気信号処理手段の帯域や処理速度により、数十Ｇbit/s 程度に制限される。しかし、最高ビットレートがこの制限を越えないことがわかっている光ファイバ伝送ネットワークに対しては適用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光信号品質モニタは、光信号をサンプリングして光強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより時間平均化した信号対雑音比係数（Ｑ値）をモニタするものであり、また光領域でのサンプリングを利用することで、従来技術では困難であった数十Ｇbit/s 以上の超高速の光信号の品質を検査することができる。すなわち、１Ｍbit/s 級から 100Ｇbit/s 級の広範囲にわたる複数のビットレートの信号の品質を、単一のモニタ回路でモニタすることができる。
【００７３】
なお、光増幅器を中継器として用いた光ファイバ伝送ネットワークでは、信号ビットレートを柔軟に選択することができるが、本発明の光信号品質モニタはこのような光ファイバ伝送ネットワークにおける光信号の品質をモニタすることができる。また、サンプリング光パルス発生手段が対応できる範囲でビットレートを拡大または改変することにより、ＳＤＨばかりでなくＰＤＨ信号を伝送する伝送路にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光信号品質モニタの基本構成を示すブロック図。
【図２】ＳＦＧ，ＤＦＧ，ＦＷＭにおける光周波数の関係を示す図。
【図３】電気信号処理手段で測定される光強度ヒストグラムのレベルの設定法を説明する図。
【図４】閾値レベルの決定法を説明する図。
【図５】平均的なＱ値と時間ｔ0 におけるＱ値との関係を示す図。
【図６】電気信号処理手段で測定される光強度ヒストグラムのレベルの設定法を説明する図。
【図７】閾値レベルの決定法を説明する図。
【図８】本発明の光信号品質モニタの第１の実施形態を示すブロック図。
【図９】タイミングクロック発生手段の構成例を示すブロック図。
【図１０】光信号とサンプリング光および発生した和周波光の時間軸上の関係を示すタイムチャート。
【図１１】本発明の光信号品質モニタの第２の実施形態を示すブロック図。
【図１２】本発明の光信号品質モニタの第３の実施形態を示すブロック図。
【図１３】本発明の光信号品質モニタの第４の実施形態を示すブロック図。
【図１４】本発明の光信号品質モニタの第５の実施形態を示すブロック図。
【図１５】本発明の光信号品質モニタの第６の実施形態を示すブロック図。
【図１６】本発明の光信号品質モニタの第７の実施形態を示すブロック図。
【図１７】本発明の光信号品質モニタの第８の実施形態を示すブロック図。
【図１８】従来の誤り率測定系の構成例を示すブロック図。
【図１９】光信号のアイパタンおよび光強度ヒストグラムを示す図。
【図２０】光信号のアイパタンの測定系を示すブロック図。
【符号の説明】
１  サンプリング光パルス発生手段
２  光合波器
３  非線形光学材料
４  光電変換器
５  電気信号処理手段
１１，１６  タイミングクロック発生手段
１２  短光パルス発生手段
１３，１７  基本ビットレートタイミング生成手段
１４  発振器
１５  ミキサ
１８  バンドパスフィルタ
２１，２４，２６  偏波ビームスプリッタ
２２  加算回路
２３，２５  光遅延手段
３２，３３  波長フィルタ
５１  光分岐器
５２  光増幅器
６１  光電変換器
６２  電気信号処理手段
６３  タイミングクロック発生手段
【図１】
0003796357.tif 000004
【図２】
0003796357.tif 000005
【図３】
0003796357.tif 000006
【図４】
0003796357.tif 000007
【図５】
0003796357.tif 000008
【図６】
0003796357.tif 000009
【図７】
0003796357.tif 000010
【図８】
0003796357.tif 000011
【図９】
0003796357.tif 000012
【図１０】
0003796357.tif 000013
【図１１】
0003796357.tif 000014
【図１２】
0003796357.tif 000015
【図１３】
0003796357.tif 000016
【図１４】
0003796357.tif 000017
【図１５】
0003796357.tif 000018
【図１６】
0003796357.tif 000019
【図１７】
0003796357.tif 000020
【図１８】
0003796357.tif 000021
【図１９】
0003796357.tif 000022
【図２０】
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