專利名稱：波長復(fù)用光信號測定裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及測定進(jìn)行波長復(fù)用后的光信號的每個波長的信號波形的測定裝置及 其方法。
背景技術(shù)：
以往測定進(jìn)行了波長復(fù)用后的光信號的振幅時，通常使用利用波長分離裝置將 被測定光信號分離為各個波長的光信號、然后利用測定裝置根據(jù)各個波長的信號波形測 定振幅的方法。作為波長分離裝置可以使用多層膜濾光器或?qū)＠墨I(xiàn)1中記載的那樣的 光柵。但是，像高密度波長復(fù)用光通信那樣，在高密度地配置波長間隔的情況下，為了 準(zhǔn)確地進(jìn)行波長分離，需要對這些元件的物理配置及溫度等進(jìn)行極精密的控制。專利文獻(xiàn)1 日本專利第3053294號專利文獻(xiàn)2 日本專利第3808820號此外，以下的非專利文獻(xiàn)是作為本申請的優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)的申請(日本專利申請 2008-0143480)之后的文獻(xiàn)，但其記載了與本發(fā)明關(guān)聯(lián)的技術(shù)。非專利文獻(xiàn)1:岡本圭司、伊藤文彥著，“Simultaneous WDMsignal detection realized by ultrafast field sampling" Optics Express, Vol.17, Issue 8, pp.6696—6702、2009
年4月13日出版。非專禾1J 文獻(xiàn) 2 The Convention of National Societies of ElectricalEngineers of Europe(EUREL)于2008年9月21日-25日在比利時的布魯塞爾召開的ECOC2008上的 發(fā)表用資料岡本圭司、伊藤文彥著，“Simultaneous WDM Signal DetectionRealizedby Ultrafast FieldSampling ”。非專利文獻(xiàn)3: 2008年9月16-19日召開的2008年電子信息通信學(xué)會通信協(xié)會大 會(電子情報通信學(xué)會通信y寸·^工f <大會)發(fā)表論文R本圭司、伊藤文彥著，“使 用超高速電場采樣法的WDM信號一攬接收(超高速電界寸'J y V法&用P t WDM
信號一括受信)”。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在以往的測定進(jìn)行波長復(fù)用后的光信號的每個波長的信號振幅時， 為了將被測定光信號按每個波長分離來取出各個波長的光信號并測定各個信號波形，在 高密度地配置波長間隔的光信號的情況下，需要高精度的波長分離裝置，進(jìn)而需要精密 地控制波長分離裝置內(nèi)的元件，這在成本方面以及管理方面都是問題。本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，目的在于提供一種不用進(jìn)行波長分離就能夠 測定波長復(fù)用光信號的每個波長的信號振幅、還能應(yīng)對高密度地配置波長間隔的光信號 的波長復(fù)用光信號測定裝置及其方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的波長復(fù)用光信號測定裝置如下構(gòu)成。(1)、一種波長復(fù)用光信號測定裝置，其特征在于，
具備連續(xù)時間序列電場采樣部，測定波長復(fù)用光信號的全電場振幅；和時間序列電場解析部，對所述連續(xù)時間序列電場采樣部的測定結(jié)果進(jìn)行傅里葉 解析，算出各個波長的信號分量的電場振幅，所述連續(xù)時間序列電場采樣部，按每一時間T測定M次所述波長復(fù)用光信號的 全電場振幅Jm，其中，將所述波長復(fù)用光信號的全頻帶設(shè)為Aftotal時，將時間T設(shè)定得比 1/Aft。tal小，并設(shè)定全觀測時間的倒數(shù)1/(MT)比鄰接波長信道的頻率間隔Af小，所述時間序列電場解析部通過求由所述連續(xù)時間序列電場采樣部求出的全電場 振幅Jm的級數(shù)的傅里葉變換來算出各個波長的信號的振幅，其中O^n^M-1。(2)、(1)所述的波長復(fù)用光信號測定裝置，其特征在于， 所述連續(xù)時間序列電場采樣部具備光發(fā)生單元，發(fā)生頻譜寬度比所述波長復(fù)用光信號的全頻帶Aftotal大、且頻譜的 中心與所述波長復(fù)用光信號光整體的中心波長大致一致的采樣脈沖光；分路單元，對所述采樣脈沖光和所述波長復(fù)用光信號光分別進(jìn)行M分路；延遲單元，在所述M分路后的采樣脈沖光的路徑或波長復(fù)用光信號光的任意一 個路徑中，提供所述時間T的整數(shù)倍的時間延遲；M個光90度混合器，在所述分路以及延遲后，針對每個分路輸出，將所述采樣 脈沖光以及波長復(fù)用光信號光合波，得到相位相差90度的信號光；M個平衡型受光器，接收來自所述M個光90度混合器的出射光，分別得到正交 電流Im、Qm,其中以及運算部，測定所述M個平衡型受光器各個的輸出電流Im、Qm的任意時刻的值， 根據(jù)Jm = Im+jQm,求所述波長復(fù)用光信號光的全電場振幅Jm。(3)、(2)所述的波長復(fù)用光信號測定裝置，其特征在于，所述連續(xù)時間序列電場采樣部，在所述延遲單元帶來的延遲量存在誤差的情況下，在將通過預(yù)先觀測一定振幅 的單一的波長得到的電場振幅設(shè)為Jm(°)，將波長復(fù)用光信號的全電場振幅設(shè)為Jm時，將 KmE JmJm(°)*視為波長復(fù)用光信號的全電場振幅，其中，O^nSM-1，*表示相位共軛。(4)、(2)或(3)所述的波長復(fù)用光信號測定裝置，其特征在于，所述光發(fā)生單元反復(fù)發(fā)生所述采樣脈沖光，使其發(fā)生頻率從比特頻率的整數(shù)分 之一稍有失調(diào)。(5)、一種波長復(fù)用光信號測定方法，測定波長復(fù)用光信號的全電場振幅，對該 測定結(jié)果進(jìn)行傅里葉解析，算出各個波長的信號分量的電場振幅，其特征在于，以每時間T測定M次所述波長復(fù)用光信號的全電場振幅Jm，其中，將所述波長 復(fù)用光信號的全頻帶設(shè)為Δ ftotal時，將時間T設(shè)定得比1/ Δ ftotal小，并設(shè)定全觀測時間的 倒數(shù)1/(MT)比相鄰波長信道的頻率間隔Af小，通過對所述全電場振幅Jm進(jìn)行傅里葉解 析來算出各個波長的信號的振幅，其中O^n^M-1。(6)、(5)所述的波長復(fù)用光信號測定方法，其特征在于，在波長復(fù)用光信號的全電場振幅的觀測中，相對于所述波長復(fù)用光信號，產(chǎn)生頻譜寬度比所述波長復(fù)用光信號的全頻帶Aftotal大、且頻譜的中心與所述波長復(fù)用光信號光整體的中心波長大致一致的采樣脈沖 光；

對所述采樣脈沖光和所述波長復(fù)用光信號分別進(jìn)行M分路；在所述M分路后的采樣脈沖光的路徑或波長復(fù)用光信號任意一個路徑中，提供 所述時間T的整數(shù)倍的時間延遲；在所述分路以及延遲后，針對每個分路輸出，將所述采樣脈沖光以及波長復(fù)用 光信號合波，得到相位相差90度的一對信號光；得到所述一對信號光分別的正交電流Im、Qm,其中O^n^M-l;測定所述正交電流Im、Qm的任意時刻的值，根據(jù)Jm = Im+jQm，求所述波長復(fù)用 光信號的全電場振幅Jm。(7)、(6)所述的波長復(fù)用光信號測定方法，其特征在于，在所述波長復(fù)用光信號的全電場振幅的測定中，在所述延遲單元帶來的延遲量存在誤差的情況下，在將通過預(yù)先觀測一定振幅 的單一的波長而得到的電場振幅設(shè)為Jm(°)，將波長復(fù)用光信號的全電場振幅設(shè)為Jm時， 將]^1二 jmjm(°)*視為波長復(fù)用光信號的全電場振幅，其中，0^η^Μ-1，*表示相位共 軛。(8)、(6)或(7)所述的波長復(fù)用光信號測定方法，其特征在于，反復(fù)發(fā)生所述采樣脈沖光，使其發(fā)生頻率與比特頻率的整數(shù)分之一稍有失調(diào)。S卩、如上構(gòu)成的波長復(fù)用光信號測定裝置及其方法中，其特征在于，由極高速 的連續(xù)時間序列電場采樣部測定波長復(fù)用光信號的全電場波形，并對其進(jìn)行傅里葉解 析，從而算出各個波長的光信號的電場波形。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供不用進(jìn)行波長分離就能夠測定波長復(fù)用光信 號的每個波長的信號振幅、還能應(yīng)對高密度地配置波長間隔的光信號的波長復(fù)用光信號 測定及其方法。


圖1是示出本發(fā)明中的應(yīng)用波長復(fù)用光信號波形測定方法的測定裝置的一個實 施方式的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是用于說明圖1所示的實施方式的被測定光信號即波長復(fù)用信號的圖。圖3是示出圖1所示的實施方式的連續(xù)時間序列電場采樣部的結(jié)構(gòu)的框圖。圖4是示出圖3所示的光90度混合器的具體結(jié)構(gòu)的框圖。圖5是用于說明在上述實施方式中使用的sine函數(shù)的波形圖。附圖標(biāo)記說明11:連續(xù)時間序列電場采樣部；12:時間序列電場解析部；19:采樣脈沖發(fā)生 部；20-1、20-2 分路器；21-1 21-M 延遲器；22-1 22-M 光90度混合器； a、b、C、d光耦合器；23-1, 23-M,、23_lq 23_Mq 平衡型受光元件；24-1 24-M 數(shù)值運算器；25 時鐘發(fā)生器。
具體實施例方式以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。圖1是示出本發(fā)明中的應(yīng)用波長復(fù)用光信號波形測定方法的測定裝置的一個實 施方式的結(jié)構(gòu)的框圖。圖1中，L是作為被測定光信號的波長復(fù)用光信號。該波長復(fù)用 光信號L，如圖2所示，如其字面，是通過不同的信號調(diào)制多個波長光并將它們合波后的 信號。若設(shè)各個波長光的頻率為fji = 1，2，…，N)，設(shè)與其對應(yīng)的調(diào)制信號為a, (t)， 則一個波長信號的電場，可由a, (t) expj2 π f,t表現(xiàn)。其中ai(t)為復(fù)數(shù)。若設(shè)波長復(fù)用光信號的電場為b(t)，則信號整體的
電場是各個波長信號的電場之和，能表示為 NW Xai(t}e,ji|>j:2 :fit…《1)
.1=1。該電場b(t)，是反映電場的振幅和相位的復(fù)數(shù)，相對于時間極高速地變化。 該變化的最小周期大致等于波長復(fù)用光信號整體的頻帶Aftotal的倒數(shù)。例如，在頻率間隔 IOOGHz波長復(fù)用后的波長復(fù)用光信號的情況下，Aftotal = ITHz,所以b(t)在約Ips左右 的時間內(nèi)變動。被測定光信號L( = b(t))，被引導(dǎo)至連續(xù)時間序列電場采樣部11。連續(xù)時間序 列電場采樣部11按每一時間T測定M次被測定光信號L的電場振幅。換言之，連續(xù)時 間序列電場采樣部 11 測定 b(t)、b(t+T)、b(t+2T)、…、b(t+(M-l)T)。這里，需要將T設(shè)定得比1/Aftotal小。這是基于采樣定理的設(shè)定，僅在該條件 滿足時，能夠根據(jù)被測定的數(shù)據(jù)序列b (t)、b(t+T)、b(t+2T)、…、b(t+(M-I) Τ)完全地 確定b(t)。b(t)是復(fù)數(shù)，具有實部和虛部，所以，在該測定過程中得到的數(shù)據(jù)的個數(shù)為 2M個。此外，需要將總體的觀測時間的倒數(shù)1/(MT)設(shè)定得比波長信道的頻率間隔Af 小。如后文說明的那樣，基于本發(fā)明來分離波長復(fù)用光信號時，1/(MT)決定可分離的最 小的頻率間隔。波長復(fù)用光信號的振幅測定，在使用通常的受光元件等的方法中在速度上是不 可能的，但是通過以下記述的方法則能夠?qū)崿F(xiàn)。圖3是示出上述連續(xù)時間序列電場采樣部11的具體結(jié)構(gòu)的框圖。在圖3中，19 是采樣脈沖發(fā)生器，在此處，發(fā)生的采樣脈沖光Lsp由分路器20-1分路為M系統(tǒng)后，分 別經(jīng)由延遲器21-1 20-M供給到光90度混合器22-1 22-M的一個輸入端。而進(jìn)行 波長復(fù)用后的被測定光信號L也通過分路器20-2分路為M系統(tǒng)，然后分別供給到光90 度混合器22-1 22-M的另一個輸入端。上述延遲器21-1 21-M，是在分路后的采樣脈沖光的路徑中分別如0、T、 2T、…、(M-I)T那樣提供T的整數(shù)倍的時間延遲的部件，所以可以被置于被測定光信號 L的分路輸出路徑上。上述光90度混合器22-1 22-M分 別如圖4所示，由光耦合器a、b、C、d構(gòu)成， 并設(shè)定圖中的光路長AB和AD的差比光路長CB和CD的差大或小λ/4(λ是光波長)。由上述光90度混合器22-1 22_Μ得到的一對光信號分別由平衡型受光元件Ζβ-Ι,-Ζβ-Μ,、23-lq 23-Mq接收并變換為電信號I1Nl1^ Q1 QM，并按不同系統(tǒng)被 發(fā)送至數(shù)值運算器24-1 24-M。 但是，通常，波長復(fù)用光信號中的所有的波長信道以與相同的時鐘同步的比特 率(Bbps)動作，因此，在圖3所示的光采樣部11中，在時鐘發(fā)生器25中，設(shè)定為與信 號的比特率的整數(shù)分之一(例如1/10 1/1000左右)微微失調(diào)(失諧、detune)。艮口， 如果設(shè)時鐘頻率F。，則有Fc = Β/Ν+ Δ F。這里AF是失調(diào)頻率。采樣脈沖光發(fā)生部19依照該時鐘來產(chǎn)生采樣脈沖光 Lspo基于上述結(jié)構(gòu)的連續(xù)時間序列電場采樣部11通過應(yīng)用專利文獻(xiàn)2記載的光采樣 方法、裝置而實現(xiàn)。專利文獻(xiàn)2中，作為觀測重復(fù)輸入的高速的信號光的光采樣方法， 公開了以下技術(shù)從光脈沖發(fā)生部發(fā)生具有與信號光的重復(fù)周期稍有不同的周期、光脈 沖寬度也比信號光的頻率變化的倒數(shù)短的采樣脈沖光，在以下第1條件、第2條件、以及 第3條件下，觀測光信號的強度調(diào)制和頻率調(diào)制分量，該第1條件是指信號光的強度在采 樣脈沖光的脈沖寬度的時間內(nèi)基本不變，該第2條件是指被測定光信號L的頻率在采樣脈 沖光Lsp的脈沖寬度的時間內(nèi)基本不變，該第3條件是指采樣脈沖光Lsp的中心頻率與信 號光的中心頻率大致一致。從而根據(jù)該強度調(diào)制和頻率調(diào)制分量能夠求光信號的電場振 幅。如果將上述第1至第3條件適應(yīng)于波長復(fù)用光信號L( = b⑴)，則意味著第1、 第2的條件中采樣脈沖光Lsp的脈沖寬度必須比波長復(fù)用光信號b (t)的變化時間(Aftotal的 倒數(shù))短。這與采樣脈沖光Lsp的頻譜寬度大于Δ ftotal等價。此外，第3條件意味著采樣光Lsp的中心頻率基本與波長復(fù)用光信號整體的中心 波長一致。即、如果綜合這3個條件則意味著用于采樣的采樣脈沖光Lsp的頻譜寬度需要 覆蓋要觀測的波長復(fù)用光信號整體的整個頻譜。為了今后的說明，將采樣脈沖光的電場波形Sam(t)表現(xiàn)為
權(quán)利要求
1.一種波長復(fù)用光信號測定裝置，其特征在于， 具備連續(xù)時間序列電場采樣部，測定波長復(fù)用光信號的全電場振幅；和 時間序列電場解析部，對所述連續(xù)時間序列電場采樣部的測定結(jié)果進(jìn)行傅里葉解 析，算出各個波長的信號分量的電場振幅，所述連續(xù)時間序列電場采樣部，按每一時間T測定M次所述波長復(fù)用光信號的全電 場振幅Jm，其中，將所述波長復(fù)用光信號的全頻帶設(shè)為Aftotal時，將時間T設(shè)定得比1/ Aftotal小，并設(shè)定全觀測時間的倒數(shù)1/(MT)比相鄰波長信道的頻率間隔Af小，所述時間序列電場解析部通過求解由所述連續(xù)時間序列電場采樣部求出的全電場振 幅Jm的級數(shù)的傅里葉變換來算出各個波長的信號的振幅，其中O^n^M-1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波長復(fù)用光信號測定裝置，其特征在于， 所述連續(xù)時間序列電場采樣部具備光發(fā)生單元，發(fā)生頻譜寬度比所述波長復(fù)用光信號的全頻帶Aftotal大、且頻譜的中心 與所述波長復(fù)用光信號光整體的中心波長大致一致的采樣脈沖光；分路單元，對所述采樣脈沖光和所述波長復(fù)用光信號光分別進(jìn)行M分路； 延遲單元，在所述M分路后的采樣脈沖光的路徑或波長復(fù)用光信號光的任意一個路 徑中，提供所述時間T的整數(shù)倍的時間延遲；M個光90度混合器，在所述分路以及延遲后，針對每個分路輸出，將所述采樣脈沖 光以及波長復(fù)用光信號光合波，得到相位相差90度的信號光；M個平衡型受光器，接收來自所述M個光90度混合器的出射光，分別得到正交電流 Im> Qm,其中0《m《M-l ；以及運算部，測定所述M個平衡型受光器各個的輸出電流Im、Qm的任意時刻的值，根據(jù) Jm = Im+jQm,求所述波長復(fù)用光信號光的全電場振幅Jm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波長復(fù)用光信號測定裝置，其特征在于， 所述連續(xù)時間序列電場采樣部，在所述延遲單元帶來的延遲量存在誤差的情況下，在將通過預(yù)先觀測一定振幅的 單一波長而得到的電場振幅設(shè)為J1/1)，將波長復(fù)用光信號的全電場振幅設(shè)為Jm時，將 KmE JmJm(°)*視為波長復(fù)用光信號的全電場振幅，其中，O^nSM-1，*表示相位共軛。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的波長復(fù)用光信號測定裝置，其特征在于，所述光發(fā)生單元反復(fù)發(fā)生所述采樣脈沖光，使其發(fā)生頻率從比特頻率的整數(shù)分之一 稍有失調(diào)。
5.—種波長復(fù)用光信號測定方法，測定波長復(fù)用光信號的全電場振幅，對該測定結(jié) 果進(jìn)行傅里葉解析，算出各個波長的信號分量的電場振幅，該波長復(fù)用光信號測定方法 的特征在于，按每一時間T測定M次所述波長復(fù)用光信號的全電場振幅Jm，其中，將所述波長復(fù) 用光信號的全頻帶設(shè)為Δ ftotal時，將時間T設(shè)定得比1/ Δ ftotal小，并設(shè)定全觀測時間的倒 數(shù)1/(MT)比相鄰波長信道的頻率間隔Af小，通過對所述全電場振幅Jm進(jìn)行傅里葉解 析，來算出各個波長的信號的振幅，其中O^nSM-1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的波長復(fù)用光信號測定方法，其特征在于，在波長復(fù)用光信號的全電場振幅的測定中，相對于所述波長復(fù)用光信號，發(fā)生頻譜寬度比所述波長復(fù)用光信號的全頻帶Aftotal 大、且頻譜的中心與所述波長復(fù)用光信號光整體的中心波長大致一致的采樣脈沖光； 對所述采樣脈沖光和所述波長復(fù)用光信號分別進(jìn)行M分路； 在所述M分路后的采樣脈沖光的路徑或波長復(fù)用光信號的任意一個路徑中，提供所 述時間T的整數(shù)倍的時間延遲；在所述分路以及延遲后，針對每個分路輸出，將所述采樣脈沖光以及波長復(fù)用光信 號合波，得到相位相差90度的一對信號光；得到所述一對信號光分別的正交電流Im、Qm,其中O^n^M-1; 測定所述正交電流Im、Qm的任意時刻的值，根據(jù)Jm = Im+jQm，求所述波長復(fù)用光信 號的全電場振幅Jm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波長復(fù)用光信號測定方法，其特征在于， 在所述波長復(fù)用光信號的全電場振幅的測定中，在所述時間延遲的延遲量存在誤差的情況下，在將通過預(yù)先觀測一定振幅的單 一波長而得到的電場振幅設(shè)為Jm ，將波長復(fù)用光信號的全電場振幅設(shè)為Jm時，將 KmE JmJm
(°)*視為波長復(fù)用光信號的全電場振幅，其中，O^nSM-1，*表示相位共軛。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的波長復(fù)用光信號測定方法，其特征在于， 反復(fù)發(fā)生所述采樣脈沖光，使其發(fā)生頻率從比特頻率的整數(shù)分之一稍有失調(diào)。
全文摘要
對被測定光(L)與采樣脈沖光(LSP)分別進(jìn)行M分路，并對M分路后的各個采樣脈沖光附加0，T，2T，...，(M-1)T的時間延遲，在此基礎(chǔ)上通過M個光90度混合器，與M分路后的被測定光分別合波，根據(jù)利用各平衡型受光元件接收各光90度混合器的出射光而得到的M組輸出電流，算出被測定光的每時間T的M個電場振幅，并對這些電場振幅進(jìn)行傅里葉變換，從而算出被測定光所包含的各個波長的光信號的振幅。對于采樣脈沖光，使用具有覆蓋被測定光的全頻帶的頻譜寬度的脈沖光。在被測定光的全頻帶是Δftotal，被測定光所包含的光信號的頻率間隔是Δf時，設(shè)定有T≤1/Δftotal且1/(MT)≤Δf。
文檔編號G01J3/28GK102027345SQ200980117708
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者伊藤文彥, 岡本圭司 申請人:日本電信電話株式會社