为了推测传输来的信号的质量和劣化的原因，需要监视信号的波形。
光信号的波形可以使用采样示波器等装置监视，但一般来说采样示 波器是复杂的高价装置。因此，也提出了不使用采样示波器来监视光信 号的质量的方法。
专利文献1记载的技术采用非同步的定时时钟，对具有预定的比特 速率的测定对象的光信号进行采样，根据其结果的直方图，捕捉信噪比 系数Q。在该方法中，可以在短时间内获取信号波形的信息，能够比较 容易地构成。
并且，在非专利文献1记载的技术中，检测由光信号生成的具有较 强的强度的频率成分，根据该频率成分，可以检测偏振模色散(PMD： polarization-mode-dispersion)和波长分散。
专利文献1：日本特开2005-151597号公报
非专利文献1：U.K.Lize et al.，”Simultaneous monitoring of chromatic dispersion and PMD for OOK and DPSK using partial-bit-delay-assisted clock tone detection”in Proc.31th European Conf.on Opt. Commun.(ECOC2003).Mo4.4.7.2006特开2005-327104号公报
但是，专利文献1记载的光波形的观测技术存在以下问题，测定对 象的光信号的比特速率越高，采样的点越少，测定难度增加。
并且，非专利文献1记载的测定方法由于是检测相当于光信号的比 特速率的频率成分，所以也具有在高比特速率时测定变难的问题。
例如，近年来在研究开发发送接收比特速率为160Gbps的RZ光信 号的光传输系统，但对于这种比特速率的光信号，专利文献1和非专利 文献1记载的技术很难说足够应对。
因此，期望能够适当捕捉高比特速率的光信号的质量的光信号质量 监视装置。

本发明的光信号质量监视装置的特征在于，具有：将输入光信号分 支成两部分的分支单元；低频转换单元，其针对一方分支光信号，利用 施加了频率偏置的信号进行调制，转换为低频的信号；强度比计算单元， 其获得所转换的低频信号与作为基准的另一方分支光信号的强度比。
根据本发明，即使是高比特速率的光信号，也能够适当捕捉其质量。
附图说明
图1是表示第1实施方式涉及的光信号质量监视装置的结构的方框 图。
图2是表示第1实施方式中，输入光信号的OSNR与来自噪声非重 叠系统的除法电路的输出除法运算信号的关系的特性曲线图。
图3是表示第1实施方式中，波长分散与来自噪声非重叠系统的除 法电路的输出除法运算信号的关系的特性曲线图。
图4是表示第1实施方式中，输入光信号的OSNR与来自噪声非重 叠系统的除法电路的输出除法运算信号及来自噪声重叠系统的除法电路 的输出除法运算信号的关系的特性曲线图。
图5是表示第1实施方式中，在具有波长分散时和没有波长分散时 的、输入光信号的OSNR与来自噪声非重叠系统的除法电路的输出除法 运算信号及来自噪声重叠系统的除法电路的输出除法运算信号的关系的 特性曲线图。
图6是表示第2实施方式涉及的光信号质量监视装置的结构的方框 图。
图7是表示第2实施方式中，输入光信号的OSNR与来自插入了光 带通滤波器的系统的除法电路的输出除法运算信号的关系的特性曲线 图。
图8是表示第3实施方式涉及的光信号质量监视装置的结构的方框 图。
图9是在第3实施方式中的质量监视中使用的DGD的说明图。
图10是表示在第3实施方式中，各个DGD下的、从偏光器的偏光 轴相对于ξ轴倾斜45°时的偏光器输出的脉冲的形状的信号波形图。
图11是表示在第3实施方式中，各个DGD下的、从偏光器的偏光 轴的角度与监视装置主体中的检测强度的关系的特性曲线图。
图12是第3实施方式中的ξ轴和ψ轴的强度不同时的说明图。
图13是表示在第3实施方式中，在DGD为预定值时，偏光器的角 度与ξ轴和ψ轴之强度比的关系的特性曲线图。
图14是表示第3实施方式中针对DGD的强度差(变化量)的特性 曲线图。
标号说明
100、100A、100B光信号质量监视装置；101光分离器102ASE 发生器；102A...、103、104EA调制器105、106、116、117光电二极 管(PD)；114、115光分支电路107局部振荡器108、109驱动器； 110、111偏置T形器；122偏置驱动电压源；112、113带通滤波器(BPF)； 118、119低通滤波器(LPF)；120、121除法电路123、124强度检测 器；150质量监视部；201偏光器；202振荡器；203监视装置主体。

(A)第1实施方式
以下，参照附图说明本发明的光信号质量监视装置的第1实施方式。
(A-1)第1实施方式的结构
图1是表示第1实施方式涉及的光信号质量监视装置的结构的方框 图。
在图1中，第1实施方式的光信号质量监视装置100具有光信号系 统的构成要件和电气信号系统的构成要件，具有质量监视部150。
作为光信号系统的构成要件，包括光分离器101、ASE(自然放出光) 发生器102、两个EA调制器103、104、4个光电二极管(PD)105、106、 116、117、以及两个光分支电路114和115。作为电气信号系统的构成要 件，包括Δf/4局部振荡器107、两个驱动器108、109、两个偏置T形器 (Bias Tee)110、111、偏置驱动电压源122、两个带通滤波器(BPF)112、 113、两个低通滤波器(LPF)118、119、两个除法电路120、121、以及 两个强度检测器123、124。
光分离器101用于将所输入的光信号分支为两部分。例如，分支为 光传输系统中的被接收的光信号或者将要发送的光信号，并作为对光分 离器101的输入光信号。输入光信号例如是比特速率为160Gbps的RZ 光信号。
第1实施方式的光信号质量监视装置100具有处理通过光分离器101 被分支为两部分的分支光信号的两个系统(以下，根据情况称为第1系 统或第1、第2系统或者第2系统)。两个系统具有大致相同的结构，但 不同之处是只有第2系统具有ASE发生器102。
各个系统的光分支电路114、115分别把输入到本系统的来自光分离 器101的分支光信号再分支为两部分。另外，通过光分离器101分支成 的两部分，例如被等分(1∶1)地分支为两部分，但通过光分支电路114、 115进行的分支，只要光分支电路114和115的分支比相同，则分支比也 可以不是1∶1。关于光分支电路114、115，例如可以适用方向性耦合器。
ASE发生器102是作为宽波谱光生成部(噪声光生成部)而设置的， 生成(输出)ASE(自然放出光)作为宽波谱光(噪声光)。所生成的ASE 被叠加在从第2光分支电路115输出的分支光信号上，然后输入第2EA 调制器104。ASE发生器102例如利用添加铒的光纤(EDFA)构成。
两个系统共用的局部振荡器107用于振荡出40GHz-Δf/4Hz的信号， 将振荡信号提供给调制器驱动器108和109。各个系统的调制器驱动器 108、109分别将局部振荡信号放大。两个系统共用的偏置驱动电压源122 用于向各个系统的偏置T形器110、111提供偏置驱动电压。各个系统的 偏置T形器110、111分别对通过对应的调制器驱动器108、109放大了 的局部振荡信号赋予负电压，并输入到对应的EA调制器103、104的控 制端子。
各个系统的EA调制器103、104分别获得具有比特成分Δf(例如 1GHz)的光信号(比特信号)，该比特成分Δf是从对应的光分支电路114、 115输入的光信号、和施加给偏置输入端子的信号的比特成分，并提供给 对应的光电二极管105、106。
各个系统的光电二极管105、106分别对来自对应的EA调制器103、 104的比特信号进行光电转换。各个系统的带通滤波器112、113分别对 所转换的电气信号中的比特成分Δf进行滤波(去除不需要的成分)。各个 系统的强度检测器114、115分别检测滤波后的电气信号的强度，并提供 给对应的除法电路120、121。
各个系统的光电二极管116、117分别对从对应的光分支电路114、 115提供的输入光信号进行光电转换。各个系统的低通滤波器118、119 分别对所转换的电气信号(对应于输入光信号)中的低频成分(包括输 入光信号的必要成分)进行滤波，并提供给对应的除法电路120、121。 另外，在从低通滤波器118、119到对应的除法电路120、121的路径中 设有相当于强度检测器的装置，实际上是单纯的电阻元件，所以在图1 中省略。
各个系统的除法电路120、121分别将来自对应的强度检测器114、 115的检测信号(a)除以从对应的低通滤波器118、119提供的滤波信号 (b)。另外，虽然在图1中省略了，但也可以设置使到除法电路120、121 之前的处理延时相同的延时元件等，以使通过光分支电路114、115被分 支为两部分的两个信号的影响在除法电路120、121的被除数和除数中按 相同定时出现。
质量监视部150根据两个系统的除法电路120和/或121的除法运算 结果，获得输入光信号的质量的监视结果。作为质量监视部150，例如可 以应用安装了所期望的软件(质量监视用程序)的电脑。关于质量监视 部150的具体处理过程，将在下面的动作说明中说明。
(A-2)第1实施方式的动作
下面，说明第1实施方式涉及的光信号质量监视装置100的动作(光 信号质量监视方法)。
比特速率为160Gbps的RZ光信号被输入到第1实施方式涉及的光 信号质量监视装置100。所输入的RZ光信号通过光分离器101被分支为 两部分，然后分支光信号通过各个系统的光分支电路114、115再分别被 分支为两部分。
被第2系统的光分支电路115分支的一方分支光信号上叠加了ASE 发生器102生成的ASE，叠加了ASE的光信号被输入到EA调制器104。 并且，被第1系统的光分支电路115分支的一方分支光信号直接输入到 EA调制器103。
从局部振荡器107输出的40GHz-Δf/4Hz的振荡信号通过各个系统的 调制器驱动器108、109被放大，还通过各个系统的偏置T形器110、111 被赋予了负电压，然后输入到各个系统的EA调制器103、104。
由此，从各个系统的EA调制器103、104分别输出Δf的比特信号。 这些Δf的比特信号分别通过同一系统的光电二极管105、106被转换为电 气信号，转换后的电气信号分别通过把Δf作为通过中心频率的窄频带的 同一系统的带通滤波器112、113，然后通过同一系统的强度检测器104、 105检测该Δf(Hz)成分的强度。所检测出的强度信号被输入到同一系统 的除法器120、121。
从各个系统的分支电路114、115输出的另一方分支光信号，分别通 过同一系统的光电二极管116、117被转换为电气信号，然后通过同一系 统的低通滤波器118、119被去除不需要的成分，并输入到同一系统的除 法器120、121。
通过各个系统的除法电路120、121，得到将来自对应的强度检测器 114、115的检测信号(a)除以从对应的低通滤波器118、119提供的滤 波信号(b)后的信号，这两种除法运算信号被输入到质量监视部150。
图2是表示输入的光信号的OSNR(光信号的信噪比)与从除法电 路120输出的除法运算信号a/b(Intensity Ratio)的关系的特性曲线图。
对除法电路120的输入a(强度检测器114的输出)由于在比特信号 中将频带变窄，所以无论输入光信号的OSNR好还是不好，大致都被排 除了噪声的影响。另一方面，对除法电路120的输入b(低通滤波器118 的输出)由于包括输入光信号的必要频带以下的成分，所以输入光信号 的OSNR的良好程度只要在噪声不会被介意的程度即可，在该范围之外， 根据噪声取较大的值。结果，从除法电路120输出的除法运算信号a/b如 图2所示，在输入光信号的OSNR越差时越小。
并且，图3是表示波长分散(Dispersion)与从除法电路120输出的 除法运算信号a/b(Intensity Ratio)的关系的特性曲线图。在图3中，To 表示规定最初的脉冲的参数，采取在没有分散的状态时的强度为1/e的脉 冲宽度，此处的脉冲假定是没有锐尖的高斯脉冲。
在波长由于波长分散而劣化时，期望频率的功率减小。换言之，对 除法电路120的输入a(强度检测器114的输出)小于对除法电路120的 输入b(低通滤波器118的输出)，除法运算信号a/b也变小。除法运算 信号a/b的减小是由于波长形状的变化而导致的，所以在波长分散恒定 时，即使输入光信号的OSNR变化，除法运算信号a/b的减小也是恒定 的。
以上说明了对噪声不进行叠加处理的第1系统的除法电路120的除 法运算信号a/b，但对噪声进行了叠加处理的第2系统的除法电路121的 除法运算信号a/b除了叠加有噪声之外，其余均相同。关于第2系统的除 法电路121的除法运算信号a/b，开始减小的OSNR的值变小与噪声(来 自ASE发生器102的ASE)被叠加的量相应的量。
图4是表示输入的光信号的OSNR(光信号的信噪比)与从第1系 统的除法电路120输出的除法运算信号a/b(表述为MonitorA)及从第2 系统的除法电路121输出的除法运算信号a/b(表述为MonitorB)的关系 的特性曲线图。
第2系统通过ASE发生器102被赋予了噪声(ASE)，所以第2系 统的除法电路121的除法运算信号a/b从输入光信号的OSNR大致为 35dB时开始减小。另一方面，没有被赋予噪声的第1系统的除法电路120 的除法运算信号a/b从输入光信号的OSNR大致为25dB时开始减小。例 如，在输入光信号的OSNR从27dB向25dB劣化时，在从第1系统的除 法电路120输出的除法运算信号a/b中几乎看不到减小，但另一方面，从 第2系统的除法电路121输出的除法运算信号a/b减小0.2dB。
图5是表示具有波长分散时和没有波长分散时的、输入的光信号的 OSNR、与从第1系统的除法电路120输出的除法运算信号a/b(表述为 MonitorA)和从第2系统的除法电路121输出的除法运算信号a/b(表述 为MonitorB)的关系的特性曲线图。
根据上述图3可知，由波长分散(Dispersion)导致的除法运算信号 a/b的减小，无论是第1系统的除法电路120的除法运算信号a/b(表述 为MonitorA)还是第2系统的除法电路121的除法运算信号a/b(表述为 MonitorB)，都与OSNR无关而是恒定的。因此，如图5所示，从没有波 长分散时(Ops/nm)向某个波长分散(图5为0.2ps/nm的示例)变化而 导致的、第1系统的除法电路120的除法运算信号a/b(MonitorA)的减 小量与第2系统的除法电路121的除法运算信号a/b(MonitorB)的量相 等。
如上所述，在OSNR劣化时两个检测信号(除法运算信号)的变动 量产生差异，但在波形由于波长分散而劣化时产生相同的变动，所以能 够将基于OSNR劣化的波形劣化和基于波长分散的波形劣化分开来观 测。
也可以使显示装置(在该示例中，显示装置是质量监视部150)显 示第1系统和第2系统的除法电路120和/或121的除法运算信号a/b (MonitorA和MonitorB)，让观测者判断输入光信号的质量。该情况时， 作为该显示的背景，优选通过显示预先得到的有关该光传输系统的图2、 图4或图5所示的特性曲线，使观测者能够容易判断输入光信号的质量。
也可以使质量监视部150具备判定功能。例如，可以在电脑上安装 所期望的软件(质量监视用程序)，构建具有判定功能的质量监视部150。 把预先得到的有关作为对象的光传输系统的、图2、图4和/或图5所示 的特性曲线的信息登记在数据库中。并且，通过对比此次得到的第1系 统和第2系统的除法电路120和121的除法运算信号a/b(MonitorA和 MonitorB)与登记的特性曲线信息，由此得到所期望的质量参数(OSNR) 的值。例如，质量监视部150在已登记了图4所示的特性曲线信息的情 况下，如果MonitorA是-7.5dB、MonitorB是-8.05dB，则输出OSNR 为25dB，如果MonitorA是-7.5dB、MonitorB是-7.8dB，则输出OSNR 为27dB。
在此，所登记的特性曲线信息可以根据观测环境和观测对象适当选 择。
例如，在所接收的光信号中的波长分散被视为固定(不变动)的光 传输系统的情况下，在ONSR的观测中心值大致一定、其变动幅度较小 等情况下，可以只存储图2所示的特性曲线信息。例如，如果ONSR的 观测中心值是15dB，其变动幅度为10～20dB，则可以只登记图2所示的、 预先观测了第1系统的除法电路120的除法运算信号a/b(MonitorA)的 特性曲线信息并处理。在这种情况下，在ONSR的观测中心值是良好的 值时，也可以只登记预先观测了第2系统的除法电路121的除法运算信 号a/b(MonitorB)的特性曲线信息并处理(参照图4的MonitorB的特性 曲线)。
并且，例如在所接收的光信号中的波长分散被视为固定(不变动) 的光传输系统中，在ONSR的观测中心值大致一定、其变动幅度较大等 情况下，可以存储图4所示的特性曲线信息进行对应。例如，如果ONSR 的观测中心值是22dB，其变动幅度为15～30dB，则可以登记图4所示的、 预先观测了第1系统的除法电路120的除法运算信号a/b(MonitorA)和 第2系统的除法电路121的除法运算信号a/b(MonitorB)的特性曲线信 息并处理。在这种情况下，例如在ONSR为15dB左右时，根据MonitorA 的特性曲线确定观测值，在ONSR为30dB左右时，根据MonitorB的特 性曲线确定观测值。
另外，例如在所接收的光信号中的波长分散变动的光传输系统等情 况下，可以存储图5所示的特性曲线信息进行对应。例如，在第1系统 的除法电路120的除法运算信号a/b(MonitorA)的观测值为-7.8dB时， 不能确定波长分散与OSNR的组合是波长分散为0ps/nm、OSNR为17dB， 还是波长分散为0.2ps/nm、OSNR为20dB。但是，通过利用第2系统的 除法电路121的除法运算信号a/b(MonitorB)的观测值信息，可以确定 波长分散与OSNR的组合。
(A-3)第1实施方式的效果
根据第1实施方式，将输入光信号分支为两部分，利用附加了偏置 的信号来调制一方分支光信号，由此转换为低频信号，根据该低频信号 的强度与另一方分支光信号的强度的比率，来监视输入光信号的波形质 量，所以即使是高比特速率的光信号，也能够适当捕捉其质量。
在此，将输入光信号分支为两部分并利用两个系统进行监视，并且 对一个系统叠加噪声，所以能够使各个系统可以监视的范围不同，可以 在广范围内分辨质量。
并且，在利用两个系统时，可以与波长分散的变动无关地检测 OSNR。
(B)第2实施方式
下面，参照附图说明本发明的光信号质量监视装置的第2实施方式。
图6是表示第2实施方式涉及的光信号质量监视装置的结构的方框 图。在图6中，第2实施方式的光信号质量监视装置100A设置有光带通 滤波器(OBPF)102A，取代第1实施方式中的ASE发生器102。光带通 滤波器102A插入于第2系统的光分支电路115和EA调制器104之间。
下面，参照图7说明第2实施方式的光信号质量监视装置100A使用 光带通滤波器102A的理由。在此，图7是表示输入的光信号的OSNR(光 信号的信噪比)、与通过光带通滤波器102A的第2系统的除法电路121 的除法运算信号a/b(Power decrease)的关系的特性曲线图。
在图7中，把光带通滤波器102A的3dB频带宽度设为Δf，根据该 频带宽度的宽窄，即使是相同的OSNR也能得到不同的强度比a/b。换言 之，通过选定光带通滤波器102A的3dB频带宽度Δf，可以通过参照第2 系统的除法电路121的除法运算信号a/b，正确地检测出仅依靠第1系统 的除法电路120的除法运算信号a/b不能正确检测出的OSNR。
例如，为了能够进行与图4中的MonitorB的特性曲线相同的处理， 只要选定光带通滤波器102A的3dB频带宽度Δf即可。
根据第2实施方式，也能够获得与第1实施方式大致相同的效果。 另外，根据第2实施方式，即使不使用需要电力的ASE发生器102，也 能够发挥可以使相对于OSNR变动的强度变化不同的效果。
(C)第3实施方式
下面，参照附图说明本发明的光信号质量监视装置的第3实施方式。
图8是表示第3实施方式涉及的光信号质量监视装置的结构的方框 图。在图8中，第3实施方式的光信号质量监视装置100B包括：结构与 第1或第2实施方式的光信号质量监视装置100或100A相同的监视装置 主体203；设于该监视装置主体203的输入侧的可旋转的偏光器201；和 输出使偏光器201以预定速度旋转的振荡信号(例如10Hz)的振荡器202。
一般，一次偏振模色散(PMD)如图9所示，在考虑光纤204的输 出中的光信号时，利用相对于某个轴ξ和与其垂直的轴ψ产生的组延迟时 间差(DGD：Differential Group Delay)来表示。第3实施方式用于检测 基于该DGD的波形劣化。输入光如图9所示相对于某个轴ξ和与其垂直 的轴ψ产生基于DGD的延时差。
偏光器201根据振荡器202生成的低频(在此为10Hz)的正弦波信 号而旋转。在偏光器201的偏光轴与ξ轴或ψ轴平行时，通过监视装置主 体203检测到与发送时的波形相同的脉冲形状。
而在偏光器201的偏光轴相对ξ轴倾斜45°时，通过监视装置主体203 检测到图10所示的、根据DGD而劣化的脉冲形状。在图10中，假定脉 冲是没有锐尖的高斯脉冲，把没有DGD时的脉冲宽度设为2.5ps。
在使偏光器201旋转时，根据偏光轴与ξ轴形成的角度，通过监视装 置主体203检测出的脉冲宽度不同，所以产生图11所示的强度变化(除 法电路120、121的除法运算信号a/b)。该变动差根据DGD的值而不同， 所以通过观测该变动差，可以检测基于DGD的波形劣化。例如，根据图 11可知，如果变动在0dB～-2.5dB的范围内，则DGD是2ps。
在图11中表示当产生基于DGD的波形劣化时ξ轴与ψ轴的强度比为 1∶1的情况。但是，实际上ξ轴与ψ轴的强度不同的情况居多。图13是 表示在DGD为1ps时，如图12所示把ξ轴与ψ轴的强度分别设为y、x时 的偏光器201的角度与强度比x/y的关系的特性曲线图。根据该图13可 知，即使强度比x/y不是1，根据偏光器201的角度也产生强度变化。
图14是表示针对DGD的强度差(变化量)的特性曲线图。通过检 测该强度差，可以监视基于DGD的波形劣化。
另外，来自振荡器202的振荡信号作为偏光器201的角度信息被提 供给监视装置主体203，根据监视的对象，适当参照该角度信息。
不仅DGD，例如通过按角度为∏/2的整数倍的定时来获取第1和第 2系统的除法运算信号并处理，与第1和第2实施方式相同，也可以检测 OSNR。并且，也可以根据最大值检测OSNR和波长分散。
基于DGD的波形劣化的检测方法也可以预先观测作为对象的光传 输系统并登记信息，或者登记作为基准的系统的观测信息，通过对比登 记信息和当前观测值，获得所期望的特性的观测值。或者，还可以通过 显示基准信息，在该显示图像上显示观测值，观测者可以理解观测值。
根据第3实施方式，作为光信号的质量，可以监视基于DGD的波形 劣化。在该情况下，也可以一并监视光信号的OSNR和波长分散。
(D)其他实施方式
在上述各个实施方式中，作为示例，说明了采用没有锐尖的高斯脉 冲中重复频率为160GHz的短脉冲串的情况，但也可以使用已进行了调 制的信号，还可以采用其他脉冲形状。并且，低频频率Δf也不限于1GHz。
如在第1实施方式的效果部分中说明的那样，两系统的监视结构不 是必须的，也可以是一个系统或三个系统以上。即，可以利用一个系统 来监视所期望的特性。并且，还可以设置改变噪声(电平)的叠加量的 第3系统、或3dB频带宽度Δf与第2系统的光带通滤波器不同的第3系 统的监视部。
也可以在同一光信号质量监视装置中混合设置第1和第2实施方式 的第2系统的结构。
在第3实施方式中示出了通过插入旋转的偏光器来改变输入光信号 的偏光状态的情况，但也可以使用发挥光电效应或磁性光学效应的光学 元件，改变输入光信号的偏光状态。并且，也可以将输入光信号分支为 两个部分，并使其通过具有不同偏光角的多个偏光器，然后输入到与各 个偏光器对应的系统的监视部。
只要电气处理要件和光学处理要件能够发挥本质的功能，则也可以 从上述各个实施方式的结构进行变更。例如，可以利用光学元件来发挥 第1实施方式的电气BPF212、213或LPF218、219的功能。