本發(fā)明涉及一種示波器等光檢測裝置(photodetection device)和光檢測方法(photodetectionmethod)。具體而言，本發(fā)明涉及一種能夠集中計測超過電信號頻帶極限(electrical band limit)的超寬帶(ultrawide-band)的光信號的光檢測裝置和光檢測方法。

背景技術(shù)：

近年來，光信號的多路復(fù)用正迅速發(fā)展。例如，在時域中，以數(shù)字計，10～100左右的光信號通路(photo-signal channel)被多路復(fù)用，光傳輸速度迫近100Gb/s～數(shù)Tb/s。并且，光學(xué)相移鍵控(optical phase shift keying)(光PSK)和光正交振幅調(diào)制(optical quadrature amplitude modulation)(光QAM)等相干光傳輸方式、光正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)(光OFDM)和光碼分復(fù)用(Optical Code Division Multiplex)(光OCDM)等復(fù)雜的光多路復(fù)用度方式引人注目。

另外，在現(xiàn)有的光計測裝置中，沒有建立集中分析和評估上述那樣的光多路復(fù)用度高的高速信號、光學(xué)多路復(fù)用信號和相干信號等的實踐方法。例如，現(xiàn)有技術(shù)的寬頻帶光計測裝置依存于基于二次諧波發(fā)生(second harmonic generation：SHG)和四波混頻(four-wave mixing：FWM)現(xiàn)象等復(fù)雜的全光信號處理技術(shù)，難以在光通信網(wǎng)絡(luò)中實踐應(yīng)用。另外，現(xiàn)有技術(shù)的光計測裝置在功能上竭盡全力分析單一信道信號，而不適用于分析在光通信網(wǎng)絡(luò)上被高度多維多路復(fù)用的光學(xué)多路復(fù)用信號。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1:H.Takaraal,Electron.Lett.,1152-1153(1994).

專利文獻2:M.Westlundetatal.,OFC’04.,(2004)OWJ3.

技術(shù)實現(xiàn)要素：

如上所述，目前，實現(xiàn)了超高速、超寬帶光信號的光計測，該光計測的目的在于，用于光物理現(xiàn)象的探求和光器件開發(fā)的光計測評估技術(shù)。但是，這些現(xiàn)有技術(shù)依存于基于二次諧波發(fā)生(SHG)和四波混頻(FWM)現(xiàn)象等復(fù)雜的全光信號處理技術(shù)，難以在光通信網(wǎng)絡(luò)中實踐應(yīng)用。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過一個硬件只能進行單一的信道信號的分析。另外，現(xiàn)有技術(shù)需要鎖模激光等難以穩(wěn)定工作的先進技術(shù)。并且，這些技術(shù)是復(fù)雜且昂貴的技術(shù)，應(yīng)用范圍被限定于研究開發(fā)的用途。

另外，為了通過寬頻帶實現(xiàn)頻譜效率高的傳輸，光多載波(multicarrier)傳輸引人注目。這樣的多載波光傳輸利用多個信道被多路復(fù)用的多載波光信號。但是，在多載波光傳輸中，利用達到100GHz以上的總帶寬的多個光載波來傳輸信號，與此相對，現(xiàn)有技術(shù)的單信道檢測器的電氣帶寬被制限，因此，無法集中檢測該寬頻帶的光信號。為了檢測這樣的超寬帶的多載波光信號，一般需要將該光信號在光學(xué)上多路分離(解復(fù)用)成低速的子信道。例如，作為用于將多載波光信號所包含的各子信道分波分離的方法，考慮使用光學(xué)快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)或與其同等的濾波器電路。然而，這些與光學(xué)快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)和光信道選擇濾波器相關(guān)的技術(shù)依然處于研究開發(fā)階段，實際上還沒有實現(xiàn)向多載波光傳輸?shù)膽?yīng)用。

因此，本發(fā)明的目的在于，能夠在不依存于復(fù)雜的全光信號處理技術(shù)和光學(xué)快速傅立葉轉(zhuǎn)換等的情況下，集中計測超過電信號頻帶極限的超寬帶光信號。

本發(fā)明的發(fā)明人潛心研究用于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題的方案的結(jié)果，應(yīng)用一種光多頻混頻檢測技術(shù)，該光多頻混頻檢測技術(shù)將作為檢測對象的光信號和從光學(xué)頻率梳(Optical Frequency Combs)發(fā)生器輸出的光學(xué)頻率梳(本振梳狀波(local comb))在光混頻器(光電混頻器：photo-mixer)中混頻，并檢測該混頻信號。即，本發(fā)明人創(chuàng)造了這樣一種結(jié)構(gòu)：在進行時間調(diào)整的基礎(chǔ)上，對光信號序列(序列光信號)和光學(xué)頻率梳進行光混頻，依次對該混頻信號進行光檢測，其中，時間調(diào)整是指，對作為檢測對象的光信號給予延時來進行時間調(diào)整，以使該經(jīng)過時間調(diào)整的各光信號序列在光混頻器中分別在不同的時間與光學(xué)頻率梳進行光混頻。并且，本發(fā)明人根據(jù)上述知識，想到在不依存于復(fù)雜的全光信號處理技術(shù)和光學(xué)快速傅立葉轉(zhuǎn)換等的情況下，集中計測超過電信號頻帶極限的超寬帶光信號，完成了本發(fā)明。

本發(fā)明的第1技術(shù)方案涉及一種光檢測裝置。

本發(fā)明所涉及的光檢測裝置具有延時調(diào)整機構(gòu)10(time-delay adjustment means)、光學(xué)頻率梳發(fā)生器20(optical frequency comb generator)、光混頻器30和光檢測器40。

延時調(diào)整機構(gòu)10被輸入作為檢測對象的光信號，延時調(diào)整機構(gòu)10調(diào)整該光信號的延遲時間。

光學(xué)頻率梳發(fā)生器20產(chǎn)生光學(xué)頻率梳(本振梳狀波)。

光混頻器30將從延時調(diào)整機構(gòu)10依次輸出的經(jīng)過時間調(diào)整的光信號序列、和從光學(xué)頻率梳發(fā)生器20輸出的光學(xué)頻率梳信號進行光混頻。

光檢測器40檢測從光混頻器30輸出的混頻信號。

并且，上述延時調(diào)整機構(gòu)10對光信號序列進行時間調(diào)整，以使得經(jīng)過時間調(diào)整的各光信號序列在光混頻器30中，分別在不同的時間與光學(xué)頻率梳進行光混頻。

如上述結(jié)構(gòu)那樣，本發(fā)明的光檢測裝置將作為檢測對象的光信號輸入延時調(diào)整機構(gòu)10，生成到達光混頻器30的時間不同的多個光信號序列(頻率和強度保持不變)。并且，在光混頻器30中，將相同的光學(xué)頻率梳分別與經(jīng)過時間調(diào)整的多個光信號序列中的各光信號序列依次混頻。此時，由于各光信號序列到達光混頻器30的時間逐個稍微不同，因此，各光信號序列和光學(xué)頻率梳的相對延時(時間差)也逐個稍微不同。在此，當(dāng)將光信號序列和光學(xué)頻率梳混頻時，在光信號序列的振幅和相位一致的部位形成采樣點，通過光檢測器對該光信號序列的采樣點進行檢測。分別對多個光信號序列在這樣的采樣點進行光檢測。這樣，通過生成能夠覆蓋作為檢測對象的光信號的全頻帶的光學(xué)頻率梳，且將該光學(xué)頻率梳與經(jīng)過時間調(diào)整的各光信號序列混頻并依次進行光檢測，最終，能夠?qū)ψ鳛闄z測對象的光信號的全域來檢測和測定頻率、波形等光信息。據(jù)此，即使是超過電信號頻帶極限的超寬帶的光信號，本發(fā)明的光檢測裝置也能夠集中且連續(xù)地進行光檢測。

在本發(fā)明的光檢測裝置中，優(yōu)選延時調(diào)整機構(gòu)10具有定時門開關(guān)(time gate switch)11和環(huán)型光纖延遲器(loop type optical fiber delay device)12。

定時門開關(guān)11取得成為檢測對象的光信號中的規(guī)定時域內(nèi)的光信號序列并向光混頻器30輸出。

環(huán)型光纖延遲器12通過使未被定時門開關(guān)11取得的光信號循環(huán)，來給予延時并將延時后的光信號再次輸入定時門開關(guān)11。

如上所述，能夠通過使用定時門開關(guān)11和環(huán)型光纖延遲器12，來適當(dāng)?shù)卣{(diào)整光信號序列到達光混頻器30的時間。

在本發(fā)明的光檢測裝置中，優(yōu)選光檢測器檢測混頻信號所包含的光信號序列成分的頻率和光學(xué)頻率梳成分的頻率之間的頻率差，且獲得以該頻率差為頻率的電信號。

如上述結(jié)構(gòu)那樣，根據(jù)混頻信號所包含的光信號序列成分和頻率梳成分的頻率差獲得電信號，據(jù)此，能夠獲得與作為檢測對象的光信號相比較頻帶被高度壓縮的電信號。因此，即使在檢測對象的光信號的帶寬(bandwidth)超過能夠被光檢測器檢測的帶寬極限的情況下，也能夠通過該光檢測器集中取得帶寬寬的光信號。

在本發(fā)明所涉及的光檢測裝置中，光混頻器30和光檢測器40(的數(shù)量)分別為一個，光混頻器30輸入從延時調(diào)整機構(gòu)10輸出的光信號序列，光檢測器40輸入從光混頻器30輸出的混頻信號。

當(dāng)檢測超寬帶的光信號時，通過將光混頻器、光檢測器和光學(xué)頻率梳發(fā)生器等分別各設(shè)置多個，也能夠覆蓋光信號的全頻帶。但是，當(dāng)設(shè)置多個光混頻器和光檢測器等時，光檢測裝置的接收部分會大型化。因此，在本發(fā)明的光檢測裝置中，優(yōu)選通過分別各設(shè)置一個光混頻器30和光檢測器40的簡單的結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)超寬帶的光信號的檢測。在該方面，本發(fā)明的光檢測裝置通過延時調(diào)整機構(gòu)10來調(diào)整時間，以使得光信號序列被依次導(dǎo)入光混頻器30，因此，能夠通過一個光混頻器30和光檢測器40，來集中取得超寬帶的光信號。

本發(fā)明的第2方案涉及一種光檢測方法。

本發(fā)明所涉及的光檢測方法包含以下工序，即：

將作為檢測對象的光信號輸入延時調(diào)整機構(gòu)10；

通過光學(xué)頻率梳發(fā)生器20產(chǎn)生光學(xué)頻率梳；

將從延時調(diào)整機構(gòu)10依次輸出的、經(jīng)過時間調(diào)整的光信號序列、和從光學(xué)頻率梳發(fā)生器20輸出的光學(xué)頻率梳信號在光混頻器30中進行光混頻；和

通過光檢測器40檢測從光混頻器30輸出的混頻信號。

在此，延時調(diào)整機構(gòu)10對光信號序列進行時間調(diào)整，以使得經(jīng)過時間調(diào)整的各光信號序列在光混頻器30中，分別在不同的時間與光學(xué)頻率梳進行光混頻。

根據(jù)本發(fā)明，能夠在不依存于復(fù)雜的全光信號處理技術(shù)和光學(xué)快速傅立葉轉(zhuǎn)換等的情況下，進行超過電信號頻帶極限的超寬帶光信號的集中計測。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明所涉及的光檢測裝置的基本原理的概念圖。圖1尤其表示在波長域?qū)⒐庑盘栃蛄蟹纸鈺r的原理。

圖2是表示本發(fā)明所涉及的光檢測裝置的功能的框圖。

圖3是表示本發(fā)明所涉及的光檢測裝置的應(yīng)用例的概念圖。圖3尤其表示在時-頻域?qū)⒐庑盘栃蛄蟹纸獾那闆r。

圖4是表示在圖10所示的應(yīng)用例中，本振梳狀波的各頻率成分正交的相位關(guān)系的例子。

圖5表示本發(fā)明所涉及的光檢測裝置的一個實施方式。

圖6表示光學(xué)頻率梳發(fā)生器的優(yōu)選方式。

圖7表示光檢測器的優(yōu)選方式。

圖8表示本發(fā)明所涉及的光檢測裝置的實施例。

圖9(a)表示4×20-Gb/sOTFDM-QPSK信號的光譜。圖9(b)表示在具有不同帶寬的多個OTFDM波束傳播的靈活柵格(Flexible Grid)信號的光譜。圖9(c)表示本振梳狀波的光譜。

圖10表示對所需的OSNR測定到的誤比特率。

圖11表示多路分離后的QPSK信號的星座圖。

具體實施方式

下面，使用附圖，對本發(fā)明的實施方式進行說明。本發(fā)明并不限于以下說明的方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠根據(jù)以下的方式，在周知的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)剡M行修正。

[1.基本原理]

圖1是表示本發(fā)明所涉及的光檢測裝置和光檢測方法的原理的示意圖。另外，圖2表示光檢測裝置的功能框圖。首先，參照圖1和圖2，對本發(fā)明的基本原理進行說明。如圖2所示，光檢測裝置100具有延時調(diào)整機構(gòu)10、光學(xué)頻率梳發(fā)生器20、光混頻器30和光檢測器40。

延時調(diào)整機構(gòu)10被輸入作為檢測對象的光信號。在本發(fā)明的光檢測裝置100中，能夠檢測超寬帶的光信號。例如，作為超寬帶的光信號的例子，例如有m進制PSK信號、m進制QAM信號和其他的多載波信號。例如，被輸入延時調(diào)整機構(gòu)10的光信號的頻帶可以是能夠通過光檢測器40檢測的頻帶極限的2倍以上，也可以是4倍、8倍或10倍以上。這樣，即使是具有超過光檢測器40的檢測極限的頻帶的光信號，本發(fā)明的光檢測裝置100也能夠檢測和測定。

如圖1以及圖2所示，當(dāng)光信號被輸入延時調(diào)整機構(gòu)10時，被給予延時，在不同的時間從延時調(diào)整機構(gòu)10依次輸出。例如，在圖1所示的例子中，從延時調(diào)整機構(gòu)10輸出的多組光信號序列分別被給予t1、t2、…tn的延時。另外，如圖2所示，在延時調(diào)整機構(gòu)10的輸出目的地設(shè)置有光混頻器30。即，從延時調(diào)整機構(gòu)10輸出的多組光信號序列分別在不同的時間到達光混頻器30。

如圖2所示，光混頻器30對來自延時調(diào)整機構(gòu)10的輸出和來自光學(xué)頻率梳發(fā)生器20的輸出進行光混頻。光學(xué)頻率梳發(fā)生器20連續(xù)地產(chǎn)生光學(xué)頻率梳(本振梳狀波)。光學(xué)頻率梳由具有等間隔的頻率差的多個光頻率成分構(gòu)成。因此，被延時調(diào)整機構(gòu)10調(diào)整了時間的多組光信號序列到達光混頻器30后，分別在不同的時間與光學(xué)頻率梳進行光混頻。此時，由于各光信號序列到達光混頻器30的時間逐個稍微不同(逐個發(fā)生些許變化)，因此，各光信號序列和光學(xué)頻率梳的相對延時(時間差)也逐個稍微不同。

在圖1所示的原理中，將光學(xué)頻率梳與各光信號序列進行混頻，據(jù)此，在波長域來分解各光信號序列。即，如圖1所示，在對各光信號序列進行波長分解的情況下，使本振梳狀波的波長在時間上進行偏移(變化)，據(jù)此，分別針對各光信號序列對不同的頻率成分進行采樣檢測。通過使本振梳狀波的波長偏移，能夠覆蓋光信號序列的全域。光學(xué)頻率梳分別與多個光信號序列中的各光信號序列混頻，但如圖1所示，與這些光信號序列混頻的多個頻率梳從時間上來觀察，中心波長逐個稍微不同。因此，當(dāng)光信號序列和光學(xué)頻率梳被混頻時，在光信號序列與光學(xué)頻率梳的振幅和相位一致的部位形成采樣點。據(jù)此，如圖1所示，在各光信號序列的逐個稍微不同的頻帶中提取采樣點。另外，當(dāng)集聚所有的光信號序列的采樣點時，覆蓋作為測定對象的超寬帶的光信號的全域。

另外，如圖1所示，由于從一個光信號序列中只提取出幾個采樣點，因此，當(dāng)綜合每個光信號序列的采樣點時，該頻帶與原本的光信號的頻帶相比較，被高度壓縮。另外，多組光信號序列分別在不同的時間到達光檢測器40。因此，光檢測器30能夠依次檢測出頻帶被壓縮的光信號序列。即，光檢測器30依次連續(xù)檢測頻帶被壓縮的多個光信號序列即可，而不需要同時檢測超寬帶的光信號。這樣，作為測定對象的超寬帶的光信號通過延時調(diào)整機構(gòu)10和光混頻器30(光學(xué)頻率梳發(fā)生器20)，以在波長域被分解并且頻帶被高度壓縮的狀態(tài)，被導(dǎo)入光檢測器40。因此，即使在檢測超寬帶的光信號的情況下，作為光檢測器40，也能夠使用現(xiàn)有的低速的光檢測器。

其后，測定對象的光信號通過光檢測器40轉(zhuǎn)換成電信號。光信號為被分解為多組光信號序列且頻帶被壓縮的信號，在轉(zhuǎn)換成電信號之后，按照規(guī)定的算法進行分析，重組為被分解、壓縮之前的狀態(tài)(超寬帶的狀態(tài))。用于重組的算法可以合適地設(shè)計。其后，重組后的超寬帶的電信號作為用于分析作為測定對象的光信號的波形等的信號來使用。據(jù)此，通過本發(fā)明的光檢測裝置100，能夠連續(xù)地集中取得超寬帶的光信號的全頻帶，并分析其波形等光信息。分析后的波形等信息能夠顯示在公知的顯示裝置等上。

圖3是表示本發(fā)明所涉及的光檢測裝置和光檢測方法的應(yīng)用例的示意圖。即，作為將從延時調(diào)整機構(gòu)10依次輸出的光信號序列和光學(xué)頻率梳混頻，并對該光信號序列進行分解的方法，除了上述那樣在波長域分解的方法(參照圖1)之外，還能夠考慮在時域分解的方法和在時-頻域分解的方法。在該圖3中，尤其示出了在時-頻域分解的方法的例子。

如圖3所示，在時-頻域分解的方法中，通過延時調(diào)整機構(gòu)10使各光信號序列到達光混頻器30的時間不同這一點與上述的在波長域分解的方法(參照圖1)相同。另一方面，在時-頻域分解的方法中，與上述的在波長域分解的方法不同，光學(xué)頻率梳(本振梳狀波)的波長在時間上也可以固定。即，光學(xué)頻率梳的波長通常可以是保持不變的。但是，在時-頻域分解的方法中，與各光信號序列混頻的各光學(xué)頻率梳的相位關(guān)系需要處于彼此正交的關(guān)系。處于彼此正交的關(guān)系的光學(xué)頻率梳是指，當(dāng)在二個光學(xué)頻率梳間進行多頻混頻(光混頻)，并通過該光學(xué)頻率梳的頻率間隔的一半值以下的頻帶十分狹窄的低通濾波器時，其輸出水平成為0(無限接近于0)的關(guān)系。圖4表示光學(xué)頻率梳具有正交的相位關(guān)系時的例子。圖4的左側(cè)表示構(gòu)成光學(xué)頻率梳的光頻率成分為2個的情況，圖4的右側(cè)表示構(gòu)成光學(xué)頻率梳的光頻率成分為3個的情況。即，圖4的左側(cè)表示由2個光頻率成分構(gòu)成的2個光學(xué)頻率梳彼此處于相位正交關(guān)系的狀態(tài)。另外，圖4的右側(cè)表示由3個光頻率成分構(gòu)成的2個光學(xué)頻率梳分別處于相位正交關(guān)系的狀態(tài)。

如圖3所示，能夠通過使與各光信號序列混頻的各光學(xué)頻率梳的相位關(guān)系彼此保持正交狀態(tài)，來在時-頻域?qū)⒏鞴庑盘栃蛄蟹纸?。這樣，能夠?qū)γ總€光信號序列得到多個采樣點。采樣得到的光信號序列的頻帶與原來的光信號的頻帶相比較被高度壓縮。另外，多組光信號序列分別在不同的時間到達光檢測器40。因此，光檢測器30能夠依次檢測頻帶被壓縮的光信號序列。即，光檢測器30不需要同時檢測超寬帶的光信號，而是依次連續(xù)地檢測頻帶被壓縮的多個光信號序列即可。因此，即使在檢測超寬帶的光信號的情況下，作為光檢測器40也能夠使用現(xiàn)有的低速光檢測器。

[2.實施方式]

[2-1.實施方式的整體結(jié)構(gòu)]

接著，使用圖5，對本發(fā)明所涉及的光檢測裝置100的一個實施方式進行說明。

圖5表示利用上述基本原理的光檢測裝置100的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，在本實施方式中，作為檢測對象的光信號，多載波光信號被輸入光檢測裝置100。圖5表示作為多載波光信號的例子，而將多個QPSK信號在頻率軸上以等間隔配置的OFDM(正交頻分復(fù)用：Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)方式的信號。本發(fā)明的光檢測裝置100能夠檢測OFDM-QPSK信號那樣的寬頻帶的光信號。

如圖5所示，本實施方式所涉及的光檢測裝置100具有延時調(diào)整機構(gòu)10、光學(xué)頻率梳發(fā)生器20、光混頻器30、光檢測器40、低通濾波器41、A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器42和S/P(串/并)轉(zhuǎn)換器43。另外，通過光學(xué)頻率梳發(fā)生器20、光混頻器30和光檢測器40來構(gòu)成光多頻混頻檢測器。

作為測定對象的多載波光信號首先被輸入延時調(diào)整機構(gòu)10。在本實施方式中，延時調(diào)整機構(gòu)10由定時門開關(guān)11和環(huán)型光纖延遲器12構(gòu)成。定時門開關(guān)11用于取出被輸入的多載波光信號中的所希望時域的光信號，其進行如下控制：使所需時域的光信號通過，且使其余時域的光信號不通過。因此，當(dāng)多載波光信號被輸入定時門開關(guān)11時，定時門開關(guān)11從該多載波光信號中取得屬于規(guī)定時域內(nèi)的光信號序列并向后一級的光混頻器30送出。另一方面，未被定時門開關(guān)11取得的多載波光信號被導(dǎo)入環(huán)型光纖延遲器12。環(huán)型光纖延遲器12例如具有使50m～1000m的單模光纖(SMF)多路復(fù)用循環(huán)的結(jié)構(gòu)。被導(dǎo)入環(huán)型光纖延遲器12的多載波光信號在循環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)，據(jù)此被給予規(guī)定時間的延遲，再次被輸入定時門開關(guān)11。當(dāng)在循環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)后的多載波信號被輸入定時門開關(guān)11時，定時門開關(guān)11再次從該多載波光信號取得屬于規(guī)定時域內(nèi)的光信號序列，并將其向后一級的光混頻器30送出。另一方面，未被定時門開關(guān)11取得的多載波光信號再次被導(dǎo)入環(huán)型光纖延遲器12。通過重復(fù)進行這樣的回路循環(huán)，定時門開關(guān)11對向光混頻器30輸出的各光信號序列進行時間調(diào)整。據(jù)此，在延時調(diào)整機構(gòu)10中，作為測定對象的多載波光信號被分解為經(jīng)過時間調(diào)整的多組光信號序列。經(jīng)過時間調(diào)整的多組光信號序列到達光混頻器30的時間分別不同。另外，光信號的延遲器并不限于環(huán)型光纖延遲器，還能夠適當(dāng)?shù)貞?yīng)用公知的延遲器。

另一方面，光學(xué)頻率梳發(fā)生器20生成光學(xué)頻率梳。光學(xué)頻率梳是由以等間隔的頻率間隔來配置的多個光頻率成分構(gòu)成的信號。通過光學(xué)頻率梳發(fā)生器20生成的光學(xué)頻率梳還被稱為本振梳狀波。通過光學(xué)頻率梳發(fā)生器20生成的光學(xué)頻率梳被輸入光混頻器30，與通過延時調(diào)整機構(gòu)10進行了時間調(diào)整的光信號序列進行光混頻。光學(xué)頻率梳發(fā)生器20是利用馬赫-曾德爾型光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選是能夠生成光強度保持不變的平坦的光學(xué)頻率梳的結(jié)構(gòu)。在光檢測裝置100中，當(dāng)在波長域來分解各光信號序列時，光學(xué)頻率梳發(fā)生器20使本振梳狀波的波長在時間上偏移，以能夠覆蓋光信號序列的全域(參照圖1)。另一方面，在光檢測裝置100中，當(dāng)在時-頻域來分解各光信號序列時，時間光學(xué)頻率梳發(fā)生器20也可以使本振梳狀波的波長在時間上保持不變(參照圖3)。但是，當(dāng)在時-頻域進行分解時，優(yōu)選與各光信號序列混頻的各光學(xué)頻率梳的相位關(guān)系處于相互正交的關(guān)系。另外，光學(xué)頻率梳發(fā)生器20能夠通過其他的公知的梳狀波發(fā)生器構(gòu)成。光學(xué)頻率梳發(fā)生器20的優(yōu)選方式的細節(jié)之后敘述。

如上所述，光混頻器30的一個輸入端口被依次輸入經(jīng)過時間調(diào)整的多組光信號序列，光混頻器30的另一個輸入端口被輸入光學(xué)頻率梳。各光信號序列在光混頻器30中與光學(xué)頻率梳進行光混頻，據(jù)此，在波長域或者時-頻域中被采樣。另外，多組光信號序列分別通過時間調(diào)整機構(gòu)10來進行時間調(diào)整，以使得到達光混頻器30的時間逐個稍微不同。因此，經(jīng)過時間調(diào)整的光信號序列分別在光混頻器30中在不同的時間與光學(xué)頻率梳進行光混頻。其結(jié)果，多組光信號序列分別通過光學(xué)頻率梳在不同的點被采樣。在此，將如上述那樣對作為測定對象的光信號和光學(xué)頻率梳進行混頻來進行高帶寬的光采樣的技術(shù)稱為多頻混頻檢測。并且，若光學(xué)頻率梳覆蓋作為測定對象的多載波光信號的全帶寬，則通過集聚使各光信號序列和光學(xué)頻率梳混頻而得到的各采樣點，能夠獲得多載波光信號的全域。通過集聚各光信號序列的采樣點，能夠獲得分別與作為測定對象的多載波信號所包含的各副載波(d₁、d₂、d_n)對應(yīng)的子信道(Ch.1、Ch.2、Ch.n)。

經(jīng)過時間調(diào)整的光信號序列和光學(xué)頻率梳在光混頻器30中混頻后，該混頻信號被輸入光檢測器40。光檢測器40根據(jù)作為光信號的混頻信號來生成電子信號。在本實施方式中，作為測定對象的多載波光信號利用QPSK信號形成。因此，作為光檢測器40，可以使用能夠適當(dāng)?shù)亟庹{(diào)QPSK信號的平衡檢測器。用于解調(diào)QPSK信號的平衡檢測器能夠使用公知的檢測器。例如，平衡檢測器具有：第1平衡檢波部40a，其取得與光混頻器30(90°混合耦合器)所輸出的混頻信號中的I(In-phase)成分對應(yīng)的電信號；和第2平衡檢波部40b，其取得與Q(Quadrature)成分對應(yīng)的電信號。第1平衡檢波部40a對混頻信號中的相位為0°的成分和相位為180°的成分進行平衡檢波，并從光信號轉(zhuǎn)換成電信號，據(jù)此，取得與I成分對應(yīng)的電信號。另外，第2平衡檢波部40b對混頻信號中的相位為90°的成分和相位為-90°的成分進行平衡檢波，并從光信號轉(zhuǎn)換成電信號，據(jù)此，取得與Q成分對應(yīng)的電信號。

在本發(fā)明中，能夠利用光多頻混頻檢測技術(shù)，對寬頻帶的光信號進行頻帶壓縮，下變頻為具有低速的RF頻率的電信號，其中，光多頻混頻檢測技術(shù)是通過將光信號和光學(xué)頻率梳混頻的光采樣來進行光檢測。即，光檢測器40能夠通過取被輸入光混頻器30的光信號與頻率梳的頻率差，來獲得以該頻率差為RF頻率的電信號。光多頻混頻檢測技術(shù)的細節(jié)之后敘述。

由光檢測器40獲得的電信號通過低通濾波器41被除去不需要的噪音成分之后，被輸入A/D轉(zhuǎn)換器而向數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換。數(shù)字信號通過S/P轉(zhuǎn)換器，從串行傳輸轉(zhuǎn)換成并行傳輸之后，各信號成分被向MIMO檢測器44輸入。例如，與多載波光信號的各副載波(d₁、d₂、d_n)對應(yīng)的各子信道(Ch.1、Ch.2、Ch.n)的電信號被并行輸入MIMO檢測器44。這樣，能夠獲得從多載波信號光信號多路分離出的子信道。通過在MIMO檢測器44中將子信道分離，能夠消除接收信號所包含的子信道間殘留的串?dāng)_。其后，對各子信道進行分析，據(jù)此，能夠獲得多載波光信號的波形、相位等光信息的測定結(jié)果。

接著，對延時調(diào)整機構(gòu)10中的優(yōu)選的延時的設(shè)定進行說明。

如圖5所示，作為測定對象的多載波信號在被輸入光多頻混頻檢測器(20、30、40)之前，被輸入具有定時門11和環(huán)型光纖延遲器12的延時調(diào)整機構(gòu)10。通過定時門11和環(huán)型光纖延遲器12進行了時間調(diào)整的光信號序列在不同的時間，到達光多頻混頻檢測器的光混頻器30的輸入端口。

在此，當(dāng)在時-頻域來分解各光信號序列時，為了維持與經(jīng)過時間調(diào)整的各個光信號序列混頻的光學(xué)頻率梳的正交性，優(yōu)選環(huán)型光纖延遲器12中的延時被設(shè)定為(m+i/n)/B[秒]。B是構(gòu)成被多路復(fù)用的光信號的各子信道的符號速率[sps：symbol/秒]。m是任意的整數(shù)。n是被多路復(fù)用的子信道的數(shù)量。i是經(jīng)過時間調(diào)整的光信號序列的順序(順序編號)。在這樣的條件下，經(jīng)過時間調(diào)整的第i個光信號序列和光學(xué)頻率梳(本振梳狀波)的相對延時(時間差)由i/(nB)表示。其結(jié)果，利用具有彼此正交的相位關(guān)系的本振梳狀波，在光檢測器中對經(jīng)過時間調(diào)整的光信號進行多頻混頻檢測。

以滿足上述條件的方式，對各光信號序列給予延時，據(jù)此，各光信號序列在合適的時間到達光混頻器30，因此，不需要精密控制生成本振梳狀波的光頻率發(fā)生器20。例如，當(dāng)從光頻率發(fā)生器20產(chǎn)生本振梳狀波時，不需要依次調(diào)整該本振梳狀波的相位狀態(tài)的控制。另外，構(gòu)成本振梳狀波的各光頻率成分的相位也可以分別是任意的相位，不一定需要使所有的光頻率成分的相位均一致(例如，設(shè)為零)。因此，只通過一個光頻率發(fā)生器20就能夠充分地對應(yīng)。并且，以滿足上述條件的方式對各光信號序列給予延時，將本振梳狀波與經(jīng)過時間調(diào)整的各光信號序列混頻來進行光檢測，據(jù)此，能夠集中取得所有的光信號序列的振幅和相位。

另外，通過利用數(shù)字信號處理，對多頻混頻檢測出的光信號序列應(yīng)用n×n的矩陣，能夠從n組光信號序列來多路分離取得所有的子信道。另外，根據(jù)多載波光信號的種類(調(diào)制的種類)適當(dāng)?shù)剡x擇矩陣要素，據(jù)此，無論是nf[Hz]帶寬內(nèi)的哪一種類的多載波信號，具有該延時調(diào)整機構(gòu)10的光檢測裝置100均能夠檢測。另外，還具有以下優(yōu)點，即，通過消除子信道間的串?dāng)_的多入多出(MIMO)等化技術(shù)，矩陣要素被適當(dāng)?shù)馗?。并且，本發(fā)明的檢測方式在多路分離時不依存于光學(xué)快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)和光信道選擇濾波器，因此，能夠使用波長檢測性能低的一般的光檢測器，集中檢測超寬帶的光信號。

[2-2.光學(xué)頻率梳發(fā)生器]

接著，針對光學(xué)頻率梳發(fā)生器20的優(yōu)選方式，具體地進行說明。圖6是光學(xué)頻率梳發(fā)生器20的概略圖。如圖6所示，在本發(fā)明的光檢測裝置100中，優(yōu)選光學(xué)頻率梳發(fā)生器20利用馬赫-曾德爾型光學(xué)調(diào)制器。這樣的光學(xué)頻率梳發(fā)生器20例如能夠采用日本發(fā)明專利公開公報特開2007-248660號所公開的光學(xué)頻率梳發(fā)生器。但是，在本發(fā)明所涉及的光檢測裝置100中，作為光學(xué)頻率梳發(fā)生器20，也可以適當(dāng)?shù)夭捎霉氖釥畈òl(fā)生器，只要能夠產(chǎn)生光學(xué)頻率梳即可。

如圖6所示，光學(xué)頻率梳發(fā)生器20具有波導(dǎo)部分21、驅(qū)動信號系統(tǒng)22和偏置信號系統(tǒng)23。

波導(dǎo)部分21包含輸入部21a、分支部21b、第1波導(dǎo)21c、第2波導(dǎo)21d、合波部21e和輸出部21f。首先，光信號被輸入輸入部21a，光信號在分支部21b中進行分支。第1波導(dǎo)21c傳播在分支部21b中分支得到的一方的光信號，第2波導(dǎo)21d傳播在分支部21b中分支得到的另一方的光信號。在合波部21e中，從第1波導(dǎo)21c和第2波導(dǎo)21d輸出的光信號被合波，合波后的光信號從輸出部21f輸出。另外，驅(qū)動信號系統(tǒng)22生成驅(qū)動第1波導(dǎo)21c的第1驅(qū)動信號22a和驅(qū)動第2波導(dǎo)21d的第2驅(qū)動信號22b。另外，偏置信號系統(tǒng)23生成施加給第1波導(dǎo)21c和第2波導(dǎo)21d的偏置信號23a、23b。

并且，優(yōu)選驅(qū)動信號系統(tǒng)22和偏置信號系統(tǒng)23以滿足下式(I)的方式來驅(qū)動第1驅(qū)動信號22a、第2驅(qū)動信號22b、和偏置信號23a、23b。

ΔA+Δθ＝π/2 (I)

在上述式(I)中，ΔA和Δθ被分別定義為ΔA≡(A₁-A₂)/2，和Δθ≡(θ₁-θ₂)/2。A₁和A₂分別表示向電極輸入第1驅(qū)動信號22a和第2驅(qū)動信號22b時，由第1驅(qū)動信號22a和第2驅(qū)動信號22b誘導(dǎo)產(chǎn)生的光相位偏移振幅。θ₁和θ₂分別表示在第1波導(dǎo)21c和第2驅(qū)動信號22b內(nèi)由光程差和偏置信號誘導(dǎo)產(chǎn)生的光相位偏移量。

即，光學(xué)頻率梳發(fā)生器20具有驅(qū)動信號系統(tǒng)22和偏置信號系統(tǒng)23，該驅(qū)動信號系統(tǒng)22和偏置信號系統(tǒng)23以滿足上述式(I)的條件的方式，驅(qū)動第1驅(qū)動信號22a、第2驅(qū)動信號22b和偏置信號23a、23b。并且，驅(qū)動控制可以通過信號系統(tǒng)所包含的、或者安裝于信號系統(tǒng)的計算機等控制部來進行控制。

如圖6所示，光學(xué)頻率梳發(fā)生器20利用馬赫-曾德爾型光學(xué)調(diào)制器，在原理上，是組合有兩個相位調(diào)制器的結(jié)構(gòu)，并且該相位調(diào)制器由波導(dǎo)和施加驅(qū)動信號的電極構(gòu)成。并且，以滿足上述式(I)的方式，驅(qū)動驅(qū)動信號系統(tǒng)22和偏置信號系統(tǒng)23，據(jù)此，在波導(dǎo)部分21的合波部21e中被合波的、來自2個相位調(diào)制器的光信號彼此補充。因此，光學(xué)頻率梳發(fā)生器20能夠穩(wěn)定地獲得具有平坦的頻譜特性的光學(xué)頻率梳。

另外，光學(xué)頻率梳發(fā)生器也可以不滿足上述式(I)，而以滿足下述式(II)的方式來驅(qū)動。

ΔA＝Δθ＝π/4 (II)

在上述(II)中，ΔA以及Δθ的定義與上述(I)同義。這樣，光學(xué)頻率梳發(fā)生器20可以具有驅(qū)動信號系統(tǒng)22和偏置信號系統(tǒng)23，該驅(qū)動信號系統(tǒng)22和偏置信號系統(tǒng)23按照上述式(II)，來驅(qū)動第1驅(qū)動信號22a、第2驅(qū)動信號22b和偏置信號23a、23b。如果如式(II)那樣驅(qū)動，則光學(xué)頻率梳發(fā)生器能夠有效地獲得具有平坦的頻譜特性的光學(xué)頻率梳。

另外，優(yōu)選光學(xué)頻率梳發(fā)生器在上述(I)和(II)式的定義中，第1驅(qū)動信號22a的振幅(A₁)和第2驅(qū)動信號22b的振幅(A₂)不同。

此外，上述光學(xué)頻率梳發(fā)生器的具體的設(shè)計理論和制造方法公開于日本發(fā)明專利公開公報特開2007-248660號。在本發(fā)明的光檢測裝置中，能夠適當(dāng)?shù)夭捎迷撐墨I所公開的光學(xué)頻率梳發(fā)生器的結(jié)構(gòu)。

另外，光學(xué)頻率梳由具有等間隔的頻率差的多個光頻率成分構(gòu)成。另外，理想的情況是，光學(xué)頻率梳具有平坦的頻譜特性，即，各個光頻率成分分別具有相等的光強度。另一方面，光學(xué)頻率梳不一定需要使各光頻率成分的相位均一致。即，構(gòu)成光學(xué)頻率梳的各頻率成分可以具有任意的相位。在此，光學(xué)頻率梳的概念中，包含各光頻率成分的相位均一致的光脈沖。光脈沖是光學(xué)頻率梳的優(yōu)選的方式之一。光學(xué)頻率梳發(fā)生器20可以為產(chǎn)生這樣的光脈沖(各光頻率成分的相位均一致的光學(xué)頻率梳)的光學(xué)頻率梳發(fā)生器。

在光檢測裝置100中，當(dāng)在波長域來分解各光信號序列時，光學(xué)頻率梳發(fā)生器20能夠使本振梳狀波的波長在時間上偏移，覆蓋光信號序列的全域(參照圖1)。另一方面，在光檢測裝置100中，當(dāng)在時-頻域來分解各光信號序列時，時間光學(xué)頻率梳發(fā)生器20也可以使本振梳狀波的波長在時間上保持不變(參照圖3)。但是，當(dāng)在時-頻域來進行分解時，優(yōu)選與各光信號序列混頻的各光學(xué)頻率梳的相位關(guān)系處于相互正交的關(guān)系。

[2-3.光多頻混頻檢測器]

圖7具體地對光檢測器40的優(yōu)選的方式進行說明。在本發(fā)明中，通過上述的光學(xué)頻率梳發(fā)生器20、光混頻器30和光檢測器40，來實現(xiàn)光多頻混頻檢測器。在此所謂的光多頻混頻是指，能夠通過將作為檢測對象的光信號和本地(本機)產(chǎn)生的光學(xué)頻率梳(本振梳狀波)混頻(零拍混頻)，來在波長域或時-頻域進行高帶寬的光采樣的技術(shù)。在此，代替連續(xù)波(CW)光源或脈沖光源，作為本地振蕩器(本機振蕩器)，使用具有矩形頻譜特性的光學(xué)頻率梳，取波長域或時-頻域中的光信號的采樣點。在光多頻混頻檢測器中，超寬帶的光信號的頻帶被壓縮，下變頻成具有低速的RF頻率的電信號。

如圖7所示，與光多頻混頻檢測相關(guān)的系統(tǒng)具有光學(xué)頻率梳發(fā)生器20、光混頻器30和光檢測器40(低速光電二極管)。另外，優(yōu)選該系統(tǒng)還具有包絡(luò)線檢測器41、RF低通濾波器42和RF檢測器43。

如圖7所示，光混頻器30被輸入作為檢測對象的光信號(目標信號)和從光學(xué)頻率梳發(fā)生器20輸出的光學(xué)頻率梳(本振梳狀波)。在此，在本發(fā)明的光檢測裝置100中，目標信號可以是通過延時調(diào)整機構(gòu)10調(diào)整了到達光混頻器30的時間的光信號序列。即，在本發(fā)明的光檢測裝置100中，作為檢測對象的光信號首先被輸入延時調(diào)整機構(gòu)10，生成到達光混頻器30的時間不同的多個光信號序列(頻率和強度保持不變)。并且，經(jīng)過時間調(diào)整的各光信號序列分別在光混頻器30中，依次與光學(xué)頻率梳混頻。

在光混頻器30中，具有頻率f[Hz]的重復(fù)率的目標信號與具有頻率f-Δf[Hz]的頻率間隔的本振梳狀波進行光混頻。在此，Δf可以任意地設(shè)定，但優(yōu)選為Δf＜＜f。并且，當(dāng)通過光檢測器40(光電二極管)來檢測目標信號和本振梳狀波的混頻波時，這些混頻波向頻率低的中間頻率(IF)下變頻。在此，本振梳狀波在頻譜上強度相等，因此，目標信號的每個頻率成分的外差轉(zhuǎn)換效率相等。因此，目標信號的頻譜的復(fù)制在IF頻帶中生成為電信號，但該電信號的頻率間隔為從目標信號的頻率間隔被高度壓縮后的Δf。這樣，光檢測器40能夠檢測在光混頻器30中混頻的目標信號的頻率和本振梳狀波的頻率之間的頻率差，獲得以該頻率差為RF頻率的IF信號。

并且，當(dāng)本振梳狀波的各頻率模式間的相位差Δφi被設(shè)定為零時，目標信號的各頻率模式間的相位關(guān)系也被維持原樣。另外，通過光檢測器40獲得的IF信號被輸入包絡(luò)線檢測器41。在包絡(luò)線檢測器41中，能夠取出與目標信號的波形的類似性高的包絡(luò)線。

如上所述，IF信號的重復(fù)率為Δf，該Δf遠低于原來的目標信號的重復(fù)率f。因此，即使在目標信號具有超過能夠被光檢測器40(低速的光電二極管)檢測的帶寬極限的超高速波形的情況下，也能夠通過利用光多頻混頻檢測，通過該光檢測器40來進行檢測。并且，在該技術(shù)中，能夠通過進行包絡(luò)線檢波，來消除目標信號和本振梳狀波的光相位差的不確定性，因此，具有不需要固定目標信號和本振梳狀波的光相位的優(yōu)點。即，無論目標信號和構(gòu)成本振梳狀波的光成分具有怎樣的相位差，都能夠通過通用的光電二極管，集中取得振幅和相位差。本振梳狀波不需要是完整的光脈沖(各光頻率成分的相位均一致的光學(xué)頻率梳)。構(gòu)成本振梳狀波的光頻率成分可以分別設(shè)為任意的相位。

另外，如圖7所示，由光檢測器40取得的IF信號通過低通濾波器42除去殘留的不需要的噪音成分之后，被輸入RF檢測器43。RF檢測器43根據(jù)IF信號的信號波形，來恢復(fù)目標信號的信號波形。尤其是在本發(fā)明的光檢測裝置100中，通過延時調(diào)整機構(gòu)10進行了時間調(diào)整的多個光信號序列在不同的時間被依次輸入光混頻器30，并通過光檢測器40轉(zhuǎn)換成IF信號。因此，RF檢測器43根據(jù)多個目標信號的信號波形，來恢復(fù)輸入延時調(diào)整機構(gòu)10的最初的光信號的信號波形。另外，根據(jù)經(jīng)過時間調(diào)整的多個目標信號來恢復(fù)最初的光信號的信號波形的算法能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)計。

在此，優(yōu)選以滿足以下條件的方式來驅(qū)動生成本振梳狀波的光學(xué)頻率梳發(fā)生器20。(1)首先，優(yōu)選構(gòu)成本振梳狀波的各頻率成分彼此的相位差為零(Δφi＝0)，頻率間隔為等間隔。(2)另外，優(yōu)選構(gòu)成本振梳狀波信號的各頻率成分的光強度均相等。(3)并且，優(yōu)先本振梳狀波信號的中心頻率(波長)和頻率間隔能夠靈活地任意地控制。作為滿足這樣條件的光學(xué)頻率梳發(fā)生器20，能夠使用上述的利用馬赫-曾德爾型光學(xué)調(diào)制器的光學(xué)頻率梳發(fā)生器20。即，馬赫-曾德爾型的光學(xué)頻率梳發(fā)生器20作為電光學(xué)超平坦頻率梳發(fā)生器來發(fā)揮作用，適合作為多頻本地振蕩器來使用。如上所述，馬赫-曾德爾型的光學(xué)頻率梳發(fā)生器20能夠穩(wěn)定生產(chǎn)頻譜的平坦性高的、優(yōu)異的光學(xué)頻率梳，并且，能夠靈活地控制所得到的光學(xué)頻率梳的中心頻率(波長)和頻率間隔。另外，采用該光學(xué)頻率梳發(fā)生器20，還能夠生成具有亞太赫茲的帶寬的超平坦頻率梳。因此，還能夠期待發(fā)揮皮秒周圍的時間分辨率。

如上所述，當(dāng)在時-頻域來分解各光信號序列時(參照3)，為了維持與經(jīng)過時間調(diào)整的各個光信號序列混頻的光學(xué)頻率梳的正交性，優(yōu)選將環(huán)型光纖延遲器12中的延時設(shè)定為(m+i/n)/B[秒]。通過這樣設(shè)定延時，即使在光學(xué)頻率梳的各頻率模式間的相位差Δφi不是零的情況下，也能夠確保與各光信號序列混頻的光學(xué)頻率梳各自的正交關(guān)系，在時-頻域進行分解。其結(jié)果，不需要使從光學(xué)頻率梳發(fā)生器20輸出的光學(xué)頻率梳的波長(中心波長)在時間上偏移的操作。

另外，如上所述，作為本振梳狀波，能夠應(yīng)用具有任意的相位差Δφi值的光學(xué)頻率梳，不需要使用完整的光脈沖(各光頻率成分的相位均一致的光學(xué)頻率梳)。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠在不依存于復(fù)雜的光脈沖的情況下，提供結(jié)構(gòu)更簡單的光檢測裝置(示波器)。

[3.實施例]

接著，參照圖8～圖11，對本發(fā)明所涉及的光檢測裝置的實施例進行說明。圖8表示實施例所涉及的光檢測裝置的結(jié)構(gòu)。圖8所示的實施例相當(dāng)于圖5所示的光檢測裝置100的實施例。

在本實施例中，在發(fā)射機側(cè)，產(chǎn)生4信道的正交時頻域多路復(fù)用(OTFDM：Orthogonal Time-Frequency Domain Multiplexing)信號。OTFDM信號的通信速度為4×20Gb/s。在此，“OTFDM信號”是指，具有與OFDM相同的頻譜效率的多載波信號[參考文獻：Takahide Sakamoto,Orthogonal Time-Frequency Domain Multiplexing with Multilevel Signaling,Optics Express,Vol.22,Issue 1,pp.773-781(2014)]。在本實施例中，作為多載波光信號的一例，產(chǎn)生OTFDM信號，將該OTFDM信號作為測試信號來使用。

在發(fā)射機側(cè)，首先，將從光源輸出的連續(xù)光(CW激光)輸入馬赫-曾德爾調(diào)制器型的平坦光學(xué)頻率梳發(fā)生器(MZ-FCG)，生成18×10GHz的光學(xué)頻率梳信號。所得到的光學(xué)頻率梳信號被輸入后一級的馬赫-曾德爾光學(xué)調(diào)制器，實施QPSK形式的光學(xué)調(diào)制。QPSK形式的光學(xué)調(diào)制是具有2¹⁵-1的序列長度的10G波特的符號速率。在此，光學(xué)頻率梳信號所包含的所有的光成分(梳狀線)用同一數(shù)據(jù)流進行調(diào)制。被QPSK調(diào)制后的光學(xué)頻率梳信號通過具有40Gb/s的長方形通帶的帶通濾波器進行濾波，其后，被導(dǎo)入生成OTFDM信號的延遲線基礎(chǔ)(delay line base)的4×OTFDM多路復(fù)用器。在本實施例中，通過這樣的結(jié)構(gòu)，生成具有40GHz帶寬的80Gb/s的OTFDM-QPSK信號。

另一方面，在接收機側(cè)，構(gòu)筑循環(huán)輔助型的光多頻混頻檢測裝置。如上述那樣生成的上述超寬帶的OTFDM-QPSK信號被輸入循環(huán)部(延時調(diào)整機構(gòu))。循環(huán)部由500m的單模光纖(SMF)、光放大器(EDFA)、作為定時門而發(fā)揮作用的超聲波光學(xué)開關(guān)(AOM開關(guān))構(gòu)成。作為檢測對象的OTFDM-QPSK信號經(jīng)AOM開關(guān)，被輸入光纖的循環(huán)部(500m)。在循環(huán)部中，OTFDM-QPSK信號用1μs的時窗進行了時間調(diào)整(定時開啟門電路)后，在SM的循環(huán)內(nèi)循環(huán)8次進行再調(diào)整(延時)。再循環(huán)之后，8組內(nèi)的4組光信號序列(接收信號)被給予100m+25i[ps]的時間延遲，并被輸入混合耦合器的信號端口。

另一方面，利用與上述不同的馬赫-曾德爾調(diào)制器型的平坦光學(xué)頻率梳發(fā)生器(MZ-FCG)，生成本振梳狀波。該本振梳狀波被輸入混合耦合器的另一個端口。本振梳狀波的梳狀線(comb line)的數(shù)量為4個，其覆蓋80Gb/s的OTFDM-QPSK信號的全帶寬。在本實施例中的設(shè)定中，接收信號(OTFDM-QPSK信號)和本振梳狀波之間的相對光延遲為25i[ps]，該值保證了作為多載波的接收信號和本振梳狀波之間的正交性。

再循環(huán)后的接收信號(OTFDM-QPSK信號)根據(jù)離線信號處理，使用典型的數(shù)字零拍接收機，與本振梳狀波零拍混頻。另外，為了對QPSK信號進行解調(diào)來進行光檢測，在混合耦合器的后一級，安裝有典型的平衡光檢測器。n×n MIMO(4×4MIMO)為了消除接收信號所包含的子信道間殘留的串?dāng)_而安裝。

圖9(a)表示4×20Gb/s的OTFDM-QPSK信號的光譜。另外，圖9(c)表示具有數(shù)量為4個的梳狀線的本振梳狀波的光譜。另外，圖10表示作為以0.1nm來接收的OSNR的函數(shù)而測定的、多路分離后的信道的誤比特率特性。所需的OSNR＠BER＝10e-3為11.5～13.5dB。該值接近12dB的理論上期待的、所期望的OSNR。如圖10那樣誤比特率分散的主要理由在于，被多路復(fù)用的子信道的功率不均衡。

另外，在本實施例中，為了示出光檢測裝置的信道選擇能力，如圖9(b)所示，測定靈活柵格信號，該靈活柵格信號在具有不同帶寬的多個OTFDM波束傳播。在本實施例中，在OTFDM波束間測定到4倍的波段。圖11表示針對分別檢測到的所有的子信道測定到的星座圖(constellation)。如圖11所示，各子信道的星座圖被清晰地觀察到。因此，根據(jù)本實施例能夠確認，所有的信道被正常分離，并且在沒有發(fā)生重大的串?dāng)_的情況下被解調(diào)。

如上所述，在本實施例中，證明了一種循環(huán)輔助型的并列相干匹配檢測器，其能夠同時測定多載波光信號的所有的子信道。即，實驗證明，根據(jù)本實施例的檢測器，能夠?qū)?×20Gb/s的OTFDM-QPSK信號分波來準確地檢測。

以上，在本申請的說明書中，為了表現(xiàn)本發(fā)明的內(nèi)容，參照附圖，對本發(fā)明的實施例進行了說明。但是，本發(fā)明并不限于上述實施例，還包含本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的說明書所記載的事項進行的周知的變形方式和改良方式。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明涉及一種能夠集中計測超過電信號頻帶極限的超寬帶的光信號的光檢測裝置和光檢測方法。例如，本發(fā)明的技術(shù)能夠適用于示波器。

另外，為了分析被高度多路復(fù)用的光網(wǎng)絡(luò)信號，必須創(chuàng)立一種與光的多重軸和自由度對應(yīng)的相干多維光計測技術(shù)。此時，關(guān)鍵在于并列化和多維化，本發(fā)明在并列化和集聚化方面存在優(yōu)勢。另外，當(dāng)進行功能的并列化時，能夠共用光信號生成部分和光檢測部分等大多數(shù)的主要部分。避免了光計測系統(tǒng)的復(fù)雜化，并且當(dāng)進行次數(shù)更高的多維光計測時，本發(fā)明發(fā)揮有益的效果。

附圖標記說明

10…延時調(diào)整機構(gòu)；11…定時門開關(guān)；12…環(huán)型光纖延遲器；20…光學(xué)頻率梳發(fā)生器；21…波導(dǎo)部分；21a…輸入部；21b…分支部；21c…第1波導(dǎo)；21d…第2波導(dǎo)；21e…合波部；21f…輸出部；22…驅(qū)動信號系統(tǒng)；22a…第1驅(qū)動信號；22b…第2驅(qū)動信號；23…偏置信號系統(tǒng)；30…光混頻器；40…光檢測器；41…低通濾波器；42…A/D轉(zhuǎn)換器；43…S/P轉(zhuǎn)換器；44…MIMO檢測器；45…包絡(luò)線檢波器；46…低通濾波器；47…RF檢測器；100…光檢測裝置。