JP2000193557A - 波長分散測定装置及び偏波分散測定装置 - Google Patents

波長分散測定装置及び偏波分散測定装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば２ｍ〜２０ｍ等の短尺から長尺までの
各被測定物の波長分散及び偏波分散を精度よく測定す
る。 【解決手段】 所定の繰返し周期を有した波長可変の光
パルスを出射するパルス光源４２と、パルス光源から出
射された光パルスを参照光パルスと被測定物へ入射させ
る入射光パルスとに分波する光分波器４４と、参照光パ
ルスの入射光パルスに対する相対遅延量を変化させる空
間的な光遅延手段４８と、被測定物を通過した出射光パ
ルスと光遅延手段で遅延された参照光パルスとを受け、
光遅延手段で参照光パルスの相対遅延量を変化させるた
びにその位置での出射光パルスの光強度に比例した自己
相関強度信号を得るサンプリング手段４６と、このサン
プリング手段で順次得られる自己相関強度信号から出射
光パルスの自己相関波形を求める信号処理手段５３とで
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ファイバ
等の被測定物を光が通過する時に生じる波長分散を測定
する波長分散測定装置、及び被測定物を光が通過する時
に生じる偏波分散を測定する偏波分散測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば、光ファイバ中を光信号が伝搬す
る速度は光信号の波長によって異なる。したがって、波
長広がりを有する光源から出力された光パルス信号にお
けるパルス波形のパルス幅（時間幅）は光ファイバ中で
広がることになる。光ファイバの伝送帯域はパルス幅に
対して逆比例の関係があるので、最終的に光信号の伝送
速度の制限に影響を与える。したがって、各波長毎の光
ファイバ内における伝送速度（波長分散）を測定するこ
とは光ファイバに対する非常に重要な性能試験項目とさ
れる。
【０００３】特に、次世代大容量光ネットワークで用い
られようとしている１００Ｇbit ／ｓを越える超高速光
信号は、光信号であるパルスの幅が数ｐｓと狭く、波長
広がりが大きい。そのため、光ファイバの波長分散が光
伝送に大きく影響する。また、パルス発生技術において
も、高品質なパルスつまりトランスフォームリミッテッ
ドな光パルスの発生率は光ファイバの波長分散が大きく
影響しており、波長分散測定はより重要な項目となって
きている。
【０００４】波長分散測定方法としては、(a) 時問分解
分光法、(b) パルス法、(c) 干渉法、(d) 差分法、(e)
位相差法等が提案されている。これらの(a) 〜(e) の各
手法のうち比較的頻繁に実施されている(b) パルス法及
び(c) 干渉法について説明する。
【０００５】先ず、特開平６−１７４５９２号公報に提
案されているパルス法を図１２を用いて説明する。
【０００６】白色パルス光源１から出力された広い波長
範囲を有した白色パルスは可変波長光バンドパスフィル
タ２で特定波長に波長制限された後、光分岐器３で入射
光パルス４と参照光パルス５とに分岐される。入射光パ
ルス４は、被測定ファイバ６に入射されて、この被測定
ファイバ６を経由して光結合器７の一方へ入射される。
一方、参照光パルス５はそのまま直接光結合器７の他方
へ入射される。光結合器７は入射光パルス４と参照光パ
ルス５とを合波して合波光信号８として遅延時間検出手
段９へ入射される。遅延時間検出手段９は合波光信号８
から入射光パルス４の参照光パルス５に対する遅延時間
ｔD を算出する。
【０００７】すなわち、入射光パルス４は被測定ファイ
バ６を通過することによつて時間遅れが生じるので、こ
の入射光パルス４と時間遅れのない参照光パルス５とを
合波すると、合波光信号８の信号波形には二つのピーク
が生じる。この二つのピークの時間差が遅延時間ｔD と
なる。そして、可変波長光バンドパスフィルタ２の通過
光の波長λを変化させて、各波長λにおける各遅延時間
ｔD （λ）を求める。そして、遅延時間ｔD （λ）の波
長依存性を波長分散特性とする。
【０００８】また、特開平４−１７７１４１号公報に提
案されているパルス法を図１３を用いて説明する。超短
パルス発生装置１１から出力された光パルスは被測定光
ファイバ１２を通過した後、光分岐器１３で２つの光パ
ルスＡ，Ｂに分岐して、一方の光パルスＡを波長可変バ
ンドパスフィルタ１４で特定波長のみを通過させて第１
の光パルスとし、他方の光パルスＢを遅延線１５を通過
させて第２の光パルスとする。この第１、第２の光パル
スを光合波器１６で合波して、受光器１７で電気信号に
変換して、パルス波形観測装置１８で、第１、第２の光
パルスの相対遅延時間差を波長の関数として測定して、
上述した遅延時間の波長依存性を求める。
【０００９】また、高い精度で波長分散測定を実施する
装置として(c) 干渉法を採用した図１４に示すＪＩＳ
ｃ６８２７に規定されている波長分散測定装置がある。
【００１０】白色光源２０から出力された広い波長範囲
を有した白色光は所定の分光特性を有した分光器２１で
特定の波長λC が抽出される。この分光器２１の分光特
性は、図１５に示すように、中心波長λC を有する所定
の波長広がりを有する。そして、ピーク値から１／ｅ
（ｅ：自然対数の底）低下した幅を半値幅と称し、２〜
１０ｎｍに設定されている。
【００１１】分光器２１から出力された光はビームプリ
ッタ２２で入射光Ａ1 と参照光Ｂ1とに分岐される。入
射光Ａ1 は例えば光ファイバ等の被測定物２３へ入射さ
れる。被測定物２３を経由した入射光Ａ1 は出射光Ａ2
としてハーフミラーからなる合波器２６へ入射される。
一方、参照光Ｂ1 は光路遅延器２４で所定時間遅延され
た後、光の進行方向に移動制御されるコーナキューブミ
ラーからなる可変光遅延装置２５を通過して遅延された
参照光Ｂ2 として前記合波器２６へ入射される。合波器
２６は出射光Ａ2 と参照光Ｂ2 とを合波して合波光Ｃと
して受光器２７へ入射する。なお、ロッインアンプ２８
は、分光器２１内部に内蔵された光チョッパに同期した
受光器２７からの信号のみを高いＳＮで増幅するために
設けられている。
【００１２】この場合、出射光Ａ2 と参照光Ｂ2 との光
路長が一致しておれば、合波光Ｃの光強度、すなわち干
渉強度Ｉは大きくなり、受光器２７から大きな信号が出
力される。したがって、受光器２７から信号が最大にな
るように、すなわち、出射光Ａ2 と参照光Ｂ2 との光路
長が一致するように、可変光遅延装置２５における遅延
量を調整する。光路遅延器２４と可変光遅延装置２５に
おける参照光Ｂ2 の参照光Ｂ1 すなわち入射光Ａ1 から
の遅延量が既知である。よつて、このときの参照光Ｂ1
の遅延量が出射光Ａ2 の遅延量となり、この遅延量から
被測定物２３の遅延時間を測定できる。
【００１３】図１６は、出射光Ａ2 と参照光Ｂ2 との間
の干渉強度Ｉと、出射光Ａ2 と参照光Ｂ2 との間の光路
差Ｌ（＝｜Ｌ1 −Ｌ2 ｜）との関係を示す図である。な
お、参照光Ｂ2 の光路Ｌ2 は光路遅延器２４の光路Ｌ2a
と可変光遅延装置２５の光路Ｌ2bとの合計値である。こ
のように、光路差Ｌを順番に変化させて最大となる干渉
強度Ｉの光路差Ｌから被測定物２３の遅延時間が得られ
る。
【００１４】図１７は、分光器２１で分光される参照光
Ｂ1 の中心波長λC をλ1 からλ2へ変化した場合にお
ける干渉強度Ｉのピーク位置の移動状態を示す図であ
る。このピーク位置の移動量ΔＬ´に相当する時間から
の波長分散値を求めることができる。
【００１５】前述したコーナキューブミラーからなる光
遅延可変装置２５は外部の制御信号により１μｍオーダ
（時間に換算すると約０．００３ｐｓ）で遅延量を制御
できるので、前述した（ｂ）のパルス法に比較して高精
度な遅延測定が可能となり、例えば数ｍ程度の短尺な光
ファイバ等の低分散な被測定物の波長分散が測定可能と
なった。
【００１６】また、光ファイバ等の光通信媒体のもう一
つの特性として偏波分散特性がある。
【００１７】すなわち、理想的な真円断面形状を有した
光ファイバにおいては、この光ファイバ内を伝播する光
パルス信号が断面形状内のどの方向を向いていても、伝
送速度に差はない。しかし、断面形状が真円でなくて楕
円になっていたり、光ファイバが屈曲されて断面形状が
部分的に偏平になると、偏波方向によって伝送速度差が
発生する。
【００１８】したがって、光ファイバ内を伝播する光信
号の伝送速度の各偏波方向における速度差、すなわち、
各偏波方向毎の光ファイバ内における伝送速度（偏波分
散）を測定することも光ファイバに対する非常に重要な
性能試験項目とされる。
【００１９】図１８は干渉法を用いた偏波分散測定装置
の概略構成図である。
【００２０】レーザ光源２９から出射された広いスペク
トルを有するレーザ光は１／４波長板３０で円偏光に変
換されて、ビームスプリッタ３１で入射光Ａ3 と参照光
Ｂ3とに分岐される。入射光Ａ3 と参照光Ｂ3 とはそれ
ぞれ偏光子３２ａ，３２ｂで偏光方向が互いに９０度異
なる直線偏光に制御される。入射光Ａ3 と参照光Ｂ3と
の光路差は固定光遅延装置３３と可変光遅延装置３４と
で設定され、これらの合波光Ｃ1 が１／２波長板３５で
この合波光Ｃ1 を構成する入射光Ａ3 と参照光Ｂ3 との
偏波方向が互いに直交するように維持され、被測定体３
６を経由して、検光子３７で特定の偏波成分が抽出され
て、受光器３８で受光される。
【００２１】参照光Ｂ3 との偏光方向が互いに直交する
ように、被測定体３６に入力される。そして、検光子３
７で被測定体３６内で生じた偏波分散を含む特定の偏波
成分が抽出されて、受光器３８で受光される。この時、
被測定体の中で偏光方向ごとの伝達速度が異なる偏波分
散がある場合、受光器３８は入射光Ａ3 とこの入射光Ａ
3 に直交する偏波方向を有する可変光３４で遅延された
参照光Ｂ3 との間の干渉強度が測定される。
【００２２】但し、可変光遅延装置３４に搭載されたピ
エゾ圧電素子４０はピエゾ素子を連続的に微震させるこ
とにより干渉強度のピークをより見つけ易くするために
用いたもので、変位計４０ａは可変光遅延装置３４の空
間的光路長を測定するためのものである。
【００２３】このような構成によると干渉強度のピーク
が見つけ易く、また、変位計４０ａにより光路長を高精
度に測定できるため制御部３９にて、参照光Ｂ3 を基準
偏波方向とした被測定体３６を経由した入射光Ａ3 にお
ける各偏波方向ごとの遅延量の変化分が算出される。
【００２４】したがって、受光器３８は入射光Ａ3 とこ
の入射光Ａ3 に直交する偏波方向を有する可変光遅延装
置３４で遅延された参照光Ｂ3 との間の干渉強度が測定
される。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各測定手法においても、まだ改良すべき次のような課
題がある。
【００２６】すなわち、図１３に示す波長分散測定手法
においては、被測定光ファイバ１２を通過した同一光パ
ルスを２分岐し、一方を時間軸上の基準光として各波長
で遅延時問を測定するので温度変化等の外的要因による
被測定光ファイバの光路差変化の影響は受けないという
特徴を有する。
【００２７】しかし、超短パルス光源１１の出力光のう
ち特定波長を波長可変バンドパスフィルタ１４で切出す
ため、現状の技術ではフィルタ１４通過後の光パルスは
周波数帯域の制限によりパルス幅（時間幅）が広がる。
そのためパルスのピーク位置の導定が難しく、測定誤差
を多く含んでしまう懸念がある。例えば、仮に通過波長
幅を０．ｌｎｍとした場合、切出された光パルスのパル
ス幅（時間幅）は少なくとも２０ｐｓ（ピコ・セカン
ド）以上になると推定できる。
【００２８】また遅延時間差の測定手段として例えば電
気サンプリングオシロスコープ等で構成されたパルス波
形測定観測装置１８を用いている。
【００２９】したがって、図１３に示す測定法は長尺
（数ｋｍ以上）な光ファイバの分散を測定するのには有
効な手段であるが、２０ｍ程度のＥＤＦ（ファイバアン
プ用ＥＤＦの基本的長さ）のような短尺な光ファイバ等
の低分散の測定は困難である。
【００３０】また、図１２に示す波長分散測定手法にお
いては、波長分散を精度よく測定するために連続した広
い波長範囲に亘って短パルス光群を出力する白色パルス
光源１と例えばストリークカメラ等からなる遅延時問差
測定手段９を組合わせることによって、前述の図１３に
示した波長分散測定手法より正確な測定を行うことが可
能である。
【００３１】これは白色パルス光源１１のスペクトル幅
が２００ｎｍと広帯域であるためバンド幅１ｎｍ程度の
光バンドパスフィルタ２を挿入することができ、数ｐｓ
のパルス幅（時間幅）を有する光パルスが十分に得られ
る。そのためピーク位置の導定が容易に行えるからであ
る。しかし、遅延時問差検出手段９としてのストリーク
カメラを用いた場合、時間領域の精度が０．３ｐｓ以上
となり、これもまた、短尺な光ファイバ等の低分散の測
定対象物の波長分散の測定には不十分である。
【００３２】また、図１４に示した、干渉法を用いた波
長分散測定装置においては、光源として用いた白色光源
２０は連続光であるため、図１６に示すように、最強の
千渉強度Ｉが得られる位置は、被測定物２３内で生じた
出射光Ａ2 の遅延量と、参照光Ｂ2 の光遅延器２４と可
変光遅延装置２５との和の遅延量との差が 「０」すな
わち、両者の光路差Ｌ＝｜Ｌ1 −Ｌ2 ｜が「０」となる
位置である。
【００３３】前述したようにコーナキューブミラーから
なる可変光遅延装置２５は１μｍオーダで遅延量を制御
可能であるが、寸法的制約からその遅延量の可変範囲は
おのずと制限が存在するので、大きな遅延量は設定でき
ない。なお、光遅延器２４で固定の遅延量を設定して、
この固定の遅延量をバイアス遅延量として可変光遅延装
置２５の遅延量に加算することが可能である。
【００３４】しかし、光遅延器２４で大きな遅延量を設
定するには光ファイバ等を用いる必要があり、可変光遅
延装置２５のように高い精度で大きな遅延量を設定する
ことは非常に困難である。
【００３５】そのため、測定範囲が光遅延器２４と可変
光遅延装置２５で与えられる絶対遅延量内に限定される
ので、一般に、測定できる被側物体２３の長さ範囲は、
ＪＩＳ ｃ６８２７にも記載されているように、例えば
光ファイバで数ｍ程度である。
【００３６】よって、従来の干渉法を用いた波長分散測
定装置は、他の方法を用いた波長分散測定装置に比較し
て高い精度で波長分散を測定可能であるが、被測定物に
おける絶対遅延量が問題とされ、例えば、長さが２０ｍ
や５０ｍ等の光ファイバの波長分散を干渉法により高精
度に測定することは不可能であった。
【００３７】また、パルス法を用いた偏波分散測定装置
や図１８に示した干渉法を用いた偏波分散測定装置につ
いても、波長分散測定装置と同様なことが言える。
【００３８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、被測定物に対する入射光及び参照光を連続
光でなくてパルス光を用いることによって、被測定物の
物理的長さから生じる絶対遅延量に影響されることな
く、たとえ長尺な被測定物であつても、高い精度で波長
分散を測定でき、ひいては数メートルの短尺から数＋メ
ートルの長尺まで広い長さ範囲に亘って高い精度で波長
分散を測定できる波長分散測定装置を提供することを目
的とする。
【００３９】また、同様な手法を採用することによっ
て、低分散の被測定物の偏波分散を高精度で測定できる
偏波分散測定装置を提供することを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に請求項１の波長分散測定装置においては、所定の繰返
し周期を有した波長可変の光パルスを出射するパルス光
源と、このパルス光源から出射された光パルスを参照光
パルスと被測定物へ入射させる入射光パルスとに分波す
る光分波器と、参照光パルスの入射光パルスに対する相
対遅延量を変化させる空間的な光遅延手段と、被測定物
を通過した出射光パルスと光遅延手段で遅延された参照
光パルスとを受け、光遅延手段で参照光パルスの相対遅
延量を変化させるたびにその位置での出射光パルスの光
強度に比例した自己相関強度信号を得るサンプリング手
段と、このサンプリング手段で順次得られる自己相関強
度信号から出射光パルスの自己相関波形を求める信号処
理手段とを含み、このようにして得られた出射光パルス
の自己相関波形の頂部を得るのに必要な光遅延手段で遅
延させた参照光パルスの相対遅延量に基づいて被測定物
の波長分散を求めるようにしている。
【００４１】このように構成された波長分散測定装置に
おいては、パルス光源から出力される光パルスは入射光
パルスと参照光パルスとに分岐される。そして、入射光
パルスは光ファイバ等の被測定物体を通過して出射光パ
ルスとなる。また、参照光パルスは光遅延手段にて順番
に変化していく遅延量が付加される。そして、サンプリ
ング手段によって、出射光パルスと各参照光パルスとの
相互相関、すなわち、出射光パルスと各参照光パルスと
は元々同じ光パルスで自身と分身との関係にあるから自
己相関をとることによって、出射光パルスの自己相関強
度信号が順次求まる。
【００４２】この順次求まる自己相関強度信号から出射
光パルスの自己相関波形が求まる。すなわち、出射光パ
ルスの波形が求まり、この出射光パルス波形のピーク値
（自己相関強度信号の最大位置）が求まる。この出射光
パルス波形のピーク値の検出精度は、空間的な光遅延手
段の設定精度で定まり、この設定精度は時間軸に換算す
る約０．００３ｐｓの高い精度となる。
【００４３】そして、次にパルス光源から出力される光
パルスの波長λを変化させた時に、波長λを変化させる
前のピーク位置から変化後に自己相関波形の頂部（ピー
ク位置）を得るために参照光パルスを遅延させた遅延量
に碁づいて、被測定物を通過した出射光パルスの遅延時
間を求めることにより被測定物の波長分散を求めるよう
にしている。すなわち、波長λを変化した場合における
出射光バルスの群遅延量を０．００３ｐｓの精度で測定
することが可能である。
【００４４】また、本発明で用いるパルス光源は、連続
光ではなくて、所定の繰返し周期Ｔを有する光パルスを
出射する。前述したように、従来の干渉法では白色光源
を用いているため最大の干渉強度が得られる位置は被測
定物内で生じた遅延量と光遅延手段で生じた遅延量の差
が「０」、つまり両者の光路差が「０」となる位置であ
る。すなわち、従来の干渉法では干渉位置が一点しか存
在しない。
【００４５】それに対して、繰返し周期Ｔを有する光パ
ルスを用いた場合、一定周期Ｔ毎に光パルスが存在して
いるため繰返しの周期Ｔ毎に自己相関波形を得ることが
できる。よって、出射光パルスにおける光ファイバ等の
被測定物を通過する場合における絶対遅延量に依存せず
に、出射光パルスの自己相関波形が得られ、各波長にお
ける参照光パルスとの間の相対的な遅延時間差が求ま
り、被測定物の波長分散が測定可能となる。
【００４６】したがって、従来の干渉法では波長分散を
高精度に測定できなかった例えば２０ｍや５０ｍの長尺
な光ファイバの波長分散を干渉法の場合と同程度に高い
精度で測定可能となる。
【００４７】また、請求項２の発明は上述した波長分散
測定装置におけるサンプリング手段を、出射光パルス及
び参照光パルスを互いに偏波面が９０度異なる２つの光
にそれぞれ分離し、偏波面が互いに９０度異なる前記分
離された出射光パルス及び参照光パルスとを２組合波し
てそれぞれ別光路に出力する偏波分離器と、この各光路
へ出力された偏波面が互いに９０度異なる出射光パルス
と参照光パルスとの自己相関信号をＳＨＧ光として発生
する第２種位相整合をなしうる一対の非線形光学材料
と、この各非線形光学材料から出力されたＳＨＧ光を電
気信号に変換する一対の受光器と、この各受光器から出
力された各電気信号を加算し、加算後の電気信号を自己
相関強度信号として出力する加算回路とで構成してい
る。
【００４８】このように構成されたサンプリング手段に
おいては、偏波分離器にて、出射光パルスと参照光パル
スはそれぞれ互いに偏波面が９０度異なる２つの光に分
離される。したがって、合計４つの光が発生する。さら
に、この４つの光から互いに偏波面が直交するように出
射光パルスと参照光パルスとを合波した２組の光がそれ
ぞれ異なる光路にそれぞれ出力される。
【００４９】そして、各光路から出力された互いに偏波
面が９０度異なる合波された各組みの出射光パルスと参
照光パルスはそれぞれの非線形光学材料に入射されて、
それぞれ個別のＳＨＧ光として出力される。そして、各
ＳＨＧ光はそれぞれ個別の受光器で電気信号に変換され
た後に加算され、加算後の電気信号が出射光パルスの自
己相関強度信号として出力される。
【００５０】このため、出射光パルスの偏波状態が変化
した場合においても本構成では、偏波分離器の一方の光
路から出力される合波光の光強度は低下するものの、他
の光路から出力される出射光パルスの光強度が増すよう
な相補的動作となることから、結果として出射光パルス
の偏波状態の変動に起因するＳＨＧ光の増減が相殺され
て、加算された電気信号に変動分はほとんど含まれなく
なり、次の信号処理手段で得られる出射光パルスの自己
相関波形を精度よく測定できる。
【００５１】また、請求項３の発明は、上述した波長分
散測定装置におけるサンプリング手段を、出射光パルス
及び参照光パルスの偏波面を互いに９０度異ならせて合
波する合波器と、この合波器から出力された偏波面が互
いに９０度異なる出射光パルスと参照光パルスとの相関
信号をＳＨＧ光として発生する第２種位相整合をなしう
る非線形光学材料と、この非線形光学材料から出力され
たＳＨＧ（Second Harmonic Generator：第２高調波発
生）光を電気信号に変換して、この電気信号を自己相関
強度信号として出力する受光器とで構成している。
【００５２】このように構成されたサンプリング手段に
おいては、一つの非線形光学材料を用いている。しか
し、この場合においても、出射光パルス及び参照光パル
スの偏波面が正確に９０度異なる場合には十分な測定精
度を得ることができる。
【００５３】また、請求項４の発明は、上述した波長分
散測定装置におけるサンプリング手段を、出射光パルス
及び参照光パルスの各光軸上に設けられ、この出射光パ
ルス及び参照光パルスの各偏波面を互いに平行にする一
対の偏波制御部と、この一対の偏波制御部を通過した出
射光パルス及び参照光パルスの光軸上に設けられ、この
出射光パルス及び参照光パルスを同一点に集光させるレ
ンズと、このレンズの焦点上に配置され、出射光パルス
及び参照光パルスとの自己相関信号をＳＨＧ光として発
生する第１種位相整合をなしうる非線形光学材料と、こ
の非線形光学材料で発生するＳＨＧ光と前記出射光パル
ス及び参照光パルスとを分離するスリットと、このスリ
ットで分離されたＳＨＧ光を電気信号に変換して自己相
関強度信号として出力する受光器とで構成している。
【００５４】前述した請求項２，３，においては、ＳＨ
Ｇ光を発生する非線形光学材料として、Ｓ／Ｎ比が高い
第２種位相整合の非線形光学材料を用いた。しかし、こ
の請求項４に示すように、レンズやスリットを用いてＳ
ＨＧ光以外の光成分を排除することによって、第１種位
相整合の非線形光学材料を用いても、十分高い精度でＳ
ＨＧ光を抽出することができる。
【００５５】請求項５の波長分散測定装置においては、
所定の繰返し周期を有した波長可変の光パルスを出射す
るパルス光源と、このパルス光源から出射された光パル
スを参照光パルスとバイパス参照光パルスと被測定物へ
入射させる入射光パルスとに分波する光分波手段と、被
測定物を通過した出射光パルスとバイパス参照光パルス
とを合波させて合波光として出力する光合波器と、参照
光パルスの入射光パルスに対する相対遅延量を変化させ
る空間的な光遅延手段と、光合波器から出力された合波
光と光遅延手段で遅延された参照光パルスとを受け、光
遅延手段で参照光パルスの相対遅延量を変化させるたび
にその位置での合波光の光強度に比例した自己相関強度
信号を得るサンプリング手段と、このサンプリング手段
で順次得られる自己相関強度信号から合波光の自己相関
波形を求める信号処理手段とを含み、このようにして得
られた合波光の自己相関波形に含まれるバイパス参照光
パルスの頂部と出射光パルスの頂部との間隔に基づいて
被測定物の波長分散を求めるようにしている。
【００５６】このように構成された波長分散測定装置に
おいては、パルス光源から出射された光パルスは、参照
光パルスとバイパス参照光パルスと入射光パルスとに分
岐さされる。バイパス参照光パルスは被測定物を直接バ
イパスする。そして、被測定物を通過した出射パルスと
バイパスされたバイパス参照光パルスとが合波されて合
波光となる。
【００５７】そして、サンプリング手段で、この合波光
と順次相対遅延量が変化していく参照光パルスとの自己
相関強度信号を順次算出することによって、合波光の自
己相関波形が得られる。そして、前述した発明の波長分
散測定装置と同様に、出射パルスの基準時間位置からの
遅延量が求まる。
【００５８】パルス光源から出射される光パルスの波長
を変更したとき、波長を変更する前の光パルスの位相に
対して、何らかの理由により波長変更後の光パルスの出
力位相が変化すると、その要因だけで見かけ上遅延量が
変化したような測定結果が得られてしまう。
【００５９】つまり、波長分散を測定しようとして波長
を変化させた時に、実際の分散により遅延量が変化して
いないにもかかわらず、あたかも被測定物の波長分散に
より遅延量が変化したようになり測定上不都合が生じ
る。
【００６０】このような場合、この合波光に含まれるバ
イパス参照光パルスの基準時間位置からの遅延量を求
め、先に求めた出射光パルスの遅延量との差を求めれば
よい。すなわち、合波光における出射パルスのバイパス
参照光パルスからの遅延量を求めることになる。
【００６１】また、請求項６においては、請求項１又は
請求項５の波長分散測定装置におけるパルス光源を、所
定の繰返し周期を有しかつ広い波長範囲を有した白色光
パルスを出射する白色パルス光源と、この白色パルス光
源から出射された白色光パルスから指定された単一波長
を有する光パルスを抽出して出力する分光器とで構成し
ている。
【００６２】このようにパルス光源を白色パルス光源と
分光器とで構成しても、所定の繰返し周期を有した波長
可変の光パルスを得ることができる。
【００６３】また、請求項７の偏波分散測定装置におい
ては、所定の繰返し周期を有した単一波長の光パルスを
出射するパルス光源と、このパルス光源から出射された
光パルスを参照光パルスと被測定物へ入射させる入射光
パルスとに分波する光分波器と、被測定物を通過した出
射光パルスにおける特定偏波方向の成分を通過させる検
光子と、参照光パルスの入射光パルスに対する相対遅延
量を変化させる空間的な光遅延手段と、検光子を通過し
た出射光パルスと光遅延手段で遅延された参照光パルス
とを受け、光遅延手段で参照光パルスの相対遅延量を変
化させるたびにその位置での出射光パルスの光強度に比
例した自己相関強度信号を得るサンプリング手段と、こ
のサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号か
ら出射光パルスの自己相関波形を求める信号処理手段と
を含み、このようにして得られた出射光パルスの自己相
関波形の頂部を得るのに必要な光遅延手段で遅延させた
参照光パルスの相対遅延量に基づいて被測定物の偏波分
散を求めるようにしている。
【００６４】このように構成された偏波分散測定装置に
おいては、被測定物を通過した出射光パルスの光路には
出射光パルスにおける特定偏波方向の成分を通過させる
検光子が介挿されている。
【００６５】この特定偏波方向の成分を有する出射光パ
ルスと光遅延手段で順次相対位相が変化していく参照光
パルスとがサンプリング手段へ入力される。このサンプ
リング手段は、特定偏波方向の成分を有する出射光パル
スの自己相関強度信号を出力する。そして、信号処理手
段がこの特定偏波方向の成分を有する出射光パルスの自
己相関波形を求める。
【００６６】したがって、上述した波長分散測定装置と
同様な手法にて、この合波光の波形から出射光パルスに
おける特定偏波方向の成分を示すピークの参照光パルス
のピークからの遅延時間を測定することによって、該当
偏波方向における遅延時間が求められる。そして、検光
子の偏波方向を順次変更することによって、被測定物の
偏波分散が得られる。
【００６７】
【発明の実施の形態】以下本発明の各実施形態を図面を
用いて説明する。
【００６８】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態の波長分散測定装置の概略構成を示すブロック図で
ある。
【００６９】基準信号発生部４１は、周波数ｆ0 （＝9.
95328GHz）の基準信号をパルス光源４２へ送出する。パ
ルス光源４２は、可変波長光源であり、例えばトランス
フォームリミッテッドな光パルスを送出するモードロッ
クリング型ＥＤＦレーザで構成されており、繰返し周波
数（繰返し周期Ｔ）が基準周波数ｆ0 である光パルスａ
を出力する。なお、光パルスにＴＬパルス（トランスフ
ォームリミッテッドパルス）を用いれば、より精度の高
い測定が行える。この光パルスａの波長λは測定処理全
体を監視制御する制御部４３からの波長制御信号で可変
制御される。
【００７０】パルス光源４２から出力された光パルスａ
は、光分波器４４で、例えば光ファイバからなる被測定
物４５へ入射させる入射光パルスｂと参照光パルスｃと
に分波される。被測定物４５を通過した入射光パルスｂ
は出射光パルスｄとして次のサンプリング部４６の偏波
分離器４７の一方の入力端へ入射される。光分波器４４
で分波された他方の参照光パルスｃは光遅延装置４８で
遅延されて新たな参照光パルスｅとしてサンプリング部
４６の偏波分離器４７の他方の入力端へ入射される。
【００７１】次に、光遅延装置４８の詳細な構成及び動
作を説明する。光分波器４４から出射された参照光パル
スｃは光遅延装置４８内のコリメータ４９ａを介して光
学ステージ５０上に移動自在に設けられたコーナーキュ
ーブミラー５１へ入射する。コーナーキューブミラー５
１は入射した参照光パルスｃの光路を１８０°反転し
て、コリメータ４９ｂを介して、新たな参照光パルスｅ
として、前述したサンプリング部４６の偏波分離器４７
の他方端へ入射する。
【００７２】コーナーキューブミラー５１の光学ステー
ジ５０上の位置は、信号処理部５３から入力される光遅
延器駆動信号にて制御可能なロータリーエンコーダ付き
ステッピングモータからなる空間型光遅延器制御部５２
にて制御される。
【００７３】コーナーキューブミラー５１の光学ステー
ジ５０上の位置が変化すると、参照光パルスｃの光路長
が変化するので、空間型光遅延器制御部５２にて、この
光路長を変化させることによって、この光遅延装置４８
から偏波分離器４７の他方端へ入射される参照光パルス
ｅの入射光パルスｂに対する相対位相（相対遅延量）を
任意に設定できる。
【００７４】具体的には、信号処理部５３は、光遅延器
駆動信号を送出して、一定周期Ｔａ毎に光学ステージ５
０を予め定められた微小距離ΔＬ （時間に換算してΔ
Ｔ）ずつ移動させていく。
【００７５】次に、サンプリング部４６の詳細説明を図
２を用いて説明する。被測定物体４５から出射された出
射光パルスｄの光軸上に、偏波分離器４７、非線形光学
材料５４ａ、受光器５５ａが配設されている。また、光
遅延装置４８から出射された参照光パルスｅの光軸上
に、前記偏波分離器４７、非線形光学材料５４ｂ、受光
器５５ｂが配設されている。さらに、各受光器５５ａ，
５５ｂから出力された各電気信号ｋ1 ，ｋ2 を加算する
加算回路５６が組込まれている。
【００７６】このように構成されたサンプリング部４６
を用いて波長ごとの遅延量が測定できる動作原理を図３
（ａ）、図３（ｂ）及び図４を用いて説明する。例え
ば、繰り返し周波数ｆ0 （周期Ｔ）を有する光パルスａ
を分岐して測定対象物４５を通過した出射光パルスｄの
周期と光遅延器４８を通過する前の参照光パルスｃの周
期はの周期は、もともと、同一の光源から出力された光
パルスであるため、その周期はＴであり、常に等しい。
しかしながら、測定対象物４５を通過した出射光パルス
ｄと光遅延器４８を通過する前の参照光パルスｃの位相
関係は、必ずしも一致していない。このときの位相ずれ
を仮にＴD とする。
【００７７】そこで、参照光パルスｃを光遅延器４８で
ΔＴに相当する空間距離づつ遅延量を変化させると、サ
ンブリング部４６へ入射する参照光パルスｅは参照光パ
ルスｃに対して任意の遅延量を与えることができる。但
しこの時、光遅延器４８で与えられる遅延量の最大値は
前記光パルスの周期Ｔで十分である。
【００７８】このように、参照光パルスｅの遅延時間を
ΔＴづつ変化させるといずれは参照光パルスｅと出射光
パルスｄの位相を図３(a)に示したように一致させるこ
とができるはずである。
【００７９】参照光パルスｅと出射光パルスｄの自己相
関強度信号をｇとすると、参照光パルスｅと出射光パル
スｄの位相が完全に一致したとき、その値は最大とな
る。したがって、出射光パルスｄに対する参照光パルス
ｅの遅延時間を変化させていくと、図３（ｂ）に示すよ
うに、自己相関強度信号ｇの値は出射光パルスｄの波形
に応じて増加し、さらに減少していく。すなわち、出射
光パルスｄと参照光パルスｅから得られる自己相関強度
信号ｇの包絡線波形に着目すると該当光パルスの自己相
関波形ｇ1 が得られることになる。
【００８０】そこで、パルス光源４２から出力される光
パルスａの波長λを変化させたとき自己相関波形ｇ1 の
ピークが得られるために必要だった光遅延器４８で移動
させた遅延量を測定していくと波長分散が求まることに
なる。
【００８１】次に、参照光パルスｅと出射光パルスｄの
タイミングが一致したときに自己相関強度信号ｇが出力
される理由を図４を用いて説明する。一般に、図４に示
すようにωS 、ωD と周波数が若干異なる一対の光とし
て出射光パルスｄと参照光パルスｅを互いの偏波面を直
交に維持した状態で、第２種位相整合の非線形光学材料
５４ａ（５４ｂ）の一方面に同時に入射すると、２つの
光ｄ、ｅが同時に重なった場合のみ、他方而から２つの
光ｄ、ｅの強度の積に比例し、かつ和の周波数を有する
和周波光ｈが出射されることが知られている。
【００８２】但し、本手法ではωS 、ωD は同一光源か
らの光パルスであり、同一の周波数を有する。したがっ
て、ここまでの説明では非線形光学材料に入射する２つ
の光の周波数が若干異なると説明してきたが、実際に得
られる和周波光ｈは光パルスａが有する光周波数の第２
高調波発生光（ＳＨＧ光）となって出力されている。す
なわち、この第２高調波発生光（ＳＨＧ光）が前述した
自己相関強度信号ｇとなる。
【００８３】また、本手法では、自己相関波形ｇ1 のピ
ーク位置の波長依存性から波長分散を求めているため、
光パルスａの繰り返し周波数は測定可能な最大遅延量を
規定し、一方、光遅延器４８の移動分解能が遅延量の測
定分解を決定する。
【００８４】次に図１中のサンプリング部４６について
図２を用いて説明する。なお、本実施形態装置で用いた
第２種位相整合の非線形光学材料は和周波光を得るため
に用いることが多く、第２高調波光発生（ＳＨＧ光）は
和周波光の特例だと言える。そこで、以下では入力され
る２つの光の周波数ｆがわずかに異なる場合の和周波光
発生を用いて説明する。
【００８５】図２において、入力された出射光パルスｄ
は偏波分離器４７へ入射される。一方、参照光パルスｅ
は、図示するように、基準方向（０度方向）に対して例
えば４５度方向を向く単一偏波面を有している。この参
照光パルスｅは偏波分離器４７へ入射される。
【００８６】例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）等
で構成された偏波分離器４７には、表面が偏光コーティ
ングされたハーフミラー４７ａが組込まれている。この
ハーフミラー４７ａは、入射した光のうち基準方向（０
度方向）に対して９０度方向の偏波成分をそのまま通過
させ、入射した光のうち基準方向（０度方向）方向の偏
波成分を反射させる。
【００８７】したがって、ほぼ４５度方向の偏波面を有
する参照光パルスｅのうちの基準方向の偏波成分ｅ1 び
出射光パルスｄのうちの９０度方向の偏波成分ｄ1 はタ
イプ２の非線形光学材料５４ａへ入射される。一方、参
照光パルスｅのうちの９０度方向の偏波成分ｅ2 及び出
射光ｄのうちの基準方向の偏波成分ｄ2 は別のタイプ２
の非線形光学材料５４ｂへ入射される。
【００８８】非線形光学材料５４ａには偏波面が互いに
９０度異なる方向に設定された参照光パルスｅ1 及び出
射光パルスｄ1 が入力されるので、位相整合を満足し、
タイプ２の非線形光学材料５４ａから和の角周波数を有
するＳＨＧ光（和周波光）ｈ1 が次の受光器５５ａへ出
力される。
【００８９】同様に、非線形光学材料５４ｂには偏波面
が互いに９０度異なる方向に設定された参照光パルスｅ
2 及び出射光パルスｄ2 が入力されるので、位相整合を
満足し、タイプ２の非線形光学材料５４ｂから和の角周
波数を有するＳＨＧ光（和周波光）ｈ2 が次の受光器５
５ｂへ出力される。
【００９０】各受光器５５ａ，５５ｂは入射した各ＳＨ
Ｇ光（和周波光）ｈ1 ，ｈ2 をそれぞれ電気信号ｋ1 ，
ｋ2 に変換して加算回路５６へ送信する。加算回路５６
は各電気信号ｋ1 ，ｋ2 を加算して、自己相関強度信号
ｇとして次の信号処理部５３へ送出する。
【００９１】このような光サンプリング部４６では、光
遅延装置４８から出力される参照光パルスｅの偏波面は
基準方向からほぼ４５度方向に設定されており、しかも
偏波分離器４７のハーフミラ−４７ａが参照光パルスｅ
及ぴ出射光パルスｄの光軸に対してほぼ４５度方向に設
定されているため、偏波分離器４７での透過光強度と反
射光強度はほぽ等しい。
【００９２】つまり、偏波分離器４７で分離される参照
光パルスｅのうち基準方向の偏波成分ｅ1 の光強度と基
準方向に対して９０度方向の偏波成分ｅ2 の光強度とが
ほぼ等しくなっている。
【００９３】その一方で、被測定物４５を通過する出射
光パルスｄの偏波状態は被測定物４５の状態によって乱
されるため、偏波分離器４７から出力される基準方向の
偏波面を有する出射光パルスｄ2 の光強度と基準方向に
対して９０度方向の偏波面を有する出射光パルスｄ1 の
光強度とは等しくならないことから、各非線形光学材料
５４ａ，５４ｂからら出射されるＳＨＧ光（和周波光）
ｈ1 ，ｈ2 の光強度は等しくならない。
【００９４】しかしながら、ＳＨＧ光（和周波光）
ｈ1 ，ｈ2 を各受光器５５ａ，５５ｂで光電変換した電
気信号ｋ1 ，ｋ2 を加算した電気信号はもともと１つの
出射光パルスｄを分岐して得た信号であるため、電気信
号ｋ1 と電気信号ｋ2 とが相補的な動作を行い、出射光
パルスｄの偏波状態の変動に起因する出射光パルスｄの
波形変化が相殺されることになる。
【００９５】すなわち、電気信号ｋ1 ，ｋ2 を加算した
電気信号が安定化されるため、信号処理部５３及び制御
部４３において出射光パルスｄの波形を示す自己相関波
形及びこの自己相関波形のピーク値に対応する参照光パ
ルスｅの遅延時間（遅延量）を出射光パルスｄの偏波状
態に関係なく精度よく測定できる。
【００９６】信号処理部５３は、図３を用いて説明した
ように、サンプリング部４６から順次入力される自己相
関強度信号ｇから自己相関波形ｇ1 を求めて、コンピュ
ータからなる制御部４３へ送出する。
【００９７】制御部４３は、自己相関波形ｇ1 のピーク
値に対応する参照光パルスｅの遅延時間（遅延量）か
ら、出射光パルスｄの基準となる参照光パルスｃからの
遅延時間ｔD を算出する。
【００９８】以上で、一つの波長λに対する遅延時間ｔ
D の測定が終了したので、制御部４３は、波長制御信号
を送出して、パルス光源２２に対して出射される光パル
スａの波長λを変化させる。そして、変化後の波長λに
対して同様の遅延時間ｔD の測定を実施する。
【００９９】そして、最終的に遅延時間ｔD の波長λに
対する依存性、すなわち、光ファイバ等の被測定物４５
の波長分散特性を求める。
【０１００】このように構成された第１実施形態の波長
分散測定装置においては、パルス光源４２から出力され
る光パルスａは入射光パルスｂと参照光パルスｃとに分
岐される。そして、入射光パルスｂは光ファイバ等の被
測定物体４５を通過して出射光パルスｄとなる。また、
参照光パルスｃは光遅延装置４８にて遅延量が順番に変
化していく参照光パルスｄとなる。サンプリング部４６
にて、出射光パルスｄとΔＴずつ順次遅延していく各参
照光パルスｃとの自己相関関数をとることによって、自
己相関強度信号ｇが順次求まる。そして、この順次求ま
る自己相関強度信号ｇから出射光パルスｄの波形を示す
自己相関波形ｇ1 が求まる。
【０１０１】次に、この自己相関波形ｇ1 のピーク値
（自己相関強度信号ｇの最大位置）が求まる。このピー
ク値の検出精度は空間的な光遅延装置４８の設定精度で
定まる。この設定精度は時間軸に換算する約０．００３
ｐｓの高い精度である。
【０１０２】次に制御部４３により、パルス光源４２か
ら出力される光パルスａの波長λを変化させた時に、波
長λを変化させる前のピーク位置から変化後に自己相関
波形ｇ1 の頂部（ピーク位置）を得るために参照光パル
スｄを遅延させた遅延量に碁づいて、被測定物４５を通
過した出射光パルスｄの遅延時間ｔD を求めることによ
り被測定物の波長分散を求めるようにしている。
【０１０３】すなわち、空間的な光遅延装置４８を用い
ることによって、波長λを変化した場合における出射光
パルスの群遅延量を０．００３ｐｓの精度で測定するこ
とが可能である。よって、波長分散測定装置全体として
の波長分散測定精度を０．００３ｐｓまで上昇できる。
【０１０４】また、パルス光源４２は、連続光ではなく
て、所定の繰返し周期Ｔを有する光パルスａを出射す
る。したがって、参照光パルスｄも基本的に所定の繰返
し周期Ｔを有する光パルスとなる。
【０１０５】したがって、例えば、図５（ａ）に示すよ
うに、基準となる波長λ1 を有する出射光パルスｄが適
当な基準時刻に対してｔD1だけ遅延しており、参照光パ
ルスｅの前記基準時刻との時間差がＴｂの場合で、かつ
基準となる波長λ1 を有する参照光パルスｅと出射光パ
ルスｄとの時間差がＴｃの場合、光遅延装置４８の遅延
量を調整して、参照光パルスｅが出射光パルスｄに一致
させればよい。すなわち、遅延量を増加して時間差Ｔｃ
を解消するか、遅延量を減少して時間差Ｔｂを解消すれ
ばよい。
【０１０６】言い換えれば、光分波器４４で分岐する前
の同一タイミングのパルスどうしを一致させる必要は全
くない。この場合、Ｔｂ＞Ｔｃであるので、図５（ｂ）
に示すように、遅延量を増加して時間差Ｔｃを解消す
る。この解消後の出射光パルスｄの前記基準時刻との時
間差Ｔｂ1 を新たな基準時間差と設定する。
【０１０７】そして、光パルスａの波長をλ2 に変更し
た場合に、図５（ｃ）に示すように、出射光パルスｄが
基準時刻に対してｔD2だけ遅延してたとする。そして、
この出射光パルスｄに一致させるように参照光パルスｅ
の遅延量を光遅延装置４８で調整して、図５（ｄ）の状
態になったとする。そして、このときの参照光パルスｅ
の前記基準時刻との時間差Ｔｂ2 が求まる。すなわち、
波長λ2 における基準波長λ1 に対する相対遅延量は
（Ｔｂ2 −Ｔｂ1 ）となる。
【０１０８】このように、本実施形態装置においては、
繰返し周期Ｔを有する光パルスａをを用いているので、
一定周期Ｔ毎に必ず光パルスが存在しているため繰返し
の周期Ｔ毎に自己相関波形ｇ1 を得ることができる。す
なわち、光遅延装置４８の必要な遅延調整範囲は、最大
１繰返し周期Ｔに相当する範囲である。
【０１０９】よって、出射光パルスｄにおける光ファイ
バ等の被測定物４５を通過する場合における絶対遅延量
に依存せずに出射光パルスｄの自己相関波形ｇ1 が得ら
れ、各波長λにおける参照光パルスｅとの間の相対的な
遅延時間差が求まり、被測定物４５の波長分散が測定可
能となる。
【０１１０】したがって、前述したように、従来の干渉
法では波長分散を高精度に測定できなかった例えば２０
ｍや５０ｍの長尺な光ファイバの波長分散を干渉法の場
合と同程度に高い精度で測定可能となる。
【０１１１】（第２実施形態）図６は本発明の第２実施
形態の波長分散測定装置に組込まれたサンプリング部４
６ａの概略構成を示すブロック図である。このサンプリ
ング部４６ａ以外の構成は図１に示す第１実施形態の波
長分散測定装置と同一であるので、重複する部分の詳細
説明を省略する。
【０１１２】図６において、被測定物体４５から入射さ
れた出射光パルスｄは、偏波方向制御器５７で偏波方向
が基準方向に対して９０度方向に制御された後、第１実
施形態の偏波分離器４７と同一構成を有するビームスプ
リッタで構成された合波器５８へ入射される。出射光パ
ルスｄはこの合波器５８のハーフミラー５８ａを透過し
てタイプ２の非線形光学材料５４へ入射される。
【０１１３】一方、光遅延装置４８から出力された偏波
方向が基準方向を向くように設定された参照光パルスｅ
は、直接合波器５８へ入射され、この合波器５７のハー
フミラー５７ａで反射されてタイプ２の非線形光学材料
５４へ入射される。
【０１１４】したがって、タイプ２の非線形光学材料５
４には偏波面が互いに９０度異なる方向に設定された参
照光パルスｅと出射光パルスｄとが入力されるので、位
相整合を満足し、タイプ２の非線形光学材料５４から和
の角周波数を有するＳＨＧ光ｈが光フィルタ５９を介し
て次の受光器５５へ出力される。なお、光フィルタ５９
はＳＨＧ光ｈにおける不要波長成分を除去する。そし
て、受光器５５は受光したＳＨＧ光ｈを電気信号に変換
して自己相関強度信号ｇとして、次の信号処理部５３へ
送出する。
【０１１５】このような構成のサンプリング部４６ａで
あっても、出射光パルスｄと参照光パルスｅとを受け
て、参照光パルスｅに同期して得られた出射光パルスｄ
の強度に比例した自己相関強度信号ｇを得ることができ
るので、図２に示したサンプリング部４６とほぼ同様の
動作及び作用効果を得ることができる。
【０１１６】したがつて、このサンプリング部４６ａを
組込んだ第２実施形態の波長分散測定装置であっても第
１実施形態の波長分散測定装置とほぼ同様の作用効果が
得られる。
【０１１７】（第３実施形態）図７は本発明の第３実施
形態の波長分散測定装置に組込まれたサンプリング部４
６ｂの概略構成を示すブロック図である。このサンプリ
ング部４６ｂ以外の構成は図１に示す第１実施形態の波
長分散測定装置と同一であるので、重複する部分の詳細
説明を省略する。
【０１１８】図７において、被測定物体４５から入射さ
れた出射光パルスｄは、第１の偏波方向制御器６０ａ及
び光コリメータ６１ａを介してレンズ６２へ入射され
る。一方、光遅延装置４８から入射された参照光パルス
ｅは第２の偏波方向制御器６０ｂ及び光コリメータ６１
ｂを介して同一のレンズ６２へ入射される。第１の偏波
方向制御器６０ａ及び第２の偏波方向制御器６０ｂのそ
れぞれの出力光の偏波方向は同一方向に設定されてい
る。したがって、出射光パルスｄ及び参照光パルスｅの
各偏波面は互いに平行となる。
【０１１９】レンズ６２は入射した出射光パルスｄ及び
参照光パルスｅを同一焦点位置に集光させる。このレン
ズ６２の焦点位置にタイプ１（第１種位相整合）の非線
形光学材料６３が配設されている。したがって、このタ
イプ１の非線形光学材料６３の他方面から出射光パルス
ｄ及び参照光パルスｅの和の角周波数を有するＳＨＧ光
ｈ3 が出射される。
【０１２０】このＳＨＧ光ｈ3 の光軸上にこの光軸と直
交する方向にスリット６４が配設されている。このスリ
ット６４は、図示するように、ＳＨＧ光ｈ3 のみを通過
させ、レンズ６３で屈折された出射光パルスｄ及び参照
光パルスｅを遮光する。スリット６４を通過したＳＨＧ
光ｈ3 は次の受光器６５へ入射される。受光器６５は受
光したＳＨＧ光ｈ3 を電気信号に変換して自己相関強度
信号ｇとして、次の信号処理部５３へ送出する。
【０１２１】このような構成のサンプリング部４６ｂで
あっても、出射光パルスｄと参照光パルスｅとを受け
て、参照光パルスｅに同期して得られた出射光パルスｄ
の強度に比例した自己相関強度信号ｇを得ることができ
るので、図２に示したサンプリング部４６とほぼ同様の
動作及び作用効果を得ることができる。
【０１２２】したがって、このサンプリング部４６ｂを
組込んだ第３実施形態の波長分散測定装置であっても第
１実施形態の波長分散測定装置とほぼ同様の作用効果が
得られる。
【０１２３】（第４実施形態）図８は本発明の第４実施
形態の波長分散測定装置の概略構成を示すブロック図で
ある。図１に示す第１実施形態の波長分散測定装置と同
一部分には同一符号が付してある。したがって、重複す
る部分の詳細説明を省略する。
【０１２４】この第４実施形態の波長分散測定装置にお
いては、パルス光源４２から出力された光パルスａは２
台の光分波器４４ａ，４４ｂで、被測定物体４５に入射
するに入射光パルスｂと、光遅延装置４８に入射する参
照光パルスｃと、被測定物体４５をバイパスするバイパ
ス参照光パルスｍとの３つの光パルスに分岐される。そ
して、被測定物体４５を透過した出射光パルスｄと被測
定物体４５をバスパスしたバイパス参照光パルスｍとは
光合波器６６で合成されて新たな合波光波ｐとしてサン
プリング部４６の偏波分離器４７の一方の入力端へ入射
する。この偏波分離器４７の他方の入力端には光遅延装
置４８で遅延された参照光パルスｅが入射される。
【０１２５】このように構成された第４実施形態の波長
分散測定装置においては、図９に示すように、合波光ｐ
に被測定物４５を通過した出射光パルスｄの被測定物４
５をバイパバスしたバイパス参照光パルスｍとが含まれ
る。
【０１２６】そして、サンプリング部４６で、この合波
光ｐと光遅装置４８にて順次相対遅延量が変化していく
参照光パルスｅとの自己相関強度信号ｇが順次算出され
る。その結果、合波光ｐの自己相関波形ｇ1 が得られ
る。そして、図１に示す第１実施形態の波長分散測定装
置と同様に、出射光パルスｄの基準時間位置からの遅延
時間（遅延量）が求める。
【０１２７】同様な手法で、合波光ｐの自己相関波形ｇ
1 からこの合波光ｐに含まれるバイパス参照光パルスｍ
の基準時間位置からの遅延量が求める。そして、出射光
パルスｄの遅延時間からバイパス参照光パルスｍの遅延
時間を減算することによって、光パルスが被測定物４５
を通過することによって生じる正確な遅延時間ｔD を測
定することが可能である。
【０１２８】パルス光源４２から出射される光パルスａ
の波長λを変更した場合に元の波長に対して位相が変化
すると、見掛けの遅延量が変化する。よって、波長を変
化しても遅延量が変化しないのに拘らず、遅延量が変化
する不都合が生じる場合がある。
【０１２９】したがって、この第４実施形態の波長分散
測定装置においては、結果的に、合波光ｐに同時に含ま
れるバイパス参照光パルスｍと出射光パルスｄとの時間
を同一の自己相関波形ｇ1 上で求めているので、波長λ
を変化した場合における位相の変化要因を測定結果から
排除できる。よって、波長分散測定装置の波長分散測定
精度をより一層向上できる。
【０１３０】（第５実施形態）図１０は本発明の第５実
施形態の波長分散測定装置の概略構成を示すブロック図
である。図１に示す第１実施形態の波長分散測定装置と
同一部分には同一符号が付してある。したがって、重複
する部分の詳細説明を省略する。
【０１３１】この第５実施形態の波長分散測定装置にお
いては、光パルスａを出射するパルス光源４２ａを白色
パルス光源６７と分光器６８とで構成している。すなわ
ち、白色パルス光源６７は、基準信号発生部４１から入
力された周波数ｆ0 を有した基準信号に基づいて所定の
繰返し周期Ｔを有しかつ広い波長範囲を有した白色光パ
ルスを出射する。
【０１３２】分光器６８は制御部４３からの波長制御信
号に基づいて白色パルス光源６７から出射された白色光
パルスから前記波長制御信号で指定された単一波長λを
有する光パルスａを抽出して出力する。パルス光源４２
ａから出射された光パルスａは次の光分波器４４で被測
定物体４５に対する入射光パルスｂと光遅延装置４８へ
入射される参照光パルスｃとに分岐される。
【０１３３】このように構成された第５実施形態の波長
分散測定装置であつても、パルス光源４２ａは、所定の
繰返し周期Ｔを有した可変波長の光パルスａを出射する
のでで、第１実施形態の波長分散測定装置とほぼ同一の
作用効果を奏することが可能である。
【０１３４】（第６実施形態）図１１は本発明の第６実
施形態の偏波分散測定装置の概略構成を示す示すブロッ
ク図である。図１に示す第１実施形態の波長分散測定装
置と同一部分には同一符号が付してある。したがって、
重複する部分の詳細説明を省略する。
【０１３５】基準信号発生部４１は基準信号をパルス光
源４２へ送出する。パルス光源４２は基準信号に同期す
る繰返し周期Ｔを有する光パルスａを出力する。この光
パルスａの波長λは制御部４３ａからの波長制御信号で
可変制御される。
【０１３６】パルス光源４２から出力された光パルスａ
は光分波器４４で、光ファイバからなる被測定物４５へ
入射させる入射光パルスｂと光遅延装置４８へ入力され
る参照用光パルスｃとに分波される。被測定物４５を通
過した入射光パルスｂは出射光パルスｄとして検光子６
９に入力される。
【０１３７】ここで、入射光パルスｂの偏光状態と被測
定物４５の偏光特性によっては、検光子６９に入力され
る光が直線偏光になってしまうことがある。この場合
は、被測定物４５に入るまでに偏波コントローラを用い
ればよい。
【０１３８】この検光子６９は被測定物４５を通過した
出射光パルスｄのうち制御部４３ａで設定された偏波方
向αの光成分のみを通過させる。検光子６９を通過した
出射光パルスｑは、次のサンプリング部４６内の偏波分
離器４７の一方へ入射される。このサンプリング部４６
における偏波分離器４７の他方には光遅延装置３８から
出力された、遅延時間がΔＴづつ増加していく参照光パ
ルスｅが入射される。
【０１３９】サンプリング部４６は、第１実施形態の波
長分散測定装置の場合と同様に、出射光パルスｑの波形
の各位置におけおける光強度に対応した自己相関強度信
号ｇを順次出力する。そして、信号処理部５３でこれら
の自己相関強度信号ｇを用いて出射光パルスｑの信号波
形に対応する自己相関波形ｇ1 を作成する。制御部４３
ａは、自己相関波形ｇ1 のピーク値に対応する参照光パ
ルスｅの遅延時間（遅延量）から、出射光パルスｄの基
準となる参照光パルスｃからの遅延時間ｔD を算出す
る。
【０１４０】以上で、一つの偏波方向αにおける出射光
パルスｑの遅延時間ｔD が得られたので、制御部４３ａ
は検光子６９の偏波方向αを異なる偏波方向αに設定し
て、該当偏波方向αに対する遅延時間ｔD を求める。
【０１４１】このようにして、偏波方向αを０から２π
まで、順番に変化させた場合における各遅延時間ｔD を
求め、遅延時間ｔD の偏波方向αに対する依存特性を光
ファイバからなる被測定物４５の偏波分散特性としてい
る。
【０１４２】このように構成された第６実施形態の偏波
分散測定装置であっても、測定光を所定の繰返し周期Ｔ
を有した光パルスａを用い、かつ光遅延装置４８を用い
て参照光パルスｅの遅延量を高い精度で設定している。
したがって、第１の実施形態の波長分散測定装置と同様
に、出射パルスｑの参照用光パルスｃに対する遅延時間
ｔD を高い精度で測定できる。したがって、被測定物４
５がたとえ２０メートルや５０メートル等の長尺な光フ
ァイバであったとしても、偏波分散特性の測定精度を大
幅に向上できる。
【０１４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長分散
測定装置及び偏波分散測定装置においては、被測定物に
対する入射光及び参照光を連続光でなくて所定の繰返し
周期を有した光パルスを採用し、さらに、空間的な光遅
延手段を用いて参照光パルスの遅延量を高い精度で設定
している。
【０１４４】したがって、簡単に干渉点を検出でき、被
測定物から出射される出射光の絶対遅延量を用いること
なく、たとえ長尺な被測定物であつても、高い精度で波
長分散を測定でき、ひいては数メートルの短尺から数＋
メートルの長尺まで広い長さ範囲に亘って高い精度で波
長分散及び偏波分散を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の波長分散測定装置の
概略構成を示すブロック図
【図２】 同波長分散測定装置におけるサンプリング部
の詳細構造を示すブロック図
【図３】 ＳＨＧ光を用いた光信号波形測定の測定原理
を説明するための図
【図４】 タイプ２の非直線光学材料の光学特性を説明
するための図
【図５】 同波長分散測定装置における出射光パルスと
参照光パルスとの関係を示すタイムチャート
【図６】 本発明の第２実施形態の波長分散測定装置に
おけるサンプリング部の詳細構造を示すブロック図
【図７】 本発明の第３実施形態の波長分散測定装置に
おけるサンプリング部の詳細構造を示すブロック図
【図８】 本発明の第４実施形態の波長分散測定装置の
概略構成を示すブロック図
【図９】 同第４実施形態の波長分散測定装置の動作を
示すタイムチャート
【図１０】 本発明の第５実施形態の波長分散測定装置
の概略構成を示すブロック図
【図１１】 本発明の第６実施形態の偏波分散測定装置
の概略構成を示すブロック図
【図１２】 従来のパルス法を用いた波長分散測定装置
の概略構成を示すブロック図
【図１３】 同じく従来のパルス法を用いた波長分散測
定装置の概略構成を示すブロック図
【図１４】 従来の干渉法を用いた波長分散測定装置の
概略構成を示すブロック図
【図１５】 同従来装置に組込まれた分光器の分光特性
図
【図１６】 同従来装置における光路差と干渉強度との
関係を示す図
【図１７】 同従来装置における波長を変化した場合に
おける干渉特性の変化を示す図
【図１８】 従来の干渉法を用いた偏波分散測定装置の
概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
４１…基準信号発生部 ４２…パルス光源 ４３，４３ａ…制御部 ４４…光分波器 ４５…被測定物 ４６，４６ａ，４６ｂ…サンプリング部 ４８…光遅延装置 ５１…コーナーキューブミラー ５３…信号処理部 ５４，５４ａ，５４ｂ…タイプ１の非線形光学材料 ５５，５５ａ，５５ｂ，６５…受光器 ５６…加算回路 ５７…偏波方向制御器 ５８…合波器 ５９…光フィルタ ６２…レンズ ６３…タイプ２の非線形光学材料 ５４…スリット ６９…検光子

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の繰返し周期を有した波長可変の光
    パルスを出射するパルス光源(42)と、 このパルス光源から出射された光パルスを参照光パルス
    と被測定物へ入射させる入射光パルスとに分波する光分
    波器(44)と、 前記参照光パルスの前記入射光パルスに対する相対遅延
    量を変化させる空間的な光遅延手段(48)と、 前記被測定物を通過した出射光パルスと前記光遅延手段
    で遅延された参照光パルスとを受け、前記光遅延手段で
    参照光パルスの相対遅延量を変化させるたびにその位置
    での前記出射光パルスの光強度に比例した自己相関強度
    信号を得るサンプリング手段(46)と、 このサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号
    から前記出射光パルスの自己相関波形を求める信号処理
    手段(53)とを含み、 このようにして得られた出射光パルスの自己相関波形の
    頂部を得るのに必要な前記光遅延手段で遅延させた参照
    光パルスの相対遅延量に基づいて前記被測定物の波長分
    散を求める波長分散測定装置。
  2. 【請求項２】 前記サンプリング手段(46)は、 前記出射光パルス及び参照光パルスを互いに偏波面が９
    ０度異なる２つの光にそれぞれ分離し、偏波面が互いに
    ９０度異なる前記分離された出射光パルス及び参照光パ
    ルスとを２組合波してそれぞれ別光路に出力する偏波分
    離器(47)と、 この各光路へ出力された偏波面が互いに９０度異なる出
    射光パルスと参照光パルスとの自己相関信号をＳＨＧ
    （第２高調波発生）光として発生する第２種位相整合を
    なしうる一対の非線形光学材料(54a,54b) と、 この各非線形光学材料から出力されたＳＨＧ光を電気信
    号に変換する一対の受光器(55a,55b) と、 この各受光器から出力された各電気信号を加算し、加算
    後の電気信号を自己相関強度信号として出力する加算回
    路(56)とを備えたことを特徴とする請求項１の波長分散
    測定装置。
  3. 【請求項３】 前記サンプリング手段(46a) は、 前記出射光パルス及び参照光パルスの偏波面を互いに９
    ０度異ならせて合波する合波器(58)と、 この合波器から出力された偏波面が互いに９０度異なる
    出射光パルスと参照光パルスとの自己相関信号をＳＨＧ
    光として発生する第２種位相整合をなしうる非線形光学
    材料(54)と、 この非線形光学材料から出力されたＳＨＧ光を電気信号
    に変換して、この電気信号を自己相関強度信号として出
    力する受光器(55)とを備えたことを特徴とする請求項１
    記載の波長分散測定装置。
  4. 【請求項４】 前記サンプリング手段(46b) は、 前記出射光パルス及び参照光パルスの各光軸上に設けら
    れ、この出射光パルス及び参照光パルスの各偏波面を互
    いに平行にする一対の偏波制御部(60a,60b) と、 この一対の偏波制御部を通過した出射光パルス及び参照
    光パルスの光軸上に設けられ、この出射光パルス及び参
    照光パルスを同一点に集光させるレンズ(62)と、 このレンズの焦点上に配置され、前記出射光パルス及び
    参照光パルスとの自己相関信号をＳＨＧ光として発生す
    る第１種位相整合をなしうる非線形光学材料(63)と、 この非線形光学材料で発生するＳＨＧ光と前記出射光パ
    ルス及び参照光パルスとを分離するスリット(64)と、 このスリットで分離されたＳＨＧ光を電気信号に変換し
    て自己相関強度信号として出力する受光器(65)とを備え
    たことを特徴とする請求項１記載の波長分散測定装置。
  5. 【請求項５】 所定の繰返し周期を有した波長可変の光
    パルスを出射するパルス光源(42)と、 このパルス光源から出射された光パルスを参照光パルス
    とバイパス参照光パルスと被測定物へ入射させる入射光
    パルスとに分波する光分波手段(44a,44b) と、 前記被測定物を通過した出射光パルスと前記バイパス参
    照光パルスとを合波させて合波光として出力する光合波
    器(66)と、 前記参照光パルスの前記入射光パルスに対する相対遅延
    量を変化させる空間的な光遅延手段(48)と、 前記光合波器から出力された合波光と前記光遅延手段で
    遅延された参照光パルスとを受け、前記光遅延手段で参
    照光パルスの相対遅延量を変化させるたびにその位置で
    の前記合波光の光強度に比例した自己相関強度信号を得
    るサンプリング手段(46)と、 このサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号
    から前記合波光の自己相関波形を求める信号処理手段(5
    3)とを含み、 このようにして得られた合波光の自己相関波形に含まれ
    るバイパス参照光パルスの頂部と出射光パルスの頂部と
    の間隔に基づいて前記被測定物の波長分散を求める波長
    分散測定装置。
  6. 【請求項６】 前記パルス光源(42a) は、 所定の繰返し周期を有しかつ広い波長範囲を有した白色
    光パルスを出射する白色パルス光源(67)と、 この白色パルス光源から出射された白色光パルスから指
    定された単一波長を有する光パルスを抽出して出力する
    分光器(68)とを備えたことを特徴とする請求項１又は５
    記載の波長分散測定装置。
  7. 【請求項７】 所定の繰返し周期を有した単一波長の光
    パルスを出射するパルス光源(42)と、 このパルス光源から出射された光パルスを参照光パルス
    と被測定物へ入射させる入射光パルスとに分波する光分
    波器(44)と、 前記被測定物を通過した出射光パルスにおける特定偏波
    方向の成分を通過させる検光子(69)と、 前記参照光パルスの前記入射光パルスに対する相対遅延
    量を変化させる空間的な光遅延手段(48)と、 前記検光子を通過した出射光パルスと前記光遅延手段で
    遅延された参照光パルスとを受け、前記光遅延手段で参
    照光パルスの相対遅延量を変化させるたびにその位置で
    の前記出射光パルスの光強度に比例した自己相関強度信
    号を得るサンプリング手段(46)と、 このサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号
    から前記出射光パルスの自己相関波形を求める信号処理
    手段(53)とを含み、 このようにして得られた出射光パルスの自己相関波形の
    頂部を得るのに必要な前記光遅延手段で遅延させた参照
    光パルスの相対遅延量に基づいて前記被測定物の偏波分
    散を求める偏波分散測定装置。
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