JP2013096765A - 光パルスモニタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に１μｍの波長帯域において、レーザ装置の発生する光パルスをモニタすることができる光パルスモニタ装置を提供する。
【解決手段】 光パルスモニタ装置は、光パルスを発生させる光源と、光サーキュレータと、分散補償量を変化できる可変型分散補償器と、光パルスを周期的に強調する干渉計と、２光子吸収を利用した受光器と、Ａ／Ｄコンバータと、受光器で受光した信号の時間的変化をモニタに表示するソフトウエアを備えたコンピュータとで、構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光ファイバを含んで構成されるファイバ型レーザ装置に適用可能で、該レーザ装置が発生する光パルスをモニタすることができる、光パルスモニタ装置に関する。

従来広く用いられていた空間型レーザ装置では、レーザ光が空間を伝搬するので、レーザ光の分散は問題になっていなかった。そこで、レーザ装置の発生する光パルスの時間幅は、オートコリレータを用いて測定することが可能であった。

しかし近年、その開発が進められ、光ファイバを含んで構成されるファイバ型レーザ装置では、レーザ光が光ファイバ内を伝搬するとき、レーザ光の波長の違いによってファイバの伝搬速度が異なり、そのことにより発生する波長分散が問題となってきている。以下、波長分散を単に分散ということがある。

ところで、光通信ネットワークシステムでは、光ファイバを含んで長距離の光通信が行われている。光パルスによる高速度で大容量の光通信を行うと、光ファイバ伝送路における波長分散が累積して、伝送の劣化を招いてしまう。そのため、光ファイバを含む光通信ネットワークシステムでは、分散を補償する技術が必須となる。

ここで、光ファイバの波長分散について述べる。
光ファイバの波長分散は、色分散ともいわれ、光通信システムの信号の質を劣化させる。光ファイバで波長分散が発生すると、光ファイバにおける信号の伝搬速度は、その信号の波長に依存する。例えば、赤色パルスのように長い波長を持つパルスが、例えば、青色パルスのように短い波長を持つパルスよりも速く伝搬するとき、一般に正常分散であるという。逆に、短い波長を持つパルスが、長い波長を持つパルスよりも速く伝搬するとき、一般に異常分散であるという。

光パルスが長い波長と短い波長の光を含んで送信器から送出される場合、光パルスは光ファイバを介して伝搬するときに分離を起こし、分離された各光パルスが受光器にそれぞれ異なる時刻に受光される。このように、長い波長と短い波長の光パルスは、光ファイバ内を異なる速度で伝搬するため、光パルスは光ファイバ内で広がり、波長分散によって歪んでしまう。

そこで、波長分散補償用ファイバを用いた分散補償器が提案されている（例えば、特開平０７−２４５５８４号公報）。また、ファイバ回折格子を用いた分散補償器が提案されている（例えば、特開平１１−３３７７５１号公報）。

また、光通信に広く用いられる１．５５μｍや１．３μｍの波長帯域では、波長分散の対策として、分散がほぼ零となる光ファイバが実現されている。つまり、１．３μｍ以上の波長については、正常分散または異常分散を呈する光ファイバがそれぞれ存在するので、これらの光ファイバを適宜組み合わせることによって、波長分散をほぼ零とすることができるとされる。

しかし、１μｍの波長帯域では、光ファイバに適用可能でしかも異常分散を呈する適切な材料が現状存在しないので、１．５５μｍや１．３μｍの波長帯域用の光ファイバとは異なり、材料の特性により分散がほぼ零となる光ファイバは実現されていない。なお、Ｙｂをドープしたファイバを用いたファイバ型レーザ装置は、１μｍの波長帯域のレーザ光を発することができる。

そこで、特開２００９−０４２５２３号公報には、１μｍ波長帯において広帯域に適する光伝送路として、負分散を持つホーリーファイバを用いた光伝送路が提案されている。ホーリーファイバとは、コア部と該コア部の周辺に複数の空孔を有するクラッド部とを備える光ファイバである。

以上述べたように、特に１μｍの波長帯域を用いる光通信ネットワークシステムにおいては、波長分散をいかに補償するかが課題である。そのためには、まずシステム内の光ファイバで発生する波長分散を知ることが重要である。

例えば、特開２００８−０３５１８８号公報では、反射型回折格子を用いた波長分散補償装置が提案されている。この波長分散補償装置は、２つの反射型回折格子と、反射鏡と、出力部とを備えており、さらに１つの反射型回折格子を移動させて、２つの反射型回折格子の距離を変化させる移動機構を備えている（請求項６、図４を参照）。

また、本発明者らは、特開２０００−３０４６１９号公報において、群速度の分散を制御する装置を提案している。
特開平０７−２４５５８４号公報 特開平１１−３３７７５１号公報 特開２００９−０４２５２３号公報 特開２００８−０３５１８８号公報 特開２０００−３０４６１９号公報

しかし現状では、１μｍの波長帯域において、光ファイバ内でどの程度の波長分散が起こっているかを正確に測定する方法は、確立されていない。

さらに、特に１μｍの波長帯域において、光通信ネットワークシステムに用いられるレーザ装置の発生している光パルスの時間幅を正確に求める方法も、確立されていない。

そこで本発明の目的は、光ファイバやレーザを含む光通信ネットワークシステムに適用可能で、レーザ装置における光パルスをモニタすることができる光パルスモニタ装置を提供することである。

本発明による光パルスモニタ装置の特徴は、まず分散補償量を変化できる可変型分散補償器を備えることにより、光ファイバを含んで構成される光パルスモニタ装置の全体の分散を補償できることである。
また、光パルスモニタ装置は、可変型分散補償器により分散補償された光パルスを感度よく検出するために、受光器として２光子吸収を利用した受光器を備えている。
さらに、本発明による光パルスモニタ装置の特徴は、２光子吸収を利用した受光器にて、光パルスを効率的に感度よく検出するために、干渉計により２つに分光した光パルスを、周期的に重畳してより強調できるようにしていることである。

すなわち、本発明による光パルスモニタ装置は、
光パルスを伝送する光ファイバシステムにおける光パルスをモニタすることができ、光ファイバを含んで構成される光パルスモニタ装置であって、
該モニタ装置は、
光パルスを発生させる光源からの光パルスが、光サーキュレータを介して、分散補償量を変化できる可変型分散補償器と干渉計とを経由して、２光子吸収を利用した受光器に受光され、該受光器からの受光信号がＡ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換されてコンピュータに送られ、該コンピュータが前記Ａ／Ｄ変換された受光信号を演算処理するソフトウエアを備えて構成されており、
前記干渉計は、入射した光パルスを２つに分けて、それぞれ、異なる光路を進ませ、反射器により反射させて元の光路を進ませ、再び１つの光パルスとして出射されるとともに、前記２つに分けられた光パルスの光路のうち、少なくとも一方の光路の光路長を周期的に変化させるように構成されており、
前記ソフトウエアは、
少なくとも、前記受光器からの信号強度の時間的変化をモニタに表示するプログラムを有しており、
前記コンピュータは、そのモニタに前記受光器からの信号を表示できるように構成されていることを特徴とする。

前記光パルスモニタ装置において、
前記受光器は、半導体レーザまたはフォトダイオードであるとよい。

前記光パルスモニタ装置において、
前記光源が波長域１μｍの光パルスを発生し、
前記受光器が波長６３５ｎｍのレーザダイオードであるとよい。

前記光パルスモニタ装置において、
前記分散補償器は、入射した光パルスを、波長毎に異なる回折角で透過する第１回折格子と、
該第１回折格子に対して相対的に距離を変化させることが可能で、前記第１回折格子を透過した光パルスを、波長毎に異なる回折角で透過する透過する第２回折格子と、
該第２回折格子を透過した光パルスを反射する反射器と、を備え、
前記第１回折格子と前記第２回折格子との距離を変化させることにより、分散補償量を変化させることが可能となっているとよい。

前記光パルスモニタ装置において、
前記干渉計は、ビームスプリッタと、回転可能な透明板と、反射器と、を備え、
前記分散補償器を経由した光パルスが、前記ビームスプリッタにより２つに分光されて、それぞれ第１光路と第２光路を進み、
前記第１光路では、分光された一方の光パルスが、第１反射器で反射されて、前記回転可能な透明板を通過し第２反射器で反射され、進んできた光路を戻り、前記ビームスプリッタを通過し出射され、
前記第２光路では、分光された他方の光パルスが、第３反射器で反射されて、前記回転可能な透明板を通過し第４反射器で反射され、進んできた光路を戻り、前記ビームスプリッタを通過し出射され、
前記透明板が回転することによって、前記分光された２つの光パルスが通過する前記透明板の厚みの違いによる光路差により、前記分光された２つの光パルス間に、周期的な時間差を生じさせているとよい。

前記光パルスモニタ装置において、
予め、前記光源の発生する光パルスのパワーがピークとなるように調整されているとともに、前記光パルスモニタ装置自体の分散補償量が求められており、
前記光源から前記受光器までの間に被測定物が配置され、該被測定物を含む分散補償量が測定され、測定された分散補償量と前記モニタ装置自体の分散補償量との差を求めることによって、該被測定物の分散補償量を算出するように構成されているとよい。

本発明による光パルスモニタ装置は、上述のような構成を備えることにより、光パルスの時間幅や波形をモニタすることができる。したがって、本発明の光パルスモニタ装置によれば、光パルスの時間幅をモニタしながら、光パルスの発生条件を調整できるので、光源の発生可能な最短の光パルス、すなわち時間幅が最も狭い光パルスを容易に得られるようになる。したがって、ピークパワーの得られる光パルスの発生条件が容易に得られることになる。

また、本発明の光パルスモニタ装置によれば、光パルスの波形をモニタできるので、波形を解析することができる。したがって、光パルスに長い波長の光が混在していることや、パルス波形の対称性、パルスのシャープネス、光パルスがピークにあることなど、光パルスの状態を把握することが可能となる。

光パルスモニタ装置の概略の構成を示すブロック図である。 光パルスモニタ装置の具体的な構成を示す模式図である。 図２に示した光パルスモニタ装置において、第１回折格子と第２回折格子との距離と、分散補償量の関係を示すグラフである。 使用する波長と分散の関係を示すグラフである。 分散補償器の別形態を示す図である。 図２に示した光パルスモニタ装置において、透明板の回転角度と、２つの光パルスの時間差の関係を示すグラフである。 干渉計の別形態を示す図であり、反射器をスライド機構により往復運動させる構造を有する干渉計である。 同じく、対をなす反射器を回転させる構造を有する干渉計である。 光パルスモニタ装置により観察した光パルスの波形の一例で、補償量が19.35[ps/nm]の場合である。 同じく、補償量が20.69[ps/nm]の場合である。 同じく、補償量が22.7[ps/nm]の場合である。 光パルスの時間幅とピークパワーの関係を示すグラフである。

（実施例）
以下に、図面を参照しながら、本発明による光パルスモニタ装置を説明する。

（光パルスモニタ装置の基本的構成）
図１は、光パルスモニタ装置の概略の構成を示すブロック図である。光パルスモニタ装置１００は、光パルスを発生させる光源２０と、光サーキュレータ３０と、可変型分散補償器４０と、干渉計５０と、受光器６０と、Ａ／Ｄコンバータ７０と、受光器で受光した信号を演算処理するソフトウエアを備えたコンピュータ８０とを含んで構成されている。

光パルスモニタ装置１００を構成する可変型分散補償器４０は、分散補償量を変化させることができる。

光パルスモニタ装置１００を構成する干渉計５０は、入射した光パルスを２つに分けて、それぞれ異なる光路を進ませ、反射器により反射させて元の光路を進ませ、再び１つの光パルスにして出射させるような構成を有し、前記２つに分けられた光パルスの光路のうち、少なくとも一方の光路の光路長を変化させるように構成されている。

光パルスモニタ装置１００において、受光した信号を処理するソフトウエアは、少なくとも、前記受光器６０からの信号強度の時間的変化をモニタに表示するプログラムを有している。

（光パルスモニタ装置の動作）
つぎに、光パルスモニタ装置１００の動作の一例について、図２を用いて説明する。
光源２０から発生された光パルスは、光サーキュレータ３０を介して、まず可変型分散補償器４０に入射される。図２に示した光パルスモニタ装置における可変型分散補償器４０は、第１回折格子４１と第２回折格子４２との距離を、例えば図示しないスライド機構により相対的に変化させることで、分散補償量を変化させることが可能となっている可変型分散補償器である。この可変型分散補償器４０によって、光ファイバ２を含んで構成される光パルスモニタ装置１００において発生する、すべての波長分散を補償することが可能である。

図示した光パルスモニタ装置１００において、光源２０と光サーキュレータ３０、光サーキュレータ３０と可変型分散補償器４０、光サーキュレータ３０と干渉計５０、干渉計５０と受光器６０との間はそれぞれ、光ファイバ２を介して接続されている。

可変型分散補償器４０において、第１回折格子４１は入射した光パルスを波長毎に異なる回折角で透過させ、第２回折格子４２は第１回折格子４１を透過した光パルスを波長毎に異なる回折角で透過させる。ここで、第１回折格子４１と第２回折格子４２とは、互いに平行に配置されており、例えばスライド機構によりその距離を相対的に変化させたときも、平行状態は保たれるようになっている。

第２回折格子４２を透過してきた光パルスは、反射器４３によって反射され、元の光路を逆方向に進行する。

第１回折格子４１と第２回折格子４２との距離を適切に調整すると、光ファイバ２を含む光パルスモニタ装置１００の全体の分散を補償することができる。

図３のグラフは、第１回折格子４１および第２回折格子４２の距離と、分散補償量との関係の一例を示している。横軸は回折格子間の距離であり、縦軸は分散を表している。ここで、第１回折格子４１および第２回折格子４２には、回折構造が６００本／ｍｍのピッチで形成されている。

なお、本明細書において、回折格子間の距離は、第１回折格子４１および第２回折格子４２において、各回折格子面の中心間の光学距離である。ただし、この光学距離は、各回折格子の基板の屈折率を考慮したものとする。

グラフから、第１回折格子および第２回折格子との距離が大きくなると、補償される分散量が直線的に大きくなることがわかる。この分散補償器では、第１回折格子および第２回折格子との距離を１００ｍｍとすると、0.26[ps/nm]の分散を補償できることがわかる。

また、図４のグラフは、使用する波長と分散の関係の一例を示している。波長が１０００ｎｍから１３００ｎｍまで長くなると、分散量の負の絶対値が小さくなり、１２７５ｎｍ付近で０となっていることがわかる。

なお、分散補償器は、図２に示したものに限られず、図５に示したファイバ・ブラッグ・グレーティング(Fiber Bragg Grating：ＦＢＧ)４５により構成されていてもよい。このＦＢＧを含んで構成される分散補償器でも、温度勾配を設けたり、機械的なストレスを与えたりすることによって、分散補償量を変化させることが可能である。

ファイバ・ブラッグ・グレーティングとは、光ファイバのコアの屈折率に周期的な屈折率変化が形成されているファイバ型デバイスである。ＦＢＧに形成されている屈折率変化は回折格子として働き、グレーティングの周期が作るブラッグ反射条件を満たす波長の光のみを反射させることができる。このため、ＦＢＧは分散補償器として用いることができる。

さらにＦＢＧにおいて、その長手方向に温度勾配を設けたり、機械的なストレスを与えたりすると、ブラッグ反射条件を変化させうることが知られており、分散量を可変できるＦＢＧが提案されている（例えば、特開２００６−０２３６８８号公報、特開２００６−０７８６４９号公報）。このように、ブラッグ反射条件を変化させると、分散補償量を変化させることができるので、上述のような構成を有するＦＢＧは可変型分散補償器として用いることができる。

続いて、可変型分散補償器４０により分散補償された光パルスは、光サーキュレータ３０によって光ファイバ２を介して、干渉計５０に出射される。
この干渉計５０では、入射した光パルスを２つに分けて、それぞれ、異なる光路を進ませ、反射器により反射させて元の光路を進ませ、再び１つの光パルスとして出射されるとともに、２つに分けられた光パルスの光路のうち、少なくとも一方の光路の光路長を周期的に変化させるように構成されている。

干渉計５０において、２つに分けられた光パルスの光路のうち、少なくとも一方の光路の光路長を周期的に変化させることによって、２つの光パルスは、周期的に光路長が一致して重畳され、より強調されるようになる。

図２に示した光パルスモニタ装置１００における干渉計５０は、ビームスプリッタ５５と、回転可能な透明板５６と、反射器５１，５２，５３，５４と、を備え、以下のような動作をする。

すなわち、可変型分散補償器４０を経由した光パルスが、ビームスプリッタ５５により２つに分光されて、それぞれ第１光路と第２光路を進み、
第１光路では、分光された一方の光パルスが、第１反射器５１で反射されて、回転可能な透明板５６を通過し第２反射器５２で反射され、進んできた光路を戻り、ビームスプリッタ５５を通過し出射され、
第２光路では、分光された他方の光パルスが、第３反射器５３で反射されて、回転可能な透明板５６を通過し第４反射器５４で反射され、進んできた光路を戻り、ビームスプリッタ５５を通過し出射され、
回転可能な透明板５６が回転することによって、分光された２つの光パルスが通過する透明板の厚みの違いによる光路差により、分光された２つの光パルス間には、周期的な時間差を生じさせている。

ここで、透明板の回転角度（θ）と分光された２つの光パルスの時間差との関係を、図６に示す。回転角度（θ）が２０度から７０度の間において、回転角度（θ）と２つの光パルスの時間差とは、ほぼ直線の関係を保ちながら、分光された２つの光パルスの時間差が周期的に変化していることがわかる。回転角度（θ）については、図６を参照のこと。

さらに、透明板５６の回転角度（θ）が４５度の位置で光路差がなくなり、分光された２つの光パルスの時間差がなくなり、干渉計５０から出射される２つの光パルスが一致し重畳して干渉を起こす。干渉を起こすことによって、光パルスが強調され、出射される光パルスのピークパワーがより大きくなる。なお、透明板５６の両方の主表面は、光学的に平行となっているので、透明板の回転角度に関係なく、光パルスは、透明板を通過しても直進する。

図２に示した干渉計５０では、第１光路と第２光路とにおいて、空間における光路長は基本的に同じである。第１光路と第２光路とにおける光路長の違いは、透明板５６の回転角度によって生じる、光路上の板厚の違いによるものだけである。このため、分光された２つの光パルスの形状が基本的に互いによく一致している。

また、上述のように、透明板５６の回転角度と、２つの光パルスの時間差とは、ほぼ直線の関係を保っていることから、分光された２つの光パルスの形状が、互いによく一致していると考えられる。
このように、２つの光パルスの形状が互いによく一致していると、干渉を起こしたときに光パルスがより強調されるので、好ましい。

また、広く用いられている干渉計では、光路長を周期的に変化させるために、反射器を往復運動させていることが多い。この場合、高速化のため、単位時間当たりに干渉を起こす回数を多くしようとしても、反射器を往復運動させているため、その回数には自ずと限界がある。

これに対して本発明では、単位時間当たりに干渉を起こす回数は、透明板５６の回転数によって決まる。透明板５６の回転数を多くすることは、比較的容易であるので、単位時間当たりに干渉を起こす回数を比較的容易に多くすることができる。つまり、本発明はこの点でも有利である。

干渉計５０において、上述のような動作をすることにより、光パルスをより強調することができる。本発明の光パルスモニタ装置１００では、強調された光パルスをモニタしている。

なお、干渉計５０は図２に示したものに限られず、図７Ａに示した構成を有する干渉計５００でもよい。この干渉計５００では、図示しないスライダ機構によって、第１反射器５１を往復運動させる構造を有している。第１光路は、第１反射器５１が往復運動することにより、光路長を変化させるように構成されている。一方、第２光路の光路長は一定である。

さらに干渉計は、図７Ｂに示した構成を有する干渉計５００でもよい。この干渉計５００では、対をなす反射器５２，５３の設けられた回転板５０６を回転させる構造を有する干渉計である。第１光路の光路長は一定である。一方、第２光路の光路長は、回転板５０６を回転させることにより、光路長を変化させるように構成されている。

続いて、干渉計５０を経由した光パルスは、光ファイバ２を介して受光器６０に受光される。本発明の光パルスモニタ装置１００では、受光器６０として２光子吸収を利用した受光器としている。２光子吸収を利用した受光器における出力値は、光パルスのピークパワーに対して２次関数的に比例した数値となる。このため、２光子吸収を利用した受光器を用いると、感度のよい検出が可能となる。換言すると、２光子吸収を利用した受光器６０を用いるために、干渉計５０を用いて光パルスのピークを強調しているのである。

このような２光子吸収を利用した受光器６０では、光源の発生する光パルスの波長域に感度を有していないことが好ましい。この実施例では、光源の波長が１μｍ帯であるのに対して、受光器は６３５ｎｍに感度中心を有している。

さらに、２光子吸収を利用した光検出では、受ける光パルスのパワー密度が高いほど、効率のよい検出が実現できる。そこで、受光器では、受光面におけるパワー密度を高めるために、入射させる光パルスを数μｍ²の範囲に絞り込むとよい。このために、受光器６０には集光用レンズを備えていることよい。集光用レンズとしては、０．１以上の開口数を有していることが好ましい。集光用レンズとしては、球面レンズや組み合わせた球面レンズを始め、非球面レンズ、屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮレンズ）でもよい。

受光器６０の具体例としては、半導体レーザまたはアバランシェ・フォトダイオードが挙げられる。
半導体レーザとしては、測定対象である光パルスの波長よりも短い波長で発振することができるレーザダイオード（ＬＤ）のような、導波路型の半導体を用いるとよい。この半導体レーザは、そのバンドギャップが測定対象である光パルスの波長に対応するエネルギレベルより広いため、対象波長である１光子波長に対しては感度がなく、半波長である２光子波長に対して感度を有するので、好ましい。

アバランシェ・フォトダイオード（以下、ＡＰＤともいう）では、非線形効果を利用して光検出しているので、光信号から電気信号への変換速度が比較的速い。そのため、光通信等で使われるような時間変化を持つ超短パルス光列であっても、その変化を確度よくモニタすることができる。

このＡＰＤとしては、対象波長である１光子吸収に対して感度がなく、半波長である２光子吸収に対して感度の高い材料で構成されているとよい。具体的な当該材料として、ガリウム砒素結晶を用いるとよい。ガリウム砒素結晶を用いたＡＰＤは、アバランシェ増倍と呼ばれる現象を利用して感度を高めているので、本発明による光パルスモニタ装置に好適に採用できる。さらに、ガリウム砒素ＡＰＤには適切な電気的バイアスを掛けるとよい。

続いて、光パルスモニタ装置１００では、受光器６０からの受光信号が、Ａ／Ｄコンバータ７０でＡ／Ｄ変換されて、コンピュータ８０に送られる。Ａ／Ｄ変換されコンピュータに送られた受光信号は、コンピュータ８０に備えられたソフトウエアによって演算処理され、その結果がコンピュータ８０のモニタ上に表示される。

（光パルスのモニタ方法）
以上、説明した光パルスモニタ装置１００を用いて、光パルスをモニタする方法について、以下に説明する。

本発明による光パルスモニタ装置１００では、可変型分散補償器４０により光パルスの分散補償がなされているとともに、干渉計５０で光パルスを強調し、強調された光パルスを２光子吸収を利用した受光器６０で検出しているので、光源２０で発生した光パルスの波形をコンピュータ８０のモニタ上にリアルタイムで表示することができる。このような構成により、本発明の光パルスモニタ装置１００では、特にこれまで困難であった１μｍ帯の光パルスの波形を、簡単にモニタすることができる。

光パルスの波形がモニタできるようになると、光パルスの波形の変化を確認しながら、光パルスの発生条件を調整したり、被測定物９０の波長分散量を求めたりすることが可能となる。

（１）光パルスモニタ装置自体の分散補償
光パルスモニタ装置１００は光ファイバ２を含んで構成されているので、装置自体でも分散は発生している。そこでまず、光パルスモニタ装置自体の分散を補償する。

上述したように、光源２０から発生した光パルスを光パルスモニタ装置１００でモニタする。ここで、光源２０において光パルスの発生条件を一定とし、可変型分散補償器４０を調整して、モニタしている光パルスの時間幅が最も短くなるようにする。一定の条件で、光パルスの時間幅が最も短くなるということは、光パルスモニタ装置１００で発生している分散が補償されていることを意味している。光パルスモニタ装置１００で分散が発生していると、光パルスの時間幅が最短にならないからである。

このように、光パルスの時間幅が最短のときの可変型分散補償器４０による補償量が、この光パルスモニタ装置１００における分散量になる。ここで、図２に示した光パルスモニタ装置１００の可変型分散補償器４０では、第２回折格子４２と反射器４３とが図示しないスライド機構により移動可能となっている。光パルスの時間幅が最短になったときの第２回折格子４２と反射器４３との位置を、原点（ゼロ点）とする。

さらに、分散が補償された状態で、光源２０において光パルスの発生条件を調整して、光パルスの時間幅が最も短くなるようにする。このようにして、光パルスモニタ装置１００を最良の状態とする。

また、可変型分散補償器４０における第１回折格子４１および第２回折格子４２との距離と、時間で表される分散補償量との関係を、予め調べておくとよい。

（２）ピークパワーの測定
以上のようにして、最良の状態とされた光パルスモニタ装置１００では、波長分散が補償されており、さらに光パルスの時間幅が最も短くなっている。つまり、この状態は、光源２０の発する光パルスのパワーがピークになっており、そのときのパワーが当該光源２０のピークパワーとなる。本発明による光パルスモニタ装置により、光パルスを観察すると、光パルスのパワーがピークの状態になっていることが判断できる。したがって、このときの光パルスのパワーを別途測定すれば、それは当該光源のピークパワーであり、ピークパワーの数値を得ることも可能である。

（３）被測定物における分散量
同様に、最良の状態とされた光パルスモニタ装置１００を用いて、被測定物９０の波長分散を求めることができる。この光パルスモニタ装置１００にて、例えば、光源２０と光サーキュレータ３０の間の位置、すなわち図１において破線で示した位置に、被測定物９０を配置する。

そして、この条件下で、可変型分散補償器４０を調整して、モニタしている光パルスの時間幅が最も短くなるようにする。このとき、可変型分散補償器４０における原点からの距離が分散補償量となる。この距離から、予め求めておいた距離と分散補償量（時間）との関係から、時間で表される分散補償量が求められる。これが被測定物９０の分散量になり、被測定物の分散量を算出することができる。

被測定物の配置は、図１で破線で示した位置に限られず、例えば光ファイバを被測定物とするときは、図２の光ファイバ２と交換して配置するとよい。要約すると、光パルスモニタ装置１００における、光源から受光器までの光路上のいずれかに、被測定物を配置するとよい。

（具体例）
図８Ａ〜図８Ｃは、本発明による光パルスモニタ装置１００により、光パルスを観察したときの波形の一例である。なお、この具体例において、光源の波長は１．５５μｍであり、受光器は１光子吸収の感度を実質的に有せず、２光子吸収の感度を有するフォトダイオードである。

図８Ａは補償量が19.35[ps/nm]の場合であり、図８Ｂは補償量が20.69[ps/nm]の場合であり、図８Ｃは補償量が22.7[ps/nm]の場合である。これらの波形は、ピークがそれぞれ任意単位である１．０に規格化されているので、ピークの値を比較することは意味がない。また、光パルスの波形の裾野には、波形の盛り上がりが認められ、その形状は補償量の違いによって異なっていることがわかる。
このように、その分散がほぼ零とすることのできる１．５５μｍの波長帯であっても、本発明を適用することが有用であることがわかる。

図９は、本発明による光パルスモニタ装置１００を用いて、光パルスを観察しながら光パルスの発生条件を変化させたときにおける、光パルスの時間幅とピークパワー（相対値）の関係の一例を示すグラフである。

グラフから明らかなように、分散補償量が20.69[ps/nm]のとき、光パルスの時間幅は最小となり、ピークパワーが最大になっている。このように、光パルスの時間幅が最も短くなったときに、ピークパワーが最大となっていることが確認された。

従来、光パルスを発生する光源の特性を評価するためには、光パルスのピークパワーを簡単に得ることが困難であったので、光パルスの時間幅を測定することが行われていた。しかし、光パルスの時間幅（半値幅）は、時間的な変動が大きく、測定値を定めるのが難しい状況にあった。

これに対して、本発明による光パルスモニタ装置を用いると、光パルスを安定してモニタできるので、光パルスのパワーがピークになっていることを判定できるだけでなく、ピークパワーの測定値を定めるのも容易であった。
したがって、本発明による光パルスモニタ装置を用いると、光パルスを発生する光源の調整が簡単にできる。

本発明による光パルスモニタ装置は、光パルスのモニタができるので、最短の光パルスを得られるように、光パルスの発生条件の調整を容易にすることができる。
また、本発明による光パルスモニタ装置は、光パルスの伝送時に発生する波長分散を補償できるとともに、被測定物の波長分散量を算出することができる。
このように、本発明による光パルスモニタ装置は、光技術分野で有効に利用できる。

１００ 光パルスモニタ装置
２０ 光源
３０ 光サーキュレータ
４０ 可変型分散補償器
４１ 第１回折格子
４２ 第２回折格子
４３ 反射器
４５ ファイバ・ブラッグ・グレーティング
５０ 干渉計
５１ 第１反射器
５２ 第２反射器
５３ 第３反射器
５４ 第４反射器
５５ ビームスプリッタ
５６ 透明板
５０１ 第１光路
５０２ 第２光路
５０３ 入射側
５０４ 出射側
５０５ スライド範囲
５０６ 回転板
６０ 受光器
７０ Ａ／Ｄコンバータ
８０ コンピュータ
９０ 被測定物
１ 光路
２ 光ファイバ
３ コリメータレンズ

Claims (6)

1. 光パルスを伝送する光ファイバシステムにおける光パルスをモニタすることができ、光ファイバを含んで構成される光パルスモニタ装置であって、
   該モニタ装置は、
   光パルスを発生させる光源からの光パルスが、光サーキュレータを介して、分散補償量を変化できる可変型分散補償器と干渉計とを経由して、２光子吸収を利用した受光器に受光され、該受光器からの受光信号がＡ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換されてコンピュータに送られ、該コンピュータが前記Ａ／Ｄ変換された受光信号を演算処理するソフトウエアを備えて構成されており、
   前記干渉計は、入射した光パルスを２つに分けて、それぞれ、異なる光路を進ませ、反射器により反射させて元の光路を進ませ、再び１つの光パルスとして出射されるとともに、前記２つに分けられた光パルスの光路のうち、少なくとも一方の光路の光路長を周期的に変化させるように構成されており、
   前記ソフトウエアは、
   少なくとも、前記受光器からの信号強度の時間的変化をモニタに表示するプログラムを有しており、
   前記コンピュータは、そのモニタに前記受光器からの信号を表示できるように構成されていることを特徴とする光パルスモニタ装置。
2. 請求項１に記載の光パルスモニタ装置において、
   前記受光器は、半導体レーザまたはフォトダイオードである光パルスモニタ装置。
3. 請求項１に記載の光パルスモニタ装置において、
   前記光源が波長域１μｍの光パルスを発生し、
   前記受光器が波長６３５ｎｍのレーザダイオードである光パルスモニタ装置。
4. 請求項１に記載の光パルスモニタ装置において、
   前記分散補償器は、入射した光パルスを、波長毎に異なる回折角で透過する第１回折格子と、
   該第１回折格子に対して相対的に距離を変化させることが可能で、前記第１回折格子を透過した光パルスを、波長毎に異なる回折角で透過する透過する第２回折格子と、
   該第２回折格子を透過した光パルスを反射する反射器と、を備え、
   前記第１回折格子と前記第２回折格子との距離を変化させることにより、分散補償量を変化させることが可能となっている光パルスモニタ装置。
5. 請求項１に記載の光パルスモニタ装置において、
   前記干渉計は、ビームスプリッタと、回転可能な透明板と、反射器と、を備え、
   前記分散補償器を経由した光パルスが、前記ビームスプリッタにより２つに分光されて、それぞれ第１光路と第２光路を進み、
   前記第１光路では、分光された一方の光パルスが、第１反射器で反射されて、前記回転可能な透明板を通過し第２反射器で反射され、進んできた光路を戻り、前記ビームスプリッタを通過し出射され、
   前記第２光路では、分光された他方の光パルスが、第３反射器で反射されて、前記回転可能な透明板を通過し第４反射器で反射され、進んできた光路を戻り、前記ビームスプリッタを通過し出射され、
   前記透明板が回転することによって、前記分光された２つの光パルスが通過する前記透明板の厚みの違いによる光路差により、前記分光された２つの光パルス間に、周期的な時間差を生じさせている光パルスモニタ装置。
6. 請求項１に記載の光パルスモニタ装置において、
   予め、前記光源の発生する光パルスのパワーがピークとなるように調整されているとともに、前記光パルスモニタ装置自体の分散補償量が求められており、
   前記光源から前記受光器までの間に被測定物が配置され、該被測定物を含む分散補償量が測定され、測定された分散補償量と前記モニタ装置自体の分散補償量との差を求めることによって、該被測定物の分散補償量を算出するように構成されている光パルスモニタ装置。

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