JP2000249604A - 光サンプリング波形観測装置 - Google Patents
光サンプリング波形観測装置Info
- Publication number
- JP2000249604A JP2000249604A JP11051939A JP5193999A JP2000249604A JP 2000249604 A JP2000249604 A JP 2000249604A JP 11051939 A JP11051939 A JP 11051939A JP 5193999 A JP5193999 A JP 5193999A JP 2000249604 A JP2000249604 A JP 2000249604A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- light
- sampling
- measured
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高感度かつ高ＳＮ比で観測対象の被測定光信
号を観測することのできる光サンプリング波形装置を提
供すること。 【解決手段】 被測定光信号Ｓに対して光パルス発生手
段１より発せられるサンプリング光パルスＰを光合波手
段２で合波し、これらの和周波光の疑似位相整合条件を
持つ光相互相関手段３０に入力する。光相互相関手段は
２次の非線形光学効果に基づき、被測定光信号とサンプ
リングパルス光との和周波光を発生する。光相互相関手
段３０においては、被測定光信号とサンプリングパルス
光の相互相関信号が和周波光となって出力される。受光
部４と電気信号処理部５と波形表示部６を備えること
で、受光部４は和周波光を光電変換して電気信号処理部
５に出力し、電気信号処理部は、受光部の出力信号を増
幅した後にアナログデジタル変換処理を施し、波形表示
部６は被測定光信号の波形を表示する。
号を観測することのできる光サンプリング波形装置を提
供すること。 【解決手段】 被測定光信号Ｓに対して光パルス発生手
段１より発せられるサンプリング光パルスＰを光合波手
段２で合波し、これらの和周波光の疑似位相整合条件を
持つ光相互相関手段３０に入力する。光相互相関手段は
２次の非線形光学効果に基づき、被測定光信号とサンプ
リングパルス光との和周波光を発生する。光相互相関手
段３０においては、被測定光信号とサンプリングパルス
光の相互相関信号が和周波光となって出力される。受光
部４と電気信号処理部５と波形表示部６を備えること
で、受光部４は和周波光を光電変換して電気信号処理部
５に出力し、電気信号処理部は、受光部の出力信号を増
幅した後にアナログデジタル変換処理を施し、波形表示
部６は被測定光信号の波形を表示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光電変換素子に
より直接的に検出することのできない超短時間領域にお
ける光信号の波形を観測するための光サンプリング波形
観測装置に関するものである。
より直接的に検出することのできない超短時間領域にお
ける光信号の波形を観測するための光サンプリング波形
観測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、光信号の波形を観測するための光
サンプリング波形観測装置が知られている。この光サン
プリング波形観測装置は、２次の非線形光学効果である
和周波発生（Sum-Frequency Generation：以下「ＳＦ
Ｇ」という）の現象を利用した光サンプリングを行うこ
とにより、光電変換素子で検出可能な周波数に変換して
被測定光信号を観測するものである。具体的にこの装置
は、観測対象の被測定光信号（光角周波数ωsig ）と、
これよりパルス幅の狭いサンプリングパルス光（光角周
波数ωsamp）とを非線形光学結晶内で相互相関させるこ
とにより、光角周波数が「ωsig ＋ωsamp」となる和周
波光信号（以下、「ＳＦ光」という）を取り出し、この
ＳＦ光を光電変換して被測定光信号の波形を表示するも
のである。
サンプリング波形観測装置が知られている。この光サン
プリング波形観測装置は、２次の非線形光学効果である
和周波発生（Sum-Frequency Generation：以下「ＳＦ
Ｇ」という）の現象を利用した光サンプリングを行うこ
とにより、光電変換素子で検出可能な周波数に変換して
被測定光信号を観測するものである。具体的にこの装置
は、観測対象の被測定光信号（光角周波数ωsig ）と、
これよりパルス幅の狭いサンプリングパルス光（光角周
波数ωsamp）とを非線形光学結晶内で相互相関させるこ
とにより、光角周波数が「ωsig ＋ωsamp」となる和周
波光信号（以下、「ＳＦ光」という）を取り出し、この
ＳＦ光を光電変換して被測定光信号の波形を表示するも
のである。
【０００３】図６は、上述した従来の光サンプリング波
形観測装置の一構成例を示すブロック図である。図６を
用いて従来の光サンプリング波形観測装置の動作を説明
すると、被測定光信号（光角周波数ωsig ）Ｓが、サン
プリングパルス光発生部１より発せられるサンプリング
パルス光（光角周波数ωsamp）Ｐとともに、光合波部２
において合波され、次いで非線形光学結晶８に入力され
る。非線形光学結晶８は、２次の非線形光学効果に基づ
き、被測定光信号Ｓとサンプリングパルスパルス光Ｐと
のＳＦ光３を発生する。
形観測装置の一構成例を示すブロック図である。図６を
用いて従来の光サンプリング波形観測装置の動作を説明
すると、被測定光信号（光角周波数ωsig ）Ｓが、サン
プリングパルス光発生部１より発せられるサンプリング
パルス光（光角周波数ωsamp）Ｐとともに、光合波部２
において合波され、次いで非線形光学結晶８に入力され
る。非線形光学結晶８は、２次の非線形光学効果に基づ
き、被測定光信号Ｓとサンプリングパルスパルス光Ｐと
のＳＦ光３を発生する。
【０００４】このとき、サンプリングパルス光Ｐのパル
ス幅を被測定光信号の被測定光信号のパルス幅よりも十
分に狭くし、サンプリングパルス光Ｐの繰り返し周波数
を被測定光信号の基本周波数の整数分の１から若干高く
（あるいは、若干低く）する方法、あるいはサンプリン
グパルス光Ｐの繰り返し周波数を被測定光信号Ｓの基本
周波数の整数分の１近傍に設定し、サンプリングパルス
光Ｐを遅延させ、その遅延量を掃引する方法等によっ
て、被測定光信号Ｓとサンプリングパルス光Ｐとの時間
的相対位置を掃引し、被測定光信号Ｓとサンプリングパ
ルス光Ｐの相互相関信号をＳＦ光３として非線形光学結
晶８から出力させ、受光部４に入射することができる。
ス幅を被測定光信号の被測定光信号のパルス幅よりも十
分に狭くし、サンプリングパルス光Ｐの繰り返し周波数
を被測定光信号の基本周波数の整数分の１から若干高く
（あるいは、若干低く）する方法、あるいはサンプリン
グパルス光Ｐの繰り返し周波数を被測定光信号Ｓの基本
周波数の整数分の１近傍に設定し、サンプリングパルス
光Ｐを遅延させ、その遅延量を掃引する方法等によっ
て、被測定光信号Ｓとサンプリングパルス光Ｐとの時間
的相対位置を掃引し、被測定光信号Ｓとサンプリングパ
ルス光Ｐの相互相関信号をＳＦ光３として非線形光学結
晶８から出力させ、受光部４に入射することができる。
【０００５】受光部４は、このＳＦ光３を検波（光電変
換）してこれを電気信号処理部５に出力する。電気信号
処理部５は、受光部４の出力信号を増幅した後にアナロ
グデジタル変換処理を施し、波形表示部６に被測定光信
号Ｓの波形を表示することができる。
換）してこれを電気信号処理部５に出力する。電気信号
処理部５は、受光部４の出力信号を増幅した後にアナロ
グデジタル変換処理を施し、波形表示部６に被測定光信
号Ｓの波形を表示することができる。
【０００６】ここで、前述の非線形光学結晶８として、
これまで一般的に非線形光学効果の比較的高いＫＴｉＯ
ＰＯ4（ＫＴＰ）結晶が用いられている。このＫＴＰ結
晶を用いることによりＳＦ光３の発生効率は１×１０-4
Ｗ-1が得られており、光サンプリング波形観測装置とし
て被測定光信号Ｓのピーク強度２.３ｍＷにおいて２０
ｄＢの信号対雑音（ＳＮ）比が得られている。（太田
他：「Ｈｉｇｈｌｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａ
ｌ ｓａｍｐｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｔｉ
ｍｉｎｇ−ｊｉｔｔｅｒ−ｒｅｄｕｃｅｄ ｇａｉｎ−
ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅ」、Ｅ
ＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３
３、Ｎｏ．２５、ｐｐ．２１４２−２１４３、１９９７
参照）
これまで一般的に非線形光学効果の比較的高いＫＴｉＯ
ＰＯ4（ＫＴＰ）結晶が用いられている。このＫＴＰ結
晶を用いることによりＳＦ光３の発生効率は１×１０-4
Ｗ-1が得られており、光サンプリング波形観測装置とし
て被測定光信号Ｓのピーク強度２.３ｍＷにおいて２０
ｄＢの信号対雑音（ＳＮ）比が得られている。（太田
他：「Ｈｉｇｈｌｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａ
ｌ ｓａｍｐｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｔｉ
ｍｉｎｇ−ｊｉｔｔｅｒ−ｒｅｄｕｃｅｄ ｇａｉｎ−
ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅ」、Ｅ
ＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．３
３、Ｎｏ．２５、ｐｐ．２１４２−２１４３、１９９７
参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際に観測す
る光信号の中には、微弱の光信号もあり、光増幅器等で
増幅して波形を観測する場合、光ファイバ内での非線形
光学効果で光波形が変化したり、光増幅器の雑音に埋も
れて元の光信号の波形が再現できないことがあった。従
って、このような微弱光信号は、直接波形観測しなけれ
ばならず、上記のＳＮ比では不十分であった。
る光信号の中には、微弱の光信号もあり、光増幅器等で
増幅して波形を観測する場合、光ファイバ内での非線形
光学効果で光波形が変化したり、光増幅器の雑音に埋も
れて元の光信号の波形が再現できないことがあった。従
って、このような微弱光信号は、直接波形観測しなけれ
ばならず、上記のＳＮ比では不十分であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決達成する
ため、この発明は以下の各々の構成を具備してなるもの
である。即ち、本発明にかかる光サンプリング波形観測
装置は、被測定光信号よりもパルス幅が狭く繰り返し周
波数の低いサンプリングパルス光を発生するサンプリン
グパルス光発生手段と、前記被測定光信号と前記サンプ
リングパルス光発生手段より出力されるサンプリングパ
ルス光とを合波する光合波手段と、前記光合波手段の出
力光を非線形光学結晶内で相互相関させて前記被測定光
信号の光周波数と前記サンプリングパルス光発生手段よ
り出力されるサンプリングパルス光の光周波数の和の周
波数を有する和周波光を発生する光相互相関手段と、前
記光相互相関手段が発生する光を電気信号に変換する光
電変換手段と、前記光電変換手段から出力される電気信
号から前記被測定光信号の時間波形を表示する波形表示
手段を有した光サンプリング波形観測装置であって、前
記非線形光学結晶が、その非線形光学結晶の内部から発
生する前記和周波光の位相が整合するように、前記非線
形光学結晶の分極を周期的に反転させるものからなるこ
とを特徴とする。以上の構造によれば、非線形光学結晶
の分極反転周期を擬似位相整合条件とすると、ＳＦ光の
発生効率が最大になる。これにより、非線形光学結晶か
ら大きなＳＦ光が発生されるので、信号成分が向上し、
ＳＮ比が向上する。
ため、この発明は以下の各々の構成を具備してなるもの
である。即ち、本発明にかかる光サンプリング波形観測
装置は、被測定光信号よりもパルス幅が狭く繰り返し周
波数の低いサンプリングパルス光を発生するサンプリン
グパルス光発生手段と、前記被測定光信号と前記サンプ
リングパルス光発生手段より出力されるサンプリングパ
ルス光とを合波する光合波手段と、前記光合波手段の出
力光を非線形光学結晶内で相互相関させて前記被測定光
信号の光周波数と前記サンプリングパルス光発生手段よ
り出力されるサンプリングパルス光の光周波数の和の周
波数を有する和周波光を発生する光相互相関手段と、前
記光相互相関手段が発生する光を電気信号に変換する光
電変換手段と、前記光電変換手段から出力される電気信
号から前記被測定光信号の時間波形を表示する波形表示
手段を有した光サンプリング波形観測装置であって、前
記非線形光学結晶が、その非線形光学結晶の内部から発
生する前記和周波光の位相が整合するように、前記非線
形光学結晶の分極を周期的に反転させるものからなるこ
とを特徴とする。以上の構造によれば、非線形光学結晶
の分極反転周期を擬似位相整合条件とすると、ＳＦ光の
発生効率が最大になる。これにより、非線形光学結晶か
ら大きなＳＦ光が発生されるので、信号成分が向上し、
ＳＮ比が向上する。
【０００９】また、本発明にかかる光サンプリング波形
観測装置は、先に記載の発明にかかる光サンプリング波
形観測装置において、前記非線形光学結晶の分極を反転
させた周期を、前記非線形光学結晶の内部の各位置から
発生する、前記サンプリングパルス光発生手段より出力
されるサンプリングパルス光の光周波数の２倍の周波数
を有する第二高調波光の位相が整合しない長さにするこ
とを特徴とする。この場合、非線形光学結晶の分極反転
周期を擬似位相整合条件を満足するように設定した上で
上述の関係とすることで、サンプリングパルス光がＳＨ
光を発生させてしまうことに起因する雑音成分としての
ＳＨ光が容易に分離されるので、被測定光信号からのＳ
Ｆ光のみが測定に利用される。
観測装置は、先に記載の発明にかかる光サンプリング波
形観測装置において、前記非線形光学結晶の分極を反転
させた周期を、前記非線形光学結晶の内部の各位置から
発生する、前記サンプリングパルス光発生手段より出力
されるサンプリングパルス光の光周波数の２倍の周波数
を有する第二高調波光の位相が整合しない長さにするこ
とを特徴とする。この場合、非線形光学結晶の分極反転
周期を擬似位相整合条件を満足するように設定した上で
上述の関係とすることで、サンプリングパルス光がＳＨ
光を発生させてしまうことに起因する雑音成分としての
ＳＨ光が容易に分離されるので、被測定光信号からのＳ
Ｆ光のみが測定に利用される。
【００１０】更に本発明にかかる光サンプリング波形観
測装置は、先のいずれかの発明にかかる光サンプリング
波形観測装置において、前記非線形光学結晶からの出力
光のうち、前記和周波光を選択的に前記光電変換手段へ
導く手段を有することを特徴とする。このように和周波
光を選択的に光電変換手段に送ることで電気信号処理部
において波形表示が可能となる。
測装置は、先のいずれかの発明にかかる光サンプリング
波形観測装置において、前記非線形光学結晶からの出力
光のうち、前記和周波光を選択的に前記光電変換手段へ
導く手段を有することを特徴とする。このように和周波
光を選択的に光電変換手段に送ることで電気信号処理部
において波形表示が可能となる。
【００１１】更に本発明にかかる光サンプリング波形観
測装置は、先のいずれかの請求項に記載の発明にかかる
光サンプリング波形観測装置において、前記非線形光学
結晶に周期的分極反転ニオブ酸リチウム結晶を用いるこ
とを特徴とする。
測装置は、先のいずれかの請求項に記載の発明にかかる
光サンプリング波形観測装置において、前記非線形光学
結晶に周期的分極反転ニオブ酸リチウム結晶を用いるこ
とを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、この
発明の第１の実施の形態にかかる光サンプリング波形観
測装置の一構成例を示すブロック図であり、同ブロック
図において従来技術にかかる図６に示す要素と共通する
要素については、個々に同一符号を付し、それら部分の
説明を適宜省略する。図１に示す構成例の光サンプリン
グ波形観測装置Ｈは、サンプリングパルス光発生部（サ
ンプリングパルス光発生手段）１と光合成部（光合波手
段）２と光相互相関手段３０と受光部４と電気信号処理
部５と波形表示部６を有し、光相互相関手段３０として
用いられる非線形光学結晶に周期的分極反転ニオブ酸リ
チウム結晶（以下ＰＰＬＮ結晶と略称する）が使用され
てなるものであり、他の構成要素は、図６に示す従来装
置の構成要素と同等とされている。
発明の第１の実施の形態にかかる光サンプリング波形観
測装置の一構成例を示すブロック図であり、同ブロック
図において従来技術にかかる図６に示す要素と共通する
要素については、個々に同一符号を付し、それら部分の
説明を適宜省略する。図１に示す構成例の光サンプリン
グ波形観測装置Ｈは、サンプリングパルス光発生部（サ
ンプリングパルス光発生手段）１と光合成部（光合波手
段）２と光相互相関手段３０と受光部４と電気信号処理
部５と波形表示部６を有し、光相互相関手段３０として
用いられる非線形光学結晶に周期的分極反転ニオブ酸リ
チウム結晶（以下ＰＰＬＮ結晶と略称する）が使用され
てなるものであり、他の構成要素は、図６に示す従来装
置の構成要素と同等とされている。
【００１３】即ち、被測定光信号（光角周波数ωsig ）
Ｓに対し、サンプリングパルス光発生部１より発せられ
るサンプリング用の光パルス（光角周波数ωsamp）Ｐを
光合波部２で合波し、被測定光信号Ｓとサンプリングパ
ルス光Ｐによる和周波光の疑似位相整合条件を持つ光相
互相関手段（周期的分極反転型ニオブ酸リチウム結晶：
ＰＰＬＮ結晶）３０に入力する。
Ｓに対し、サンプリングパルス光発生部１より発せられ
るサンプリング用の光パルス（光角周波数ωsamp）Ｐを
光合波部２で合波し、被測定光信号Ｓとサンプリングパ
ルス光Ｐによる和周波光の疑似位相整合条件を持つ光相
互相関手段（周期的分極反転型ニオブ酸リチウム結晶：
ＰＰＬＮ結晶）３０に入力する。
【００１４】ＰＰＬＮ結晶の光相互相関手段３０は、２
次の非線形光学効果に基づき、被測定光信号Ｓとサンプ
リングパルス光Ｐとの和周波光を発生する。このとき、
サンプリングパルス光Ｐのパルス幅を被測定光信号Ｓの
被測定光信号のパルス幅よりも十分に狭くし、サンプリ
ングパルス光Ｐの繰り返し周波数を被測定光信号Ｓの基
本周波数の整数分の１から若干高く（あるいは低く）す
る方法、あるいはサンプリングパルス光Ｐの繰り返し周
波数を被測定光信号Ｓの基本周波数の整数分の１近傍に
設定し、サンプリングパルス光Ｐを遅延させ、その遅延
量を掃引する方法等によって被測定光信号Ｓとサンプリ
ングパルス光Ｐとの時間的相対位置を掃引することがで
き、被測定光信号Ｓとサンプリングパルス光Ｐの相互相
関信号を和周波光としてＰＰＬＮ結晶の光相互相関手段
３０から出力することができる。
次の非線形光学効果に基づき、被測定光信号Ｓとサンプ
リングパルス光Ｐとの和周波光を発生する。このとき、
サンプリングパルス光Ｐのパルス幅を被測定光信号Ｓの
被測定光信号のパルス幅よりも十分に狭くし、サンプリ
ングパルス光Ｐの繰り返し周波数を被測定光信号Ｓの基
本周波数の整数分の１から若干高く（あるいは低く）す
る方法、あるいはサンプリングパルス光Ｐの繰り返し周
波数を被測定光信号Ｓの基本周波数の整数分の１近傍に
設定し、サンプリングパルス光Ｐを遅延させ、その遅延
量を掃引する方法等によって被測定光信号Ｓとサンプリ
ングパルス光Ｐとの時間的相対位置を掃引することがで
き、被測定光信号Ｓとサンプリングパルス光Ｐの相互相
関信号を和周波光としてＰＰＬＮ結晶の光相互相関手段
３０から出力することができる。
【００１５】次に、受光部（光電変換手段）４は、この
和周波光を検波（光電変換）して電気信号処理部５に出
力する。電気信号処理部５は、受光部４の出力信号を増
幅した後にアナログデジタル変換処理を施し、波形表示
部（ディスプレイ等の波形表示手段）６に被測定光信号
Ｓの波形を表示するので、被測定光信号Ｓの波形を視覚
的に認識することができる。
和周波光を検波（光電変換）して電気信号処理部５に出
力する。電気信号処理部５は、受光部４の出力信号を増
幅した後にアナログデジタル変換処理を施し、波形表示
部（ディスプレイ等の波形表示手段）６に被測定光信号
Ｓの波形を表示するので、被測定光信号Ｓの波形を視覚
的に認識することができる。
【００１６】次に、ＰＰＬＮ結晶の光相互相関手段３０
によるＳＦ光３の発生効率は後述する数式１のように表
すことができる。ただし、数式１において、ηsf はＳ
Ｆ光の発生効率、Ｐsf はＳＦ光の光強度、Ｐsig は被
測定光信号の光強度、Ｐsamp はサンプリングパルス光
Ｐの光強度、μ0 は真空中の透磁率、ε0 は真空中の誘
電率、ωsig は被測定光信号の光角周波数、ωsamp は
サンプリングパルス光Ｐの光角周波数、ｄ33 はＰＰＬ
Ｎ結晶の非線形光学定数、ｌ はＰＰＬＮ結晶の長さ、
ｋsf はＳＦ光の波数ベクトル、ｋsig は被測定光信号
の波数ベクトル、ｋsamp はサンプリングパルス光Ｐの
波数ベクトル、Λ はＰＰＬＮ結晶の分極反転周期、ｎ
sig は被測定光信号の波長におけるＰＰＬＮ結晶の屈折
率、ｎsamp はサンプリングパルス光の波長におけるＰ
ＰＬＮ結晶の屈折率、ｎsf はＳＦ光の波長におけるＰ
ＰＬＮ結晶の屈折率、ＡはＰＰＬＮ結晶内におけるビー
ム断面積を表す。
によるＳＦ光３の発生効率は後述する数式１のように表
すことができる。ただし、数式１において、ηsf はＳ
Ｆ光の発生効率、Ｐsf はＳＦ光の光強度、Ｐsig は被
測定光信号の光強度、Ｐsamp はサンプリングパルス光
Ｐの光強度、μ0 は真空中の透磁率、ε0 は真空中の誘
電率、ωsig は被測定光信号の光角周波数、ωsamp は
サンプリングパルス光Ｐの光角周波数、ｄ33 はＰＰＬ
Ｎ結晶の非線形光学定数、ｌ はＰＰＬＮ結晶の長さ、
ｋsf はＳＦ光の波数ベクトル、ｋsig は被測定光信号
の波数ベクトル、ｋsamp はサンプリングパルス光Ｐの
波数ベクトル、Λ はＰＰＬＮ結晶の分極反転周期、ｎ
sig は被測定光信号の波長におけるＰＰＬＮ結晶の屈折
率、ｎsamp はサンプリングパルス光の波長におけるＰ
ＰＬＮ結晶の屈折率、ｎsf はＳＦ光の波長におけるＰ
ＰＬＮ結晶の屈折率、ＡはＰＰＬＮ結晶内におけるビー
ム断面積を表す。
【００１７】
【数１】
【００１８】図２は数式１に基づいてＳＦ光の発生効率
と分極反転周期Λの関係の一例を表した特性図である。
図２に示す特性から、ＰＰＬＮ結晶の分極反転周期Λを
２π／（Ｋsf−Ｋsig−Ｋsamp）に設定する（これは疑
似位相整合条件と呼ぶことができる。）と、ＳＦ光の発
生効率ηは最大となる。従って、ＰＰＬＮ結晶の光相互
相関手段３０から大きなＳＦ光の発生が得られ、受光部
４及び電気信号処理部５における信号成分が向上し、光
サンプリング波形観測装置のＳＮ比が向上することが明
らかになった。
と分極反転周期Λの関係の一例を表した特性図である。
図２に示す特性から、ＰＰＬＮ結晶の分極反転周期Λを
２π／（Ｋsf−Ｋsig−Ｋsamp）に設定する（これは疑
似位相整合条件と呼ぶことができる。）と、ＳＦ光の発
生効率ηは最大となる。従って、ＰＰＬＮ結晶の光相互
相関手段３０から大きなＳＦ光の発生が得られ、受光部
４及び電気信号処理部５における信号成分が向上し、光
サンプリング波形観測装置のＳＮ比が向上することが明
らかになった。
【００１９】（第２の実施形態）この発明の第２の実施
形態にかかる光サンプリング波形観測装置の大略構成は
第１の実施の形態と同一である。ただし、第２の実施形
態では、ＰＰＬＮ結晶の分極反転周期Λ及びサンプリン
グパルス光Ｐの波長を、ＳＦ光発生の疑似位相整合条件
を満足させるように設定すると同時に、ＰＰＬＮ結晶の
分極反転周期Λが、サンプリングパルス光の第二高調波
（ＳＨ）光の疑似位相整合条件から、はずれるように設
定する。
形態にかかる光サンプリング波形観測装置の大略構成は
第１の実施の形態と同一である。ただし、第２の実施形
態では、ＰＰＬＮ結晶の分極反転周期Λ及びサンプリン
グパルス光Ｐの波長を、ＳＦ光発生の疑似位相整合条件
を満足させるように設定すると同時に、ＰＰＬＮ結晶の
分極反転周期Λが、サンプリングパルス光の第二高調波
（ＳＨ）光の疑似位相整合条件から、はずれるように設
定する。
【００２０】サンプリングパルス光ＰのＳＨ光３の発生
効率は以下の数式２のように表すことができる。ただ
し、数式２において式１と同じ記号は式１と同一のパラ
メータを表し、η shはサンプリングパルス光ＰのＳＨ光
の発生効率、ＰshはＳＨ光の光強度、ｋshはＳＨ光の波
数ベクトル、ｎshはＳＨ光の波長におけるＰＰＬＮ結晶
の屈折率を表す。
効率は以下の数式２のように表すことができる。ただ
し、数式２において式１と同じ記号は式１と同一のパラ
メータを表し、η shはサンプリングパルス光ＰのＳＨ光
の発生効率、ＰshはＳＨ光の光強度、ｋshはＳＨ光の波
数ベクトル、ｎshはＳＨ光の波長におけるＰＰＬＮ結晶
の屈折率を表す。
【００２１】
【数２】
【００２２】サンプリングパルス光Ｐの第二高調波（Ｓ
Ｈ）光は、サンプリングパルス光Ｐの光強度が被測定光
信号Ｓに比べ非常に大きいため容易に発生し易く、ま
た、サンプリングパルス光ＰのＳＨ光は、ＳＦ光３の波
長に近く分離しにくい。仮に、受光部４にＳＦ光３と同
時にサンプリングパルス光ＰのＳＨ光が入力されると、
サンプリングパルス光ＰのＳＨ光は雑音となり、光サン
プリング波形観測装置のＳＮ比を劣化させる。大きなＳ
Ｆ光３を得ながら、サンプリングパルス光Ｐの雑音成分
としてのＳＨ光をできるだけ発生させないためには、Ｐ
ＰＬＮ結晶の分極反転周期Λとサンプリングパルス光の
波長を適切に、即ち、ＰＰＬＮ結晶の分極反転周期Λが
サンプリングパルス光の第二高調波（ＳＨ）光の疑似位
相整合条件からはずれるように設定する必要がある。
Ｈ）光は、サンプリングパルス光Ｐの光強度が被測定光
信号Ｓに比べ非常に大きいため容易に発生し易く、ま
た、サンプリングパルス光ＰのＳＨ光は、ＳＦ光３の波
長に近く分離しにくい。仮に、受光部４にＳＦ光３と同
時にサンプリングパルス光ＰのＳＨ光が入力されると、
サンプリングパルス光ＰのＳＨ光は雑音となり、光サン
プリング波形観測装置のＳＮ比を劣化させる。大きなＳ
Ｆ光３を得ながら、サンプリングパルス光Ｐの雑音成分
としてのＳＨ光をできるだけ発生させないためには、Ｐ
ＰＬＮ結晶の分極反転周期Λとサンプリングパルス光の
波長を適切に、即ち、ＰＰＬＮ結晶の分極反転周期Λが
サンプリングパルス光の第二高調波（ＳＨ）光の疑似位
相整合条件からはずれるように設定する必要がある。
【００２３】図３は、被測定光信号Ｓの波長が1559ｎｍ
の場合、数式１及び数式２に基づいてＳＦ光３及びサン
プリングパルス光ＰのＳＨ光の発生効率とサンプリング
パルス光Ｐの波長との関係の一例を表した特性図であ
る。図３中、実線がＳＦ光３の発生効率とサンプリング
パルス光Ｐの波長との関係を示し、波線がサンプリング
パルス光ＰのＳＨ光の発生効率とサンプリングパルス光
Ｐの波長との関係を表している。
の場合、数式１及び数式２に基づいてＳＦ光３及びサン
プリングパルス光ＰのＳＨ光の発生効率とサンプリング
パルス光Ｐの波長との関係の一例を表した特性図であ
る。図３中、実線がＳＦ光３の発生効率とサンプリング
パルス光Ｐの波長との関係を示し、波線がサンプリング
パルス光ＰのＳＨ光の発生効率とサンプリングパルス光
Ｐの波長との関係を表している。
【００２４】例えば、図３より、ＰＰＬＮ結晶の分極反
転周期Λを18.92 μｍとし、サンプリングパルス光Ｐの
波長を1533ｎｍとすれば、実線が示すようにＳＦ光３の
疑似位相整合条件が満たされ、最大のＳＦ光３の発生効
率が得られる。また、波線が示すようにサンプリングパ
ルス光Ｐの波長を1533ｎｍとした場合は、サンプリング
パルス光ＰのＳＨ光の発生効率は非常に小さい。従っ
て、被測定光信号の波長を1559ｎｍとした場合、ＰＰＬ
Ｎ結晶の分極反転周期Λを18.92 μｍとし、サンプリン
グパルス光Ｐの波長を1533ｎｍにすると大きなＳＦ光３
を得ることができると共に、雑音となるサンプリングパ
ルス光ＰのＳＨ光を抑圧することができる。これによ
り、光サンプリング波形観測装置のＳＮ比を向上できる
効果を得ることができる。
転周期Λを18.92 μｍとし、サンプリングパルス光Ｐの
波長を1533ｎｍとすれば、実線が示すようにＳＦ光３の
疑似位相整合条件が満たされ、最大のＳＦ光３の発生効
率が得られる。また、波線が示すようにサンプリングパ
ルス光Ｐの波長を1533ｎｍとした場合は、サンプリング
パルス光ＰのＳＨ光の発生効率は非常に小さい。従っ
て、被測定光信号の波長を1559ｎｍとした場合、ＰＰＬ
Ｎ結晶の分極反転周期Λを18.92 μｍとし、サンプリン
グパルス光Ｐの波長を1533ｎｍにすると大きなＳＦ光３
を得ることができると共に、雑音となるサンプリングパ
ルス光ＰのＳＨ光を抑圧することができる。これによ
り、光サンプリング波形観測装置のＳＮ比を向上できる
効果を得ることができる。
【００２５】（第３の実施形態）図４は、この発明の第
３の実施形態にかかる光サンプリング波形観測装置の構
成例を示すブロック図であり、同図において図１に示す
要素と共通する要素については同一符号を付し、その説
明を適宜省略する。図４に示す第３の実施形態にかかる
装置の構成は、図１に示す構成に対し、ＰＰＬＮ結晶の
光相互相関手段３０より出力されるＳＦ光３を透過さ
せ、サンプリングパルス光ＰのＳＨ光を抑圧して受光部
４へ出力する光帯域フィルタ７を備えた点に特徴を有す
る。この光帯域フィルタ７を備えたことにより、大きな
ＳＦ光３の発生が得られると同時に、雑音となるサンプ
リングパルス光ＰのＳＨ光を抑圧できるため、光サンプ
リング波形観測装置のＳＮ比を向上させることができ
る。
３の実施形態にかかる光サンプリング波形観測装置の構
成例を示すブロック図であり、同図において図１に示す
要素と共通する要素については同一符号を付し、その説
明を適宜省略する。図４に示す第３の実施形態にかかる
装置の構成は、図１に示す構成に対し、ＰＰＬＮ結晶の
光相互相関手段３０より出力されるＳＦ光３を透過さ
せ、サンプリングパルス光ＰのＳＨ光を抑圧して受光部
４へ出力する光帯域フィルタ７を備えた点に特徴を有す
る。この光帯域フィルタ７を備えたことにより、大きな
ＳＦ光３の発生が得られると同時に、雑音となるサンプ
リングパルス光ＰのＳＨ光を抑圧できるため、光サンプ
リング波形観測装置のＳＮ比を向上させることができ
る。
【００２６】図５は、この発明の第３の実施の形態にか
かる光サンプリング波形観測装置の被測定光信号ピーク
強度とＳＮ比の関係の一例を示す特性図である。図中●
印がＰＰＬＮ結晶を用いた本発明例の実験結果、実線が
理論計算結果、▲印が従来のＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）
結晶を非線形光学結晶に用いた光サンプリング波形観測
装置の実験結果を表している。
かる光サンプリング波形観測装置の被測定光信号ピーク
強度とＳＮ比の関係の一例を示す特性図である。図中●
印がＰＰＬＮ結晶を用いた本発明例の実験結果、実線が
理論計算結果、▲印が従来のＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）
結晶を非線形光学結晶に用いた光サンプリング波形観測
装置の実験結果を表している。
【００２７】図５に示す結果から、従来のＫＴＰ結晶を
非線形光学結晶に用いた光サンプリング波形観測装置に
比べ、本発明にかかるＰＰＬＮ結晶を非線形光学結晶に
用いた光サンプリング波形観測装置の方がＳ／Ｎ比が約
１５ｄＢ向上している。しかも本発明にかかるＰＰＬＮ
結晶を非線形光学結晶に用いた光サンプリング波形観測
装置は、理論計算値に近いという極めて優れたＳＮ比を
示すことが明らかになった。
非線形光学結晶に用いた光サンプリング波形観測装置に
比べ、本発明にかかるＰＰＬＮ結晶を非線形光学結晶に
用いた光サンプリング波形観測装置の方がＳ／Ｎ比が約
１５ｄＢ向上している。しかも本発明にかかるＰＰＬＮ
結晶を非線形光学結晶に用いた光サンプリング波形観測
装置は、理論計算値に近いという極めて優れたＳＮ比を
示すことが明らかになった。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光サン
プリング波形観測装置の光相互相関手段の非線形光学結
晶として、分極を周期的に反転させてた非線形光学結晶
を用いることにより、大きなＳＦ光の発生が可能とな
り、光サンプリング波形観測装置のＳＮ比を向上させる
ことができる効果を奏する。従って本発明装置によれ
ば、微弱光信号の波形を直接測定することができ、光増
幅器による波形の劣化や雑音の影響を受けない光サンプ
リング波形観測を行うことができる効果を奏する。
プリング波形観測装置の光相互相関手段の非線形光学結
晶として、分極を周期的に反転させてた非線形光学結晶
を用いることにより、大きなＳＦ光の発生が可能とな
り、光サンプリング波形観測装置のＳＮ比を向上させる
ことができる効果を奏する。従って本発明装置によれ
ば、微弱光信号の波形を直接測定することができ、光増
幅器による波形の劣化や雑音の影響を受けない光サンプ
リング波形観測を行うことができる効果を奏する。
【００２９】また、非線形光学結晶の分極反転周期を、
サンプリングパルス光の光周波数の２倍の周波数を有す
る第二高調波光の位相と整合しない長さにすることで、
サンプリングパルス光がＳＨ光を発生させてしまうこと
に起因する雑音成分としてのＳＨ光を容易に分離できる
ので、被測定光信号からのＳＦ光のみを測定に有効に利
用することができ、雑音成分に影響されない光サンプリ
ング波形観測を行うことができる効果を奏する。
サンプリングパルス光の光周波数の２倍の周波数を有す
る第二高調波光の位相と整合しない長さにすることで、
サンプリングパルス光がＳＨ光を発生させてしまうこと
に起因する雑音成分としてのＳＨ光を容易に分離できる
ので、被測定光信号からのＳＦ光のみを測定に有効に利
用することができ、雑音成分に影響されない光サンプリ
ング波形観測を行うことができる効果を奏する。
【００３０】更に、非線形光学結晶からの出射光のう
ち、和周波光を選択的に光電変換手段に導くならば、微
弱光信号の波形を直接確実に測定することができ、光増
幅器による波形の劣化や雑音の影響を受けない光サンプ
リング波形観測をより確実に行うことができる。また、
非線形光学結晶として具体的に周期的反転ニオブ酸リチ
ウム結晶を用いることで、波形の劣化や雑音の影響を受
けない光サンプリング波形観測を理想的な理論計算結果
に近いＳ／Ｎ比で行うことができる。
ち、和周波光を選択的に光電変換手段に導くならば、微
弱光信号の波形を直接確実に測定することができ、光増
幅器による波形の劣化や雑音の影響を受けない光サンプ
リング波形観測をより確実に行うことができる。また、
非線形光学結晶として具体的に周期的反転ニオブ酸リチ
ウム結晶を用いることで、波形の劣化や雑音の影響を受
けない光サンプリング波形観測を理想的な理論計算結果
に近いＳ／Ｎ比で行うことができる。
【図１】 本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態
にかかる光サンプリング波形観測装置の主構成を示すブ
ロック図である。
にかかる光サンプリング波形観測装置の主構成を示すブ
ロック図である。
【図２】 本発明の装置によるＳＦ光の発生効率と分極
反転周期Λとの関係を測定した結果を示す特性図であ
る。
反転周期Λとの関係を測定した結果を示す特性図であ
る。
【図３】 本発明の装置によるＳＦ光の発生効率及びサ
ンプリングパルス光の第二高調波の発生効率とサンプリ
ングパルス光の波長との関係の測定結果を示す特性図で
ある。
ンプリングパルス光の第二高調波の発生効率とサンプリ
ングパルス光の波長との関係の測定結果を示す特性図で
ある。
【図４】 本発明の第３の実施形態及にかかる光サンプ
リング波形観測装置の構成を示すブロック図である。
リング波形観測装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明の第３の実施形態にかかる光サンプリ
ング波形観測装置の被測定光信号ピーク強度とＳＮ比の
関係の測定結果を示す特性図である。
ング波形観測装置の被測定光信号ピーク強度とＳＮ比の
関係の測定結果を示す特性図である。
【図６】 従来技術にかかる光サンプリング波形観測装
置の一構成例を示すブロック図である。
置の一構成例を示すブロック図である。
Ｈ・・・光サンプリング波形観測装置、Ｐ・・・サンプリング
光パルス、Ｓ・・・被測定光信号、１・・・サンプリングパル
ス光発生部（光パルス発生手段）、２・・・光合波部（光
合成手段）、３・・・ＳＦ光、３０・・・光相互相関手段（Ｐ
ＰＬＮ結晶）、４・・・受光部（光電変換手段）、５・・・電
気信号処理部、６・・・波形表示部（波形表示手段）、７・
・・光帯域フィルタ。
光パルス、Ｓ・・・被測定光信号、１・・・サンプリングパル
ス光発生部（光パルス発生手段）、２・・・光合波部（光
合成手段）、３・・・ＳＦ光、３０・・・光相互相関手段（Ｐ
ＰＬＮ結晶）、４・・・受光部（光電変換手段）、５・・・電
気信号処理部、６・・・波形表示部（波形表示手段）、７・
・・光帯域フィルタ。
Claims (4)
- 【請求項１】被測定光信号よりもパルス幅が狭く繰り返
し周波数の低いサンプリングパルス光を発生するサンプ
リングパルス光発生手段と、 前記被測定光信号と前記サンプリングパルス光発生手段
より出力される光パルスとを合波する光合波手段と、 前記光合波手段の出力光を非線形光学結晶内で相互相関
させて前記被測定光信号の光周波数と前記サンプリング
パルス光発生手段より出力されるサンプリングパルス光
の光周波数との和の周波数を有する和周波光を発生する
光相互相関手段と、 前記光相互相関手段が発生する光を電気信号に変換する
光電変換手段と、 前記光電変換手段から出力される電気信号から前記被測
定光信号の時間波形を表示する波形表示手段を有した光
サンプリング波形観測装置であって、 前記非線形光学結晶が、その非線形光学結晶の内部から
発生する前記和周波光の位相が整合するように、前記非
線形光学結晶の分極を周期的に反転させるものからなる
ことを特徴とする光サンプリング波形観測装置。 - 【請求項２】前記非線形光学結晶の分極を反転させた周
期が、前記非線形光学結晶の内部から発生する、前記サ
ンプリングパルス光発生手段より出力されるサンプリン
グパルス光の光周波数の２倍の周波数を有する第二高調
波光の位相が整合しない長さに設定されてなることを特
徴とする請求項１に記載の光サンプリング波形観測装
置。 - 【請求項３】前記非線形光学結晶からの出力光のうち、
前記和周波光を選択的に前記光電変換手段へ導く手段が
具備されてなることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載の光サンプリング波形観測装置。 - 【請求項４】前記非線形光学結晶として、周期的分極反
転ニオブ酸リチウム結晶が用いられてなることを特徴と
する請求項１ないし請求項３記載のいずれかに記載の光
サンプリング波形観測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05193999A JP3404479B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 光サンプリング波形観測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05193999A JP3404479B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 光サンプリング波形観測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000249604A true JP2000249604A (ja) | 2000-09-14 |
| JP3404479B2 JP3404479B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=12900846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05193999A Expired - Fee Related JP3404479B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 光サンプリング波形観測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3404479B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6815662B2 (en) | 2001-05-10 | 2004-11-09 | Agilent Technologies, Inc. | Apparatus and method for measuring optical signals by optical sampling |
| JP2010181193A (ja) * | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 光検出装置及び光検出方法 |
| CN105806494A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-07-27 | 南京大学 | 一种opo超短脉冲激光脉冲宽度互相关测量系统 |
| CN108775966A (zh) * | 2018-09-05 | 2018-11-09 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种双延迟三阶相关仪 |
-
1999
- 1999-02-26 JP JP05193999A patent/JP3404479B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6815662B2 (en) | 2001-05-10 | 2004-11-09 | Agilent Technologies, Inc. | Apparatus and method for measuring optical signals by optical sampling |
| JP2010181193A (ja) * | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 光検出装置及び光検出方法 |
| CN105806494A (zh) * | 2016-03-11 | 2016-07-27 | 南京大学 | 一种opo超短脉冲激光脉冲宽度互相关测量系统 |
| CN108775966A (zh) * | 2018-09-05 | 2018-11-09 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种双延迟三阶相关仪 |
| CN108775966B (zh) * | 2018-09-05 | 2023-06-09 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种双延迟三阶相关仪 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3404479B2 (ja) | 2003-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6456380B1 (en) | Method and apparatus for measuring waveform of optical signal | |
| Juodawlkis et al. | Optically sampled analog-to-digital converters | |
| US8917197B2 (en) | System and method for improving performance of photonic samplers | |
| EP2304412A1 (en) | System for generating raman vibrational analysis signals | |
| US20120062876A1 (en) | Ultrafast chirped optical waveform recorder using a time microscope | |
| JP3751547B2 (ja) | 光サンプリング波形観測装置 | |
| JP2003114150A (ja) | 光標本化方法及び光標本化装置 | |
| JP3404479B2 (ja) | 光サンプリング波形観測装置 | |
| Lundström et al. | Experimental characterization of the phase squeezing properties of a phase-sensitive parametric amplifier in non-degenerate idler configuration | |
| US7411683B2 (en) | Electric field measurement of optical waveforms | |
| Chen et al. | Characteristic measurement for femtosecond laser pulses using a GaAs PIN photodiode as a two-photon photovoltaic receiver | |
| JP2000329618A (ja) | 光信号電界の時間波形測定方法及び装置 | |
| JP3937021B2 (ja) | サンプリング光発生装置とそれを用いた光サンプリング装置 | |
| WO2008083445A1 (en) | Optical analysis system and method | |
| JPH0663869B2 (ja) | 光サンプリング波形測定装置 | |
| JPH10132665A (ja) | 光サンプリング波形観測装置 | |
| JP3385890B2 (ja) | 光サンプリング波形測定装置 | |
| JPH09159536A (ja) | 光サンプリング光波形測定装置 | |
| JP2002257633A (ja) | 光サンプリングによる光パルス波形測定装置 | |
| JPH0769220B2 (ja) | 光サンプリング波形測定装置 | |
| JP3612557B2 (ja) | 物理量計測装置および物理量計測方法 | |
| de Andrade et al. | Quantum-enhanced stimulated Raman scattering | |
| JP6789658B2 (ja) | 光源装置及びそれを用いた情報取得装置 | |
| JP4025324B2 (ja) | 波長分散測定装置及び波長分散測定方法 | |
| JP2003222644A (ja) | 光サンプリング波形観測装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |