JP2001194241A - 光サンプリング波形測定方法及び光サンプリング波形測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長距離の光伝送路を介して伝送された超高速
の被測定光のパルスの波形でも十分な時間分解能を持っ
て実時間で測定する。 【解決手段】 開示される光サンプリング波形測定方法
は、繰り返し周波数ｆ_０を有する被測定光に基づいて繰
り返し周波数ｆ_０と常に一定の繰り返し周波数差Δｆと
なる繰り返し周波数ｆ_ｓを有するサンプリング光を生成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光サンプリング
波形測定方法及び光サンプリング波形測定装置に関し、
詳しくは、光通信や光情報処理等に用いられる超高速の
光信号のパルスの波形を測定する光サンプリング波形測
定方法及び光サンプリング波形測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信において伝送されるデータ
の大容量化に伴って、光信号を複数の波長に分離して伝
送する波長多重方式の技術と共に、一波長当たりのデー
タ伝送レートを１００Ｇｂ／ｓを超えるように高速化す
る技術の研究・開発が活発になされている。このような
状況の下では、安定でコヒーレントな超高速の光パルス
列を生成する技術と共に、これら超高速の光パルス列の
波形を十分な時間分解能を持って実時間で測定する技術
が必要となってきている。特に、ランダムビットデータ
で変調された光パルス列を直接測定するアイパタン測定
は、光伝送系の特性の評価には必要不可欠な技術であ
る。光パルス列を測定する技術としては、一般には、超
高速の光電気変換器と電気サンプリング・オシロスコー
プとを用いる方法がある。この方法を用いれば、アイパ
タン測定は可能であるが、現状では、測定可能な光信号
の周波数帯域がせいぜい４０ＧＨｚ程度であり、一波長
当たりのデータ伝送レートが４０Ｇｂ／ｓを超える光パ
ルス列の波形を十分な時間分解能を持って実時間で測定
することは困難である。

【０００３】そこで、上記した不都合を解決する光パル
ス列の測定技術として、従来から、光サンプリング波形
測定方法がある。この光サンプリング波形測定方法は、
測定すべき被測定光と、被測定光のパルス幅より十分狭
いパルス幅を有するサンプリング光とを非線形光学材料
に入射し、その非線形光学効果を利用して取り出した被
測定光とサンプリング光との強度相互相関光に基づいて
被測定光の波形を測定する方法であり、光領域で被測定
光をサンプリングすることができるため、十分な時間分
解能を持って繰り返し周波数が４０Ｇｂ／ｓを超える超
高速の光パルス列の波形を実時間で測定することができ
る。

【０００４】図６は、そのような光サンプリング波形測
定方法を用いた従来の光サンプリング波形測定装置の構
成例を示すブロック図である。図６において、太い実線
は光信号の流れを示し、細い実線は電気信号の流れを示
している。この例の光サンプリング波形測定装置は、外
部装置６１と光学的及び電気的に接続されており、駆動
信号発振器６２と、サンプリング光源６３と、非線形光
学材料６４と、光学フィルタ６５と、光検出器６６と、
信号処理回路６７と、表示器６８とから概略構成されて
おり、例えば、特開平８−２９８１４号公報や特開平９
−１６００８２号公報にその概要が開示されている。

【０００５】外部装置６１は、周波数ｆ_０を有する駆動
信号を発振する駆動信号発振器７１と、駆動信号発振器
７１によって駆動され、繰り返し周波数ｆ_０を有する被
測定光（図７（ａ）参照）を出射する被測定光源７２と
から構成されている。駆動信号発振器６２は、駆動信号
発振器７１と電気的に接続され、周波数ｆ_０を有する駆
動信号と位相同期した周波数ｆ_ｓを有する駆動信号を発
振する。このように、駆動信号発振器６２と駆動信号発
振器７１とを電気的に接続しているのは、被測定光の位
相とサンプリング光の位相との同期をとることにより、
時間分解能低減の原因であるサンプリング光の各パルス
の対応する被測定光の各パルスに対する時間差δｔ（後
述）のゆらぎ（相互ジッタ）を低減させるためである。
これにより、原理的には、サンプリング光のパルス幅に
相当する時間分解能が得られる。サンプリング光源６３
は、駆動信号発振器６２によって駆動され、被測定光の
繰り返し周波数ｆ_０又はその整数分の１の周波数ｆ_０／
Ｎ（Ｎ：自然数）と僅かに異なる繰り返し周波数ｆ
_ｓ（＝ｆ_０／Ｎ−Δｆ）を有するサンプリング光（図７
（ｂ）参照、Ｎ＝１の場合）を出射する。

【０００６】非線形光学材料６４は、和周波光発生（Ｓ
ＦＧ：Sum Frequency Generation）等の２次の非線形光
学効果を有するＫＴＰその他の強誘電体結晶や、四光波
混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）等の３次の非線形光
学効果を有する半導体光増幅器や光ファイバその他の石
英系光導波路等からなり、被測定光の各パルスとサンプ
リング光の各パルスとの強度相互相関光（繰り返し周波
数ｆ_ｓ）を出射する（図７（ｃ）参照）。ここで、サン
プリング光の各パルスの対応する被測定光の各パルスに
対する時間差δｔは、サンプリング時間に相当し、式
（１）で表される。

【０００７】

【数１】 δｔ＝１／ｆ_ｓ−Ｎ／ｆ_０≒Δｆ／ｆ_ｓ ^２ …(１)

【０００８】例えば、サンプリング光の繰り返し周波数
ｆ_ｓを１ＧＨｚとし、周波数差Δｆを１００ｋＨｚとす
ると、時間差δｔは、式（１）より、０．１ｐｓ（ピコ
秒）となる。

【０００９】光学フィルタ６５は、強度相互相関光の背
景光である被測定光、サンプリング光、被測定光及びサ
ンプリング光の第２次高調波等を除去して、強度相互相
関光だけを通過させる。光検出器６６は、光学フィルタ
６５を通過した強度相互相関光を電気パルスに光電変換
する。この場合、光検出器６６は、サンプリング光の繰
り返し周波数ｆ _ｓ以上の周波数帯域を有していなければ
ならない。何故なら、表示器６８にアイパタン（図７
（ｄ）参照）を正確に表示するためには、図７（ｃ）に
示す強度相互相関光の各パルスを隣接するパルスと干渉
することなく別個に光電変換する必要があるからであ
る。もっとも、例えば、被測定光の繰り返し周波数ｆ_０
が１００ＧＨｚである場合でも、Ｎを１０００に設定す
れば、サンプリング光の繰り返し周波数ｆ_ｓは約１００
ＭＨｚとなるので、光検出器６６の周波数帯域は、１０
０ＭＨｚであれば良い。信号処理回路６７は、サンプリ
ング光の繰り返し周波数（サンプリング周波数）ｆ_ｓと
同期して、光検出器６６から供給される電気パルスのピ
ーク値、すなわち、図７（ｃ）に示す黒丸に相当する値
を抽出した後、複数個の波形を周期１／ＮΔｆで表示器
６８の同一画面上に重ね書き表示することにより、図７
（ｄ）に示すように、アイパタンを表示する。これによ
り、測定者は、表示器６８に表示されたアイパタンの開
口度等により光伝送系の特性を評価することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の光サンプリング波形測定装置においては、被測定光の
位相とサンプリング光の位相との同期をとるために、駆
動信号発振器６２と駆動信号発振器７１とを電気的に接
続しているが、例えば、外部装置６１から出射され、数
ｋｍの長さを有する光ファイバ等の光伝送路を介して伝
送された繰り返し周波数が４０Ｇｂ／ｓを超える超高速
の被測定光のパルスの波形を実時間で測定する場合に
は、駆動信号発振器６２と駆動信号発振器７１とを数ｋ
ｍの長さを有するケーブルを介して電気的に接続するこ
とは現実的ではない。何故なら、ケーブルを用いたので
は信号の減衰等により超高速の電気信号を長距離に亙っ
て伝送することができないからこそ、わざわざ電気信号
から光信号への変換、光伝送路を用いた光通信、光信号
から電気信号への変換という過程を経ているからであ
る。したがって、この場合には、被測定光の位相とサン
プリング光の位相との同期をとることができないため、
時間差δｔのゆらぎ（相互ジッタ）が低減せず、時間分
解能が低減してしまうという問題があった。

【００１１】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、長距離の光伝送路を介して伝送された超高速の
被測定光のパルスの波形を十分な時間分解能を持って実
時間で測定することができる光サンプリング波形測定方
法及び光サンプリング波形測定装置を提供することを目
的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、測定すべき被測定光と、上
記被測定光のパルス幅より十分狭いパルス幅を有するサ
ンプリング光とを非線形光学材料に入射し、上記非線形
光学材料から出射された上記被測定光と上記サンプリン
グ光との強度相互相関光に基づいて、上記被測定光の波
形を測定する光サンプリング波形測定方法に係り、上記
被測定光に基づいて、上記被測定光の繰り返し周波数と
常に一定の繰り返し周波数差となる繰り返し周波数を有
するサンプリング光を生成することを特徴としている。

【００１３】また、請求項２記載の発明は、測定すべき
被測定光と、上記被測定光のパルス幅より十分狭いパル
ス幅を有するサンプリング光とを非線形光学材料に入射
し、上記非線形光学材料から出射された上記被測定光と
上記サンプリング光との強度相互相関光に基づいて、上
記被測定光の波形を測定する光サンプリング波形測定方
法に係り、上記被測定光から上記被測定光と同期した光
クロックを抽出する第１の処理と、上記光クロックを光
電変換して得られた電気信号の周波数と常に一定の周波
数差となる周波数を有する駆動信号を生成する第２の処
理と、上記駆動信号に基づいて、上記被測定光の繰り返
し周波数と常に一定の繰り返し周波数差となる繰り返し
周波数を有するサンプリング光を生成する第３の処理と
を有することを特徴としている。

【００１４】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載の光サンプリング波形測定方法に係り、上記第１の処
理では、受動モード同期動作状態の受動モード同期レー
ザに上記被測定光を入射することにより、上記被測定光
と同期した、上記被測定光の繰り返し周波数の整数分の
１の繰り返し周波数を有する光クロックを抽出すること
を特徴としている。

【００１５】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の光サンプリング波形測定方法に係り、上記受動モー
ド同期レーザは、受動モード同期半導体レーザであるこ
とを特徴としている。

【００１６】また、請求項５記載の発明は、請求項２乃
至４のいずれか１に記載の光サンプリング波形測定方法
に係り、上記第２の処理では、上記電気信号を分周して
得られたオフセット信号と、上記電気信号と上記駆動信
号とを混合して得られた差信号との位相差に基づいて、
上記駆動信号を生成することを特徴としている。

【００１７】また、請求項６記載の発明は、請求項２乃
至４のいずれか１に記載の光サンプリング波形測定方法
に係り、上記第２の処理では、上記電気信号を分周して
得られたオフセット信号と上記電気信号とを混合して得
られた差信号と、上記駆動信号の位相差に基づいて、上
記駆動信号を生成することを特徴としている。

【００１８】また、請求項７記載の発明は、請求項２乃
至４のいずれか１に記載の光サンプリング波形測定方法
に係り、上記第２の処理では、上記電気信号を分周して
得られたオフセット信号と、上記駆動信号を分周して得
られた電気信号との位相差に基づいて、上記駆動信号を
生成することを特徴としている。

【００１９】また、請求項８記載の発明は、請求項５乃
至７のいずれか１に記載の光サンプリング波形測定方法
に係り、上記駆動信号と同期して上記強度相互相関光を
光電変換して得られた電気パルスのピーク値を抽出し、
上記オフセット信号をトリガとして上記電気パルスの複
数個の波形を重ね書き表示することにより、アイパタン
を表示する第４の処理を有することを特徴としている。

【００２０】また、請求項９記載の発明は、請求項８記
載の光サンプリング波形測定方法に係り、上記第４の処
理では、上記駆動信号を分周して得られた信号と同期し
て、上記電気パルスのピーク値を抽出することを特徴と
している。

【００２１】また、請求項１０記載の発明は、測定すべ
き被測定光と、上記被測定光のパルス幅より十分狭いパ
ルス幅を有するサンプリング光とを非線形光学材料に入
射し、上記非線形光学材料から出射された上記被測定光
と上記サンプリング光との強度相互相関光に基づいて、
上記被測定光の波形を測定する光サンプリング波形測定
装置に係り、上記被測定光に基づいて、上記被測定光の
繰り返し周波数と常に一定の繰り返し周波数差となる繰
り返し周波数を有するサンプリング光を生成するサンプ
リング光生成手段を備えてなることを特徴としている。

【００２２】また、請求項１１記載の発明は、測定すべ
き被測定光と、上記被測定光のパルス幅より十分狭いパ
ルス幅を有するサンプリング光とを非線形光学材料に入
射し、上記非線形光学材料から出射された上記被測定光
と上記サンプリング光との強度相互相関光に基づいて、
上記被測定光の波形を測定する光サンプリング波形測定
装置に係り、上記被測定光から上記被測定光と同期した
光クロックを抽出する光クロック抽出器と、上記光クロ
ックを光電変換する第１の光検出器と、上記第１の光検
出器の出力信号の周波数と常に一定の周波数差となる周
波数を有する駆動信号を生成する位相同期ループ回路
と、上記駆動信号に基づいて、上記被測定光の繰り返し
周波数と常に一定の繰り返し周波数差となる繰り返し周
波数を有するサンプリング光を生成するサンプリング光
源とを備えてなることを特徴としている。

【００２３】また、請求項１２記載の発明は、請求項１
１記載の光サンプリング波形測定装置に係り、上記光ク
ロック抽出器は、受動モード同期動作状態において、入
射された上記被測定光と同期した、上記被測定光の繰り
返し周波数の整数分の１の繰り返し周波数を有する光ク
ロックを出射する受動モード同期レーザを有することを
特徴としている。

【００２４】また、請求項１３記載の発明は、請求項１
２記載の光サンプリング波形測定装置に係り、上記受動
モード同期レーザは、受動モード同期半導体レーザであ
ることを特徴としている。

【００２５】また、請求項１４記載の発明は、請求項１
１乃至１３のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、上記位相同期ループ回路は、上記電気信
号を分周してオフセット信号を出力する分周器と、上記
駆動信号を生成する電圧制御発振器と、上記電気信号と
上記駆動信号とを混合して差信号を出力するミキサと、
上記オフセット信号と上記差信号との位相差に応じて生
成した誤差信号に基づいて、上記駆動信号の周波数を制
御する位相比較器とを備えてなることを特徴としてい
る。

【００２６】また、請求項１５記載の発明は、請求項１
１乃至１３のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、上記位相同期ループ回路は、上記電気信
号を分周してオフセット信号を出力する分周器と、上記
駆動信号を生成する電圧制御発振器と、上記電気信号と
上記オフセットとを混合して差信号を出力するミキサ
と、上記差信号と上記駆動信号の位相差に応じて生成し
た誤差信号に基づいて、上記駆動信号の周波数を制御す
る位相比較器とを備えてなることを特徴としている。

【００２７】また、請求項１６記載の発明は、請求項１
１乃至１３のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、上記位相同期ループ回路は、上記電気信
号を分周してオフセット信号を出力する第１の分周器
と、上記駆動信号を生成する電圧制御発振器と、上記駆
動信号を分周して分周信号を出力する第２の分周器と、
上記オフセット信号と上記分周信号の位相差に応じて生
成した誤差信号に基づいて、上記駆動信号の周波数を制
御する位相比較器とを備えてなることを特徴としてい
る。

【００２８】また、請求項１７記載の発明は、請求項１
４乃至１６のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、前記分周器、前記第１及び第２の分周器
は、ＥＣＬからなることを特徴としている。

【００２９】また、請求項１８記載の発明は、請求項１
４乃至１７のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、上記強度相互相関光を光電変換して電気
パルスを出力する第２の光検出器と、上記駆動信号と同
期して上記電気パルスのピーク値を抽出し、上記オフセ
ット信号をトリガとして上記電気パルスの複数個の波形
を重ね書き表示することにより、アイパタンを表示する
波形表示手段とを備えてなることを特徴としている。

【００３０】また、請求項１９記載の発明は、請求項１
８記載の光サンプリング波形測定装置に係り、上記波形
表示手段は、上記駆動信号を分周して得られた信号と同
期して、上記電気パルスのピーク値を抽出することを特
徴としている。

【００３１】また、請求項２０記載の発明は、請求項１
１乃至１９のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、上記サンプリング光源から出射されたサ
ンプリング光の分散を補償する分散補償器を備えてなる
ことを特徴としている。

【００３２】また、請求項２１記載の発明は、請求項２
０記載の光サンプリング波形測定装置に係り、上記分散
補償器は、分散補償光ファイバからなることを特徴とし
ている。

【００３３】また、請求項２２記載の発明は、請求項１
０乃至２１のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、上記被測定光の偏光状態を上記非線形光
学材料に対して最適に調整して上記非線形光学材料に入
射する第１の偏光制御器と、上記サンプリング光の偏光
状態を上記非線形光学材料に対して最適に調整して上記
非線形光学材料に入射する第２の偏光制御器とを備えて
なることを特徴としている。

【００３４】また、請求項２３記載の発明は、請求項２
２記載の光サンプリング波形測定装置に係り、上記第１
の偏光制御器から出射された被測定光と、上記第２の偏
光制御器から出射されたサンプリング光とを結合器で合
波して上記非線形光学材料に入射する結合器を備えてな
ることを特徴としている。

【００３５】また、請求項２４記載の発明は、請求項１
０乃至２３のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、上記被測定光を増幅する第１の光増幅器
と、上記サンプリング光を増幅する第２の光増幅器とを
備えてなることを特徴としている。

【００３６】また、請求項２５記載の発明は、請求項２
４記載の光サンプリング波形測定装置に係り、上記第１
及び第２の光増幅器は、希土類元素が添加された光ファ
イバ増幅器又は半導体光増幅器からなることを特徴とし
ている。

【００３７】また、請求項２６記載の発明は、請求項１
０乃至２５のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、上記強度相互相関光を増幅する光増幅器
を備えてなることを特徴としている。

【００３８】また、請求項２７記載の発明は、請求項１
１乃至２６のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
定装置に係り、上記第１の光検出器の出力信号を増幅す
る増幅器を備えてなることを特徴としている。

【００３９】

【作用】この発明の構成によれば、長距離の光伝送路を
介して伝送された超高速の被測定光のパルスの波形であ
っても、十分な時間分解能を持って実時間で測定するこ
とができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 Ａ．第１の実施例 まず、この発明の第１の実施例について説明する。図１
は、この発明の第１の実施例である光サンプリング波形
測定装置の構成を示すブロック図である。図１におい
て、太い実線は光信号の流れを示し、細い実線は電気信
号の流れを示している。この例の光サンプリング波形測
定装置は、光クロック抽出器１と、光検出器２と、バン
ドパスフィルタ（以下、ＢＰＦという）３と、位相同期
ループ（ＰＬＬ： Phase Locked Loop）回路４と、サン
プリング光源５と、非線形光学材料６と、光学フィルタ
７と、光検出器８と、信号処理回路９と、表示器１０と
から概略構成されている。

【００４１】光クロック抽出器１は、図示せぬ外部装置
から光ファイバ等の長距離の光伝送路を介して伝送され
た繰り返し周波数ｆ_０を有する被測定光の一部が分岐さ
れて入射され、被測定光と同期した繰り返し周波数ｆ_０
／Ｎを有する光クロックを発生する。ここで、図２に光
クロック抽出器１の構成の一例を示す。この例の光クロ
ック抽出器１は、アイソレータ１１と、レンズ１２と、
受動モード同期半導体レーザ１３と、バイアス電源１４
と、直流電源１５と、レンズ１６と、アイソレータ１７
とから概略構成されている。受動モード同期半導体レー
ザ１３の、共振器長をＬとし、群速度分散を含んだ屈折
率をｎとし、受動モード同期動作における繰り返し周波
数をｆ_Ｍとすると共に、真空中の高速をｃとした場合、
繰り返し周波数ｆ_Ｍは、式（２）で表される。

【００４２】

【数２】ｆ_Ｍ＝ｃ／２ｎＬ …(２)

【００４３】そこで、繰り返し周波数ｆ_Ｍが式（３）を
満足するように共振器長Ｌを設定すると共に、受動モー
ド同期半導体レーザ１３の可飽和吸収領域１３ａにバイ
アス電源１４により逆バイアスを印加し、利得領域１３
ｂに直流電源１５により順電流を注入すると、受動モー
ド同期半導体レーザ１３が受動モード同期動作する。

【００４４】

【数３】ｆ_Ｍ≒ｆ_０／Ｎ …(３)

【００４５】この受動モード同期動作状態において、繰
り返し周波数ｆ_０を有する被測定光の一部をアイソレー
タ１１及びレンズ１２を介して受動モード同期半導体レ
ーザ１３に入射すると、可飽和吸収領域１３ａが周波数
ｆ_０で変調されて、モード同期周波数が被測定光の繰り
返し周波数ｆ_０の整数分の１であるｆ_０／Ｎに引き込ま
れるので、レンズ１６及びアイソレータ１７を介して被
測定光と同期した繰り返し周波数ｆ_０／Ｎを有する光ク
ロックが出射される。この場合に増加するジッタの量
は、光クロック抽出器１の動作条件を適切に設定するこ
とにより、ｆｓ（フェムト秒）の範囲となり、無視でき
るほど小さい。

【００４６】また、図１に示す光検出器２は、光クロッ
ク抽出器１から出射された光クロックを電気信号に光電
変換する。ＢＰＦ３は、光検出器２から供給される電気
信号のうち、周波数ｆ_０／Ｎ近傍の周波数を有する電気
信号のみを通過させ、周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信
号として出力する。

【００４７】ＰＬＬ回路４は、ＢＰＦ３から供給された
正弦波信号の周波数と常に一定の周波数差Δｆとなる周
波数ｆ_ｓを有する駆動信号と、周波数Δｆを有するオフ
セット信号とを生成して出力する。ここで、図３にＰＬ
Ｌ回路４の構成の一例を示す。この例のＰＬＬ回路４
は、ミキサ２１と、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと
いう）２２と、分周器２３と、位相比較器２４と、電圧
制御発振器（ＶＣＯ）２５とから概略構成されている。
ミキサ２１は、ＢＰＦ３から供給された周波数ｆ_０／Ｎ
を有する正弦波信号の一部と、ＶＣＯ２５から供給され
た周波数ｆ_ｓ（＝ｆ_０／Ｎ−Δｆ）を有する駆動信号と
を混合して周波数（ｆ_０／Ｎ−ｆ_ｓ）を有する差信号、
周波数（ｆ_０／Ｎ＋ｆ_ｓ）を有する和信号及びこれらの
高調波信号を出力する。ＬＰＦ２２は、ミキサ２１から
供給された信号のうち、周波数（ｆ_０／Ｎ−ｆ_ｓ）を有
する差信号だけを通過させる。分周器２３は、例えば、
ＥＣＬ（Emitter Coupled Logic）等の超高速動作が可
能なデジタル論理回路からなり、ＢＰＦ３から供給され
た周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信号の一部をＭ（Ｍ：
自然数）分の１に分周して周波数Δｆ（＝ｆ_０／Ｎ／
Ｍ）を有するオフセット信号を出力する。このように、
分周器２３として、ＥＣＬ等の超高速動作が可能なデジ
タル論理回路を用いているので、オフセット信号の立ち
上がり時間は短く、オフセット信号の揺らぎは小さい。
したがって、このオフセット信号をトリガとして用いて
いる表示器１０にアイパタンが鮮明に表示されるため、
光サンプリング波形測定装置の時間分解能が向上する。
位相比較器２４は、周波数（ｆ_０／Ｎ−ｆ_ｓ）を有する
差信号の位相と、周波数Δｆを有するオフセット信号の
位相とを比較し、その位相差に応じた誤差信号を出力す
る。ＶＣＯ２５は、位相比較器２４から供給された誤差
信号の電圧に応じて、その周波数が常に周波数ｆ_ｓ（＝
ｆ_０／Ｎ−Δｆ）に制御された駆動信号を発振してミキ
サ２１及び信号処理回路９に供給する。

【００４８】また、図１に示すサンプリング光源５は、
ＰＬＬ回路４から供給された駆動信号に基づいて、被測
定光の繰り返し周波数ｆ_０又はその整数分の１の周波数
ｆ_０／Ｎと僅かに異なる繰り返し周波数ｆ_ｓ（＝ｆ_０／
Ｎ−Δｆ）を有するパルス幅の狭いサンプリング光を出
射する。サンプリング光源５としては、例えば、モード
同期半導体レーザ等のファブリペロー共振器型モード同
期レーザ、光ファイバレーザ等のリング共振器型モード
同期レーザ、利得スイッチング半導体レーザなどを挙げ
ることができる。なお、これらのレーザの詳細について
は、上記した特開平８−２９８１４号公報や特開平９−
１６００８２号公報を参照されたい。

【００４９】非線形光学材料６は、ＳＦＧ等の２次の非
線形光学効果を有するＫＴＰその他の強誘電体結晶や、
ＦＷＭ等の３次の非線形光学効果を有する光ファイバそ
の他の石英系光導波路、半導体光増幅器等からなり、被
測定光の各パルスとサンプリング光の各パルスとの強度
相互相関光（繰り返し周波数ｆ_ｓ）を出射する。被測定
光の光周波数をν_ｓｉｇとし、サンプリング光の光周波
数をν_ｓｍｐとすると、２次の非線形光学効果を有する
非線形光学材料６を用いた場合には、非線形光学材料６
において、式（４）に示す光周波数ν_ｓｕｍを有する和
周波光又は式（５）に示す光周波数ν_ｄｅｆを有する差
周波光が発生して強度相互相関光として出射され、３次
の非線形光学効果を有する非線形光学材料６を用いた場
合には、非線形光学材料６において、式（６）に示す光
周波数ν_ｆｗｍを有する四波混合光が発生して強度相互
相関光として出射される。

【００５０】

【数４】ν_ｓｕｍ＝ν_ｓｉｇ＋ν_ｓｍｐ …(４)

【００５１】

【数５】ν_def＝|ν_sig−ν_smp| …(５)

【００５２】

【数６】ν_ｆｗｍ＝２ν_ｓｍｐ−ν_ｓｉｇ…(６)

【００５３】光学フィルタ７は、強度相互相関光の背景
光である被測定光、サンプリング光、被測定光及びサン
プリング光の第２次高調波等を除去して、強度相互相関
光だけを通過させる。光検出器８は、光学フィルタ７を
通過した強度相互相関光を電気パルスに光電変換する。
この場合、光検出器８は、［従来の技術］において説明
したように、サンプリング光の繰り返し周波数ｆ_ｓ以上
の周波数帯域を有していなければならない。信号処理回
路９は、ＰＬＬ回路４から供給されるサンプリング光の
繰り返し周波数（サンプリング周波数）ｆ_ｓを有する駆
動信号と同期して、光検出器８から供給される電気パル
スのピーク値、すなわち、図７（ｃ）に示す黒丸に相当
する値を抽出した後、ＰＬＬ回路４から供給された周波
数Δｆを有するオフセット信号をトリガとして用いて、
複数個の波形を周期１／ＮΔｆで表示器１０の同一画面
上に重ね書き表示することにより、図７（ｄ）に示すよ
うに、アイパタンを表示する。

【００５４】次に、上記構成の光サンプリング波形測定
装置の動作について説明する。まず、図示せぬ外部装置
から光ファイバ等の長距離の光伝送路を介して伝送され
た繰り返し周波数ｆ_０を有する被測定光（図７（ａ）参
照）の一部が光クロック抽出器１に入射するので、光ク
ロック抽出器１からは被測定光と同期した繰り返し周波
数ｆ_０／Ｎを有する光クロックが出射される。次に、光
クロック抽出器１から出射された光クロックが光検出器
２において電気信号に光電変換されるので、その電気信
号のうち、周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信号だけがＢ
ＰＦ３を通過してＰＬＬ回路４に供給される。

【００５５】次に、周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信号
は、ＰＬＬ回路４において、その一部が分周器２３にお
いてＭ分の１に分周され、周波数Δｆを有するオフセッ
ト信号として出力されて、位相比較器２４に供給される
と共に、表示器１０にトリガとして供給される。一方、
周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信号の他の一部は、ミキ
サ２１においてＶＣＯ２５から供給された周波数ｆ_ｓを
有する駆動信号と混合されるので、ミキサ２１からは周
波数（ｆ_０／Ｎ−ｆ_ｓ）を有する差信号、周波数（ｆ_０
／Ｎ＋ｆ _ｓ）を有する和信号及びこれらの高調波信号が
出力される。これらの信号のうち、周波数（ｆ_０／Ｎ−
ｆ_ｓ）を有する差信号だけがＬＰＦ２２を通過した後、
位相比較器２４において、その位相と、周波数Δｆを有
するオフセット信号の位相とが比較され、位相比較器２
４からはその位相差に応じた誤差信号が出力される。こ
れにより、ＶＣＯ２５において、位相比較器２４から供
給された誤差信号の電圧に応じて、その周波数が常に周
波数ｆ_ｓに制御された駆動信号が発振される。

【００５６】このＰＬＬ回路４において生成された周波
数Δｆ（＝ｆ_０／Ｎ／Ｍ）を有するオフセット信号は、
繰り返し周波数ｆ_０を有する被測定光と同期した繰り返
し周波数ｆ_０／Ｎを有する光クロックを光電変換して得
られた周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信号を分周したも
のであるため、被測定光と同期している。したがって、
ＶＣＯ２５から出力される駆動信号の周波数が常に周波
数ｆ_ｓ（＝ｆ_０／Ｎ−Δｆ）に制御されるならば、周波
数ｆ_ｓを有する駆動信号の位相と繰り返し周波数ｆ_０を
有する被測定光の位相とは、常に同期していることにな
る。

【００５７】次に、周波数ｆ_ｓを有し、その位相が繰り
返し周波数ｆ_０を有する被測定光の位相と常に同期して
いる駆動信号がサンプリング光源５に供給されるので、
サンプリング光源５からは、繰り返し周波数ｆ_ｓを有す
るパルス幅の狭いサンプリング光（図７（ｂ）参照）が
出射され、非線形光学材料６に入射される。一方、図示
せぬ外部装置から光ファイバ等の長距離の光伝送路を介
して伝送された繰り返し周波数ｆ_０を有する被測定光の
他の一部も非線形光学材料６に入射される。これによ
り、非線形光学材料６から被測定光の各パルスとサンプ
リング光の各パルスとの強度相互相関光（図７（ｃ）参
照）が出射され、光学フィルタ７を通過した後、光検出
器８において電気パルスに光電変換される。次に、光検
出器８から出力された電気パルスは、信号処理回路９に
おいて、信号処理され、そのピーク値、すなわち、図７
（ｃ）に示す黒丸に相当する値が抽出された後、ＰＬＬ
回路４から供給された周波数Δｆを有するオフセット信
号がトリガとして用いられて、複数個の波形が周期１／
ＮΔｆで表示器１０の同一画面上に重ね書き表示され、
図７（ｄ）に示すように、アイパタンとして表示され
る。これにより、測定者は、表示器１０に表示されたア
イパタンの開口度等により光伝送系の特性を評価するこ
とができる。

【００５８】このように、この例の構成によれば、従来
の光サンプリング波形測定装置のように、外部装置６１
に設けられた駆動信号発振器７１と光サンプリング波形
測定装置に設けられた駆動信号発振器６２とを電気的に
接続することなく、ＰＬＬ回路４において、繰り返し周
波数ｆ_０を有する被測定光からその被測定光と互いの位
相が同期した周波数ｆ_ｓを有する駆動信号を生成し、そ
の駆動信号に基づいて、サンプリング光源５において、
繰り返し周波数ｆ_ｓを有するサンプリング光を生成して
いる。したがって、たとえ、数ｋｍの長さを有する光フ
ァイバ等の光伝送路を介して伝送された繰り返し周波数
が４０Ｇｂ／ｓを超える超高速の被測定光のパルスの波
形を実時間で測定する場合であっても、被測定光の位相
とサンプリング光の位相との同期をとることができるた
め、時間差δｔのゆらぎ（相互ジッタ）を低減させるこ
とができ、時間分解能を向上させることができる。

【００５９】Ｂ．第２の実施例 次に、この発明の第２の実施例について説明する。この
第２の実施例においては、図１に示す光サンプリング波
形測定装置の構成のうち、ＰＬＬ回路４に代えて、図４
に示すＰＬＬ回路３１を設けたことを特徴としている。
この例のＰＬＬ回路３１は、分周器３２と、ミキサ３３
と、ＢＰＦ３４と、位相比較器３５と、ＶＣＯ３６とか
ら概略構成されている。分周器３２は、例えば、ＥＣＬ
等の超高速動作が可能なデジタル論理回路からなり、Ｂ
ＰＦ３から供給された周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信
号の一部をＭ（Ｍ：自然数）分の１に分周して周波数Δ
ｆ（＝ｆ_０／Ｎ／Ｍ）を有するオフセット信号を出力す
る。ミキサ３３は、ＢＰＦ３から供給された周波数ｆ_０
／Ｎを有する正弦波信号の一部と、分周器３２から供給
された周波数Δｆを有するオフセット信号とを混合して
周波数（ｆ_０／Ｎ−Δｆ）を有する差信号、周波数（ｆ
_０／Ｎ＋Δｆ）を有する和信号及びこれらの高調波信号
を出力する。ＢＰＦ３４は、ミキサ３３から供給された
信号のうち、周波数（ｆ_０／Ｎ−Δｆ）を有する差信号
だけを通過させる。位相比較器３５は、ＢＰＦ３４から
供給された周波数（ｆ_０／Ｎ−Δｆ）を有する差信号の
位相と、ＶＣＯ３６から供給された周波数ｆ_ｓ（＝ｆ_０
／Ｎ−Δｆ）を有する駆動信号の位相とを比較し、その
位相差に応じた誤差信号を出力する。ＶＣＯ３６は、位
相比較器３５から供給された誤差信号の電圧に応じて、
その周波数が常に周波数ｆ_ｓ（＝ｆ_０／Ｎ−Δｆ）に制
御された駆動信号を発振して位相比較器３５及び信号処
理回路９に供給する。

【００６０】次に、上記構成のＰＬＬ回路３１の動作に
ついて説明する。まず、周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波
信号は、その一部が分周器３２においてＭ分の１に分周
され、周波数Δｆを有するオフセット信号として出力さ
れて、ミキサ３３に供給されると共に、表示器１０にト
リガとして供給される。一方、周波数ｆ_０／Ｎを有する
正弦波信号の他の一部は、ミキサ３３において分周器３
２から供給された周波数Δｆを有するオフセット信号と
混合されるので、ミキサ３３からは周波数（ｆ_０／Ｎ−
Δｆ）を有する差信号、周波数（ｆ_０／Ｎ＋Δｆ）を有
する和信号及びこれらの高調波信号が出力される。これ
らの信号のうち、周波数（ｆ_０／Ｎ−Δｆ）を有する差
信号だけがＢＰＦ３４を通過した後、位相比較器３５に
おいて、その位相と、周波数ｆ_ｓを有する駆動信号の位
相とが比較され、位相比較器３５からはその位相差に応
じた誤差信号が出力される。これにより、ＶＣＯ３６に
おいて、位相比較器３５から供給された誤差信号の電圧
に応じて、その周波数が常に周波数ｆ_ｓに制御された駆
動信号が発振される。

【００６１】分周器３２から出力された周波数Δｆ（＝
ｆ_０／Ｎ／Ｍ）を有するオフセット信号は、繰り返し周
波数ｆ_０を有する被測定光と同期した繰り返し周波数ｆ
_０／Ｎを有する光クロックを光電変換して得られた周波
数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信号を分周したものであるた
め、被測定光と同期している。したがって、ＶＣＯ３６
から出力される駆動信号の周波数が常に周波数ｆ_ｓ（＝
ｆ_０／Ｎ−Δｆ）に制御されるならば、周波数ｆ_ｓを有
する駆動信号の位相と繰り返し周波数ｆ_０を有する被測
定光の位相とは、常に同期していることになる。このよ
うに、この例の構成によれば、上記した第１の実施例と
略同様の効果を得ることができる。

【００６２】Ｃ．第３の実施例 次に、この発明の第３の実施例について説明する。この
第３の実施例においては、図１に示す光サンプリング波
形測定装置の構成のうち、ＰＬＬ回路４に代えて、図５
に示すＰＬＬ回路４１を設けたことを特徴としている。
この例のＰＬＬ回路４１は、分周器４２及び４３と、位
相比較器４４と、ＶＣＯ４５とから概略構成されてい
る。分周器４２は、例えば、ＥＣＬ等の超高速動作が可
能なデジタル論理回路からなり、ＢＰＦ３から供給され
た周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信号をＭ（Ｍ：自然
数）分の１に分周して周波数Δｆ（＝ｆ_０／Ｎ／Ｍ）を
有するオフセット信号を出力する。分周器４３は、例え
ば、ＥＣＬ等の超高速動作が可能なデジタル論理回路か
らなり、ＶＣＯ４５から供給された周波数ｆ_ｓ（＝ｆ_０
／Ｎ−Δｆ）を有する駆動信号をＫ（Ｋ：自然数）分の
１に分周して周波数ｆ_ｓ／Ｋを有する第２駆動信号を出
力する。なお、分周係数ＭとＫとは、周波数Δｆ（＝ｆ
_０／Ｎ／Ｍ）と周波数ｆ_ｓ／Ｋとが等しい値となるよう
に設定する。位相比較器４４は、分周器４２から供給さ
れた周波数Δｆ（＝ｆ_０／Ｎ／Ｍ）を有するオフセット
信号の位相と、分周器４３から供給された周波数ｆ_ｓ／
Ｋを有する第２駆動信号の位相とを比較し、その位相差
に応じた誤差信号を出力する。ＶＣＯ４５は、位相比較
器４４から供給された誤差信号の電圧に応じて、その周
波数が常に周波数ｆ_ｓ（＝ｆ_０／Ｎ−Δｆ）に制御され
た駆動信号を発振して分周器４３及び信号処理回路９に
供給する。

【００６３】次に、上記構成のＰＬＬ回路４１の動作に
ついて説明する。まず、周波数ｆ_０／Ｎを有する正弦波
信号は、分周器４２においてＭ分の１に分周され、周波
数Δｆを有するオフセット信号として出力されて、位相
比較器４４に供給されると共に、表示器１０にトリガと
して供給される。一方、ＶＣＯ４５から供給された周波
数ｆ_ｓを有する駆動信号は、分周器４３においてＫ分の
１に分周され、周波数ｆ_ｓ／Ｋを有する第２駆動信号と
して出力され、位相比較器４４において、その位相と、
周波数Δｆを有するオフセット信号の位相とが比較さ
れ、位相比較器４４からはその位相差に応じた誤差信号
が出力される。これにより、ＶＣＯ４５において、位相
比較器４４から供給された誤差信号の電圧に応じて、そ
の周波数が常に周波数ｆ_ｓに制御された駆動信号が発振
される。

【００６４】分周既４２から出力された周波数Δｆ（＝
ｆ_０／Ｎ／Ｍ）を有するオフセット信号は、繰り返し周
波数ｆ_０を有する被測定光と同期した繰り返し周波数ｆ
_０／Ｎを有する光クロックを光電変換して得られた周波
数ｆ_０／Ｎを有する正弦波信号を分周したものであるた
め、被測定光と同期している。したがって、ＶＣＯ４５
から出力される駆動信号の周波数が常に周波数ｆ_ｓ（＝
ｆ_０／Ｎ−Δｆ）に制御されるならば、周波数ｆ_ｓを有
する駆動信号の位相と繰り返し周波数ｆ_０を有する被測
定光の位相とは、常に同期していることになる。このよ
うに、この例の構成によれば、上記した第１及び第２の
実施例と略同様の効果を得ることができると共に、ミキ
サ、ＬＰＦ又はＢＰＦを設ける必要がないため、簡単に
構成することができるという効果が得られる。

【００６５】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述
の各実施例においては、サンプリング光源５から出射さ
れたサンプリング光を直接非線形光学材料６に入射する
例を示したが、これに限定されず、サンプリング光源５
から出射されたサンプリング光の時間軸上のパルス幅が
広い場合には、光サンプリング波形測定装置の時間分解
能を低減させてしまう虞があるため、サンプリング光源
５と分散補償光ファイバ等の分散補償器とを組み合わせ
ることによってサンプリング光の時間軸上のパルス幅を
狭めるようにしても良い。これにより、光サンプリング
波形測定装置の時間分解能を向上させることができる。
また、上述の各実施例においては、被測定光の一部及び
サンプリング光を直接非線形光学材料６に入射する例を
示したが、これに限定されず、非線形光学材料６の非線
形光学効果によって発生する強度相互相関光の強度が非
線形光学材料６に入射される入射光の偏波に大きく依存
するため、それぞれ偏光制御器によって被測定光の一部
及びサンプリング光のそれぞれの偏光状態を非線形光学
材料６に対して最適に調整した後に非線形光学材料６に
入射するように構成しても良い。これにより、強度相互
相関光の光強度が上がるので、光サンプリング波形測定
装置の測定感度を上げることができる。この場合、各偏
光制御器から出射された被測定光の一部とサンプリング
光とを結合器で合波した後、非線形光学材料６に入射す
るように構成しても良い。

【００６６】また、上述の各実施例においては、被測定
光の一部及びサンプリング光を直接非線形光学材料６に
入射する例を示したが、これに限定されない。非線形光
学材料６として、ＳＦＧ等の２次の非線形光学効果を有
するものを用いた場合には、非線形光学材料６から出射
される強度相互相関光の光強度は、被測定光の光強度及
びサンプリング光の光強度に比例し、非線形光学材料６
として、３次の非線形光学効果を有するものを用いた場
合には、強度相互相関光の光強度は、被測定光の光強度
及びサンプリング光の光強度の二乗に比例しているの
で、強度相互相関光の光強度を上げて光サンプリング波
形測定装置の測定感度を上げるために、被測定光の一部
及びサンプリング光をそれぞれ増幅した後に非線形光学
材料６に入射するように構成しても良い。被測定光の一
部及びサンプリング光の波長が、例えば、１．３μｍ又
は１．５μｍ帯である場合には、希土類元素が添加され
た光ファイバ増幅器や半導体光増幅器を用いて被測定光
の一部及びサンプリング光を増幅すれば良い。この場
合、増幅器からは増幅された自然放出光などの不要な成
分も出射されるので、増幅された被測定光の一部及びサ
ンプリング光だけを通過させる光ＢＰＦを用いると良
い。また、光サンプリング波形測定装置の測定感度を上
げるためには、強度相互相関光自体を増幅しても良い
し、光検出器２から出力される電気信号を増幅しても良
い。

【００６７】また、上述の各実施例においては、光クロ
ック抽出器１を構成する受動モード同期レーザとして受
動モード同期半導体レーザ１３を用いる例を示したが、
これに限定されず、他の構成の受動モード同期レーザを
用いても略同様の効果を得ることができる。また、上述
の各実施例においては、信号処理回路９は、ＰＬＬ回路
４から供給される周波数ｆ_ｓを有する駆動信号をそのま
まサンプリングに用いる例を示したが、これに限定され
ず、分周器を設けて周波数ｆ_ｓを有する駆動信号を整数
分の１に分周し、分周された信号をサンプリングに用い
るように構成しても良い。例えば、分周器により周波数
ｆ_ｓを有する駆動信号を１０分の１に分周すると、図７
（ｃ）に示す黒丸に相当する値のうち、１０個に１個の
割合で抽出される。このようにサンプリングレートを遅
くすることにより、信号処理回路において、アナログ信
号からデジタルデータへ変換する処理にかかる負担を低
減することができる。

【００６８】また、上述の各実施例においては、この発
明を、数ｋｍの長さを有する光ファイバ等の光伝送路を
介して伝送された繰り返し周波数が４０Ｇｂ／ｓを超え
る超高速の被測定光のパルスの波形を実時間で測定する
場合に適用する例を示したが、これに限定されない。こ
の発明は、外部装置と光サンプリング波形測定装置とが
比較的短い光伝送路を介して接続されている場合や、繰
り返し周波数が４０Ｇｂ／ｓ以下の被測定光のパルスの
波形を実時間で測定する場合にも、適用できることは言
うまでもない。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、被測定光に基づいて、被測定光の繰り返し周波
数と常に一定の繰り返し周波数差となる繰り返し周波数
を有するサンプリング光を生成しているので、長距離の
光伝送路を介して伝送された超高速の被測定光のパルス
の波形であっても、十分な時間分解能を持って実時間で
測定することができる。また、この発明の別の構成によ
れば、電気信号を分周して得られたオフセット信号と、
駆動信号を分周して得られた電気信号との位相差に基づ
いて、駆動信号を生成しているので、装置を簡単に構成
することができる。また、この発明の別の構成によれ
ば、駆動信号を分周して得られた信号と同期して、電気
パルスのピーク値を抽出しているので、アナログ信号か
らデジタルデータへ変換する信号処理にかかる負担を低
減することができる。また、この発明の別の構成によれ
ば、サンプリング光源から出射されたサンプリング光の
分散を補償する分散補償器を備えているので、サンプリ
ング光の時間軸上のパルス幅が狭められ、時間分解能を
向上させることができる。また、この発明の別の構成に
よれば、分周器、第１及び第２の分周器は、ＥＣＬから
なるので、時間分解能を向上させることができる。ま
た、この発明の別の構成によれば、第１及び第２の偏光
制御器を備えているので、強度相互相関光の光強度が上
がり、測定感度を上げることができる。また、この発明
の別の構成によれば、第１及び第２の光増幅器を備えて
いるので、強度相互相関光の光強度が上がり、測定感度
を上げることができる。また、この発明の別の構成によ
れば、強度相互相関光を増幅する光増幅器を備えている
ので、強度相互相関光の光強度が上がり、測定感度を上
げることができる。また、この発明の別の構成によれ
ば、第１の光検出器の出力信号を増幅する増幅器を備え
ているので、測定感度を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例である光サンプリング
波形測定装置の構成を示すブロック図である。

【図２】同装置を構成する光クロック抽出器の構成の一
例を示す概略図である。

【図３】同装置を構成するＰＬＬ回路の構成の一例を示
すブロック図である。

【図４】この発明の第２の実施例である光サンプリング
波形測定装置を構成するＰＬＬ回路の構成の一例を示す
ブロック図である。

【図５】この発明の第３の実施例である光サンプリング
波形測定装置を構成するＰＬＬ回路の構成の一例を示す
ブロック図である。

【図６】従来の光サンプリング波形測定装置の構成例を
示すブロック図である。

【図７】同装置の動作を説明するための波形図である。

【符号の説明】

１ 光クロック抽出器（サンプリング光生成手
段） ２ 光検出器（サンプリング光生成手段、第１
の光検出器） ３ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ、サンプリン
グ光生成手段） ４，３１，４１ ＰＬＬ回路（サンプリング光生成手
段） ５ サンプリング光源（サンプリング光生成手
段） ６ 非線形光学材料 ７ 光学フィルタ（サンプリング光生成手段） ８ 光検出器（第２の光検出器） ９ 信号処理回路（波形表示手段） １０ 表示器（波形表示手段） １１，１７ アイソレータ １２，１６ レンズ １３ 受動モード同期半導体レーザ（受動モード
同期レーザ） １３ａ 可飽和吸収領域 １３ｂ 利得領域 １４ バイアス電源 １５ 直流電源 ２１，３３ ミキサ ２２ ＬＰＦ（ローパスフィルタ） ２３，３２ 分周器 ２４，３５，４４ 位相比較器 ２５，３６，４５ ＶＣＯ（電圧制御発振器） ３４ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ） ４２ 分周器（第１の分周器） ４３ 分周器（第２の分周器） ６１ 外部装置 ６２，７１ 駆動信号発振器 ６３ サンプリング光源 ６４ 非線形光学材料 ６５ 光学フィルタ ６６ 光検出器 ６７ 信号処理回路 ６８ 表示器 ７２ 被測定光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 博仁 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 栗田 寿一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 2G065 AA12 AB09 AB10 AB14 AB26 BA01 BB02 BB04 BC01 BC07 BC14 BC22 BC31 BD01 DA13 2K002 AA04 AB12 AB30 CA02 CA15 DA10 HA19 HA31 5F073 AB30 BA01 EA29 GA02 GA12 HA08 HA11

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定すべき被測定光と、前記被測定光の
   パルス幅より十分狭いパルス幅を有するサンプリング光
   とを非線形光学材料に入射し、前記非線形光学材料から
   出射された前記被測定光と前記サンプリング光との強度
   相互相関光に基づいて、前記被測定光の波形を測定する
   光サンプリング波形測定方法であって、 前記被測定光に基づいて、前記被測定光の繰り返し周波
   数と常に一定の繰り返し周波数差となる繰り返し周波数
   を有するサンプリング光を生成することを特徴とする光
   サンプリング波形測定方法。
2. 【請求項２】 測定すべき被測定光と、前記被測定光の
   パルス幅より十分狭いパルス幅を有するサンプリング光
   とを非線形光学材料に入射し、前記非線形光学材料から
   出射された前記被測定光と前記サンプリング光との強度
   相互相関光に基づいて、前記被測定光の波形を測定する
   光サンプリング波形測定方法であって、 前記被測定光から前記被測定光と同期した光クロックを
   抽出する第１の処理と、 前記光クロックを光電変換して得られた電気信号の周波
   数と常に一定の周波数差となる周波数を有する駆動信号
   を生成する第２の処理と、 前記駆動信号に基づいて、前記被測定光の繰り返し周波
   数と常に一定の繰り返し周波数差となる繰り返し周波数
   を有するサンプリング光を生成する第３の処理とを有す
   ることを特徴とする光サンプリング波形測定方法。
3. 【請求項３】 前記第１の処理では、受動モード同期動
   作状態の受動モード同期レーザに前記被測定光を入射す
   ることにより、前記被測定光と同期した、前記被測定光
   の繰り返し周波数の整数分の１の繰り返し周波数を有す
   る光クロックを抽出することを特徴とする請求項２記載
   の光サンプリング波形測定方法。
4. 【請求項４】 前記受動モード同期レーザは、受動モー
   ド同期半導体レーザであることを特徴とする請求項３記
   載の光サンプリング波形測定方法。
5. 【請求項５】 前記第２の処理では、前記電気信号を分
   周して得られたオフセット信号と、前記電気信号と前記
   駆動信号とを混合して得られた差信号との位相差に基づ
   いて、前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項
   ２乃至４のいずれか１に記載の光サンプリング波形測定
   方法。
6. 【請求項６】 前記第２の処理では、前記電気信号を分
   周して得られたオフセット信号と前記電気信号とを混合
   して得られた差信号と、前記駆動信号の位相差に基づい
   て、前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項２
   乃至４のいずれか１に記載の光サンプリング波形測定方
   法。
7. 【請求項７】 前記第２の処理では、前記電気信号を分
   周して得られたオフセット信号と、前記駆動信号を分周
   して得られた電気信号との位相差に基づいて、前記駆動
   信号を生成することを特徴とする請求項２乃至４のいず
   れか１に記載の光サンプリング波形測定方法。
8. 【請求項８】 前記駆動信号と同期して前記強度相互相
   関光を光電変換して得られた電気パルスのピーク値を抽
   出し、前記オフセット信号をトリガとして前記電気パル
   スの複数個の波形を重ね書き表示することにより、アイ
   パタンを表示する第４の処理を有することを特徴とする
   請求項５乃至７のいずれか１に記載の光サンプリング波
   形測定方法。
9. 【請求項９】 前記第４の処理では、前記駆動信号を分
   周して得られた信号と同期して、前記電気パルスのピー
   ク値を抽出することを特徴とする請求項８記載の光サン
   プリング波形測定方法。
10. 【請求項１０】 測定すべき被測定光と、前記被測定光
    のパルス幅より十分狭いパルス幅を有するサンプリング
    光とを非線形光学材料に入射し、前記非線形光学材料か
    ら出射された前記被測定光と前記サンプリング光との強
    度相互相関光に基づいて、前記被測定光の波形を測定す
    る光サンプリング波形測定装置であって、 前記被測定光に基づいて、前記被測定光の繰り返し周波
    数と常に一定の繰り返し周波数差となる繰り返し周波数
    を有するサンプリング光を生成するサンプリング光生成
    手段を備えてなることを特徴とする光サンプリング波形
    測定装置。
11. 【請求項１１】 測定すべき被測定光と、前記被測定光
    のパルス幅より十分狭いパルス幅を有するサンプリング
    光とを非線形光学材料に入射し、前記非線形光学材料か
    ら出射された前記被測定光と前記サンプリング光との強
    度相互相関光に基づいて、前記被測定光の波形を測定す
    る光サンプリング波形測定装置であって、 前記被測定光から前記被測定光と同期した光クロックを
    抽出する光クロック抽出器と、 前記光クロックを光電変換する第１の光検出器と、 前記第１の光検出器の出力信号の周波数と常に一定の周
    波数差となる周波数を有する駆動信号を生成する位相同
    期ループ回路と、 前記駆動信号に基づいて、前記被測定光の繰り返し周波
    数と常に一定の繰り返し周波数差となる繰り返し周波数
    を有するサンプリング光を生成するサンプリング光源と
    を備えてなることを特徴とする光サンプリング波形測定
    装置。
12. 【請求項１２】 前記光クロック抽出器は、受動モード
    同期動作状態において、入射された前記被測定光と同期
    した、前記被測定光の繰り返し周波数の整数分の１の繰
    り返し周波数を有する光クロックを出射する受動モード
    同期レーザを有することを特徴とする請求項１１記載の
    光サンプリング波形測定装置。
13. 【請求項１３】 前記受動モード同期レーザは、受動モ
    ード同期半導体レーザであることを特徴とする請求項１
    ２記載の光サンプリング波形測定装置。
14. 【請求項１４】 前記位相同期ループ回路は、前記電気
    信号を分周してオフセット信号を出力する分周器と、前
    記駆動信号を生成する電圧制御発振器と、前記電気信号
    と前記駆動信号とを混合して差信号を出力するミキサ
    と、前記オフセット信号と前記差信号との位相差に応じ
    て生成した誤差信号に基づいて、前記駆動信号の周波数
    を制御する位相比較器とを備えてなることを特徴とする
    請求項１１乃至１３のいずれか１に記載の光サンプリン
    グ波形測定装置。
15. 【請求項１５】 前記位相同期ループ回路は、前記電気
    信号を分周してオフセット信号を出力する分周器と、前
    記駆動信号を生成する電圧制御発振器と、前記電気信号
    と前記オフセットとを混合して差信号を出力するミキサ
    と、前記差信号と前記駆動信号の位相差に応じて生成し
    た誤差信号に基づいて、前記駆動信号の周波数を制御す
    る位相比較器とを備えてなることを特徴とする請求項１
    １乃至１３のいずれか１に記載の光サンプリング波形測
    定装置。
16. 【請求項１６】 前記位相同期ループ回路は、前記電気
    信号を分周してオフセット信号を出力する第１の分周器
    と、前記駆動信号を生成する電圧制御発振器と、前記駆
    動信号を分周して分周信号を出力する第２の分周器と、
    前記オフセット信号と前記分周信号の位相差に応じて生
    成した誤差信号に基づいて、前記駆動信号の周波数を制
    御する位相比較器とを備えてなることを特徴とする請求
    項１１乃至１３のいずれか１に記載の光サンプリング波
    形測定装置。
17. 【請求項１７】 前記分周器、前記第１及び第２の分周
    器は、ＥＣＬからなることを特徴とする請求項１４乃至
    １６のいずれか１に記載の光サンプリング波形測定装
    置。
18. 【請求項１８】 前記強度相互相関光を光電変換して電
    気パルスを出力する第２の光検出器と、前記駆動信号と
    同期して前記電気パルスのピーク値を抽出し、前記オフ
    セット信号をトリガとして前記電気パルスの複数個の波
    形を重ね書き表示することにより、アイパタンを表示す
    る波形表示手段とを備えてなることを特徴とする請求項
    １４乃至１７のいずれか１に記載の光サンプリング波形
    測定装置。
19. 【請求項１９】 前記波形表示手段は、前記駆動信号を
    分周して得られた信号と同期して、前記電気パルスのピ
    ーク値を抽出することを特徴とする請求項１８記載の光
    サンプリング波形測定装置。
20. 【請求項２０】 前記サンプリング光源から出射された
    サンプリング光の分散を補償する分散補償器を備えてな
    ることを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１に
    記載の光サンプリング波形測定装置。
21. 【請求項２１】 前記分散補償器は、分散補償光ファイ
    バからなることを特徴とする請求項２０記載の光サンプ
    リング波形測定装置。
22. 【請求項２２】 前記被測定光の偏光状態を前記非線形
    光学材料に対して最適に調整して前記非線形光学材料に
    入射する第１の偏光制御器と、前記サンプリング光の偏
    光状態を前記非線形光学材料に対して最適に調整して前
    記非線形光学材料に入射する第２の偏光制御器とを備え
    てなることを特徴とする請求項１０乃至２１のいずれか
    １に記載の光サンプリング波形測定装置。
23. 【請求項２３】 前記第１の偏光制御器から出射された
    被測定光と、前記第２の偏光制御器から出射されたサン
    プリング光とを結合器で合波して前記非線形光学材料に
    入射する結合器を備えてなることを特徴とする請求項２
    ２記載の光サンプリング波形測定装置。
24. 【請求項２４】 前記被測定光を増幅する第１の光増幅
    器と、前記サンプリング光を増幅する第２の光増幅器と
    を備えてなることを特徴とする請求項１０乃至２３のい
    ずれか１に記載の光サンプリング波形測定装置。
25. 【請求項２５】 前記第１及び第２の光増幅器は、希土
    類元素が添加された光ファイバ増幅器又は半導体光増幅
    器からなることを特徴とする請求項２４記載の光サンプ
    リング波形測定装置。
26. 【請求項２６】 前記強度相互相関光を増幅する光増幅
    器を備えてなることを特徴とする請求項１０乃至２５の
    いずれか１に記載の光サンプリング波形測定装置。
27. 【請求項２７】 前記第１の光検出器の出力信号を増幅
    する増幅器を備えてなることを特徴とする請求項１１乃
    至２６のいずれか１に記載の光サンプリング波形測定装
    置。