JP2002277329A - 光サンプリング波形測定装置 - Google Patents
光サンプリング波形測定装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
- G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被測定光の波長によらず被測定光の光波形を
精度よく測定する。 【解決手段】 サンプリング光及び被測定光を同一光軸
上に偏波面が互いに直交するように合波する合波器３
と、合波されたサンプリング光及び被測定光が入射さ
れ、サンプリング光及び被測定光の和周波光を出射する
非線形光学結晶１０と、出力された和周波光を電気信号
に変換する受光器７と、変換された電気信号を処理して
被測定光の光波形を表示する信号処理部８とを備えた光
サンプリング波形測定装置において、非線形光学結晶を
有機非線形光学結晶のＡＡＮＰ１０で構成し、非線形光
学結晶の位相整合方向１５に垂直な面内に有る結晶の基
準軸と直角に被測定光の偏波方向を設定し、かつ基準軸
と平行にサンプリング光の偏波方向を設定する。
精度よく測定する。 【解決手段】 サンプリング光及び被測定光を同一光軸
上に偏波面が互いに直交するように合波する合波器３
と、合波されたサンプリング光及び被測定光が入射さ
れ、サンプリング光及び被測定光の和周波光を出射する
非線形光学結晶１０と、出力された和周波光を電気信号
に変換する受光器７と、変換された電気信号を処理して
被測定光の光波形を表示する信号処理部８とを備えた光
サンプリング波形測定装置において、非線形光学結晶を
有機非線形光学結晶のＡＡＮＰ１０で構成し、非線形光
学結晶の位相整合方向１５に垂直な面内に有る結晶の基
準軸と直角に被測定光の偏波方向を設定し、かつ基準軸
と平行にサンプリング光の偏波方向を設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信等に用いられ
る光信号の光パルス波形を和周波光を利用して測定する
光サンプリング波形測定装置に関する。
る光信号の光パルス波形を和周波光を利用して測定する
光サンプリング波形測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】新規に光通信システムを構築したり、新
規に光伝送装置を製作したり、これらを定期的に点検す
る場合に、光通信の品質を把握するために送受信される
デジタルの光信号のパルス波形を測定することは重要な
ことである。
規に光伝送装置を製作したり、これらを定期的に点検す
る場合に、光通信の品質を把握するために送受信される
デジタルの光信号のパルス波形を測定することは重要な
ことである。
【０００３】近年、光通信における情報の伝送速度が高
くなり、１０Ｇbit/s 以上の高速光伝送が計画されてい
る。このような数１０Ｇbit/s を越える高速の光信号の
光パルス波形を和周波光を利用して測定する光サンプリ
ング波形測定装置が開発されている（特公平６−６３８
６９号公報）。
くなり、１０Ｇbit/s 以上の高速光伝送が計画されてい
る。このような数１０Ｇbit/s を越える高速の光信号の
光パルス波形を和周波光を利用して測定する光サンプリ
ング波形測定装置が開発されている（特公平６−６３８
６９号公報）。
【０００４】図７及び図８はこの光サンプリング波形測
定装置の測定原理を説明するための図である。例えば測
定対象のパルス波形の繰返し周波数ｆを有する被測定光
ａと、この被測定光ａのパルス幅より格段に狭いパルス
幅を有し、かつ被測定光ａの繰返し周波数ｆより若干低
い繰返し周波数（ｆ−Δｆ）を有したサンプリング光ｂ
とを、この被測定光ａとサンプリング光ｂに対する第２
種位相整合（タイプ２の位相整合）が可能な状態の非線
形光学材料１に光軸を合わせて同時に入射すると、２つ
の光ａ、ｂが同時に重なった場合のみ、この２つの光
ａ、ｂの強度の積に比例した和周波光ｃが出力される。
定装置の測定原理を説明するための図である。例えば測
定対象のパルス波形の繰返し周波数ｆを有する被測定光
ａと、この被測定光ａのパルス幅より格段に狭いパルス
幅を有し、かつ被測定光ａの繰返し周波数ｆより若干低
い繰返し周波数（ｆ−Δｆ）を有したサンプリング光ｂ
とを、この被測定光ａとサンプリング光ｂに対する第２
種位相整合（タイプ２の位相整合）が可能な状態の非線
形光学材料１に光軸を合わせて同時に入射すると、２つ
の光ａ、ｂが同時に重なった場合のみ、この２つの光
ａ、ｂの強度の積に比例した和周波光ｃが出力される。
【０００５】この和周波光ｃの繰返し周波数はサンプリ
ング光ｂの繰返し周波数（ｆ−Δｆ）であるので、この
和周波光ｃを電気信号に変換する光電変換器の応答速度
はこの繰返し周波数（ｆ−Δｆ）より高ければよく、し
かも時間分解能はサンプリング光ｂのパルス幅で定まる
ので、図７に示すように、和周波光ｃを電気信号に変換
した後に、この電気信号の包絡線波形が、時間軸上に拡
大された被測定光ａの光パルス波形ｅとなる。
ング光ｂの繰返し周波数（ｆ−Δｆ）であるので、この
和周波光ｃを電気信号に変換する光電変換器の応答速度
はこの繰返し周波数（ｆ−Δｆ）より高ければよく、し
かも時間分解能はサンプリング光ｂのパルス幅で定まる
ので、図７に示すように、和周波光ｃを電気信号に変換
した後に、この電気信号の包絡線波形が、時間軸上に拡
大された被測定光ａの光パルス波形ｅとなる。
【０００６】次に、和周波光及び位相整合を説明する。
図８（ａ）に示すように、非線形光学材料１の一方の面
に角周波数ωD を有する被測定光ａと角周波数ωS を有
するサンプリング光ｂとを互いの偏波面が直交するよう
に入射すると、非線形光学材料１が両光ａ，ｂに対して
第２種位相整合可能な条件下においては、この非線形光
学材料１の他方の面から和の角周波数（ωS ＋ωD ）を
有する和周波光ｃが出力される。
図８（ａ）に示すように、非線形光学材料１の一方の面
に角周波数ωD を有する被測定光ａと角周波数ωS を有
するサンプリング光ｂとを互いの偏波面が直交するよう
に入射すると、非線形光学材料１が両光ａ，ｂに対して
第２種位相整合可能な条件下においては、この非線形光
学材料１の他方の面から和の角周波数（ωS ＋ωD ）を
有する和周波光ｃが出力される。
【０００７】位相整合とは、非線形光学材料１内に入射
された各入射光の速度（位相速度）と、この入射光にて
励起される例えば和周波光等の入射光に対する高調波光
の速度とがこの非線形光学材料１の結晶内で一致するこ
とである。そして、第２種位相整合とは、２つの入射光
の偏光方向が直交している場合の位相整合である。な
お、第１種位相整合とは、２つの入射光の偏光方向が揃
った場合の位相整合である。
された各入射光の速度（位相速度）と、この入射光にて
励起される例えば和周波光等の入射光に対する高調波光
の速度とがこの非線形光学材料１の結晶内で一致するこ
とである。そして、第２種位相整合とは、２つの入射光
の偏光方向が直交している場合の位相整合である。な
お、第１種位相整合とは、２つの入射光の偏光方向が揃
った場合の位相整合である。
【０００８】非線形光学材料１内を進行する光の速度
は、光の波長（周波数）や結晶軸に対する進行方向に応
じて異なる。したがって、上述した各入射光の結晶内で
の速度（位相速度）と和周波光の結晶内での速度（位相
速度）が一致するためには、結晶の三次元座標内におけ
る入射光の屈折率楕円体と和周波光の屈折率楕円体との
交点と座標原点を結ぶ方向を位相整合方向とし、上述し
た各入射光の光軸をこの位相整合方向に一致させればよ
い。さらに、各入射光の偏波方向を位相整合方向と垂直
な面に有る結晶の基準軸に平行又は直交させればよい。
は、光の波長（周波数）や結晶軸に対する進行方向に応
じて異なる。したがって、上述した各入射光の結晶内で
の速度（位相速度）と和周波光の結晶内での速度（位相
速度）が一致するためには、結晶の三次元座標内におけ
る入射光の屈折率楕円体と和周波光の屈折率楕円体との
交点と座標原点を結ぶ方向を位相整合方向とし、上述し
た各入射光の光軸をこの位相整合方向に一致させればよ
い。さらに、各入射光の偏波方向を位相整合方向と垂直
な面に有る結晶の基準軸に平行又は直交させればよい。
【０００９】具体的には、非線形光学材料１を位相整合
方向に直交する面を有する直方体状又は円柱状に切り出
したものを用いる。現在、この非線形光学材料１として
は、ＫＴＰ（ＫＨ2 ＰＯ4 ）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ3 ）、
ＬＴ（ＬｉＴａＯ3 ）、ＫＮ（ＫＮｂＯ3 ）等が実用化
されている。
方向に直交する面を有する直方体状又は円柱状に切り出
したものを用いる。現在、この非線形光学材料１として
は、ＫＴＰ（ＫＨ2 ＰＯ4 ）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ3 ）、
ＬＴ（ＬｉＴａＯ3 ）、ＫＮ（ＫＮｂＯ3 ）等が実用化
されている。
【００１０】図９は上述した第２種位相整合（タイプ２
の位相整合）が可能な非線形光学材料１が組込まれた光
サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
である。外部から入力された光の角周波数ωD でパルス
波形の繰返し周波数ｆを有する被測定光ａは、偏光方向
制御器２にてその偏波面が例えば基準方向（０°方向）
に対して９０°方向に制御されたのち合波器３へ入射さ
れる。
の位相整合）が可能な非線形光学材料１が組込まれた光
サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
である。外部から入力された光の角周波数ωD でパルス
波形の繰返し周波数ｆを有する被測定光ａは、偏光方向
制御器２にてその偏波面が例えば基準方向（０°方向）
に対して９０°方向に制御されたのち合波器３へ入射さ
れる。
【００１１】一方、サンプリング光源４は、前記被測定
光ａの角周波数ωD とは異なる角周波数ωS でパルス波
形の繰返し周波数（ｆ−Δｆ）を有するサンプリング光
ｂを出力する。このサンプリング光ｂのパルス幅は、図
７に示すように、被測定光ａのパルス幅に比較して格段
に狭く設定されている。サンプリング光源４から出力さ
れたサンプリング光ｂは偏光方向制御器５にてその偏波
面が例えば基準方向（０°方向）に制御されたのち合波
器３へ入射される。
光ａの角周波数ωD とは異なる角周波数ωS でパルス波
形の繰返し周波数（ｆ−Δｆ）を有するサンプリング光
ｂを出力する。このサンプリング光ｂのパルス幅は、図
７に示すように、被測定光ａのパルス幅に比較して格段
に狭く設定されている。サンプリング光源４から出力さ
れたサンプリング光ｂは偏光方向制御器５にてその偏波
面が例えば基準方向（０°方向）に制御されたのち合波
器３へ入射される。
【００１２】例えばビームスプリッタ（ＢＳ）等で構成
された合波器３は、ハーフミラー３ａで入射光を直進さ
せるとともに直角方向に反射させる。したがって、この
合波器３の後方でかつサンプリング光ｂの光軸上に配設
された第２種位相整合（タイプ２）の非線形光学材料１
の一方の面には、基準方向（０°方向）の偏波面を有す
るサンプリング光ｂと基準方向（０°度方向）に対して
９０°方向の偏波面を有する被測定光ａが同時に入射さ
れる。
された合波器３は、ハーフミラー３ａで入射光を直進さ
せるとともに直角方向に反射させる。したがって、この
合波器３の後方でかつサンプリング光ｂの光軸上に配設
された第２種位相整合（タイプ２）の非線形光学材料１
の一方の面には、基準方向（０°方向）の偏波面を有す
るサンプリング光ｂと基準方向（０°度方向）に対して
９０°方向の偏波面を有する被測定光ａが同時に入射さ
れる。
【００１３】したがって、このタイプ２の非線形光学材
料１の他方の面から角周波数（ωS＋ωD ）を有する和
周波光ｃが出力される。非線形光学材料１から出力され
た和周波光ｃは光フィルタ６を介して受光器７へ入射さ
れる。なお、非線形光学材料１から出力された光には上
述した二つの光ｂ，ａの各角周波数ωS ，ωD の和の角
周波数（ωS ＋ωD ）の光（和周波光ｃ）他に、微小な
がら各角周波数ωS ，ωD の２倍の角周波数２ωS ，２
ωDの光 、及び変換されなかった各角周波数ω S ，ωD
の光も含まれるので、光フィルタ６でこれらの角周波数
２ωS ，２ωD，ωS ，ωD の成分を除去する。
料１の他方の面から角周波数（ωS＋ωD ）を有する和
周波光ｃが出力される。非線形光学材料１から出力され
た和周波光ｃは光フィルタ６を介して受光器７へ入射さ
れる。なお、非線形光学材料１から出力された光には上
述した二つの光ｂ，ａの各角周波数ωS ，ωD の和の角
周波数（ωS ＋ωD ）の光（和周波光ｃ）他に、微小な
がら各角周波数ωS ，ωD の２倍の角周波数２ωS ，２
ωDの光 、及び変換されなかった各角周波数ω S ，ωD
の光も含まれるので、光フィルタ６でこれらの角周波数
２ωS ，２ωD，ωS ，ωD の成分を除去する。
【００１４】受光器７は和周波光ｃを電気信号ｄへ変換
して次の電気信号処理系８へ送出する。電気信号処理系
８は入力した図７に示す和周波光ｃと同一波形を有する
電気信号ｄから、前述した手法で時間方向に拡大した被
測定光ａの光パルス波形ｅを作成して、表示器９へ表示
出力する。
して次の電気信号処理系８へ送出する。電気信号処理系
８は入力した図７に示す和周波光ｃと同一波形を有する
電気信号ｄから、前述した手法で時間方向に拡大した被
測定光ａの光パルス波形ｅを作成して、表示器９へ表示
出力する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示した光サンプリング波形測定装置においてはまだ解消
すべき次のような課題があった。
示した光サンプリング波形測定装置においてはまだ解消
すべき次のような課題があった。
【００１６】すなわち、このような非線形光学材料１か
ら発生する和周波光ｃを利用して被測定光の光パルス波
形ｅを測定する光サンプリング波形測定装置の光パルス
波形ｅの測定精度を向上させるためには、非線形光学材
料１から発生する和周波光ｃの発生効率を向上させて、
和周波光ｃのＳ／Ｎ比を向上させる必要がある。
ら発生する和周波光ｃを利用して被測定光の光パルス波
形ｅを測定する光サンプリング波形測定装置の光パルス
波形ｅの測定精度を向上させるためには、非線形光学材
料１から発生する和周波光ｃの発生効率を向上させて、
和周波光ｃのＳ／Ｎ比を向上させる必要がある。
【００１７】具体的には、和周波光ｃの光強度をＰSFG
とし、被測定光ａとサンプリング光ｂの各光強度をＰ
SIG 、ＰSAM とすると、和周波光ｃの光強度ＰSFG は下
式で示される。
とし、被測定光ａとサンプリング光ｂの各光強度をＰ
SIG 、ＰSAM とすると、和周波光ｃの光強度ＰSFG は下
式で示される。
【００１８】ＰSFG ＝η・ＰSIG ・ＰSAM ここで、ηは非線形変換効率定数であり、採用される非
線形光学材料１の種類や材質によって一義的に定まる値
である。この非線形変換効率定数ηの大きい非線形光学
材料１として、前述した無機の非線形光学材料１である
ＫＴＰ、ＬＮ、ＬＴ、ＫＮ等が採用されている。
線形光学材料１の種類や材質によって一義的に定まる値
である。この非線形変換効率定数ηの大きい非線形光学
材料１として、前述した無機の非線形光学材料１である
ＫＴＰ、ＬＮ、ＬＴ、ＫＮ等が採用されている。
【００１９】しかし、実際の数１０ＧHz程度の繰り返し
周波数を有する被測定光の１つの繰り返し周期内の光パ
ルス波形を精度よく測定するには、和周波光のＳ／Ｎ比
は３０ｄＢ以上が必要である。したがって、さらに非線
形変換効率定数ηの高い非線形光学材料１の開発が望ま
れている。
周波数を有する被測定光の１つの繰り返し周期内の光パ
ルス波形を精度よく測定するには、和周波光のＳ／Ｎ比
は３０ｄＢ以上が必要である。したがって、さらに非線
形変換効率定数ηの高い非線形光学材料１の開発が望ま
れている。
【００２０】このような要求を満たす非線形光学材料と
して、無機でなく有機の非線形光学結晶である２―アダ
マンチルアミノ―５―ニトロピリジン（２―adamantyl
amino 5-nitropyridine 以下 ＡＡＮＰと略記する）を
採用した光サンプリング波形測定装置が提唱されている
（特開平９―１５９５３６号公報）。
して、無機でなく有機の非線形光学結晶である２―アダ
マンチルアミノ―５―ニトロピリジン（２―adamantyl
amino 5-nitropyridine 以下 ＡＡＮＰと略記する）を
採用した光サンプリング波形測定装置が提唱されている
（特開平９―１５９５３６号公報）。
【００２１】有機の非線形光学結晶であるＡＡＮＰの非
線形変換効率定数ηは、１０-2のオーダであり、前述し
た無機の非線形光学材料であるＫＴＰ、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ等の１０-4のオーダの非線形変換効率定数ηに比較し
て格段に高い。したがって、有機の非線形光学結晶のＡ
ＡＮＰから出射される和周波光のＳ／Ｎ比が向上し、最
終の光パルス波形の測定精度が向上する。
線形変換効率定数ηは、１０-2のオーダであり、前述し
た無機の非線形光学材料であるＫＴＰ、ＬＮ、ＬＴ、Ｋ
Ｎ等の１０-4のオーダの非線形変換効率定数ηに比較し
て格段に高い。したがって、有機の非線形光学結晶のＡ
ＡＮＰから出射される和周波光のＳ／Ｎ比が向上し、最
終の光パルス波形の測定精度が向上する。
【００２２】しかしながら、このように、ＡＡＮＰ非線
形光学結晶を用いた光サンプリング波形測定装置におい
ても、まだ、改良すべき次のような課題があった。
形光学結晶を用いた光サンプリング波形測定装置におい
ても、まだ、改良すべき次のような課題があった。
【００２３】すなわち、光サンプリング波形測定装置で
測定する主な被測定光は光通信システムにおける光信号
である。現在、光通信システムにおいては、伝送容量の
拡大を目指してＣバンド（1530〜1565ｎｍ）帯のみなら
ず、Ｌバンド（1570〜1610ｎｍ）の波長域が使われ始め
ている。
測定する主な被測定光は光通信システムにおける光信号
である。現在、光通信システムにおいては、伝送容量の
拡大を目指してＣバンド（1530〜1565ｎｍ）帯のみなら
ず、Ｌバンド（1570〜1610ｎｍ）の波長域が使われ始め
ている。
【００２４】したがって、当然、光サンプリング波形測
定装置においてもＣバンド及びＬバンドの波長域の光信
号を測定対象とする必要が生ずる。ところが、ＡＡＮＰ
非線形光学結晶は非線形変換効率は高いものの、従来技
術ではＳＦＧ光を発生できる３ｄＢ帯域が1535〜1575ｎ
ｍの４０ｎｍ程度であり（報告例 ＥＣＯＣ‘９６Ｔｈ
Ｂ、１．２）、Ｌバンド帯を含むような８０ｎｍという
広帯域でＳＦＧ光を得ることができなかった.。
定装置においてもＣバンド及びＬバンドの波長域の光信
号を測定対象とする必要が生ずる。ところが、ＡＡＮＰ
非線形光学結晶は非線形変換効率は高いものの、従来技
術ではＳＦＧ光を発生できる３ｄＢ帯域が1535〜1575ｎ
ｍの４０ｎｍ程度であり（報告例 ＥＣＯＣ‘９６Ｔｈ
Ｂ、１．２）、Ｌバンド帯を含むような８０ｎｍという
広帯域でＳＦＧ光を得ることができなかった.。
【００２５】これは、サンプリング波長が固定であって
も被測定波長が初期条件から変化した場合、位相整合の
不一致が急峻におこり、被測定光とサンプリング光との
和周波光への変換効率が低下するためである。実際、光
サンプリング波形測定装置では被測定波長による測定値
の振幅を３ｄＢと定義していることから、測定帯域は４
０ｎｍしかなかった。
も被測定波長が初期条件から変化した場合、位相整合の
不一致が急峻におこり、被測定光とサンプリング光との
和周波光への変換効率が低下するためである。実際、光
サンプリング波形測定装置では被測定波長による測定値
の振幅を３ｄＢと定義していることから、測定帯域は４
０ｎｍしかなかった。
【００２６】そのため、もし測定者が４０ｎｍ以上の帯
域で被測定光を測定しようとした場合、被測定波長のバ
ンドに応じたＡＡＮＰ非線形光学結晶を複数個用意しな
くてはならない。さらに、光サンプリング波形測定装置
内にあるサンプリングパルスの波長もＣバンド、及びＬ
バンド帯で切り替えることも必要とされていた。
域で被測定光を測定しようとした場合、被測定波長のバ
ンドに応じたＡＡＮＰ非線形光学結晶を複数個用意しな
くてはならない。さらに、光サンプリング波形測定装置
内にあるサンプリングパルスの波長もＣバンド、及びＬ
バンド帯で切り替えることも必要とされていた。
【００２７】.例えば、Ｃバンド帯を測定する場合には
サンプリングパルス波長を1555ｎｍにし、Ｌバンド帯を
測定する帳合には1590ｎｍにして、且つそれぞれの波長
に応じて切出したＡＡＮＰ非線形光学結晶によりサンプ
リングをしていく煩雑なことをせざるを得ない状況にあ
った。
サンプリングパルス波長を1555ｎｍにし、Ｌバンド帯を
測定する帳合には1590ｎｍにして、且つそれぞれの波長
に応じて切出したＡＡＮＰ非線形光学結晶によりサンプ
リングをしていく煩雑なことをせざるを得ない状況にあ
った。
【００２８】そのため、結果的にＣバンド、及びＬバン
ド帯を測定しようとした場合、そのバンドに応じた最低
２台の光サンプリング波形測定装置を用意するなどし、
コストの面からも大きな課題となっていた。
ド帯を測定しようとした場合、そのバンドに応じた最低
２台の光サンプリング波形測定装置を用意するなどし、
コストの面からも大きな課題となっていた。
【００２９】.本発明はこのような事情に鑑みてなされ
たものであり、サンプリング光と被測定光とのＳＦＧ光
を発生させるＡＡＮＰに特定の位相整合条件を課すこと
で、ＳＦＧ発生効率の３ｄＢ帯域幅を従来の２倍以上に
して、８０ｎｍ以上の測定帯域を持つ光サンプリング波
形測定装置を提供することを目的とする。.
たものであり、サンプリング光と被測定光とのＳＦＧ光
を発生させるＡＡＮＰに特定の位相整合条件を課すこと
で、ＳＦＧ発生効率の３ｄＢ帯域幅を従来の２倍以上に
して、８０ｎｍ以上の測定帯域を持つ光サンプリング波
形測定装置を提供することを目的とする。.
【００３０】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力された単
一の偏波面を有する被測定光よりパルス幅の狭い単一の
偏波面を有するサンプリング光を発生するサンプリング
光源と、このサンプリング光源から出射されたサンプリ
ング光及び被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交
するように合波する合波器と、この合波器で合波された
サンプリング光及び被測定光が入射され、このサンプリ
ング光及び被測定光に対する第２種位相整合が可能な、
サンプリング光及び被測定光の和周波光を出射する非線
形光学結晶と、この非線形光学結晶から出力された和周
波光を電気信号に変換する受光器と、この受光器から出
力された電気信号を処理して被測定光の光パルス波形を
表示する信号処理部とを備えた光サンプリング波形測定
装置に適用される。
一の偏波面を有する被測定光よりパルス幅の狭い単一の
偏波面を有するサンプリング光を発生するサンプリング
光源と、このサンプリング光源から出射されたサンプリ
ング光及び被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交
するように合波する合波器と、この合波器で合波された
サンプリング光及び被測定光が入射され、このサンプリ
ング光及び被測定光に対する第２種位相整合が可能な、
サンプリング光及び被測定光の和周波光を出射する非線
形光学結晶と、この非線形光学結晶から出力された和周
波光を電気信号に変換する受光器と、この受光器から出
力された電気信号を処理して被測定光の光パルス波形を
表示する信号処理部とを備えた光サンプリング波形測定
装置に適用される。
【００３１】そして、上記課題を解消するために、本発
明の光サンプリング波形測定装置においては、非線形光
学結晶として、有機非線形光学結晶の２―アダマンチル
アミノ―５―ニトロピリジン（ＡＡＮＰ）を用いる。
明の光サンプリング波形測定装置においては、非線形光
学結晶として、有機非線形光学結晶の２―アダマンチル
アミノ―５―ニトロピリジン（ＡＡＮＰ）を用いる。
【００３２】さらに、非線形光学結晶の位相整合方向に
垂直な面内に有る結晶の基準軸と直角に被測定光の偏波
方向を設定し、かつ基準軸と平行にサンプリング光の偏
波方向を設定している。
垂直な面内に有る結晶の基準軸と直角に被測定光の偏波
方向を設定し、かつ基準軸と平行にサンプリング光の偏
波方向を設定している。
【００３３】また、別の発明は、上述した発明の光サン
プリング波形測定装置おけるサンプリング光源は、波長
の異なる複数種類のサンプリング光を出射可能とされて
おり、この複数種類のサンプリング光のうちのいずれか
一種類のサンプリング光を選択して出射する。
プリング波形測定装置おけるサンプリング光源は、波長
の異なる複数種類のサンプリング光を出射可能とされて
おり、この複数種類のサンプリング光のうちのいずれか
一種類のサンプリング光を選択して出射する。
【００３４】さらに、別の発明は、入力された単一の偏
波面を有する被測定光よりパルス幅の狭い単一の偏波面
を有するサンプリング光を発生するサンプリング光源
と、サンプリング光源から出射されたサンプリング光及
び被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交するよう
に合波する合波器と、この合波器で合波されたサンプリ
ング光及び被測定光が入射され、このサンプリング光及
び被測定光に対する第２種位相整合が可能な、サンプリ
ング光及び被測定光の和周波光を出射する非線形光学結
晶と、この非線形光学結晶に入射されるサンプリング光
及び被測定光の前記非線形光学結晶への入射角度を変え
る入射角度変更手段と、非線形光学結晶から出力された
和周波光を電気信号（ｄ）に変換する受光器と、この受
光器から出力された電気信号を処理して被測定光の光パ
ルス波形を表示する信号処理部とを備えた光サンプリン
グ波形測定装置に適用される。
波面を有する被測定光よりパルス幅の狭い単一の偏波面
を有するサンプリング光を発生するサンプリング光源
と、サンプリング光源から出射されたサンプリング光及
び被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交するよう
に合波する合波器と、この合波器で合波されたサンプリ
ング光及び被測定光が入射され、このサンプリング光及
び被測定光に対する第２種位相整合が可能な、サンプリ
ング光及び被測定光の和周波光を出射する非線形光学結
晶と、この非線形光学結晶に入射されるサンプリング光
及び被測定光の前記非線形光学結晶への入射角度を変え
る入射角度変更手段と、非線形光学結晶から出力された
和周波光を電気信号（ｄ）に変換する受光器と、この受
光器から出力された電気信号を処理して被測定光の光パ
ルス波形を表示する信号処理部とを備えた光サンプリン
グ波形測定装置に適用される。
【００３５】そして、非線形光学結晶を有機非線形光学
結晶の２―アダマンチルアミノ―５―ニトロピリジン
（ＡＡＮＰ）を用い、非線形光学結晶の位相整合方向に
垂直な面内に有る結晶の基準軸と直角に被測定光の偏波
方向を設定し、かつ基準軸と平行に前記サンプリング光
の偏波方向を設定している。
結晶の２―アダマンチルアミノ―５―ニトロピリジン
（ＡＡＮＰ）を用い、非線形光学結晶の位相整合方向に
垂直な面内に有る結晶の基準軸と直角に被測定光の偏波
方向を設定し、かつ基準軸と平行に前記サンプリング光
の偏波方向を設定している。
【００３６】このように構成された光サンプリング波形
測定装置においては、非線形光学結晶として、有機非線
形光学結晶のＡＡＮＰを採用しているので、この有機非
線形光学結晶のＡＡＮＰから出射される和周波光のＳ／
Ｎ比が向上し、ひいては、被測定光の光波形の測定精度
が向上する。
測定装置においては、非線形光学結晶として、有機非線
形光学結晶のＡＡＮＰを採用しているので、この有機非
線形光学結晶のＡＡＮＰから出射される和周波光のＳ／
Ｎ比が向上し、ひいては、被測定光の光波形の測定精度
が向上する。
【００３７】さらに、有機非線形光学結晶のＡＡＮＰが
被測定光及びサンプリング光に対する第２種位相整合の
ＳＦＧ（和周波光発生）の条件として、互いに偏波面が
直交するように合波された被測定光及びサンプリング光
の光軸を有機非線形光学結晶のＡＡＮＰの位相整合方向
に一致させると共に、被測定光及びサンプリング光の偏
波方向をＡＡＮＰの位相整合方向に垂直な面内に有る結
晶の基準軸に平行又は直交させる。
被測定光及びサンプリング光に対する第２種位相整合の
ＳＦＧ（和周波光発生）の条件として、互いに偏波面が
直交するように合波された被測定光及びサンプリング光
の光軸を有機非線形光学結晶のＡＡＮＰの位相整合方向
に一致させると共に、被測定光及びサンプリング光の偏
波方向をＡＡＮＰの位相整合方向に垂直な面内に有る結
晶の基準軸に平行又は直交させる。
【００３８】この場合、被測定光及びサンプリング光の
ＡＡＮＰに対する入射角（入射方向）を固定した状態
で、サンプリング光の波長を固定して、被測定光の波長
を変化させれば、位相整合方向が変化して、位相整合が
できなくなる。このことから、光波形の測定精度が位相
整合方向の角度の変化量に応じて低下していくことが容
易に想像できる。したがって、被測定光の波長を変化さ
せても、位相整合方向の変化が少ない方が望ましい。
ＡＡＮＰに対する入射角（入射方向）を固定した状態
で、サンプリング光の波長を固定して、被測定光の波長
を変化させれば、位相整合方向が変化して、位相整合が
できなくなる。このことから、光波形の測定精度が位相
整合方向の角度の変化量に応じて低下していくことが容
易に想像できる。したがって、被測定光の波長を変化さ
せても、位相整合方向の変化が少ない方が望ましい。
【００３９】前述したように、被測定光及びサンプリン
グ光の偏波方向を位相整合方向に垂直な面内に有る結晶
の基準軸に平行又は直交させればよいが、いずれの光の
偏波方向を結晶の基準軸に直交させるかで、ＡＡＮＰに
おいて位相整合方向の変化量に差が生じることがわかっ
た。
グ光の偏波方向を位相整合方向に垂直な面内に有る結晶
の基準軸に平行又は直交させればよいが、いずれの光の
偏波方向を結晶の基準軸に直交させるかで、ＡＡＮＰに
おいて位相整合方向の変化量に差が生じることがわかっ
た。
【００４０】図６にその一例を示す。図中Ａ特性は、被
測定光の偏波方向を結晶の基準軸（この例ではａ軸）に
直角に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準
軸に平行に設定し、サンプリング光の波長を固定し、被
測定光の波長を変化させたときの位相整合角の変化を示
す。逆に、図中Ｂ特性は、被測定光の偏波方向を結晶の
基準軸に平行に設定し、サンプリング光の偏波方向を結
晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光の波長を固
定し、被測定光の波長を変化させたときの位相整合角の
変化を示す。
測定光の偏波方向を結晶の基準軸（この例ではａ軸）に
直角に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準
軸に平行に設定し、サンプリング光の波長を固定し、被
測定光の波長を変化させたときの位相整合角の変化を示
す。逆に、図中Ｂ特性は、被測定光の偏波方向を結晶の
基準軸に平行に設定し、サンプリング光の偏波方向を結
晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光の波長を固
定し、被測定光の波長を変化させたときの位相整合角の
変化を示す。
【００４１】図中、Ａ特性で示すように、被測定光の偏
波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光
の偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定した方が、被測
定光の波長変化に対する位相整合方向の変化量が少な
く、結果的に測定された光波形が被測定光の波長変動の
影響を受けにくいことが理解できる。
波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光
の偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定した方が、被測
定光の波長変化に対する位相整合方向の変化量が少な
く、結果的に測定された光波形が被測定光の波長変動の
影響を受けにくいことが理解できる。
【００４２】よって、本発明においては、被測定光の偏
波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光
の偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定している。
波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光
の偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定している。
【００４３】このような設定条件にすることで、被測定
光の波長が変化しても、必要とされる発生効率を広範囲
に維持できる。前記設定条件は、従来考えられていた最
適な設定とは逆の設定となるものであった。
光の波長が変化しても、必要とされる発生効率を広範囲
に維持できる。前記設定条件は、従来考えられていた最
適な設定とは逆の設定となるものであった。
【００４４】ちなみに、非線形光学結晶においては位相
整合角からの角度偏差による第２高調波発生出力の変化
の計算方法や実験データが知られていた。例えば、ＡＡ
ＮＰの場合、図１２に示したようにａ軸を中心にした位
相整合角からの角度偏差（回転角度）による図１３に示
したＳＨＧ光の出力の変化とａ軸に対して垂直な軸を中
心にした位相整合角からの角度偏差（あおり角度）によ
る図１４に示したＳＨＧ光の出力の変化とを比較すると
前者（図１３）の変化量に対して後者（図１４）の変化
量が少ないことが分かる。
整合角からの角度偏差による第２高調波発生出力の変化
の計算方法や実験データが知られていた。例えば、ＡＡ
ＮＰの場合、図１２に示したようにａ軸を中心にした位
相整合角からの角度偏差（回転角度）による図１３に示
したＳＨＧ光の出力の変化とａ軸に対して垂直な軸を中
心にした位相整合角からの角度偏差（あおり角度）によ
る図１４に示したＳＨＧ光の出力の変化とを比較すると
前者（図１３）の変化量に対して後者（図１４）の変化
量が少ないことが分かる。
【００４５】言い換えれば、ＳＨＧ光はａ軸を中心とす
る角度偏差には敏感であり、ａ軸に垂直な軸を中心とす
る角度偏差に対しては鈍感に発生光量が変化することが
分かる。このため、光学部品の位置関係を変更すること
なく、第２種位相整合可能な非線形光学結晶を用いた光
学系においては、一方の固定波長光は波長が変化しない
ため、光学部品の収差や分散による光軸の変化がないか
ら、ａ軸と垂直な軸方向に偏光方向を、他方の波長が変
化する光は光学部品の収差や分散により光軸が変化する
から、ａ軸に対して平行な方向に偏光方向を設定する設
計がなされてきた。図９を用いて説明すれば、波長が変
化する光として被測定光ａを、波長が変化しない光とし
てサンプリング光ｂを入力するようにしていた。
る角度偏差には敏感であり、ａ軸に垂直な軸を中心とす
る角度偏差に対しては鈍感に発生光量が変化することが
分かる。このため、光学部品の位置関係を変更すること
なく、第２種位相整合可能な非線形光学結晶を用いた光
学系においては、一方の固定波長光は波長が変化しない
ため、光学部品の収差や分散による光軸の変化がないか
ら、ａ軸と垂直な軸方向に偏光方向を、他方の波長が変
化する光は光学部品の収差や分散により光軸が変化する
から、ａ軸に対して平行な方向に偏光方向を設定する設
計がなされてきた。図９を用いて説明すれば、波長が変
化する光として被測定光ａを、波長が変化しない光とし
てサンプリング光ｂを入力するようにしていた。
【００４６】図１０は、前記設定条件を採用して実験し
た結果を示す図である。また、同図は、前述のように非
線形光学結晶は使用を予定された波長の光に対する位相
整合方向に合わせて切り出されるのであるが、敢えて使
用を予定された波長と異なる波長の光を固定波長光（サ
ンプリング光）として入射した場合の結果を共に示す。
なお、横軸は可変波長光（被測定光）の波長（ｎｍ）を
示し、縦軸は相対ＳＦＧ変換効率を示す。具体的には、
波長が１５５２ｎｍの光に対する位相整合方向に合わせ
て切り出されたＡＡＮＰ結晶に対して、第１、第２の光
ａ、ｂの光軸方向がこの位相整合方向と一致するように
配置した光学系において、固定波長光の波長を１５４７
ｎｍ（図中ｂ特性）、１５５２ｎｍ（図中ａ特性）、１
５５７ｎｍ（図中ｃ特性）とした場合の可変波長光の波
長に対する変換効率を示す。
た結果を示す図である。また、同図は、前述のように非
線形光学結晶は使用を予定された波長の光に対する位相
整合方向に合わせて切り出されるのであるが、敢えて使
用を予定された波長と異なる波長の光を固定波長光（サ
ンプリング光）として入射した場合の結果を共に示す。
なお、横軸は可変波長光（被測定光）の波長（ｎｍ）を
示し、縦軸は相対ＳＦＧ変換効率を示す。具体的には、
波長が１５５２ｎｍの光に対する位相整合方向に合わせ
て切り出されたＡＡＮＰ結晶に対して、第１、第２の光
ａ、ｂの光軸方向がこの位相整合方向と一致するように
配置した光学系において、固定波長光の波長を１５４７
ｎｍ（図中ｂ特性）、１５５２ｎｍ（図中ａ特性）、１
５５７ｎｍ（図中ｃ特性）とした場合の可変波長光の波
長に対する変換効率を示す。
【００４７】図１０から、前記ＡＡＮＰ結晶の位相整合
方向が固定波長光の波長に対する位相整合方向と一致す
る（つまり、固定波長光の波長が使用を予定された波長
１５５２ｎｍである）場合、和周波発生帯域幅は３ｄＢ
幅で８０ｎｍ程度となる。
方向が固定波長光の波長に対する位相整合方向と一致す
る（つまり、固定波長光の波長が使用を予定された波長
１５５２ｎｍである）場合、和周波発生帯域幅は３ｄＢ
幅で８０ｎｍ程度となる。
【００４８】また、その場合は図中ａ特性で示されるよ
うに可変波長光の波長１５５２ｎｍをピークに変換効率
の高い部分が現れるが、波長１５４７ｎｍの固定波長光
を入射した場合では、図中ｂ特性のように変換効率のピ
ークは長波長側にシフトしている。一方、波長１５５７
ｎｍの固定波長光を入射した場合では、図中ｃ特性のよ
うに変換効率のピークは短波長側にシフトしている。
うに可変波長光の波長１５５２ｎｍをピークに変換効率
の高い部分が現れるが、波長１５４７ｎｍの固定波長光
を入射した場合では、図中ｂ特性のように変換効率のピ
ークは長波長側にシフトしている。一方、波長１５５７
ｎｍの固定波長光を入射した場合では、図中ｃ特性のよ
うに変換効率のピークは短波長側にシフトしている。
【００４９】これらのことから、同じＡＡＮＰ結晶を用
いた同じ光学系においても、固定波長光の波長を変える
ことで、必要とされる和周波発生の効率が得られる可変
波長光（被測定光）の波長範囲（帯域）をシフトさせる
ことができることが分かる。
いた同じ光学系においても、固定波長光の波長を変える
ことで、必要とされる和周波発生の効率が得られる可変
波長光（被測定光）の波長範囲（帯域）をシフトさせる
ことができることが分かる。
【００５０】図１１は、波長が１５５２ｎｍの光に対す
る位相整合方向に合わせて切り出されたＡＡＮＰ結晶に
対して、固定波長光の波長を１５５２ｎｍとしたきに固
定波長光と可変波長光が合波された光の光軸の方向をこ
の位相整合方向からずらすことができる光学系におい
て、位相整合方向と光軸とのａ軸回りの角度ずれを、−
１度（図中ｂ特性）、０度（図中ａ特性）、＋１度（図
中ｃ特性）とした場合の可変波長光の波長に対する変換
効率を示す図である。設定条件は図１０のときと同じで
あり、固定波長光の偏波面は基準軸（この場合は前述の
ようにａ軸）に平行に設定している。
る位相整合方向に合わせて切り出されたＡＡＮＰ結晶に
対して、固定波長光の波長を１５５２ｎｍとしたきに固
定波長光と可変波長光が合波された光の光軸の方向をこ
の位相整合方向からずらすことができる光学系におい
て、位相整合方向と光軸とのａ軸回りの角度ずれを、−
１度（図中ｂ特性）、０度（図中ａ特性）、＋１度（図
中ｃ特性）とした場合の可変波長光の波長に対する変換
効率を示す図である。設定条件は図１０のときと同じで
あり、固定波長光の偏波面は基準軸（この場合は前述の
ようにａ軸）に平行に設定している。
【００５１】図１１から、位相整合方向と光軸の方向が
一致する場合は図中ａ特性で示されるように可変波長光
の波長１５５２ｎｍをピークに変換効率の高い部分が現
れるが、角度ずれが−１度の場合では、図中ｂ特性のよ
うに変換効率のピークは長波長側にシフトしている。一
方、角度ずれが＋１度の場合は、図中ｃ特性のように変
換効率のピークは短波長側にシフトしている。
一致する場合は図中ａ特性で示されるように可変波長光
の波長１５５２ｎｍをピークに変換効率の高い部分が現
れるが、角度ずれが−１度の場合では、図中ｂ特性のよ
うに変換効率のピークは長波長側にシフトしている。一
方、角度ずれが＋１度の場合は、図中ｃ特性のように変
換効率のピークは短波長側にシフトしている。
【００５２】これらのことから、同じＡＡＮＰ結晶を用
いた同じ光学系において、光の入射角度を変えること
で、必要とされる和周波発生の効率が得られる可変波長
光（被測定光）の波長範囲（帯域）をシフトさせること
ができることが分かる。
いた同じ光学系において、光の入射角度を変えること
で、必要とされる和周波発生の効率が得られる可変波長
光（被測定光）の波長範囲（帯域）をシフトさせること
ができることが分かる。
【００５３】なお、本発明においては、一例として、サ
ンプリング光の固定波長に対する位相整合方向と垂直な
面を持つＡＡＮＰ非線形光学結晶に対して、その面内に
あるａ軸を基準軸とすると、被測定光の偏波方向を結晶
の基準軸（ａ軸）に直角に設定し、サンプリング光の偏
波方向を結晶の基準軸（ａ軸）に平行に設定することを
基本として説明した。
ンプリング光の固定波長に対する位相整合方向と垂直な
面を持つＡＡＮＰ非線形光学結晶に対して、その面内に
あるａ軸を基準軸とすると、被測定光の偏波方向を結晶
の基準軸（ａ軸）に直角に設定し、サンプリング光の偏
波方向を結晶の基準軸（ａ軸）に平行に設定することを
基本として説明した。
【００５４】しかし、本質的には、被測定光の偏波方向
を切り出された結晶の位相整合方向に垂直な面内にある
基準軸に直角に設定し、サンプリング光の偏光方向を結
晶の基準軸に平行に設定すれば、図６のＡ特性が得られ
るために、広い帯域において位相整合が実現できる。つ
まり、光サンプリング波形測定装置の広帯域化が図れる
ことから、８０ｎｍ以上の測定帯域を持つ装置が実現で
きる。
を切り出された結晶の位相整合方向に垂直な面内にある
基準軸に直角に設定し、サンプリング光の偏光方向を結
晶の基準軸に平行に設定すれば、図６のＡ特性が得られ
るために、広い帯域において位相整合が実現できる。つ
まり、光サンプリング波形測定装置の広帯域化が図れる
ことから、８０ｎｍ以上の測定帯域を持つ装置が実現で
きる。
【００５５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明する。図１は実施形態に係る光サンプリン
グ波形測定装置の概略構成を示すブロック図である。図
９に示す従来の光サンプリング波形測定装置と同一部分
には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略す
る。
を用いて説明する。図１は実施形態に係る光サンプリン
グ波形測定装置の概略構成を示すブロック図である。図
９に示す従来の光サンプリング波形測定装置と同一部分
には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略す
る。
【００５６】この実施形態の光サンプリング波形測定装
置においては、図９に示す従来の光サンプリング波形測
定装置における第２種位相整合が可能なＫＴＰ、ＬＮ、
ＬＴ、ＫＮ等の無機の非線形光学材料１の代わりに有機
の非線形光学結晶であるＡＡＮＰ１０が組込まれてい
る。
置においては、図９に示す従来の光サンプリング波形測
定装置における第２種位相整合が可能なＫＴＰ、ＬＮ、
ＬＴ、ＫＮ等の無機の非線形光学材料１の代わりに有機
の非線形光学結晶であるＡＡＮＰ１０が組込まれてい
る。
【００５７】このＡＡＮＰ１０は、図３に示す分子構造
を有し、図４に示す結晶構造を有する。この図４に示す
結晶構造において、ａ軸が基準軸を示す。ｂ軸、ｃ軸は
それぞれａ軸に直交している。
を有し、図４に示す結晶構造を有する。この図４に示す
結晶構造において、ａ軸が基準軸を示す。ｂ軸、ｃ軸は
それぞれａ軸に直交している。
【００５８】このような有機の非線形光学結晶であるＡ
ＡＮＰ１０における位相整合方向の決定方法を図５
（ａ）（ｂ）を用いて説明する。前述したように、結晶
のｘｙｚ（ａｂｃ）の屈折率三次元座標内においてサン
プリング光ｂについての屈折率楕円体１２と和周波光ｃ
についての屈折率楕円体１３との交点１４と座標原点を
結ぶ方向を位相整合方向１５とし、入射光（被測定光
ａ、サンプリング光ｂ）の光軸をこの位相整合方向１５
に一致させればよい。具体的には、図５（ｂ）に示すよ
うに、有機の非線形光学結晶であるＡＡＮＰの大きな材
料（ブロック）を位相整合方向１５に直交する面１１を
有する直方体状又は円柱状に切出したものをＡＡＮＰ１
０として用いる。
ＡＮＰ１０における位相整合方向の決定方法を図５
（ａ）（ｂ）を用いて説明する。前述したように、結晶
のｘｙｚ（ａｂｃ）の屈折率三次元座標内においてサン
プリング光ｂについての屈折率楕円体１２と和周波光ｃ
についての屈折率楕円体１３との交点１４と座標原点を
結ぶ方向を位相整合方向１５とし、入射光（被測定光
ａ、サンプリング光ｂ）の光軸をこの位相整合方向１５
に一致させればよい。具体的には、図５（ｂ）に示すよ
うに、有機の非線形光学結晶であるＡＡＮＰの大きな材
料（ブロック）を位相整合方向１５に直交する面１１を
有する直方体状又は円柱状に切出したものをＡＡＮＰ１
０として用いる。
【００５９】このようにして、大きな材料（ブロック）
から切出された位相整合方向１５に直交する面１１を有
する直方体状又は円柱状のＡＡＮＰ１０は、図２に示す
ように、ＡＲコーテイングガラス１７を介してエポキシ
樹脂の支持枠１８で支持されている。
から切出された位相整合方向１５に直交する面１１を有
する直方体状又は円柱状のＡＡＮＰ１０は、図２に示す
ように、ＡＲコーテイングガラス１７を介してエポキシ
樹脂の支持枠１８で支持されている。
【００６０】そして、位相整合方向１５に直交する面１
１に投影された結晶の基準軸であるａ軸が支持枠１８の
一辺１８ａに平行するように、直方体状又は円柱状のＡ
ＡＮＰ１０の姿勢角が設定されている。
１に投影された結晶の基準軸であるａ軸が支持枠１８の
一辺１８ａに平行するように、直方体状又は円柱状のＡ
ＡＮＰ１０の姿勢角が設定されている。
【００６１】そして、合波器３で偏波面が互いに直交す
る合波された被測定光ａとサンプリング光ｂとの１つの
光軸１６は、位相整合方向１５に直交するＡＡＮＰ１０
の面１１に垂直に設定されている。この場合、被測定光
ａの偏波面は図２に示すように、ＡＡＮＰ１０の結晶の
基準軸であるａ軸と直角に設定されている。その結果、
サンプリング光ｂの偏波面は、ＡＡＮＰ１０の結晶の基
準軸であるａ軸と平行に設定される。
る合波された被測定光ａとサンプリング光ｂとの１つの
光軸１６は、位相整合方向１５に直交するＡＡＮＰ１０
の面１１に垂直に設定されている。この場合、被測定光
ａの偏波面は図２に示すように、ＡＡＮＰ１０の結晶の
基準軸であるａ軸と直角に設定されている。その結果、
サンプリング光ｂの偏波面は、ＡＡＮＰ１０の結晶の基
準軸であるａ軸と平行に設定される。
【００６２】なお、実施形態装置においては、位相整合
角φが９０°の場合を例にとって説明している。この場
合、ａ軸が基準軸となるが、入射する光の波長によって
は、位相整合角θが９０°となる場合等もあって、θ＝
９０°の場合はｃ軸が基準軸となる。
角φが９０°の場合を例にとって説明している。この場
合、ａ軸が基準軸となるが、入射する光の波長によって
は、位相整合角θが９０°となる場合等もあって、θ＝
９０°の場合はｃ軸が基準軸となる。
【００６３】このように構成された光サンプリング波形
測定装置において、外部から入力された光の角周波数ω
D でパルス波形の繰返し周波数ｆを有する被測定光ａ
は、偏光方向制御器２にてその偏波面が基準方向（０°
方向）に制御されたのち合波器３へ入射される。一方、
サンプリング光源４は、角周波数ωS でパルス波形の繰
返し周波数（ｆ−Δｆ）を有するサンプリング光ｂを出
力する。サンプリング光源４から出力されたサンプリン
グ光ｂは偏光方向制御器５にてその偏波面が例えば基準
方向（０°方向）に対して９０°方向に制御されたのち
合波器３へ入射される。
測定装置において、外部から入力された光の角周波数ω
D でパルス波形の繰返し周波数ｆを有する被測定光ａ
は、偏光方向制御器２にてその偏波面が基準方向（０°
方向）に制御されたのち合波器３へ入射される。一方、
サンプリング光源４は、角周波数ωS でパルス波形の繰
返し周波数（ｆ−Δｆ）を有するサンプリング光ｂを出
力する。サンプリング光源４から出力されたサンプリン
グ光ｂは偏光方向制御器５にてその偏波面が例えば基準
方向（０°方向）に対して９０°方向に制御されたのち
合波器３へ入射される。
【００６４】ハーフミラー３ａが組込まれた合波器３
は、被測定光ａを直進させるとともにサンプリング光ｂ
を直角方向に反射させる。したがって、この合波器３か
ら出射された被測定光ａとサンプリング光ｂとは互いの
偏波面が互いに直交し、かつ１つの光軸１６に合波され
る。この合波器３から出射された被測定光ａとサンプリ
ング光ｂの合波された光は、光軸１６上に配設された第
２種位相整合が可能な有機の非線形光学結晶であるＡＡ
ＮＰ１０の面（入射面）１１に垂直に入射する。
は、被測定光ａを直進させるとともにサンプリング光ｂ
を直角方向に反射させる。したがって、この合波器３か
ら出射された被測定光ａとサンプリング光ｂとは互いの
偏波面が互いに直交し、かつ１つの光軸１６に合波され
る。この合波器３から出射された被測定光ａとサンプリ
ング光ｂの合波された光は、光軸１６上に配設された第
２種位相整合が可能な有機の非線形光学結晶であるＡＡ
ＮＰ１０の面（入射面）１１に垂直に入射する。
【００６５】この被測定光ａとサンプリング光ｂのＡＡ
ＮＰ１０に対する入射条件は図２をを用いて説明した通
りである。
ＮＰ１０に対する入射条件は図２をを用いて説明した通
りである。
【００６６】したがって、この第２種位相整合が可能な
有機の非線形光学結晶であるＡＡＮＰ１０の他方の面か
ら角周波数（ωS ＋ωD ）を有する和周波光ｃが出力さ
れる。ＡＡＮＰ１０から出力された和周波光ｃは光フィ
ルタ６を介して受光器７へ入射される。受光器７は和周
波光ｃを電気信号ｄへ変換して次の電気信号処理系８へ
送出する。電気信号処理系８は入力した図７に示す和周
波光ｃと同一波形を有する電気信号ｄから、前述した手
法で時間方向に拡大した被測定光ａの光パルス波形ｅを
作成して、表示器９へ表示出力する。
有機の非線形光学結晶であるＡＡＮＰ１０の他方の面か
ら角周波数（ωS ＋ωD ）を有する和周波光ｃが出力さ
れる。ＡＡＮＰ１０から出力された和周波光ｃは光フィ
ルタ６を介して受光器７へ入射される。受光器７は和周
波光ｃを電気信号ｄへ変換して次の電気信号処理系８へ
送出する。電気信号処理系８は入力した図７に示す和周
波光ｃと同一波形を有する電気信号ｄから、前述した手
法で時間方向に拡大した被測定光ａの光パルス波形ｅを
作成して、表示器９へ表示出力する。
【００６７】繰り返すが、この有機の非線形光学結晶で
あるＡＡＮＰ１０の非線形変換効率定数ηは無機の非線
形光学材料の非線形変換効率定数ηに比較して格段に高
い。したがって、有機の非線形光学結晶のＡＡＮＰ１０
から出射された和周波光ｃのＳ／Ｎ比が向上し、最終の
光パルス波形ｅの測定精度が向上する。
あるＡＡＮＰ１０の非線形変換効率定数ηは無機の非線
形光学材料の非線形変換効率定数ηに比較して格段に高
い。したがって、有機の非線形光学結晶のＡＡＮＰ１０
から出射された和周波光ｃのＳ／Ｎ比が向上し、最終の
光パルス波形ｅの測定精度が向上する。
【００６８】さらに、ＡＡＮＰ１０が被測定光ａ及びサ
ンプリング光ｂに対する第２種位相整合を維持する条件
として、互いに偏波面が直交するように合波された被測
定光ａ及びサンプリング光ｂの光軸１６がＡＡＮＰ１０
の位相整合方向１５に一致すると共に、図２に示すよう
に、測定対象によって波長が変わる被測定光ａの偏波方
向をＡＡＮＰ１０の結晶の基準軸（実施形態ではａ軸）
に直角に設定し、固定波長であるサンプリング光ｂの偏
波方向を結晶の基準軸に平行に設定していることで、測
定波長帯域の広帯域化を図っている。
ンプリング光ｂに対する第２種位相整合を維持する条件
として、互いに偏波面が直交するように合波された被測
定光ａ及びサンプリング光ｂの光軸１６がＡＡＮＰ１０
の位相整合方向１５に一致すると共に、図２に示すよう
に、測定対象によって波長が変わる被測定光ａの偏波方
向をＡＡＮＰ１０の結晶の基準軸（実施形態ではａ軸）
に直角に設定し、固定波長であるサンプリング光ｂの偏
波方向を結晶の基準軸に平行に設定していることで、測
定波長帯域の広帯域化を図っている。
【００６９】つまり、図６に示すように、Ａ特性で示す
被測定光ａの偏波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、
サンプリング光ｂの偏波方向を結晶の基準軸に平行に設
定した方が、Ｂ特性で示す被測定光ａの偏波方向を結晶
の基本軸に平行に設定した場合に比較して、被測定光ａ
の波長変化に対する位相整合方向１５の変化量が少ない
ことを利用して、光サンプリングオシロスコープの波長
依存性を８０ｎｍに亘り抑えている。
被測定光ａの偏波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、
サンプリング光ｂの偏波方向を結晶の基準軸に平行に設
定した方が、Ｂ特性で示す被測定光ａの偏波方向を結晶
の基本軸に平行に設定した場合に比較して、被測定光ａ
の波長変化に対する位相整合方向１５の変化量が少ない
ことを利用して、光サンプリングオシロスコープの波長
依存性を８０ｎｍに亘り抑えている。
【００７０】図１５は本発明の第２の実施の形態の光サ
ンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図で
ある。図１に示す光サンプリング波形測定装置と同一部
分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略
する。
ンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図で
ある。図１に示す光サンプリング波形測定装置と同一部
分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略
する。
【００７１】図１５の光サンプリング波形測定装置が図
１に示す光サンプリング波形測定装置と異なる点は、サ
ンプリング光源４（２０）を複数の波長の光が出射可能
な多波長光源２１と前記複数の波長の光の内から一つを
選択して出射する光路切替器２２とで構成して、サンプ
リング光ｂの波長を切り替えられるようにしていること
である。
１に示す光サンプリング波形測定装置と異なる点は、サ
ンプリング光源４（２０）を複数の波長の光が出射可能
な多波長光源２１と前記複数の波長の光の内から一つを
選択して出射する光路切替器２２とで構成して、サンプ
リング光ｂの波長を切り替えられるようにしていること
である。
【００７２】サンプリング光源４として、波長を変えら
れる可変波長サンプリング光源を用い、可変波長範囲の
内の一点に固定することでサンプリング光ｂを出射する
こととし、複数の点から一点を選択するような構成とし
て、サンプリング光ｂの波長を切り替えてもよい。
れる可変波長サンプリング光源を用い、可変波長範囲の
内の一点に固定することでサンプリング光ｂを出射する
こととし、複数の点から一点を選択するような構成とし
て、サンプリング光ｂの波長を切り替えてもよい。
【００７３】サンプリング光ｂの波長を、例えば、１５
４７ｎｍ、１５５２ｎｍ、１５５７ｎｍの３種類に切り
替えられれば、図１０に示したように、１種類の波長の
ものよりさらに広帯域の被測定光ａに応じられる光サン
プリング波形測定装置となる。
４７ｎｍ、１５５２ｎｍ、１５５７ｎｍの３種類に切り
替えられれば、図１０に示したように、１種類の波長の
ものよりさらに広帯域の被測定光ａに応じられる光サン
プリング波形測定装置となる。
【００７４】図１６は本発明の第３の実施の形態の光サ
ンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図で
ある。図１に示す光サンプリング波形測定装置と同一部
分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略
する。
ンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図で
ある。図１に示す光サンプリング波形測定装置と同一部
分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略
する。
【００７５】図１６の光サンプリング波形測定装置が図
１に示す光サンプリング波形測定装置と異なる点は、Ａ
ＡＮＰ１０に入射されるサンプリング光ｂ及び被測定光
ａの前記ＡＡＮＰ１０への入射角度を変える入射角度変
更手段３０を備えていることである。
１に示す光サンプリング波形測定装置と異なる点は、Ａ
ＡＮＰ１０に入射されるサンプリング光ｂ及び被測定光
ａの前記ＡＡＮＰ１０への入射角度を変える入射角度変
更手段３０を備えていることである。
【００７６】入射角度変更手段３０は、例えばμメータ
付微動回転ステージで構成する。図１７に示すように、
非線形光学結晶であるＡＡＮＰ１０を前記μメータ付微
動回転ステージ３０にセットし、該μメータ付微動回転
ステージ３０を回転させてＡＡＮＰ１０への入射光の入
射角度を変化させる。
付微動回転ステージで構成する。図１７に示すように、
非線形光学結晶であるＡＡＮＰ１０を前記μメータ付微
動回転ステージ３０にセットし、該μメータ付微動回転
ステージ３０を回転させてＡＡＮＰ１０への入射光の入
射角度を変化させる。
【００７７】例えば、サンプリング光ｂの波長が１５５
２ｎｍとして、ＡＡＮＰ１０への入射光の入射角度を、
ＡＡＮＰ１０の面１１が光軸に垂直な状態、左右にそれ
ぞれ１°ａ軸中心に回転した状態の３種類に切り替えら
れれば、図１１に示したように、面１１に垂直に入射す
るだけのものよりさらに広帯域の被測定光ａに応じられ
る光サンプリング波形測定装置となる。
２ｎｍとして、ＡＡＮＰ１０への入射光の入射角度を、
ＡＡＮＰ１０の面１１が光軸に垂直な状態、左右にそれ
ぞれ１°ａ軸中心に回転した状態の３種類に切り替えら
れれば、図１１に示したように、面１１に垂直に入射す
るだけのものよりさらに広帯域の被測定光ａに応じられ
る光サンプリング波形測定装置となる。
【００７８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光サンプ
リング波形測定装置においては、被測定光及びサンプリ
ング光の光軸をＡＡＮＰの位相整合方向に一致させると
共に、被測定光の偏波方向をＡＡＮＰの結晶の基準軸に
直角に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準
軸に平行に設定している。
リング波形測定装置においては、被測定光及びサンプリ
ング光の光軸をＡＡＮＰの位相整合方向に一致させると
共に、被測定光の偏波方向をＡＡＮＰの結晶の基準軸に
直角に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準
軸に平行に設定している。
【００７９】したがって、たとえ、異なる波長を有する
被測定光が入力されても、非線形光学結晶の位相整合方
向の変化量が最小限に抑制できるため、測定された光波
形の被測定光の波長変化に起因する変化を３ｄＢ帯域幅
で８０ｎｍに亘って極力抑制でき、ひいては光サンプリ
ングオシロスコープの測定波長域を拡大できた。
被測定光が入力されても、非線形光学結晶の位相整合方
向の変化量が最小限に抑制できるため、測定された光波
形の被測定光の波長変化に起因する変化を３ｄＢ帯域幅
で８０ｎｍに亘って極力抑制でき、ひいては光サンプリ
ングオシロスコープの測定波長域を拡大できた。
【００８０】また、サンプリング光源として、波長の異
なるサンプリング光を出射可能なサンプリング光源を備
えることとした光サンプリング波形測定装置は、１種類
の波長だけを出射するものより、さらに広帯域の被測定
光に応じられる。
なるサンプリング光を出射可能なサンプリング光源を備
えることとした光サンプリング波形測定装置は、１種類
の波長だけを出射するものより、さらに広帯域の被測定
光に応じられる。
【００８１】さらに、入射角度変更手段を備えることと
した光サンプリング波形測定装置は、入射角度を変更す
ることで、入射角度固定のものより、さらに広帯域の被
測定光に応じられる。
した光サンプリング波形測定装置は、入射角度を変更す
ることで、入射角度固定のものより、さらに広帯域の被
測定光に応じられる。
【図１】本発明の一実施形態に係わる光サンプリング波
形測定装置の概略構成を示すブロック図
形測定装置の概略構成を示すブロック図
【図２】同光サンプリング波形測定装置の要部構成を示
す模式図
す模式図
【図３】同光サンプリング波形測定装置に組込まれたＡ
ＡＮＰの分子構造を示す図
ＡＮＰの分子構造を示す図
【図４】同ＡＡＮＰの結晶構造を示す図
【図５】同ＡＡＮＰにおける位相整合方向を求める手順
を示す図
を示す図
【図６】同光サンプリング波形測定装置における被測定
光の波長と位相整合方向との関係を示す図
光の波長と位相整合方向との関係を示す図
【図７】和周波光を用いた光信号の光パルス波形測定の
測定原理を説明するための図
測定原理を説明するための図
【図８】第２種位相整合を維持した非線形光学材料の光
学特性を説明するための図
学特性を説明するための図
【図９】従来の光サンプリング波形測定装置の概略構成
を示すブロック図
を示すブロック図
【図１０】ＡＡＮＰによるＳＦＧ発生効率の波長依存特
性を示す図
性を示す図
【図１１】同ＡＡＮＰによる結晶角度の傾きの違いによ
る変換効率の差を示す図
る変換効率の差を示す図
【図１２】非線形光学結晶への入射角度について説明す
るための図
るための図
【図１３】変換効率の回転角度依存性を示す図
【図１４】変換効率のあおり角度依存性を示す図
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係わる光サンプ
リング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
リング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係わる光サンプ
リング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
リング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係わる光サンプ
リング波形測定装置に組込まれた入射角度変更手段の概
略構成図
リング波形測定装置に組込まれた入射角度変更手段の概
略構成図
２、５…偏光方向制御器 ３…合波器 ４…サンプリング光源 ６…光フィルタ ７…受光器 ８…電気信号処理部 ９…表示器 １０…ＡＡＮＰ １５…位相整合方向 １６…光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾坪 利信 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 高良 秀彦 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 社家 一平 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 川西 悟基 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2G065 AA12 AB02 AB10 AB16 BA01 BA14 BB14 BB26 BB27 BB31 BC08 BC30 BD03 DA13 2K002 AA04 AB12 BA03 CA10 DA01 EA30 HA19 5K002 BA02 BA05 CA02 CA03 EA06
Claims (3)
- 【請求項１】 入力された単一の偏波面を有する被測定
光（ａ）よりパルス幅の狭い単一の偏波面を有するサン
プリング光（ｂ）を発生するサンプリング光源（４）
と、 このサンプリング光源から出射されたサンプリング光及
び前記被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交する
ように合波する合波器（３）と、 この合波器で合波されたサンプリング光及び被測定光が
入射され、このサンプリング光及び被測定光に対する第
２種位相整合が可能な、前記サンプリング光及び被測定
光の和周波光（ｃ）を出射する非線形光学結晶（１０）
と、 この非線形光学結晶から出力された和周波光を電気信号
（ｄ）に変換する受光器（７）と、 この受光器から出力された電気信号を処理して前記被測
定光の光パルス波形（ｅ）を表示する信号処理部（８）
とを備えた光サンプリング波形測定装置において、前記
非線形光学結晶は、有機非線形光学結晶の２―アダマン
チルアミノ―５―ニトロピリジン（ＡＡＮＰ）であり、 前記非線形光学結晶の位相整合方向（１５）に垂直な面
内に有る結晶の基準軸と直角に前記被測定光の偏波方向
を設定し、かつ前記基準軸と平行に前記サンプリング光
の偏波方向を設定したことを特徴とする光サンプリング
波形測定装置。 - 【請求項２】 前記サンプリング光源は、波長の異なる
複数種類のサンプリング光を出射可能とされており、こ
の複数種類のサンプリング光のうちのいずれか一種類の
サンプリング光を選択して出射することを特徴とする請
求項１記載の光サンプリング波形測定装置。 - 【請求項３】 入力された単一の偏波面を有する被測定
光（ａ）よりパルス幅の狭い単一の偏波面を有するサン
プリング光（ｂ）を発生するサンプリング光源（４）
と、 このサンプリング光源から出射されたサンプリング光及
び前記被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交する
ように合波する合波器（３）と、この合波器で合波され
たサンプリング光及び被測定光が入射され、このサンプ リング光及び被測定光に対する第２種位相整合が可能
な、前記サンプリング光及び被測定光の和周波光（ｃ）
を出射する非線形光学結晶（１０）と、 この非線形光学結晶に入射されるサンプリング光及び被
測定光の前記非線形光学結晶への入射角度を変える入射
角度変更手段（３０）と、 前記非線形光学結晶から出力された和周波光を電気信号
（ｄ）に変換する受光器（７）と、 この受光器から出力された電気信号を処理して前記被測
定光の光パルス波形（ｅ）を表示する信号処理部（８）
とを備えた光サンプリング波形測定装置であって、 前記非線形光学結晶は、有機非線形光学結晶の２―アダ
マンチルアミノ―５―ニトロピリジン（ＡＡＮＰ）であ
り、 前記非線形光学結晶の位相整合方向（１５）に垂直な面
内に有る結晶の基準軸と直角に前記被測定光の偏波方向
を設定し、かつ前記基準軸と平行に前記サンプリング光
の偏波方向を設定したことを特徴とする光サンプリング
波形測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001074684A JP3517220B2 (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 光サンプリング波形測定装置 |
| US10/095,982 US6720548B2 (en) | 2001-03-15 | 2002-03-12 | Optical sampling waveform measuring apparatus aiming at achieving wider band |
| CA002376727A CA2376727C (en) | 2001-03-15 | 2002-03-13 | Optical sampling waveform measuring apparatus aiming at achieving wider band |
| DE60204497T DE60204497T2 (de) | 2001-03-15 | 2002-03-14 | Optisch abtastendes Wellenform-Messgerät mit hoher Bandbreite |
| EP02005918A EP1241458B1 (en) | 2001-03-15 | 2002-03-14 | Optical sampling waveform measuring apparatus with high bandwidth |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001074684A JP3517220B2 (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 光サンプリング波形測定装置 |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2002277329A true JP2002277329A (ja) | 2002-09-25 |
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|---|---|---|---|
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