JP2003270127A - 光振幅位相時間応答測定装置 - Google Patents
光振幅位相時間応答測定装置Info
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Abstract
の位相変化を高精度に測定できる光振幅位相時間応答測
定装置を提供する。 【解決手段】 光源1からの光パルスの互いに直交する
光成分の一方を遅延する偏光依存遅延時間発生器2、発
生器2の出力を被測定試料4と周波数変調器5に供給す
る光分波器3、試料4と変調器5を通過した出力を合波
する光合波器6、光合波器6からの出力を互いに直交す
る二つの光成分に分岐する偏光依存光分波器7、分岐さ
れた光成分をそれぞれ検波する一対の光検波器8,9、
発生器2で遅延された2つの成分の間に入るよう光源か
らの光パルスを遅延して与えて試料4に供給する遅延時
間発生器11、光検波器8,9からの出力の遅延時間発
生器2で遅延されない側と同じ側の出力交流信号を参照
信号、他方側を評価信号とし、評価信号の振幅、参照信
号との位相差を検出する位相弁別検出器10でなる。
Description
信に利用される光デバイスあるいはその光デバイスを構
成する非線形応答物質の時間応答評価に使用される光振
幅位相時間応答測定装置に関するものである。
の光デバイスを構成する非線形応答物質の時間応答を超
高速(<10ピコ秒)で評価するためには、電気的に測定
することはできないので、遅延時間を設けた二つの光パ
ルス(以下、ポンプ光とプローブ光と呼ぶ)を光デバイス
或いは非線形応答物質に照射し、出力信号を遅延時間の
関数として測定するポンプ−プローブ法が用いられる。
は、プローブ光が通過する干渉計内に光デバイスを配置
し、また、干渉計の一つの光路に周波数変調器を配置
し、干渉計の出力のビート信号を検波することにより、
光デバイス或いはその光デバイスを構成する非線形応答
物質のポンプ光による変調振幅と変調位相を評価する、
ヘテロダイン法とポンプ−プローブ法を組み合わせた方
法がオプティクスコミュニケーションズ(Optics Commun
ications) 1999年、第169巻、317〜324頁
で報告されている。
幅位相時間応答測定装置にあっては、プローブ光の評
価、特にその位相を評価するためには干渉計を光の波長
以下に安定化する必要があった。
めになされたもので、干渉計を安定化させることなく被
測定試料での位相変化を高精度に測定できる光振幅位相
時間応答測定装置を提供することを目的とする。
発明は、光振幅位相時間応答測定装置において、パルス
光源と、前記パルス光源からの光パルスの互いに直交す
る二つの光成分の一方に他方に対して遅延時間を与える
偏光依存遅延時間発生器と、この偏光依存遅延時間発生
器からの光パルスを被測定試料と周波数変調器のそれぞ
れに供給する光分波器と、前記光分波器の出力を周波数
変調する前記周波数変調器と、前記光分波器からの出力
のそれぞれ前記被測定試料、前記周波数変調器を通過し
た後のものを合波する光合波器と、この光合波器からの
出力を互いに直交する二つの光成分に分岐する偏光依存
光分波器と、分岐された二つの光成分をそれぞれ検波す
る一対の光検波器と、前記偏光依存遅延時間発生器で遅
延された2つの成分の間に入るように、前記パルス光源
からの別の光パルスに遅延時間を与えて被測定試料に供
給する遅延時間発生器と、前記一対の光検波器からの出
力交流信号のうちの、前記偏光依存遅延時間発生器で遅
延されていない成分と同じ側の成分側の光検波器からの
出力交流信号を参照信号とし他方側の出力交流信号を評
価信号とし、評価信号の振幅および参照信号との位相差
を検出する位相弁別検出器と、を備えたことを特徴とす
る光振幅位相時間応答測定装置にある。
例した同期信号を出力し、この同期信号と前記位相弁別
検出器からの測定信号を時間基準として時間波形を繰り
返し表示および積算・平均化して出力する波形表示部を
さらに備えたことを特徴とする。
前記パルス光源からのパルスを検波した出力とを差動増
幅したものを前記評価信号として出力する差動増幅器を
さらに備えたことを特徴とする。
実施の形態1による光振幅位相時間応答測定装置の構成
図を示す。図1において光振幅位相時間応答測定装置は
パルス光源1、偏光依存遅延発生器2、光分波器3、被
測定試料4、周波数変調器5、光合波器6、偏光依存光
分波器7、光検波器8、光検波器9、位相弁別検出器1
0、遅延時間発生器11、制御器12により構成され
る。また図2は動作を説明するための図である。
などを用いて同期したプローブ光13とポンプ光14を
出力する。偏光依存遅延発生器2は図2の(a)に示すよ
うに互いに直交した二つの偏光成分に遅延時間を与え
る。以下、二つの偏光成分を縦偏光成分22と横偏光成
分23と呼び、縦偏光成分22が横偏光成分23より先
行するものとする。逆の順序でも一般性は失われない。
この偏光依存遅延発生器2は図2の(b)に示すように二
つの偏光ビームスプリッタ24、25とリトロリフレク
タ26、または図2の(c)の1軸性の複屈折結晶27で
構成される。
ダ(Mach-Zehnder)−干渉計を構成するもので、光分波器
3はプローブ光13を同時に分岐し、光合波器6はプロ
ーブ光13を同時に合波するものである。これらは縦偏
光成分22と横偏光成分23の分岐比を変えないために
無偏光ビームスプリッタを用いることが望ましい。周波
数変調器5はプローブ光13の光周波数を一定の値だけ
変化させるものであり、アコースティック−オプティク
ス(Acoustic Optics)変調器で構成される。
されたプローブ光13の縦偏光成分22と横偏光成分2
3を分離する。光検波器8は横偏光成分23を検波し、
評価信号15を出力し、光検波器9は縦偏光成分22を
検波し参照信号16を出力する。ここで、光検波器8、
9は周波数変調器5の周波数変化量よりも大きな帯域を
有するフォトディテクタで構成され、特に光検波器9は
パルス光源1のパルスの繰り返し周波数成分を減衰させ
るフィルターを兼ね備える。
幅および参照信号16との位相差を検出するものであ
り、RF帯域で動作するロックインアンプを用いること
ができる。遅延時間発生器11はポンプ光14に遅延時
間を与えるもので可変ステージとリトロリフレクタで構
成される。
偏光依存遅延発生器2を通過した後マッハ−ツェンダ−
干渉計を構成する光分波器3、被測定試料4、周波数変
調器5、光合波器6に入力される。一方の光路の光成分
は周波数変調器5により周波数が変化するため、光合波
器6からの出力強度は二つの光路からの光成分の周波数
差に対応した周期で振動する。
り、プローブ光13のうち先行する縦偏光成分22より
も先行しない範囲で(偏光依存遅延時間発生器2で遅延
された2つの成分の間に入るように)遅延時間を変えて
被測定試料4に照射される。ポンプ光14の照射した後
は被測定試料4の吸収係数および屈折率が変化するため
に、被測定試料4を通過したプローブ光13のうちの横
偏光成分23の振幅および位相はポンプ光14を照射し
ないときと比べて変化する。これにより、光合波器6か
らの出力のうち縦偏光成分22の振幅と位相は変化しな
いが、横偏光成分23の振動の振幅と位相は被測定試料
4でのプローブ光13とポンプ光14との到達時間差に
依存して変化する。
と縦偏光成分24は分離され、それぞれ光検波器8と9
で評価信号15と参照信号16の交流電気信号に変換さ
れる。ここで光検波器9にはバンドパスフィルターが含
まれており、参照信号16として周波数変調器5の変調
周波数成分のみが出力される。評価信号15は位相弁別
検出器10により周波数変調器5の変調周波数での振幅
と参照信号16との位相差が検出され、それら振幅と位
相差の値は制御器12により遅延時間発生器11での遅
延時間の関数として記録される。
けて干渉計に入力することにより、干渉計が安定してい
なくても測定信号15と参照信号16の位相差は変わら
ないので、ポンプ光14による被測定試料4でのプロー
ブ光13の位相変化を高精度に測定できる。
態2による光振幅位相時間応答測定装置の構成図を示
す。図3において図1と同一もしくは相当部分は同一符
号で示し、説明は省略する。実施の形態1と異なる点は
遅延時間発生器11の遅延時間を周期的に発生させ、遅
延時間に比例した同期信号18を出力する。位相弁別検
出器10により出力された測定信号19は同期信号18
とともに、オシロスコープおよびADコンバータ付のパ
ソコンで構成される波形表示器17に繰り返し取り込ま
れ、表示、および積算・平均化がなされ結果が出力され
る。このことによりレーザ強度揺らぎ等の低周波の雑音
が低減され、ポンプ光14による被測定試料4でのプロ
ーブ光13の振幅変化および位相変化を高精度に測定で
きる。
態3による光振幅位相時間応答測定装置の構成図を示
す。図4において図1と同一もしくは相当部分は同一符
号で示し、説明は省略する。実施の形態1と異なる点は
プローブ光13の一部を光分波器1aで分波し光検波器
20で検出する。光検波器20からの出力信号は光検波
器8からの出力信号とともに差動増幅器21に入力され
評価信号15として出力される。このことによりレーザ
強度の揺らぎが低減され、ポンプ光14による被測定試
料4でのプローブ光13の振幅変化および位相変化を高
精度に測定できる。
位相時間応答測定装置において、パルス光源と、前記パ
ルス光源からの光パルスの互いに直交す二つの光成分の
一方に他方に対して遅延時間を与える偏光依存遅延時間
発生器と、この偏光依存遅延時間発生器からの光パルス
を被測定試料と周波数変調器のそれぞれに供給する光分
波器と、前記光分波器の出力を周波数変調する前記周波
数変調器と、前記光分波器からの出力のそれぞれ前記被
測定試料、前記周波数変調器を通過した後のものを合波
する光合波器と、この光合波器からの出力を互いに直交
する二つの光成分に分岐する偏光依存光分波器と、分岐
された二つの光成分をそれぞれ検波する一対の光検波器
と、前記偏光依存遅延時間発生器で遅延された2つの成
分の間に入るように、前記パルス光源からの別の光パル
スに遅延時間を与えて被測定試料に供給する遅延時間発
生器と、前記一対の光検波器からの出力交流信号のうち
の、前記偏光依存遅延時間発生器で遅延されていない成
分と同じ側の成分側の光検波器からの出力交流信号を参
照信号とし他方側の出力交流信号を評価信号とし、評価
信号の振幅および参照信号との位相差を検出する位相弁
別検出器と、を備えたことを特徴とする光振幅位相時間
応答測定装置としたので、互いに直交する偏光成分に遅
延をかけて光分波器、周波数変調器および光合波器から
なる干渉計に入力することにより、干渉計を安定化させ
ることなく被測定試料での位相変化を高精度に測定でき
る。
例した同期信号を出力し、この同期信号と前記位相弁別
検出器からの測定信号を時間基準として時間波形を繰り
返し表示および積算・平均化して出力する波形表示部を
さらに備えたので、周期的に遅延時間を与え、これに同
期した信号を積算・平均化することにより、レーザ強度
揺らぎなどの雑音を低減し、被測定試料での光パルスの
振幅変化および位相変化を高精度に測定できる。
前記パルス光源からのパルスを検波した出力とを差動増
幅したものを前記評価信号として出力する差動増幅器を
さらに備えたので、レーザ強度揺らぎなどの雑音を低減
し、被測定試料での光パルスの振幅変化および位相変化
を高精度に測定できる。
間応答測定装置の構成図を示す。
る。
間応答測定装置の構成図を示す。
間応答測定装置の構成図を示す。
光分波器、4 被測定試料、5 周波数変調器、6 光
合波器、7 偏光依存光分波器、8,9,20光検波
器、10 位相弁別検出器、11 遅延時間発生器、1
2 制御器、17 波形表示器、21 差動増幅器。
Claims (3)
- 【請求項1】 光振幅位相時間応答測定装置において、 パルス光源と、 前記パルス光源からの光パルスの互いに直交する二つの
光成分の一方に他方に対して遅延時間を与える偏光依存
遅延時間発生器と、 この偏光依存遅延時間発生器からの光パルスを被測定試
料と周波数変調器のそれぞれに供給する光分波器と、 前記光分波器の出力を周波数変調する前記周波数変調器
と、 前記光分波器からの出力のそれぞれ前記被測定試料、前
記周波数変調器を通過した後のものを合波する光合波器
と、 この光合波器からの出力を互いに直交する二つの光成分
に分岐する偏光依存光分波器と、 分岐された二つの光成分をそれぞれ検波する一対の光検
波器と、 前記偏光依存遅延時間発生器で遅延された2つの成分の
間に入るように、前記パルス光源からの別の光パルスに
遅延時間を与えて被測定試料に供給する遅延時間発生器
と、 前記一対の光検波器からの出力交流信号のうちの、前記
偏光依存遅延時間発生器で遅延されていない成分と同じ
側の成分側の光検波器からの出力交流信号を参照信号と
し他方側の出力交流信号を評価信号とし、評価信号の振
幅および参照信号との位相差を検出する位相弁別検出器
と、 を備えたことを特徴とする光振幅位相時間応答測定装
置。 - 【請求項2】 前記遅延時間発生器が遅延時間に比例し
た同期信号を出力し、この同期信号と前記位相弁別検出
器からの測定信号を時間基準として時間波形を繰り返し
表示および積算・平均化して出力する波形表示部をさら
に備えたことを特徴とする請求項1に記載の光振幅位相
時間応答測定装置。 - 【請求項3】 前記評価信号側の光検波器の出力と前記
パルス光源からのパルスを検波した出力とを差動増幅し
たものを前記評価信号として出力する差動増幅器をさら
に備えたことを特徴とする請求項1に記載の光振幅位相
時間応答測定装置。
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