JP2004132965A - 光サンプリングヘッド - Google Patents
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Abstract
【構成】光サンプリングヘッド1において、ポートAからの被測定光(偏光コントローラ11による垂直偏光)とポートBからのサンプリング光(偏光コントローラ21による水平偏光)は、PBS3の異なる入射面31,32から入射して同一の出射面34から出射し、ルチル4で偏波合成され、KTP6で強度相関信号を和周波光として出力される。スプリット面33で除去された両光の不要な方向の偏光成分はフォトダイオード40でモニターされ、制御手段41により偏光コントローラ11,21が制御される。
【選択図】図1
Description
しかしながら、上述した従来の光サンプリングヘッドでは、PBSを透過するサンプリング光の偏光消光比(以下消光比と呼ぶ)は略40dBであるが、PBSにて反射する被測定光の消光比は略20dBしかない。これにより、和周波光の発生と同時に第2高調波光も発生してしまいKTPの特性を十分に引き出すことができずにS/N比の劣化を招いているという問題があった。
これに対し、上記PBSに置き換えて複屈折性光学結晶を用いることにより、偏光消光比を約60dBにしてS/N比を向上させることができるが、複屈折性光学結晶は、一般に価格が高く実用化のためには結晶の有効長を短くしなければならないという制約がある。その一方、現存する複屈折性光学結晶ではウォークオフ角(偏波分離角)が小さく、入射側での分離幅が例えば略2mm程であるため分離幅が十分にとれず実用が難しいという問題があった。
図4は、本願出願人が本願が優先権の主張の基礎とする先の出願と同日付で出願した前述の案出した光サンプリングヘッドを例示する図である。被測定光とサンプリング光はポートa,bから導入され、偏波合成を行う複屈折性の光学結晶であるルチル100に導かれ、レンズ101を介して非線形光学材料であるKTP102にて位相整合を達成した後、フィルタ103から出力されて後段の図示しない信号処理部に導かれる。なお、被測定光とサンプリング光がポートa,bのいずれから入力されるかは、前記KTP102を通過した後の和周波光の特性に応じて選択することができる。
前記光路変更手段3から出射した前記被測定光と前記サンプリング光を偏波合成する偏波合成手段4と、
前記偏波合成手段4で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子6とを有している。
入射した被測定光中のS波偏光を反射させるとともに前記被測定光中のP波偏光を透過させ、P波偏光とS波偏光の分岐光量が等しくなるように偏光状態が45°直線偏光とされて入射したサンプリング光中のS波偏光を反射させるとともに前記サンプリング光中のP波偏光を透過させる共通のスプリット面54を有し、前記被測定光中のS波偏光と前記サンプリング光中のP波偏光を出射するとともに、前記被測定光中のP波偏光と前記サンプリング光中のS波偏光を出射する光路変更手段51と、
前記光路変更手段51から出射した前記被測定光のS波偏光と前記サンプリング光のP波偏光を偏波合成する第1の偏波合成手段61と、
前記光路変更手段51から出射した前記被測定光のP波偏光と前記サンプリング光のS波偏光が入射して各偏光の偏光方向を90°回転させて出射する偏光方向変更手段62と、
前記偏光方向変更手段62から出射する前記被測定光のS波偏光と前記サンプリング光のP波偏光を偏波合成する第2の偏波合成手段63と、
前記第1の偏波合成手段61で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する第1の非線形光学素子65と、
前記第2の偏波合成手段63で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する第2の非線形光学素子66とを有する光サンプリングヘッド50であって、
前記光路変更手段51の前記スプリット面54に対する前記被測定光の入射位置と、前記光路変更手段51の前記スプリット面54に対する前記サンプリング光の入射位置とが、前記第1の偏波合成手段61と前記第2の偏波合成手段63の各分離幅に対応して位置決めされていることを特徴としている。
前記第1の非線形光学素子65から出力される和周波光の光強度を電気信号に変換する第1の光電変換手段70と、
前記第2の非線形光学素子66から出力される和周波光の光強度を電気信号に変換する第2の光電変換手段71と、
前記第1の光電変換手段70からの電気信号と前記第2の光電変換手段71からの電気信号を互いに独立して出力する手段とを有することを特徴としている。
被測定光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を任意に設定できる第1の偏波コントローラ11と、
サンプリング光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を任意に設定できる第2の偏波コントローラ21と、
前記第1の偏波コントローラ11で第1の偏光方向に設定された前記被測定光が入射する第1の入射面31と、前記第2の偏波コントローラ21で第2の偏光方向に設定された前記サンプリング光が入射する第2の入射面32と、前記被測定光中の第1の偏光方向の成分を反射するとともに前記被測定光中の第2の偏光方向の成分を透過させ、前記サンプリング光中の第2の偏光方向の成分を透過させるとともに前記サンプリング光中の第1の偏光方向の成分を反射させる共通のスプリット面33と、前記被測定光中の第1の偏光方向の成分と前記サンプリング光中の第2の偏光方向の成分を出射する第1の出射面34と、前記被測定光中の第2の偏光方向の成分と前記サンプリング光中の第1の偏光方向の成分を出射する第2の出射面35とを備えた光路変更手段3と、
前記光路変更手段3の前記第2の出射面32から出射する光を検知し、検知される光量が可及的に少なくなるように前記第1の偏波コントローラ11及び前記第2の偏波コントローラ21を制御するためのモニタ手段40と、
前記光路変更手段3の前記第1の出射面31から出射した前記被測定光と前記サンプリング光を偏波合成する偏波合成手段4と、
前記偏波合成手段4で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子6とを有している。
この光サンプリングヘッド1の筐体2の内部の一端側には、被測定光とサンプリング光の光路変更手段であるPBS3(偏光ビームスプリッタ)が取り付けられている。筐体2内において、このPBS3の隣には、このPBS3から出射した被測定光とサンプリング光を偏波合成する偏波合成手段としてのルチル4が取り付けられている。なお、ルチル4に入射される被測定光とサンプリング光は、図1に示されているように、被測定光とサンプリング光のPBS3への入射位置を適当な位置に設定することで、その光軸の間隔が、発明が解決しようとする課題の欄で述べた分離幅と略等しくなるようにPBS3から出射される。さらに、筐体2の他端側には、筐体2側の光軸に対して受光素子ホルダ5が適当な姿勢で連結されている。受光素子ホルダ5には、前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子としてのKTP6と、集光レンズ7と、受光素子8が設けられており、この受光素子8が図示しない信号処理部に接続されている。本例のKTP6は第2種の非線形光学結晶であり、被測定光と偏光方向が異なるサンプリング光が入射した場合にのみ和周波光が出射される。従って所定の周期で被測定光をサンプリングすると相互相関信号として和周波光が出力され、光サンプリングオシロスコープに表示することができる。
本例の光サンプリングヘッド50は、被測定光の偏波分離をPBSで行ない、2つの偏波成分からそれぞれサンプリング光と被測定光の相互相関信号を出力するモジュールであり、特に複屈折性材料を用いたルチル等の偏波合成手段を用いることにより不要偏波成分を除去してS/N比を向上させるとともに、偏波分離後の出力強度の差異による偏波依存性を低減できるようにしたことを特徴とするものである。
まず、図3を参照して本装置の光学的な構造とその作用・効果を説明する。
なお、図3において、白抜き丸印中に表示された両向き矢印は、光の進行方向に垂直な面内における光の偏光方向を模式的に示すものである。また、図3においては、光路を示す線のうち、太い実線はランダム偏光を示し、太い一点鎖線はPBS1において第1のルチルと第2のルチルに同光量に分割される偏光状態を示し、細い実線はP波偏光を示し、破線はS波偏光を示し、太い二点鎖線は直交する偏光が重なった状態を示している。
1…光サンプリングヘッド、2…筐体、3…光路変更手段としてのPBS、4…偏波合成手段としてのルチル、6…非線形光学素子としてのKTP、11…第1の偏波コントローラ、21…第2の偏波コントローラ、31…第1の入射面、32…第2の入射面、33…スプリット面、34…第1の出射面、35…第2の出射面、40…モニタ手段としてのフォトダイオード。
第2の実施の形態(図3)
50…光サンプリングヘッド、51…光路変更手段としてのPBS、52…第1の入射ポート、53…第1の入射面、54…スプリット面、55…第1の出射面、56…第2の出射面、57…偏波コントローラ、58…第2の入射ポート、60…第2の入射面、61,63…偏波合成手段としてのルチル、65,66…非線形光学素子としてのKTP、70…S波モニタ手段としてのAPD、71…P波モニタ手段としてのAPD、80…表示信号処理手段、82…筐体。
Claims (6)
- 被測定光とサンプリング光が異なる入射面から入射して同一の出射面から出射する光路変更手段(3)と、
前記光路変更手段から出射した前記被測定光と前記サンプリング光を偏波合成する偏波合成手段(4)と、
前記偏波合成手段で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子(6)と、
を有する光サンプリングヘッド(1)。 - 入射した被測定光中のS波偏光を反射させるとともに前記被測定光中のP波偏光を透過させ、P波偏光とS波偏光の分岐光量が等しくなるように偏光状態が45°直線偏光とされて入射したサンプリング光中のS波偏光を反射させるとともに前記サンプリング光中のP波偏光を透過させる共通のスプリット面(54)を有し、前記被測定光中のS波偏光と前記サンプリング光中のP波偏光を出射するとともに、前記被測定光中のP波偏光と前記サンプリング光中のS波偏光を出射する光路変更手段(51)と、
前記光路変更手段から出射した前記被測定光のS波偏光と前記サンプリング光のP波偏光を偏波合成する第1の偏波合成手段(61)と、
前記光路変更手段から出射した前記被測定光のP波偏光と前記サンプリング光のS波偏光が入射して各偏光の偏光方向を90°回転させて出射する偏光方向変更手段(62)と、
前記偏光方向変更手段から出射する前記被測定光のS波偏光と前記サンプリング光のP波偏光を偏波合成する第2の偏波合成手段(63)と、
前記第1の偏波合成手段で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する第1の非線形光学素子(65)と、
前記第2の偏波合成手段で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する第2の非線形光学素子(66)と、
を有する光サンプリングヘッド(50)であって、
前記光路変更手段(51)の前記スプリット面(54)に対する前記被測定光の入射位置と、前記光路変更手段の前記スプリット面(54)に対する前記サンプリング光の入射位置とが、前記第1の偏波合成手段(61)と前記第2の偏波合成手段(63)の各分離幅に対応して位置決めされている光サンプリングヘッド(50)。 - 前記第1の非線形光学素子(65)から出力される和周波光の光強度を電気信号に変換する第1の光電変換手段(70)と、
前記第2の非線形光学素子(66)から出力される和周波光の光強度を電気信号に変換する第2の光電変換手段(71)と、
前記第1の光電変換手段からの電気信号と前記第2の光電変換手段からの電気信号を互いに独立して出力する手段とを有する請求項2記載の光サンプリングヘッド(50)。 - 45°直線偏光の前記サンプリング光は、偏光子(59)によって生成される請求項2記載の光サンプリングヘッド(50)。
- 前記偏光子(59)の前段に、前記サンプリング光の偏光状態を変更する偏波コントローラ(57)を設けた請求項4記載の光サンプリングヘッド(50)。
- 被測定光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を任意に設定できる第1の偏波コントローラ(11)と、
サンプリング光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を任意に設定できる第2の偏波コントローラ(21)と、
前記第1の偏波コントローラで第1の偏光方向に設定された前記被測定光が入射する第1の入射面(31)と、前記第2の偏波コントローラで第2の偏光方向に設定された前記サンプリング光が入射する第2の入射面(32)と、前記被測定光中の第1の偏光方向の成分を反射するとともに前記被測定光中の第2の偏光方向の成分を透過させ、前記サンプリング光中の第2の偏光方向の成分を透過させるとともに前記サンプリング光中の第1の偏光方向の成分を反射させる共通のスプリット面(33)と、前記被測定光中の第1の偏光方向の成分と前記サンプリング光中の第2の偏光方向の成分を出射する第1の出射面(34)と、前記被測定光中の第2の偏光方向の成分と前記サンプリング光中の第1の偏光方向の成分を出射する第2の出射面(35)とを備えた光路変更手段(3)と、
前記光路変更手段の前記第2の出射面から出射する光を検知し、検知される光量が可及的に少なくなるように前記第1の偏波コントローラ及び前記第2の偏波コントローラを制御するためのモニタ手段(40)と、
前記光路変更手段の前記第1の出射面から出射した前記被測定光と前記サンプリング光を偏波合成する偏波合成手段(4)と、
前記偏波合成手段で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子(6)と、
を有する光サンプリングヘッド(1)。
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CN114624682A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-06-14 | 中国科学技术大学 | 抑制近场强回波信号的方法和系统 |
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