JP2005127783A - 電気信号観測装置及び方法並びに電気信号標本化装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数を超える周波数の被
測定電気信号の波形観測を実現する。
【解決手段】 一定強度かつ一定波長の連続光Ｌを発生する光源１と、連続光を被測定電
気信号Ｄによって強度変調する光強度変調器２と、光強度変調器２の出射光を光学的に標
本化し、この標本化信号を電気信号に変換して被測定電気信号ＤＳの波形を表示する光サ
ンプリングオシロスコープ６とを具備する。
【選択図】 図１
測定電気信号の波形観測を実現する。
【解決手段】 一定強度かつ一定波長の連続光Ｌを発生する光源１と、連続光を被測定電
気信号Ｄによって強度変調する光強度変調器２と、光強度変調器２の出射光を光学的に標
本化し、この標本化信号を電気信号に変換して被測定電気信号ＤＳの波形を表示する光サ
ンプリングオシロスコープ６とを具備する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、電気信号観測装置及び方法並びに電気信号標本化装置及び方法に関する。
周知のように、被測定電気信号の波形を観測する装置として、電気サンプリングオシロ
スコープがある。この電気サンプリングオシロスコープは、被測定電気信号を高速動作す
るサンプリング回路でサンプリング（標本化）して得られた信号をＡ／Ｄ変換器でデジタ
ル信号に変換（量子化）し、該デジタル信号に所定の演算処理を施すことにより被測定電
気信号を画面表示するものである。
特開平１０−１９７３５０号公報
スコープがある。この電気サンプリングオシロスコープは、被測定電気信号を高速動作す
るサンプリング回路でサンプリング（標本化）して得られた信号をＡ／Ｄ変換器でデジタ
ル信号に変換（量子化）し、該デジタル信号に所定の演算処理を施すことにより被測定電
気信号を画面表示するものである。
しかしながら、上記電気サンプリングオシロスコープで観測可能な被測定電気信号の最
高周波数（測定限界周波数）は、使用される電気部品（例えば増幅器）によって制限され
、現状では７０ＧＨｚ程度である。このような現状に対して、上記測定限界周波数に迫る
周波数あるいはこれを超える周波数の被測定電気信号を観測することが要求されており、
現状の電気サンプリングオシロスコープはこのような要求に応えることができない。
高周波数（測定限界周波数）は、使用される電気部品（例えば増幅器）によって制限され
、現状では７０ＧＨｚ程度である。このような現状に対して、上記測定限界周波数に迫る
周波数あるいはこれを超える周波数の被測定電気信号を観測することが要求されており、
現状の電気サンプリングオシロスコープはこのような要求に応えることができない。
一方、電気信号よりも遥かに高周波数の光信号を観測する装置として、光サンプリング
オシロスコープがある。この光サンプリングオシロスコープの測定限界周波数は、５００
ＧＨｚ以上であるが、光信号しか観測することができず、つまり電気信号を観測すること
ができない。なお、上記光サンプリングオシロスコープについては、例えば以下の公報に
詳細が説明されている。
オシロスコープがある。この光サンプリングオシロスコープの測定限界周波数は、５００
ＧＨｚ以上であるが、光信号しか観測することができず、つまり電気信号を観測すること
ができない。なお、上記光サンプリングオシロスコープについては、例えば以下の公報に
詳細が説明されている。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものであ
る。
（１）従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数を超える周波数の被測定
電気信号の波形観測を実現する。
（２）従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数を超える周波数の被測定
電気信号の標本化を実現する。
る。
（１）従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数を超える周波数の被測定
電気信号の波形観測を実現する。
（２）従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数を超える周波数の被測定
電気信号の標本化を実現する。
上記目的を達成するために、本発明では、電気信号の観測に係わる手段として、所定の
光強度変調器を用いて連続光を被測定電気信号で強度変調し、当該変換光信号を光サンプ
リングオシロスコープで出力する、という手段を採用する。
また、本発明では、電気信号の観測に係わる他の手段として、光サンプリング信号を被
測定電気信号によって強度変調することによって当該被測定電気信号を標本化し、当該標
本化によって得られた光標本化信号を受光して所定の信号処理を施すことにより被測定電
気信号の波形を得る、という手段を採用する。
光強度変調器を用いて連続光を被測定電気信号で強度変調し、当該変換光信号を光サンプ
リングオシロスコープで出力する、という手段を採用する。
また、本発明では、電気信号の観測に係わる他の手段として、光サンプリング信号を被
測定電気信号によって強度変調することによって当該被測定電気信号を標本化し、当該標
本化によって得られた光標本化信号を受光して所定の信号処理を施すことにより被測定電
気信号の波形を得る、という手段を採用する。
一方、本発明では、電気信号の標本化に係わる手段として、所定の光強度変調器を用い
て被測定電気信号を光サンプリング信号で強度変調することにより光標本化信号を得る、
という手段を採用する。
また、電気信号の標本化に係わる別の手段として、所定の光強度変調器を用いて連続光
を被測定電気信号で強度変調することにより被測定光信号を生成し、光学結晶体によって
前記被測定光信号をサンプリング信号で標本化して光標本化信号を得る。
て被測定電気信号を光サンプリング信号で強度変調することにより光標本化信号を得る、
という手段を採用する。
また、電気信号の標本化に係わる別の手段として、所定の光強度変調器を用いて連続光
を被測定電気信号で強度変調することにより被測定光信号を生成し、光学結晶体によって
前記被測定光信号をサンプリング信号で標本化して光標本化信号を得る。
本発明によれば、所定の光強度変調器を用いて被測定電気信号を光信号に変換するので
、従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数を超える周波数の被測定電気
信号の波形観測を実現することが可能であると共に、従来の電気サンプリングオシロスコ
ープの測定限界周波数を超える周波数の被測定電気信号の標本化を実現することが可能で
ある。
、従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数を超える周波数の被測定電気
信号の波形観測を実現することが可能であると共に、従来の電気サンプリングオシロスコ
ープの測定限界周波数を超える周波数の被測定電気信号の標本化を実現することが可能で
ある。
以下、図面を参照して、本発明の各種実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係わる電気信号観測装置のブロック図である。本第１
実施形態は、本発明の中心的な構成要素である光強度変調器としてマッハツェンダ型光強
度変調器を用いたものである。この図において、符号１はレーザ光源、２はマッハツェン
ダ型光強度変調器、３は光カプラ、４は光パワー検出回路、５はバイアス電圧制御回路、
６は光サンプリングオシロスコープ、またＦ1〜Ｆ4は光ファイバである。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係わる電気信号観測装置のブロック図である。本第１
実施形態は、本発明の中心的な構成要素である光強度変調器としてマッハツェンダ型光強
度変調器を用いたものである。この図において、符号１はレーザ光源、２はマッハツェン
ダ型光強度変調器、３は光カプラ、４は光パワー検出回路、５はバイアス電圧制御回路、
６は光サンプリングオシロスコープ、またＦ1〜Ｆ4は光ファイバである。
レーザ光源１は、一定強度（パワー）かつ一定波長の連続光Ｌ（レーザ光）を発生して
光ファイバＦ1に出射する。上記連続光Ｌの波長は、後段のマッハツェンダ型光強度変調
器２及び光サンプリングオシロスコープ６の許容波長に設定されている。光ファイバＦ1
は、この連続光Ｌをマッハツェンダ型光強度変調器２の光入力ポートに供給する。
光ファイバＦ1に出射する。上記連続光Ｌの波長は、後段のマッハツェンダ型光強度変調
器２及び光サンプリングオシロスコープ６の許容波長に設定されている。光ファイバＦ1
は、この連続光Ｌをマッハツェンダ型光強度変調器２の光入力ポートに供給する。
マッハツェンダ型光強度変調器２には上記連続光Ｌの他に被測定電気信号Ｄが電気入力
ポートに入力されるようになっている。このマッハツェンダ型光強度変調器２は、例えば
ＬｉＮｂＯ３光導波路を用いたＬＮ強度変調器であり、連続光Ｌを被測定電気信号Ｄによ
って強度変調することによって被測定光信号Ｐを生成し、当該被測定光信号Ｐを光ファイ
バＦ2に出射する。このマッハツェンダ型光強度変調器２の変調応答特性（変調速度）は
周知のように極めて高速であり、数十ＧＨｚ程度の周波数を有する被測定電気信号Ｄに忠
実に応答して連続光Ｌを強度変調する。
ポートに入力されるようになっている。このマッハツェンダ型光強度変調器２は、例えば
ＬｉＮｂＯ３光導波路を用いたＬＮ強度変調器であり、連続光Ｌを被測定電気信号Ｄによ
って強度変調することによって被測定光信号Ｐを生成し、当該被測定光信号Ｐを光ファイ
バＦ2に出射する。このマッハツェンダ型光強度変調器２の変調応答特性（変調速度）は
周知のように極めて高速であり、数十ＧＨｚ程度の周波数を有する被測定電気信号Ｄに忠
実に応答して連続光Ｌを強度変調する。
上記光ファイバＦ2は、上記被測定光信号Ｐを光カプラ３に供給する。光カプラ３は、
被測定光信号Ｐを２つに分岐して光ファイバＦ3及び光ファイバＦ4に出射する。一方の光
ファイバＦ3は被測定光信号Ｐを光パワー検出回路４に供給し、また他方の光ファイバＦ4
は被測定光信号Ｐを光サンプリングオシロスコープ６に供給する。光パワー検出回路４は
、被測定光信号Ｐの平均強度を検出してバイアス電圧制御回路５に出力する。
被測定光信号Ｐを２つに分岐して光ファイバＦ3及び光ファイバＦ4に出射する。一方の光
ファイバＦ3は被測定光信号Ｐを光パワー検出回路４に供給し、また他方の光ファイバＦ4
は被測定光信号Ｐを光サンプリングオシロスコープ６に供給する。光パワー検出回路４は
、被測定光信号Ｐの平均強度を検出してバイアス電圧制御回路５に出力する。
バイアス電圧制御回路５は、上記被測定電気信号Ｄの電気入力ポートのＤＣ電圧、つま
り被測定電気信号Ｄのバイアス電圧を調節するものであり、光パワー検出回路４から入力
される被測定光信号Ｐの平均強度が所定値を維持するように上記バイアス電圧を調節する
。このバイアス電圧は、マッハツェンダ型光強度変調器２の光強度変調動作における動作
点を規定するものである。
り被測定電気信号Ｄのバイアス電圧を調節するものであり、光パワー検出回路４から入力
される被測定光信号Ｐの平均強度が所定値を維持するように上記バイアス電圧を調節する
。このバイアス電圧は、マッハツェンダ型光強度変調器２の光強度変調動作における動作
点を規定するものである。
光サンプリングオシロスコープ６については、図２に示すブロック図を参照して説明す
る。この図における符号６ａは光パルス光源、６ｂは光学結晶、６ｃはフォトダイオード
、６ｄは増幅器、６ｅはＡ／Ｄ変換器、６ｆは記憶装置、６ｇは演算部、６ｈは表示部で
ある。光パルス光源６ａは、所定のパルス周期の光サンプリング信号Ｓを生成して光学結
晶６ｂに出射する。
る。この図における符号６ａは光パルス光源、６ｂは光学結晶、６ｃはフォトダイオード
、６ｄは増幅器、６ｅはＡ／Ｄ変換器、６ｆは記憶装置、６ｇは演算部、６ｈは表示部で
ある。光パルス光源６ａは、所定のパルス周期の光サンプリング信号Ｓを生成して光学結
晶６ｂに出射する。
光学結晶６ｂには光サンプリング信号Ｓの他に被測定光信号Ｐが光ファイバＦ4を介し
て入射されるようになっており、光学結晶６ｂは、非線形光学効果を有する結晶体であり
、被測定光信号Ｐを光サンプリング信号Ｓによってサンプリング（標本化）し光標本化信
号Ｈとしてフォトダイオード６ｃに出射する。フォトダイオード６ｃは、上記光標本化信
号Ｈを受光して電気信号（測定信号）に変換して増幅器６ｄに出力する。増幅器６ｄは、
上記測定信号を所定の増幅度で増幅してＡ／Ｄ変換器６ｅに出力する。
て入射されるようになっており、光学結晶６ｂは、非線形光学効果を有する結晶体であり
、被測定光信号Ｐを光サンプリング信号Ｓによってサンプリング（標本化）し光標本化信
号Ｈとしてフォトダイオード６ｃに出射する。フォトダイオード６ｃは、上記光標本化信
号Ｈを受光して電気信号（測定信号）に変換して増幅器６ｄに出力する。増幅器６ｄは、
上記測定信号を所定の増幅度で増幅してＡ／Ｄ変換器６ｅに出力する。
Ａ／Ｄ変換器６ｅは、この増幅器６ｄの出力信号つまり増幅された測定信号を量子化す
ることにより測定データＭに変換して演算部６ｇに出力する。演算部６ｇは、記憶装置６
ｆに記憶された処理プログラムに基づいて測定データＭを処理することにより測定データ
Ｍに対応した波形（つまり被測定電気信号Ｄの波形）を示す画像信号を生成し、該画像信
号を表示部６ｈに出力する。表示部６ｈは、上記画像信号に基づいて測定データＭに対応
した被測定電気信号Ｄの波形を画面表示する。記憶装置６ｆは、上記処理プログラムに加
えて、測定データＭ及び画像信号を一時的に記憶する。
ることにより測定データＭに変換して演算部６ｇに出力する。演算部６ｇは、記憶装置６
ｆに記憶された処理プログラムに基づいて測定データＭを処理することにより測定データ
Ｍに対応した波形（つまり被測定電気信号Ｄの波形）を示す画像信号を生成し、該画像信
号を表示部６ｈに出力する。表示部６ｈは、上記画像信号に基づいて測定データＭに対応
した被測定電気信号Ｄの波形を画面表示する。記憶装置６ｆは、上記処理プログラムに加
えて、測定データＭ及び画像信号を一時的に記憶する。
なお、上記レーザ光源１、マッハツェンダ型光強度変調器２、光カプラ３、光パワー検
出回路４、バイアス電圧制御回路５、光ファイバＦ1〜Ｆ4並びに光サンプリングオシロス
コープ６の構成要素である光パルス光源６ａ、光学結晶６ｂ及びフォトダイオード６ｃは
、本実施形態における電気信号標本化装置を構成している。
出回路４、バイアス電圧制御回路５、光ファイバＦ1〜Ｆ4並びに光サンプリングオシロス
コープ６の構成要素である光パルス光源６ａ、光学結晶６ｂ及びフォトダイオード６ｃは
、本実施形態における電気信号標本化装置を構成している。
次に、このように構成された電気信号観測装置の動作について図３及び図４を参照して
詳しく説明する。なお、図３及び図４は、上記マッハツェンダ型光強度変調器２の変調特
性を示している。
詳しく説明する。なお、図３及び図４は、上記マッハツェンダ型光強度変調器２の変調特
性を示している。
マッハツェンダ型光強度変調器２の光入力ポートに入力された連続光Ｌは、伝記入力ポ
ートに入力された被測定電気信号Ｄによって強度変調される。すなわち、一定強度の連続
光Ｌのエンベロープ（つまり強度変化）は、マッハツェンダ型光強度変調器２によって被
測定電気信号Ｄの電圧変化に応じた形状の被測定光信号Ｐに信号変換される。
ートに入力された被測定電気信号Ｄによって強度変調される。すなわち、一定強度の連続
光Ｌのエンベロープ（つまり強度変化）は、マッハツェンダ型光強度変調器２によって被
測定電気信号Ｄの電圧変化に応じた形状の被測定光信号Ｐに信号変換される。
ここで、マッハツェンダ型光強度変調器２の変調特性は、図３及び図４の曲線Ｔ1，Ｔ2
に示すように正弦波であり、被測定光信号Ｐのエンベロープが被測定電気信号Ｄの電圧変
化により忠実なものとなるように、バイアス電圧制御回路５は、図示するように被測定電
気信号Ｄのバイアス電圧を変調特性Ｔ1，Ｔ2における最大値と最小値との中間点Ａに設定
する。この中間点Ａは強度変調における動作点であり、バイアス電圧によって規定される
。
に示すように正弦波であり、被測定光信号Ｐのエンベロープが被測定電気信号Ｄの電圧変
化により忠実なものとなるように、バイアス電圧制御回路５は、図示するように被測定電
気信号Ｄのバイアス電圧を変調特性Ｔ1，Ｔ2における最大値と最小値との中間点Ａに設定
する。この中間点Ａは強度変調における動作点であり、バイアス電圧によって規定される
。
強度変調における動作点を上記中間点Ａに設定することにより、正弦波状の変調特性Ｔ
1，Ｔ2のうち、線形と近似できる領域のみを用いることが可能となる。すなわち、図３に
示すように中間点Ａを中心として被測定電気信号Ｄの振幅で規定される変調特性Ｔ1，Ｔ2
の領域ａ1〜ａ2はほぼ直線とみなすことができる。したがって、この中間点Ａを中心とし
た領域ａ1〜ａ2を用いて連続光Ｌを被測定電気信号Ｄで強度変調することにより、被測定
光信号Ｐのエンベロープは、被測定電気信号Ｄの電圧変化により忠実なものとなる。
1，Ｔ2のうち、線形と近似できる領域のみを用いることが可能となる。すなわち、図３に
示すように中間点Ａを中心として被測定電気信号Ｄの振幅で規定される変調特性Ｔ1，Ｔ2
の領域ａ1〜ａ2はほぼ直線とみなすことができる。したがって、この中間点Ａを中心とし
た領域ａ1〜ａ2を用いて連続光Ｌを被測定電気信号Ｄで強度変調することにより、被測定
光信号Ｐのエンベロープは、被測定電気信号Ｄの電圧変化により忠実なものとなる。
つまり、被測定光信号Ｐのエンベロープは、被測定電気信号Ｄに対して波形ひずみが最
小限に抑えられた信号となる。本電気信号観測装置は、被測定電気信号Ｄの波形観測を目
的とするものであり、被測定電気信号Ｄに対する被測定光信号Ｐのエンベロープの波形ひ
ずみを最小限に抑える必要がある。
小限に抑えられた信号となる。本電気信号観測装置は、被測定電気信号Ｄの波形観測を目
的とするものであり、被測定電気信号Ｄに対する被測定光信号Ｐのエンベロープの波形ひ
ずみを最小限に抑える必要がある。
また、上記バイアス電圧の変動は強度変調における動作点と等価であり、バイアス電圧
の変動した場合、被測定電気信号Ｄに対する被測定光信号Ｐのエンベロープの波形ひずみ
が増大すると共に被測定光信号Ｐの強度も変化することになる。これに対して、バイアス
電圧制御回路５は、光パワー検出回路４から入力された被測定光信号Ｐの平均強度の検出
値に基づいてバイアス電圧をフィードバック制御するので、バイアス電圧は、被測定光信
号Ｐの平均強度が所定値を維持するように、つまり強度変調における動作点が上記中間点
Ａを維持するように安定化される。
の変動した場合、被測定電気信号Ｄに対する被測定光信号Ｐのエンベロープの波形ひずみ
が増大すると共に被測定光信号Ｐの強度も変化することになる。これに対して、バイアス
電圧制御回路５は、光パワー検出回路４から入力された被測定光信号Ｐの平均強度の検出
値に基づいてバイアス電圧をフィードバック制御するので、バイアス電圧は、被測定光信
号Ｐの平均強度が所定値を維持するように、つまり強度変調における動作点が上記中間点
Ａを維持するように安定化される。
図４は、図３に示した変調特性Ｔ1よりもバイアス変動依存性が高い変調特性Ｔ2を用い
て被測定電気信号Ｄを被測定光信号Ｐに変換する場合を示している。すなわち、変調特性
Ｔ2が最大値から最小値となるバイアス電圧の変化幅Ｖ2は、変調特性Ｔ1が最大値から最
小値となるバイアス電圧の変化幅Ｖ1よりも小さい。すなわち、変調特性Ｔ2は、変調特性
Ｔ1よりも変調感度が高い。
て被測定電気信号Ｄを被測定光信号Ｐに変換する場合を示している。すなわち、変調特性
Ｔ2が最大値から最小値となるバイアス電圧の変化幅Ｖ2は、変調特性Ｔ1が最大値から最
小値となるバイアス電圧の変化幅Ｖ1よりも小さい。すなわち、変調特性Ｔ2は、変調特性
Ｔ1よりも変調感度が高い。
このような変調感度が高い変調特性Ｔ2の場合には、図３の場合と同一振幅の被測定電
気信号Ｄを入力したとき変調特性Ｔ2における領域ａ3〜ａ4を用いて連続光Ｌを被測定電
気信号Ｄで強度変調することになるので、被測定電気信号Ｄに対する被測定光信号Ｐのエ
ンベロープの波形ひずみが変調特性Ｔ1の場合よりも増大する。したがって、変調特性Ｔ2
の場合には、上記波形ひずみを抑えるために被測定電気信号Ｄの振幅を変調特性Ｔ1の場
合よりも小さく設定する必要があり、被測定電気信号Ｄの振幅が制限されるので、変調特
性Ｔ2よりも変調特性Ｔ1つまり変調感度がより低い変調特性が好ましい。
気信号Ｄを入力したとき変調特性Ｔ2における領域ａ3〜ａ4を用いて連続光Ｌを被測定電
気信号Ｄで強度変調することになるので、被測定電気信号Ｄに対する被測定光信号Ｐのエ
ンベロープの波形ひずみが変調特性Ｔ1の場合よりも増大する。したがって、変調特性Ｔ2
の場合には、上記波形ひずみを抑えるために被測定電気信号Ｄの振幅を変調特性Ｔ1の場
合よりも小さく設定する必要があり、被測定電気信号Ｄの振幅が制限されるので、変調特
性Ｔ2よりも変調特性Ｔ1つまり変調感度がより低い変調特性が好ましい。
本実施形態によれば、被測定電気信号Ｄは、変調応答特性が従来の電気サンプリングオ
シロスコープの測定限界周波数よりも極めて高速なマッハツェンダ型光強度変調器２によ
ってエンベロープが被測定電気信号Ｄの電圧変動と同様な被測定光信号Ｐに変換され、こ
のような被測定光信号Ｐは、光サンプリングオシロスコープ６で光サンプリングされて画
像化される。したがって、従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数より
もさらに高周波数の被測定電気信号Ｄの波形を観測することが可能である。
シロスコープの測定限界周波数よりも極めて高速なマッハツェンダ型光強度変調器２によ
ってエンベロープが被測定電気信号Ｄの電圧変動と同様な被測定光信号Ｐに変換され、こ
のような被測定光信号Ｐは、光サンプリングオシロスコープ６で光サンプリングされて画
像化される。したがって、従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数より
もさらに高周波数の被測定電気信号Ｄの波形を観測することが可能である。
〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係わる電気信号観測装置のブロック図である。本第２
実施形態は、光強度変調器として半導体電界吸収型光強度変調器を用いた場合に関する。
図５において、符号２Ａは半導体電界吸収型光強度変調器、７はバイアス回路、８は温度
検出器、９はヒータ／クーラー、また１０は温度制御回路である。なお、この図５では、
図１と同一の構成要素については同一符号を付している。
図５は、本発明の第２実施形態に係わる電気信号観測装置のブロック図である。本第２
実施形態は、光強度変調器として半導体電界吸収型光強度変調器を用いた場合に関する。
図５において、符号２Ａは半導体電界吸収型光強度変調器、７はバイアス回路、８は温度
検出器、９はヒータ／クーラー、また１０は温度制御回路である。なお、この図５では、
図１と同一の構成要素については同一符号を付している。
半導体電界吸収型光強度変調器２Ａは、半導体素子に電界をかけると光を吸収するとい
う性質を利用したものであり、通称「ＥＡ変調器（Electro Absorption Modulator）」と
呼ばれる。この半導体電界吸収型光強度変調器２Ａは、光入力ポートに入射した連続光Ｌ
を電気入力ポートに入力された被測定電気信号Ｄで強度変調することにより被測定光信号
Ｐを生成し、当該被測定光信号Ｐを光ファイバＦ2に出射する。光ファイバＦ2は、この被
測定光信号Ｐを光サンプリングオシロスコープ６に直接供給する。
う性質を利用したものであり、通称「ＥＡ変調器（Electro Absorption Modulator）」と
呼ばれる。この半導体電界吸収型光強度変調器２Ａは、光入力ポートに入射した連続光Ｌ
を電気入力ポートに入力された被測定電気信号Ｄで強度変調することにより被測定光信号
Ｐを生成し、当該被測定光信号Ｐを光ファイバＦ2に出射する。光ファイバＦ2は、この被
測定光信号Ｐを光サンプリングオシロスコープ６に直接供給する。
上記半導体電界吸収型光強度変調器２Ａは、半導体のＰＮ接合に対して逆バイアスで動
作させる必要があり、バイアス回路７は、この逆バイアス状態を実現するための逆バイア
ス電圧を被測定電気信号Ｄに重畳して半導体電界吸収型光強度変調器２Ａに出力する。温
度検出器８は、半導体電界吸収型光強度変調器２Ａの温度を検出して温度制御回路１０に
出力する。
作させる必要があり、バイアス回路７は、この逆バイアス状態を実現するための逆バイア
ス電圧を被測定電気信号Ｄに重畳して半導体電界吸収型光強度変調器２Ａに出力する。温
度検出器８は、半導体電界吸収型光強度変調器２Ａの温度を検出して温度制御回路１０に
出力する。
ヒータ／クーラー９は、温度制御回路１０によって制御されるものであり、半導体電界
吸収型光強度変調器２Ａを加熱／冷却するものである。温度制御回路１０は、半導体電界
吸収型光強度変調器２Ａの温度が所定値を維持するように、温度検出器８から入力される
温度検出結果に基づいてヒータ／クーラー９をフィードバック制御する。
吸収型光強度変調器２Ａを加熱／冷却するものである。温度制御回路１０は、半導体電界
吸収型光強度変調器２Ａの温度が所定値を維持するように、温度検出器８から入力される
温度検出結果に基づいてヒータ／クーラー９をフィードバック制御する。
このように、光強度変調器として半導体電界吸収型光強度変調器２Ａを用いる場合には
、半導体電界吸収型光強度変調器２Ａの温度依存性を考慮する必要がある。すなわち、温
度制御回路１０によってヒータ／クーラー９をフィードバック制御することにより半導体
電界吸収型光強度変調器２Ａの温度を所定値に維持し、以って半導体電界吸収型光強度変
調器２Ａの変調動作における動作点を安定化させる必要がある。
、半導体電界吸収型光強度変調器２Ａの温度依存性を考慮する必要がある。すなわち、温
度制御回路１０によってヒータ／クーラー９をフィードバック制御することにより半導体
電界吸収型光強度変調器２Ａの温度を所定値に維持し、以って半導体電界吸収型光強度変
調器２Ａの変調動作における動作点を安定化させる必要がある。
本第２実施形態によれば、被測定電気信号Ｄは、変調応答特性が従来の電気サンプリン
グオシロスコープの測定限界周波数よりも極めて高速な半導体電界吸収型光強度変調器２
Ａによってエンベロープが被測定電気信号Ｄの電圧変動と同様な被測定光信号Ｐに変換さ
れ、このような被測定光信号Ｐは、光サンプリングオシロスコープ６で光サンプリングさ
れて画像化されるので、従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数よりも
さらに高周波数の被測定電気信号Ｄの波形を観測することが可能である。
グオシロスコープの測定限界周波数よりも極めて高速な半導体電界吸収型光強度変調器２
Ａによってエンベロープが被測定電気信号Ｄの電圧変動と同様な被測定光信号Ｐに変換さ
れ、このような被測定光信号Ｐは、光サンプリングオシロスコープ６で光サンプリングさ
れて画像化されるので、従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数よりも
さらに高周波数の被測定電気信号Ｄの波形を観測することが可能である。
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。この図５は、本第３実
施形態に係わる電気信号観測装置のブロック図であり、図２との比較から容易に理解でき
るようにように、図２に示した光サンプリングオシロスコープ６の光学結晶６ｂを光強度
変調器２Ｂに置き換えた構成を有する。
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。この図５は、本第３実
施形態に係わる電気信号観測装置のブロック図であり、図２との比較から容易に理解でき
るようにように、図２に示した光サンプリングオシロスコープ６の光学結晶６ｂを光強度
変調器２Ｂに置き換えた構成を有する。
なお、上記光強度変調器２Ｂ、光パルス光源６ａ、フォトダイオード６ｃ、及び増幅器
６ｄは、本第３実施形態における電気信号標本化装置を構成している。また、フォトダイ
オード６ｃ及び増幅器６ｄは受光手段を構成している。さらに、フォトダイオード６ｃ、
増幅器６ｄ、Ａ／Ｄ変換器６ｅ、記憶装置６ｆ、演算部６ｇは画像化手段を構成している
。
６ｄは、本第３実施形態における電気信号標本化装置を構成している。また、フォトダイ
オード６ｃ及び増幅器６ｄは受光手段を構成している。さらに、フォトダイオード６ｃ、
増幅器６ｄ、Ａ／Ｄ変換器６ｅ、記憶装置６ｆ、演算部６ｇは画像化手段を構成している
。
当該光強度変調器２Ｂは、例えばマッハツェンダ型光強度変調器２あるいは半導体電界
吸収型光強度変調器２Ａであり、光パルス光源６ａから入射される所定周期の光サンプリ
ング信号Ｓを被測定電気信号Ｄで強度変調した光信号、つまり被測定電気信号Ｄの電圧変
化（すなわち電圧波形）に相当する強度の光パルス列を出力する。このような光パルス列
は、被測定電気信号Ｄの電圧波形を光サンプリング信号Ｓでサンプリングした光信号であ
る。
吸収型光強度変調器２Ａであり、光パルス光源６ａから入射される所定周期の光サンプリ
ング信号Ｓを被測定電気信号Ｄで強度変調した光信号、つまり被測定電気信号Ｄの電圧変
化（すなわち電圧波形）に相当する強度の光パルス列を出力する。このような光パルス列
は、被測定電気信号Ｄの電圧波形を光サンプリング信号Ｓでサンプリングした光信号であ
る。
上記光強度変調器２Ｂの出力光をフォトダイオード６ｃで受光し、また増幅器６ｄで増
幅した後にＡ／Ｄ変換器６ｅで量子化し、さらに演算部６ｇで信号処理することにより、
被測定電気信号Ｄの電圧波形を表示部６ｈに表示することができる。なお、上記光強度変
調器２Ｂは、上述した各種実施形態におけるマッハツェンダ型光強度変調器２、半導体電
界吸収型光強度変調器２Ａあるいは他の光強度変調器であっても良い。
幅した後にＡ／Ｄ変換器６ｅで量子化し、さらに演算部６ｇで信号処理することにより、
被測定電気信号Ｄの電圧波形を表示部６ｈに表示することができる。なお、上記光強度変
調器２Ｂは、上述した各種実施形態におけるマッハツェンダ型光強度変調器２、半導体電
界吸収型光強度変調器２Ａあるいは他の光強度変調器であっても良い。
このような電気信号観測装置によれば、光強度変調器２Ｂを用いることにより被測定電
気信号Ｄを光信号として標本化することができる。そして、このような光信号に基づいて
被測定電気信号Ｄの波形を観察することができる。また、高速応答性能を有する光強度変
調器２Ｂを用いて被測定電気信号Ｄを光信号に変換するので、上記各実施形態と同様に、
従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数よりもさらに高周波数の被測定
電気信号Ｄの波形を観測することが可能である。
気信号Ｄを光信号として標本化することができる。そして、このような光信号に基づいて
被測定電気信号Ｄの波形を観察することができる。また、高速応答性能を有する光強度変
調器２Ｂを用いて被測定電気信号Ｄを光信号に変換するので、上記各実施形態と同様に、
従来の電気サンプリングオシロスコープの測定限界周波数よりもさらに高周波数の被測定
電気信号Ｄの波形を観測することが可能である。
なお、本発明は、光強度変調器を用いて被測定電気信号を光信号に変換して標本化ある
いは画像化する点を主な特徴点とするものであり、光強度変調器は上述した各実施形態の
ものに限定されるものではない。上記各実施形態では、マッハツェンダ型光強度変調器２
及び半導体電界吸収型光強度変調器２について説明したが、これ以外の光強度変調器を用
いる場合には、各光強度変調器の性質に応じた動作点の安定化機能を付加すれば良い。
いは画像化する点を主な特徴点とするものであり、光強度変調器は上述した各実施形態の
ものに限定されるものではない。上記各実施形態では、マッハツェンダ型光強度変調器２
及び半導体電界吸収型光強度変調器２について説明したが、これ以外の光強度変調器を用
いる場合には、各光強度変調器の性質に応じた動作点の安定化機能を付加すれば良い。
１…… レーザ光源
２…… マッハツェンダ型光強度変調器
３…… 光カプラ
４…… 光パワー検出回路
５…… バイアス電圧制御回路
６…… 光サンプリングオシロスコープ
６ａ……光パルス光源
６ｂ……光学結晶
６ｃ……フォトダイオード
６ｄ……増幅器
６ｅ……Ａ／Ｄ変換器
６ｆ……記憶装置
６ｇ……演算部
６ｈ……表示部（出力手段）
２…… マッハツェンダ型光強度変調器
３…… 光カプラ
４…… 光パワー検出回路
５…… バイアス電圧制御回路
６…… 光サンプリングオシロスコープ
６ａ……光パルス光源
６ｂ……光学結晶
６ｃ……フォトダイオード
６ｄ……増幅器
６ｅ……Ａ／Ｄ変換器
６ｆ……記憶装置
６ｇ……演算部
６ｈ……表示部（出力手段）
Claims (24)
- 一定強度かつ一定波長の連続光を発生する光源と、
前記連続光を被測定電気信号によって強度変調する光強度変調器と、
前記光強度変調器の出射光を入力光として前記被測定電気信号の波形を出力する光サン
プリングオシロスコープと
を具備することを特徴とする電気信号観測装置。 - 光強度変調器はマッハツェンダ型光強度変調器であり、
該マッハツェンダ型光強度変調器の出射光の強度を検出する光強度検出器と、該光強度
検出器の検出結果に基づいてマッハツェンダ型光強度変調器における被測定電気信号のバ
イアス電圧を所定値に維持するバイアス電圧調節部とをさらに備える、ことを特徴とする
請求項１記載の電気信号観測装置。 - 光強度変調器は半導体電界吸収型光強度変調器であり、
半導体電界吸収型光強度変調器の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検
出結果に基づいて半導体電界吸収型光強度変調器の周囲温度を所定値に維持する温度調節
部とをさらに備える、ことを特徴とする請求項１記載の電気信号観測装置。 - 光サンプリング信号を出力する光パルス光源と、
前記光サンプリング信号を被測定電気信号によって強度変調することによって当該被測
定電気信号を標本化する光強度変調器と、
該光強度変調器の出射光を受光する受光手段と、
該受光手段の出力信号に所定の信号処理を施すことにより画像化する画像化手段と、
該画像化手段から出力される画像信号に基づいて被測定電気信号の波形を出力する出力
手段と
を具備することを特徴とする電気信号観測装置。 - 光強度変調器はマッハツェンダ型光強度変調器である、ことを特徴とする請求項４記載
の電気信号観測装置。 - 光強度変調器は半導体電界吸収型光強度変調器である、ことを特徴とする請求項４記載
の電気信号観測装置。 - 所定の光強度変調器を用いて連続光を被測定電気信号で強度変調することにより被測定
光信号を生成し、当該被測定光信号を光サンプリングオシロスコープを用いて観測する
ことを特徴とする電気信号観測方法。 - 光強度変調器としてマッハツェンダ型光強度変調器を用いる場合には、被測定光信号の
平均レベルが安定するようにマッハツェンダ型光強度変調器のバイアス電圧をフィードバ
ック制御する、ことを特徴とする請求項７記載の電気信号観測方法。 - 光強度変調器として半導体電界吸収型光強度変調器を用いる場合には、半導体電界吸収
型光強度変調器の温度が安定するように半導体電界吸収型光強度変調器の周囲温度をフィ
ードバック制御する、ことを特徴とする請求項７記載の電気信号観測方法。 - 光サンプリング信号を被測定電気信号によって強度変調することによって当該被測定電
気信号を標本化し、当該標本化によって得られた光標本化信号を受光して所定の信号処理
を施すことにより前記被測定電気信号の波形を得る
ことを特徴とする電気信号観測方法。 - 光強度変調器としてマッハツェンダ型光強度変調器を用いる、ことを特徴とする請求項
１０記載の電気信号観測方法。 - 光強度変調器として半導体電界吸収型光強度変調器を用いる、ことを特徴とする請求項
１０記載の電気信号観測方法。 - 光サンプリング信号を出力する光パルス光源と、
前記光サンプリング信号を用いて被測定電気信号を強度変調し、光標本化信号として出
力する光強度変調器と、
該光強度変調器の出射光を受光する受光手段と
を具備することを特徴とする電気信号標本化装置。 - 光強度変調器はマッハツェンダ型光強度変調器であり、
該マッハツェンダ型光強度変調器の出射光の強度を検出する光強度検出器と、該光強度
検出器の検出結果に基づいてマッハツェンダ型光強度変調器における被測定電気信号のバ
イアス電圧を最適値に追従させるバイアス電圧調節部とをさらに備える、ことを特徴とす
る請求項１３記載の電気信号標本化装置。 - 光強度変調器は半導体電界吸収型光強度変調器であり、
半導体電界吸収型光強度変調器の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検
出結果に基づいて半導体電界吸収型光強度変調器の周囲温度を所定値に維持する温度調節
部とをさらに備えることを特徴とする請求項１３記載の電気信号標本化装置。 - 一定強度かつ一定波長の連続光を発生する光源と、
前記連続光を被測定電気信号によって強度変調する光強度変調器と、
光サンプリング信号を出力する光パルス光源と、
前記光強度変調器光の出力光を光サンプリング信号で標本化して光標本化信号を出力す
る光学結晶体と、
該光強度変調器の出射光を受光する受光手段と
を具備することを特徴とする電気信号標本化装置。 - 光強度変調器はマッハツェンダ型光強度変調器である、ことを特徴とする請求項１６記
載の電気信号標本化装置。 - 光強度変調器は半導体電界吸収型光強度変調器である、ことを特徴とする請求項１６記
載の電気信号標本化装置。 - 所定の光強度変調器を用いて被測定電気信号を光サンプリング信号で強度変調すること
により光標本化信号を得る、ことを特徴とする電気信号標本化方法。 - 光強度変調器としてマッハツェンダ型光強度変調器を用いる場合には、被測定光信号の
平均パワーが安定するようにマッハツェンダ型光強度変調器のバイアス電圧をフィードバ
ック制御する、ことを特徴とする請求項１９記載の電気信号標本化方法。 - 光強度変調器として半導体電界吸収型光強度変調器を用いる場合には、半導体電界吸収
型光強度変調器の温度が安定するように半導体電界吸収型光強度変調器の周囲温度をフィ
ードバック制御する、ことを特徴とする請求項１９記載の電気信号標本化方法。 - 所定の光強度変調器を用いて連続光を被測定電気信号で強度変調することにより被測定
光信号を生成し、光学結晶体によって前記被測定光信号を光サンプリング信号で標本化し
て光標本化信号を得る、ことを特徴とする電気信号標本化方法。 - 光強度変調器としてマッハツェンダ型光強度変調器を用いる、ことを特徴とする請求項
２２記載の電気信号標本化方法。 - 光強度変調器として半導体電界吸収型光強度変調器を用いる、ことを特徴とする請求項
２２記載の電気信号標本化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003361882A JP2005127783A (ja) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | 電気信号観測装置及び方法並びに電気信号標本化装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003361882A JP2005127783A (ja) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | 電気信号観測装置及び方法並びに電気信号標本化装置及び方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005127783A true JP2005127783A (ja) | 2005-05-19 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003361882A Pending JP2005127783A (ja) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | 電気信号観測装置及び方法並びに電気信号標本化装置及び方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009188758A (ja) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Fujikura Ltd | 光送信機 |
Citations (13)
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-
2003
- 2003-10-22 JP JP2003361882A patent/JP2005127783A/ja active Pending
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