JP2005233646A - Method for measuring group delay time difference, and device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光ファイバ、光コンポーネントなどの測定対象物の群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a group delay time difference measuring method and apparatus for measuring a group delay time difference of an object to be measured such as an optical fiber and an optical component.
例えば光ファイバにおいては、コアの楕円化や偏芯によって、複屈折を発生させる原因となる非軸対称性が生じる。これにより、複屈折軸(遅相軸と進相軸)が生じ、各複屈折軸に対する伝搬定数が異なる。そのため、複屈折軸に沿って移動する光パルスに群遅延時間差が生じる。群遅延時間差から求まる偏波モード分散はパルスの広がりを定量的に表す量であり、伝送特性に大きな影響を与える。そのため、群遅延時間差を高精度で測定し偏波分散を求める必要がある。 For example, in the optical fiber, the ovalization and eccentricity of the core, non-axial symmetry would cause birefringence occurs. This causes the birefringence axis (slow axis and the fast axis), the propagation constant is different for each birefringent axes. Therefore, a group delay time difference is generated in the optical pulse moving along the birefringence axis. Polarization mode dispersion obtained from the group delay time difference is the amount quantitatively representing the spread of the pulse, a significant effect on the transmission characteristics. Therefore, it is necessary to measure the group delay time difference with high accuracy to obtain the polarization dispersion.
従来の群遅延時間差測定方法では、光源出力光を偏光子により直線偏波状態とした上で、上記2軸に対して均等な角度、例えば複屈折軸が直交する場合には45度の所定の角度で測定対象物の光入口(光ファイバ一端)に入射する。測定対象物の光出口(光ファイバ他端)からの射出光を検光子で任意の偏光面について透過させ、その透過光の波長に対する強度を任意の波長毎に光検出器で測定する。光源としてEDFA(Er(エルビウム)ドープトファイバアンプ)、LEDなどの広帯域光源や半導体レーザが用いられている。(特許文献1参照。)
In conventional group delay time difference measuring method, the light source output light on which a linear polarization state by the polarizer, equal angles with respect to the two axes, for example, a predetermined 45 degree in the case of the birefringent axes are orthogonal It is incident on the light entrance (one end of the optical fiber) of the measurement object at an angle. Light emitted from the light exit (the other end of the optical fiber) of the measurement object is transmitted through an arbitrary polarization plane by an analyzer, and the intensity of the transmitted light with respect to the wavelength is measured by a photodetector for each arbitrary wavelength. As a light source, a broadband light source such as EDFA (Er (erbium) doped fiber amplifier), LED, or a semiconductor laser is used. (See
この種の測定方法では、1回の測定によって得られる測定ポイント数が光源の光スペクトル帯域幅によって決まる。したがって、光スペクトル幅の広い光を発生する上述した広帯域光源を使用した場合には、1回の測定によっ多数の測定ポイントでの測定は可能であるが、光源の出力レベルが小さいため、光ファイバ長が大きい場合には偏波モード分散の波長依存性の測定精度が低く成らざるをえない。 In this type of measurement method, the measurement points obtained by one measurement is determined by the optical spectral bandwidth of the light source. Therefore, when the above-described broadband light source that generates light having a wide optical spectrum width is used, it is possible to measure at a large number of measurement points by one measurement, but since the output level of the light source is small, the measurement accuracy of the wavelength dependence of the polarization mode dispersion can not help but become lower when the fiber length is greater.
これに対し、出力レベルは大きいが、光スペクトル幅の狭い光を発生する狭帯域光源を使用した場合には、測定対象の波長毎に光源を用意し、波長に対して断続的に測定することが行われるので、広い波長領域に対しての測定を行おうとした場合には波長帯域の異なる光源が複数必要となる。このため波長毎に測定条件が異なったものとなるという問題がある。また、光源の数に比例して測定回数も増えることにもなる。 On the other hand, when using a narrow-band light source that generates light with a high output level but a narrow optical spectrum width, prepare a light source for each wavelength to be measured and measure intermittently with respect to the wavelength. since is performed, light sources having different wavelength bands is more necessary when an attempt is made to measure the relative wide wavelength region. For this reason, there is a problem that measurement conditions differ for each wavelength. In addition, the number of measurements increases in proportion to the number of light sources.
そこで、広波長領域に対して、一度で群遅延時間差を測定することが可能な方法及び装置が求められている。
よって、本発明は、上述した現状に鑑み、広波長領域に対して、群遅延時間差を一度で測定することが可能な群遅延時間差測定方法及び装置を提供することを課題としている。 Therefore, in view of the present situation described above, the present invention has an object to provide a group delay time difference measuring method and apparatus capable of measuring a group delay time difference at a time for a wide wavelength region.
本発明はまた、高出力かつ広帯域、波長平坦性にすぐれた光源の使用によって、広波長領域に対して、群遅延時間差を一度で測定することが可能な群遅延時間差測定方法及び装置を提供することを課題としている。 The present invention also provides a group delay time difference measuring method and apparatus capable of measuring a group delay time difference at a time over a wide wavelength region by using a light source having high output, wide bandwidth, and excellent wavelength flatness. It is an issue.
上記第1の課題を解決するためなされた請求項1記載の発明は、偏波面を任意の方向に調整したレーザ光を測定対象物に対し入射させ、該レーザ光の入射によって前記測定対象物から出射される出射光を任意の偏波面について透過させ、該透過した光の波長に対する強度の隣り合う極値の間隔を求め、該求めた間隔に基づいて測定対象物の群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定方法において、前記レーザ光として短パルスレーザ光を使用し、前記測定対象物が有する非線形光学効果により、前記短パルスレーザの入射によって前記測定対象物内に発生する広帯域光を前記出射光として出射させるようにしたことを特徴とする群遅延時間差測定方法に存する。
In order to solve the first problem, the invention according to
請求項2記載の発明は、偏波面を任意の方向に調整したレーザ光を測定対象物に対し入射させ、該レーザ光の入射によって前記測定対象物から出射される出射光を任意の偏波面について透過させ、該透過した光の波長に対する強度の隣り合う極値の間隔を求め、該求めた間隔に基づいて測定対象物の群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定方法において、非線形光学効果を有する媒体に対し、当該媒体の非線形光学効果によるスペクトル広がりが最大になるように偏波面を調整して短パルスレーザ光を入射し、該短パルスレーザ光の入射によって前記媒体から出射する広帯域光を前記レーザ光として前記測定対象物に入射させることを特徴とする群遅延時間差測定方法に存する。 According to the second aspect of the present invention, a laser beam whose polarization plane is adjusted in an arbitrary direction is made incident on a measurement object, and outgoing light emitted from the measurement object is incident on the arbitrary polarization plane by the incidence of the laser light. In a group delay time difference measuring method for transmitting, obtaining an interval between adjacent extreme values of the intensity with respect to the wavelength of the transmitted light, and measuring a group delay time difference of a measurement object based on the obtained interval, has a nonlinear optical effect A short pulse laser beam is incident on the medium so that the spectrum spread due to the nonlinear optical effect of the medium is maximized, and a short pulse laser beam is incident, and the broadband light emitted from the medium by the incidence of the short pulse laser beam is It consists in the group delay time difference measuring method which comprises causing incident on the measurement object as a laser beam.
請求項3記載の発明は、レーザ光を発生するレーザと、該レーザが発生するレーザ光の偏波面を調整する偏光制御素子とを有し、該偏光制御素子によって偏波面を任意の方向に調整したレーザ光を出力して測定対象物に入射する光源と、前記レーザ光の入射によって前記測定対象物から出射される出射光を任意の偏波面について透過させる検光子と、該検光子を透過した光の波長に対する強度を任意の波長毎に測定する光検出器とを備える群遅延時間差測定装置において、前記光源が有するレーザが短パルスレーザ光を発生する短パルスレーザであり、前記測定対象物に対する前記短パルスレーザ光の入射によって前記測定対象物が有する非線形光学効果により当該測定対象物内に発生する広帯域光を前記出射光として出射させることを特徴とする群遅延時間差測定装置に存する。 The invention described in claim 3 includes a laser that generates laser light and a polarization control element that adjusts a polarization plane of the laser light generated by the laser, and the polarization plane is adjusted in an arbitrary direction by the polarization control element. A light source that outputs the laser beam to be incident on the measurement object, an analyzer that transmits the outgoing light emitted from the measurement object by the incidence of the laser beam with respect to an arbitrary polarization plane, and the analyzer that has passed through the analyzer In a group delay time difference measuring apparatus comprising a photodetector for measuring the intensity with respect to the wavelength of light for each arbitrary wavelength, the laser of the light source is a short pulse laser that generates a short pulse laser beam, Broadband light generated in the measurement object by the nonlinear optical effect of the measurement object by the incidence of the short pulse laser light is emitted as the emitted light. It consists in the group delay time difference measuring device for.
請求項4記載の発明は、偏波面を任意の方向に調整したレーザ光を出力して測定対象物に入射する光源と、前記レーザ光の入射によって前記測定対象物から出射される出射光を任意の偏波面について透過させる検光子と、該検光子を透過した光の波長に対する強度を任意の波長毎に測定する光検出器とを備える群遅延時間差測定装置において、前記光源は、短パルスレーザ光を発生する短パルスレーザと、該短パルスレーザからの短パルスレーザ光の偏波面を調整する第1の偏光制御素子と、該第1の偏光制御素子によって偏波面を任意の方向に調整された短パルスレーザ光が入射される非線形光学効果を有する媒体と、前記短パルスレーザ光の入射によって前記媒体の非線形光学効果により発生する広帯域光の偏波面を調整する第2の偏光制御素子とを有し、該第2の偏光制御素子によって偏波面を任意の方向に調整した前記広帯域光を前記レーザ光として出力して測定対象物に入射することを特徴とする群遅延時間差測定装置に存する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light source that outputs a laser beam whose polarization plane is adjusted in an arbitrary direction and is incident on a measurement object, and an arbitrary light emitted from the measurement object by the incidence of the laser light. A group delay time difference measuring apparatus comprising: an analyzer that transmits the plane of polarization of the light; and a photodetector that measures the intensity with respect to the wavelength of the light transmitted through the analyzer for each arbitrary wavelength. a short pulse laser for generating a first polarization control element for adjusting the polarization plane of the pulse laser light from the short-pulse laser, is adjusted polarization in any direction by the polarization control element of the first A medium having a nonlinear optical effect on which a short pulse laser beam is incident, and a second polarization that adjusts a polarization plane of broadband light generated by the nonlinear optical effect of the medium by the incidence of the short pulse laser beam A group delay time difference measurement, characterized in that the broadband light whose polarization plane is adjusted in an arbitrary direction by the second polarization control element is output as the laser light and incident on a measurement object. Exists in the device.
請求項1記載の方法によれば、レーザ光として短パルスレーザ光を使用し、測定対象物が有する非線形光学効果により、短パルスレーザの入射によって測定対象物内に発生する広帯域光を出射光として出射させ、測定対象物から出射される出射光を任意の偏波面について透過させ、該透過した光の波長に対する強度の隣り合う極値の間隔を求め、該求めた間隔に基づいて測定対象物の群遅延時間差を測定しているので、測定対象物が非線形光学効果を有するものである場合、測定対象物に入射するレーザ光を発生する光源に狭スペクトル幅のレーザ光を発生するレーザを用いても、一回の測定で広波長領域にわたり高精度の群遅延時間の測定を行うことができる。
According to the method of
請求項2記載の方法によれば、非線形光学効果を有する媒体に対し、当該媒体の非線形光学効果によるスペクトル広がりが最大になるように偏波面を調整して短パルスレーザ光を入射し、該短パルスレーザ光の入射によって媒体から出射する広帯域光を偏波面を任意の方向に調整して測定対象物に対し入射させ、該レーザ光の入射によって測定対象物から出射される出射光を任意の偏波面について透過させ、該透過した光の波長に対する強度の隣り合う極値の間隔を求め、該求めた間隔に基づいて測定対象物の群遅延時間差を測定しているので、測定対象物に入射するレーザ光を発生する光源に狭スペクトル幅のレーザ光を発生するレーザを用いても、一回の測定で広波長領域にわたり高精度の群遅延時間の測定を行うことができる。。 According to the method of claim 2, a short pulse laser beam is incident on a medium having a nonlinear optical effect by adjusting a polarization plane so that a spectrum spread due to the nonlinear optical effect of the medium is maximized. Broadband light emitted from the medium by the incidence of pulsed laser light is incident on the measurement object with the polarization plane adjusted in an arbitrary direction, and the emitted light emitted from the measurement object by the incidence of the laser light is deflected arbitrarily. The wavefront is transmitted, the interval between adjacent extreme values of the intensity with respect to the wavelength of the transmitted light is obtained, and the group delay time difference of the measurement object is measured based on the obtained interval, so that it enters the measurement object. Even when a laser that generates laser light having a narrow spectral width is used as a light source that generates laser light, high-accuracy group delay time can be measured over a wide wavelength region by a single measurement. .
請求項3記載の装置によれば、光源が有する短パルスレーザが発生する短パルスレーザ光をその偏波面を偏光制御素子によって任意の方向に調整して測定対象物に入射し、測定対象物に対する短パルスレーザ光の入射によって測定対象物が有する非線形光学効果により当該測定対象物内に発生し出射される広帯域光を検光子によって任意の偏波面について透過させ、該透過した光の波長に対する強度を光検出器によって任意の波長毎に測定しているので、測定対象物が非線形光学効果を有するものである場合、非線形光学効果により測定対象物内に発生して測定対象物を伝搬した広帯域光について測定した光の波長に対する強度の隣り合う極値の間隔を求め、該求めた間隔に基づいて測定対象物の群遅延時間差を測定することができるようになり、測定対象物に入射するレーザ光を発生する光源に狭スペクトル幅のレーザ光を発生するレーザを用いても、一回の測定で広波長領域にわたり高精度の群遅延時間の測定を行うことができる。 According to the apparatus of claim 3, the short-pulse laser beam generated by the short-pulse laser included in the light source is incident on the measurement object with its polarization plane adjusted in an arbitrary direction by the polarization control element, Broadband light generated and emitted in the measurement object due to the nonlinear optical effect of the measurement object due to incidence of the short pulse laser beam is transmitted through an arbitrary polarization plane by the analyzer, and the intensity with respect to the wavelength of the transmitted light is increased. Since the measurement is performed at an arbitrary wavelength by the photodetector, when the measurement object has a nonlinear optical effect, the broadband light generated in the measurement object by the nonlinear optical effect and propagated through the measurement object The distance between adjacent extreme values of the intensity with respect to the measured wavelength of light is obtained, and the group delay time difference of the measurement object can be measured based on the obtained distance. Therefore, even when a laser that generates laser light with a narrow spectral width is used as a light source that generates laser light incident on a measurement object, high-accuracy group delay time can be measured over a wide wavelength region with a single measurement. Can do.
請求項4記載の装置によれば、短パルスレーザが発生する短パルスレーザ光をその偏波面を第1の偏光制御素子により調整して非線形光学効果を有する媒体に入射することによって媒体の非線形光学効果により発生する広帯域光の偏波面を第2の偏光制御素子により任意の方向に調整して測定対象物に入射する光源を使用し、広帯域光の入射によって測定対象物から出射される光を検光子によって任意の偏波面について透過させ、該透過した光の波長に対する強度を光検出器によって任意の波長毎に測定しているので、広帯域光について測定した光の波長に対する強度の隣り合う極値の間隔を求め、該求めた間隔に基づいて測定対象物の群遅延時間差を測定することができるようになり、測定対象物に入射するレーザ光を発生する光源に狭スペクトル幅のレーザ光を発生するレーザを用いても、一回の測定で広波長領域にわたり高精度の群遅延時間の測定を行うことができる。
According to the apparatus of
以上のように、請求項1又は3記載の発明によれば、短パルスレーザ光の入射によって測定対象物内で発生した広帯域光を利用しているので、広波長領域に対して、群遅延時間差を一度で測定することが可能な群遅延時間差測定方法及び装置を提供することができる。
As described above, according to the invention described in
請求項2又は4記載の発明によれば、媒体に短パルスレーザ光を入射することによって、高出力かつ広帯域、波長平坦性にすぐれた広帯域光を発生する光源の使用によって、広波長領域に対して、群遅延時間差を一度で測定することが可能な群遅延時間差測定方法及び装置を提供することができる。
According to the invention described in
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。第1図は第1の発明の群遅延時間差測定法を実施する群遅延時間差測定装置の実施形態を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1 shows an embodiment of a differential group delay measurement apparatus for carrying out the group delay time difference measurement method of the first invention.
図1において、群遅延時間差測定装置は、短パルスレーザ光を発生する短パルスレーザ111と直線偏波状態とした上で偏波面を制御する偏光制御素子112とを有する光源11と、検光子15と、光検出器としての光スペクトルアナライザ17とを備える。装置が測定対象とする測定対象物19は、非線形光学効果を有する光ファイバであるフォトニック結晶ファイバである。フォトニック結晶ファイバは直交する2つの偏光軸(x,y)を有し、光源11と検光子15との間にこれらの光軸に対する偏波面の位置合わせが可能にかつ着脱自在に装着される。
In FIG. 1, the group delay time difference measuring apparatus includes a
光源11が有する偏光制御素子112としては、偏光子又は波長板、或いはこれらの両方を組合せた構成が、短パルスレーザ111の種類に応じて使い分けられる。短パルスレーザ111が直線偏波のレーザ光を発生するものである場合には、1/2波長板からなる検光子によって偏波面を任意の方向に調整して入射すればよいが、短パルスレーザ111が楕円偏波のレーザ光を発生するものである場合には、偏光子で直線偏波状態とした上で1/2波長板からなる検光子で偏波面を任意の方向に調整して入射することが必要となる。
As the
検光子15は、測定対象物から出射する出射光を任意の偏波面について透過させる。光スペクトルアナライザ17は、任意波長の光のみを透過させる分光器と、分光器を透過した光を受光して電気信号に変換するフォトデテクタとを有し、検光子15を透過した光の波長に対する強度を任意の波長毎に測定して表示画面に表示させることができる。
測定対象物に伝搬定数の異なる複屈折軸が存在すると、検光子15を透過した特定の偏波面の光の波長に対する光強度に極値(山と谷)が発生する。この極値の隣り合う山と山又は谷と谷の波長間隔は、伝搬定数の相違によって発生する群遅延時間の差に対応しているので、この波長間隔を波長に対する透過光強度の測定結果を表示する光スペクトルアナライザの表示画面から求めることにより、群遅延時間差を測定することができる。
When birefringence axes having different propagation constants exist in the measurement object, extreme values (peaks and valleys) are generated in the light intensity with respect to the wavelength of light of a specific polarization plane transmitted through the
本実施の形態では、光源11が有する短パルスレーザ111としては、高出力の短パルスレーザ光を発生することができる例えばチタンサファイアレーザによって構成されている。短パルスレーザ111からの短パルスレーザ光は、偏光制御子112によって直線偏波状態にした上で偏波面が任意の方向に調整される。この調整は、測定対象物の複屈折軸に対する偏波面の方向を調整することで、極値の差が最大になるように行われる。なお、具体的には、光スペクトルアナライザ17の表示画面を見ながら行われ、表示されている極値の差が最大になるように調整が行われる。このことにより、偏波面が任意の方向に調整され、測定対象物19の複屈折軸に対して所定の角度で短パルスレーザ光が入射されるようにすることができる。上述のように、短パルスレーザ光は偏光子によって直線偏波状態にされた後偏波面が調整される結果として、複屈折軸に対する偏波面の方向は、偏波面の成分がフォトニック結晶ファイバの2つの複屈折軸に対して均等に入射される角度となる。因みに、複屈折軸が直交する場合には45度の角度となる。
In the present embodiment, the
フォトニック結晶ファイバからなる測定対象物19に短パルスレーザ光を入射することによって、短パルスレーザ光は、フォトニック結晶ファイバが有する非線形光学効果によって広帯域化されて測定対象物19を伝搬され、その出力端からは広帯域光が出射される。この出射光は任意の偏波面を透過させる検光子15に入射される。検光子15を透過された光の波長に対する光強度の極値は、検光子15の偏波面の方向が上述した偏光制御子112によって調整された偏波面と同一となったとき、又は直交して、この結果、複屈折軸に対する検光子15の偏波面の関係も所定の角度になったときに、極値の差が最大になる。したがって、検光子15の偏波面の調整も、光スペクトルアナライザ17の表示画面を見ながら行われる。
By making the short pulse laser light incident on the
フォトニック結晶ファイバから出射される広帯域光は、フォトニック結晶ファイバの非軸対称性に起因して複屈折が生じることによって、2つの複屈折軸(遅相軸と進相軸)に対する偏波モードの伝搬定数が異なり、2つの複屈折軸に沿って移動する光パルスに群遅延時間差が生じる。群遅延時間差が生じている場合、光スペクトルアナライザ17による測定結果(後述する図3参照)より、波長に対する周期関数の極値と極値の間隔(光強度の山と山あるいは谷と谷のピーク間隔:Δλ)を位相差2πとすることにより、測定対象物の偏波分散値τpを以下に示す式(1)によって求めることができる。 Broadband light emitted from the photonic crystal fiber, by the birefringence caused by the non-axial symmetry of the photonic crystal fiber, polarization mode for the two birefringent axes (slow axis and the fast axis) different propagation constants, the group delay time difference between the optical pulses traveling along two birefringent axes occurs. When there is a difference in group delay time, the interval between the extreme value and the extreme value of the periodic function with respect to the wavelength (peaks of light intensity peaks and peaks or valleys and valleys) is determined based on the measurement result by the optical spectrum analyzer 17 (see FIG. By setting the interval: Δλ) to the phase difference 2π, the polarization dispersion value τ p of the measurement object can be obtained by the following equation (1).
τp=−λ2/cLΔλ ・・・(1)
式中、τpは偏差分散、λは波長、cは光速、Lはファイバ長である。なお、式(1)の成り立ちを以下に説明する。
τ p = −λ 2 / cLΔλ (1)
Wherein, tau p deviation dispersion, lambda is the wavelength, c is the speed of light, L is the fiber length. The formation of equation (1) will be described below.
いま、光ファイバのx軸方向の伝搬定数をβx、y軸方向の伝搬定数をβy、波長をλ、ファイバ長をLとすると、伝搬定数差Δβは
Δβ=βx−βy=kB
と表される。式中、kは波数で、
k=2π/λ
と表され、Bは複屈折で、
B=(βx−βy)/k
と表される。
Now, .beta.x the propagation constant of the x-axis direction of the optical fiber, [beta] y the propagation constant in the y-axis direction, the wavelength lambda, when the fiber length is L, the propagation constant difference [Delta] [beta] is Δβ = βx-βy = kB
It is expressed. Where k is the wave number,
k = 2π / λ
Where B is birefringence,
B = (βx−βy) / k
It is expressed.
そして、位相φ(λ)は
φ(λ)=kB(λ)L ・・・(2)
式(1)より、位相差Δφは
Δφ=φ(λ+Δλ)−φ(λ)
=[2π・B(λ+Δλ)/(λ+Δλ)]−2πL・B(λ)
=−(Δλ/λ2)・2πL・[B(λ)−λ(dB/dλ)] ・・・(3)
と表される。
Then, the phase φ (λ) is φ (λ) = kB (λ) L ··· (2)
From equation (1), the phase difference [Delta] [phi is Δφ = φ (λ + Δλ) -φ (λ)
= [2π · B (λ + Δλ) / (λ + Δλ)] - 2πL · B (λ)
= - (Δλ / λ 2) · 2πL · [B (λ) -λ (dB / dλ)] ··· (3)
It is expressed.
また、偏差分散τpは
τp=(1/c)・[d(βx−βy)/dk]
=(1/c)・[d(kB)/dk]
=(1/c)・[B−λ・(dB/dλ)] ・・・(4)
上記式(3)及び(4)より、
Δφ=2πcL・(Δλ/λ2)・τp
が得られる。Δφ=2πとなるように調整して整理すると、上記式(1)の関係が得られる。
Further, deviation dispersion .tau.p is τp = (1 / c) · [d (βx-βy) / dk]
= (1 / c) · [d (kB) / dk]
= (1 / c) · [B-λ · (dB / dλ)] ··· (4)
From the above formulas (3) and (4),
Δφ = 2πcL · (Δλ / λ 2 ) · τ p
Is obtained. In summary adjusted to be [Delta] [phi = 2 [pi, the relationship of the above formula (1) is obtained.
図1の実施形態のように、短パルスレーザとしてチタンサファイアレーザを、測定対象物としてフォトニック結晶ファイバをそれぞれ用いた時には、光ファイバ内の非線形光学現象によって、850nmのレーザ光の入射に対してファイバ出射光のスペクトルは、図2に示すように、6倍近い広がりを示すようになる。なお、同図においては、横軸は波長、縦軸は両者のピークを1として正規化した光強度を示している。 When a titanium sapphire laser is used as a short pulse laser and a photonic crystal fiber is used as an object to be measured as in the embodiment of FIG. 1, the nonlinear optical phenomenon in the optical fiber causes an incident of 850 nm laser light. spectrum of the fiber output light, as shown in FIG. 2, is shown a 6 times more spread. In the figure, the horizontal axis represents wavelength and the ordinate indicates the normalized light intensity peaks of both the 1.
図3は、図2に示した波形のファイバ出射光を、ファイバの複屈折軸に対して任意の角度となるように偏波面が調整されて配置された検光子15を透過させ、この透過光を光スペクトルアナライザ17によって光の波長に対する強度を任意の波長毎に測定して表示させた波形を示したものである。横軸は波長、縦軸は受光光強度を示している。この表示結果より、透過光の光強度に極値(山谷)が周期的に発生した波形が観測され、周期関数の谷と谷或いは山と山の波長間隔(Δλ)を算出することができる。
FIG. 3 shows that the light emitted from the fiber having the waveform shown in FIG. 2 is transmitted through an
図4は、図3の結果より求めたΔλを用いて上式(1)より偏波分散値を求め、波長に対してプロットしたものである。同図より、光非線形効果により広がった光スペクトル幅に対応した波長間(およそ820nm〜860nm)の偏波分散値(丸点)を求めている。同図には、干渉計を用いた従来技術によって測定した偏波分散値(角点)も一緒にプロットしている。図からは、2つの測定方法で求めた偏波分散の値がよく一致していることが分かる。 FIG. 4 shows the polarization dispersion value obtained from the above equation (1) using Δλ obtained from the result of FIG. 3 and plotted against the wavelength. From the figure, the polarization dispersion value (round point) between wavelengths (approximately 820 nm to 860 nm) corresponding to the optical spectrum width spread by the optical nonlinear effect is obtained. In the figure, the polarization dispersion value measured by conventional techniques using an interferometer (corner points) are also plotted together. From the figure, it can be seen that the value of polarization mode dispersion obtained in two measurement methods are in good agreement.
上述した実施の形態では、短パルスレーザとしてチタンサファイアレーザを、測定対象物19としてフォトニック結晶ファイバをそれぞれ用いているが、短パルスレーザとしては、立ち上がりが急峻である高出力の短パルスレーザ光を発生するものであれば、チタンサファイアレーザ以外の他のレーザ、例えばモードロックファイバレーザとEDFA(エリビウムドープトファイバアンプ)の組合せなどを使用することができ、測定対象物19としても、立ち上がりが急峻で高出力の短パルスレーザ光が入射されることによって広帯域光を発生する非線形光学効果を有するものであれば、フォトニック結晶ファイバ以外の、例えば分散フラット/減少ファイバなども対象とすることができる。
In the embodiment described above, a titanium sapphire laser is used as the short pulse laser, and a photonic crystal fiber is used as the
上述した実施形態のように、フォトニック結晶ファイバを測定対象物19とした場合、ファイバ出力光を光スペクトルアナライザで測定すると、図5に広帯域光として示すようになる。同図に比較のために示した例えばハロゲンランプのような白色光源及びスーパールミネセンスダイオード(SLD)のようなLED光源の出力光の光スペクトルアナライザによる測定結果と見比べてみて明らかなように、本実施形態の場合のファイバ出力が最も大きく、波長領域もSLDに比べて広帯域となっている。また、同図に一緒に示す、光伝送に使用される波長領域と対比しても分かるように、群遅延時間差の測定のために、SLDでは波長の異なる複数の光源を使用しなければならないのに対し、本実施形態では一つの使用波長領域を一度で測定することが可能となっている。なお、他の使用波長領域の測定には、中心波長の異なる短波パルスレーザのを使用することによって、上述したと同様に対象波長領域の測定を一回で済ませることができる。
When the photonic crystal fiber is the
上述した実施の形態では、測定対象物が有する非線形光学効果を利用して広帯域光を発生させて、広波長領域に対して群遅延時間差を一度で測定することを可能にしているが、図5は、高出力かつ広帯域、波長平坦性にすぐれた光源の使用によって、広波長領域に対して、群遅延時間差を一度で測定可能とする第2の発明の群遅延時間差測定法を実施する群遅延時間差測定装置の実施形態を示す。同図において、図1に示した装置と同等の部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 In the above-described embodiment, it is possible to measure the group delay time difference for a wide wavelength region at a time by generating broadband light using the nonlinear optical effect of the measurement object. Is a group delay that implements the group delay time difference measurement method of the second invention that enables a group delay time difference to be measured at once in a wide wavelength region by using a light source having high output, wide bandwidth, and excellent wavelength flatness. 1 shows an embodiment of a time difference measuring device. In the figure, a detailed description thereof will be omitted given the same reference numerals in the apparatus equivalent to the portion shown in FIG.
図6において、群遅延時間差測定装置は、光スペクトルが広波長領域にわたって平坦に分布している広帯域光を発生する光源21を使用しており、装置が測定対象とする測定対象物19は、非線形光学効果を有する光ファイバに制限されない全ての光ファイバであり、偏光子13と検光子15との間にこれらの光軸との位置合わせが可能にかつ着脱自在に装着される。要するに、図1の装置との相違は光源と測定対象物にあり、他の部分は実質的に同一である。
In FIG. 6, the group delay time difference measuring apparatus uses a
光源21は、短パルスレーザ光を発生する例えばチタンサファイアレーザからなる短パルスレーザ211と、短パルスレーザ211が発生する短パルスレーザ光の偏波状態と偏波面を調整する第1の偏光制御子212と、非線形光学効果をもった媒体213と、媒体213からの広帯域光の偏波状態と偏波面を調整する第2の偏光制御素子214とを有する。この構成により、短パルスレーザが発生する短パルスレーザ光を第1の偏光制御子212によって直線偏波状態にした上で偏波面を任意の方向に調整して媒体213に入射することによって、媒体213はその非線形光学効果により光スペクトルが広波長領域にわたって平坦に分布した広帯域光を発生して出射する。媒体213が出射する広帯域光は第2の偏光制御素子214によって偏波状態と偏波面が調整されて光源21から出力される。光源21が出力する広帯域光は、高出力のレーザ光に基づいて生成されたものであるので、広帯域化されてはいるが、その出力レベルは従来例として挙げたLEDなどを使用して構成した光源に比べて大きなものとなる。
The
広帯域光を発生する光源21は、光非線形効果を有する媒体213に高出力の短パルスレーザ光を入射すると、媒体から出射するレーザ光の光スペクトルが広がるという現象を利用して構成されている。例えば、媒体213としてフォトニクス結晶ファイバを使用し、この媒体213にチタンサファイアレーザによって発生した短パルスレーザ光(波長790nm)を入射したとき、図7に示すように、媒体の射出光は、光スペクトルの広がりにより広帯域化(450nm〜1550nm)される。この現象は、光ファイバ内の10μm程度の狭いコア領域に高強度の光が閉じ込められると、実効的に強度密度が高くなり、自己位相変調という非線形光学現象が起きることによって生じる。
The
自己位相変調は、高出力かつ短パルス(急峻な立ち上がり立ち下がり特性)の短パルスレーザ光を光媒体に入射した場合などに発生し、電界強度に比例した屈折率変化(光力−効果)によって短パルスレーザ光に位相変調が生じる現象であるが、その他にも広帯域光の発生は、光ファイバ中で発生する自己位相変調、相互位相変調、四光混合の複合効果により起こる。これらの方法で数十cmの短尺ファイバについても広帯域光の発生が確認され
ている。
Self-phase modulation occurs when a short pulse laser beam with high output and short pulse (steep rise / fall characteristics) is incident on an optical medium, etc., and is caused by a refractive index change (light power-effect) proportional to the electric field strength. This is a phenomenon in which phase modulation occurs in the short-pulse laser beam. In addition, the generation of broadband light occurs due to the combined effect of self-phase modulation, cross-phase modulation, and four-light mixing generated in the optical fiber. Generating broadband light is also confirmed short fibers of a few tens of cm in these methods.
なお、媒体213の非線形光学効果によって広帯域化されたレーザ光は、媒体213内を伝搬する過程で群遅延時間差が生じる場合がある。このような群遅延時間差の生じた広帯域化光の場合、単に任意の偏波面について偏光子を透過させるだけであると、波長によって光強度に山谷が発生してしまう。そこで、第2の偏光制御素子214に、遅相軸或いは進相軸の一方の直線偏波のみを取り出す検光子を持たせる。このようにすると、広帯域にわたって光強度の平坦な広帯域光が得られる。偏光制御素子214の偏光子によって一方の直線偏波の偏波面について透過した光は、偏光制御素子214の1/2波長板から成る検光子によって偏波面を任意の方向に調整して測定対象物19に入射する。
Note that a laser beam having a wide band due to the nonlinear optical effect of the medium 213 may cause a group delay time difference in the process of propagating through the medium 213. In the case of the broadband light in which such a group delay time difference has occurred, if the polarizer is simply transmitted through any polarization plane, a valley occurs in the light intensity depending on the wavelength. Therefore, the second
上述した偏光制御素子214の検光子による偏波面の調整は、測定対象物である光ファイバの複屈折軸に対して検光子を透過する偏波面の方向を調整することによって行われる。この調整によって、偏波面の成分が測定対象物である光ファイバの2つの複屈折軸に対して均等に入射される角度となったとき、群遅延時間差によって発生する光強度の山谷の極値の差が最大になるので、図1について説明した実施形態と同様、光検出器である光スペクトルアナライザ17の表示画面を見ながら調整が行われる。
The adjustment of the polarization plane by the analyzer of the
なお、媒体長が短くて偏波分散値が小さく、結果として群遅延時間差が生じなかったり、生じても極めて小さい場合には、第2の偏光制御素子214には、遅相軸或いは進相軸の一方の直線偏波のみを取り出す検光子を持たせる必要がない。
When the medium length is short and the polarization dispersion value is small, and as a result, the group delay time difference does not occur or is extremely small, the second
11,21 光源
111,211 短パルスレーザ
112 偏光制御素子
15 検光子
17 光検出器
19 測定対象物
212 第1の偏光制御素子
213 媒体
214 第2の偏光制御素子
11, 21
Claims (4)
前記レーザ光として短パルスレーザ光を使用し、前記測定対象物が有する非線形光学効果により、前記短パルスレーザの入射によって前記測定対象物内に発生する広帯域光を前記出射光として出射させるようにした
ことを特徴とする群遅延時間差測定方法。 A laser beam whose polarization plane is adjusted in an arbitrary direction is incident on the measurement object, and the outgoing light emitted from the measurement object by the incidence of the laser beam is transmitted through the arbitrary polarization plane. In a group delay time difference measurement method for obtaining an interval between adjacent extreme values of intensity with respect to a wavelength and measuring a group delay time difference of a measurement object based on the obtained interval,
Using the short-pulse laser beam as the laser beam by the nonlinear optical effect in which the measurement object has, and the broadband light generated within the object to be measured by the incidence of the short pulse laser to emit as the outgoing light A method for measuring a group delay time difference.
非線形光学効果を有する媒体に対し、当該媒体の非線形光学効果によるスペクトル広がりが最大になるように偏波面を調整して短パルスレーザ光を入射し、該短パルスレーザ光の入射によって前記媒体から出射する広帯域光を前記レーザ光として前記測定対象物に入射させる
ことを特徴とする群遅延時間差測定方法。 A laser beam whose polarization plane is adjusted in an arbitrary direction is incident on the measurement object, and the outgoing light emitted from the measurement object by the incidence of the laser beam is transmitted through the arbitrary polarization plane. In a group delay time difference measurement method for obtaining an interval between adjacent extreme values of intensity with respect to a wavelength and measuring a group delay time difference of a measurement object based on the obtained interval,
For a medium having a nonlinear optical effect, a short pulse laser beam is incident after adjusting the plane of polarization so that the spectrum spread due to the nonlinear optical effect of the medium is maximized, and is emitted from the medium by the incidence of the short pulse laser beam. group delay time difference measuring method which comprises causing incident on the measurement object broadband light as the laser beam.
前記光源が有するレーザが短パルスレーザ光を発生する短パルスレーザであり、
前記測定対象物に対する前記短パルスレーザ光の入射によって前記測定対象物が有する非線形光学効果により当該測定対象物内に発生する広帯域光を前記出射光として出射させる
ことを特徴とする群遅延時間差測定装置。 It has a laser that generates laser light and a polarization control element that adjusts the polarization plane of the laser light generated by the laser, and outputs and measures laser light whose polarization plane is adjusted in an arbitrary direction by the polarization control element A light source that is incident on the object, an analyzer that transmits the outgoing light emitted from the measurement object by the incidence of the laser beam with respect to an arbitrary polarization plane, and an intensity with respect to the wavelength of the light that has passed through the analyzer In a group delay time difference measuring apparatus comprising a photodetector for measuring each wavelength,
The laser of the light source is a short pulse laser that generates short pulse laser light,
Group delay time difference measuring device, characterized in that to emit broadband light generated within the measuring object by a nonlinear optical effect having said measured object by the incidence of the short pulse laser light to the measurement target as the emitted light .
前記光源は、
短パルスレーザ光を発生する短パルスレーザと、
該短パルスレーザからの短パルスレーザ光の偏波面を調整する第1の偏光制御素子と、
該第1の偏光制御素子によって偏波面を任意の方向に調整された短パルスレーザ光が入射される非線形光学効果を有する媒体と、
前記短パルスレーザ光の入射によって前記媒体の非線形光学効果により発生する広帯域光の偏波面を調整する第2の偏光制御素子とを有し、
該第2の偏光制御素子によって偏波面を任意の方向に調整した前記広帯域光を前記レーザ光として出力して測定対象物に入射する
ことを特徴とする群遅延時間差測定装置。 A light source that outputs a laser beam whose polarization plane is adjusted in an arbitrary direction and enters the measurement object, and an analyzer that transmits the outgoing light emitted from the measurement object by the incidence of the laser beam with respect to the arbitrary polarization plane And a group delay time difference measuring apparatus comprising a photodetector that measures the intensity with respect to the wavelength of the light transmitted through the analyzer for each arbitrary wavelength,
The light source is
A short pulse laser that generates short pulse laser light;
A first polarization control element for adjusting the polarization plane of the pulse laser light from the short-pulse laser,
A medium having a nonlinear optical effect on which a short pulse laser beam whose polarization plane is adjusted in an arbitrary direction by the first polarization control element is incident;
A second polarization control element that adjusts a polarization plane of broadband light generated by the nonlinear optical effect of the medium by incidence of the short pulse laser beam,
The group delay time difference measuring apparatus characterized in that the broadband light whose polarization plane is adjusted in an arbitrary direction by the second polarization control element is output as the laser light and incident on a measurement object.
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