JP2009014641A - Timing adjustment device and light sampling device - Google Patents

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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize for a long time continuously the accuracy of time of light to be measured and pulse light sampling the light to be measured. <P>SOLUTION: A timing adjustment device outputting a phase difference of 2 given pulse lights includes: a variably delaying light section, adjusting the phase difference by delaying at least 1 of the 2 pulse lights; a photoelectric transducer, generating 2 adjustment signals by converting each of the 2 pulse signals with the phase difference adjusted by the variably delaying light unit to electric signals; and a phase comparison section, detecting the phase difference between the 2 adjustment signals and adjusting the delay at the variably delaying light section so that the detected phase difference approaches to a predetermined phase difference. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、タイミング調整装置および光サンプリング装置に関する。本発明は、特に、与えられる2つのパルス光の位相差を調整して出力するタイミング調整装置および光サンプリング・オシロスコープ等による光パルス波形の測定に使用される光サンプリング装置に関する。   The present invention relates to a timing adjustment device and an optical sampling device. The present invention particularly relates to a timing adjustment device that adjusts and outputs a phase difference between two given pulse lights, and an optical sampling device that is used for measurement of an optical pulse waveform by an optical sampling oscilloscope or the like.

光パルス波形の測定は、光通信において、受信端での光信号の品質を評価するために必要であるだけでなく、信号中継器や光ネットワークのノードにおける信号品質の監視にも応用することができる。ところで、光ファイバ通信の大容量化に伴い、160Gb/s以上のビットレートで信号光を送受信することのできる次世代の光ファイバ通信システムの実用化が進められている。このような大容量の通信システムを実現させるためには、上記のような高いビットレートの光信号のパルス波形を高精度に測定する装置が不可欠である。   Optical pulse waveform measurement is not only necessary for evaluating the quality of optical signals at the receiving end in optical communications, but can also be applied to monitoring signal quality at signal repeaters and nodes in optical networks. it can. By the way, with the increase in capacity of optical fiber communication, practical application of a next-generation optical fiber communication system capable of transmitting and receiving signal light at a bit rate of 160 Gb / s or more is being promoted. In order to realize such a large-capacity communication system, an apparatus for measuring the pulse waveform of an optical signal having a high bit rate as described above with high accuracy is indispensable.

160Gb/s以上のビットレートの光パルス波形を測定する装置としては、被測定光とパルス光を合波して非線形媒質に入射させることで非線形光学効果を生じさせ、得られた強度相関信号光から測定する装置が知られている(例えば特許文献1を参照)。
特開2006−194842号公報
As an apparatus for measuring an optical pulse waveform with a bit rate of 160 Gb / s or more, a non-linear optical effect is produced by combining the light to be measured and the pulsed light so as to be incident on a non-linear medium. Is known (see, for example, Patent Document 1).
JP 2006-194842 A

上記装置による測定において、被測定光のパルス波形を高い時間分解能で測定するためには、よりパルス幅の狭いパルス光を入射させる必要がある。しかしながら、このようなパルス幅の狭いパルス光と被測定光によって得られる強度相関信号は、その信号強度が小さいのでS/N比が低くなり、結果として高感度での測定が難しかった。   In the measurement by the above apparatus, in order to measure the pulse waveform of the light to be measured with high time resolution, it is necessary to make the pulse light with a narrower pulse width incident. However, the intensity correlation signal obtained by such a pulse light having a narrow pulse width and the light to be measured has a low signal intensity, so the S / N ratio is low, and as a result, measurement with high sensitivity is difficult.

そこで、上記強度相関信号を上記パルス光と異なるパルス光で再度サンプリングすることにより、当該強度相関信号の信号強度を増幅することが考えられる。しかしながら、この場合、強度相関信号とパルス光とを高い時間精度で同期させて非線形媒質に入射させる必要があるが、当該時間精度を長時間連続して安定させることが難しかった。   Therefore, it is conceivable to amplify the signal intensity of the intensity correlation signal by sampling the intensity correlation signal again with pulse light different from the pulse light. However, in this case, it is necessary to synchronize the intensity correlation signal and the pulsed light with high time accuracy and enter the nonlinear medium. However, it is difficult to stabilize the time accuracy for a long time.

上記課題を解決するために、本発明の第1の形態によれば、与えられる2つのパルス光の位相差を調整して出力するタイミング調整装置であって、2つのパルス光の少なくとも一方のパルス光を遅延させて、位相差を調整する光可変遅延部と、光可変遅延部により位相差が調整された2つのパルス光のそれぞれを電気信号に変換することにより、2つの調整用信号を生成する光電変換器と、2つの調整用信号の位相差を検出し、検出した位相差を予め定められた位相差に近づけるべく、光可変遅延部における遅延量を制御する位相比較部とを備えるタイミング調整装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, there is provided a timing adjustment device that adjusts and outputs the phase difference between two given pulse lights, and includes at least one pulse of the two pulse lights. Two adjustment signals are generated by converting the optical variable delay unit that delays the light and adjusting the phase difference and the two pulse lights whose phase difference is adjusted by the optical variable delay unit into electrical signals. And a photoelectric converter that detects the phase difference between the two adjustment signals and a phase comparison unit that controls a delay amount in the optical variable delay unit so as to bring the detected phase difference closer to a predetermined phase difference An adjustment device is provided.

また、本発明の第2の形態によれば、被測定光をサンプリングする光サンプリング装置であって、被測定光のうち、与えられる第1パルス光と時間的な重なりを有する部分に応じた光を、第1出力光として出力する第1サンプリング部と、第1出力光と、与えられる第2パルス光とが時間的な重なりを有する場合に、第1出力光を増幅した光を第2出力光として出力する第2サンプリング部と、第1パルス光および第2パルス光の位相差を調整して、第1サンプリング部および第2サンプリング部に入力するタイミング調整部とを備え、タイミング調整部は、第1パルス光および第2パルス光の少なくとも一方を遅延させて、位相差を調整する光可変遅延部と、光可変遅延部により位相差が調整された第1パルス光および第2パルス光について、それぞれの少なくとも一部を電気信号に変換した第1調整用信号および第2調整用信号を生成する光電変換器と、第1調整用信号および第2調整用信号の位相差を検出し、検出した位相差が予め定められた位相差となるように、光可変遅延部における遅延量を制御する位相比較部とを有する光サンプリング装置が提供される。   According to the second aspect of the present invention, there is provided an optical sampling device for sampling the light to be measured, which is light corresponding to a portion of the light to be measured that has a temporal overlap with the first pulse light to be applied. Are output as the first output light, the first output light, and the second pulse light to be applied have a temporal overlap, the second output is the light amplified from the first output light. A second sampling unit that outputs as light, and a timing adjustment unit that adjusts a phase difference between the first pulsed light and the second pulsed light and inputs the light to the first sampling unit and the second sampling unit. The optical variable delay unit that delays at least one of the first pulse light and the second pulse light to adjust the phase difference, and the first pulse light and the second pulse light that have the phase difference adjusted by the optical variable delay unit , Detecting a phase difference between the first adjustment signal and the second adjustment signal, a photoelectric converter that generates a first adjustment signal and a second adjustment signal obtained by converting at least a part of each into an electric signal; An optical sampling device is provided that includes a phase comparison unit that controls a delay amount in the optical variable delay unit so that the detected phase difference becomes a predetermined phase difference.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   The above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the invention according to the scope of claims, and all combinations of features described in the embodiments are included. It is not necessarily essential for the solution of the invention.

図1は、光サンプリング装置10の構成を示す概略図である。光サンプリング装置10は、パルス波形を有する被測定光(信号光)をサンプリングすることのできる装置であり、図1に示すように、パルス光出力部20と、第1サンプリング部101と、第2サンプリング部106と、光電変換器60と、波形表示器70とを備える。また、パルス光出力部20は、図1に示すように、アンプ31、32、パルス幅調整部40、タイミング調整部500、光分岐器80、レーザ光源200、高周波電流出力部260、変調部400および分周回路410を有する。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the optical sampling device 10. The optical sampling device 10 is a device capable of sampling measured light (signal light) having a pulse waveform. As shown in FIG. 1, the optical sampling device 10 includes a pulsed light output unit 20, a first sampling unit 101, and a second sampling unit. A sampling unit 106, a photoelectric converter 60, and a waveform display 70 are provided. As shown in FIG. 1, the pulsed light output unit 20 includes amplifiers 31 and 32, a pulse width adjustment unit 40, a timing adjustment unit 500, an optical branching unit 80, a laser light source 200, a high-frequency current output unit 260, and a modulation unit 400. And a frequency dividing circuit 410.

図2は、パルス光出力部20における、レーザ光源200、高周波電流出力部260、変調部400および分周回路410付近を抜き出して示す概略図である。レーザ光源200は、単一モードのパルス光を出力するパルス光源であり、レーザダイオード210、コリメートレンズ220、集光レンズ222、ミラー230、光学バンドパスフィルタ240、バイアス電流出力部250および電流増幅回路270を有する。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the laser light source 200, the high-frequency current output unit 260, the modulation unit 400, and the vicinity of the frequency divider 410 in the pulsed light output unit 20. The laser light source 200 is a pulse light source that outputs single-mode pulsed light, and includes a laser diode 210, a collimating lens 220, a condenser lens 222, a mirror 230, an optical bandpass filter 240, a bias current output unit 250, and a current amplification circuit. 270.

高周波電流出力部260は、レーザ光源200の電流増幅回路270、および、分周回路410とそれぞれ電気的に接続する。この高周波電流出力部260は、特定の周波数の高周波電流を出力する。なお、高周波電流出力部260が出力する高周波電流の周波数は所望に変更することができる。   The high-frequency current output unit 260 is electrically connected to the current amplifier circuit 270 and the frequency divider circuit 410 of the laser light source 200, respectively. The high frequency current output unit 260 outputs a high frequency current having a specific frequency. In addition, the frequency of the high frequency current which the high frequency current output part 260 outputs can be changed as desired.

バイアス電流出力部250は、特定の大きさの直流電流をバイアス電流として出力する。なお、バイアス電流出力部250が出力するバイアス電流の大きさは所望に変更することができる。電流増幅回路270は、高周波電流出力部260から出力される高周波電流をバイアス電流出力部250から出力されるバイアス電流に重畳した電流をレーザダイオード210に加える。   The bias current output unit 250 outputs a direct current having a specific magnitude as a bias current. Note that the magnitude of the bias current output from the bias current output unit 250 can be changed as desired. The current amplifying circuit 270 adds a current obtained by superimposing the high-frequency current output from the high-frequency current output unit 260 on the bias current output from the bias current output unit 250 to the laser diode 210.

レーザダイオード210は、電流増幅回路270から加えられる上記電流によってレーザ光のパルス(以下、「パルス光」と称する)を発光する。レーザダイオード210の一対の端面は、それぞれ反射がほとんど生じない低反射面211および反射率が30%以上の高反射面212となっており、レーザダイオード210で発振したパルス光は低反射面211からレーザダイオード210の外部に出力する。   The laser diode 210 emits a pulse of laser light (hereinafter referred to as “pulse light”) by the current applied from the current amplification circuit 270. The pair of end faces of the laser diode 210 are a low reflection surface 211 that hardly causes reflection and a high reflection surface 212 with a reflectance of 30% or more, and pulsed light oscillated by the laser diode 210 is transmitted from the low reflection surface 211. Output to the outside of the laser diode 210.

コリメートレンズ220は、レーザダイオード210の低反射面211側に配され、レーザダイオード210の低反射面211側から出力したパルス光をコリメートする。ミラー230は、片側の面に全反射面232が形成されており、コリメートされた上記パルス光を全反射面232で全反射する。光学バンドパスフィルタ240は、コリメートレンズ220とミラー230との間における上記パルス光の光路上に配され、上記パルス光のスペクトル成分のうち上記発振波長を中心とする帯域の成分を透過する。また、光学バンドパスフィルタ240は回転可能に取り付けられており、光学バンドパスフィルタ240の透過面に対して上記パルス光が斜め方向から入射するように上記光路に対する透過面の角度を変えることができる。したがって、光学バンドパスフィルタ240はこの角度に応じて透過する光の帯域を設定することができる。   The collimating lens 220 is disposed on the low reflection surface 211 side of the laser diode 210 and collimates the pulsed light output from the low reflection surface 211 side of the laser diode 210. The mirror 230 has a total reflection surface 232 formed on one surface, and totally reflects the collimated pulsed light on the total reflection surface 232. The optical bandpass filter 240 is disposed on the optical path of the pulsed light between the collimating lens 220 and the mirror 230, and transmits the band component centered on the oscillation wavelength among the spectral components of the pulsed light. The optical bandpass filter 240 is rotatably mounted, and the angle of the transmission surface with respect to the optical path can be changed so that the pulsed light is incident on the transmission surface of the optical bandpass filter 240 from an oblique direction. . Therefore, the optical bandpass filter 240 can set the band of light to be transmitted according to this angle.

レーザダイオード210でパルス発光したパルス光は、上記のように、コリメートレンズ220および光学バンドパスフィルタ240を透過してミラー230の全反射面232で全反射された後、再びレーザダイオード210の高反射面212で反射される。したがって、上記パルス光は、レーザダイオード210の高反射面212とミラー230の全反射面232との間を往復する。ここで、上記パルス光が高反射面212と全反射面232との間を往復する周期とレーザダイオード210のパルス発光の周期が同期するように、高反射面212と全反射面232との間隔を設定することにより、上記パルス光は増幅されて、その一部がレーザダイオード210の高反射面212側から出力する。   The pulsed light emitted by the laser diode 210 is transmitted through the collimating lens 220 and the optical bandpass filter 240 and totally reflected by the total reflection surface 232 of the mirror 230 as described above, and then again the high reflection of the laser diode 210. Reflected by surface 212. Therefore, the pulsed light reciprocates between the high reflection surface 212 of the laser diode 210 and the total reflection surface 232 of the mirror 230. Here, the interval between the high reflection surface 212 and the total reflection surface 232 is synchronized so that the cycle in which the pulsed light reciprocates between the high reflection surface 212 and the total reflection surface 232 and the pulse emission cycle of the laser diode 210 are synchronized. , The pulsed light is amplified, and a part of the pulsed light is output from the highly reflective surface 212 side of the laser diode 210.

集光レンズ222は、レーザダイオード210の高反射面212側に配され、レーザダイオード210の高反射面212側から出力したパルス光を集光して光ファイバ290に入射させる。光ファイバ290は、レーザ光源200の外部と接続し、上記パルス光をレーザ光源200の外部に出力する。   The condensing lens 222 is disposed on the high reflection surface 212 side of the laser diode 210 and condenses the pulsed light output from the high reflection surface 212 side of the laser diode 210 to enter the optical fiber 290. The optical fiber 290 is connected to the outside of the laser light source 200, and outputs the pulsed light to the outside of the laser light source 200.

変調部400は、レーザ光源200から出力されるパルス光の光路上に配され、分周回路410と電気的に接続する。分周回路410は、高周波電流出力部260から出力される高周波電気信号をN分周(Nは正の整数)して変調部400に出力する。変調部400は、分周回路410から入力される電気信号の周波数に応じて上記パルス光の繰り返し周波数を1/nに分周したパルス光を出力する。ここで、パルス光の繰り返し周波数は、パルス光の繰返し周期の逆数で定義される。変調部400としては、例えばLiNbO光導波路を用いたLN強度変調器であり、数十GHz程度の周波数を有する高周波電気信号に忠実に応答して上記パルス光の繰り返し周波数を分周することができる。 The modulation unit 400 is disposed on the optical path of the pulsed light output from the laser light source 200 and is electrically connected to the frequency dividing circuit 410. The frequency dividing circuit 410 divides the high frequency electric signal output from the high frequency current output unit 260 by N (N is a positive integer) and outputs the result to the modulation unit 400. The modulation unit 400 outputs pulsed light obtained by dividing the repetition frequency of the pulsed light by 1 / n according to the frequency of the electric signal input from the frequency dividing circuit 410. Here, the repetition frequency of the pulsed light is defined by the reciprocal of the repetition period of the pulsed light. The modulator 400 is, for example, an LN intensity modulator using a LiNbO 3 optical waveguide, and can divide the repetition frequency of the pulsed light in response to a high-frequency electric signal having a frequency of about several tens of GHz. it can.

レーザダイオード210の発振波長、すなわち、レーザ光源200から出力するパルス光の波長は、第1サンプリング部101における後述の第1カラーフィルタ141および第2サンプリング部106における後述の第2カラーフィルタ142の遮断帯域の波長であり、光サンプリング装置10でサンプリングする被測定光の発振波長に近い波長であることが好ましい。また、レーザ光源200から出力するパルス光の繰り返し周波数は、光サンプリング装置10でサンプリングする被測定光の周波数をfとしたとき、この周波数をN分周した周波数から掃引のための周波数(Δf)だけシフトさせた周波数であることが好ましい。 The oscillation wavelength of the laser diode 210, that is, the wavelength of the pulsed light output from the laser light source 200 is blocked by a first color filter 141 described later in the first sampling unit 101 and a second color filter 142 described later in the second sampling unit 106. The wavelength of the band is preferably close to the oscillation wavelength of the light to be measured sampled by the optical sampling device 10. The repetition frequency of the pulsed light output from the laser light source 200 is a frequency for sweeping (Δf) from a frequency obtained by dividing the frequency by N when the frequency of the light to be measured sampled by the optical sampling device 10 is f 0. ) Is preferably shifted frequency.

光分岐器80は、光サンプリング装置10から出力されるパルス光を受け取り、当該パルス光を分光して、その一方をアンプ31に出力し、他方をアンプ32に出力する。この光分岐器80としては、例えば無偏光ビームスプリッタなどの分光器が用いられる。以下において、光分岐器80で分光されたこれらのパルス光のうち、アンプ31に入力される上記一方の光を第1パルス光と称し、アンプ32に入力される上記他方の光を第2パルス光と称する。   The optical splitter 80 receives the pulsed light output from the optical sampling device 10, splits the pulsed light, outputs one of the light to the amplifier 31, and outputs the other to the amplifier 32. As the optical branching device 80, for example, a spectroscope such as a non-polarizing beam splitter is used. In the following, among the pulsed light split by the optical splitter 80, the one light input to the amplifier 31 is referred to as a first pulse light, and the other light input to the amplifier 32 is referred to as a second pulse. Called light.

アンプ31は、上記光分岐器80で分光された第1パルス光が入力されると、その第1パルス光のピーク強度を増幅する。また、アンプ32は、上記光分岐器80で分光された第2パルス光が入力されると、その第2パルス光のピーク強度を増幅する。これらのアンプ31およびアンプ32としては、例えばエルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)が用いられる。   The amplifier 31 amplifies the peak intensity of the first pulse light when the first pulse light split by the optical splitter 80 is input. The amplifier 32 amplifies the peak intensity of the second pulse light when the second pulse light split by the optical splitter 80 is input. As the amplifier 31 and the amplifier 32, for example, an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA) is used.

パルス幅調整部40は、スペクトル拡散部42およびパルス圧縮部44を有し、第1パルス光のパルス幅を調整する。スペクトル拡散部42には、例えば高非線形ファイバ(HNLF)が用いられ、アンプ31でピーク強度が増幅された第1パルス光に自己位相変調を生じさせてそのスペクトルを拡散する。また、パルス圧縮部44には、シングルモードファイバ(SMF)が用いられ、スペクトル拡散部42においてスペクトルが拡散された第1パルス光のパルス幅を分散補償により縮める。なお、スペクトル拡散部42に用いられる高非線形ファイバの長さ、および、パルス圧縮部44に用いられるシングルモードファイバの長さは、例えば前者が10mであり、後者が15mである。   The pulse width adjustment unit 40 includes a spectrum spreading unit 42 and a pulse compression unit 44, and adjusts the pulse width of the first pulse light. For example, a highly nonlinear fiber (HNLF) is used for the spectrum spreading unit 42, and self-phase modulation is generated in the first pulse light whose peak intensity is amplified by the amplifier 31 to spread the spectrum. Further, a single mode fiber (SMF) is used for the pulse compression unit 44, and the pulse width of the first pulse light whose spectrum is diffused in the spectrum spreading unit 42 is reduced by dispersion compensation. The length of the highly nonlinear fiber used for the spread spectrum unit 42 and the length of the single mode fiber used for the pulse compression unit 44 are, for example, 10 m for the former and 15 m for the latter.

図3は、パルス幅調整部40においてスペクトル拡散部42側から入力する第1パルス光のパルス幅を圧縮する非線形伝送シミュレーションの結果を示す。また、図3において、「A」は、スペクトル拡散部42に入力される第1パルス光の時間波形およびスペクトル波形を示す。「B」は、スペクトル拡散部42から出力されてパルス圧縮部44に入力される第1パルス光の時間波形およびスペクトル波形を示す。「C」は、パルス圧縮部44から出力された第1パルス光の時間波形およびスペクトル波形を示す。図3に示すように、パルス幅調整部40により第1パルス光の時間幅は約0.7psecまで圧縮される。このように、パルス幅調整部40は、第1パルス光のパルス幅をサブピコ秒のオーダーまで圧縮して出力することができる。   FIG. 3 shows the result of a non-linear transmission simulation in which the pulse width of the first pulse light input from the spectrum spreading unit 42 side in the pulse width adjustment unit 40 is compressed. In FIG. 3, “A” indicates a time waveform and a spectrum waveform of the first pulse light input to the spectrum spreading unit 42. “B” indicates a time waveform and a spectrum waveform of the first pulsed light output from the spectrum spreading unit 42 and input to the pulse compression unit 44. “C” indicates a time waveform and a spectrum waveform of the first pulse light output from the pulse compression unit 44. As shown in FIG. 3, the time width of the first pulse light is compressed to about 0.7 psec by the pulse width adjustment unit 40. As described above, the pulse width adjustment unit 40 can compress and output the pulse width of the first pulse light to the order of sub-picoseconds.

図4は、タイミング調整部500の構成を示す図である。タイミング調整部500は、図4に示すように、第1光カプラ511と、第2光カプラ512と、第1光電変換器521と、第2光電変換器522と、アンプ531、532と、第1フィルタ541と、第2フィルタ542と、光可変遅延部600と、位相比較部700とを有する。タイミング調整部500は、パルス幅調整部40が出力する第1パルス光およびアンプ32が出力する第2パルス光の位相差を調整して、第1サンプリング部101および第2サンプリング部106に入力する。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the timing adjustment unit 500. As shown in FIG. 4, the timing adjustment unit 500 includes a first optical coupler 511, a second optical coupler 512, a first photoelectric converter 521, a second photoelectric converter 522, amplifiers 531, 532, 1 filter 541, second filter 542, variable optical delay unit 600, and phase comparison unit 700. The timing adjustment unit 500 adjusts the phase difference between the first pulse light output from the pulse width adjustment unit 40 and the second pulse light output from the amplifier 32 and inputs the phase difference to the first sampling unit 101 and the second sampling unit 106. .

第1光カプラ511は、パルス幅調整部40が出力する第1パルス光の一部を第1光電変換器521に入力する。第1光電変換器521は、第1光カプラ511で分光した一方の第1パルス光を電気信号に変換することにより、第1調整用信号を生成する。アンプ531は、第1光電変換器521で生成された第1調整用信号を増幅して第1フィルタ541に出力する。第1フィルタ541は、第1調整用信号における予め定められた周波数より小さい周波数成分を除去して、位相比較部700に入力する。具体的には、第1フィルタ541は、パルス幅調整部40が出力する第1パルス光の繰り返し周期が156.25MHzである場合、第1調整用信号に含まれる周波数成分のうち、当該第1パルス光の繰り返し周期(156.25MHz)の3次(468.75MHz)または5次(781.25MHz)の高調波を選択的に透過するとともに、透過する高調波の周波数以外の周波数成分を吸収する。   The first optical coupler 511 inputs a part of the first pulse light output from the pulse width adjustment unit 40 to the first photoelectric converter 521. The first photoelectric converter 521 generates a first adjustment signal by converting one of the first pulse lights dispersed by the first optical coupler 511 into an electric signal. The amplifier 531 amplifies the first adjustment signal generated by the first photoelectric converter 521 and outputs the amplified signal to the first filter 541. The first filter 541 removes a frequency component smaller than a predetermined frequency in the first adjustment signal, and inputs it to the phase comparison unit 700. Specifically, when the repetition period of the first pulsed light output from the pulse width adjustment unit 40 is 156.25 MHz, the first filter 541 includes the first component of the frequency components included in the first adjustment signal. The third-order (468.75 MHz) or fifth-order (781.25 MHz) harmonic of the repetition period (156.25 MHz) of the pulsed light is selectively transmitted, and frequency components other than the frequency of the transmitted harmonic are absorbed. .

第2光カプラ512は、後述の光可変遅延部600が出力する第2パルス光の一部を第2光電変換器522に入力する。第2光電変換器522は、第2光カプラ512で分光した一方の第2パルス光を電気信号に変換することにより、第2調整用信号を生成する。アンプ532は、第2光電変換器522で生成された第2調整用信号を増幅して第2フィルタ542に出力する。第2フィルタ542は、第2調整用信号における予め定められた周波数より小さい周波数成分を除去して、位相比較部700に入力する。具体的には、第2フィルタ542は、光可変遅延部600が出力する第2パルス光の繰り返し周期が上記第1パルス光と同様に156.25MHzである場合、第2調整用信号に含まれる周波数成分のうち、上記第1フィルタ541が透過する高調波と同じ周波数の高調波を透過するとともに、透過する高調波の周波数以外の周波数成分を吸収する。   The second optical coupler 512 inputs a part of the second pulsed light output from the optical variable delay unit 600 described later to the second photoelectric converter 522. The second photoelectric converter 522 generates a second adjustment signal by converting one second pulsed light split by the second optical coupler 512 into an electric signal. The amplifier 532 amplifies the second adjustment signal generated by the second photoelectric converter 522 and outputs the amplified signal to the second filter 542. The second filter 542 removes a frequency component smaller than a predetermined frequency in the second adjustment signal, and inputs it to the phase comparison unit 700. Specifically, the second filter 542 is included in the second adjustment signal when the repetition period of the second pulse light output from the optical variable delay unit 600 is 156.25 MHz as in the first pulse light. Of the frequency components, the harmonics having the same frequency as the harmonics transmitted by the first filter 541 are transmitted, and the frequency components other than the frequencies of the transmitted harmonics are absorbed.

図5は、光可変遅延部600の構成を示す図である。光可変遅延部600は、図5に示すように、第1遅延部610と、第2遅延部620とを有する。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the optical variable delay unit 600. As illustrated in FIG. 5, the optical variable delay unit 600 includes a first delay unit 610 and a second delay unit 620.

第1遅延部610は、固定反射面611、612および可動反射面615を有する。第1遅延部610において、固定反射面611は、アンプ32が出力する第2パルス光の光路上に固定して配され、当該第2パルス光を可動反射面615に向けて反射する。可動反射面615は、固定反射面611が反射した第2パルス光を固定反射面612に向けて反射する。固定反射面612は、可動反射面615が反射した第2パルス光を第2遅延部620の光ファイバ621に入力する。   The first delay unit 610 includes fixed reflection surfaces 611 and 612 and a movable reflection surface 615. In the first delay unit 610, the fixed reflection surface 611 is fixedly disposed on the optical path of the second pulse light output from the amplifier 32, and reflects the second pulse light toward the movable reflection surface 615. The movable reflecting surface 615 reflects the second pulse light reflected by the fixed reflecting surface 611 toward the fixed reflecting surface 612. The fixed reflection surface 612 inputs the second pulse light reflected by the movable reflection surface 615 to the optical fiber 621 of the second delay unit 620.

ここで、可動反射面615は、自身が固定反射面611および固定反射面612に対して離れる(または近づく)方向に移動することにより、当該可動反射面615と固定反射面611および固定反射面612それぞれとの間の距離(以下、「反射面間距離」と略称する)を、例えば大きさ「L」のストロークで変化させることができる。したがって、第1遅延部610は、入力した第2パルス光が固定反射面611から可動反射面615を経て固定反射面612に至るまでの光路長を最大で大きさ「2L」だけ変えることができる。これにより、第1遅延部610は、上記光路長を長くすることにより、当該光路長が長くなった分だけ第2サンプリング部106に入力される第2パルス光を遅延させることができる。第1遅延部610における上記反射面間距離は、光サンプリング装置10を被測定光のサンプリングに用いるときのタイミング調整部500の初期設定において、可動反射面615を例えば手動で移動させることにより所定の大きさ(初期設定値)に設定される。この初期設定値については後述する。また、可動反射面615は、モータなどの不図示の駆動機構を有し、後述する位相比較部700の制御部730から入力される制御信号によって移動される。なお、第1遅延部610は、上記並びに図5に示す形態に限定されない。第1遅延部610は、例えば、アンプ32から出力する第2パルス光の光路上に間隔を開けて配される2つのコリメートレンズを有してもよい。この場合、アンプ32から光ファイバを通って伝播される第2パルス光は、当該光ファイバから上記2つのコリメートレンズの一方のレンズ面に向けて拡散して出力された後、当該一方のコリメートレンズで平行光に変換される。さらに、当該平行光に変換された第2パルス光は、例えば空気中を伝播して上記2つのコリメートレンズの他方のレンズ面に入射した後、第2遅延部620における後述する光ファイバ621の入力端に入力される。ここで、第1遅延部610は、上記2つのコリメートレンズの間隔を変化させる構成を有し、当該間隔を変化させることにより、第2パルス光の光路長を変化させることができる。   Here, the movable reflective surface 615 moves in a direction in which the movable reflective surface 615 moves away from (or approaches) the fixed reflective surface 611 and the fixed reflective surface 612, so that the movable reflective surface 615, the fixed reflective surface 611, and the fixed reflective surface 612 are moved. The distance between them (hereinafter abbreviated as “distance between reflecting surfaces”) can be changed by, for example, a stroke having a size “L”. Therefore, the first delay unit 610 can change the optical path length from the input second pulsed light from the fixed reflecting surface 611 to the fixed reflecting surface 612 through the movable reflecting surface 615 by a maximum size “2L”. . Accordingly, the first delay unit 610 can delay the second pulse light input to the second sampling unit 106 by increasing the optical path length by an amount corresponding to the increase in the optical path length. The distance between the reflection surfaces in the first delay unit 610 is set to a predetermined value by, for example, manually moving the movable reflection surface 615 in the initial setting of the timing adjustment unit 500 when the optical sampling device 10 is used for sampling the light to be measured. Set to the size (initial setting value). This initial set value will be described later. The movable reflecting surface 615 has a driving mechanism (not shown) such as a motor, and is moved by a control signal input from the control unit 730 of the phase comparison unit 700 described later. Note that the first delay unit 610 is not limited to the form shown above and shown in FIG. The first delay unit 610 may include, for example, two collimating lenses that are arranged at an interval on the optical path of the second pulse light output from the amplifier 32. In this case, the second pulse light propagated through the optical fiber from the amplifier 32 is diffused and output from the optical fiber toward one lens surface of the two collimating lenses, and then the one collimating lens. Is converted into parallel light. Further, the second pulse light converted into the parallel light propagates in the air, for example, enters the other lens surface of the two collimating lenses, and then enters an optical fiber 621 (described later) in the second delay unit 620. Input at the end. Here, the first delay unit 610 has a configuration in which the interval between the two collimating lenses is changed, and the optical path length of the second pulsed light can be changed by changing the interval.

第2遅延部620は、光ファイバ621、ピエゾ素子622、電極623、624、および高圧電源625を有する。第2遅延部620において、光ファイバ621は、略円筒形のピエゾ素子622の周囲に巻き付けられる。より詳細には、光ファイバ621は、略円筒形のピエゾ素子622の外周面に配された電極623に固定される。また、ピエゾ素子622の内周面には、電極624が配される。高圧電源625は、例えば0〜2kVの範囲で出力電圧の大きさが可変な直流電圧源であり、プラスまたはマイナスの一方の出力端子が電極623と接続し、他方の出力端子が電極624と接続する。高圧電源625は、後述する位相比較部700の制御電圧出力部720から入力される制御電圧の大きさに応じた大きさの電圧を電極623および電極624の間に印加する。   The second delay unit 620 includes an optical fiber 621, a piezo element 622, electrodes 623 and 624, and a high voltage power source 625. In the second delay unit 620, the optical fiber 621 is wound around a substantially cylindrical piezo element 622. More specifically, the optical fiber 621 is fixed to the electrode 623 disposed on the outer peripheral surface of the substantially cylindrical piezo element 622. An electrode 624 is disposed on the inner peripheral surface of the piezo element 622. The high-voltage power source 625 is a DC voltage source whose output voltage is variable, for example, in the range of 0 to 2 kV, and one of the positive and negative output terminals is connected to the electrode 623 and the other output terminal is connected to the electrode 624. To do. The high voltage power source 625 applies a voltage having a magnitude corresponding to the magnitude of the control voltage input from the control voltage output unit 720 of the phase comparison unit 700 described later between the electrode 623 and the electrode 624.

ピエゾ素子622は、電極623および電極624の間に印加された上記電圧の大きさに応じて変形する。具体的には、ピエゾ素子622は、当該電圧が印加されることにより、当該電圧の大きさに応じて断面の半径が変化する。この場合、ピエゾ素子622における電極623が配された外周面の面積も変化するので、伴って電極623に固定された光ファイバ621の長さも変化する。これにより、当該光ファイバ621を通過する第2パルス光の光路長が変化する。   The piezo element 622 is deformed according to the magnitude of the voltage applied between the electrode 623 and the electrode 624. Specifically, when the voltage is applied to the piezo element 622, the radius of the cross section changes in accordance with the magnitude of the voltage. In this case, since the area of the outer peripheral surface on which the electrode 623 is disposed in the piezo element 622 also changes, the length of the optical fiber 621 fixed to the electrode 623 also changes accordingly. As a result, the optical path length of the second pulsed light passing through the optical fiber 621 changes.

このように、第2遅延部620は、上記制御電圧を電極623および電極624の間に印加することにより、当該電圧の大きさに応じて当該光ファイバ621を通過する第2パルス光の光路長を変化させることができる。したがって、例えば当該光路長が長くなった分だけ第2サンプリング部106に入力される第2パルス光を遅延させることができる。なお、第2遅延部620は、ピエゾ素子622の変形により光ファイバ621を伸長または収縮させることで第2パルス光の光路長を変えるので、可動反射面615の往復移動により第2パルス光の光路長を変える第1遅延部610と比べてより精細な分解能で、第2パルス光が第2サンプリング部106に入力するタイミングを遅延させ、または早めることができる。   As described above, the second delay unit 620 applies the control voltage between the electrode 623 and the electrode 624, so that the optical path length of the second pulsed light passing through the optical fiber 621 in accordance with the magnitude of the voltage. Can be changed. Therefore, for example, the second pulse light input to the second sampling unit 106 can be delayed by an amount corresponding to the increase in the optical path length. The second delay unit 620 changes the optical path length of the second pulse light by extending or contracting the optical fiber 621 by deformation of the piezo element 622. Therefore, the optical path of the second pulse light by the reciprocating movement of the movable reflecting surface 615. The timing at which the second pulse light is input to the second sampling unit 106 can be delayed or advanced with a finer resolution than the first delay unit 610 that changes the length.

図6は、位相比較部700の構成を示す図である。位相比較部700は、図6に示すように、位相差検出部710と、制御電圧出力部720と、制御部730とを有し、入力される第1調整用信号および第2調整用信号の2つの調整用信号の位相差を検出し、検出した位相差を予め定められた位相差に近づけるべく、上記光可変遅延部600における遅延量を制御する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the phase comparison unit 700. As shown in FIG. 6, the phase comparison unit 700 includes a phase difference detection unit 710, a control voltage output unit 720, and a control unit 730. The phase comparison unit 700 includes a first adjustment signal and a second adjustment signal that are input. The phase difference between the two adjustment signals is detected, and the delay amount in the optical variable delay unit 600 is controlled so that the detected phase difference approaches a predetermined phase difference.

位相差検出部710は、第1フリップフロップ711、第2フリップフロップ712およびAND回路715を有し、入力される第1調整用信号および第2調整用信号の位相差を検出する。具体的には、第1フリップフロップ711は、第1フィルタ541から入力される第1調整用信号の信号レベルが論理Hに対応する信号レベルとなったときに、論理Hを制御電圧出力部720およびAND回路715に出力する。また、第2フリップフロップ712は、第2フィルタ542から入力される第2調整用信号の信号レベルが論理Hに対応する信号レベルとなったときに、論理Hを制御電圧出力部720およびAND回路715に出力する。AND回路715は、第1フリップフロップ711および第2フリップフロップ712がともに論理Hを出力したときに、第1フリップフロップ711および第2フリップフロップ712の出力をともに論理Lにリセットする。   The phase difference detection unit 710 includes a first flip-flop 711, a second flip-flop 712, and an AND circuit 715, and detects a phase difference between the input first adjustment signal and the second adjustment signal. Specifically, the first flip-flop 711 outputs the logic H to the control voltage output unit 720 when the signal level of the first adjustment signal input from the first filter 541 becomes a signal level corresponding to the logic H. And output to the AND circuit 715. The second flip-flop 712 also outputs the logic H to the control voltage output unit 720 and the AND circuit when the signal level of the second adjustment signal input from the second filter 542 becomes a signal level corresponding to the logic H. Output to 715. The AND circuit 715 resets the outputs of the first flip-flop 711 and the second flip-flop 712 to logic L when both the first flip-flop 711 and the second flip-flop 712 output logic H.

位相差検出部710において、第1フリップフロップ711が論理Hを出力するタイミングと、第2フリップフロップ712が論理Hを出力するタイミングとの間には、第1調整用信号および第2調整用信号の位相差に応じた大きさの時間的なずれが生じる。また、上記のように、第1フリップフロップ711および第2フリップフロップ712は、同じタイミングで論理Hを出力している状態から論理Lを出力している状態にリセットされる。したがって、上記の時間的なずれの大きさは、第1フリップフロップ711および第2フリップフロップ712がそれぞれリセットされるまで論理Hを連続して出力している時間幅の違いと略等しい。このような第1フリップフロップ711および第2フリップフロップ712における出力の時間幅の違いは、上記タイミング調整部500の第1光カプラ511で分光された第1パルス光と第2光カプラ512で分光された第2パルス光との位相差に対応する。したがって、位相差検出部710は、当該第1パルス光と第2パルス光との位相差を、当該位相差に対応した出力の時間幅の違いに変換して制御電圧出力部720に出力する。なお、制御電圧出力部720に対しては、論理Hおよび論理Lの各論理値に応じた大きさの電圧が出力される。   In the phase difference detection unit 710, the first adjustment signal and the second adjustment signal are between the timing at which the first flip-flop 711 outputs logic H and the timing at which the second flip-flop 712 outputs logic H. A time lag of a magnitude corresponding to the phase difference occurs. Further, as described above, the first flip-flop 711 and the second flip-flop 712 are reset from the state of outputting the logic H at the same timing to the state of outputting the logic L. Therefore, the magnitude of the above time shift is substantially equal to the difference in time width in which the logic H is continuously output until the first flip-flop 711 and the second flip-flop 712 are reset. The difference between the output time widths of the first flip-flop 711 and the second flip-flop 712 is that the first pulse light split by the first optical coupler 511 and the second optical coupler 512 of the timing adjusting unit 500 are split. This corresponds to the phase difference with the second pulsed light. Therefore, the phase difference detection unit 710 converts the phase difference between the first pulse light and the second pulse light into a difference in output time width corresponding to the phase difference, and outputs it to the control voltage output unit 720. The control voltage output unit 720 outputs a voltage having a magnitude corresponding to each logic value of logic H and logic L.

制御電圧出力部720は、コンデンサ721、722、コンパレータ725、およびオフセット電圧印加部727を有し、上記2つの調整用信号の位相差と予め定められた位相差との差分に応じた制御電圧を出力する。具体的には、上記第1フリップフロップ711が論理Hを連続して出力している時間幅だけコンデンサ721に対して論理Hに応じた大きさの電圧が入力されるとともに、上記第2フリップフロップ712が論理Hを連続して出力している時間幅だけコンデンサ722に対して論理Hに応じた大きさの電圧が入力されると、コンデンサ721およびコンデンサ722には、それぞれ入力される電圧の時間幅に応じた大きさの電圧が生じる。   The control voltage output unit 720 includes capacitors 721 and 722, a comparator 725, and an offset voltage application unit 727, and outputs a control voltage corresponding to the difference between the phase difference between the two adjustment signals and a predetermined phase difference. Output. Specifically, a voltage having a magnitude corresponding to the logic H is input to the capacitor 721 for the time width during which the first flip-flop 711 continuously outputs the logic H, and the second flip-flop When a voltage having a magnitude corresponding to the logic H is input to the capacitor 722 for the time width in which the logic 712 continuously outputs the logic H, the time of the input voltage is input to the capacitor 721 and the capacitor 722, respectively. A voltage having a magnitude corresponding to the width is generated.

コンパレータ725は、コンデンサ721およびコンデンサ722にそれぞれ生じた電圧の大きさを比較して、当該電圧の大きさの違いに応じた大きさの電圧をオフセット電圧印加部727に出力する。ここで、コンパレータ725から出力される電圧の大きさは、上記第1調整用信号および第2調整用信号の位相差に応じた大きさとなる。オフセット電圧印加部727は、コンパレータ725から出力される電圧に所定の大きさのオフセット電圧を加えた制御電圧を第2遅延部620および制御部730に出力する。   The comparator 725 compares the magnitudes of the voltages generated in the capacitor 721 and the capacitor 722 and outputs a voltage having a magnitude corresponding to the difference in the magnitude of the voltage to the offset voltage applying unit 727. Here, the magnitude of the voltage output from the comparator 725 is a magnitude corresponding to the phase difference between the first adjustment signal and the second adjustment signal. The offset voltage application unit 727 outputs a control voltage obtained by adding an offset voltage having a predetermined magnitude to the voltage output from the comparator 725 to the second delay unit 620 and the control unit 730.

ここで、オフセット電圧印加部727が加えるオフセット電圧の大きさは、光サンプリング装置10を被測定光のサンプリングに用いるときのタイミング調整部500の初期設定において、予め定められた大きさ(初期設定値)に設定される。この初期設定値については後述する。また、この場合、オフセット電圧印加部727から出力される制御電圧は、オフセット電圧を中心として上記第1調整用信号および第2調整用信号の位相差に応じて一定の範囲を変動する電圧となる。   Here, the magnitude of the offset voltage applied by the offset voltage application section 727 is a predetermined magnitude (initial setting value) in the initial setting of the timing adjustment section 500 when the optical sampling device 10 is used for sampling the light to be measured. ). This initial set value will be described later. In this case, the control voltage output from the offset voltage application unit 727 is a voltage that fluctuates within a certain range according to the phase difference between the first adjustment signal and the second adjustment signal with the offset voltage as the center. .

制御部730は、制御電圧出力部720が出力する制御電圧を検出し、当該制御電圧が予め定められた電圧範囲の略中心となっているか、すなわち上記オフセット電圧近傍の大きさであるかどうかを判別する。ここで、制御電圧がオフセット電圧と大きく異なる値である場合、当該制御電圧を当該オフセット電圧に近づけるべく、上記光可変遅延部600の第1遅延部610に制御信号を出力する。   The control unit 730 detects the control voltage output from the control voltage output unit 720, and determines whether the control voltage is approximately the center of a predetermined voltage range, that is, whether the control voltage is close to the offset voltage. Determine. Here, when the control voltage is a value greatly different from the offset voltage, a control signal is output to the first delay unit 610 of the optical variable delay unit 600 in order to bring the control voltage close to the offset voltage.

第1遅延部610は、制御部730から制御信号が入力された場合、その制御信号に応じて可動反射面615を駆動して上記反射面間距離を変化させることにより、第2サンプリング部106に入力される第2パルス光に与える遅延量を変える。これにより、第1サンプリング部101に入力される第1パルス光と第2サンプリング部106に入力される第2パルス光との間に生じる位相差が変化する。このように、制御部730は、上記制御電圧を上記オフセット電圧に近づけるべく、予め定められた期間毎に第1遅延部610の遅延量を制御する。第2遅延部620は、制御電圧出力部720から制御電圧が入力された場合、上記のように高圧電源625が当該制御電圧の大きさに応じて第2パルス光の光路長の長さを変化させることにより、第2サンプリング部106に入力される第2パルス光を遅延させ、または早めることができる。   When a control signal is input from the control unit 730, the first delay unit 610 drives the movable reflection surface 615 according to the control signal to change the distance between the reflection surfaces, thereby causing the second sampling unit 106 to The amount of delay given to the input second pulse light is changed. As a result, the phase difference generated between the first pulse light input to the first sampling unit 101 and the second pulse light input to the second sampling unit 106 changes. As described above, the control unit 730 controls the delay amount of the first delay unit 610 for each predetermined period in order to bring the control voltage close to the offset voltage. When the control voltage is input from the control voltage output unit 720, the second delay unit 620 changes the length of the optical path length of the second pulsed light according to the magnitude of the control voltage, as described above. By doing so, the second pulsed light input to the second sampling unit 106 can be delayed or advanced.

このように、位相比較部700は、上記第1調整用信号および第2調整用信号の2つの調整用信号の位相差を検出し、検出した位相差を予め定められた位相差に近づけるべく、光可変遅延部600に対して制御信号および制御電圧を出力することにより、第1光カプラ511で分光した第1パルス光と第2光カプラ512で分光した第2パルス光との位相差を一定に保持すべく光可変遅延部600が第2パルス光に与える遅延量を制御することができる。したがって、光可変遅延部600および位相比較部700を有するタイミング調整部500を備えた光サンプリング装置10は、第1サンプリング部101に入力される第1パルス光と、第2サンプリング部106に入力される第2パルス光との位相差に基づくこれら2つのパルス光の時間精度を長時間連続して安定させることができる。   Thus, the phase comparison unit 700 detects the phase difference between the two adjustment signals, the first adjustment signal and the second adjustment signal, and brings the detected phase difference close to a predetermined phase difference. By outputting a control signal and a control voltage to the optical variable delay unit 600, the phase difference between the first pulse light split by the first optical coupler 511 and the second pulse light split by the second optical coupler 512 is constant. It is possible to control the amount of delay that the optical variable delay unit 600 gives to the second pulsed light so as to be held at the same time. Therefore, the optical sampling device 10 including the timing adjustment unit 500 including the optical variable delay unit 600 and the phase comparison unit 700 is input to the first pulse light input to the first sampling unit 101 and the second sampling unit 106. The time accuracy of these two pulsed lights based on the phase difference from the second pulsed light can be stabilized continuously for a long time.

また、位相比較部700は、上記のように第1パルス光および第2パルス光から生成された第1調整用信号および第2調整用信号の高調波を利用して、これら第1パルス光および第2パルス光の位相差を検出する。したがって、第1パルス光および第2パルス光の繰り返し周波数から位相差を検出する場合と比べて、検出の分解能が向上する。   Further, the phase comparison unit 700 uses the first adjustment light and the second adjustment signal generated from the first pulse light and the second pulse light as described above to use the first pulse light and the second adjustment signal. The phase difference of the second pulse light is detected. Therefore, the detection resolution is improved as compared with the case where the phase difference is detected from the repetition frequency of the first pulse light and the second pulse light.

また、タイミング調整部500において、上記第1パルス光と第2パルス光との位相差を予め定めた位相差に保持した場合でも、例えば時間の経過とともに温度など環境変動により第1パルス光の光路長が変化することがある。このような場合、オフセット電圧印加部727から出力される制御電圧がオフセット電圧から大きくずれることがある。しかしながら、当該電圧のずれを位相比較部700の制御部730が予め定められた期間毎に検出するとともに、検出結果に基づいた制御信号により光可変遅延部600において、第2パルス光の第1パルス光に対する位相差を制御することができる。   Further, even when the timing adjustment unit 500 holds the phase difference between the first pulse light and the second pulse light at a predetermined phase difference, for example, the optical path of the first pulse light due to environmental changes such as temperature over time. The length may change. In such a case, the control voltage output from the offset voltage application unit 727 may deviate greatly from the offset voltage. However, the control unit 730 of the phase comparison unit 700 detects the voltage shift for each predetermined period, and the optical variable delay unit 600 uses the control signal based on the detection result to detect the first pulse of the second pulse light. The phase difference with respect to light can be controlled.

なお、本実施形態において、第1光カプラ511から第1サンプリング部101までの光路長と、第2光カプラ512から第2サンプリング部106までの光路長とは略等しいことが好ましい。また、上記第1パルス光の光路上の例えばパルス幅調整部40と第1光カプラ511との間に光可変遅延部600と同様の光可変遅延部を有してもよい。この場合、第1パルス光と第2パルス光との位相差をそれぞれ別個に制御することができる。   In the present embodiment, it is preferable that the optical path length from the first optical coupler 511 to the first sampling unit 101 is substantially equal to the optical path length from the second optical coupler 512 to the second sampling unit 106. Further, for example, an optical variable delay unit similar to the optical variable delay unit 600 may be provided between the pulse width adjustment unit 40 and the first optical coupler 511 on the optical path of the first pulse light. In this case, the phase difference between the first pulsed light and the second pulsed light can be controlled separately.

図7は、第1サンプリング部101の構成を示すブロック図である。また、図8は、第1サンプリング部101において第1パルス光によって被測定光をサンプリングする様子を示す概略図である。第1サンプリング部101は、図7に示すように、第1入力側偏光制御部111、光結合器118、第1光ファイバ121、第1出力側偏光部131および第1カラーフィルタ141を有し、外部から入力される被測定光のうち、パルス光出力部20から入力される第1パルス光と時間的な重なりを有する部分に応じた光を、第1出力光として出力する。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the first sampling unit 101. FIG. 8 is a schematic diagram showing how the first sampling unit 101 samples the measured light with the first pulsed light. As shown in FIG. 7, the first sampling unit 101 includes a first input side polarization control unit 111, an optical coupler 118, a first optical fiber 121, a first output side polarization unit 131, and a first color filter 141. Of the light to be measured input from the outside, light corresponding to a portion having a temporal overlap with the first pulsed light input from the pulsed light output unit 20 is output as the first output light.

第1入力側偏光制御部111は、偏光制御素子113および偏光制御素子114を有する。偏光制御素子113には、外部から第1サンプリング部101に入力された被測定光が入力される。また、偏光制御素子114には、上記パルス光出力部20から出力されて第1サンプリング部101に入力された第1パルス光が入力される。第1入力側偏光制御部111は、偏光制御素子113に入力した被測定光および偏光制御素子114に入力した第1パルス光を、偏光方向が相互に40〜50度の角度を有する直線偏光となるようにそれぞれの偏光方向を制御する。第1入力側偏光制御部111において偏光方向が制御された被測定光および第1パルス光は、それぞれ偏光制御素子113および偏光制御素子114から光結合器118に向けて出力される。   The first input side polarization control unit 111 includes a polarization control element 113 and a polarization control element 114. Light to be measured input from the outside to the first sampling unit 101 is input to the polarization control element 113. Further, the first pulsed light output from the pulsed light output unit 20 and input to the first sampling unit 101 is input to the polarization control element 114. The first input side polarization control unit 111 converts the measured light input to the polarization control element 113 and the first pulse light input to the polarization control element 114 into linearly polarized light whose polarization directions are at an angle of 40 to 50 degrees. Each polarization direction is controlled so that it becomes. The light under measurement and the first pulsed light whose polarization directions are controlled by the first input side polarization control unit 111 are output from the polarization control element 113 and the polarization control element 114 to the optical coupler 118, respectively.

図7において、偏光制御素子113および偏光制御素子114の出力側に、これらから出力された被測定光および第1パルス光の偏光方向を円で囲んだ矢印の方向で示す。図7に示すように、本実施形態では、第1入力側偏光制御部111の偏光制御素子113および偏光制御素子114からそれぞれ出力された被測定光および第1パルス光の偏光方向は相互に略45度の角度を有する。また、このとき、偏光制御素子113から出力される被測定光の偏光方向は概ね水平方向であり、偏光制御素子114から出力される第1パルス光の偏光方向は水平方向に対して略45度の角度を有する。   In FIG. 7, on the output side of the polarization control element 113 and the polarization control element 114, the polarization directions of the light to be measured and the first pulse light output from them are indicated by the directions of arrows surrounded by circles. As shown in FIG. 7, in this embodiment, the polarization directions of the light to be measured and the first pulsed light output from the polarization control element 113 and the polarization control element 114 of the first input side polarization control unit 111 are substantially the same. It has an angle of 45 degrees. At this time, the polarization direction of the light to be measured output from the polarization control element 113 is substantially horizontal, and the polarization direction of the first pulsed light output from the polarization control element 114 is approximately 45 degrees with respect to the horizontal direction. Have an angle of

光結合器118は、偏光制御素子113から出力される被測定光および偏光制御素子114から出力される第1パルス光を結合して第1光ファイバ121に出力する。光結合器118としては、例えばハーフミラーまたはビームスプリッタ等が用いられる。   The optical coupler 118 combines the measured light output from the polarization control element 113 and the first pulsed light output from the polarization control element 114 and outputs the combined light to the first optical fiber 121. As the optical coupler 118, for example, a half mirror or a beam splitter is used.

第1光ファイバ121は、入力された被測定光および第1パルス光が少なくとも一部において時間的な重なりを有して内部を通過するときに、これらの光の間に光カー効果および四光波混合を含む非線形光学効果を生じさせる。より具体的には、図8に示すように、第1光ファイバ121の内部を通過する被測定光の特定のパルスと第1パルス光の特定のパルスとが少なくとも一部において時間的に重なるとき、被測定光の当該パルスは、その偏光軸が光カー効果によって回転することにより、第1パルス光の当該パルスの偏光方向と略同じ偏光方向となる。この第1光ファイバ121には、例えば平均零分散波長が上記第1パルス光の波長と略一致し、非線形定数がおよそ20(/W/km)程度である高非線形ファイバが用いられる。   The first optical fiber 121 has an optical Kerr effect and a four-wave wave between the light to be measured and the first pulsed light when they pass through the light with at least partly overlapping in time. Produces nonlinear optical effects including mixing. More specifically, as shown in FIG. 8, when the specific pulse of the light to be measured passing through the inside of the first optical fiber 121 and the specific pulse of the first pulse light overlap at least partially in time. The pulse of the light to be measured has a polarization direction substantially the same as the polarization direction of the pulse of the first pulse light by rotating the polarization axis by the optical Kerr effect. As the first optical fiber 121, for example, a highly nonlinear fiber having an average zero dispersion wavelength substantially equal to the wavelength of the first pulsed light and a nonlinear constant of about 20 (/ W / km) is used.

ここで、被測定光における上記のような偏光軸の回転は、被測定光全体に生じるのではなく、被測定光と第1パルス光とが時間的に重なる部分にのみ生じる。したがって、例えば、第1パルス光のパルスのパルス幅が被測定光のパルスのパルス幅よりも短い場合、被測定光のパルスにおける第1パルス光のパルスと時間的に重なる一部だけが上記のように偏光軸が回転し、偏光方向が第1パルス光と略同じ偏光方向となる。   Here, the rotation of the polarization axis as described above in the measured light does not occur in the entire measured light, but occurs only in a portion where the measured light and the first pulse light overlap in time. Therefore, for example, when the pulse width of the pulse of the first pulse light is shorter than the pulse width of the pulse of the light to be measured, only a part of the pulse of the light to be measured that overlaps with the pulse of the first pulse light in time Thus, the polarization axis rotates, and the polarization direction becomes substantially the same polarization direction as the first pulsed light.

図9は、図7に示す第1サンプリング部101のブロック図において丸付き数字1〜丸付き数字4を付して示す位置を、時間的な重なりを有して通過する光の強さを光周波数毎に示す。なお、図9において、横軸は光周波数を表し、ω、ωおよびωは、それぞれ第1パルス光、被測定光(丸付き数字4は第1出力光)およびアイドラー光の光周波数を示す。また、図9においてこの横軸と直交する方向に伸びる矢印の長さは、それぞれの光周波数における光の強度を表す。 FIG. 9 illustrates the intensity of light passing through the positions indicated by the circled numbers 1 to 4 in the block diagram of the first sampling unit 101 illustrated in FIG. Shown for each frequency. In FIG. 9, the horizontal axis represents the optical frequency, and ω 0 , ω 1, and ω 2 are the optical frequencies of the first pulsed light, the measured light (circled number 4 is the first output light), and the idler light, respectively. Indicates. In FIG. 9, the length of the arrow extending in the direction orthogonal to the horizontal axis represents the light intensity at each optical frequency.

第1パルス光の強度が被測定光と比べて非常に大きい場合、図9の丸付き数字2および丸付き数字3に示すように、第1光ファイバ121を通過する被測定光における上記のような偏光軸が回転する部分、すなわち、被測定光における第1パルス光と時間的に重なる部分は、その強度が増幅される。これは、被測定光における当該部分が第1光ファイバ121内で四光波混合による光パラメトリック増幅により増幅されることによる。ここで、被測定光における当該部分が光パラメトリック増幅により増幅された光は、被測定光と同じ光周波数(波長)の直線偏光であり、その偏光方向は上記第1パルス光の偏光方向と略同じ方向である。したがって、被測定光における上記増幅された部分の偏光方向は水平方向に対して45度の角度を有する。   When the intensity of the first pulse light is very large compared to the light to be measured, as shown in the circled numbers 2 and 3 in FIG. 9, as described above in the light to be measured that passes through the first optical fiber 121. The intensity of the portion where the polarization axis rotates, that is, the portion of the light to be measured that overlaps the first pulsed light in time is amplified. This is because the portion of the light to be measured is amplified in the first optical fiber 121 by optical parametric amplification by four-wave mixing. Here, the light in which the portion of the light to be measured is amplified by optical parametric amplification is linearly polarized light having the same optical frequency (wavelength) as that of the light to be measured, and the polarization direction is substantially the same as the polarization direction of the first pulsed light. The same direction. Therefore, the polarization direction of the amplified portion in the light to be measured has an angle of 45 degrees with respect to the horizontal direction.

このように、第1光ファイバ121を通過する被測定光および第1パルス光において互いに時間的な重なりを有する部分があるとき、第1光ファイバ121を通過した被測定光における当該部分は、第1パルス光と略同じ偏光方向で強度の増幅された光となる。なお、被測定光における増幅された部分の強度は、第1パルス光の強度が一定である場合、被測定光における当該部分の増幅される前の強度と相関関係を有する。   As described above, when there is a portion having a temporal overlap in the light to be measured and the first pulsed light passing through the first optical fiber 121, the portion in the light to be measured that has passed through the first optical fiber 121 is The intensity of the light is amplified in substantially the same polarization direction as the one-pulse light. The intensity of the amplified portion of the measured light has a correlation with the intensity of the portion of the measured light before amplification when the intensity of the first pulse light is constant.

また、上記のように、第1光ファイバ121を通過する被測定光および第1パルス光において互いに時間的な重なりを有する部分があるとき、図9に示すように、被測定光および第1パルス光の上記部分と時間的な重なりを有するアイドラー光が四光波混合により新たに発生する。このアイドラー光は、第1パルス光と略同じ偏光方向の直線偏光として発生する。したがって、上記アイドラー光の偏光方向は、水平方向に対して略45度の角度を有する。また、上記アイドラー光の強度は、偏光方向が第1パルス光の偏光方向と略同じ方向に回転して増幅された被測定光の上記部分と同じ強度である。したがって、上記アイドラー光の強度もまた、第1パルス光の強度が一定である場合、被測定光における上記部分の増幅される前の強度と相関関係を有する。   Further, as described above, when there is a portion where the measured light and the first pulsed light passing through the first optical fiber 121 have temporal overlap with each other, as shown in FIG. 9, the measured light and the first pulse Idler light having a temporal overlap with the above portion of light is newly generated by four-wave mixing. The idler light is generated as linearly polarized light having substantially the same polarization direction as the first pulsed light. Therefore, the polarization direction of the idler light has an angle of about 45 degrees with respect to the horizontal direction. The intensity of the idler light is the same as that of the portion of the light to be measured amplified by rotating the polarization direction in substantially the same direction as the polarization direction of the first pulsed light. Therefore, the intensity of the idler light also has a correlation with the intensity before amplification of the portion of the light to be measured when the intensity of the first pulse light is constant.

また、上記被測定光の光周波数ωと上記第1パルス光の光周波数ωとの差は、上記アイドラー光の光周波数ωと上記第1パルス光の光周波数ωとの差と等しい。 Further, the difference between the optical frequency ω 1 of the measured light and the optical frequency ω 0 of the first pulsed light is the difference between the optical frequency ω 2 of the idler light and the optical frequency ω 0 of the first pulsed light. equal.

第1出力側偏光部131は、第1光ファイバ121を通過する光の光路上に配される偏光素子133を有する。この偏光素子133は、入射する光のうち偏光方向が水平方向の成分の光を吸収し、鉛直方向(水平方向と直交する方向)の成分の光を透過する。したがって、図8に示すように、第1光ファイバ121を通過した第1パルス光は、その鉛直方向の成分が偏光素子133を透過する。また、第1光ファイバ121を通過した被測定光のうち第1光ファイバ121において第1パルス光と時間的に重ならない部分は、偏光素子133に吸収される。   The first output side polarization unit 131 includes a polarization element 133 disposed on the optical path of light passing through the first optical fiber 121. The polarizing element 133 absorbs light having a horizontal polarization component in incident light and transmits light having a vertical component (a direction perpendicular to the horizontal direction). Therefore, as shown in FIG. 8, the vertical component of the first pulsed light that has passed through the first optical fiber 121 passes through the polarizing element 133. Further, the portion of the measured light that has passed through the first optical fiber 121 that is not temporally overlapped with the first pulsed light in the first optical fiber 121 is absorbed by the polarization element 133.

これに対し、被測定光のうち第1光ファイバ121において第1パルス光と時間的に重なる部分は、上記のように偏光方向が第1パルス光と略同じ方向、すなわち水平方向に対して略45度の方向に回転するので、その鉛直方向の成分が偏光素子133を透過する。また、第1光ファイバ121において発生した上記アイドラー光は、偏光方向が第1パルス光の偏光方向と同じであるので、その鉛直方向の成分が偏光素子133を透過する。   On the other hand, the portion of the measured light that overlaps the first pulsed light in time in the first optical fiber 121 is substantially the same in the polarization direction as the first pulsed light as described above, that is, substantially in the horizontal direction. Since it rotates in the direction of 45 degrees, the vertical component passes through the polarizing element 133. Further, the idler light generated in the first optical fiber 121 has the same polarization direction as the polarization direction of the first pulsed light, and thus the vertical component is transmitted through the polarization element 133.

第1カラーフィルタ141は、上記第1出力側偏光部131の偏光素子133を透過する光の光路上に配され、上記被測定光の波長λと同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有する。したがって、偏光素子133を透過した光のうち、被測定光の波長λと異なる波長の光である上記第1パルス光および上記アイドラー光の成分は第1カラーフィルタ141に吸収され、被測定光の波長λ(光周波数ω)と同じ波長の成分だけが第1カラーフィルタ141を透過する。以下において、第1カラーフィルタ141を透過した光を第1出力光と称する。 Characteristics first color filter 141, which is disposed on the optical path of the light transmitted through the polarizing element 133 of the first output-side polarization unit 131, transmits only light of wavelengths in the same band as the wavelength lambda 1 of the light to be measured Have Therefore, the components of the first pulse light and the idler light, which are light having a wavelength different from the wavelength λ 1 of the light to be measured, among the light transmitted through the polarizing element 133 are absorbed by the first color filter 141, and the light to be measured Only the component having the same wavelength as the wavelength λ 1 (optical frequency ω 1 ) of the first color filter 141 is transmitted. Hereinafter, the light transmitted through the first color filter 141 is referred to as first output light.

なお、上記第1カラーフィルタ141は、上記アイドラー光の波長λと同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有してもよい。この場合、上記第1パルス光および上記被測定光の成分は第1カラーフィルタ141に吸収されるので、第1カラーフィルタ141を透過するアイドラー光の成分が第1出力光となる。この場合でも、アイドラー光の強度および波長が、上記のように被測定光と相関関係を有することから、アイドラー光の成分からなる第1出力光を被測定光に対応させることができる。 The first color filter 141 may have a characteristic of transmitting only light having a wavelength in the same band as the wavelength λ 2 of the idler light. In this case, since the first pulse light and the component of the light to be measured are absorbed by the first color filter 141, the component of the idler light transmitted through the first color filter 141 becomes the first output light. Even in this case, since the intensity and wavelength of the idler light have a correlation with the measured light as described above, the first output light composed of the idler light component can be made to correspond to the measured light.

このように、第1サンプリング部101では、被測定光のうち第1光ファイバ121において第1パルス光と時間的に重ならない部分は、偏光素子133に吸収される。したがって、被測定光のパルス波形をサンプリングして得られる第1出力光のSN比をより大きくすることができる。   As described above, in the first sampling unit 101, a portion of the measured light that does not overlap with the first pulsed light in the first optical fiber 121 is absorbed by the polarizing element 133. Therefore, the SN ratio of the first output light obtained by sampling the pulse waveform of the light to be measured can be further increased.

また、例えば上記パルス光出力部20がサブピコ秒オーダーのパルス光を第1パルス光として出力することにより、第1サンプリング部101においてパルス幅の非常に短い第1パルス光で被測定光をサンプリングすることができるので、第1サンプリング部101における被測定光のサンプリングの時間分解能をサブピコ秒オーダーにまで高めることができる。   Further, for example, when the pulsed light output unit 20 outputs sub-picosecond order pulsed light as the first pulsed light, the first sampling unit 101 samples the measured light with the first pulsed light having a very short pulse width. Therefore, the time resolution of sampling of the light to be measured in the first sampling unit 101 can be increased to the order of subpicoseconds.

図10は、第2サンプリング部106の構成を示すブロック図である。図10において、円で囲んだ矢印の方向は、第1出力光および後述する偏光制御素子115から出力される第2パルス光の偏光方向を示す。また、図11は、第2サンプリング部106において第2パルス光によって第1出力光を光パラメトリック増幅する様子を示す概略図である。第2サンプリング部106は、図10に示すように、第2入力側偏光制御部112、光結合器119、第2光ファイバ122および第2カラーフィルタ142を有し、第1サンプリング部101から入力される第1出力光と、パルス光出力部20のタイミング調整部500から第2サンプリング部106に入力される第2パルス光とが時間的な重なりを有する場合に、第1出力光を増幅した光を、第2出力光として出力する。   FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the second sampling unit 106. In FIG. 10, the direction of the arrow surrounded by a circle indicates the polarization direction of the first output light and the second pulsed light output from the polarization control element 115 described later. FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which the first output light is optically parametrically amplified by the second pulsed light in the second sampling unit 106. As shown in FIG. 10, the second sampling unit 106 includes a second input side polarization control unit 112, an optical coupler 119, a second optical fiber 122, and a second color filter 142, and inputs from the first sampling unit 101. The first output light is amplified when the first output light and the second pulse light input from the timing adjustment unit 500 of the pulse light output unit 20 to the second sampling unit 106 have a temporal overlap. Light is output as the second output light.

第2入力側偏光制御部112は、偏光制御素子115を有する。偏光制御素子115には、上記パルス光出力部20のタイミング調整部500から出力されて第2サンプリング部106に入力された第2パルス光が入力される。第2入力側偏光制御部112は、偏光制御素子115に入力した第2パルス光の偏光方向が上記第1出力光の偏光方向と略同じになるように第2パルス光の偏光方向を制御する。本実施形態では、上記第1出力光の偏光方向が鉛直方向であることから、第2入力側偏光制御部112は、偏光制御素子115に入力した第2パルス光を、その偏光方向が略鉛直方向となるように制御する。   The second input side polarization control unit 112 includes a polarization control element 115. The polarization control element 115 receives the second pulsed light output from the timing adjustment unit 500 of the pulsed light output unit 20 and input to the second sampling unit 106. The second input side polarization controller 112 controls the polarization direction of the second pulse light so that the polarization direction of the second pulse light input to the polarization control element 115 is substantially the same as the polarization direction of the first output light. . In the present embodiment, since the polarization direction of the first output light is the vertical direction, the second input side polarization control unit 112 receives the second pulse light input to the polarization control element 115 and the polarization direction thereof is substantially vertical. Control to be in the direction.

第2入力側偏光制御部112において偏光方向が制御された第2パルス光は、偏光制御素子115から光結合器119に向けて出力される。なお、第2入力側偏光制御部112は、上記パルス光出力部20から出力される第2パルス光の偏光方向が、第1出力光の偏光方向と略同じである場合はなくてもよい。この場合、第1サンプリング部101の部品点数を削減することができる。光結合器119は、第1出力光および偏光制御素子115から出力される第2パルス光を結合して第2光ファイバ122に出力する。光結合器119としては、例えばハーフミラーまたはビームスプリッタ等が用いられる。   The second pulsed light whose polarization direction is controlled by the second input side polarization control unit 112 is output from the polarization control element 115 toward the optical coupler 119. Note that the second input side polarization control unit 112 does not have to be the case where the polarization direction of the second pulsed light output from the pulsed light output unit 20 is substantially the same as the polarization direction of the first output light. In this case, the number of parts of the first sampling unit 101 can be reduced. The optical coupler 119 combines the first output light and the second pulsed light output from the polarization control element 115 and outputs the combined light to the second optical fiber 122. As the optical coupler 119, for example, a half mirror or a beam splitter is used.

光結合器119によって結合された第1出力光および第2パルス光は、第2光ファイバ122に入力される。ここで、タイミング調整部500の上記初期設定により、第2サンプリング部106に入力される第2パルス光は、第1出力光と第2光ファイバ122において時間的な重なりを有する。具体的には、当該初期設定において、光可変遅延部600の第1遅延部610における上記反射面間距離の初期設定値、並びに制御電圧出力部720のオフセット電圧印加部727が加えるオフセット電圧の初期設定値は、光可変遅延部600から第2サンプリング部106に入力される第2パルス光が第2光ファイバ122において第1出力光と時間的な重なりを有するような大きさに設定される。   The first output light and the second pulse light combined by the optical coupler 119 are input to the second optical fiber 122. Here, due to the initial setting of the timing adjustment unit 500, the second pulse light input to the second sampling unit 106 has a temporal overlap between the first output light and the second optical fiber 122. Specifically, in the initial setting, the initial setting value of the distance between the reflection surfaces in the first delay unit 610 of the optical variable delay unit 600 and the initial offset voltage applied by the offset voltage application unit 727 of the control voltage output unit 720 are used. The set value is set such that the second pulsed light input from the optical variable delay unit 600 to the second sampling unit 106 has a temporal overlap with the first output light in the second optical fiber 122.

図12は、図10に示す第2サンプリング部106のブロック図において丸付き数字5〜丸付き数字7の番号を付して示す位置を、時間的な重なりを有して通過する光の強さを光周波数毎に示す。なお、図12において、横軸は光周波数を表し、ω、ωおよびωは、それぞれ第2パルス光、第1出力光(丸付き数字7は第2出力光)およびアイドラー光の光周波数を示す。また、図12においてこの横軸と直交する方向に伸びる矢印の長さは、それぞれの光周波数における光の強度を表す。 FIG. 12 shows the intensity of light that passes through the positions indicated by the numbers 5 to 7 in the block diagram of the second sampling unit 106 shown in FIG. Is shown for each optical frequency. In FIG. 12, the horizontal axis represents the optical frequency, and ω 0 , ω 1 and ω 2 are the light of the second pulse light, the first output light (circled number 7 is the second output light), and the idler light, respectively. Indicates the frequency. In FIG. 12, the length of the arrow extending in the direction orthogonal to the horizontal axis represents the intensity of light at each optical frequency.

第2光ファイバ122は、時間的な重なりを有して内部を通過する第1出力光および第2パルス光の間に非線形光学効果である四光波混合を生じさせる。第2パルス光の強度が第1出力光と比べて非常に大きい場合、図12の丸付き数字5および丸付き数字6に示すように、第1出力光における第2パルス光と時間的に重なる部分は、その強度が増幅される。これは、第1出力光における当該部分が第2光ファイバ122内で四光波混合による光パラメトリック増幅により増幅されることによる。この第2光ファイバ122には、上記と第1光ファイバ121同様に、例えば平均零分散波長が上記第2パルス光の波長と略一致し、非線形定数がおよそ20(/W/km)程度である高非線形ファイバが用いられる。   The second optical fiber 122 generates four-wave mixing, which is a nonlinear optical effect, between the first output light and the second pulsed light that pass through the inside with a temporal overlap. When the intensity of the second pulse light is very large compared to the first output light, it overlaps in time with the second pulse light in the first output light as shown by the circled numbers 5 and 6 in FIG. The intensity of the portion is amplified. This is because the portion of the first output light is amplified in the second optical fiber 122 by optical parametric amplification by four-wave mixing. In the second optical fiber 122, like the first optical fiber 121 and the first optical fiber 121, for example, the mean zero dispersion wavelength is substantially the same as the wavelength of the second pulse light, and the nonlinear constant is about 20 (/ W / km). Some highly nonlinear fiber is used.

このように、第2光ファイバ122を通過した第1出力光は、第2パルス光と略同じ偏光方向で強度の増幅された光となる。なお、増幅された第1出力光の強度は、第2パルス光の強度が一定である場合、増幅される前の第1出力光の強度と相関関係を有する。   As described above, the first output light that has passed through the second optical fiber 122 becomes light whose intensity is amplified in substantially the same polarization direction as that of the second pulse light. Note that the intensity of the amplified first output light has a correlation with the intensity of the first output light before being amplified when the intensity of the second pulse light is constant.

また、図12に示すように、第2光ファイバ122において、第1出力光および第2パルス光と時間的な重なりを有するアイドラー光が四光波混合により新たに発生する。このアイドラー光は、第1出力光および第2パルス光と略同じ偏光方向の直線偏光として発生する。したがって、上記アイドラー光の偏光方向は略鉛直方向の角度を有する。また、上記アイドラー光の強度は、上記光パラメトリック増幅により増幅された第1出力光と同じ強度である。したがって、上記アイドラー光の強度もまた、第2パルス光の強度が一定である場合、第1出力光の増幅される前の強度と相関関係を有する。   Also, as shown in FIG. 12, in the second optical fiber 122, idler light having a temporal overlap with the first output light and the second pulse light is newly generated by four-wave mixing. The idler light is generated as linearly polarized light having substantially the same polarization direction as the first output light and the second pulse light. Therefore, the polarization direction of the idler light has a substantially vertical angle. The intensity of the idler light is the same as that of the first output light amplified by the optical parametric amplification. Therefore, the intensity of the idler light also has a correlation with the intensity of the first output light before being amplified when the intensity of the second pulse light is constant.

また、上記第1出力光の光周波数ωと上記第2パルス光の光周波数ωとの差は、上記アイドラー光の光周波数ωと上記第2パルス光の光周波数ωとの差と等しい。 The difference between the optical frequency ω 1 of the first output light and the optical frequency ω 0 of the second pulse light is the difference between the optical frequency ω 2 of the idler light and the optical frequency ω 0 of the second pulse light. Is equal to

第2カラーフィルタ142は、上記第2光ファイバ122を通過した光の光路上に配され、上記第1出力光の波長と同じ帯域の波長の光を透過する特性を有する。したがって、第2光ファイバ122を通過した光のうち、第1出力光の波長λと異なる波長の光である上記第2パルス光および上記アイドラー光の成分は第2カラーフィルタ142に吸収され、第1出力光の波長λ(光周波数ω)と同じ波長の成分だけが第2カラーフィルタ142を透過する。以下において、第2カラーフィルタ142を透過した光を第2出力光と称する。 The second color filter 142 is disposed on the optical path of the light that has passed through the second optical fiber 122 and has a characteristic of transmitting light having a wavelength in the same band as the wavelength of the first output light. Accordingly, of the light passing through the second optical fiber 122, components of the second pulse light and the idler light is light having a wavelength lambda 1 and different from the wavelength of the first output light is absorbed by the second color filter 142, Only the component having the same wavelength as the wavelength λ 1 (optical frequency ω 1 ) of the first output light passes through the second color filter 142. Hereinafter, the light transmitted through the second color filter 142 is referred to as second output light.

なお、上記第2カラーフィルタ142は、上記アイドラー光の波長λと同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有してもよい。この場合、上記第2パルス光および上記第1出力光の成分は第2カラーフィルタ142に吸収されるので、第2カラーフィルタ142を透過するアイドラー光の成分が第2出力光となる。この場合でも、アイドラー光の強度および波長が、上記のように被測定光と相関関係を有することから、アイドラー光の成分からなる第2出力光を被測定光に対応させることができる。 The second color filter 142 may have a characteristic of transmitting only light having a wavelength in the same band as the wavelength λ 2 of the idler light. In this case, since the second pulse light and the first output light component are absorbed by the second color filter 142, the idler light component transmitted through the second color filter 142 becomes the second output light. Even in this case, since the intensity and wavelength of the idler light have a correlation with the light to be measured as described above, the second output light composed of the component of the idler light can be made to correspond to the light to be measured.

また、上記第1サンプリング部101から出力される第1出力光が上記のように第1光ファイバ121で発生するアイドラー光の成分である場合、第1出力光の波長はλ(光周波数ω)である。したがって、上記第2光ファイバ122において、波長がλ(光周波数ω)の第2パルス光と波長がλ(光周波数ω)の第1出力光との間に生じる四光波混合により発生するアイドラー光の波長は、λ(光周波数ω)となる。 When the first output light output from the first sampling unit 101 is a component of idler light generated in the first optical fiber 121 as described above, the wavelength of the first output light is λ 2 (optical frequency ω 2). Therefore, in the second optical fiber 122, four-wave mixing that occurs between the second pulsed light having the wavelength λ 0 (optical frequency ω 0 ) and the first output light having the wavelength λ 2 (optical frequency ω 2 ). The wavelength of the generated idler light is λ 1 (optical frequency ω 1 ).

このように、第2サンプリング部106では、第1サンプリング部101から入力される第1出力光を第2光ファイバ122において光パラメトリック増幅により増幅することによりその強度を大きくすることができる。したがって、第1サンプリング部101で被測定光をサンプリングすることにより得られた第1出力光の強度が小さい場合でも、第1出力光に対する第2出力光のSN比を低下させることなく、被測定光のサンプリング出力光である第2出力光をその強度を増幅して出力することができる。   As described above, the second sampling unit 106 can increase the intensity of the first output light input from the first sampling unit 101 by amplifying the first output light in the second optical fiber 122 by optical parametric amplification. Therefore, even when the intensity of the first output light obtained by sampling the light to be measured by the first sampling unit 101 is small, the signal to be measured is not reduced without reducing the SN ratio of the second output light to the first output light. It is possible to amplify the intensity of the second output light, which is light sampling output light, and output it.

また、第2サンプリング部106は、上記のように、第2入力側偏光制御部112を有することにより、第2パルス光の偏光方向と第1出力光の偏光方向とを略同じになるように制御している。したがって、第2光ファイバ122内で第1出力光が四光波混合による光パラメトリック増幅により増幅されるときの増幅効率は略最大となり、被測定光のサンプリングにおけるゲインをより高めることができる。   Further, as described above, the second sampling unit 106 includes the second input side polarization control unit 112 so that the polarization direction of the second pulse light and the polarization direction of the first output light are substantially the same. I have control. Therefore, the amplification efficiency when the first output light is amplified by the optical parametric amplification by the four-wave mixing in the second optical fiber 122 is substantially maximized, and the gain in sampling the measured light can be further increased.

光電変換器60は、第2カラーフィルタ142を透過した光の光路上に配され、上記第2出力光を受光してその時間−強度成分に対応した電気信号に変換し波形表示器70に出力する。この光電変換器60には、例えばフォトダイオードなどの光電変換素子が用いられる。このとき、光電変換器60における感度が最も良好な光の波長は、上記第2出力光の波長と略一致することが好ましい。波形表示器70は、光電変換器60と電気的に接続し、上記電気信号を繰返し周期に応じて表示させる。   The photoelectric converter 60 is arranged on the optical path of the light transmitted through the second color filter 142, receives the second output light, converts it into an electrical signal corresponding to the time-intensity component, and outputs it to the waveform display 70. To do. For the photoelectric converter 60, for example, a photoelectric conversion element such as a photodiode is used. At this time, it is preferable that the wavelength of the light with the best sensitivity in the photoelectric converter 60 substantially coincides with the wavelength of the second output light. The waveform display unit 70 is electrically connected to the photoelectric converter 60 and displays the electric signal according to the repetition period.

以上において説明したように、上記光サンプリング装置10は、被測定光を高い時間分解能でサンプリングすることのできる第1サンプリング部101と、第1サンプリング部101で得られたサンプリング出力である第1出力光の強度を効率よく増幅する第2サンプリング部106を備えているので、被測定光のパルス波形を高感度かつ高い時間分解能で観測することができる。   As described above, the optical sampling apparatus 10 includes the first sampling unit 101 that can sample the measured light with high time resolution, and the first output that is the sampling output obtained by the first sampling unit 101. Since the second sampling unit 106 that efficiently amplifies the light intensity is provided, the pulse waveform of the light to be measured can be observed with high sensitivity and high time resolution.

なお、上記光サンプリング装置10において、第1サンプリング部101に配される第1カラーフィルタ141は、第1出力側偏光部131の出力側に別個に配される形態に限定されない。例えば第2サンプリング部106の光結合器119が第1出力光の入光面および第2パルス光の入光面を有する場合、第1カラーフィルタ141は、当該光結合器119における第2パルス光の入光面に一体的に形成されてもよい。   In the optical sampling device 10, the first color filter 141 disposed in the first sampling unit 101 is not limited to a form separately disposed on the output side of the first output side polarization unit 131. For example, when the optical coupler 119 of the second sampling unit 106 has a light incident surface for the first output light and a light incident surface for the second pulse light, the first color filter 141 includes the second pulse light in the optical coupler 119. May be formed integrally with the light incident surface.

図13は、第1サンプリング部102および第2サンプリング部107の構成を示すブロック図である。上記および図1〜図12を参照して説明した光サンプリング装置10は、第1サンプリング部101および第2サンプリング部106に替えて、図13に示す第1サンプリング部102および第2サンプリング部107を備えてもよい。なお、図13に示す第1サンプリング部102および第2サンプリング部107において、上記第1サンプリング部101および第2サンプリング部106と同じ参照番号を付したものについては略同じ構成であるので説明を部分的に省略する。   FIG. 13 is a block diagram illustrating configurations of the first sampling unit 102 and the second sampling unit 107. The optical sampling apparatus 10 described above and with reference to FIGS. 1 to 12 replaces the first sampling unit 101 and the second sampling unit 106 with the first sampling unit 102 and the second sampling unit 107 shown in FIG. You may prepare. In the first sampling unit 102 and the second sampling unit 107 shown in FIG. 13, the same reference numerals as those of the first sampling unit 101 and the second sampling unit 106 are substantially the same in configuration, and thus the description will be partly described. Omitted.

第1サンプリング部102は、図13に示すように、第1入力側偏光制御部111、光結合器118、第1光ファイバ121および第1カラーフィルタ141を有する。   As illustrated in FIG. 13, the first sampling unit 102 includes a first input side polarization control unit 111, an optical coupler 118, a first optical fiber 121, and a first color filter 141.

第1入力側偏光制御部111は、偏光制御素子113に入力した被測定光および偏光制御素子114に入力した第1パルス光を、偏光方向が略同じ方向である直線偏光となるようにそれぞれの偏光方向を制御する。第1入力側偏光制御部111において偏光方向が制御された被測定光および第1パルス光は、それぞれ偏光制御素子113および偏光制御素子114から光結合器118に向けて出力される。   The first input side polarization control unit 111 converts the measured light input to the polarization control element 113 and the first pulsed light input to the polarization control element 114 into linearly polarized light whose polarization directions are substantially the same. Control the polarization direction. The light under measurement and the first pulsed light whose polarization directions are controlled by the first input side polarization control unit 111 are output from the polarization control element 113 and the polarization control element 114 to the optical coupler 118, respectively.

図13において、偏光制御素子113および偏光制御素子114の出力側に、これらから出力された被測定光および第1パルス光の偏光方向を円で囲んだ矢印の方向で示す。図13に示すように、本実施形態では、第1入力側偏光制御部111の偏光制御素子113および偏光制御素子114からそれぞれ出力された被測定光および第1パルス光の偏光方向はともに略鉛直方向である。しかしながら、被測定光および第1パルス光の偏光方向は、第1入力側偏光制御部111によって略同じ方向に制御されていれば、本実施形態のように鉛直方向に限定されない。   In FIG. 13, on the output side of the polarization control element 113 and the polarization control element 114, the polarization directions of the light to be measured and the first pulse light output from them are indicated by the directions of arrows surrounded by circles. As shown in FIG. 13, in this embodiment, the polarization directions of the light to be measured and the first pulsed light output from the polarization control element 113 and the polarization control element 114 of the first input side polarization control unit 111 are substantially vertical. Direction. However, the polarization directions of the light to be measured and the first pulse light are not limited to the vertical direction as in the present embodiment as long as they are controlled in substantially the same direction by the first input side polarization controller 111.

また、図13に示す形態において、パルス光出力部20から出力される第1パルス光は、後述する第1光ファイバ121を通過するときに被測定光と時間的に重なるべく、適切なタイミングおよび十分なパルス幅を有している。第1パルス光のタイミングおよびパルス幅は、上記パルス光出力部20の変調部400およびパルス幅調整部40等において調整される。   In the form shown in FIG. 13, the first pulsed light output from the pulsed light output unit 20 has an appropriate timing and timing so as to overlap with the measured light when passing through the first optical fiber 121 described later. It has a sufficient pulse width. The timing and pulse width of the first pulse light are adjusted by the modulation unit 400 and the pulse width adjustment unit 40 of the pulse light output unit 20.

第1光ファイバ121は、時間的な重なりを有して内部を通過する第1出力光および第2パルス光の間に非線形光学効果である四光波混合を生じさせる。第1パルス光の強度が被測定光と比べて十分に大きい場合、被測定光は、その強度が増幅される。このように、第1光ファイバ121を通過した被測定光は、第1パルス光と略同じ偏光方向で強度の増幅された光となる。なお、増幅された被測定光の強度は、第1パルス光の強度が一定である場合、増幅される前の被測定光の強度と相関関係を有する。   The first optical fiber 121 generates four-wave mixing, which is a nonlinear optical effect, between the first output light and the second pulse light that pass through the inside with a temporal overlap. When the intensity of the first pulse light is sufficiently larger than the light to be measured, the intensity of the light to be measured is amplified. Thus, the light to be measured that has passed through the first optical fiber 121 becomes light whose intensity is amplified in substantially the same polarization direction as that of the first pulsed light. The intensity of the amplified light to be measured has a correlation with the intensity of the light to be measured before amplification when the intensity of the first pulse light is constant.

また、第1光ファイバ121において、被測定光および第1パルス光と時間的な重なりを有するアイドラー光が四光波混合により新たに発生する。このアイドラー光は、被測定光および第1パルス光と略同じ偏光方向の直線偏光として発生する。したがって、上記アイドラー光の偏光方向は略鉛直方向の角度を有する。また、上記アイドラー光の強度は、上記光パラメトリック増幅により増幅された被測定光と同じ強度である。したがって、上記アイドラー光の強度もまた、第1パルス光の強度が一定である場合、被測定光の増幅される前の強度と相関関係を有する。また、上記被測定光の波長と上記第1パルス光の波長との差は、上記アイドラー光の波長と上記第1パルス光の波長との差と等しい。   Also, in the first optical fiber 121, idler light having a temporal overlap with the measured light and the first pulsed light is newly generated by four-wave mixing. This idler light is generated as linearly polarized light having substantially the same polarization direction as the light to be measured and the first pulsed light. Therefore, the polarization direction of the idler light has a substantially vertical angle. The intensity of the idler light is the same as that of the light to be measured amplified by the optical parametric amplification. Therefore, the intensity of the idler light also has a correlation with the intensity of the light to be measured before being amplified when the intensity of the first pulse light is constant. The difference between the wavelength of the light to be measured and the wavelength of the first pulsed light is equal to the difference between the wavelength of the idler light and the wavelength of the first pulsed light.

第1カラーフィルタ141は、上記第1光ファイバ121を通過した光の光路上に配され、上記被測定光の波長と同じ帯域の波長の光を透過する特性を有する。したがって、第1光ファイバ121を通過した光のうち、被測定光の波長と異なる波長の光である上記第1パルス光および上記アイドラー光の成分は第1カラーフィルタ141に吸収され、被測定光の波長と同じ波長の成分だけが第1カラーフィルタ141を透過する。以下において、第1カラーフィルタ141を透過した光を第1出力光と称する。   The first color filter 141 is disposed on the optical path of the light that has passed through the first optical fiber 121 and has a characteristic of transmitting light having a wavelength in the same band as the wavelength of the light to be measured. Therefore, the components of the first pulsed light and the idler light, which are light having a wavelength different from the wavelength of the light to be measured, among the light that has passed through the first optical fiber 121 are absorbed by the first color filter 141, and the light to be measured Only the component having the same wavelength as the first wavelength passes through the first color filter 141. Hereinafter, the light transmitted through the first color filter 141 is referred to as first output light.

第2サンプリング部107は、図13に示すように、第2入力側偏光制御部112、光結合器119、第2光ファイバ122、第2出力側偏光部132および第2カラーフィルタ142を有する。   As illustrated in FIG. 13, the second sampling unit 107 includes a second input side polarization control unit 112, an optical coupler 119, a second optical fiber 122, a second output side polarization unit 132, and a second color filter 142.

第2入力側偏光制御部112は、偏光制御素子115に入力した第2パルス光の偏光方向が、上記第1出力光の偏光方向に対して40〜50度の角度を有する直線偏光となるように第2パルス光の偏光方向を制御する。第2入力側偏光制御部112において偏光方向が制御された第2パルス光は、偏光制御素子115から光結合器119に向けて出力される。   The second input side polarization control unit 112 is configured such that the polarization direction of the second pulsed light input to the polarization control element 115 is linearly polarized light having an angle of 40 to 50 degrees with respect to the polarization direction of the first output light. The polarization direction of the second pulse light is controlled. The second pulsed light whose polarization direction is controlled by the second input side polarization control unit 112 is output from the polarization control element 115 toward the optical coupler 119.

図13において、偏光制御素子115の出力側に、偏光制御素子115から出力された第2パルス光の偏光方向を円で囲んだ矢印の方向で示す。図13に示すように、本実施形態では、例えば上記のように第1出力光の偏光方向が略鉛直方向である場合、第2入力側偏光制御部112の偏光制御素子115から出力された第2パルス光の偏光方向は、鉛直方向に対して略45度の角度を有することが好ましい。   In FIG. 13, on the output side of the polarization control element 115, the polarization direction of the second pulse light output from the polarization control element 115 is indicated by the direction of an arrow surrounded by a circle. As shown in FIG. 13, in this embodiment, for example, when the polarization direction of the first output light is substantially vertical as described above, the first output from the polarization control element 115 of the second input side polarization control unit 112 is performed. The polarization direction of the two-pulse light preferably has an angle of about 45 degrees with respect to the vertical direction.

第2光ファイバ122は、入力された第1出力光および第2パルス光が少なくとも一部において時間的な重なりを有して内部を通過するときに、これらの光の間に光カー効果および四光波混合を含む非線形光学効果を生じさせる。より具体的には、第2光ファイバ122の内部を通過する第1出力光の特定のパルスと第2パルス光の特定のパルスとが少なくとも一部において時間的に重なるとき、第1出力光の当該パルスは、その偏光軸が光カー効果によって回転することにより、第2パルス光の当該パルスの偏光方向と略同じ偏光方向となる。ここで、第1出力光における上記のような偏光軸の回転は、第1出力光全体に生じるのではなく、第1出力光と第2パルス光とが時間的に重なる部分にのみ生じる。   When the input first output light and second pulsed light pass through the interior with at least partly overlapping in time, the second optical fiber 122 has an optical Kerr effect and four-way light between these lights. Produces non-linear optical effects including light wave mixing. More specifically, when the specific pulse of the first output light passing through the inside of the second optical fiber 122 and the specific pulse of the second pulse light overlap at least partially in time, the first output light The pulse has a polarization direction substantially the same as the polarization direction of the pulse of the second pulse light by rotating the polarization axis by the optical Kerr effect. Here, the rotation of the polarization axis as described above in the first output light does not occur in the entire first output light, but occurs only in a portion where the first output light and the second pulse light overlap in time.

第2パルス光の強度が第1出力光と比べて非常に大きい場合、第2光ファイバ122を通過する第1出力光における上記のような偏光軸が回転する部分、すなわち、第1出力光における第2パルス光と時間的に重なる部分は、その強度が光パラメトリック増幅により増幅される。ここで、第1出力光における当該部分が光パラメトリック増幅により増幅された光は、第1出力光と同じ波長の直線偏光であり、その偏光方向は第2パルス光の偏光方向と略同じ方向である。したがって、本実施形態では、第1出力光における上記増幅された部分の偏光方向は、鉛直方向に対して略45度の角度を有する。   When the intensity of the second pulse light is very large compared to the first output light, the portion of the first output light passing through the second optical fiber 122 where the polarization axis rotates, that is, in the first output light. The intensity of the portion overlapping in time with the second pulse light is amplified by optical parametric amplification. Here, the light in which the portion of the first output light is amplified by optical parametric amplification is linearly polarized light having the same wavelength as that of the first output light, and the polarization direction thereof is substantially the same as the polarization direction of the second pulse light. is there. Therefore, in this embodiment, the polarization direction of the amplified portion in the first output light has an angle of about 45 degrees with respect to the vertical direction.

このように、第2光ファイバ122を通過する第1出力光および第2パルス光において互いに時間的な重なりを有する部分があるとき、第2光ファイバ122を通過した第1出力光における当該部分は、第2パルス光と略同じ偏光方向で強度の増幅された光となる。なお、第1出力光における増幅された部分の強度は、第2パルス光の強度が一定である場合、第1出力光における当該部分の増幅される前の強度と相関関係を有する。   In this way, when there is a portion having temporal overlap with each other in the first output light and the second pulse light passing through the second optical fiber 122, the portion in the first output light passing through the second optical fiber 122 is The intensity of the light is amplified in substantially the same polarization direction as that of the second pulse light. The intensity of the amplified portion of the first output light has a correlation with the intensity of the portion of the first output light before amplification when the intensity of the second pulse light is constant.

また、上記のように、第2光ファイバ122を通過する第1出力光および第2パルス光において互いに時間的な重なりを有する部分があるとき、第1出力光および第2パルス光の上記部分と時間的な重なりを有するアイドラー光が四光波混合により新たに発生する。このアイドラー光は、第2パルス光と略同じ偏光方向の直線偏光として発生する。したがって、上記アイドラー光の偏光方向は、鉛直方向に対して略45度の角度を有する。また、上記アイドラー光の強度は、偏光方向が第2パルス光の偏光方向と略同じ方向に回転して増幅された第1出力光の上記部分と同じ強度である。したがって、上記アイドラー光の強度もまた、第2パルス光の強度が一定である場合、第1出力光における上記部分の増幅される前の強度と相関関係を有する。   In addition, as described above, when there is a portion having a temporal overlap in the first output light and the second pulse light that pass through the second optical fiber 122, the above-described portions of the first output light and the second pulse light Idler light having a temporal overlap is newly generated by four-wave mixing. This idler light is generated as linearly polarized light having substantially the same polarization direction as the second pulsed light. Therefore, the polarization direction of the idler light has an angle of about 45 degrees with respect to the vertical direction. The intensity of the idler light is the same intensity as that of the portion of the first output light amplified by rotating the polarization direction in substantially the same direction as the polarization direction of the second pulse light. Therefore, the intensity of the idler light also has a correlation with the intensity of the portion of the first output light before being amplified when the intensity of the second pulse light is constant.

第2出力側偏光部132は、第2光ファイバ122を通過する光の光路上に配される偏光素子134を有する。この偏光素子134は、入射する光のうち偏光方向が鉛直方向の成分の光を吸収し、水平方向の成分の光を透過する。したがって、図13に示すように、第2光ファイバ122を通過した第2パルス光は、その水平方向の成分が偏光素子134を透過する。また、第2光ファイバ122を通過した第1出力光のうち第2光ファイバ122において第2パルス光と時間的に重ならない部分は、偏光方向が鉛直方向であるので、偏光素子134に吸収される。   The second output side polarization unit 132 includes a polarization element 134 disposed on the optical path of light passing through the second optical fiber 122. The polarizing element 134 absorbs light having a vertical polarization component in incident light and transmits light having a horizontal component. Therefore, as shown in FIG. 13, the horizontal component of the second pulse light that has passed through the second optical fiber 122 is transmitted through the polarizing element 134. Further, the portion of the first output light that has passed through the second optical fiber 122 that does not overlap with the second pulsed light in the second optical fiber 122 is absorbed by the polarizing element 134 because the polarization direction is the vertical direction. The

これに対し、第1出力光のうち第2光ファイバ122において第2パルス光と時間的に重なる部分は、上記のように偏光方向が第2パルス光と略同じ方向、すなわち鉛直方向に対して略45度の方向に回転するので、その水平方向の成分が偏光素子134を透過する。また、第2光ファイバ122において発生した上記アイドラー光は、偏光方向が第2パルス光の偏光方向と同じであるので、その水平方向の成分が偏光素子134を透過する。   On the other hand, the portion of the first output light that overlaps the second pulsed light in time in the second optical fiber 122 is substantially the same as the second pulsed light in the polarization direction as described above, that is, in the vertical direction. Since it rotates in the direction of about 45 degrees, the horizontal component passes through the polarizing element 134. Further, the idler light generated in the second optical fiber 122 has the same polarization direction as the polarization direction of the second pulsed light, so that the horizontal component is transmitted through the polarization element 134.

第2カラーフィルタ142は、上記第2出力側偏光部132の偏光素子134を透過する光の光路上に配され、上記第1出力光の波長と同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有する。したがって、偏光素子134を透過した光のうち、第1出力光の波長と異なる波長の光である上記第2パルス光および上記アイドラー光の成分は第2カラーフィルタ142に吸収され、第1出力光の波長と同じ波長の成分だけが第2カラーフィルタ142を透過する。以下において、第2カラーフィルタ142を透過した光を第2出力光と称する。   The second color filter 142 is disposed on the optical path of the light transmitted through the polarizing element 134 of the second output side polarization unit 132, and has a characteristic of transmitting only light having a wavelength in the same band as the wavelength of the first output light. Have. Therefore, the component of the second pulsed light and the idler light, which is light having a wavelength different from the wavelength of the first output light, among the light transmitted through the polarizing element 134 is absorbed by the second color filter 142, and the first output light is obtained. Only the component having the same wavelength as that of the first wavelength is transmitted through the second color filter 142. Hereinafter, the light transmitted through the second color filter 142 is referred to as second output light.

なお、上記第2カラーフィルタ142は、上記アイドラー光の波長と同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有してもよい。この場合、上記第2パルス光および上記第1出力光の成分は第2カラーフィルタ142に吸収されるので、第2カラーフィルタ142を透過するアイドラー光の成分が第2出力光となる。この場合でも、アイドラー光の強度および波長が、上記のように第1出力光と相関関係を有することから、アイドラー光の成分からなる第2出力光を第1出力光に対応させることができる。   The second color filter 142 may have a characteristic of transmitting only light having a wavelength in the same band as that of the idler light. In this case, since the second pulse light and the first output light component are absorbed by the second color filter 142, the idler light component transmitted through the second color filter 142 becomes the second output light. Even in this case, since the intensity and wavelength of the idler light have a correlation with the first output light as described above, the second output light composed of the idler light component can correspond to the first output light.

このように、第2サンプリング部107では、第1出力光のうち第2光ファイバ122において第2パルス光と時間的に重ならない部分は、偏光素子134に吸収される。したがって、第1出力光のパルス波形をサンプリングして得られる第2出力光のSN比をより大きくすることができる。   As described above, in the second sampling unit 107, a portion of the first output light that does not overlap in time with the second pulsed light in the second optical fiber 122 is absorbed by the polarizing element 134. Therefore, the SN ratio of the second output light obtained by sampling the pulse waveform of the first output light can be further increased.

また、例えば上記パルス光出力部20がサブピコ秒オーダーのパルス光を第2パルス光として出力することにより、第2サンプリング部107においてパルス幅の非常に短い第2パルス光で第1出力光をサンプリングすることができるので、第2サンプリング部107における第1出力光のサンプリングの時間分解能をサブピコ秒オーダーにまで高めることができる。   For example, when the pulsed light output unit 20 outputs sub-picosecond order pulsed light as the second pulsed light, the second sampling unit 107 samples the first output light with the second pulsed light having a very short pulse width. Therefore, the time resolution of the sampling of the first output light in the second sampling unit 107 can be increased to the sub-picosecond order.

以上において説明したように、光サンプリング装置10は、図13に示す第1サンプリング部102および第2サンプリング部107を備えることにより、第1サンプリング部102において被測定光の強度を効率よく増幅するとともに、第2サンプリング部107において増幅された第1出力光を高い時間分解能でサンプリングすることができる。したがって、被測定光のパルス波形を高感度かつ高い時間分解能で観測することができる。   As described above, the optical sampling device 10 includes the first sampling unit 102 and the second sampling unit 107 illustrated in FIG. 13, thereby efficiently amplifying the intensity of the light to be measured in the first sampling unit 102. The first output light amplified in the second sampling unit 107 can be sampled with high time resolution. Therefore, the pulse waveform of the light to be measured can be observed with high sensitivity and high time resolution.

なお、上記および図1〜図12を参照して説明した光サンプリング装置10は、第2サンプリング部106に替えて、第2サンプリング部107を備えてもよい。この場合、光サンプリング装置10は、第1サンプリング部101および第2サンプリング部107を備える。なお、この第2サンプリング部107については、図13を参照して説明した上記第2サンプリング部107と同じものであり、同様の構成および作用効果を奏することから説明を省略する。   Note that the optical sampling device 10 described above and with reference to FIGS. 1 to 12 may include a second sampling unit 107 instead of the second sampling unit 106. In this case, the optical sampling device 10 includes a first sampling unit 101 and a second sampling unit 107. The second sampling unit 107 is the same as the second sampling unit 107 described with reference to FIG. 13, and the description is omitted because it has the same configuration and operational effects.

光サンプリング装置10は、第1サンプリング部101および第2サンプリング部107を備えることにより、第1サンプリング部101において被測定光を高い時間分解能でサンプリングするとともに、第2サンプリング部107において、第1出力光をそのSN比を低下させることなく再度サンプリングすることができる。したがって、被測定光をより高い時間分解能で観測することができる。   The optical sampling apparatus 10 includes the first sampling unit 101 and the second sampling unit 107, so that the first sampling unit 101 samples the measured light with high time resolution, and the second sampling unit 107 outputs the first output. Light can be sampled again without reducing its signal-to-noise ratio. Therefore, the light to be measured can be observed with higher time resolution.

また、上記および図1〜図12を参照して説明した光サンプリング装置10は、第1サンプリング部101に替えて、第1サンプリング部102を備えてもよい。この場合、光サンプリング装置10は、第1サンプリング部102および第2サンプリング部106を備える。なお、この第1サンプリング部102については、図13を参照して説明した上記第1サンプリング部102と同じものであり、同様の構成および作用効果を奏することから説明を省略する。   The optical sampling device 10 described above with reference to FIGS. 1 to 12 may include a first sampling unit 102 instead of the first sampling unit 101. In this case, the optical sampling device 10 includes a first sampling unit 102 and a second sampling unit 106. The first sampling unit 102 is the same as the first sampling unit 102 described with reference to FIG. 13, and the description is omitted because it has the same configuration and operational effects.

光サンプリング装置10は、第1サンプリング部102および第2サンプリング部106を備えることにより、第1サンプリング部102において被測定光の強度を効率よく増幅するとともに、第2サンプリング部106において増幅された第1出力光をさらに効率よく増幅することができる。したがって、被測定光のサンプリングにおけるゲインをより高めることができる。   The optical sampling apparatus 10 includes the first sampling unit 102 and the second sampling unit 106, thereby efficiently amplifying the intensity of the light to be measured in the first sampling unit 102, and the first sampling unit 106 that has been amplified in the second sampling unit 106. One output light can be amplified more efficiently. Therefore, the gain in sampling the light to be measured can be further increased.

図14は、パルス光出力部21を備えた光サンプリング装置10の概略図である。上記および図1〜図13を参照して説明した光サンプリング装置10は、パルス光出力部20に替えて、図14に示すパルス光出力部21を備えてもよい。なお、図14に示す光サンプリング装置10において、図1に示す光サンプリング装置10と同じ参照番号を付したものについては同じ構成であるので説明を省略する。   FIG. 14 is a schematic diagram of the optical sampling apparatus 10 provided with the pulsed light output unit 21. The optical sampling apparatus 10 described above and with reference to FIGS. 1 to 13 may include a pulsed light output unit 21 shown in FIG. 14 instead of the pulsed light output unit 20. In addition, in the optical sampling apparatus 10 shown in FIG. 14, what attached | subjected the same reference number as the optical sampling apparatus 10 shown in FIG. 1 is the same structure, and description is abbreviate | omitted.

図14に示すように、パルス光出力部21は、高周波電流出力部261、第1レーザ光源201、第2レーザ光源202および分周回路411を有する。第1レーザ光源201および第2レーザ光源202は、ともに上記レーザ光源200と同様の構成を有し、単一モードのパルス光を出力するパルス光源である。第1レーザ光源201から出力されるパルス光は、変調部400、アンプ31およびパルス幅調整部40を経て第1パルス光として第1サンプリング部101(102)に入力される。また、第2レーザ光源202から出力されるパルス光は、アンプ32およびタイミング調整部500を経て第2パルス光として第2サンプリング部106(107)に入力される。   As shown in FIG. 14, the pulsed light output unit 21 includes a high-frequency current output unit 261, a first laser light source 201, a second laser light source 202, and a frequency dividing circuit 411. Both the first laser light source 201 and the second laser light source 202 have the same configuration as the laser light source 200 and are pulse light sources that output single-mode pulse light. The pulsed light output from the first laser light source 201 is input to the first sampling unit 101 (102) as the first pulsed light through the modulation unit 400, the amplifier 31, and the pulse width adjustment unit 40. In addition, the pulsed light output from the second laser light source 202 is input to the second sampling unit 106 (107) as the second pulsed light through the amplifier 32 and the timing adjustment unit 500.

高周波電流出力部261は、第1レーザ光源201の電流増幅回路(不図示)、および、分周回路411とそれぞれ電気的に接続する。この高周波電流出力部261は、上記高周波電流出力部260と同様に、特定の周波数の高周波電流を出力する。なお、高周波電流出力部261が出力する高周波電流の周波数は所望に変更することができる。   The high-frequency current output unit 261 is electrically connected to a current amplification circuit (not shown) of the first laser light source 201 and a frequency dividing circuit 411, respectively. Similar to the high-frequency current output unit 260, the high-frequency current output unit 261 outputs a high-frequency current having a specific frequency. Note that the frequency of the high-frequency current output from the high-frequency current output unit 261 can be changed as desired.

分周回路411は、高周波電流出力部261から出力される高周波電気信号をN分周(Nは正の整数)して変調部400および第2レーザ光源202の電流増幅回路(不図示)に出力する。したがって、変調部400は、分周回路411から入力される電気信号の周波数に応じて上記第1レーザ光源201から出力されるパルス光の繰り返し周波数を1/nに分周したパルス光を出力する。また、第2レーザ光源202は、分周回路411から入力される電気信号の周波数、すなわち、高周波電流出力部261から出力される高周波電気信号の繰り返し周波数を1/nに分周した繰り返し周波数を有するパルス光を出力する。   The frequency dividing circuit 411 divides the high-frequency electric signal output from the high-frequency current output unit 261 by N (N is a positive integer) and outputs it to the current amplification circuit (not shown) of the modulation unit 400 and the second laser light source 202. To do. Therefore, the modulation unit 400 outputs pulsed light obtained by dividing the repetition frequency of the pulsed light output from the first laser light source 201 by 1 / n according to the frequency of the electric signal input from the frequency dividing circuit 411. . Further, the second laser light source 202 has a repetition frequency obtained by dividing the frequency of the electric signal input from the frequency dividing circuit 411, that is, the repetition frequency of the high frequency electric signal output from the high frequency current output unit 261 by 1 / n. The pulse light having

図15は、パルス光出力部22を備えた光サンプリング装置10の概略図である。上記および図1〜図13を参照して説明した光サンプリング装置10は、パルス光出力部20に替えて、図15に示すパルス光出力部22を備えてもよい。なお、図15に示す光サンプリング装置10において、図1に示す光サンプリング装置10と同じ参照番号を付したものについては同じ構成であるので説明を省略する。   FIG. 15 is a schematic diagram of the optical sampling device 10 including the pulsed light output unit 22. The optical sampling apparatus 10 described above with reference to FIGS. 1 to 13 may include a pulsed light output unit 22 illustrated in FIG. 15 instead of the pulsed light output unit 20. In addition, in the optical sampling apparatus 10 shown in FIG. 15, what attached the same reference number as the optical sampling apparatus 10 shown in FIG.

図15に示すように、パルス光出力部22は、高周波電流出力部262、第1レーザ光源201、第2レーザ光源202および分周回路412を有する。第1レーザ光源201および第2レーザ光源202は、ともに上記レーザ光源200と同様の構成を有し、単一モードのパルス光を出力するパルス光源である。第1レーザ光源201から出力されるパルス光は、変調部400、アンプ31およびパルス幅調整部40を経て第1パルス光として第1サンプリング部101(102)に入力される。また、第2レーザ光源202から出力されるパルス光は、変調部400、アンプ32およびタイミング調整部500を経て第2パルス光として第2サンプリング部106(107)に入力される。   As shown in FIG. 15, the pulsed light output unit 22 includes a high-frequency current output unit 262, a first laser light source 201, a second laser light source 202, and a frequency dividing circuit 412. Both the first laser light source 201 and the second laser light source 202 have the same configuration as the laser light source 200 and are pulse light sources that output single-mode pulse light. The pulsed light output from the first laser light source 201 is input to the first sampling unit 101 (102) as the first pulsed light through the modulation unit 400, the amplifier 31, and the pulse width adjustment unit 40. In addition, the pulsed light output from the second laser light source 202 is input to the second sampling unit 106 (107) as the second pulsed light through the modulation unit 400, the amplifier 32, and the timing adjustment unit 500.

高周波電流出力部262は、第1レーザ光源201の電流増幅回路(不図示)、第2レーザ光源202の電流増幅回路(不図示)、および、分周回路412とそれぞれ電気的に接続する。この高周波電流出力部262は、上記高周波電流出力部260と同様に、特定の周波数の高周波電流を出力する。なお、高周波電流出力部262が出力する高周波電流の周波数は所望に変更することができる。   The high-frequency current output unit 262 is electrically connected to the current amplification circuit (not shown) of the first laser light source 201, the current amplification circuit (not shown) of the second laser light source 202, and the frequency dividing circuit 412. The high frequency current output unit 262 outputs a high frequency current having a specific frequency in the same manner as the high frequency current output unit 260. Note that the frequency of the high-frequency current output from the high-frequency current output unit 262 can be changed as desired.

分周回路412は、高周波電流出力部262から出力される高周波電気信号をN分周(Nは正の整数)して、変調部400に出力する。したがって、第1レーザ光源201および第2レーザ光源202それぞれの出力側に配される変調部400は、分周回路412から入力される電気信号の周波数に応じて上記第1レーザ光源201および第2レーザ光源202からそれぞれ出力されるパルス光の繰り返し周波数を1/nに分周したパルス光を出力する。   The frequency dividing circuit 412 divides the high-frequency electric signal output from the high-frequency current output unit 262 by N (N is a positive integer) and outputs it to the modulation unit 400. Therefore, the modulation unit 400 disposed on the output side of each of the first laser light source 201 and the second laser light source 202 has the first laser light source 201 and the second laser light source 201 according to the frequency of the electric signal input from the frequency dividing circuit 412. The pulsed light obtained by dividing the repetition frequency of the pulsed light output from the laser light source 202 by 1 / n is output.

なお、本実施形態の光サンプリング装置10において、レーザ光源200は、第1パルス光および第2パルス光の共通の光源であるが、第1パルス光を出力する光源と第2パルス光を出力する光源とを別々に備えてもよい。また、パルス幅調整部40は、第2パルス光の光路上に配されて、当該第2パルス光のパルス幅を調整してもよい。また、パルス幅調整部40は、第1パルス光および第2パルス光の両方のパルス光の光路上にそれぞれ配されて、これら2つのパルス光のパルス幅を調整してもよい。   In the optical sampling device 10 of this embodiment, the laser light source 200 is a common light source for the first pulse light and the second pulse light, but outputs the light source that outputs the first pulse light and the second pulse light. A light source may be provided separately. Further, the pulse width adjustment unit 40 may be arranged on the optical path of the second pulse light to adjust the pulse width of the second pulse light. Further, the pulse width adjustment unit 40 may be arranged on the optical paths of both the first pulse light and the second pulse light, and may adjust the pulse widths of these two pulse lights.

また、タイミング調整部500は、本実施形態の光サンプリング装置10の一部として用いられる形態に限られず、与えられる2つのパルス光の位相差を調整して出力するタイミング調整装置として例えば光信号のPM変調などにも用いることができる。   The timing adjustment unit 500 is not limited to the form used as a part of the optical sampling device 10 of the present embodiment, and is a timing adjustment device that adjusts and outputs the phase difference between two given pulse lights, for example, an optical signal It can also be used for PM modulation.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができることは当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

光サンプリング装置10の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of an optical sampling device 10. FIG. パルス光出力部20における、レーザ光源200、高周波電流出力部260、変調部400および分周回路410付近を抜き出して示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the laser light source 200, the high-frequency current output unit 260, the modulation unit 400, and the vicinity of the frequency dividing circuit 410 in the pulsed light output unit 20. パルス幅調整部40においてスペクトル拡散部42側から入力する第1パルス光のパルス幅を圧縮する非線形伝送シミュレーションの結果を示す。The result of the nonlinear transmission simulation which compresses the pulse width of the 1st pulsed light input from the spectrum spreading | diffusion part 42 side in the pulse width adjustment part 40 is shown. タイミング調整部500の構成を示す図である。2 is a diagram illustrating a configuration of a timing adjustment unit 500. FIG. 光可変遅延部600の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an optical variable delay unit 600. 位相比較部700の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a phase comparison unit 700. 第1サンプリング部101の構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration of a first sampling unit 101. FIG. 第1サンプリング部101において第1パルス光によって被測定光をサンプリングする様子を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which light to be measured is sampled by a first pulsed light in a first sampling unit. 図7に示す第1サンプリング部101のブロック図において丸付き数字1〜丸付き数字4を付して示す位置を、時間的な重なりを有して通過する光の強さを光周波数毎に示す。In the block diagram of the first sampling unit 101 shown in FIG. 7, the positions indicated by the circled numbers 1 to 4 are shown for each optical frequency with the intensity of light passing with temporal overlap. . 第2サンプリング部106の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing a configuration of a second sampling unit 106. FIG. 第2サンプリング部106において第2パルス光によって第1出力光を光パラメトリック増幅する様子を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a state in which first output light is optically parametrically amplified by second pulsed light in a second sampling unit. 図10に示す第2サンプリング部106のブロック図において丸付き数字5〜丸付き数字7の番号を付して示す位置を、時間的な重なりを有して通過する光の強さを光周波数毎に示す。In the block diagram of the second sampling unit 106 shown in FIG. 10, the intensity of light passing with time overlap is shown for each optical frequency at the positions indicated by the numbers 5 to 7 with circles. Shown in 第1サンプリング部102および第2サンプリング部107の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating configurations of a first sampling unit 102 and a second sampling unit 107. パルス光出力部21を備えた光サンプリング装置10の概略図である。1 is a schematic diagram of an optical sampling device 10 provided with a pulsed light output unit 21. FIG. パルス光出力部22を備えた光サンプリング装置10の概略図である。1 is a schematic diagram of an optical sampling device 10 provided with a pulsed light output unit 22. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 光サンプリング装置、20、21、22 パルス光出力部、31、32 アンプ、40 パルス幅調整部、42 スペクトル拡散部、44 パルス圧縮部、60 光電変換器、70 波形表示器、80 光分岐器、101、102 第1サンプリング部、106、107 第2サンプリング部、111 第1入力側偏光制御部、112 第2入力側偏光制御部、113、114、115 偏光制御素子、118、119 光結合器、121 第1光ファイバ、122 第2光ファイバ、131 第1出力側偏光部、132 第2出力側偏光部、133、134 偏光素子、141 第1カラーフィルタ、142 第2カラーフィルタ、200 レーザ光源、201 第1レーザ光源、202 第2レーザ光源、210 レーザダイオード、211 低反射面、212 高反射面、220 コリメートレンズ、222 集光レンズ、230 ミラー、232 全反射面、240 光学バンドパスフィルタ、250 バイアス電流出力部、260、261、262 高周波電流出力部、270 電流増幅回路、290 光ファイバ、400 変調部、410、411、412 分周回路、500 タイミング調整部、511 第1光カプラ、512 第2光カプラ、521 第1光電変換器、522 第2光電変換器、531、532 アンプ、541 第1フィルタ、542 第2フィルタ、600 光可変遅延部、610 第1遅延部、611、612 固定反射面、615 可動反射面、620 第2遅延部、621 光ファイバ、622 ピエゾ素子、623、624 電極、625 高圧電源、700 位相比較部、710 位相差検出部、711 第1フリップフロップ、712 第2フリップフロップ、715 AND回路、720 制御電圧出力部、721、722 コンデンサ、725 コンパレータ、727 オフセット電圧印加部、730 制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical sampling device 20, 21, 22 Pulse light output part, 31, 32 Amplifier, 40 Pulse width adjustment part, 42 Spread spectrum part, 44 Pulse compression part, 60 Photoelectric converter, 70 Waveform display, 80 Optical branching device , 101, 102 First sampling unit, 106, 107 Second sampling unit, 111 First input side polarization control unit, 112 Second input side polarization control unit, 113, 114, 115 Polarization control element, 118, 119 Optical coupler 121 First optical fiber, 122 Second optical fiber, 131 First output side polarization unit, 132 Second output side polarization unit, 133, 134 Polarization element, 141 First color filter, 142 Second color filter, 200 Laser light source , 201 first laser light source, 202 second laser light source, 210 laser diode, 211 low reflection 212 High reflection surface, 220 Collimating lens, 222 Condensing lens, 230 Mirror, 232 Total reflection surface, 240 Optical band pass filter, 250 Bias current output unit, 260, 261, 262 High frequency current output unit, 270 Current amplification circuit, 290 optical fiber, 400 modulator, 410, 411, 412 frequency divider, 500 timing adjuster, 511 first optical coupler, 512 second optical coupler, 521 first photoelectric converter, 522 second photoelectric converter, 531, 532 Amplifier, 541 First filter, 542 Second filter, 600 Optical variable delay unit, 610 First delay unit, 611, 612 Fixed reflection surface, 615 Movable reflection surface, 620 Second delay unit, 621 Optical fiber, 622 Piezo element , 623, 624 electrode, 625 high voltage power supply, 700 phase ratio Parts, 710 a phase difference detecting unit, 711 first flip-flop, 712 a second flip-flop, 715 the AND circuit, 720 a control voltage output unit, 721, 722 capacitor, 725 comparator, 727 offset voltage applying unit, 730 control unit

Claims (13)

与えられる2つのパルス光の位相差を調整して出力するタイミング調整装置であって、
前記2つのパルス光の少なくとも一方の前記パルス光を遅延させて、前記位相差を調整する光可変遅延部と、
前記光可変遅延部により前記位相差が調整された2つの前記パルス光のそれぞれを電気信号に変換することにより、2つの調整用信号を生成する光電変換器と、
前記2つの調整用信号の位相差を検出し、検出した前記位相差を予め定められた位相差に近づけるべく、前記光可変遅延部における遅延量を制御する位相比較部と
を備えるタイミング調整装置。
A timing adjustment device that adjusts and outputs a phase difference between two given pulse lights,
An optical variable delay unit that delays at least one of the two pulsed lights to adjust the phase difference;
A photoelectric converter that generates two adjustment signals by converting each of the two pulsed lights having the phase difference adjusted by the optical variable delay unit into an electrical signal;
A timing adjustment device comprising: a phase comparison unit that detects a phase difference between the two adjustment signals and controls a delay amount in the optical variable delay unit so that the detected phase difference approaches a predetermined phase difference.
前記2つの調整用信号のそれぞれについて、予め定められた周波数より小さい周波数成分を除去して、前記位相比較部に入力するフィルタを更に備える
請求項1に記載のタイミング調整装置。
The timing adjustment apparatus according to claim 1, further comprising: a filter that removes a frequency component smaller than a predetermined frequency for each of the two adjustment signals and inputs the signal to the phase comparison unit.
前記フィルタは、前記2つの調整用信号のそれぞれについて、予め定められた次数の高調波を抽出して、前記位相比較部に入力する
請求項2に記載のタイミング調整装置。
The timing adjustment device according to claim 2, wherein the filter extracts a harmonic of a predetermined order for each of the two adjustment signals and inputs the harmonic to a phase comparison unit.
前記2つのパルス光のうちの一方の前記パルス光のパルス幅を調整するパルス幅調整部を更に備え、
前記光可変遅延部は、一方の前記パルス光と異なる他方の前記パルス光を遅延させる
請求項1に記載のタイミング調整装置。
A pulse width adjusting unit that adjusts a pulse width of one of the two pulsed lights;
The timing adjustment device according to claim 1, wherein the optical variable delay unit delays the other pulsed light different from the one pulsed light.
前記位相比較部は、
前記2つの調整用信号の前記位相差を検出する位相差検出部と、
前記2つの調整用信号の前記位相差と予め定められた前記位相差との差分に応じた制御電圧を出力する制御電圧出力部と
を有し、
前記光可変遅延部は、
前記位相差検出部が検出した前記位相差に応じて、前記パルス光を遅延させる第1遅延部と、
前記制御電圧出力部が出力する前記制御電圧に応じて、前記第1遅延部より精細な分解能で、前記パルス光を遅延させる第2遅延部と
を有する請求項1に記載のタイミング調整装置。
The phase comparison unit includes:
A phase difference detector for detecting the phase difference between the two adjustment signals;
A control voltage output unit that outputs a control voltage in accordance with a difference between the phase difference between the two adjustment signals and the predetermined phase difference;
The optical variable delay unit is
A first delay unit that delays the pulsed light according to the phase difference detected by the phase difference detection unit;
2. The timing adjustment device according to claim 1, further comprising: a second delay unit that delays the pulsed light with a finer resolution than the first delay unit according to the control voltage output by the control voltage output unit.
前記第2遅延部は、予め定められた電圧範囲の前記制御電圧に応じて遅延量が変化し、
前記位相比較部は、前記制御電圧出力部が出力する前記制御電圧が、前記予め定められた電圧範囲の略中心となるように、前記第1遅延部の遅延量を制御する制御部を更に有する
請求項5に記載のタイミング調整装置。
The second delay unit changes a delay amount according to the control voltage in a predetermined voltage range,
The phase comparison unit further includes a control unit that controls a delay amount of the first delay unit so that the control voltage output from the control voltage output unit is substantially at the center of the predetermined voltage range. The timing adjustment device according to claim 5.
前記制御部は、予め定められた期間毎に前記第1遅延部の遅延量を制御する
請求項6に記載のタイミング調整装置。
The timing adjustment device according to claim 6, wherein the control unit controls a delay amount of the first delay unit for each predetermined period.
前記第1遅延部は、前記位相差検出部が検出した位相差に応じて変化させることにより前記パルス光の光路長を変化させ、
前記第2遅延部は、前記制御電圧出力部が出力する前記制御電圧の大きさに応じて、前記パルス光の光路長を変化させる
請求項5に記載のタイミング調整装置。
The first delay unit changes the optical path length of the pulsed light by changing according to the phase difference detected by the phase difference detection unit,
The timing adjustment device according to claim 5, wherein the second delay unit changes an optical path length of the pulsed light according to a magnitude of the control voltage output from the control voltage output unit.
前記第1遅延部は、固定反射面および可動反射面を有し、
前記固定反射面は、前記パルス光を前記可動反射面に向けて反射し、
前記可動反射面は、前記固定反射面との間の距離を前記位相差検出部が検出した位相差に応じて変化させることにより前記パルス光の光路長を変化させ、
前記第2遅延部は、前記パルス光を伝送する光ファイバを周囲に巻き付けた略円筒形のピエゾ素子に、前記制御電圧を印加して前記光ファイバの長さを変化させることにより、前記パルス光の光路長を変化させる
請求項8に記載のタイミング調整装置。
The first delay unit has a fixed reflecting surface and a movable reflecting surface,
The fixed reflecting surface reflects the pulsed light toward the movable reflecting surface,
The movable reflecting surface changes the optical path length of the pulsed light by changing the distance between the movable reflecting surface and the fixed reflecting surface according to the phase difference detected by the phase difference detecting unit,
The second delay unit applies the control voltage to a substantially cylindrical piezo element around which an optical fiber that transmits the pulsed light is wound to change the length of the optical fiber. The timing adjustment device according to claim 8, wherein the optical path length of the timing is changed.
被測定光をサンプリングする光サンプリング装置であって、
前記被測定光のうち、与えられる第1パルス光と時間的な重なりを有する部分に応じた光を、第1出力光として出力する第1サンプリング部と、
前記第1出力光と、与えられる第2パルス光とが時間的な重なりを有する場合に、前記第1出力光を増幅した光を第2出力光として出力する第2サンプリング部と、
前記第1パルス光および前記第2パルス光の位相差を調整して、前記第1サンプリング部および前記第2サンプリング部に入力するタイミング調整部と
を備え、
前記タイミング調整部は、
前記第1パルス光および前記第2パルス光の少なくとも一方を遅延させて、前記位相差を調整する光可変遅延部と、
前記光可変遅延部により前記位相差が調整された前記第1パルス光および前記第2パルス光について、それぞれの少なくとも一部を電気信号に変換した第1調整用信号および第2調整用信号を生成する光電変換器と、
前記第1調整用信号および前記第2調整用信号の位相差を検出し、検出した前記位相差が予め定められた位相差となるように、前記光可変遅延部における遅延量を制御する位相比較部と
を有する光サンプリング装置。
An optical sampling device for sampling measured light,
A first sampling unit that outputs, as the first output light, light corresponding to a portion of the measured light that has temporal overlap with the given first pulsed light;
A second sampling unit that outputs light obtained by amplifying the first output light as second output light when the first output light and the applied second pulse light have temporal overlap;
A timing adjustment unit that adjusts a phase difference between the first pulsed light and the second pulsed light and inputs the phase difference to the first sampling unit and the second sampling unit;
The timing adjustment unit
An optical variable delay unit that adjusts the phase difference by delaying at least one of the first pulsed light and the second pulsed light;
A first adjustment signal and a second adjustment signal are generated by converting at least a part of each of the first pulse light and the second pulse light, the phase difference of which has been adjusted by the optical variable delay unit, into an electric signal. A photoelectric converter,
A phase comparison for detecting a phase difference between the first adjustment signal and the second adjustment signal and controlling a delay amount in the optical variable delay unit so that the detected phase difference becomes a predetermined phase difference. And an optical sampling device.
パルス光を受け取り、前記パルス光を分光した前記第1パルス光および前記第2パルス光を出力する光分岐器と、
前記第1パルス光のパルス幅を、前記第2パルス光のパルス幅より小さくなるように調整して、前記第1サンプリング部に入力するパルス幅調整部と
を更に備え、
前記光可変遅延部は、前記第2パルス光を遅延させる
請求項10に記載の光サンプリング装置。
An optical splitter that receives the pulsed light and outputs the first pulsed light and the second pulsed light obtained by separating the pulsed light;
A pulse width adjusting unit that adjusts a pulse width of the first pulsed light to be smaller than a pulse width of the second pulsed light and inputs the first pulsed light to the first sampling unit;
The optical sampling device according to claim 10, wherein the optical variable delay unit delays the second pulsed light.
前記タイミング調整部は、
前記パルス幅調整部が出力する前記第1パルス光の一部を前記光電変換器に入力する第1光カプラと、
前記光可変遅延部が出力する前記第2パルス光の一部を前記光電変換器に入力する第2光カプラと
を更に有する請求項11に記載の光サンプリング装置。
The timing adjustment unit
A first optical coupler for inputting a part of the first pulsed light output by the pulse width adjusting unit to the photoelectric converter;
The optical sampling device according to claim 11, further comprising: a second optical coupler that inputs a part of the second pulsed light output from the optical variable delay unit to the photoelectric converter.
前記第1光カプラから前記第1サンプリング部までの光路長と、前記第2光カプラから前記第2サンプリング部までの光路長とは略等しい
請求項12に記載の光サンプリング装置。
The optical sampling device according to claim 12, wherein an optical path length from the first optical coupler to the first sampling unit is substantially equal to an optical path length from the second optical coupler to the second sampling unit.
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