JP2011021957A

JP2011021957A - サンプリング波形測定装置

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Publication number: JP2011021957A
Application number: JP2009166256A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mori; 隆森
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: JP4991797B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、多量子井戸構造の電界吸収型光変調器を用いた光サンプリングにおいて高いＳ／Ｎ比と短いゲート幅を両立することにある。
【解決手段】本願発明のサンプリング波形測定装置１０１は、光パルス発生器１１と、電界吸収型光変調器１２と、受光器１５と、を備え、光パルスＰｓが入力された際の電界吸収型光変調器１２の相互吸収飽和による光ゲート動作を利用して被測定光信号Ｐｘをサンプリングし、等価サンプリング方式で被測定光信号Ｐｘの波形を測定するサンプリング波形測定装置１０１において、電界吸収型光変調器１２の逆バイアス電圧を高くするバイアス調整用電気パルスＶｐｍを、少なくとも光ゲートが開いている間、電界吸収型光変調器に入力するバイアス調整手段（１６）を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高分解能の等価サンプリングを行うサンプリング波形測定装置に関する。

電界吸収型光変調器の相互吸収飽和特性を用いた光サンプリングが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図７は、サンプリング波形測定装置の一例を示す概略構成図である。図７に示すサンプリング波形測定装置は、一定周期の光パルスＰｓを発生する光パルス発生器１１と、被測定光信号Ｐｘと光パルスＰｓが入力されて光信号Ｐｙを出力する電界吸収型光変調器１２と、電界吸収型光変調器１２に逆バイアス電圧を入力する逆バイアス電圧発生器１３と、電界吸収型光変調器１２から出射されたサンプリング後の光信号Ｐｙを光電変換する受光器１５と、を有する。光パルスＰｓが入力された際の電界吸収型光変調器１２の相互吸収飽和による光ゲート動作を利用して被測定光信号Ｐｘをサンプリングし、受光器１５からの電気信号Ｄｙを観察することで、等価サンプリング方式で被測定光信号Ｐｘを測定／評価する。

国際公開２００８／０８７８０９

多重量子井戸構造の電界吸収型光変調器１２の消光特性は、図８に示すように、逆バイアス電圧の増加にしたがって光の透過率が減少するが、ある電圧以上では逆に透過率が増加する。電界吸収型光変調器１２の相互吸収飽和を用いた光サンプリングでは、光パルスがないときの被測定光信号の透過率が増えるとサンプリング時以外の被測定光信号の漏洩が増えてノイズが増加する。測定結果の波形のＳ／Ｎ比を大きくするためには光パルスがない時の被測定光信号の透過率を低くする必要がある。このため、Ｓ／Ｎ比の観点からは、透過率が最小となるＡ点の逆バイアス電圧Ｖ_Ａが適している。

一方、逆バイアス電圧と光ゲート動作の時間幅の関係は、図９に示すように、逆バイアス電圧の増加に従って単調にゲート幅が減少する。このため、時間分解能の観点からは、ゲート幅が最小となるＢ点の逆バイアス電圧Ｖ_Ｂ、すなわち電界吸収型光変調器に印加可能な最大の逆バイアス電圧Ｖ_Ｂが望ましい。よって、高いＳ／Ｎ比と短いゲート幅が両立しないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、多量子井戸構造の電界吸収型光変調器を用いた光サンプリングにおいて高いＳ／Ｎ比と短いゲート幅を両立することにある。

上記目的を達成するために、本願発明のサンプリング波形測定装置は、多量子井戸構造の電界吸収型光変調器を用いて光サンプリングを行うサンプリング波形測定装置において、少なくとも光ゲートが開いている間だけ逆バイアス電圧を高くするバイアス調整手段を備えることを特徴とする。

具体的には、本願発明のサンプリング波形測定装置は、光パルスを発生する光パルス発生器（１１）と、被測定光信号及び前記光パルスが入力される電界吸収型光変調器（１２）と、前記電界吸収型光変調器から出力された光信号を電気信号に変換する受光器（１５）と、を備え、前記光パルスが入力された際の前記電界吸収型光変調器の相互吸収飽和による光ゲート動作を利用して前記被測定光信号をサンプリングし、等価サンプリング方式で前記被測定光信号の波形を測定するサンプリング波形測定装置（１０１）において、前記電界吸収型光変調器の逆バイアス電圧を高くするバイアス調整用電気パルスを、少なくとも前記光ゲートが開いている間、前記電界吸収型光変調器に入力するバイアス調整手段（１６）を備えることを特徴とする。

バイアス調整手段（１６）を備えることで、光ゲートが閉じている間は被測定光信号の透過率を低くしてＳ／Ｎ比の低下を防ぎ、少なくとも光ゲートが開いている間は電界吸収型光変調器の逆バイアス電圧を高くしてゲート幅を狭くすることができる。これにより、本願発明のサンプリング波形測定装置は、多量子井戸構造の電界吸収型光変調器を用いた光サンプリングにおいて高いＳ／Ｎ比と短いゲート幅を両立することができる。

本願発明のサンプリング波形測定装置では、前記バイアス調整手段は、前記光パルスと同期したバイアス調整用電気パルスを発生する電気パルス発生器（２１）を有し、少なくとも前記光ゲートが開いている間、前記電気パルス発生器からの前記バイアス調整用電気パルスを前記電界吸収型光変調器に入力することが好ましい。

独立した電気パルス発生器を備えることで、任意の振幅電圧で任意の形状のバイアス調整用電気パルスを発生させることができる。これにより、少なくとも光ゲートが開いている間は電界吸収型光変調器に印加可能な最大の逆バイアス電圧を印加して、高いＳ／Ｎ比と最短のゲート幅を両立することができる。

本願発明のサンプリング波形測定装置では、前記バイアス調整手段は、前記光パルスが入力されバイアス調整用電気パルスを出力する第２の受光器（３１）を有し、少なくとも前記光ゲートが開いている間、前記第２の受光器からの前記バイアス調整用電気パルスを前記電界吸収型光変調器に入力することが好ましい。

第２の受光器を備えることで、光パルスと同期したタイミングで、タイミングジッタの少ないバイアス調整用電気パルスを発生させることができる。これにより、バイアス調整用電気パルスのパルス幅が短い場合でも、少なくとも光ゲートが開いている間に電界吸収型光変調器に印加可能な最大の逆バイアス電圧を印加でき、高いＳ／Ｎ比と最短のゲート幅を両立することができる。また、変換効率の高い第２の受光器を用いたり、第２の受光器の出力に電気増幅器を挿入したりすることにより、振幅の大きなバイアス調整用電気パルスを発生することができる。

本願発明のサンプリング波形測定装置では、前記バイアス調整手段は、前記サンプリング用光パルスが入力された際に前記電界吸収型光変調器の電極に発生する電気パルスの極性を反転させ、所定の遅延時間後に前記電界吸収型光変調器の電極に戻すことによって、少なくとも前記光ゲートが開いている間、前記バイアス調整用電気パルスを前記電界吸収型光変調器に入力することが好ましい。

電界吸収型光変調器の電極に発生する電気パルスを用いるため、バイアス調整用電気パルスを発生させるための手段を別途設けることなく電界吸収型光変調器のＳ／Ｎ比とゲート幅を調整することができる。これにより、簡易な構成で本発明に係るサンプリング波形測定装置を構成することができる。

本願発明のサンプリング波形測定装置では、前記バイアス調整手段は、一端が前記電界吸収型光変調器の電極に接続された同軸ケーブル（４１）と、前記同軸ケーブルに設けられ、前記電界吸収型光変調器に印加された直流バイアス電圧を遮断する直流遮断コンデンサ（４２）と、前記同軸ケーブルの他端に接続された短絡器（４３）とを備え、前記電界吸収型光変調器の電極で発生した電気パルスを前記同軸ケーブルに伝搬させた後、前記短絡器で前記電気パルスの極性を反転させて反射させ、前記バイアス調整用電気パルスとして前記電界吸収型光変調器の電極に戻すことが好ましい。

バイアス調整手段が同軸ケーブルと短絡器と直流遮断コンデンサからなることで、簡易な構成で本発明に係るサンプリング波形測定装置を構成することができる。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、本願発明のサンプリング波形測定装置は、多量子井戸構造の電界吸収型光変調器を用いた光サンプリングにおいて高いＳ／Ｎ比と短いゲート幅を両立することができる。

実施形態１に係るサンプリング波形測定装置の一例を示す構成概略図である。バイアス調整用電気パルスと光信号のパルス形状との関係の一例であり、（ａ）は負のバイアス調整用電気パルスＶｐｍを示し、（ｂ）は光パルスＰｓによる電界吸収型光変調器の透過率変化を示す。実施形態２に係るサンプリング波形測定装置の一例を示す構成概略図である。実施形態３に係るサンプリング波形測定装置の一例を示す構成概略図である。実施形態４に係るサンプリング波形測定装置の一例を示す構成概略図である。同軸ケーブルの往復の遅延時間の設定例であり、（ａ）は電界吸収型光変調器に発生する電気パルスＶｐｐを示し、（ｂ）は電界吸収型光変調器に戻すバイアス調整用電気パルスＶｐｍを示し、（ｃ）は光パルスＰｓによる電界吸収型光変調器の透過率変化を示す。サンプリング波形測定装置の一例を示す構成概略図である。多重量子井戸構造の電界吸収型光変調器の消光特性の一例を示す。逆バイアス電圧と光ゲート動作の時間幅の関係の一例を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るサンプリング波形測定装置の一例を示す構成概略図である。本実施形態に係るサンプリング波形測定装置１０１は、光パルス発生器１１と、電界吸収型光変調器１２と、逆バイアス電圧発生器１３と、光カプラ１４と、受光器１５と、バイアス調整手段１６を備える。

電界吸収型光変調器１２に被測定光信号Ｐｘが入射される。光パルス発生器１１は、光パルスＰｓを発生する。逆バイアス電圧発生器１３は、電界吸収型光変調器１２に直流の逆バイアス電圧を印加する。電界吸収型光変調器１２は、被測定光信号Ｐｘ及び光パルスＰｓが入力され、光信号Ｐｙを出力する。光パルスＰｓが入力された際の電界吸収型光変調器１２の相互吸収飽和による光ゲート動作を利用して被測定光信号Ｐｘをサンプリングし、等価サンプリング方式で被測定光信号Ｐｘの波形を測定する。

サンプリング後の光信号Ｐｙは、電界吸収型光変調器１２から出射され、受光器１５に入射される。受光器１５は、電界吸収型光変調器１２から出力された光信号Ｐｙを電気信号に変換し、電気信号Ｄｙを出力する。電気信号Ｄｙを観察することで、等価サンプリング方式で被測定光信号Ｐｘの波形評価を行うことができる。

バイアス調整手段１６は、電界吸収型光変調器１２の逆バイアス電圧を高くするバイアス調整用電気パルスＶｐｍを発生し、少なくとも光ゲートが開いている間、バイアス調整用電気パルスＶｐｍを電界吸収型光変調器１２に入力する。図２は、バイアス調整用電気パルスと光信号のパルス形状との関係の一例であり、（ａ）は負のバイアス調整用電気パルスＶｐｍを示し、（ｂ）は光パルスＰｓによる電界吸収型光変調器の透過率変化を示す。

図１に示す逆バイアス電圧発生器１３は、Ｓ／Ｎ比が最大となる図８のＡ点の逆バイアス電圧Ｖ_Ａに設定する。バイアス調整手段１６により光パルスＰｓに同期した負のバイアス調整用電気パルスＶｐｍを発生し、電界吸収型光変調器１２に入力する。バイアス調整用電気パルスＶｐｍのパルス幅を光パルスＰｓによる透過率変化のパルス幅よりも広くし、図２（ｂ）に示すように光パルスＰｓによる光ゲート動作時間がバイアス調整用電気パルスＶｐｍ内に含まれるようにすると、光パルスＰｓによる光ゲート動作時は逆バイアス電圧が増加することになり、ゲート幅が短縮される。

直流の逆バイアス電圧Ｖ_Ａと負のバイアス調整用電気パルスＶｐｍの電圧の和が電界吸収型光変調器１２に印加可能な最大の逆バイアス電圧Ｖ_Ｂとなるようにすると、図９に示すＢ点での最小のゲート幅となる。負のバイアス調整用電気パルスＶｐｍを入力すると、電界吸収型光変調器１２の透過率が一時的に増加するが、バイアス調整用電気パルスＶｐｍのパルス幅を受光器１５のインパルス応答の時間幅よりも狭くしておくと、受光器１５の出力においてはバイアス調整用電気パルスＶｐｍによる被測定光信号Ｐｘの漏洩増加の影響は少ない。従って、バイアス調整用電気パルスＶｐｍによるＳ／Ｎ比の低下は少なく、高いＳ／Ｎ比と短いゲート幅を両立することができる。

（実施形態２）
図３は、本実施形態に係るサンプリング波形測定装置の一例を示す構成概略図である。本実施形態に係るサンプリング波形測定装置１０２では、バイアス調整手段１６は、光パルスＰｓと同期したバイアス調整用電気パルスＶｐｍを発生する電気パルス発生器２１を有し、少なくとも電界吸収型光変調器１２の光ゲートが開いている間、電気パルス発生器２１からのバイアス調整用電気パルスＶｐｍを電界吸収型光変調器１２の電極に入力する。

ここで、バイアス調整用電気パルスＶｐｍと光パルスＰｓとの同期は、光パルス発生器１１から同期信号を電気パルス発生器２１に入力する場合と、電気パルス発生器２１から同期信号を光パルス発生器１１に入力する場合と、別途設けた同期信号発生器（不図示）からの同期信号を光パルス発生器１１と電気パルス発生器２１の両方に入力する場合、のいずれでもよい。

また、必要に応じて、可変遅延器２２を、電気パルス発生器２１の出力、又は光パルス発生器１１の出力、又は同期信号発生器（不図示）の出力に挿入することにより、光ゲートに対するバイアス調整用電気パルスＶｐｍの相対タイミングを調整することができる。

逆バイアス電圧発生器１３は、直流電源１３ａ、バイアスＴ１３ｂ、終端器１３ｃからなり、電界吸収型光変調器１２に直流のバイアス電圧を印加するとともに、バイアス調整手段１６からのバイアス調整用電気パルスＶｐｍや光パルスＰｓによって電界吸収型光変調器１２の電極に発生する電気パルスが反射しないようにインピーダンス整合をとって終端する。

（実施形態３）
図４は、本実施形態に係るサンプリング波形測定装置の一例を示す構成概略図である。本実施形態に係るサンプリング波形測定装置１０３では、バイアス調整手段１６は、光パルスＰｓが入力されバイアス調整用電気パルスＶｐｍを出力する第２の受光器３１を有し、少なくとも電界吸収型光変調器１２の光ゲートが開いている間、第２の受光器３１からのバイアス調整用電気パルスＶｐｍを電界吸収型光変調器１２に入力する。

ここで、必要に応じて、可変遅延器３２を、第２の受光器３１の入力又は出力に挿入することにより、光ゲートに対するバイアス調整用電気パルスＶｐｍの相対タイミングを調整することができる。また、必要に応じて第２の受光器３１の出力に電気増幅器を挿入することにより、バイアス調整用電気パルスＶｐｍの電圧振幅を大きくすることができる。

（実施形態４）
図５は、本実施形態に係るサンプリング波形測定装置の一例を示す構成概略図である。本実施形態に係るサンプリング波形測定装置１０４では、バイアス調整手段１６は、光パルスＰｓが入力された際に電界吸収型光変調器１２の電極（不図示）に発生する電気パルスＶｐｐの極性を反転させ、反転後の電気パルスをバイアス調整用電気パルスＶｐｍとして所定の遅延時間後に電界吸収型光変調器１２の電極に戻すことによって、少なくとも電界吸収型光変調器１２の光ゲートが開いている間、電気パルスＶｐｐの極性を反転させたバイアス調整用電気パルスＶｐｍを電界吸収型光変調器１２に入力することを特徴とする。

具体的には、サンプリング波形測定装置１０４では、バイアス調整手段１６は、一端が電界吸収型光変調器１２の電極に接続された同軸ケーブル４１と、同軸ケーブル４１に設けられ、電界吸収型光変調器１２に印加された直流バイアス電圧を遮断する直流遮断コンデンサ４２と、同軸ケーブル４１の他端に接続された短絡器４３とを備え、電界吸収型光変調器１２の電極で発生した電気パルスＶｐｐを同軸ケーブル４１に伝搬させた後、短絡器４３で電気パルスＶｐｐの極性を反転させて反射し、電気パルスＶｐｐの極性を反転させた電気パルスをバイアス調整用電気パルスＶｐｍとして電界吸収型光変調器１２の電極に戻す。

電界吸収型光変調器１２に光パルスＰｓを入力すると、電界吸収型光変調器１２の電気入力端子に正の電気パルスＶｐｐが発生する。この正の電気パルスＶｐｐが同軸ケーブル４１を伝搬し、短絡器４３で極性が反転し、負の電気パルスが同軸ケーブル４１を逆に伝搬して電界吸収型光変調器１２に戻る。

直流遮断コンデンサ４２は電界吸収型光変調器１２に直流バイアスを印加するためのものであり、図５では短絡器４３の近くに配置されているが、電界吸収型光変調器１２の近くに配置してもよい。電気パルスＶｐｐが発生してからバイアス調整用電気パルスＶｐｍが電界吸収型光変調器１２に戻るまでの時間は、同軸ケーブル４１及び直流遮断コンデンサ４２の往復の遅延時間となる。

図６に、同軸ケーブルの往復の遅延時間の設定例を示す。光パルスＰｓによる光ゲート動作時間がバイアス調整用電気パルスＶｐｍに内に含まれるように同軸ケーブル４１の遅延時間を設定すると、ゲート幅が狭くなる効果が得られる。図６では、光パルスＰｓによって発生した電気パルスＶｐｐを、その次の光パルスＰｓによって光ゲートが開いている間に電界吸収型光変調器１２に戻す例を示したが、これに限られるものではない。例えば、ある光パルスによって電界吸収型光変調器１２で発生した電気パルスをｎ周期（ｎは１以上の整数。）後の光パルスによる光ゲート動作に合うように遅延して電界吸収型光変調器１２に戻してもよい。

以上の実施形態１から実施形態４までの説明は、通常の電界吸収型光変調器１２の極性である信号側がｐ型、接地側がｎ型の場合について説明したが、これに限られるものではなく、逆極性の電界吸収型光変調器の場合にも適用することができる。この場合、実施形態２又は実施形態３のように別途電気パルス発生器２１又は第２の受光器３１を用いる場合は、電気パルス発生器２１又は第２の受光器３１は、バイアス調整用電気パルスとして、正の電気パルスを発生するようにする必要がある。実施形態４における電界吸収型光変調器１２では負の電気パルスが発生し、短絡器４３で極性が反転し、正の電気パルスがバイアス調整用電気パルスとして電界吸収型光変調器１２に戻る。

また、本実施例では、光パルスを電界吸収型光変調器１２の後方から入力する構成を示したが、これに限られるものではなく前方から入力する構成においても本発明を適用することができる。

本発明は、高分解能の光サンプリングを行うことができるので、情報通信産業及び光を用いる各種産業に適用することができる。

１１：光パルス発生器
１２：電界吸収型光変調器
１３：逆バイアス電圧発生器
１３ａ：直流電源
１３ｂ：バイアスＴ
１３ｃ：終端器
１４：光カプラ
１５：受光器
１６：バイアス調整手段
４１：同軸ケーブル
４２：直流遮断コンデンサ
４３：短絡器
２１：電気パルス発生器
２２：可変遅延器
３１：第２の受光器
３２：可変遅延器
１０１、１０２、１０３、１０４：サンプリング波形測定装置

Claims

光パルスを発生する光パルス発生器（１１）と、
被測定光信号及び前記光パルスが入力される電界吸収型光変調器（１２）と、
前記電界吸収型光変調器から出力された光信号を電気信号に変換する受光器（１５）と、を備え、
前記光パルスが入力された際の前記電界吸収型光変調器の相互吸収飽和による光ゲート動作を利用して前記被測定光信号をサンプリングし、等価サンプリング方式で前記被測定光信号の波形を測定するサンプリング波形測定装置（１０１）において、
前記電界吸収型光変調器の逆バイアス電圧を高くするバイアス調整用電気パルスを、少なくとも前記光ゲートが開いている間、前記電界吸収型光変調器に入力するバイアス調整手段（１６）を備えることを特徴とするサンプリング波形測定装置。
前記バイアス調整手段は、
前記光パルスと同期したバイアス調整用電気パルスを発生する電気パルス発生器（２１）を有し、
少なくとも前記光ゲートが開いている間、前記電気パルス発生器からの前記バイアス調整用電気パルスを前記電界吸収型光変調器に入力することを特徴とする請求項１に記載のサンプリング波形測定装置。
前記バイアス調整手段は、
前記光パルスが入力されバイアス調整用電気パルスを出力する第２の受光器（３１）を有し、
少なくとも前記光ゲートが開いている間、前記第２の受光器からの前記バイアス調整用電気パルスを前記電界吸収型光変調器に入力することを特徴とする請求項１に記載のサンプリング波形測定装置。
前記バイアス調整手段は、
前記サンプリング用光パルスが入力された際に前記電界吸収型光変調器の電極に発生する電気パルスの極性を反転させ、所定の遅延時間後に前記電界吸収型光変調器の電極に戻すことによって、少なくとも前記光ゲートが開いている間、前記バイアス調整用電気パルスを前記電界吸収型光変調器に入力することを特徴とする請求項１に記載のサンプリング波形測定装置。
前記バイアス調整手段は、
一端が前記電界吸収型光変調器の電極に接続された同軸ケーブル（４１）と、
前記同軸ケーブルに設けられ、前記電界吸収型光変調器に印加された直流バイアス電圧を遮断する直流遮断コンデンサ（４２）と、
前記同軸ケーブルの他端に接続された短絡器（４３）とを備え、
前記電界吸収型光変調器の電極で発生した電気パルスを前記同軸ケーブルに伝搬させた後、前記短絡器で前記電気パルスの極性を反転させて反射させ、前記バイアス調整用電気パルスとして前記電界吸収型光変調器の電極に戻すことを特徴とする請求項４に記載のサンプリング波形測定装置。