JP3196881B2 - Optical sampling optical waveform measurement method - Google Patents

Optical sampling optical waveform measurement method

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JP3196881B2 JP32083995A JP32083995A JP3196881B2 JP 3196881 B2 JP3196881 B2 JP 3196881B2 JP 32083995 A JP32083995 A JP 32083995A JP 32083995 A JP32083995 A JP 32083995A JP 3196881 B2 JP3196881 B2 JP 3196881B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等に用いら
れる光パルス波形を2次の非線形光学効果を利用して測
定する光サンプリング光波形測定法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical sampling optical waveform measuring method for measuring an optical pulse waveform used in optical communication or the like by utilizing a second-order nonlinear optical effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】光サンプリング光波形測定は、観測すべ
き光パルスとそれよりパルス幅の十分狭いサンプリング
光パルスを非線形光学材料に導き非線形光学効果を利用
して両者の相互相関信号を取り出す方法であり、光領域
で被測定光をサンプリングできるため高時間分解能で超
高速光信号の波形観測が期待できる。
2. Description of the Related Art An optical sampling optical waveform measurement is a method in which an optical pulse to be observed and a sampling optical pulse having a sufficiently narrower pulse width are guided to a nonlinear optical material, and a cross-correlation signal between the two is taken out using a nonlinear optical effect. Since the measured light can be sampled in the optical region, it is expected that the waveform of an ultra-high-speed optical signal can be observed with high time resolution.

【0003】この非線形光学効果としてこれまで主に2
次の非線形光学効果である和周波光発生(SFG:Sum
Frequency Generation)が利用されている(高良 他:
「和周波光発生を用いた光サンプリングによる超高速光
波形測定法」,電子情報通信学会論文誌,B-I,vol.J75-
B-I,No5,pp.372-380,1992年参照)。
Until now, this nonlinear optical effect has mainly been 2
Sum frequency light generation (SFG: Sum)
Frequency Generation) is used (Takara et al .:
"Ultrafast Optical Waveform Measurement Method by Optical Sampling Using Sum-Frequency Light Generation", IEICE Transactions, BI, vol. J75-
BI, No 5, pp. 372-380, 1992).

【0004】図5はSFGの場合の光周波数と光強度の
関係を示したものである。図中、νsam、νsig、νsfg
はそれぞれサンプリング光周波数、被測定光周波数、和
周波光(SF光)周波数である。Psam、Psig、Psfg
はそれぞれサンプリング光強度、被測定光強度、和周波
光強度である。
FIG. 5 shows the relationship between the optical frequency and the light intensity in the case of SFG. In the figure, ν sam , ν sig , ν sfg
Represents a sampling light frequency, a measured light frequency, and a sum frequency light (SF light) frequency, respectively. P sam , P sig , P sfg
Are the sampling light intensity, the measured light intensity, and the sum frequency light intensity, respectively.

【0005】SFGとは図5に示したように光周波数ν
sigの被測定光と光周波数νsamのサンプリング光の2光
波を2次の非線形光学材料に入射すると和の光周波数ν
sfg=νsig+νsam の光が発生する現象である。
[0005] SFG is an optical frequency ν as shown in FIG.
When two lightwaves of the measured light of sig and the sampling light of the optical frequency ν sam are incident on the secondary nonlinear optical material, the optical frequency ν of the sum is obtained.
sfg = light of ν sig + ν sam is a phenomenon that occurs.

【0006】図6は、これらの非線形光学効果を用いた
光サンプリング光波形測定装置の構成を示したものであ
る(高良 他:「和周波光発生を用いた光サンプリング
による超高速光波形測定法」,電子情報通信学会論文
誌,B-I,vol.J75-B-I,No5,pp.372-380,1992年、および
山林 他:「LiNbO3導波路と超短光パルスを用い
た光サンプリング」,昭和63年電子情報通信学会春期
全国大会講演論文集B−671参照)。図中、太い実線
は光信号の流れを示し、細い実線は電気信号の流れを示
す。
FIG. 6 shows a configuration of an optical sampling optical waveform measuring apparatus using these nonlinear optical effects (Takara et al .: "Ultra high-speed optical waveform measuring method by optical sampling using sum frequency light generation"). "IEICE Transactions, BI, vol.J75-BI, No5 , pp.372-380, 1992 years, and forest other:" LiNbO 3 waveguide and optical sampling using ultrashort optical pulses ", Showa (See the IEICE Spring National Convention Lecture Paper B-671). In the drawing, a thick solid line indicates a flow of an optical signal, and a thin solid line indicates a flow of an electric signal.

【0007】101は外部装置としての被測定光源、1
02はサンプリング周波数発振器である。サンプリング
光源103としてはモード同期レーザや利得スイッチン
グ半導体レーザ等が使用できる。また、モード同期レー
ザや利得スイッチング半導体レーザとスーパーコンティ
ニアムを組み合わせた超短光パルス発生技術を用いても
よい(特願平6−165566号「光サンプリング光波
形測定装置」高良 他参照)。
Reference numeral 101 denotes a light source to be measured as an external device, 1
02 is a sampling frequency oscillator. As the sampling light source 103, a mode-locked laser, a gain switching semiconductor laser, or the like can be used. Also, an ultrashort optical pulse generation technology combining a mode-locked laser or a gain switching semiconductor laser with a supercontinuum may be used (see Japanese Patent Application No. 6-165566, "Optical Sampling Optical Waveform Measuring Apparatus" Takara et al.).

【0008】一般に、SFGの非線形光学効果の変換効
率は入射光の偏光状態に依存する。従って、被測定光源
101からの周波数f0 の被測定光、およびサンプリン
グ光源102からの周波数f0/N−△f のサンプリン
グ光をそれぞれ偏光制御器104および105に導き、
ここでその光パルスの偏光状態を非線形光学材料107
に対して最適状態に調整する。その後、両光を結合部1
06で合波し、非線形光学材料107において相互相関
信号である和周波光または差周波光(繰り返し周波数f
0/N−△f )を得る。従来、この非線形光学材料10
7としては無機結晶のKTPやLiNbO3 等が用いら
れていた。ここで被測定光自身の第2次高調波(光周波
数2νsig )、またはサンプリング光自身の第2次高調
波(光周波数2νsam )のレベルが相互相関信号に比べ
て無視しえない場合は、光学バンドパスフィルタ108
を用いてこれらの背景光を除去し、相互相関信号のみを
取り出す。その後、光検出器109で受光して電気信号
に変換する。その後、信号処理部110で適切な信号処
理を施してから表示部111で光波形を表示する。
In general, the conversion efficiency of the nonlinear optical effect of SFG depends on the polarization state of incident light. Accordingly, the measured light having the frequency f 0 from the measured light source 101 and the sampling light having the frequency f 0 / N−Nf from the sampling light source 102 are guided to the polarization controllers 104 and 105, respectively.
Here, the polarization state of the light pulse is changed to the nonlinear optical material 107.
Adjust to the optimal state for. After that, both lights are coupled to the coupling unit 1.
06 and the sum frequency light or difference frequency light (repetition frequency f
0 / N- △ f). Conventionally, this nonlinear optical material 10
For example, inorganic crystal KTP, LiNbO 3 or the like was used. Here, when the level of the second harmonic (optical frequency 2ν sig ) of the measured light itself or the level of the second harmonic (optical frequency 2ν sam ) of the sampling light itself cannot be ignored compared to the cross-correlation signal. , Optical bandpass filter 108
Is used to remove these background lights and extract only the cross-correlation signal. Thereafter, the light is received by the photodetector 109 and converted into an electric signal. After that, the signal processing unit 110 performs appropriate signal processing, and then the display unit 111 displays an optical waveform.

【0009】すなわちこの光サンプリング光波形測定法
は、被測定光に対して、その光パルスよりパルス幅の狭
い別のサンプリング光パルスを重畳し、非線形光学材料
107に入射させて、さらにこのサンプリング光パルス
の遅延を掃引したときに、両光パルスの重なった部分に
比例して発生する相互相関信号光電力が描く波形を表示
部111上に表示させることで、被測定光波形を測定す
るものである。
That is, in this optical sampling light waveform measuring method, another sampling light pulse having a pulse width narrower than that of the light pulse to be measured is superimposed on the light to be measured, and the light is incident on the nonlinear optical material 107. When the delay of the pulse is swept, the waveform of the cross-correlation signal generated in proportion to the overlapping portion of the two optical pulses is displayed on the display unit 111 to measure the optical waveform to be measured. is there.

【0010】このSFGを利用した光サンプリング光波
形測定法における被測定光パルスとサンプリング光パル
スの時間的な相対位置の変化と、これによって得られる
低速の相互相関信号光波形を図7に示す。サンプリング
光パルスの繰り返し周波数を被測定光パルスの繰り返し
周波数の整数分の一(f0 /N[Hz])よりも△f
(Hz)だけ低く(または高く)することによって、図
7(C)のような相関信号波形を得る。ここでは、N=
1の場合を示している。この相関信号波形の包絡線は被
測定光波形を時間軸上で拡大したものであり、繰り返し
周波数は△f(Hz)である。
FIG. 7 shows a temporal change in the relative position of the optical pulse to be measured and the sampling optical pulse in the optical sampling optical waveform measuring method using the SFG, and a low-speed cross-correlation signal optical waveform obtained thereby. The repetition frequency of the sampling light pulse is set to Δf more than an integer fraction (f 0 / N [Hz]) of the repetition frequency of the measured light pulse.
By lowering (or increasing) by (Hz), a correlation signal waveform as shown in FIG. 7C is obtained. Here, N =
1 is shown. The envelope of the correlation signal waveform is obtained by enlarging the measured light waveform on the time axis, and the repetition frequency is Δf (Hz).

【0011】従って、この光サンプリング光波形測定法
は、fsec程度と非常に速い応答速度を有する非線形
光学効果を利用して被測定光波形をサンプリングし被測
定光波形の時間軸を拡大して測定することができるの
で、極めて高い時間分解能で高速光パルス波形の検出が
可能となる。
Therefore, this optical sampling optical waveform measuring method uses the nonlinear optical effect having a very fast response speed of about fsec to sample the optical waveform to be measured and expand the time axis of the optical waveform to be measured. Therefore, it is possible to detect a high-speed optical pulse waveform with extremely high time resolution.

【0012】以下、SFG光サンプリング光波形測定法
により測定した光波形の信号対雑音比(SN比)につい
て述べる(高良 他:「和周波光発生を用いた光サンプ
リングによる超高速光波形測定法」,電子情報通信学会
論文誌,B-I,vol.J75-B-I,No5,pp.372-380,1992年参
照)。
The signal-to-noise ratio (SN ratio) of the optical waveform measured by the SFG optical sampling optical waveform measuring method will be described below (Takara et al .: "Ultra-high-speed optical waveform measuring method by optical sampling using sum frequency light generation"). , IEICE Transactions, BI, vol. J75-BI, No. 5, pp. 372-380, 1992).

【0013】SFGには[タイプ1]、[タイプ2]の
位相整合があり、それぞれSFG光サンプリング光波測
定のSN比は異なる。位相整合とは入射光により起きる
非線形分極波の位相速度と、それによって生ずる和周波
光の位相速度が一致することを意味しており、このとき
エネルギーの変換が最も効率よく起きる。「タイプ1」
は図8(a)に示したように、偏向方向が揃った2つの
光を入射した時に位相整合する条件であり、上述のよう
に信号光(νsig)とサンプリング光(νsam)の相互相
関信号であるSF光(νsig+νsam)の他に、信号光お
よびサンプリング光の自己相関信号である第2次高調波
(2νsig,2νsam)もほぼ位相整合条件を満足する。
このため背景光が発生し、ショット雑音が大きくなる。
一方、「タイプ2」は図8(b)に示したように2つの
入射光の偏向方向が直交するとき位相整合するため、和
周波光発生のみ位相整合が達成され、背景光が除去でき
る。
SFG has [Type 1] and [Type 2] phase matching, and the S / N ratio of SFG optical sampling light wave measurement is different from each other. The phase matching means that the phase velocity of the nonlinear polarization wave generated by the incident light coincides with the phase velocity of the sum frequency light generated thereby, and at this time, the energy conversion occurs most efficiently. "Type 1"
8A is a condition for phase matching when two lights having the same deflection direction are incident, as shown in FIG. 8A. As described above, the mutual relationship between the signal light (ν sig ) and the sampling light (ν sam ) is obtained. In addition to the SF light (ν sig + ν sam ) which is a correlation signal, the second harmonic (2ν sig , 2ν sam ) which is an autocorrelation signal of the signal light and the sampling light almost satisfies the phase matching condition.
For this reason, background light is generated and shot noise increases.
On the other hand, in "Type 2", as shown in FIG. 8 (b), the phases are matched when the deflection directions of the two incident lights are orthogonal, so that the phase matching is achieved only for the generation of the sum frequency light, and the background light can be removed.

【0014】「タイプ1」、「タイプ2」位相整合SF
Gを行なう非線形光学材料を用いた場合、個々のサンプ
リング値のSN比(SNR)は次式で近似できる。ただ
し、雑音成分はショット雑音が支配的で熱雑音、回路雑
音は無視しえると仮定した。
"Type 1", "Type 2" phase matching SF
When a nonlinear optical material that performs G is used, the SN ratio (SNR) of each sampling value can be approximated by the following equation. However, it was assumed that the shot noise was dominant in the noise component, and the thermal noise and circuit noise were negligible.

【数1】 (Equation 1)

【数2】 (Equation 2)

【数3】 ここでPsfgは和周波数光(SF光)パワー、Pshg (s
ig)は被測定光の第2次高調波光パワー、Pshg(sam)
はサンプリング光の第2次高調波光パワー、ηはSFG
変換効率、Psigは被測定光パワー、Psamはサンプリン
グ光パワー、ηqは受光器の量子効率、λはSF光の波
長、cは光速、Bは受光系帯域、τはパルス幅である。
「タイプ1」位相整合の場合、通常の使用条件Psig
<Psamでは SNR=A・ηPsig2 (2) となり、SFG変換効率と被測定光パワーの値で定ま
る。一方、「タイプ1」位相整合の場合は、SN比はサ
ンプリング光パワーにも依存する。
(Equation 3) Here, P sfg is the sum frequency light (SF light) power, P shg (s
ig) is the second harmonic light power of the measured light, P shg (sam)
Is the second harmonic power of the sampling light, and η is SFG
Conversion efficiency, P sig is the optical power to be measured, P sam is the sampling optical power, η q is the quantum efficiency of the light receiver, λ is the wavelength of SF light, c is the light speed, B is the light receiving system band, and τ is the pulse width. .
In the case of “Type 1” phase matching, the normal use condition P sig <
For <P sam , SNR = A · ηP sig 2 (2), which is determined by the SFG conversion efficiency and the value of the measured light power. On the other hand, in the case of “type 1” phase matching, the SN ratio also depends on the sampling light power.

【0015】従って、「タイプ2」位相整合SFGを相
互相関信号発生手段として利用する光サンプリング光波
形測定装置は、背景光が除去でき、SN比が被測定光と
サンプリング光に比例するため、両光の高出力化によっ
て高SN比の測定が可能である。
Therefore, the optical sampling optical waveform measuring apparatus using "type 2" phase matching SFG as a cross-correlation signal generating means can remove the background light and the S / N ratio is proportional to the measured light and the sampling light. By increasing the output of light, a high SN ratio can be measured.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】実際に光波形を観測す
るには30dB以上のSN比が必要である(高良 他:
「和周波光発生を用いた光サンプリングによる超高速光
波形測定法」,電子情報通信学会論文誌,B-I,vol.J75-
B-I,No5,pp.372-380,1992年参照)。しかし従来の非線
形光学材料中で、光通信で使用されている1.3μm帯
および1.5μm帯で上記「タイプ2」位相整合のSF
Gが可能であり、かつ十分高いSFG効率を有するもの
が存在しなかった。これまで主として用いていたKTP
結晶およびLiNbO3 結晶のSFG変換効率は10-5
-1程度である。また、KTPやLiNbO3 を導波路
構造としたものは有効作用長および光パワー密度が増加
するため導波路内部での効率は2桁程度向上するが、非
測定光とサンプリング光の導波路への結合効率がそれぞ
れ10%以下であるため、実質的な素子のSFG変換効
率は結晶の場合とそれほど変らない(山林 他:「Li
NbO3導波路と超短光パルスを用いた光サンプリン
グ」,昭和63年電子情報通信学会春期全国大会講演論
文集B−671参照)。
To actually observe an optical waveform, an SN ratio of 30 dB or more is required (Takara et al .:
"Ultrafast Optical Waveform Measurement Method by Optical Sampling Using Sum-Frequency Light Generation", IEICE Transactions, BI, vol. J75-
BI, No 5, pp. 372-380, 1992). However, in the conventional nonlinear optical material, the SF of the “type 2” phase matching in the 1.3 μm band and the 1.5 μm band used in optical communication is used.
G was possible and none had sufficiently high SFG efficiency. KTP used mainly until now
Conversion efficiency of the crystal and LiNbO 3 crystal is 10 −5.
It is about W −1 . In the case where the waveguide structure is made of KTP or LiNbO 3 , the effective working length and the optical power density are increased, so that the efficiency inside the waveguide is improved by about two orders of magnitude. Since the coupling efficiency is 10% or less, the actual SFG conversion efficiency of the device is not so different from that of the crystal (Yamabayashi et al .: “Li
Optical Sampling Using NbO 3 Waveguides and Ultrashort Optical Pulses ”, Proceedings of the 1988 IEICE Spring National Convention B-671).

【0017】例えば被測定光ピークパワーPsig が10
mW、サンプリング光ピークパワーPsam が10mWの
場合についてSN比を求めてみる。受光器としてAPD
を用いて、ηq=0.7、λ=800nm、B=20M
Hz、τ=1psとすると、A=5×106 となり、個
々のサンプリング値のSN比は−20dB以下にしかな
らない。そのため、従来はサンプリング測定値を多数平
均化したり、被測定光パワーやサンプリング光パワーを
光増幅器で増幅したりすることでSN比を向上させてい
た(特願平1−175738号「光サンプリング波形測
定装置」高良他参照)。
For example, if the measured light peak power P sig is 10
The S / N ratio will be obtained for the case where the peak power P sam is 10 mW and the sampling light peak power is 10 mW. APD as receiver
Η q = 0.7, λ = 800 nm, B = 20M
If Hz and τ = 1 ps, then A = 5 × 10 6 , and the S / N ratio of each sampled value is only -20 dB or less. Therefore, conventionally, the S / N ratio has been improved by averaging a large number of sampling measured values or amplifying the optical power to be measured and the sampling optical power by an optical amplifier (Japanese Patent Application No. 1-175538, “Optical sampling waveform”). Measuring device ”Takara et al.).

【0018】しかしながら、平均化を行なう場合は、周
期的に同一波形を繰り返す光信号しか測定できず、図9
の波形(A)のように強度変調された光信号の場合は、
この被測定光パルスと図9(B)に示すサンプリング光
パルスとの相互相関信号として、図9(C)に示すよう
な和周波光パルスが取り出される。この場合には、”
0”および”1”に変調された光が平均化されるため、
表示部では図9(D)に示すような平均化光波形が表示
される。そのため、伝送波形を評価するのに必要なマー
ク・スペースの波形を表すアイパターン測定ができない
という欠点があった。
However, when averaging is performed, only an optical signal that periodically repeats the same waveform can be measured.
In the case of an optical signal whose intensity is modulated as shown in the waveform (A) of
As a cross-correlation signal between the measured light pulse and the sampling light pulse shown in FIG. 9B, a sum frequency light pulse as shown in FIG. 9C is extracted. In this case,
Since the light modulated to “0” and “1” is averaged,
The display unit displays an averaged light waveform as shown in FIG. Therefore, there is a drawback that an eye pattern representing a mark space waveform required for evaluating a transmission waveform cannot be measured.

【0019】図10は被測定光パワーおよびサンプリン
グ光パワーをそれぞれ一段の光増幅器112、113で
増幅する場合の構成図である。この光増幅器112、1
13として、希土類添加光ファイバ増幅器や半導体レー
ザ増幅器やラマン増幅器が使用できる。これまで高利得
・高出力が可能であることより希土類添加光ファイバ増
幅器が主に用いられていた。希土類添加光ファイバ増幅
器の利得および平均出力は入射光の平均パワーに依存す
るが、現在一般の市販器の場合、小信号利得は30d
B、飽和出力は100mW程度である。例えば繰り返し
周波数10MHz(周期0.1μs)、パルス幅1p
s、ピークパワー10mWの光パルス列を増幅した場
合、デューティー比のみで考えると、ピークパワーは1
00mW×(0.1μs/1ps)=10kWとなる
が、実際には利得による制限でピークパワーの増幅は1
0Wが限界である。一方、被測定光を光通信で用いる信
号光とすると、ピークパワーは平均出力とデューティー
比とマーク率で決定される。例えば繰り返し周波数10
0GHz(周期10ps)、パルス幅5ps、マーク率
0.5とすると、増幅後のピークパワーは100mW×
(10ps/5ps)/0.5=400mWとなる。こ
れら増幅後のサンプリング光パワーと被測定光パワーに
よりSN比を求めると約23dBとなり、上記の必要な
SN比30dBに達しない。従って、一段の光増幅器構
成では十分なSN比が得られないため、従来は図9の破
線部の光増幅器113a、113bのように2台以上の
光増幅器を従属接続してサンプリング光のピークパワー
を向上する必要があった。しかし、この場合、構成が複
雑になりコストが増大するという欠点があった。
FIG. 10 is a block diagram showing a case where the measured light power and the sampling light power are amplified by one-stage optical amplifiers 112 and 113, respectively. This optical amplifier 112, 1
As 13, a rare earth-doped optical fiber amplifier, a semiconductor laser amplifier, or a Raman amplifier can be used. Until now, rare earth-doped optical fiber amplifiers have been mainly used because high gain and high output are possible. The gain and average output of a rare earth-doped optical fiber amplifier depend on the average power of the incident light.
B, the saturation output is about 100 mW. For example, a repetition frequency of 10 MHz (a period of 0.1 μs) and a pulse width of 1 p
When an optical pulse train having a peak power of 10 mW is amplified, the peak power is 1 when only the duty ratio is considered.
00 mW × (0.1 μs / 1 ps) = 10 kW, but the amplification of the peak power is actually 1 due to the limitation by the gain.
0W is the limit. On the other hand, if the measured light is signal light used in optical communication, the peak power is determined by the average output, the duty ratio, and the mark ratio. For example, a repetition frequency of 10
Assuming 0 GHz (period 10 ps), pulse width 5 ps, and mark ratio 0.5, the peak power after amplification is 100 mW ×
(10 ps / 5 ps) /0.5=400 mW. When the SN ratio is calculated from the amplified sampling light power and the measured light power, the S / N ratio is about 23 dB, which does not reach the required S / N ratio of 30 dB. Accordingly, since a sufficient SN ratio cannot be obtained with a single-stage optical amplifier configuration, conventionally, two or more optical amplifiers are cascaded as in the optical amplifiers 113a and 113b indicated by broken lines in FIG. Needed to be improved. However, in this case, there is a disadvantage that the configuration becomes complicated and the cost increases.

【0020】上述の課題を解決するため、本発明は、非
線形光学効果を用いる光サンプリング光波形測定装置に
おいて、非線形光学材料として有機非線形光学結晶2−
アダマンチルアミノ−5−ニトロピリジン(2-adamanty
lamino-5-nitropyridine:AANP)を用いることで、個々
のサンプリング値のSNRを向上させ、アイパターンを
測定することができるように構成した光サンプリング光
波形測定法を提供することにある。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to an optical sampling optical waveform measuring apparatus using a nonlinear optical effect.
Adamantylamino-5-nitropyridine (2-adamanty
lamino-5-nitropyridine: AANP) by using, to improve the SNR of each sampling value, an optical sampling light configured to be able to measure the eye pattern
It is to provide a waveform measurement method .

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明の光サンプリング
光波形測定法は、繰り返しを有する被測定光(光周波数
νsig)よりパルス幅の狭いサンプリング光パルス列
(光周波数νsam)を発生するサンプリング光発生部
と、被測定光とサンプリング光を合波する結合部と、被
測定光に対してサンプリング光の遅延を掃引する遅延掃
引手段と、被測定光信号とサンプリング光の相互相関信
号として和周波数光(光周波数νsfg=νsig+νsam)
を発生する非線形光学材料の有機非線形光学結晶2−ア
ダマンチルアミノ−5−ニトロピリジン(2-adamantyla
mino-5-nitropyridine:AANP)と、発生した和周波数光
を検出して電気信号に変換する光検出器と、電気信号を
処理して被測定光パルス波形を表示する電気処理系を備
えた光サンプリング光波形測定装置を用いる光サンプリ
ング光波形測定法において、波長1535〜1580n
mの光を前記被測定光として用いることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Optical sampling of the present invention
The optical waveform measurement method includes a sampling light generating unit that generates a sampling light pulse train (optical frequency νsam) having a narrower pulse width than a light to be measured (optical frequency νsig) having repetition, and a coupling that combines the measured light and the sampling light. Unit, a delay sweeping means for sweeping the delay of the sampling light with respect to the measured light, and a sum frequency light (optical frequency vsfg = vsig + vsam) as a cross-correlation signal between the measured light signal and the sampling light
Organic nonlinear optical crystal 2-A
Damantylamino-5-nitropyridine (2-adamantyla
mino-5-nitropyridine: AANP) , a photodetector that detects the generated sum frequency light and converts it into an electrical signal, and an electrical processing system that processes the electrical signal and displays the measured optical pulse waveform. Optical sampler using sampling optical waveform measurement device
In ring optical waveform measurement method, the wavelength 1535~1580n
m is used as the light to be measured .

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の光サンプリング光波形測
定法は、非線形光学材料として有機非線形光学結晶2−
アダマンチルアミノ−5−ニトロピリジン(2-adamanty
lamino-5-nitropyridine:AANP)を備えた光サンプリン
グ光波形測定装置を用いて、波長1535〜1580n
mの光を被測定光として用いるものである。 図1は、本
発明の光サンプリング光波形測定法に用いられる光サン
プリング光波形測定装置の一例を示す構成図である。
の例の光サンプリング光波形測定装置は、タイプ2位相
整合SFGを利用する光サンプリング光波形測定装置に
おいて非線形光学材料として有機非線形光学結晶2−ア
ダマンチルアミノ−5−ニトロピリジン(2-adamantyla
mino-5-nitropyridine:AANP)を使用するものであり、
非線形光学材料以外の構成要素は従来の技術(図10)
と同じである。図中114がAANP結晶である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Optical sampling optical waveform measurement of the present invention
The usual method is to use an organic nonlinear optical crystal 2-
Adamantylamino-5-nitropyridine (2-adamanty
Optical sampling with lamino-5-nitropyridine (AANP)
Wavelength 1535 to 1580 n using an optical waveform measuring device
m is used as the light to be measured. Figure 1 is a book
Optical sampling used in the optical sampling optical waveform measuring method of the invention
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a pulling light waveform measurement device. This
The optical sampling optical waveform measuring apparatus of the example of Example 1 is an optical sampling optical waveform measuring apparatus using a type 2 phase matching SFG, and uses an organic nonlinear optical crystal 2-adamantylamino-5-nitropyridine (2-adamantyla) as a nonlinear optical material.
mino-5-nitropyridine: AANP)
The components other than the non-linear optical material are conventional technologies (FIG. 10).
Is the same as In the figure, reference numeral 114 denotes an AANP crystal.

【0023】図2はAANPの分子構成および結晶構造
を示した図である(S.Tomaru et.al.,"Nonlinear optic
al properties of 2-adamantylamino-5-nitropyridine
crystals",Appl.Phys.Lett.,58(23),10pp.2583-2585,19
91、および戒能 他:「有機非線形光学結晶の作製−波
長変換への応用−」,NTT R&D,vol.40,No5,199
1参照)。このAANPは、d31=80pm/Vという
高い2次の非線形感受率を有している。図3はAANP
結晶の結晶方位と第2次高調波発生の位相整合波長の関
係を示したものであり、光通信で通常使用されている波
長1.3μm、1.55μm帯の基本光に対して角度位
相整合によりタイプ2位相整合のSFGが可能である。
また現在、間接加熱レーザペデスタル法を用いることで
20mm以上の長さの結晶の作製が可能である(横尾
他:「改良LHPG法による高効率有機非線形光学材料
の位相整合方位単結晶成長」,1994年応用物理学会
春期年会,29p-M-2参照)。
FIG. 2 is a diagram showing the molecular structure and crystal structure of AANP (S. Tomaru et. Al., "Nonlinear optic."
al properties of 2-adamantylamino-5-nitropyridine
crystals ", Appl.Phys.Lett., 58 (23), 10pp.2583-2585,19
91, Kaino, et al .: "Preparation of Organic Nonlinear Optical Crystal-Application to Wavelength Conversion-", NTT R & D, vol.40, No5, 199
1). This AANP has a high second-order nonlinear susceptibility of d 31 = 80 pm / V. Figure 3 is AANP
This figure shows the relationship between the crystal orientation of the crystal and the phase matching wavelength of the second harmonic generation, and the angle phase matching with the 1.3 μm and 1.55 μm band basic light generally used in optical communication. Thus, SFG of type 2 phase matching is possible.
At present, it is possible to produce crystals with a length of 20 mm or more by using the indirect heating laser pedestal method (Yokoo).
Others: "Phase-matched orientation single crystal growth of highly efficient organic nonlinear optical material by modified LHPG method," Applied Physics Society Spring Meeting, 1994, 29p-M-2).

【0024】図4は長さ2mmのAANP結晶のタイプ
2位相整合のSFG変換効率の被測定光波長依存性を示
したものである。このときサンプリング光の波長は15
36nmと固定であった。図を見てわかるように、AA
NP結晶は1535〜1580nmの広波長領域での変
換効率10-4-1以上の高効率のSFGが可能である。
この値は従来のKTP結晶より1桁高い値である。この
波長領域は現在の1.55μm帯の光通信方式に十分適
用できるものである。従って、このAANPを用いるこ
とにより1.55μm帯で高効率のタイプ2位相整合の
SFGが可能となり、図1(A)に示す光増幅器一段の
みでサンプリング光を増幅する構成においても、一サン
プリング当りのSN比は33dB以上となり、光波形測
定に十分高いSN比が得られる。
FIG. 4 shows the dependence of the SFG conversion efficiency of the type 2 phase matching of the AANP crystal having a length of 2 mm on the light wavelength to be measured. At this time, the wavelength of the sampling light is 15
It was fixed at 36 nm. As you can see from the figure, AA
The NP crystal is capable of high-efficiency SFG with a conversion efficiency of 10 −4 W −1 or more in a wide wavelength region of 1535 to 1580 nm.
This value is one digit higher than the conventional KTP crystal. This wavelength region can be sufficiently applied to the current 1.55 μm band optical communication system. Therefore, by using this AANP, it is possible to perform high-efficiency type 2 phase-matching SFG in the 1.55 μm band. Even in the configuration in which the sampling light is amplified by only one optical amplifier shown in FIG. Is 33 dB or more, and a sufficiently high SN ratio is obtained for optical waveform measurement.

【0025】さらに、長さ10mm以上のAANP結晶
を用いて入射角度を最適化することにより、2×10-3
-1以上のSFG変換効率が可能である。このAANP
結晶を用いることにより、被測定光のピークパワーが1
0mW以上あれば、図1(B)に示すように被測定光を
増幅しない構成(サンプリング光パワー10W、被測定
光パワー400mW)でも30dB以上のSN比が得ら
れるため、従来より構成が簡略化できる。
Further, by optimizing the incident angle using an AANP crystal having a length of 10 mm or more, 2 × 10 -3
SFG conversion efficiency of W −1 or more is possible. This AANP
By using a crystal, the peak power of the light to be measured is 1
If the power is 0 mW or more, an SN ratio of 30 dB or more can be obtained even in a configuration in which the measured light is not amplified (sampling light power 10 W, measured light power 400 mW) as shown in FIG. it can.

【0026】また、このAANP結晶は波長1.3μm
帯では1.55μm帯よりさらに1桁程度高い変換効率
が可能であり、より高いSN比の光波形測定が可能であ
る。即ち、非線形光学材料としてAANP結晶を用いる
ことにより、光通信で使用される1.3μm帯および
1.55μm帯で、高効率のタイプ2位相整合のSFG
が可能となり、サンプリング値のSN比を従来より大幅
に改善することができる。これにより、従来アイパター
ン測定において複数必要であったサンプリング光用の光
増幅器を1台に削減することが可能である。さらに被測
定光用の光増幅器も削減可能である。
The AANP crystal has a wavelength of 1.3 μm.
In the band, a conversion efficiency higher by about one digit than that in the 1.55 μm band is possible, and an optical waveform measurement with a higher SN ratio is possible. That is, by using an AANP crystal as a nonlinear optical material, a high-efficiency type 2 phase-matched SFG in 1.3 μm band and 1.55 μm band used in optical communication is used.
Is possible, and the S / N ratio of the sampling value can be significantly improved compared to the conventional case. As a result, it is possible to reduce the number of optical amplifiers for sampling light required to be plural in the conventional eye pattern measurement to one. Further, the number of optical amplifiers for the light to be measured can be reduced.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光サンプ
リング光波形測定法は、繰り返しを有する被測定光(光
周波数νsig)よりパルス幅の狭いサンプリング光パル
ス列(光周波数νsam)を発生するサンプリング光発生
部と、被測定光とサンプリング光を合波する結合部と、
被測定光に対してサンプリング光の遅延を掃引する遅延
掃引手段と、被測定光信号とサンプリング光の相互相関
信号として和周波数光(光周波数νsfg=νsig+νsa
m)を発生する非線形光学材料の有機非線形光学結晶2
−アダマンチルアミノ−5−ニトロピリジン(2-adaman
tylamino-5-nitropyridine:AANP)と、発生した和周波
数光を検出して電気信号に変換する光検出器と、電気信
号を処理して被測定光パルス波形を表示する電気処理系
を備えた光サンプリング光波形測定装置を用いる光サン
プリング光波形測定法において、波長1535〜158
0nmの光を前記被測定光として用いることにより、光
通信の波長帯域において、高効率のタイプ2位相整合S
FGが可能となり、サンプリング値のSN比を従来より
大幅に改善することができるため、光増幅器一段でサン
プリング光を増幅するだけで伝送波形を評価するのに必
要なマーク・スペースの波形を表すアイパターン測定が
可能となる。従って、構成の簡略化および大幅な低コス
ト化が実現できる等効果が大きい。
As described above, the optical sump of the present invention is
The ring light waveform measurement method uses a light to be measured (light
Sampling optical pulse with narrower pulse width than frequency νsig)
Generation of sampling light to generate a light train (optical frequency vsam)
Unit, a coupling unit that combines the measured light and the sampling light,
Delay that sweeps the delay of the sampling light with respect to the measured light
Sweep means and cross-correlation between optical signal under measurement and sampling light
Sum frequency light (optical frequency vsfg = vsig + vsa) as a signal
m) An organic nonlinear optical crystal 2 of a nonlinear optical material that generates
-Adamantylamino-5-nitropyridine (2-adaman
tylamino-5-nitropyridine: AANP) and the generated sum frequency
A photodetector that detects several light beams and converts them into an electrical signal;
Processing system that processes the signal and displays the measured optical pulse waveform
Optical sampling using an optical sampling optical waveform measuring device equipped with
In the pulling light waveform measurement method, the wavelength is 1535 to 158.
By using 0 nm light as the light to be measured , a highly efficient type 2 phase matching S
Since FG becomes possible and the S / N ratio of the sampling value can be greatly improved compared to the conventional one, an eye representing a mark space waveform necessary for evaluating a transmission waveform only by amplifying the sampling light in one stage of the optical amplifier is provided. Pattern measurement becomes possible. Therefore, there are great effects such as simplification of the configuration and significant cost reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の光サンプリング光波形測定法に用い
られる光サンプリング光波形測定装置の構成図である。
FIG. 1 is used in the optical sampling optical waveform measurement method of the present invention.
1 is a configuration diagram of an optical sampling optical waveform measurement device to be used.

【図2】 非線形光学結晶AANPの分子構造および結
晶構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a molecular structure and a crystal structure of a nonlinear optical crystal AANP.

【図3】 非線形光学結晶AANPの結晶方位と位相整
合波長の関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a crystal orientation of a nonlinear optical crystal AANP and a phase matching wavelength.

【図4】 和周波光発生効率と被測定光波長の関係を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the sum frequency light generation efficiency and the wavelength of the light to be measured.

【図5】 和周波光発生の光周波数と光強度の関係を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an optical frequency of sum frequency light generation and light intensity.

【図6】 従来の光サンプリング光波形測定装置の構成
図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional optical sampling optical waveform measuring device.

【図7】 被測定光波形とサンプリング光波形と相互相
関信号光波形の時間チャート図である。
FIG. 7 is a time chart of an optical waveform to be measured, a sampling optical waveform, and a cross-correlation signal optical waveform.

【図8】 タイプ1、タイプ2位相整合のSFGを説明
する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating SFG of type 1 and type 2 phase matching.

【図9】 被測定光波形とサンプリング光波形と相互相
関信号光波形と平均化光波形の時間チャート図である。
FIG. 9 is a time chart of a measured optical waveform, a sampling optical waveform, a cross-correlation signal optical waveform, and an averaged optical waveform.

【図10】 光増幅器を備えた従来の光サンプリング光
波形測定装置の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional optical sampling optical waveform measurement device including an optical amplifier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・被測定光源、102・・・サンプリング周波数発
振器、103・・・サンプリング光発生器、104、10
5・・・偏光制御器、106・・・結合器、107・・・非線形
光学材料、108・・・光学フィルタ、109・・・光検出
器、110・・・信号処理部、111・・・表示部、112・・
・被測定光用の光増幅器、113、113a、113b・
・・サンプリング光用の光増幅器、114・・・有機非線形
光学結晶AANP
101: light source to be measured, 102: sampling frequency oscillator, 103: sampling light generator, 104, 10
5: polarization controller, 106: coupler, 107: nonlinear optical material, 108: optical filter, 109: photodetector, 110: signal processing unit, 111: Display, 112 ...
.Optical amplifiers for the light to be measured, 113, 113a, 113b
..Optical amplifier for sampling light, 114 ... Organic nonlinear optical crystal AANP

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横尾 篤 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 猿渡 正俊 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−41329(JP,A) 特開 平5−100257(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 11/00 G02F 1/361 H04B 3/46 H04B 10/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Atsushi Yokoo 3-19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Masatoshi Saruwatari 3-19, Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo No. 2 Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-3-41329 (JP, A) JP-A-5-100257 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) G01J 11/00 G02F 1/361 H04B 3/46 H04B 10/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 繰り返しを有する被測定光(光周波数ν
sig)よりパルス幅の狭いサンプリング光パルス列(光
周波数νsam)を発生するサンプリング光発生部と、被
測定光とサンプリング光を合波する結合部と、被測定光
に対してサンプリング光の遅延を掃引する遅延掃引手段
と、被測定光信号とサンプリング光の相互相関信号とし
て和周波数光(光周波数νsfg=νsig+νsam)を発生
する非線形光学材料の有機非線形光学結晶2−アダマン
チルアミノ−5−ニトロピリジン(2-adamantylamino-5
-nitropyridine:AANP)と、発生した和周波数光を検出
して電気信号に変換する光検出器と、電気信号を処理し
て被測定光パルス波形を表示する電気処理系を備えた光
サンプリング光波形測定装置を用いる光サンプリング光
波形測定法において、波長1535〜1580nmの光を前記被測定光として
用いることを特徴とする光サンプリング光波形測定法
1. A light under measurement (optical frequency ν) having repetition
sig) A sampling light generation unit that generates a sampling light pulse train (optical frequency νsam) with a narrower pulse width, a coupling unit that combines the measured light and the sampling light, and sweeps the delay of the sampling light with respect to the measured light Delay sweeping means, and an organic nonlinear optical crystal 2 -adaman of a nonlinear optical material that generates sum frequency light (optical frequency vsfg = vsig + vsam) as a cross-correlation signal between the optical signal to be measured and the sampling light.
Tylamino-5-nitropyridine (2-adamantylamino-5
-nitropyridine: AANP) , an optical detector that detects the generated sum frequency light and converts it into an electrical signal, and an electrical sampling optical waveform that has an electrical processing system that processes the electrical signal and displays the optical pulse waveform to be measured. Optical sampling light using a measuring device
In the waveform measurement method , light having a wavelength of 1535 to 1580 nm is used as the light to be measured.
An optical sampling optical waveform measurement method characterized by using:
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