JP3239925B2 - 光サンプリング光波形測定装置 - Google Patents
光サンプリング光波形測定装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等に用いら
れる信号光の波形を、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装置に関する。
れる信号光の波形を、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装置に関する。
【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、この光パルスに比較してパルス幅が十分
に狭いサンプリング光パルスと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
り出す方法である。この光サンプリング光波形測定で
は、被測定光を光領域においてサンプリングできるた
め、超高速光信号の高時間分解能での波形観測の実現が
期待できる。
き光パルスと、この光パルスに比較してパルス幅が十分
に狭いサンプリング光パルスと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
り出す方法である。この光サンプリング光波形測定で
は、被測定光を光領域においてサンプリングできるた
め、超高速光信号の高時間分解能での波形観測の実現が
期待できる。
【０００３】上記光サンプリング光波形測定において、
非線形光学効果としては、２次の非線形光学効果の一つ
である和周波光発生（ＳＦＧ：Sum Frequency Generati
on）（参考文献［１］：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,No.8,pp.372-38
0、1992年）や３次の非線形光学効果である４光波混合
（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）等（参考文献［２］：P.
A.Andrekson,Electron.Lett.27,1440、1991年）が利用
されている。
非線形光学効果としては、２次の非線形光学効果の一つ
である和周波光発生（ＳＦＧ：Sum Frequency Generati
on）（参考文献［１］：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,No.8,pp.372-38
0、1992年）や３次の非線形光学効果である４光波混合
（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）等（参考文献［２］：P.
A.Andrekson,Electron.Lett.27,1440、1991年）が利用
されている。
【０００４】図６（ａ），図６（ｂ）はそれぞれＳＦ
Ｇ、ＦＷＭ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 、νsin 、νsfg 、νfwm 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
光周波数、ＦＷＭ光周波数である。Ｐsam 、Ｐsin 、Ｐ
sfg 、Ｐfwm 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、ＦＷＭ光強度である。図６（ａ）
に示されるように、光周波数ｆsig の被測定光と光周波
数νsam のサンプリング光の２つの光波を２次の非線形
光学材料(第１の非線形光学材料)に入射すると、両者の
和の光周波数νsfg ＝νsin ＋νsam の光が発生する。
この現象がＳＦＧである。
Ｇ、ＦＷＭ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 、νsin 、νsfg 、νfwm 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
光周波数、ＦＷＭ光周波数である。Ｐsam 、Ｐsin 、Ｐ
sfg 、Ｐfwm 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、ＦＷＭ光強度である。図６（ａ）
に示されるように、光周波数ｆsig の被測定光と光周波
数νsam のサンプリング光の２つの光波を２次の非線形
光学材料(第１の非線形光学材料)に入射すると、両者の
和の光周波数νsfg ＝νsin ＋νsam の光が発生する。
この現象がＳＦＧである。
【０００５】これに対して、ＦＷＭとは、一般に３つの
入射光（光周波数ν1 ，ν2 ，ν3）により新たな光
（光周波数ν4 ＝ν1 ＋ν2 −ν3 ）が発生する現象で
ある。ただし、光サンプリングに応用する場合、３種類
の光を用いるのは構成が複雑になるので、通常、２つの
光波が縮退（ν1 ＝ν2 ）したＦＷＭを利用する。つま
り、光周波数ν1 ，ν2 の光としてサンプリング光周波
数νsam の光を入射し、光周波数ν3 の光として被測定
光周波数νsig を入射することにより、図６（ｂ）に示
されるように、光周波数νfwm （ただし、νfwm ＝２ν
sam −νsig ）のＦＷＭ光が発生する。上記第１の非線
形光学材料として、ＳＦＧにおいては主にＫＴＰ等の強
誘電体結晶、ＦＷＭにおいては光ファイバ等の石英系光
導波路が用いられる。
入射光（光周波数ν1 ，ν2 ，ν3）により新たな光
（光周波数ν4 ＝ν1 ＋ν2 −ν3 ）が発生する現象で
ある。ただし、光サンプリングに応用する場合、３種類
の光を用いるのは構成が複雑になるので、通常、２つの
光波が縮退（ν1 ＝ν2 ）したＦＷＭを利用する。つま
り、光周波数ν1 ，ν2 の光としてサンプリング光周波
数νsam の光を入射し、光周波数ν3 の光として被測定
光周波数νsig を入射することにより、図６（ｂ）に示
されるように、光周波数νfwm （ただし、νfwm ＝２ν
sam −νsig ）のＦＷＭ光が発生する。上記第１の非線
形光学材料として、ＳＦＧにおいては主にＫＴＰ等の強
誘電体結晶、ＦＷＭにおいては光ファイバ等の石英系光
導波路が用いられる。
【０００６】図７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一構成例を示す図であ
り（参考文献［３］：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）、
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。
光サンプリング光波形測定装置の一構成例を示す図であ
り（参考文献［３］：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）、
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。
【０００７】図７において、１は外部装置としての被測
定光源、２はサンプリング光発生部、３および４はそれ
ぞれ偏光制御器、５は結合器、６は非線形光学材料、７
は光学フィルタ、８は検出器、９は信号処理部、１０は
表示部である。一般にＳＦＧやＦＷＭ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。したがっ
て、図７に示される光サンプリング光波形測定装置にお
いては、被測定光源１からの周波数ｆ0 の被測定光、お
よびサンプリング光発生部２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４および３
に導き、各光パルスの偏光状態を非線形光学材料６に対
して最適状態に調整した後、結合部５で合波している。
定光源、２はサンプリング光発生部、３および４はそれ
ぞれ偏光制御器、５は結合器、６は非線形光学材料、７
は光学フィルタ、８は検出器、９は信号処理部、１０は
表示部である。一般にＳＦＧやＦＷＭ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。したがっ
て、図７に示される光サンプリング光波形測定装置にお
いては、被測定光源１からの周波数ｆ0 の被測定光、お
よびサンプリング光発生部２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４および３
に導き、各光パルスの偏光状態を非線形光学材料６に対
して最適状態に調整した後、結合部５で合波している。
【０００８】さらに、上記装置においては、合波された
２光を非線形光学材料６へ入射して相互相関信号である
和周波光またはＦＷＭ光（繰り返し周波数ｆ0 ／Ｎ−△
ｆ）を得るようにしている。ここで、和周波光やＦＷＭ
光の相互相関信号のレベルに比べて、その他の背景光
（被測定光、サンプリング光、被測定光の第２次高調波
（光周波数２νsig ）、サンプリング光の第２次高調波
（光周波数２νsam ）等）のレベルが無視しえない場合
には、光学フィルタ（光学バンドパスフィルタ）８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、この相互相関信号を光検出器８で受光し
て電気信号に変換し、信号処理部９で適切な信号処理を
施し、表示部１０において光波形を表示する。
２光を非線形光学材料６へ入射して相互相関信号である
和周波光またはＦＷＭ光（繰り返し周波数ｆ0 ／Ｎ−△
ｆ）を得るようにしている。ここで、和周波光やＦＷＭ
光の相互相関信号のレベルに比べて、その他の背景光
（被測定光、サンプリング光、被測定光の第２次高調波
（光周波数２νsig ）、サンプリング光の第２次高調波
（光周波数２νsam ）等）のレベルが無視しえない場合
には、光学フィルタ（光学バンドパスフィルタ）８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、この相互相関信号を光検出器８で受光し
て電気信号に変換し、信号処理部９で適切な信号処理を
施し、表示部１０において光波形を表示する。
【０００９】ここで、上述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８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１（ｆ0 ／Ｎ［Ｈｚ］）よりも△ｆ［Ｈ
ｚ］だけ低く（または高く）することによって、（Ｃ）
のような相関信号波形が得られる。なお、図８において
は、Ｎ＝１の場合の波形が示されている。また、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。
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８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１（ｆ0 ／Ｎ［Ｈｚ］）よりも△ｆ［Ｈ
ｚ］だけ低く（または高く）することによって、（Ｃ）
のような相関信号波形が得られる。なお、図８において
は、Ｎ＝１の場合の波形が示されている。また、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。
【００１０】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７に入射して、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１
０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。fsec程度と極めて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、極めて高い時間分割能で高速光パルス波形の検出が
可能となる。
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７に入射して、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１
０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。fsec程度と極めて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、極めて高い時間分割能で高速光パルス波形の検出が
可能となる。
【００１１】ところで、伝送方式の特性評価の一つに光
波形のアイパタン測定がある。アイパタンとは図９の
（Ｄ）に示されるように、ランダムに変調された光信号
のサンプリング波形を複数重ねて表示したものであり、
このアイパタンの開口度等により光伝送系の特性が評価
できる。従来は、光サンプリング法ではなく、光電変換
素子とサンプリングオシロスコープを用いてアイパタン
測定を行っていたが、時間分解能が光電変換素子の帯域
により１０ｐｓ程度に制限されていた。
波形のアイパタン測定がある。アイパタンとは図９の
（Ｄ）に示されるように、ランダムに変調された光信号
のサンプリング波形を複数重ねて表示したものであり、
このアイパタンの開口度等により光伝送系の特性が評価
できる。従来は、光サンプリング法ではなく、光電変換
素子とサンプリングオシロスコープを用いてアイパタン
測定を行っていたが、時間分解能が光電変換素子の帯域
により１０ｐｓ程度に制限されていた。
【００１２】ここで、図９を参照して光サンプリングに
よるアイパタン測定の原理を説明する。まず、ランダム
に変調された光信号（図９の（Ａ））をサンプリング光
（図９の（Ｂ））により光段でサンプリングして相互相
関信号光パルス（図９の（Ｃ））が得られる。次に、複
数の波形（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を同一画面上に重ねてプ
ロットする事により、図９の（Ｄ）に示されるようなア
イパタンを測定できる。
よるアイパタン測定の原理を説明する。まず、ランダム
に変調された光信号（図９の（Ａ））をサンプリング光
（図９の（Ｂ））により光段でサンプリングして相互相
関信号光パルス（図９の（Ｃ））が得られる。次に、複
数の波形（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を同一画面上に重ねてプ
ロットする事により、図９の（Ｄ）に示されるようなア
イパタンを測定できる。
【００１３】光サンプリングによるアイパタン測定を実
現するには、個々のサンプリング値（図９の（Ｃ）のａ
〜ｐ）を確定するために、個々の相互相関信号光パルス
を隣接パルスとの干渉無しに光電変換する必要がある。
そのため、相互相関信号光パルスの繰り返し周波数（す
なわち、サンプリング光パルスの繰り返し周波数ｆ0／
Ｎ−△ｆ［Ｈｚ］）を受光系の帯域Ｂ以下に設定する必
要がある。
現するには、個々のサンプリング値（図９の（Ｃ）のａ
〜ｐ）を確定するために、個々の相互相関信号光パルス
を隣接パルスとの干渉無しに光電変換する必要がある。
そのため、相互相関信号光パルスの繰り返し周波数（す
なわち、サンプリング光パルスの繰り返し周波数ｆ0／
Ｎ−△ｆ［Ｈｚ］）を受光系の帯域Ｂ以下に設定する必
要がある。
【００１４】通常、上記受光系の帯域Ｂは後段の電気信
号処理部の処理速度により１０ＭＨｚ程度が上限とな
る。従って、光サンプリング光波形測定装置でアイパタ
ン測定を行うためには、サンプリング光発生部において
１０ＭＨｚ以下の繰り返し周波数で超短光パルス列を発
生させることが必要となる。
号処理部の処理速度により１０ＭＨｚ程度が上限とな
る。従って、光サンプリング光波形測定装置でアイパタ
ン測定を行うためには、サンプリング光発生部において
１０ＭＨｚ以下の繰り返し周波数で超短光パルス列を発
生させることが必要となる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来使
用していたサンプリング光発生法では、上記のような低
繰り返し周波数で、低ジッタかつパルス幅の狭い光パル
ス列を発生させることが困難であり、その結果、高時間
分割能の光波形測定を実現できないという問題があっ
た。
用していたサンプリング光発生法では、上記のような低
繰り返し周波数で、低ジッタかつパルス幅の狭い光パル
ス列を発生させることが困難であり、その結果、高時間
分割能の光波形測定を実現できないという問題があっ
た。
【００１６】ところで、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は
従来主に用いられている短パルス発生技術を説明するた
めの図であり、それぞれリング共振器型モード同期レー
ザ（参考文献［４］：Takara et al.,Electron.Lett.,2
9,p1075 (1993)）、ファブリペロー共振器型モード同期
レーザ、半導体レーザの利得スイッチング法（参考文献
［５］：Takara et al.,J.Lightwave Technol.,LT-5,p
p.1525-1533(1987)）を示している。
従来主に用いられている短パルス発生技術を説明するた
めの図であり、それぞれリング共振器型モード同期レー
ザ（参考文献［４］：Takara et al.,Electron.Lett.,2
9,p1075 (1993)）、ファブリペロー共振器型モード同期
レーザ、半導体レーザの利得スイッチング法（参考文献
［５］：Takara et al.,J.Lightwave Technol.,LT-5,p
p.1525-1533(1987)）を示している。
【００１７】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）において、３
０は電気増幅器、３１は直流電圧源、３２は光変調器、
３４は光遅延器、３５は光学バンドパルスフィルタ、３
７は光学ミラー（ミラー）、３８は直流電流源、３９は
半導体レーザ、４０はパルス圧縮用分散媒質である。と
ころで、モード同期レーザの増幅媒質としては、希土類
添加光ファイバや半導体レーザ増幅器等が使用される。
モード同期レーザから出力される光パルスのパルス幅は
次の（１）式で与えられる（参考文献［１］）。
０は電気増幅器、３１は直流電圧源、３２は光変調器、
３４は光遅延器、３５は光学バンドパルスフィルタ、３
７は光学ミラー（ミラー）、３８は直流電流源、３９は
半導体レーザ、４０はパルス圧縮用分散媒質である。と
ころで、モード同期レーザの増幅媒質としては、希土類
添加光ファイバや半導体レーザ増幅器等が使用される。
モード同期レーザから出力される光パルスのパルス幅は
次の（１）式で与えられる（参考文献［１］）。
【数１】
【００１８】ここで、ｆm は光変調器駆動周波数、△ｆ
a は光増幅器の帯域である。（１）式から分かるよう
に、パルス幅△Ｔは光変調器駆動周波数ｆm の平方根に
反比例する。通常のモード同期レーザでは、光変調器の
駆動信号として正弦波を用いるため、光変調器駆動周波
数ｆm とパルス繰り返し周波数ｆrep は一致する。した
がって、（１）式の関係により、ｆm が低下するとパル
ス幅が増大する。
a は光増幅器の帯域である。（１）式から分かるよう
に、パルス幅△Ｔは光変調器駆動周波数ｆm の平方根に
反比例する。通常のモード同期レーザでは、光変調器の
駆動信号として正弦波を用いるため、光変調器駆動周波
数ｆm とパルス繰り返し周波数ｆrep は一致する。した
がって、（１）式の関係により、ｆm が低下するとパル
ス幅が増大する。
【００１９】例えば△ｆa ＝５００ＧＨｚとして、上記
のアイパタン測定における受光系および電気信号処理系
の速度よりｆm ＝１０ＭＨｚとすると、△Ｔ＝２００ｐ
ｓ程度となり、光波形測定の時間分解能もこのパルス幅
△Ｔに制限されてしまう。一方、利得スイッチ法は半導
体レーザを１００ｐｓ程度の短パルス電気信号で駆動し
た時の緩和振動を利用する方法であるため、１０ＭＨｚ
以下の低周波の正弦波による駆動では原理的に動作しな
い。すなわち、従来のパルス発生技術を低周波数の正弦
波で駆動する方法では、パルス幅の狭い光パルス列を発
生するのは不可能である。
のアイパタン測定における受光系および電気信号処理系
の速度よりｆm ＝１０ＭＨｚとすると、△Ｔ＝２００ｐ
ｓ程度となり、光波形測定の時間分解能もこのパルス幅
△Ｔに制限されてしまう。一方、利得スイッチ法は半導
体レーザを１００ｐｓ程度の短パルス電気信号で駆動し
た時の緩和振動を利用する方法であるため、１０ＭＨｚ
以下の低周波の正弦波による駆動では原理的に動作しな
い。すなわち、従来のパルス発生技術を低周波数の正弦
波で駆動する方法では、パルス幅の狭い光パルス列を発
生するのは不可能である。
【００２０】図７（Ｂ）は従来のサンプリング光発生部
の構成を示す図である。図７（Ｂ）において、１４−１
はパルス光源出力のピークパワーを増幅する光増幅器、
１５−１は雑音光（光増幅器１４−１で発生したＡＳＥ
（増幅された誘導放出光）等）を除去する光学バンドパ
スフィルタである。従来の光サンプリング光波形装置の
サンプリング光発生部では、上記理由により、被測定光
と同程度の高い周波数ｆ0 −△ｆ（Ｈｚ）でパルス光源
を駆動することによって短光パルスを得ていた。しかし
ながら、その場合、サンプリング周波数が受光系の帯域
および電気信号処理部の速度（周波数）より高くなるた
め、個々のサンプリング値を測定できず、アイパタン測
定を行うことが不可能であった。
の構成を示す図である。図７（Ｂ）において、１４−１
はパルス光源出力のピークパワーを増幅する光増幅器、
１５−１は雑音光（光増幅器１４−１で発生したＡＳＥ
（増幅された誘導放出光）等）を除去する光学バンドパ
スフィルタである。従来の光サンプリング光波形装置の
サンプリング光発生部では、上記理由により、被測定光
と同程度の高い周波数ｆ0 −△ｆ（Ｈｚ）でパルス光源
を駆動することによって短光パルスを得ていた。しかし
ながら、その場合、サンプリング周波数が受光系の帯域
および電気信号処理部の速度（周波数）より高くなるた
め、個々のサンプリング値を測定できず、アイパタン測
定を行うことが不可能であった。
【００２１】一方、従来、低繰り返し周波数で短光パル
スを得る方法として電気パルス信号によりモード同期レ
ーザの光変調器や利得スイッチング法の半導体レーザを
駆動する方法があった。図１１は従来の電気パルス信号
を用いたサンプリング光発生部の構成を示す図であり、
図１２はその動作原理を説明するための図である。図１
１において、２２は短パルス列の電気信号を発生する電
気パルス発生器である。
スを得る方法として電気パルス信号によりモード同期レ
ーザの光変調器や利得スイッチング法の半導体レーザを
駆動する方法があった。図１１は従来の電気パルス信号
を用いたサンプリング光発生部の構成を示す図であり、
図１２はその動作原理を説明するための図である。図１
１において、２２は短パルス列の電気信号を発生する電
気パルス発生器である。
【００２２】図１１および図１２に示される方法は、コ
ムジェネレータやアバランシェトランジスタ等からなる
電気パルス信号発生器を用いる方法である。この電気パ
ルス信号発生器は、繰り返し周波数がＭＨｚオーダーで
パルス幅が１００ｐｓ〜１ｎｓ程度の短パルス電気信号
を発生することができる。この短パルス電気信号を用い
てモード同期レーザの光変調器を駆動すると、等価的に
光変調器駆動周波数ｆm を高くすることができるため、
パルス幅を狭くすることができる。
ムジェネレータやアバランシェトランジスタ等からなる
電気パルス信号発生器を用いる方法である。この電気パ
ルス信号発生器は、繰り返し周波数がＭＨｚオーダーで
パルス幅が１００ｐｓ〜１ｎｓ程度の短パルス電気信号
を発生することができる。この短パルス電気信号を用い
てモード同期レーザの光変調器を駆動すると、等価的に
光変調器駆動周波数ｆm を高くすることができるため、
パルス幅を狭くすることができる。
【００２３】例えば、繰り返し周波数１０ＭＨｚでパル
ス幅１００ｐｓの電気信号を用いた場合、モード同期レ
ーザ出力光パルスの繰り返し周波数はｆrep ＝１０ＭＨ
ｚとなる。また、パルス幅は、等価的な光変調器駆動周
波数がｆm （ただし、ｆm ＝１／１００ｐｓ＝１０ＧＨ
ｚ）となるため、（１）式より、△Ｔ＝６ｐｓ程度とな
る。したがって、この方法によれば、低繰り返しで短光
パルス列を発生することができる。
ス幅１００ｐｓの電気信号を用いた場合、モード同期レ
ーザ出力光パルスの繰り返し周波数はｆrep ＝１０ＭＨ
ｚとなる。また、パルス幅は、等価的な光変調器駆動周
波数がｆm （ただし、ｆm ＝１／１００ｐｓ＝１０ＧＨ
ｚ）となるため、（１）式より、△Ｔ＝６ｐｓ程度とな
る。したがって、この方法によれば、低繰り返しで短光
パルス列を発生することができる。
【００２４】しかしながら、これらのパルス電気信号発
生器は、ジッタが１０ｐｓ以上と大きく、その結果発生
する光パルスにも同程度のジッタが生じてしまう。その
ため、時間分解能がこのジッタ値で制限されてしまい、
高時間分解能の光波形測定が困難であるという欠点があ
った。本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであ
り、低パルス繰り返しで超短パルス幅かつ低ジッタのサ
ンプリング光パルス列を発生させることにより、高時間
分解能のアイパタン測定を可能とする光サンプリング光
波形測定装置を提供することを目的とする。
生器は、ジッタが１０ｐｓ以上と大きく、その結果発生
する光パルスにも同程度のジッタが生じてしまう。その
ため、時間分解能がこのジッタ値で制限されてしまい、
高時間分解能の光波形測定が困難であるという欠点があ
った。本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであ
り、低パルス繰り返しで超短パルス幅かつ低ジッタのサ
ンプリング光パルス列を発生させることにより、高時間
分解能のアイパタン測定を可能とする光サンプリング光
波形測定装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光周波数νsigの繰り返しを有する被測定光に基づいて
光周波数νsamで被測定光よりパルス幅の狭いサンプリ
ング光パルス列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の偏光をそれぞれ制御する第
１、第２の偏光制御器と、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信号発生部と、被測定光とサンプリ
ング光パルスの相互相関信号として光周波数νsfg（た
だしνsfg＝νsig＋νsam）となる両光の和周波数光ま
たは光周波数νfwm（ただしνfwm＝２νsam−νsig）と
なる四光波混合光を発生する第１の非線形光学材料と、
発生した相互相関信号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波形測定装
置において、ｆ0 を被測定光繰り返し周波数、Ｍ，Ｎを
自然数、△ｆをオフセット周波数とした場合に、前記遅
延信号発生部として周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）で発振す
る発振器を用い、前記サンプリング光発生部が、該発振
器の出力に基づいて繰り返し周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）
の光パルス列を発生するパルス光源と、該発振器の出力
を１／（ＮＭ）に分周する分周器と、該分周器の出力に
基づいて繰り返し周波数ｆ0 ／Ｎ−△ｆの電気パルス列
を発生する電気パルス発生器と、該電気パルス列により
該光パルス列を繰り返し周波数ｆ0 ／Ｎ−△ｆの光パル
ス列に分周する光ゲートスイッチとからなることを特徴
としている。
光周波数νsigの繰り返しを有する被測定光に基づいて
光周波数νsamで被測定光よりパルス幅の狭いサンプリ
ング光パルス列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の偏光をそれぞれ制御する第
１、第２の偏光制御器と、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信号発生部と、被測定光とサンプリ
ング光パルスの相互相関信号として光周波数νsfg（た
だしνsfg＝νsig＋νsam）となる両光の和周波数光ま
たは光周波数νfwm（ただしνfwm＝２νsam−νsig）と
なる四光波混合光を発生する第１の非線形光学材料と、
発生した相互相関信号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波形測定装
置において、ｆ0 を被測定光繰り返し周波数、Ｍ，Ｎを
自然数、△ｆをオフセット周波数とした場合に、前記遅
延信号発生部として周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）で発振す
る発振器を用い、前記サンプリング光発生部が、該発振
器の出力に基づいて繰り返し周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）
の光パルス列を発生するパルス光源と、該発振器の出力
を１／（ＮＭ）に分周する分周器と、該分周器の出力に
基づいて繰り返し周波数ｆ0 ／Ｎ−△ｆの電気パルス列
を発生する電気パルス発生器と、該電気パルス列により
該光パルス列を繰り返し周波数ｆ0 ／Ｎ−△ｆの光パル
ス列に分周する光ゲートスイッチとからなることを特徴
としている。
【００２６】請求項２記載の発明は、請求項１記載のも
のにおいて、前記パルス光源と前記結合部の間に、入射
光パルスを広帯域スペクトルを有するスーパーコンティ
ニュアム光パルスへ変換する第２の非線形光学材料と、
該スーパーコンティニュアム光パルスから所望の中心波
長とスペクトルバンド幅の光パルスを選択する光学バン
ドパスフィルタと、該光パルスが有するチャーピングを
補償するチャーピング補償器とを備えることを特徴とし
ている。請求項３記載の発明は、請求項２記載のものに
おいて、前記光学バンドパスフィルタの後部に光増幅器
を配することを特徴としている。請求項４記載の発明
は、請求項３記載のものにおいて、前記光増幅器の後段
に、該光増幅器によって増幅された光パルスと同一の中
心波長であるとともに増幅された光パルスのスペクトル
バンド幅より広いバンド幅の光学バンドパスフィルタを
配することを特徴としている。
のにおいて、前記パルス光源と前記結合部の間に、入射
光パルスを広帯域スペクトルを有するスーパーコンティ
ニュアム光パルスへ変換する第２の非線形光学材料と、
該スーパーコンティニュアム光パルスから所望の中心波
長とスペクトルバンド幅の光パルスを選択する光学バン
ドパスフィルタと、該光パルスが有するチャーピングを
補償するチャーピング補償器とを備えることを特徴とし
ている。請求項３記載の発明は、請求項２記載のものに
おいて、前記光学バンドパスフィルタの後部に光増幅器
を配することを特徴としている。請求項４記載の発明
は、請求項３記載のものにおいて、前記光増幅器の後段
に、該光増幅器によって増幅された光パルスと同一の中
心波長であるとともに増幅された光パルスのスペクトル
バンド幅より広いバンド幅の光学バンドパスフィルタを
配することを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施
形態による光サンプリング光波形測定装置のサンプリン
グ光パルス発生部の構成を示す図である。なお、本実施
形態による光サンプリング光波形測定装置が従来のもの
と異なる点は、図１に示されるサンプリング光パルス発
生部のみである。
実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施
形態による光サンプリング光波形測定装置のサンプリン
グ光パルス発生部の構成を示す図である。なお、本実施
形態による光サンプリング光波形測定装置が従来のもの
と異なる点は、図１に示されるサンプリング光パルス発
生部のみである。
【００２８】図１において、１４−１，１４−２はそれ
ぞれ第１、第２の光増幅器、１５−１，１５−２はそれ
ぞれ第１、第２の光フィルタ、２１は発振器出力の周波
数を１／（Ｍ／Ｎ）に分周する分周器、２２は電気パル
ス発生器、２３は光ゲートスイッチである。パルス光源
１３としては、従来の技術で述べたモード同期レーザや
利得スイッチング半導体レーザ等を使用できる。光増幅
器１４−１，１４−２としては、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を使用でき
る。
ぞれ第１、第２の光増幅器、１５−１，１５−２はそれ
ぞれ第１、第２の光フィルタ、２１は発振器出力の周波
数を１／（Ｍ／Ｎ）に分周する分周器、２２は電気パル
ス発生器、２３は光ゲートスイッチである。パルス光源
１３としては、従来の技術で述べたモード同期レーザや
利得スイッチング半導体レーザ等を使用できる。光増幅
器１４−１，１４−２としては、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を使用でき
る。
【００２９】電気パルス発生器２２としては、従来の技
術で述べたコムジェネレータやアバランシェトランジス
タ等が使用できる。光ゲートスイッチとしては、ＬｉＮ
ｂＯ3 等の電気光学効果を有する材料を利用した光強度
変調器や、半導体材料の電流注入による誘導放出を利用
した半導体レーザ増幅器や、半導体材料の印加電圧に対
する非線形吸収特性を利用した電界吸収型光変調器等を
使用することができる。
術で述べたコムジェネレータやアバランシェトランジス
タ等が使用できる。光ゲートスイッチとしては、ＬｉＮ
ｂＯ3 等の電気光学効果を有する材料を利用した光強度
変調器や、半導体材料の電流注入による誘導放出を利用
した半導体レーザ増幅器や、半導体材料の印加電圧に対
する非線形吸収特性を利用した電界吸収型光変調器等を
使用することができる。
【００３０】本実施形態による光サンプリング光波形測
定装置は、サンプリング光パルス発生部において、光繰
り返し周波数で発生させた光パルス列を光ゲートスイッ
チを用いて低繰り返し周波数の光パルス列に分周する機
能を有する。その他の構成は、従来の技術において述べ
たものと同様である。図２は、図１に示されるサンプリ
ング光パルス発生部の動作原理を説明するための図であ
る。発振器１１から発生された周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△
ｆ）の正弦波（図２の（ア））の一部を分岐してパルス
光源１３を駆動すると、同じ繰り返し周波数のパルス列
が発生する（図２の（イ））。発生する光パルスのパル
ス幅は、（１）式より、駆動周波数を高くするほど狭く
なる。
定装置は、サンプリング光パルス発生部において、光繰
り返し周波数で発生させた光パルス列を光ゲートスイッ
チを用いて低繰り返し周波数の光パルス列に分周する機
能を有する。その他の構成は、従来の技術において述べ
たものと同様である。図２は、図１に示されるサンプリ
ング光パルス発生部の動作原理を説明するための図であ
る。発振器１１から発生された周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△
ｆ）の正弦波（図２の（ア））の一部を分岐してパルス
光源１３を駆動すると、同じ繰り返し周波数のパルス列
が発生する（図２の（イ））。発生する光パルスのパル
ス幅は、（１）式より、駆動周波数を高くするほど狭く
なる。
【００３１】例えば、被測定光の繰り返し周波数ｆ0 が
１０ＧＨｚの時、Ｍ＝１とし、発振器よりＭ（ｆ0 −Ｎ
△ｆ）〜１０ＧＨｚの正弦波を発生させてパルス光源を
駆動すると、（１）式より、約６ｐｓの短光パルスが得
られる。さらに、Ｍ＝２とし、Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）〜２
０ＧＨｚの正弦波でパルス光源を駆動すると、約４ｐｓ
の短光パルスが得られる。パルス光源出力は第１の光増
幅器１４−１で増幅して光ゲートスイッチ２３に入射さ
れる。一方、分岐された発振器出力の他方は分周回路２
１により周波数を１／（Ｍ・Ｎ）に分周される。この分
周された低周波数ｆ0 −Ｎ△ｆの電気信号によって電気
パルス発生器２２を駆動することにより、繰り返し周波
数ｆ0 −Ｎ△ｆ、パルス幅１００ｐｓ〜１ｎｓの電気パ
ルス列が発生する（図２の（ウ））。
１０ＧＨｚの時、Ｍ＝１とし、発振器よりＭ（ｆ0 −Ｎ
△ｆ）〜１０ＧＨｚの正弦波を発生させてパルス光源を
駆動すると、（１）式より、約６ｐｓの短光パルスが得
られる。さらに、Ｍ＝２とし、Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）〜２
０ＧＨｚの正弦波でパルス光源を駆動すると、約４ｐｓ
の短光パルスが得られる。パルス光源出力は第１の光増
幅器１４−１で増幅して光ゲートスイッチ２３に入射さ
れる。一方、分岐された発振器出力の他方は分周回路２
１により周波数を１／（Ｍ・Ｎ）に分周される。この分
周された低周波数ｆ0 −Ｎ△ｆの電気信号によって電気
パルス発生器２２を駆動することにより、繰り返し周波
数ｆ0 −Ｎ△ｆ、パルス幅１００ｐｓ〜１ｎｓの電気パ
ルス列が発生する（図２の（ウ））。
【００３２】この電気パルス信号によって光パルス列と
タイミングをあわせて光ゲートスイッチ２３を駆動する
ことにより、繰り返し周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）の光パ
ルス列が低繰り返し周波数ｆ0 −Ｎ△ｆの光パルス列に
分周される（図２の（エ））。このとき、電気パルス信
号はジッタを含んでいるが、図２の（ウ）に示されるよ
うに、電気パルス信号の中心付近で光パルスをゲーティ
ングすることにより、このジッタの影響を受けずに分周
することができる。
タイミングをあわせて光ゲートスイッチ２３を駆動する
ことにより、繰り返し周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）の光パ
ルス列が低繰り返し周波数ｆ0 −Ｎ△ｆの光パルス列に
分周される（図２の（エ））。このとき、電気パルス信
号はジッタを含んでいるが、図２の（ウ）に示されるよ
うに、電気パルス信号の中心付近で光パルスをゲーティ
ングすることにより、このジッタの影響を受けずに分周
することができる。
【００３３】その後、光ゲートスイッチ２３の出力光が
第２の光増幅器１４−２で増幅され、サンプリング光パ
ルスとして使用される。ここで、光増幅器１４−１，１
４−２内で発生したＡＳＥ（増幅された誘導放出光）等
の雑音光が無視し得ないレベルであれば、図１に示され
るように、光フィルタ１５−１，１５−２を挿入しても
良い。また第１の光増幅器１４−１または第２の光増幅
器１４−２またはその両方が無くても、サンプリング光
パルスが後段の相互相関信号発生に十分なピークパワー
を有している場合には、これらを省略してもよい。
第２の光増幅器１４−２で増幅され、サンプリング光パ
ルスとして使用される。ここで、光増幅器１４−１，１
４−２内で発生したＡＳＥ（増幅された誘導放出光）等
の雑音光が無視し得ないレベルであれば、図１に示され
るように、光フィルタ１５−１，１５−２を挿入しても
良い。また第１の光増幅器１４−１または第２の光増幅
器１４−２またはその両方が無くても、サンプリング光
パルスが後段の相互相関信号発生に十分なピークパワー
を有している場合には、これらを省略してもよい。
【００３４】以上説明したように、本実施形態による光
サンプリング光波形測定装置のサンプリング光パルス発
生部を用いることにより、低繰り返し周波数で低ジッタ
の超短サンプリング光パルス列を得ることができる。従
って、本実施形態による光サンプリング光波形測定装置
を用いることにより、高時間分解能のアイパタン測定が
可能となる。
サンプリング光波形測定装置のサンプリング光パルス発
生部を用いることにより、低繰り返し周波数で低ジッタ
の超短サンプリング光パルス列を得ることができる。従
って、本実施形態による光サンプリング光波形測定装置
を用いることにより、高時間分解能のアイパタン測定が
可能となる。
【００３５】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図３は本発明の第２の実施形態による光サンプ
リング光波形測定装置のサンプリング光パルス発生部の
構成を示す図である。本実施形態による光サンプリング
光波形測定装置は、図３に示されたサンプリング光パル
ス発生部を除いて、従来の技術と同様の構成を有する。
明する。図３は本発明の第２の実施形態による光サンプ
リング光波形測定装置のサンプリング光パルス発生部の
構成を示す図である。本実施形態による光サンプリング
光波形測定装置は、図３に示されたサンプリング光パル
ス発生部を除いて、従来の技術と同様の構成を有する。
【００３６】図３において、２４はスーパーコンティニ
ュアム（supercontinuum，以後ＳＣと称す）発生用非線
形光学材料、２５は分散補償器、２６は波長選択用光学
バンドパスフィルタ（波長選択用バンドパスフィルタ）
である。ＳＣ発生用非線形光学材料２４としては、光フ
ァイバ等の石英系光導波路、半導体導波路、有機結晶ま
たは有機導波路等を使用できる。また、分散補償器２５
としては、光ファイバやプレーナ光波回路（ＰＬＣ）等
の石英系光導波路や半導体導波路または回折格子対また
はプリズム対またはGires-Tournois干渉系等を使用でき
る。
ュアム（supercontinuum，以後ＳＣと称す）発生用非線
形光学材料、２５は分散補償器、２６は波長選択用光学
バンドパスフィルタ（波長選択用バンドパスフィルタ）
である。ＳＣ発生用非線形光学材料２４としては、光フ
ァイバ等の石英系光導波路、半導体導波路、有機結晶ま
たは有機導波路等を使用できる。また、分散補償器２５
としては、光ファイバやプレーナ光波回路（ＰＬＣ）等
の石英系光導波路や半導体導波路または回折格子対また
はプリズム対またはGires-Tournois干渉系等を使用でき
る。
【００３７】パルス光源１３で発生した励起光パルス列
（図４の（ク））は、第１の光増幅器１４−１で増幅さ
れた後、ＳＣ発生用非線形光学材料２４に入射する。こ
のとき、励起光の波長λpumpとＳＣ発生用非線形光学材
料２４の零分散波長が近くなるように設定し、励起光パ
ルスのピークパワーを十分高く（１Ｗ以上）なるように
増幅すると、ＳＣ発生用非線形光学材料２４内で励起光
パルスからＳＣ光への変換が起きる（参考文献：T.Mori
oka et al.,"Nearly penelty-free,4ps supercontinuum
WDM pulse generation for Tbit/s TDM-WDM network",
OFC94,PD21,1994）。
（図４の（ク））は、第１の光増幅器１４−１で増幅さ
れた後、ＳＣ発生用非線形光学材料２４に入射する。こ
のとき、励起光の波長λpumpとＳＣ発生用非線形光学材
料２４の零分散波長が近くなるように設定し、励起光パ
ルスのピークパワーを十分高く（１Ｗ以上）なるように
増幅すると、ＳＣ発生用非線形光学材料２４内で励起光
パルスからＳＣ光への変換が起きる（参考文献：T.Mori
oka et al.,"Nearly penelty-free,4ps supercontinuum
WDM pulse generation for Tbit/s TDM-WDM network",
OFC94,PD21,1994）。
【００３８】このＳＣ光は図４の（ケ）に示したように
２００ｎｍ以上の広波長域のスペクトル幅を有した光パ
ルス列である。このとき、ＳＣ光がＳＣ発生用非線形光
学材料２４の分散特性の影響でチャーピング（光パルス
内で時間的に光周波数が異なること）を有する場合に
は、分散補償器２５を用いてこのチャーピングを制御し
てチャーピングを制御し、チャーピングの無い光パルス
列にする（図４（コ））。ＳＣ発生用非線形光学材料２
４直後でチャーピングの無いＳＣ光が得られる場合に
は、分散補償器２５は不要である。
２００ｎｍ以上の広波長域のスペクトル幅を有した光パ
ルス列である。このとき、ＳＣ光がＳＣ発生用非線形光
学材料２４の分散特性の影響でチャーピング（光パルス
内で時間的に光周波数が異なること）を有する場合に
は、分散補償器２５を用いてこのチャーピングを制御し
てチャーピングを制御し、チャーピングの無い光パルス
列にする（図４（コ））。ＳＣ発生用非線形光学材料２
４直後でチャーピングの無いＳＣ光が得られる場合に
は、分散補償器２５は不要である。
【００３９】次に、波長選択用バンドパスフィルタ２６
によって所望の波長λsam （光周波数ｆsam ）のＳＣ光
が切り取られ（図４の（サ））、第２の光増幅器１４−
２で増幅される。その後、前述した第１の実施形態と同
様に、繰り返し周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）のＳＣ光パル
ス列が光ゲートスイッチ２３によって、低繰り返し周波
数ｆ0 −Ｎ△ｆの光パルス列に分周される。その後、ゲ
ートスイッチ２３の出力光が第３の光増幅器１４−３で
増幅され、サンプリング光として使用される。
によって所望の波長λsam （光周波数ｆsam ）のＳＣ光
が切り取られ（図４の（サ））、第２の光増幅器１４−
２で増幅される。その後、前述した第１の実施形態と同
様に、繰り返し周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）のＳＣ光パル
ス列が光ゲートスイッチ２３によって、低繰り返し周波
数ｆ0 −Ｎ△ｆの光パルス列に分周される。その後、ゲ
ートスイッチ２３の出力光が第３の光増幅器１４−３で
増幅され、サンプリング光として使用される。
【００４０】ここで、光増幅器１４−１，１４−２，１
４−３内で発生したＡＳＥ（増幅された誘導放出光）等
の雑音光が無視し得ないレベルであれば、図３で示され
るように光フィルタ１５−１，１５−２，１５−３を挿
入しても良い。また、パルス光源１３の出力光が、後段
のＳＣ光発生に十分なピークパワーを有している場合に
は、当然ながら、第１の光増幅器１４−１を省略するこ
とができる。さらに、第２の光増幅器１４−２または第
３の光増幅器１４−３またはその両方が無くてもサンプ
リング光パルスが後段の相互信号発生に十分なピークパ
ワーを有している場合には、当然ながら、これらを省略
することができる。
４−３内で発生したＡＳＥ（増幅された誘導放出光）等
の雑音光が無視し得ないレベルであれば、図３で示され
るように光フィルタ１５−１，１５−２，１５−３を挿
入しても良い。また、パルス光源１３の出力光が、後段
のＳＣ光発生に十分なピークパワーを有している場合に
は、当然ながら、第１の光増幅器１４−１を省略するこ
とができる。さらに、第２の光増幅器１４−２または第
３の光増幅器１４−３またはその両方が無くてもサンプ
リング光パルスが後段の相互信号発生に十分なピークパ
ワーを有している場合には、当然ながら、これらを省略
することができる。
【００４１】なお、得られたサンプリング光パルスのス
ペクトルバンド幅は、波長選択用バンドパスフィルタ２
６のバンド幅によって決定される。このバンド幅を△
ν、光パルス幅を△ｔとすると、これらの積（時間バン
ド幅積）はフーリエ変換限界値以上となる。すなわち、
次の（２）式が成立する。 △ν・△ｔ ≧ Ａ …… （２）
ペクトルバンド幅は、波長選択用バンドパスフィルタ２
６のバンド幅によって決定される。このバンド幅を△
ν、光パルス幅を△ｔとすると、これらの積（時間バン
ド幅積）はフーリエ変換限界値以上となる。すなわち、
次の（２）式が成立する。 △ν・△ｔ ≧ Ａ …… （２）
【００４２】（２）式において、Ａは光パルスの形状で
決まる値であり、例えばガウシアン（Gausian ）型の場
合にはＡ＝０．４４、sech2 型の場合にはＡ＝０．３１
となる。なお、（２）式で等号が成り立つ場合の光パル
スを特にフーリエ変換限界パルスと呼ぶ。ＳＣ光に関し
ても、チャーピングが無い場合にはフーリエ変換限界パ
ルスが得られる。従って、ＳＣ光のパルス幅≧△ｔは、 △ｔ ＝ Ａ／△ν …… （３） となり、バンド幅△νを増加することにより、パルス幅
の狭い光パルスが得られることが分かる。例えば、△ν
＝６５０ＧＨｚ（波長約５ｎｍ）と設定し、光パルス波
形をガウシアン（Gausian ）型と仮定した場合、第１の
実施形態のサンプリング光源の出力光パルスに比べて、
１／１０程度のパルス幅の超短光パルス（△ｔ＝０．５
ｐｓ）が得られる。また、このＳＣ光パルス（超短光パ
ルス）のジッタは励起する光パルスとほぼ同じ値であ
る。
決まる値であり、例えばガウシアン（Gausian ）型の場
合にはＡ＝０．４４、sech2 型の場合にはＡ＝０．３１
となる。なお、（２）式で等号が成り立つ場合の光パル
スを特にフーリエ変換限界パルスと呼ぶ。ＳＣ光に関し
ても、チャーピングが無い場合にはフーリエ変換限界パ
ルスが得られる。従って、ＳＣ光のパルス幅≧△ｔは、 △ｔ ＝ Ａ／△ν …… （３） となり、バンド幅△νを増加することにより、パルス幅
の狭い光パルスが得られることが分かる。例えば、△ν
＝６５０ＧＨｚ（波長約５ｎｍ）と設定し、光パルス波
形をガウシアン（Gausian ）型と仮定した場合、第１の
実施形態のサンプリング光源の出力光パルスに比べて、
１／１０程度のパルス幅の超短光パルス（△ｔ＝０．５
ｐｓ）が得られる。また、このＳＣ光パルス（超短光パ
ルス）のジッタは励起する光パルスとほぼ同じ値であ
る。
【００４３】以上説明したように、本発明によって低繰
り返し周波数でジッタが極めて少なく第１の実施形態の
ものと比較してさらにパルス幅の狭いサンプリング光パ
ルス列を得ることができる。したがって、本実施形態の
光サンプリング光波形測定装置を用いることにより、さ
らに高時間分解能（フェムト秒領域）のアイパタン測定
が可能となる。
り返し周波数でジッタが極めて少なく第１の実施形態の
ものと比較してさらにパルス幅の狭いサンプリング光パ
ルス列を得ることができる。したがって、本実施形態の
光サンプリング光波形測定装置を用いることにより、さ
らに高時間分解能（フェムト秒領域）のアイパタン測定
が可能となる。
【００４４】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。図５は本発明の第３の実施形態による光サンプ
リング光波形測定装置のサンプリング光パルス発生部の
構成を示す図である。本実施形態による光サンプリング
光波形測定装置は、図５に示されたサンプリング光パル
ス発生部を除いて、従来の技術と同様の構成を有する。
明する。図５は本発明の第３の実施形態による光サンプ
リング光波形測定装置のサンプリング光パルス発生部の
構成を示す図である。本実施形態による光サンプリング
光波形測定装置は、図５に示されたサンプリング光パル
ス発生部を除いて、従来の技術と同様の構成を有する。
【００４５】本実施形態による光サンプリング光波形測
定装置では、パルス光源１３の出力光パルス列（繰り返
し周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ））を光ゲートスイッチ２３
で分周（繰り返し周波数ｆ0 −Ｎ△ｆ）した後に、ＳＣ
発生用非線形光学材料２４でＳＣ光に変換している。そ
の他の作用は前述した第２の実施形態と全く同様であ
る。したがって、本実施形態の光サンプリング光波形測
定装置によっても、高時間分解能（フェムト秒領域）の
アイパタン測定が可能となる。
定装置では、パルス光源１３の出力光パルス列（繰り返
し周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ））を光ゲートスイッチ２３
で分周（繰り返し周波数ｆ0 −Ｎ△ｆ）した後に、ＳＣ
発生用非線形光学材料２４でＳＣ光に変換している。そ
の他の作用は前述した第２の実施形態と全く同様であ
る。したがって、本実施形態の光サンプリング光波形測
定装置によっても、高時間分解能（フェムト秒領域）の
アイパタン測定が可能となる。
【００４６】さらに、本実施形態による光サンプリング
光波形測定装置は、次に述べる利点を有する。ＳＣ発生
用非線形光学材料２４として長尺の光ファイバを用いる
場合、温度変動による光ファイバの伸縮の影響が大き
い。そのため、第２の実施形態のようにＳＣ発生用非線
形光学材料２４の後段に光ゲートスイッチ２３を配置す
ると、上記温度変動による光ファイバの伸縮に起因し
て、光ゲートスイッチ２３における光パルス列と電気パ
ルス信号とのタイミングがずれる可能性が生じる。一
方、本実施形態の場合には、光ゲートスイッチ２３がＳ
Ｃ発生用非線形光学材料２４より前段に配置されている
ため、上記の温度変動による光ファイバの伸縮の影響を
全く受けることなく、安定して光パルス列の分周を行な
うことができるという利点がある。以上、本発明の実施
形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は
この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含ま
れる。
光波形測定装置は、次に述べる利点を有する。ＳＣ発生
用非線形光学材料２４として長尺の光ファイバを用いる
場合、温度変動による光ファイバの伸縮の影響が大き
い。そのため、第２の実施形態のようにＳＣ発生用非線
形光学材料２４の後段に光ゲートスイッチ２３を配置す
ると、上記温度変動による光ファイバの伸縮に起因し
て、光ゲートスイッチ２３における光パルス列と電気パ
ルス信号とのタイミングがずれる可能性が生じる。一
方、本実施形態の場合には、光ゲートスイッチ２３がＳ
Ｃ発生用非線形光学材料２４より前段に配置されている
ため、上記の温度変動による光ファイバの伸縮の影響を
全く受けることなく、安定して光パルス列の分周を行な
うことができるという利点がある。以上、本発明の実施
形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は
この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含ま
れる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、サンプ
リング光パルス発生部において、高繰り返し周波数で発
生させた光パルス列を光ゲートスイッチを用いて低繰り
返し周波数の光パルス列に分周する機能を有する。そし
て、短パルス光源を高周波数電気信号により駆動して得
られた光パルス列を使用するため、低ジッタの超短光パ
ルスを得ることができ、高時間分解能の光波形測定が可
能となる。さらに、短パルス光源をスーパーコンティニ
アム光に変換してサンプリング光パルスとして用いるこ
とによりフェムト秒領域の時間分解能が実現できる。ま
た、分周後のパルス繰り返し周波数を受光系帯域および
電気信号処理部の処理速度以下に設定することにより、
個々の相互相関信号を隣接パルスとの干渉なしに検出す
ることができる。したがって、ランダムに変調された被
測定信号光の波形測定（アイパタン測定）が可能とな
る。すなわち、本発明によれば、高時間分解能のアイパ
タン測定が可能となる。
リング光パルス発生部において、高繰り返し周波数で発
生させた光パルス列を光ゲートスイッチを用いて低繰り
返し周波数の光パルス列に分周する機能を有する。そし
て、短パルス光源を高周波数電気信号により駆動して得
られた光パルス列を使用するため、低ジッタの超短光パ
ルスを得ることができ、高時間分解能の光波形測定が可
能となる。さらに、短パルス光源をスーパーコンティニ
アム光に変換してサンプリング光パルスとして用いるこ
とによりフェムト秒領域の時間分解能が実現できる。ま
た、分周後のパルス繰り返し周波数を受光系帯域および
電気信号処理部の処理速度以下に設定することにより、
個々の相互相関信号を隣接パルスとの干渉なしに検出す
ることができる。したがって、ランダムに変調された被
測定信号光の波形測定（アイパタン測定）が可能とな
る。すなわち、本発明によれば、高時間分解能のアイパ
タン測定が可能となる。
【図１】本発明の第１の実施形態による光サンプリング
光波形測定装置のサンプリング光発生部の構成を示す図
である。
光波形測定装置のサンプリング光発生部の構成を示す図
である。
【図２】同サンプリング光発生部の動作原理を説明する
ための図である。
ための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による光サンプリング
光波形測定装置のサンプリング光発生部の構成を示す図
である。
光波形測定装置のサンプリング光発生部の構成を示す図
である。
【図４】スーパーコンティニアム光発生を説明するため
の図である。
の図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による光サンプリング
光波形測定装置のサンプリング光発生部の構成を示す図
である。
光波形測定装置のサンプリング光発生部の構成を示す図
である。
【図６】（ａ）は和周波光発生、（ｂ）は四光波混合に
おける入出力光スペクトルを示す図である。
おける入出力光スペクトルを示す図である。
【図７】（ａ）は従来の光サンプリング光波形測定装
置、（ｂ）は同装置で使用されるサンプリング光発生部
の構成を示す図である。
置、（ｂ）は同装置で使用されるサンプリング光発生部
の構成を示す図である。
【図８】被測定光とサンプリング光と相互相関信号光の
関係を示すタイムチャートである。
関係を示すタイムチャートである。
【図９】ランダムに変調された被測定光のアイパタン測
定を説明するための図である。
定を説明するための図である。
【図１０】各種パルス光源の構成を示すであり、
（ａ），（ｂ）はモード同期レーザ、（ｃ）は利得スイ
ッチング半導体レーザを示す。
（ａ），（ｂ）はモード同期レーザ、（ｃ）は利得スイ
ッチング半導体レーザを示す。
【図１１】従来のサンプリング光発生部の構成を示す図
である。
である。
【図１２】同発生部の動作を説明するための図である。
１……被測定光源、２……サンプリング光発生部、３，
４……偏光制御器、５……結合器、６……非線形光学材
料、７……光学フィルタ、８……光検出器、９……信号
処理部、１０……表示部、１１……発振器、１２……分
周回路、１３……パルス光源、１４−１〜１４−３，３
３……光増幅器、１５−１〜１５−３……光フィルタ、
２２……電気パルス発生器、２３……光ゲートスイッ
チ、２４……スーパーコンティニュアム発生用非線形光
学材料、２５……分散補償器、２６……波長選択用光学
バンドパスフィルタ（波長選択用バンドパスフィル
タ）、３０……電気増幅器、３１……直流電圧源、３２
……光変調器、３４……光遅延器、３５……光学バンド
パスフィルタ、３７……光学ミラー（ミラー）、３８…
…直流電流源、３９……半導体レーザ、４０……パルス
圧縮用分散媒質。
４……偏光制御器、５……結合器、６……非線形光学材
料、７……光学フィルタ、８……光検出器、９……信号
処理部、１０……表示部、１１……発振器、１２……分
周回路、１３……パルス光源、１４−１〜１４−３，３
３……光増幅器、１５−１〜１５−３……光フィルタ、
２２……電気パルス発生器、２３……光ゲートスイッ
チ、２４……スーパーコンティニュアム発生用非線形光
学材料、２５……分散補償器、２６……波長選択用光学
バンドパスフィルタ（波長選択用バンドパスフィル
タ）、３０……電気増幅器、３１……直流電圧源、３２
……光変調器、３４……光遅延器、３５……光学バンド
パスフィルタ、３７……光学ミラー（ミラー）、３８…
…直流電流源、３９……半導体レーザ、４０……パルス
圧縮用分散媒質。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−29814（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−217220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 11/00 G01J 1/00 - 1/02 G01J 1/42 - 1/44 G02F 1/35 H04B 9/00 G01M 11/00
Claims (4)
- 【請求項１】 光周波数νsigの繰り返しを有する被測
定光に基づいて光周波数νsamで被測定光よりパルス幅
の狭いサンプリング光パルス列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の偏光をそれぞ
れ制御する第１、第２の偏光制御器と、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信号発生部と、被測定
光とサンプリング光パルスの相互相関信号として光周波
数νsfg（ただしνsfg ＝νsig＋νsam）となる両光の
和周波数光または光周波数νfwm（ただしνfwm＝２νsa
m−νsig）となる四光波混合光を発生する第１の非線形
光学材料と、発生した相互相関信号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
グ波形測定装置において、 ｆ0 を被測定光繰り返し周波数、Ｍ，Ｎを自然数、△ｆ
をオフセット周波数とした場合に、前記遅延信号発生部
として周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）で発振する発振器を用
い、前記サンプリング光発生部が、該発振器の出力に基
づいて繰り返し周波数Ｍ（ｆ0 −Ｎ△ｆ）の光パルス列
を発生するパルス光源と、該発振器の出力を１／（Ｎ
Ｍ）に分周する分周器と、該分周器の出力に基づいて繰
り返し周波数ｆ0 ／Ｎ−△ｆの電気パルス列を発生する
電気パルス発生器と、該電気パルス列により該光パルス
列を繰り返し周波数ｆ0 ／Ｎ−△ｆの光パルス列に分周
する光ゲートスイッチとからなることを特徴とする光サ
ンプリング波形測定装置。 - 【請求項２】 前記パルス光源と前記結合部の間に、 入射光パルスを広帯域スペクトルを有するスーパーコン
ティニュアム光パルスへ変換する第２の非線形光学材料
と、該スーパーコンティニュアム光パルスから所望の中
心波長とスペクトルバンド幅の光パルスを選択する光学
バンドパスフィルタと、該光パルスが有するチャーピン
グを補償するチャーピング補償器とを備えることを特徴
とする請求項１記載の光サンプリング波形測定装置。 - 【請求項３】 前記光学バンドパスフィルタの後部に光
増幅器を配することを特徴とする請求項２記載の光サン
プリング波形測定装置。 - 【請求項４】 前記光増幅器の後段に、該光増幅器によ
って増幅された光パルスと同一の中心波長であるととも
に増幅された光パルスのスペクトルバンド幅より広いバ
ンド幅の光学バンドパスフィルタを配することを特徴と
する請求項３記載の光サンプリング波形測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32084095A JP3239925B2 (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 光サンプリング光波形測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32084095A JP3239925B2 (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 光サンプリング光波形測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09160082A JPH09160082A (ja) | 1997-06-20 |
| JP3239925B2 true JP3239925B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=18125834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32084095A Expired - Lifetime JP3239925B2 (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 光サンプリング光波形測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3239925B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1363423A2 (en) | 2002-05-14 | 2003-11-19 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Data signal quality evaluation method and apparatus using high speed sampling |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3470669B2 (ja) | 2000-01-11 | 2003-11-25 | 日本電気株式会社 | 光サンプリング波形測定方法及び光サンプリング波形測定装置 |
| JP4647759B2 (ja) * | 2000-08-31 | 2011-03-09 | アンリツ株式会社 | 波形測定装置 |
| KR100353844B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2002-09-28 | 한국전자통신연구원 | 시간-파장 변환에 의한 초고속 광신호의 아이 패턴 측정장치 |
| JP3669634B1 (ja) * | 2004-07-06 | 2005-07-13 | 株式会社東北テクノアーチ | パルスレーザ光発生装置 |
| JP2006038960A (ja) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Fujitsu Ltd | 光波形モニター装置およびオシロスコープ |
| JP4915196B2 (ja) * | 2006-09-28 | 2012-04-11 | 沖電気工業株式会社 | 光信号品質モニタ装置 |
| JP4991830B2 (ja) * | 2009-11-11 | 2012-08-01 | アンリツ株式会社 | サンプリング波形測定装置及びサンプリング波形測定方法 |
| JP6565079B2 (ja) * | 2015-06-23 | 2019-08-28 | 国立研究開発法人理化学研究所 | レーザ装置及びこれに使用可能な装置 |
-
1995
- 1995-12-08 JP JP32084095A patent/JP3239925B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1363423A2 (en) | 2002-05-14 | 2003-11-19 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | Data signal quality evaluation method and apparatus using high speed sampling |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09160082A (ja) | 1997-06-20 |
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Legal Events
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