JP3291466B2

JP3291466B2 - 光信号波形測定方法

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Publication number: JP3291466B2
Application number: JP9729998A
Authority: JP
Inventors: 和則長沼
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: JPH11298073A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号波形測定方
法に関する。詳しくは、ピコ秒からフェムト秒領域の超
短時間幅を持つ光パルスを発生する光パルス源を用い
て、光信号波形を観測する技術に関する。特に、正確な
観測を阻む伝播路の遅延の緩慢な変化を相殺しつつ、観
測を行う技術に関する。本発明は、安価に行え、また、
光パルス源のパルス幅や繰り返し周波数の如何を問わ
ず、実施可能な方法を提供する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信或いは光情報処理をはじめ
とする多数の産業・学問分野で、ピコ秒からフェムト秒
領域の超高速光信号の適用が隆盛してきており、かかる
超高速光信号の強度波形を詳細に観測する必要が増して
きた。ここで強度波形の測定にあたって、より低速な信
号についての手法からの延長として最初に想起されると
ころは、高速の光検出器を用いて被測定光信号を相似の
電気信号に変換し、その波形を既存の高速電気信号測定
手段によって観測する方法であろう。

【０００３】しかしながら、この場合に使用される光検
出器は、被測定光信号に比して短い応答時間を有するこ
とが必要となる。ピコ秒からフェムト秒領域の超短時間
領域にあっては、この条件を充たす光検出器が実在しな
い。それ故、超短時間領域では、いきおい以下に述べる
相互相関計による強度波形測定に依らざるを得ない。

【０００４】相互相関計では、被測定光信号に同期しか
つ被測定光信号に比して時間幅の短い参照光パルスを用
い、光非線型効果を呈する媒質内で、この参照パルスと
被測定信号パルスとを相互作用させ、発生する非線型信
号の大きさを、信号パルスと参昭パルスの相対的遅延時
間の関数として計測する。これは、短い参照パルスによ
って信号パルスにゲートを掛け、そのゲートの信号パル
ス上での時間位置を変えつつゲートされた信号出力を測
定してゆくことで、信号パルス波形を測定していると見
ることができ、ちょうど電気信号に対するサンプリング
測定に類似する方法となつている。

【０００５】それ故、この相互相関計を用いる測定を光
サンプリングと称し、付随して用いられる時間幅の短い
参照光パルスはサンプリング光パルスと呼ばれることが
ある。用いられる光非線型効果の次数及び種別、またそ
の結果として非線型信号のとる様態には、種々ある。例
えば、二次の光非線型効果としては、和周波発生効果、
または、二光子吸収効果がよく用いられる。

【０００６】前者では、入射する２つの光、夫々の周波
数の和に当たる周波数、即ち波長λ ₁、λ₂の光に対して
はλ₁λ₂／（λ₁＋λ₂）の波長の光（和周波光）が発生
される。これを、和周波光波長に感度を有する光検出器
によって受光・変換して、和周波光のパワーに比例した
電気信号を得る。

【０００７】後者、即ち、二光子吸収効果では、入射す
る２つの光から各々１つずつ光子を得て起こる二光子遷
移に伴ってサンプリング光パルスの透過率が減少する。
そこで、これを、サンプリング光パルスの波長に感度を
有する光検出器によって変換して、透過率変化に比例し
た電気信号を得る。或いは半導体材料にあっては、電極
を装着し、二光子遷移に伴って生ずるキャリアを集電す
ることで、二光子遷移確率に比例した電気信号を、直接
得ることもできる。

【０００８】また、三次の光非線型効果としては、光カ
ー効果、または、結合調発生効果が用いられ、適当な光
検出器によって光電変換して、それぞれの効果の大きさ
に比例した電気信号を得る。一般に、光サンプリング測
定に係る時間分解能は、用いる光非線型媒質または素子
の応答時間と、サンプリング光パルスの時間幅によって
決まり、光検出器等の電気信号への変換手段の応答時間
には全く依存しない。この性質こそが、ピコ秒からフェ
ムト秒領域の超短時間領域で、相互相関計を用いた光サ
ンプリング測定が行われている所以となっている。

【０００９】従来から行われてきた相互相関計を用いる
光信号波形測定法を、図５に示した。上で述べたよう
に、相互相関計による被測定信号パルスの測定には、そ
れに同期したより時間幅の短い参照パルスが必要であ
る。ここで同期の精度としては、同期ずれ（ジッタ）
が、参照パルスの幅よりも小さいことが要求される。

【００１０】参照パルスの幅は、もともと被測定パルス
の幅より短かった結果、被測定信号がたとえピコ秒オー
ダーであっても、パルス間のジッタは０．１ピコ秒程度
に抑えられることが必要である。これら被測定信号パル
スと参照パルスは、夫々独立した個別の光源によって供
給することが、原理的には可能である。しかし、現状の
技術を以ってしては、独立した光源間で、ジッタを０．
１ピコ秒程度に抑えて同期を保持することは、はなはだ
困難である。

【００１１】この事情により、通例、一つの短パルス光
源から出力されたパルス列を二分して、信号パルスと参
照パルスの双方を得る方法が現行されている。この場
合、二分した後に、信号パルスと参照パルスの幅に意図
的に差を持たせることが必要で、そのために、信号パル
ス側を広げるか、参照パルス側を狭めるかの、何れかを
行わねばならない。パルス幅を広げるには、バンドパス
フィルタによる帯域制限を行なってパルスのスペクトル
の振幅を操作するか、または、分散性媒質を通すことで
パルスのスペクトルの位相に変更を加えればよい。

【００１２】後者では、パルスに余分の位相変調が乗る
ので、通常前者の方法が採られるが、何れにしても、パ
ルス幅を広げるには線型の光学現象でこと足り、非線型
光学現象によって新たなスペクトル成分を生成する必要
のあるパルスの短縮に比して、遥かに容易に行うことが
できる。従って、信号パルス側に波形整形器としてバン
ドパスフィルタを挿入して、そのパルス幅を広げる手法
が最もよく用いられるのである。

【００１３】こうして、従来例の光信号波形測定の構成
として常用されているところを図示すると、図５を得
る。この例において、短パルスレーザ共振器５００を出
射した光パルス列は、反射鏡５０２を経て、分岐鏡５０
３に達し、該分岐鏡５０３により二分される。二分され
た方は、参照パルス列として、伝播中に、分散によるパ
ルス幅の拡大をできるだけ蒙らないようにして、相互相
関計５０７へと導かれる。二分された他方は、信号パル
ス列として、反射鏡５０４を経て波形整形器５０５を通
過し、必要なパルス幅まで延伸される。

【００１４】上述したように、この波形整形器５０５と
しては、通例、バンドパスフィルタが用いられる。この
波形整形器５０５の出力を信号パルス列として相互相関
計５０７に供給して、その波形を測定することは無論可
能であるが、これでは実用的意義が薄い。なぜならば、
この場合、波形整形器は既知の特性を有し、それゆえ波
形整形器による波形の変化は、測定を待つまでもなく明
らかな筈のものである。

【００１５】従って、実際の測定にあっては、一般に波
形整形器５０５の後段に光学素子５０６が挿入され、該
光学素子５０６の出力が信号パルス列として相互相関計
５０７に供給される。こうすることで、出力波形の測定
を通じて、光学素子５０６の特性を調べることができ、
これが、ここでの信号パルスの波形測定がそもそもの目
的とするところに他ならない。

【００１６】この場合の光学素子５０６は、光学的に線
型な応答を示すもののみならず、非線型応答を持つもの
であってもよく、また、その出力される波長が入射光波
長と異なっていてもよい。なぜならば、上述したよう
に、相互相関測定に係る２つの光の波長は、互いに異な
っていてもよいからである。さらに、光学素子から出力
される光は、入射光に対してコヒーレント（決定論的位
相を持つ）である必要すらない。

【００１７】これは、ここでの相互相関測定が、信号パ
ルスの強度波形のみを、その位相から完全に分離して検
出するからである。これに対して、より古典的な、干渉
計を用いる（線型）相互相関測定には、光学素子の出力
は、入射光とコヒーレントで、かつ、入・出射波長は少
なくとも重なり合っていることが必要である。これと比
較するならば、本例のような、（非線型）相互相関を用
いる光信号波形測定法は、格段に広い範疇の光学素子に
対して、その特性を調べる手段を提供し得るのである。

【００１８】上述の分岐鏡５０３により分岐された参照
パルスと、反射鏡５０４、波形整形器５０５及び光学素
子５０６を経た信号パルスが、相互相関計５０７に入射
する。光信号波形の測定のためには、この相互相関計５
０７中の非線型媒質上で、参照パルスと信号パルスが、
時間的に重なることが必要である。ところが、図５で
は、分岐鏡５０３から相互相関計５０７に直接至る参照
パルスの光路が、反射鏡５０４、波形整形器５０５、光
学素子５０６を経る信号パルスの光路に比して、明らか
に短く、時間的重なりが得られないように見える。

【００１９】しかしながら、これでも必要な時間的重な
りは得られるのであって、それを見るためには、ここで
は、短パルスレーザ共振器５００からは、共振器長によ
って決まる周期Ｔで繰返すパルス列が出力されているこ
とに着目することが必要である。分岐鏡５０３を起点と
して、相互相関計５０７に至る光路を参照パルスが伝播
するのに要する遅延時間をＴ_r、また、反射鏡５０４、
波形整形器５０５、光学素子５０６を経て相互相関計５
０７に至る光路を信号パルスが伝播するのに要する遅延
時間をＴ_sと書こう。

【００２０】一般に、それらの差が丁度パルス列の繰返
し周期の整数倍に等しい、即ち、Ｎを任意の整数とし
て、下記条件式（１）が成り立つとき、相互相関計５０
７において、信号パルスと参照パルスとの時間的重なり
が実現する。Ｔ_s−Ｔ_r−ＮＴ＝０ …（１）この式（１）は、信号パルス列と参照パルス列とが、Ｎ
発分だけずれて重なる条件を与えている。また、式
（１）の左辺をτ_eと書くと、これは、相互相関計５０
７への入射時の、信号パルスと参照パルスの間での見か
け上の時間差を表す量を定義している。

【００２１】τ_e＝Ｔ_s−Ｔ_r−ＮＴ …（２）分岐鏡５０３から相互相関計５０７までの光路上で、参
照パルスと信号パルスが受ける遅延時間が式（１）の関
係を満たすように光路長を調整し、その後、制御・記録
器５０８によって相互相関計５０７内の相対的遅延時間
を変化させつつ、発生する非線型信号の大きさを計測、
記録して行く。こうして、この従来の光信号波形測定法
において、ピコ秒からフェムト秒領域の超短時間幅を持
つ光信号パルス列の波形の測定が実現される。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の光信号波形測定法には、以下のような問題がある。上
で定義した信号パルスと参照パルスの見かけ上の時間差
τ_eに相互相関計内の相対的遅延時間を加えたものが、
非線型媒質上での実効的な遅延時間差となる。従って、
見かけ上の時間差τ_eが変動すると、実効的遅延時間差
も変動し、非線型信号の計測・記録に係るところの遅延
時間にボケが生じることとなる。

【００２３】このようなボケは、強度波形測定の時間分
解能の低下につながり、甚だしくは、ボケの量が参照光
パルスの時間幅を超越した場合、波形測定の時間分解能
は、単にボケの量のみによって規定されてしまうに至
る。式（２）の時間差τ_eの内容を見ると、分岐鏡以降
の光路中の伝播に因る部分、即ち、Ｔ_s−Ｔ_rと、短パル
スレーザ共振器に因る部分、即ち、−ＮＴとに分けるこ
とができる。

【００２４】後者は、短パルス列の繰返し周期Ｔの変動
に伴って変化する。先ずこれにつき検討しよう。現在、
光の短パルスを発生する方法のうちで、最も時間幅の短
いパルスを、最も高い繰返し周波数で、しかも安定に発
生できるのは、レーザ光源自体のもつ光非線型効果に基
づいてパルス発生動作が行なわれる場合であり、この種
のパルス発生動作を、総称的に受動モード同期、或いは
自己モード同期と呼んでいる。この場合、発生する光パ
ルスの繰返し周期は、レーザ共振器中を光パルスが周回
するのに要する時間、或いはその整数分の１に常に等し
くなる。

【００２５】ここで、レーザの共振器長は、温度変化に
よるドリフト或いは振動による揺らぎによって、不可避
的に変動するとう事情を想起されたい。受動モード同期
法では、レーザ共振器長が変化しても、パルス動作自体
は安定で、光パルスの時間幅も不変であるが、光パルス
の繰返し周期Ｔが変化してしまう。これを抑えるために
は、従来から行われているような、パルスの繰返し周期
の安定化法を適用することができる。

【００２６】例えば、安定な基準発振器を用い、その発
振出力に発生される光パルスを同期させる、いわゆる位
相ロックループと称する方法が、公刊されている（IEEE
Journal of Quantum Electronics 誌・28巻（1992年）
・289-296頁、或いはOpticsLetters誌・19巻（1994年）
・481-483頁）。しかしながら、このような位相ロック
ループにおいては、基準発振器の周波数が、安定化され
るレーザの繰返し周波数に対して、少なくとも１以上の
整数（逓倍数と称する）倍である必要がある。繰返し周
波数が元々高いレーザ光源、例えば１００ＧＨｚで繰返
すモード同期半導体レーザに対しては、このような条件
を充たす基準発振器を見出すことが困難で、そもそも安
定化動作が達成できない。

【００２７】また、一般に、逓倍数を高くとるほど、良
好な安定化動作を期待できるが、高い周波数の基準発振
器が必要となり、加えて高速光検出器、高周波増幅器及
び高周波混合器など、周辺の電子部品も高価となる。特
に、マイクロ波帯の低雑音な基準発振器の価格は、レー
ザ光源自体の価格を容易に超えるに至り、短パルス源、
ひいては波形測定方法全体の経済性を損なう結果とな
る。

【００２８】再び時間差τ_eの内容に戻って、今度は、
伝播部分、Ｔ_s−Ｔ_rについて考えてみよう。先ず、分岐
鏡５０３により分岐させた後、直接相互相関計５０７に
入射する参照パルス列側の伝播遅延Ｔ_rを見る。これの
変動は一般に小さい。なぜならば、上述したように、参
照パルス列は、できるだけ分散によるパルス幅の拡大を
蒙らないように伝播することが必要で、通例このため
に、空間伝播とするか、または、光ファイバを用いる場
合でも短い長さに留められるからである。

【００２９】これに対して、信号パルス列は、分岐鏡５
０３以降、相互相関計５０７に至るまでに、波形整形器
５０５及び光学素子５０６を経るので、その伝播遅延Ｔ
_s自体が、上の参照パルス列側の伝播遅延Ｔ_rに比して、
一般に大きい。しかも最近では、波形整形器や光学素子
の入出力端に光ファイバが装着される場合が増えてお
り、接続や交換の容易さにより、今後ますます光ファイ
バ入出力型部品が広く用いられる趨勢にある。

【００３０】一般に、部品に装着される光ファイバの分
散は、その部品が仕様上想定している幅の光パルスに対
して、変形を及ぼさないような範囲に抑えられるよう設
定される。しかしながら、伝播遅延の絶対値については
全く顧慮されていないのが現状である。

【００３１】また、部品には、伝播遅延の絶対値が問題
とならないような使用形態もあることを考えると、将来
に亙っても、伝播遅延に意を用いることが常態化するこ
とは期待できない。例として、波形整形器と光学素子夫
々の入出射端に、各２．５ｍずつの光ファイバが装着さ
れているごく一般的なケースを考えよう。このとき信号
パルス列の通過するファイバの全長は、１０ｍに及ぶ。

【００３２】光ファイバの材質である石英ガラスの熱膨
張係数αは、約０．５ｐｐｍ／℃なので、１０ｍの光フ
ァイバについての伝播遅延の温度変化は、約０．０２５
ｐｓ／℃に達する。従って、１℃の温度変化によってす
ら、フェムト秒領域の波形測定にとっては、看過し得な
い伝播遅延の変動が生じる。

【００３３】しかも、上記の熱膨張係数の値は、石英ガ
ラス製の無被覆の光ファイバについてのみ該当するので
あって、このような無被覆ファイバは、素子の内部はと
もかく、素子外部に装着することは、脆性の点から全く
実用的でない。素子外部でも用いられる光ファイバケー
ブルとなると、熱膨張係数が遥かに大きい材料による被
覆が施されており、被覆の膨張による応力が光弾性効果
を通じて石英ガラスの屈折率を変化させる結果、一桁近
く大きな伝播遅延の温度変動を蒙る。

【００３４】それゆえ、通常に素子に装着されている被
覆された光ファイバケーブルの場合、長さ１０ｍにし
て、既に、ピコ秒からフェムト秒領域の波形測定に、大
きな障害となり得るのである。さらに、昨今では、光素
子全体の分散を調整するために、例えば分散の符号を異
にする２種の光ファイバを組み合わせて接続したり、或
いは、素子本体の分散を打ち消すだけの長さの光ファイ
バを意図的に取り付けることも行われている。

【００３５】このような場合、伝播遅延の絶対値は、上
のような接続の容易さを慮ってファイバを装着する場合
よりも、格段に大きくならざるを得ない。こうした素子
を出射したピコ秒からフェムト秒領域の信号パルスの波
形を、従来の測定方法によって測定することは、全くの
不可能事であった。また、光学素子内部に半導体光学材
料があると、これも伝播遅延の温度変動に寄与し得る。
例えば、長さ３ｃｍの半導体導波路では、約０．０２５
ｐｓ／℃の伝播遅延の温度変動があり、フェムト秒領域
での波形測定には十分障害となる。

【００３６】以上述べたように、従来の光信号波形測定
法は、（１）伝播路の光学長変動が、波形測定に係る時
間分解能の低下を招き、また（２）短パルスレーザの共
振器長の変動によっても、波形測定に係る時間分解能が
損なわれるという問題があった。このうち（２）の問題
については、その解決手段が知られていたものの、高価
につき、また高繰返し光源への適用が困難であった。

【００３７】さらに、つまるところ、（１）（２）の問
題は同時に解決される必要があり、一方だけに意を用い
るのは、今の場合意義が薄い。本発明は、これら２つの
問題を同時に解決し、伝播路、或いは、短パルスレーザ
の共振器の光学長変動による時間分解能の劣化を見ない
光信号波形測定法を供給することを目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の光信号波形測定方法は、短パルスレーザ共振器から
発生されたパルス列を参照パルス列と信号パルス列に二
分し、得られる二つのパルス列を、パルス繰り返し周期
の零以外の整数倍なる相対的遅延時間差を持つ二つの別
個の光路を辿らせ、しかる後、参照パルス列と信号パル
ス列を相互相関計に入射すると共に二分された一方は、
二つのパルス列の幅に差を持たせる波形整形器を介して
相互相関計に入射し、該相互相関計において、参照パル
ス列と信号パルス列の間に可変の相対遅延を与えた上
で、光非線型効果を有する媒質中に合波・結焦し、発生
する非線型信号の大きさを、該相対遅延の関数として測
定・記録する。

【００３９】この際、上記短パルスレーザに共振器の光
学長を調整する機構を付与し、上記参照パルス列と信号
パルス列の夫々を、上記相互相関器に入射する直前に二
分し、得られる上記参照パルス列・信号パルス列夫々
を、二つの相互相関器に入射し、該二つの相互相関器の
一方において、該二つのパルス列を、光非線型効果を有
する媒質中に合波・結焦し、発生する非線型信号を電気
信号に変換し、該電気信号の大きさに基づいて上記機構
を制御・駆動することを特徴とする。

【００４０】この制御の態様の一として、上記電気信号
が一定値となるように共振器長を調整する直流的な方法
がある。また制御の態様の他として、上記相互相関器に
入射するパルス列の複製のいずれか任意の一方に周期的
に変化する遅延を与え、上記電気信号が該遅延の変化に
伴って変化しないように共振器長を調整する交流的な方
法がある。

【００４１】〔作用〕従来例の光信号波形測定方法で
は、伝播路の光学長変動と短パルスレーザの共振器長変
動の両者が、時間分解能の低下をもたらし、これらは、
式（２）のように加算的に寄与していることを上で見
た。この性質を逆に利用して、式（２）の時間差τ_eを
一定に維持するように、前者の変化に応じて後者を変化
させる自動制御系を構築することが、本発明の基本的着
想である。

【００４２】このために、参照パルス列と信号パルス列
の夫々を、波形測定のための相互相関計への入射の直前
に二分し、得られる上記参照パルス列・信号パルス列夫
々の複製を、相互相関器に入射する。相互相関器におい
ては、入射した二つの複製を、光非線型効果を呈する媒
質内に入射結焦し、該媒質内で発生する非線型信号を電
気信号に変換する。

【００４３】こうして得られる電気信号は、相互相関信
号と呼ばれ、上述したパルス列間の見かけの時間差τ_e
に依存して変化する。従って、この電気信号を監視する
ことで、時間差τ_eの変動を検出することができる。以
上が、本発明の自動制御系の検出要素に相当する。これ
により、光信号波形測定法の主原理たる相互相関計を用
いる光サンプリングと、全く同一の原理によって、時間
差τ_eの変動が検出される。即ち、例えば相互相関器に
おいて、光非線型効果に二次の光非線型効果を用いた場
合、相互相関信号Ｇ_cの表式として、下式（３）が得ら
れる。

【００４４】

【数１】

【００４５】ここで、Ｉ₁（ｔ）は信号パルス列の強度
波形、Ｉ₀（ｔ）は参照パルス列の強度波形を表す。被
積分関数Ｉ₁（ｔ−τ_e）Ｉ₀（ｔ）は、非線型結晶で発
生された２倍波の強度波形、積分は、光パルスに比して
十分遅い応答時間を持つ光検出器による光電変換の効果
を表している。式（３）は、パルスＩ₀（ｔ）によって
パルスＩ₁（ｔ）を、光サンプリング測定して得られる
信号において、これら２つのパルスの間の遅延τが、丁
度τ_eに等しい時の表式に相当している。

【００４６】このような相互相関信号は、遅延τがゼロ
の場合に最大値をとり、遅延τの絶対値がパルスＩ
₁（ｔ）のパルス幅ｔ_pの程度の範囲内でのみゼロでな
い。即ち、Ｇ_cの変化が見られる時間差τ_eの変動の範囲
は、パルス幅ｔ_pの程度である。即ち、相互相関信号Ｇ_c
を用いる本検出方法では、モード同期レーザ光源の短パ
ルス性が十分に活かされている。

【００４７】さらに、いやしくもパルスと言うからは、
その時間幅はパルス繰返し周期よりも自ずと小さい。従
って、パルス幅程度の時間差すら十分検出する本方法
が、繰返し周期の制限を受けないのは、全く自明であ
る。以上のように、本発明の自動制御系の検出要素は、
狭いパルス幅が有利に用いられ、かつ如何に高い繰返し
のパルス列に対しても対応できるのである。

【００４８】一方、本発明では、短パルスレーザには共
振器の光学長を調整する機構を付与する。上述のよう
に、共振器長を変えると、それに応じて光パルスの繰返
し周期Ｔが変化する。式（２）に従って、信号パルス列
と参照パルス列の周期ずれＮが零でなければ、繰返し周
期Ｔの変化に伴なって見かけの時間差τ_eに帰還がかか
る。これが、本発明の自動制御系の操作要素に相当す
る。

【００４９】操作要素としては、これ以外にも、式
（２）の伝播部分、Ｔ_s−Ｔ_rを調整する方途を想起し得
る。本発明の光信号波形測定方法において、敢えて、上
記のように、短パルスレーザ共振器に因る部分、−ＮＴ
を調整する方策を採るのは、以下の理由による。光学長
調整機構の行程を光速で除して、遅延時間の変域に引き
直し、δＴ_cを得るとしよう。

【００５０】この光学長調整機構を、伝播部分に直接用
いるならば、その制御可能な時間差τ_eの範囲は、単純
にδＴ_cに等しい。この制御範囲を以って、伝播部分と
短パルスレーザ共振器に因る部分の両方に対処せねばな
らず、伝播部分の光路長差が大きくなれば、それに応じ
て大きな制御範囲が必要になる。

【００５１】可動範囲の大きい調整機構は、機械的なも
の、電気光学的なもの何れにしても、高価につき、さら
に一般に応答性の悪化が避け難い。一方、上の光学長調
整機構を短パルスレーザ共振器に用いた場合、このレー
ザが、共振器周回時間の、Ｍ分の１（Ｍは自然数）の繰
返し周期のパルス列を発生しているとすると、制御可能
な時間差τ_eの範囲は、（Ｎ／Ｍ）δＴ_cとなる。ここ
で、乗数（Ｎ／Ｍ）が掛かることに注目されたい。

【００５２】この乗数は、伝播部分の光路長差（＝Ｎ
Ｔ）とレーザ共振器長（＝ＭＴ）の比に等しい。即ち、
伝播部分の光路長差が如何に大きくなっても、必要な制
御範囲は一定であり、レーザ共振器長分の伝播光路長差
の変動を相殺できれば足りることになる。更に、上で見
たように、伝播光路長差の変動は主に熱膨張によるの
で、結局必要な制御範囲は、レーザ共振器長に伝播路の
熱膨張係数α及び伝播路の屈折率ｎを乗じることで得ら
れる。

【００５３】即ち、下式（４）が成り立ちさえすれば、
如何に長い伝播路にも対応できるのである。 δＴ_c＞αｎＴ …（４）例として、熱膨張係数αに上で見た被覆された光ファイ
バケーブルの実効値、約５ｐｐｍ／℃、屈折率に１．５
を用いると、レーザ共振器長に相対的な光学長調整機構
の行程は、１℃の温度変化に対して、約７．５ｐｐｍあ
ればよい。

【００５４】この程度の光学長調整機構は、以下のよう
に、非常に容易かつ安価に実現できる。現行の固体短パ
ルスレーザは、０．７５〜２ｍの共振器長を持つので、
行程１５μｍの積層型圧電アクチュエータを利用して、
１〜２．７℃の温度変化に対応できる。また、半導体短
パルスレーザは、約７０ｐｐｍ／℃の共振器長の温度変
化を示すので、１℃の伝播路温度変化に対して約０．１
℃だけレーザチップの温度を変化させれば十分である。

【００５５】短パルスファイバレーザでは、共振器長が
１０ｍ程度に及び、上の圧電アクチュエータの行程はそ
のままでは不足である。しかしながら、共振器を構成す
るファイバを圧電材料製のボビンに巻き科けることで、
制御範囲を増大させる手法が知られており、これを用い
れば十分な制御範囲が実現される。このように本発明の
自動制御系の操作要素は、伝播部分の光路長差に依存せ
ず、しかも、知られているあらゆる形式の短パルスレー
ザに対して実施できる汎用的な手法となっているのであ
る。

【００５６】検出要素たる相互相関信号Ｇ_cに基づき、
操作要素たる共振器長を制御する誤差信号を得る方法に
は、直流的な方法と交流的な方法の２通りがある。直流
的な方法では、Ｇ_cが基準値に等しくなるように、Ｇ_cと
基準値の差を誤差信号とする。ここで、時間差τ_eの変
動に対するＧ_cの変化率が最も大きくなる、即ち変曲点
におけるＧ_cの値が最適の基準値である。

【００５７】実用的には、概略、Ｇ_cの最大値の半分の
値を基準値として選べば良い。式（３）から明らかなよ
うに、相互相関信号Ｇ_cはパルスの強度に比例してい
る。従って、レーザ光源に強度雑音があり、発生される
パルスの強度が揺らぐと、時間差τ_eの変動が無いにも
かかわらずＧ_cが変化することとなる。このとき、直流
的な方法で得た誤差信号により共振器長を制御している
と、パルスの強度揺らぎによってかえって時間差の変動
を惹起する結果となる。このような直流的な方法の欠点
は、以下の交流的な方法を用いることで回避できる。

【００５８】交流的な方法では、相互相関器に入射する
パルス列の一方に周期的に変化する遅延を与え、相互相
関信号Ｇ_cが該遅延の変化に伴って変化しないように共
振器長を調整する。これには、遅延の周期的変化に対し
てＧ_cを同期検波し、その検波出力を誤差信号とすれば
よい。

【００５９】この場合、時間差τ_eの変動に対するＧ_cの
変化率が零となる点、即ち、一般に信号パルスＩ
₁（ｔ）の極大・極小値、特に波形が単純な釣り鐘型で
ある場合にはＧ_cの最大値が安定化動作点となる。パル
スの強度が揺らいでも、パルス波形自体が不変に保たれ
ている限り、この動作点は動かない。それ故、この交流
的な方法では、達成される時間差の安定性がパルスの強
度揺らぎの影響を受けないのである。

【００６０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の構
成を説明する。〔第１の構成〕本発明の光信号波形測定方法の第１の構
成を図１に示す。図１は、相互相関信号Ｇ_cを用いて、
レーザ共振器の共振器長を制御する誤差信号を得る方法
として、上述の直流的な方法を行う構成を示すものであ
る。この構成において、短パルスレーザ共振器１００
は、共振器長調整機構１０１を備え、その共振器長を制
御できるよう構成されている。

【００６１】独立した端面鏡を持つレーザ共振器では、
共振器長調整機能１０１として、圧電アクチュエータの
一端に端面鏡を付着し、該圧電アクチュエータに印加す
る電圧によって端面鏡の位置を変える、所謂変位鏡装置
を用いる。端面鏡を光ファイバ端面に直接蒸着して形成
した光ファイバレーザ共振器の場合は、共振器長調整機
構１０１として、該ファイバ共振器の一部または全部の
温度を増減する構成、または、圧電アクチュエータによ
ってファイバの一部を伸縮する構成を用いることができ
る。

【００６２】また、モノリシック半導体レーザ共振器の
場合には、ファイバ共振器同様に温度を増減する構成、
或いは、電極を備えた位相調整領域を共振器内に作り込
み、該電極への印加電圧によって該位相調整領域の屈折
率を変える構成を、共振器長調整機構１０１として用い
ることができる。短パルスレーザ共振器１００から発生
する光パルス列は反射鏡１０２を経て分岐鏡１０３に入
射し、該分岐鏡１０３により二分される。二分された一
方は、参照パルス列として、伝播中に、分散によるパル
ス幅の拡大をできるだけ蒙らないようにして、相互相関
計１０７へと導かれる。

【００６３】二分された他方は、信号パルス列として、
反射鏡１０４を経て波形整形器１０５を通過し、必要な
パルス幅まで延伸される。さらにその波形整形器１０５
の後段に遅延の揺動する光学素子１０６が挿入され、該
光学素子１０６の出力が信号パルス列として相互相関計
１０７に供給される。ここでは、遅延の揺動を光学素子
に代表させて、「遅延の揺動する］の語を冠している
が、遅延の揺動はその前段の波形整形器１０５でも生じ
ても良いことは言うまでもない。

【００６４】また、稀なケースであるが、遅延の揺動が
参照パルス列側に生じても良い。ここで、分岐鏡１０３
から相互相関計１０７に至る間に、参照パルス列と信号
パルス列、夫々の受ける遅延時間の差は、パルス繰り返
し周期のＮ（Ｎは零以外の整数）倍に等しく設定され
る。参照パルス列は、相互相関計１０７への入射前に、
分岐鏡１０９に入射して二分される。

【００６５】二分された方は相互相関計１０７に達し、
他方は反射鏡１１０を経て、相互相関器１１５に入射す
る。信号パルス列も、同様にして、相互相関計１０７へ
の入射前に、分岐鏡１１１に入射して二分される。二分
された一方は前記相互相関計１０７に達し、他方は反射
鏡１１２を経て、前記相互相関器１１５に入射する。

【００６６】相互相関器１１５は、入射された２つのパ
ルス列に対して、上述の相互相関信号Ｇ_cを出力する。
相互相関器１１５からの相互相関信号電圧は、基準電圧
１１７と比較され、該基準電圧１１７との差が積分回路
１１８に入力する。この基準電圧１１７の最適値は、相
互相関信号電圧の変曲点における値であるが、実用上
は、相互相関信号電圧の最大値の約半分に設定して差し
支えない。積分回路１１８の出力は、上述の共振器長調
整機構１０１に応じた駆動回路１１９に供給され、短パ
ルスレーザ共振器１００の共振器長を調整する。

【００６７】かかる共振器長調整を行いつつ、制御・記
録器１０８によって相互相関計１０７内の相対的遅延時
間を変化させ、発生する非線型信号の大きさを計測・記
録して行く。こうして、この本発明の光信号波形測定法
の第１の構成において、ピコ秒からフェムト秒領域の超
短時間幅を持つ光信号パルス列の波形の、伝播路の光学
長変動の影響を蒙らない測定が実現される。

【００６８】〔第２の構成〕本発明の光信号測定方法の
第２の構成を図２に示す。この構成は、相互相関信号Ｇ
_cを用いて、レーザ共振器の共振器長を制御する誤差信
号を得る方法として、上述の交流的な方法を行う構成を
示すものである。この構成において、分岐鏡２１１によ
り二分されたうち、相互相関器２１５に向かう方の信号
パルス列を反射する反射鏡２１２に、変位器２１４が装
着されている。

【００６９】この変位器２１４は発振器２１３により駆
動され、反射鏡２１２を前後に振動させることで、該パ
ルス列に周期的に変化する遅延を与える。分岐鏡２０９
により２分されたうち、相互相関器２１５に向かう方の
参照パルス列を反射する反射鏡２１０に、変位器２１４
を装着し、反射鏡２１０を振動させても同様の効果が得
られる。

【００７０】相互相関器２１５からの相互相関信号電圧
は、位相検波増幅器２１６に入力される。この位相検波
増幅器２１６には、参照入力として発振器２１３の出力
が接続され、該相互相関信号電圧のうち発振器２１３の
出力、即ち上記の周期的に変化する遅延と同相で変化す
る成分の振幅が、位相検波増幅器２１６からの出力とし
て得られる。この出力を積分回路２１８に入力し、駆動
回路２１９を通じて、共振器長調整機構２０１を駆動す
る。その他は、上述の第１の基本構成に準ずる。

【００７１】〔本発明の相互相関器の構成〕以下、図３
を参照して本発明において用いる相互相関器の構成例を
示す。図３（ａ）は、二次の光非線型効果に属する和周
波発生効果を利用した相互相関器の構成を示す図であ
る。この種の相互相関器、或いはこれに相対遅延を変化
させる可変光学遅延線を付加して構成される相互相関計
は、現在最もよく用いられ、標準的な計測装置となって
いる。

【００７２】この場合、相互相関器３１５は、例えば、
反射鏡３２０、３２１、直角反射プリズム３２２、集束
レンズ３２３、非線型結晶３２４、絞り３２５、集光レ
ンズ３２６及び光検出器３２７から構成される。ここ
で、反射鏡３２０、３２１、直角反射プリズム３２２
は、入射された２つのビームの間隔を狭めて集束レンズ
３２３上に入射するために設置されている。

【００７３】集束レンズ３２３を通過した２つのパルス
列は、該集束レンズ３２３の焦点に置かれた非線型結晶
３２４中で、交差すると同時に各々のビームが絞り込ま
れる。これにより、２つのパルス列が非線型結晶３２４
中で光強度の高い状態で相互作用することとなる。本例
における和周波発生効果によって発生される和周波光
は、２つの入射光に挟まれた方向に出射する。

【００７４】絞り３２５は、この和周波光の出射方向に
開口を持つように配置され、その結果、２つのパルス列
の相互作用によって発生した和周波光のみが、この絞り
３２５を通過して集光レンズ３２６に達することができ
る。この和周波光は光検出器３２７によって光電変換さ
れ、相互相関信号Ｇ_cの大きさに比例した電気信号が得
られる。

【００７５】図３（ｂ）は、同じく二次の光非線型効果
に属する半導体光検出器中の二光子遍移を応用した相互
相関器の構成を示す。この種の相互相関器、或いはこれ
に相対遅延を変化させる可変光学遅延線を付加して構成
される相互相関計は、部品点数が少なく安価という特徴
を有する。このような相互相関器は、例えば、反射鏡３
２０、３２１、直角反射プリズム３２２、集束レンズ３
２３及び光検出器３２８から構成される。ここで、反射
鏡３２０、３２１、直角反射プリズム３２２の目的は、
図３（ａ）の場合に同じである。集束レンズ３２３を通
過した２つのパルス列は、該集束レンズ３２３の焦点に
置かれた光検出器３２８上に、絞り込まれる。

【００７６】本例において、光検出器３２８は、半導体
光検出器であって、バンドギャップエネルギに相当する
波長λ_gが、入射される二つのパルス列の波長λ₁，λ₂
に対して、下式（５）を満たす。 λ_g＜λ₁，λ_g＜λ₂，λ₁λ₂／（λ₁＋λ₂）＜λ_g …（５）この条件により、この光検出器３２８は線型領域では入
射されるパルス列に対して感度を持たない。しかし、二
光子が関与する非線型領域では、キャリアが生成され、
Ｇ₀＋Ｇ₁＋Ｇ_cに比例する光電流が発生することとな
る。

【００７７】ここで、Ｇ_cは上述の相互相関信号であ
る。また、Ｇ₀，Ｇ₁はそれぞれのパルス列単独で発生さ
れる非線型信号を表し、２つのパルス列の相対遅延、或
いは、時間差τ_eに依存しない信号である。ただし、入
射光波長とバンドギャップ波長の関係によっては、
Ｇ₀，Ｇ₁のうち一方が発生しない場合もある。この定数
部分Ｇ₀，Ｇ₁の存在のために、この種の相互相関器を用
いる場合、上述の第１の基本構成において、相互相関信
号電圧と比較する基準電圧１１７の最適値が、上述した
ところとは異なってくる。

【００７８】即ち、この場合の最適値は、Ｇ_cの変曲点
における値を定数部分Ｇ₀＋Ｇ₁に加えた値となる。実用
上は、Ｇ_cの最大値の約半分を定数部分に加えた値に設
定すればよい。上述の第２の基本構成では、この種の相
互相関器を用いる場合にも変更が生じない。なんとなれ
ば、定数部分は周期的に変化する遅延に伴って変化しな
いので、位相検波増幅器２１６の出力には何の変化も及
ぼさないからである。

【００７９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。〔実施例１〕図４は、本発明の上述の第１の構成により
得られた特性を示す図である。本実施例では、波長１．
５５μｍにおいて、繰り返し周波数２００ＭＨｚ、幅６
０ｆｓのパルス列を発生するＣrドープＹＡＧレーザを
短パルスレーザ共振器１００とした。

【００８０】この場合、共振器長調整機構としては、圧
電アクチュエータの端に全反射端面鏡を付着し、該圧電
アクチュエータに印加する電圧によって端面鏡の位置を
変える、所謂変位鏡を用いた。本レーザは、０．７５ｍ
の共振器長を持ち、圧電アクチュエータとしては、行程
１５μｍ（電圧１００Ｖ）の積層型圧電アクチュエータ
を利用したので、上述の式（４）の議論により、ファイ
バケーブルの２．７℃だけの温度変化に対応できる。

【００８１】これは、通常の測定環境にとって十分とい
える許容性である。なぜなら、本測定方法においては、
相互相関計１０７による波形採取が行われている間の温
度変化に対処できれば、十分であり、波形採取に要する
時間は、通常数分、長くても１時間程度だからである。
発生された平均出力１００ｍＷの光パルス列のうち、５
０ｍＷを光信号波形測定に用いた。このパルス列は、分
岐鏡１０３により２分され、大半の４９ｍＷのパルス列
は、反射鏡１０４を経て、結合レンズにより光ファイバ
が装着された波形整形器１０５に入射される。

【００８２】このうち２５ｍＷが光ファイバに結合さ
れ、波形整形器として用いた透過波長幅２ｎｍの光学フ
ィルタを伝播した。これにより、信号パルスの幅が１．
５ｐｓまで広げられ、フィルタの出射パワーは、０．６
ｍＷに減少した。さらに、ここでは、遅延の揺動する光
学素子１０６として、通常の光ファイバ１６０ｍと分散
シフト光ファイバ４０ｍをつなぎ合わせることで総群速
度分散を零とした光ファイバ遅延線を用いた。この全長
２００ｍの光ファイバ遅延線は、上の繰り返し周波数２
００ＭＨｚに対して、繰返し周期のＮ＝２００倍の遅延
を与える。

【００８３】上で、分岐鏡１０３により分岐された他方
の１ｍＷの参照パルス列も、結合レンズにより光ファイ
バに入射された。本実施例では、機器の配置についての
自由度を増すために、参照パルス列も、短尺（１ｍ）の
光ファイバを介して、相互相関計１０７に導いている。
光ファイバ遅延線中を伝播する０．６ｍＷの信号パルス
列と短尺ファイバ中を伝播する０．５ｍＷの参照パルス
列は、それぞれ３ｄＢファイバカップラによって等分さ
れ、相互相関計１０７と相互相関器１１５に入射する。

【００８４】本実施例において用いた相互相関器１０７
及び相互相関器１１５では、非線型効果として、ニオブ
酸リチウム（ＬiＮbＯ₃）結晶中での和周波発生効果が
用いられ、発生した和周波光は光電子増倍管によって光
電変換され、増幅感度５×１０⁴Ｖ／Ａの電流増幅器に
よって電圧値に変換された。この場合、相互相関器１１
５を出力する相互相関信号電圧の最大値として０．１Ｖ
が得られたので、基準電圧１１７を０．０５Ｖに設定し
て、相互相関信号電圧との差を積分回路１１８に印加
し、その出力を駆動回路１１９を通じて共振器長調整機
構（変位鏡）１０１に帰還した。

【００８５】図４（ａ）は、この実施例において、帰還
を行う前に得られた特性を示す図であり、これは、従来
例の光信号波形測定方法の構成で得られるのと同等の特
性になっている。この図は、相互相関計１０７内の相対
的遅延時間を高速に掃引し、発生する非線型信号の大き
さを逐次計測・記録することにより得た。掃引時間は一
回当たり３秒程度であり、３回の掃引結果を重ねて示し
てある。

【００８６】これによると、３回の掃引（約１０秒間）
のうちに、波形が遅延時間軸上を移動しており、この移
動量から、相互相関計に入射するパルス間の見かけの時
間差τ_eが、０．４ｐｓ変化していることが分かる。こ
れは、この場合の伝播遅延差の０．４ｐｐｍに当たり、
推定される温度変化にして０．０８℃に相当する。温度
変化に拡散的性質を仮定すれば、温度変化は、推定で、
２６ｍｉｎで１℃に達する。

【００８７】より低速の掃引または、掃引間の信号の平
均化を行って感度を高めようとすると、この時間差τ_e
の変動が、相互相関計の遅延時間上のボケとして現れ、
測定の時間分解能の低下を招くのである。図４（ｂ）は
本実施例による帰還を行った状態で、前同様の相互相関
計１０７による測定を行って得られた。この場合、３回
の掃引にかけて、波形が遅延時間軸上を全然移動してい
ないことが分かる。

【００８８】かくして、本実施例によって、相互相関計
に入射するパルス間の見かけの時間差τ_eの変動が成功
裏に抑制されていることが示された。図４（ｃ）は、さ
らに、本実施例による帰還を行った状態で、一回当たり
３分のより低速の掃引を行い、７回の掃引に亙る信号の
平均化を行った結果を示す。全測定時間２１ｍｉｎに亙
って、伝播遅延差の変動が完全に吸収され、時間差τ_e
が固定されている。

【００８９】その結果、得られた測定波形は分解能の低
下を免れており、測定時間が長いことの当然の帰結であ
るが、図４（ｂ）の場合に比して、格段に雑音の小さい
（信号対雑音比＞１０００）測定が達成された。これの
信号から信号パルスの幅を見ると、２．３ｐｓと読み取
れ、波形整形器の直後における幅の１．５ｐｓから広が
っている。これは本実施例における光学素子１０６であ
る光ファイバ遅延線の特性を反映している。

【００９０】即ち、この光ファイバ遅延線では、通常の
光ファイバと分散シフト光ファイバを接続することによ
り、総群速度分散を零としているものの、より高次の分
散は同符号で加算されて残っていることが分かる。この
ように、詳細な出力波形信号波形の測定は、光学素子の
特性の評価に大いに資するのである。以上のように、本
実施例装置によって、伝播路、或いは、短パルスレーザ
の共振器の光学長変動による時間分解能の劣化を蒙らな
い光信号波形測定法が実現できた。

【００９１】〔実施例２〕本発明の第１の構成の別の実
施例につき、以下に説明する。相互相関器１０７及び相
互相関器１１５以外の構成は上述の実施例と同一であ
り、光ファイバ遅延線中を伝播する０．６ｍＷの信号パ
ルス列と、短尺ファイバ中を伝播する０．５ｍＷの参照
パルス列は、それぞれ３ｄＢファイバカップラによって
等分され、相互相関計１０７と相互相関器１１５に入射
する。本実施例において用いた相互相関器１０７及び相
互相関器１１５では、非線型効果として、シリコンＰＩ
Ｎ光検出器中での二光子遷移が用いられる。

【００９２】シリコン光検出器では、λ_gが１．１μｍ
であり、波長λ₁，λ₂が１．５５μｍの光パルス列に対
して、上述の式（５）が満たされている。発生した光電
流は、増幅感度１×１０⁷Ｖ／Ａの電流増幅器によって
電圧値に変換された。この場合、相互相関器１１５を出
力する相互相関信号電圧は、定数分Ｇ₀、Ｇ ₁がそれぞ
れ９ｍＶ、１．４ｍＶ、また、Ｇ_cの最大値として１．
１ｍＶが得られたので、基準電圧１１７を１１ｍＶに設
定して、相互相関信号電圧との差を積分回路１１８に印
加し、その出力を駆動回路１１９を通じて共振器長調整
機構（変位鏡）１０１に帰還した。

【００９３】本実施例によっても、図４に類似の特性が
得られた。こうして、本実施例装置によっても、伝播
路、或いは、短パルスレーザの共振器の光学長変動によ
る時間分解能の劣化を蒙らない光信号波形測定法が実現
できた。本実施例の相互相関器１１５は、上の実施例で
用いた相互相関器の約半分以下の価格である。これによ
り、本実施例は、実施例１よりも安価に行えたことにな
る。

【００９４】上述の二つの実施例は、内部の非線型媒質
を同じくする相互相関器１０７及び相互相関器１１５の
対を用いて行った。言うまでもないことであるが、これ
は本発明にとって必要な構成ではない。寧ろ、相互相関
器１０７と相互相関器１１５に相異なる非線型媒質を用
いることが、推奨される場合がある。

【００９５】例えば、時間差τ_eの変動の検出を妨げな
い範囲で、できるだけ高感度の相互相関器１１５を用
い、一方、相互相関器１０７にはできるだけ分解能の高
いものをあてることもできる。このような構成に意義が
あるのは、相互相関計（器）においても、高速計測器の
常にもれず、感度と分解能が両立し難いからである。

【００９６】また、もし、光路長の変動が全然問題にな
らないことが明らかな素子（例えば膜面に空間入出射す
る薄膜素子など）の場合には、信号パルスを相互相関計
１０７と相互相関器１１５に分配する分岐鏡１１１の後
段で、相互相関計１０７に入射する以前の光路上に該素
子を設置して、その特性を測定することもできる。本構
成は、例えば、当該素子の発生する微弱な蛍光の時間緩
和を、励起パルス波長を変えて高感度に調べる場合など
に、有効である。

【００９７】この場合、本発明の構成により、波長可変
の励起パルスを形成する波形整形器及び被測定素子まで
の伝播路の遅延変動が抑圧されることになる。以上のよ
うに、相互相関器を用いて、信号パルス対と参照パルス
対の相対的遅延変動を抑圧するという本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で、本発明には様々な応用構成が存するこ
とは、敢えて言うまでもない。

【００９８】

【発明の効果】本発明の光信号測定方法によれば、伝播
路、或いは、短パルスレーザの共振器の光学長変動によ
る時間分解能の劣化を蒙らない測定が行える。また、本
発明の光信号測定方法には、高周波電子回路の帯域によ
る制限が無く、それ故、モード同期レーザ光源の短パル
ス性が有効に働き、また適用可能な繰り返し周波数に上
限がない。また、本発明の光信号測定法は、各種の短パ
ルスレーザに対して共通に、さらに、伝播路長に依存せ
ず汎用的に行え、しかも安価に実施できるので、工業的
に大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光信号測定方法の第１の構成を示す構
成図である。

【図２】本発明の光信号測定方法の第２の構成を示す構
成図である。

【図３】図３は本発明の構成に用いる相互相関器の構成
例を示し、図３（ａ）は和周波発生効果を用いる構成を
示す構成図、図３（ｂ）は半導体光検出器中の光子遍移
を用いる構成を示す構成図である。

【図４】図４は本発明の実施例により得られた特性を示
し、図４（ａ）は帰還停止状態で採取された相関信号を
示すグラフ、図４（ｂ）は帰還動作状態で採取された相
関信号を示すグラフ、図４（ｃ）は帰還動作状態で長時
間に亙って加算平均しつつ採取された相関信号を示すグ
ラフである。

【図５】従来の光信号測定方法の構成を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１００短パルスレーザ共振器１０１共振器長調整機構１０２反射鏡１０３分岐鏡１０４反射鏡１０５波形整形器１０６遅延の揺動する光学素子１０７相互相関計１０８制御・記録器１０９分岐鏡１１０反射鏡１１１分岐鏡１１２反射鏡１１５相互相関器１１７基準電圧１１８積分回路１１９駆動回路２００短パルスレーザ共振器２０１共振器長調整機構２０２反射鏡２０３分岐鏡２０４反射鏡２０５波形整形器２０６遅延の揺動する光学素子２０７相互相関計２０８制御・記録器２０９分岐鏡２１０反射鏡２１１分岐鏡２１２反射鏡２１３発振器２１４変位器２１５相互相関器２１６位相検波増幅器２１８積分回路２１９駆動回路３１５相互相関器３２０，３２１反射鏡３２２直角反射プリズム３２３集束レンズ３２４非線型結晶３２５絞り３２６集光レンズ３２７光検出器３２８光検出器５００短パルスレーザ共振器５０２反射鏡５０３分岐鏡５０４反射鏡５０５波形整形器５０６光学素子５０７相互相関計５０８制御・記録器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】短パルスレーザの発生する光パルス列を
二分し、得られる二つのパルス列を、該光パルス列の繰
返し周期の零以外の整数倍なる相対的遅延時間差を有す
る二つの別個の光路を辿らせた後、二つのパルス列を相
互相関計に入射すると共に二分された一方は、二つのパ
ルス列の幅に差を持たせる波形整形器を介して相互相関
計に入射し、該相互相関計において、二つのパルス列の
間に可変の相対遅延を与えた上で、光非線型効果を有す
る媒質中に合波・結焦し、発生する非線型信号の大きさ
を、該相対遅延の関数として測定・記録する光信号波形
測定方法において、上記短パルスレーザに、共振器の光
学長を調整する機構を付与し、上記二つのパルス列の夫
々を上記相互相関器に入射する直前に二分し、得られる
二つのパルス列夫々を二つの相互相関器に入射し、該二
つの相互相関器の一方において、該二つのパルス列を、
光非線型効果を有する媒質中に合波・結焦し、発生する
非線型信号を電気信号に変換し、該電気信号の大きさに
基づいて上記機構を駆動することを特徴とする光信号波
形測定方法。
【請求項２】上記電気信号が一定値となるように上記
機構を駆動することを特徴とする請求項１記載の光信号
波形測定方法。
【請求項３】上記相互相関器に入射するパルス列の複
製の一方に周期的に変化する遅延を与え、上記電気信号
が該遅延の変化に伴って変化しないように上記機構を駆
動することを特徴とする請求項１記載の光信号波形測定
方法。