JP3313492B2 - 光波形測定装置 - Google Patents
光波形測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学分野における光波
形の測定に関する。
形の測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】一定の繰り返し周波数で振幅変調された
信号光の光波形を観測するにはフォトダイオードとオシ
ロスコープの組み合わせによる測定が一般的である。し
かし、フォトダイオードの帯域は最高速でも３０〜４０
ＧＨｚ程度であり、これを超える帯域を持つ信号光はこ
の測定方法では測定できない。これに対し、このような
超高速の光信号を観測する方法として文献「ＮＴＴ Ｒ
＆Ｄ，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．６ ｐｐ８２５」および文
献「電子情報通信学会論文誌Ｂ−１，Ｖｏｌ．Ｊ７５−
Ｂ−１，Ｎｏ．５ ｐｐ３７２」に光サンプリング法が
発表されている。この方法は、観測すべき信号光と幅の
狭いサンプリング光パルス列とを非線型光学結晶に導
き、両者の相互相関信号を和周波光として取り出し、信
号光の波形を直接観測する方法である。
信号光の光波形を観測するにはフォトダイオードとオシ
ロスコープの組み合わせによる測定が一般的である。し
かし、フォトダイオードの帯域は最高速でも３０〜４０
ＧＨｚ程度であり、これを超える帯域を持つ信号光はこ
の測定方法では測定できない。これに対し、このような
超高速の光信号を観測する方法として文献「ＮＴＴ Ｒ
＆Ｄ，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．６ ｐｐ８２５」および文
献「電子情報通信学会論文誌Ｂ−１，Ｖｏｌ．Ｊ７５−
Ｂ−１，Ｎｏ．５ ｐｐ３７２」に光サンプリング法が
発表されている。この方法は、観測すべき信号光と幅の
狭いサンプリング光パルス列とを非線型光学結晶に導
き、両者の相互相関信号を和周波光として取り出し、信
号光の波形を直接観測する方法である。
【０００３】以下、図５を用いてこの光サンプリング法
を概説する。含んでいる変調信号の周波数帯域がｆｍａ
ｘであり、かつ繰り返し周波数ｆ0 で振幅変調された信
号光を被測定光とし、半導体レーザ２５などで発振させ
た場合、
を概説する。含んでいる変調信号の周波数帯域がｆｍａ
ｘであり、かつ繰り返し周波数ｆ0 で振幅変調された信
号光を被測定光とし、半導体レーザ２５などで発振させ
た場合、
【０００４】
【数１】
【０００５】で表される（以下、式１という。）繰り返
し周波数ｆｓのパルス光列をサンプリング光パルス列と
する。続いてそれぞれ、偏光制御装置４を経由させ偏波
面制御可能な直線偏光とする。そして、図６に示すよう
に被測定光とサンプリング光パルス列との相対位置を
し周波数ｆｓのパルス光列をサンプリング光パルス列と
する。続いてそれぞれ、偏光制御装置４を経由させ偏波
面制御可能な直線偏光とする。そして、図６に示すよう
に被測定光とサンプリング光パルス列との相対位置を
【０００６】
【数２】
【０００７】で表される（以下、式２という）ΔＴずつ
ずらして、この二つの光を光合波器６で合波し、非線形
光学材料２１に入射する。この非線形光学材料２１は例
えばＫＴＰ結晶などからなり、入射した二つの光の相互
作用であるいわゆる和周波光発生（Sum Frequency Gene
ration:SFG )が起こる。和周波光発生とは、ある非線形
光学材料に二つの光を入射すると２次の非線形感受率ｘ
(2) によって、それぞれの光周波数の和となる周波数の
光を出力する非線形光学現象をいう。一般的にこの現象
は極めて応答速度が速く、サンプリンク光パルス列の電
力Ｐsampとその光パルス幅の間の被測定光の電力Ｐsig
との積に発生効率ηを乗じた和周波光電力Ｐを発生す
る。この非線形光学材料２１からの光を光フィルタ２２
などを透過させることによって、被測定光やサンプリン
グ光パルス列等の不要な波長の光をカットして和周波光
のみを取り出す。この和周波光はサンプリング光パルス
列の繰り返し周波数と同じ周波数を有する低速の光信号
であり、この光を受光器２３で受光して電気信号に変換
する。この和周波光の強度の包絡線は、被測定光の波形
を時間軸で拡大したもので、その繰り返し周波数はｎΔ
ｆsampであり、低い周波数である。以上の構成により超
高速の光波形の観測が可能になる。
ずらして、この二つの光を光合波器６で合波し、非線形
光学材料２１に入射する。この非線形光学材料２１は例
えばＫＴＰ結晶などからなり、入射した二つの光の相互
作用であるいわゆる和周波光発生（Sum Frequency Gene
ration:SFG )が起こる。和周波光発生とは、ある非線形
光学材料に二つの光を入射すると２次の非線形感受率ｘ
(2) によって、それぞれの光周波数の和となる周波数の
光を出力する非線形光学現象をいう。一般的にこの現象
は極めて応答速度が速く、サンプリンク光パルス列の電
力Ｐsampとその光パルス幅の間の被測定光の電力Ｐsig
との積に発生効率ηを乗じた和周波光電力Ｐを発生す
る。この非線形光学材料２１からの光を光フィルタ２２
などを透過させることによって、被測定光やサンプリン
グ光パルス列等の不要な波長の光をカットして和周波光
のみを取り出す。この和周波光はサンプリング光パルス
列の繰り返し周波数と同じ周波数を有する低速の光信号
であり、この光を受光器２３で受光して電気信号に変換
する。この和周波光の強度の包絡線は、被測定光の波形
を時間軸で拡大したもので、その繰り返し周波数はｎΔ
ｆsampであり、低い周波数である。以上の構成により超
高速の光波形の観測が可能になる。
【０００８】この測定法における分解能はサンプリング
光パルス列の幅、非線形光学材料２１の応答速度、非線
形光学材料２１の波長分散による被測定光とサンプリン
グ光パルス列との時間的位置のずれ、電子回路のジッタ
等で決まる。
光パルス列の幅、非線形光学材料２１の応答速度、非線
形光学材料２１の波長分散による被測定光とサンプリン
グ光パルス列との時間的位置のずれ、電子回路のジッタ
等で決まる。
【０００９】また、Ｓ／Ｎ比は非線形光学材料２１の効
率、受光器２３の効率、電子回路の熱雑音などで決ま
る。
率、受光器２３の効率、電子回路の熱雑音などで決ま
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記和周波光を用いた
光サンプリング方法において、先の文献中に示されてい
るようにＫＴＰ結晶では和周波光発生効率Ｐが
光サンプリング方法において、先の文献中に示されてい
るようにＫＴＰ結晶では和周波光発生効率Ｐが
【００１１】
【数３】
【００１２】とかなり低いため、発生する相関信号の強
度がきわめて小さい。このため受光器２３に増倍率がフ
ォトダイオードより高い光電子増倍管を使用し、なおか
つ、掃引回数を増やして平均化処理によりＳ／Ｎを改善
する必要があった。このような場合、次の問題点が発生
することがあった。
度がきわめて小さい。このため受光器２３に増倍率がフ
ォトダイオードより高い光電子増倍管を使用し、なおか
つ、掃引回数を増やして平均化処理によりＳ／Ｎを改善
する必要があった。このような場合、次の問題点が発生
することがあった。
【００１３】まず、ＫＴＰ等の非線形光学材料２１の厚
みは数ｍｍ程度であるため、この素子の波長分散によっ
て被測定光とサンプリング光パルス列との間に群遅延時
間差が生じ、これが時間分解能を劣化させる。この問題
を回避するため、素子を薄くすると発生効率が悪化す
る。
みは数ｍｍ程度であるため、この素子の波長分散によっ
て被測定光とサンプリング光パルス列との間に群遅延時
間差が生じ、これが時間分解能を劣化させる。この問題
を回避するため、素子を薄くすると発生効率が悪化す
る。
【００１４】次に、和周波光発生では位相整合をとる必
要があり、非線形光学材料２１への入射光角と結晶軸と
の角度条件が厳しい。このため非線形光学材料２１の歩
止まりや測定装置の安定性に問題がある。
要があり、非線形光学材料２１への入射光角と結晶軸と
の角度条件が厳しい。このため非線形光学材料２１の歩
止まりや測定装置の安定性に問題がある。
【００１５】また、受光器２３に光電子増倍管を用いた
場合、この受光器は大きくて高価であり、取り扱いも容
易ではない。
場合、この受光器は大きくて高価であり、取り扱いも容
易ではない。
【００１６】また、受光器２３に光電子増倍管を用いた
場合、この受光器は一般的に応答速度がフォトダイオー
ドより遅いため、式１のｎを大きくしてサンプリング光
パルス列の繰り返し周波数ｆｓを低く設定する必要があ
る。しかし、そのようにすると式２からわかるように、
ｎが大きいとｎ自身やΔｆsampのゆらぎによるジッタが
ΔＴに大きく現われ、時間分解能を悪化させる。また、
一般的にパルス光源では繰り返し周波数ｆｓが低いと、
パルス幅の細い光パルスの生成が難しくなる。従って高
時間分解能達成に必要な幅の細いサンプリング光パルス
列が得られにくい。
場合、この受光器は一般的に応答速度がフォトダイオー
ドより遅いため、式１のｎを大きくしてサンプリング光
パルス列の繰り返し周波数ｆｓを低く設定する必要があ
る。しかし、そのようにすると式２からわかるように、
ｎが大きいとｎ自身やΔｆsampのゆらぎによるジッタが
ΔＴに大きく現われ、時間分解能を悪化させる。また、
一般的にパルス光源では繰り返し周波数ｆｓが低いと、
パルス幅の細い光パルスの生成が難しくなる。従って高
時間分解能達成に必要な幅の細いサンプリング光パルス
列が得られにくい。
【００１７】さらに、また被測定光が短波長の時には発
生する和周波光の波長は極端に短くなり、使える受光器
が限られる。
生する和周波光の波長は極端に短くなり、使える受光器
が限られる。
【００１８】最後に、非線形光学材料２１の和周波光発
生効率が低いとＳ／Ｎを改善するため、平均化処理の回
数を増やす必要があった。しかし、この回数を増やすと
測定に要する時間が長くなる、という問題もある。
生効率が低いとＳ／Ｎを改善するため、平均化処理の回
数を増やす必要があった。しかし、この回数を増やすと
測定に要する時間が長くなる、という問題もある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】このように非線形光学材
料の効率が本測定法の性能を大きく左右する。そこで本
発明では、非線形光学効果として和周波光発生より一般
的に効率の高い四光波混合を用い、以下の光波形測定装
置を開発した。この四光波混合とは、非線形光学素子１
に異なる光周波数の２ないしは３種の光が入力すると、
３次の非線形感受率ｘ(3) によって新たな光周波数の光
が発生する現象である。また後述するように、用いる光
周波数の相対的な関係によって特に近縮退四光波混合、
あるいは非縮退四光波混合と呼ぶ場合もあるが、ここで
は総称として四光波混合と呼ぶ事にする。本発明の概要
を述べると次のようになる。非線形光学素子１に対し
て、所定の帯域ｆｍａｘを有する測定すべき情報で振幅
変調された第１の光周波数ｆ１をもつ被測定光と、第１
の光周波数ｆ１に対し、前記所定の帯域ｆｍａｘよりも
大きい光周波数差Δｆを有する第２の光周波数ｆ１±Δ
ｆをもつサンプリング光パルス列とを入力する。非線形
光学素子１は四光波混合により第１の光周波数ｆ１との
光周波数差が上に述べた光周波数差Δｆに等しい第１の
光と、第２の光周波数ｆ１±Δｆとの光周波数差が上に
述べた光周波数差Δｆに等しい第２の光とを出力する。
また、非線形光学素子１からの出力を受けて第１の光か
第２の光かどちらかいずれか一方を選択して出力する周
波数選択手段２と、周波数選択手段２からの出力をサン
プリングされた測定すべき情報に対応する電気信号に変
換する変換手段３とを備えている。
料の効率が本測定法の性能を大きく左右する。そこで本
発明では、非線形光学効果として和周波光発生より一般
的に効率の高い四光波混合を用い、以下の光波形測定装
置を開発した。この四光波混合とは、非線形光学素子１
に異なる光周波数の２ないしは３種の光が入力すると、
３次の非線形感受率ｘ(3) によって新たな光周波数の光
が発生する現象である。また後述するように、用いる光
周波数の相対的な関係によって特に近縮退四光波混合、
あるいは非縮退四光波混合と呼ぶ場合もあるが、ここで
は総称として四光波混合と呼ぶ事にする。本発明の概要
を述べると次のようになる。非線形光学素子１に対し
て、所定の帯域ｆｍａｘを有する測定すべき情報で振幅
変調された第１の光周波数ｆ１をもつ被測定光と、第１
の光周波数ｆ１に対し、前記所定の帯域ｆｍａｘよりも
大きい光周波数差Δｆを有する第２の光周波数ｆ１±Δ
ｆをもつサンプリング光パルス列とを入力する。非線形
光学素子１は四光波混合により第１の光周波数ｆ１との
光周波数差が上に述べた光周波数差Δｆに等しい第１の
光と、第２の光周波数ｆ１±Δｆとの光周波数差が上に
述べた光周波数差Δｆに等しい第２の光とを出力する。
また、非線形光学素子１からの出力を受けて第１の光か
第２の光かどちらかいずれか一方を選択して出力する周
波数選択手段２と、周波数選択手段２からの出力をサン
プリングされた測定すべき情報に対応する電気信号に変
換する変換手段３とを備えている。
【００２０】
【作用】以下、本発明の作用を非線形光学素子１に半導
体レーザ光増幅器１１を用いた場合を例にとり説明す
る。図３は半導体レーザ光増幅器１１での四光波混合発
生の原理を説明した図であり、特にこの構成を前進型四
光波混合という場合もある。半導体レーザ光増幅器１１
に対し、光周波数ｆ１の被測定光と、光周波数ｆ１＋Δ
ｆのサンプリング光パルス列とを入力する。この光強度
が一定以上の場合、半導体レーザ光増幅器１１内部の活
性層中のキャリア密度及びキャリア占有確率分布は２光
波の光周波数差Δｆで振動し、一種のグレーティングを
形成する。このグレーティングによってサンプリング光
パルス列などの入力光に対し振幅変調および位相変調が
かかることになる。この変調された光は、変調側帯波を
生じ、これがあらたな光ｆ１−Δｆ及びｆ１＋２Δｆと
して観測される。ここでΔｆ＜１〜２ＧＨｚの場合、主
にキャリア密度の変化が四光波混合の主因となり、この
場合を特に近縮退四光波混合と呼ぶ。またΔｆ＞１〜２
ＧＨｚの場合、主にキャリア占有確率分布の変化が主因
となり、この場合を特に非縮退四光波混合と呼ぶ。本明
細書ではこれらを含め、総称として四光波混合と呼ぶこ
とにする。
体レーザ光増幅器１１を用いた場合を例にとり説明す
る。図３は半導体レーザ光増幅器１１での四光波混合発
生の原理を説明した図であり、特にこの構成を前進型四
光波混合という場合もある。半導体レーザ光増幅器１１
に対し、光周波数ｆ１の被測定光と、光周波数ｆ１＋Δ
ｆのサンプリング光パルス列とを入力する。この光強度
が一定以上の場合、半導体レーザ光増幅器１１内部の活
性層中のキャリア密度及びキャリア占有確率分布は２光
波の光周波数差Δｆで振動し、一種のグレーティングを
形成する。このグレーティングによってサンプリング光
パルス列などの入力光に対し振幅変調および位相変調が
かかることになる。この変調された光は、変調側帯波を
生じ、これがあらたな光ｆ１−Δｆ及びｆ１＋２Δｆと
して観測される。ここでΔｆ＜１〜２ＧＨｚの場合、主
にキャリア密度の変化が四光波混合の主因となり、この
場合を特に近縮退四光波混合と呼ぶ。またΔｆ＞１〜２
ＧＨｚの場合、主にキャリア占有確率分布の変化が主因
となり、この場合を特に非縮退四光波混合と呼ぶ。本明
細書ではこれらを含め、総称として四光波混合と呼ぶこ
とにする。
【００２１】四光波混合における発生効率を、和周波光
の場合と比較すると、効率が非常に高い非線形光学素子
が存在する。例えば、量子井戸構造を有する半導体結晶
等である。特に、非線形光学素子１が半導体レーザのよ
うに増幅媒質である場合、被測定光も、四光波混合によ
る発生光も同一波長帯であることから増幅効果が得ら
れ、さらに高い発生効率が得られる。
の場合と比較すると、効率が非常に高い非線形光学素子
が存在する。例えば、量子井戸構造を有する半導体結晶
等である。特に、非線形光学素子１が半導体レーザのよ
うに増幅媒質である場合、被測定光も、四光波混合によ
る発生光も同一波長帯であることから増幅効果が得ら
れ、さらに高い発生効率が得られる。
【００２２】一方、この四光波混合発生の応答速度は必
然的に第１の光周波数ｆ１と第２の光周波数ｆ１＋Δｆ
との光周波数差Δｆの逆数に比例する。よって一定の測
定帯域ｆｍａｘを有する光波形を観測するには、測定帯
域ｆｍａｘよりも光周波数差Δｆが大きいという条件に
おいて高い発生効率をもつ非線形光学素子１が必要であ
る。これに関しては例えば文献「Terahertz four-wave
mixing spectroscopy for study ultrafast dynamics i
n a semiconductor optical amplifier; Appl. Phys. L
ett. 63 (9), pp.1179」に示されているようにΔｆ＝
８０ＧＨｚにおいても発生効率は約−２０ｄＢと、一般
的な非線形光学素子による和周波光発生の場合より極め
て高い。これらの事実によって受光器の感度に対する要
求を緩和し、光から電気への変換手段３に高速で取り扱
いも容易なフォトダイオードを用いることができるよう
になった。なお、以上の説明ではサンプリング光パルス
列の光周波数をｆ１＋Δｆとしたが、これをｆ１−Δｆ
としてもよく、そのときは四光波混合としてｆ１−２Δ
ｆ及びｆ１＋Δｆの光が発生する。
然的に第１の光周波数ｆ１と第２の光周波数ｆ１＋Δｆ
との光周波数差Δｆの逆数に比例する。よって一定の測
定帯域ｆｍａｘを有する光波形を観測するには、測定帯
域ｆｍａｘよりも光周波数差Δｆが大きいという条件に
おいて高い発生効率をもつ非線形光学素子１が必要であ
る。これに関しては例えば文献「Terahertz four-wave
mixing spectroscopy for study ultrafast dynamics i
n a semiconductor optical amplifier; Appl. Phys. L
ett. 63 (9), pp.1179」に示されているようにΔｆ＝
８０ＧＨｚにおいても発生効率は約−２０ｄＢと、一般
的な非線形光学素子による和周波光発生の場合より極め
て高い。これらの事実によって受光器の感度に対する要
求を緩和し、光から電気への変換手段３に高速で取り扱
いも容易なフォトダイオードを用いることができるよう
になった。なお、以上の説明ではサンプリング光パルス
列の光周波数をｆ１＋Δｆとしたが、これをｆ１−Δｆ
としてもよく、そのときは四光波混合としてｆ１−２Δ
ｆ及びｆ１＋Δｆの光が発生する。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を述べる。第１の実施
例を図１を用いて以下説明する。
例を図１を用いて以下説明する。
【００２４】まず、所定の周波数帯域ｆｍａｘでありか
つ、繰り返し周波数ｆ0 で振幅変調された被測定光（光
周波数ｆ１）を偏光子と１／２波長板からなる偏光制御
装置４を経由させ偏波面制御可能な直線偏光とする。
つ、繰り返し周波数ｆ0 で振幅変調された被測定光（光
周波数ｆ１）を偏光子と１／２波長板からなる偏光制御
装置４を経由させ偏波面制御可能な直線偏光とする。
【００２５】サンプリング光源５は外部からのトリガ信
号（ｆ0 またはｆ0 の整数分の一）を、式１によって繰
り返し周波数ｆｓに変換し、パルス幅の細いサンプリン
グ光パルス列（光周波数ｆ１＋Δｆ）を生成する。この
サンプリング光源５の光学部は例えばモードロック半導
体レーザ、ゲインスイッチ半導体レーザ、モードロック
ファイバレーザ等で構成される。このサンプリング光パ
ルス列を偏光制御装置４を経由させて偏光面を調整す
る。被測定光とサンプリング光パルス列との偏波面を調
整するのは、それぞれの偏光方向が非線形光学素子１内
で同一となるようにして効率よく四光波混合を発生させ
るためである。なお、前もって被測定光およびサンプリ
ング光パルス列の偏波面を調整して固定されているよう
な場合は、これら偏光制御装置４は不要であり、本測定
装置での必須の機構ではない。
号（ｆ0 またはｆ0 の整数分の一）を、式１によって繰
り返し周波数ｆｓに変換し、パルス幅の細いサンプリン
グ光パルス列（光周波数ｆ１＋Δｆ）を生成する。この
サンプリング光源５の光学部は例えばモードロック半導
体レーザ、ゲインスイッチ半導体レーザ、モードロック
ファイバレーザ等で構成される。このサンプリング光パ
ルス列を偏光制御装置４を経由させて偏光面を調整す
る。被測定光とサンプリング光パルス列との偏波面を調
整するのは、それぞれの偏光方向が非線形光学素子１内
で同一となるようにして効率よく四光波混合を発生させ
るためである。なお、前もって被測定光およびサンプリ
ング光パルス列の偏波面を調整して固定されているよう
な場合は、これら偏光制御装置４は不要であり、本測定
装置での必須の機構ではない。
【００２６】それぞれ偏光された被測定光とサンプリン
グ光パルス列とは光合波器６により合波される。ここ
で、光合波器６は光ファイバカプラや誘電体多層膜によ
る光合波器が利用できる。ただし、光合波器６がなくて
も、第２の実施例のように光デュプレクサを用いて非線
形光学素子１に二つの光を直接入力することも可能であ
る。
グ光パルス列とは光合波器６により合波される。ここ
で、光合波器６は光ファイバカプラや誘電体多層膜によ
る光合波器が利用できる。ただし、光合波器６がなくて
も、第２の実施例のように光デュプレクサを用いて非線
形光学素子１に二つの光を直接入力することも可能であ
る。
【００２７】光合波器６により合波された光は四光波混
合を発生する非線形光学素子１に入力される。特に、非
線形光学素子１に半導体レーザ光増幅器１１を用いると
効率よく四光波混合が発生する。また、別の利点として
半導体レーザ光増幅器１１は、素子長が数１００μｍ程
度と非常に短いので光を透過させるときの波長による分
散が小さくなるため、分解能の劣化が非常に小さくなる
という利点がある。本実施例では、非線形光学素子１に
半導体レーザ光増幅器１１を用いているが、量子井戸構
造を有する半導体結晶や光ファイバなどによっても四光
波混合の発生は可能である。この非線形光学素子１の内
部で被測定光の光周波数ｆ１、サンプリング光パルス列
の光周波数ｆ１＋Δｆとが重畳したときに、四光波混合
によって被測定光ｆ１、サンプリング光パルス列ｆ１＋
Δｆの他に、ｆ１−Δｆ、ｆ１＋２Δｆの周波数の光が
発生し出力される。このとき発生する光は被測定光とサ
ンプリング光パルス列とが時間的に重畳するときにだけ
発生するものであり、サンプリング光パルス列と同じ繰
り返し周波数ｆｓで発生する。
合を発生する非線形光学素子１に入力される。特に、非
線形光学素子１に半導体レーザ光増幅器１１を用いると
効率よく四光波混合が発生する。また、別の利点として
半導体レーザ光増幅器１１は、素子長が数１００μｍ程
度と非常に短いので光を透過させるときの波長による分
散が小さくなるため、分解能の劣化が非常に小さくなる
という利点がある。本実施例では、非線形光学素子１に
半導体レーザ光増幅器１１を用いているが、量子井戸構
造を有する半導体結晶や光ファイバなどによっても四光
波混合の発生は可能である。この非線形光学素子１の内
部で被測定光の光周波数ｆ１、サンプリング光パルス列
の光周波数ｆ１＋Δｆとが重畳したときに、四光波混合
によって被測定光ｆ１、サンプリング光パルス列ｆ１＋
Δｆの他に、ｆ１−Δｆ、ｆ１＋２Δｆの周波数の光が
発生し出力される。このとき発生する光は被測定光とサ
ンプリング光パルス列とが時間的に重畳するときにだけ
発生するものであり、サンプリング光パルス列と同じ繰
り返し周波数ｆｓで発生する。
【００２８】非線形光学素子１により発生した四光波の
うち、一方を周波数選択手段２によって取り出し、被測
定光とサンプリング光パルス列を抑圧する。周波数選択
手段２には本実施例では誘電体多層膜を用いた干渉型フ
ィルタを用いる。周波数選択手段２としてはその他、回
折格子やファブリペローエタロン等を用いても可能であ
る。
うち、一方を周波数選択手段２によって取り出し、被測
定光とサンプリング光パルス列を抑圧する。周波数選択
手段２には本実施例では誘電体多層膜を用いた干渉型フ
ィルタを用いる。周波数選択手段２としてはその他、回
折格子やファブリペローエタロン等を用いても可能であ
る。
【００２９】周波数選択手段２からの出力は、変換手段
３により光信号から電気信号に変換される。変換手段３
はフォトダイオードまたは光電子増倍管などからなる。
この電気信号は次の電気信号処理系１２により処理され
る。この電気信号処理系１２はＡ／Ｄ変換器やＣＰＵ、
処理プログラムおよびデータを記憶するメモリなどから
なる。この変換手段３から電気信号処理系１２に入った
電気信号はＡ／Ｄ変換器でデジタル信号化された後、必
要に応じて平均化処理を行ないＳ／Ｎを改善する。この
信号はサンプリング周波数によって離散的に存在する信
号であるので、これを包絡線処理して連続的なつながり
を持つ波形に変換する。これらの処理により被測定光の
超高速光波形は繰り返し周波数ｎΔｆの低い周波数に変
換され、ブラウン管や液晶などの表示手段１３に表示さ
れる。
３により光信号から電気信号に変換される。変換手段３
はフォトダイオードまたは光電子増倍管などからなる。
この電気信号は次の電気信号処理系１２により処理され
る。この電気信号処理系１２はＡ／Ｄ変換器やＣＰＵ、
処理プログラムおよびデータを記憶するメモリなどから
なる。この変換手段３から電気信号処理系１２に入った
電気信号はＡ／Ｄ変換器でデジタル信号化された後、必
要に応じて平均化処理を行ないＳ／Ｎを改善する。この
信号はサンプリング周波数によって離散的に存在する信
号であるので、これを包絡線処理して連続的なつながり
を持つ波形に変換する。これらの処理により被測定光の
超高速光波形は繰り返し周波数ｎΔｆの低い周波数に変
換され、ブラウン管や液晶などの表示手段１３に表示さ
れる。
【００３０】第２の実施例を図２を用いて以下に述べ
る。第１の実施例と同じく、第２の実施例においても非
線形光学素子１に半導体レーザ光増幅器１１を用いてい
るが、本実施例では図４に示す後進型四光波混合と呼ば
れる構成を応用している。この構成においても四光波混
合の発生原理は前述と同じである。ただし、半導体レー
ザ光増幅器１１を被測定光が伝搬するのに要する時間に
対し、サンプリング光パルス列のパルス幅が十分長いと
きに有効である。第２の実施例では半導体レーザ光増幅
器１１の一端から被測定光を入力し、光デュプレクサ８
のポートＡからサンプリング光パルス列を入力し光デュ
プレクサ８のポートＢを経由して半導体レーザ光増幅器
１１に入力する。そして、四光波混合を発生させ、その
発生した光を光デュプレクサ８のポートＢを経由してポ
ートＣより取り出す。周波数選択手段２以降の処理は第
１の実施例と同一である。
る。第１の実施例と同じく、第２の実施例においても非
線形光学素子１に半導体レーザ光増幅器１１を用いてい
るが、本実施例では図４に示す後進型四光波混合と呼ば
れる構成を応用している。この構成においても四光波混
合の発生原理は前述と同じである。ただし、半導体レー
ザ光増幅器１１を被測定光が伝搬するのに要する時間に
対し、サンプリング光パルス列のパルス幅が十分長いと
きに有効である。第２の実施例では半導体レーザ光増幅
器１１の一端から被測定光を入力し、光デュプレクサ８
のポートＡからサンプリング光パルス列を入力し光デュ
プレクサ８のポートＢを経由して半導体レーザ光増幅器
１１に入力する。そして、四光波混合を発生させ、その
発生した光を光デュプレクサ８のポートＢを経由してポ
ートＣより取り出す。周波数選択手段２以降の処理は第
１の実施例と同一である。
【００３１】第２の実施例の場合、図４に示すように光
デュプレクサからの出力において、このサンプリング光
パルス列の向きは四光波混合波の取り出し方向の向きと
は反対方向である。したがってデュプレクサの出力端に
現われるサンプリング光強度は第一の実施例のときより
小さい。よって周波数選択手段２でサンプリンク光パル
スや被測定光をカットして四光波混合波を取り出すとき
に、第１の実施例のときよりサンプリンク光パルスの強
度を低減することができ、Ｓ／Ｎ比の改善に寄与する。
なお、サンプリング光パルス列と被測定光の入射する
端子を入れ替えても同様に実施できる。
デュプレクサからの出力において、このサンプリング光
パルス列の向きは四光波混合波の取り出し方向の向きと
は反対方向である。したがってデュプレクサの出力端に
現われるサンプリング光強度は第一の実施例のときより
小さい。よって周波数選択手段２でサンプリンク光パル
スや被測定光をカットして四光波混合波を取り出すとき
に、第１の実施例のときよりサンプリンク光パルスの強
度を低減することができ、Ｓ／Ｎ比の改善に寄与する。
なお、サンプリング光パルス列と被測定光の入射する
端子を入れ替えても同様に実施できる。
【００３２】
【発明の効果】本発明の効果をまとめると次のようにな
る。第１に、四光波混合では被測定光とサンプリング光
パルス列の光周波数は接近しているため、非線形光学素
子１の波長分散の影響を受けにくい。特に非線形光学素
子１に半導体レーザ光増幅器１１を使うと素子長が極め
て短いため、極めて有利である。
る。第１に、四光波混合では被測定光とサンプリング光
パルス列の光周波数は接近しているため、非線形光学素
子１の波長分散の影響を受けにくい。特に非線形光学素
子１に半導体レーザ光増幅器１１を使うと素子長が極め
て短いため、極めて有利である。
【００３３】第２に、四光波混合では位相整合の条件が
緩く、したがって非線形光学素子１への入射光角と結晶
軸との角度条件が緩和される。このため非線形光学素子
１の歩止まりや測定装置の安定性が向上できる。
緩く、したがって非線形光学素子１への入射光角と結晶
軸との角度条件が緩和される。このため非線形光学素子
１の歩止まりや測定装置の安定性が向上できる。
【００３４】第３に、受光器に小型、安価で取り扱い容
易なフォトダイオードを用いることができる。
易なフォトダイオードを用いることができる。
【００３５】第４に、受光器に高速なフォドダイオード
を用いた場合、式１のｎを大きくする必要がないので式
２で発生するジッタを抑えやすい。また、サンプリング
光源５の繰り返し周波数ｆｓが高いので、パルス幅の細
い光パルスの生成がしやすい。これらのことより時間分
解能を上げやすい。
を用いた場合、式１のｎを大きくする必要がないので式
２で発生するジッタを抑えやすい。また、サンプリング
光源５の繰り返し周波数ｆｓが高いので、パルス幅の細
い光パルスの生成がしやすい。これらのことより時間分
解能を上げやすい。
【００３６】第５に、被測定光と四光波混合の波長が近
いため、測定光が短波長の時でも使える受光器の種類が
多い。
いため、測定光が短波長の時でも使える受光器の種類が
多い。
【００３７】第６に、受光器に光電子増倍管を用いた場
合は、非線形光学素子１の発生効率が上昇した分、平均
化処理の回数を従来より減らすことが出来るため、測定
に要する時間を短く出来る。
合は、非線形光学素子１の発生効率が上昇した分、平均
化処理の回数を従来より減らすことが出来るため、測定
に要する時間を短く出来る。
【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図３】前進型四光波混合の原理図である。
【図４】後進型四光波混合の原理図である。
【図５】従来の技術を示すブロック図である。
【図６】光サンプリング測定のタイ厶チャートである。
【符号の説明】 １ 非線形光学素子。 ２ 周波数選択手段。 ３ 変換手段。 ４ 偏光制御装置。 ５ サンプリング光源。 ６ 光合波器。 ８ 光デュプレクサ。 １１ 半導体レーザ光増幅器。 １２ 電気信号処理系。 １３ 表示手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−226026（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−95178（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−72047（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−180729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−155130（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 11/00 G01J 1/00 - 1/60 G01M 11/00 - 11/08
Claims (1)
- 【請求項１】所定の帯域ｆｍａｘを有する測定すべき情
報で振幅変調された第１の光周波数ｆ１をもつ被測定光
と、前記第１の光周波数ｆ１に対して前記所定の帯域ｆ
ｍａｘよりも大きい光周波数差Δｆを有する第２の光周
波数ｆ１±Δｆをもつサンプリング光パルス列とを受け
て被測定光の前記第１の光周波数ｆ１との光周波数差が
前記光周波数差Δｆに等しい第１の光と、第２の光周波
数ｆ１±Δｆとの光周波数差が前記光周波数差Δｆに等
しい第２の光とを出力する非線型光学素子（１）と、該
非線型光学素子の出力を受けていずれか一方を選択して
出力する周波数選択手段（２）と、該周波数選択手段か
らの出力をサンプリングされた測定すべき情報に対応す
る電気信号に変換する変換手段（３）とを有する光波形
測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33994893A JP3313492B2 (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 光波形測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33994893A JP3313492B2 (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 光波形測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07159247A JPH07159247A (ja) | 1995-06-23 |
| JP3313492B2 true JP3313492B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=18332280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33994893A Expired - Fee Related JP3313492B2 (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 光波形測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3313492B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4571283B2 (ja) * | 2000-08-10 | 2010-10-27 | アンリツ株式会社 | 波形測定装置 |
| FR2824635B1 (fr) * | 2001-05-14 | 2004-01-16 | France Telecom | Caracterisation d'impulsions courtes faible puissance |
| JP2009016546A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Anritsu Corp | 短光パルス発生装置、及び、それを用いた光サンプリングオシロスコープ並びに光信号品質モニタ |
-
1993
- 1993-12-06 JP JP33994893A patent/JP3313492B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07159247A (ja) | 1995-06-23 |
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