JP3378502B2 - Optical signal waveform measurement method - Google Patents

Optical signal waveform measurement method

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JP3378502B2
JP3378502B2 JP13282498A JP13282498A JP3378502B2 JP 3378502 B2 JP3378502 B2 JP 3378502B2 JP 13282498 A JP13282498 A JP 13282498A JP 13282498 A JP13282498 A JP 13282498A JP 3378502 B2 JP3378502 B2 JP 3378502B2
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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、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短パル
スレーザ光源を用いて、光信号波形を観測する技術に関
する。特に、正確・高感度な測定を阻む被測定光信号列
と短パルスレーザ光源各々の繰返し周波数の相対変化を
抑圧しつつ、観測を行う技術に関する。本発明は、安価
に行え、また、光信号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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for observing an optical signal waveform using a short pulse laser light source which generates an optical pulse having an ultra-short time width in the picosecond to femtosecond region. In particular, the present invention relates to a technique for performing observation while suppressing a relative change in the repetition frequency of each of an optical signal train to be measured and a short pulse laser light source that prevents accurate and highly sensitive measurement. The present invention provides a method that can be performed at low cost and that can be performed regardless of the pulse width or repetition frequency of an optical signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信ある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。
2. Description of the Related Art In recent years, the application of ultrafast optical signals in the picosecond to femtosecond range has become popular in many industrial and academic fields including optical communication and optical information processing. The need to observe the intensity waveform in detail has increased. When measuring the intensity waveform, the first thing that comes to mind as an extension of the method for slower signals is to convert the measured optical signal to a similar electrical signal using a high-speed photodetector, Would be a method of observing with the existing high-speed electrical signal measuring means.

【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。それゆえ、超短時間領域では、いきおい以下に述べ
る相互相関器による強度波形測定に依らざるを得ない。
However, the photodetector used in this case is required to have a short response time as compared with the optical signal to be measured. In the picosecond to femtosecond ultra-short time range, no photodetector that satisfies this condition actually exists. Therefore, in the ultra-short time region, there is no choice but to rely on the intensity waveform measurement by the cross-correlator described below.

【0004】相互相関器では、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
被測定光信号とを相互作用させ、発生する非線型信号の
大きさを、光信号と参照パルスの相対的遅延時間を変え
つつ計測する。これは、短い参照パルスによって光信号
にゲートを掛け、そのゲートの光信号上での時間位置を
変えつつゲートされた信号出力を測定してゆくことで、
光信号波形を測定していると見ることができ、丁度電気
信号に対するサンプリング測定に類似する方法となって
いる。
In the cross-correlator, a reference light pulse that is synchronized with the measured optical signal and has a shorter time width than the measured optical signal is used, and the reference pulse and the measured pulse are measured in a medium exhibiting an optical nonlinear effect. The magnitude of the nonlinear signal generated by interacting with the optical signal is measured while changing the relative delay time between the optical signal and the reference pulse. This is because the optical signal is gated by a short reference pulse and the gated signal output is measured while changing the time position of the gate on the optical signal.
It can be seen that the optical signal waveform is being measured, which is just like a sampling measurement on an electrical signal.

【0005】それゆえ、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。
Therefore, the measurement using this cross-correlation meter is called optical sampling, and the reference light pulse with a short time width used accompanying it is sometimes called sampling light pulse. There are various orders and types of optical nonlinear effects used, and consequently the manner in which nonlinear signals are taken.

【0006】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。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、λ1
λ2/(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、和周波光のパワに比例した電気信
号を得る。
For example, as the second-order optical nonlinear effect, the sum of
Frequency generation effect or two-photon absorption effect is often used.
It In the former case, the sum of the two incident lights and their respective frequencies
The frequency to hit 1, Λ2For the light of1
λ2/ (Λ1+ Λ2) Wavelength light (sum frequency light) is generated
It This is done by a photodetector sensitive to the sum frequency light wavelength.
Received and converted by the
Get the issue.

【0007】後者では、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。ある
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ーを集電することで、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。
In the latter case, the transmittance of the sampling light pulse decreases with the two-photon transition that occurs when one photon is obtained from each of the two incident lights. Therefore, this is converted by a photodetector sensitive to the wavelength of the sampling light pulse to obtain an electric signal proportional to the change in transmittance. Alternatively, in the case of a semiconductor material, it is possible to directly obtain an electric signal proportional to the two-photon transition probability by attaching an electrode and collecting carriers generated by the two-photon transition.

【0008】三次の光非線型効果としては、飽和吸収、
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。
The third-order optical nonlinear effect is saturated absorption,
The optical Kerr effect or the coupling tone generation effect is used, and photoelectric conversion is performed by an appropriate photodetector to obtain an electric signal proportional to the magnitude of each effect. Generally, the time resolution related to the optical sampling measurement is determined by the response time of the optical nonlinear medium or element used and the time width of the sampling light pulse, and is completely dependent on the response time of the conversion means to an electric signal such as a photodetector. do not do.

【0009】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、相互相関器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。従来から行わ
れてきた相互相関器を用いる光信号波形測定法を、図6
に示した。始めに図6(a)を用いて、光サンプリング
による光信号波形測定方法の一般的様態を説明する。
This property is the reason why the optical sampling measurement using the cross-correlator is performed in the ultra short time range from picosecond to femtosecond. A conventional optical signal waveform measuring method using a cross correlator is shown in FIG.
It was shown to. First, a general aspect of the optical signal waveform measuring method by optical sampling will be described with reference to FIG.

【0010】図6(a)最上段に示す繰返し周波数F
sigを以って繰返す被測定光信号列に対して、同図中段
のより時間幅の短いサンプリングパルス列を用い、光非
線型効果を呈する媒質内で両者を相互作用させる。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、出力される相互相関信号Gcの表
式として、下式(1)が得られる。
Repetition frequency F shown at the top of FIG.
For the optical signal train to be measured which is repeated with sig , the sampling pulse train with a shorter time width in the middle part of the figure is used, and the two are made to interact in the medium exhibiting the optical nonlinear effect. For example, in the cross-correlator, when a second-order optical nonlinear effect is used for the optical nonlinear effect, the following expression (1) is obtained as the expression of the output cross-correlation signal G c .

【0011】[0011]

【数1】 [Equation 1]

【0012】ここで、I1(t)は被測定光信号列の強
度波形、I0(t)はサンプリングパルス列の強度波形
を表す。被積分関数I1(t)I0(t−τe)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。ここで、この相関信号は、パ
ルス列間の見かけの時間差τeに依存する。
Here, I 1 (t) represents the intensity waveform of the optical signal train to be measured, and I 0 (t) represents the intensity waveform of the sampling pulse train. The integrand I 1 (t) I 0 (t−τ e ) is the intensity waveform of the second harmonic wave generated in the nonlinear crystal, and the integral is a photodetector having a response time sufficiently slower than that of the optical pulse. Represents the effect of photoelectric conversion by. Here, this correlation signal depends on the apparent time difference τ e between the pulse trains.

【0013】今、サンプリングパルスの時間幅が、被測
定光信号に比して十分短く、サンプリングパルスをデル
タ関数と見なせる場合、式(1)の表式を、下式のよう
に書き直すことができ、相互相関信号Gcから、被測定
光信号の強度波形I1(t)を直接求めることができ
る。
Now, when the time width of the sampling pulse is sufficiently shorter than that of the optical signal to be measured and the sampling pulse can be regarded as a delta function, the expression of the equation (1) can be rewritten as the following equation. , The intensity waveform I 1 (t) of the measured optical signal can be directly obtained from the cross-correlation signal G c .

【0014】[0014]

【数2】 [Equation 2]

【0015】サンプリングパルスの有限の時間幅を無視
できない場合でも、以下のようにして、その影響を取り
除くことができる。相互相関信号Gcの遅延時間τeにつ
いての、フーリエ変換Gc’を考えると、下式のように
計算される。
Even if the finite time width of the sampling pulse cannot be ignored, its influence can be eliminated as follows. Considering the Fourier transform G c ′ for the delay time τ e of the cross-correlation signal G c , it is calculated as in the following equation.

【0016】Gc’(ω)=I’1(ω)I’* 0(ω)G c '(ω) = I' 1 (ω) I ' * 0 (ω)

【0017】ここで、I’0(ω)、I’1(ω)はそれ
ぞれ、サンプリング光パルスの強度波形I0(t)、被
測定光信号の強度波形I1(t)のフーリエ変換であ
る。もしここで、サンプリング光パルスの波形I
0(t)が既知ならばI’0(ω)も既知となり、式
(2)から、I’1(ω)が求まる。
[0017] Here, I '0 (ω), I' 1 (ω) , respectively, the intensity of the sampling optical pulse waveform I 0 (t), the Fourier transform of the intensity of the optical signal to be measured waveforms I 1 (t) is there. If here, the waveform I of the sampling light pulse
If 0 (t) is known, I ′ 0 (ω) is also known, and I ′ 1 (ω) can be obtained from the equation (2).

【0018】こうして得られたI’1(ω)を逆フーリ
エ変換することで、被測定光信号の強度波形、I
1(t)を求めることができる。このような操作は、デ
ィコリレート演算と呼ばれている。今、サンプリングパ
ルス列の繰返し周波数Fsampを、下式で示すように書こ
う。 Fsamp=Fsig/N−ΔF (3) ここで、自然数Nを逓倍数、ΔFを周波数オフセットと
称する。このとき、サンプリング光パルスと被測定光信
号列間の見かけの時間差τeは、サンプリング光パルス
一発毎に、Δτe=Fsamp -2ΔFだけずつずれて行く。
By inverse Fourier transforming the I ′ 1 (ω) thus obtained, the intensity waveform of the measured optical signal, I
1 (t) can be obtained. Such an operation is called a decorrelation calculation. Now, write the repetition frequency F samp of the sampling pulse train as shown in the following equation. F samp = F sig / N−ΔF (3) Here, the natural number N is called a multiplication number and ΔF is called a frequency offset. At this time, the apparent time difference τ e between the sampling light pulse and the optical signal train to be measured shifts by Δτ e = F samp −2 ΔF for each sampling light pulse.

【0019】サンプリング光パルスの周期はFsamp -1
等しいことから、時間差τeが丁度1周期分だけ変化す
るに要する発数は、Fsamp/ΔFとなり、これにサンプ
リング光パルスの自体の繰返し周波数Fsampを勘案する
と、見かけの時間差τeのサンプリング光パルスの周期
を法とした変化周波数は、周波数オフセットΔFに等し
い。さらに、サンプリング光パルスの一周期の間に、被
測定光信号がN回繰り返すことから、結局、相互相関器
の出力波形は、下式に示す繰返し周波数Fobsをもって
観測されることとなる。
Since the period of the sampling light pulse is equal to F samp -1 , the number of shots required for the time difference τ e to change by exactly one period is F samp / ΔF, and the repetition of the sampling light pulse itself Considering the frequency F samp , the change frequency modulo the period of the sampling optical pulse with the apparent time difference τ e is equal to the frequency offset ΔF. Further, since the measured optical signal is repeated N times during one cycle of the sampling optical pulse, the output waveform of the cross-correlator is eventually observed at the repetition frequency F obs shown in the following equation.

【0020】Fobs=NΔF (4) このように被測定光信号の繰返しと、サンプリングパル
ス列の繰返しの間に、式(3)に従って周波数オフセッ
トΔFを付与すれば、相互相関器の出力として、恰も時
間軸がFsamp/ΔF倍に引き伸ばされたような被測定光
信号波形が得られる。相互相関器中の光電変換、あるい
はその出力を観測・記録する電子回路は、この仮想的に
引き伸ばされた信号に応答できれば事足り、この点はま
さに、光サンプリング測定により、ピコ秒からフェムト
秒領域の超短時間領域の光信号を観測し得る原理を表す
ものである。
F obs = NΔF (4) Thus, if the frequency offset ΔF is given according to the equation (3) between the repetition of the optical signal to be measured and the repetition of the sampling pulse train, the output of the cross correlator will be It is possible to obtain a measured optical signal waveform in which the time axis is expanded by F samp / ΔF times. It suffices that the photoelectric conversion in the cross-correlator, or the electronic circuit for observing and recording its output, be able to respond to this virtually stretched signal, which is exactly what the picosecond to femtosecond range is by optical sampling measurement. This shows the principle by which an optical signal in the ultrashort time region can be observed.

【0021】この場合、被測定光信号列とサンプリング
パルス列とは、繰返し周波数を異にすることから、それ
らを夫々独立した個別の光源によって供給することが、
原理的に可能であり、また寧ろ自然である。なんとなれ
ば、一つの短パルス光源から出力されたパルス列を二分
し、一方のパルス列の繰返し周波数を静的に変えて周波
数オフセットΔFを付与することは、全く行い難いから
である。図6(b)は、光サンプリングによる光信号波
形測定の第1の従来例を示す図であり、2台の同種の固
体短パルスレーザを用い、それらの繰返しの間に周波数
オフセットΔFを設けている。例えば、Optics Letters
誌・17巻(1992年)・1286−1288頁に公刊されている。
In this case, since the optical signal train to be measured and the sampling pulse train have different repetition frequencies, they can be supplied by independent individual light sources.
It is possible in principle and is rather natural. This is because it is quite difficult to divide the pulse train output from one short pulse light source into two and statically change the repetition frequency of one pulse train to give the frequency offset ΔF. FIG. 6B is a diagram showing a first conventional example of optical signal waveform measurement by optical sampling, in which two solid-state short pulse lasers of the same kind are used and a frequency offset ΔF is provided between the repetitions. There is. For example, Optics Letters
Published in the magazine, Volume 17 (1992), pp. 1286-1288.

【0022】この例において、光信号列を発生する信号
源レーザ630とサンプリングパルス列を発生する短パ
ルスレーザ共振器602としては、幅80fsのパルス
を発生する2台の相似な固体レーザ装置が用いられる。
うち短パルスレーザ共振器602は、共振器長粗調機構
604を備え、その共振器長を調整できるように構成さ
れている。短パルスレーザ共振器602を出射したサン
プリングパルス列は、反射鏡605及び反射鏡606を
経て相互相関器607に入射し、一方、信号源レーザ6
30を出射した光信号列は、反射鏡631及び反射鏡6
16を経て該相互相関器607に入射する。
In this example, as the signal source laser 630 for generating an optical signal train and the short pulse laser resonator 602 for generating a sampling pulse train, two similar solid-state laser devices for generating a pulse having a width of 80 fs are used. .
The short pulse laser resonator 602 includes a resonator length rough adjusting mechanism 604, and is configured so that the resonator length can be adjusted. The sampling pulse train emitted from the short pulse laser resonator 602 enters the cross correlator 607 via the reflecting mirror 605 and the reflecting mirror 606, while the signal source laser 6
The optical signal train emitted from 30 is reflected by the mirror 631 and the mirror 6.
The light enters the cross-correlator 607 via 16.

【0023】該相互相関器607は入射された上記2つ
のパルス列に対して式(1)で表される相互相関信号G
cを出力する。この相互相関信号Gcは波形記録器612
によって観測・記録される。現在、超短光パルスを発生
する方法のうちで、最も時間幅の短い光パルスを最も高
い繰返し周波数をもって、しかも安定に発生できるの
は、レーザ光源自体が内部に持つ光非線型効果に基づい
てパルス発生動作を行わせる場合である。この種のパル
ス発生動作は、総称的に受動モード同期、あるいは自己
モード同期と呼ばれている。
The cross-correlator 607 applies the cross-correlation signal G represented by the equation (1) to the above-mentioned two pulse trains incident thereon.
Output c . This cross-correlation signal G c is stored in the waveform recorder 612.
Observed and recorded by. At present, among the methods of generating ultrashort light pulses, the reason why the light pulse with the shortest time width can be stably generated with the highest repetition frequency is based on the optical nonlinear effect inside the laser light source itself. This is a case where a pulse generation operation is performed. This kind of pulse generating operation is generically called passive mode locking or self mode locking.

【0024】これに相対する方法として、変調信号を積
極的に外部からレーザ光源に印加することで行うパルス
発生動作があり、能動モード同期、あるいは強制モード
同期と呼ばれる。何れのパルス発生動作においても、光
パルスの繰返し周波数は、レーザ共振器の周回時間の逆
数またはその整数倍となる。後者の能動モード同期動作
においては、この共振器長で決まる繰返し周波数の、整
数分の1、あるいは整数倍の周波数の変調信号を外部か
ら印加して、共振器内で光パルスを発生・成長させる。
As a method opposed to this, there is a pulse generating operation which is performed by positively applying a modulation signal to the laser light source from the outside, which is called active mode locking or forced mode locking. In any pulse generation operation, the repetition frequency of the optical pulse is the reciprocal of the circulation time of the laser resonator or an integral multiple thereof. In the latter active mode-locking operation, a modulation signal having a frequency that is an integer fraction or an integer multiple of the repetition frequency determined by the cavity length is externally applied to generate and grow an optical pulse in the cavity. .

【0025】ここにおいて、レーザ共振器長は、温度変
化によるドリフトあるいは振動による揺らぎによって不
可避的に変化しているという事情を想起されたい。こう
した変化が生じた際、後者の能動モード同期法では、共
振器長により決まる繰返し周波数と変調信号の周波数の
間に齟齬が生じ、その結果、パルス動作が不安定となる
か、または発生する光パルスの時間幅が広がってしま
う。但し、光パルスの繰返し周波数自体は、変調信号の
周波数を優先して決まるので、不変に保たれる。
Recall that the laser cavity length is unavoidably changed due to drift due to temperature change or fluctuation due to vibration. When such a change occurs, in the latter active mode-locking method, a discrepancy occurs between the repetition frequency determined by the resonator length and the frequency of the modulation signal, and as a result, the pulse operation becomes unstable or occurs. The time width of the pulse becomes wider. However, the repetition frequency of the optical pulse itself is kept unchanged because the frequency of the modulated signal is decided with priority.

【0026】これに対して、前者の受動モード同期法で
は、レーザ共振器長が変化しても、パルス形成動作は影
響をこうむることがなく、それゆえ光パルスの時間幅も
不変に保たれるが、光パルスの繰返しは共振器長の変化
に追随して変化してしまう。逆の見方をすれば、受動モ
ード同期レーザでは、共振器長を変化させることで、発
生するパルスを損なうことなく、パルスの繰返し周波数
を制御することができることになる。
On the other hand, in the former passive mode-locking method, the pulse forming operation is not affected even if the laser resonator length changes, and therefore the time width of the optical pulse is kept unchanged. However, the repetition of the optical pulse changes following the change in the cavity length. From the opposite point of view, in the passive mode-locked laser, by changing the cavity length, the pulse repetition frequency can be controlled without damaging the generated pulse.

【0027】本例の場合、信号源レーザ630と短パル
スレーザ共振器602の両者に、受動モード同期レーザ
が用いられている。さらに、信号源レーザ630からの
光信号列の繰返し周波数Fsigに対し、サンプリングパ
ルス列の繰返し周波数Fsampが、Fsamp=Fsig−ΔF
と、式(3)中の逓倍数Nが1に相当する関係が成立す
るように、短パルスレーザ共振器602を設定する。こ
のためには、受動モード同期レーザのパルス繰返し周波
数が共振器長によって調整できる上述の性質に則り、短
パルスレーザ共振器602の長さが、信号源レーザのそ
れよりも僅かに長くなるように、共振器長粗調機構60
4を調整する。
In this example, passive mode-locked lasers are used for both the signal source laser 630 and the short pulse laser resonator 602. Further, the repetition frequency F samp of the sampling pulse train is F samp = F sig −ΔF with respect to the repetition frequency F sig of the optical signal train from the signal source laser 630.
Then, the short pulse laser resonator 602 is set so that the relationship in which the multiplication number N in Expression (3) corresponds to 1. For this purpose, the length of the short pulse laser resonator 602 is set to be slightly longer than that of the signal source laser, in accordance with the above-mentioned property that the pulse repetition frequency of the passive mode-locked laser can be adjusted by the resonator length. , Resonator length coarse adjustment mechanism 60
Adjust 4.

【0028】本例では、80MHzのFsigに対して、
80Hzの周波数オフセットΔFを付与しているので、
必要な共振器長のオフセットは、共振器長の1ppm、
即ち1.87μmとなる。このような微少な尺度での共
振器長差は、温度変化によるドリフトあるいは振動によ
る揺らぎによって容易に変化してしまう。従って、本例
のように共振器長に何らの制御も行わず変化を放任して
いる構成では、周波数オフセットΔFを長時間に亙って
一定に保つことができない。
In this example, for 80 MHz F sig ,
Since the frequency offset ΔF of 80 Hz is added,
The required cavity length offset is 1 ppm of the cavity length,
That is, it becomes 1.87 μm. The resonator length difference on such a minute scale easily changes due to drift due to temperature change or fluctuation due to vibration. Therefore, the frequency offset ΔF cannot be kept constant over a long period of time in the configuration in which the resonator length is allowed to change without any control as in this example.

【0029】周波数オフセットΔFが変化すると、相互
相関器の出力波形の繰返し周波数F obs、あるいは、こ
れと同値であるが、見かけの時間軸伸長率Fsamp/ΔF
が変化し、波形記録器612によって観測・記録される
波形が、時間軸方向の伸縮をこうむる。その結果、観測
波形上の時間精度が低下する。あるいは、甚だしい場合
は、相関器出力波形の左端と右端で、Fsamp/ΔFが異
なり、歪んだ観測波形を得る結果に終わる。これらを回
避するための最も簡単な方法は、周波数オフセットΔF
の変化が起こる前に、測定を終了してしまうことであ
る。
When the frequency offset ΔF changes, the mutual
Repetition frequency F of correlator output waveform obs, Or
It is the same value as the above, but the apparent time axis expansion rate Fsamp/ ΔF
Changes and is observed and recorded by the waveform recorder 612.
The waveform undergoes expansion and contraction along the time axis. As a result, observation
The time accuracy on the waveform is reduced. Or if it is extremely
Is F at the left and right ends of the correlator output waveform.samp/ ΔF is different
, Which results in a distorted observed waveform. Times these
The simplest way to avoid is the frequency offset ΔF
The end of the measurement before the change in
It

【0030】本例の場合、光信号パルスの周り1psの
範囲に測定区間を制限し、1ps×(80MHz/80
Hz)=1μsのうちに測定を終了している。かかる場
合、温度変化や振動による変化が発現する遥か以前に測
定が完了しており、ΔFの変化による観測波形の歪みを
回避できる。あらゆる測定一般に言えることであるが、
測定感度は測定時間が長いほど高くなり得る。これは、
測定時間が長く長時間平均を取るということは、その分
だけ狭帯域の低域濾波器を作用させることに等価であ
り、この帯域制限の結果、雑音が低減されるからであ
る。
In the case of this example, the measurement section is limited to the range of 1 ps around the optical signal pulse, and 1 ps × (80 MHz / 80
The measurement is completed within (Hz) = 1 μs. In such a case, the measurement is completed long before the change due to the temperature change or the vibration appears, and the distortion of the observed waveform due to the change of ΔF can be avoided. As with all measurements in general,
The measurement sensitivity can be higher as the measurement time is longer. this is,
This is because the fact that the measurement time is long and the average is taken for a long time is equivalent to operating a narrow band low-pass filter by that amount, and noise is reduced as a result of this band limitation.

【0031】この観点で、測定に1μsしか宛てられな
い本例の場合、高感度の測定は全く望むべくもない。こ
れでは非実用的なので、周波数オフセットΔFの制御・
安定化を行う方法が不可欠となる。図7(a)は、光サ
ンプリングによる光信号波形測定の第2の従来例を示す
図であり、2台の能動モード同期レーザを用い、それら
に印加する外部変調信号の間に電気的手段により周波数
オフセットを設けている。例えば、Electoronics Lette
rs誌・32巻(1996年)・2256−2258頁に公刊されてい
る。
From this point of view, in the case of this example in which only 1 μs is dedicated to the measurement, highly sensitive measurement is completely undesired. This is impractical, so control frequency offset ΔF
A method of stabilization is essential. FIG. 7 (a) is a diagram showing a second conventional example of optical signal waveform measurement by optical sampling, in which two active mode-locked lasers are used and an externally modulated signal is applied between them by an electric means. A frequency offset is provided. For example, Electoronics Lette
Published in rs magazine, Volume 32 (1996), pages 2256-2258.

【0032】この例において、光信号列を発生する信号
源レーザ730とサンプリングパルス列を発生する短パ
ルスレーザ共振器702としては、2台の相似な能動モ
ード同期レーザ装置が用いられる。上述のように能動モ
ード同期法では、受動モード同期法に比して短パルスを
得るのが困難な結果、本例のこれらレーザの発生するパ
ルスの幅は4.4ps程度である。短パルスレーザ共振
器702を出射したサンプリングパルス列は、光ゲート
734によりN発に1発の割合にパルスが間引かれ、さ
らに、パルス圧縮器735によりパルス幅が圧縮され
る。その後、反射鏡705及び反射鏡706を経て相互
相関器707に入射する。
In this example, two similar active mode-locked laser devices are used as the signal source laser 730 for generating the optical signal train and the short pulse laser resonator 702 for generating the sampling pulse train. As described above, in the active mode-locking method, it is more difficult to obtain a short pulse than in the passive mode-locking method, and as a result, the pulse width generated by these lasers in this example is about 4.4 ps. The sampling pulse train emitted from the short-pulse laser resonator 702 is thinned by the optical gate 734 at a rate of 1 for every N pulses, and the pulse width is compressed by the pulse compressor 735. Then, the light enters the cross-correlator 707 through the reflecting mirror 705 and the reflecting mirror 706.

【0033】一方、信号源レーザ730を出射した光信
号列は、信号光変換器715によって変調あるいは多重
化された後、反射鏡731及び反射鏡716を経て該相
互相関器707に入射する。該相互相関器707は入射
された上記2つのパルス列に対して式(1)で表される
相互相関信号Gcを出力する。この相互相関信号Gcは波
形記録器712によって観測・記録される。信号源レー
ザ730には、外部変調信号として、周波数F0の正弦
波を発生する基準発振器732の出力が印加される。こ
の結果、信号源レーザ730の発生する光信号列の繰返
し周波数は常にF0に等しくなる。
On the other hand, the optical signal train emitted from the signal source laser 730 is modulated or multiplexed by the signal light converter 715, and then enters the cross-correlator 707 via the reflecting mirror 731 and the reflecting mirror 716. The cross-correlator 707 outputs the cross-correlation signal G c represented by the equation (1) with respect to the two pulse trains that have been incident. The cross-correlation signal G c is observed and recorded by the waveform recorder 712. The output of a reference oscillator 732 that generates a sine wave having a frequency F 0 is applied to the signal source laser 730 as an external modulation signal. As a result, the repetition frequency of the optical signal train generated by the signal source laser 730 is always equal to F 0 .

【0034】該基準発振器732の出力は、同時に同期
信号発生器733にも供給されている。該同期信号発生
器733は周波数F0の正弦波入力に対して、周波数を
NΔFだけ遷移した周波数F0−NΔFの正弦波と、そ
れを二値化した後N分周した信号を出力する。このうち
前者は、短パルスレーザ共振器702に外部変調信号と
して印加される。
The output of the reference oscillator 732 is simultaneously supplied to the synchronizing signal generator 733. Synchronous signal generator 733 for sinusoidal input frequency F 0, the sine wave of frequency F 0 -NΔF a transition only NΔF frequency, and outputs a divide-by-N signal after it binarization. The former of these is applied to the short pulse laser resonator 702 as an external modulation signal.

【0035】従って、短パルスレーザ共振器からは、繰
返し周波数F0−NΔFのパルス列が発生され、これが
後者の分周信号により駆動される光ゲート734により
N発に1発の割合で間引かれる結果、繰返し周波数F
samp=F0/N−ΔFのサンプリングパルス列が得られ
る。これは、式(3)中で、丁度、光信号繰返し周波数
sigをF0に置換した関係に相当している。本例では、
信号源レーザ730の後段の信号光変換器により、繰返
しが逓倍され得るため、相互相関器707に入射する光
信号列の繰返し周波数Fsigは信号源レーザ730の繰
返し周波数に必ずしも等しくならない。よって敢えて記
号の置換えを行ってある。
Therefore, a pulse train having a repetition frequency F 0 -NΔF is generated from the short pulse laser resonator, and this pulse train is thinned out at a ratio of 1 to N by the optical gate 734 driven by the latter frequency-divided signal. As a result, the repetition frequency F
A sampling pulse train of samp = F 0 / N−ΔF is obtained. This corresponds to the relationship in which the optical signal repetition frequency F sig is replaced by F 0 in the equation (3). In this example,
The repetition frequency F sig of the optical signal train incident on the cross-correlator 707 is not necessarily equal to the repetition frequency of the signal source laser 730 because the repetition can be multiplied by the signal light converter after the signal source laser 730. Therefore, the symbols have been intentionally replaced.

【0036】ここでのF0は、光信号列のフレーム繰返
し周波数とも呼ぶべき量となる。かくして、本例では、
周波数オフセットΔFが常時一定に固定される結果、光
サンプリングにより、高感度の光信号波形測定が実現さ
れる。上例では、短パルスレーザ共振器702として能
動モード同期法によるものを用いているが、これは必ず
しも必要でない。受動モード同期法によるものを用いた
方が、元来発生されるパルスの幅が短いため、上例にお
けるパルス圧縮器735を要さないという利点がある。
F 0 here is a quantity which should also be called the frame repetition frequency of the optical signal train. Thus, in this example,
As a result of the frequency offset ΔF being constantly fixed, a highly sensitive optical signal waveform measurement is realized by optical sampling. In the above example, the short pulse laser resonator 702 is based on the active mode locking method, but this is not always necessary. Using the passive mode-locking method has the advantage that the pulse compressor 735 in the above example is not required because the width of the pulse originally generated is shorter.

【0037】受動モード同期レーザの繰返し周波数を、
基準発振器に同期する技術としては、位相ロックループ
と称する方法が既に知られている。例えば、IEEE Journ
al of Quantum Electronics 誌・28巻(1992年)・289
−296頁、あるいはOptics Letters誌・19巻(1994年)
・481−483頁に公刊されている。この位相ロックループ
を光サンプリングによる光信号波形測定に応用すれば、
例えば、図7(b)に、光サンプリングによる光信号波
形測定の第3の従来例として示した構成に想到できる。
The repetition frequency of the passive mode-locked laser is
A method called a phase locked loop is already known as a technique for synchronizing with a reference oscillator. For example, IEEE Journ
al of Quantum Electronics, Volume 28 (1992), 289
-296 pages, or Optics Letters, 19 volumes (1994)
-Published on pages 481-483. If this phase-locked loop is applied to optical signal waveform measurement by optical sampling,
For example, the configuration shown in FIG. 7B as a third conventional example of optical signal waveform measurement by optical sampling can be conceived.

【0038】この例において、サンプリングパルス列を
発生する短パルスレーザ共振器702としては、受動モ
ード同期レーザ装置が用いられ、該短パルスレーザ共振
器702には、その繰返し周波数を調整するために共振
器粗調機構704と共振器長微調機構703とが装備さ
れる。短パルスレーザ共振器702を出射したサンプリ
ングパルス列は、反射鏡705及び反射鏡706を経て
相互相関計742に入射する。また、その一部は、分岐
鏡713で反射され、高速光検出器736によって受光
される。一方、信号光入射端701に入射した光信号列
は、該相互相関計742に入射するとともに、その一部
が、分岐鏡714で反射され、高速光検出器738によ
って受光される。
In this example, a passive mode-locked laser device is used as the short pulse laser resonator 702 for generating a sampling pulse train, and the short pulse laser resonator 702 has a resonator for adjusting its repetition frequency. A coarse adjustment mechanism 704 and a resonator length fine adjustment mechanism 703 are provided. The sampling pulse train emitted from the short pulse laser resonator 702 enters the cross-correlation meter 742 via the reflecting mirror 705 and the reflecting mirror 706. A part of the light is reflected by the branch mirror 713 and received by the high-speed photodetector 736. On the other hand, the optical signal train incident on the signal light incident end 701 is incident on the cross-correlation meter 742, and a part thereof is reflected by the branch mirror 714 and received by the high-speed photodetector 738.

【0039】該相互相関計742は入射された上記2つ
のパルス列に対して式(1)で表される相互相関信号G
cを出力する。但し、前述の相互相関器と異なり、この
相互相関計は、その内部に入射された2つのパルス列の
相対的遅延を変化するための可変光学遅延線を蔵してい
る。制御・記録器743は、この可変光学遅延線を制御
・駆動しつつ、該相対的遅延の関数として、上記相互相
関信号Gcを記録して行く。短パルスレーザ共振器の発
生するサンプリングパルス列の繰返し周波数をFsa mp
すると、上記高速光検出器736の電気出力は、Fsamp
の整数倍の周波数を持つ正弦波状のビート信号の重ね合
わせとなる。このうち、光信号列の繰返し周波数Fsig
に最も近い高調波成分NFsampが、安定化に有効な成分
となる。
The cross-correlation meter 742 receives the cross-correlation signal G expressed by the equation (1) for the above-mentioned two pulse trains incident thereon.
Output c . However, unlike the above-mentioned cross-correlator, this cross-correlation meter has a variable optical delay line for changing the relative delay of the two pulse trains incident therein. The controller / recorder 743 records and records the cross-correlation signal G c as a function of the relative delay while controlling and driving the variable optical delay line. When the repetition frequency of the sampling pulse train generated by the short pulse laser resonator is F sa mp , the electric output of the high-speed photodetector 736 is F samp.
It is a superposition of sinusoidal beat signals having a frequency that is an integral multiple of. Of these, the repetition frequency F sig of the optical signal sequence
The harmonic component NF samp closest to is the effective component for stabilization.

【0040】上記電気出力は、高周波増幅器737によ
り増幅された後、高周波混合器740に印加される。光
信号列を受光した上記高速検出器738の電気出力は、
高周波増幅器739によって増幅された後、やはり前記
高周波混合器740に印加される。該高周波混合器74
0は、印加された2つの電気入力に対して、それらの和
及び差の周波数を出力する。このうち、差成分である周
波数NFsamp−Fsigの信号を、低域濾波器741によ
って抽出し、積分回路710を介して、共振器長微動機
構703の駆動回路711に供給する。
The electric output is amplified by the high frequency amplifier 737 and then applied to the high frequency mixer 740. The electrical output of the high-speed detector 738 that receives the optical signal train is
After being amplified by the high frequency amplifier 739, it is also applied to the high frequency mixer 740. The high frequency mixer 74
0 outputs the frequency of the sum and difference of two applied electric inputs. Among them, the signal of the frequency component NF samp −F sig , which is the difference component, is extracted by the low-pass filter 741 and supplied to the drive circuit 711 of the resonator length fine movement mechanism 703 via the integration circuit 710.

【0041】このように自走周波数Fsampの発振器に対
して、差周波数NFsamp−Fsigを誤差信号として帰還
し、発振器の周波数をFsig/Nに安定化する方法は、
一般に、位相ロックループ(PLL)の名で知られてい
る。上記共振器粗調機構704は、短パルスレーザ共振
器の自走周波数を、この位相ロックループの引込み周波
数範囲に入るように調整するために設けられている。こ
うして、本例では、繰返し周波数が常時Fsamp=Fsig
/Nに安定化されたサンプリングパルス列が得られる。
これは、式(3)中で、丁度、周波数オフセットΔFを
ゼロにおいた関係に相当している。
As described above, a method of feeding back the difference frequency NF samp -F sig as an error signal to the oscillator having the free-running frequency F samp and stabilizing the oscillator frequency to F sig / N is as follows.
Generally, it is known as a phase locked loop (PLL). The resonator coarse adjustment mechanism 704 is provided to adjust the free-running frequency of the short pulse laser resonator so as to fall within the pull-in frequency range of this phase-locked loop. Thus, in this example, the repetition frequency is always F samp = F sig
A sampling pulse train stabilized at / N is obtained.
This corresponds to the relationship in which the frequency offset ΔF is set to zero in the equation (3).

【0042】このように、本例では、周波数オフセット
ΔFが常時ゼロに固定され、光信号列とサンプリングパ
ルス列との相対遅延が固定される結果、前例までの相互
相関器707に代えて、可変光学遅延線を蔵する相互相
関計742を用いる必要がある。なお、本例構成におい
て、高速光検出器736と高周波増幅器737の間に、
正弦波電気信号の周波数を+NΔFだけ遷移する周波数
シフタを挿入するか、または、高速検出器738と高周
波増幅器739の間に、同じく−NΔFの周波数シフタ
を挿入すれば、式(3)に則ったサンプリングパルス列
が得られる。この場合、前例までと同様、相互相関器7
07を用いて波形の観測が行える。かくして、本例によ
っても、周波数オフセットΔFが常時一定に固定され、
光サンプリングにより、高感度の光信号波形測定が実現
されるのである。
As described above, in this example, the frequency offset ΔF is always fixed to zero, and the relative delay between the optical signal train and the sampling pulse train is fixed. As a result, instead of the cross-correlator 707 of the previous example, a variable optical system is used. It is necessary to use a cross-correlator 742 that contains a delay line. In the configuration of this example, between the high-speed photodetector 736 and the high-frequency amplifier 737,
If a frequency shifter that shifts the frequency of the sine wave electric signal by + NΔF is inserted, or if a frequency shifter of −NΔF is also inserted between the high-speed detector 738 and the high-frequency amplifier 739, it follows the formula (3). A sampling pulse train is obtained. In this case, as in the previous examples, the cross correlator 7
The waveform can be observed using 07. Thus, also in this example, the frequency offset ΔF is always fixed to be constant,
Optical sampling enables highly sensitive optical signal waveform measurement.

【0043】[0043]

【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。既
述したように、第1の従来例は極く低感度で非実用的な
ので、周波数オフセットΔFの制御・安定化を行うこと
が不可欠となる。これを行う第2及び第3の従来例のう
ち、第2の従来例では、サンプリングパルス光源とし
て、能動モード同期法による短パルスレーザ共振器70
2を用いている結果、測定可能な光信号の繰返しが、短
パルスレーザ共振器702でのパルス発生動作が損なわ
れないような範囲に制限されている。即ち、測定可能な
光信号列の繰返しが、事実上、固定されてしまう。
However, the above-mentioned conventional optical signal waveform measuring method has the following problems. As described above, since the first conventional example has extremely low sensitivity and is impractical, it is indispensable to control / stabilize the frequency offset ΔF. In the second conventional example of the second and third conventional examples that do this, the short pulse laser resonator 70 by the active mode locking method is used as the sampling pulse light source.
As a result of using 2, the measurable optical signal repetition is limited to a range in which the pulse generation operation in the short pulse laser resonator 702 is not impaired. That is, the repeatability of the measurable optical signal train is effectively fixed.

【0044】さらに、能動モード同期法により発生し得
るパルスの幅が広すぎて、現在のピコ秒からフェムト秒
領域の現在の光信号波形測定に要求される時間分解能を
実現し難い結果、パルス圧縮器735の付加が必要とな
った。このようなパルス圧縮器は、極めて強力な光増幅
器を内蔵しており、それゆえ、大いに高価につく。かく
して、第2の従来例は、被測定光信号列の繰返しに融通
がきかない上に高価格という、はなはだ市場性を欠いた
構成とならざるを得なかった。第3の従来例では、受動
モード同期法によるサンプリング光源を用いるので、こ
のような問題は解決し得る。
Furthermore, since the pulse width that can be generated by the active mode locking method is too wide, it is difficult to realize the time resolution required for the current optical signal waveform measurement in the picosecond to femtosecond region, resulting in pulse compression. It became necessary to add a container 735. Such a pulse compressor contains a very powerful optical amplifier and is therefore very expensive. Thus, the second conventional example is inevitably inflexible in repetition of the optical signal train to be measured and has a high price, which is inevitable in the marketability. In the third conventional example, such a problem can be solved because a sampling light source based on the passive mode-locking method is used.

【0045】即ち、短パルスレーザ共振器702でのパ
ルス発生動作は、パルス繰返し周波数、即ち共振器長の
影響をこうむらない結果、パルス幅を短く保ったまま、
パルス繰返し周波数を変化できる。従って被測定光信号
列の繰返しに対する融通性は、第2の従来例に比して、
格段に広い。さらに、受動モード同期法によれば、十分
に時間幅の短い光パルスを発生し得るので、パルス圧縮
器は全然必要とされない。その結果、第2の従来例に比
して、低いコストで行えるのである。このような光サン
プリング法は、本来、THzを超えるような非常に高い
繰返しの光信号列をも観測し得る能力を潜在的に有す
る。
That is, the pulse generation operation in the short pulse laser resonator 702 is not affected by the pulse repetition frequency, that is, the resonator length, so that the pulse width is kept short,
The pulse repetition frequency can be changed. Therefore, the flexibility of repeating the optical signal train to be measured is greater than that of the second conventional example.
Remarkably wide. In addition, the passive mode-locking method can generate light pulses of sufficiently short duration so that no pulse compressor is required. As a result, the cost can be reduced as compared with the second conventional example. Such an optical sampling method inherently has a potential of observing a very high repetitive optical signal train exceeding THz.

【0046】なぜなら、フェムト秒領域のサンプリング
パルスを用いることで、波形観測の時間分解能をサブピ
コ秒以下とすることは、現在、ごく容易である。繰返し
周期の内部の波形すら観測可能な状況において、況や、
繰返し周期自体を観測できなかろう筈がない。サブピコ
秒の周期は即ちTHzを超える繰返し周波数に相当して
いる。高い繰返しの光信号列を観測するために、サンプ
リング光源たるモード同期レーザの繰返し周波数自体が
高い必要は全然ない。一定のサンプリングパルス列の繰
返し周波数Fsampにおいても、式(3)中の逓倍数Nを
大きくとれれば、任意に高い光信号繰返し周波数Fsig
に対応し得るからである。
It is very easy at present that the time resolution of waveform observation is set to sub-picosecond or less by using the sampling pulse in the femtosecond region. In the situation where even the waveform inside the repetition period can be observed,
There is no doubt that the repetition period itself cannot be observed. The sub-picosecond period thus corresponds to a repetition frequency above THz. In order to observe a highly repetitive optical signal train, the repetition frequency itself of the mode-locked laser as a sampling light source need not be high at all. Even at a constant sampling pulse train repetition frequency F samp , if the multiplication factor N in the equation (3) can be large, the optical signal repetition frequency F sig can be arbitrarily high.
Because it can correspond to.

【0047】ところが第3の従来方法では、高速光検出
器736及び738、高周波増幅器737及び739、
さらに高周波混合器740の帯域制限により、設定でき
る逓倍数Nに限りがある。即ち、それらが応答できる周
波数以上のFsigには対応し得ず、例えば、繰返し周波
数が100GHzのモード同期半導体レーザによる光信
号列などは、従来の方法では到底観測できないのであ
る。観測が可能なより低い繰返しの光信号列に対して
も、一般に、繰返し周波数F sigが高くなるに従って、
用いる電子回路、即ち高速光検出器736及び738、
高周波増幅器737及び739、さらに高周波混合器7
40が高価となる。
However, in the third conventional method, high-speed light detection is performed.
736 and 738, high frequency amplifiers 737 and 739,
Furthermore, it can be set by limiting the band of the high frequency mixer 740.
There is a limit to the multiplication number N. That is, the week they can respond
F above the wave numbersigCannot be applied to, for example, repetition frequency
Optical signal by mode-locked semiconductor laser with number of 100 GHz
Sequences, etc. cannot be observed by conventional methods.
It For lower repeatable optical signal trains that can be observed
Also, in general, the repetition frequency F sigThe higher the
The electronic circuits used, i.e. the high speed photodetectors 736 and 738,
High frequency amplifiers 737 and 739, and further high frequency mixer 7
40 becomes expensive.

【0048】しかも、光信号繰返し周波数への融通性を
保つためには、狭い帯域のみで動作する電子回路ではな
く、広帯域なものが必要となる。特に、マイクロ波帯の
広帯域な高周波増幅器737及び739の価格は、容易
に従来の構成の過半を占めるに至り、該方法の経済性を
損なう結果となる。ここまで、第3の従来例について、
電子回路に起因する問題を述べたが、第2の従来例もこ
の問題を免れているわけではない。なぜなら、第2の従
来例の構成中、同期信号発生器733には、高周波増幅
器と高周波混合器が、陰に含まれているからである。
Moreover, in order to maintain the flexibility of the optical signal repetition frequency, an electronic circuit which operates only in a narrow band and a wide band is required. In particular, the prices of the high frequency amplifiers 737 and 739 having a wide band in the microwave band easily occupy a majority of the conventional configurations, resulting in a loss of economical efficiency of the method. Up to this point, regarding the third conventional example,
Although the problem caused by the electronic circuit has been described, the second conventional example is not immune to this problem. This is because, in the configuration of the second conventional example, the synchronization signal generator 733 includes a high frequency amplifier and a high frequency mixer in the shadow.

【0049】以上述べたように、従来の光信号波形測定
法は、(1)電子回路の帯域制限によって高繰返し光信
号列の測定が制限され、また(2)高周波電子回路の価
格によって経済性が損なわれるという問題があった。本
発明は、これらの困難を解決し、如何に高い繰返し周波
数を持つ光信号列に対しても有効で、かつ安価に行える
光信号波形測定法を提供することを目的とする。
As described above, in the conventional optical signal waveform measuring method, (1) the measurement of a high repetition optical signal train is limited by the band limitation of the electronic circuit, and (2) the economical efficiency is obtained by the price of the high frequency electronic circuit. There was a problem that was damaged. An object of the present invention is to solve these difficulties and to provide an optical signal waveform measuring method which is effective for an optical signal train having a high repetition frequency and can be inexpensive.

【0050】[0050]

【課題を解決するための手段】本発明の光信号波形測定
方法は、被測定光信号列と、短パルスレーザ共振器から
発生されたサンプリングパルス列を相互相関器に入射
し、該相互相関器において、被測定光信号列とサンプリ
ングパルス列の両者を、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、その大きさを時系列的に測定・記録する。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共振器
長調整機構を付与し、上記電気信号の繰返し周波数を電
圧値に変換し、この電圧値が一定値となるように、上記
共振器長調整機構を制御・駆動することを特徴とする。
According to the optical signal waveform measuring method of the present invention, an optical signal train to be measured and a sampling pulse train generated from a short pulse laser resonator are incident on a cross correlator, and the cross correlator is used. , Both the optical signal train to be measured and the sampling pulse train are combined / focused in a medium having an optical nonlinear effect, the generated nonlinear signal is converted into an electrical signal, and the magnitude is measured in time series. Record. On this occasion,
A resonator length adjusting mechanism for adjusting the optical length of the resonator is added to the short pulse laser, the repetition frequency of the electric signal is converted into a voltage value, and the resonator length is adjusted so that the voltage value becomes a constant value. It is characterized by controlling and driving the adjusting mechanism.

【0051】以上では、一つの相互相関器を、波形測定
と共振器長制御の両方に共用しているが、夫々のために
個別の相互相関器を設けることもできる。即ち、本発明
の光信号波形測定方法における他の構成は、被測定光信
号列と、短パルスレーザ共振器から発生されたサンプリ
ングパルス列を第一の相互相関器に入射し、該第一の相
互相関器において、被測定光信号列とサンプリングパル
ス列の両者を、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、その大
きさを時系列的に測定・記録する。
In the above description, one cross-correlator is used for both waveform measurement and resonator length control, but a separate cross-correlator can be provided for each. That is, another configuration of the optical signal waveform measuring method of the present invention is such that the measured optical signal train and the sampling pulse train generated from the short pulse laser resonator are incident on the first cross-correlator, In the correlator, both the optical signal train to be measured and the sampling pulse train are combined and focused in a medium having an optical nonlinear effect, the generated nonlinear signal is converted into an electrical signal, and its magnitude is time-series. Measure and record.

【0052】この際、上記短パルスレーザに共振器の光
学長を調整する共振器長調整機構を付与し、また上記被
測定光信号列と上記サンプリングパルス列の両者を、上
記第一の相互相関計へ入射する以前に二分し、得られる
上記被測定光信号列・サンプリングパルス列夫々の複製
を、第二の相互相関器に入射し、該第二の相互相関器に
おいて、該二つの複製を、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、該電気信号の繰返し周波数を電圧値に変換し、この
電圧値が一定値となるように、上記共振器長調整機構を
制御・駆動する。同時に、上記第二の相互相関器に由来
する電気信号に基づいて、上記第一の相互相関器に由来
する電気信号の大きさの時系列的測定・記録の原点を定
めることを特徴とする。
At this time, the short pulse laser is provided with a resonator length adjusting mechanism for adjusting the optical length of the resonator, and both the measured optical signal train and the sampling pulse train are subjected to the first cross-correlation meter. Before being incident on the second cross-correlator, a duplicate of each of the measured optical signal train and the sampling pulse train, which is obtained, is incident on a second cross-correlator, and the two replicas are separated by a light beam. Combined / focused in a medium having a non-linear effect, the generated non-linear signal is converted into an electric signal, the repetition frequency of the electric signal is converted into a voltage value, and the voltage value becomes a constant value. The resonator length adjusting mechanism is controlled and driven. At the same time, the origin of time-series measurement / recording of the magnitude of the electric signal originating from the first cross-correlator is determined based on the electric signal originating from the second cross-correlator.

【0053】〔作用〕従来例の光信号波形測定方法で
は、式(3)中の周波数オフセットΔFの制御・安定化
を行うために、周波数Fsigと周波数Fsampの2つの正
弦波電気信号に、高周波混合器という電子的非線型素子
を用いて相対的周波数関係を確立するという手法を採っ
ていた。これが故に、まず、正弦波電気信号と光パルス
列との関連付けが必要となる。
[Operation] In the optical signal waveform measuring method of the conventional example, in order to control / stabilize the frequency offset ΔF in the equation (3), two sinusoidal electric signals of frequency F sig and frequency F samp are applied. , A high-frequency mixer was used to establish a relative frequency relationship using an electronic nonlinear element. For this reason, first, an association between the sinusoidal electrical signal and the optical pulse train is required.

【0054】そこで、第2の従来例では、これら正弦波
電気信号に同期した光パルス列を発生するための能動モ
ード同期光源を要し、一方、第3の従来例では、被測定
光信号列とサンプリングパルス列の各々をこれら正弦波
電気信号に変換するための、高速光検出器を要した。ま
た、他方、この高周波混合器の動作に必要な信号レベル
を得るために、高周波増幅器が不可欠となっていた。こ
のような考察に拠るならば、従来例の問題は、まさに高
周波混合器の使用に根ざしていると看破できる。
Therefore, the second conventional example requires an active mode-locked light source for generating an optical pulse train synchronized with these sinusoidal electric signals, while the third conventional example requires an optical signal train to be measured. A fast photodetector was required to convert each of the sampling pulse trains into these sinusoidal electrical signals. On the other hand, in order to obtain the signal level necessary for the operation of this high frequency mixer, a high frequency amplifier has been indispensable. Based on this consideration, it can be seen that the problem of the conventional example is exactly rooted in the use of the high frequency mixer.

【0055】一方、従来から光サンプリングで用いられ
ている相互相関器は、元来、光の非線型素子に他ならな
い。加えて、光サンプリング測定が可能ということそれ
自体により、この光の非線型素子の動作に必要な信号レ
ベルは自然に得られている。かくして、光信号波形測定
法の構成に始めから備わっている相互相関器を、従来例
の高周波混合器に代えて、繰返し周波数FsigとFsamp
の比較に用いて、周波数オフセットΔFの自動制御を行
おうというのが、本発明の基本的着想である。
On the other hand, the cross-correlator conventionally used for optical sampling is essentially a non-linear element of light. In addition, the signal level necessary for the operation of this non-linear element is naturally obtained due to the fact that optical sampling measurements are possible. Thus, the cross-correlator provided in the configuration of the optical signal waveform measuring method from the beginning is replaced with the high-frequency mixer of the conventional example, and the repetition frequencies F sig and F samp are changed.
The basic idea of the present invention is to perform the automatic control of the frequency offset ΔF by using this comparison.

【0056】このために、相互相関器の出力波形の繰返
し周波数Fobsが、式(4)で与えられることに着目す
る。即ちFobsは、逓倍数Nと周波数オフセットΔFの
積であり、このうち、逓倍数は一定と見なせる。なぜな
ら、逓倍数自体が変化するには、それ以前に、非常に大
きな周波数オフセットの変化を経る必要があり、周波数
オフセットΔFが安定化されている帰還制御動作時に
は、逓倍数の変化は起き得ないからである。以上が、本
発明の自動制御系の検出要素に相当する。
For this reason, attention is paid to the fact that the repetition frequency F obs of the output waveform of the cross-correlator is given by the equation (4). That is, F obs is the product of the multiplication number N and the frequency offset ΔF, of which the multiplication number can be regarded as constant. This is because, before the multiplication number itself changes, it is necessary to undergo a very large change in the frequency offset, and during the feedback control operation in which the frequency offset ΔF is stabilized, the change in the multiplication number cannot occur. Because. The above corresponds to the detection element of the automatic control system of the present invention.

【0057】相互相関器の出力波形は、即ち、式(1)
の相互相関信号Gcに他ならず、その時間分解能は、上
述のようにサンプリングパルスの時間幅によって決ま
り、被測定光信号列の繰返す波形自体を観測できるほど
高い。ここで、いやしくも繰返し波形と言うからは、そ
の波形自体が変化する時間幅はパルス繰返し周期よりも
自ずと小さい。従って、波形自体の変化すら十分検出す
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。
The output waveform of the cross-correlator is as follows:
The time resolution of the cross-correlation signal G c is determined by the time width of the sampling pulse as described above, and is high enough to observe the repeating waveform itself of the optical signal train to be measured. Here, since it is called a repetitive waveform, the time width in which the waveform itself changes is naturally smaller than the pulse repetition period. Therefore, it is quite self-evident that the present method for sufficiently detecting even the change of the waveform itself is not limited by the repetition period.

【0058】以上のように、本発明の自動制御系の検出
要素は、サンプリングパルス列の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信号列に対しても対
応できるのである。一方、本発明では、サンプリングパ
ルス列を発生する短パルスレーザには共振器の光学長を
微調する機構を付与する。上述のように、共振器長を変
えると、それに応じてサンプリングパルス列の繰返し周
波数Fsampが変化する。
As described above, the detection element of the automatic control system according to the present invention can advantageously use the narrow pulse width of the sampling pulse train, and can cope with a high repeating signal train. On the other hand, in the present invention, the short pulse laser that generates the sampling pulse train is provided with a mechanism for finely adjusting the optical length of the resonator. As described above, if the resonator length is changed, the repetition frequency F samp of the sampling pulse train changes accordingly.

【0059】さらに、式(3)に従って、周波数Fsamp
の変化に伴なって周波数オフセットΔF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。このような共振器長を変える操作によって、発生さ
れるサンプリングパルスのパルス幅が損なわれないこと
が望ましい結果、本発明では、サンプリングパルス列を
発生する短パルスレーザには上述の受動モード同期法に
よるものを用いるのがよい。受動モード同期レーザのう
ち、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
エータを利用すれば、7.5〜20ppmだけ繰返し周
波数Fsampを変化できる。
Further, according to the equation (3), the frequency F samp
The frequency offset ΔF is fed back in accordance with the change of. This corresponds to the operating element of the automatic control system of the present invention. It is desirable that the pulse width of the sampling pulse generated is not impaired by such an operation of changing the cavity length. As a result, in the present invention, the short pulse laser that generates the sampling pulse train is based on the passive mode locking method described above. It is better to use. Among the passive mode-locked lasers, the current solid-state short pulse laser has a cavity length of 0.75 to 2 m, so if a stacked piezoelectric actuator with a stroke of 15 μm is used, the repetition frequency F samp is 7.5 to 20 ppm. Can be changed.

【0060】これは、周波数オフセットΔFの変化幅に
して、0.56〜4kHzに相当する。このようなレー
ザの場合、周波数オフセットΔFの主たる変化要因は、
振動による概略1μm程度の共振器長変化であり、上の
積層型圧電アクチュエータの行程15μmは、この変化
の相殺のために十分である。一方、短パルスファイバレ
ーザでは、共振器長が10m程度に及び、周波数オフセ
ットΔFの主たる変化要因は、5ppm/℃オーダの共
振器長の温度ドリフトである。
This corresponds to a change width of the frequency offset ΔF of 0.56 to 4 kHz. In the case of such a laser, the main change factor of the frequency offset ΔF is
It is a resonator length change of about 1 μm due to vibration, and the stroke of 15 μm of the stacked piezoelectric actuator above is sufficient to offset this change. On the other hand, in the short pulse fiber laser, the resonator length reaches about 10 m, and the main cause of change in the frequency offset ΔF is temperature drift of the resonator length of the order of 5 ppm / ° C.

【0061】ここで上の圧電アクチュエータの行程で
は、僅かに1.5ppmの共振器長変化を与えるのみで
あり、1℃の温度ドリフトに対してすらそのままでは不
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付けることで、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、非常に容易かつ安価に実現でき、しかも、
知られている各種の形式の受動モード同期短パルスレー
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。
In the above process of the piezoelectric actuator, only a resonator length change of 1.5 ppm is given, and even a temperature drift of 1 ° C. is insufficient as it is. However, there is known a method of increasing the control range by winding a fiber forming a resonator around a bobbin made of a piezoelectric material, and a sufficient control range can be realized by using this method. Thus, the operating element of the automatic control system of the present invention can be realized very easily and inexpensively, and
It is a versatile technique that can be implemented for various known types of passively mode-locked short-pulse lasers.

【0062】一般に、受動モード同期法による短パルス
レーザは、上の微調機構による幅を大幅に超えて共振器
長を変化させても、発生されるサンプリングパルスのパ
ルス幅が損なわれない。それゆえ、微調機構とは別個
に、共振器の光学長を粗調する機構を付与することがで
きる。かかる粗調機構により、対応できる光信号列繰返
し周波数Fsigの範囲を広げることができる。いま、短
パルスレーザ共振器の長さをL、粗調機構の行程をΔL
と書こう。この時、サンプリングパルス列の繰返し周波
数は、Fsampの周りにrFsampだけの変化幅を持つ。
In general, in the short pulse laser by the passive mode-locking method, the pulse width of the sampling pulse generated is not impaired even if the cavity length is changed greatly exceeding the width by the above fine adjustment mechanism. Therefore, a mechanism for roughly adjusting the optical length of the resonator can be provided separately from the fine adjustment mechanism. With such a coarse adjustment mechanism, it is possible to widen the range of the optical signal train repetition frequency F sig that can be handled . Now, let the length of the short pulse laser resonator be L and the process of the coarse adjustment mechanism be ΔL.
Let's write At this time, the repetition frequency of the sampling pulse train has a variation width of rF samp around F samp .

【0063】ここで、r=ΔL/Lは、相対粗調行程で
ある。この結果、逓倍数がNの時、光信号列繰返し周波
数Fsigとしては、NFsampの周りにrNFsampだけの
変化幅を持つ。この対応可能なFsigは、逓倍数Nが小
さいときは、離散的である。ところが、逓倍数Nが大き
くなるに従い、該逓倍数の周りの変化幅が隣の逓倍数に
対する変化幅と重なるようになる。これが初めて起きる
逓倍数Ncは、下式で算定される。
Here, r = ΔL / L is a relative rough adjustment process. As a result, when the multiplication number is N, the optical signal train repetition frequency F sig has a change width of rNF samp around NF samp . This compatible F sig is discrete when the multiplication number N is small. However, as the multiplication number N increases, the change width around the multiplication number overlaps with the change width for the adjacent multiplication number. The multiplication number N c at which this occurs for the first time is calculated by the following equation.

【0064】[0064]

【数3】 [Equation 3]

【0065】よって、Fc=Ncsamp以上のFsigに対
しては、粗調機構の行程内で少なくとも一回、式(3)
の関係を満足するFsampの出現を見ることになる。即
ち、換言すれば、臨界周波数Fc以上の繰返し周波数を
持つ光信号列は必ず測定可能である。この臨界周波数F
cは、簡単な計算により、下式に示すように、粗調機構
の行程ΔLと光速cのみにより表されることを示すこと
ができる。 Fc=c/(2ΔL) (6)
Therefore, for F sig equal to or greater than F c = N c F samp , at least once in the course of the coarse adjustment mechanism, equation (3)
You will see the appearance of F samp that satisfies the relationship That is, in other words, an optical signal train having a repetition frequency equal to or higher than the critical frequency F c can be measured without fail. This critical frequency F
c is a simple calculation, it can be shown that represented by as shown in the following equation, only stroke ΔL and the light velocity c of the coarse mechanism. F c = c / (2ΔL) (6)

【0066】例えば、粗調機構に、行程25mmの平行
移動台を用いれば、臨界周波数として6GHzが得ら
れ、光通信あるいは光情報処理において現用または想定
されているあらゆる繰返しに対応できる。このように、
本発明の光信号波形測定方法は、光信号列の繰返しへの
融通性が極めて高い汎用的な方法を提供し得るのであ
る。なお、上で、共振器長を調整するという同一の目的
のために、微調機構と粗調機構の二通りを設けるのは、
一見無駄な重複のように思われるが、これには理由があ
る。
For example, if a parallel displacement table having a stroke of 25 mm is used for the coarse adjustment mechanism, 6 GHz can be obtained as a critical frequency, and it is possible to cope with all repetitions currently used or assumed in optical communication or optical information processing. in this way,
INDUSTRIAL APPLICABILITY The optical signal waveform measuring method of the present invention can provide a general-purpose method having extremely high flexibility in repeating an optical signal train. In addition, for the same purpose of adjusting the resonator length, two types of the fine adjustment mechanism and the coarse adjustment mechanism are provided.
Seemingly wasteful duplication, there's a reason for this.

【0067】即ち、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。即ち、調整
機構の行程と応答性は両立しがたい。帰還制御動作によ
る周波数オフセットΔFの安定化では、振動あるいは温
度ドリフトによる共振器長変化を相殺できればこと足
り、上述したように大きな行程は必要とされない一方、
応答性としては、振動対策には10kHzオーダ、温度
ドリフト対策でも10Hzオーダが要求される。これに
対して、光信号列の繰返しへの対応性を広げる目的に
は、行程が大きいことが望ましい。
That is, the adjusting mechanism having a large movable range is expensive, whether it is mechanical or electro-optical, and generally, it is inevitable that the response is deteriorated. That is, the stroke and response of the adjusting mechanism are difficult to achieve at the same time. In stabilizing the frequency offset ΔF by the feedback control operation, it is sufficient to cancel the change in the resonator length due to vibration or temperature drift, and as described above, a large stroke is not required.
As for responsiveness, 10 kHz order is required for vibration countermeasures and 10 Hz order for temperature drift countermeasures. On the other hand, for the purpose of widening the adaptability to the repetition of the optical signal train, it is desirable that the process is long.

【0068】行程が小さいと、式(6)の臨界周波数が
高くなり過ぎ、事実上、離散的な繰返し周波数にしか対
応できなくなってしまうからである。その一方、この目
的には、静的な調整で十分であり、応答性は全く要求さ
れない。以上2つの異なる要請を同時に満足する調整機
構を見出すのは至極非現実的であり、それゆえ、それら
を微調機構と祖調機構に分担させているのである。検出
要素たる相互相関信号Gcの繰返し周波数Fobs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た
めには、繰返し周波数を電圧値に変換し、この電圧値と
一定の基準電圧値との差を誤差信号とする。この誤差信
号が正の場合、周波数オフセットΔFが大きすぎる、即
ち、サンプリングパルス列の繰返し周波数Fsampが低す
ぎるのであるから、共振器長が短くなる方向の帰還を掛
けることで、Fsampが増し、周波数オフセットΔFに負
帰還が掛る。
This is because, if the stroke is short, the critical frequency of the equation (6) becomes too high, and only the discrete repetition frequency can be dealt with in practice. On the other hand, static adjustments are sufficient for this purpose and no responsiveness is required. It is extremely unrealistic to find an adjusting mechanism that satisfies the above two different requirements at the same time, and therefore divides them between the fine adjusting mechanism and the rough adjusting mechanism. Based on the repetition frequency F obs of the cross-correlation signal G c which is the detection element, in order to obtain an error signal for controlling the resonator length which is the operation element, the repetition frequency is converted into a voltage value, and this voltage value and a constant reference voltage. The difference from the value is used as the error signal. When this error signal is positive, the frequency offset ΔF is too large, that is, the repetition frequency F samp of the sampling pulse train is too low, and therefore F samp is increased by applying feedback in the direction of shortening the resonator length, Negative feedback is applied to the frequency offset ΔF.

【0069】上述の繰返し周波数を電圧値に変換する機
能は、周波数−電圧変換器と呼ばれる電子回路によって
実現できることが知られている。かかる電子回路は、f
−V変換器(f−Vコンバータ)とも呼ばれ、その動作
原理には、大きく分けて、アナログ方式とディジタル方
式の2つがある。アナログ方式では、入力波形を比較器
でステップ化し、単安定マルチをトリガして定面積パル
スを発生し、さらにそれを低域濾波器により平滑化し
て、出力とする。この方式は、部品点数が少なく安価に
行えるが、絶対周波数の長期的確度は期待し難い。
It is known that the function of converting the repetition frequency into a voltage value can be realized by an electronic circuit called a frequency-voltage converter. Such an electronic circuit is
It is also called a -V converter (f-V converter), and its operation principle is roughly divided into two types: an analog system and a digital system. In the analog system, an input waveform is stepped by a comparator, a monostable multi is triggered to generate a constant area pulse, and further it is smoothed by a low pass filter to be an output. This method has a small number of parts and can be performed at low cost, but it is difficult to expect long-term accuracy of the absolute frequency.

【0070】本発明では、繰返し周波数の変化のみが重
要で、絶対周波数確度は要求されないので、本アナログ
方式でも十分実用に耐える。この他のアナログ方式とし
て、一般に、FM復調器は広義の周波数−電圧変換器と
見なし得る。しかしながら、FM復調器は、動作周波数
範囲が狭すぎ、本発明へそのまま適用することは困難で
ある。ディジタル方式では、入力波形を比較器でパルス
化し、一定期間カウントした後、カウント値を保持しD
/A変換器でアナログ電圧化して、出力とするものが、
広く一般に市場に出回っている。
In the present invention, only the change of the repetition frequency is important, and absolute frequency accuracy is not required, so that the present analog system is sufficiently practical. As another analog system, the FM demodulator can be generally regarded as a frequency-voltage converter in a broad sense. However, the FM demodulator has an operating frequency range that is too narrow, and it is difficult to directly apply the present invention to the present invention. In the digital method, the input waveform is pulsed by the comparator, and after counting for a certain period, the count value is held and D
What is converted to an analog voltage with the / A converter and output is
Widely available on the market.

【0071】しかし、このような製品は、絶対周波数確
度に重きが置かれていて、本発明の目的には、出力の更
新周期が遅すぎ、換言すると、応答性が不十分である。
ディジタル方式としては、パルス化した波形の周期を内
蔵クロックパルスによりカウントし、そのカウント値を
保持し、D/A変換器でアナログ電圧化して、出力とす
る方式のものを新たに作製する方が、本発明の目的には
適している。以上本発明の原理と構成要素を述べてきた
が、最後に、相関器出力の大きさを測定・記録した時系
列データに対して行う時間軸の校正法について説明す
る。もし、被測定光信号列の繰返し周波数Fsigが予め
既知であれば、測定・記録された時系列データ上の繰返
し周期Tobsを真の繰返し周期1/Fsigに対応させるこ
とで、時間軸の校正が行える。
However, in such a product, the accuracy of the absolute frequency is emphasized, and for the purpose of the present invention, the update cycle of the output is too slow, in other words, the responsiveness is insufficient.
As a digital system, it is better to count a period of a pulsed waveform with a built-in clock pulse, hold the count value, convert it into an analog voltage with a D / A converter, and output a new one. , Suitable for the purposes of the invention. The principle and constituent elements of the present invention have been described above. Finally, a time axis calibration method performed on time series data in which the magnitude of correlator output is measured and recorded will be described. If the repetition frequency F sig of the optical signal train to be measured is known in advance, the repetition cycle T obs on the measured / recorded time-series data is made to correspond to the true repetition cycle 1 / F sig , so that the time axis Can be calibrated.

【0072】繰返し周波数Fsigが十分な精度で分から
ない場合でも、サンプリングパルス列の繰返し周波数F
sampが計測でき、逓倍数N≒Fsig/Fsampが特定でき
る程度に繰返し周波数Fsigが判れば、相関器出力の繰
返し周波数Fobs=NΔFから、周波数オフセットΔF
を決められ、時間軸伸長率Fsamp/ΔFが求められるの
で、時系列データ上の時間軸をこれに従って縮小して、
被測定光信号列に対する時間軸が得られる。被測定光信
号列の繰返し周波数Fsigが本発明による波形測定に先
立って、全く分からない場合であっても、以下の手順に
よれば時間軸の校正が行える。かかる場合は、現行の他
の方法を以ってしては、繰返し周波数Fsigが全く検知
できないこととなるので、極めて高い繰返しが仮定でき
る。
Even if the repetition frequency F sig is not known with sufficient accuracy, the repetition frequency F of the sampling pulse train is
If the repetition frequency F sig is known to the extent that samp can be measured and the multiplication number N≈F sig / F samp can be specified, the frequency offset ΔF can be calculated from the repetition frequency F obs = NΔF of the correlator output.
And the time axis expansion rate F samp / ΔF is obtained, the time axis on the time series data is reduced accordingly,
The time axis for the optical signal train to be measured is obtained. Even if the repetition frequency F sig of the optical signal train to be measured is not known at all prior to the waveform measurement according to the present invention, the time axis can be calibrated by the following procedure. In such a case, the repetition frequency F sig would not be detected at all with the other existing methods, so that an extremely high repetition rate can be assumed.

【0073】とすれば、繰返し周波数Fsigは上記の臨
界周波数Fcを優に超えており、粗調機構の行程ΔLに
少なくとも2回、周波数オフセットΔFがゼロに等しく
なる箇所が見出される。その間の粗調機構の移動量をΔ
L′と書くと、繰返し周波数Fsigの近似値が、下式の
ように求められる。 Fsig=c/(2ΔL′) (7) 上式(7)による算定は、サンプリングパルス列の繰返
し周波数Fsampに対して、周波数オフセットΔFを無視
している点で近似的であるが、多くの場合十分な精度を
与える。さらに、高い精度を要する場合は、サンプリン
グパルス列の繰返し周波数Fsa mpを計測し、式(7)に
よる繰返しと合わせて逓倍数N≒Fsig/Fsampを決定
し、以下、上述後段に則って、時間軸伸長率を介する時
間軸の変換を行えばよい。
Then, the repetition frequency F sig is well above the above-mentioned critical frequency F c , and it is found that the frequency offset ΔF becomes equal to zero at least twice during the stroke ΔL of the coarse adjustment mechanism. The amount of movement of the coarse adjustment mechanism during that period is Δ
When written as L ′, the approximate value of the repetition frequency F sig can be obtained by the following equation. F sig = c / (2ΔL ′) (7) The calculation by the above equation (7) is approximate to the repetition frequency F samp of the sampling pulse train in that the frequency offset ΔF is ignored, but many If you give enough precision. Further, when high accuracy is required, the repetition frequency F sa mp of the sampling pulse train is measured, and the multiplication number N≈F sig / F samp is determined together with the repetition according to the equation (7). The time axis may be converted via the time axis expansion rate.

【0074】[0074]

【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。 〔本発明の第1の構成〕図1は本発明の光信号波形測定
方法の第1の構成を示す図であり、上述したように、一
つの相互相関器を、波形測定と共振器長制御の両方に共
用する構成を示す。この構成において、サンプリングパ
ルス列を発生する短パルスレーザ共振器102として
は、受動モード同期レーザ装置を用いる。該短パルスレ
ーザ共振器102は、共振器長粗調機構104を備え、
その共振器長を静的に制御できるよう構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The structure of the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Configuration of the Present Invention] FIG. 1 is a diagram showing a first configuration of the optical signal waveform measuring method of the present invention. As described above, one cross-correlator is used for waveform measurement and resonator length control. Shows the configuration shared by both. In this configuration, a passive mode-locked laser device is used as the short pulse laser resonator 102 that generates a sampling pulse train. The short pulse laser resonator 102 includes a resonator length coarse adjustment mechanism 104,
The resonator length is configured to be statically controllable.

【0075】また、該短パルスレーザ共振器102は、
共振器長微調機構103を備え、その共振器長を動的に
制御できるよう構成されている。独立した端面鏡を持つ
レーザ共振器では、共振器長微調機構103として、
(積層型)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。光ファイ
バレーザ共振器の場合は、共振器長微調機構103とし
て、圧電アクチュエータによって該ファイバの一部を伸
縮する構成を用いることもできる。
Further, the short pulse laser resonator 102 is
The resonator length fine adjustment mechanism 103 is provided, and the resonator length can be dynamically controlled. In a laser resonator having an independent end face mirror, as the resonator length fine adjustment mechanism 103,
A so-called displacement mirror device is used in which an end face mirror is attached to one end of a (multilayer type) piezoelectric actuator and the position of the end face mirror is changed by the voltage applied to the piezoelectric actuator. In the case of an optical fiber laser resonator, the resonator length fine adjustment mechanism 103 may have a structure in which a part of the fiber is expanded and contracted by a piezoelectric actuator.

【0076】短パルスレーザ共振器102を出射したサ
ンプリングパルス列は、反射鏡105及び反射鏡106
を経て相互相関器107に入射する。一方、信号光入射
端101に入射した被測定光信号列も、該相互相関器1
07に入射する。該相互相関器107は入射された上記
2つのパルス列に対して式(1)で表される相互相関信
号Gcを出力する。この相互相関信号Gcは波形記録器1
12によって観測・記録される。同時に、該相互相関信
号Gcは、周波数−電圧変換器108に供給され、繰返
し周波数Fobsに比例する電圧値に変換される。該電圧
値は基準電圧109と比較され、該基準電圧109との
差が積分回路110に入力する。
The sampling pulse train emitted from the short pulse laser resonator 102 has a reflecting mirror 105 and a reflecting mirror 106.
Then, the light enters the cross-correlator 107 via. On the other hand, the optical signal train to be measured incident on the signal light incident end 101 also receives the cross-correlator 1
It is incident on 07. The cross-correlator 107 outputs the cross-correlation signal G c represented by the equation (1) with respect to the two pulse trains that have been incident. This cross-correlation signal G c is the waveform recorder 1
Observed and recorded by 12. At the same time, the cross-correlation signal G c is supplied to the frequency-voltage converter 108 and converted into a voltage value proportional to the repetition frequency F obs . The voltage value is compared with the reference voltage 109, and the difference from the reference voltage 109 is input to the integrating circuit 110.

【0077】積分回路110の出力は、上述の共振器長
微調機構103に応じた駆動回路111に供給され、短
パルスレーザ共振器102の共振器長を調整する。本構
成の動作としては、被測定光信号列が与えられると、ま
ず、共振器長粗動機構104を調整し、相互相関信号G
cの繰返し周波数Fobsを、共振器微調機構103の行程
によって決まるサンプリングパルス列の繰返し可変範囲
に逓倍数Nを乗じた範囲に近づけて行く。これには、周
波数−電圧変換器108の出力電圧値が、基準電圧10
9の値に近づく方向に、共振器長粗動機構104によっ
て共振器長を変化させて行けばよい。
The output of the integrator circuit 110 is supplied to the drive circuit 111 corresponding to the above-described resonator length fine adjustment mechanism 103, and adjusts the resonator length of the short pulse laser resonator 102. As the operation of this configuration, when the optical signal train to be measured is given, first, the resonator length coarse movement mechanism 104 is adjusted to make the cross-correlation signal G
The repetition frequency F obs of c is brought close to the range obtained by multiplying the repetition variable range of the sampling pulse train determined by the stroke of the resonator fine adjustment mechanism 103 by the multiplication number N. In this case, the output voltage value of the frequency-voltage converter 108 is the reference voltage 10
The resonator length may be changed by the resonator length coarse movement mechanism 104 in a direction approaching the value of 9.

【0078】繰返し周波数Fobsが該範囲に達すると、
自動的に自動制御系による共振器長制御が開始される。
これ以降、共振器長粗動機構104は固定し、自動制御
による共振器長調整動作を継続させつつ、波形記録器1
12によって相互相関器107の出力する相互相関信号
cの大きさを観測・記録して行く。こうして、この本
発明の光信号波形測定法における第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列
の波形の、高感度の測定が実現される。
When the repetition frequency F obs reaches the range,
The resonator length control by the automatic control system is automatically started.
After that, the resonator length coarse movement mechanism 104 is fixed, and while continuing the resonator length adjustment operation by the automatic control, the waveform recorder 1
The magnitude of the cross-correlation signal G c output by the cross-correlator 107 is observed and recorded by the method 12. Thus, in the first configuration of the optical signal waveform measuring method of the present invention,
High-sensitivity measurement of waveforms of optical signal trains with ultra-short widths in the picosecond to femtosecond range is realized.

【0079】〔本発明の第2の構成〕図2は本発明の光
信号測定方法の第2の構成を示す図であり、波形測定と
共振器長制御のために、夫々個別の相互相関器を宛てる
構成を示す。この構成において、短パルスレーザ共振器
202を出射したサンプリングパルス列は、反射鏡20
5を経た後、分岐鏡213により二分され、うち一方
が、共振器長制御用の相互相関器207に、他方は、反
射鏡206を経て波形測定用の相互相関器217に入射
する。
[Second Configuration of the Present Invention] FIG. 2 is a diagram showing a second configuration of the optical signal measuring method of the present invention. In order to measure the waveform and control the cavity length, individual cross-correlators are provided. Shows the configuration addressed to. In this configuration, the sampling pulse train emitted from the short pulse laser resonator 202 is reflected by the reflecting mirror 20.
After passing through 5, the light is split into two by a branching mirror 213, one of which is incident on a cross-correlator 207 for controlling the resonator length, and the other is incident on a cross-correlator 217 for measuring a waveform through a reflecting mirror 206.

【0080】一方、信号光入射端201に入射した被測
定光信号列は、分岐鏡214により二分され、うち一方
が、相互相関器207に入射し、他方は、随意に挿入さ
れる信号光変換器215を通過した後、反射鏡216を
経て、相互相関器217に入射する。上記相互相関器2
07は入射された上記2つのパルス列に対して式(1)
で表される相互相関信号Gcを出力し、該相互相関信号
cは波形記録器212によって観測・記録される。こ
の際、波形記録器212の時系列的観測・記録の原点
は、上記共振器長制御用の相互相関器207の出力を参
照して決められる。
On the other hand, the optical signal train to be measured incident on the signal light incident end 201 is divided into two by the branching mirror 214, one of which is incident on the cross-correlator 207 and the other is signal-optical conversion that is arbitrarily inserted. After passing through the analyzer 215, it enters the cross-correlator 217 via the reflecting mirror 216. Cross-correlator 2
07 is the equation (1) for the above two pulse trains that are incident.
The cross-correlation signal G c represented by is output, and the cross-correlation signal G c is observed and recorded by the waveform recorder 212. At this time, the origin of the time-series observation / recording of the waveform recorder 212 is determined with reference to the output of the cross-correlator 207 for controlling the resonator length.

【0081】本構成では、信号光変換器215により、
繰返しが逓倍され得るため、相互相関器217に入射す
る光信号列の繰返し周波数Fsigは、信号光入射端20
1における光信号列の繰返し周波数F0に必ずしも等し
くならない。即ち、相互相関器207による共振器長制
御動作は、フレーム繰返し周波数F 0に対してなされ、
一方、波形測定は、信号光変換器215による改変を受
けた光信号列に対して行われる。このような構成が有意
義なのは、一般に、信号光変換器215の動作特性・性
能の評価・検証のために、該変換器の出力した光信号列
の強度波形の測定を行う場合である。
In this configuration, the signal light converter 215 allows
Since the repetition can be multiplied, it is incident on the cross-correlator 217.
Repetition frequency F of optical signal trainsigIs the signal light incident end 20
Repetition frequency F of optical signal train in 10Not necessarily equal to
It doesn't get bad. That is, the resonator length control by the cross-correlator 207 is performed.
The operation is the frame repetition frequency F 0Was made against
On the other hand, the waveform measurement is not modified by the signal light converter 215.
It is performed on the beam signal sequence. Such a configuration is significant
What is meant is generally the operating characteristics and characteristics of the signal / light converter 215.
Optical signal train output by the converter to evaluate and verify performance
This is a case where the intensity waveform of is measured.

【0082】例えば、信号光変換器215が光多重化器
の場合、出射パルス列の均一性を見ることでその動作性
能を調べることができ、また、光多重化した後、光スイ
ッチを作用させた場合、該光スイッチの消光比の評価が
可能、等々である。勿論、信号光変換器215として、
より単純・基礎的な光素子・材料を挿入することもでき
る。一般に言って、この場合の信号光変換器215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。
For example, in the case where the signal light converter 215 is an optical multiplexer, its operation performance can be examined by observing the uniformity of the output pulse train, and after the optical multiplexing, an optical switch is operated. In that case, the extinction ratio of the optical switch can be evaluated, and so on. Of course, as the signal light converter 215,
It is also possible to insert simpler / basic optical elements / materials. Generally speaking, the signal-to-optical converter 215 in this case is
Not only an optically linear response but also a non-linear response may be used, and the output wavelength may be different from the incident light wavelength.

【0083】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、信号光変換器215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。これは、ここでの相互相関
測定が、出力光信号列の強度波形のみを、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、信号光変換器215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
段に広い範疇の信号光変換器215、即ち光学素子・材
料に対して、その特性を調べる手段を提供し得るのであ
る。
This is because, as mentioned above, the wavelengths of the two lights involved in the cross-correlation measurement may be different from each other. Further, the light output from the signal light converter 215 need not be coherent (has a deterministic phase) with respect to the incident light. This is because the cross-correlation measurement here detects only the intensity waveform of the output optical signal sequence completely separated from its phase. On the other hand, for more classical (linear) cross-correlation measurement using an interferometer, the output of the signal light converter 215 should be coherent with the incident light and the input and output wavelengths should at least overlap. is necessary. In comparison with this, the optical signal waveform measuring method using non-linear cross-correlation like this example investigates the characteristics of the signal optical converter 215, that is, the optical element / material, in a remarkably wide category. It can provide the means.

【0084】以上のように、信号光変換器215とみな
し得る対象は様々であり、共振器長制御用の相互相関器
207を用いて、周波数オフセットΔFの変動を抑圧す
るという本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本構成には
種々の事例が存することは、敢えて言うまでもない。ま
た、一般に、非常に多くの雑音を含む相互相関信号Gc
に拠ったのでは、共振器長制御動作を成功裏に行い難
い。そのため、共振器制御用の相互相関器207には、
過度に微弱でない光信号列を基準として入射し、その発
生する相互相関信号Gcに良好な信号対雑音比を確保す
る必要がある。このために、必要に応じて、分岐鏡21
4と該相互相関計207の間に光増幅器を挿入すること
ができる。
As described above, various objects can be regarded as the signal light converter 215, and the purpose of the present invention is to suppress the fluctuation of the frequency offset ΔF by using the cross-correlator 207 for controlling the resonator length. Needless to say, there are various examples of this configuration without departing from the scope. Also, in general, a cross-correlation signal G c containing a very large amount of noise
Therefore, it is difficult to successfully perform the resonator length control operation. Therefore, in the cross-correlator 207 for controlling the resonator,
It is necessary to ensure that a good signal-to-noise ratio is ensured for the cross-correlation signal G c that is generated by incidence with an optical signal sequence that is not too weak as a reference. For this purpose, if necessary, the branch mirror 21
4 and an optical amplifier can be inserted between the cross-correlator 207.

【0085】光増幅器は、一般的に、有限の増幅(波
長)帯域幅を持ち、加えて波長分散も持つ結果、多かれ
少なかれ光信号列の波形を歪ませる。それゆえ、波形測
定用の相互相関器217の側に挿入する場合、測定され
た波形は、あくまで光増幅器の出力波形に過ぎず、光増
幅器に入力した元の波形とは一般に異なる。しかし、共
振器制御用の相互相関器207の側であれば、光信号列
の繰返し周波数の検出を妨げない限り、如何なる波形歪
みも許容され、波形測定自体への影響は皆無である。
The optical amplifier generally has a finite amplification (wavelength) bandwidth and also has chromatic dispersion, and as a result, distorts the waveform of the optical signal train more or less. Therefore, when the waveform is inserted on the side of the cross-correlator 217 for measuring the waveform, the measured waveform is merely an output waveform of the optical amplifier, and is generally different from the original waveform input to the optical amplifier. However, on the side of the cross-correlator 207 for controlling the resonator, any waveform distortion is allowed as long as it does not hinder the detection of the repetition frequency of the optical signal train, and there is no influence on the waveform measurement itself.

【0086】同様の事情により、共振器制御用の相互相
関器207には、感度を第一義として、光信号列の繰返
し周波数に応答できる範囲で低時間分解能のものを適用
できる。これは、相互相関器においても、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。以
上のように、波形測定と共振器長制御のために個別の相
互相関器を宛てる本構成は、微弱な光信号列の測定のた
めにも有意義である。
Under the same circumstances, as the cross-correlator 207 for controlling the resonator, it is possible to apply a resonator having a low time resolution within a range capable of responding to the repetition frequency of the optical signal train, with sensitivity as the first meaning. This is because even in the cross-correlator, the high-speed measuring device is always leaked, and it is difficult to achieve both sensitivity and resolution. As described above, this configuration in which the individual cross-correlators are addressed for the waveform measurement and the cavity length control is also meaningful for the measurement of a weak optical signal train.

【0087】〔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、ある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。この場合、相互相関器307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。
[Structure of Cross Correlator of the Present Invention] FIG.
The configuration example of the cross-correlator used in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram showing a configuration of a cross-correlator utilizing a sum frequency generation effect belonging to the second-order optical nonlinear effect. This type of cross-correlator, or a cross-correlator constructed by adding a variable optical delay line for changing the relative delay to it, is the most commonly used standard measuring device at present. In this case, the cross-correlator 307 is composed of, for example, reflecting mirrors 320 and 321, a right-angle reflecting prism 322, a focusing lens 323, a nonlinear crystal 324, a diaphragm 325, a condenser lens 326, and a photodetector 327. here,
The reflecting mirrors 320 and 321 and the right-angled reflecting prism 322 narrow the interval between the two incident beams and focus lens 323.
It is installed for incident on top.

【0088】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。絞り32
5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。
The two pulse trains that have passed through the focusing lens 323 intersect with each other in the nonlinear crystal 324 placed at the focus of the focusing lens 323, and at the same time, the respective beams are focused. As a result, the two pulse trains have a nonlinear crystal 324.
Among them, they interact in a state of high light intensity. The sum frequency light generated by the sum frequency generation effect in this example is emitted in the direction sandwiched by the two incident lights. Aperture 32
5 is arranged so as to have an opening in the emitting direction of this sum frequency light, and as a result, only the sum frequency light generated by the interaction of the two pulse trains passes through this diaphragm 325 and reaches the condenser lens 326. be able to.

【0089】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Gcの大きさに比例した電気
信号が得られる。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遷移を応用した
相互相関器の構成を示す。この種の相互相関器、あるい
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320、321、直角反射プリズム322、集束レ
ンズ323、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
用途は、図3(a)の場合に同じである。
This sum frequency light is photoelectrically converted by the photodetector 327, and an electric signal proportional to the magnitude of the cross-correlation signal G c is obtained. FIG. 3B shows a configuration of a cross-correlator applying the two-photon transition in the semiconductor photodetector which also belongs to the second-order optical nonlinear effect. The cross-correlator of this type, or a cross-correlation meter formed by adding a variable optical delay line for changing the relative delay thereto, has a feature that the number of parts is small and the cost is low. Such a cross-correlator is composed of, for example, reflecting mirrors 320 and 321, a right-angle reflecting prism 322, a focusing lens 323, and a photodetector 328. Here, the applications of the reflecting mirrors 320 and 321 and the right-angle reflecting prism 322 are the same as in the case of FIG.

【0090】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3
28上に、絞り込まれる。本例において、光検出器32
8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λgが、入射される2つのパルス列の
波長λ1、λ2に対して、下式を満たす。 λg<λ1,λg<λ2,λ1λ2/(λ1+λ2)<λg (8) 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。
The two pulse trains that have passed through the focusing lens 323 have the photodetector 3 placed at the focal point of the focusing lens 323.
28 is narrowed down. In this example, the photodetector 32
Reference numeral 8 is a semiconductor photodetector, and the wavelength λ g corresponding to the bandgap energy satisfies the following formulas with respect to the wavelengths λ 1 and λ 2 of the two pulse trains incident. λ g1 , λ g2 , λ 1 λ 2 / (λ 1 + λ 2 ) <λ g (8) Under this condition, this photodetector 328 is sensitive to the incident pulse train in the linear region. Do not have.

【0091】しかし、二光子が関与する非線型領域で
は、キャリアーが生成され、G0+G1+Gcに比例する
光電流が発生することとなる。ここで、Gc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τe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
1のうち一方が発生しない場合もある。
However, in the non-linear region in which two photons are involved, carriers are generated and a photocurrent proportional to G 0 + G 1 + G c is generated. Here, G c is the above-mentioned cross-correlation signal. Further, G 0 and G 1 represent non-linear signals generated by each pulse train alone, and are signals that do not depend on the relative delay τ e of the two pulse trains. However, depending on the relationship between the incident light wavelength and the bandgap wavelength, G 0 ,
In some cases, one of G 1 does not occur.

【0092】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には、相互相関信号Gc
がゼロであっても、相互相関器の出力信号はゼロとはな
らない。この結果、本種の相互相関器は、上述した図3
(a)の形式に比して、安価なものの、ダイナミックレ
ンジの広い測定を行い難いという欠点を有する。このよ
うな欠点は、より高次の三次の光非線型効果に属する吸
収飽和を応用した相互相関器にも見られる。
Due to the presence of this constant part G 0 + G 1 , when using this type of cross-correlator, the cross-correlation signal G c
Even if is zero, the output signal of the cross-correlator is not zero. As a result, this type of cross-correlator has
Although it is cheaper than the format (a), it has a drawback that it is difficult to measure a wide dynamic range. Such a drawback is also found in a cross-correlator that applies absorption saturation, which belongs to a higher-order third-order optical nonlinear effect.

【0093】[0093]

【実施例】以下、図4及び図5を参照して本発明の第1
の構成の実施例を詳細に説明する。本実施例では、波長
1.53μmにおいて、繰り返し周波数179MHz、
幅80fs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102とした。この場合、共
振器長微調機構103としては、圧電アクチュエータの
一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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
An example of the configuration will be described in detail. In this embodiment, at a wavelength of 1.53 μm, the repetition frequency is 179 MHz,
The C r doped YAG laser for generating a pulse train having a width 80fs was short pulse laser resonator 102. In this case, as the resonator length fine adjustment mechanism 103, a so-called displacement mirror in which a total reflection end face mirror is attached to one end of the piezoelectric actuator and the position of the end face mirror is changed by the voltage applied to the piezoelectric actuator is used.

【0094】ここで、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、振動による1μmオーダの共振器長
変化を十分相殺できる。他方、共振器粗調機構104と
しては、行程25mmのマイクロメータ付平行移動台を
用いた。本レーザは、0.84mの共振器長を持つの
で、この行程の共振器長に対する比、即ち相対粗調行程
rは3%となる。
Here, as the piezoelectric actuator, since a laminated piezoelectric actuator having a stroke of 15 μm (voltage of 100 V) is used, it is possible to sufficiently cancel the resonator length change of the order of 1 μm due to vibration. On the other hand, as the resonator coarse adjustment mechanism 104, a parallel displacement table with a micrometer having a stroke of 25 mm was used. Since this laser has a cavity length of 0.84 m, the ratio of this step to the cavity length, that is, the relative coarse adjustment step r is 3%.

【0095】図4(a)は、本実施例の短パルスレーザ
共振器102について、逓倍数Nに対して、対応可能な
光信号列繰返し周波数Fsigの範囲を示している。な
お、図中には、逓倍数を1だけ増減した場合夫々の範囲
を、重ねて示してある。これから見て取れるように、逓
倍数が増すに従って、隣の逓倍数に対する範囲が近づい
て来て、逓倍数が34に至ると、両隣の範囲と完全に合
流してしまう。
FIG. 4A shows the range of the optical signal train repetition frequency F sig that can be applied to the multiplication factor N in the short pulse laser resonator 102 of this embodiment. In the figure, the respective ranges when the number of multiplications is increased / decreased by 1 are shown in an overlapping manner. As can be seen from this, as the number of multiplications increases, the range for the next number of multiplications approaches, and when the number of multiplications reaches 34, the ranges of both sides are completely merged.

【0096】この時の逓倍数が、式(5)の表す逓倍数
cに正に等しい。ここで、この逓倍数に対応する繰返
し周波数Fsigを図より読み取ると、6GHzとなり、
これは式(6)の臨界周波数Fcに他ならない。かくし
て、本実施例の短パルスレーザ共振器102によれば、
6GHz以上のあらゆる繰返しの光信号列が測定可能で
ある。短パルスレーザ共振器102により発生された平
均出力100mWの光パルス列のうち、2mWをサンプ
リングパルス列として光信号波形測定に用いた。このサ
ンプリングパルス列は、結合レンズにより光ファイバに
入射され、うち0.8mWが光ファイバ中に結合され
た。
The multiplication number at this time is positively equal to the multiplication number N c represented by the equation (5). Here, when the repetition frequency F sig corresponding to this multiplication number is read from the figure, it becomes 6 GHz,
This is nothing but the critical frequency F c of the equation (6). Thus, according to the short pulse laser resonator 102 of this embodiment,
Any repetitive optical signal train of 6 GHz or higher can be measured. Of the optical pulse train with an average output of 100 mW generated by the short pulse laser resonator 102, 2 mW was used as a sampling pulse train for optical signal waveform measurement. This sampling pulse train was made incident on the optical fiber by a coupling lens, and 0.8 mW of which was coupled into the optical fiber.

【0097】本例では、機器の配置についての自由度を
増すために、このように、サンプリングパルス列を、短
尺(1m)の光ファイバを介して、相互相関器107に
導いている。本例において用いた相互相関器107は上
で図3(a)に示した構成を持つ。即ち、非線型効果と
して、2mm長のニオブ酸リチウム(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5×10
4V/Aの電流増幅器によって電圧値に変換された。
In this example, the sampling pulse train is guided to the cross-correlator 107 through the short length (1 m) optical fiber in this manner in order to increase the degree of freedom regarding the arrangement of the devices. The cross-correlator 107 used in this example has the configuration shown in FIG. That is, as the nonlinear effect, a sum frequency generation effect in a 2 mm long lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal is used, and the generated sum frequency light is photoelectrically converted by a photomultiplier tube, and the amplification sensitivity is 5 × 10 5.
It was converted to a voltage value by a 4 V / A current amplifier.

【0098】図4(b)は、このような相互相関器10
7を用いて、サンプリングパルス列を自分自身によって
光サンプリング測定した結果を示す。このような信号
を、特に自己相関信号と呼ぶ。かかる測定に際しては、
相互相関器107入射直前に外部でサンプリングパルス
列を分岐し、可変光学遅延線を介して、その一方を光信
号列の代わりに信号光入射端101に接続した。このよ
うな自己相関信号の測定は、サンプリングパルスの時間
幅による時間分解能を見積もるために、波形測定装置の
組み立て後、少なくとも一回は必要である。
FIG. 4B shows such a cross-correlator 10
7 shows the result of optical sampling measurement by itself of the sampling pulse train. Such a signal is particularly called an autocorrelation signal. For such measurement,
Immediately before entering the cross-correlator 107, the sampling pulse train was branched outside, and one of them was connected to the signal light incident end 101 instead of the optical signal train via the variable optical delay line. Such measurement of the autocorrelation signal is necessary at least once after the waveform measuring device is assembled in order to estimate the time resolution according to the time width of the sampling pulse.

【0099】本実施例のように、サンプリングパルスを
光ファイバ入射型とした場合、特にこの自己相関信号測
定の必要性が増す。何となれば、サンプリングパルスの
パルス幅は、被測定光信号列よりも一般に短く、例えピ
コ秒領域の被測定光信号列を扱う場合でも、サブピコ秒
からフェムト秒領域の幅を持つサンプリングパルスが用
いられるのが通例である。このような超短時間幅の光パ
ルスは、光ファイバの波長分散による変形をこうむり易
く、それ故、例え当該光パルスを発生した短パルスレー
ザ共振器102の直後でのパルス幅が判っていても、光
ファイバを伝搬・出射した際、元のパルス幅を保ってい
る保証は無い。
When the sampling pulse is of the optical fiber incident type as in the present embodiment, the necessity of measuring the autocorrelation signal is particularly increased. What is important is that the pulse width of the sampling pulse is generally shorter than that of the measured optical signal train, and even when measuring the measured optical signal train in the picosecond region, a sampling pulse with a width of the sub-picosecond to femtosecond region is used. It is customary to be done. Such an optical pulse having an ultra-short time width is susceptible to deformation due to wavelength dispersion of the optical fiber, and therefore, even if the pulse width immediately after the short pulse laser resonator 102 that generated the optical pulse is known. , There is no guarantee that the original pulse width is maintained when propagating and exiting the optical fiber.

【0100】従って、実際に光ファイバを出射したサン
プリングパルスについての自己相関信号測定を行ない、
その幅による時間分解能を見積もることが必要となる。
本例の場合、図4(b)の自己相関信号測定結果から、
光ファイバ出射後のサンプリングパルスの強度波形I0
(t)は、全半値幅166fsのガウス型関数によっ
て、十分良く近似できることが分かった。図4(b)に
は、この近似波形に対する自己相関波形を、白丸をもっ
て、測定値に重ねて示している。
Therefore, the autocorrelation signal measurement of the sampling pulse actually emitted from the optical fiber is performed,
It is necessary to estimate the time resolution according to the width.
In the case of this example, from the autocorrelation signal measurement result of FIG.
Intensity waveform I 0 of the sampling pulse after emission from the optical fiber
It has been found that (t) can be sufficiently approximated by a Gaussian function having a full width at half maximum of 166fs. In FIG. 4B, the autocorrelation waveform with respect to this approximate waveform is shown with a white circle superimposed on the measured value.

【0101】ここで、光ファイバ出射後のサンプリング
パルスの幅は、短パルスレーザ共振器102出射直後に
比して、現実に、2倍強に広がっていることに注意され
たい。これが、光ファイバの持つ波長分散の影響の現わ
れに他ならないのである。こうして、サンプリングパル
スの波形I0(t)、ひいてはそのフーリエ変換I’
0(t)を知っておくと、以降の光信号列に対する波形
測定に対して、式(2)に則ったディコリレート演算を
施すことができる。
Here, it should be noted that the width of the sampling pulse after the emission from the optical fiber is actually more than twice as wide as that immediately after the emission from the short pulse laser resonator 102. This is nothing but the manifestation of the effect of chromatic dispersion of the optical fiber. Thus, the waveform I 0 (t) of the sampling pulse and thus its Fourier transform I ′
If 0 (t) is known, the decorrelation calculation according to the equation (2) can be performed for the subsequent waveform measurement for the optical signal sequence.

【0102】図4(b)の縦軸は、対数スケールで目盛
られていることに注目されたい。これにより、本例で用
いた短パルスレーザ共振器102は、パルスの裾が鋭く
減衰する、光サンプリング測定に非常に好適なサンプリ
ングパルスを発生し得ることが分かる。同時に、本例に
おいて用いた相互相関器107によれば、3桁近いダイ
ナミックレンジを容易に確保できることも示されてい
る。これは、非線型結晶に非共軸に入射する、図3
(a)に示した構成の相互相関器の特長である。
Note that the vertical axis of FIG. 4 (b) is scaled on a logarithmic scale. From this, it can be seen that the short pulse laser resonator 102 used in this example can generate a sampling pulse in which the tail of the pulse is sharply attenuated and which is very suitable for optical sampling measurement. At the same time, it is also shown that the cross-correlator 107 used in this example can easily secure a dynamic range close to three digits. This is non-coaxially incident on the nonlinear crystal, FIG.
This is a feature of the cross-correlator having the configuration shown in (a).

【0103】本例の場合、光信号列入射端101から相
互相関器107に至る光路も、光ファイバによって構成
され、光信号列入射端101には、ファイバコネクタが
装着された。これにより、被測定光信号列の本例構成へ
の導入は、ファイバコネクタ同士の結合というはなはだ
簡便な手段により行える。本例では、相互相関器107
の出力を観測・記録する波形記録器112として、波形
記憶・演算機能を有するディジタルオシロスコープを用
い、また、周波数−電圧変換器108には、上述したア
ナログ回路方式のものを用いた。
In the case of this example, the optical path from the optical signal train entrance end 101 to the cross-correlator 107 is also composed of an optical fiber, and a fiber connector is attached to the optical signal train entrance end 101. Thereby, the optical signal train to be measured can be introduced into the configuration of this example by a very simple means of coupling the fiber connectors. In this example, the cross-correlator 107
A digital oscilloscope having a waveform storage / arithmetic function was used as the waveform recorder 112 for observing and recording the output of 1., and the above-mentioned analog circuit system was used as the frequency-voltage converter 108.

【0104】図5(a)は、繰返し周波数Fsigが1
9.9GHzの光信号列の、この実施例による測定結果
を示している。本光信号列は、チップ上に電界吸収型変
調器を有するモノリシック半導体レーザによって生成さ
れた。この半導体レーザは、能動モード同期動作によ
り、該変調器への印加正弦波の繰返しに等しいパルス列
を発生することが知られている。従って上記繰返し周波
数は、印加正弦波源の周波数設定の読みより、測定に先
立って既知であった。
In FIG. 5A, the repetition frequency F sig is 1
The measurement result by this Example of the optical signal train of 9.9 GHz is shown. This optical signal train was generated by a monolithic semiconductor laser having an electroabsorption modulator on a chip. It is known that this semiconductor laser, by active mode-locking operation, produces a pulse train equal to the repetition of a sine wave applied to the modulator. Therefore, the above repetition frequency was known prior to measurement from the reading of the frequency setting of the applied sine wave source.

【0105】この結果、波形記録器112上の時系列デ
ータに対する時間軸の校正は、上述した第一法、即ち、
オシロスコープ上の光信号列の繰返し周期(この場合、
約0.45ms)を真の繰返し周期1/Fsig(この場
合、50.25ps)に対応させることで行なうことが
できた。光信号列入射端101における入射平均パワ
は、1.8mWであり、また、逓倍数Nが111、周波
数オフセットΔFが約20Hzの条件で測定を実行し
た。図5(a)下段は、オシロスコープの1回の時間掃
引による波形の記録、また、同上段は、100回の掃引
に亙って加算平均した波形の記録を示している。
As a result, the time base calibration for the time series data on the waveform recorder 112 is performed by the above-mentioned first method, that is,
The repetition period of the optical signal train on the oscilloscope (in this case,
About 0.45 ms) could be achieved by making the true repetition period 1 / F sig (in this case, 50.25 ps) correspond. The average incident power at the optical signal train entrance end 101 was 1.8 mW, and the measurement was performed under the conditions that the multiplication factor N was 111 and the frequency offset ΔF was about 20 Hz. The lower part of FIG. 5A shows the recording of the waveform by one time sweep of the oscilloscope, and the upper part shows the recording of the waveform obtained by averaging over 100 sweeps.

【0106】上段の加算平均測定に要した測定時間は、
30sであった。下段の単一掃引波形には、多大な雑音
が含まれているが、上段の加算平均測定では、それが減
少し、信号対雑音比が大いに改善されていることが明瞭
に見て取れる。かくして、本実施例によって、周波数オ
フセットΔFの変動が成功裏に抑制され、長い測定時間
をかけることで測定感度が向上されることが実証され
た。
The measurement time required for the averaging measurement in the upper row is
It was 30 seconds. It can be clearly seen that the lower single sweep waveform contains a lot of noise, but the upper averaging measurement has reduced it and greatly improved the signal-to-noise ratio. Thus, this example demonstrates that the fluctuation of the frequency offset ΔF is successfully suppressed and the measurement sensitivity is improved by taking a long measurement time.

【0107】図5(a)上段の加算平均波形に対して、
上で得たサンプリングパルスの波形を用いて、ディコリ
レート演算を実行した結果、波形に有意の差異はもたら
されなかった。これは、本測定の光信号列波形の幅が、
7.5psであり、これに対して、サンプリングパルス
の幅が十分に狭い結果である。従って、図5(a)上段
の加算平均波形は、そのまま被測定光信号列の強度波形
1(t)を与えていると、見なすことができる。図5
(b)は、さらに、本実施例により得られた加算平均波
形について、自己相関信号を計算し、それを直接実測し
て得た自己相関信号と比較した結果を示す。
With respect to the arithmetic mean waveform in the upper part of FIG.
As a result of performing decorrelation calculation using the waveform of the sampling pulse obtained above, no significant difference was brought about in the waveform. This is because the width of the optical signal train waveform in this measurement is
It is 7.5 ps, which is the result that the width of the sampling pulse is sufficiently narrow. Therefore, it can be regarded that the arithmetic mean waveform in the upper part of FIG. 5A directly gives the intensity waveform I 1 (t) of the optical signal train to be measured. Figure 5
Further, (b) shows the result of comparing the auto-correlation signal obtained by calculating the auto-correlation signal and directly measuring the auto-correlation signal for the arithmetic mean waveform obtained in this example.

【0108】かかる自己相関信号の測定は、上でサンプ
リングパルスについて行ったのと同様な手順によって行
った。計算値と実測値とは、かなり良く一致する。特
に、相関信号の裾がゼロに回復しきらない点が、完全に
一致していることに注目されたい。これは、加算平均波
形上で、パルスの前後に僅かに残って見えている強度ま
で、真値が反映されたものであることを、証明する結果
である。即ち、加算平均波形においては、尖頭値に対し
て、僅かに1.5%の強度ですら、十分な確度を以って
測定が実現している。
The measurement of such an autocorrelation signal was performed by the same procedure as that performed for the sampling pulse above. The calculated value and the measured value agree fairly well. In particular, note that the tails of the correlation signals do not completely recover to zero, which is a perfect match. This is a result demonstrating that the true value is reflected up to the intensities slightly visible before and after the pulse on the arithmetic mean waveform. That is, in the arithmetic mean waveform, the measurement is realized with sufficient accuracy even if the intensity is only 1.5% with respect to the peak value.

【0109】かくして、本実施例により格段に雑音の小
さい(信号対雑音比>100)測定が達成された。見方
を変えると、本光信号の尖頭値は、12mW程度である
ことから、本測定により、0.2mW程度の瞬時パワレ
ベルまで、確度高く測定できたことになる。これは、半
導体レーザにより発生された光信号列を、光増幅器を用
いることなく十分余裕を持って測定できるレベルであ
る。即ち、本実施例は、光通信・情報処理分野で現在最
も実用的とみなされている半導体光源について、その出
力光を、光増幅器を用いず容易に測定できる。
Thus, this example achieved a measurement with extremely low noise (signal-to-noise ratio> 100). From a different point of view, since the peak value of the present optical signal is about 12 mW, it means that the present measurement could accurately measure up to an instantaneous power level of about 0.2 mW. This is a level at which the optical signal train generated by the semiconductor laser can be measured with sufficient margin without using an optical amplifier. That is, the present embodiment can easily measure the output light of a semiconductor light source, which is considered to be the most practical in the field of optical communication / information processing, without using an optical amplifier.

【0110】従って、光増幅器のコストが削減され、さ
らに光増幅器による波形歪みの懸念がない結果、高い測
定精度が保証される。このように、詳細な出力波形信号
波形の測定は、このような半導体光源の特性の評価に大
いに資するのである。なお、上の自己相関信号の計算値
と実測値の比較で、実測値には、遅延時間原点に鋭いス
パイクが見られるのに対し、計算値にはそれが見られて
いない。これは、本実施例による時間分解能の不足を表
すものではない。
Therefore, the cost of the optical amplifier is reduced, and there is no fear of waveform distortion due to the optical amplifier. As a result, high measurement accuracy is guaranteed. Thus, detailed measurement of the output waveform signal waveform contributes greatly to the evaluation of the characteristics of such a semiconductor light source. In the comparison between the calculated value of the autocorrelation signal and the actually measured value, a sharp spike is found at the origin of the delay time in the actually measured value, but it is not found in the calculated value. This does not mean that the time resolution of this embodiment is insufficient.

【0111】このスパイクはコヒーレンススパイクと称
され、光信号列が、パルス毎に統計的に揺らぐ微細構造
を有していることの現われである。かかる微細構造は、
本実施例のような光サンプリングによる波形測定では、
本質的に検出されない。なぜなら、光サンプリングは、
それ自体として平均化測定であり、揺動する微細構造を
均した包絡線のみを検知するからである。以上のよう
に、本実施例装置によって、周波数オフセットΔFを安
定化し、高感度・高精度の光信号波形測定法が実現でき
た。
This spike is called a coherence spike, and is a manifestation of the fact that the optical signal train has a fine structure that statistically fluctuates from pulse to pulse. Such a microstructure is
In waveform measurement by optical sampling as in this embodiment,
Essentially not detected. Because optical sampling is
This is because it is an averaging measurement as such, and only an envelope curve obtained by smoothing the oscillating microstructure is detected. As described above, the apparatus of this embodiment can stabilize the frequency offset ΔF and realize the optical signal waveform measuring method with high sensitivity and high accuracy.

【0112】[0112]

【発明の効果】本発明の光信号測定方法によれば、被測
定光信号列の繰返し周波数変動、あるいは、短パルスレ
ーザの共振器の光学長変動による波形歪みをこうむらな
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、それゆえ、適
用可能な繰返し周波数の上限は、信号波形測定の時間分
解能のみによって決まり、実用上如何に高い繰返し周波
数にも対応できる。また、本発明の光信号測定法は、被
測定光信号列の繰返し周波数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。
According to the optical signal measuring method of the present invention, it is possible to perform the measurement without suffering the waveform distortion due to the repetition frequency fluctuation of the optical signal train to be measured or the optical length fluctuation of the resonator of the short pulse laser. Further, the optical signal measuring method of the present invention,
There is no limitation due to the band of the high-frequency electronic circuit, and therefore, the upper limit of the applicable repetition frequency is determined only by the time resolution of the signal waveform measurement, and practically any high repetition frequency can be supported. Further, the optical signal measuring method of the present invention can be performed universally without depending on the repetition frequency of the optical signal train to be measured,
Moreover, since it can be carried out at low cost, a great industrial effect can be obtained.

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

【図1】本発明の光信号測定方法の第1の構成を示す説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first configuration of an optical signal measuring method of the present invention.

【図2】本発明の光信号測定方法の第2の構成を示す説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a second configuration of the optical signal measuring method of the present invention.

【図3】本発明の構成に用いる相互相関器の構成例を示
す図であり、図3(a)は和周波発生効果を用いる構成
を示す説明図、図3(b)は半導体光検出器中の二光子
遷移を用いる構成を示す説明図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a cross-correlator used in the configuration of the present invention, FIG. 3 (a) is an explanatory diagram showing a configuration using a sum frequency generation effect, and FIG. 3 (b) is a semiconductor photodetector. It is explanatory drawing which shows the structure which uses the two-photon transition in the inside.

【図4】本発明の実施例に用いた短パルス光源の特性を
示す図であり、図4(a)は信号繰返し周波数を逓倍数
に対して示すグラフ、図4(b)はサンプリングパルス
についての自己相関信号を示すグラフである。
FIG. 4 is a diagram showing characteristics of a short pulse light source used in an embodiment of the present invention, FIG. 4 (a) is a graph showing a signal repetition frequency with respect to a multiplication number, and FIG. 4 (b) is a sampling pulse. 5 is a graph showing an autocorrelation signal of

【図5】本発明の実施例により得られた特性に示す図で
あり、図5(a)は採取された相関器出力信号を掃引1
00回と単一掃引の場合を示すグラフ、図5(b)は測
定信号から計算された自己相関信号の実測値との比較を
示すグラフである。
FIG. 5 is a diagram showing characteristics obtained according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 (a) is a diagram illustrating sweeping of a sampled correlator output signal.
FIG. 5B is a graph showing the case of 00 times and a single sweep, and FIG. 5B is a graph showing comparison with the actual measurement value of the autocorrelation signal calculated from the measurement signal.

【図6】光信号波形測定方法の原理と第1の従来例の構
成を示す説明図であり、図6(a)は光サンプリングに
よる光信号波形測定方法の一般的説明図、図6(b)は
第1の従来方法の構成を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view showing the principle of the optical signal waveform measuring method and the configuration of the first conventional example, FIG. 6 (a) is a general explanatory view of the optical signal waveform measuring method by optical sampling, and FIG. 8) is an explanatory view showing a configuration of a first conventional method.

【図7】図7(a)は第2の従来方法の構成を示す説明
図、図7(b)は第3の従来方法の構成を示す説明図で
ある。
FIG. 7A is an explanatory diagram showing a configuration of a second conventional method, and FIG. 7B is an explanatory diagram showing a configuration of a third conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 信号光入射端 102 短パルスレーザ共振器 103 共振器長微調機構 104 共振器長粗調機構 105,106 反射鏡 107 相互相関器 108 周波数−電圧変換器 109 基準電圧 110 積分回路 111 駆動回路 112 波形記録器 201 信号光入射端 202 短パルスレーザ共振器 203 共振器長微調機構 204 共振器長粗調機構 205,206 反射鏡 207 相互相関器 208 周波数−電圧変換器 209 基準電圧 210 積分回路 211 駆動回路 212 波形記録器 213,214 分岐鏡 215 信号光変換器 216 反射鏡 217 相互相関器 307 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 602 短パルスレーザ共振器 604 共振器長粗調機構 605,606 反射鏡 607 相互相関器 612 波形記録器 616 反射鏡 630 信号源レーザ 631 反射鏡 701 信号光入射端 702 短パルスレーザ共振器 703 共振器長微調機構 704 共振器長粗調機構 705,706 反射鏡 707 相互相関器 710 積分回路 711 駆動回路 712 波形記録器 713,714 分岐鏡 716 反射鏡 736 高速光検出器 737 高周波増幅器 738 高速光検出器 739 高周波増幅器 740 高周波混合器 741 低域濾波器 742 相互相関計 743 制御・記録器 101 Signal light incident end 102 Short pulse laser resonator 103 Resonator length fine adjustment mechanism 104 Resonator length coarse adjustment mechanism 105,106 Reflector 107 cross-correlator 108 Frequency-voltage converter 109 Reference voltage 110 Integrator circuit 111 drive circuit 112 waveform recorder 201 Signal light incident end 202 Short pulse laser resonator 203 Resonator length fine adjustment mechanism 204 Resonator length coarse adjustment mechanism 205, 206 Reflector 207 Cross-correlator 208 Frequency-voltage converter 209 Reference voltage 210 Integrator circuit 211 drive circuit 212 waveform recorder 213, 214 Branch mirror 215 Signal Optical Converter 216 Reflector 217 Cross-correlator 307 Cross-correlator 320, 321 reflector 322 Right angle reflection prism 323 Focusing lens 324 Non-linear crystal 325 aperture 326 Condensing lens 327 Photodetector 328 Photodetector 602 Short pulse laser resonator 604 Resonator length coarse adjustment mechanism 605,606 Reflector 607 Cross-correlator 612 Waveform recorder 616 reflector 630 Signal source laser 631 reflector 701 Signal light incident end 702 Short pulse laser resonator 703 Resonator length fine adjustment mechanism 704 Resonator length coarse adjustment mechanism 705,706 Reflector 707 Cross-correlator 710 Integrator circuit 711 drive circuit 712 Waveform recorder 713,714 Branching mirror 716 Reflector 736 High-speed photodetector 737 high frequency amplifier 738 High-speed photodetector 739 high frequency amplifier 740 High frequency mixer 741 low pass filter 742 Cross Correlator 743 Control / Recorder

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定光信号列と、短パルスレーザの発
生する光パルス列とを相互相関器に入射し、該相互相関
器において、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
号の大きさを、時系列的に測定・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
長を調整する共振器長調整機構を付与し、上記電気信号
の繰返し周波数を電圧値に変換し該電圧値が一定値とな
るように、上記共振器長調整機構を駆動することを特徴
とする光信号波形測定方法。
1. An optical signal train to be measured and an optical pulse train generated by a short pulse laser are made incident on a cross-correlator, and are combined / focused in a medium having an optical nonlinear effect in the cross-correlator. In the optical signal waveform measuring method for converting a generated non-linear signal into an electric signal and measuring and recording the magnitude of the electric signal in time series, a resonance for adjusting the optical length of the resonator to the short pulse laser. An optical signal waveform measuring method, characterized in that a cavity length adjusting mechanism is provided, the repetition frequency of the electric signal is converted into a voltage value, and the cavity length adjusting mechanism is driven so that the voltage value becomes a constant value. .
【請求項2】 被測定光信号列と、短パルスレーザの発
生する光パルス列を相互相関器に入射し、該相互相関器
において、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
号の大きさを、時系列的に測定・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
長を調整する共振器長調整機構を付与し、上記二つのパ
ルス列の夫々を上記相互相関器に達する以前に二分し、
得られる二つのパルス列夫々の複製を、別個の相互相関
器に入射し、該別個の相互相関器において、該二つの複
製を、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、該電気信号の繰
返し周波数を電圧値に変換し、該電圧値が一定値となる
ように、上記共振器長調整機構を駆動するとともに、上
記電気信号に基づいて、上記電気信号の大きさの時系列
的測定・記録の原点を定めることを特徴とする光信号波
形測定方法。
2. An optical signal train to be measured and an optical pulse train generated by a short pulse laser are incident on a cross-correlator, which is combined and focused in a medium having an optical nonlinear effect to generate. In the optical signal waveform measuring method for converting a non-linear signal into an electric signal and measuring and recording the magnitude of the electric signal in time series, a resonator for adjusting the optical length of the resonator to the short pulse laser. A length adjustment mechanism is added to divide each of the two pulse trains into two before reaching the cross-correlator,
Each of the obtained two pulse trains is incident on a separate cross-correlator, and at the separate cross-correlator, the two copies are combined and focused in a medium having an optical nonlinear effect, and generated. A non-linear signal is converted into an electric signal, the repetition frequency of the electric signal is converted into a voltage value, and the resonator length adjusting mechanism is driven so that the voltage value becomes a constant value. Then, the origin of the time-series measurement / recording of the magnitude of the electric signal is determined, and the optical signal waveform measuring method.
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