JP3544901B2 - 光信号電界の時間波形測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号電界の時間波形測定方法及び装置に関し、特に、現在の高速光検出器あるいは高速電子回路の応答時間よりも遥かに高速に変化し、それらを用いる通常手段によっては、時間波形を測定できないような高速の光信号の強度及び位相の時間変化を正確に測定する手段に適用して有効な技術に関する。
一般に、強度と位相とを同時に測定できれば、古典的電磁波としての光信号の特性を余すところなく決定できる。したがって、この種の測定方法は、光信号電界の時間波形測定方法と呼ぶことができる。
【０００２】
【従来の技術】
ピコ秒からフェムト秒領域の超高速光信号に対しては、十分な時間分解能を有する光検出器が存在しないので、その強度波形を直接観測することは困難である。そこで、いきおい間接的な測定法に依らざるを得ず、光信号の自己相関データを採取し、それから繰返し演算によって、被測定信号光の強度と位相とを算出する方法が行われてきた。しかしながら、繰返し演算に依拠する光信号電界の時間波形測定方法には、複雑な波形を有する光信号に対応できず、また、繰返し演算に関わるかかる本質的な曖昧さ故に、測定器の品質・精度を保証し難いという問題がある。
【０００３】
そこで、光信号のスペクトル位相を直接観測することで、繰返し演算に頼ることなしに、光信号電界の時間波形を求める、所謂、スペクトル位相の直接測定法への関心が高まっている。これには、周波数シアリング干渉計と周波数フォールディング干渉計の２つの種類が知られている。特に、後者は、著しく薄い非線形媒質を要求しないので、実質的に感度の低下を免れることができ、また、パラメトリック混合に基づく構成と、４光波混合に基づく構成があり、このそれぞれに、さらに、適宜、光増幅器を導入することで、感度を高めることができ、構成の自由度が高いといった特徴を有している。この周波数フォールディング干渉計は、特願平１１−１３９０８７の明細書に記載されている。
【０００４】
図５、図６及び図７は、この従来例の光信号電界の時間波形測定方法を説明するための図である。図５は、パラメトリック混合を用いる場合の構成を示し、被測定光信号は、被測定光信号入力４０１として図５の従来例の構成に入射する。この被測定光信号入力４０１は、分岐鏡４０２により２分され、その一方は、濾波器４０３及び光増幅器４０４を通過し、第１の２次の非線形媒質４０５に入射・結焦される。前記第１の２次の非線形媒質４０５において第２高調波が発生され、局発光が得られる。この発生した局発光は、濾波器４０６及び光増幅器４０７を通過し、反射鏡４０８を経て、合波鏡４１１に達する。前記被測定光信号入力４０１の２分された他方は、反射器４０９を通過し、反射鏡４１０を経て、合波鏡４１１に達する。
【０００５】
以上、前記合波鏡４１１に達した局発光と光信号は、合波され、位相調整器４２２を経た後に、第２の２次の非線形媒質４１３に入射・結焦される。この第２の２次の非線形媒質４１３中で、パラメトリック混合が生じる。この第２の２次の非線形媒質４１３からの出射光のパワースペクトルが、光スペクトル観測器４２３によって観測される。
【０００６】
前述の濾波器４０３としては、被測定光信号のスペクトルの一部を抽出する帯域透過濾波器を用いる。続く光増幅器４０４は、この抽出された光のパワーを増し、第１の２次の非線形媒質４０５中での第２高調波発生の効率を高める目的で挿入される。一方、第１の２次の非線形媒質４０５後段の濾波器４０６は、第２高調波光に変換されずに残った抽出光を除去するとともに、必要に応じて、発生された局発光の帯域を制限するために設けられる。続く光増幅器４０７は、発生された局発光のパワーを増し、第２の２次の非線形媒質４１３中でのパラメトリック混合の効率を高める目的で挿入される。
【０００７】
以上の構成のうち、光増幅器４０４、光増幅器４０７については、入射被測定光が強力で、それ自体ですでに十分なパワーの局発光を発生し得る場合には、当然、これらの一方または両方を省略できる。また、第１の２次の非線形媒質４０５中での第２高調波発生自体の位相整合帯域幅制限により、被測定光信号のスペクトル幅に比して、十分狭い線幅の局発光が得られる場合には、前段の濾波器４０３を省略でき、かつ、後段の濾波器４０６も、高域（短波長）透過濾波器で十分となる。ここで、合波鏡４１１に高域（短波長）反射特性を持たせることで、本機能を担務させ、濾波器４０６を完全に省略することも可能である。
【０００８】
前記位相調整器４２２は、２次の非線形媒質４１３に入射する時点での、局発光と光信号の間の相対位相を調整する目的で挿入される。この場合、局発光と光信号の波長（周波数）が２倍も離れているため、厚みを変化できる任意の分散媒質をこれに宛てることができる。このような位相調整が意味を持つためには、合波鏡４１１を出射した局発光と光信号の相対位相が安定していることが必要である。このためには、２つの光路の光路長差が、波長精度で安定していなければならない。これは、通常の干渉計構築手段によって達成し得る。必要ならば、光路長差監視機構を付加し、反射鏡４０９の位置に帰還をかけて動的な安定化を図ることもできる。これらは全て、標準的な干渉計安定化手段に属する。
【０００９】
次に、図６は、４光波混合を用いる場合の構成を示し、被測定光信号は、被測定光信号入力４０１として本従来例構成に入射し、分岐鏡４０２により２分される。２分されたうち一方は濾波器４０３によってスペクトルの一部が抽出され、局発光となる。局発光は、光増幅器４０４を通過し、反射鏡４０８、位相調整器４２２を経て、合波鏡４１１に達する。他方は、反射器４０９を通過し、反射鏡４１０を経て、合波鏡４１１に達する。以上、合波鏡に達した局発光と光信号は、合波され、３次の非線形媒質４１４に入射・結焦される。この３次の非線形媒質４１４中で、４光波混合が生じる。前記３次の非線形媒質４１４からの出射光のパワースペクトルが、光スペクトル観測器４２３によって観測される。
【００１０】
前述の濾波器４０３としては、被測定光信号のスペクトルの一部を抽出する帯域透過濾波器を用いる。続く光増幅器４０４は、この抽出された局発光のパワーを増し、前記３次の非線形媒質４１４中での４光波混合の効率を高める目的で挿入される。以上のうち、光増幅器４０４については、入射被測定光が強力で、濾波器４０３で抽出された一部それ自体ですでに十分なパワーの局発光となっている場合には、これを省略できることは言うまでもない。
【００１１】
位相調整器４２２は、局発光の位相を調整する目的で挿入される。これには、屈折率が変化できる光学素子、または波長板を用いる方法がある。反射器４０９は、分岐鏡４０２で２分された後、合波鏡４１１に至る２つの光路の間で、光路長の平衡をとるために設けられ、またこの２光路の光路長差の安定化が、既知の技術を以て達成し得ることは、前記と同様である。
【００１２】
図７は、前記光スペクトル観測器４２３よって観測される混合スペクトルの容態を示す図である。光周波数νの関数として通常観測されるパワースペクトルＳ（ν）に対して、光子流スペクトルｓ（ν）＝Ｓ（ν）／（ｈν）を導入するとき、得られる混合スペクトルは、数１の式で表される。
【００１３】
【数１】

【００１４】
ここで、ｓ_１，ｓ_２はそれぞれ周波数ν_ｌ，ν_２における被測定光信号の光子流スペクトル、φ_１，φ_２は同スペクトル位相であり、これら周波数は縮退周波数ν_ｐに対し、関係ν_１＋ν_２＝２ν_ｐを満たすとする。パラメトリック混合による構成では、縮退周波数は局発光周波数の２分の１（ν_３＝２ν_ｐ）となり、一方、４光波混合の場合は、縮退周波数は局発光周波数に等しい。位相φ_ｐは、パラメトリック混合の場合には、局発光位相の半分（φ_３＝２φ_ｐ）、また、４光波混合の場合には、局発光位相そのものである。
【００１５】
このように混合スペクトルには、光信号のスペクトル位相が、縮退周波数ν_ｐに関して対称化された形、φ_１＋φ_２で含まれている。この対称化位相φ_１＋φ_２は、干渉位相φ＝φ_１＋φ_２−２φ_ｐ＋δを求めることができれば、定数を除いて得ることができる。しかしながら、一般に、一つの混合スペクトルだけからでは、干渉位相φを求めることはできない。干渉位相φを、混合係数ｍの値如何に拘わらず、混合スペクトルから正確に求めるには、位相φ_ｐを変えて、複数回、混合スペクトルを採取する。前述した位相調整器４１２は、かかる位相調整に用い、このとき、位相２φ_ｐを９０°刻みで変えて測定を行うのがよい。
【００１６】
まず、基準となる位相２φ_ｐについて、混合スペクトルｓ_ａを採取する。次に、位相２φ_ｐが９０°減じるように位相調整器を操作した後、混合スペクトルｓ_ｂを採取し、さらに、位相２φ_ｐが最初の基準値から１８０°減じるところまで位相調整器を操作し、再び混合スペクトルｓ_ｃを採取する。これら３つの混合スペクトルから、干渉位相φを、数２の式に従って求めることができる。
【００１７】
【数２】

【００１８】
図７には、このような９０°法求位相計算に用いる３つの混合スペクトルの例を示した。
【００１９】
前述したように、対称化位相中に、スペクトル位相部分は、常にφ_１＋φ_２による対称化を受けた形で含まれている。したがって、対称化位相を得ただけでは、一般の非対称なスペクトル位相を求めることはできない。この問題は、縮退周波数ν_ｐ、すなわち、対称化の中心を異にする条件で測定して得る２つの対称位相を用いることで、解決できる。
【００２０】
縮退周波数ν_ｐを変えた混合スペクトルを採取のためには、図５の構成では、濾波器４０３及び濾波器４０６の透過帯域をずらし、必要に応じて、第１の２次の非線形媒質４０５の位相整合波長を同調すればよい。後段の第２の２次の非線形媒質４１３は、十分高帯域なので、位相整合波長の再同調は通常要しない。図６の構成では、濾波器４０３の透過帯域をずらせば事足りる。
【００２１】
こうしてスペクトル位相が求まれば、後は極く標準的な処理を残すのみである。すなわち、局発光を遮った状態で、通常にスペクトルを採取し、被測定光信号のパワースペクトルを得る。このスペクトルデータに平方根演算を施してスペクトル振幅データを得る。これに前のスペクトル位相を付与して複素化した上で、逆フーリエ変換を行えば、光信号電界の時間波形が算出される。かくして、前述した従来例により、繰返し演算に拠ることなしに、超高速光信号電界の時間波形が測定できるのである。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の光信号電界の時間波形測定方法には、以下のような問題がある。
前記数２の式による９０°法求位相計算においては、３つの混合スペクトル
ｓ_ａ，ｓ_ｂ，ｓ_ｃの相対的大きさの厳密な正確さが要求される。これが、あまたの問題を懐胎している。
現実の光信号では、強度の揺らぎは常にゼロではない。複数の混合スペクトルを採取する合間に、被測定光信号の強度が変動すると、３つの混合スペクトルの間での相対的大きさの関係が損なわれてしまう。ここで許容される強度変動は、前記の混合係数ｍとの兼合いとなるが、通例の値ｍ＝０．１〜０．０５に対しては、１％の強度変動ですら、はなはだ大きな誤差に通ずる。ところが、強度変動が１％といった光パルス源は、現在、変動の少ない部類に属し、これ以下の強度変動は期待し難いのである。この結果、従来の測定方法では、現実に測定可能な光信号が、極めて強度変動の少ない一部のものに限られていた。
【００２３】
また、図５に示したようなパラメトリック混合を用いる構成においては、局発光強度、ひいては混合係数ｍが、入射する被測定光信号の偏光方向に大きく依存する。従って、たとえ光信号の強度変動が皆無であっても、入射光の偏光が揺らぐと、強度変動と等価な結果を生ずることとなる。これは、特に、光ファイバ等を経由して被測定光信号を入射する場合に大きな問題となる。
【００２４】
さらに一般には、光スペクトル観測器４２３自体にも、通例、弱いながらも偏光依存性がある。この結果、入射光の偏光の変動は、それだけで、３つの混合スペクトルの間での相対的大きさの関係を損ない得る。これは、図５及び図６の構成の両者に共通する問題である。
【００２５】
次に、３つの混合スペクトルの相対的大きさを保つためには、位相調整器４１２にも、厳しい条件が課される。すなわち、位相調整器４１２は、図５の場合には局発光と光信号の間の相対位相、もしくは、図６の場合には局発光の位相を調整するが、これら位相の調節に、損失の変化が伴なってはならない。前述の図５の場合に用いた厚みを変化できる分散媒質による位相調整器４１２においては、位相を変化させるために、楔状の分散媒質をスライドさせる。すなわち、異なる位相は、分散媒質の異なる位置での入出射を伴なう。かかる位相調整器にあって、損失の変化をゼロとするためには、表面が極めて一様・清浄に保たれることが必要であり、これを長期に亘って実現するためには、特に空気が清浄に管理・維持された環境に、測定器が保管されることが必要となる。
【００２６】
他方、図５及び図６の構成の両者とも、そもそも、局発光と光信号の相対位相が安定していることが必要であり、これが充たされて初めて、位相調整器４１２による調整が意味を持つ。このためには、前述したように、２つの光路の光路長差が、波長精度で安定していなければならない。現在、このような光路長差の安定化は、実験室環境での達成は容易であり、日常茶飯事的に実施することができる。しかしながら、外界からの振動・騒音、あるいは気流・温度変化の多い一般環境での実現には、多くの困難が伴う。この結果、従来例による測定器は、設置場所が限定され、例えば、フィールドでのサービスに供することができなかった。
【００２７】
以上述べたように、従来の光信号電界波形測定方法には、以下の解決すべき課題があった。
（１）被測定光信号の強度の変動、また、入射偏光の変動により、大きな誤差を招き、また、
（２）損失変動のない位相調整器を必要とし、また、装置内の光路長差に波長精度の安定性が要求され、これらにより、長期に亘る性能の維持が容易でなく、また設置環境が制限される。
【００２８】
本発明の目的は、従来技術におけるこれらの困難な課題を解決し、被測定光信号の強度変動、または偏光の変動に高い耐性を有し、しかも、位相調整器や安定な干渉計を必要とせず、その結果、性能が長期間維持され、設置環境も選ばず測定が行える測定方法及び装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明の概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
（１）被測定光に対し、位相が固定された局発光を得、該局発光を前記被測定光に作用させて前記被測定光に対する位相共役光を生成し、前記被測定光と前記位相共役光とが合波して生じる混合光のスペクトルを観測し、前記被測定光の光信号電界の周波数領域での位相を測定する方法であって、前記局発光と前記被測定光との相対位相の変化に伴う前記混合光中の２つ以上のスペクトル成分の強度の変化を比較し、２つ以上のスペクトル成分の間の相対的位相を測定することを特徴とする光信号電界の時間波形測定方法である。
【００３０】
（２）前記手段（１）の光信号電界の時間波形測定方法であって、前記相対位相の変化に伴う２つ以上のスペクトル成分の強度変化を比較する方法として、相対位相をランプ（直線勾配）状に変化させ、得られる正弦波状の強度変化について、基準とする一つのスペクトル成分の強度変化に対して、これと９０°位相のずれた信号を生成し、他のスペクトル成分の強度変化に対し、前記スペクトル成分の強度変化と、これと９０°位相のずれた信号をそれぞれを乗算し積分して得る２つの量の比から、スペクトル成分の間の相対的位相を求める方法である。
【００３１】
（３）前記手段（２）の光信号電界の時間波形測定方法であって、前記積分における積分範囲を、前記基準とする一つのスペクトル成分の強度変化の周期の整数倍にとる方法である。
【００３２】
（４）被測定光に対し、位相が固定された局発光を得る手段と、該局発光を前記被測定光に作用させて前記被測定光に対する位相共役光を生成する手段と、前記被測定光と前記位相共役光とが合波して生じる混合光のスペクトルを観測する手段を備え、前記被測定光の光信号電界の周波数領域での位相を測定する装置であって、前記混合光中の２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段と、前記局発光と被測定光信号との相対位相を変化させる手段と、前記相対位相の変化に伴う前記２つ以上のスペクトル成分の強度の変化を比較して２つ以上のスペクトル成分の間の相対的位相を測定する手段を備えたことを特徴とする光信号電界の時間波形測定装置である。
【００３３】
（５）前記手段（４）の光信号電界の時間波形測定装置であって、前記２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段として、２つの分光器とそれぞれに装着した光検出器及び前記混合光を２分して２つの分光器に分配する分岐鏡を宛てる装置である。
【００３４】
（６）前記手段（４）の光信号電界の時間波形測定装置であって、前記２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段として、線型光検出器列を装着したスペクトログラフを宛てる装置である。
【００３５】
すなわち、本発明の光信号電界の時間波形測定方法及び装置は、被測定光信号に対し、局発光を作用させて位相共役光を生成し、前記被測定光と前記位相共役光の合波の結果生ずる混合光のスペクトルを観測して、前記被測定光の光信号電界の周波数領域での位相を測定する方法及び装置において、前記混合光中の２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段と、前記局発光と被測定光信号との相対位相を変化させる手段を備え、前記相対位相の変化に伴う２つ以上のスペクトル成分の強度の変化を比較して２つ以上のスペクトル成分の間の相対的位相を測定することを特徴とする。
【００３６】
ここで、前記２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段の一つとして、２つの分光器とそれぞれに装着した光検出器、及び前記混合光を２分して２つの分光器に分配する分岐鏡を宛てることができる。
また、前記２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段の他として、線型光検出器列を装着したスペクトログラフを宛てることもできる。
【００３７】
前記相対位相の変化に伴う２つ以上のスペクトル成分の強度変化を比較する方法としては、相対位相をランプ（直線勾配）状に変化させ、得られる正弦波状の強度変化について、基準とする一つのスペクトル成分の強度変化について、これと９０°位相のずれた信号を生成し、他のスペクトル成分の強度変化に対し、前記強度変化と、これと９０°位相のずれた信号をそれぞれを乗算し積分して得る２つの量の比から、スペクトル成分の間の相対的位相を求めるのがよい。
【００３８】
さらに、有限の相対位相変化から、スペクトル成分の間の相対的位相を正確に検出するためには、前記積分における積分範囲を、前記基準とする一つのスペクトル成分の強度変化の周期の整数倍にとるのがよい。
【００３９】
従来の光信号電界の時間波形測定方法では、混合光のスペクトルｓ_ａを観測・採取し、次に、位相２φ_ｐが９０°減じるように位相調整器を操作した後、混合光のスペクトルｓ_ｂを観測・採取し、さらに、位相２φ_ｐがさらに９０°減じるところまで位相調整器を操作し、再び混合光のスペクトルｓ_ｃを観測・採取する。これら３回のスペクトルの観測・採取の間に、被測定光信号の強度変化、または、光路長差の変動が生じると、前記数２の式による干渉位相φの計算に誤差が生じた。
【００４０】
しからば、混合光の一つのスペクトル成分の強度を観測しつつ、９０°ステップでの位相調整器の切替を行う方法は、如何であろうか。この場合、被測定光信号の強度変化への耐性には、少々の改善が見られよう。しかしながら、依然として、前述の手順をすべてのスペクトル成分について繰り返す間にわたって、２つの光路の光路長差が、波長精度で一定に維持される必要があることには、変わりがない。
【００４１】
かかる光路長差の安定化の必要を撤廃するためには、少なくとも、２つのスペクトル成分について、前述の手順による観測を同時に実行すればよい。一般に、光信号電界の時間波形測定の目的には、各スペクトル成分の間の相対的な位相が測定できればよく、一様な絶対位相は、光信号電界の時間波形に影響しない。
【００４２】
また、光路長差の変動は、全てのスペクトル成分に等量の干渉位相の変動を与える。これらから、２つのスペクトル成分の干渉位相を同時に得れば、それらの相対値は、光路長差の変動の如何に拘わらず常に正確であり、かつ、光信号電界の時間波形測定のために十分な情報を与えることとなるのである。
【００４３】
一旦、２つ以上のスペクトル成分について、それらの強度変化を観測するならば、位相調整器を用いて、校正された形で９０°ステップ毎の切替を行う必然性はなくなる。なんとなれば、位相２φ_ｐの変化量は、観測される強度変化から原理的に検知できるからである。それ故、ここでは、位相調整器が不要となり、これを、局発光と被測定光信号との相対的な位相２φ_ｐを変え得る所定の手段をもって置き換えることができる。
【００４４】
以上の考察から、本発明の目的を達成するためには、混合光中の２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段と、前記局発光と被測定光信号との相対的な位相を変化させる手段を備えることが、本質的な要件となる。
以下、本発明について、図面を参照して、本発明による実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
【００４５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は、本発明による実施形態１の光信号電界の時間波形測定装置のパラメトリック混合を用いる構成の概略を示すブロック構成図である。本実施形態１の光信号電界の時間波形測定装置は、２つのスペクトル成分の強度を同時に観測する構成に相当している。
【００４６】
本実施形態１の光信号電界の時間波形測定装置は、図１に示すように、分岐鏡１０２、濾波器１０３、光増幅器１０４、第１の２次の非線形媒質１０５、濾波器１０６、光増幅器１０７、反射鏡１０８、反射器１０９、反射鏡１１０、合波鏡１１１、変位器１１２、第２の２次の非線形媒質１１３、３次の非線形媒質１１４、分岐鏡１１５、分光器１１６、光検出器１１７、分光器１１８、及び光検出器１１９で構成されている。
【００４７】
前記本実施形態１の光信号電界の時間波形測定装置においては、図１に示すように、被測定光信号１０１は、分岐鏡１０２に入射され、前記分岐鏡１０２により２分される。この分岐鏡１０２によって２分された被測定光信号１０１の一方は、濾波器１０３及び光増幅器１０４を通過し、第１の２次の非線形媒質１０５に入射・結焦される。この第１の２次の非線形媒質１０５において、第２高調波が発生され、局発光が得られる。発生した局発光は、濾波器１０６及び光増幅器１０７を通過し、反射鏡１０８を経て、合波鏡１１１に達する。
【００４８】
前記分岐鏡１０２によって２分された被測定光信号１０１の他方は、反射器１０９を通過し、反射鏡１１０を経て、合波鏡１１１に達する。反射器１０９には、変位器１１２が装着され、分岐鏡１０１から前記反射器１０９を経て、合波鏡１１１に至る光路の光学長を変化させる構成になっている。
【００４９】
以上、合波鏡１１１に達した局発光と光信号は、合波された後、第２の２次の非線形媒質１１３に入射・結焦される。前記第２の非線形媒質１１３から出射する混合光は、分岐鏡１１５により２分され、そのうち一方から分光器１１６によってスペクトル成分が抽出され、この抽出されたスペクトル成分の強度が光検出器１１７によって電気信号に変換される。前記分岐鏡１１５によって２分されたうちの他方から、分光器１１８によってスペクトル成分が抽出され、この抽出されたスペクトル成分の強度が光検出器１１９によって電気信号に変換される。
【００５０】
前記濾波器１０３、光増幅器１０４、濾波器１０６、及び光増幅器１０７の仕様・機能については、図５に示す従来例における説明に準ずる。
【００５１】
前記本実施形態１の光信号電界の時間波形測定装置の動作は、１つの縮退周波数ν_ｐについて、基準となる光周波数ν_ｒを適当に定め、分光器１１８を前記光周波数νに設定する。ここで、前記基準となる光周波数ν_ｒは光信号のスペクトル強度が大きいスペクトルの中央付近に設定するのがよい。次に、干渉位相を測定したい光周波数νに分光器１１６を設定する。ここにおいて、変位器１１２を駆動し、反射器１０９をほぼ一定の速さで後退させる。この後退運動の間、光検出器１１９、及び光検出器１１７の出力電圧値をそれぞれ時系列的に、測定・記録する。しかる後、両光検出器出力の時系列データに現れる正法波状の変化を比較して、光周波数νにおける干渉位相の基準光周波数ν_ｒに対する相対値を得る。分光器１１６の設定以下の手順を、必要なだけの光周波数測定点νに対して、繰り返して行う。
【００５２】
次に、縮退周波数ν_ｐをν_ｐ’に変えて、同様に干渉位相の測定を実行する。この際の基準とする光周波数ν_ｒ’は、先回の基準光周波数ν_ｒと等しくてもよいし、異なっていても構わない。縮退周波数ν_ｐを変えるためには、濾波器１０３及び濾波器１０６の透過帯域をずらし、必要に応じて、第１の２次の非線形媒質１０５の位相整合波長を同調すればよい。後段の第２の２次の非線形媒質１１３は、十分高帯域なので、位相整合波長の再同調は通常要しない。
【００５３】
前記得られた２つの干渉位相データの各々に、位相アンラップと呼ばれる標準的な操作を施して、２つの対称化位相データを得る。これらを連立すれば、スペクトル位相が求まる。このようにして、スペクトル位相が求まれば、後は極く簡単な操作を残すのみである。すなわち、局発光を遮った状態で、分光器１１６、または、分光器１１８を通常に掃引して検出器出力を記録し、被測定光信号のパワースペクトルを得る。このスペクトルデータに、平方根演算を施してスペクトル振幅データを得、これに前に得たスペクトル位相を付与して複素化した上で、逆フーリエ変換を行えば、光信号電界の時間波形が算出される。
【００５４】
（実施形態２）
図２は、本発明による実施形態２の光信号電界の時間波形測定装置の４光波混合を用いる構成の概略を示すブロック構成図である。本実施形態２の光信号電界の時間波形測定装置では、光検出器列を用いて、全てのスペクトル成分の強度を一挙（同時）に観測している。
【００５５】
本実施形態２の光信号電界の時間波形測定装置は、図２に示すように、分岐鏡１０２、濾波器１０３、反射鏡１０８、反射器１０９、反射鏡１１０、合波鏡１１１、変位器１１２、３次の非線形媒質１１４、スペクトログラフ１２０、及び線型光検出器列１２１で構成されている。
【００５６】
前記本実施形態２の光信号電界の時間波形測定装置においては、図２に示すように、被測定光信号１０１が、分岐鏡１０２に入射され、前記分岐鏡１０２により２分される。この分岐鏡１０２によって２分された被測定光信号１０１の一方は、濾波器１０３によってスペクトルの一部が抽出され、局発光となる。この局発光は、光増幅器１０４を通過し、反射鏡１０８を経て、合波鏡１１１に達する。
【００５７】
前記２分された被測定光信号１０１の他方は、反射器１０９を通過し、反射鏡１１０を経て、合波鏡１１１に達する。前記反射器１０９には、変位器１１２が装着され、分岐鏡１０２から前記反射器１０９を経て、合波鏡１１１に至る光路の光学長を変化させる構成になっている。この合波鏡１１１に達した局発光と光信号は、合波され、３次の非線形媒質１１４に入射・結焦される。この３次の非線形媒質１１４中で、４光波混合が生じる。前記３次の非線形媒質４１４から出射する混合光は、スペクトログラフ１２０に入射され、スペクトル成分が分離され、全てのスペクトル成分の強度が、線形光検出器列１２１によって一挙（同時）に観測される。
【００５８】
前記濾波器１０３、及び光増幅器１０４の仕様・機能については、図６に示す従来例における説明に準ずる。
【００５９】
前記本実施形態２の光信号電界の時間波形測定装置の動作は、１つの縮退周波数ν_ｐについて、変位器１１２を駆動し、反射器１０９をほぼ一定の速さで後退させる。この後退運動の間、線形光検出器列１２１の出力電圧値を繰り返し読出し、時系列的に記録する。しかる後、基準となる光周波数ν_ｒを適当に定める。ここで、前記基準光周波数ν_ｒは、前記と同様、光信号のスペクトル強度が大きいスペクトルの中央付近に設定するのがよい。
【００６０】
次に、線形光検出器列１２１の各画素の出力変化と、前記基準光周波数ν_ｒに対する画素の出力変化、各々の時系列データに現れる正弦波状の変化を比較して、各画素に対応する光周波数νにおける干渉位相の基準光周波数ν_ｒ’に対する相対値を得る。
【００６１】
次に、縮退周波数ν_ｐをν_ｐ’に変えて、同様に干渉位相の測定を繰り返す。この際の基準として選ぶ光周波数ν_ｒ’は、先回の基準光周波数ν_ｒと等しくてもよいし、異なっていても構わない。本実施形態２の構成で縮退周波数を変えるには、濾波器１０３の透過帯域をずらせば事足りる。
【００６２】
このようにして、得られた２つの干渉位相データから、前記と同様にして、スペクトル位相が求まる。加えて、局発光を遮った状態で、線形光検出器列１２１の出力電圧値を読出し、被測定光信号のパワースペクトルを得る。このスペクトルデータに、前記と同様、平方根演算を施してスペクトル振幅データを得、これにスペクトル位相を付与して複素化した上で、逆フーリエ変換を行うことで、光信号電界の時間波形が算出される。
【００６３】
前記図１では、パラメトリック混合を用いて得た混合光を、２つの分光器と光検出器をもって観測し、一方、図２では４光波混合を用いて得た混合光をスペクトログラフと光検出器列をもって観測している。言うまでもないが、混合光を得る手段と、それを観測する手段とは、任意の組合せが可能である。例えば、パラメトリック混合を用いて得た混合光を、スペクトログラフと光検出器列をもって観測してもよい。
【００６４】
図１及び図２中、反射器１０９に、変位器１１２が装着され、これにより、分岐鏡１０１から前記反射器１０９を経て合波鏡１１１に至る光信号の光路の光学長を変化させることができる。これに対して、両図中、反射鏡１０８に変位器を装着し、前記反射鏡１０８を経て合波鏡１１１に至る局発光側の光路の光学長を変化させても、同様の効果が得られる。
【００６５】
前記変位器１１２としては、種々のデバイスが適用できる。一般に、変位器により反射鏡１０９が、ｘだけ後退するとき、干渉位相φの変化分△φは、数３の式で与えられる。
【００６６】
【数３】

【００６７】
ここで、ν_ｐは縮退周波数、ｃは空気中の光速であり、ｘの前の係数２は、反射器１０９上で光信号が折り返す効果による。一方、前述したように、反射鏡１０８に変位器を装着した場合、反射鏡１０８の後退量ｘに対する干渉位相φの変化分は、数４の式で与えられる。
【００６８】
【数４】

【００６９】
ここで、係数√２は、反射器１０８に局発光が、角度４５°をもって入出射していることにより、また、先頭の負号は、この場合、局発光側の光学長を変化させているためである。
【００７０】
本発明の目的を達成するためには、前記干渉位相φの変化分△φが少なくとも２πを超えることが望ましい。例えば、１．５μｍ帯の光信号に対し、これに最低必要な変位量ｘは、前記数３の式によれば０．３８μｍ、前記数４の式では０．５３μｍであり、より短波長の光信号に対しては、波長に比例してさらに減少する。この程度の変位量は、圧電アクチュエータを用いて容易に与えることができる。勿論、より行程の大きい変位器、例えば、電磁的な変位器（行程：０．１〜１ｍｍ）、あるいは、クランクシャフト式の変位器（行程：〜数ｃｍ）を用いてもよい。
【００７１】
以下、基準光周波数ν_ｒと測定光周波数ν、各々の出力時系列データから、干渉位相の相対値を得る計算法について詳細に説明する。
測定光周波数νに対するスペクトル出力データＶ（ν）は、数５の式で表される。
【００７２】
【数５】

【００７３】
ここで、Ｓ、Ｓ’はそれぞれ周波数ν、ν’における被測定光信号のパワースペクトルであり、これら周波数は縮退周波数ν_ｐに対し、関係式２ν_ｐ＝ν＋ν’を満たすとする。また、φは干渉位相であり、ηは光検出系の効率・変換係数である。
【００７４】
基準光周波数ν_ｒに対するスペクトル出力データＶ（ν_ｒ）についても、同様の数６の式が成り立つ。
【００７５】
【数６】

【００７６】
ここで、Ｓ_ｒ、Ｓ_ｒ’はそれぞれ周波数ν_ｒ、ν_ｒ’における被測定光信号のパワースペクトルであり、これら周波数は縮退周波数ν_ｐに対し、関係式２ν_ｐ＝ν_ｒ＋ν_ｒ’を満たすとする。また、φ_ｒは干渉位相であり、η_ｒは光検出系の効率・変換係数である。
【００７７】
まず、理想的な場合について考察する。この場合、数５の式、数６の式の右辺中、△φ以外の量は、全て定数であり、かつ、△φは時間に関して線形に変化する。この場合、Ｖ（ν_ｒ）データから、△φが互いに９０°ずつ異なる３つの時間点を容易に見出すことができる。即ち、例えば、まず、Ｖ（ν_ｒ）の微分において隣り合う零点をとれば、これらの間には、１８０°の△φの差がある。続いて、これらの時間点の中点を作れば、最初の零点から、丁度９０°分の△φの増分を与える時間点が得られる。このようにして得られた３つの時間点におけるＶ（ν）の値を読取り、ｓ_ａ、ｓ_ｂ、ｓ_ｃの代わりに前記の数２の式に代入すれば、干渉位相が求まる。このような算法は、正に、本発明の構成により得られるデータに基づいて、従来例に習った９０°法求位相計算を行うことに相当する。
【００７８】
ところが、前述したような単純極まる算法は、現実のところ実用的でない。なぜならば、現実のデータにおいては、数５の式、数６の式の右辺中、△φ以外の量も完全な定数とは見なせず、また、△φも、時間に関して厳密に線形に変化することが期待できない。前者は、被測定光信号の強度の変動、また、入射偏光の変動に起因する非理想性であり、一方、後者は、装置内の光路長差に対する、外乱による不可避の揺動に因る。
【００７９】
これらの不都合要因は、いずれも、本発明が元々解決を目指しているところのものであった。本発明では、これら要因の作用を、変位器１１２の後退運動の間に生ずる分だけに限ることにより、従来例に比すれば、ここまでで既に、その影響は大幅に軽減されている。しかしながら、後退運動が行われる時間は、あくまで有限であり、その間の、それら作用の影響が全然無いとするのも、楽天的に過ぎる。そこで、このような影響に、より耐性の強い位相差計算法が望まれるのである。
【００８０】
また、前記の算法は、データの利用効率の点でも、満足すべきものとは言えない。すなわち、前記では、測定光周波数νに対するスペクトル出力データＶ（ν）の時系列データのうち利用されるのは、畢竟（要するに）３点に過ぎない。これに対し、時系列データ点の総数は、通常、桁違いに多数であり、その結果、極めて非効率的なデータ処理となっている。言うまでもなく、より多くのデータ点を利用することにより、例えば、光検出器の暗電流等、雑音の影響を軽減できることが期待される。
【００８１】
ここで、以下のような、よりよい位相差計算法が想到される。
前記の出力時系列データは、より簡単に、Ｖ（ν）＝ｂ＋ａ ｓｉｎ（φ＋△φ）、及びＶ（ν_ｒ）＝ｂ_ｒ＋ａ_ｒ ｓｉｎ（φ_ｒ＋△φ）と書き表せる。ここで、ｂ、ａ、ｂ_ｒ、及びａ_ｒは、理想的には定数であるが、現実には、 ｓｉｎ 関数に比して、時間的に緩やかに変化する量である。△φは時間に関してほぼ線形に変化する。
【００８２】
いま、Ｖ（ν_ｒ）を元にして、Ｖ（ν_ｒ）’＝ｂ_ｒ＋ａ_ｒ ｃｏｓ（φ_ｒ＋△φ）という時系列を生成できたとする。積Ｖ（ν）Ｖ（ν_ｒ）、Ｖ（ν）Ｖ（ν_ｒ）’の、区間△φ_Ｌ＜△φ＜△φ_Ｈでの積分を、各々Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｓと置く。
【００８３】
係数ｂ、ａ、ｂ_ｒ、及びａ_ｒが定数の場合、これら積分は極く初等的に実行でき、以下の数７の式及び数８の式の結果を与える。
【００８４】
【数７】

【００８５】
【数８】

【００８６】
ここで、以下の数９の式及数１０の式の２つの原関数を導入した。
【００８７】
【数９】

【００８８】
【数１０】

【００８９】
前記数７の式及び数８の式を見るに、積分区間（△φ_Ｌ、△φ_Ｈ）が長くなれば、第２項は、第１項に対して、幾らでも大きくなる。または、区間の端点△φ_Ｌ、△φ_Ｈが、２πを法とする剰余系において等しい場合、第１項はゼロとなる。これは、２つの原関数が、２πを周期とする周期関数だからである。
【００９０】
さらに、前記数７の式及び数８の式において、第２項の中括弧の中は、係数ｂまたは、ｂ_ｒがゼロの場合、位相差φ−φ_ｒを含む三角関数のみとなる。ここにおいて、前記位相差を、以下の式から求めることができる。
【００９１】
【数１１】

【００９２】
以上、簡単のために、係数ｂ、ａ、ｂ_ｒ、及びａ_ｒが定数の場合について立式したが、数１１の式による位相差算出は、それら係数が、ｓｉｎ 関数の周期内で定数と見なせる程度に緩やかに変化する場合にも、妥当するものである。
【００９３】
ここで、前記の位相差算出に必要であった要件をまとめると、（ａ）基準時系列に対し９０°位相の異なる時系列を得る、（ｂ）積分区間が長いか、または（ｂ’）周期の整数倍である、（ｃ）少なくとも基準時系列がＤＣ成分を含まない、の３点となる。
【００９４】
前記のような位相差算出法は、実のところ、既に、ロックイン増幅器を始めとする位相検波器において、電子回路を用いて実装されているところのものである。そのような機器において、前記の３要件は、それぞれ、（ａ）９０°移相器、（ｂ）参照周波数に対して十分な低域濾波器、（ｃ）ＡＣ結合の信号入力によって実現されている。
【００９５】
本発明において、かくの如き従来機器の構成に、直接的に範を仰ぐことは、非常に困難である。この理由の根本は、変位器１１２における制約に帰される。すなわち、９０°移相器が機能するほど迅速に、かつ条件（ｂ）を満たせるほどの長行程を実現できる変位器は、現実に存在しない。一般に、速さと行程は、変位器において両立し難いためである。
【００９６】
そこで、本発明者は、ソフトウェア的手法によって、前記３要件を充当する方策を案出するに至った。
【００９７】
すなわち、条件（ａ）のために、Ｖ（ν_ｒ）からＨｉｌｂｅｒｔ変換によるＶ（ν_ｒ）’の生成を行い、困難な条件（ｂ）の替わりに条件（ｂ’）に拠ることとし、この条件（ｂ’）のために、Ｖ（ν_ｒ）の周期を検出して、積分範囲の決定を行う。条件（ｃ）に対しては、Ｖ（ν_ｒ）内のＤＣ成分を数値的に除去する。勿論、従来機器に習って、スペクトル出力時系列データＶ（ν_ｒ）及びＶ（ν）を、初めからＡＣ結合で採取すれば、更に効果的である。
【００９８】
図３は、以上述べた本発明による実施形態の位相差計算手順を示す流れ図である。
【００９９】
まず、基準光周波数νに対するスペクトル出力時系列データＶ（ν_ｒ）を複素化した後、複素時系列データについてのフーリエ変換を施す。こうして得られる周波数領域で、負の周波数成分を全てゼロに置きかえる。これを逆フーリエ変換すると、その実部は、元の時系列データＶ（ν_ｒ）を与えるが、同時にその虚部から、９０°位相の異なる時系列Ｖ（ν_ｒ）’が得られる。以上は、フーリエ変換を用いたＨｉｌｂｅｒｔ変換の計算法となっている。
【０１００】
前記得られた周波数領域で、零周波数を除去する帯域濾波を行えば、Ｖ（ν_ｒ）内のＤＣ成分の除去も同時に行え、効率的である。こうして得られたＤＣ成分を含まないＶ（ν_ｒ）データの零点を検索することで、周期を正確に求めることができる。時系列データＶ（ν_ｒ）に含まれる周期の整数倍の区間のうち、最長の区間を積分区間とする。測定光周波数νに対するスペクトル出力時系列データＶ（ν）にＶ（ν_ｒ）を掛けた後、いま決めた積分区間に対して積分を実行して、Ｉ_Ｓを得る。同様に、をＶ（ν_ｒ）’掛けた後、積分を実行してＩ_Ｃを得る。最後に、これらの比から、前記数１１の式に従って、位相差φ−φ_ｒを計算する。
【０１０１】
以下では、本発明の実施例について、その動作条件を数値的に示し、あわせて前記の位相差計算手順の実施結果を述べる。
【０１０２】
（実施例１）
１．５μｍ波長帯のフェムト秒光源として、Ｃｒ．ＹＡＧレーザが知られている。この光源の生成するパルスを被測定光信号とした。本実施例１において、２次の非線形媒質１０５としては、周期１６．９μｍの分極反転を施した結晶に、周期構造の波数方向と２４°角度をもって入射することで波長可変化したＱＰＭ−ＬＮ結晶を用いた。結晶長は、８ｍｍとし、入射・結焦は、焦点距離５０ｍｍのレンズによった。このとき、繰り返し周波数２００ＭＨｚ、平均パワー２０ｍＷ、中心波長１．５３μｍ、５０ｆｓのパルス列からなる被測定光１０１に対して０．４ｍＷの平均パワー、０．７ｎｍ（０．４ＴＨｚ）のスペクトル幅を持つ局発光が得られた。この局発光のピークパワーとしては、１．７Ｗが見積もられた。後段の２次の非線形媒質１１３にも、同種の波長可変化ＱＰＭ−ＬＮ結晶を用い、厚さは２ｍｍのものを用いた。この結晶の位相整合バンド幅としては、５５．７ＴＨｚが期待でき、５０ｆｓの光信号の測定に十分な広さとなっている。これに対し、焦点距離２０ｍｍのレンズによって、入射・結焦を行ったところ、混合係数ｍ＝０．１０をもって、混合スペクトルが得られた。変位器１１２としては、長さ１０ｍｍの積層型圧電アクチュエータを用いた。分光器１１６及び１１８は、波長分解能２Åの２５ｃｍチェルニターナ型のものを用い、それぞれ、ＩｎＧａＡｓ光検出器１１７及び１１９を装着した。これら光検出器の出力電圧値をＡＣ結合で観測・採録した。
【０１０３】
基準となる光周波数ν_ｒを１９５．９５ＴＨｚに選び、対応する波長１５３０ｎｍに分光器１１８を設定した。この光周波数ν_ｒは、被測定光入力のスペクトルの中央付近に採ってある。次に、干渉位相を測定したい光周波数νに分光器１１６を設定した状態で、変位器１１２を振れ幅−７０Ｖ、持続時間３００ｍｓのランプ（直線勾配）電圧をもって駆動した。これにより反射器１０９が、ほぼ一定の速さで後退する間、光検出器１１９及び光検出器１１７の出力電圧値をそれぞれ時系列的に、５１２点測定・記録した。
【０１０４】
図４（本発明の位相差計算例）は、こうして得られた時系列データの例を示している。図中、破線は光検出器１１９からの基準光周波数ν_ｒに対するスペクトル出力時系列データＶ（ν_ｒ）であり、実線は、光検出器１１７からの測定光周波数νに対するスペクトル出力時系列データＶ（ν）である。
【０１０５】
図４（ａ）は、分光器１１６を波長１５３０ｎｍに設定した場合のデータであり、一見して、Ｖ（ν_ｒ）、Ｖ（ν）に現れている干渉振動は同相である。このデータに前述の位相差計算手順を実施した結果も、−０．４°とこれを裏付けている。この位相差計算は、クロック周波数７０ＭＨｚのＰｅｎｔｉｕｍプロセッサ搭載の小型計算機によって、０．１秒程度で実行でき、十分高速に計算が行えた。
【０１０６】
なお、出力電圧値はＡＣ結合されていたが、その後の増幅器にＤＣオフセットが残っているために、時系列データＶ（ν_ｒ）には、かなりのＤＣ成分が重畳している。それにも拘わらず、位相差計算が正しく行えているのは、前記計算手順中の、ＤＣ成分の除去が奏効していることの証左である。
【０１０７】
図４（ｂ）は、分光器１１６の波長をより短波長側の１４９０ｎｍに移動して得られたデータである。この場合、Ｖ（ν）の振動の振幅が減少しているが、これは、被測定光入力のスペクトルの裾部で、スペクトル強度が落ちるためである。図中、Ｖ（ν）の干渉振動は、Ｖ（ν_ｒ）に対して遅れており、位相差計算の結果も、−４２．４°と符合している。
【０１０８】
図４（ｃ）は、分光器１１６の波長をより長波長側の１５６５ｎｍに設定した場合であり、同様に、Ｖ（ν_ｒ）に対して遅れたＶ（ν）の干渉振動について、位相差計算の結果は、−４５．２°を与えている。以上の如き測定を繰り返して、干渉位相の測定が行えた。
【０１０９】
さらに、前段のＱＰＭ−ＬＮ結晶の温度を３６℃変えて、局発光の波長を２ｎｍ変え、再び干渉位相を測定した。これらを組合せて、周波数刻み０．５ＴＨｚをもってスペクトル位相が得られた。
【０１１０】
（実施例２）
本実施例２においては、前記実施例１の混合スペクトル検出に、スペクトログラフ１２０及び線形光検出器列１２１を用いた。スペクトログラフ１２０は、線刻数６００／ｍｍの回折格子を備えた１２ｃｍチェルニターナ型のものを用い、また、線形光検出器列１２１として、画素数２５６、画素間隔５０μｍのＩｎＧａＡｓ線形光検出器列を装着した。このとき、スペクトログラフ１２０の分散能は、１３ｎｍ／ｍｍであり、１６６ｎｍ範囲の混合スペクトルを、６．５Å間隔で一挙に観測・採録できる。
【０１１１】
本実施例２では、変位器１１２を振れ幅−７０Ｖ、持続時間５２４．３ｍｓのランプ（直線勾配）電圧をもって駆動した。これにより反射器１０９が、ほぼ一定の速さで後退する間、線形光検出器列１２１を、一回当たり１０２４μｓの読出し時間をもって読出し、２５６×５１２点の二次元データとして記録した。
【０１１２】
かくして得られた二次元データから、被測定光入力のスペクトル中央付近の画素についての出力時系列をＶ（ν_ｒ）として選び、これに対して、他の画素の出力時系列を、３つおきに、Ｖ（ν）として位相差計算手順に与えて、干渉位相を計算した。この位相差計算の総時間は、前記小型計算機で、概略７秒であった。勿論、より高速の計算機を用いれば、この計算時間は短縮可能である。これを、上のデータ採取時間０．５秒と合わせて、僅か７秒強で、必要な全スペクトルに対する干渉位相が求められ、迅速な測定が実現した。
【０１１３】
さらに、前段のＱＰＭ−ＬＮ結晶の温度を３５℃変えて、局発光の波長を１．９５ｎｍ変え、再び干渉位相を測定した。ここにおける局発光波長の変化量は、スペクトログラフ１２０と線形光検出器１２１の組合せで決まる画素間の波長間隔の整数倍とするのが望ましい。ここでは、３倍を選んでおり、この結果、上の干渉位相計算も、３つおきの画素について行えば十分であった。これらを組合せて、周波数刻み０．５ＴＨｚをもってスペクトル位相が得られた。この場合、全測定時間は２０秒未満と、極めて迅速であった。
【０１１４】
以上、本発明を実施形態（実施例）に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態（実施例）に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更し得ることは勿論である。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被測定光信号の強度変動、または偏光の変動に高い耐性を有するので、測定の精度・信頼性が向上する。また、位相調整器や安定な干渉計を必要とせず、その結果、性能が長期間維持され、設置環境を選ばず測定が行え、かつ低価格化できる。
また、線形光検出器列によるマルチチャンネル測光を採り入れた迅速な測定が実現できる。
また、本発明の位相差検出は、計算機上の計算手順として実装され、この点でも極めて安価に行えるので工業的に大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態１の光信号電界の時間波形測定装置のパラメトリック混合に基づく構成の概略を示すブロック構成図である。
【図２】本発明による実施形態２の光信号電界の時間波形測定装置の４光波混合に基づく構成の概略を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の位相差計算手順を示す図である。
【図４】本発明の位相差計算の例を示す図であり、（ａ）は被測定光信号スペクトルの中央付近における信号例、（ｂ）は短波長側における信号例、（ｃ）は同長波長側における信号例である。
【図５】従来例の光信号電界の時間波形測定装置のパラメトリック混合に基づく構成例を示す図である。
【図６】従来例の光信号電界の時間波形測定装置の４光波混合に基づく構成例を示す図である。
【図７】従来例の光信号電界の時間波形測定装置により観測されるスペクトルの容態を示す図である。
【符号の説明】
１０１…被測定光信号、１０２…分岐鏡、１０３…濾波器、１０４…光増幅器、１０５…第１の２次の被線形媒質、１０６…濾波器、１０７…光増幅器、
１０８…反射鏡、１０９…反射器、１１０…反射鏡、１１１…合波鏡、
１１２…変位器、１１３…第２の２次の非線形媒質、１１４…３次の非線形媒質、１１５…分岐鏡、１１６…分光器、１１７…光検出器、１１８…分光器、
１１９…光検出器、１２０…スペクトログラフ、１２１…線型光検出器列、
４０１…被測定光信号入力、４０２…分岐鏡、４０３…濾波器、４０４…光増幅器、４０５…第１の２次の非線形媒質、４０６…濾波器、４０７…光増幅器、
４０８…反射鏡、４０９…反射器、４１０…反射鏡、４１１…合波鏡、
４１３…第２の２次の非線形媒質、４１４…３次の非線形媒質、４２２…位相調整器、４２３…光スペクトル観測器。

Claims (6)

1. 被測定光に対し、位相が固定された局発光を得、該局発光を前記被測定光に作用させて前記被測定光に対する位相共役光を生成し、前記被測定光と前記位相共役光とが合波して生じる混合光のスペクトルを観測し、前記被測定光の光信号電界の周波数領域での位相を測定する方法であって、前記局発光と前記被測定光との相対位相の変化に伴う前記混合光中の２つ以上のスペクトル成分の強度の変化を比較し、２つ以上のスペクトル成分の間の相対的位相を測定することを特徴とする光信号電界の時間波形測定方法。
2. 前記相対位相の変化に伴う２つ以上のスペクトル成分の強度変化を比較する方法として、相対位相をランプ（直線勾配）状に変化させ、得られる正弦波状の強度変化について、基準とする一つのスペクトル成分の強度変化に対して、これと９０°位相のずれた信号を生成し、他のスペクトル成分の強度変化に対し、前記スペクトル成分の強度変化と、これと９０°位相のずれた信号をそれぞれを乗算し積分して得る２つの量の比から、スペクトル成分の間の相対的位相を求めることを特徴とする請求項１に記載の光信号電界の時間波形測定方法。
3. 前記積分における積分範囲を、前記基準とする一つのスペクトル成分の強度変化の周期の整数倍にとることを特徴とする請求項２に記載の光信号電界の時間波形測定方法。
4. 被測定光に対し、位相が固定された局発光を得る手段と、該局発光を前記被測定光に作用させて前記被測定光に対する位相共役光を生成する手段と、前記被測定光と前記位相共役光とが合波して生じる混合光のスペクトルを観測する手段を備え、前記被測定光の光信号電界の周波数領域での位相を測定する装置であって、前記混合光中の２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段と、前記局発光と被測定光信号との相対位相を変化させる手段と、前記相対位相の変化に伴う前記２つ以上のスペクトル成分の強度の変化を比較して２つ以上のスペクトル成分の間の相対的位相を測定する手段を備えたことを特徴とする光信号電界の時間波形測定装置。
5. 前記２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段として、２つの分光器とそれぞれに装着した光検出器及び前記混合光を２分して２つの分光器に分配する分岐鏡を宛てることを特徴とする請求項４に記載の光信号電界の時間波形測定装置。
6. 前記２つ以上のスペクトル成分の強度を同時に観測する手段として、線型光検出器列を装着したスペクトログラフを宛てることを特徴とする請求項４に記載の光信号電界の時間波形測定装置。

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