JPH01212321A - 光サンプリング波形測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、強度変調光通信等に用いられ゛る光パルス波
形を和周波光発生を利用して測定する光サンプリング波
形測定装置に関し、特に、被測定光パルスの偏光状態の
変動を自動的に補償して光パルス波形を測定する装置に
関するものである。

【従来の技術］ 従来、２次の非線形光学系による和周波光発生を利用し
た光パルスの観測では、観測すべき光パルスとそれより
幅の狭いサンプリング光パルスを非線形光学結晶に導き
、両者の相互相関信号を和周波光として取り出す方法を
使用している。 この方法における被測定パルスとサンプリングパルスの
時間的な相対位置の変化と、これによって得られる低速
の相互相関波形を第５図に示す。 サンプリングパルスの繰り返し周波数を被測定パルスの
繰り返し周波数ｔ　［）１２１よりも若干、すなわちΔ
ｔ　［Ｈ２１だけ低くすることによってこのような動作
が可能になる。 一般的には、この周波数差はサンプリングの繰り返し周
波数ｆ−Δｆ　［１１２］よりもはるかに低いので、実
際のサンプリング動作は図に示したものよりはるかに連
続的なサンプリングに近い、相互相関波形のもつ帯域は
この周波数差程度であるので高速の受光器を必要としな
い利点がある。 さて、和周波光発生素子としての非線形光学結晶は特定
の直線偏光の入射光に対してのみ最適に動作する。たと
えば、異常光（または常光）同士で最大の和周波光が発
生するような結晶を「タイプ■」結晶と称している。こ
の場合、第５図に示した相互相関波形（和周波光）の強
度はサンプリングパルスと被測定パルスの強度（Ｉｓ、
Ｉｍ）のうち、異常光（または常光）に対応する成分（
Ｉｓｅ。 Ｉｍｅ）　　（またはＩｓｏ、Ｉｍｏ）の積に比例する
。従って、最大の和周波光を得るためには、サンプリン
グパルスと被測定パルスは異常光（または常光）に対応
する直線偏光にする必要がある。特に、和周波光発生効
率が高いとされる導波路型の結晶においてはタイプＩの
動作をするものが多いので、サンプリングパルスと被測
定パルスは異常光（または常光）に対応する直線偏光に
する必要が特に大である。 一方、光パルスの偏光状態は、それが伝搬する光ファイ
バの複屈折により規定される。 測定に使用する単一モード光ファイバにも複屈折があり
、光ファイバの曲がりや外圧によって、出射端における
光の偏光状態は影響を受ける。従って、明確な偏光特性
を持つ光源からのパルスであっても、偏光保持特性を持
たない通常の光ファイバを伝送させる限り、測定器の入
力部における偏光状態は一義的に定まらず、むしろラン
ダムに変動する。 ただし、この変動はファイバに加わる外乱の変動の速さ
と同じ程度であり、特殊な条件下でなければこれが１）
１ｚより速くなることはあまりないといえる。 タイプ！結晶を用いた場合、観測すべき光パルスの偏光
状態が変動すると実効的に効率が変動するのと等価にな
り、観測される相関波形の振幅が変動し、正しい波形デ
ータが得られないことになる。 【発明が解決しようとする課題１ 確かに、光ファイバが静置されている状態では、光ファ
イバの複屈折も変化しないので、出射端における偏光状
態は変動しない、この場合はバビネ・ソレイユ補償板や
ファイバループを組み合わせた偏光補償回路を用いて、
タイプ！結晶の入射端面における偏光状態を最適化する
ことができる。 そのために、これまでは、ファイバループを組み合わせ
た偏光制御回路を光フアイバ伝送路中に挿入して、タイ
プＩ結晶への入射偏波条件を最適化したのち、光ファイ
バに触れないようにして測定を行っていた。 第６図にこのような従来の光サンプリング光波形測定装
置の構成例を示す。 第６図において、１はサンプリング周波数ｆ−Δｆの発
振器、２は発振器ｌからの発振出力に応じてサンプリン
グパルス光を発生するサンプリングパルス発生部である
。そのサンプリングパルス光を偏光制御部３に入射させ
て、そのサンプリングパルス光の偏波状態を最適状態に
調整する。 他方、サンプリング周波数発振器１からの発振出力をＲ
Ｆミクサ４に導き、ここで外部装置としての被測定パル
ス列発生部５からの周波数ｆの電気パルスと上述の発振
出力とを混合する。その混合出力をローパスフィルタ６
に供給して周波数Δｆの成分を抽出してトリガ信号とな
し、そのトリガ信号を表示部７に供給する。 さらに、被測定パルス列発生部５からの周波数ｆの被測
定光パルスを偏光制御部８に導き、ここでその光パルス
の偏波状態を最適状態に調整する。偏光制御部３および
８で、それぞれ、偏光状態が調整されたサンプリング光
パルスおよび被測定光パルスを結合器９を介してタイプ
ｌ非線形結晶ｌＯに導き、ここで周波数Δｆの低速の相
互相関出力光を得る。その出力光を低速受光器１１で受
光して電気信号に変換したのちに、信号処理部１２に供
給して適切な信号処理を施してから表示部７に供給する
。表示部７では、信号処理部１２からの出力をトリガ信
号のタイミングで第４図に示すような波形として表示す
る。 なお、第６図における太い実線は光信号の流れを示し、
細い実線は電気（８号の流れを示す。 結合器９では、繰り返し周波数ｆの被測定光パルスに対
して、その光パルスよりパルス幅の狭い別のサンプリン
グパルスを重畳し、その重畳出力光を特定の直線偏光に
ついてのみ最適に動作する非線形光学結晶ｌＯに入射さ
せて、さらにこのサンプリングパルスの遅延を掃引した
ときに、両光パルスの重なった部分に比例して発生する
和周波光電力が描く相互相関波形を表示装置７上に表示
させて、入射光パルス波形を測定する。 しかしｋがら、実際の測定においては光ファイバに触れ
ずにおくことは不可能に近く、最適な偏光状態を維持す
るためには偏光状態を常にモニタする必要がある。 以上の測定装置においては、半導体レーザからの光パル
スのようにパルス内で発振周波数が変化する（チャーブ
する）被測定パルス列の場合、光ファイバのような複屈
折媒質を通過させると、結果としてそのパルス内での偏
光状態も変化することになる。このときは、上記の偏光
補償回路では十分に補償しきれない部分が必ず存在する
ことになり、観測波形は真の波形から大きくずれること
になる。 従って、任意の偏光状態の入射光パルスに対して、高感
度で正し、い波形観測を行うためには、出力信号が入射
偏光状態に依存しない光サンプリング波形測定装置の開
発が必要になる。 最も単純には、°゛°非線形結晶を２つ用意し、これら
２つの非線形結晶を各々の偏光成分に対して割り振れば
良いのであるが、これではサンプリング測定系を２台設
けるのと同じである。加えて、この方法では、２台の測
定系の感度を一致させる必要があり、安定性、信頼性、
経済性の点で問題がある。 そこで、本発明の目的は、和周波光発生技術を用いた光
サンプリング波形測定装置において、上述した問題点を
解決して、ランダムな偏光状態の変動による測定波形の
振幅変動を自動的に補償するようにした光サンプリング
波形測定装置を提供することにある。 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は、繰り返しを有す
る測定すべき入射光パルスに対し、入射光パルスより幅
の狭い別のサンプリング光パルスを重畳し、その重畳出
力光を特定の直線偏光にのみ最適に動作する非線形光学
結晶に入射させ、さらにサンプリング光パルスの遅延を
掃引したときに、これら２つの光パルスの重なった部分
に比例して発生する和周波光電力が描く相互相関波形よ
り１．入射光パルスの波形を測定する光サンプリング波
形測定装置において、入射光パルスを互いに直交する２
つの直線偏光成分に分離する偏光分離手段と、その分離
された一方の光パルスをパルス幅に比べて大きい時間だ
け相対的に遅延させる遅延手段と、偏光分離手段と同種
の光学素子で構成され、遅延手段からの同一の光軸上に
結合させる結合手段と、その結合出力から互いに直交す
る２つの直線偏光成分に対応する時間的に分離されたパ
ルスを形成する手段と、その分離されたパルスを加算す
ることにより、入射光パルスの偏光状態゛の変動による
測定波形の振幅変動を自動的に補償する手段とを具えた
ことを特徴とする。 【作　用】 本発明では、入射する光パルスを互いに直交する２つの
直線偏光のパルスに分離し、別々に光サンプリングを実
施した後、各々の測定波形を加算する。すなわち、本発
明では、１つの結晶を被測定光パルスの直交する２つの
直線偏光成分の光パルスに対して時分割で動作させ、時
間的にシリアル仁えられる直交成分に対する測定波形を
電気的に加算処理する。 特定の波長帯と材料においてのみ実現可能であるが、い
わゆるｒタイプ１夏」と呼ばれる非線形光学結晶を用い
て、サンプリングパルスの偏光状態を最適化することに
より、結晶内を伝搬する常光も異常光も和周波光発生に
寄与させることができ、それによれば入射光の偏光状態
の変動に左右されない和周波光発生を実現できる。 以上のようにして、本発明では、ランダムな偏光状態の
変動による測定波形の振幅変動を自動的に補償すること
によって、安定に光パルス波形を測定することができる
。 ［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。 第１図および第２図に本発明の第１実施例の構成を示す
。 この第１実施例は、パルスの繰り返し周期ｔよりもパル
ス幅が十分に小さい場合に適用可能である。 第１図に示すように、被測定光信号としての繰り返し周
期ｔの入射光パルスをローションプリズム２１に導き、
ここで直交する直線偏光成分に分け、異なった長さの行
路を伝搬させることにより一方の光パルスをＤだけ遅延
させた後、両光パルスを再び第２のローションプリズム
２２に導き、ここで結合させる。光路差をＤパルス幅よ
り大きくすれば、２つの互いに直交した直線偏光の光パ
ルスが時間的に分離して得られる。ここで用いた光部品
による反射損や吸収損を無視すれば、これら２つの光パ
ルスの電力の和は入射した光パルスの電力に等しい。 これらの光パルスを一般的なｒタイプＩ」非線形光学結
晶ｌＯを用いた通常の光サンプリング法で観測する。た
だし、結晶１０が最大効率を示す偏光方向に対して入射
光パルスの直線偏光方向が４５度をなすようにする必要
がある。そこで、上述した両光パルスを結晶１０の偏向
方向の検光子２３に通す。これにより、各々の偏光成分
が等しく只の寄与をすることになる。なお、結晶ｌＯが
この検光子２３の働きを兼ねる場合には、この検光子２
３を省略することができる。 このようにして検光子２３から得た光出力をサンプリン
グパルス光と共に半透鏡などによる合波器９に通してサ
ンプリングパルスと重畳し、その重畳光出力を非線形光
学結晶ｌＯに入射させる。ここで、サンプリングパルス
の掃引周期をＴとすると、観測される相互相関出力にお
けるパルス波形も周期Ｔをもち、各々の偏光成分に対応
して時間的にＴＤ／ｌだけ離れた２つのパルスが周期Ｔ
内に観測される。Ｔを数１０ａ＋ｓｅｃのオーダにすれ
ば、この周期内で偏光は一定であると考えられる。 そこで、受光器１１からの相互相関出力を処理する信号
処理部１２では、たとえば第４図に示すように、この相
互相関についての観測電気波形信号を分岐器２４に供給
してさらに２分割し、その一方の信号を遅延器２５に通
すことによりて、各々の偏光成分に対応した２つのパル
スが重なるように遅延させてから、加算器２６によって
加算し、重ならない部分を切り捨てる。これによれば、
入射光バルスの偏光状態に依存しない光サンプリングを
実現できる。 また、偏光分離プリズムとしてのローションプリズム２
１の代わりに、偏波分散の大きい単一モードファイバを
用意し、後段の検光子２３の透過偏光面がこの主軸に対
して４５度をなすように配置しても同様の効果が得られ
る。 なお、光パルスの繰り返し周期ｔに比べ、パルス幅が十
分に小さいとはいえない場合には、第３図に示す第２実
施例が有効である。 第３図に示すように、入射光パルスを偏波偏光プリズム
３１に通して直交する２つの直線偏光を持つ光パルスに
分割した後に、これら光パルスを光スィッチ３２に導き
、ここでサンプリング周期に同期した切り替え信号によ
っていずれか一方の光パルスのみが取り出されるように
切り替えて、２つの偏光成分を図示のＡとＢのように時
間的に分割して出力する。このように切り替えられた光
パルスを、第１実施例と同様の構成でサンプリング測定
する。 信号処理部１２では、このようにして得られる切り替え
前後の波形ＡとＢとを、第４図に示すようにして加算す
る。それにより、各々の偏光成分による波形が加算され
ることになり、以て、入射光パルスの偏光状態に依存し
ない光サンプリング測定波形を実現できる。 本発明のさらに他の実施例では、和周波光発生素子であ
る非線形光学結晶として、いわゆる「タイプ■」整合条
件が実現できる種類の結晶を用いることもできる。この
種の非線形光学結晶は、基本波の波長における常光と異
常光の屈折率の平均値が第２次高調波光の波長における
屈折率に等しくなるもので、一般的に得られるものでは
ない。 しかし、この条件が実現される特定の結晶および波長で
は、入射光パルスの偏光状態に依存しない光サンプリン
グ光波形測定装置を以下に述べるようにして実現できる
。 まず、タイプ！■結晶においては、互いに直交する異常
光と常光が和周波光発生に寄与する。つまり、サンプリ
ング光の常光成分（Ｉｓｏ）と被測定光の異常光成分（
Ｉｍｅ）の積に比例するような和周波光発生の過程と、
サンプリング光の異常光成分（Ｉｓｅ）と被測定光の常
光成分（Ｉｓｏ）の間の和周波光発生の過程とが同時に
進行する。そこで、サンプリング光も異常光と常光に等
しい振幅で入射するように、常光の偏光面に対して４５
度傾斜した偏光面９直線偏光、あるいは円偏光として入
射させるようにしておけば、入射光パルスがいかなる偏
光状態であっても、その偏光状態の変動による測定波形
の振幅変動を自動的に補償して、安定したサンプリング
を実現できる。 ［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明によれば、ランダムな
偏光状態の変動による測定波形の振幅変動を自動的に補
償することができる。 偏光状態のランダムな変化が非常にゆっくりであれば、
バビネ・ソレイユ補償板等で直線偏光に補償しても実質
的に問題は少ないが、一つのパルス内で偏光状態が変化
するような場合は、このような方法では不都合であり、
本発明によってはじめて偏光状態の変動による測定波形
の振幅変動を自動的に補償することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例における光信号に対する処
理系統を示す構成図、 第２図は本発明の第一１実施例における電気信号処理手
順を示す説明図、 第３図は本発明の第２実施例における光信号に対する処
理系統を示す構成図、 第４図は本発明の第２実施例における電気信号処理手順
を示す説明図、 第５図は被測定パルスとサンプリングパルスの時間的な
相対位置の変化と、これによって得られる低速の相互相
関波形を示す波形図、 第６図は従来の光サンプリング光波形測定装置の構成例
を示すブロック図である。 １・・・サンプリング周波数発振器、 ２・・・サンプリングパルス発生部、 ３・・・偏光制御部、 ４・・−ＲＦミクサ、 ５・・・被測定パルス列発生部、 ６・・・ローパスフィルタ、 ７・・・表示部、 ８・・・偏光制御部、 ９・・・結合器、 ｌＯ・・・Ｉ非線形光学結晶、 １１・・・低速受光器、 １２・・・信号処理部、 ２１．２２・・・ローションプリズム、２３・・・検光
子、 ２４・・・分岐器、 ２５・・・遅延器、 ２６・・・加算器、 ３１・・・偏光分離プリズム、 ３２・・・光スィッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）繰り返しを有する測定すべき入射光パルスに対し、
   該入射光パルスより幅の狭い別のサンプリング光パルス
   を重畳し、その重畳出力光を特定の直線偏光にのみ最適
   に動作する非線形光学結晶に入射させ、さらに前記サン
   プリング光パルスの遅延を掃引したときに、これら２つ
   の光パルスの重なった部分に比例して発生する和周波光
   電力が描く相互相関波形より、前記入射光パルスの波形
   を測定する光サンプリング波形測定装置において、前記
   入射光パルスを互いに直交する２つの直線偏光成分に分
   離する偏光分離手段と、 その分離された一方の光パルスをパルス幅に比べて大き
   い時間だけ相対的に遅延させる遅延手段と、 前記偏光分離手段と同種の光学素子で構成され、前記遅
   延手段からの同一の光軸上に結合させる結合手段と、 その結合出力から互いに直交する２つの直線偏光成分に
   対応する時間的に分離されたパルスを形成する手段と、 その分離されたパルスを加算することにより、前記入射
   光パルスの偏光状態の変動による測定波形の振幅変動を
   自動的に補償する手段と を具えたことを特徴とする光サンプリング波形測定装置
   。