JPH03282344A - Optical device - Google Patents

Optical device

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JPH03282344A
JPH03282344A JP7857690A JP7857690A JPH03282344A JP H03282344 A JPH03282344 A JP H03282344A JP 7857690 A JP7857690 A JP 7857690A JP 7857690 A JP7857690 A JP 7857690A JP H03282344 A JPH03282344 A JP H03282344A
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JP
Japan
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optical
pulse
output
input
waveform
Prior art date
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Application number
JP7857690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
H Colner Brian
ブライアン・エイチ・コルナー
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HP Inc
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Hewlett Packard Co
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Publication date
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  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

PURPOSE: To reduce the weight and size of an optical time domain reflectivity meter(OTDR) by imparting a strain effectively to an optical pulse thereby limiting the pulse width. CONSTITUTION: An OTDR system 100 comprises a controller 101, an oscillator 103, a phase shifter 105, an amplifier 107, an optical pulse generator 109, an integrated electrooptical circuit(IEOC) 111, a detector 113, a timer 115, a converter 117 and an output unit 119, i.e., a display or a memory. The IEOC 111 comprises a substrate 201, an input optical path 203, a dispersion grating 205, an output optical path 207, a first electrode 209 and a second electrode 211. The electrodes 209, 211 have parallel longitudinal segments 215, 217 and a current flowing through the segments 215, 217 generates a field 319 propagating through the optical path 203. The field 319 induces a phase distortion in the optical pulse and the shorter pulse width thereof realizes reduction in the weight and size of the OTDR and enhancement of the accuracy.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は光学装置、さらに詳細には、新しいパルス源を
含む光学時間領域反射率計(OTDR)に関する。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to optical devices, and more particularly to optical time domain reflectometers (OTDRs) that include a novel pulsed source.

を測定することによって、対象の特性を記述しようとす
る試みである。たとえば、0TDRは、写真レンズ等の
大型の光学装置はもちろん、光量子装置の評価にも用い
ることができる。複数素子レンズに向けられたレーザー
パルスは、時変強度を持つエコー信号を発生させうる。
It is an attempt to describe the characteristics of an object by measuring it. For example, 0TDR can be used to evaluate photon devices as well as large optical devices such as photographic lenses. A laser pulse directed at a multi-element lens can generate an echo signal with time-varying intensity.

この場合の強度は反射率に、また、時間はパルス源から
の距離に対応する。従って、エコー信号を分析して、各
レンズ面が、そこを透過すべき光をどれだけ反射するカ
ラ1判定すルコとができる。Mo5he Nazara
thy(I EEB  Journal  of Li
ghtwave Technology 。
In this case, intensity corresponds to reflectance and time corresponds to distance from the pulse source. Therefore, by analyzing the echo signals, it is possible to determine how much light each lens surface reflects that should be transmitted therethrough. Mo5he Nazara
thy(IEEB Journal of Li
ghtwave Technology.

Vol −7+ N091 + 1989年1月)およ
びその参考文献にい(っかの0TDRが説明されている
Vol -7+ N091 + January 1989) and its references describe the 0TDR.

典型的な0TDRシステムには、光パルスを発生させる
半導体レーザーをスイッチするためトランジスターが用
いられている。パルス発信と同時にカウンターを起動し
、発信)くルスの検出と同時に停止させてその間の所要
時間を測定することも行われる。この所要時間は、各反
射源の位置を知るための通路距離に変換することができ
る。解析しうる距離の精度は、発信されたパルスの特性
ノ(ルス幅と、発信から検出までの間に起こる分散によ
って制限される。
A typical 0TDR system uses transistors to switch the semiconductor laser that generates the light pulses. It is also possible to start a counter at the same time as the pulse is emitted, stop it at the same time as the pulse is detected, and measure the time required. This required time can be converted into a path distance to locate each reflection source. The accuracy of the range that can be resolved is limited by the characteristic pulse width of the transmitted pulse and the dispersion that occurs between transmission and detection.

レーザーダイオードをスイッチすることにより、50ピ
コ秒(ps )の光学パルスを容易に得ることができる
。これは、1センチメ一タ以上の間隔を持った素子から
成る単純なレンズを分析するには十分、である。高速レ
ーザーダイオ−で1ops の時間分解能を持つものは
、数ミリメータのオーダーの分解能を満足することがあ
きらかになっている。
By switching the laser diode, 50 picosecond (ps) optical pulses can be easily obtained. This is sufficient to analyze simple lenses consisting of elements spaced one centimeter or more apart. It has become clear that a high-speed laser diode with a time resolution of 1 ops satisfies a resolution on the order of several millimeters.

近年の写真レンズ、特にズームレンズは、15以上の素
子を用いるものがある。適度に小型なレンズを提供する
には、レンズ素子の間隔を小さくしなければならず、典
型的な間隔は数ミリメーター以下である。このように小
さな間隔で配置された素子表面からの反射を解析するに
は、lpsのオーダーの初期パルス幅を持つ0TDRが
必要になる。
Some recent photographic lenses, particularly zoom lenses, use 15 or more elements. To provide a reasonably compact lens, the spacing of the lens elements must be small, with typical spacing being a few millimeters or less. Analyzing reflections from such closely spaced device surfaces requires an 0TDR with an initial pulse width on the order of lps.

Edward B 、 TreacyがJournal
 of QuantumElectronics Vo
l、 QB−5,No、9.(1969年9月)の0p
tical pulse Compression w
ithDiffraction C)ratings”
で開示しているように・高出力パルスレーザ−か大型の
光学圧縮器を採用して所望の分解能を得ることができる
。しかし、これらの光源の出力や重量は、それらを高価
で扱いにくいものにしてしまう。費用および出力面の条
件によって、軽便さが要求される応用にはそれらを使用
できなくなる。光学部品を非常に高い空間分、解能で特
性記述でき、しかも適切な大きさと出力条件の経済的な
0TDRが求められている。
Edward B., Tracy Journal
of Quantum Electronics Vo
l, QB-5, No, 9. (September 1969) 0p
tical pulse compression w
ithDiffractionC)ratings”
A high power pulsed laser or a large optical compressor can be employed to obtain the desired resolution, as disclosed in . However, the power and weight of these light sources make them expensive and cumbersome. Cost and power requirements preclude their use in applications where convenience is required. There is a need for an economical 0TDR that can characterize optical components with extremely high spatial resolution and resolution, and that also has appropriate size and output conditions.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、軽便で高精度な光学時間領域反射率計とその
関連部品を提供することにより、前記の要求を満足せし
めることにある。
The present invention satisfies the above requirements by providing a convenient and highly accurate optical time domain reflectometer and its related parts.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の一実施例のシステムには、電気波形を発生する
波形発生器、光学パルスを発生するパルス発生器を含む
。集積化光学回路は、光学パルスを集積化周波数分散型
反射フィルターに導く光学通路を含む。集積化光学回路
はまた、電気波形を伝達するための電極を含み、光学通
路に泪って光パルスとともに電界が伝搬する。波形とパ
ルスは、たとえば、パルス発生器をトリガーする波形発
生器を用いて同期化される。
A system according to one embodiment of the present invention includes a waveform generator that generates electrical waveforms and a pulse generator that generates optical pulses. The integrated optical circuit includes an optical path that directs the optical pulse to an integrated frequency dispersive reflection filter. The integrated optical circuit also includes electrodes for transmitting electrical waveforms into the optical path so that the electric field propagates along with the optical pulses. The waveform and pulses are synchronized using, for example, a waveform generator that triggers a pulse generator.

対象からのパルスの反射、あるいは、対象へのパルスの
入射によって起こる、興味あるその他の現象を検出する
検出器が用いられる。パルスの立ち上がりから検出時ま
での所要時間を、距離、あるい、は対象を特性記述する
上で興味ある他のパラメータを測定するのに用いる。こ
の所要時間は、波形発生器と検出器の両方にタイマーを
接続することによって決定することができる。
Detectors are used that detect the reflection of pulses from the object or other phenomena of interest caused by the incidence of pulses on the object. The time taken from the rise of the pulse to the time of detection is used to measure distance or other parameters of interest in characterizing the object. This duration can be determined by connecting timers to both the waveform generator and detector.

光パルスと電気波形との間に所望の同期を与えるために
移相器を用いることもできる。第1近似としては、光パ
ルスは、電気波形のピークに中心を置かなければならな
い。好適には、この同期はパルスと電界が同時伝播して
いる間維持されることが望ましい。電界と光パルスが異
なった速度で伝播しているときには、この差は、累積さ
れた位相遅れが最大になるよう、相対位相を調整するこ
とによって補償される。対称ガウス電界分布の場合は、
これは、共通通路に渉る平均位相関係がピークの整列に
等しいときに起こる。
A phase shifter can also be used to provide the desired synchronization between the optical pulse and the electrical waveform. To a first approximation, the light pulse must be centered at the peak of the electrical waveform. Preferably, this synchronization is maintained during simultaneous propagation of the pulse and electric field. When the electric field and optical pulse are propagating at different speeds, this difference is compensated for by adjusting the relative phase so that the accumulated phase delay is maximized. For symmetric Gaussian electric field distribution,
This occurs when the average phase relationship across the common path is equal to the alignment of the peaks.

ここに開示された方法は、高出力パルスレーザ−やそれ
と同様に扱いにくい装置を用いず、これまで得られた以
上の高い精度をもたらす。達成される精度の基本的理由
は、他の軽便なタイプに比べてよシ小さなパルス幅にあ
る。本発明の提供する1、上記の特徴および他の特徴、
また利点は、以下の図面を参照しつつ行う説明によって
明確である。
The method disclosed herein does not require high-power pulsed lasers or similarly cumbersome equipment, and provides greater precision than previously available. The fundamental reason for the accuracy achieved is the much smaller pulse width compared to other convenient types. The present invention provides 1, the above features and other features,
Further, the advantages will become clear from the description given below with reference to the drawings.

〔実施例の説明〕[Explanation of Examples]

本発明の一実施例では、第1図に示すように、凸状素子
81と凹状素子82を持り複合レンズ8゜の特性を記述
するための、光学時間領域反射率計100を提供する。
One embodiment of the present invention provides an optical time domain reflectometer 100 having a convex element 81 and a concave element 82 for characterizing a compound lens 8 DEG as shown in FIG.

光学時間領域反射率計100は、レンズ80を通る一個
あるいは連続したパルス9゜を発信する。凸状素子81
は前部凸面83と後部凸面84を持ち、凹状素子82は
前部凹面85と後部凹面86を持つ。レンズ出力91の
エネルギーは、表面83乃至86からのそれぞれの反射
93乃至96に分配されるエネルギーによって減少する
。もっとも大きな透過ロスを起こしている面を知ること
によって、光学時間領域反射率計100は、たとえば、
どの面が異なる光学コーティングとすべき候補であるか
、などを示すことができる。
Optical time domain reflectometer 100 emits a single or series of 9° pulses through lens 80. Convex element 81
has a convex front surface 83 and a convex rear surface 84, and concave element 82 has a concave front surface 85 and a concave rear surface 86. The energy of lens output 91 is reduced by the energy distributed in each reflection 93-96 from surfaces 83-86. By knowing which surfaces are causing the greatest transmission loss, the optical time-domain reflectometer 100 can, for example,
It can indicate which surfaces are candidates for different optical coatings, etc.

光学時間領域反射率計システム100は、コントローラ
101、発振器1o3、移相器1o5、増幅器107、
光パルス発・土器109、集積化電気光学回路(IEO
C)111、検出器113、タイマー115、変換器1
17、および表示もしくは記憶装置である出力装置11
9がら成る。発振器103は配線121を経てコントロ
ーラ101に起動されると、配線123上に波形を発生
する。
The optical time domain reflectometer system 100 includes a controller 101, an oscillator 1o3, a phase shifter 1o5, an amplifier 107,
Light pulse generator/earthenware 109, integrated electro-optical circuit (IEO)
C) 111, detector 113, timer 115, converter 1
17, and an output device 11 which is a display or storage device.
Consists of 9 parts. When the oscillator 103 is activated by the controller 101 via the wire 121, it generates a waveform on the wire 123.

この波形は移相器105によって移相された後、配線1
25を経て増幅器107に受信される。増幅器107が
配線127を経て、コントローラ101に起動されると
、増幅された波形が配線129に送出され光パルス発生
器109をトリガーする。
After this waveform is phase-shifted by a phase shifter 105,
25 and is received by amplifier 107. When amplifier 107 is activated by controller 101 via wire 127, the amplified waveform is sent to wire 129 to trigger optical pulse generator 109.

光パルス発生器109には、光パルスを発生させるため
の、トランジスターによってスイッチングされるレーザ
ーダイオードを用いてもよい。好適には初期持続時間が
約10〜20psのものが望ましい。この光パルスは、
光ファイバー131を経て、集積化電気光学回路111
の光パルス入力OPIに接続される。この光学パルスは
、下記のように、波形発生器103から、配線141上
を入力Vlに、および配線143上を入力V2に入力す
る相補電気信号の働きによって圧縮される。圧縮された
光パルス9・0は、電気光学回路111の光パルス出力
OPOから、レンズ素子80に向けて送出される。
The optical pulse generator 109 may be a transistor-switched laser diode for generating optical pulses. Preferably, the initial duration is about 10 to 20 ps. This light pulse is
Integrated electro-optic circuit 111 via optical fiber 131
is connected to the optical pulse input OPI of. This optical pulse is compressed by the action of complementary electrical signals from waveform generator 103 on line 141 to input V1 and on line 143 to input V2, as described below. The compressed optical pulses 9 and 0 are sent out from the optical pulse output OPO of the electro-optical circuit 111 toward the lens element 80 .

検出器113は、面83乃至86から検出された反射9
3乃至96に応じて、電気検出信号を供給する。検出器
113は、送出光パルスが連続する間に徐々に低下する
可変スレッシ町ルド出方を持つ。
Detector 113 detects reflections 9 detected from surfaces 83 to 86.
3 to 96, the electrical detection signals are provided. Detector 113 has a variable threshold that gradually decreases during successive transmitted light pulses.

スレッショルドが十分低下すると、検出器113は、反
射93乃至96のうち最強のものに対応する電気パルス
を供給する。
When the threshold is sufficiently lowered, detector 113 provides an electrical pulse corresponding to the strongest of reflections 93-96.

増幅器107からのトリガーパルスは、配線133上を
、タイマー115の”開始”入力Bに向けられ、また、
検出器113の出力は、配線135上を、タイマー11
5の1終了”入力Eに向けられる。タイマー115は、
6ps以下の精度のアナログ補間回路を持つ時間−デジ
タル変換器である。これは、クロックレートと補間分解
能が高い点を除いて、Reviewof 5cient
ific Instruments、 Vol、 57
. No、 11(1986年11月)の”Time−
To−Digital ConverterWith 
An Analog Interpolation C
1rcuit”でJuhaKostamovaaraと
R15to Myllylaによって説明されたものと
同様である。タイマー115の出力は、パルスによって
トリガーされてからその結果起こる反射の検出までの時
間をデジタルで表したものである。変換器117は配線
137上のこのタイマー出力を受け、最強の反射の位置
を面83乃至86を区別するのに十分な、約1ミリメー
ターの精度で示す距離に変換する。この位置は、配線1
39上に送出され、出力装置119によって表示もしく
は記憶される。
A trigger pulse from amplifier 107 is directed on line 133 to "start" input B of timer 115, and
The output of the detector 113 is connected to the timer 11 on the wiring 135.
5 of 1 end” is directed to the input E. The timer 115 is
It is a time-to-digital converter with an analog interpolation circuit with an accuracy of 6 ps or less. This is similar to Reviewof 5cient, except that the clock rate and interpolation resolution are higher.
ific Instruments, Vol. 57
.. No. 11 (November 1986) “Time-
To-Digital ConverterWith
An Analog Interpolation C
The output of timer 115 is a digital representation of the time between triggering the pulse and detection of the resulting reflection. Transducer 117 takes this timer output on trace 137 and converts the location of the strongest reflection into a distance with approximately 1 millimeter accuracy, sufficient to distinguish surfaces 83 through 86.
39 and displayed or stored by the output device 119.

増幅器107は、リミットされた出力を発生し、それに
よって、光パルス発生器に急激な遷移を発生する。オペ
レーターは、反復モードか、シングルショットモードか
を選択するためにコントローラ101を調整できる。反
復モードでは、集積化電気光学回路111を介して、一
連のパルスと波形の対が送出される。シングルショット
モードでは、単一のパルスが集積化電気光学回路111
に送出された後、コントローラ101は配線127を介
して増幅器107を不能にする。
Amplifier 107 produces a limited output, thereby producing a sharp transition in the optical pulse generator. The operator can adjust controller 101 to select between repeat mode or single shot mode. In the repeat mode, a series of pulse and waveform pairs are sent through the integrated electro-optic circuit 111. In single shot mode, a single pulse is applied to the integrated electro-optic circuit 111.
controller 101 disables amplifier 107 via line 127.

集積化電気光学回路111は、第2図および第3図に示
すように、基板201、入力光路203、分散格子20
5、出力光路207、第1電極209および第2電極2
11を含む。なお、第2図は平面図で、第3図は対応す
る右側面図である。基板201はニオブ酸すチ・クム結
晶(Linb03)から成る。光学通路207はDav
id W’、Dolfiによって、AppliedOp
tics、Vol−25,(1986年8月1日)の”
Travel=ing Wave 1.3 μm  I
nterferometer ModulatorWi
 th High Bandwidth + Low 
Drive Power + and LowLoss
”とその引用文献のなかで開示されて(・るように、チ
タン基板201ρM散することによって形成される。入
力光路203は、集積化電気光学回路111のパルス入
力OPIから出て分散格子205を通る。
As shown in FIGS. 2 and 3, the integrated electro-optical circuit 111 includes a substrate 201, an input optical path 203, and a dispersion grating 20.
5. Output optical path 207, first electrode 209 and second electrode 2
Contains 11. Note that FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is a corresponding right side view. The substrate 201 is made of tin cum niobate crystal (Linb03). The optical passage 207 is Dav
id W', AppliedOp by Dolfi
tics, Vol-25, (August 1, 1986)”
Travel=ing Wave 1.3 μm I
interferometer ModulatorWi
th High Bandwidth + Low
Drive Power + and LowLoss
The input optical path 203 exits from the pulse input OPI of the integrated electro-optical circuit 111 and passes through the dispersive grating 205. Pass.

府散格子205は、IEEE  Transa。tio
nS onMicrowave Theoriy an
d Technics Vol 、 MT T −23
、No、 1 (1975年1月)のTheory o
f Peri−odic Dielecfric Wa
veguides”で、S、 T、 Pengその他に
よって開示されたプロセスを洗練して入力光路203上
に形成される一連の空間的摂動213から成る。+散格
子205のピッチは、入力光路203上に、送出される
最長波長の半分から、入力光路203上に送出される最
短波長の半分まで減少される。
The Fusan grid 205 is based on IEEE Transa. tio
nS on Microwave Theory an
dTechnics Vol, MT T-23
, No. 1 (January 1975) Theory o
f Peri-odic Dielecfric Wa
consists of a series of spatial perturbations 213 formed on the input optical path 203 by refining the process disclosed by S., T., Peng et al. It is reduced from half the longest wavelength delivered to half the shortest wavelength delivered onto input optical path 203.

空間的摂動213は、ナノリソグラフインクシステムか
らの電子ビーム露光によって書かれる。空間摂動は概ね
前記第1の光路に直交するものが用いられる。また回折
格子を用いるときは、第1の光路に斜交する平行格子を
用いる。
Spatial perturbations 213 are written by electron beam exposure from a nanolithographic ink system. The spatial perturbation used is generally perpendicular to the first optical path. Furthermore, when using a diffraction grating, a parallel grating obliquely intersecting the first optical path is used.

長い波長は、短い波長よシ前に反射される。長い波長は
、出力光路207上をかえってくる反射と強め合う干渉
をするために必要な半波長に対応するピッチの摂動に出
会うまで、さらに進まなければならない。このようにし
て、格子205は反射中のパルスの周波数の関数として
、差動遅延を生み出す働きをする。反射および弁数され
たパルスのエネルギーのうちのいくらかは、出力光路2
07に結合され、パルス出力OPOに向けられる。
Longer wavelengths are reflected before shorter wavelengths. The longer wavelength must travel further until it encounters a perturbation in pitch corresponding to the half wavelength required to constructively interfere with the reflection returning on the output optical path 207. In this way, grating 205 serves to create a differential delay as a function of the frequency of the pulse being reflected. Some of the energy of the reflected and counted pulses is transferred to the output optical path 2.
07 and directed to pulse output OPO.

電極209および211はそれぞれ、並行な縦方向セグ
メント215および217を持ち、第3図に示すように
、そこを通る電流が、入力光路203を通って伝播する
電界319を発生させるようにする。詳・細には、電極
209は、基板2010表面、入力光路203の上に形
成され、電極211もまた基板2o1の表面に形成され
るが入力光路203との間には間隙が設けられる。電界
319は、電極209および211の間に電位差が存在
するときは非ゼロである。電極209および211はそ
れぞれ、反射後のパルスと極小の相互作用を持つ横方向
セグメント221および223を持つ。セグメント22
1および223は基板201の端に形成される成端抵抗
225を介して接続される。
Electrodes 209 and 211 each have parallel longitudinal segments 215 and 217 such that a current therethrough generates an electric field 319 that propagates through input optical path 203, as shown in FIG. Specifically, the electrode 209 is formed on the surface of the substrate 2010 and the input optical path 203, and the electrode 211 is also formed on the surface of the substrate 2o1, but a gap is provided between the electrode 209 and the input optical path 203. Electric field 319 is non-zero when a potential difference exists between electrodes 209 and 211. Electrodes 209 and 211 each have lateral segments 221 and 223 that have minimal interaction with the reflected pulse. segment 22
1 and 223 are connected via a termination resistor 225 formed at the end of the substrate 201.

電極209および211は肉圧パターンのフォトレジス
トを介して、約3μm″1での厚さに、電気金めっきに
て形成される。これらの電極は約24μmの幅を持ち、
約6μmの間隔で配置される。光路203および207
は、幅約6pm、厚さ650Aのチタン拡散によって形
成される。
Electrodes 209 and 211 are formed by electrolytic gold plating to a thickness of approximately 3 μm''1 through a photoresist with a metal pressure pattern. These electrodes have a width of approximately 24 μm;
They are arranged at intervals of approximately 6 μm. Optical paths 203 and 207
is formed by titanium diffusion approximately 6 pm wide and 650 Å thick.

電極209および211によって形成される送電線路は
、入力光路203に、時間をおってラジアン周波数ωm
 (t )で正弦状に変化し、また与えられた任意の時
間における場所によって変化する電界を確立、する。移
相器105は、光パルスのピークが同時電界のピークが
一致するように、少なくとも、パルスと電界の同時伝播
の長さの中間227付近では一致するように制御される
。光パルスと電界319の好適な位相関係は、第4図の
実線の正弦波状の線429で示す。
The power transmission line formed by the electrodes 209 and 211 causes the input optical path 203 to have a radian frequency ωm over time.
Establish an electric field that varies sinusoidally at (t) and also varies with location at any given time. The phase shifter 105 is controlled so that the peak of the optical pulse coincides with the peak of the simultaneous electric field, at least near the middle 227 of the length of simultaneous propagation of the pulse and the electric field. The preferred phase relationship between the optical pulse and the electric field 319 is shown by the solid sinusoidal line 429 in FIG.

第4図は、光パルスによって累積された、全位相偏位へ
の速度の不一致の効果を示す。横座標は変調電界の位相
を単位とした0m(t)である。縦座標は変調電界の伝
播後の全累積光学位相rである。実線の余弦波状の線3
19は、電界とガウス型包絡線の光パルス429との速
度が完全に一致した場合の全位相偏位な表す。パルスが
変調電界周期より短い場合は、位相偏位は専ら二次型で
ある。
FIG. 4 shows the effect of velocity mismatch on the total phase excursion accumulated by the light pulses. The abscissa is 0 m(t) in units of phase of the modulated electric field. The ordinate is the total cumulative optical phase r after propagation of the modulating electric field. Solid cosine wave line 3
19 represents the total phase deviation when the speeds of the electric field and the optical pulse 429 having a Gaussian envelope completely match. If the pulse is shorter than the modulating field period, the phase deviation is exclusively of the quadratic type.

破線431は、同時伝播電界よりも遅く進行している光
学パルスの累積移相を表す。それはπ/2ラジアンの位
相遅れを持つ。破線433は、同時伝播電界よシも速く
進行している光パルスの累積位相を表す。それはπ/2
ラジアンの位相進みを持つ。
Dashed line 431 represents the cumulative phase shift of the optical pulse traveling slower than the co-propagating electric field. It has a phase lag of π/2 radians. A dashed line 433 represents the cumulative phase of a light pulse that is traveling faster than the co-propagating electric field. That is π/2
It has a phase advance of radians.

いずれの場合も、二次位相は光パルスの包絡線に対して
ずれておシ、その結果、位相ずれのピークは減少する。
In either case, the secondary phase is shifted relative to the envelope of the optical pulse, so that the peak phase shift is reduced.

移相器105を用いて、π/4 の位相遅れまたは位相
進みをもつ光パルスを入れてやると、光パルスの中心は
ふたたび位相曲線の二次型部分に位置する。ただし、位
相の振幅のピークは減少したままである。一般に、ΔΦ
の位相ずれは一ΔΦ/2の予備位相オフセントによって
補償できる。
When the phase shifter 105 is used to introduce an optical pulse with a phase lag or lead of π/4, the center of the optical pulse is again located in the quadratic part of the phase curve. However, the phase amplitude peak remains reduced. In general, ΔΦ
The phase shift of can be compensated by a preliminary phase offset of 1 ΔΦ/2.

電界319は、光パルス429に位相歪みを発生させ、
それは局所電界の強度にしたがって変化する。
The electric field 319 causes a phase distortion in the optical pulse 429,
It changes according to the strength of the local electric field.

光パルス429の持続時間は、光パルスが基本的に電界
の単一のピーク以内に維持されるように、電界3190
期間よりもはるかに短い。正弦波はそのピークの周りで
略二次形であるから、光パルス429に加えられる位相
歪みはその幅に渉って二次的に変化する。周波数は位相
の時間導関数であシ、かつ二次関数の導関数は線形であ
るから、電界は光パルス429に線形周波数掃引を加え
る。
The duration of the light pulse 429 is such that the light pulse is maintained essentially within a single peak of the electric field 3190.
much shorter than the period. Since the sine wave is approximately quadratic around its peak, the phase distortion applied to optical pulse 429 varies quadratically across its width. Since frequency is the time derivative of phase, and the derivative of a quadratic function is linear, the electric field imparts a linear frequency sweep to light pulse 429.

この周波数掃引されたパルスは、少数格子205によっ
て周波数関数としての時間的に分散される。
This frequency-swept pulse is dispersed in time as a function of frequency by the minority grating 205.

この、掃引および分散の組合せは、゛チャープ”レーダ
ーのものと同様である。レーダーパルスは掃引および分
散されて、すなわちチャープとなって、その他の方法で
は得られない高いピーク出力を提供する。0TDRのこ
の応用では、約10psから約lpsへのパルス幅の減
少を得ることができる。このより短いパルス幅が、光学
時間領域反射率計のよp高い精度をもたらす。
This combination of sweeping and dispersion is similar to that of a "chirp" radar. The radar pulse is swept and dispersed, or chirped, to provide high peak power not otherwise available. 0TDR In this application, a reduction in pulse width from about 10 ps to about lps can be obtained. This shorter pulse width results in a higher accuracy of the optical time-domain reflectometer.

別の光学時間領域反射率計500は、第5図に示すよう
に、コントローラ501、光パルス発生器503、電気
波形発生器505、集積化電気光学回路507、検出器
509、タイマー511、パラメータ変換器513およ
び出力装置515から成る。Yコネクタ517は、光フ
ァイバー519を介して、集積化電気光学回路507の
光パルス出力OPOに、また、光ファイバー521を介
して、検出器509に光通信を提供する。
Another optical time domain reflectometer 500, as shown in FIG. It consists of a device 513 and an output device 515. Y connector 517 provides optical communication via optical fiber 519 to the optical pulse output OPO of integrated electro-optic circuit 507 and via optical fiber 521 to detector 509.

Yコネクタ517の出力523は、空気あるいはその他
の媒体を通じて、光パルスを送出できる。また、光量子
回路は、Yコネクタ出力523との間を光ファイバーで
接続することによって評価できる。
Output 523 of Y connector 517 can send light pulses through air or other media. Further, the optical quantum circuit can be evaluated by connecting it to the Y connector output 523 using an optical fiber.

コントローラ501は、それが活性化する信号間に、0
TDR100に関して以上に述べた位相関係を設定する
ようプログラムできる。コントローラ501は、コント
ロールバス525を経て、他の部品と交信できる。電気
波形発生器505は、配線527でコントロールバス5
25に接続され、光パルス発生器503は、配線528
でコントロールバス525ニ接続される。光パルス発生
器503の出力は、光ファイバー530で集積化電気光
学回路507の光入力OPIに接続される。
The controller 501 maintains a 0 between the signals it activates.
TDR 100 can be programmed to establish the phase relationships described above. Controller 501 can communicate with other components via control bus 525. The electrical waveform generator 505 is connected to the control bus 5 via wiring 527.
25, and the optical pulse generator 503 is connected to the wiring 528
The control bus 525 is connected to the control bus 525. The output of the optical pulse generator 503 is connected to the optical input OPI of the integrated electro-optic circuit 507 by an optical fiber 530.

光パルス発生器505、変換器513および出力装置5
15は、基本的に0TDRシステム100の対応する部
品と同様である。検出器509は、検出された時変強度
に対応する時変検出信号を提供する。コントローラ50
1は、バス525、配線529上に、タイマー511の
同期人力Sへの同期信号を出力する。
Optical pulse generator 505, converter 513 and output device 5
15 is basically similar to the corresponding part of the 0TDR system 100. Detector 509 provides a time-varying detection signal corresponding to the detected time-varying intensity. controller 50
1 outputs a synchronization signal to the synchronization human power S of the timer 511 on the bus 525 and wiring 529.

同期信号は、タイマー511によって、検出信号を評価
する基準として用いられる。パルスによるトリガーに対
する検出時間は、検出強度と遅延データとの関係を判定
するのに用いられる。位置データは配線533上を、出
力装置515に転送される。
The synchronization signal is used by timer 511 as a reference for evaluating the detection signal. The detection time relative to the pulse trigger is used to determine the relationship between detection strength and delay data. The position data is transferred to the output device 515 on the wiring 533.

出力装置には表示用のオシロスコープを含めてもよい。The output device may include an oscilloscope for display.

結果として強度対位置のグラフが得られ、それはもっと
も多くの光を反射している面を知るのに用いることがで
きる。
The result is a graph of intensity versus position, which can be used to see which surfaces are reflecting the most light.

波形発生器505は、周波数発生器でもよく、半周期に
わたってほぼ二次形である周期波形を発生するように設
計される。波形発生器505からの相補波形は、配線5
35および537を経て集積化電気光学回路507の電
気人力■1および■2にそれぞれ送出される。
Waveform generator 505 may be a frequency generator and is designed to generate a periodic waveform that is approximately quadratic over a half period. The complementary waveform from waveform generator 505 is transmitted to line 5
35 and 537, and are sent to electrical inputs (1) and (2) of the integrated electro-optical circuit 507, respectively.

集積化電気光学回路500は、第6図に示すように、パ
ルス人力OPIから小数領域605への入力光路603
、および4散領域605からパルス出力OPOへの第2
の光路607を持つ、基板601を含む。
As shown in FIG.
, and the second from the quadrupled region 605 to the pulse output OPO.
includes a substrate 601 having an optical path 607 of .

光路603および607は、べ散領域605と同様に、
光を透過させるためにチタンでドーピングされている。
The optical paths 603 and 607 are similar to the dispersion area 605,
It is doped with titanium to transmit light.

弁数領域605は、基板6010表面に形成された並行
な回折格子609および611によって区切られている
。回折格子609は、受信光パルスを、入力光路603
上で回折格子611に向けて反射するように配説されて
いる。回折格子611は、さらにそのパルスを出力通路
607上に反射する。並行な回折格子609および61
1の効果は、光学時間領域反射率形システム100の格
子のそれに類似している。
The valve number region 605 is separated by parallel diffraction gratings 609 and 611 formed on the surface of the substrate 6010. Diffraction grating 609 transfers the received optical pulse to input optical path 603.
The light is arranged so as to be reflected toward the diffraction grating 611 at the top. Diffraction grating 611 further reflects the pulse onto output path 607. Parallel gratings 609 and 61
The effect of 1 is similar to that of the grating of optical time-domain reflectance type system 100.

集積化電気光学回路507はまた、共働して送電線路を
形成する一対の電極613および615を持つ。
Integrated electro-optic circuit 507 also has a pair of electrodes 613 and 615 that cooperate to form a power transmission line.

電極613および615は、入力光路603をカバーし
ながら交番するように、電気波形と光パルスの同時伝播
の長さにわたって、おおよそ空間的方形波の形になって
いる。同時伝播の長さは、電極613と615の間の電
界に影響される入力光路603に添った長さである。同
時伝播の長さは、おおよそ、電極615の縦方向の範囲
に当たる。
Electrodes 613 and 615 alternate in coverage of input optical path 603, approximately in the shape of a spatial square wave over the length of the simultaneous propagation of the electrical waveform and optical pulse. The length of simultaneous propagation is the length along input optical path 603 that is influenced by the electric field between electrodes 613 and 615. The length of co-propagation corresponds approximately to the longitudinal extent of electrode 615.

電極613と615および光路603と607の寸法お
よび材料は、第2図に示される対応する部品のそれと同
様である。厳密には、電極613および615は光路6
03より幅が広い。第6図に、電路および光路の間の関
係をよりよく説明するために、この逆の関係を示してい
る。電極613および615のそれぞれについて、光路
603上の縦方向のセグメントは、光路603から離れ
た縦方向のセグメントよシ短かくなっている。たとえば
、電極615のセグメント621は電極623のセグメ
ント623より短い。
The dimensions and materials of electrodes 613 and 615 and optical paths 603 and 607 are similar to those of the corresponding parts shown in FIG. Strictly speaking, electrodes 613 and 615 are connected to optical path 6.
Wider than 03. The inverse relationship is shown in FIG. 6 to better explain the relationship between the electrical and optical paths. For each of electrodes 613 and 615, the vertical segment on optical path 603 is shorter than the vertical segment away from optical path 603. For example, segment 621 of electrode 615 is shorter than segment 623 of electrode 623.

これによって、光路603上の電極のショートを避けて
いる。
This avoids short-circuiting of the electrodes on the optical path 603.

電極613および615は、抵抗性結合された横力向の
セグメント617および619を持つ。空間的方形波の
周期は、光パルスと位相変調電界との間の速度の違いに
関係する。この構成によって、電界の符号変化によって
位相歪みが起らなくなることを避けている。さもなけれ
ば、位相歪みは光パルスと電界の間の速度差が比較的大
きい場合光パルスに加えられることになる。
Electrodes 613 and 615 have resistively coupled lateral force segments 617 and 619. The period of the spatial square wave is related to the speed difference between the optical pulse and the phase modulated electric field. This configuration prevents phase distortion from occurring due to a change in the sign of the electric field. Otherwise, phase distortion will be added to the optical pulse if the velocity difference between the optical pulse and the electric field is relatively large.

本発明は、以上説明した実施例以外の方法でも100.
500のいずれにも適用できる。欠陥を検出するのに単
一のパルスのみを使用する場合、電気波形は周期的であ
る8登はない。光パルスの位相歪みを起こすのに用いら
れる単一の二次形電気波形を用いることができる。集積
化電気光学回路の基板には、ニオブ酸リチウム以外の好
適な電気光学材料を用いても良い。
The present invention can also be applied to methods other than the embodiments described above.
500 can be applied. If only a single pulse is used to detect defects, the electrical waveform will not be periodic. A single quadratic electrical waveform can be used to cause phase distortion of the optical pulse. Suitable electro-optic materials other than lithium niobate may be used in the substrate of the integrated electro-optic circuit.

前記実施例は時間領域反射率計に焦点を置いているが、
本発明は、他のアプリケーションにモ同様に適用できる
。たとえば、集積化電気光学回路の出力は検出器の特性
記述をするのに用いてもよい。この場合、検出器はシス
テムの一部であると同時に検査の対象でもある。他のア
プリケーションにおいては、検出される現象は反射であ
る必要はない。たとえば、光パルスをなんらかの化学的
化合物からの放出をトリガーするのに用いてもよい。こ
の放出は検出されて、パルスと放出との遅れを化合物、
あるいは放出過程の特性記述をするのに用いてもよい。
Although the above embodiments focus on time-domain reflectance meters,
The invention is equally applicable to other applications. For example, the output of an integrated electro-optic circuit may be used to characterize the detector. In this case, the detector is both part of the system and the object of inspection. In other applications, the detected phenomenon need not be a reflection. For example, a pulse of light may be used to trigger the release of some chemical compound. This release is detected and the delay between the pulse and release is determined by the compound,
Alternatively, it may be used to characterize the release process.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述したように、光パルスが効果的に歪を受けて、
そのパルス幅がせばめられるから、高分解能、を有する
時間領域反射率計を得ることができる。
As detailed above, the optical pulse is effectively distorted,
Since the pulse width is narrowed, a time domain reflectometer with high resolution can be obtained.

また、装置が小型であるので、取扱いが至便でもある。Furthermore, since the device is small, handling is convenient.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の1実施例を用いてレンズの評価を行う
ように配置された第1の光学時間領域反射率計の概略図
である。 第2図は第1図の集積化電気光学回路の平面図である。 第3図は第1図の集積化電気光学回路の正面図である。 第4図は第1図の第1の光学時間領域反射率計の電気波
形と光パルスの好適な同期関係を説明するためのグラフ
である。 第5図は本発明の他の実施例を用いた第2の光学時間領
域反射率計の概略図である。 第6図は第5図の集積化電気光学回路の平面図である。 80:複合レンズ 100:光学時間領域反射率計 101:コントローラ 103:発振器 105:移相器 107:増幅器 109:光パルス発生器 111:集積化電気光学回路(IEOC)113:検出
器 15 17 19 01 03 05 07 209、 13 215、 :タイマー :変換器 :出力装置7 二基板 二人力先路 二金敷格子 :出力光路 211:電極 :空間摂動 217:縦方向セグメント。
FIG. 1 is a schematic diagram of a first optical time domain reflectometer arranged to evaluate lenses using one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the integrated electro-optic circuit of FIG. 1. FIG. 3 is a front view of the integrated electro-optic circuit of FIG. 1. FIG. 4 is a graph for explaining the preferred synchronization relationship between the electrical waveform and optical pulse of the first optical time domain reflectometer shown in FIG. FIG. 5 is a schematic diagram of a second optical time domain reflectometer using another embodiment of the invention. 6 is a plan view of the integrated electro-optic circuit of FIG. 5. FIG. 80: Complex lens 100: Optical time domain reflectometer 101: Controller 103: Oscillator 105: Phase shifter 107: Amplifier 109: Optical pulse generator 111: Integrated electro-optical circuit (IEOC) 113: Detector 15 17 19 01 03 05 07 209, 13 215, : Timer: Transducer: Output device 7 Two substrates Two human power forward paths Two anvil gratings: Output optical path 211: Electrodes: Spatial perturbation 217: Longitudinal segment.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、後記(イ)乃至(チ)より成る光学装置。 (イ)基板。 (ロ)第1の入力と第2の出力とを有し、前記基板上に
形成された第1の光通路。 (ハ)第2の入力と第2の出力とを有し、前記基板上に
形成された第2の光通路。 (ニ)前記基板上で、前記第1の出力と前記第2の入力
との近傍に設けられて、前記第1の光通路を伝達した光
を前記第1の出力から前記第2の入力へ結合する反射分
散手段。 該反射分散手段は前記光を周波数の関数として分散反射
する。 (ホ)前記基板上に形成され、前記第1の光通路に沿っ
て電界を伝搬させるための電気通路手段。 (ヘ)ピークと特性パルス幅を有する前記光入力パルス
を発生するための光パルス発生器手段。 (ト)前記光入力パルスの特性パルス幅より実質的に長
い特性幅とピークとを有する電気波形を発生するための
波形発生器手段。 (チ)前記光パルス発生器手段と前記波形発生器手段を
活性化し、前記光入力パルスのピークと前記電気波形の
ピークが平均として整列して並行伝搬するようにするコ
ントローラ手段。 前記電気波形は前記光入力パルスに位相歪を与える。該
位相歪は前記光入力パルスのパルス長に渉って空間的に
変動する。 従って、その結果として歪んだ光入力パルスは前記反射
分散手段により反射されて、その結果、該反射された光
出力パルスは前記光入力パルスの特性パルス幅より実質
的に短かいパルス幅を有し、前記第2の光学通路を介し
て前記第2の出力より出力される。 2 前記波形発生器手段が前記光入力パルスに二次関数
で変化する位相偏移を与える波形を発生するようにした
請求項1記載の光学装置。 3、前記光入力パルスと前記電気波形の初期位相差を調
整して、前記光入力パルスと前記電気波形の伝搬速度差
を相殺する手段を追加して成る請求項1記載の光学装置
。 4、前記反射分散手段が前記第1の光路に概ね直交して
伸長する空間摂動を有する格子を含む請求項1記載の光
学装置。 5、前記反射分散手段が前記第1の光路に斜交して伸長
する平行回折格子を前記基板上に形成して成る請求項1
記載の光学装置。 6、前記第1の入力に入力される前記光入力パルスと前
記第2の出力から出力される前記反射された光出力パル
スの時間差を計測する手段を追加して成る請求項1記載
の光学装置。
[Scope of Claims] 1. An optical device comprising the following (a) to (h). (a) Substrate. (b) A first optical path formed on the substrate and having a first input and a second output. (c) A second optical path having a second input and a second output and formed on the substrate. (d) Provided on the substrate near the first output and the second input to direct the light transmitted through the first optical path from the first output to the second input. Coupling reflection dispersion means. The reflection and dispersion means disperses and reflects the light as a function of frequency. (e) Electric path means formed on the substrate and for propagating an electric field along the first optical path. (f) Optical pulse generator means for generating said optical input pulse having a peak and a characteristic pulse width. (g) Waveform generator means for generating an electrical waveform having a characteristic width and peak that is substantially longer than the characteristic pulse width of the optical input pulse. (h) controller means for activating the optical pulse generator means and the waveform generator means such that the peaks of the optical input pulse and the peaks of the electrical waveform are averagely aligned and propagate in parallel; The electrical waveform imparts phase distortion to the optical input pulse. The phase distortion varies spatially over the pulse length of the optical input pulse. Accordingly, the resulting distorted optical input pulse is reflected by said reflection dispersion means such that the reflected optical output pulse has a pulse width substantially shorter than the characteristic pulse width of said optical input pulse. , from the second output via the second optical path. 2. The optical device of claim 1, wherein said waveform generator means generates a waveform that imparts a quadratically varying phase shift to said optical input pulse. 3. The optical device according to claim 1, further comprising means for adjusting an initial phase difference between the optical input pulse and the electric waveform to offset a propagation speed difference between the optical input pulse and the electric waveform. 4. The optical device of claim 1, wherein said reflection dispersion means includes a grating having a spatial perturbation extending generally perpendicular to said first optical path. 5. Claim 1, wherein the reflection dispersion means comprises a parallel diffraction grating formed on the substrate and extending obliquely to the first optical path.
Optical device as described. 6. The optical device according to claim 1, further comprising means for measuring a time difference between the optical input pulse input to the first input and the reflected optical output pulse output from the second output. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ307283B6 (en) * 2017-03-21 2018-05-09 Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava Connection of a time delay generator

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