JPH04143624A - 光波形計測装置 - Google Patents
光波形計測装置Info
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- JPH04143624A JPH04143624A JP26776890A JP26776890A JPH04143624A JP H04143624 A JPH04143624 A JP H04143624A JP 26776890 A JP26776890 A JP 26776890A JP 26776890 A JP26776890 A JP 26776890A JP H04143624 A JPH04143624 A JP H04143624A
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Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、被測定光の高速光現象を測定する光波形計
測装置に係り、特に、光通信等に多用されている赤外波
長域の微弱光の計測に用いて好適な光波形測定装置に関
するものである。
測装置に係り、特に、光通信等に多用されている赤外波
長域の微弱光の計測に用いて好適な光波形測定装置に関
するものである。
例えば光通信等に多用されている波長１，３μｌ、ある
いは１．５μｍの赤外波長域の光線に対しては、受光素
子の量子効率が、可視波長域に比べ極めて悪く、このた
め微弱光域での測定が困難であるという問題点があった
。これを解決すべく、和周波光発生用非線形光学結晶に
、被測定光とサンプリング光を入射し、波長変換して検
出する方法が考案された。この場合、被測定光の光信号
波形をサンプリング光で直接サンプリングできる。 これは、超高速の光非線形現象を利用して、光領域のみ
でサンプリングを行うことが可能であり、超高速光波形
の観測に用いて好適なものである。 このような和周波光発生光サンプリング法で用いられる
非線形光学結晶としては、結晶に入射する光の偏波が、
信号光とサンプリング光が同一偏波で、結晶の常光又は
異常光のときに５Ｈ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ
ｓ）光、Ｓ Ｆ （Ｓ ｕｒａＦ ｒｅｑｕｅｎｃｙ）
光が発生するタイプＩ結晶と、信号光とサンプリング光
の偏波がお互いに直交して、片方が結晶の常光、他方が
異常光のときにＳＨ光、ＳＦ光が発生するタイプ■結晶
とに分けられる。 タイプＩの場合には、信号光あるいはサンプリング光の
一方の光でたけでも波長変換がなされるため、観測を行
いたい２つの光の相互作用に伴う波長変換信号は、バッ
クグラウンドの上に重畳された形で観測されることにな
る。 従って、タイプ■の結晶が、Ｓ／Ｎの点で有利であるの
で、例えばタイプＨのＫＴＰ結晶等が和周波光発生用非
線形光学結晶として用いられていた。
いは１．５μｍの赤外波長域の光線に対しては、受光素
子の量子効率が、可視波長域に比べ極めて悪く、このた
め微弱光域での測定が困難であるという問題点があった
。これを解決すべく、和周波光発生用非線形光学結晶に
、被測定光とサンプリング光を入射し、波長変換して検
出する方法が考案された。この場合、被測定光の光信号
波形をサンプリング光で直接サンプリングできる。 これは、超高速の光非線形現象を利用して、光領域のみ
でサンプリングを行うことが可能であり、超高速光波形
の観測に用いて好適なものである。 このような和周波光発生光サンプリング法で用いられる
非線形光学結晶としては、結晶に入射する光の偏波が、
信号光とサンプリング光が同一偏波で、結晶の常光又は
異常光のときに５Ｈ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ
ｓ）光、Ｓ Ｆ （Ｓ ｕｒａＦ ｒｅｑｕｅｎｃｙ）
光が発生するタイプＩ結晶と、信号光とサンプリング光
の偏波がお互いに直交して、片方が結晶の常光、他方が
異常光のときにＳＨ光、ＳＦ光が発生するタイプ■結晶
とに分けられる。 タイプＩの場合には、信号光あるいはサンプリング光の
一方の光でたけでも波長変換がなされるため、観測を行
いたい２つの光の相互作用に伴う波長変換信号は、バッ
クグラウンドの上に重畳された形で観測されることにな
る。 従って、タイプ■の結晶が、Ｓ／Ｎの点で有利であるの
で、例えばタイプＨのＫＴＰ結晶等が和周波光発生用非
線形光学結晶として用いられていた。
上記従来の和周波光発生光サンプリング法では、波長変
換効率が悪く、結果として微弱光計測となるので、微弱
光域の計測において、感度あるいは光−電子変換の効率
に特に問題があった。 Ｓ／ＮＪ％く検出すべく、タイプ■のＫＴＰ結晶を用い
る場合、この結晶は、波長が９８０ ｎ１ｌｌ以下の光
の波長変換が不可能であるという問題点かあった。 これに対して、例えば、波長４１０ｎｎの光まで波長変
換が可能なβ−ＢａＢ２Ｏ４（以下ＢＢＯという）結晶
等を用いることも考えられるが、ＢＢＯにはタイプ■が
ないために、Ｓ／Ｎの点で不利となるという問題点があ
る。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、背景信号に影響されすＳ／Ｎが良く、従ってタイ
プエのＢＢＯ結晶等を和周波光発生用非線形光学材料と
して用いることができる光波形計測装置を提供すること
を目的とする。
換効率が悪く、結果として微弱光計測となるので、微弱
光域の計測において、感度あるいは光−電子変換の効率
に特に問題があった。 Ｓ／ＮＪ％く検出すべく、タイプ■のＫＴＰ結晶を用い
る場合、この結晶は、波長が９８０ ｎ１ｌｌ以下の光
の波長変換が不可能であるという問題点かあった。 これに対して、例えば、波長４１０ｎｎの光まで波長変
換が可能なβ−ＢａＢ２Ｏ４（以下ＢＢＯという）結晶
等を用いることも考えられるが、ＢＢＯにはタイプ■が
ないために、Ｓ／Ｎの点で不利となるという問題点があ
る。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、背景信号に影響されすＳ／Ｎが良く、従ってタイ
プエのＢＢＯ結晶等を和周波光発生用非線形光学材料と
して用いることができる光波形計測装置を提供すること
を目的とする。
この発明は、被測定光に同期したトリガ信号を得るトリ
ガ手段と、前記トリガ手段によるトリガ信号に基づき、
被測定光と波長の異なるポンプ光を発生するボンズ光発
生手段と、前記被測定光とポンプ光を結合する結合手段
と、この結合手段により結合された光が入射され、該入
射光を和又は差周波混合させる非線形光学素子と、この
非線形光学素子による和又は差周波光成分を光電変換し
て検出する光検出器と、検出結果を表示する表示手段と
、前記結合手段、非線形光学素子及び光検出器のうちの
いずれかの光入射側に配置され、前記トリガ手段により
得られなトリガ信号に同期して入射光を増幅する光増幅
器と、被測定光と光増幅器、及び被測定光とポンプ光の
少なくとも一方のタイミングを変化させるための制御回
路と、を有してなる光波形計測装置により上記目的を達
成するものである。 又、前記非線形光学素子を、前記被測定光とポンプ光が
同一偏波で、結晶の常光又は異常光のときＳＨ光、ＳＦ
光が発生するタイプＩ結晶としてもよい。 更に、前記非線形光学素子を、ＢＢＯ結晶としてもよい
。
ガ手段と、前記トリガ手段によるトリガ信号に基づき、
被測定光と波長の異なるポンプ光を発生するボンズ光発
生手段と、前記被測定光とポンプ光を結合する結合手段
と、この結合手段により結合された光が入射され、該入
射光を和又は差周波混合させる非線形光学素子と、この
非線形光学素子による和又は差周波光成分を光電変換し
て検出する光検出器と、検出結果を表示する表示手段と
、前記結合手段、非線形光学素子及び光検出器のうちの
いずれかの光入射側に配置され、前記トリガ手段により
得られなトリガ信号に同期して入射光を増幅する光増幅
器と、被測定光と光増幅器、及び被測定光とポンプ光の
少なくとも一方のタイミングを変化させるための制御回
路と、を有してなる光波形計測装置により上記目的を達
成するものである。 又、前記非線形光学素子を、前記被測定光とポンプ光が
同一偏波で、結晶の常光又は異常光のときＳＨ光、ＳＦ
光が発生するタイプＩ結晶としてもよい。 更に、前記非線形光学素子を、ＢＢＯ結晶としてもよい
。
この発明においては、被測定光から、トリガ手段により
被測定光に同期しなトリガ信号を得て、このトリガ信号
に基づき光増幅器によって被測定光を増幅し、且つ、ト
リガ信号に基づき順次遅延されたポンプ光を得て、被測
定光をサンプリングできる。このとき、被測定光の分岐
による損失は、光増幅器を用いることにより解消でき、
変換効率が向上するため、高速で繰返される、微弱な被
測定光の波形をも、高精度で測定することができるとい
う効果を有する。 更に、被測定光を、トリガ信号に同期する光増幅器によ
って増幅しているために、信号光をオン・オフすること
によってロックイン検出でき、背景信号の影響が受は離
くなり、タイプＩの非線形光学結晶を用いてもＳ／Ｎ良
く計測することができる。
被測定光に同期しなトリガ信号を得て、このトリガ信号
に基づき光増幅器によって被測定光を増幅し、且つ、ト
リガ信号に基づき順次遅延されたポンプ光を得て、被測
定光をサンプリングできる。このとき、被測定光の分岐
による損失は、光増幅器を用いることにより解消でき、
変換効率が向上するため、高速で繰返される、微弱な被
測定光の波形をも、高精度で測定することができるとい
う効果を有する。 更に、被測定光を、トリガ信号に同期する光増幅器によ
って増幅しているために、信号光をオン・オフすること
によってロックイン検出でき、背景信号の影響が受は離
くなり、タイプＩの非線形光学結晶を用いてもＳ／Ｎ良
く計測することができる。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
この実施例は、第１図に示されるように、光波形計測装
置１０を、くりかえし超短パルス光である波長λ１の測
定光に同期したトリガ信号を得るトリガ手段１２と、前
記トリガ手段１２によるトリガ信号に基づいて、被測定
光と波長の異なる波長λ２のポンプ光（短パルス光ンを
発生するパルス光源１４と、前記被測定光とパルス光源
１４からのポンプ光を結合するダイクロイックミラープ
リズム１６と、このダイクロイックミラープリズム１６
によって結合された被測定光とポンプ光が入射される非
線形光学素子１８と、この非線形光学素子１８の出力光
から、所定の波長λ３の成分を抽出する分光手段２Ｏと
、この分光手段２Ｏによって抽出された波長λ３の光を
光電変換する光検出器２２と、前記ダイクロイックミラ
ープリズム１６の入射側に配置され、該ダイクロイック
ミラープリズム１６への入射光を、前記トリガ手段１２
により得られなトリガ信号に同期して増幅する進行波型
光増幅器（以下ＴＷＡという）２４と、を備えて構成さ
れている。 前記トリガ手段１２は、ＴＷＡ２４の入射側に、１対の
シングルモードファイバー２６Ａ、２６Ｂに挾まれて配
置されたビームスプリッタ２８と、このビームスプリッ
タ２８により分離された被測定光の一部を検出して光電
変換するトリオ用光検出器３０とから構成されている。 前記ビームスプリッタ２８の入射側に配置されたシング
ルモードファイバー２６Ａの入力端は、被測定光が入射
する光コネクタ３２とされている。 又前記ＴＷＡ２４と前記ダイクロイックミラープリズム
１６の間及び、パルス光源工４とダイクロイックミラー
プリズム１６との間は、それぞれシングルモードファイ
バー２６Ｃ１２６Ｄにより接続されている。 前記トリガ手段１２の出力端にはアンプ３４が接続され
、アンプ３４によって増幅されたトリガ信号（パルス）
は、光増幅器制御回路３６及び遅延量制御回路３８にそ
れぞれ出力されるようになっている。 遅延量制御回路３８は、トリガパルスを所定の時間だけ
遅延させてパルス光源１４及びデータ記録解析装置４０
に出力するようにされている６前記売場幅器制御回路３
６とＴＷＡ２４との間にはスイッチング回路３７が配置
され、該スイッチング回路３７は光増幅器３６からの入
力信号をＴＷＡ２４と同期増幅器４２に出力するように
されている。 データ記録解析装置４０は、光検出器２２によって出力
され、同期増幅器４２により増幅された検出信号を、解
析・記録し、この際、遅延量制御回路３８からの所定時
間遅延されたトリガパルスに対応してサンプリングされ
た波形を解析・記録し、表示装置４４に出力するように
されている。 次に作用を説明する。 被測定光源は例えば半導体レーザ等で構成され、光強度
波形が高速で繰返される波長λ１の被測定光を出力する
。 この被測定光は、シングルモードファイバー２６Ａを介
してビームスプリッタ２８に入射され、２つの光に分岐
される。 一方の分岐光は高速フォトダイオード等のトリオ用光検
出器３０で検出され、他方の分岐光は、前記シングルモ
ードファイバー２６Ｂを介して、ＴＷＡ２４に入射され
る。 トリガ用光検出器３０は被測定光の検出によるトリガパ
ルスＴｓを生成し、これをアンプ３４を介して光増幅器
制御回路３６及び遅延量制御回路３８に送る。 光増幅器制御回路３６は、トリガパルスＴｓに同期して
スイッチング回路３７を経て、ＴＷＡ ２４に動作信号
を出力する。 前記遅延量制御回路３８は、トリガパルスＴｓを所定の
時間だけ遅延させ且つ遅延量を変化させて、パルス光源
１４に与え、これによってパルス光源１４はポンプ光を
出力する。 前記ＴＷＡ２４に入射した被測定光の一部は、該ＴＷＡ
２４によって、トリガ手段２２によるトリガパルスＴＳ
に同期して増幅され、シングルモードファイバー２６Ｃ
を経てダイクロイックミラープリズム１６に入力する。 ダイクロイックミラープリズム１６では、ＴＷＡ２４に
よって増幅された被測定光と、パルス光源１４からのポ
ンプ光が結合され、非線形光学素子１８に１本のビーム
光となって入射する。 非線形光学素子１８は、例えばＢＢＯからなり、いわゆ
る和周波（又は差周波）混合が生じる。 即ち、被測定光の波長をλ１、ポンプ光の波長をλ２と
すると、非線形光学素子１８からは波長λ１、λ２、λ
３の３つの光が得られる。 ここで、波長λ３の和周波混合光の強度をＩλ３とする
と、位相整合条件下では Ｉλ３久Ｉλ１ ・■λ２ となり、各々の光の振動数をω１＝２π・Ｃ／λ１ 、
ω２ ＝２π ・Ｃ／λ２ 、ω３ ＝２π・ Ｃ／λ
３とすると（Ｃは光速）、ω３−ω１＋ω２となる。 そこで、非線形光学素子１８からの光を分光手段２Ｏに
通して波長λ３の光のみを光検出器２２で検出すると、
光強度■λ３に対応した信号出力が得られることになる
。 この光検出器２２の出力は、スイッチング回路３７から
の参照信号に基づいて、トリガパルスＴＳに同期して作
動される同期増幅Ｈ４２によりロックイン増幅され、デ
ータ記録解析装置４０に送られ、ここで記録される。 ここで、遅延量制御口Ｒ３８からの信号を、被測定光の
波形の繰返し毎に、遅延時間Δｔを順次変えることによ
り、データ記録解析装置４０にはサンプリングされた波
形が記録されることになるので、１周期のサンプリング
処理が終了した後、これをＣＲＴ等の表示装置４４で表
示できる。 次に第２図に示される本発明の第２実施例について説明
する。 この第２実施例は、ＴＷＡ２４を非線形光学素子１８の
光出射側に配置したものである。 前記非線形光学素子１８とＴＷＡ２４との間は、シング
ルモードファイバー４６より、又ＴＷＡ ２４と分光手
段２Ｏとの間はシングルモードファイバー４８によりそ
れぞれ接続されている。 他の構成は前記第１実施例と同一であるので、第１図に
おけると同一の符号を付することにより説明を省略する
ものとする。 上記第１及び第２実施例においては、ＴＷＡは１個のみ
であるが、ＴＷＡは複数個を並列に、あるいは直列に配
置するようにしてもよい。 例えば第３図に要部が示される本発明の第３実施例のよ
うに、波長特性の異なる複数のＴＷＡ１〜ＴＷＡｎ
（５０１〜５０ｎ ＞を並列に並べ、その各々の入出力
端に光ファイバー５２１〜５２ｎ及び５４１〜５４ｎを
接続し、これら光ファイバーの他端を入射側の光スイツ
チ５６出射側の光スィッチ５８にそれぞれ接続されてい
る。 又前記各ＴＷＡ１〜ＴＷＡｎ ５０１〜５０ｎには、制
御口ｆ１６０からの作動信号がスイッチ６２を介して選
択的に入力され得るようになっている。 更に、前記ＴＷＡ１〜ＴＷＡｎ ５０１〜５０ｎには、
制御回路６０によって制御される電源６４からスイッチ
６６を介してバイアス電流が選択的に流されるようにな
っている。 前記ＴＷＡ１〜ＴＷＡｎは、各々が、例えば３ｏｎ＋ｉ
の増幅波長域を持つ、異なった波長特性のものを用い、
被測定光が赤外域のいがなる波長であっても、その波長
に応じて、制御回路６０により、いずれかのＴＷＡを作
動させて、効率的な増幅を可能とするものである。 又、光スィッチ５６．５８をＩＸＮ光カプラーとし、ス
イッチ６２．６６をＩＸＮスイッチとしてＴＷＡ１〜ｎ
を同時に動作させるようにしても良い。 この並列に多数用いる方法は、第２実施例に適用したと
き、ＴＷＡ出力光を、それぞれ独立した光検出器に入力
すれば、分光手段を兼ねさせることが可能となり、別の
分光手段を設ける必要がなくなる。 次に複数のＴＷＡを直列に配置した場合の第４実施例を
、第４図を参照して説明する。 この第４実施例は、ＴＷＡ１〜ＴＷＡＮ（６８１〜６８
ｎ）を直列に配置し、各ＴＷＡの入射側に、ビームスプ
リッタ７０１〜７０ｎを配置したものである。 各ビームスプリッタ７０１〜７０ｎは、それぞれＴＷＡ
Ｉ 〜ＴＷＡＮ （６８１〜６８ｎ ）への入射光を分
岐して、トリガ用光検出器７２１〜７２ｎによってトリ
ガパルスを生成し、これを対応するＴＷＡＩ 〜ＴＷＡ
Ｎ （６８１〜６８ｎ ）に出力できるようにされてい
る。 なお最初のＴＷＡＩ （６８１）には、トリガ用光検出
器７２１からのトリガパルスをアンプ７４で増幅し、制
御回路７６を経てＴＷＡＩ （６８１）に入力するよう
にされている。 図の符号７８は各ＴＷＡ１〜ＴＷＡＮにバイアスを与え
るためのＤＣバイアスを示す、これらは、それぞれ独立
に示しであるが、共通の電源から、与えるようにしても
良い、前記アンプ７４を経たトリガパルスは、遅延量制
御回路８０を経てレーザダイオードであるパルス光源１
４を作動させるようになっている。 他の構成は前記第１実施例と同一又は類似であるので、
第１実施例と同一の部分に第１図と同一の符号を付する
ことにより説明を省略するものとする。 この実施例においては、ＴＷＡが複数個直列に並べられ
ているので、大きい増幅率を得られるという利点がある
。 ここで、前記ビームスプリッタ７０２〜７０２．７２２
〜７２２は省略し、アンプ７４の出力を分岐して、それ
ぞれ適合した遅延を与え、ＴＷＡ２〜ＴＷＡＮ（６８２
〜６８ｎ）のトリガ信号としても良いし、又、トリガー
を利用せず、ＴＷＡ２〜ＴＷＡＮ（６８２〜６８ｎ）を
ＤＣ的に動作させるようにても良い。 更に、ビームスプリッタ７０１．７０３〜７０ｎ及びト
リガ用光検出器７２１．７２３〜７２ｎを省略し、７２
２の出力をアンプ７４に入力するようにして、ＴＷＡＩ
（６８１）、ＴＷＡ３ （６８３） 〜ＴＷＡｎ
、＜６８ｎ ンをＤＣ的に動作させるようにても良い。 なお、第３、第４実施例ではスイッチング回路を略して
示しである。 なお上記各実施例における結合手段は、ダイクロイック
ミラーの他にハーフミラ−１偏光ビームスプリツタ等を
用いてもよい。 ポンプ光源としては、レーザダイオードのみならず、レ
ーザダイオードポンプ固体レーザ、レーザダイオードポ
ンプファイバレーザ等を用いてもよい。 更に非線形光学素子としては、ＢＢＯ以外に非線形ファ
イバー、チェレンコフ放射型波長変換素子等を用いても
よい。 更に光増幅器は、ＬＤ励起希土類ドープファイバー増幅
器でも良い。この時の増幅器の０Ｎ−ＯＦＦ状態は、励
起用ＬＤを０Ｎ−ＯＦＦすることによって制御する。 前記ＴＷＡは、電気信号に対する高速応答、高速光信号
Ｃ）増幅か可能であり、数十ｎ１に亘る広い利得対域幅
（約５ＯｎＦＢ）をもち、増幅器の温度や入射光の波長
が変化しても利得の変化が小さく、安定した利得が得ら
れるという大きな利点を有する。又光増幅器としての重
要な基本特性である利得飽和や雑音の面でも潰れた特性
を持っている。 又チェレンコフ放射型波長変換素子を用いた場合は、変
換効率が高く、更に、被測定光及びポンプ光の出射方向
と和周波高の出射方向が異なるため、複雑な分光学系を
用いることなく和周波高だけを効率よく選択して光検出
器に入射することができる。
置１０を、くりかえし超短パルス光である波長λ１の測
定光に同期したトリガ信号を得るトリガ手段１２と、前
記トリガ手段１２によるトリガ信号に基づいて、被測定
光と波長の異なる波長λ２のポンプ光（短パルス光ンを
発生するパルス光源１４と、前記被測定光とパルス光源
１４からのポンプ光を結合するダイクロイックミラープ
リズム１６と、このダイクロイックミラープリズム１６
によって結合された被測定光とポンプ光が入射される非
線形光学素子１８と、この非線形光学素子１８の出力光
から、所定の波長λ３の成分を抽出する分光手段２Ｏと
、この分光手段２Ｏによって抽出された波長λ３の光を
光電変換する光検出器２２と、前記ダイクロイックミラ
ープリズム１６の入射側に配置され、該ダイクロイック
ミラープリズム１６への入射光を、前記トリガ手段１２
により得られなトリガ信号に同期して増幅する進行波型
光増幅器（以下ＴＷＡという）２４と、を備えて構成さ
れている。 前記トリガ手段１２は、ＴＷＡ２４の入射側に、１対の
シングルモードファイバー２６Ａ、２６Ｂに挾まれて配
置されたビームスプリッタ２８と、このビームスプリッ
タ２８により分離された被測定光の一部を検出して光電
変換するトリオ用光検出器３０とから構成されている。 前記ビームスプリッタ２８の入射側に配置されたシング
ルモードファイバー２６Ａの入力端は、被測定光が入射
する光コネクタ３２とされている。 又前記ＴＷＡ２４と前記ダイクロイックミラープリズム
１６の間及び、パルス光源工４とダイクロイックミラー
プリズム１６との間は、それぞれシングルモードファイ
バー２６Ｃ１２６Ｄにより接続されている。 前記トリガ手段１２の出力端にはアンプ３４が接続され
、アンプ３４によって増幅されたトリガ信号（パルス）
は、光増幅器制御回路３６及び遅延量制御回路３８にそ
れぞれ出力されるようになっている。 遅延量制御回路３８は、トリガパルスを所定の時間だけ
遅延させてパルス光源１４及びデータ記録解析装置４０
に出力するようにされている６前記売場幅器制御回路３
６とＴＷＡ２４との間にはスイッチング回路３７が配置
され、該スイッチング回路３７は光増幅器３６からの入
力信号をＴＷＡ２４と同期増幅器４２に出力するように
されている。 データ記録解析装置４０は、光検出器２２によって出力
され、同期増幅器４２により増幅された検出信号を、解
析・記録し、この際、遅延量制御回路３８からの所定時
間遅延されたトリガパルスに対応してサンプリングされ
た波形を解析・記録し、表示装置４４に出力するように
されている。 次に作用を説明する。 被測定光源は例えば半導体レーザ等で構成され、光強度
波形が高速で繰返される波長λ１の被測定光を出力する
。 この被測定光は、シングルモードファイバー２６Ａを介
してビームスプリッタ２８に入射され、２つの光に分岐
される。 一方の分岐光は高速フォトダイオード等のトリオ用光検
出器３０で検出され、他方の分岐光は、前記シングルモ
ードファイバー２６Ｂを介して、ＴＷＡ２４に入射され
る。 トリガ用光検出器３０は被測定光の検出によるトリガパ
ルスＴｓを生成し、これをアンプ３４を介して光増幅器
制御回路３６及び遅延量制御回路３８に送る。 光増幅器制御回路３６は、トリガパルスＴｓに同期して
スイッチング回路３７を経て、ＴＷＡ ２４に動作信号
を出力する。 前記遅延量制御回路３８は、トリガパルスＴｓを所定の
時間だけ遅延させ且つ遅延量を変化させて、パルス光源
１４に与え、これによってパルス光源１４はポンプ光を
出力する。 前記ＴＷＡ２４に入射した被測定光の一部は、該ＴＷＡ
２４によって、トリガ手段２２によるトリガパルスＴＳ
に同期して増幅され、シングルモードファイバー２６Ｃ
を経てダイクロイックミラープリズム１６に入力する。 ダイクロイックミラープリズム１６では、ＴＷＡ２４に
よって増幅された被測定光と、パルス光源１４からのポ
ンプ光が結合され、非線形光学素子１８に１本のビーム
光となって入射する。 非線形光学素子１８は、例えばＢＢＯからなり、いわゆ
る和周波（又は差周波）混合が生じる。 即ち、被測定光の波長をλ１、ポンプ光の波長をλ２と
すると、非線形光学素子１８からは波長λ１、λ２、λ
３の３つの光が得られる。 ここで、波長λ３の和周波混合光の強度をＩλ３とする
と、位相整合条件下では Ｉλ３久Ｉλ１ ・■λ２ となり、各々の光の振動数をω１＝２π・Ｃ／λ１ 、
ω２ ＝２π ・Ｃ／λ２ 、ω３ ＝２π・ Ｃ／λ
３とすると（Ｃは光速）、ω３−ω１＋ω２となる。 そこで、非線形光学素子１８からの光を分光手段２Ｏに
通して波長λ３の光のみを光検出器２２で検出すると、
光強度■λ３に対応した信号出力が得られることになる
。 この光検出器２２の出力は、スイッチング回路３７から
の参照信号に基づいて、トリガパルスＴＳに同期して作
動される同期増幅Ｈ４２によりロックイン増幅され、デ
ータ記録解析装置４０に送られ、ここで記録される。 ここで、遅延量制御口Ｒ３８からの信号を、被測定光の
波形の繰返し毎に、遅延時間Δｔを順次変えることによ
り、データ記録解析装置４０にはサンプリングされた波
形が記録されることになるので、１周期のサンプリング
処理が終了した後、これをＣＲＴ等の表示装置４４で表
示できる。 次に第２図に示される本発明の第２実施例について説明
する。 この第２実施例は、ＴＷＡ２４を非線形光学素子１８の
光出射側に配置したものである。 前記非線形光学素子１８とＴＷＡ２４との間は、シング
ルモードファイバー４６より、又ＴＷＡ ２４と分光手
段２Ｏとの間はシングルモードファイバー４８によりそ
れぞれ接続されている。 他の構成は前記第１実施例と同一であるので、第１図に
おけると同一の符号を付することにより説明を省略する
ものとする。 上記第１及び第２実施例においては、ＴＷＡは１個のみ
であるが、ＴＷＡは複数個を並列に、あるいは直列に配
置するようにしてもよい。 例えば第３図に要部が示される本発明の第３実施例のよ
うに、波長特性の異なる複数のＴＷＡ１〜ＴＷＡｎ
（５０１〜５０ｎ ＞を並列に並べ、その各々の入出力
端に光ファイバー５２１〜５２ｎ及び５４１〜５４ｎを
接続し、これら光ファイバーの他端を入射側の光スイツ
チ５６出射側の光スィッチ５８にそれぞれ接続されてい
る。 又前記各ＴＷＡ１〜ＴＷＡｎ ５０１〜５０ｎには、制
御口ｆ１６０からの作動信号がスイッチ６２を介して選
択的に入力され得るようになっている。 更に、前記ＴＷＡ１〜ＴＷＡｎ ５０１〜５０ｎには、
制御回路６０によって制御される電源６４からスイッチ
６６を介してバイアス電流が選択的に流されるようにな
っている。 前記ＴＷＡ１〜ＴＷＡｎは、各々が、例えば３ｏｎ＋ｉ
の増幅波長域を持つ、異なった波長特性のものを用い、
被測定光が赤外域のいがなる波長であっても、その波長
に応じて、制御回路６０により、いずれかのＴＷＡを作
動させて、効率的な増幅を可能とするものである。 又、光スィッチ５６．５８をＩＸＮ光カプラーとし、ス
イッチ６２．６６をＩＸＮスイッチとしてＴＷＡ１〜ｎ
を同時に動作させるようにしても良い。 この並列に多数用いる方法は、第２実施例に適用したと
き、ＴＷＡ出力光を、それぞれ独立した光検出器に入力
すれば、分光手段を兼ねさせることが可能となり、別の
分光手段を設ける必要がなくなる。 次に複数のＴＷＡを直列に配置した場合の第４実施例を
、第４図を参照して説明する。 この第４実施例は、ＴＷＡ１〜ＴＷＡＮ（６８１〜６８
ｎ）を直列に配置し、各ＴＷＡの入射側に、ビームスプ
リッタ７０１〜７０ｎを配置したものである。 各ビームスプリッタ７０１〜７０ｎは、それぞれＴＷＡ
Ｉ 〜ＴＷＡＮ （６８１〜６８ｎ ）への入射光を分
岐して、トリガ用光検出器７２１〜７２ｎによってトリ
ガパルスを生成し、これを対応するＴＷＡＩ 〜ＴＷＡ
Ｎ （６８１〜６８ｎ ）に出力できるようにされてい
る。 なお最初のＴＷＡＩ （６８１）には、トリガ用光検出
器７２１からのトリガパルスをアンプ７４で増幅し、制
御回路７６を経てＴＷＡＩ （６８１）に入力するよう
にされている。 図の符号７８は各ＴＷＡ１〜ＴＷＡＮにバイアスを与え
るためのＤＣバイアスを示す、これらは、それぞれ独立
に示しであるが、共通の電源から、与えるようにしても
良い、前記アンプ７４を経たトリガパルスは、遅延量制
御回路８０を経てレーザダイオードであるパルス光源１
４を作動させるようになっている。 他の構成は前記第１実施例と同一又は類似であるので、
第１実施例と同一の部分に第１図と同一の符号を付する
ことにより説明を省略するものとする。 この実施例においては、ＴＷＡが複数個直列に並べられ
ているので、大きい増幅率を得られるという利点がある
。 ここで、前記ビームスプリッタ７０２〜７０２．７２２
〜７２２は省略し、アンプ７４の出力を分岐して、それ
ぞれ適合した遅延を与え、ＴＷＡ２〜ＴＷＡＮ（６８２
〜６８ｎ）のトリガ信号としても良いし、又、トリガー
を利用せず、ＴＷＡ２〜ＴＷＡＮ（６８２〜６８ｎ）を
ＤＣ的に動作させるようにても良い。 更に、ビームスプリッタ７０１．７０３〜７０ｎ及びト
リガ用光検出器７２１．７２３〜７２ｎを省略し、７２
２の出力をアンプ７４に入力するようにして、ＴＷＡＩ
（６８１）、ＴＷＡ３ （６８３） 〜ＴＷＡｎ
、＜６８ｎ ンをＤＣ的に動作させるようにても良い。 なお、第３、第４実施例ではスイッチング回路を略して
示しである。 なお上記各実施例における結合手段は、ダイクロイック
ミラーの他にハーフミラ−１偏光ビームスプリツタ等を
用いてもよい。 ポンプ光源としては、レーザダイオードのみならず、レ
ーザダイオードポンプ固体レーザ、レーザダイオードポ
ンプファイバレーザ等を用いてもよい。 更に非線形光学素子としては、ＢＢＯ以外に非線形ファ
イバー、チェレンコフ放射型波長変換素子等を用いても
よい。 更に光増幅器は、ＬＤ励起希土類ドープファイバー増幅
器でも良い。この時の増幅器の０Ｎ−ＯＦＦ状態は、励
起用ＬＤを０Ｎ−ＯＦＦすることによって制御する。 前記ＴＷＡは、電気信号に対する高速応答、高速光信号
Ｃ）増幅か可能であり、数十ｎ１に亘る広い利得対域幅
（約５ＯｎＦＢ）をもち、増幅器の温度や入射光の波長
が変化しても利得の変化が小さく、安定した利得が得ら
れるという大きな利点を有する。又光増幅器としての重
要な基本特性である利得飽和や雑音の面でも潰れた特性
を持っている。 又チェレンコフ放射型波長変換素子を用いた場合は、変
換効率が高く、更に、被測定光及びポンプ光の出射方向
と和周波高の出射方向が異なるため、複雑な分光学系を
用いることなく和周波高だけを効率よく選択して光検出
器に入射することができる。
第１図は本発明にかかる光波形計測装置の第１実施例を
示すブロック図、第２図は同第２実施例を示すブロック
図、第３図は第３実施例の要部を示すブロック図、第４
図は第４実施例を示すブロック図である。 １０・・・光波形計測装置、 １２・・・トリガ手段、 １４・・・パルス光源、 １６・・・グイクロイックミラー １８・・・非線形光学素子、 ２Ｏ・・・分光手段、 ２２・・・光検出器、 ２４・・・進行波形光増幅器（ＴＷＡ）、２８．７０１
〜７０ｎ・・・ビームスプリッタ、３０．７２１〜７２
ｎ・・・トリガ用光検出器、３６・・・光増幅器制御回
路、 ３７・・・スイッチング回路、 ３８．８０・・・遅延量制御回路、 ４０°°°デ一タ記坪解析装置・ ４２・・・同期増幅器、 ４４・・・表示装置、 ５０１〜５０ｎ ・−ＴＷＡｌ 〜ＴＷＡｎ、６０．７
６・・・制御回路、 ６２．６６・・・スイッチ、 ６８１〜６８Ｎ・・・ＴＷＡ１〜ＴＷＡＮ。 第 図
示すブロック図、第２図は同第２実施例を示すブロック
図、第３図は第３実施例の要部を示すブロック図、第４
図は第４実施例を示すブロック図である。 １０・・・光波形計測装置、 １２・・・トリガ手段、 １４・・・パルス光源、 １６・・・グイクロイックミラー １８・・・非線形光学素子、 ２Ｏ・・・分光手段、 ２２・・・光検出器、 ２４・・・進行波形光増幅器（ＴＷＡ）、２８．７０１
〜７０ｎ・・・ビームスプリッタ、３０．７２１〜７２
ｎ・・・トリガ用光検出器、３６・・・光増幅器制御回
路、 ３７・・・スイッチング回路、 ３８．８０・・・遅延量制御回路、 ４０°°°デ一タ記坪解析装置・ ４２・・・同期増幅器、 ４４・・・表示装置、 ５０１〜５０ｎ ・−ＴＷＡｌ 〜ＴＷＡｎ、６０．７
６・・・制御回路、 ６２．６６・・・スイッチ、 ６８１〜６８Ｎ・・・ＴＷＡ１〜ＴＷＡＮ。 第 図
Claims (3)
- （１）被測定光に同期したトリガ信号を得るトリガ手段
と、前記トリガ手段によるトリガ信号に基づき、被測定
光と波長の異なるポンプ光を発生するポンプ光発生手段
と、前記被測定光とポンプ光を結合する結合手段と、こ
の結合手段により結合された光が入射され、該入射光を
和又は差周波混合させる非線形光学素子と、この非線形
光学素子による和又は差周波光成分を光電変換して検出
する光検出器と、検出結果を表示する表示手段と、前記
結合手段、非線形光学素子及び光検出器のうちのいずれ
かの光入射側に配置され、前記トリガ手段により得られ
たトリガ信号に同期して入射光を増幅する光増幅器と、
被測定光と光増幅器、及び被測定光とポンプ光の少なく
とも一方のタイミングを変化させるための制御回路と、
を有してなる光波形計測装置。 - （２）請求項１において、前記非線形光学素子は、前記
被測定光とポンプ光が同一偏波で、結晶の常光又は異常
光のときＳＨ光、ＳＦ光が発生するタイプ I 結晶であ
ることを特徴とする光波形計測装置。 - （３）請求項２において、前記非線形光学素子は、β−
ＢａＢ＿２Ｏ＿４結晶であることを特徴とする光波形計
測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02267768A JP3095233B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 光波形計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02267768A JP3095233B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 光波形計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04143624A true JPH04143624A (ja) | 1992-05-18 |
| JP3095233B2 JP3095233B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=17449320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02267768A Expired - Fee Related JP3095233B2 (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 光波形計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3095233B2 (ja) |
-
1990
- 1990-10-05 JP JP02267768A patent/JP3095233B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3095233B2 (ja) | 2000-10-03 |
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