JPH0574013B2 - - Google Patents
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- JPH0574013B2 JPH0574013B2 JP4615589A JP4615589A JPH0574013B2 JP H0574013 B2 JPH0574013 B2 JP H0574013B2 JP 4615589 A JP4615589 A JP 4615589A JP 4615589 A JP4615589 A JP 4615589A JP H0574013 B2 JPH0574013 B2 JP H0574013B2
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- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光波形観測装置に関するもので、特に
高速過渡光現象を励起プローブ法により観測する
ものである。
高速過渡光現象を励起プローブ法により観測する
ものである。
高速過渡光現象を観測する手段として、アツ
プ・コンバージヨン（up−conversion）と命名
された励起プローブ法が知られている。アツプ・
コンバージヨンとは異方性結晶内で和（または
差）振動数を発生する非線形現象のことで、例え
ばBeddardらによる装置（Chem.Phys.61，17−
23（1981年））は次のように構成される。まず、レ
ーザ光源から出射された振動数ω1のレーザ光は
２つに分岐され、一方のレーザ光（励起光）のみ
が試料に照射されて振動数ω2の螢光が生成され
る。そこで、この螢光ω2と分岐された他方のレ
ーザ光ω1を非線形光学素子に入射すると、その
和（または差）周波光である振動数ω3の光が得
られる。このため、試料に入射されるレーザ光を
単パルス光とすることができるならば、試料から
の螢光を高い時間分解能で観測することができ
る。
プ・コンバージヨン（up−conversion）と命名
された励起プローブ法が知られている。アツプ・
コンバージヨンとは異方性結晶内で和（または
差）振動数を発生する非線形現象のことで、例え
ばBeddardらによる装置（Chem.Phys.61，17−
23（1981年））は次のように構成される。まず、レ
ーザ光源から出射された振動数ω1のレーザ光は
２つに分岐され、一方のレーザ光（励起光）のみ
が試料に照射されて振動数ω2の螢光が生成され
る。そこで、この螢光ω2と分岐された他方のレ
ーザ光ω1を非線形光学素子に入射すると、その
和（または差）周波光である振動数ω3の光が得
られる。このため、試料に入射されるレーザ光を
単パルス光とすることができるならば、試料から
の螢光を高い時間分解能で観測することができ
る。
一方、このような過渡光現象を観測する他の手
法として、被測定光を高速ホトダイオードに入射
し、サンプリングオシロスコープ等で観測するも
のがある。この場合には、上記のような螢光だけ
でなく、光源からのレーザ光そのものについても
観測可能である。
法として、被測定光を高速ホトダイオードに入射
し、サンプリングオシロスコープ等で観測するも
のがある。この場合には、上記のような螢光だけ
でなく、光源からのレーザ光そのものについても
観測可能である。
しかしながら、上記の励起プローブ法によれ
ば、試料の螢光等は精度よく観測することはでき
るが、光源からのレーザ光そのものは観測するこ
とができない。これに対し、高速ホトダイオード
を用いるものでは、光源からのレーザ光そのもの
いついても観測可能であるが、高速現象を精度よ
く観測できない。なざなら、PINフオトダイオー
ドでは応答速度が30psec程度、アバランシエ・フ
オトダイオードでは応答速度が50〜100psec程度
に制限されてしまうからである。さらに、サンプ
リングオシロスコープなどを組み合せると、イン
ピーダンスの不整合等により観測波形が歪んでし
まうという欠点があつた。
ば、試料の螢光等は精度よく観測することはでき
るが、光源からのレーザ光そのものは観測するこ
とができない。これに対し、高速ホトダイオード
を用いるものでは、光源からのレーザ光そのもの
いついても観測可能であるが、高速現象を精度よ
く観測できない。なざなら、PINフオトダイオー
ドでは応答速度が30psec程度、アバランシエ・フ
オトダイオードでは応答速度が50〜100psec程度
に制限されてしまうからである。さらに、サンプ
リングオシロスコープなどを組み合せると、イン
ピーダンスの不整合等により観測波形が歪んでし
まうという欠点があつた。
そこで本発明は、波形が高速で繰り返される被
測定光の波形を、精度よく観測することのできる
光波形観測装置を提供することを目的とする。
測定光の波形を、精度よく観測することのできる
光波形観測装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光波形観測装置は、被測定光を一
定時間遅延させて遅延被測定光を出射する光学的
遅延手段と、被測定光の波形の繰り返しに同期し
たトリガ信号を得るトリガ手段と、トリガ信号に
もとづき被測定光の波形よりも時間幅が十分に短
く波長が異なるプローブパルス光を出射するパル
ス光源と、遅延被測定光とプローブパルス光を和
または差周波混合させる混合手段と、プローバパ
ルス光が混合手段に入射するタイミングを遅延被
測定光が混合手段に入射するタイミングに合わせ
ると共に、遅延被測定光の波形の繰り返しごとに
順次に入射タイミングをシフトさせて遅延被測定
光をサンプリングする遅延手段と、サンプリング
された混合手段による和または差周波光成分を抽
出して記録、解析することにより、被測定光より
も低速で波形が繰り返される光観測波形を求める
記録解析手段とを備えることを特徴とする。
定時間遅延させて遅延被測定光を出射する光学的
遅延手段と、被測定光の波形の繰り返しに同期し
たトリガ信号を得るトリガ手段と、トリガ信号に
もとづき被測定光の波形よりも時間幅が十分に短
く波長が異なるプローブパルス光を出射するパル
ス光源と、遅延被測定光とプローブパルス光を和
または差周波混合させる混合手段と、プローバパ
ルス光が混合手段に入射するタイミングを遅延被
測定光が混合手段に入射するタイミングに合わせ
ると共に、遅延被測定光の波形の繰り返しごとに
順次に入射タイミングをシフトさせて遅延被測定
光をサンプリングする遅延手段と、サンプリング
された混合手段による和または差周波光成分を抽
出して記録、解析することにより、被測定光より
も低速で波形が繰り返される光観測波形を求める
記録解析手段とを備えることを特徴とする。
ここで、記録解析手段の出力にもとづき光観測
波形を表示する表示手段を更に設けてもよい。ま
た、トリガ手段は被測定光を検出してトリガ信号
を出力する光検出器で構成してもよく、被測定光
の光源の駆動信号からトリガ信号を出力するよう
にしてもよい。
波形を表示する表示手段を更に設けてもよい。ま
た、トリガ手段は被測定光を検出してトリガ信号
を出力する光検出器で構成してもよく、被測定光
の光源の駆動信号からトリガ信号を出力するよう
にしてもよい。
本発明によれば、被測定光から得られるトリガ
信号に基づいて出射されるプローブパルス光と、
被測定光が一定時間遅延された遅延被測定光が、
和または差周波混合される。プローブパルス光が
混合手段に入射するタイミングは、遅延被測定光
が混合手段に入射するタイミングに合わせると共
に、遅延被測定光の波形の繰り返しごとに順次に
入射タイミングをシフトさせているので、プロー
ブ光で遅延被測定光をサンプリングすることがで
きる。
信号に基づいて出射されるプローブパルス光と、
被測定光が一定時間遅延された遅延被測定光が、
和または差周波混合される。プローブパルス光が
混合手段に入射するタイミングは、遅延被測定光
が混合手段に入射するタイミングに合わせると共
に、遅延被測定光の波形の繰り返しごとに順次に
入射タイミングをシフトさせているので、プロー
ブ光で遅延被測定光をサンプリングすることがで
きる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説
明する。
明する。
第１図は実施例に係る光波形観測装置の構成図
である。被測定光源１は例えば半導体レーザなど
で構成され、光強度波形が高速で繰り返される波
長λ1の被測定光Pλ1を出力する。この被測定光
Pλ1は光フイアバ２を介して光分岐器３に入射さ
れ、２つの光に分岐される。一方の分岐光は高速
ホトダイオードなどの光検出器４で検出され、他
方の分岐光は光学的遅延用の光フイアバ５を介し
て遅延被測定光Pλ′1として光結合器６に入射され
る。光検出器４は被測定光Pλ1の検出によるトリ
ガパルスTSを生成し、これを遅延回路７に送る。
遅延回路７はトリガパルスTSを所定の時間だけ
遅延させてパルス光源８に与え、これによつてパ
ルス光源８はプローブパルスを出力する。
である。被測定光源１は例えば半導体レーザなど
で構成され、光強度波形が高速で繰り返される波
長λ1の被測定光Pλ1を出力する。この被測定光
Pλ1は光フイアバ２を介して光分岐器３に入射さ
れ、２つの光に分岐される。一方の分岐光は高速
ホトダイオードなどの光検出器４で検出され、他
方の分岐光は光学的遅延用の光フイアバ５を介し
て遅延被測定光Pλ′1として光結合器６に入射され
る。光検出器４は被測定光Pλ1の検出によるトリ
ガパルスTSを生成し、これを遅延回路７に送る。
遅延回路７はトリガパルスTSを所定の時間だけ
遅延させてパルス光源８に与え、これによつてパ
ルス光源８はプローブパルスを出力する。
第２図ａ〜ｄはこの間の作用を示している。ま
ず、被測定光源１からの被測定光Pλ1が第２図ａ
ような波形になつているときは、その光強度Iλ1
が光検出器４の閾値ITHを越えたとき（時点t0）
に、第２図ｂのようなトリガパルスTSが出力さ
れる。一方、光分岐器３を通過した被測定光Pλ1
は、遅延用光フイアバ５を通過することにより、
第２図ｃのような波形の遅延被測定光Pλ′1とな
る。なお、この遅延量（時間T0）は一定である。
これに対し、遅延量が順次に変えられる（シフト
される）遅延回路７からの信号により制御される
パルス光源８は、第２図ｂの如き波形のプローブ
パルス光Pλ2を出力する。ここで、トリガパルス
TSとプローブパルス光Pλ2の間の時間差Δtは遅延
回路７により定められる。
ず、被測定光源１からの被測定光Pλ1が第２図ａ
ような波形になつているときは、その光強度Iλ1
が光検出器４の閾値ITHを越えたとき（時点t0）
に、第２図ｂのようなトリガパルスTSが出力さ
れる。一方、光分岐器３を通過した被測定光Pλ1
は、遅延用光フイアバ５を通過することにより、
第２図ｃのような波形の遅延被測定光Pλ′1とな
る。なお、この遅延量（時間T0）は一定である。
これに対し、遅延量が順次に変えられる（シフト
される）遅延回路７からの信号により制御される
パルス光源８は、第２図ｂの如き波形のプローブ
パルス光Pλ2を出力する。ここで、トリガパルス
TSとプローブパルス光Pλ2の間の時間差Δtは遅延
回路７により定められる。
このような遅延被測定光Pλ′1とプローブパルス
光Pλ2が光結合器６で一本のビーム光とされ、
LiNbO3などの異方性結晶からなる非線形光学素
子９に入射されると、いわゆる和周波（又は差周
波）混合が生じる。すなわち、遅延被測定光Pλ′1
の波長をλ1、プローブパルス光Pλ2の波長をλ2と
すると、非線形光学素子９からは波長λ1，λ2，λ3
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∝Iλ′1・Iλ2 となり、各々の光の振動数をω1＝2π・ｃ／λ1・
ω2＝2π・ｃ／λ2、ω3＝2π・ｃ／λ3とすると
（ｃ：光速）、 ω3＝ω1＋ω2 となる。そこで、非線形光学素子９からの光を分
光器１０に通して波長λ3の光のみを光検出器１１
で検出すると、第２図ｅに斜線で示す光強度Iλ3
に対応した信号出力が得られる。
光Pλ2が光結合器６で一本のビーム光とされ、
LiNbO3などの異方性結晶からなる非線形光学素
子９に入射されると、いわゆる和周波（又は差周
波）混合が生じる。すなわち、遅延被測定光Pλ′1
の波長をλ1、プローブパルス光Pλ2の波長をλ2と
すると、非線形光学素子９からは波長λ1，λ2，λ3
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∝Iλ′1・Iλ2 となり、各々の光の振動数をω1＝2π・ｃ／λ1・
ω2＝2π・ｃ／λ2、ω3＝2π・ｃ／λ3とすると
（ｃ：光速）、 ω3＝ω1＋ω2 となる。そこで、非線形光学素子９からの光を分
光器１０に通して波長λ3の光のみを光検出器１１
で検出すると、第２図ｅに斜線で示す光強度Iλ3
に対応した信号出力が得られる。
光検出器１１の出力はデータ記録解析装置１２
に送られ、記録される。ここで、第２図に示すよ
うな処理は、被測定光Pλ1の波形の繰り返しごと
に、遅延時間Δtを順次に変えて実行される。従
つて、データ記録解析装置１２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、一周期
のサンプリング処理が終了した後に、これを
CRT等の表示装置１３で表示できる。
に送られ、記録される。ここで、第２図に示すよ
うな処理は、被測定光Pλ1の波形の繰り返しごと
に、遅延時間Δtを順次に変えて実行される。従
つて、データ記録解析装置１２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、一周期
のサンプリング処理が終了した後に、これを
CRT等の表示装置１３で表示できる。
上記のサンプリング作用を第３図のタイムチヤ
ートに示す。
ートに示す。
同図ａのように、波形が周期的に繰り返される
被測定光Pλ1から得られた同図ｂのトリガパルス
TSは、サンプリングのためのプローブパルス光
Pλ2（同図ｄ図示）のタイミングを定める規準と
なり、その時間差はΔt1，Δt2，……Δt6，Δt7…
…と順次変えられる。従つて、被測定光Pλ1と相
似の波形を、同図ｅに一点鎖線で示す如く和周波
光Pλ3により得ることができる。
被測定光Pλ1から得られた同図ｂのトリガパルス
TSは、サンプリングのためのプローブパルス光
Pλ2（同図ｄ図示）のタイミングを定める規準と
なり、その時間差はΔt1，Δt2，……Δt6，Δt7…
…と順次変えられる。従つて、被測定光Pλ1と相
似の波形を、同図ｅに一点鎖線で示す如く和周波
光Pλ3により得ることができる。
本発明については、各種の波形をすることが可
能である。
能である。
例えば、トリガパルスTSは第１図に点線T′Sで
示すように、被測定光源１の駆動信号から得るよ
うにしてもよい。プローブ用のパルス光源８とし
ては各種の超短光パルス発生装置を用い得るが、
半導体レーザを用いれば30〜5psecの超短光パル
スは十分に可能である。また、和または差周波混
合の変換効率を上げるために、導波路構造の非線
形光学素子を用いてもよく、このような導波路構
造はLiNbO3、MBANP（２−（α−メチルベンジ
ルアミノ）−５−ニトロピリジン）、AlGaAsなど
により形成できる。また、LiTaO3の非線形光学
素子を用いることもできる。
示すように、被測定光源１の駆動信号から得るよ
うにしてもよい。プローブ用のパルス光源８とし
ては各種の超短光パルス発生装置を用い得るが、
半導体レーザを用いれば30〜5psecの超短光パル
スは十分に可能である。また、和または差周波混
合の変換効率を上げるために、導波路構造の非線
形光学素子を用いてもよく、このような導波路構
造はLiNbO3、MBANP（２−（α−メチルベンジ
ルアミノ）−５−ニトロピリジン）、AlGaAsなど
により形成できる。また、LiTaO3の非線形光学
素子を用いることもできる。
分光手段１０は分光器または狭帯域の波長選択
フイルタを用いてもよい。例えば、被測定光Pλ1
が光フイアバ通信に用いられる波長λ1＝1.55μm
のレーザ光であり、プローブパルス光Pλ2が波長
λ2＝850nmであるときは、和周波光の波長はλ3＝
549nmであるので、このようなフイルタを用いれ
ばよい。なお、実施例では振動数がω3＝ω1＋ω2
となる和周波混合について説明したが、振動数が
ω4＝ω1−ω2となる差周波混合にも同様に適用で
きる。
フイルタを用いてもよい。例えば、被測定光Pλ1
が光フイアバ通信に用いられる波長λ1＝1.55μm
のレーザ光であり、プローブパルス光Pλ2が波長
λ2＝850nmであるときは、和周波光の波長はλ3＝
549nmであるので、このようなフイルタを用いれ
ばよい。なお、実施例では振動数がω3＝ω1＋ω2
となる和周波混合について説明したが、振動数が
ω4＝ω1−ω2となる差周波混合にも同様に適用で
きる。
以上、詳細に説明した通り本発明によれば、被
測定光から得られるトリガ信号に基づいて出射さ
れるプローブパルス光と、被測定光が一定時間遅
延された遅延被測定光が、和または差周波混合さ
れる。プローブパルス光が混合手段に入射するタ
イミングは、遅延被測定光が混合手段に入射する
タイミングに合わせると共に、遅延被測定光の波
形の繰り返しごとに順次に入射タイミングをシフ
トさせているので、プローブ光で遅延被測定光を
サンプリングすることができる。このため、波形
が高速で繰り返される被測定光（例えば光源から
のレーザ光そのもの）の波形を、精度よく観測す
ることができる。
測定光から得られるトリガ信号に基づいて出射さ
れるプローブパルス光と、被測定光が一定時間遅
延された遅延被測定光が、和または差周波混合さ
れる。プローブパルス光が混合手段に入射するタ
イミングは、遅延被測定光が混合手段に入射する
タイミングに合わせると共に、遅延被測定光の波
形の繰り返しごとに順次に入射タイミングをシフ
トさせているので、プローブ光で遅延被測定光を
サンプリングすることができる。このため、波形
が高速で繰り返される被測定光（例えば光源から
のレーザ光そのもの）の波形を、精度よく観測す
ることができる。
第１図は本発明の実施例に係る光波形観測装置
の構成図、第２図は被測定光Pλ1の波形の１回の
繰り返しにおけるタイミングを示す図、第３図は
サンプリングの様子を示す図である。 １……被測定光源、３……光分岐器、４……光
検出器、５……遅延用光フイアバ、６……光結合
器、７……遅延回路、８……パルス光源、９……
非線形光学素子、１０……分光手段、１１……光
検出器、１２……データ記録解析装置、１３……
表示装置、Pλ1……被測定光、Pλ′1……遅延被測
定光、Pλ2……プローブパルス光、Pλ3……和
（または差）周波混合光。
の構成図、第２図は被測定光Pλ1の波形の１回の
繰り返しにおけるタイミングを示す図、第３図は
サンプリングの様子を示す図である。 １……被測定光源、３……光分岐器、４……光
検出器、５……遅延用光フイアバ、６……光結合
器、７……遅延回路、８……パルス光源、９……
非線形光学素子、１０……分光手段、１１……光
検出器、１２……データ記録解析装置、１３……
表示装置、Pλ1……被測定光、Pλ′1……遅延被測
定光、Pλ2……プローブパルス光、Pλ3……和
（または差）周波混合光。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 波形が繰り返される被測定光の光波形を観測
する光波形観測装置において、 前記被測定光を一定時間遅延させて遅延被測定
光を出射する光学的遅延手段と、前記被測定光の
波形の繰り返しに同期したトリガ信号を得るトリ
ガ手段と、前記トリガ信号にもとづき前記被測定
光の波形よりも時間幅が十分に短く波長が異なる
プローブパルス光を出射するパルス光源と、前記
遅延被測定光と前記プローブパルス光を和または
差周波混合させる混合手段と、前記プローバパル
ス光が前記混合手段に入射するタイミングを前記
遅延被測定光が前記混合手段に入射するタイミン
グに合わせると共に、前記遅延被測定光の波形の
繰り返しごとに順次に入射タイミングをシフトさ
て当該遅延被測定光をサンプリングする遅延手段
と、サンプリングされた前記混合手段による和ま
たは差周波光成分を抽出して記録、解析すること
により、前記被測定光よりも低速で波形が繰り返
される光観測波形を求める記録解析手段とを備え
ることを特徴とする光波形観測装置。 ２ 前記記録解析手段の出力にもとづき前記光観
測波形を表示する表示手段を更に備えることを特
徴とする請求項１記載の光波形観測装置。 ３ 前記トリガ手段は前記被測定光を検出してト
リガ信号を出力する光検出器を有する請求項１記
載の光波形観測装置。 ４ 前記トリガ手段は前記被測定光を出射する光
源の駆動信号からトリガ信号を出力する請求項１
記載の光波形観測装置。 ５ 前記混合手段は非線形光学素子を有する請求
項１記載の光波形観測装置。 ６ 前記非線形光学素子は導波路構造のLiNbO3
から形成されている請求項５記載の光波形観測装
置。 ７ 前記非線形光学素子は導波路構造の
MBANPから形成されている請求項５記載の光
波形観測装置。 ８ 前記非線形光学素子は導波路構造のAlGaAs
から形成されている請求項５記載の光波形観測装
置。 ９ 前記非線形光学素子はLiTaO3から形成され
ている請求項５記載の光波形観測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4615589A JPH02226026A (ja) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | 光波形観測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4615589A JPH02226026A (ja) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | 光波形観測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02226026A JPH02226026A (ja) | 1990-09-07 |
| JPH0574013B2 true JPH0574013B2 (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=12739102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4615589A Granted JPH02226026A (ja) | 1989-02-27 | 1989-02-27 | 光波形観測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02226026A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111189619A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-22 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种激光器调谐精度的测量装置及方法 |
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