JPH1194646A - 光サンプリング波形測定装置及び偏波分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 たとえ被測定光の偏光状態が変動したとして
もこの被測定光のパルス波形を精度よく測定する。 【解決手段】 被測定光ａよりパルス幅の狭い単一偏波
面を有するサンプリング光ｂ₁ のパルス列を発生するサ
ンプリング光源１０と、出力されたサンプリング光及び
被測定光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光にそれ
ぞれ分離し、偏波面が互いに９０度異なる先に分離され
たサンプリング光と被測定光とを２組合波してそれぞれ
別光路に出力する偏波分離器１１と、各光路へ出力され
た偏波面が互いに９０度異なるサンプリング光と被測定
光との相互相関信号を和周波光として発生する一対の非
線形光学材料１ａ，１ｂと、出力された和周波光を電気
信号に変換する一対の受光器７ａ，７ｂと、出力された
各電気信号を加算し、加算後の電気信号を処理してパル
ス波形を表示する信号処理部１２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信等に用いられ
る光信号のパルス波形を和周波光を利用して測定する光
サンプリング波形測定装置及びこの測定装置内に組込む
ことが可能な偏波分離器に関する。

【０００２】

【従来の技術】新規に光通信システムを構築したり、新
規に光伝送装置を製作したり、光通通信の品質を把握す
るためにこれらを定期的に点検する場合に、送受信され
るデジタルの光信号のパルス波形を測定することは重要
なことである。

【０００３】この光信号のパルス波形を測定する従来の
手法として、パルス波形を含む光信号を例えば光電変換
器を用いて電気信号に変換して、この電気信号に変換さ
れたパルス波形をオシロスコープの表示画面上に表示出
力するようにしていた。

【０００４】しかしながら、近年、光信号における情報
の伝送速度が高くなり、１０Ｇbit/s 以上の高速光伝送
が計画されている。しかし、数１０Ｇbit/s を越える高
速の光信号においては、光信号を電気信号に変換する光
電変換器の応答速度が追従できない。

【０００５】このような不都合を解消するために、光信
号のパルス波形を和周波光を利用して測定する光サンプ
リング波形測定装置が開発されている（特公平６−６３
８６９号公報）。

【０００６】図１５及び図１６はこの光サンプリング波
形測定装置の測定原理を説明するための図である。例え
ば測定対象のパルス波形の繰返し周波数ｆを有する被測
定光ａと、この被測定光ａのパルス幅より格段に狭いパ
ルス幅を有し、かつ被測定光ａの繰返し周波数ｆより若
干低い（又は高い）繰返し周波数（ｆ−Δｆ）を有した
サンプリング光ｂとを第２種位相整合（タイプ２とも呼
ばれているので、以後、タイプ２と称する）の非線形光
学材料１に同時に入射すると、２つの光ａ、ｂが同時に
重なった場合のみ、この２つの光ａ、ｂの強度の積に比
例した和周波光ｃが出力される。

【０００７】この和周波光ｃの繰返し周波数はサンプリ
ング光ｂの繰返し周波数（ｆ−Δｆ）であるので、光電
変換器の応答速度はこの繰返し周波数（ｆ−Δｆ）より
高ければよく、しかも時間分解能はサンプリング光ｂの
パルス幅で定まるので、図１５に示すように、被測定光
ａのパルス波形を正確に測定できる。

【０００８】図１６（ａ）に示すように、タイプ２の非
線形光学材料１の一方面に角周波数ω_D を有する被測定
光ａと角周波数ω_S を有するサンプリング光ｂとを互い
の変波面が直交する方向に入射すると、両光ａ，ｂが位
相整合されている条件においては、他方面から和の角周
波数（ω_S ＋ω_D ）を有する和周波光ｃが出力される。

【０００９】図１６（ｂ）は、被測定光ａとサンプリン
グ光ｂと和周波光ｃにおける角周波数ωと光パワーＰと
の関係を示す図である。

【００１０】和周波光ｃの光強度をＰ_SFG とし、被測定
光ａとサンプリング光ｂの各光強度をＰ_SIG 、Ｐ_SAM と
すると、和周波光ｃの光強度Ｐ_SFG は一般に(1) 式で示
される。

【００１１】 Ｐ_SFG ＝η・Ｐ_SIG ・Ｐ_SAM …(1) なお、ηは非線形変換効率定数であり、採用される非線
形光学材料１の種類や材質によって一義的に定まる値で
ある。この非線形変換効率定数ηは例えば１０^-5〜１０
^-4と非常に小さい値である。したがって、光サンプリン
グ波形測定装置としては、この非線形変換効率定数ηの
大きい非線形光学材料１を採用する必要がある。光サン
プリング波形測定装置においては、非線形光学材料１と
して、ＫＤＰ（ＫＨ₂ ＰＯ₄ ）、ＬＮ（ＬｉＮｂ
Ｏ₃ ）、ＬＴ（ＬｉＴａＯ₃ ）、ＫＮ（ＫＮｂＯ₃ ）等
が採用されている。

【００１２】図１７は上述したタイプ２の非線形光学材
料１が組込まれた光サンプリング波形測定装置の概略構
成を示すブロック図である。外部から入力された光の角
周波数ω_D でパルス波形の繰返し周波数ｆを有する連続
する被測定光ａは、偏光方向制御器２にてその偏波面が
例えば基準方向（０度方向）に対して９０度方向に制御
されたのち合波器３へ入射される。

【００１３】一方、サンプリング光源４は、前記被測定
光ａの角周波数ω_D とは異なる角周波数ω_S でパルス波
形の繰返し周波数（ｆ−Δｆ）を有する連続するサンプ
リング光ｂを出力する。このサンプリング光ｂのパルス
幅は、図１５に示すように、被測定光ａのパルス幅に比
較して格段に狭く設定されている。サンプリング光源４
から出力されたサンプリング光ｂは偏光方向制御器５に
てその偏波面が例えば基準方向（０度方向）に制御され
たのち合波器３へ入射される。

【００１４】例えばビームスプリッタ（ＢＳ）等で構成
された合波器３は、ハーフミラー３ａで入射光を直進さ
せるとともに直角方向に反射させる。したがって、この
合波器３の後方でかつサンプリング光ｂの光軸上に配設
されたタイプ２の非線形光学材料１の一方面には、基準
方向（０度方向）の偏波面を有するサンプリング光ｂと
基準方向（０度方向）に対して９０方向の偏波面を有す
る被測定光ａが同時に入射される。

【００１５】したがって、このタイプ２の非線形光学材
料１の他方面から角周波数（ω_S ＋ω_D ）を有する和周
波光ｃが出力される。非線形光学材料１から出力された
和周波光ｃは光学フィルタ６を介して受光器７へ入射さ
れる。なお、非線形光学材料１から出力された和周波光
ｃには上述した二つの光ｂ，ａの各角周波数ω_S ，ω_D
の和の角周波数（ω_S ＋ω_D ）の他に、微小ながら各角
周波数ω_S ，ω_D の２倍の角周波数２ω_S ，２ω_D 、及
び変換されなかった各角周波数ω_S ，ω_D も含まれるの
で、光フィルタ６でこれらの角周波数２ω_S ，２ω_D ，
ω_S ，ω_D の成分を除去する。

【００１６】受光器７は和周波光ｃを電気信号ｄへ変換
して次の電気信号処理系８へ送出する。電気信号処理系
８は入力した図１５に示す和周波光ｃと同一波形を有す
る電気信号ｄから、前述した手法で時間方向に拡大した
被測定光ａの光パルス波形を作成して、表示器９へ表示
出力する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１７
に示す光サンプリング波形測定装置においても、まだ改
良すべき次のような課題があった。

【００１８】すなわち、タイプ２の非線形光学材料１か
ら出力される和周波光ｃの光強度Ｐ_SFG は、(1) 式でも
説明したように非線形光学材料１に入力されるサンプリ
ング光の基準方向（例えば０度方向）成分の光強度Ｐ
_SAM と、被測定光ａの基準方向に対して９０度方向の成
分の光強度Ｐ_SIG と、非線形変換効率ηとの積で示され
る。

【００１９】つまり、この光サンプリング波形測定装置
では非線形光学材料１に入力されるサンプリング光ｂの
偏波面と被測定光ａの偏波面が直線偏光であり、かつ２
つの光の偏波面の方向が完全に直交しているとき、和周
波光ｃの発生光強度Ｐ_SFG は最大となる。

【００２０】したがって、少しでも感度よく安定に波形
測定を行いたい場合は被測定光ａの光パルス波形の測定
作業を開始する前に、和周波光ｃの光強度Ｐ_SFG におい
て最大値が得られるように（前述の条件を満たすよう
に）各偏光方向制御器２，５により各偏光状態を調整
し、その状態を安定に保つ必要があった。

【００２１】サンプリング光源４と偏光方向制御器５と
の距離は短いので、偏光方向制御器５に入射するサンプ
リング光ｂの偏光状態の変動は鈍く、ほば測定時間内で
あれば一定状態を維持できる。しかしながら、被測定光
ａが通信ネットワーク用の長距離シングルモード光ファ
イバを経由した信号や、温度状態が不安定な光通信機器
内配線を経由した信号である場合は、その偏光状態が時
間経過とともに大きく変動するために、測定作業開始時
に行った調整から偏光状態がずれてしまい短時間で測定
波形に変動が生じる懸念があった。

【００２２】つまり、測定開始後においては、各偏光方
向制御器２、５を随時調整しない限りは、被測定光ａの
偏光状態が変化すると、偏光方向制御器２から出力され
る被測定光ａの９０度方向成分が小さくなる。このこと
は、合波器３のハーフミラ−３ａで反射されて非線形光
学材料１へ入射される被測定光ａの光強度Ｐ_SIG が変動
することを意味し、結果として測定精度の劣化につなが
る課題があった。

【００２３】また、測定開始後に各偏光状態を随時調整
することは可能だが、実際に信号強度が減ったのか偏光
状態がずれたのかが瞬時に判断できないことと測定時に
頻繁に調整を行わなければならなくなることから実用上
不便である。

【００２４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、サンプリング光及び被測定光をそれぞれ偏
波面毎に分離して個別に和周波光を求め相補的処理によ
って、たとえ被測定光の偏光状態が時間的に変動したと
しても、常に被測定光の正しいパルス波形の測定が実施
できる光サンプリング波形測定装置及ぴ偏波分離器を提
供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に請求項１の光サンプリング波形測定装置においては、
被測定光よりパルス幅の狭い単一偏波面を有するサンプ
リング光のパルス列を発生するサンプリング光源と、こ
のサンプリング光源から出力されたサンプリング光及び
被測定光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光にそれ
ぞれ分離し、偏波面が互いに９０度異なる分離されたサ
ンプリング光と被測定光とを２組合波してそれぞれ別光
路に出力する偏波分離器と、この各光路へ出力された偏
波面が互いに９０度異なるサンプリング光と被測定光と
の相互相関信号を和周波光として発生する一対の第２種
位相整合をなしうる非線形光学材料と、各非線形光学材
料から出力された和周波光を電気信号に変換する一対の
受光器と、各受光器から出力された各電気信号を加算
し、加算後の電気信号を処理して被測定光の光パルス波
形を表示する信号処理部とを備えている。

【００２６】このように構成された光サンプリング波形
測定装置に組込まれた偏波分離器においては、入射した
サンプリング光と被測定光はそれぞれ互いに偏波面が９
０度異なる２つの光に分離される。したがって、合計４
つの光が発生する。さらに、この４つの光から互いに偏
波面が直交するようにサンプリング光と被測定光とを合
波した２組（例えば、基準方向に偏波面を有するサンプ
リング光と基準方向に対して９０度方向に偏波面をもつ
被測定光の組み、基準方向に偏波面を有する被測定光と
基準方向に対して９０度方向に偏波面をもつサンブリン
グ光の組み）の光がそれぞれ異なる光路にそれぞれ出力
される。

【００２７】そして、各光路から出力された互いに偏波
面が９０度異なる合波された各組みのサンプリング光と
被測定光はそれぞれの非線形光学材料に入射されて、そ
れぞれ個別の和周波光として出カされる。そして、各和
周波光はそれぞれ個別の受光器で電気信号に変換された
後に加算され、被測定光の光パルス波形が求められる。

【００２８】このため、被測定光の偏光状態が変化した
場合においても本構成では、偏波分離器の一方の光路か
ら出力される被測定光の光強度は低下するものの、他の
光路から出力される被測定光の光強度が増すような相補
的動作となることから、結果として被測定光の偏光状態
の変動に起因する和周波光の増減が相殺されて、加算さ
れた電気信号に変動分はほとんど含まれなくなり、被測
定光の光パルス波形を精度よく測定できる。

【００２９】請求項２の光サンプリング波形測定装置に
おいては、被測定光よりパルス幅の狭いサンプリング光
のパルス列を発生するサンプリング光源と、サンプリン
グ光源から出力されたサンプリング光の偏波面を特定方
向に制御する偏光制御部と、偏光制御部から出力された
サンプリング光及び被測定光を互いに偏波面が９０度異
なる２つの光にそれぞれ分離し、偏波面が互いに９０度
異なる前記分離されたサンプリング光と被測定光とを２
組合波してそれぞれ別光路に出力する偏波分離器と、各
光路へ出力された偏波面が互いに９０度異なるサンプリ
ング光と被測定光との相互相関信号を和周波光として発
生する一対の第２種位相整合をなしうる非線形光学材料
と、各非線形光学材料から出力された和周波光を電気信
号に変換する一対の受光器と、各受光器から出力された
各電気信号を加算し、加算後の電気信号を処理して被測
定光の光パルス波形を表示する信号処理部とを備えてい
る。

【００３０】このように構成された光サンプリング波形
測定装置においては、サンプリング光源と偏波分離器と
の間にサンプリング光の偏光状態を制御する偏光制御部
が介在している。そのため、サンプリング光の偏光状態
にかかわらず偏波分離器で互いに偏波面が直交する２つ
の光に分離したときに、分離後の２つの光強度を等しく
するように設定可能である。

【００３１】このため、被測定光の偏光状態が変化した
場合においても本構成では、偏波分離器の一方の光路か
ら出力される被測定光の光強度は低下するものの、他の
光路から出力される被測定光の光強度が増すような相補
的動作となることから、結果として被測定光の偏光状態
の変動に起因する和周波光の増減が相殺されて、加算さ
れた電気信号に変動分はほとんど含まれなくなり、被測
定光の光パルス波形を精度よく測定できる。

【００３２】請求項３の光サンプリング波形測定装置に
おいては、被測定光よりパルス幅の狭い単一偏波面を有
するサンプリング光のパルス列を発生するサンプリング
光源と、サンプリング光源から出力されたサンプリング
光及び被測定光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光
にそれぞれ分離し、偏波面が互いに９０度異なる前記分
離されたサンプリング光と被測定光とを２組合波してそ
れぞれ別光路に出力する偏波分離器と、各光路へ出力さ
れた偏波面が互いに９０度異なるサンプリング光と被測
定光との相互相関信号を和周波光として発生する一対の
第２種位相整合をなしうる非線形光学材料と、各非線形
光学材料から出力された和周波光を電気信号に変換する
一対の受光器と、各受光器から出力された各電気信号に
対してサンプリング光の偏波分離器に対する入射偏波面
の方向に応じた重み付を行い、この重み付された各電気
信号を加算し、加算後の電気信号を処理して被測定光の
光パルス波形を表示する信号処理部とを備えている。

【００３３】このように構成された光サンプリング波形
測定装置においては、各受光器から出力された各電気信
号に対してサンプリング光の偏波分離器での分岐比に応
じた補正を加算前の電気段で行うことにより、被測定光
の偏光状態が変動しても測定結果の変動がなくなるよう
にしている。

【００３４】請求項４の光サンプリング波形測定装置に
おいては、各非線形光学材料と各受光器との間に通過周
波数範囲が和周波光の周波数範囲に設定された一対の光
フィルタが設けられている。

【００３５】前述したように、非線形光学材料から出力
される光には、被測定光とサンプリング光の各周波数の
和の角周波数の他に微細な偏光消光比に起因する各角周
波数の２倍の成分と和周波光に変換されずそのまま非線
形光学材料を透過するサンプリング光と被測定光の成分
がある。そのため、この光フィルタではこれら不要成分
を除去し、和周波光成分のみを切り出すために設けられ
ている。

【００３６】請求項５の光サンプリング波形測定装置に
おいては、被測定光よりパルス幅の狭いサンプリング光
のパルス列を発生するサンプリング光源と、サンプリン
グ光源から出力されたサンプリング光の偏波面を特定方
向に制御する偏光制御部と、偏光制御部から出力された
サンプリング光及び被測定光を互いに偏波面が９０度異
なる２つの光にそれぞれ分離し、偏波面が互いに９０度
異なる前記分離されたサンプリング光と被測定光とを２
組合波してそれぞれ別光路に出力する偏波分離器と、各
光路へ出力された偏波面が互いに９０度異なるサンプリ
ング光と被測定光との相互相関信号を和周波光として発
生する一対の第２種位相整合をなしうる非線形光学材料
と、各非線形光学材料から出力された和周波光を電気信
号に変換する一対の受光器と、各非線形光学材料と各受
光器との間に設けられ、通過周波数範囲が和周波光の周
波数範囲に設定された一対の光フィルタと、各受光器か
ら出力された各電気信号に対して前記サンプリング光の
偏波分離器に対する入射偏波面の方向に応じた重み付を
行い、この重み付された各電気信号を加算し、加算後の
電気信号を処理して被測定光の光パルス波形を表示する
信号処理部とを備えている。

【００３７】このように構成された光サンプリング波形
測定装置には、上述した全ての機能が付加されていて
る。

【００３８】請求項６の光サンプリング波形測定装置に
おいては、偏波分離器を、入射したサンプリング光及び
被測定光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光にそれ
ぞれ分離する一対の方解石と、この一対の方解石のうち
の一方の方解石から出力された互いに偏波面が９０度異
なる２つの光の偏光状態を９０度回転させる１／２波長
板と、一対の方解石のうちの他方の方解石及び１／２波
長板から出力された偏波面が９０度異なるサンプリング
光と被測定光とを組み合せ集光合波する一対の集光レン
ズとで構成している。

【００３９】さらに、請求項７の光サンプリング波形測
定装置においては、偏波分離器を、サンプリング光及び
被測定光が入射され、互いに偏波面が９０度異なる１組
のサンプリング光と被測定光との合波と、互いに偏波面
が９０度異なるサンプリング光と被測定光との合計３つ
の光を出力する第１の方解石と、この第１の方解石から
出力された３つの光の偏光状態を９０度回転させる１／
２波長板と、この１／２波長板から出力された互いに偏
波面が９０度異なるサンプリング光と被測定光とを合波
して出力する第２の方解石とで構成している。

【００４０】このように入射した光を互いに偏波面が９
０度異なる二つの光に分光する物理的性質を有する複数
の方解石を組合わせて偏波分離器を簡単に構成すること
ができる。また、１／２波長板を光路に介在させること
によって、互いに偏波面が９０度異なるサンプリング光
と被測定光とを合波する集光レンズや第２の方解石に入
射する各光の光路長を簡単に等しく設定できる。

【００４１】請求項８の偏波分離器は、入射した第１の
光と第２の光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光に
それぞれ分離する一対の方解石と、この一対の方解石の
うちの一方の方解石から出力された互いに偏波面が９０
度異なる２つの光の偏光状態を９０度回転させる１／２
波長板と、一対の方解石のうちの他方の方解石及び１／
２波長板から出力された偏波面が９０度異なる第１の光
と第２の光とを組み合せ集光合波する一対の集光レンズ
とを備えたものである。

【００４２】また、請求項９の偏波分離器は、第１の光
と第２の光が入射され、互いに偏波面が９０度異なる１
組の第１の光と第２の光との合波と、互いに偏波面が９
０度異なる第１の光と第２の光との合計３つの光を出力
する第１の方解石と、この第１の方解石から出力された
３つの光の偏光状態を９０度回転させる１／２波長板
と、この１／２波長板から出力された互いに偏波面が９
０度異なる第１の光と第２の光とを合波して出力する第
２の方解石とを備えたものである。

【００４３】請求項１０の偏波分離器は、入射した第１
の光と第２の光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光
にそれぞれ分離する第１の方解石部と、この第１の方解
石部から出力された４つの光から偏波面が互いに９０度
異なる第１の光と第２の光とを２組合波して、それぞれ
別光路に出力する第２の方解石部とを備えたものであ
る。

【００４４】さらに、請求項１１の偏波分離器は、第１
の光と第２の光が入射され、互いに偏波面が９０度異な
る１組の第１の光と第２の光との合波と、互いに偏波面
が９０度異なる第１の光と第２の光との合計３つの光を
出力する第１の方解石と、この第１の方解石から出力さ
れた互いに偏波面が９０度異なる第１の光と第２の光と
合波して出力する第２の方解石とを備えたものである。

【００４５】このように、請求項８乃至請求項１１の各
偏波分離器においては、入射した光を互いに偏波面が９
０度異なる二つの光に分光する物理的性質を有する複数
の方解石や１／２波長板や集光レンズ等を適宜組合わせ
て偏波分離器を簡単に構成することができ、この偏波分
離器を上述した光サンプリング波形測定装置以外にも各
種の光学装置に用いることができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下本発明の各実施形態を図面を
用いて説明する。

【００４７】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係わる光サンプリング波形測定装置の概略構成を
示すブロック図である。図１７に示す従来の光サンプリ
ング波形測定装置と同一部分には同一符号を付して重複
する部分の詳細説明を省略する。

【００４８】この光サンプリング波形測定装置において
は、サンプリング光源１０から出力されるサンプリング
光ｂ₁ の光軸上に、偏波分離器１１、非線形光学部材１
ａ、受光器７ａが配設され、外部から入力される被測定
光ａの光軸上に、前記偏波分離器１１、非線形光学部材
１ｂ、受光器７ｂが配設されている。さらに、各受光器
７ａ，７ｂから出力された各電気信号を処理する加算回
路１２ａと表示処理部１２ｂからなる信号処理部１２と
モニタ装置１３が設けられている。

【００４９】次に各部の詳細動作を説明する。

【００５０】外部から入力された角周波数ω_D でパルス
波形の繰返し周波数ｆを有する連続する被測定光ａは、
偏波分離器１１へ入射される。一方、サンプリング光源
１０は、前記被測定光ａの角周波数ω_D とは異なる角周
波数ω_S でパルス波形の繰返し周波数（ｆ−Δｆ）を有
する連続するサンプリング光ｂ₁ を出力する。このサン
プリング光ｂ₁ のパルス幅は、被測定光ａのパルス幅に
比較して格段に狭く設定されている。このサンプリング
光ｂ₁ は、図示するように、基準方向（０度方向）に対
して４５度方向を向く単一偏波面を有している。サンプ
リング光源１０から出力されたサンプリング光ｂ₁ は偏
波分離器１１へ入射される。

【００５１】例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）等
で構成された偏波分離器１１には、表面が偏光コーティ
ングされたハーフミラー１１ａが組込まれている。この
ハーフミラー１１ａは、入射した光のうち基準方向（０
度方向）に対して９０度方向の偏光成分をそのまま通過
させ、入射した光のうち基準方向（０度方向）方向の偏
光成分を反射させる。

【００５２】サンプリング光源１０から出力されたほぼ
４５度方向の偏波面を有するサンプリング光ｂ₁ のうち
の９０度方向の偏光成分ｂ₂ 及び被測定光ａのうちの基
準方向（０度方向）の偏光成分ａ₂ はタイプ２の非線形
光学部材１ａへ入射される。一方、サンプリング光ｂ₁
のうちの基準方向の偏光成分ｂ₃ 及び被測定光ａのうち
の９０度方向の偏光成分ａ₃ は別のタイプ２の非線形光
学部材１ｂへ入射される。

【００５３】非線形光学部材１ａには偏波面が互いに９
０度異なる方向に設定されたサンプリング光ｂ₂ ，被測
定光ａ₂ が入力されるので、位相整合を満足し、タイプ
２の非線形光学部材１ａから角周波数（ω_S ＋ω_D ）を
有する和周波光ｃ₂ が次の受光器７ａへ出力される。

【００５４】同様に、非線形光学部材１ｂには偏波面が
互いに９０度異なる方向に設定されたサンプリング光ｂ
₃ ，被測定光ａ₃ が入力されるので、位相整合を満足
し、タイプ２の非線形光学部材１ｂから角周波数（ω_S
＋ω_D ）を有する和周波光ｃ₃が次の受光器７ｂへ出力
される。

【００５５】各受光器７ａ，７ｂは入射した各和周波光
ｃ₂ ，ｃ₃ をそれぞれ電気信号ｄ₂，ｄ₃ に変換して信
号処理部１２へ送信する。信号処理部１２内へ入力した
各電気信号ｄ₂ ，ｄ₃ は加算回路１２ａで信号加算され
て新規の電気信号ｄ₄ として表示制御部１２ｂへ入力さ
れる。表示制御部１２ｂは加算後の電気信号ｄ₄ を例え
ば包絡線検波を実施することによって、被測定光ａの光
パルス波形を求めて、モニタ装置１３へ表示出力する。

【００５６】このような構成の光サンプリング波形測定
器では、サンプリング光源１０から出力されるサンプリ
ング光ｂ₁ の偏波面が基準方向からほぼ４５度方向であ
り、しかも偏波分離器１１のハーフミラ−１１ａがサン
プリング光ｂ₁ 及ぴ被測定光ａの光軸に対してほぼ４５
度方向に設定されているため、偏波分離器１１での透過
光強度と反射光強度はほぽ等しい。

【００５７】つまり、偏波分離器１１で分離されるサン
プリング光ｂ₁ のうち基準方向の偏光成分ｂ₃ の光強度
と基準方向に対して９０度方向の偏光成分ｂ₂ の光強度
とがほぼ等しくなっている。

【００５８】その一方で、被測定光ａの偏光状態は外乱
によって乱されるため、偏波分離器１１から出力される
基準方向の偏波面を有する被測定光ａ₂ の光強度と基準
方向に対して９０度方向の偏波面を有する被測定光ａ₃
の光強度とは等しくならないことから、大きくなった被
測定光ａ₂ （ａ₃ ）が入射される非線形光学材料１ａ
（１ｂ）から出射される和周波光ｃ₂ （ｃ₃ ）の光強度
が大きくなり、小さくなった被測定光ａ₃ （ａ₂ ）が入
射される非線形光学材料１ｂ（１ａ）から出射される和
周波光ｃ₃ （ｃ₂ ）の光強度が小さくなる。

【００５９】したがって、それぞれの非線形光学材料１
ａ，１ｂから出力される和周波光ｃ₂ ，ｃ₃ の光強度は
被測定光ａの偏光状態で変動する。しかしながら、和周
波光ｃ₂ 、ｃ₃ を各受光器７ａ、７ｂで光電変換した電
気信号ｄ₂ 、ｄ₃ を加算した電気信号ｄ₄ はもともと１
つの被測定光ａを分岐して得た信号であるため、電気信
号ｄ₂ と電気信号ｄｄ₃ とが相補的な動作を行い、被測
定光ａの偏光状態の変動に起因する測定パルスの波形変
化が相殺されることになる。

【００６０】すなわち、電気信号ｄ₂ 、ｄ₃ を加算した
電気信号ｄ₄ が安定化されるため表示部１２ｂにおいて
被測定光ａのパルス波形を偏光状態に関係なく精度よく
測定できるようになる。

【００６１】ここまでは、サンプリング光ｂ₁ の偏波分
離器１１での分岐比をほぼ１：１としてきたが、本構成
において実際にサンプリング光ｂ₁ の分岐比が波形測定
時に与える影響を定量的に以下に見積もる。

【００６２】すなわち、第２種位相整合を取り得る非線
形光学材料１ａ（ｌｂ）から出力される和周波光ｃ
₂ （ｃ₃ ）の光強度Ｐ_SFG は、非線形光学材料１ａ（１
ｂ）に入力される偏波面が直交関係にある被測定光ａと
サンプリング光ｂ₁ の各光強度を各々Ｐ_SIG ，Ｐ_SAM と
すると Ｐ_SFG ＝η・Ｐ_SIG ・Ｐ_SAM …(2) となる。但し、ηは非線形変換効率定数である。

【００６３】今ここで、改めて、サンプリング光ｂ₁ の
偏波分離器１１ａを透過した９０度方向の偏光成分ｂ₂
の光強度をｎ・Ｐ_SAM とし、一方、サンプリング光ｂ₁
の偏波分離器１１ａで反射された基準方向の偏光成分ｂ
₃ の光強度を（１−ｎ）・Ｐ_SAM （但し、０≦ｎ≦１）
と表現すると、光強度Ｐ_SAM は以下のように表せる。

【００６４】 Ｐ_SAM ＝［ｎＰ_SAM ］₉₀＋［（１−ｎ）Ｐ_SAM ］₀ …(3) 但し、［ ］₉₀は９０度方向の光強度を示し、［ ］₀
基準方向（０度方向）の光強度を示す。

【００６５】同様に、被測定光ａの偏光状態が変動する
として、被測定光ａの偏波分離器１１ａで反射された基
準方向の偏光成分ａ₂ の光強度をｍ・Ｐ_SIG とし、一
方、被測定光ａの偏波分離器１１ａを透過した９０度方
向の偏光成分ａ₃ の光強度を（１−ｍ）・Ｐ_SIG （但
し、０≦ｍ≦１）と表現すると、光強度Ｐ_SIG は以下の
ように表せる。

【００６６】 Ｐ_SIG ＝［ｍＰ_SIG ］₀ ＋［（１−ｍ）Ｐ_SIG ］₉₀ …(4) 但し、［ ］₉₀は９０度方向の光強度を示し、［ ］₀
基準方向（０度方向）の光強度を示す。

【００６７】したがって、(2)(3)(4) 式から(5) 式が得
られる。

【００６８】Ｐ_SFG ＝η・｛［ｎＰ_SAM ・ｍＰ_SIG ］₉₀ ＋［（１−ｎ）・（１−ｍ）・Ｐ_SAM ・Ｐ_SIG ］₀ ｝ …(5) ここで、非線形変換効率ηは定数であるため、今必要な
本質的なものだけを取り出し、和周波光ｃ₂ と和周波光
ｃ₃ とを合計した光強度Ｐ_SFG に関する式を整理すると
(6) 式となる。

【００６９】 Ｐ_SFG ∝（２ｎｍ−ｎ−ｍ＋１）Ｐ_SAM ・Ｐ_SIG …(6) 図２（ａ）は、ｍを０または１に固定し、ｎを０から１
まで変化させたときに得られる和周波光ｃ₂ と和周波光
ｃ₃ との合計の光強度変化を(6) 式から求めた概略図で
ある。一方、図２（ｂ）は従来方式である基準方向（ま
たは基準方向に対して９０度異なる方向のどちらか）の
偏波面を有するサンプリング光のみを利用した時の、つ
まりｎを１（又は０）のみに固定し、ｍを０から１まで
変化させたときの得られる和周波光強度の出力変化を表
す概略図である。

【００７０】この図２（ａ）からｎ又はｍが変化すると
和周波光ｃ₂ と和周波光ｃ₃ とを合計した和周波光強度
Ｐ_SFG が大きく変動する一方、ｍがどのような値（被測
定光の偏光状態がいかよう）に変化してもｎがほぼ０．
５（偏波分離器での分岐比が１：１）であれば和周波光
ｃ₂ と和周波光ｃ₃ との合計の光強度Ｐ_SFG は一定とな
る点が本方法にはあることが理解できる。しかしなが
ら、従来方法には図２（ｂ）に示すようにそのような点
は存在せず、偏光状態の変動による測定波形の変動は回
避しがたいことが理解できる。

【００７１】図３を用いて、もう一度、解りやすく説明
する。

【００７２】図３は(6) 式をもとにｎの値に対してｍが
０から１まで、つまり取り得うる最小値から最大値まで
変化したときの和周波光ｃ₂ と和周波光ｃ₃ との合計の
光強度Ｐ_SFG の計算を実施した例であり、図４はｎが
０．４から０．６までの範囲に固定されたときに、ｍが
０から１まで変化した場合に得られる和周波光ｃ₂ と和
周波光ｃ₃ との合計の光強度Ｐ_SFG の変動幅の計算例
で、また図５はその中心部の拡大図である。

【００７３】例えば、被測定光ａの偏波変動により生じ
る光波形の変動の許容値を仮に１％とすると、図５から
ｎの範囲は以下のように求まる。

【００７４】 ０．４７９５≦ｎ≦０．５０２５ …(7) このことは、言いかえればｎの値を(7) の範囲にすれば
１％の波形変動内で光パルスを測定可能であることを意
昧している。

【００７５】この値は光の偏波面のみの調整で得るには
非常に高度な調整作業を必要とするが、電気段の重み付
け処理を用いることにより簡単に調整可能な値である。
ここで光波形変動の許容値を１％として説明したが、許
容値が大きくなれば、(7) 式の範囲が大き＜なることは
言うまでもない。

【００７６】したがって、本方式は図１に示すように２
個の非線形光学材料１ａ，１ｂを用いて各非線形光学材
料１ａ、１ｂから出力される個別の和周波光ｃ₂ ，ｃ₃
の光強度を加算することにより、被測定光ａの偏光状態
変動に影響されず、高い精度で被測定光ａの光パルス波
形を測定できることが理解できる。このように、図１に
示す第１の実施形態の光サンプリング波形測定装置にお
いては以上の理由から被測定光ａの偏光状態に影響され
ず、高い精度で被測定光ａの光パルス波形が測定可能と
なる。

【００７７】（第２実施形態）図６は本発明の第２実施
形態に係わる光サンプリング波形測定装置の概略構成を
示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の光サ
ンプリング波形測定装置と同一部分には同一符号が付し
てある。したがって、重複する部分の詳細説明は省略さ
れている。

【００７８】この第２実施形態の光サンプリング波形測
定装置においては、サンプリング光源１０と偏波分離器
１１との間に、例えば１／２波長板や１／４波長板等か
らなる偏光制御部１４が介挿されている。この偏光制御
部１４は、サンプリング光源１０から出力されたサンプ
リング光ｂ₄ の偏光面の方向を基準方向（０度方向）に
対して４５度方向に設定する機能を有する。したがっ
て、この偏光制御部１４から偏波分離器１１へ入射され
るサンプリング光ｂ₅ の偏波面の方向は正確に４５度方
向に設定される。

【００７９】この場合、偏波分離器１１で分離されて、
各非線形光学部材１ａ，１ｂに入力される９０度方向及
び基準方向の各サンプリング光ｂ₂ ，ｂ₃ の各光強度Ｐ
_SAMを等しくできるので、各和周波光ｃ₂ ，ｃ₃ の加算
電気信号ｄ₄ の変動を抑制できる。したがって、これら
を加算した信号から得られる被測定光ａの光パルス波形
の測定精度をより一層向上できる。

【００８０】また、この場合、サンプリング光源１０か
ら出力されるサンプリング光ｂ₄ の偏波面は特に４５度
方向に設定する必要がない。

【００８１】（第３実施形態）図７は本発明の第３実施
形態に係わる光サンプリング波形測定装置の概略構成を
示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の光サ
ンプリング波形測定装置と同一部分には同一符号が付し
てある。したがって、重複する部分の詳細説明は省略さ
れている。

【００８２】この３実施形態の光サンプリング波形測定
装置における信号処理部１２内には加算回路１２ａ、表
示制御部１２ｂの他に一対の重み付け回路１５ａ，１５
ｂが組込まれている。

【００８３】すなわち、第１の実施形態においては、サ
ンプリング光源１０から出力されるサンプリング光ｂ₁
が偏光分離器１１で透過光強度と反射光強度がほぼ等し
くなるため各和周波光Ｐ_SFG を加算することにより被測
定光ａのパルス波形を正確に測定できると説明した。

【００８４】しかしながら、サンプリング光ｂ₁ の偏波
面の角度方向が４５度（ｎ＝０．５）より大きくずれた
測定器の場合や、精度を高くしたい場合や、非線形光学
材料１ａ，１ｂの和周波光発生効率が等しくない場合、
各和周波光ｃ₂ ，ｃ₃ を加算することのみでは変動幅を
所望する許容値内に抑えることがでなくなる。

【００８５】そこで、第１の実施形態でも述ぺたように
本実施形態では各受光器７ａ，７ｂから出力された各電
気信号ｄ₂ ，ｄ₃ に対して各重み付け回路１５ａ，１５
ｂにより偏波分離器での分岐比に応じた重み付けを実施
することにより被測定光の偏光状態変動が測定結果に及
ぽす影響を極力抑圧している。

【００８６】（第４実施形態）図８は本発明の第４実施
形態に係わる光サンプリング波形測定装置の概略構成を
示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の光サ
ンプリング波形測定装置と同一部分には同一符号が付し
てある。したがって、重複する部分の詳細説明は省略さ
れている。

【００８７】この第４実施形態の光サンプリング波形測
定装置における各非線形光学部材１ａ．１ｂと各受光器
７ａ，７ｂとの間にそれそれ光フィルタ１６ａ，１６ｂ
が介挿されている。

【００８８】各光フィルタ１６ａ，１６ｂの通過角周波
数範囲は、図９（ｂ）に示すように、和周波光ｃ₂ ，ｃ
₃ の角周波数（ω_S ＋ω_D ）を含み、サンプリング光ｂ
₁ の角周波数ω_S の２倍の角周波数２ω_S 及び被測定光
ａの角周波数ω_D の２倍の角周波数２ω_D 、及び和の角
周波数（ω_S ＋ω_D ）と２倍の各角周波数２ω_S ，２ω
_D とに変換されなかった各角周波数ω_S ，ω_D を外す角
周波数範囲に設定されている。

【００８９】すなわち、図９（ａ）（ｂ）に示すよう
に、非線形光学材料１ａ，１ｂから出力された和周波光
ｃ₂ ，ｃ₃ にはサンプリング光ｂ₁ と被測定光ａの各角
周波数の和の角周波数（ω_S ＋ω_D ）の他に、微細な位
相不整合に起因する各角周波数の２倍の角周波数２
ω_S ，２ω_D 、及び変換されなかった各角周波数ω_S ，
ω_Dも含まれるので、光フィルタ１６ａ，１６ｂでこれ
らの各角周波数を有する各光成分を除去することがで
る。

【００９０】その結果、被測定光ａのパルス波形の測定
精度をさらに向上できる。

【００９１】（第５実施形態）図１０は本発明の第５実
施形態に係わる光サンプリング波形測定装置の概略構成
を示すブロック図である。図１、図６、図７、図８に示
す各実施形態と同一部分には同一部分には同一符号が付
してある。したがって、重複する部分の詳細説明は省略
されている。

【００９２】サンプリング光源１０から出力されたサン
プリング光ｂ₄ は偏光制御部１４で偏波面が４５方向に
設定されて、新たなサンプリング光ｂ₅ として偏波分離
器１１へ入射される。また、外部から入力された被測定
光ａは直接偏波分離器１１へ入射される。

【００９３】各非線形光学部材１ａ，１ｂから出力され
た和周波光ｃ₂ ，ｃ₃ は光フィルタ１６ａ，１６ｂで、
サンプリング光ｂ₅ 及び被測定光ａの角周波数ω_S ，ω
_D の２倍の角周波数２ω_S ，２ω_D 、及び変換されなか
った各角周波数ω_S ，ω_D の各光成分が除去され、各受
光器７ａ．７ｂにはサンプリング光ｂ₅ 、及び被測定光
ａの角周波数ω_S ，ω_D の和の角周波数（ω_S ＋ω_D ）
を有する和周波光ｃ₂，ｃ₃ が入射される。各受光器７
ａ，７ｂは受光した各和周波光ｃ₂ ，ｃ₃ を各電気信号
ｄ₂ ，ｄ₃ へ変換する。

【００９４】各和周波光ｃ₂ ，ｃ₃ の各電気信号ｄ₂ ．
ｄ₃ は、信号処理部１２内で各重み付け回路１５ａ，１
５ｂでもって、サンプリング光ｂ₅ の偏波分離器１１の
入射偏波面の方向に応じた重み付が実施された後、加算
回路１２ａで一つの電気信号ｄ₄ へ変換される。表示制
御部１２ｂは加算後の電気信号ｄ₄ を例えば包絡線検波
を実施することによって、被測定光ａの光パルス波形を
求めて、モニタ装置１３へ表示出力する。

【００９５】このように構成された第５実施形態の光サ
ンプリング波形測定装置においては、図１の第１実形態
で示した光サンプリング波形測定装置としての基本構成
の他に、図６、図７、図８に示す各実施形態の偏光制部
１４、重み付け回路１５ａ，１５ｂ、光フィルタ１６
ａ，１６ｂが組込まれているので、被測定光ａの光パル
ス波形の測定精度をより一層向上できる。

【００９６】（第６実施形態）図１１は、本発明の第６
実施形態の光サンプリング波形測定装置に組込まれた偏
波分離器の概略構成を示す模式図である。この偏波分離
器は、同一結晶方向に配設された一対の方解石１７ａ，
１７ｂと、この一対の方解石１７ａ，１７ｂのうちの一
方の方解石１７ａの出射面に貼付けられた１／２波長板
２１と、この１／２波長板２１と他方の方解石１７ｂと
から出力された各光を組み合せ集光合波する一対の集光
レンズ１８ａ，１８ｂとで構成されている。

【００９７】外部から入力された被測定光ａは方解石１
７ａで偏波面が基準方向（０度方向）に対して９０度方
向である光ａ₃ と、偏波面が基準方向（０度方向）の光
ａ₂とに分離される。同様に、サンプリング光源１０か
ら出力された偏波面が４５度方向を向くサンプリング光
ｂ₁ は方解石１７ｂで偏波面が基準方向（０度方向）に
対して９０度方向である光ｂ₂ と、偏波面が基準方向
（０度方向）の光ｂ₃ とに分離される。

【００９８】方解石１７ａから出力された偏波面が９０
度方向の被測定光ａ₃ は１／２波長板２１で偏光方向が
基準方向（０度方向）へ９０度回転された後、一方の集
光レンズ１８ａに入射される。また、他方の方解石１７
ｂから出力された偏波面が９０度方向のサンプリング光
ｂ₂ は直接一方の集光レンズ１８ａに入射される。した
がって、この集光レンズ１８ａにて、偏波面が基準方向
（０度方向）に変換された被測定光ａ₃ と偏波面が９０
度方向のままであるサンプリング光ｂ₂ とが合波され
て、次の非線形光学材料１ｂへ入射される。

【００９９】方解石１７ｂから出力された偏波面が基準
方向（０度方向）のサンプリング光ｂ₃ は直接他方の集
光レンズ１８ｂへ入射される。また、方解石１７ａから
出力された偏波面が基準方向（０度方向）の被測定光ａ
₂ は１／２波長板２１で偏光方向が９０度方向へ９０度
回転された後、他方の集光レンズ１８ｂへ入射される。
したがって、この集光レンズ１８ｂにて、偏波面が９０
度方向に変換された被測定光ａ₂ と偏波面が基準方向
（０度方向）のままであるサンプリング光ｂ₃ とが合波
されて、次の非線形光学材料１ａへ入射される。

【０１００】このように、２個の方解石１７ａ，１７ｂ
と、１個の１／２波長板２１と、２個の集光レンズ１８
ａ，１８ｂとを用いて、各集光レンズ１８ａ，１８ｂに
入射する各光の光路長を等しく設定することによって、
第１〜第５実施形態の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
で構成された偏波分離器１１と同様の機能を発揮させる
ことができる。

【０１０１】（第７実施形態）図１２（ａ）は、本発明
の第７実施形態の光サンプリング波形測定装置に組込ま
れた偏波分離器の概略構成を示す模式図である。また、
図１２（ｂ）はこの偏波分離器における各光の進行方向
を説明するための平面図である。この偏波分離器は、同
一光軸上に配設された第１の方解石１９ａと、第２の方
解石１９ｂと、一対の反射鏡２０ａ，２０ｂと、１枚の
１／２波長板２０ａとで構成されている。

【０１０２】図１２（ａ）（ｂ）において、第１の方解
石１９ａへ入射した被測定光ａは第１の方解石１９ａで
偏波面が９０度方向である光ａ₃ と、偏波面が基準方向
（０度方向）の光ａ₂ とに分離される。同様に、サンプ
リング光源１０から出力された偏波面が４５度方向を向
くサンプリング光ｂ₁ は第１の方解石１９ａで偏波面が
基準方向（０度方向）に対して９０度方向である光ｂ₂
と、偏波面が基準方向（０度方向）の光ｂ₃ とに分離さ
れる。

【０１０３】第１の方解石１９ａの出口で９０度方向の
サンプリング光ｂ₂ と基準方向（０度方向）の被測定光
ａ₂ とが合波されて、１／２波長板２１ａで偏光方向が
９０度回転された後、反射鏡２０ａを介して非線形光学
材料１ａへ入射される。

【０１０４】また、第１の方解石１９ａから出力された
９０度方向の被測定光ａ₃ は、１／２波長板２１ａで偏
光方向が基準方向（０度方向）へ９０度回転された後、
第２の方解石１９ｂの入口で屈折されて、この第２の方
解石１９ｂ内を直進する。第１の方解石１９ａから出力
された０度方向のサンプリングｂ₃ は、１／２波長板２
１ａで偏光方向が９０度方向に９０度回転された後、第
２の方解石１９ｂ内を直進して、先の基準方向（０度方
向）の被測定光ａ₃ と同一位置から出力する。その結
果、第２の方解石１９ｂの出口で基準方向（０度方向）
に変換された被測定光ａ₃ と９０度方向に変換さたサン
プリンク光ａ₃ とが合波されて、反射鏡２０ｂを介して
非線形光学材料１ｂへ入射される。

【０１０５】なお、この偏波分離器から各非線形光学材
料１ａ，１ｂまでの光路長において、第２の方解石１９
ｂの寸法にほぼ匹敵する光路差が発生するので、両光路
長が等しくなるように、各非線形光学材料１ａ，１ｂの
設置位置が厳密に調整されている。

【０１０６】このように、２個の方解石１９ａ，１９ｂ
及び１／２波長板２１ａを光軸や内部を進む各光が出口
で合波するように各部の寸法を設定することによって、
第１〜第５実施形態における偏光ビームスプリッタ（Ｐ
ＢＳ）で構成された偏波分離器１１と同様の機能を発揮
させることができる。

【０１０７】（第８実施形態）図１３は本発明の第８実
施形態の光サンプリング波形測定装置に組込まれた偏波
分離器の概略構成を示す模式図である。図１１に示す第
６実施形態の偏波分離器と同一部分には同一符号を付し
て重複する部分の詳細説明を省略する。

【０１０８】この第８実施形態に係わる偏波分離器は、
同一結晶方向に配設された第１の方解石部を構成する一
対の方解石１７ａ，１７ｂと、この一対の方解石１７
ａ，１７ｂに対して直交方向に配設された第２の方解石
部を構成する他の一対の方解石２２ａ，２２ｂとで構成
されている。

【０１０９】外部から入力された被測定光ａは方解石１
７ａで偏波面が基準方向（０度方向）に対して９０度方
向である光ａ₃ と、偏波面が基準方向（０度方向）の光
ａ₂とに分離される。同様に、サンプリング光源１０か
ら出力された偏波面が４５度方向を向くサンプリング光
ｂ₁ は方解石１７ｂで偏波面が基準方向（０度方向）に
対して９０度方向である光ｂ₂ と、偏波面が基準方向
（０度方向）の光ｂ₃ とに分離される。

【０１１０】方解石１７ａから出力された偏波面が９０
度方向の被測定光ａ₃ は次の方解石２２ａ内を直進す
る。また、方解石１７ｂから出力された偏波面が基準方
向（０度方向）のサンプリング光ｂ₃ は方解石２２ａで
屈折されて、先の被測定光ａ₃と同一位置から出力され
る。したがって、偏波面が９０度方向の被測定光ａ₃ と
偏波面が基準方向（０度方向）のサンプリング光ｂ₃ と
が合波されて、次の非線形光学材料１ｂへ入射される。

【０１１１】方解石１７ｂから出力された偏波面が９０
度方向のサンプリング光ｂ₂ は次の方解石２２ｂ内を直
進する。また、方解石１７ａから出力された偏波面が基
準方向（０度方向）のサンプリング光ｂ₂ は方解石２２
ｂで屈折されて、先のサンプリング光ｂ₂ と同一位置か
ら出力される。したがって、偏波面が９０度方向のサン
プリング光ｂ₂ と偏波面が基準方向（０度方向）の被測
定光ａ₂ とが合波されて、次の非線形光学材料１ａへ入
射される。

【０１１２】このように、４個の方解石１７ａ，１７
ｂ，１８ａ，１８ｂを光軸や内部を通過する各光が出口
で合波するように外径寸法を設定することによって、第
１〜第５実施形態の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）で
構成された偏波分離器１１と同様の機能を発揮させるこ
とができる。

【０１１３】（第９実施形）図１４（ａ）は、本発明の
第９実施形態の光サンプリング波形測定装置に組込まれ
た偏波分離器の概略構成を示す模式図である。また、図
１４（ｂ）はこの偏波分離器における各光の進行方向を
説明するための平面図である。図１２に示す第７実施形
態の偏波分離器と同一部分には同一符号を付して重複す
る部分の詳細説明を省略する。

【０１１４】この第９実施形態に係わる偏波分離器は、
図示するように、図１２に示す第７実施形態の偏波分離
器から１／２波長板２１ａを除去したものである。

【０１１５】すなわち、図１２（ａ）（ｂ）において、
第１の方解石１９ａへ入射した被測定光ａは第１の方解
石１９ａで偏波面が９０度方向である光ａ₃ と、偏波面
が基準方向（０度方向）の光ａ₂ とに分離される。同様
に、サンプリング光源１０から出力された偏波面が４５
度方向を向くサンプリング光ｂ₁ は第１の方解石１９ａ
で偏波面が基準方向（０度方向）に対して９０度方向で
ある光ｂ₂ と、偏波面が基準方向（０度方向）の光ｂ₃
とに分離される。

【０１１６】第１の方解石１９ａの出口で９０度方向の
サンプリング光ｂ₂ と基準方向（０度方向）の被測定光
ａ₂ とが合波されて、反射鏡２０ａを介して非線形光学
材料１ａへ入射される。

【０１１７】また、第１の方解石１９ａから出力された
９０度方向の被測定光ａ₃ は第２の方解石１９ｂ内を直
進する。第１の方解石１９ａから出力された０度方向の
サンプリングｂ₃ は第２の方解石１９ｂの入口で屈折し
て先の９０度方向の被測定光ａ₃ と同一位置から出力す
る。

【０１１８】その結果、第２の方解石１９ｂの出口で９
０度方向の被測定光ａ₃ と基準方向（０度方向）のサン
プリンク光ａ₃ とが合波されて、反射鏡２０ｂを介して
非線形光学材料１ｂへ入射される。

【０１１９】なお、この偏波分離器から各非線形光学材
料１ａ，１ｂまでの光路長において、第２の方解石１９
ｂの寸法にほぼ匹敵する光路差が発生するので、図１２
に示す第７実施形態の偏波分離器と同様に、両光路長が
等しくなるように、各非線形光学材料１ａ，１ｂの設置
位置が厳密に調整されている。

【０１２０】このように、２個の方解石１９ａ，１９ｂ
を光軸や内部を進む各光が出口で合波するように各部の
寸法を設定することによって、第１〜第５実施形態にお
ける偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）で構成された偏波
分離器１１と同様の機能を発揮させることができる。

【０１２１】なお、図１１，図１２，図１３，図１４で
示した複数の方解石を組合せてなる偏波分離器を上述し
た光サンプリング波形測定装置以外の他の光学処理装置
に組込むことが可能である。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光サンプ
リング波形測定装置においては、一つの偏波分離器と一
対のタイプ２の非直線光学材料とを組込んで、サンプリ
ング光及び被測定光をそれぞれ偏波面毎に分離して個別
に和周波光を求めて、後からそれらを加算している。

【０１２３】したがって、たとえ被測定光の偏波面が時
間的に変動したとしても、さらに、サンプリング光の偏
波面の方向をたとえ精度よく設定しなかったとしても、
被測定光に対する常に高い精度を有した光パルス波形の
測定が実施できる。

【０１２４】また、サンプリング光及び被測定光をそれ
ぞれ互いに偏波面が９０度異なる２つの光に分離し、そ
の後偏波面が互いに９０度異なるこの分離されたサンプ
リング光とを２組合波してそれぞれ別の光路に出力する
偏波分離器を複数の方解石で構成している。

【０１２５】このように、入射した光を互いに偏波面が
９０度異なる二つの光に分光する物理的性質を有する複
数の方解石を組合わせて偏波分離器を簡単に構成するこ
とができる。さらに、この偏波分離器を上述した光サン
プリング波形測定装置以外にも各種の光学装置に用いる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係わる光サンプリン
グ波形測定装置の概略構成を示すブロック図

【図２】 偏波分離器から出力される和周波光の光強度
と入射光の分岐比との関係を示す説明するための図

【図３】 和周波光の光強度と被測定光の分岐比との関
係をサンプリング光の分岐比をパラメータとして示した
図

【図４】 和周波光の光強度の変動幅とサンプリング光
の分岐比との関係を示す図

【図５】 図４に示すグラフの要部を拡大して示す図

【図６】 本発明の第２実施形態に係わる光サンプリン
グ波形測定装置の概略構成を示すブロック図

【図７】 本発明の第３実施形態に係わる光サンプリン
グ波形測定装置の概略構成を示すブロック図

【図８】 本発明の第４実施形態に係わる光サンプリン
グ波形測定装置の概略構成を示すブロック図

【図９】 同測定装置に組込まれた光フィルタの効果を
説明するための特性図

【図１０】 本発明の第５実施形態に係わる光サンプリ
ング波形測定装置の概略構成を示すブロック図

【図１１】 本発明の第６実施形態に係わる光サンプリ
ング波形測定装置に組込まれた偏波分離器の概略構成を
示す模式図

【図１２】 本発明の第７実施形態に係わる光サンプリ
ング波形測定装置に組込まれた偏波分離器の概略構成を
示す模式図

【図１３】 本発明の第８実施形態に係わる光サンプリ
ング波形測定装置に組込まれた偏波分離器の概略構成を
示す模式図

【図１４】 本発明の第９実施形態に係わる光サンプリ
ング波形測定装置に組込まれた偏波分離器の概略構成を
示す模式図

【図１５】 和周波光を用いた光信号の光パルス波形測
定の測定原理を説明するための図

【図１６】 タイプ２の非直線光学材料の光学特性を説
明するための図

【図１７】 従来の光サンプリング波形測定装置の概略
構成を示すブロック図

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…非線形光学材料 ７ａ，７ｂ…受光器 １０…サンプリング光源 １１…偏波分離器 １２…信号処理部 １２ａ…加算回路 １２ｂ…表示制御部 １３…モニタ装置 １４…偏光制御部 １５ａ，１５ｂ…重み付け回路 １６ａ，１６ｂ…光フィルタ １７ａ，１７ｂ，２２ａ，２２ｂ…方解石 １８ａ，１８ｂ…集光レンズ １９ａ…第１の方解石 １９ｂ…第２の方解石 ２０ａ，２０ｂ…平面鏡 ２１，２１ａ…１／２波長板 ａ，ａ₂ ，ａ₃ …被測定光 ｂ₁ ，ｂ₂ ，ｂ₃ …サンプリング光 ｃ₂ ，ｃ₃ …和周波光 ｄ₂ ，ｄ₃ ，ｄ₄ …電気信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高良 秀彦 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 川西 悟基 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定光よりパルス幅の狭い単一偏波面
   を有するサンプリング光のパルス列を発生するサンプリ
   ング光源(10)と、 このサンプリング光源から出力されたサンプリング光及
   び前記被測定光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光
   にそれぞれ分離し、偏波面が互いに９０度異なる前記分
   離されたサンプリング光と被測定光とを２組合波してそ
   れぞれ別光路に出力する偏波分離器(11)と、 この各光路へ出力された偏波面が互いに９０度異なるサ
   ンプリング光と被測定光との相互相関信号を和周波光と
   して発生する一対の第２種位相整合をなしうる非線形光
   学材料(1a,1b) と、 この各非線形光学材料から出力された和周波光を電気信
   号に変換する一対の受光器(7a,7b) と、 この各受光器から出力された各電気信号を加算し、加算
   後の電気信号を処理して前記被測定光の光パルス波形を
   表示する信号処理部(12)とを備えた光サンプリング波形
   測定装置。
2. 【請求項２】 被測定光よりパルス幅の狭いサンプリン
   グ光のパルス列を発生するサンプリング光源(10)と、 このサンプリング光源から出力されたサンプリング光の
   偏波面を特定方向に制御する偏光制御部(14)と、 この偏光制御部から出力されたサンプリング光及び前記
   被測定光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光にそれ
   ぞれ分離し、偏波面が互いに９０度異なる前記分離され
   たサンプリング光と被測定光とを２組合波してそれぞれ
   別光路に出力する偏波分離器(11)と、 この各光路へ出力された偏波面が互いに９０度異なるサ
   ンプリング光と被測定光との相互相関信号を和周波光と
   して発生する一対の第２種位相整合をなしうる非線形光
   学材料(1a,1b) と、 この各非線形光学材料から出力された和周波光を電気信
   号に変換する一対の受光器(7a,7b) と、 この各受光器から出力された各電気信号を加算し、加算
   後の電気信号を処理して前記被測定光の光パルス波形を
   表示する信号処理部(12)とを備えた光サンプリング波形
   測定装置。
3. 【請求項３】 被測定光よりパルス幅の狭い単一偏波面
   を有するサンプリング光のパルス列を発生するサンプリ
   ング光源(10)と、 このサンプリング光源から出力されたサンプリング光及
   び前記被測定光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光
   にそれぞれ分離し、偏波面が互いに９０度異なる前記分
   離されたサンプリング光と被測定光とを２組合波してそ
   れぞれ別光路に出力する偏波分離器(11)と、 この各光路へ出力された偏波面が互いに９０度異なるサ
   ンプリング光と被測定光との相互相関信号を和周波光と
   して発生する一対の第２種位相整合をなしうる非線形光
   学材料(1a,1b) と、 この各非線形光学材料から出力された和周波光を電気信
   号に変換する一対の受光器(7a,7b) と、 この各受光器から出力された各電気信号に対して前記サ
   ンプリング光の前記偏波分離器に対する入射偏波面の方
   向に応じた重み付を行い、この重み付された各電気信号
   を加算し、加算後の電気信号を処理して前記被測定光の
   光パルス波形を表示する信号処理部(12)とを備えた光サ
   ンプリング波形測定装置。
4. 【請求項４】 前記各非線形光学材料と前記各受光器と
   の間に設けられ、通過周波数範囲が前記和周波光の周波
   数範囲に設定された一対の光フィルタ(16a,16b) を備え
   たことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
   載の光サンプリング波形測定装置。
5. 【請求項５】 被測定光よりパルス幅の狭いサンプリン
   グ光のパルス列を発生するサンプリング光源(10)と、 このサンプリング光源から出力されたサンプリング光の
   偏波面を特定方向に制御する偏光制御部(14)と、 この偏光制御部から出力されたサンプリング光及び前記
   被測定光を互いに偏波面が９０度異なる２つの光にそれ
   ぞれ分離し、偏波面が互いに９０度異なる前記分離され
   たサンプリング光と被測定光とを２組合波してそれぞれ
   別光路に出力する偏波分離器(11)と、 この各光路へ出力された偏波面が互いに９０度異なるサ
   ンプリング光と被測定光との相互相関信号を和周波光と
   して発生する一対の第２種位相整合をなしうる非線形光
   学材料(1a,1b) と、 この各非線形光学材料から出力された和周波光を電気信
   号に変換する一対の受光器(7a,7b) と、 前記各非線形光学材料と前記各受光器との間に設けら
   れ、通過周波数範囲が前記和周波光の周波数範囲に設定
   された一対の光フィルタ(16a,16b) と、 前記各受光器から出力された各電気信号に対して前記サ
   ンプリング光の前記偏波分離器に対する入射偏波面の方
   向に応じた重み付を行い、この重み付された各電気信号
   を加算し、加算後の電気信号を処理して前記被測定光の
   光パルス波形を表示する信号処理部(12)とを備えた光サ
   ンプリング波形測定装置。
6. 【請求項６】 前記偏波分離器は、 入射したサンプリング光及び被測定光を互いに偏波面が
   ９０度異なる２つの光にそれぞれ分離する一対の方解石
   (17a,17b) と、 この一対の方解石のうちの一方の方解石から出力された
   互いに偏波面が９０度異なる２つの光の偏光状態を９０
   度回転させる１／２波長板(21)と、 前記一対の方解石のうちの他方の方解石及び前記１／２
   波長板から出力された偏波面が９０度異なるサンプリン
   グ光と被測定光とを組み合せ集光合波する一対の集光レ
   ンズ(18a,18b) とで構成されたことを特徴とする請求項
   １ないし５のいずれか１項に記載の光サンプリング波形
   測定装置。
7. 【請求項７】 前記偏波分離器は、 サンプリング光及び被測定光が入射され、互いに偏波面
   が９０度異なる１組のサンプリング光と被測定光との合
   波と、互いに偏波面が９０度異なるサンプリング光と被
   測定光との合計３つの光を出力する第１の方解石(19a)
   と、 この第１の方解石から出力された３つの光の偏光状態を
   ９０度回転させる１／２波長板(21a) と、 この１／２波長板から出力された互いに偏波面が９０度
   異なるサンプリング光と被測定光とを合波して出力する
   第２の方解石(19b) とで構成されたことを特徴とする請
   求項１ないし５のいずれか１項に記載の光サンプリング
   波形測定装置。
8. 【請求項８】 入射した第１の光と第２の光を互いに偏
   波面が９０度異なる２つの光にそれぞれ分離する一対の
   方解石(17a,17b) と、 この一対の方解石のうちの一方の方解石から出力された
   互いに偏波面が９０度異なる２つの光の偏光状態を９０
   度回転させる１／２波長板(21)と、 前記一対の方解石のうちの他方の方解石及び前記１／２
   波長板から出力された偏波面が９０度異なる第１の光と
   第２の光とを組み合せ集光合波する一対の集光レンズ(1
   8a,18b) とを備えた偏波分離器。
9. 【請求項９】 第１の光と第２の光が入射され、互いに
   偏波面が９０度異なる１組の第１の光と第２の光との合
   波と、互いに偏波面が９０度異なる第１の光と第２の光
   との合計３つの光を出力する第１の方解石(19a) と、 この第１の方解石から出力された３つの光の偏光状態を
   ９０度回転させる１／２波長板(21a) と、 この１／２波長板から出力された互いに偏波面が９０度
   異なる第１の光と第２の光とを合波して出力する第２の
   方解石(19b) とを備えた偏波分離器。
10. 【請求項１０】 入射した第１の光と第２の光を互いに
    偏波面が９０度異なる２つの光にそれぞれ分離する第１
    の方解石部(17a,17b) と、 この第１の方解石部から出力された４つの光から偏波面
    が互いに９０度異なる第１の光と第２の光とを２組合波
    して、それぞれ別光路に出力する第２の方解石部(22a,2
    2b) とを備えた偏波分離器。
11. 【請求項１１】 第１の光と第２の光が入射され、互い
    に偏波面が９０度異なる１組の第１の光と第２の光との
    合波と、互いに偏波面が９０度異なる第１の光と第２の
    光との合計３つの光を出力する第１の方解石(19a) と、 この第１の方解石から出力された互いに偏波面が９０度
    異なる第１の光と第２の光と合波して出力する第２の方
    解石(19b) とを備えた偏波分離器。