(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の繰返し周期を有した波長可変の光パルスを出射するパルス光源(42)と、
このパルス光源から出射された光パルスを参照光パルスと被測定物へ入射させる入射光パルスとに分波する光分波器(44)と、
前記参照光パルスの前記入射光パルスに対する相対遅延量を変化させる空間的な光遅延手段(48)と、
前記被測定物を通過した出射光パルスと前記光遅延手段で遅延された参照光パルスとを受け、前記光遅延手段で参照光パルスの相対遅延量を変化させるたびにその位置での前記出射光パルスの光強度に比例した自己相関強度信号を得るサンプリング手段(46)と、
このサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号から前記出射光パルスの自己相関波形を求める信号処理手段(53)と、
このようにして得られた出射光パルスの自己相関波形の頂部を得るのに必要な前記光遅延手段で遅延させた参照光パルスの相対遅延量に基づいて前記被測定物の波長分散を求める制御部(43)と
を備えた波長分散測定装置であって、
前記サンプリング手段(46)は、
前記参照光パルスを、互いに偏波面が９０度異なる２つ偏波状態に、それぞれの光パワーがほぼ等しくなるように分離するとともに、前記出射光パルスを前記２つの偏波状態に分離して、分離された光のうち、前記参照光パルスのうちの所定の偏波面成分と前記出射光パルスのうちの前記所定の偏波面成分に直交する偏波直交成分とを１つの組として合成するとともに、前記分離された光のうち、前記参照光パルスのうちの前記所定の偏波面成分に直交する偏波直交成分と前記出射光パルスのうちの前記所定の偏波面成分とを他の１つの組として合波して、前記１つの組と前記他の１つの組とをそれぞれ別光路に出力する偏波分離器(47)と、
この各光路へ出力された前記組毎に自己相関信号をＳＨＧ（第２高調波発生）光として発生する第２種位相整合をなしうる一対の非線形光学材料(54a,54b) と、
この各非線形光学材料から出力されたＳＨＧ光を電気信号に変換する一対の受光器(55a,55b) 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前記自己相関強度信号として出力する加算回路(56)と
を有することを特徴とする波長分散測定装置。
【請求項２】
所定の繰返し周期を有した波長可変の光パルスを出射するパルス光源(42)と、
このパルス光源から出射された光パルスを参照光パルスと被測定物を経由しないバイパス参照光パルスと被測定物へ入射させる入射光パルスとに分波する光分波手段(44a,44b) と、
前記被測定物を通過した出射光パルスと前記バイパス参照光パルスとを合波させて合波光として出力する光合波器(66)と、
前記参照光パルスの前記入射光パルスに対する相対遅延量を変化させる空間的な光遅延手段(48)と、
前記光合波器から出力された合波光と前記光遅延手段で遅延された参照光パルスとを受け、前記光遅延手段で参照光パルスの相対遅延量を変化させるたびにその位置での前記合波光の光強度に比例した自己相関強度信号を得るサンプリング手段(46)と、
このサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号から前記合波光の自己相関波形を求める信号処理手段(53)と、
このようにして得られた合波光の自己相関波形においてバイパス参照光パルスの頂部を得るために必要な前記相対遅延量と出射光パルスの頂部を得るために必要な前記相対遅延量との差に基づいて前記被測定物の波長分散を求める制御部(43)と
を備えたことを特徴とする波長分散測定装置。
【請求項３】
前記パルス光源(42a) は、
所定の繰返し周期を有しかつ広い波長範囲を有した白色光パルスを出射する白色パルス光源(67)と、
この白色パルス光源から出射された白色光パルスから指定された所定の単一波長を中心波長とする光パルスを抽出して出力する分光器(68)と
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の波長分散測定装置。
【請求項４】
所定の繰返し周期を有し、所定の単一波長を中心波長とする光パルスを出射するパルス光源(42)と、
このパルス光源から出射された光パルスを参照光パルスと被測定物へ入射させる入射光パルスとに分波する光分波器(44)と、
前記被測定物を通過した出射光パルスにおける特定偏波方向の成分を通過させるとともに前記特定偏波方向が可変の検光子(69)と、
前記参照光パルスの前記入射光パルスに対する相対遅延量を変化させる空間的な光遅延手段(48)と、
前記検光子を通過した出射光パルスと前記光遅延手段で遅延された参照光パルスとを受け、前記光遅延手段で参照光パルスの前記相対遅延量を変化させるたびにその位置での前記出射光パルスの光強度に比例した自己相関強度信号を得るサンプリング手段(46)と、
このサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号から前記出射光パルスの自己相関波形を求める信号処理手段(53)と、
前記各特定偏波成分毎に求めた出射光パルスの自己相関波形の頂部を得るのに必要な前記光遅延手段で遅延させた参照光パルスの前記相対遅延量に基づいて前記被測定物の偏波分散を求める制御部(43a)と
を備えた偏波分散測定装置であって、
前記サンプリング手段(46)は、
前記参照光パルスを、互いに偏波面が９０度異なる２つ偏波状態に、それぞれの光パワーがほぼ等しくなるように分離するとともに、前記出射光パルスを前記２つの偏波状態に分離して、分離された光のうち、前記参照光パルスのうちの所定の偏波面成分と前記出射光パルスのうちの前記所定の偏波面成分に直交する偏波直交成分とを１つの組として合成するとともに、前記分離された光のうち、前記参照光パルスのうちの前記所定の偏波面成分に直交する偏波直交成分と前記出射光パルスのうちの前記所定の偏波面成分とを他の１つの組として合波して、前記１つの組と前記他の１つの組とをそれぞれ別光路に出力する偏波分離器(47)と、
この各光路へ出力された前記組毎に自己相関信号をＳＨＧ（第２高調波発生）光として発生する第２種位相整合をなしうる一対の非線形光学材料(54a,54b) と、
この各非線形光学材料から出力されたＳＨＧ光を電気信号に変換する一対の受光器(55a,55b) 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前記自己相関強度信号として出力する加算回路(56)と
を有することを特徴とする偏波分散測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光ファイバ等の被測定物を光が通過する時に生じる波長分散を測定する波長分散測定装置、及び被測定物を光が通過する時に生じる偏波分散を測定する偏波分散測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、光ファイバ中を光信号が伝搬する速度は光信号の波長によって異なる。したがって、波長広がりを有する光源から出力された光パルス信号におけるパルス波形のパルス幅（時間幅）は光ファイバ中で広がることになる。光ファイバの伝送帯域はパルス幅に対して逆比例の関係があるので、最終的に光信号の伝送速度の制限に影響を与える。したがって、各波長毎の光ファイバ内における伝送速度（波長分散）を測定することは光ファイバに対する非常に重要な性能試験項目とされる。
【０００３】
特に、次世代大容量光ネットワークで用いられようとしている１００Ｇｂｉｔ  ／ｓを越える超高速光信号は、光信号であるパルスの幅が数ｐｓと狭く、波長広がりが大きい。そのため、光ファイバの波長分散が光伝送に大きく影響する。また、パルス発生技術においても、高品質なパルスつまりトランスフォームリミッテッドな光パルスの発生率は光ファイバの波長分散が大きく影響しており、波長分散測定はより重要な項目となってきている。
【０００４】
波長分散測定方法としては、（ａ）  時問分解分光法、（ｂ）  パルス法、（ｃ）  干渉法、（ｄ）  差分法、（ｅ）  位相差法等が提案されている。これらの（ａ）  〜（ｅ）  の各手法のうち比較的頻繁に実施されている（ｂ）  パルス法及び（ｃ）  干渉法について説明する。
【０００５】
先ず、特開平６−１７４５９２号公報に提案されているパルス法を図１２を用いて説明する。
【０００６】
白色パルス光源１から出力された広い波長範囲を有した白色パルスは可変波長光バンドパスフィルタ２で特定波長に波長制限された後、光分岐器３で入射光パルス４と参照光パルス５とに分岐される。入射光パルス４は、被測定ファイバ６に入射されて、この被測定ファイバ６を経由して光結合器７の一方へ入射される。一方、参照光パルス５はそのまま直接光結合器７の他方へ入射される。光結合器７は入射光パルス４と参照光パルス５とを合波して合波光信号８として遅延時間検出手段９へ入射される。遅延時間検出手段９は合波光信号８から入射光パルス４の参照光パルス５に対する遅延時間ｔＤ  を算出する。
【０００７】
すなわち、入射光パルス４は被測定ファイバ６を通過することによつて時間遅れが生じるので、この入射光パルス４と時間遅れのない参照光パルス５とを合波すると、合波光信号８の信号波形には二つのピークが生じる。この二つのピークの時間差が遅延時間ｔＤ  となる。そして、可変波長光バンドパスフィルタ２の通過光の波長λを変化させて、各波長λにおける各遅延時間ｔＤ  （λ）を求める。そして、遅延時間ｔＤ  （λ）の波長依存性を波長分散特性とする。
【０００８】
また、特開平４−１７７１４１号公報に提案されているパルス法を図１３を用いて説明する。
超短パルス発生装置１１から出力された光パルスは被測定光ファイバ１２を通過した後、光分岐器１３で２つの光パルスＡ，Ｂに分岐して、一方の光パルスＡを波長可変バンドパスフィルタ１４で特定波長のみを通過させて第１の光パルスとし、他方の光パルスＢを遅延線１５を通過させて第２の光パルスとする。この第１、第２の光パルスを光合波器１６で合波して、受光器１７で電気信号に変換して、パルス波形観測装置１８で、第１、第２の光パルスの相対遅延時間差を波長の関数として測定して、上述した遅延時間の波長依存性を求める。
【０００９】
また、高い精度で波長分散測定を実施する装置として（ｃ）  干渉法を採用した図１４に示すＪＩＳ  ｃ６８２７に規定されている波長分散測定装置がある。
【００１０】
白色光源２０から出力された広い波長範囲を有した白色光は所定の分光特性を有した分光器２１で特定の波長λＣ  が抽出される。この分光器２１の分光特性は、図１５に示すように、中心波長λＣ  を有する所定の波長広がりを有する。そして、ピーク値から１／ｅ（ｅ：自然対数の底）低下した幅を半値幅と称し、２〜１０ｎｍに設定されている。
【００１１】
分光器２１から出力された光はビームプリッタ２２で入射光Ａ１  と参照光Ｂ１  とに分岐される。入射光Ａ１  は例えば光ファイバ等の被測定物２３へ入射される。被測定物２３を経由した入射光Ａ１  は出射光Ａ２  としてハーフミラーからなる合波器２６へ入射される。一方、参照光Ｂ１  は光路遅延器２４で所定時間遅延された後、光の進行方向に移動制御されるコーナキューブミラーからなる可変光遅延装置２５を通過して遅延された参照光Ｂ２  として前記合波器２６へ入射される。合波器２６は出射光Ａ２  と参照光Ｂ２  とを合波して合波光Ｃとして受光器２７へ入射する。なお、ロッインアンプ２８は、分光器２１内部に内蔵された光チョッパに同期した受光器２７からの信号のみを高いＳＮで増幅するために設けられている。
【００１２】
この場合、出射光Ａ２  と参照光Ｂ２  との光路長が一致しておれば、合波光Ｃの光強度、すなわち干渉強度Ｉは大きくなり、受光器２７から大きな信号が出力される。したがって、受光器２７から信号が最大になるように、すなわち、出射光Ａ２  と参照光Ｂ２  との光路長が一致するように、可変光遅延装置２５における遅延量を調整する。光路遅延器２４と可変光遅延装置２５における参照光Ｂ２  の参照光Ｂ１  すなわち入射光Ａ１  からの遅延量が既知である。よつて、このときの参照光Ｂ１  の遅延量が出射光Ａ２  の遅延量となり、この遅延量から被測定物２３の遅延時間を測定できる。
【００１３】
図１６は、出射光Ａ２  と参照光Ｂ２  との間の干渉強度Ｉと、出射光Ａ２  と参照光Ｂ２  との間の光路差Ｌ（＝｜Ｌ１  −Ｌ２  ｜）との関係を示す図である。なお、参照光Ｂ２  の光路Ｌ２  は光路遅延器２４の光路Ｌ２ａと可変光遅延装置２５の光路Ｌ２ｂとの合計値である。このように、光路差Ｌを順番に変化させて最大となる干渉強度Ｉの光路差Ｌから被測定物２３の遅延時間が得られる。
【００１４】
図１７は、分光器２１で分光される参照光Ｂ１  の中心波長λＣ  をλ１  からλ２  へ変化した場合における干渉強度Ｉのピーク位置の移動状態を示す図である。このピーク位置の移動量ΔＬ´に相当する時間からの波長分散値を求めることができる。
【００１５】
前述したコーナキューブミラーからなる光遅延可変装置２５は外部の制御信号により１μｍオーダ（時間に換算すると約０．００３ｐｓ）で遅延量を制御できるので、前述した（ｂ）のパルス法に比較して高精度な遅延測定が可能となり、例えば数ｍ程度の短尺な光ファイバ等の低分散な被測定物の波長分散が測定可能となった。
【００１６】
また、光ファイバ等の光通信媒体のもう一つの特性として偏波分散特性がある。
【００１７】
すなわち、理想的な真円断面形状を有した光ファイバにおいては、この光ファイバ内を伝播する光パルス信号が断面形状内のどの方向を向いていても、伝送速度に差はない。しかし、断面形状が真円でなくて楕円になっていたり、光ファイバが屈曲されて断面形状が部分的に偏平になると、偏波方向によって伝送速度差が発生する。
【００１８】
したがって、光ファイバ内を伝播する光信号の伝送速度の各偏波方向における速度差、すなわち、各偏波方向毎の光ファイバ内における伝送速度（偏波分散）を測定することも光ファイバに対する非常に重要な性能試験項目とされる。
【００１９】
図１８は干渉法を用いた偏波分散測定装置の概略構成図である。
【００２０】
レーザ光源２９から出射された広いスペクトルを有するレーザ光は１／４波長板３０で円偏光に変換されて、ビームスプリッタ３１で入射光Ａ３  と参照光Ｂ３  とに分岐される。入射光Ａ３  と参照光Ｂ３  とはそれぞれ偏光子３２ａ，３２ｂで偏光方向が互いに９０度異なる直線偏光に制御される。入射光Ａ３  と参照光Ｂ３  との光路差は固定光遅延装置３３と可変光遅延装置３４とで設定され、これらの合波光Ｃ１  が１／２波長板３５でこの合波光Ｃ１  を構成する入射光Ａ３  と参照光Ｂ３  との偏波方向が互いに直交するように維持され、被測定体３６を経由して、検光子３７で特定の偏波成分が抽出されて、受光器３８で受光される。
【００２１】
そして、検光子３７で被測定体３６内で生じた偏波分散を含む特定の偏波成分が抽出されて、受光器３８で受光される。この時、被測定体の中で偏光方向ごとの伝達速度が異なる偏波分散がある場合、受光器３８は入射光Ａ3 とこの入射光Ａ3 に直交する偏波方向を有する可変光３４で遅延された参照光Ｂ3 との間の干渉強度が測定される。
【００２２】
但し、可変光遅延装置３４に搭載されたピエゾ圧電素子４０はピエゾ素子を連続的に微震させることにより干渉強度のピークをより見つけ易くするために用いたもので、変位計４０ａは可変光遅延装置３４の空間的光路長を測定するためのものである。
【００２３】
このような構成によると干渉強度のピークが見つけ易く、また、変位計４０ａにより光路長を高精度に測定できるため制御部３９にて、参照光Ｂ３  を基準偏波方向とした被測定体３６を経由した入射光Ａ３  における各偏波方向ごとの遅延量の変化分が算出される。
【００２４】
したがって、受光器３８は入射光Ａ３  とこの入射光Ａ３  に直交する偏波方向を有する可変光遅延装置３４で遅延された参照光Ｂ３  との間の干渉強度が測定される。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した各測定手法においても、まだ改良すべき次のような課題がある。
【００２６】
すなわち、図１３に示す波長分散測定手法においては、被測定光ファイバ１２を通過した同一光パルスを２分岐し、一方を時間軸上の基準光として各波長で遅延時問を測定するので温度変化等の外的要因による被測定光ファイバの光路差変化の影響は受けないという特徴を有する。
【００２７】
しかし、超短パルス光源１１の出力光のうち特定波長を波長可変バンドパスフィルタ１４で切出すため、現状の技術ではフィルタ１４通過後の光パルスは周波数帯域の制限によりパルス幅（時間幅）が広がる。そのためパルスのピーク位置の導定が難しく、測定誤差を多く含んでしまう懸念がある。例えば、仮に通過波長幅を０．ｌｎｍとした場合、切出された光パルスのパルス幅（時間幅）は少なくとも２０ｐｓ（ピコ・セカンド）以上になると推定できる。
【００２８】
また遅延時間差の測定手段として例えば電気サンプリングオシロスコープ等で構成されたパルス波形測定観測装置１８を用いている。
【００２９】
したがって、図１３に示す測定法は長尺（数ｋｍ以上）な光ファイバの分散を測定するのには有効な手段であるが、２０ｍ程度のＥＤＦ（ファイバアンプ用ＥＤＦの基本的長さ）のような短尺な光ファイバ等の低分散の測定は困難である。
【００３０】
また、図１２に示す波長分散測定手法においては、波長分散を精度よく測定するために連続した広い波長範囲に亘って短パルス光群を出力する白色パルス光源１と例えばストリークカメラ等からなる遅延時問差測定手段９を組合わせることによって、前述の図１３に示した波長分散測定手法より正確な測定を行うことが可能である。
【００３１】
これは白色パルス光源１１のスペクトル幅が２００ｎｍと広帯域であるためバンド幅１ｎｍ程度の光バンドパスフィルタ２を挿入することができ、数ｐｓのパルス幅（時間幅）を有する光パルスが十分に得られる。そのためピーク位置の導定が容易に行えるからである。しかし、遅延時問差検出手段９としてのストリークカメラを用いた場合、時間領域の精度が０．３ｐｓ以上となり、これもまた、短尺な光ファイバ等の低分散の測定対象物の波長分散の測定には不十分である。
【００３２】
また、図１４に示した、干渉法を用いた波長分散測定装置においては、光源として用いた白色光源２０は連続光であるため、図１６に示すように、最強の千渉強度Ｉが得られる位置は、被測定物２３内で生じた出射光Ａ２  の遅延量と、参照光Ｂ２  の光遅延器２４と可変光遅延装置２５との和の遅延量との差が  「０」すなわち、両者の光路差Ｌ＝｜Ｌ１  −Ｌ２  ｜が「０」となる位置である。
【００３３】
前述したようにコーナキューブミラーからなる可変光遅延装置２５は１μｍオーダで遅延量を制御可能であるが、寸法的制約からその遅延量の可変範囲はおのずと制限が存在するので、大きな遅延量は設定できない。なお、光遅延器２４で固定の遅延量を設定して、この固定の遅延量をバイアス遅延量として可変光遅延装置２５の遅延量に加算することが可能である。
【００３４】
しかし、光遅延器２４で大きな遅延量を設定するには光ファイバ等を用いる必要があり、可変光遅延装置２５のように高い精度で大きな遅延量を設定することは非常に困難である。
【００３５】
そのため、測定範囲が光遅延器２４と可変光遅延装置２５で与えられる絶対遅延量内に限定されるので、一般に、測定できる被側物体２３の長さ範囲は、ＪＩＳ  ｃ６８２７にも記載されているように、例えば光ファイバで数ｍ程度である。
【００３６】
よって、従来の干渉法を用いた波長分散測定装置は、他の方法を用いた波長分散測定装置に比較して高い精度で波長分散を測定可能であるが、被測定物における絶対遅延量が問題とされ、例えば、長さが２０ｍや５０ｍ等の光ファイバの波長分散を干渉法により高精度に測定することは不可能であった。
【００３７】
また、パルス法を用いた偏波分散測定装置や図１８に示した干渉法を用いた偏波分散測定装置についても、波長分散測定装置と同様なことが言える。
【００３８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、被測定物に対する入射光及び参照光を連続光でなくてパルス光を用いることによって、被測定物の物理的長さから生じる絶対遅延量に影響されることなく、たとえ長尺な被測定物であつても、高い精度で波長分散を測定でき、ひいては数メートルの短尺から数＋メートルの長尺まで広い長さ範囲に亘って高い精度で波長分散を測定できる波長分散測定装置を提供することを目的とする。
【００３９】
また、同様な手法を採用することによって、低分散の被測定物の偏波分散を高精度で測定できる偏波分散測定装置を提供することを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解消するために本発明の波長分散測定装置においては、所定の繰返し周期を有した波長可変の光パルスを出射するパルス光源と、このパルス光源から出射された光パルスを参照光パルスと被測定物へ入射させる入射光パルスとに分波する光分波器と、参照光パルスの入射光パルスに対する相対遅延量を変化させる空間的な光遅延手段と、被測定物を通過した出射光パルスと光遅延手段で遅延された参照光パルスとを受け、光遅延手段で参照光パルスの相対遅延量を変化させるたびにその位置での出射光パルスの光強度に比例した自己相関強度信号を得るサンプリング手段と、このサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号から出射光パルスの自己相関波形を求める信号処理手段と、このようにして得られた出射光パルスの自己相関波形の頂部を得るのに必要な光遅延手段で遅延させた参照光パルスの相対遅延量に基づいて被測定物の波長分散を求める制御部とを備えている。
さらに、本発明においては、前記サンプリング手段を、参照光パルスを、互いに偏波面が９０度異なる２つ偏波状態に、それぞれの光パワーがほぼ等しくなるように分離するとともに、出射光パルスを２つの偏波状態に分離して、分離された光のうち、参照光パルスのうちの所定の偏波面成分と出射光パルスのうちの所定の偏波面成分に直交する偏波直交成分とを１つの組として合成するとともに、分離された光のうち、参照光パルスのうちの所定の偏波面成分に直交する偏波直交成分と出射光パルスのうちの所定の偏波面成分とを他の１つの組として合波して、１つの組と他の１つの組とを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組毎に自己相関信号をＳＨＧ（第２高調波発生）光として発生する第２種位相整合をなしうる一対の非線形光学材料と、この各非線形光学材料から出力されたＳＨＧ光を電気信号に変換する一対の受光器と、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自己相関強度信号として出力する加算回路とで構成している。
【００４１】
このように構成された波長分散測定装置においては、パルス光源から出力される光パルスは入射光パルスと参照光パルスとに分岐される。そして、入射光パルスは光ファイバ等の被測定物体を通過して出射光パルスとなる。また、参照光パルスは光遅延手段にて順番に変化していく遅延量が付加される。そして、サンプリング手段によって、出射光パルスと各参照光パルスとの相互相関、すなわち、出射光パルスと各参照光パルスとは元々同じ光パルスで自身と分身との関係にあるから自己相関をとることによって、出射光パルスの自己相関強度信号が順次求まる。
【００４２】
この順次求まる自己相関強度信号から出射光パルスの自己相関波形が求まる。すなわち、出射光パルスの波形が求まり、この出射光パルス波形のピーク値（自己相関強度信号の最大位置）が求まる。この出射光パルス波形のピーク値の検出精度は、空間的な光遅延手段の設定精度で定まり、この設定精度は時間軸に換算する約０．００３ｐｓの高い精度となる。
【００４３】
そして、次にパルス光源から出力される光パルスの波長λを変化させた時に、波長λを変化させる前のピーク位置から変化後に自己相関波形の頂部（ピーク位置）を得るために参照光パルスを遅延させた遅延量に碁づいて、被測定物を通過した出射光パルスの遅延時間を求めることにより被測定物の波長分散を求めるようにしている。すなわち、波長λを変化した場合における出射光バルスの群遅延量を０．００３ｐｓの精度で測定することが可能である。
【００４４】
また、本発明で用いるパルス光源は、連続光ではなくて、所定の繰返し周期Ｔを有する光パルスを出射する。前述したように、従来の干渉法では白色光源を用いているため最大の干渉強度が得られる位置は被測定物内で生じた遅延量と光遅延手段で生じた遅延量の差が「０」、つまり両者の光路差が「０」となる位置である。すなわち、従来の干渉法では干渉位置が一点しか存在しない。
【００４５】
それに対して、繰返し周期Ｔを有する光パルスを用いた場合、一定周期Ｔ毎に光パルスが存在しているため繰返しの周期Ｔ毎に自己相関波形を得ることができる。よって、出射光パルスにおける光ファイバ等の被測定物を通過する場合における絶対遅延量に依存せずに、出射光パルスの自己相関波形が得られ、各波長における参照光パルスとの間の相対的な遅延時間差が求まり、被測定物の波長分散が測定可能となる。
【００４６】
したがって、従来の干渉法では波長分散を高精度に測定できなかった例えば２０ｍや５０ｍの長尺な光ファイバの波長分散を干渉法の場合と同程度に高い精度で測定可能となる。
【００４８】
さらに、偏波分離器にて、出射光パルスと参照光パルスはそれぞれ互いに偏波面が９０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出射光パルスと参照光パルスとを合波した２組の光がそれぞれ異なる光路にそれぞれ出力される。
【００４９】
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出射光パルスと参照光パルス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ＳＨＧ光として出力される。そして、各ＳＨＧ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、加算後の電気信号が出射光パルスの自己相関強度信号として出力される。
【００５０】
このため、出射光パルスの偏波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合波光の光強度は低下するものの、他の光路から出力される出射光パルスの光強度が増すような相補的動作となることから、結果として出射光パルスの偏波状態の変動に起因するＳＨＧ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、次の信号処理手段で得られる出射光パルスの自己相関波形を精度よく測定できる。
【００５５】
また、別の発明の波長分散測定装置においては、所定の繰返し周期を有した波長可変の光パルスを出射するパルス光源と、このパルス光源から出射された光パルスを参照光パルスと被測定物を経由しないバイパス参照光パルスと被測定物へ入射させる入射光パルスとに分波する光分波手段と、被測定物を通過した出射光パルスとバイパス参照光パルスとを合波させて合波光として出力する光合波器と、参照光パルスの入射光パルスに対する相対遅延量を変化させる空間的な光遅延手段と、光合波器から出力された合波光と光遅延手段で遅延された参照光パルスとを受け、光遅延手段で参照光パルスの相対遅延量を変化させるたびにその位置での合波光の光強度に比例した自己相関強度信号を得るサンプリング手段と、このサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号から合波光の自己相関波形を求める信号処理手段と、このようにして得られた合波光の自己相関波形においてバイパス参照光パルスの頂部を得るために必要な相対遅延量と出射光パルスの頂部を得るために必要な相対遅延量との差に基づいて被測定物の波長分散を求める制御部とを備えている。
【００５６】
このように構成された波長分散測定装置においては、パルス光源から出射された光パルスは、参照光パルスとバイパス参照光パルスと入射光パルスとに分岐さされる。バイパス参照光パルスは被測定物を直接バイパスする。そして、被測定物を通過した出射パルスとバイパスされたバイパス参照光パルスとが合波されて合波光となる。
【００５７】
そして、サンプリング手段で、この合波光と順次相対遅延量が変化していく参照光パルスとの自己相関強度信号を順次算出することによって、合波光の自己相関波形が得られる。そして、前述した発明の波長分散測定装置と同様に、出射パルスの基準時間位置からの遅延量が求まる。
【００５８】
パルス光源から出射される光パルスの波長を変更したとき、波長を変更する前の光パルスの位相に対して、何らかの理由により波長変更後の光パルスの出力位相が変化すると、その要因だけで見かけ上遅延量が変化したような測定結果が得られてしまう。
【００５９】
つまり、波長分散を測定しようとして波長を変化させた時に、実際の分散により遅延量が変化していないにもかかわらず、あたかも被測定物の波長分散により遅延量が変化したようになり測定上不都合が生じる。
【００６０】
このような場合、この合波光に含まれるバイパス参照光パルスの基準時間位置からの遅延量を求め、先に求めた出射光パルスの遅延量との差を求めればよい。すなわち、合波光における出射パルスのバイパス参照光パルスからの遅延量を求めることになる。
【００６１】
さらに別の発明は、上述した各発明の波長分散測定装置におけるパルス光源を、所定の繰返し周期を有しかつ広い波長範囲を有した白色光パルスを出射する白色パルス光源と、この白色パルス光源から出射された白色光パルスから指定された単一波長を有する光パルスを抽出して出力する分光器とで構成している。
【００６２】
このようにパルス光源を白色パルス光源と分光器とで構成しても、所定の繰返し周期を有した波長可変の光パルスを得ることができる。
【００６３】
また、本発明の偏波分散測定装置においては、所定の繰返し周期を有し、所定の単一波長を中心波長とする光パルスを出射するパルス光源と、このパルス光源から出射された光パルスを参照光パルスと被測定物へ入射させる入射光パルスとに分波する光分波器と、被測定物を通過した出射光パルスにおける特定偏波方向の成分を通過させるとともに特定偏波方向が可変の検光子と、参照光パルスの入射光パルスに対する相対遅延量を変化させる空間的な光遅延手段と、検光子を通過した出射光パルスと光遅延手段で遅延された参照光パルスとを受け、光遅延手段で参照光パルスの相対遅延量を変化させるたびにその位置での出射光パルスの光強度に比例した自己相関強度信号を得るサンプリング手段と、このサンプリング手段で順次得られる自己相関強度信号から出射光パルスの自己相関波形を求める信号処理手段と、各特定偏波成分毎に求めた出射光パルスの自己相関波形の頂部を得るのに必要な光遅延手段で遅延させた参照光パルスの相対遅延量に基づいて被測定物の偏波分散を求める制御部とを備えている。
さらに、本発明においては、前記サンプリング手段を、参照光パルスを、互いに偏波面が９０度異なる２つ偏波状態に、それぞれの光パワーがほぼ等しくなるように分離するとともに、出射光パルスを２つの偏波状態に分離して、分離された光のうち、参照光パルスのうちの所定の偏波面成分と出射光パルスのうちの所定の偏波面成分に直交する偏波直交成分とを１つの組として合成するとともに、分離された光のうち、参照光パルスのうちの所定の偏波面成分に直交する偏波直交成分と出射光パルスのうちの所定の偏波面成分とを他の１つの組として合波して、１つの組と他の１つの組とを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組毎に自己相関信号をＳＨＧ（第２高調波発生）光として発生する第２種位相整合をなしうる一対の非線形光学材料と、この各非線形光学材料から出力されたＳＨＧ光を電気信号に変換する一対の受光器と、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自己相関強度信号として出力する加算回路とで構成している。
【００６４】
このように構成された偏波分散測定装置においては、被測定物を通過した出射光パルスの光路には出射光パルスにおける特定偏波方向の成分を通過させる検光子が介挿されている。
【００６５】
この特定偏波方向の成分を有する出射光パルスと光遅延手段で順次相対位相が変化していく参照光パルスとがサンプリング手段へ入力される。このサンプリング手段は、特定偏波方向の成分を有する出射光パルスの自己相関強度信号を出力する。そして、信号処理手段がこの特定偏波方向の成分を有する出射光パルスの自己相関波形を求める。
【００６６】
したがって、上述した波長分散測定装置と同様な手法にて、この合波光の波形から出射光パルスにおける特定偏波方向の成分を示すピークの参照光パルスのピークからの遅延時間を測定することによって、該当偏波方向における遅延時間が求められる。そして、検光子の偏波方向を順次変更することによって、被測定物の偏波分散が得られる。
【００６７】
【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。
【００６８】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の波長分散測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【００６９】
基準信号発生部４１は、周波数ｆ０  （＝９．９５３２８ＧＨｚ）の基準信号をパルス光源４２へ送出する。パルス光源４２は、可変波長光源であり、例えばトランスフォームリミッテッドな光パルスを送出するモードロックリング型ＥＤＦレーザで構成されており、繰返し周波数（繰返し周期Ｔ）が基準周波数ｆ０  である光パルスａを出力する。なお、光パルスにＴＬパルス（トランスフォームリミッテッドパルス）を用いれば、より精度の高い測定が行える。この光パルスａの波長λは測定処理全体を監視制御する制御部４３からの波長制御信号で可変制御される。
【００７０】
パルス光源４２から出力された光パルスａは、光分波器４４で、例えば光ファイバからなる被測定物４５へ入射させる入射光パルスｂと参照光パルスｃとに分波される。被測定物４５を通過した入射光パルスｂは出射光パルスｄとして次のサンプリング部４６の偏波分離器４７の一方の入力端へ入射される。光分波器４４で分波された他方の参照光パルスｃは光遅延装置４８で遅延されて新たな参照光パルスｅとしてサンプリング部４６の偏波分離器４７の他方の入力端へ入射される。
【００７１】
次に、光遅延装置４８の詳細な構成及び動作を説明する。
光分波器４４から出射された参照光パルスｃは光遅延装置４８内のコリメータ４９ａを介して光学ステージ５０上に移動自在に設けられたコーナーキューブミラー５１へ入射する。コーナーキューブミラー５１は入射した参照光パルスｃの光路を１８０°反転して、コリメータ４９ｂを介して、新たな参照光パルスｅとして、前述したサンプリング部４６の偏波分離器４７の他方端へ入射する。
【００７２】
コーナーキューブミラー５１の光学ステージ５０上の位置は、信号処理部５３から入力される光遅延器駆動信号にて制御可能なロータリーエンコーダ付きステッピングモータからなる空間型光遅延器制御部５２にて制御される。
【００７３】
コーナーキューブミラー５１の光学ステージ５０上の位置が変化すると、参照光パルスｃの光路長が変化するので、空間型光遅延器制御部５２にて、この光路長を変化させることによって、この光遅延装置４８から偏波分離器４７の他方端へ入射される参照光パルスｅの入射光パルスｂに対する相対位相（相対遅延量）を任意に設定できる。
【００７４】
具体的には、信号処理部５３は、光遅延器駆動信号を送出して、一定周期Ｔａ毎に光学ステージ５０を予め定められた微小距離ΔＬ  （時間に換算してΔＴ）ずつ移動させていく。
【００７５】
次に、サンプリング部４６の詳細説明を図２を用いて説明する。
被測定物体４５から出射された出射光パルスｄの光軸上に、偏波分離器４７、非線形光学材料５４ａ、受光器５５ａが配設されている。また、光遅延装置４８から出射された参照光パルスｅの光軸上に、前記偏波分離器４７、非線形光学材料５４ｂ、受光器５５ｂが配設されている。さらに、各受光器５５ａ，５５ｂから出力された各電気信号ｋ１  ，ｋ２  を加算する加算回路５６が組込まれている。
【００７６】
このように構成されたサンプリング部４６を用いて波長ごとの遅延量が測定できる動作原理を図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４を用いて説明する。
例えば、繰り返し周波数ｆ0 （周期Ｔ）を有する光パルスａを分岐して測定対象物４５を通過した出射光パルスｄの周期と光遅延器４８を通過する前の参照光パルスｃの周期は、もともと、同一の光源から出力された光パルスであるため、その周期はＴであり、常に等しい。しかしながら、測定対象物４５を通過した出射光パルスｄと光遅延器４８を通過する前の参照光パルスｃの位相関係は、必ずしも一致していない。このときの位相ずれを仮にＴD とする。
【００７７】
そこで、参照光パルスｃを光遅延器４８でΔＴに相当する空間距離づつ遅延量を変化させると、サンブリング部４６へ入射する参照光パルスｅは参照光パルスｃに対して任意の遅延量を与えることができる。但しこの時、光遅延器４８で与えられる遅延量の最大値は前記光パルスの周期Ｔで十分である。
【００７８】
このように、参照光パルスｅの遅延時間をΔＴづつ変化させるといずれは参照光パルスｅと出射光パルスｄの位相を図３（ａ）に示したように一致させることができるはずである。
【００７９】
参照光パルスｅと出射光パルスｄの自己相関強度信号をｇとすると、参照光パルスｅと出射光パルスｄの位相が完全に一致したとき、その値は最大となる。したがって、出射光パルスｄに対する参照光パルスｅの遅延時間を変化させていくと、図３（ｂ）に示すように、自己相関強度信号ｇの値は出射光パルスｄの波形に応じて増加し、さらに減少していく。すなわち、出射光パルスｄと参照光パルスｅから得られる自己相関強度信号ｇの包絡線波形に着目すると該当光パルスの自己相関波形ｇ１  が得られることになる。
【００８０】
そこで、パルス光源４２から出力される光パルスａの波長λを変化させたとき自己相関波形ｇ１  のピークが得られるために必要だった光遅延器４８で移動させた遅延量を測定していくと波長分散が求まることになる。
【００８１】
次に、参照光パルスｅと出射光パルスｄのタイミングが一致したときに自己相関強度信号ｇが出力される理由を図４を用いて説明する。
一般に、図４に示すようにωS 、ωD と周波数が若干異なる一対の光として出射光パルスｄと参照光パルスｅを互いの偏波面を直交に維持した状態で、第２種位相整合の非線形光学材料５４ａ（５４ｂ）の一方面に同時に入射すると、２つの光ｄ、ｅが同時に重なった場合のみ、他方面から２つの光ｄ、ｅの強度の積に比例し、かつ和の周波数を有する和周波光ｈが出射されることが知られている。
【００８２】
但し、本手法ではωＳ  、ωＤ  は同一光源からの光パルスであり、同一の周波数を有する。したがって、ここまでの説明では非線形光学材料に入射する２つの光の周波数が若干異なると説明してきたが、実際に得られる和周波光ｈは光パルスａが有する光周波数の第２高調波発生光（ＳＨＧ光）となって出力されている。すなわち、この第２高調波発生光（ＳＨＧ光）が前述した自己相関強度信号ｇとなる。
【００８３】
また、本手法では、自己相関波形ｇ１  のピーク位置の波長依存性から波長分散を求めているため、光パルスａの繰り返し周波数は測定可能な最大遅延量を規定し、一方、光遅延器４８の移動分解能が遅延量の測定分解を決定する。
【００８４】
なお、本実施形態装置で用いた第２種位相整合の非線形光学材料は和周波光を得るために用いることが多く、第２高調波光発生（ＳＨＧ光）は和周波光の特例だと言える。そこで、以下では入力される２つの光の周波数ｆがわずかに異なる場合の和周波光発生を用いて説明する。
【００８５】
図２において、入力された出射光パルスｄは偏波分離器４７へ入射される。一方、参照光パルスｅは、図示するように、基準方向（０度方向）に対して例えば４５度方向を向く単一偏波面を有している。この参照光パルスｅは偏波分離器４７へ入射される。
【００８６】
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４７には、表面が偏光コーティングされたハーフミラー４７ａが組込まれている。このハーフミラー４７ａは、入射した光のうち基準方向（０度方向）に対して９０度方向の偏波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）方向の偏波成分を反射させる。
【００８７】
したがって、ほぼ４５度方向の偏波面を有する参照光パルスｅのうちの基準方向の偏波成分ｅ1 及び出射光パルスｄのうちの９０度方向の偏波成分ｄ1 はタイプ２の非線形光学材料５４ａへ入射される。一方、参照光パルスｅのうちの９０度方向の偏波成分ｅ2 及び出射光ｄのうちの基準方向の偏波成分ｄ2 は別のタイプ２の非線形光学材料５４ｂへ入射される。
【００８８】
非線形光学材料５４ａには偏波面が互いに９０度異なる方向に設定された参照光パルスｅ１  及び出射光パルスｄ１  が入力されるので、位相整合を満足し、タイプ２の非線形光学材料５４ａから和の角周波数を有するＳＨＧ光（和周波光）ｈ１  が次の受光器５５ａへ出力される。
【００８９】
同様に、非線形光学材料５４ｂには偏波面が互いに９０度異なる方向に設定された参照光パルスｅ２  及び出射光パルスｄ２  が入力されるので、位相整合を満足し、タイプ２の非線形光学材料５４ｂから和の角周波数を有するＳＨＧ光（和周波光）ｈ２  が次の受光器５５ｂへ出力される。
【００９０】
各受光器５５ａ，５５ｂは入射した各ＳＨＧ光（和周波光）ｈ１  ，ｈ２  をそれぞれ電気信号ｋ１  ，ｋ２  に変換して加算回路５６へ送信する。加算回路５６は各電気信号ｋ１  ，ｋ２  を加算して、自己相関強度信号ｇとして次の信号処理部５３へ送出する。
【００９１】
このような光サンプリング部４６では、光遅延装置４８から出力される参照光パルスｅの偏波面は基準方向からほぼ４５度方向に設定されており、しかも偏波分離器４７のハーフミラ−４７ａが参照光パルスｅ及ぴ出射光パルスｄ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４７での透過光強度と反射光強度はほぽ等しい。
【００９２】
つまり、偏波分離器４７で分離される参照光パルスｅのうち基準方向の偏波成分ｅ１  の光強度と基準方向に対して９０度方向の偏波成分ｅ２  の光強度とがほぼ等しくなっている。
【００９３】
その一方で、被測定物４５を通過する出射光パルスｄの偏波状態は被測定物４５の状態によって乱されるため、偏波分離器４７から出力される基準方向の偏波面を有する出射光パルスｄ２  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出射光パルスｄ１  の光強度とは等しくならないことから、各非線形光学材料５４ａ，５４ｂからら出射されるＳＨＧ光（和周波光）ｈ１  ，ｈ２  の光強度は等しくならない。
【００９４】
しかしながら、ＳＨＧ光（和周波光）ｈ１  ，ｈ２  を各受光器５５ａ，５５ｂで光電変換した電気信号ｋ１  ，ｋ２  を加算した電気信号はもともと１つの出射光パルスｄを分岐して得た信号であるため、電気信号ｋ１  と電気信号ｋ２  とが相補的な動作を行い、出射光パルスｄの偏波状態の変動に起因する出射光パルスｄの波形変化が相殺されることになる。
【００９５】
すなわち、電気信号ｋ１  ，ｋ２  を加算した電気信号が安定化されるため、信号処理部５３及び制御部４３において出射光パルスｄの波形を示す自己相関波形及びこの自己相関波形のピーク値に対応する参照光パルスｅの遅延時間（遅延量）を出射光パルスｄの偏波状態に関係なく精度よく測定できる。
【００９６】
信号処理部５３は、図３を用いて説明したように、サンプリング部４６から順次入力される自己相関強度信号ｇから自己相関波形ｇ１  を求めて、コンピュータからなる制御部４３へ送出する。
【００９７】
制御部４３は、自己相関波形ｇ１  のピーク値に対応する参照光パルスｅの遅延時間（遅延量）から、出射光パルスｄの基準となる参照光パルスｃからの遅延時間ｔＤ  を算出する。
【００９８】
以上で、一つの波長λに対する遅延時間ｔＤ  の測定が終了したので、制御部４３は、波長制御信号を送出して、パルス光源２２に対して出射される光パルスａの波長λを変化させる。そして、変化後の波長λに対して同様の遅延時間ｔＤ  の測定を実施する。
【００９９】
そして、最終的に遅延時間ｔＤ  の波長λに対する依存性、すなわち、光ファイバ等の被測定物４５の波長分散特性を求める。
【０１００】
このように構成された第１実施形態の波長分散測定装置においては、パルス光源４２から出力される光パルスａは入射光パルスｂと参照光パルスｃとに分岐される。そして、入射光パルスｂは光ファイバ等の被測定物体４５を通過して出射光パルスｄとなる。また、参照光パルスｃは光遅延装置４８にて遅延量が順番に変化していく参照光パルスｄとなる。サンプリング部４６にて、出射光パルスｄとΔＴずつ順次遅延していく各参照光パルスｃとの自己相関関数をとることによって、自己相関強度信号ｇが順次求まる。そして、この順次求まる自己相関強度信号ｇから出射光パルスｄの波形を示す自己相関波形ｇ１  が求まる。
【０１０１】
次に、この自己相関波形ｇ１  のピーク値（自己相関強度信号ｇの最大位置）が求まる。このピーク値の検出精度は空間的な光遅延装置４８の設定精度で定まる。この設定精度は時間軸に換算する約０．００３ｐｓの高い精度である。
【０１０２】
次に制御部４３により、パルス光源４２から出力される光パルスａの波長λを変化させた時に、波長λを変化させる前のピーク位置から変化後に自己相関波形ｇ１  の頂部（ピーク位置）を得るために参照光パルスｄを遅延させた遅延量に碁づいて、被測定物４５を通過した出射光パルスｄの遅延時間ｔＤ  を求めることにより被測定物の波長分散を求めるようにしている。
【０１０３】
すなわち、空間的な光遅延装置４８を用いることによって、波長λを変化した場合における出射光パルスの群遅延量を０．００３ｐｓの精度で測定することが可能である。よって、波長分散測定装置全体としての波長分散測定精度を０．００３ｐｓまで上昇できる。
【０１０４】
また、パルス光源４２は、連続光ではなくて、所定の繰返し周期Ｔを有する光パルスａを出射する。したがって、参照光パルスｄも基本的に所定の繰返し周期Ｔを有する光パルスとなる。
【０１０５】
したがって、例えば、図５（ａ）に示すように、基準となる波長λ１  を有する出射光パルスｄが適当な基準時刻に対してｔＤ１だけ遅延しており、参照光パルスｅの前記基準時刻との時間差がＴｂの場合で、かつ基準となる波長λ１  を有する参照光パルスｅと出射光パルスｄとの時間差がＴｃの場合、光遅延装置４８の遅延量を調整して、参照光パルスｅが出射光パルスｄに一致させればよい。すなわち、遅延量を増加して時間差Ｔｃを解消するか、遅延量を減少して時間差Ｔｂを解消すればよい。
【０１０６】
言い換えれば、光分波器４４で分岐する前の同一タイミングのパルスどうしを一致させる必要は全くない。この場合、Ｔｂ＞Ｔｃであるので、図５（ｂ）に示すように、遅延量を増加して時間差Ｔｃを解消する。この解消後の出射光パルスｄの前記基準時刻との時間差Ｔｂ１  を新たな基準時間差と設定する。
【０１０７】
そして、光パルスａの波長をλ２  に変更した場合に、図５（ｃ）に示すように、出射光パルスｄが基準時刻に対してｔＤ２だけ遅延してたとする。そして、この出射光パルスｄに一致させるように参照光パルスｅの遅延量を光遅延装置４８で調整して、図５（ｄ）の状態になったとする。そして、このときの参照光パルスｅの前記基準時刻との時間差Ｔｂ２  が求まる。すなわち、波長λ２  における基準波長λ１  に対する相対遅延量は（Ｔｂ２  −Ｔｂ１  ）となる。
【０１０８】
このように、本実施形態装置においては、繰返し周期Ｔを有する光パルスａをを用いているので、一定周期Ｔ毎に必ず光パルスが存在しているため繰返しの周期Ｔ毎に自己相関波形ｇ１  を得ることができる。すなわち、光遅延装置４８の必要な遅延調整範囲は、最大１繰返し周期Ｔに相当する範囲である。
【０１０９】
よって、出射光パルスｄにおける光ファイバ等の被測定物４５を通過する場合における絶対遅延量に依存せずに出射光パルスｄの自己相関波形ｇ１  が得られ、各波長λにおける参照光パルスｅとの間の相対的な遅延時間差が求まり、被測定物４５の波長分散が測定可能となる。
【０１１０】
したがって、前述したように、従来の干渉法では波長分散を高精度に測定できなかった例えば２０ｍや５０ｍの長尺な光ファイバの波長分散を干渉法の場合と同程度に高い精度で測定可能となる。
【０１１１】
（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態の波長分散測定装置に組込まれたサンプリング部４６ａの概略構成を示すブロック図である。このサンプリング部４６ａ以外の構成は図１に示す第１実施形態の波長分散測定装置と同一であるので、重複する部分の詳細説明を省略する。
【０１１２】
図６において、被測定物体４５から入射された出射光パルスｄは、偏波方向制御器５７で偏波方向が基準方向に対して９０度方向に制御された後、第１実施形態の偏波分離器４７と同一構成を有するビームスプリッタで構成された合波器５８へ入射される。出射光パルスｄはこの合波器５８のハーフミラー５８ａを透過してタイプ２の非線形光学材料５４へ入射される。
【０１１３】
一方、光遅延装置４８から出力された偏波方向が基準方向を向くように設定された参照光パルスｅは、直接合波器５８へ入射され、この合波器５７のハーフミラー５７ａで反射されてタイプ２の非線形光学材料５４へ入射される。
【０１１４】
したがって、タイプ２の非線形光学材料５４には偏波面が互いに９０度異なる方向に設定された参照光パルスｅと出射光パルスｄとが入力されるので、位相整合を満足し、タイプ２の非線形光学材料５４から和の角周波数を有するＳＨＧ光ｈが光フィルタ５９を介して次の受光器５５へ出力される。なお、光フィルタ５９はＳＨＧ光ｈにおける不要波長成分を除去する。そして、受光器５５は受光したＳＨＧ光ｈを電気信号に変換して自己相関強度信号ｇとして、次の信号処理部５３へ送出する。
【０１１５】
このような構成のサンプリング部４６ａであっても、出射光パルスｄと参照光パルスｅとを受けて、参照光パルスｅに同期して得られた出射光パルスｄの強度に比例した自己相関強度信号ｇを得ることができるので、図２に示したサンプリング部４６とほぼ同様の動作及び作用効果を得ることができる。
【０１１６】
したがつて、このサンプリング部４６ａを組込んだ第２実施形態の波長分散測定装置であっても第１実施形態の波長分散測定装置とほぼ同様の作用効果が得られる。
【０１１７】
（第３実施形態）
図７は本発明の第３実施形態の波長分散測定装置に組込まれたサンプリング部４６ｂの概略構成を示すブロック図である。このサンプリング部４６ｂ以外の構成は図１に示す第１実施形態の波長分散測定装置と同一であるので、重複する部分の詳細説明を省略する。
【０１１８】
図７において、被測定物体４５から入射された出射光パルスｄは、第１の偏波方向制御器６０ａ及び光コリメータ６１ａを介してレンズ６２へ入射される。一方、光遅延装置４８から入射された参照光パルスｅは第２の偏波方向制御器６０ｂ及び光コリメータ６１ｂを介して同一のレンズ６２へ入射される。第１の偏波方向制御器６０ａ及び第２の偏波方向制御器６０ｂのそれぞれの出力光の偏波方向は同一方向に設定されている。したがって、出射光パルスｄ及び参照光パルスｅの各偏波面は互いに平行となる。
【０１１９】
レンズ６２は入射した出射光パルスｄ及び参照光パルスｅを同一焦点位置に集光させる。このレンズ６２の焦点位置にタイプ１（第１種位相整合）の非線形光学材料６３が配設されている。したがって、このタイプ１の非線形光学材料６３の他方面から出射光パルスｄ及び参照光パルスｅの和の角周波数を有するＳＨＧ光ｈ３  が出射される。
【０１２０】
このＳＨＧ光ｈ３  の光軸上にこの光軸と直交する方向にスリット６４が配設されている。このスリット６４は、図示するように、ＳＨＧ光ｈ３  のみを通過させ、レンズ６３で屈折された出射光パルスｄ及び参照光パルスｅを遮光する。スリット６４を通過したＳＨＧ光ｈ３  は次の受光器６５へ入射される。受光器６５は受光したＳＨＧ光ｈ３  を電気信号に変換して自己相関強度信号ｇとして、次の信号処理部５３へ送出する。
【０１２１】
このような構成のサンプリング部４６ｂであっても、出射光パルスｄと参照光パルスｅとを受けて、参照光パルスｅに同期して得られた出射光パルスｄの強度に比例した自己相関強度信号ｇを得ることができるので、図２に示したサンプリング部４６とほぼ同様の動作及び作用効果を得ることができる。
【０１２２】
したがって、このサンプリング部４６ｂを組込んだ第３実施形態の波長分散測定装置であっても第１実施形態の波長分散測定装置とほぼ同様の作用効果が得られる。
【０１２３】
（第４実施形態）
図８は本発明の第４実施形態の波長分散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実施形態の波長分散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を省略する。
【０１２４】
この第４実施形態の波長分散測定装置においては、パルス光源４２から出力された光パルスａは２台の光分波器４４ａ，４４ｂで、被測定物体４５に入射するに入射光パルスｂと、光遅延装置４８に入射する参照光パルスｃと、被測定物体４５をバイパスするバイパス参照光パルスｍとの３つの光パルスに分岐される。そして、被測定物体４５を透過した出射光パルスｄと被測定物体４５をバスパスしたバイパス参照光パルスｍとは光合波器６６で合成されて新たな合波光波ｐとしてサンプリング部４６の偏波分離器４７の一方の入力端へ入射する。この偏波分離器４７の他方の入力端には光遅延装置４８で遅延された参照光パルスｅが入射される。
【０１２５】
このように構成された第４実施形態の波長分散測定装置においては、図９に示すように、合波光ｐに被測定物４５を通過した出射光パルスｄの被測定物４５をバイパバスしたバイパス参照光パルスｍとが含まれる。
【０１２６】
そして、サンプリング部４６で、この合波光ｐと光遅装置４８にて順次相対遅延量が変化していく参照光パルスｅとの自己相関強度信号ｇが順次算出される。その結果、合波光ｐの自己相関波形ｇ１  が得られる。そして、図１に示す第１実施形態の波長分散測定装置と同様に、出射光パルスｄの基準時間位置からの遅延時間（遅延量）が求める。
【０１２７】
同様な手法で、合波光ｐの自己相関波形ｇ１  からこの合波光ｐに含まれるバイパス参照光パルスｍの基準時間位置からの遅延量が求める。そして、出射光パルスｄの遅延時間からバイパス参照光パルスｍの遅延時間を減算することによって、光パルスが被測定物４５を通過することによって生じる正確な遅延時間ｔＤ  を測定することが可能である。
【０１２８】
パルス光源４２から出射される光パルスａの波長λを変更した場合に元の波長に対して位相が変化すると、見掛けの遅延量が変化する。よって、波長を変化しても遅延量が変化しないのに拘らず、遅延量が変化する不都合が生じる場合がある。
【０１２９】
したがって、この第４実施形態の波長分散測定装置においては、結果的に、合波光ｐに同時に含まれるバイパス参照光パルスｍと出射光パルスｄとの時間を同一の自己相関波形ｇ１  上で求めているので、波長λを変化した場合における位相の変化要因を測定結果から排除できる。よって、波長分散測定装置の波長分散測定精度をより一層向上できる。
【０１３０】
（第５実施形態）
図１０は本発明の第５実施形態の波長分散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実施形態の波長分散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を省略する。
【０１３１】
この第５実施形態の波長分散測定装置においては、光パルスａを出射するパルス光源４２ａを白色パルス光源６７と分光器６８とで構成している。すなわち、白色パルス光源６７は、基準信号発生部４１から入力された周波数ｆ０  を有した基準信号に基づいて所定の繰返し周期Ｔを有しかつ広い波長範囲を有した白色光パルスを出射する。
【０１３２】
分光器６８は制御部４３からの波長制御信号に基づいて白色パルス光源６７から出射された白色光パルスから前記波長制御信号で指定された単一波長λを有する光パルスａを抽出して出力する。パルス光源４２ａから出射された光パルスａは次の光分波器４４で被測定物体４５に対する入射光パルスｂと光遅延装置４８へ入射される参照光パルスｃとに分岐される。
【０１３３】
このように構成された第５実施形態の波長分散測定装置であつても、パルス光源４２ａは、所定の繰返し周期Ｔを有した可変波長の光パルスａを出射するのでで、第１実施形態の波長分散測定装置とほぼ同一の作用効果を奏することが可能である。
【０１３４】
（第６実施形態）
図１１は本発明の第６実施形態の偏波分散測定装置の概略構成を示す示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の波長分散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を省略する。
【０１３５】
基準信号発生部４１は基準信号をパルス光源４２へ送出する。パルス光源４２は基準信号に同期する繰返し周期Ｔを有する光パルスａを出力する。この光パルスａの波長λは制御部４３ａからの波長制御信号で可変制御される。
【０１３６】
パルス光源４２から出力された光パルスａは光分波器４４で、光ファイバからなる被測定物４５へ入射させる入射光パルスｂと光遅延装置４８へ入力される参照用光パルスｃとに分波される。被測定物４５を通過した入射光パルスｂは出射光パルスｄとして検光子６９に入力される。
【０１３７】
ここで、入射光パルスｂの偏光状態と被測定物４５の偏光特性によっては、検光子６９に入力される光が直線偏光になってしまうことがある。この場合は、被測定物４５に入るまでに偏波コントローラを用いればよい。
【０１３８】
この検光子６９は被測定物４５を通過した出射光パルスｄのうち制御部４３ａで設定された偏波方向αの光成分のみを通過させる。検光子６９を通過した出射光パルスｑは、次のサンプリング部４６内の偏波分離器４７の一方へ入射される。このサンプリング部４６における偏波分離器４７の他方には光遅延装置３８から出力された、遅延時間がΔＴづつ増加していく参照光パルスｅが入射される。
【０１３９】
サンプリング部４６は、第１実施形態の波長分散測定装置の場合と同様に、出射光パルスｑの波形の各位置におけおける光強度に対応した自己相関強度信号ｇを順次出力する。そして、信号処理部５３でこれらの自己相関強度信号ｇを用いて出射光パルスｑの信号波形に対応する自己相関波形ｇ１  を作成する。制御部４３ａは、自己相関波形ｇ１  のピーク値に対応する参照光パルスｅの遅延時間（遅延量）から、出射光パルスｄの基準となる参照光パルスｃからの遅延時間ｔＤ  を算出する。
【０１４０】
以上で、一つの偏波方向αにおける出射光パルスｑの遅延時間ｔＤ  が得られたので、制御部４３ａは検光子６９の偏波方向αを異なる偏波方向αに設定して、該当偏波方向αに対する遅延時間ｔＤ  を求める。
【０１４１】
このようにして、偏波方向αを０から２πまで、順番に変化させた場合における各遅延時間ｔＤ  を求め、遅延時間ｔＤ  の偏波方向αに対する依存特性を光ファイバからなる被測定物４５の偏波分散特性としている。
【０１４２】
このように構成された第６実施形態の偏波分散測定装置であっても、測定光を所定の繰返し周期Ｔを有した光パルスａを用い、かつ光遅延装置４８を用いて参照光パルスｅの遅延量を高い精度で設定している。したがって、第１の実施形態の波長分散測定装置と同様に、出射パルスｑの参照用光パルスｃに対する遅延時間ｔＤ  を高い精度で測定できる。したがって、被測定物４５がたとえ２０メートルや５０メートル等の長尺な光ファイバであったとしても、偏波分散特性の測定精度を大幅に向上できる。
【０１４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波長分散測定装置及び偏波分散測定装置においては、被測定物に対する入射光及び参照光を連続光でなくて所定の繰返し周期を有した光パルスを採用し、さらに、空間的な光遅延手段を用いて参照光パルスの遅延量を高い精度で設定している。
【０１４４】
したがって、簡単に干渉点を検出でき、被測定物から出射される出射光の絶対遅延量を用いることなく、たとえ長尺な被測定物であつても、高い精度で波長分散を測定でき、ひいては数メートルの短尺から数＋メートルの長尺まで広い長さ範囲に亘って高い精度で波長分散及び偏波分散を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の波長分散測定装置の概略構成を示すブロック図
【図２】同波長分散測定装置におけるサンプリング部の詳細構造を示すブロック図
【図３】ＳＨＧ光を用いた光信号波形測定の測定原理を説明するための図
【図４】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５】同波長分散測定装置における出射光パルスと参照光パルスとの関係を示すタイムチャート
【図６】本発明の第２実施形態の波長分散測定装置におけるサンプリング部の詳細構造を示すブロック図
【図７】本発明の第３実施形態の波長分散測定装置におけるサンプリング部の詳細構造を示すブロック図
【図８】本発明の第４実施形態の波長分散測定装置の概略構成を示すブロック図
【図９】同第４実施形態の波長分散測定装置の動作を示すタイムチャート
【図１０】本発明の第５実施形態の波長分散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実施形態の偏波分散測定装置の概略構成を示すブロック図
【図１２】従来のパルス法を用いた波長分散測定装置の概略構成を示すブロック図
【図１３】同じく従来のパルス法を用いた波長分散測定装置の概略構成を示すブロック図
【図１４】従来の干渉法を用いた波長分散測定装置の概略構成を示すブロック図
【図１５】同従来装置に組込まれた分光器の分光特性図
【図１６】同従来装置における光路差と干渉強度との関係を示す図
【図１７】同従来装置における波長を変化した場合における干渉特性の変化を示す図
【図１８】従来の干渉法を用いた偏波分散測定装置の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
４１…基準信号発生部
４２…パルス光源
４３，４３ａ…制御部
４４…光分波器
４５…被測定物
４６，４６ａ，４６ｂ…サンプリング部
４８…光遅延装置
５１…コーナーキューブミラー
５３…信号処理部
５４，５４ａ，５４ｂ…タイプ１の非線形光学材料
５５，５５ａ，５５ｂ，６５…受光器
５６…加算回路
５７…偏波方向制御器
５８…合波器
５９…光フィルタ
６２…レンズ
６３…タイプ２の非線形光学材料
５４…スリット
６９…検光子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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