(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光を入射するための入力端子（２０ａ）と、
光パルスを所定周期で出射する光パルス発生器（２１）と、
前記入力端子から入力された被測定光と前記光パルス発生器から出射された光パルスとを受け、両光の偏波成分のうち偏波方向が直交する成分同士を合成して出射する偏波合成器（２２）と、
前記偏波合成器から互いに偏波方向が直交するように合成された光を受ける毎に該両光の強度の積に比例する強度を有する光パルスを出射する非線形光学結晶（２３）と、
前記非線形光学結晶から出射された光パルスを受光して、電気信号に変換する光電変換器（２４）とを有する光サンプリング装置において、
前記偏波合成器に対する前記被測定光の入射を規制する入射規制手段（３１、４１）と、
前記偏波合成器と前記非線形光学結晶の間に進退自在に設けられ、前記偏波合成器と前記非線形光学結晶の間に進入した状態で、前記偏波合成器から出射された光の偏波方向を回転させて前記非線形光学結晶に入射させる偏波回転手段（３２）とを設け、
前記入射規制手段によって前記偏波合成器に対する前記被測定光の入射を規制した状態で、前記偏波回転手段を前記偏波合成器と前記非線形光学結晶の間に進入させることにより、前記非線形光学結晶から前記光電変換器に光パルスを入射できるようにしたことを特徴とする光サンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パルスでサンプリングを行なう光サンプリング装置において、その調整や自己診断等を、外部光源を用いることなく行なえるようにするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、高速な繰り返し信号で強度変調された光信号の波形を観測するための装置として、図８に示す光サンプリング装置１０を備えた波形観測システムがある。
【０００３】
この光サンプリング装置１０の光パルス発生器１１は、入力端子１０ａから図９の（ａ）のように入射される被測定光Ｘの強度を変調している信号Ｍｘの周期Ｔｘの整数ｎ倍（図では理解しやすいようにｎ＝１の例を示している）より僅かに長い周期Ｔ（＝ｎ・Ｔｘ＋ΔＴ）の光パルスＰを図９の（ｂ）のように出射する。
【０００４】
偏波合成器１２は、光パルス発生器１１から出射された光パルスＰと入力端子１０ａから入射された被測定光Ｘとを受け、両光の偏波成分のうち、互いに偏波方向が直交する成分同士を合成し、その合成光を非線形光学結晶１３に入射する。
【０００５】
非線形光学結晶１３は、特定の偏波方向の光と、その特定方向に対して直交する偏波方向の光とが入射されると、両光の強度の積に比例した強度を有し、両光の周波数の和に等しい周波数を有する光を出射する特性を有しており、その特定方向が、偏波合成器１２で合成される偏波成分の一方の方向と一致するように配置されている。
【０００６】
したがって、偏波合成器１２から特定あるいはそれに直交する偏波方向の光パルスＰが入射される毎に、その光パルスＰと被測定光Ｘの強度の積に比例した強度を有し、両光の周波数の和に等しい周波数を有する光パルスＰｓを図９の（ｃ）のように生成して光電変換器１４に出射する。
【０００７】
光電変換器１４は、非線形光学結晶１３から出射された光パルスＰｓを電気信号Ｅｓに変換して出力して、波形表示手段１７に出力する。
【０００８】
波形表示手段１７は、光電変換器１４から出力される電気信号Ｅｓのピーク値を求め、図９の（ｃ）に示しているようにそのピーク値をつなぐような波形Ｍｘ′を、被測定光Ｘの波形として表示する。
【０００９】
上記構成の光サンプリング装置１０では、被測定光Ｘが入射されていない状態では、非線形光学結晶１３から光電変換器１４に対して光パルスＰｓは出射されない。
【００１０】
したがって、例えば測定の前に光サンプリング装置１０が正常に動作するか否かを調べたり、感度が適正か否かを調べる場合には、図１０に示しているように、校正用の光源１９を用意し、この光源１９から出射される基準光Ｒを入力端子１０ａから入射して、その基準光Ｒに対して光電変換器１４から出力される電気信号Ｅｓのレベルあるいは波形表示手段１７の表示結果等を確認していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、光サンプリング装置１０の動作確認や感度校正等のために、校正用の光源１９を用いるのは不便であり、またその作業に手間がかかるという問題があった。
【００１２】
本発明は、この課題を解決して、動作確認や感度校正等を容易に行なうことができる光サンプリング装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の光サンプリング装置は、
被測定光を入射するための入力端子（２０ａ）と、
光パルスを所定周期で出射する光パルス発生器（２１）と、
前記入力端子から入力された被測定光と前記光パルス発生器から出射された光パルスとを受け、両光の偏波成分のうち偏波方向が直交する成分同士を合成して出射する偏波合成器（２２）と、
前記偏波合成器から互いに偏波方向が直交するように合成された光を受ける毎に該両光の強度の積に比例する強度を有する光パルスを出射する非線形光学結晶（２３）と、
前記非線形光学結晶から出射された光パルスを受光して、電気信号に変換する光電変換器（２４）とを有する光サンプリング装置において、
前記偏波合成器に対する前記被測定光の入射を規制する入射規制手段（３１、４１）と、
前記偏波合成器と前記非線形光学結晶の間に進退自在に設けられ、前記偏波合成器と前記非線形光学結晶の間に進入した状態で、前記偏波合成器から出射された光の偏波方向を回転させて前記非線形光学結晶に入射させる偏波回転手段（３２）とを設け、
前記入射規制手段によって前記偏波合成器に対する前記被測定光の入射を規制した状態で、前記偏波回転手段を前記偏波合成器と前記非線形光学結晶の間に進入させることにより、前記非線形光学結晶から前記光電変換器に光パルスを入射できるようにしたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態の光サンプリング装置２０の構成を示している。
【００１５】
図１に示しているように、この光サンプリング装置２０は、光パルス発生器２１から所定周期で出射された光パルスＰと、入力端子２０ａから入射される被測定光Ｘとを偏波合成器２２に入射して、両光の偏波成分のうち偏波方向が互いに直交する成分同士を合成し、その合成光を非線形光学結晶２３に入射する。
【００１６】
なお、光パルス発生器２１は、光源から出射された連続光を光変調器で変調して得られた所定周期の光パルスを分散減少ファイバに入射し、この分散減少ファイバによってさらに幅の狭い光パルスを生成して出射する。
【００１７】
非線形光学結晶２３は、前記したように、特定の偏波方向の光と、その特定方向に対して直交する偏波方向の光とが入射されると、両光の強度の積に比例した強度を有し、両光の周波数の和に等しい周波数を有する光を出射する特性を有しており、偏波合成器２２が合成する一方の偏波方向が特定方向となるように配置されている。
【００１８】
このため、非線形光学結晶２３は、偏波合成器２２を介して光パルスＰが入射される毎に、その光パルスＰと被測定光Ｘの強度の積に比例した強度を有し、両光の周波数の和に等しい周波数を有する光パルスＰｓを出射する。
【００１９】
非線形光学結晶２３から出射された光パルスＰｓは、光電変換部２４に入射されて電気信号Ｅｓに変換される。
【００２０】
光電変換器２４は、アバランシェフォトダイオード（以下ＡＰＤと記す）２４ａと、ＡＰＤ２４ａに接続された負荷回路２４ｂと、ＡＰＤ２４ａに逆バイアス電圧Ｖｒを印加して、ＡＰＤ２４ａに増倍率Ｍを与える電源２４ｃとを有し、入射光に対してＡＰＤ２４ａが出力する電流を負荷回路２４ｂに与えてその電流に比例した電圧の信号Ｅｓを出力する。なお、ＡＰＤ２５ａの増倍率Ｍは逆バイアス電圧Ｖｒが大きいほど増加するが、それにつれて素子雑音も増加するので、一般的にＳ／Ｎが最もよくなる値（最適増倍率Ｍｏ）に設定されている。
【００２１】
上記構成は、前記した従来の光サンプリング装置１０と同様であるが、この光サンプリング装置２０の入力端子２０ａと偏波合成器２２の間には、被測定光Ｘの入射を規制するための入射規制手段としての光スイッチ３１が設けられている。
【００２２】
また、入射光の偏波方向を所定角度、例えば４５°回転させて出射する偏波回転素子３２が、偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間に進退自在に設けられている。この偏波回転素子３２は例えばλ／２板で構成されている。
【００２３】
なお、ここでは偏波回転素子３２が移動装置３３によって偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間に進入、退出できるものとするが、偏波回転素子３２が図示しないガイド部材にガイドされていて、手動操作で偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間に進入、退出できるようにしてもよい。
【００２４】
光スイッチ３１、移動装置３３および光電変換器２４の感度は、制御部４０によって制御される。
【００２５】
制御部４０は、例えば図示しない操作部や他の装置から動作確認を指示する指示信号Ｈを受けると、動作確認および感度校正の処理を、図２に示すフローチャートにしたがって行なう。
【００２６】
即ち、指示信号Ｈが入射されると、光スイッチ３１を開いて、偏波回転素子３２を偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間に挿入させる（Ｓ１〜Ｓ３）。
【００２７】
この処理によって、被測定光Ｘの入射が規制された状態で、光パルス発生器２１から出射された光パルスＰが偏波合成器２２に入射され、その偏波成分のうち、図３に示すように特定方向（上下方向）の偏波成分の光パルスＰが偏波回転素子３２に入射され、その偏波方向が特定方向に対して図４に示すように４５°回転されて非線形光学結晶２３に入射される。
【００２８】
この偏波方向の回転により、それぞれの偏波方向が特定方向とそれに直交する方向となり強度が等しい２つの光パルス成分Ｐｘ、Ｐｙが生じることになり、この光パルス成分Ｐｘ、Ｐｙを受けた非線形光学結晶２３からは、光パルス成分Ｐｘ、Ｐｙの各強度の積に比例した強度を有し、光パルスＰの２倍の周波数の光パルスＰｓが光電変換器２４に出射される。
【００２９】
このため、光電変換器２４からは、光パルスＰｓに対応して、パルス状に電圧が変化する電気信号Ｅｓが出力される。
【００３０】
制御部４０は、この電気信号Ｅｓを受けて、例えばそのピーク値を検出し、検出したピーク値が予め設定されている適正電圧範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ４）。
【００３１】
ピーク値が適正電圧範囲内にあるときには、この光サンプリング装置２０の動作が正常であると判断し、偏波回転素子３２を偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間から退出させ、光スイッチ３１を閉じて、被測定光Ｘを入射させる（Ｓ７、Ｓ８）。
【００３２】
また、ピーク値が適正電圧範囲内にないときには、さらにそのピーク電圧の値を調べ、ピーク電圧が異常に低いときには、アラーム信号を出力して、異常の発生を通知する（Ｓ５）。
【００３３】
また、ピーク値が適正電圧範囲外でその近傍にあるときには、光電変換器２４のＡＰＤ２４ａの増倍率Ｍの変動と判断し、電源２４ｃを制御し逆バイアス電圧Ｖｒを調整して、ピーク値が適正電圧範囲内に入るようにして、ＡＰＤ２４ａの増倍率Ｍを所定値に設定する（Ｓ６）。
【００３４】
なお、上記した逆バイアス電圧の調整処理で、図５に示すように、始めに逆バイアス電圧Ｖｒを０ボルトにしてＡＰＤ２４ａの増倍率Ｍを１に設定し、このときの出力信号のピーク値を基準値Ａとして記憶してから、出力信号のピーク値が基準値Ａの例えば前記最適増倍率Ｍｏ倍になるように逆バイアス電圧を調整すれば、光パルス発生器２１から出射される光パルスＰの強度に変動がある場合や、温度変化によってＡＰＤ２４ａの増倍率が変動する場合でも、所望の増倍率をＡＰＤ２４ａに与えることができる。
【００３５】
このように、実施形態の光サンプリング装置２０は、被測定光Ｘの入射を規制する光スイッチ３１と、偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間に進退自在な偏波回転素子３２とを設けているので、光スイッチ３１によって偏波合成器２２に対する被測定光Ｘの入射を規制した状態で、偏波回転素子３２を偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間に進入させることにより、非線形光学結晶２３から光電変換器２４に光パルスＰｓを入射でき、装置の動作確認や感度校正を別の光源を用いることなく行なえる。
【００３６】
なお、前記した光サンプリング装置２０では、制御部４０が自動的に動作確認や感度校正等を行なう場合について説明したが、被測定光Ｘの入射を規制する光スイッチ３１の開閉や偏波回転素子３２の進退を手動で行なう構成でもよい。ただし、この場合には、光電変換器２４の出力レベル等を確認するための手段を設ける。
【００３７】
また、前記光サンプリング装置２０では、回転角度が４５°に固定されている偏波回転素子３２を用いていたが、直交する２つの光のパワーの比が同一でなくてもよい場合、この角度は原理的に９０°の整数倍以外であればよく、また、回転角を任意に可変できる素子を用いてもよい。
【００３８】
また、前記光サンプリング装置２０では、被測定光Ｘの入射を規制するためにに光スイッチ３１を用いていたが、図６に示す光サンプリング装置２０′のように、入力端子２０ａと偏波合成器２２の間、および光パルス発生器２１と偏波合成器２２の間に、入射光の所定方向の偏波成分のみを通過させることができ、且つ偏波方向を可変できる偏波制御素子４１、４２がそれぞれ設けられていて、偏波合成器２２に入射される両光の偏波方向を前記特定方向とそれに直交する方向に調整することができるように構成されている場合には、偏波制御素子４１を入射規制手段として用いることができる。なお、偏波制御素子４１、４２としては、λ／２板や、光ファイバとその光ファイバに応力を加えて偏波を回転させる構造のもの等が使用できる。
【００３９】
この場合、図７に示すように、偏波回転素子３２を偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間に挿入する前に、光電変換器２４の出力が最小となるように偏波制御素子４１を調整する（Ｓ１１〜Ｓ１３）。
【００４０】
この調整により、偏波制御素子４１が通過させる偏波方向は、入射される被測定光Ｘの偏波方向と直交して、偏波合成器２２に対する被測定光Ｘの入射が規制される。
【００４１】
次に、偏波回転素子３２を偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間に進入させて、光電変換器２４の出力が最大となるように、垂直又は水平のみの偏波を有する光を作りだすように偏波制御素子４２を制御する（Ｓ１４〜Ｓ１６）。
【００４２】
この調整により、偏波合成器２２の光パルスＰに対する損失を最小にすることができる。
【００４３】
そして、必要であれば、前記したように、感度の確認と調整（光電変換器２４のＡＰＤ２４ａの増倍率の調整）を行い、その後に、偏波回転素子３２を偏波合成器２２と非線形光学結晶２３の間から退出させ、入射側の偏波制御素子４１による偏波選択方向を９０°戻して、被測定光Ｘを通過させてサンプリングを可能にする（Ｓ１７〜Ｓ１９）。
【００４４】
【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装置では、偏波合成器に対する被測定光の入射を規制する入射規制手段と、偏波合成器と非線形光学結晶の間に進退自在な偏波回転手段とを設けているので、入射規制手段によって偏波合成器に対する被測定光の入射を規制した状態で、偏波回転手段を偏波合成器と非線形光学結晶の間に進入させることにより、非線形光学結晶から光電変換器に光パルスを入射させることができ、装置の動作確認や感度校正を別の光源を用いることなく行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図
【図２】実施形態の要部の処理手順を示すフローチャート
【図３】実施形態の動作を説明するための図
【図４】実施形態の動作を説明するための図
【図５】実施形態の要部の別の処理手順を示すフローチャート
【図６】他の実施形態の構成を示す図
【図７】他の実施形態の要部の処理手順を示すフローチャート
【図８】従来装置の構成を示す図
【図９】従来装置の動作を説明するためのタイミング図
【図１０】従来装置の動作確認等を行なう場合の構成を示す図
【符号の説明】
２０、２０′……光サンプリング装置、２１……光パルス発生器、２２……偏波合成器、２３……非線形光学結晶、２４……光電変換器、２４ａ……アバランシェフォトダイオード、２４ｂ……負荷抵抗、２４ｃ……電源、３１……光スイッチ、３２……偏波回転素子、４０……制御部、４１、４２……偏波制御素子
【図１】
0003648492.tif 000002
【図２】
0003648492.tif 000003
【図３】
0003648492.tif 000004
【図４】
0003648492.tif 000005
【図５】
0003648492.tif 000006
【図６】
0003648492.tif 000007
【図７】
0003648492.tif 000008
【図８】
0003648492.tif 000009
【図９】
0003648492.tif 000010
【図１０】
0003648492.tif 000011