(57)【要約】【課題】  高速光通信で伝送される信号光の時間波形を精度良く検出することが可能な光サンプリング装置、該光サンプリング装置を構成した光サンプリング・オシロスコープ、及び光サンプリング方法を提供すること。【解決手段】  波長の異なる被測定光パルスとサンプリング光パルスを、非線形光学効果、具体的には、（ｉ） 四光波混合または三光波混合を発生する非線形光学媒質に入力し、上記二つの光パルスの時間的に共通な部分において発生する四光波混合または三光波混合により発生する波長変換光の光強度を検出することにより、被測定光の波形を観測する、または（ｉｉ） 相互位相変調を発生する非線形光学媒質に入力し、上記二つの光パルスの時間的に共通な部分において発生する相互位相変調による位相シフトを用いてスィッチされた変換光の光強度を検出することにより、被測定光の波形を観測する。【選択図】図１
2006038960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光の時間波形を検出するための光サンプリング装置であって、
前記信号光の同期信号の同期時間間隔の整数倍あるいは整数分の１倍から所定時間ずらした繰り返し周波数の光パルス列を発生させる光パルス列発生回路と、
前記信号光及び前記発生された光パルス列を共に入射し、前記光パルス列に時間的に重なった前記信号光の光強度を光カー効果の下に出射する光カー効果発生回路と、
該光カー効果発生回路から出射した光から前記光カー効果の種類に応じて決定される周波数の光を取り出す光回路と、
を有することを特徴とする光サンプリング装置。
【請求項２】
信号光と前記信号光とは異なる繰り返し周波数を有する光パルス列とを合波し、前記信号光のうち前記光パルス列とは時間的に重複する部分の信号強度に比例する強度の波長変換パルス光を発生する光ＡＮＤ回路を有する光サンプリング装置であって、
前記信号光と前記波長変換パルス光が異なる波長帯域の波長を有することを特徴とする光サンプリング装置。
【請求項３】
信号光と前記信号光とは異なる繰り返し周波数を有する光パルス列とを合波し、前記信号光のうち前記光パルス列とは時間的に重複する部分の信号強度に比例する強度の波長変換パルス光を発生する光ＡＮＤ回路を有する光サンプリング装置であって、
前記信号光と前記光パルス列とが異なる波長帯域の波長を有することを特徴とする光サンプリング装置。
【請求項４】
前記光ＡＮＤ回路は、四光波混合を発生させるための励起光として前記光パルス列を用いることを特徴とする請求項２に記載の光サンプリング装置。
【請求項５】
前記光ＡＮＤ回路は、相互位相変調を発生させるための制御光として前記光パルス列を用いることを特徴とする請求項３に記載の光サンプリング装置。
【請求項６】
非線形光媒質として光ファイバを備え、
前記光ファイバは、前記四光波混合を十分な効率で発生させるのに必要な長さに渡って、零分散波長が前記励起光の波長とほぼ一致していることを特徴とする請求項４に記載の光サンプリング装置。
【請求項７】
非線形光媒質として光ファイバを用い、この光ファイバは前記相互位相変調を十分な効率で発生させるのに必要な長さに渡って、波長分散が一定であることを特徴とする請求項５に記載の光サンプリング装置。
【請求項８】
前記光ファイバは、コアにゲルマニウム等をドープするとともに前記コアとクラッドの屈折率比を制御することによって、単位長さ当たりの３次非線形光学効果の発生効率を高めた、高非線形光ファイバであることを特徴とする請求項６または７に記載の光サンプリング装置。
【請求項９】
前記光ファイバは、フォトニック結晶ファイバであることを特徴とする請求項６または７に記載の光サンプリング装置。
【請求項１０】
前記光ＡＮＤ回路は、前記光ファイバ内の相互位相変調を用いた光Ｋｅｒｒスィッチまたは非線形光ループミラーを用いることを特徴とする請求項７に記載の光サンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号光の時間波形を精度良く測定するための光サンプリング装置、及び該光サンプリング装置を構成した光サンプリング・オシロスコープに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、伝送信号の時間波形を観測する装置として、ディジタル（サンプリング）オシロスコープが実用化され、広く普及している。
本ディジタルオシロスコープでは、時間的に強度変化する電気信号の信号強度を所定の時間間隔ごとに検出し、この検出された電気信号の信号強度を時間的につなぎ合わせる信号処理を施して、そのつなぎ合わされた時間波形を例えば表示画面に表示する。これらの処理は電気的に行なわれるため、伝送信号の信号強度を検出するための時間分解能は、エレクトロニクスの動作速度によって制限されてしまう。
【０００３】
また、光ファイバ通信システム等の信号光の時間波形を観測する場合には、当該信号光を電気信号に変換する受光器を更に構成することにより、信号光を電気信号に変換し、変換された電気信号に対して上述した処理を行なう。なおこの場合においても、その信号強度を検出する時間分解能はエレクトロニクスの動作速度によって制限されてしまう。
【０００４】
近年、超高速光通信の実現に向けた技術開発が様々な分野において進んでいる。そして現在、１ピコ秒あるいは１ピコ秒以下の超短光パルスを用いて伝送速度１６０Ｇｂｉｔ／ｓの超高速光通信を行なうシステムの開発も進められている。
【０００５】
このような超高速光通信システムの開発において、例えば当該システムの性能などを検証する際は、信号光の時間波形を高精度に観測できる装置が必要となる。
上述したオシロスコープでは、信号光を一旦電気信号に変換してから電気的に時間分割や信号強度検出等の処理を行なうため、上記伝送速度１６０Ｇｂｉｔ／ｓの信号光の時間波形観測はもとより、伝送速度１０〜４０Ｇｂｉｔ／ｓの信号光の時間波形観測にあっても、十分な時間分解能が得られず、時間分解能限界が指摘されている。
【０００６】
そこで、こうしたエレクトロニクスの動作速度制限によって生じる時間分解能限界を打破する技術として、信号光を光学的にサンプリングする光サンプリング方式が既に開発されており、現在、この方式を取り入れた光サンプリング・オシロスコープが実用化されつつある。
【０００７】
当該光サンプリング・オシロスコープは、繰り返し周波数をもった信号光と、当該繰り返し周波数の整数分の１と若干異なる（数１００Ｈｚまたは数ｋＨｚ程度）繰り返し周波数をもつサンプリングパルス光とを非線形光学結晶に入射し、該非線形光学結晶から二次の非線形光学効果の下に出力される和（または差）周波光の光強度を検出する。このとき上記サンプリングパルス光のパルス幅を信号光のパルス幅よりも十分小さくしてかつこのサンプリングパルス光を信号光に同期して発生させて、その和（または差）周波光を受光することにより、ピコ秒級の時間分解能をもつ時間波形が観測できる（例えば、特許文献1参照。）。
【特許文献１】特開２００３−６５８５７号公報（段落「００２０」−「００２２」、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の光サンプリング・オシロスコープは、上述したように非線形光学結晶の二次の非線形光学効果により発生した和（または差）周波光を受光して光信号の時間波形を検出するように構成されている。しかし、二次の非線形光学効果により発生する和（または差）周波光の発生効率は非常に小さいものであった。
【０００９】
したがって、信号光の時間波形を検出できるだけの十分に高い強度の和（または差）周波光を発生させるには非常に大きなパワーのサンプリングパルス光を非線形光学結晶に入射させなければならないという問題点があった。
【００１０】
また、本非線形光学結晶を介して発生した和（差）周波光はＳＮ比（信号対雑音比）が著しく低下しているため、当該和（差）周波光を基に信号を増幅した場合に雑音も共に増幅されてしまい、信号光の時間波形を精度良く検出することができないという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高速光通信で伝送される信号光の時間波形を精度良く検出することが可能な光サンプリング装置、該光サンプリング装置を構成した光サンプリング・オシロスコープ、及び光サンプリング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
まず、第１に、波長の異なる被測定光パルスとサンプリング光パルスを、非線形光学効果、具体的には、（ｉ） 四光波混合を発生する非線形光学媒質に入力し、上記二つの光パルスの時間的に共通な部分において発生する四光波混合により発生する波長変換光の光強度を検出することにより、被測定光の波形を観測する、または（ｉｉ） 相互位相変調を発生する非線形光学媒質に入力し、上記二つの光パルスの時間的に共通な部分において発生する相互位相変調による位相シフトを用いてスィッチされた変換光の光強度を検出することにより、被測定光の波形を観測する。
【００１３】
そして、第２に、上記において、サンプリング光を被測定光が含まれる信号帯域の端あるいは被測定光が含まれる帯域とは異なる信号帯域に配置し、サンプリングされた変換光が被測定光の含まれる帯域とは異なる信号帯域、あるいは被測定光の含まれる帯域において発生されるようにする。
【００１４】
これらの手段により、高い分解能と高い光ＳＮ比を併せ持つ光サンプリングを実現することが可能である。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の光サンプリング装置は、信号光の時間波形を検出するための光サンプリング装置であって、上記信号光の同期信号の同期時間間隔の整数倍あるいは整数分の１倍から所定時間ずらした繰り返し周波数の光パルス列を発生させる光パルス列発生回路と、上記信号光及び上記発生された光パルス列を共に入射し、上記光パルス列に時間的に重なった上記信号光の光強度を光カー効果の下に出射する光カー効果発生回路と、該光カー効果発生回路から出射した光から上記光カー効果の種類に応じて決定される周波数の光を取り出す光回路とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様によれば、本発明の光サンプリング装置は、信号光と上記信号光とは異なる繰り返し周波数を有する光パルス列とを合波し、上記信号光のうち上記光パルス列とは時間的に重複する部分の信号強度に比例する強度の波長変換パルス光を発生する光ＡＮＤ回路を有する光サンプリング装置であって、上記信号光と上記波長変換パルス光が異なる波長帯域の波長を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一態様によれば、本発明の光サンプリング装置は、信号光と上記信号光とは異なる繰り返し周波数を有する光パルス列とを合波し、上記信号光のうち上記光パルス列とは時間的に重複する部分の信号強度に比例する強度の波長変換パルス光を発生する光ＡＮＤ回路を有する光サンプリング装置であって、上記信号光と上記光パルス列とが異なる波長帯域の波長を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光サンプリング装置は、上記光ＡＮＤ回路が、四光波混合を発生させるための励起光として上記光パルス列を用いることが望ましい。
或はまた、本発明の光サンプリング装置は、上記光ＡＮＤ回路が、相互位相変調を発生させるための制御光として上記光パルス列を用いることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の光サンプリング装置は、さらに非線形光媒質として光ファイバを備え、上記光ファイバが、上記四光波混合を十分な効率で発生させるのに必要な長さに渡って、零分散波長が上記励起光の波長とほぼ一致していることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の光サンプリング装置は、非線形光媒質として光ファイバを用い、この光ファイバは上記相互位相変調を十分な効率で発生させるのに必要な長さに渡って、波長分散が一定であることが望ましい。
【００２０】
また、本発明の光サンプリング装置は、上記光ファイバが、コアにゲルマニウムやビスマス等をドープするとともに上記コアとクラッドの屈折率比を制御することによって、単位長さ当たりの３次非線形光学効果の発生効率を高めた、高非線形光ファイバであることが望ましい。
【００２１】
また、本発明の光サンプリング装置は、上記光ファイバが、単位長さ当たりの３次非線形光学効果の発生効率を高めたフォトニック結晶ファイバであることが望ましい。
また、本発明の光サンプリング装置は、上記光ＡＮＤ回路が、上記光ファイバ内の相互位相変調を用いた光Ｋｅｒｒスィッチまたは非線形光ループミラーを用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高速光通信で伝送される信号光の時間波形を十分高い変換効率で検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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、本発明の基本構成を示す図である。
波長λs速度ｆsの信号光を、サンプリングパルス発生器により発生させた波長λp周波数ｆs＋Δｆのサンプリング光とともに、光ＡＮＤ回路に入力し、非線形光学効果を用いて波長λc速度Δｆの変換光パルスを出力する。
【００２４】
ここで、サンプリング光を発生させるサンプリングパルス発生器は、信号光の一部からクロック再生器を用いてその基準周波数ｆsのクロック信号を抽出し、この抽出されたクロック信号とわずかに異なる周波数（差Δｆ）に同期した光パルス列をパルス光源により発生させて生成する。周波数差Δｆは、ｆsに比べて十分に低い周波数（Δｆ＜＜ｆs）であり、光ＡＮＤ回路は、信号パルスの形状に従い、その光強度に比例した光パルスを順次出力する。
【００２５】
これらの出力光パルスのピークを順次つないでいくと、繰り返し周波数Δｆで光パルス形状が得られる。この光パルスは、その発生原理からして、信号光の形状を反映したものであり、これを受光器で電気信号に変換することにより、オシロスコープを用いて電子回路の動作速度限界を超える短パルスの波形観測が可能である。
【００２６】
本発明では、光ＡＮＤ回路としては四光波混合（ＦＷＭ）、あるいは相互位相変調（ＸＰＭ）等の光Ｋｅｒｒ効果を用いた非線形光ゲート等を用いる。特に、本発明では、これらの非線形光学効果の超高速・超広帯域特性に注目し、光通信システム等で用いられる波長帯域に含まれる波長を有する信号光を全てモニター可能な光サンプリングを実現するための波長配置、およびその広帯域光サンプリングを実現するための方法を提供する。
【００２７】
光ＡＮＤ回路としては、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）や光Ｋｅｒｒスィッチ等のＸＰＭを用いた光スィッチ、あるいは四光波混合を用いた光スィッチ等がある。非線形光ループミラーは、方向性結合される第１及び第２の光路を含む第１の光カプラと、第１及び第２の光路を接続するループ光路と、ループ光路に方向性結合される第３の光路を含む第２の光カプラとを備えている。
【００２８】
ループ光路の一部または全体を非線形光学媒質から構成するとともに、第１及び第３の光路にそれぞれプローブ光及び光信号を供給することによって、変換光信号が第２の光路から出力される。
【００２９】
非線形光ループミラーにおける非線形光学媒質としては光ファイバが一般的であるが、特に、非線形光学媒質としてＳＯＡを用いたＮＯＬＭはＳＬＡＬＯＭ（Semiconductor Laser Amplifier in a Loop Mirror）と称される。
【００３０】
また、光ＡＮＤ回路は、クロックパルスの周波数を信号速度の分周倍（例えば信号速度が４０Ｇｂ／ｓである場合１０ＧＨｚ）に設定することによって、ＯＴＤＭ（光時分割多重）信号のデマルチプレクシング等の動作を行なうことができる。
【００３１】
さらに、非線形光学効果として光カー（Ｋｅｒｒ）効果を用いる場合、非線形位相シフト量であるγＰＬ（γは非線形光学媒質ＮＬの非線形係数、Ｐは非線形光学媒質ＮＬ内における光パワー、Ｌは非線形光学媒質ＮＬにおける光カー効果（入射光の電界の２乗に比例して、媒質の屈折率が変化する現象）の相互作用長である。）により、その発生効率が示される。
【００３２】
光ファイバー内の３次非線形効果は、応答時間がフェムト秒（１０-15秒）以下と非常に高速であるため、数１０Ｔｂ／ｓを超える超高速かつ極めて広帯域の信号処理が期待できる。光ファイバー内で高速光パルス間の非線形相互作用を有効に実現するためには、波長分散の管理が特に重要である。四光波混合（ＦＷＭ）においては位相整合をとるために、相互位相変調（ＸＰＭ）による光スイッチにおいては光パルス間のWalk-offを十分小さく抑えるためである。波長分散の値を小さく抑えた分散シフトファイバー（ＤＳＦ）が用いられるが、その場合ファイバ内の零分散波長λ0の高精度の管理が重要である。
【００３３】
長さＬ、損失αのファイバ内での非線形位相シフトφＮＬは、次の式１で近似可能である。
φＮＬ＝γＰＬ    ・・・式１
ここで、Ｐは入力信号光パワー、Ｌ＝（１−ｅ-αL）／αＬは非線形相互作用長を表し、
γ＝ωｎ2／ｃＡeff    ・・・式２
は、三次元非線形定数を表す（単位はＷ-1ｋｍ-1）。
【００３４】
ここで、ｎ2およびＡeffは、ファイバ内の非線形屈折率および有効コア断面積である。
式１より、例えば長さ３００ｍのファイバを用いてπ位相シフトを実現するためには、γ〜１０／Ｐ程度の非線形効果が必要であることがわかる。Ｐ〜１００ｍＷとすれば、１００Ｗ-1ｋｍ-1程度のγ値を持つファイバの開発が一つの目標となる。
【００３５】
一方、式２より明らかなように、基本的にはモードフィールド径を小さくしてパワー密度を向上させるとともに、コアの屈折率を増大すれば非線形効果を向上させることが可能である。これらの効果は、高非線形ファイバ（Highly-nonlinear fiber：ＨＮＬＦ）において確認されており（コアにＧｅＯ2を高濃度ドープ）、２０Ｗ-1ｋｍ-1を超えるγ値が実現している。この値は、通常のＤＳＦに比べ１０倍程度大きな値であり、ＨＮＬＦにおいては、１〜２ｋｍ程度の長さを用いて十分に大きな位相シフトを実現できる。
【００３６】
非線形効果の発生効率をさらに大きくするために、カルコゲナイドガラスファイバーを用いる方法が提案され、通常のシリカファイバーに比べ３０倍程度大きなｎ2が可能であることが実証されている。
【００３７】
また、最近では、フォトニック液晶ファイバ（ＰＣＦ）を用いたγ＝６４０Ｗ-1ｋｍ-1のサンプルが、また酸化ビスマスガラスを用いたγ＝１３６０Ｗ-1ｋｍ-1のサンプルが報告されている。
【００３８】
このように大きな非線形特性を有するファイバを用いれば、数１０ｍ程度の短い長さでも十分な信号処理を実現できる可能性がある。所要長を短くできれば、零分散波長の長手方向に管理する上で有利である。
【００３９】
なお、光ＡＮＤ回路としての非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）および光Ｋｅｒｒスイッチを用いる方法についての詳細は、特開２００１−２４９３７１号公報および特開２００３−２０９５１５号公報に開示されており、これらの公報に記載されている内容は、本明細書に記載されているのと同然であると理解できる。
【００４０】
図２は、本発明の第一の実施の形態における光サンプリングの第一の波長配置を示す図である。
観測可能な二つの波長帯域が存在する場合を考える。例えば、可視光帯域と赤外帯域、あるいは光通信用のＣ−バンドとＬ−バンドのような場合である。
【００４１】
このような二つの帯域の一方に含まれる波長の信号光を観測する場合、第一の場合として、図２に示したように、上記二つの波長域の中間付近にサンプリング光パルスを用意し、信号光とこのサンプリング光パルスを非線形媒質に入力し、別の波長帯域に波長変換し、その波長変換された光を観測することにより、波形観測を行なう。
【００４２】
光ＡＮＤ回路としては四光波混合（ＦＷＭ）、三光波混合（ＴＷＭ）等の非線形光波ミキシングを用いる場合には、上記のような波長配置を用いる。この場合、「中間付近」とは、被測定光が含まれる信号帯域の端、すぐ外側、あるいは被測定光が含まれる帯域とは異なる信号帯域のうち被測定光が含まれる信号帯域の端に近い部分等を意味する。
【００４３】
通常、波形観測には、光アンプ、光フィルタ、受光器および光電変換された信号を増幅するための電子回路等が必要であるが、特に光学的な測定ツールは、比較的高額でもあるため、使用する波長帯域毎に揃えられている場合が多い。
【００４４】
上記の波長配置を用いることにより、一組の観測ツールを用いて、観測したい波長域内にある全ての信号光の波形を観測することが可能となる。また、本実施の形態を用いることにより、第二の波長帯域の信号光については、第一の信号帯域を観測帯域とすることにより、やはり観測することが可能となる。
【００４５】
図３および図４は、本発明の第二の実施の形態における光サンプリングの第二の波長配置を示す図である。
本発明に係る第二の実施の形態として、光ＡＮＤ回路用の非線形光学効果として光ファイバ内の相互位相変調（ＸＰＭ）による光ＫｅｒｒスィッチやＮＯＬＭなどの光ゲートを用いる。この場合には、図３に示したように信号光とサンプリング光パルスを別々の波長帯に配置され、図４に示したように信号光と同じ波長の変換光を観測することができる。
【００４６】
この場合には、サンプリング光パルスを信号光とは異なる波長域に用意することにより、観測光は信号光と同じ波長域に発生させることが可能となるので、信号光と同一の測定ツールを用いての超高速観測が可能となる。
【００４７】
次に、上記波長配置における光サンプリングを実現するための具体的な方法について述べる。
図５は、本発明の第三の実施の形態における光ファイバ内の四光波混合を用いた光ゲートの構成例の説明するための図である。
【００４８】
本実施の形態では、非線形光学効果を発生するデバイスとして光ファイバを用い、用いる光ファイバは、波長λpの励起光を用いて二つの帯域間に渡る四光波混合が可能であるものとする。
【００４９】
このような光ファイバの例としては、高非線形ファイバ、フォトニック結晶ファイバ、ビスマス置換ファイバ等の非線形効果を高めた光ファイバが有効である。光ファイバ以外の非線形デバイスとしては、四光波混合用の半導体光アンプや量子ドット光アンプ、三光波混合用の擬似位相整合構造のＬｉＮｂＯ3 （Periodically poled LN：ＰＰＬＮ）等が適用可能である。
【００５０】
また、二つの帯域をカバーする十分広い帯域に渡る四光波混合を実現するためには、信号光（波長λs）と観測光（波長λc）の位相整合がとれることが必要である。そのための条件についての詳細は、特許第３４１９５１０号および特許第３４９４６６１号に開示されており、これらの特許公報および対応する公開公報等（特開平７−９８４６４号公報および国際公開公報WO９８／８１３８）に記載されている内容は、本明細書に記載されているのと同然であると理解できる。
【００５１】
図６は、本発明を実現するための光ファイバ内の分散制御の一例を説明するための図である。
同図は、波長分散の符号が異なる複数のファイバを順次配置し、全体として平均分散が零となるようにすることにより、上記信号光と観測光の位相整合を確保するようにした例を示している。また、十分大きな（例えば、最近のビスマス置換ファイバのような）非線形ファイバにおいては、必要長が短いために、波長分散の値が大きくても十分な効率の四光波混合を発生させることが可能となる場合がある。このような場合には、例えば、分散補償ファイバ等を用いて分散補償することによりさらに効率よく四光波混合を発生させることが可能である。
【００５２】
図５に示した場合では、例えばＮ＝１，３，５，・・・の部分には非線形効果の大きな光ファイバを配置し、Ｎ＝２，４，６，・・・の部分には非線形ファイバの分散を補償するためのファイバを配置する。
【００５３】
例えば、３次非線形定数１０００（1/W/km）のビスマス置換ファイバを用いる場合において、ピークパワーが１Ｗのサンプリング光パルスを用いて四光波混合を発生させる場合には、全長１ｍのファイバにより、ほぼ１００％の変換効率で観測光を発生することが可能である。したがって、仮にこのファイバの波長分散が例えば−２００（ps/nm/km）であったとしても、全波長分散量は０．２ps/nmであるから、５０cm毎に分散補償すれば、波長分散の影響を平均として、０．１ps/nm以下に抑えることが可能となる。さらに厳密化を図り、四光波混合の帯域として１００nm確保するため、１００nm離れた波長での遅延差を２ps以下に抑えるためには、１０cm間隔で分散補償すればよいことになる。
【００５４】
なお、ここまでは光ＡＮＤ回路用の非線形光学効果として四光波混合を示したが、光ファイバ内の相互位相変調（ＸＰＭ）による光Ｋｅｒｒスィッチ、ＮＯＬＭ等の光ゲートを用いてもよい。これらの光ゲートの場合には、図３および図４に示した波長配置をとるのが有効である。
【００５５】
光ゲートとして光Ｋｅｒｒを用いる場合として、本発明の第四の実施の形態を説明する。
図７は、本発明の第四の実施の形態である、光ファイバ内の相互位相変調による光Ｋｅｒｒスィッチを用いた光ゲートの構成を説明するための図である。
【００５６】
出力される観測光の波長は、一般に信号光λsに一致する。ただし、必要に応じて任意の波長にシフトしてから出力する場合も考えられる。その場合には、観測光の波長は信号波長λsと異なる。
【００５７】
次に、光ゲートとしてＮＯＬＭを用いる場合として、本発明の第五の実施の形態を説明する。
図８は、本発明の第五の実施の形態である、光ファイバ内の相互位相変調による非線形光ループミラーを用いた光ゲートの構成を説明するための図である。
【００５８】
ＮＯＬＭにおいては、制御光であるサンプリング光パルスと異なるタイミング光は全反射されるので、例えば余計な自然放出光成分を抑圧できる等の効果がある。
これら図７および図８に示した第四および第五の実施の形態においては、ＸＰＭを発生させる光ファイバの中で、信号光とサンプリング光パルスのWalk-offを小さく抑える必要がある。この場合も分散は小さい方がよいのはいうまでもない。
【００５９】
信号光とプローブ光の波長をともに正常分散領域に配置する方法、およびともに異常分散に配置する方法、Walk-offを最も小さくする方法である零分散を挟んで二つの波長を対象に配置する方法、さらには分散フラットファイバを用いる方法、分散補償を用いる方法等がある。これらの方法については、光ファイバを用いた他の光ゲートと基本的に同じであり、例えば、特開２００３−１０７５４１号公報に開示されており、この公報に記載されている内容は、本明細書に記載されているのと同然であると理解できる。
【００６０】
図９は、本発明の第六の実施の形態である光サンプリングの具体例を説明するための図である。
同図に示した構成例は、本発明を用いた光サンプリングオシロスコープの具体的な構成例である。
【００６１】
光サンプリングにおいて、どれくらいの繰り返し周波数（サンプリングの掃引速度）が必要となるかについては、基本的には十分な波形観測ができる十分早い速度ということになる。通常、ｋＨｚ〜ＭＨｚ単位の繰り返し周波数が確保できれば十分である。
【００６２】
したがって、図２に示したように、全てのパルスから光ＡＮＤ回路を用いて順次抽出していくような非常に早いサンプリングは必要ない。このため、図９では、まずｆsのクロック信号を抽出し、ｆsを整数（Ｎ）分の１に分周した繰り返し周期でサンプリングを行なう。１０ＧＨｚを３２分の１分周、あるいは６４分の１分周といった具合である。
【００６３】
さらに、この抽出されたクロック信号とわずかに異なる周波数（Δｆ）に同期した光パルス列をパルス光源により発生させて生成する。周波数差Δｆは、ｆs ／Ｎに比べて十分に低い周波数（Δｆ＜＜ｆs ／Ｎ）である。
【００６４】
このようにして発生した波長λpのサンプリング光パルスを、波長λsの信号光とともに光ＡＮＤ回路に入力し、非線形光学効果を用いて波長λcの変換光パルスを出力する。これらの出力光パルスの強度ピークを順次つないでいくと、繰り返し周波数Δｆの光パルスが得られる。この光パルスは、その発生原理からして、信号光の形状を反映したものであるから、これを受光器で電気信号に変換することにより、オシロスコープを用いて電子回路の動作速度限界を超える短パルスの波形観測が可能である。
【００６５】
なお、本実施の形態におけるサンプリング光パルス発生としては、半導体あるいはファイバモードロックレーザ、過飽和吸収型光変調器、ＬｉＮｂＯ3等の導波路型変調器等のあらゆるパルス発生器が適用可能である。
【００６６】
また、光クロック再生器は、時間的な間隔が乱れた信号光から基準時間間隔のクロックパルスを再生する。例えば１６０Ｇｂｉｔ／ｓの信号光の場合であれば、６．２５ps間隔に並んだ１６０ＧＨｚのパルス列を再生する。
【００６７】
Ｏ／Ｅ変換した後電気的にタイミング再生し、その電気的なＲＦ信号を用いてモードロックレーザ（ＭＬＬ）を発振させたり、ＥＡ変調器により再生光パルスを発生させたりする方法や、電気への変換なしに直接ＭＬＬを発振させる方法等が用いられている。ただし、１６０Ｇｂｉｔ／ｓのような高速信号の場合には、エレクトロニクスの動作速度限界を超えており、またこうした速度で動作するパルス光源も現状存在しない。そこで、より低速の、例えば１０〜４０ＧＨｚのパルス列を再生した後、必要に応じてその時分割多重（ＯＴＤＭ）により１６０ＧＨｚのクロックパルスを作るといった方法も用いられる。
【００６８】
また、本発明を適用した光クロック再生器としては、入力光信号を電気信号に変換した後、電気回路でクロック抽出するタイプ、およびモードロックレーザや光ゲート素子を用いて光クロックパルスを再生する全光的方法等、全ての既存技術が適用可能である。
【００６９】
上述のように、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明してきたが、本発明が適用される装置は、その機能が実行されるのであれば、上述の実施の形態に限定されることなく、単体の装置であっても、複数の装置からなるシステムあるいは統合装置であっても、ＬＡＮ、ＷＡＮ等のネットワークを介して処理が行なわれるシステムであってもよいことは言うまでもない。
【００７０】
すなわち、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または形状を取ることができる。ここで、上述した実施の形態の特徴を列挙すると、以下の通りである。
【００７１】
（付記１）  信号光の時間波形を検出するための光サンプリング装置であって、
前記信号光の同期信号の同期時間間隔の整数倍あるいは整数分の１倍から所定時間ずらした繰り返し周波数の光パルス列を発生させる光パルス列発生回路と、
前記信号光及び前記発生された光パルス列を共に入射し、前記光パルス列に時間的に重なった前記信号光の光強度を光カー効果の下に出射する光カー効果発生回路と、
該光カー効果発生回路から出射した光から前記光カー効果の種類に応じて決定される周波数の光を取り出す光回路と、
を有することを特徴とする光サンプリング装置。
【００７２】
（付記２）  信号光と前記信号光とは異なる繰り返し周波数を有する光パルス列とを合波し、前記信号光のうち前記光パルス列とは時間的に重複する部分の信号強度に比例する強度の波長変換パルス光を発生する光ＡＮＤ回路を有する光サンプリング装置であって、
前記信号光と前記波長変換パルス光が異なる波長帯域の波長を有することを特徴とする光サンプリング装置。
【００７３】
（付記３）  信号光と前記信号光とは異なる繰り返し周波数を有する光パルス列とを合波し、前記信号光のうち前記光パルス列とは時間的に重複する部分の信号強度に比例する強度の波長変換パルス光を発生する光ＡＮＤ回路を有する光サンプリング装置であって、
前記信号光と前記光パルス列とが異なる波長帯域の波長を有することを特徴とする光サンプリング装置。
【００７４】
（付記４）  前記光ＡＮＤ回路は、四光波混合を発生させるための励起光として前記光パルス列を用いることを特徴とする付記２に記載の光サンプリング装置。
（付記５）  前記光ＡＮＤ回路は、相互位相変調を発生させるための制御光として前記光パルス列を用いることを特徴とする付記３に記載の光サンプリング装置。
【００７５】
（付記６）  非線形光媒質として光ファイバを備え、
前記光ファイバは、前記四光波混合を十分な効率で発生させるのに必要な長さに渡って、零分散波長が前記励起光の波長とほぼ一致していることを特徴とする付記４に記載の光サンプリング装置。
【００７６】
（付記７）  非線形光媒質として光ファイバを用い、この光ファイバは前記相互位相変調を十分な効率で発生させるのに必要な長さに渡って、波長分散が一定であることを特徴とする付記５に記載の光サンプリング装置。
【００７７】
（付記８）  前記光ファイバは、コアにゲルマニウム等をドープするとともに前記コアとクラッドの屈折率比を制御することによって、単位長さ当たりの３次非線形光学効果の発生効率を高めた、高非線形光ファイバであることを特徴とする付記６または７に記載の光サンプリング装置。
【００７８】
（付記９）  前記光ファイバは、フォトニック結晶ファイバであることを特徴とする付記６または７に記載の光サンプリング装置。
（付記１０）  前記光ＡＮＤ回路は、前記光ファイバ内の相互位相変調を用いた光Ｋｅｒｒスィッチまたは非線形光ループミラーを用いることを特徴とする付記７に記載の光サンプリング装置。
【００７９】
（付記１１）  前記信号光の一部から光パルス列を再生するサンプリングパルス発生器を備え、
前記光ＡＮＤ回路は、前記信号光の他の一部と前記再生した光パルス列とを所定時間ずらして合波し、前記信号光の他の一部と前記再生した光パルス列とがともに存在する時間に同期した信号光を出力することを特徴とする付記２乃至１０の何れか１項に記載の光サンプリング装置。
【００８０】
（付記１２）  前記信号光は、光増幅器によりパワーを増幅し、光帯域フィルタを用いて光増幅器により付加される自然放出光を除去した後の信号光であることを特徴とする付記２乃至１０の何れか１項に記載の光サンプリング装置。
（付記１３）  前記波長変換パルス光を受光器で電気信号に変換した後、前記波長変換パルス光のピーク強度を電気的にトレースすることにより、信号光の時間波形を観測することを特徴とする付記２乃至１０の何れか１項に記載の光サンプリング装置を備えたオシロスコープ。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態における光サンプリングの第一の波長配置を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態における光サンプリングの第二の波長配置を示す図（その１）である。
【図４】本発明の第二の実施の形態における光サンプリングの第二の波長配置を示す図（その２）である。
【図５】本発明の第三の実施の形態における光ファイバ内の四光波混合を用いた光ゲートの構成例の説明するための図である。
【図６】本発明を実現するための光ファイバ内の分散制御の一例を説明するための図である。
【図７】本発明の第四の実施の形態である、光ファイバ内の相互位相変調による光Ｋｅｒｒスィッチを用いた光ゲートの構成を説明するための図である。
【図８】本発明の第五の実施の形態である、光ファイバ内の相互位相変調による非線形光ループミラーを用いた光ゲートの構成を説明するための図である。
【図９】本発明の第六の実施の形態である光サンプリングの具体例を説明するための図である。
【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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