(57)【要約】【課題】被測定光のパルス波形を高感度かつ高い時間分解能で観測することができる。【解決手段】被測定光と異なるスペクトルのパルス波形を有する第１サンプリング光および第２サンプリング光を出力するサンプリング光出力部と、被測定光と第１サンプリング光の少なくとも一部とを通過させることにより非線形光学効果を生じさせて、非線形光学効果により発生する光を出力する第１非線形光学媒質を有し、非線形光学効果により発生する光のうち少なくとも一部を第１出力光として出力する第１サンプリング部と、第１出力光と第２サンプリング光の少なくとも一部とを時間的な重なりを有して通過させることにより非線形光学効果を生じさせて、非線形光学効果により発生する光を出力する第２非線形光学媒質を有し、非線形光学効果により発生する光のうち少なくとも一部を第２出力光として出力する第２サンプリング部とを備える光サンプリング装置が提供される。【選択図】図１
2008209214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス波形を有する被測定光をサンプリングする光サンプリング装置であって、
前記被測定光と異なるスペクトルのパルス波形を有する第１サンプリング光および第２サンプリング光を出力するサンプリング光出力部と、
前記被測定光と前記第１サンプリング光の少なくとも一部とを通過させることにより非線形光学効果を生じさせて、前記非線形光学効果により発生する光を出力する第１非線形光学媒質を有し、前記非線形光学効果により発生する光のうち少なくとも一部を第１出力光として出力する第１サンプリング部と、
前記第１出力光と前記第２サンプリング光の少なくとも一部とを時間的な重なりを有して通過させることにより非線形光学効果を生じさせて、前記非線形光学効果により発生する光を出力する第２非線形光学媒質を有し、前記非線形光学効果により発生する光のうち少なくとも一部を第２出力光として出力する第２サンプリング部と
を備える光サンプリング装置。
【請求項２】
前記第１非線形光学媒質において前記非線形光学効果により発生する光、および、前記第２非線形光学媒質において前記非線形光学効果により発生する光のうちの少なくとも一方は、四光波混合により発生する光を含む請求項１に記載の光サンプリング装置。
【請求項３】
前記第１サンプリング部は、
前記第１非線形光学媒質から出力する前記光のうち、少なくとも前記被測定光のスペクトル成分を除去する第１カラーフィルタをさらに有し、
前記第２サンプリング部は、
前記第２非線形光学媒質から出力する前記光のうち、少なくとも前記第２サンプリング光のスペクトル成分を除去する第２カラーフィルタをさらに有する請求項１または２に記載の光サンプリング装置。
【請求項４】
前記第２カラーフィルタは、
前記第２非線形光学媒質から出力する前記光のうち、前記第１出力光のスペクトル成分をさらに除去する請求項３に記載の光サンプリング装置。
【請求項５】
前記第１サンプリング部は、
前記被測定光と前記第１サンプリング光とを、相互に４０〜５０度の角度を有する偏光となるように制御して前記第１非線形光学媒質に入力させる第１入力側偏光制御部、
前記第１非線形光学媒質を通過した光から、前記第１非線形光学媒質に入力される前記被測定光の偏光方向と垂直な偏光方向の光だけを透過させる第１出力側偏光部、および、
前記第１出力側偏光部を透過した光のうち、少なくとも前記第１サンプリング光のスペクトル成分を除去する第１カラーフィルタ
を有する請求項１に記載の光サンプリング装置。
【請求項６】
前記第２サンプリング部は、
前記第１サンプリング部から出力した前記第１出力光と、前記第２サンプリング光とを、相互に４０〜５０度の角度を有する偏光となるように制御して前記第２非線形光学媒質に入力させる第２入力側偏光制御部、
前記第２非線形光学媒質を通過した光から、前記第２非線形光学媒質に入力される前記第１出力光の偏光方向と垂直な偏光方向の光だけを透過させる第２出力側偏光部、および、
前記第２出力側偏光部を透過した光のうち、少なくとも前記第２サンプリング光のスペクトル成分を除去する第２カラーフィルタ
を有する請求項１に記載の光サンプリング装置。
【請求項７】
前記第１サンプリング部は、
前記被測定光と前記第１サンプリング光とを、相互に４０〜５０度の角度を有する偏光となるように制御する第１入力側偏光制御部、および、
前記第１非線形光学媒質を通過した光から、前記第１非線形光学媒質に入力される前記被測定光の偏光方向と垂直な偏光方向の光だけを透過させる第１出力側偏光部
をさらに有し、
前記第２サンプリング部は、
前記第１サンプリング部から出力した前記第１出力光と、前記第２サンプリング光とを、相互に４０〜５０度の角度を有する偏光となるように制御する第２入力側偏光制御部、
前記第２非線形光学媒質を通過した光から、前記第２非線形光学媒質に入力される前記第１出力光の偏光方向と垂直な偏光方向の光だけを透過させる第２出力側偏光部、および、
前記第２出力側偏光部を透過した光のうち、少なくとも前記第２サンプリング光のスペクトル成分を除去する第２カラーフィルタ
をさらに有する請求項１に記載の光サンプリング装置。
【請求項８】
前記第１サンプリング部は、
前記第１非線形光学媒質を通過した光から、前記第１サンプリング光のスペクトル成分を除去する第１カラーフィルタをさらに有する請求項１から７のいずれかに記載の光サンプリング装置。
【請求項９】
前記第１サンプリング光および前記第２サンプリング光は、それぞれのパルス波形と時間幅が異なる請求項１から８のいずれかに記載のサンプリング装置。
【請求項１０】
前記第２非線形光学媒質に対して前記第２サンプリング光を通過させる時間的なタイミングを制御するタイミング調整部をさらに備える請求項１から９のいずれかに記載のサンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光サンプリング・オシロスコープ等による光パルス波形の測定に使用される光サンプリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光パルス波形の測定は、光通信において、受信端での光信号の品質を評価するために必要であるだけでなく、信号中継器や光ネットワークのノードにおける信号品質の監視にも応用することができる。ところで、光ファイバ通信の大容量化に伴い、１６０Ｇｂ／ｓ以上のビットレートで信号光を送受信することのできる次世代の光ファイバ通信システムの実用化が進められている。このような大容量の通信システムを実現させるためには、上記のような高いビットレートの光信号のパルス波形を高精度に測定する装置が不可欠である。
【０００３】
１６０Ｇｂ／ｓ以上のビットレートの光パルス波形を測定する装置としては、被測定光とサンプリング光を合波して非線形媒質に入射させることで非線形光学効果を生じさせ、得られた強度相関信号光から測定する装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００６−１９４８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記装置による測定において、被測定光のパルス波形を高い時間分解能で測定するためには、より時間幅の狭いパルス光をサンプリング光として入射させる必要がある。しかしながら、このような時間幅の狭いサンプリング光と被測定光によって得られる強度相関信号は、その信号強度が小さいのでＳ／Ｎ比が低くなり、結果として高感度での測定が難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、パルス波形を有する被測定光をサンプリングする光サンプリング装置であって、被測定光と異なるスペクトルのパルス波形を有する第１サンプリング光および第２サンプリング光を出力するサンプリング光出力部と、被測定光と第１サンプリング光の少なくとも一部とを通過させることにより非線形光学効果を生じさせて、非線形光学効果により発生する光を出力する第１非線形光学媒質を有し、非線形光学効果により発生する光のうち少なくとも一部を第１出力光として出力する第１サンプリング部と、第１出力光と第２サンプリング光の少なくとも一部とを時間的な重なりを有して通過させることにより非線形光学効果を生じさせて、非線形光学効果により発生する光を出力する第２非線形光学媒質を有し、非線形光学効果により発生する光のうち少なくとも一部を第２出力光として出力する第２サンプリング部とを備える光サンプリング装置が提供される。
【０００６】
また、上記第１の形態の第１非線形光学媒質において非線形光学効果により発生する光、および、第２非線形光学媒質において非線形光学効果により発生する光のうちの少なくとも一方は、四光波混合により発生する光を含んでもよい。また、この場合、上記第１サンプリング部は、第１非線形光学媒質から出力する光のうち、少なくとも被測定光のスペクトル成分を除去する第１カラーフィルタをさらに有し、上記第２サンプリング部は、第２非線形光学媒質から出力する光のうち、少なくとも第２サンプリング光のスペクトル成分を除去する第２カラーフィルタをさらに有することが好ましい。また、この場合、上記第２カラーフィルタは、第２非線形光学媒質から出力する光のうち、第１出力光のスペクトル成分をさらに除去することが好ましい。
【０００７】
また、上記第１の形態において、第１サンプリング部は、被測定光と第１サンプリング光とを、相互に４０〜５０度の角度を有する偏光となるように制御して第１非線形光学媒質に入力させる第１入力側偏光制御部、第１非線形光学媒質を通過した光から、第１非線形光学媒質に入力される被測定光の偏光方向と垂直な偏光方向の光だけを透過させる第１出力側偏光部、および、第１出力側偏光部を透過した光のうち、少なくとも第１サンプリング光のスペクトル成分を除去する第１カラーフィルタを有してもよい。
【０００８】
また、上記第１の形態において、第２サンプリング部は、第１サンプリング部から出力した第１出力光と、第２サンプリング光とを、相互に４０〜５０度の角度を有する偏光となるように制御して第２非線形光学媒質に入力させる第２入力側偏光制御部、第２非線形光学媒質を通過した光から、第２非線形光学媒質に入力される第１出力光の偏光方向と垂直な偏光方向の光だけを透過させる第２出力側偏光部、および、第２出力側偏光部を透過した光のうち、少なくとも第２サンプリング光のスペクトル成分を除去する第２カラーフィルタを有してもよい。
【０００９】
また、上記第１の形態において、第１サンプリング部は、被測定光と第１サンプリング光とを、相互に４０〜５０度の角度を有する偏光となるように制御する第１入力側偏光制御部、および、第１非線形光学媒質を通過した光から、第１非線形光学媒質に入力される被測定光の偏光方向と垂直な偏光方向の光だけを透過させる第１出力側偏光部をさらに有し、第２サンプリング部は、第１サンプリング部から出力した第１出力光と、第２サンプリング光とを、相互に４０〜５０度の角度を有する偏光となるように制御する第２入力側偏光制御部、第２非線形光学媒質を通過した光から、第２非線形光学媒質に入力される第１出力光の偏光方向と垂直な偏光方向の光だけを透過させる第２出力側偏光部、および、第２出力側偏光部を透過した光のうち、少なくとも第２サンプリング光のスペクトル成分を除去する第２カラーフィルタをさらに有してもよい。
【００１０】
また、上記第１の形態において、第１サンプリング部は、第１非線形光学媒質を通過した光から、第１サンプリング光のスペクトル成分を除去する第１カラーフィルタをさらに有してもよい。また、上記第１の形態において、第１サンプリング光および第２サンプリング光は、それぞれのパルス波形と時間幅が異なることが好ましい。また、上記第１の形態において、第２非線形光学媒質に対して第２サンプリング光を通過させる時間的なタイミングを制御するタイミング調整部をさらに備えてもよい。
【００１１】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１は、パルス波形を有する被測定光（信号光）をサンプリングすることのできる光サンプリング装置１０の構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の光サンプリング装置１０は、アンプ３１、３２、サンプリング光幅調整部４０、タイミング調整部５０、光分岐器８０、レーザ光源２００、高周波電流出力部２６０、変調部４００および分周回路４１０を有するサンプリング光出力部２０を備える。
【００１４】
図２は、図１に示す光サンプリング装置１０における、レーザ光源２００、高周波電流出力部２６０、変調部４００および分周回路４１０付近を抜き出して示す概略図である。また、図２では、レーザ光源２００の詳細な構成を示す。
【００１５】
レーザ光源２００は、図２に示すように、単一モードのパルス光を出力するパルス光源であり、レーザダイオード２１０、コリメートレンズ２２０、集光レンズ２２２、ミラー２３０、光学バンドパスフィルタ２４０、バイアス電流出力部２５０および電流増幅回路２７０を有する。
【００１６】
図２に示すように、高周波電流出力部２６０は、レーザ光源２００の電流増幅回路２７０、および、分周回路４１０とそれぞれ電気的に接続する。この高周波電流出力部２６０は、特定の周波数の高周波電流を出力する。なお、高周波電流出力部２６０が出力する高周波電流の周波数は所望に変更することができる。
【００１７】
バイアス電流出力部２５０は、特定の大きさの直流電流をバイアス電流として出力する。なお、バイアス電流出力部２５０が出力するバイアス電流の大きさは所望に変更することができる。電流増幅回路２７０は、高周波電流出力部２６０から出力される高周波電流をバイアス電流出力部２５０から出力されるバイアス電流に重畳した電流をレーザダイオード２１０に加える。
【００１８】
レーザダイオード２１０は、電流増幅回路２７０から加えられる上記電流によってレーザ光のパルス（以下、「パルス光」と称する）を発光する。レーザダイオード２１０の一対の端面は、それぞれ反射がほとんど生じない低反射面２１１および反射率が３０％以上の高反射面２１２となっており、レーザダイオード２１０で発振したパルス光は低反射面２１１からレーザダイオード２１０の外部に出力する。
【００１９】
コリメートレンズ２２０は、レーザダイオード２１０の低反射面２１１側に配され、レーザダイオード２１０の低反射面２１１側から出力したパルス光をコリメートする。ミラー２３０は、片側の面に全反射面２３２が形成されており、コリメートされた上記パルス光を全反射面２３２で全反射する。光学バンドパスフィルタ２４０は、コリメートレンズ２２０とミラー２３０との間における上記パルス光の光路上に配され、上記パルス光のスペクトル成分のうち上記発振波長を中心とする帯域の成分を透過する。また、光学バンドパスフィルタ２４０は回転可能に取り付けられており、光学バンドパスフィルタ２４０の透過面に対して上記パルス光が斜め方向から入射するように上記光路に対する透過面の角度を変えることができる。したがって、光学バンドパスフィルタ２４０はこの角度に応じて透過する光の帯域を設定することができる。
【００２０】
レーザダイオード２１０でパルス発光したパルス光は、上記のように、コリメートレンズ２２０および光学バンドパスフィルタ２４０を透過してミラー２３０の全反射面２３２で全反射された後、再びレーザダイオード２１０の高反射面２１２で反射される。したがって、上記パルス光は、レーザダイオード２１０の高反射面２１２とミラー２３０の全反射面２３２との間を往復する。ここで、上記パルス光が高反射面２１２と全反射面２３２との間を往復する周期とレーザダイオード２１０のパルス発光の周期が同期するように、高反射面２１２と全反射面２３２との間隔を設定することにより、上記パルス光は増幅されて、その一部がレーザダイオード２１０の高反射面２１２側から出力する。
【００２１】
集光レンズ２２２は、レーザダイオード２１０の高反射面２１２側に配され、レーザダイオード２１０の高反射面２１２側から出力したパルス光を集光して光ファイバ２９０に入射させる。光ファイバ２９０は、レーザ光源２００の外部と接続し、上記パルス光をレーザ光源２００の外部に出力する。
【００２２】
変調部４００は、レーザ光源２００から出力されるパルス光の光路上に配され、分周回路４１０と電気的に接続する。分周回路４１０は、高周波電流出力部２６０から出力される高周波電気信号をＮ分周（Ｎは正の整数）して変調部４００に出力する。変調部４００は、分周回路４１０から入力される電気信号の周波数に応じて上記パルス光の繰り返し周波数を１／ｎに分周したパルス光を出力する。ここで、パルス光の繰り返し周波数は、パルス光の繰返し周期の逆数で定義される。変調部４００としては、例えばＬｉＮｂＯ３光導波路を用いたＬＮ強度変調器であり、数十ＧＨｚ程度の周波数を有する高周波電気信号に忠実に応答して上記パルス光の繰り返し周波数を分周することができる。
【００２３】
レーザダイオード２１０の発振波長、すなわち、レーザ光源２００から出力するパルス光の波長は、後述する第１サンプリング部１０１の第１カラーフィルタ１４１および第２サンプリング部１０６の第２カラーフィルタ１４２の遮断帯域の波長であり、光サンプリング装置１０でサンプリングする被測定光の発振波長に近い波長であることが好ましい。また、レーザ光源２００から出力するパルス光の繰り返し周波数は、光サンプリング装置１０でサンプリングする被測定光の周波数をｆ０としたとき、この周波数をＮ分周した周波数から掃引のための周波数（Δｆ）だけシフトさせた周波数であることが好ましい。
【００２４】
光分岐器８０は、光サンプリング装置１０から出力されるパルス光を分光して、その一方をアンプ３１に入力させるとともに、他方をアンプ３２に入力させる。この光分岐器８０としては、例えば無偏光ビームスプリッタなど所望の分光手段が用いられる。以下において、光分岐器８０で分光されたこれらのパルス光のうち、アンプ３１に入力される上記一方の光を第１サンプリング光と称し、アンプ３２に入力される上記他方の光を第２サンプリング光と称する。
【００２５】
アンプ３１は、上記光分岐器８０で分光された第１サンプリング光が入力されると、その第１サンプリング光のピーク強度を増幅する。また、アンプ３２は、上記光分岐器８０で分光された第２サンプリング光が入力されると、その第２サンプリング光のピーク強度を増幅する。これらのアンプ３１およびアンプ３２としては、例えばエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が用いられる。
【００２６】
サンプリング光幅調整部４０は、図１に示すように、スペクトル拡散部４２およびパルス圧縮部４４を有する。スペクトル拡散部４２には、例えば高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）が用いられ、アンプ３１でピーク強度が増幅された第１サンプリング光に自己位相変調を生じさせてそのスペクトルを拡散する。また、パルス圧縮部４４には、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）が用いられ、スペクトル拡散部４２においてスペクトルが拡散された第１サンプリング光の時間幅を分散補償により縮める。なお、スペクトル拡散部４２に用いられる高非線形ファイバの長さ、および、パルス圧縮部４４に用いられるシングルモードファイバの長さは、例えば前者が１０ｍであり、後者が１５ｍである。
【００２７】
図３は、サンプリング光幅調整部４０においてスペクトル拡散部４２側から入力する第１サンプリング光の時間幅を圧縮する非線形伝送シミュレーションの結果を示す。上記非線形伝送シミュレーションでは、第１サンプリング光の時間幅は約２．７ｐｓｅｃとし、スペクトル幅は約１６５ＧＨｚとする。また、図３において、「Ａ」は、スペクトル拡散部４２に入力されるパルス光の時間波形およびスペクトル波形を示す。「Ｂ」は、スペクトル拡散部４２から出力されてパルス圧縮部４４に入力されるパルス光の時間波形およびスペクトル波形を示す。「Ｃ」は、パルス圧縮部４４から出力されたパルス光の時間波形およびスペクトル波形を示す。
【００２８】
図３に示すように、スペクトル拡散部４２により上記パルス光のスペクトル幅は約６８０ＧＨｚまで拡がる。また、このスペクトル幅の拡がったパルス光は、パルス圧縮部４４により、その時間幅が約０．７ｐｓｅｃまで圧縮される。このように、レーザ光出力装置１５は、サンプリング光幅調整部４０を備えることにより、時間幅がサブピコ秒のオーダーまで圧縮された第１サンプリング光を出力することができる。
【００２９】
タイミング調整部５０は、後述する第２サンプリング部１０６に配される非線形光学媒質である第２光ファイバ１２２に対して上記第２サンプリング光を通過させる時間的なタイミングを制御する。具体的には、タイミング調整部５０は、後述する第１サンプリング部１０１から出力される第１出力光と第２サンプリング光とが時間的な重なりを有して第２サンプリング部１０６の第２光ファイバ１２２を通過するように、第２サンプリング光が第２サンプリング部１０６の第２光ファイバ１２２に入力されるタイミングを制御する。
【００３０】
以上において説明したサンプリング光出力部２０では、バイアス電流出力部２５０から出力されるバイアス電流および高周波電流出力部２６０から出力される高周波電流の振幅は、被測定光をサンプリングする場合において一定である。したがって、上記サンプリング光出力部２０から出力される第１サンプリング光および第２サンプリング光の強度は一定に維持される。
【００３１】
また、高周波電流出力部２６０から出力される高周波電流の振幅を制御するなどの方法により、レーザ光源２００から出力されるパルス光の強度を調整することができる。また、アンプ３１およびアンプ３２におけるピーク強度の増幅の割合も所望に設定することができる。したがって、サンプリング光出力部２０は、出力する上記第１サンプリング光および第２サンプリング光の強度を適切に設定することができる。
【００３２】
光サンプリング装置１０は、図１に示すように、外部から入力される上記被測定光、および、上記サンプリング光出力部２０から出力される第１サンプリング光が入力される第１サンプリング部１０１と、上記第１サンプリング部１０１から出力される第１出力光、および、上記サンプリング光出力部２０から出力される第２サンプリング光が入力される第２サンプリング部１０６とをさらに備える。
【００３３】
図４は、第１サンプリング部１０１の構成を示すブロック図である。また、図５は、第１サンプリング部１０１において第１サンプリング光によって被測定光をサンプリングする様子を示す概略図である。第１サンプリング部１０１は、図４に示すように、第１入力側偏光制御部１１１、光結合器１１８、第１光ファイバ１２１、第１出力側偏光部１３１および第１カラーフィルタ１４１を有する。
【００３４】
第１入力側偏光制御部１１１は、偏光制御素子１１３および偏光制御素子１１４を有する。偏光制御素子１１３には、外部から第１サンプリング部１０１に入力された被測定光がそのまま入力される。また、偏光制御素子１１４には、上記サンプリング光出力部２０から出力されて第１サンプリング部１０１に入力された第１サンプリング光がそのまま入力される。第１入力側偏光制御部１１１は、偏光制御素子１１３に入力した被測定光および偏光制御素子１１４に入力した第１サンプリング光を、偏光方向が相互に４０〜５０度の角度を有する直線偏光となるようにそれぞれの偏光方向を制御する。第１入力側偏光制御部１１１において偏光方向が制御された被測定光および第１サンプリング光は、それぞれ偏光制御素子１１３および偏光制御素子１１４から光結合器１１８に向けて出力される。
【００３５】
図４において、偏光制御素子１１３および偏光制御素子１１４の出力側に、これらから出力された被測定光および第１サンプリング光の偏光方向を円で囲んだ矢印の方向で示す。図４に示すように、本実施形態では、第１入力側偏光制御部１１１の偏光制御素子１１３および偏光制御素子１１４からそれぞれ出力された被測定光および第１サンプリング光の偏光方向は相互に略４５度の角度を有する。また、このとき、偏光制御素子１１３から出力される被測定光の偏光方向は概ね水平方向であり、偏光制御素子１１４から出力される第１サンプリング光の偏光方向は水平方向に対して略４５度の角度を有する。
【００３６】
光結合器１１８は、偏光制御素子１１３から出力される被測定光および偏光制御素子１１４から出力される第１サンプリング光を結合して第１光ファイバ１２１に出力する。光結合器１１８としては、例えばハーフミラーまたはビームスプリッタ等が用いられる。
【００３７】
第１光ファイバ１２１は、入力された被測定光および第１サンプリング光が少なくとも一部において時間的な重なりを有して内部を通過するときに、これらの光の間に光カー効果および四光波混合を含む非線形光学効果を生じさせる。より具体的には、図５に示すように、第１光ファイバ１２１の内部を通過する被測定光の特定のパルスと第１サンプリング光の特定のパルスとが少なくとも一部において時間的に重なるとき、被測定光の当該パルスは、その偏光軸が光カー効果によって回転することにより、第１サンプリング光の当該パルスの偏光方向と略同じ偏光方向となる。この第１光ファイバ１２１には、例えば平均零分散波長が上記第１サンプリング光の波長と略一致し、非線形定数がおよそ２０（／Ｗ／ｋｍ）程度である高非線形ファイバが用いられる。
【００３８】
ここで、被測定光における上記のような偏光軸の回転は、被測定光全体に生じるのではなく、被測定光と第１サンプリング光とが時間的に重なる部分にのみ生じる。したがって、例えば、第１サンプリング光のパルスの時間幅が被測定光のパルスの時間幅よりも短い場合、被測定光のパルスにおける第１サンプリング光のパルスと時間的に重なる一部だけが上記のように偏光軸が回転し、偏光方向が第１サンプリング光と略同じ偏光方向となる。
【００３９】
図６は、図４に示す第１サンプリング部１０１のブロック図において丸付き数字１〜丸付き数字４を付して示す位置を、時間的な重なりを有して通過する光の強さを光周波数毎に示す。なお、図６において、横軸は光周波数を表し、ω０、ω１およびω２は、それぞれ第１サンプリング光、被測定光（丸付き数字４は第１出力光）およびアイドラー光の光周波数を示す。また、図６においてこの横軸と直交する方向に伸びる矢印の長さは、それぞれの光周波数における光の強度を表す。
【００４０】
第１サンプリング光の強度が被測定光と比べて非常に大きい場合、図６の丸付き数字２および丸付き数字３に示すように、第１光ファイバ１２１を通過する被測定光における上記のような偏光軸が回転する部分、すなわち、被測定光における第１サンプリング光と時間的に重なる部分は、その強度が増幅される。これは、被測定光における当該部分が第１光ファイバ１２１内で四光波混合による光パラメトリック増幅により増幅されることによる。ここで、被測定光における当該部分が光パラメトリック増幅により増幅された光は、被測定光と同じ光周波数（波長）の直線偏光であり、その偏光方向は上記第１サンプリング光の偏光方向と略同じ方向である。したがって、被測定光における上記増幅された部分の偏光方向は水平方向に対して４５度の角度を有する。
【００４１】
このように、第１光ファイバ１２１を通過する被測定光および第１サンプリング光において互いに時間的な重なりを有する部分があるとき、第１光ファイバ１２１を通過した被測定光における当該部分は、第１サンプリング光と略同じ偏光方向で強度の増幅された光となる。なお、被測定光における増幅された部分の強度は、第１サンプリング光の強度が一定である場合、被測定光における当該部分の増幅される前の強度と相関関係を有する。
【００４２】
また、上記のように、第１光ファイバ１２１を通過する被測定光および第１サンプリング光において互いに時間的な重なりを有する部分があるとき、図６に示すように、被測定光および第１サンプリング光の上記部分と時間的な重なりを有するアイドラー光が四光波混合により新たに発生する。このアイドラー光は、第１サンプリング光と略同じ偏光方向の直線偏光として発生する。したがって、上記アイドラー光の偏光方向は、水平方向に対して略４５度の角度を有する。また、上記アイドラー光の強度は、偏光方向が第１サンプリング光の偏光方向と略同じ方向に回転して増幅された被測定光の上記部分と同じ強度である。したがって、上記アイドラー光の強度もまた、第１サンプリング光の強度が一定である場合、被測定光における上記部分の増幅される前の強度と相関関係を有する。
【００４３】
また、上記被測定光の光周波数ω１と上記第１サンプリング光の光周波数ω０との差は、上記アイドラー光の光周波数ω２と上記第１サンプリング光の光周波数ω０との差と等しい。
【００４４】
第１出力側偏光部１３１は、第１光ファイバ１２１を通過する光の光路上に配される偏光素子１３３を有する。この偏光素子１３３は、入射する光のうち偏光方向が水平方向の成分の光を吸収し、鉛直方向（水平方向と直交する方向）の成分の光を透過する。したがって、図５に示すように、第１光ファイバ１２１を通過した第１サンプリング光は、その鉛直方向の成分が偏光素子１３３を透過する。また、第１光ファイバ１２１を通過した被測定光のうち第１光ファイバ１２１において第１サンプリング光と時間的に重ならない部分は、偏光素子１３３に吸収される。
【００４５】
これに対し、被測定光のうち第１光ファイバ１２１において第１サンプリング光と時間的に重なる部分は、上記のように偏光方向が第１サンプリング光と略同じ方向、すなわち水平方向に対して略４５度の方向に回転するので、その鉛直方向の成分が偏光素子１３３を透過する。また、第１光ファイバ１２１において発生した上記アイドラー光は、偏光方向が第１サンプリング光の偏光方向と同じであるので、その鉛直方向の成分が偏光素子１３３を透過する。
【００４６】
第１カラーフィルタ１４１は、上記第１出力側偏光部１３１の偏光素子１３３を透過する光の光路上に配され、上記被測定光の波長λ１と同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有する。したがって、偏光素子１３３を透過した光のうち、被測定光の波長λ１と異なる波長の光である上記第１サンプリング光および上記アイドラー光の成分は第１カラーフィルタ１４１に吸収され、被測定光の波長λ１（光周波数ω１）と同じ波長の成分だけが第１カラーフィルタ１４１を透過する。以下において、第１カラーフィルタ１４１を透過した光を第１出力光と称する。
【００４７】
なお、上記第１カラーフィルタ１４１は、上記アイドラー光の波長λ２と同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有してもよい。この場合、上記第１サンプリング光および上記被測定光の成分は第１カラーフィルタ１４１に吸収されるので、第１カラーフィルタ１４１を透過するアイドラー光の成分が第１出力光となる。この場合でも、アイドラー光の強度および波長が、上記のように被測定光と相関関係を有することから、アイドラー光の成分からなる第１出力光を被測定光に対応させることができる。
【００４８】
このように、第１サンプリング部１０１では、被測定光のうち第１光ファイバ１２１において第１サンプリング光と時間的に重ならない部分は、偏光素子１３３に吸収される。したがって、被測定光のパルス波形をサンプリングして得られる第１出力光のＳＮ比をより大きくすることができる。
【００４９】
また、例えば上記サンプリング光出力部２０がサブピコ秒オーダーのパルス光を第１サンプリング光として出力することにより、第１サンプリング部１０１において時間幅の非常に短い第１サンプリング光で被測定光をサンプリングすることができるので、第１サンプリング部１０１における被測定光のサンプリングの時間分解能をサブピコ秒オーダーにまで高めることができる。
【００５０】
図７は、第２サンプリング部１０６の構成を示すブロック図である。図７において、円で囲んだ矢印の方向は、第１出力光および後述する偏光制御素子１１５から出力される第２サンプリング光の偏光方向を示す。また、図８は、第２サンプリング部１０６において第２サンプリング光によって第１出力光を光パラメトリック増幅する様子を示す概略図である。第２サンプリング部１０６は、図７に示すように、第２入力側偏光制御部１１２、光結合器１１９、第２光ファイバ１２２および第２カラーフィルタ１４２を有する。
【００５１】
第２入力側偏光制御部１１２は、偏光制御素子１１５を有する。偏光制御素子１１５には、上記サンプリング光出力部２０から出力されて第２サンプリング部１０６に入力された第２サンプリング光がそのまま入力される。第２入力側偏光制御部１１２は、偏光制御素子１１５に入力した第２サンプリング光の偏光方向が上記第１出力光の偏光方向と略同じになるように第２サンプリング光の偏光方向を制御する。本実施形態では、上記第１出力光の偏光方向が鉛直方向であることから、第２入力側偏光制御部１１２は、偏光制御素子１１５に入力した第２サンプリング光を、その偏光方向が略鉛直方向となるように制御する。第２入力側偏光制御部１１２において偏光方向が制御された第２サンプリング光は、偏光制御素子１１５から光結合器１１９に向けて出力される。なお、第２入力側偏光制御部１１２は、上記サンプリング光出力部２０から出力される第２サンプリング光の偏光方向が、第１出力光の偏光方向と略同じである場合はなくてもよい。この場合、第１サンプリング部１０１の部品点数を削減することができる。
【００５２】
光結合器１１９は、第１出力光および偏光制御素子１１５から出力される第２サンプリング光を結合して第２光ファイバ１２２に出力する。光結合器１１９としては、例えばハーフミラーまたはビームスプリッタ等が用いられる。なお、上記のように、サンプリング光出力部２０は、第２光ファイバ１２２において第１出力光と時間的な重なりを有するようにタイミングを制御して第２サンプリング光を出力する。したがって、光結合器１１９によって結合された第１出力光および第２サンプリング光は、時間的な重なりを有して第２光ファイバ１２２に入力される。
【００５３】
図９は、図７に示す第２サンプリング部１０６のブロック図において丸付き数字５〜丸付き数字７の番号を付して示す位置を、時間的な重なりを有して通過する光の強さを光周波数毎に示す。なお、図９において、横軸は光周波数を表し、ω０、ω１およびω２は、それぞれ第２サンプリング光、第１出力光（丸付き数字７は第２出力光）およびアイドラー光の光周波数を示す。また、図９においてこの横軸と直交する方向に伸びる矢印の長さは、それぞれの光周波数における光の強度を表す。
【００５４】
第２光ファイバ１２２は、時間的な重なりを有して内部を通過する第１出力光および第２サンプリング光の間に非線形光学効果である四光波混合を生じさせる。第２サンプリング光の強度が第１出力光と比べて非常に大きい場合、図９の丸付き数字５および丸付き数字６に示すように、第１出力光における第２サンプリング光と時間的に重なる部分は、その強度が増幅される。これは、第１出力光における当該部分が第２光ファイバ１２２内で四光波混合による光パラメトリック増幅により増幅されることによる。この第２光ファイバ１２２には、上記と第１光ファイバ１２１同様に、例えば平均零分散波長が上記第２サンプリング光の波長と略一致し、非線形定数がおよそ２０（／Ｗ／ｋｍ）程度である高非線形ファイバが用いられる。
【００５５】
このように、第２光ファイバ１２２を通過した第１出力光は、第２サンプリング光と略同じ偏光方向で強度の増幅された光となる。なお、増幅された第１出力光の強度は、第２サンプリング光の強度が一定である場合、増幅される前の第１出力光の強度と相関関係を有する。
【００５６】
また、図９に示すように、第２光ファイバ１２２において、第１出力光および第２サンプリング光と時間的な重なりを有するアイドラー光が四光波混合により新たに発生する。このアイドラー光は、第１出力光および第２サンプリング光と略同じ偏光方向の直線偏光として発生する。したがって、上記アイドラー光の偏光方向は略鉛直方向の角度を有する。また、上記アイドラー光の強度は、上記光パラメトリック増幅により増幅された第１出力光と同じ強度である。したがって、上記アイドラー光の強度もまた、第２サンプリング光の強度が一定である場合、第１出力光の増幅される前の強度と相関関係を有する。
【００５７】
また、上記第１出力光の光周波数ω１と上記第２サンプリング光の光周波数ω０との差は、上記アイドラー光の光周波数ω２と上記第２サンプリング光の光周波数ω０との差と等しい。
【００５８】
第２カラーフィルタ１４２は、上記第２光ファイバ１２２を通過した光の光路上に配され、上記第１出力光の波長と同じ帯域の波長の光を透過する特性を有する。したがって、第２光ファイバ１２２を通過した光のうち、第１出力光の波長λ１と異なる波長の光である上記第２サンプリング光および上記アイドラー光の成分は第２カラーフィルタ１４２に吸収され、第１出力光の波長λ１（光周波数ω１）と同じ波長の成分だけが第２カラーフィルタ１４２を透過する。以下において、第２カラーフィルタ１４２を透過した光を第２出力光と称する。
【００５９】
なお、上記第２カラーフィルタ１４２は、上記アイドラー光の波長λ２と同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有してもよい。この場合、上記第２サンプリング光および上記第１出力光の成分は第２カラーフィルタ１４２に吸収されるので、第２カラーフィルタ１４２を透過するアイドラー光の成分が第２出力光となる。この場合でも、アイドラー光の強度および波長が、上記のように被測定光と相関関係を有することから、アイドラー光の成分からなる第２出力光を被測定光に対応させることができる。
【００６０】
また、上記第１サンプリング部１０１から出力される第１出力光が上記のように第１光ファイバ１２１で発生するアイドラー光の成分である場合、第１出力光の波長はλ２（光周波数ω２）である。したがって、上記第２光ファイバ１２２において、波長がλ０（光周波数ω０）の第２サンプリング光と波長がλ２（光周波数ω２）の第１出力光との間に生じる四光波混合により発生するアイドラー光の波長は、λ１（光周波数ω１）となる。
【００６１】
このように、第２サンプリング部１０６では、第１サンプリング部１０１から入力される第１出力光を第２光ファイバ１２２において光パラメトリック増幅により増幅することによりその強度を大きくすることができる。したがって、第１サンプリング部１０１で被測定光をサンプリングすることにより得られた第１出力光の強度が小さい場合でも、第１出力光に対する第２出力光のＳＮ比を低下させることなく、被測定光のサンプリング出力光である第２出力光をその強度を増幅して出力することができる。
【００６２】
また、第２サンプリング部１０６は、上記のように、第２入力側偏光制御部１１２を有することにより、第２サンプリング光の偏光方向と第１出力光の偏光方向とを略同じになるように制御している。したがって、第２光ファイバ１２２内で第１出力光が四光波混合による光パラメトリック増幅により増幅されるときの増幅効率は略最大となり、被測定光のサンプリングにおけるゲインをより高めることができる。
【００６３】
光サンプリング装置１０は、図１に示すように、光電変換器６０と、この光電変換器６０と電気的に接続する波形表示器７０とをさらに備える。光電変換器６０は、第２カラーフィルタ１４２を透過した光の光路上に配され、上記第２出力光を受光してその時間−強度成分に対応した電気信号に変換し波形表示器７０に出力する。この光電変換器６０には、例えばフォトダイオードなどの光電変換素子が用いられる。このとき、光電変換器６０における感度が最も良好な光の波長は、上記第２出力光の波長と略一致することが好ましい。波形表示器７０は、上記電気信号を繰返し周期に応じて表示させる。
【００６４】
以上において説明したように、上記光サンプリング装置１０は、被測定光を高い時間分解能でサンプリングすることのできる第１サンプリング部１０１と、第１サンプリング部１０１で得られたサンプリング出力である第１出力光の強度を効率よく増幅する第２サンプリング部１０６を備えているので、被測定光のパルス波形を高感度かつ高い時間分解能で観測することができる。
【００６５】
なお、上記光サンプリング装置１０において、第１サンプリング部１０１に配される第１カラーフィルタ１４１は、第１出力側偏光部１３１の出力側に別個に配される形態に限定されない。例えば第２サンプリング部１０６の光結合器１１９が第１出力光の入光面および第２サンプリング光の入光面を有する場合、第１カラーフィルタ１４１は、当該光結合器１１９における第２サンプリング光の入光面に一体的に形成されてもよい。
【００６６】
図１０は、第１サンプリング部１０２および第２サンプリング部１０７の構成を示すブロック図である。上記および図１〜図９を参照して説明した光サンプリング装置１０は、第１サンプリング部１０１および第２サンプリング部１０６に替えて、図１０に示す第１サンプリング部１０２および第２サンプリング部１０７を備えてもよい。なお、図１０に示す第１サンプリング部１０２および第２サンプリング部１０７において、上記第１サンプリング部１０１および第２サンプリング部１０６と同じ参照番号を付したものについては略同じ構成であるので説明を部分的に省略する。
【００６７】
第１サンプリング部１０２は、図１０に示すように、第１入力側偏光制御部１１１、光結合器１１８、第１光ファイバ１２１および第１カラーフィルタ１４１を有する。
【００６８】
第１入力側偏光制御部１１１は、偏光制御素子１１３に入力した被測定光および偏光制御素子１１４に入力した第１サンプリング光を、偏光方向が略同じ方向である直線偏光となるようにそれぞれの偏光方向を制御する。第１入力側偏光制御部１１１において偏光方向が制御された被測定光および第１サンプリング光は、それぞれ偏光制御素子１１３および偏光制御素子１１４から光結合器１１８に向けて出力される。
【００６９】
図１０において、偏光制御素子１１３および偏光制御素子１１４の出力側に、これらから出力された被測定光および第１サンプリング光の偏光方向を円で囲んだ矢印の方向で示す。図１０に示すように、本実施形態では、第１入力側偏光制御部１１１の偏光制御素子１１３および偏光制御素子１１４からそれぞれ出力された被測定光および第１サンプリング光の偏光方向はともに略鉛直方向である。しかしながら、被測定光および第１サンプリング光の偏光方向は、第１入力側偏光制御部１１１によって略同じ方向に制御されていれば、本実施形態のように鉛直方向に限定されない。
【００７０】
また、図１０に示す形態において、サンプリング光出力部２０から出力される第１サンプリング光は、後述する第１光ファイバ１２１を通過するときに被測定光と時間的に重なるべく、適切なタイミングおよび十分な時間幅を有している。第１サンプリング光のタイミングおよび時間幅は、上記サンプリング光出力部２０の変調部４００およびサンプリング光幅調整部４０等において調整される。
【００７１】
第１光ファイバ１２１は、時間的な重なりを有して内部を通過する第１出力光および第２サンプリング光の間に非線形光学効果である四光波混合を生じさせる。第１サンプリング光の強度が被測定光と比べて十分に大きい場合、被測定光は、その強度が増幅される。このように、第１光ファイバ１２１を通過した被測定光は、第１サンプリング光と略同じ偏光方向で強度の増幅された光となる。なお、増幅された被測定光の強度は、第１サンプリング光の強度が一定である場合、増幅される前の被測定光の強度と相関関係を有する。
【００７２】
また、第１光ファイバ１２１において、被測定光および第１サンプリング光と時間的な重なりを有するアイドラー光が四光波混合により新たに発生する。このアイドラー光は、被測定光および第１サンプリング光と略同じ偏光方向の直線偏光として発生する。したがって、上記アイドラー光の偏光方向は略鉛直方向の角度を有する。また、上記アイドラー光の強度は、上記光パラメトリック増幅により増幅された被測定光と同じ強度である。したがって、上記アイドラー光の強度もまた、第１サンプリング光の強度が一定である場合、被測定光の増幅される前の強度と相関関係を有する。また、上記被測定光の波長と上記第１サンプリング光の波長との差は、上記アイドラー光の波長と上記第１サンプリング光の波長との差と等しい。
【００７３】
第１カラーフィルタ１４１は、上記第１光ファイバ１２１を通過した光の光路上に配され、上記被測定光の波長と同じ帯域の波長の光を透過する特性を有する。したがって、第１光ファイバ１２１を通過した光のうち、被測定光の波長と異なる波長の光である上記第１サンプリング光および上記アイドラー光の成分は第１カラーフィルタ１４１に吸収され、被測定光の波長と同じ波長の成分だけが第１カラーフィルタ１４１を透過する。以下において、第１カラーフィルタ１４１を透過した光を第１出力光と称する。
【００７４】
第２サンプリング部１０７は、図１０に示すように、第２入力側偏光制御部１１２、光結合器１１９、第２光ファイバ１２２、第２出力側偏光部１３２および第２カラーフィルタ１４２を有する。
【００７５】
第２入力側偏光制御部１１２は、偏光制御素子１１５に入力した第２サンプリング光の偏光方向が、上記第１出力光の偏光方向に対して４０〜５０度の角度を有する直線偏光となるように第２サンプリング光の偏光方向を制御する。第２入力側偏光制御部１１２において偏光方向が制御された第２サンプリング光は、偏光制御素子１１５から光結合器１１９に向けて出力される。
【００７６】
図１０において、偏光制御素子１１５の出力側に、偏光制御素子１１５から出力された第２サンプリング光の偏光方向を円で囲んだ矢印の方向で示す。図１０に示すように、本実施形態では、例えば上記のように第１出力光の偏光方向が略鉛直方向である場合、第２入力側偏光制御部１１２の偏光制御素子１１５から出力された第２サンプリング光の偏光方向は、鉛直方向に対して略４５度の角度を有することが好ましい。
【００７７】
第２光ファイバ１２２は、入力された第１出力光および第２サンプリング光が少なくとも一部において時間的な重なりを有して内部を通過するときに、これらの光の間に光カー効果および四光波混合を含む非線形光学効果を生じさせる。より具体的には、第２光ファイバ１２２の内部を通過する第１出力光の特定のパルスと第２サンプリング光の特定のパルスとが少なくとも一部において時間的に重なるとき、第１出力光の当該パルスは、その偏光軸が光カー効果によって回転することにより、第２サンプリング光の当該パルスの偏光方向と略同じ偏光方向となる。ここで、第１出力光における上記のような偏光軸の回転は、第１出力光全体に生じるのではなく、第１出力光と第２サンプリング光とが時間的に重なる部分にのみ生じる。
【００７８】
第２サンプリング光の強度が第１出力光と比べて非常に大きい場合、第２光ファイバ１２２を通過する第１出力光における上記のような偏光軸が回転する部分、すなわち、第１出力光における第２サンプリング光と時間的に重なる部分は、その強度が光パラメトリック増幅により増幅される。ここで、第１出力光における当該部分が光パラメトリック増幅により増幅された光は、第１出力光と同じ波長の直線偏光であり、その偏光方向は第２サンプリング光の偏光方向と略同じ方向である。したがって、本実施形態では、第１出力光における上記増幅された部分の偏光方向は、鉛直方向に対して略４５度の角度を有する。
【００７９】
このように、第２光ファイバ１２２を通過する第１出力光および第２サンプリング光において互いに時間的な重なりを有する部分があるとき、第２光ファイバ１２２を通過した第１出力光における当該部分は、第２サンプリング光と略同じ偏光方向で強度の増幅された光となる。なお、第１出力光における増幅された部分の強度は、第２サンプリング光の強度が一定である場合、第１出力光における当該部分の増幅される前の強度と相関関係を有する。
【００８０】
また、上記のように、第２光ファイバ１２２を通過する第１出力光および第２サンプリング光において互いに時間的な重なりを有する部分があるとき、第１出力光および第２サンプリング光の上記部分と時間的な重なりを有するアイドラー光が四光波混合により新たに発生する。このアイドラー光は、第２サンプリング光と略同じ偏光方向の直線偏光として発生する。したがって、上記アイドラー光の偏光方向は、鉛直方向に対して略４５度の角度を有する。また、上記アイドラー光の強度は、偏光方向が第２サンプリング光の偏光方向と略同じ方向に回転して増幅された第１出力光の上記部分と同じ強度である。したがって、上記アイドラー光の強度もまた、第２サンプリング光の強度が一定である場合、第１出力光における上記部分の増幅される前の強度と相関関係を有する。
【００８１】
第２出力側偏光部１３２は、第２光ファイバ１２２を通過する光の光路上に配される偏光素子１３４を有する。この偏光素子１３４は、入射する光のうち偏光方向が鉛直方向の成分の光を吸収し、水平方向の成分の光を透過する。したがって、図１０に示すように、第２光ファイバ１２２を通過した第２サンプリング光は、その水平方向の成分が偏光素子１３４を透過する。また、第２光ファイバ１２２を通過した第１出力光のうち第２光ファイバ１２２において第２サンプリング光と時間的に重ならない部分は、偏光方向が鉛直方向であるので、偏光素子１３４に吸収される。
【００８２】
これに対し、第１出力光のうち第２光ファイバ１２２において第２サンプリング光と時間的に重なる部分は、上記のように偏光方向が第２サンプリング光と略同じ方向、すなわち鉛直方向に対して略４５度の方向に回転するので、その水平方向の成分が偏光素子１３４を透過する。また、第２光ファイバ１２２において発生した上記アイドラー光は、偏光方向が第２サンプリング光の偏光方向と同じであるので、その水平方向の成分が偏光素子１３４を透過する。
【００８３】
第２カラーフィルタ１４２は、上記第２出力側偏光部１３２の偏光素子１３４を透過する光の光路上に配され、上記第１出力光の波長と同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有する。したがって、偏光素子１３４を透過した光のうち、第１出力光の波長と異なる波長の光である上記第２サンプリング光および上記アイドラー光の成分は第２カラーフィルタ１４２に吸収され、第１出力光の波長と同じ波長の成分だけが第２カラーフィルタ１４２を透過する。以下において、第２カラーフィルタ１４２を透過した光を第２出力光と称する。
【００８４】
なお、上記第２カラーフィルタ１４２は、上記アイドラー光の波長と同じ帯域の波長の光だけを透過する特性を有してもよい。この場合、上記第２サンプリング光および上記第１出力光の成分は第２カラーフィルタ１４２に吸収されるので、第２カラーフィルタ１４２を透過するアイドラー光の成分が第２出力光となる。この場合でも、アイドラー光の強度および波長が、上記のように第１出力光と相関関係を有することから、アイドラー光の成分からなる第２出力光を第１出力光に対応させることができる。
【００８５】
このように、第２サンプリング部１０７では、第１出力光のうち第２光ファイバ１２２において第２サンプリング光と時間的に重ならない部分は、偏光素子１３４に吸収される。したがって、第１出力光のパルス波形をサンプリングして得られる第２出力光のＳＮ比をより大きくすることができる。
【００８６】
また、例えば上記サンプリング光出力部２０がサブピコ秒オーダーのパルス光を第２サンプリング光として出力することにより、第２サンプリング部１０７において時間幅の非常に短い第２サンプリング光で第１出力光をサンプリングすることができるので、第２サンプリング部１０７における第１出力光のサンプリングの時間分解能をサブピコ秒オーダーにまで高めることができる。
【００８７】
以上において説明したように、光サンプリング装置１０は、図１０に示す第１サンプリング部１０２および第２サンプリング部１０７を備えることにより、第１サンプリング部１０２において被測定光の強度を効率よく増幅するとともに、第２サンプリング部１０７において増幅された第１出力光を高い時間分解能でサンプリングすることができる。したがって、被測定光のパルス波形を高感度かつ高い時間分解能で観測することができる。
【００８８】
なお、上記および図１〜図９を参照して説明した光サンプリング装置１０は、第２サンプリング部１０６に替えて、第２サンプリング部１０７を備えてもよい。この場合、光サンプリング装置１０は、第１サンプリング部１０１および第２サンプリング部１０７を備える。なお、この第２サンプリング部１０７については、図１０を参照して説明した上記第２サンプリング部１０７と同じものであり、同様の構成および作用効果を奏することから説明を省略する。
【００８９】
光サンプリング装置１０は、第１サンプリング部１０１および第２サンプリング部１０７を備えることにより、第１サンプリング部１０１において被測定光を高い時間分解能でサンプリングするとともに、第２サンプリング部１０７において、第１出力光をそのＳＮ比を低下させることなく再度サンプリングすることができる。したがって、被測定光をより高い時間分解能で観測することができる。
【００９０】
また、上記および図１〜図９を参照して説明した光サンプリング装置１０は、第１サンプリング部１０１に替えて、第１サンプリング部１０２を備えてもよい。この場合、光サンプリング装置１０は、第１サンプリング部１０２および第２サンプリング部１０６を備える。なお、この第１サンプリング部１０２については、図１０を参照して説明した上記第１サンプリング部１０２と同じものであり、同様の構成および作用効果を奏することから説明を省略する。
【００９１】
光サンプリング装置１０は、第１サンプリング部１０２および第２サンプリング部１０６を備えることにより、第１サンプリング部１０２において被測定光の強度を効率よく増幅するとともに、第２サンプリング部１０６において増幅された第１出力光をさらに効率よく増幅することができる。したがって、被測定光のサンプリングにおけるゲインをより高めることができる。
【００９２】
図１１は、サンプリング光出力部２１を備えた光サンプリング装置１０の概略図である。上記および図１〜図１０を参照して説明した光サンプリング装置１０は、サンプリング光出力部２０に替えて、図１１に示すサンプリング光出力部２１を備えてもよい。なお、図１１に示す光サンプリング装置１０において、図１に示す光サンプリング装置１０と同じ参照番号を付したものについては同じ構成であるので説明を省略する。
【００９３】
図１１に示すように、サンプリング光出力部２１は、高周波電流出力部２６１、第１レーザ光源２０１、第２レーザ光源２０２および分周回路４１１を有する。第１レーザ光源２０１および第２レーザ光源２０２は、ともに上記レーザ光源２００と同様の構成を有し、単一モードのパルス光を出力するパルス光源である。第１レーザ光源２０１から出力されるパルス光は、変調部４００、アンプ３１およびサンプリング光幅調整部４０を経て第１サンプリング光として第１サンプリング部１０１（１０２）に入力される。また、第２レーザ光源２０２から出力されるパルス光は、アンプ３２およびタイミング調整部５０を経て第２サンプリング光として第２サンプリング部１０６（１０７）に入力される。
【００９４】
高周波電流出力部２６１は、第１レーザ光源２０１の電流増幅回路（不図示）、および、分周回路４１１とそれぞれ電気的に接続する。この高周波電流出力部２６１は、上記高周波電流出力部２６０と同様に、特定の周波数の高周波電流を出力する。なお、高周波電流出力部２６１が出力する高周波電流の周波数は所望に変更することができる。
【００９５】
分周回路４１１は、高周波電流出力部２６１から出力される高周波電気信号をＮ分周（Ｎは正の整数）して変調部４００および第２レーザ光源２０２の電流増幅回路（不図示）に出力する。したがって、変調部４００は、分周回路４１１から入力される電気信号の周波数に応じて上記第１レーザ光源２０１から出力されるパルス光の繰り返し周波数を１／ｎに分周したパルス光を出力する。また、第２レーザ光源２０２は、分周回路４１１から入力される電気信号の周波数、すなわち、高周波電流出力部２６１から出力される高周波電気信号の繰り返し周波数を１／ｎに分周した繰り返し周波数を有するパルス光を出力する。
【００９６】
図１２は、サンプリング光出力部２２を備えた光サンプリング装置１０の概略図である。上記および図１〜図１０を参照して説明した光サンプリング装置１０は、サンプリング光出力部２０に替えて、図１２に示すサンプリング光出力部２２を備えてもよい。なお、図１２に示す光サンプリング装置１０において、図１に示す光サンプリング装置１０と同じ参照番号を付したものについては同じ構成であるので説明を省略する。
【００９７】
図１２に示すように、サンプリング光出力部２２は、高周波電流出力部２６２、第１レーザ光源２０１、第２レーザ光源２０２および分周回路４１２を有する。第１レーザ光源２０１および第２レーザ光源２０２は、ともに上記レーザ光源２００と同様の構成を有し、単一モードのパルス光を出力するパルス光源である。第１レーザ光源２０１から出力されるパルス光は、変調部４００、アンプ３１およびサンプリング光幅調整部４０を経て第１サンプリング光として第１サンプリング部１０１（１０２）に入力される。また、第２レーザ光源２０２から出力されるパルス光は、変調部４００、アンプ３２およびタイミング調整部５０を経て第２サンプリング光として第２サンプリング部１０６（１０７）に入力される。
【００９８】
高周波電流出力部２６２は、第１レーザ光源２０１の電流増幅回路（不図示）、第２レーザ光源２０２の電流増幅回路（不図示）、および、分周回路４１２とそれぞれ電気的に接続する。この高周波電流出力部２６２は、上記高周波電流出力部２６０と同様に、特定の周波数の高周波電流を出力する。なお、高周波電流出力部２６２が出力する高周波電流の周波数は所望に変更することができる。
【００９９】
分周回路４１２は、高周波電流出力部２６２から出力される高周波電気信号をＮ分周（Ｎは正の整数）して、変調部４００に出力する。したがって、第１レーザ光源２０１および第２レーザ光源２０２それぞれの出力側に配される変調部４００は、分周回路４１２から入力される電気信号の周波数に応じて上記第１レーザ光源２０１および第２レーザ光源２０２からそれぞれ出力されるパルス光の繰り返し周波数を１／ｎに分周したパルス光を出力する。
【０１００】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができることは当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】光サンプリング装置１０の構成を示す概略図である。
【図２】光サンプリング装置１０における、レーザ光源２００、高周波電流出力部２６０、変調部４００および分周回路４１０付近を抜き出して示す概略図である。
【図３】サンプリング光幅調整部４０においてスペクトル拡散部４２側から入力する第１サンプリング光の時間幅を圧縮する非線形伝送シミュレーションの結果を示す。
【図４】第１サンプリング部１０１の構成を示すブロック図である。
【図５】第１サンプリング部１０１において第１サンプリング光によって被測定光をサンプリングする様子を示す概略図である。
【図６】図４に示す第１サンプリング部１０１のブロック図において丸付き数字１〜丸付き数字４を付して示す位置を、時間的な重なりを有して通過する光の強さを光周波数毎に示す。
【図７】第２サンプリング部１０６の構成を示すブロック図である。
【図８】第２サンプリング部１０６において第２サンプリング光によって第１出力光を光パラメトリック増幅する様子を示す概略図である。
【図９】図７に示す第２サンプリング部１０６のブロック図において丸付き数字５〜丸付き数字７の番号を付して示す位置を、時間的な重なりを有して通過する光の強さを光周波数毎に示す。
【図１０】第１サンプリング部１０２および第２サンプリング部１０７の構成を示すブロック図である。
【図１１】サンプリング光出力部２１を備えた光サンプリング装置１０の概略図である。
【図１２】サンプリング光出力部２２を備えた光サンプリング装置１０の概略図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  光サンプリング装置、
１５、１６  レーザ光出力装置、
２０、２１、２２  サンプリング光出力部、
３１、３２  アンプ、
４０  サンプリング光幅調整部、
４２  スペクトル拡散部、
４４  パルス圧縮部、
５０  タイミング調整部、
６０  光電変換器、
７０  波形表示器、
８０  光分岐器、
１０１、１０２  第１サンプリング部、
１０６、１０７  第２サンプリング部、
１１１  第１入力側偏光制御部、
１１２  第２入力側偏光制御部、
１１３、１１４、１１５  偏光制御素子、
１１８、１１９  光結合器、
１２１  第１光ファイバ、
１２２  第２光ファイバ、
１３１  第１出力側偏光部、
１３２  第２出力側偏光部、
１３３、１３４  偏光素子、
１４１  第１カラーフィルタ、
１４２  第２カラーフィルタ、
２００  レーザ光源、
２０１  第１レーザ光源、
２０２  第２レーザ光源、
２１０  レーザダイオード、
２１１  低反射面、
２１２  高反射面、
２２０  コリメートレンズ、
２２２  集光レンズ、
２３０  ミラー、
２３２  全反射面、
２４０  光学バンドパスフィルタ、
２５０  バイアス電流出力部、
２６０、２６１、２６２  高周波電流出力部、
２７０  電流増幅回路、
２９０  光ファイバ、
４００  変調部、
４１０、４１１、４１２  分周回路
【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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