(57)【要約】【課題】非線形光学結晶を通過した被測定光信号及びサンプリング光パルスの少なくとも一方を有効活用することができる光サンプリング波形観測装置を提供する。【解決手段】光サンプリング波形観測装置１０は、被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルス光源１１からのサンプリング光パルスＬ２とを非線形光学結晶１３に入射させ、非線形光学結晶１３で発生する和周波光Ｌ３を受光器１４で受光して被測定光信号Ｌ１の波形を観測する。受光器１７は非線形光学結晶１３を通過したサンプリング光パルスＬ２を受光し、パルスタイミング制御回路１８は受光器１７からの受光信号に基づいてパルスタイミング制御回路１８がサンプリング光パルス光源１１から射出されるタイミングを制御する。【選択図】図１
2008045997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光信号をサンプリングするためのサンプリング光パルスを発生する光パルス光源と、前記被測定光信号及び前記サンプリング光パルスから非線形光学効果により波長変換光を発生する非線形光学結晶と、当該非線形光学結晶で発生した前記波長変換光を受光する受光部とを備える光サンプリング波形観測装置において、
前記非線形光学結晶を通過した前記被測定光信号及び前記サンプリング光パルスの少なくとも一方を受光する受光装置と、
前記受光装置の受光結果を用いて前記光パルス光源及び前記受光部の少なくとも一方に対して所定の制御を行う制御装置と
を備えることを特徴とする光サンプリング波形観測装置。
【請求項２】
前記受光装置は、前記非線形光学結晶を通過した前記サンプリング光パルスを受光する第１受光器を備えており、
前記制御装置は、前記第１受光器の受光結果を用いて前記光パルス光源で発生する前記サンプリング光パルスの繰り返し周波数を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光サンプリング波形観測装置。
【請求項３】
前記受光装置は、前記非線形光学結晶を通過した前記被測定光信号を受光する第２受光器を備えており、
前記制御装置は、前記第２受光器の受光結果から前記被測定光信号の平均パワーを検出する検出部を備え、当該検出部の検出結果に基づいて、前記受光部で得られる受光信号を補正する制御を行う
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光サンプリング波形観測装置。
【請求項４】
前記受光装置は、前記非線形光学結晶を通過した前記被測定光信号を受光する第２受光器を備えており、
前記制御装置は、前記第２受光器の受光結果から前記被測定光信号の平均パワーを検出する検出部を備え、当該検出部の検出結果に基づいて、前記受光部の受光感度を調整する制御を行う
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光サンプリング波形観測装置。
【請求項５】
前記被測定光信号は、所定の周期を単位として所定のパターンが繰り返される信号であり、
前記受光装置は、前記非線形光学結晶を通過した前記被測定光信号を受光する第２受光器を備え、
前記制御装置は、前記第２受光器の受光結果から前記パターンの周期を検出するパターン検出部を備え、前記受光部で得られる受光信号のうち、前記パターン検出部で検出された前記パターンの周期のうちの一部に相当する部分を抜き出させる制御を行う
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光サンプリング波形観測装置。
【請求項６】
前記被測定光信号は、所定の周期を単位として所定のパターンが繰り返される信号であり、
前記制御装置は、前記第２受光器の受光結果から前記パターンの周期を検出するパターン検出部を備え、前記受光部で得られる受光信号のうち、前記パターン検出部で検出された前記パターンの周期のうちの一部に相当する部分を抜き出させる制御を行う
ことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の光サンプリング波形観測装置。
【請求項７】
前記受光部は、得られた受光信号の少なくとも一部を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の光サンプリング波形観測装置。
【請求項８】
前記被測定光信号及び前記サンプリング光パルスは互いに異なる角度で前記非線形光学結晶から射出され、
前記受光装置は、前記被測定光信号及び前記サンプリング光パルスの各々を別個に受光する
ことを特徴とする請求項１記載の光サンプリング波形観測装置。
【請求項９】
前記非線形光学結晶から射出される前記被測定光信号、前記サンプリング光パルス、及び前記波長変換光を分離する分離素子を備えることを特徴とする請求項１記載の光サンプリング波形観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学効果による波長変換光を利用して被測定光信号の波形を観測する光サンプリング波形観測装置に関する
【背景技術】
【０００２】
非線形光学効果による波長変換光を利用した光サンプリング波形観測装置は、被測定光信号と、被測定光信号よりもパルス幅の狭いサンプリング光パルスとを非線形光学結晶に入射させ、二次の非線形光学効果により生ずるＳＨＧ（Second-Harmonic Generation：第２高調波発生）光、ＳＦＧ（Sum-Frequency Generation：和周波発生）光、又はＤＦＧ（Difference-Frequency Generation：差周波発生）光を受光して被測定光信号の波形を観測する装置である。以下、ＳＦＧ光（以下、和周波光という）を発生させる従来の光サンプリング波形観測装置について簡単に説明する。
【０００３】
図６は、従来の光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。図６に示す通り、従来の光サンプリング波形観測装置１００は、光パルス光源部１０１、光合波器１０２、非線形光学結晶１０３、光遮断器１０４ａ，１０４ｂ、及び受光部１０５を備えている。この光サンプリング波形観測装置１００は、入射される光角周波数数がω１である被測定光信号Ｌ１１の波形を観測する。
【０００４】
光パルス光源部１０１は、サンプリング光パルス光源１１１、光分岐器１１２、受光器１１３、及びパルスタイミング制御回路１１４を備えており、光角周波数がω２であるサンプリング光パルスＬ１２を射出する。サンプリング光パルス光源１１１から射出されるサンプリング光パルスは光分岐器１１２で分岐され、一方がサンプリング光パルスＬ１２として光パルス光源部１０１の外部に射出され、他方が受光器１１３で受光される。パルスタイミング制御回路１１４は、受光器１１３から出力される受光信号に基づいてサンプリング光パルス光源１１１がサンプリング光パルスを射出するタイミングを制御する。このように、光パルス光源部１０１では、サンプリング光パルスの繰り返し周波数がフィードバック制御される。
【０００５】
光合波器１０２は、被測定光信号Ｌ１１と光パルス光源部１０１からのサンプリング光パルスＬ１２とを非線形光学結晶１０３中で合波させる。ここで、光合波器１０２は、非線形光学結晶１０３の複屈折性に起因して生ずる非線形光学結晶１０３中におけるサンプリング光パルスＬ１２のウォークオフを考慮して、非線形光学結晶１０３に対する被測定光信号Ｌ１１とサンプリング光パルスＬ１２との入射角及び入射位置がそれぞれ異なるようにする。
【０００６】
非線形光学結晶１０３は、少なくとも二次の非線形性を有する光学結晶であり、二次の非線形光学効果により被測定光信号Ｌ１１とサンプリング光パルスＬ１２との和周波光Ｌ１３（光角周波数ω１＋ω２）を発生する。尚、被測定光信号Ｌ１１及びサンプリング光パルスＬ１２は、非線形光学結晶１０３に対する入射角が異なるため、異なる角度で非線形光学結晶１０３から射出される。光遮断器１０４ａは非線形光学結晶１０３から射出される被測定光信号Ｌ１１を遮光し、光遮断器１０４ｂは非線形光学結晶１０３から射出されるサンプリング光パルスＬ１２を遮光する。
【０００７】
受光部１０５は、受光器１２１、電気信号処理器１２２、及び表示器１２３を備えており、被測定光信号Ｌ１１の波形を観測する。受光器１２１は、非線形光学結晶１０３内で発生して光遮断器１０４ａ，１０４ｂにより被測定光信号Ｌ１１及びサンプリング光パルスＬ１２から分離された和周波光Ｌ１３を受光する。電気信号処理器１２２は受光器１２１から出力される受光信号に対して所定の処理を行い、その処理された信号（被測定光信号Ｌ１１の波形を示す信号）が表示器１２３に表示される。尚、以上説明した従来の光サンプリング波形観測装置の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開平１１−２８１４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した従来の光サンプリング波形観測装置１００は、非線形光学結晶１１３を通過した被測定光信号Ｌ１１及びサンプリング光パルスＬ１２を光遮断器１１４ａ，１１４ｂでそれぞれ遮断することで非線形光学結晶１１３で発生した和周波光Ｌ１３を分離しており、被測定光信号Ｌ１１及びサンプリング光パルスＬ１２が有効活用されていないという問題があった。
【０００９】
例えば、非線形光学結晶１１３を通過した被測定光信号Ｌ１１は光サンプリング波形観測装置１００に入射したときよりも若干パワーが低下しているものの、この被測定光信号Ｌ１１から光サンプリング波形観測装置１００に入射する被測定光信号Ｌ１１の平均パワーにほぼ等しい値を求めることができる。また、被測定光信号Ｌ１１がランダムパルスパターンである場合には、非線形光学結晶１１３を通過した被測定光信号Ｌ１１からそのフレーム周期を求めることもできる。更に、非線形光学結晶１１３を通過したサンプリング光パルスＬ１２からは繰り返し周波数を求めることができる。
【００１０】
従来の光サンプリング波形観測装置１００においては、和周波光Ｌ１３のパワーが微弱であるため、和周波光Ｌ１３を受光する受光器１２１は高感度のアバランシェフォトダイオードが用いられる。このアバランシェフォトダイオードは、温度変動に対して受光感度が大幅に変化するため、観測波形の振幅が変動してしまう。非線形光学結晶１１３を通過した被測定光信号Ｌ１１から得られる平均パワーを用いれば、観測波形の振幅の変動を抑制することができると考えられる。
【００１１】
また、従来は、被測定光信号Ｌ１１がランダムパルスパターンである場合に、そのフレーム周期を求めることもできなかったため、フレーム周期内の任意の一部の波形のみを観測するといった高度な観測を行うことができなかった。非線形光学結晶１１３を通過した被測定光信号Ｌ１１からフレーム周期を得ることができれば、かかる高度な観測を行うことができると考えられる。
【００１２】
更に、図６に示す光サンプリング波形観測装置１００は、光パルス光源部１０１において、サンプリング光パルス光源１１１から射出されるサンプリング光パルスの一部を分岐してサンプリング光パルスの繰り返し周波数をフィードバック制御していた。このため、分岐させた分だけ光パルス光源部１０１から射出されるサンプリング光パルスＬ１２のパワーが低下し、これにより非線形光学結晶１１３における和周波光Ｌ１３の発生効率が低下する。ここで、非線形光学結晶１１３を通過したサンプリング光パルスＬ１２を光パルス光源部１０１のフィードバック制御に用いることができれば、和周波光Ｌ１３の発生効率の低下を防止することができると考えられる。
【００１３】
尚、以上の問題は、非線形光学結晶１０３に対して被測定光信号Ｌ１１とサンプリング光パルスＬ１２とを異なる角度で入射させ、光遮断器１１４ａ，１１４ｂで非線形光学結晶１１３を通過した被測定光信号Ｌ１１及びサンプリング光パルスＬ１２を遮断する場合のみ生ずる問題ではない。例えば、非線形光学結晶１０３に対して被測定光信号Ｌ１１とサンプリング光パルスＬ１２とを同じ角度で入射させ、光透過フィルタや偏光素子等を用いて和周波光以外の被測定光信号Ｌ１１及びサンプリング光パルスＬ１２を遮断する場合にも同様に生ずる問題である。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、非線形光学結晶を通過した被測定光信号及びサンプリング光パルスの少なくとも一方を有効活用することができる光サンプリング波形観測装置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】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の光サンプリング波形観測装置は、被測定光信号（Ｌ１）をサンプリングするためのサンプリング光パルス（Ｌ２）を発生する光パルス光源（１１）と、前記被測定光信号及び前記サンプリング光パルスから非線形光学効果により波長変換光（Ｌ３）を発生する非線形光学結晶（１３）と、当該非線形光学結晶で発生した前記波長変換光を受光する受光部（１４〜１６）とを備える光サンプリング波形観測装置（１０、２０、３０、４０）において、前記非線形光学結晶を通過した前記被測定光信号及び前記サンプリング光パルスの少なくとも一方を受光する受光装置（１７、２６）と、前記受光装置の受光結果を用いて前記光パルス光源及び前記受光部の少なくとも一方に対して所定の制御を行う制御装置（１８、２７、２８、３１、４１）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、被測定光信号及び光パルス光源からのサンプリング光パルスが非線形光学結晶に入射すると、波長変換光が非線形光学結晶で発生して受光部で受光される。非線形光学結晶を通過した被測定光信号及びサンプリング光パルスの少なくとも一方は受光装置で受光され、この受光装置の受光結果を用いて光パルス光源及び受光部の少なくとも一方に対して所定の制御が行われる。
また、本発明の光サンプリング波形観測装置は、前記受光装置が、前記非線形光学結晶を通過した前記サンプリング光パルスを受光する第１受光器（１７）を備えており、前記制御装置は、前記第１受光器の受光結果を用いて前記光パルス光源で発生する前記サンプリング光パルスの繰り返し周波数を制御することを特徴している。
ここで、本発明の光サンプリング波形観測装置は、前記受光装置が、前記非線形光学結晶を通過した前記被測定光信号を受光する第２受光器（２６）を備えており、前記制御装置は、前記第２受光器の受光結果から前記被測定光信号の平均パワーを検出する検出部（２７）を備え、当該検出部の検出結果に基づいて、前記受光部で得られる受光信号を補正する制御を行うことを特徴としている。
若しくは、本発明の光サンプリング波形観測装置は、前記受光装置が、前記非線形光学結晶を通過した前記被測定光信号を受光する第２受光器（２６）を備えており、前記制御装置は、前記第２受光器の受光結果から前記被測定光信号の平均パワーを検出する検出部（２７）を備え、当該検出部の検出結果に基づいて、前記受光部の受光感度を調整する制御を行うことを特徴としている。
或いは、本発明の光サンプリング波形観測装置は、前記被測定光信号が、所定の周期を単位として所定のパターンが繰り返される信号であり、前記受光装置は、前記非線形光学結晶を通過した前記被測定光信号を受光する第２受光器（２６）を備え、前記制御装置は、前記第２受光器の受光結果から前記パターンの周期を検出するパターン検出部（４１）を備え、前記受光部で得られる受光信号のうち、前記パターン検出部で検出された前記パターンの周期のうちの一部に相当する部分を抜き出させる制御を行うことを特徴としている。
又は、本発明の光サンプリング波形観測装置は、前記被測定光信号は、所定の周期を単位として所定のパターンが繰り返される信号であり、前記制御装置は、前記第２受光器の受光結果から前記パターンの周期を検出するパターン検出部（４１）を備え、前記受光部で得られる受光信号のうち、前記パターン検出部で検出された前記パターンの周期のうちの一部に相当する部分を抜き出させる制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の光サンプリング波形観測装置は、前記受光部が、得られた受光信号の少なくとも一部を表示する表示部（１６）を備えることを特徴としている。
また、本発明の光サンプリング波形観測装置は、前記被測定光信号及び前記サンプリング光パルスは互いに異なる角度で前記非線形光学結晶から射出され、前記受光装置は、前記被測定光信号及び前記サンプリング光パルスの各々を別個に受光することを特徴としている。
若しくは、本発明の光サンプリング波形観測装置は、前記非線形光学結晶から射出される前記被測定光信号、前記サンプリング光パルス、及び前記波長変換光を分離する分離素子を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非線形光学結晶を通過した被測定光信号及びサンプリング光パルスの少なくとも一方の受光結果を用いて光パルス光源及び受光部の少なくとも一方に対して所定の制御が行われるため、非線形光学結晶を通過した被測定光信号及びサンプリング光パルスの少なくとも一方を有効活用することができるという効果がある。
具体的には、非線形光学結晶を通過したサンプリング光パルスを用いて光パルス光源を制御することにより、サンプリング光パルスの繰り返し周波数を安定化させることができるとともに、光パルス光源からのサンプリング光パルスを無駄にすることなる波長変換光の発生効率の低下を防止することができるという効果がある。
また、非線形光学結晶を通過した被測定光信号の平均パワーを検出し、この検出結果に基づいて受光部で得られる受光信号を補正することにより、温度変動等によって受光部の受光感度が大幅に変化した場合であっても、観測波形の振幅の変動を抑制することができるという効果がある。
また、非線形光学結晶を通過した被測定光信号の平均パワーを検出し、この検出結果に基づいて受光部の感度調整を行うことによっても、温度変動等によって受光部の受光感度が大幅に変化した場合であっても、観測波形の振幅の変動を抑制することができるという効果がある。
更に、被測定光信号が所定の周期を単位として所定のパターンが繰り返される信号である場合に、このパターンの周期を検出しているため、従来では不可能であったパターンの周期内の任意の一部の波形のみを観測するといった高度な観測を行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による光サンプリング波形観測装置について詳細に説明する。尚、以下の説明では、光角周波数数がω１である被測定光信号と光角周波数数がω２であるサンプリング光パルスとから波長変換光である和周波光（光角周波数ω３＝ω１＋ω２）を発生させて被測定光信号の波形を観測する光サンプリング波形観測装置を例に挙げて説明する。ここで、例えば、被測定光信号の波長は１５５０ｎｍであり、サンプリング光パルスの波長は１５７０ｎｍであり、これらによって発生する和周波光の波長が７８０ｎｍであるとする。
【００１８】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の光サンプリング波形観測装置１０は、サンプリング光パルス光源１１、光合波器１２、非線形光学結晶１３、受光器１４、電気信号処理器１５、表示器１６、受光器１７、及びパルスタイミング制御回路１８を備えている。
【００１９】
サンプリング光パルス光源１１は、被測定光信号Ｌ１よりもパルス幅が狭く、所定の繰り返し周波数を有するサンプリング光パルスＬ２を射出する。尚、サンプリング光パルスＬ２の繰り返し周波数は、ある周波数範囲内で可変である。光合波器１２は、被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルス光源１１からのサンプリング光パルスＬ２とを非線形光学結晶１３中で合波させる。ここで、光合波器１２は、非線形光学結晶１３の複屈折性に起因して生ずる非線形光学結晶１３中におけるサンプリング光パルスＬ１２のウォークオフを考慮して、非線形光学結晶１３に対する被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２との入射角及び入射位置がそれぞれ異なるようにする。
【００２０】
非線形光学結晶１３は、例えばＫＴＰ（ポタジウムタイタニルフォスファ：KTiOPO４）結晶等の少なくとも二次の非線形性を有する光学結晶であり、二次の非線形光学効果により被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２との和周波光Ｌ３を発生する。被測定光信号Ｌ１及びサンプリング光パルスＬ２の偏光方向は、非線形光学結晶１３の光軸の配置に応じて適切に設定されており、また、被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２との入射角及び入射位置を異ならせることにより角度位相整合が実現されることになる。尚、被測定光信号Ｌ１及びサンプリング光パルスＬ２は、非線形光学結晶１３に対する入射角と同じ角度で非線形光学結晶１３から射出される。
【００２１】
受光器１４は、非線形光学結晶１３内で発生した和周波光Ｌ３を受光する。この受光器１４は、和周波光Ｌ３のパワーが微弱であるため、例えば高感度のアバランシェフォトダイオードが用いられる。電気信号処理器１５は受光器１４から出力される受光信号に対してピーク値の検出処理、ディジタル変換処理等の所定の処理を行う。表示器１６で処理された信号（被測定光信号Ｌ１の波形を示す信号）を表示する。
【００２２】
受光器１７は、非線形光学結晶１３を通過したサンプリング光パルスＬ２を受光する。サンプリング光パルスＬ２のパワーは、受光器１４が受光する和周波光Ｌ３に比べて高いため、受光器１７は例えばＰＩＮダイオードが用いられる。尚、前述の通り、被測定光信号Ｌ１及びサンプリング光パルスＬ２は、互いに異なる角度で射出されるが、和周波光Ｌ３もこれらとは異なる角度（被測定光信号Ｌ１が射出される角度とサンプリング光パルスＬ２が射出される角度とのほぼ中間の角度）で非線形光学結晶１３から射出される。
【００２３】
受光器１４は和周波光Ｌ３のみを受光可能な位置に配置されており、受光器１７はサンプリング光パルスＬ２のみを受光可能な位置に配置されている。これにより、受光器１４，１７で和周波光Ｌ３及びサンプリング光パルスＬ２をそれぞれ個別に受光可能である。パルスタイミング制御回路１８は、受光器１７から出力される受光信号に基づいてサンプリング光パルス光源１１がサンプリング光パルスを射出するタイミングを制御する。
【００２４】
上記構成において、光サンプリング波形観測装置１０に入射した被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルス光源１１から射出されるサンプリング光パルスＬ２とが光合波器１２に入射し、非線形光学結晶１３で合波される。このとき、被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２とは、異なる入射角で非線形光学結晶１３の異なる入射位置に入射する。被測定光信号Ｌ１及びサンプリング光パルスＬ２が非線形光学結晶１３中を伝播すると二次の非線形光学効果により被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２との和周波光Ｌ３が発生する。
【００２５】
非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１及びサンプリング光パルスＬ２並びに非線形光学結晶１３で発生した和周波光Ｌ３は、非線形光学結晶１３からそれぞれ異なる角度で射出する。非線形光学結晶１３で発生した和周波光Ｌ３は受光器１４で受光され、非線形光学結晶１３を通過したサンプリング光パルスＬ２は受光器１７で受光される。受光器１４で和周波光Ｌ３が受光されると受光信号が出力され、この受光信号は電気信号処理器１５で所定の処理が施された上で、表示器１６に表示される。
【００２６】
受光器１７でサンプリング光パルスＬ２が受光されると受光信号が出力され、パルスタイミング制御回路１８は、受光器１７から出力される受光信号に基づいてサンプリング光パルス光源１１がサンプリング光パルスを射出するタイミングを制御する。このようにして、非線形光学結晶１３を通過したサンプリング光パルスＬ２の受光結果に基づいて、サンプリング光パルス光源１１から射出されるサンプリング光パルスＬ２の繰り返し周波数がフィードバック制御される。
【００２７】
以上説明した通り、本実施形態では、非線形光学結晶１３を通過したサンプリング光パルスＬ２の受光結果に基づいて、サンプリング光パルス光源１１から射出されるサンプリング光パルスＬ２の繰り返し周波数をフィードバック制御している。このため、従来のように、サンプリング光パルス光源から射出されるサンプリング光パルスの一部を分岐してフィードバック制御する必要がない。これにより、サンプリング光パルス光源１１から射出されるサンプリング光パルスのパワー低下が生じず、非線形光学結晶１３における和周波光Ｌ３の発生効率の低下を防止することができる。
【００２８】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態による光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。尚、図２においては、図１に示した構成と同一のものには同一の符号を付してある。また、本実施形態の光サンプリング波形観測装置２０は、特徴的な構成を明確にするために、図６に示した光サンプリング波形観測装置１００が備える光パルス光源部１０１と同様の光パルス光源部２１を備えているとする。つまり、サンプリング光パルス光源２２から射出されるサンプリング光パルスの一部を光分岐器２３で分岐して受光器２４で受光し、受光器２４から出力される受光信号に基づいてパルスタイミング制御回路２５がサンプリング光パルス光源２２から射出されるタイミングを制御し、サンプリング光パルスL２の繰り返し周波数をフィードバック制御する光パルス光源部２１を備えているものとする。
【００２９】
本実施形態の光サンプリング波形観測装置２０は、図１に示した第１実施形態の光サンプリング波形観測装置１０が備える光合波器１２、非線形光学結晶１３、受光器１４、電気信号処理器１５、表示器１６に加えて、特徴的な構成として、受光器２６、平均パワー検出回路２７、及び振幅値補正回路２８を備えている。尚、図１中の受光器１７及びパルスタイミング制御回路１８は省略されている。
【００３０】
受光器２６は、非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１を受光する。被測定光信号Ｌ１のパワーは、受光器１４が受光する和周波光Ｌ３に比べて高いため、受光器２６は例えばＰＩＮダイオードが用いられる。この受光器２６は、温度変動に対して受光感度が殆ど変化しないものを用いるのが望ましい。受光器１４は各々異なる角度で非線形光学結晶１３から射出される被測定光信号Ｌ１、サンプリング光パルスＬ２、及び和周波光Ｌ３のうちの被測定光信号Ｌ１のみを受光可能な位置に配置されている。
【００３１】
平気パワー検出回路２７は、受光器２６から出力される受光信号から被測定光信号Ｌ１の平均パワーを検出する。振幅値補正回路２８は、平均パワー検出回路２７の検出結果に基づいて、電気信号処理器１５から出力される信号を補正する。図３は、振幅値補正回路２８で行われる補正処理を説明するための図である。尚、図３においては横軸に時間をとり、縦軸に振幅をとっている。
【００３２】
受光器１４は、被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２とから得られる和周波信号Ｌ３を受光するため、電気信号処理器１５によりその受光信号のピーク値を検出した信号（電気信号処理器１５から出力される信号）は、図３に示す通り、複数のピークＰ１〜Ｐ３を有するパルス波形になる。振幅値補正回路２８は、まず電気信号処理器１５から出力される信号（ディジタル信号）からパルスの時間幅Ｗを求めるとともに１周期の時間を求める。次に、１周期に含まれる信号を積分して１周期の時間で除算することにより受光信号の平均パワーＡＶを求める。
【００３３】
そして、以上の処理によって求めた平均パワーＡＶと平均パワー検出回路２７で検出された平均パワーとが相違している場合には、電気信号処理器１５から出力される信号の平均パワーが平均パワー検出回路２７で検出された平均パワーに一致するように、電気信号処理器１５から出力される信号を補正する。尚、本実施形態の光サンプリング波形観測装置２０は、所定の温度（例えば２０度）の下で、所定のパワーを有する被測定光信号Ｌ１及びサンプリング光パルスＬ２が入射されたときに平均パワー検出回路２７で検出される平均パワーと振幅値補正回路２８で求められる平均パワーとが一致するよう予め設定されている。
【００３４】
上記構成において、光サンプリング波形観測装置２０に入射した被測定光信号Ｌ１と光パルス光源部２１からのサンプリング光パルスＬ２とが光合波器１２を介して非線形光学結晶１３に入射すると、二次の非線形光学効果によって被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２との和周波光Ｌ３が発生する。非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１及びサンプリング光パルスＬ２並びに非線形光学結晶１３で発生した和周波光Ｌ３は、非線形光学結晶１３からそれぞれ異なる角度で射出する。
【００３５】
非線形光学結晶１３で発生した和周波光Ｌ３は受光器１４で受光され、非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１は受光器２６で受光される。受光器２６で被測定光信号Ｌ１が受光されると受光信号が出力され、被測定光信号Ｌ１の平均パワーが平均パワー検出回路２７で検出される。一方、受光器１４で和周波光Ｌ３が受光されると受光信号が出力され、この受光信号は電気信号処理器１５で所定の処理が施された上で、振幅値補正回路２８に入力される。振幅値補正回路２８は、電気信号処理器１５からの信号に基づいて受光信号の平均パワーＡＶを求め、平均パワー検出回路２７で検出された平均パワーと一致するか否かを判断し、相違している場合には前述した補正を行う。そして、振幅値補正回路２８から出力される信号が表示器１６に表示される。
【００３６】
以上説明した通り、本実施形態では、非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１の平均パワーを検出し、この検出結果に基づいて受光器１４から出力される受光信号を補正している。このため、温度変動等によって受光器１４の受光感度が大幅に変化した場合であっても、観測波形の振幅の変動を抑制することができる。
【００３７】
尚、上記実施形態では、サンプリング光パルスＬ２を射出する光パルス光源部２１を備える構成を例に挙げて説明したが、第１実施形態と本実施形態とを組み合わせることが可能である。つまり、光パルス光源部２１に代えて、図１に示すサンプリング光パルス光源１１、受光器１７、及びパルスタイミング制御回路１８を備えた構成とし、非線形光学結晶１３を通過したサンプリング光パルスＬ２の受光結果に基づいて、サンプリング光パルス光源１１から射出されるサンプリング光パルスＬ２の繰り返し周波数をフィードバック制御してもよい。
【００３８】
〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態による光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。尚、図４においては、図２に示した構成と同一のものには同一の符号を付してある。本実施形態の光サンプリング波形観測装置３０は、図２に示した第２実施形態の光サンプリング波形観測装置２０が備える振幅値補正回路２８に代えて受光感度調整回路３１を備える点が異なる。
【００３９】
受光感度調整回路３１は、図２に示す振幅値補正回路２８と同様に、電気信号処理器１５から出力される信号（ディジタル信号）に対して積分処理等を行って受光信号の平均パワーＡＶを求め、この平均パワーＡＶと平均パワー検出回路２７で検出された平均パワーとが一致しているか否かを判断する。但し、受光感度調整回路３１は、これらが相違している場合には、電気信号処理器１５から出力される信号を補正するのではなく、受光器１４の受光感度を直接調整する。受光器１４の受光感度の調整は、例えば受光器１４に印加するバイアス電圧を調整することで行う。
【００４０】
上記構成において、第２実施形態と同様に、被測定光信号Ｌ１と光パルス光源部２１からのサンプリング光パルスＬ２とが光合波器１２を介して非線形光学結晶１３に入射すると、二次の非線形光学効果によって被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２との和周波光Ｌ３が発生する。非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１及びサンプリング光パルスＬ２並びに非線形光学結晶１３で発生した和周波光Ｌ３は、非線形光学結晶１３からそれぞれ異なる角度で射出する。
【００４１】
非線形光学結晶１３で発生した和周波光Ｌ３は受光器１４で受光され、非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１は受光器２６で受光される。受光器２６で被測定光信号Ｌ１が受光されると受光信号が出力され、被測定光信号Ｌ１の平均パワーが平均パワー検出回路２７で検出される。一方、受光器１４で和周波光Ｌ３が受光されると受光信号が出力され、この受光信号は電気信号処理器１５で所定の処理が施された上で、受光感度調整回路３１に入力される。受光感度調整回路３１は、電気信号処理器１５からの信号に基づいて受光信号の平均パワーＡＶを求め、平均パワー検出回路２７で検出された平均パワーと一致するか否かを判断し、相違している場合には受光器１４に印加するバイアス電圧を調整し、受光器１４の感度調整を行う。そして、受光感度調整回路３１から出力される信号が表示器１６に表示される。
【００４２】
以上説明した通り、本実施形態では、非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１の平均パワーを検出し、この検出結果に基づいて受光器１４の感度調整を行っている。このため、温度変動等によって受光器１４の受光感度が大幅に変化した場合であっても、観測波形の振幅の変動を抑制することができる。
【００４３】
尚、本実施形態においても、第１実施形態を組み合わせることが可能である。つまり、光パルス光源部２１に代えて、図１に示すサンプリング光パルス光源１１、受光器１７、及びパルスタイミング制御回路１８を備えた構成とし、非線形光学結晶１３を通過したサンプリング光パルスＬ２の受光結果に基づいて、サンプリング光パルス光源１１から射出されるサンプリング光パルスＬ２の繰り返し周波数をフィードバック制御してもよい。
【００４４】
〔第４実施形態〕
図５は、本発明の第４実施形態による光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。尚、図５においては、図２に示した構成と同一のものには同一の符号を付してある。本実施形態の光サンプリング波形観測装置４０は、図２に示した第２実施形態の光サンプリング波形観測装置２０が備える平均パワー検出回路２７に代えてパターンフレーム検出回路４１を備えており、振幅値補正回路２８が省略されている点が異なる。
【００４５】
パターンフレーム検出回路４１は、疑似ランダムパルスパターン等の所定の周期（フレーム周期）を単位として所定のパターンが繰り返される信号が受光器２６から出力されたときに、そのパターンのフレーム周期を検出し、その検出結果を電気信号処理器１５に出力する。また、ユーザによりそのパターンの一部のみを表示器に表示させる指示がなされている場合には、パターンの１フレーム周期中におけるその部分を示す信号を電気信号処理器１５に出力する。尚、以下の説明では、被測定光信号Ｌ１が疑似ランダムパルスパターンである場合について説明する。
【００４６】
上記構成において、疑似ランダムパルスパターンである被測定光信号Ｌ１が入射すると、光パルス光源部２１からのサンプリング光パルスＬ２とともに光合波器１２を介して非線形光学結晶１３に入射する。これらが非線形光学結晶１３に入射すると、二次の非線形光学効果によって被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２との和周波光Ｌ３が発生する。非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１及びサンプリング光パルスＬ２並びに非線形光学結晶１３で発生した和周波光Ｌ３は、非線形光学結晶１３からそれぞれ異なる角度で射出する。
【００４７】
非線形光学結晶１３で発生した和周波光Ｌ３は受光器１４で受光され、非線形光学結晶１３を通過した被測定光信号Ｌ１は受光器２６で受光される。受光器２６で被測定光信号Ｌ１が受光されると受光信号がパターンフレーム検出回路４１に出力され、パターンフレーム検出回路４１において疑似ランダムパルスパターンのフレーム周期が検出される。また、ユーザにより疑似ランダムパルスパターンの一部のみを表示器に表示させる指示がなされている場合には、１フレーム周期中におけるその部分を示す信号を電気信号処理器１５に出力する。
【００４８】
受光器１４で和周波光Ｌ３が受光されると受光信号が出力され、この受光信号は電気信号処理器１５に出力される。電気信号処理器１５はパターンフレーム検出回路４１から出力される信号に基づいて１フレーム周期中の一部を抜き出し、その抜き出した部分を出力する。これにより、その部分が表示器１６に表示される。
【００４９】
以上説明した通り、本実施形態では、疑似ランダムパルスパターンである被測定光信号Ｌ１のフレーム周期を検出している。このため、従来では不可能であったフレーム周期内の任意の一部の波形のみを観測するといった高度な観測を行うことができる。ここで、フレーム周期が不明であるとフレーム周期内の任意の一部の波形の観測を行うことができないのは、種々のパターンが重なってアイパターンとなってしまうからである。これに対し、フレーム周期を検出することができると、そのフレーム周期内の特定のパターンのみを抜き出すことができるため、フレーム周期内の任意の一部の波形のみを観測することが可能となる。
【００５０】
尚、本実施形態においても、第１実施形態を組み合わせることが可能である。つまり、光パルス光源部２１に代えて、図１に示すサンプリング光パルス光源１１、受光器１７、及びパルスタイミング制御回路１８を備えた構成とし、非線形光学結晶１３を通過したサンプリング光パルスＬ２の受光結果に基づいて、サンプリング光パルス光源１１から射出されるサンプリング光パルスＬ２の繰り返し周波数をフィードバック制御してもよい。
【００５１】
また、本実施形態は、前述した第２実施形態、第３実施形態とも組み合わせることが可能である。つまり、パターンフレーム検出回路４１を、図２，図４に示す平均パワー検出回路２７と並列接続した構成とし、受光器２６から出力される受光信号の平均パワーを検出するとともに、フレーム周期を検出するようにしても良い。
【００５２】
以上、本発明の実施形態による光サンプリング波形観測装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、和周波光を発生する場合を例に挙げて説明したが、第２高調波光又は差周波光を発生させる場合にも本発明を適用することができる。尚、第２高調波高を発生させる場合には、被測定光信号とサンプリング光パルスとの周波数が等しく、これらを分離することはできないが、サンプリング光パルスのパワーを検出する検出器を設け、被測定光信号及びサンプリング光パルスを受光した受光器の受光信号からこの検出結果を差し引けば被測定光信号のパワーを求めることができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、非線形光学結晶１３としてＫＴＰを用い、被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２との角度位相整合を実現する場合を例に挙げて説明したが、非線形光学結晶１３としてＰＰＬＮ（周期分極ニオブ酸リチウム ）を用いて被測定光信号Ｌ１とサンプリング光パルスＬ２とを疑似位相整合する場合にも本発明を適用することができる。かかる場合には、非線形光学結晶１３から被測定光信号及びサンプリング光パルスが射出される角度並びに波長変換光が射出される角度が等しくなるが、波長毎に分離する分離素子等を用いてこれらを分離すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態による光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態による光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。
【図３】振幅値補正回路２８で行われる補正処理を説明するための図である。
【図４】本発明の第３実施形態による光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態による光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。
【図６】従来の光サンプリング波形観測装置の要部構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    光サンプリング波形観測装置
１１    サンプリング光パルス光源
１３    非線形光学結晶
１４    受光器
１５    電気信号処理器
１６    表示器
１７    受光器
１８    パルスタイミング制御回路
２０    光サンプリング波形観測装置
２６    受光器
２７    平均パワー検出回路
２８    振幅値補正回路
３０    光サンプリング波形観測装置
３１    受光感度調整回路
４０    光サンプリング波形観測装置
４１    パターンフレーム検出回路
Ｌ１    被測定光信号
Ｌ２    サンプリング光パルス
Ｌ３    和周波光
【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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