(57)【要約】【課題】検出した発光周期スペクトルに基づいて、レーザダイオードが最適にレーザ光をパルス発振するようにレーザダイオードに加えるバイアス電流を制御することができる。【解決手段】電流によって発光するレーザダイオード、レーザダイオードから発光されたレーザ光をレーザダイオードに対して反射するミラー、レーザダイオードとミラーとの間の光路上に配置され、光の入射角に応じた帯域の光を透過する光学バンドパスフィルタ、レーザダイオードに所望のバイアス電流を加えるバイアス電流出力部、および、所望の周波数で発振してレーザダイオードに高周波電流を加える高周波電流出力部を有する発光ユニットと、レーザ光の発光周期スペクトルを検出する発光周期スペクトル検出部と、バイアス電流出力部がレーザダイオードに加えるバイアス電流の大きさを制御するバイアス電流制御部とを備えるレーザ光出力装置が提供される。【選択図】図１
2008098407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するレーザ光出力装置であって、
電流によって発光するレーザダイオード、
前記レーザダイオードから発光されたレーザ光を前記レーザダイオードに対して反射するミラー、
前記レーザダイオードと前記ミラーとの間の光路上に配置され、光の入射角に応じた帯域の光を透過する光学バンドパスフィルタ、
前記レーザダイオードに所望のバイアス電流を加えるバイアス電流出力部、および、
所望の周波数で発振して前記レーザダイオードに高周波電流を加える高周波電流出力部
を有する発光ユニットと、
前記レーザ光の発光周期スペクトルを検出する発光周期スペクトル検出部と、
前記発光周期スペクトル検出部により検出した前記レーザ光の発光周期スペクトルに基づいて、前記バイアス電流出力部が前記レーザダイオードに加えるバイアス電流の大きさを制御するバイアス電流制御部と
を備えるレーザ光出力装置。
【請求項２】
前記発光周期スペクトル検出部により検出した前記レーザ光の発光周期スペクトルに基づいて、前記レーザダイオードと前記ミラーとの距離を調整するキャビティ長調整部をさらに備える請求項１に記載のレーザ光出力装置。
【請求項３】
前記発光周期スペクトル検出部により検出した前記レーザ光の発光周期スペクトルに基づいて、前記光学バンドパスフィルタを前記光路に対して回転させるフィルタ角度調整部をさらに備える請求項１または２に記載のレーザ光出力装置。
【請求項４】
前記発光周期スペクトル検出部によって検出された発光周期スペクトルを表示する発光周期スペクトル表示部をさらに備える請求項１から３のいずれかに記載のレーザ光出力装置。
【請求項５】
前記発光ユニットから外部に出射された前記レーザ光の光路上に配置され、前記レーザ光のスペクトルを拡散するスペクトル拡散部と、
前記スペクトル拡散部を通過した前記レーザ光の光路上に配置され、前記レーザ光の時間幅を縮めるパルス圧縮部とをさらに備える請求項１から４のいずれかに記載のレーザ光出力装置。
【請求項６】
電流によって発光するレーザダイオード、前記レーザダイオードから発光されたレーザ光を前記レーザダイオードに対して反射するミラー、前記レーザダイオードと前記ミラーとの間の光路上に配置され、光の入射角に応じた帯域の光を透過する光学バンドパスフィルタ、前記レーザダイオードに所望のバイアス電流を加えるバイアス電流出力部、および、所望の周波数で発振して前記レーザダイオードに高周波電流を加える高周波電流出力部を有する発光ユニットを備えるレーザ光出力装置のキャリブレーション方法であって、
前記レーザ光の発光周期スペクトルを検出する段階と、
検出した前記レーザ光の発光周期スペクトルに基づいて、前記バイアス電流出力部が前記レーザダイオードに加えるバイアス電流の大きさを設定する段階と
を備えるキャリブレーション方法。
【請求項７】
検出した前記レーザ光の発光周期スペクトルに基づいて、前記レーザダイオードと前記ミラーとの距離を調整する段階をさらに備える請求項６に記載のキャリブレーション方法。
【請求項８】
検出した前記レーザ光の発光周期スペクトルに基づいて、前記光学バンドパスフィルタを前記光路に対して回転させる段階をさらに備える請求項６または７に記載のキャリブレーション方法。
【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レーザ光出力装置および該レーザ光出力装置のキャリブレーション方法に関する。
【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、上記のような高速のビットレートの光信号における時間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パルス光の時間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）。
【０００４】
上記のような装置で高速のビットレートの光信号におけるパルス波形を高精度に測定するためには、より時間幅の短いパルス光を出力することのできる光源が必要となる。上記光源としては、ファイバーレーザが知られている（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００６−１９４８４２号公報
【特許文献２】特開２００２−３７２６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ファイバーレーザは、時間幅がフェムト秒オーダーのパルス光を出力することができるが、出力光を増幅する部分に長さが数メートル以上のＥｒ添加ファイバを用いているので集積化が難しい。また、出力パルス光のビットレートは数十ＭＨｚ程度のものが多く、ビットレートの高速化が難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、レーザ光を出力するレーザ光出力装置であって、電流によって発光するレーザダイオード、レーザダイオードから発光されたレーザ光をレーザダイオードに対して反射するミラー、レーザダイオードとミラーとの間の光路上に配置され、光の入射角に応じた帯域の光を透過する光学バンドパスフィルタ、レーザダイオードに所望のバイアス電流を加えるバイアス電流出力部、および、所望の周波数で発振してレーザダイオードに高周波電流を加える高周波電流出力部を有する発光ユニットと、レーザ光の発光周期スペクトルを検出する発光周期スペクトル検出部と、発光周期スペクトル検出部により検出したレーザ光の発光周期スペクトルに基づいて、バイアス電流出力部がレーザダイオードに加えるバイアス電流の大きさを制御するバイアス電流制御部とを備えるレーザ光出力装置が提供される。
【０００７】
上記レーザ光出力装置は、上記発光周期スペクトル検出部により検出したレーザ光の発光周期スペクトルに基づいて、レーザダイオードとミラーとの距離を調整するキャビティ長調整部をさらに備えてもよい。
【０００８】
上記レーザ光出力装置は、上記発光周期スペクトル検出部により検出したレーザ光の発光周期スペクトルに基づいて、光学バンドパスフィルタを光路に対して回転させるフィルタ角度調整部をさらに備えてもよい。
【０００９】
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】
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、第１サンプリング光出力部２１の構成を示す概略図である。第１サンプリング光出力部２１は、発光ユニット２００と、バイアス電流制御部３１０と、キャビティ長調整部３２０と、フィルタ角度調整部３３０と、変調部４００と、分周回路４１０と、発光周期スペクトル検出部５００と、発光周期スペクトル表示部５１０とを備える。
【００１２】
発光ユニット２００は、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、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、高周波電流出力部２６０を有する。
【００１３】
第１サンプリング光出力部２１の発光ユニット２００において、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。また、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、上記高周波電流の周波数および上記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。
【００１４】
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９０％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。
【００１５】
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（以下、「フィルタ角度」と称する）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はフィルタ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。
【００１６】
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（図１に「キャビティ長」で示す間隔、以下において同様に「キャビティ長」と称する）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。
【００１７】
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、発光ユニット２００の外部と接続し、上記パルス光を発光ユニット２００の外部に出力する。
【００１８】
変調部４００は、発光ユニット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変調して繰り返し周波数の変調されたパルス光を出力する。ここで、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変調することができる。
【００１９】
発光周期スペクトル検出部５００は、変調部４００から出力されるパルス光の光路上に配され、そのパルス光の発光周期スペクトルを検出する。また、発光周期スペクトル検出部５００は、検出した発光周期スペクトルをバイアス電流制御部３１０、キャビティ長調整部３２０およびフィルタ角度調整部３３０に出力する。ここで発光周期スペクトルとは、パルス光の繰り返し周波数のスペクトルである。発光周期スペクトル検出部５００としては、例えばスペクトルアナライザが用いられる。
【００２０】
バイアス電流制御部３１０は、発光周期スペクトル検出部５００により検出された上記発光周期スペクトルに基づいてレーザダイオード２１０に加えるバイアス電流の大きさを制御する。第１サンプリング光出力部２１は、上記バイアス電流制御部３１０を備えることにより、レーザダイオード２１０に加えるバイアス電流をレーザダイオード２１０が発振するパルス光のうち上記高周波電流の周波数と同じ繰返し周波数の光の強度が最大となる大きさに制御することができる。
【００２１】
キャビティ長調整部３２０は、発光周期スペクトル検出部５００により検出された上記発光周期スペクトルに基づいて上記キャビティ長を調整するべくレーザダイオード２１０とミラー２３０との距離を調整する。第１サンプリング光出力部２１は、上記キャビティ長調整部３２０を備えることにより、レーザダイオード２１０が発振するパルス光の単位周期の間に光が進む距離と上記キャビティ長の往復距離が等しくなるように上記キャビティ長を調整することができる。これにより、レーザダイオード２１０から発振したパルス光がミラー２３０の全反射面２３２で反射されてレーザダイオード２１０に戻ってきたときにレーザダイオード２１０が再びパルス光を発振するので、パルス光が共振により増幅される。したがって、レーザダイオード２１０の高反射面２１２側から出力するパルス光の強度を最大にすることができる。また、このとき、レーザダイオード２１０が発振するパルス光のうち上記高周波電流の周波数と同じ繰返し周波数の光を最も増幅することができる。上記キャビティ長調整部３２０は、例えばミラー２３０を直線駆動させるステッピングモータと制御回路等により構成される。
【００２２】
フィルタ角度調整部３３０は、発光周期スペクトル検出部５００により検出された上記発光周期スペクトルに基づいて光学バンドパスフィルタ２４０を上記パルス光の光路に対して回転させる。第１サンプリング光出力部２１は、上記フィルタ角度調整部３３０を備えることにより、レーザダイオード２１０が発振するパルス光における上記高周波電流の周波数と同じ繰返し周波数以外の繰り返し周波数の光を遮断する角度に上記フィルタ角度を調整することができる。上記フィルタ角度調整部３３０は、例えば光学バンドパスフィルタ２４０の回転軸と機械的に接続するステッピングモータと制御回路等により構成される。
【００２３】
また、図１に示すように、第１サンプリング光出力部２１は、上記発光周期スペクトル検出部５００によって検出された発光周期スペクトルを表示する発光周期スペクトル表示部５１０をさらに備えてもよい。また、このとき、上記発光周期スペクトル検出部５００、バイアス電流制御部３１０、キャビティ長調整部３２０およびフィルタ角度調整部３３０は、ダイヤルまたはスイッチなどの手動で操作する手段を備えることが好ましい。
【００２４】
これにより、測定者は、例えば、発光周期スペクトル検出部５００を手動で操作して上記パルス光の発光周期スペクトルを検出する段階と、バイアス電流制御部３１０を手動で操作してバイアス電流出力部２５０がレーザダイオード２１０に加えるバイアス電流の大きさを設定する段階と、キャビティ長調整部３２０を手動で操作してレーザダイオード２１０とミラー２３０との距離であるキャビティ長を調整する段階と、フィルタ角度調整部３３０を手動で操作して光学バンドパスフィルタ２４０を上記光路に対して回転させる段階とを含むキャリブレーション方法により第１サンプリング光出力部２１をキャリブレーションすることができる。
【００２５】
以上において説明した第１サンプリング光出力部２１において、上記高周波電流の周波数が例えば１０ＧＨｚである場合、上記バイアス電流の大きさはおよそ２２〜２６ｍＡに制御されるのが好ましい。これにより、レーザダイオード２１０は、１０ＧＨｚで最適にパルス光を発振する。また、レーザダイオード２１０が定常的にパルス光を発振している状態において、上記キャビティ長は１５ｍｍに設定されるのが好ましい。これにより、第１サンプリング光出力部２１から出力するパルス光の強度は最大となる。
【００２６】
また、レーザダイオード２１０の発振波長は、後述する光サンプリング装置１１の第１カラーフィルタ１４１および第２カラーフィルタ１４２の遮断帯域の波長であり、後述する被測定光出力装置６００から出力されるパルス光の発振波長に最も近い波長であることが好ましい。なお、本実施形態では、レーザダイオード２１０の定常状態での発振波長は１５５７ｎｍである。
【００２７】
図２は、第１サンプリング光出力部２１における、キャビティ長、フィルタ角度および第１サンプリング光出力部２１から出力するパルス光に含まれる相対的強度ノイズ（ＲＩＮ）の関係を示すグラフである。図２に示すように、キャビティ長が最適な長さ（図２における「キャビティ長」軸の値が０の位置）に設定されているときにフィルタ角度を変化させると、フィルタ角度を一定の角度だけ変化させる度にノイズ成分の割合が最小となる（図２における「相対的強度ノイズ」軸の値が負のピークを示す）。このように、フィルタ角度の最適な角度（ノイズ成分の割合が最小となる角度）は複数存在する。
【００２８】
図３は、図２においてフィルタ角度が最適な角度でない場合における発光周期スペクトル検出部５００で検出した発光周期スペクトルを示す。また、図４は、図２においてフィルタ角度を最適な角度に調整した場合における発光周期スペクトル検出部５００で検出した発光周期スペクトルを示す。ここで、図３および図４に示す発光周期スペクトルはキャビティ長が最適な長さに設定されている場合のものである。図３および図４に示すように、上記光学バンドパスフィルタ２４０のフィルタ角度を最適な角度に調整することにより、第１サンプリング光出力部２１が出力するパルス光の発光周期スペクトルにおける上記高周波電流の周波数と同じ繰返し周波数（１０ＧＨｚ）以外の繰り返し周波数の光の強度を低下させて出力するパルス光のＣＮ比を最大にすることができる。
【００２９】
図５は、第１サンプリング光出力部２１から出力される繰り返し周波数１０ＧＨｚのパルス光の時間波形を図１において「Ｘ」で示す位置で測定した結果を示す。図５に示すように、本実施形態の第１サンプリング光出力部２１は、発振周波数１０ＧＨｚにおいて、パルス幅がおよそ２．７ｐｓ、ＳＳＢ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）位相ノイズが７３ｆｓ−ｒｍｓのパルス光を出力することができる。
【００３０】
図６は、光サンプリング装置１１の構成を示すブロック図である。光サンプリング装置１１は、繰り返しを有する被測定光のパルス波形をサンプリングして表示する装置である。図６に示すように、光サンプリング装置１１は、レーザ光出力装置１５と、サンプリング光遅延部５０と、光スイッチ部１００と、光電変換器６０と、波形表示器７０とを備える。
【００３１】
レーザ光出力装置１５は、繰り返しを有するレーザ光である第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装置であり、第１サンプリング光出力部２１、アンプ３１、３２、サンプリング光幅調整部４０、および、光分岐器８０を有する。第１サンプリング光出力部２１は、上記のように一定の繰り返し周波数のパルス光を出力する。ここで、第１サンプリング光出力部２１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１１で測定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。
【００３２】
光分岐器８０は、第１サンプリング光出力部２１から出力されるパルス光を分光して、その一方を第１サンプリング光として出力し、他方を第２サンプリング光として出力する。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。
【００３３】
アンプ３１は、上記第１サンプリング光が入力され、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、上記第２サンプリング光が入力され、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。
【００３４】
図６に示すように、サンプリング光幅調整部４０は、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は、長さが１５０ｍの高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）であり、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は、長さが１５ｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）であり、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。
【００３５】
図７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、スペクトルの分散幅は約３３０ＧＨｚとする。また、図７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。図７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の分散幅は約１３６０ＧＨｚまで拡がる。また、このスペクトルの分散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。
【００３６】
図８は、時間幅が約２．７ｐｓｅｃ、波長が１５３５ｎｍの第１サンプリング光をサンプリング光幅調整部４０に入力したときにサンプリング光幅調整部４０から出力される出力光のＥｙｅ開口である。図８に示すように、実測結果においても、サンプリング光幅調整部４０は、入力した第１サンプリング光の時間幅を約０．９ｐｓｅｃまで圧縮している。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、時間幅がフェムト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。
【００３７】
図９は、被測定光出力装置６００の構成を示すブロック図である。図９において光サンプリング装置１１と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。被測定光出力装置６００は、例えば１６０ＧＨｚの繰り返し周波数（上記ｆ０に相当）でパルス光を出力することのできる装置であり、例えば上記光サンプリング装置１１によりテストサンプリングを実施するときに、被測定光の出力装置として用いることができる。被測定光出力装置６００は、発光ユニット６０５、変調部６２０、アンプ６３０、被測定光幅調整部６４０および光多重器６５０を備える。
【００３８】
発光ユニット６０５は、上記第１サンプリング光出力部２１の発光ユニット２００と略同様の構成を有する。しかしながら、発光ユニット６０５は、発光ユニット２００のレーザダイオード２１０に代えて、定常状態での発振波長がレーザダイオード２１０とは異なるレーザダイオード６１０を有する。レーザダイオード６１０の発振波長は、上記光サンプリング装置１１の第１カラーフィルタ１４１および第２カラーフィルタ１４２の遮断帯域の波長であることが好ましい。本実施形態において、被測定光出力装置６００は、定常状態において出力されるパルス光の中心波長が１５３５ｎｍである。
【００３９】
変調部６２０は、発光ユニット６０５から出力されるパルス光、および、デジタル信号生成部６１５からデジタル信号が入力されて、上記デジタル信号に応じた繰り返し周波数のパルス光である被測定光を出力する。例えば、上記デジタル信号の「１」が入力されたときに、上記パルス光をそのまま出力し、上記デジタル信号の「０」が入力されたときに、上記パルス光を遮断してもよい。
【００４０】
光多重器６５０は、複数の光路差付与手段６５２、６５４、６５６、６５８およびアンプを有する。これらの光路差付与手段６５２、６５４、６５６、６５８は、光多重器６５０へ入力したパルス光の繰り返し周波数を大きくする。例えば繰り返し周波数が１０ＧＨｚのパルス光が光多重器６５０に入力したとき、光多重器６５０は、１６０ＧＨｚのパルス光を出力する。光多重器６５０の光路差付与手段をさらに増やすかまたは減らすことにより、出力するパルス光の繰り返し周波数を発光ユニット６０５から出力するパルス光の繰り返し周波数の２倍、４倍、・・・（１／２倍、１／４倍・・・）と変化させることができる。
【００４１】
図１０は、光スイッチ部１００の構成を示すブロック図である。また、図１１および図１２は、光スイッチ部１００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１０に示すように、光スイッチ部１００は、第１入力光偏光部１１１と、光結合器１１８と、第１高非線形ファイバ１２１と、第１出力光偏光部１３１と、第１カラーフィルタ１４１と、光結合器１１９と、第２入力光偏光部１１２と、第２高非線形ファイバ１２２と、第２出力光偏光部１３２と、第２カラーフィルタ１４２とを備える。
【００４２】
第１入力光偏光部１１１は、偏光面が互いに４５度異なる偏光素子１１３および偏光素子１１４を有し、偏光素子１１３は被測定光を、偏光素子１１４は第１サンプリング光をそれぞれ透過する。したがって、偏光素子１１３を透過した被測定光と偏光素子１１４を透過した第１サンプリング光の偏光方向は互いに４５度異なる。
【００４３】
光結合器１１８は、偏光素子１１３を透過した被測定光および偏光素子１１４を透過した第１サンプリング光を結合して第１高非線形ファイバ１２１に出力する。光結合器１１８としては、例えばハーフミラーが用いられる。
【００４４】
上記第１入力光偏光部１１１によって相互に異なる方向に偏光された被測定光および第１サンプリング光は、第１高非線形ファイバ１２１を通過する。図１１に示すように、第１高非線形ファイバ１２１に入力される被測定光と第１サンプリング光のパルスの時間幅が重なるとき、被測定光の当該パルスの偏光方向は、４５度回転して第１サンプリング光と同様の方向となる。第１高非線形ファイバ１２１としては、例えば非線形光学効果を高めるための特殊な構造をもつ単一モード光ファイバが用いられる。
【００４５】
第１出力光偏光部１３１は、偏光素子１３３を有する。この偏光素子１３３は、図１１に示すように、第１高非線形ファイバ１２１を通過した光から、第１高非線形ファイバ１２１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。したがって、第１高非線形ファイバ１２１において第１サンプリング光の何れのパルスとも時間幅が重ならない被測定光のパルスは、偏光素子１３３に吸収される。これに対し、第１高非線形ファイバ１２１において第１サンプリング光のパルスと時間幅が重なり偏光方向が４５度回転した被測定光のパルス、および、第１サンプリング光のパルスは、偏光素子１３３の偏光面の偏光方向に対応した成分が透過する。
【００４６】
第１カラーフィルタ１４１は、第１出力光偏光部１３１の偏光素子１３３によってフィルタリングされた光から、第１サンプリング光のスペクトル成分を除去して第１出力光として出力する。
【００４７】
第２入力光偏光部１１２は、第１出力光偏光部１３１の偏光素子１３３と偏光面が４５度異なる偏光素子１１５を有する。この偏光素子１１５は、第１出力光をさらにサンプリングするべく光スイッチ部１００に入力される第２サンプリング光を透過する。したがって、偏光素子１３３を透過した第１出力光と偏光素子１１５を透過した第２サンプリング光の偏光方向は互いに４５度異なる。
【００４８】
光結合器１１９は、第１カラーフィルタ１４１を透過した第１出力光および偏光素子１１５を透過した第２サンプリング光を結合して第２高非線形ファイバ１２２に出力する。光結合器１１９としては、例えばハーフミラーが用いられる。
【００４９】
相互に異なる方向に偏光された第１出力光および第２サンプリング光は、第２高非線形ファイバ１２２を通過する。図１２に示すように、第２高非線形ファイバ１２２に入力される第１出力光と第２サンプリング光のパルスの時間幅が重なるとき、被測定光の当該パルスの偏光方向は、４５度回転して第２サンプリング光と同様の方向となる。第２高非線形ファイバ１２２としては、上記第１高非線形ファイバ１２１と同様に、例えば非線形光学効果を高めるための特殊な構造をもつ単一モード光ファイバが用いられる。
【００５０】
ここで、図６に示すように、光サンプリング装置１１は、レーザ光出力装置１５から出力される第２サンプリング光の光路上に光路差付与手段５２を含むサンプリング光遅延部５０を備える。この光路差付与手段５２としては、例えば長尺のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）が用いられ、第２高非線形ファイバ１２２に対して第２サンプリング光を入射するタイミングを、第１高非線形ファイバ１２１に対して第１サンプリング光を入射するタイミングよりも遅延させることができる。また、この遅延させる時間は、被測定光が第１高非線形ファイバ１２１に入射してから当該被測定光がサンプリングされた第１出力光が第２高非線形ファイバ１２２に入射するまでの時間とほぼ同一の時間とすることが好ましい。これにより、被測定光を第１サンプリング光でサンプリングして得た第１出力光を第２サンプリング光でより確実にサンプリングすることができる。
【００５１】
第２出力光偏光部１３２は偏光素子１３４を有する。この偏光素子１３４は、図１２に示すように、第２高非線形ファイバ１２２を通過した光から、第２高非線形ファイバ１２２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。したがって、第２高非線形ファイバ１２２において第２サンプリング光のパルスと時間幅が重ならない第１出力光のパルスは、偏光素子１３４に吸収される。これに対し、第２高非線形ファイバ１２２において第１サンプリング光のパルスと時間幅が重なり偏光方向が４５度回転した第１出力光のパルス、および、第２サンプリング光のパルスは、偏光素子１３４の偏光面の偏光方向に対応した成分が透過する。
【００５２】
第２カラーフィルタ１４２は、第２出力光偏光部１３２の偏光素子１３４によってフィルタリングされた光から、第２サンプリング光のスペクトル成分を除去して第２出力光として出力する。光電変換器６０は、この第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。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。
【００５３】
以上において説明したように、本実施形態の光サンプリング装置１１では、被測定光を第１サンプリング光でサンプリングした後、さらに第２サンプリング光によりサンプリングするので、観測される第２出力光のＳＮ比が向上し、被測定光のパルス波形を高い感度で観測することができる。
【００５４】
また、上記サンプリングにおいて、サンプリングの時間分解能を上げるには、第１サンプリング光の時間幅は短いことが好ましい。さらに、第１サンプリング光の時間幅は、被測定光の時間幅と略同じであるかまたは被測定光の時間幅よりも短いことがより好ましい。本実施形態の光サンプリング装置１１では、上記のように、レーザ光出力装置１５がフェムト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ができる。したがって、光サンプリング装置１１は、非常に時間幅の短い被測定光をもサンプリングすることができる。
【００５５】
また、光サンプリング装置１１において、第１サンプリング光の時間幅はサンプリング光幅調整部４０で圧縮されるのに対して、第２サンプリング光は時間幅が圧縮されずに光スイッチ部１００に入力される。したがって、第２サンプリング光の時間幅は、第１サンプリング光の時間幅よりも長くなる。これにより、上記サンプリングにおいて、被測定光のパルス波形を時間幅の狭い第１サンプリング光によって高い時間分解能でサンプリングしつつ、第１出力光を第２サンプリング光でより確実にサンプリングすることができる。
【００５６】
また、レーザ光出力装置１５から出力されるパルス光の時間幅を第１出力光の時間幅よりも長くすることにより、第２サンプリング光の時間幅を第１出力光の時間幅よりも長くすることができる。これにより、上記サンプリングにおいて、第１出力光を第２サンプリング光でさらに確実にサンプリングすることができる。
【００５７】
以上において説明した本実施形態の光サンプリング装置１１によれば、繰り返し周波数が１６０ＧＨｚレベルの被測定光についても高い品質でＥｙｅ開口を測定することができる。
【００５８】
図１３は、光サンプリング装置１２の構成を示すブロック図である。図１３に示す光サンプリング装置１２において、上記光サンプリング装置１１と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。上記光サンプリング装置１１では、第１サンプリング光出力部２１から出力されるパルス光を分光して第１サンプリング光および第２サンプリング光としたのに対し、図１３に示す光サンプリング装置１２は、第１サンプリング光を出力する第１サンプリング光出力部２１と、第２サンプリング光を出力する第２サンプリング高出力部２２とを備える。これにより、光サンプリング装置１２は、例えば上記第１出力光とスペクトルが大きく異なる第２サンプリング光を出力することができる。したがって、光サンプリング装置１２は、第２高非線形ファイバ１２２を通過した光から第２サンプリング光を第２カラーフィルタ１４２によって容易にフィルタリングして第２出力光を出力することができる。
【００５９】
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】
【００６０】
【図１】第１サンプリング光出力部２１の構成を示す概略図である。
【図２】第１サンプリング光出力部２１における、キャビティ長、フィルタ角度、および、第１サンプリング光出力部２１から出力するパルス光に含まれるノイズ成分の割合、の関係を示すグラフである。
【図３】図２においてフィルタ角度が最適な角度でない場合における発光周期スペクトル検出部５００で検出した発光周期スペクトルを示す。
【図４】図２においてフィルタ角度を最適な角度に調整した場合における発光周期スペクトル検出部５００で検出した発光周期スペクトルを示す。
【図５】第１サンプリング光出力部２１から出力される繰り返し周波数１０ＧＨｚのパルス光の時間波形を図１において「Ｘ」で示す位置で測定した結果を示す。
【図６】光サンプリング装置１１の構成を示すブロック図である。
【図７】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８】時間幅が約２．７ｐｓｅｃ、波長が１５３５ｎｍの第１サンプリング光をサンプリング光幅調整部４０に入力したときにサンプリング光幅調整部４０から出力される出力光のＥｙｅ開口である。
【図９】被測定光出力装置６００の構成を示すブロック図である。
【図１０】光スイッチ部１００の構成を示すブロック図である。
【図１１】光スイッチ部１００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１２】光スイッチ部１００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１３】光サンプリング装置１２の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
１１、１２  光サンプリング装置、
１５、１６  レーザ光出力装置、
２１  第１サンプリング光出力部、
２２  第２サンプリング高出力部、
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  サンプリング光遅延部、
５２  光路差付与手段、
６０  光電変換器、
７０  波形表示器、
８０  光分岐器、
１００  光スイッチ部
１１１  第１入力光偏光部、
１１２  第２入力光偏光部、
１１３、１１４、１１５  偏光素子、
１１８、１１９  光結合器、
１２１  第１高非線形ファイバ、
１２２  第２高非線形ファイバ、
１３１  第１出力光偏光部、
１３２  第２出力光偏光部、
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  発光ユニット、
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  高周波電流出力部、
２７０  電流増幅回路、
２９０  光ファイバ、
３１０  バイアス電流制御部、
３２０  キャビティ長調整部、
３３０  フィルタ角度調整部、
４００  変調部、
４１０  分周回路、
５００  発光周期スペクトル検出部、
５１０  発光周期スペクトル表示部、
６００  被測定光出力装置、
６０５  発光ユニット、
６１０  レーザダイオード、
６１５  デジタル信号生成部、
６２０  変調部、
６３０  アンプ、
６４０  被測定光幅調整部、
６４２  スペクトル拡散部、
６４４  パルス圧縮部、
６５０  光多重器、
６５２、６５４、６５６、６５８  光路差付与手段
【図１】
2008098407.tif 000003
【図２】
2008098407.tif 000004
【図３】
2008098407.tif 000005
【図４】
2008098407.tif 000006
【図５】
2008098407.tif 000007
【図６】
2008098407.tif 000008
【図７】
2008098407.tif 000009
【図８】
2008098407.tif 000010
【図９】
2008098407.tif 000011
【図１０】
2008098407.tif 000012
【図１１】
2008098407.tif 000013
【図１２】
2008098407.tif 000014
【図１３】
2008098407.tif 000015