(57)【要約】【目的】ウォークオフ角の小さいルチルに全反射光学素子で光路を変更せずに被測定光とサンプリング光を入射できるコンパクトな構成の光サンプリングヘッドを提供する。【構成】光サンプリングヘッド１において、ポートＡからの被測定光（偏光コントローラ１１による垂直偏光）とポートＢからのサンプリング光（偏光コントローラ２１による水平偏光）は、ＰＢＳ３の異なる入射面３１，３２から入射して同一の出射面３４から出射し、ルチル４で偏波合成され、ＫＴＰ６で強度相関信号を和周波光として出力される。スプリット面３３で除去された両光の不要な方向の偏光成分はフォトダイオード４０でモニターされ、制御手段４１により偏光コントローラ１１，２１が制御される。【選択図】図１
2004132965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光とサンプリング光が異なる入射面から入射して同一の出射面から出射する光路変更手段（３）と、
　前記光路変更手段から出射した前記被測定光と前記サンプリング光を偏波合成する偏波合成手段（４）と、
　前記偏波合成手段で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子（６）と、
　を有する光サンプリングヘッド（１）。
【請求項２】
入射した被測定光中のＳ波偏光を反射させるとともに前記被測定光中のＰ波偏光を透過させ、Ｐ波偏光とＳ波偏光の分岐光量が等しくなるように偏光状態が４５°直線偏光とされて入射したサンプリング光中のＳ波偏光を反射させるとともに前記サンプリング光中のＰ波偏光を透過させる共通のスプリット面（５４）を有し、前記被測定光中のＳ波偏光と前記サンプリング光中のＰ波偏光を出射するとともに、前記被測定光中のＰ波偏光と前記サンプリング光中のＳ波偏光を出射する光路変更手段（５１）と、
　前記光路変更手段から出射した前記被測定光のＳ波偏光と前記サンプリング光のＰ波偏光を偏波合成する第１の偏波合成手段（６１）と、
　前記光路変更手段から出射した前記被測定光のＰ波偏光と前記サンプリング光のＳ波偏光が入射して各偏光の偏光方向を９０°回転させて出射する偏光方向変更手段（６２）と、
　前記偏光方向変更手段から出射する前記被測定光のＳ波偏光と前記サンプリング光のＰ波偏光を偏波合成する第２の偏波合成手段（６３）と、
　前記第１の偏波合成手段で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する第１の非線形光学素子（６５）と、
　前記第２の偏波合成手段で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する第２の非線形光学素子（６６）と、
　を有する光サンプリングヘッド（５０）であって、
　前記光路変更手段（５１）の前記スプリット面（５４）に対する前記被測定光の入射位置と、前記光路変更手段の前記スプリット面（５４）に対する前記サンプリング光の入射位置とが、前記第１の偏波合成手段（６１）と前記第２の偏波合成手段（６３）の各分離幅に対応して位置決めされている光サンプリングヘッド（５０）。
【請求項３】
前記第１の非線形光学素子（６５）から出力される和周波光の光強度を電気信号に変換する第１の光電変換手段（７０）と、
　前記第２の非線形光学素子（６６）から出力される和周波光の光強度を電気信号に変換する第２の光電変換手段（７１）と、
　前記第１の光電変換手段からの電気信号と前記第２の光電変換手段からの電気信号を互いに独立して出力する手段とを有する請求項２記載の光サンプリングヘッド（５０）。
【請求項４】
４５°直線偏光の前記サンプリング光は、偏光子（５９）によって生成される請求項２記載の光サンプリングヘッド（５０）。
【請求項５】
前記偏光子（５９）の前段に、前記サンプリング光の偏光状態を変更する偏波コントローラ（５７）を設けた請求項４記載の光サンプリングヘッド（５０）。
【請求項６】
被測定光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を任意に設定できる第１の偏波コントローラ（１１）と、
　サンプリング光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を任意に設定できる第２の偏波コントローラ（２１）と、
　前記第１の偏波コントローラで第１の偏光方向に設定された前記被測定光が入射する第１の入射面（３１）と、前記第２の偏波コントローラで第２の偏光方向に設定された前記サンプリング光が入射する第２の入射面（３２）と、前記被測定光中の第１の偏光方向の成分を反射するとともに前記被測定光中の第２の偏光方向の成分を透過させ、前記サンプリング光中の第２の偏光方向の成分を透過させるとともに前記サンプリング光中の第１の偏光方向の成分を反射させる共通のスプリット面（３３）と、前記被測定光中の第１の偏光方向の成分と前記サンプリング光中の第２の偏光方向の成分を出射する第１の出射面（３４）と、前記被測定光中の第２の偏光方向の成分と前記サンプリング光中の第１の偏光方向の成分を出射する第２の出射面（３５）とを備えた光路変更手段（３）と、
　前記光路変更手段の前記第２の出射面から出射する光を検知し、検知される光量が可及的に少なくなるように前記第１の偏波コントローラ及び前記第２の偏波コントローラを制御するためのモニタ手段（４０）と、
　前記光路変更手段の前記第１の出射面から出射した前記被測定光と前記サンプリング光を偏波合成する偏波合成手段（４）と、
　前記偏波合成手段で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子（６）と、
　を有する光サンプリングヘッド（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、主に、被測定光をサンプリングするために用いられる光サンプリングヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　図５は、和周波光発生を利用した光サンプリング波形測定において用いられている従来の光サンプリングヘッドを例示する図である。この光サンプリングヘッドは、サンプリング光がポートａ、被測定光がポートｂから導入され、偏波合成を行なう偏光ビームスピリッタであるＰＢＳに導かれ、レンズを介して非線形光学材料であるＫＴＰにて第２種位相整合を達成した後、フィルタから出力されて後段の図示しない信号処理部に導かれる。
　しかしながら、上述した従来の光サンプリングヘッドでは、ＰＢＳを透過するサンプリング光の偏光消光比（以下消光比と呼ぶ）は略４０ｄＢであるが、ＰＢＳにて反射する被測定光の消光比は略２０ｄＢしかない。これにより、和周波光の発生と同時に第２高調波光も発生してしまいＫＴＰの特性を十分に引き出すことができずにＳ／Ｎ比の劣化を招いているという問題があった。
　これに対し、上記ＰＢＳに置き換えて複屈折性光学結晶を用いることにより、偏光消光比を約６０ｄＢにしてＳ／Ｎ比を向上させることができるが、複屈折性光学結晶は、一般に価格が高く実用化のためには結晶の有効長を短くしなければならないという制約がある。その一方、現存する複屈折性光学結晶ではウォークオフ角（偏波分離角）が小さく、入射側での分離幅が例えば略２ｍｍ程であるため分離幅が十分にとれず実用が難しいという問題があった。
【０００３】
　そこで、上記課題を解消するために、ウォークオフ角の小さい複屈折性光学結晶を偏波合成手段として実用することができる光サンプリングヘッドを案出した。
　図４は、本願出願人が本願が優先権の主張の基礎とする先の出願と同日付で出願した前述の案出した光サンプリングヘッドを例示する図である。被測定光とサンプリング光はポートａ，ｂから導入され、偏波合成を行う複屈折性の光学結晶であるルチル１００に導かれ、レンズ１０１を介して非線形光学材料であるＫＴＰ１０２にて位相整合を達成した後、フィルタ１０３から出力されて後段の図示しない信号処理部に導かれる。なお、被測定光とサンプリング光がポートａ，ｂのいずれから入力されるかは、前記ＫＴＰ１０２を通過した後の和周波光の特性に応じて選択することができる。
【０００４】
　上述したように、図５の装置ではＰＢＳのスプリット面を透過したサンプリング光と、ＰＢＳのスプリット面で反射した被測定光を、第１の非線形光学材料（ＫＴＰ）に入射させて位相整合した後、第１の信号処理部に導いて第１の信号を得ているが、特許文献１に記載の発明では、図５に示すような基本構造の光サンプリングヘッドにおいて、さらに、第２の系列としてＰＢＳのスプリット面で反射されたサンプリング光と、ＰＢＳのスプリット面を透過した被測定光を、第２の非線形光学材料（ＫＴＰ）に入射させて位相整合した後、第２の信号処理部に導いて第２の信号を得る構成が加わっている。そして、特許文献１に記載の発明では、これら２つの信号処理部からの２つの信号を加算処理して被測定光の波形を表示している。
【特許文献１】特開平１１−９４６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　前述した光サンプリングヘッドで偏波合成に用いられているルチル１００は、コストを抑えるために結晶の有効長を短くせざるを得ない。一方、ルチルのウォークオフ角 (偏波分離角）は小さく、入射側での分離幅が十分にとれない。このため、ポートａ，ｂから入力される被測定光とサンプリング光は、図４に示すように全反射光学素子である光路変更プリズム１０５を用いてルチル１００に導いている。このように、ルチル１００の分離幅が狭いために、被測定光とサンプリング光の入射のために光路変更プリズム１０５で光路を変更しているため、装置が大型化してコンパクトに構成できないという問題があり、また部品点数が増えるためにコストが増大するとともに装置全体としての信頼性が低下するという問題があった。
【０００６】
　そこで本発明は、ウォークオフ角の小さいルチル等の複屈折性光学結晶による偏波合成手段として用いている光サンプリングヘッドにおいて、被測定光とサンプリング光の入射のために全反射光学素子で光路を変更する等の手段を用いることなく、少ない部品点数でコンパクトな構成を実現することを目的としている。
【０００７】
　また、特許文献１に記載の発明においては、ＰＢＳのスプリット面で反射又は透過し、２つの非線形光学材料（ＫＴＰ）にそれぞれ入射するサンプリング光の２つの直線偏波は、最初に入射するサンプリング光の偏波状態によっては光出力強度が等価にならない場合がある。このような場合には、２つの信号処理部からの２つの信号を加算処理しても、表示される被測定光の波形には偏波依存性があるという問題があった。
【０００８】
　そこで本発明は、被測定光の偏波分離をＰＢＳで行ない、２つの偏波成分から得た信号の加算によって被測定光の波形を得る光サンプリングオシロスコープの光サンプリングヘッドにおいて、複屈折性材料を用いたルチル等の複屈折性光学結晶を用いた偏波合成手段を用いることにより不要偏波成分を除去してＳ／Ｎ比の高い電気信号を出力するとともに、前述した偏波依存性を低減するモジュールを供給することを他の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
　請求項１に記載された光サンプリングヘッド１は、被測定光とサンプリング光が異なる入射面から入射して同一の出射面から出射する光路変更手段３と、
　前記光路変更手段３から出射した前記被測定光と前記サンプリング光を偏波合成する偏波合成手段４と、
　前記偏波合成手段４で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子６とを有している。
【００１０】
　請求項２に記載された光サンプリングヘッド５０は、
　入射した被測定光中のＳ波偏光を反射させるとともに前記被測定光中のＰ波偏光を透過させ、Ｐ波偏光とＳ波偏光の分岐光量が等しくなるように偏光状態が４５°直線偏光とされて入射したサンプリング光中のＳ波偏光を反射させるとともに前記サンプリング光中のＰ波偏光を透過させる共通のスプリット面５４を有し、前記被測定光中のＳ波偏光と前記サンプリング光中のＰ波偏光を出射するとともに、前記被測定光中のＰ波偏光と前記サンプリング光中のＳ波偏光を出射する光路変更手段５１と、
　前記光路変更手段５１から出射した前記被測定光のＳ波偏光と前記サンプリング光のＰ波偏光を偏波合成する第１の偏波合成手段６１と、
　前記光路変更手段５１から出射した前記被測定光のＰ波偏光と前記サンプリング光のＳ波偏光が入射して各偏光の偏光方向を９０°回転させて出射する偏光方向変更手段６２と、
　前記偏光方向変更手段６２から出射する前記被測定光のＳ波偏光と前記サンプリング光のＰ波偏光を偏波合成する第２の偏波合成手段６３と、
　前記第１の偏波合成手段６１で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する第１の非線形光学素子６５と、
　前記第２の偏波合成手段６３で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する第２の非線形光学素子６６とを有する光サンプリングヘッド５０であって、
　前記光路変更手段５１の前記スプリット面５４に対する前記被測定光の入射位置と、前記光路変更手段５１の前記スプリット面５４に対する前記サンプリング光の入射位置とが、前記第１の偏波合成手段６１と前記第２の偏波合成手段６３の各分離幅に対応して位置決めされていることを特徴としている。
【００１１】
　請求項３に記載された光サンプリングヘッド５０は、請求項２記載の光サンプリングヘッドにおいて、
　前記第１の非線形光学素子６５から出力される和周波光の光強度を電気信号に変換する第１の光電変換手段７０と、
　前記第２の非線形光学素子６６から出力される和周波光の光強度を電気信号に変換する第２の光電変換手段７１と、
　前記第１の光電変換手段７０からの電気信号と前記第２の光電変換手段７１からの電気信号を互いに独立して出力する手段とを有することを特徴としている。
【００１２】
　請求項４に記載された光サンプリングヘッド５０は、請求項２記載の光サンプリングヘッドにおいて、４５°直線偏光の前記サンプリング光が、偏光子５９によって生成されることを特徴としている。
【００１３】
　請求項５に記載された光サンプリングヘッド５０は、請求項４記載の光サンプリングヘッドにおいて、前記偏光子５９の前段に、前記サンプリング光の偏光状態を変更する偏波コントローラ５７を設けたことを特徴としている。
【００１４】
　請求項６に記載の光サンプリングヘッド１は、
　被測定光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を任意に設定できる第１の偏波コントローラ１１と、
　サンプリング光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を任意に設定できる第２の偏波コントローラ２１と、
　前記第１の偏波コントローラ１１で第１の偏光方向に設定された前記被測定光が入射する第１の入射面３１と、前記第２の偏波コントローラ２１で第２の偏光方向に設定された前記サンプリング光が入射する第２の入射面３２と、前記被測定光中の第１の偏光方向の成分を反射するとともに前記被測定光中の第２の偏光方向の成分を透過させ、前記サンプリング光中の第２の偏光方向の成分を透過させるとともに前記サンプリング光中の第１の偏光方向の成分を反射させる共通のスプリット面３３と、前記被測定光中の第１の偏光方向の成分と前記サンプリング光中の第２の偏光方向の成分を出射する第１の出射面３４と、前記被測定光中の第２の偏光方向の成分と前記サンプリング光中の第１の偏光方向の成分を出射する第２の出射面３５とを備えた光路変更手段３と、
　前記光路変更手段３の前記第２の出射面３２から出射する光を検知し、検知される光量が可及的に少なくなるように前記第１の偏波コントローラ１１及び前記第２の偏波コントローラ２１を制御するためのモニタ手段４０と、
　前記光路変更手段３の前記第１の出射面３１から出射した前記被測定光と前記サンプリング光を偏波合成する偏波合成手段４と、
　前記偏波合成手段４で偏波合成された前記被測定光と前記サンプリング光が入射して前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子６とを有している。
【発明の効果】
【００１５】
　本発明によれば、被測定光とサンプリング光がＰＢＳ３とＡポート及びＢポートの配置に従って異なる入射面から入射し、同一の出射面から出射する光路変更手段を用いて偏波分離角の小さい偏波合成手段に入射するようにしたので、光路変更用のプリズムなどの光学素子を使用する必要がなく、図４の発明に比べて部品点数が減少し、光サンプリングヘッドをコンパクトに構成できる。
【００１６】
　また、モニタ手段で被測定光とサンプリング光の偏波コントローラを制御する構成とした場合には、モニタのための不要光の取り出し構造が簡単になる。また、偏波合成手段に与える光から不要な偏光方向の成分が除かれるので、偏波合成された際の光のエネルギーが十分に確保され、効率が向上する。
【００１７】
　また、本発明において、被測定光の偏波分離をＰＢＳで行ない、２つの偏波成分から得た信号の加算によって被測定光の波形を得る光サンプリングヘッドを構成した場合には、複屈折性材料を用いたルチル等の偏波合成手段により不要偏波成分を除去してＳ／Ｎ比が向上するとともに、２つの光路における出力が等価になって偏波依存性が低減し、偏光方向変更手段によって２個のルチルにおける光の伝播時間が同一になるため時間軸にずれのない状態で被測定光の表示を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
　本発明の実施の形態の一例を図１及び図２を参照して説明する。
　この光サンプリングヘッド１の筐体２の内部の一端側には、被測定光とサンプリング光の光路変更手段であるＰＢＳ３（偏光ビームスプリッタ）が取り付けられている。筐体２内において、このＰＢＳ３の隣には、このＰＢＳ３から出射した被測定光とサンプリング光を偏波合成する偏波合成手段としてのルチル４が取り付けられている。なお、ルチル４に入射される被測定光とサンプリング光は、図１に示されているように、被測定光とサンプリング光のＰＢＳ３への入射位置を適当な位置に設定することで、その光軸の間隔が、発明が解決しようとする課題の欄で述べた分離幅と略等しくなるようにＰＢＳ３から出射される。さらに、筐体２の他端側には、筐体２側の光軸に対して受光素子ホルダ５が適当な姿勢で連結されている。受光素子ホルダ５には、前記被測定光と前記サンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する非線形光学素子としてのＫＴＰ６と、集光レンズ７と、受光素子８が設けられており、この受光素子８が図示しない信号処理部に接続されている。本例のＫＴＰ６は第２種の非線形光学結晶であり、被測定光と偏光方向が異なるサンプリング光が入射した場合にのみ和周波光が出射される。従って所定の周期で被測定光をサンプリングすると相互相関信号として和周波光が出力され、光サンプリングオシロスコープに表示することができる。
【００１９】
　前記筐体２の一側面には、被測定光の入射ポートＡが設けられている。この被測定光の入射ポートＡには、被測定光用光ファイバ１０を介して第１の偏波コントローラ１１が取り付けられ、第１の偏波コントローラ１１を通過した被測定光が入射ポートＡから前記ＰＢＳ３の第１の入射面３１に入射するように構成されている。第１の偏波コントローラ１１は、被測定光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を第１の方向 (本例では垂直方向）に設定する。
【００２０】
　前記ＰＢＳ３の第１の入射面３１に入射した被測定光は、スプリット面３３において偏光の垂直方向成分が反射して第１の出射面３４から出射し、前記ルチル４に入射する。また、被測定光中の水平方向成分はスプリット面３３を透過し、ＰＢＳ３の第２の出射面３５から出射する。
【００２１】
　筐体２の後端面には、サンプリング光の入射ポートＢが設けられている。このサンプリング光の入射ポートＢには、サンプリング光用光ファイバ２０を介して第２の偏波コントローラ２１が取り付けられ、第２の偏波コントローラ２１を通過したサンプリング光が入射ポートＢからＰＢＳ３の第２の入射面３２に入射するように構成されている。第２の偏波コントローラ２１は、サンプリング光の偏光状態を直線偏光とし、かつその偏光方向を第２の方向 (本例では水平方向）に設定する。
【００２２】
　前記ＰＢＳ３の第２の入射面３２に入射したサンプリング光は、スプリット面３３において偏光の水平方向成分が透過して第１の出射面３４から出射し、前記ルチル４に入射する。また、サンプリング光中の垂直方向成分はスプリット面３３で反射し、ＰＢＳ３の第２の出射面３５から出射する。
【００２３】
　筐体２の他側面には、モニタ用のモニターポートＣが設けられている。このモニターポートＣには、前記ＰＢＳ３の第２の出射面３５から出射した光を検出するモニタ手段としてのフォトダイオード４０が設けられている。このフォトダイオード４０によって前記ＰＢＳ３の第２の出射面３５から出射する光を検知し、検知される不要な光量が可及的に少なくなるように、制御手段４１によって前記第１の偏波コントローラ１１と前記第２の偏波コントローラ２１を制御し、各光の不要な方向の偏光成分が少なくなるようにする。これによって必要な方向の偏光のみを利用し、ルチル４で偏波合成した光のエネルギーを高めて効率を向上させることができる。
【００２４】
　前記ＰＢＳ３と前記Ａポート及び前記Ｂポートの配置によれば、異なる方向の偏光を異なる入射面３１，３２からそれぞれ入射させ、不要な方向の偏光は逃がし、必要な方向の偏光のみを光路変更して一の出射面３４から出射させることができる。従って、ウォークオフ角が小さく分離幅の小さいルチル４であっても、光路変更用のプリズムなどの光学素子を使用する必要がない。また、モニタのための不要光の取り出しも簡単である。従って、図３の発明に比べて部品点数が減少し、コンパクトな構成の光サンプリングヘッド１とすることができる。また、ルチル４に与える光が始めから必要な方向の偏光だけになっているので、ルチル４で偏波合成された際の光のエネルギーが十分に確保され、効率が向上するという効果もある。
【００２５】
　本発明の実施の形態の第二の例を図３を参照して説明する。
　本例の光サンプリングヘッド５０は、被測定光の偏波分離をＰＢＳで行ない、２つの偏波成分からそれぞれサンプリング光と被測定光の相互相関信号を出力するモジュールであり、特に複屈折性材料を用いたルチル等の偏波合成手段を用いることにより不要偏波成分を除去してＳ／Ｎ比を向上させるとともに、偏波分離後の出力強度の差異による偏波依存性を低減できるようにしたことを特徴とするものである。
【００２６】
　図３は本例の偏波無依存型の光サンプリングヘッド５０における偏波方向変換図である。
　まず、図３を参照して本装置の光学的な構造とその作用・効果を説明する。
　なお、図３において、白抜き丸印中に表示された両向き矢印は、光の進行方向に垂直な面内における光の偏光方向を模式的に示すものである。また、図３においては、光路を示す線のうち、太い実線はランダム偏光を示し、太い一点鎖線はＰＢＳ１において第１のルチルと第２のルチルに同光量に分割される偏光状態を示し、細い実線はＰ波偏光を示し、破線はＳ波偏光を示し、太い二点鎖線は直交する偏光が重なった状態を示している。
【００２７】
　図３に示すように、本装置は、入射した光を偏波分離して異なる光路から出射させる偏波分離手段かつ光路変更手段であるＰＢＳ５１（偏光ビームスプリッタ）を備えている。本例における偏波分離手段としてのＰＢＳ５１は、被測定光の偏波成分 (ｓ波成分、ｐ波成分）の分離と、サンプリング光の直線偏波 (ｓ波、ｐ波）の生成を行ない、それぞれ異なる方向（互いに直交する方向）に射出する。
【００２８】
　図３に示すように、光ファイバーで導かれて第１の入射ポート５２から入射した被測定光はランダムな偏光と想定され、あらゆる方向の偏光が含まれる可能性がある。被測定光は、前記ＰＢＳ５１の第１の入射面５３に入射する。被測定光中のＳ波偏光はスプリット面５４で反射され、９０°方向を変えて第１の出射面５５から出射する。また、被測定光中のＰ波偏光はスプリット面５４を透過し、方向を変えずに第２の出射面５６から出射する。
【００２９】
　図３に示すように、光ファイバーで導かれたサンプリング光は偏波コントローラ５７で偏光方向を制御されて第２の入射ポート５８から入射する。本例では、サンプリング光は可及的に４５°直線偏光となるように偏波コントローラ５７で制御され、この偏波コントローラ５７の後段に４５°の傾きで設置された偏光子５９を経て、前記ＰＢＳ５１の第２の入射面６０に入射される。サンプリング光中のＳ波偏光はスプリット面５４で反射され、９０°方向を変えて第２の出射面５６から出射する。また、被測定光中のＰ波偏光はスプリット面５４を透過し、方向を変えずに第１の出射面５５から出射する。
【００３０】
　４５°の傾きで設置された偏光子５９によれば、ＰＢＳ５１の第１及び第２の各出射面５５，５６からのサンプリング光の出力強度を、サンプリング光の偏波状態に関わらず常時等価にすることができる。
【００３１】
　偏波コントローラ５７によれば、サンプリング光の偏波状態を偏光子５９の傾き角と一致させ、最大受光感度を得ることができる。
【００３２】
　前記ＰＢＳ５１の第１の出射面５５に近接して、複屈折性材料を用いた第１の偏波合成手段である第１のルチル６１が設けられている。第１のルチル６１は、前記ＰＢＳ５１の第１の出射面５５から出射した被測定光のＳ波偏光とサンプリング光のＰ波偏光を偏波合成する。ルチルは高い消光比を有しているので各偏波の不要成分を効率的に除去することができる。
【００３３】
　前記ＰＢＳ５１の第２の出射面５６に近接して、偏光方向変更手段としてのλ／２波長板６２が設けられている。このλ／２波長板６２は、前記ＰＢＳ５１の第２の出射面５６から出射した被測定光のＰ波偏光とサンプリング光のＳ波偏光の入射を受け、各偏光の偏光方向を９０°回転させて出射する。すなわち、λ／２波長板６２からは、被測定光のＳ波偏光とサンプリング光のＰ波偏光が出力される。このλ／２波長板６２から出力される被測定光とサンプリング光の偏光状態は、前記第１のルチル６１に入射する被測定光とサンプリング光の偏光状態と同一である。
【００３４】
　前記λ／２波長板６２の出射側の面に近接して、複屈折性材料を用いた第２の偏波合成手段である第２のルチル６３が設けられている。第２のルチル６３は、前記λ／２波長板６２から出射した被測定光のＳ波偏光とサンプリング光のＰ波偏光を偏波合成する。
【００３５】
　第１のルチル６１の出射側に近接して、第１の非線形光学素子である第１のＫＴＰ６５が配置されている。第１のＫＴＰ６５は、第１のルチル６１で偏波合成された被測定光とサンプリング光の入射を受け、被測定光とサンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する。
【００３６】
　第２のルチル６３の出射側に近接して、第２の非線形光学素子である第２のＫＴＰ６６が配置されている。第２のＫＴＰ６６は、第２のルチル６３で偏波合成された被測定光とサンプリング光の入射を受け、被測定光とサンプリング光の強度相関信号を和周波光として出力する。
【００３７】
　第１及び第２のＫＴＰ６５，６６の各出射側には、ＫＴＰ６５，６６の入射光と同一波長の光を除去するカットフィルター６７，６７がそれぞれ設けられている。本例のカットフィルター６７は、各ＫＴＰ６５，６６に入射する偏波合成された被測定光とサンプリング光と同波長である例えば１．５５μｍの光を除去するようになっている。このカットフィルター６７をこの位置に設けて無用な光を除去することにより、後述する後段のＡＰＤにおいて出力される信号のＳ／Ｎ比をより向上させることができる。
【００３８】
　そして、第１のＫＴＰ６５のカットフィルター６７の後段には、第１のＫＴＰ６５からカットフィルター６７を経て入力された和周波光を光電変換する第１のＡＰＤ７０が設けられている。
【００３９】
　そして、第２のＫＴＰ６６のカットフィルター６７の後段には、第２のＫＴＰ６６からカットフィルター６７を経て入力された和周波光を光電変換する第２のＡＰＤ７１が設けられている。
【００４０】
　第１及び第２のＡＰＤ７０，７１からの信号は、第１及び第２のＡＰＤ７０，７１に接続された表示信号処理手段８０に入力され、被測定光のＳ波偏光とＰ波偏光を互いに独立して波形表示するための信号として使われる。本例では、λ／２波長板６２を第２のルチル６３の入射側のみに設けているので、ＰＢＳ５１で分離されたサンプリング光の各ルチル６１，６３内での伝播時間を同じにすることができる。このように、λ／２波長板６２を配置することにより、２つのルチル６１，６３を透過するそれぞれのサンプリング光と被測定光の光路長差が同一になる。よって、被測定光に対するサンプリングポイントが２つの経路で同一になり、被測定光のＳ波偏光とＰ波偏光を時間軸にずれのない（０．３ｐｓ以下）状態で表示することができる。もし、λ／２波長板６２がない場合、第１のＫＴＰ６５または第２のＫＴＰ６６に入力される被測定光とサンプリング光の相対位相差が異なることとなり、サンプリングポイントが異なってしまい正確な波形を再現できなくなる。
【００４１】
　なお、第２のルチル６３の側の光路内にλ／２波長板６２を配置することにより、第１のルチル６１の側の光路と第２のルチル６３の側の光路とでは光路長に差が生じるが、これは前記サンプリングオシロスコープ８０の制御手段において電気的な信号の処理で解消することができるので問題ない。
【００４２】
　また、本構成の光サンプリングヘッド５０を用いることにより、Ｓ偏光用の第１のＡＰＤ７０及びＰ偏光用の第２のＡＰＤ７１からの各出力信号をそれぞれ処理すれば、被測定光の波形を偏波ごとに独立に表示することができる。また本例では、ＰＢＳ５１に入力するサンプリング光は４５°直線偏光とされているので、ＰＢＳ５１で偏波分離されて両出射面５５，５６から出射する出射光の出力強度は常に１対１の等価となり、波形を加算した際には偏波依存性のない波形の表示が可能となる。
【００４３】
　なお、本例では、偏波コントローラ５７と所定の配置に設定された偏光子５９を設けてサンプリング光を４５°直線偏光としていたが、手段を問わず、とにかくＰＢＳ５１に入射するサンプリング光がＰＢＳでほぼ同光量の直交する偏波に分離できていればよい。なお、偏波コントローラ５７の調整によって前述した２つの出力強度の比が１対１になっていることを確認することはできないが、本例では４５°に傾斜した偏光子５９が設けられているので必ず２つの出力強度の比は１対１となっていることが保証される。そして、この状態で偏波コントローラ５７を調整することにより、サンプリング光の偏波状態を偏光子５９の傾き角と一致させれば、上記１対１の比を保持しながら出力強度を最大にして最大受光感度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態の一例である光サンプリングヘッドの水平断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例である光サンプリングヘッドの垂直断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の第２の例である偏波無依存型の光サンプリングヘッドにおける偏波方向変換図である。
【図４】本出願人が提案した光サンプリングヘッドの一例の水平断面図である。
【図５】従来の光サンプリングヘッドの一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
　第１の実施の形態（図１及び図２）
　１…光サンプリングヘッド、２…筐体、３…光路変更手段としてのＰＢＳ、４…偏波合成手段としてのルチル、６…非線形光学素子としてのＫＴＰ、１１…第１の偏波コントローラ、２１…第２の偏波コントローラ、３１…第１の入射面、３２…第２の入射面、３３…スプリット面、３４…第１の出射面、３５…第２の出射面、４０…モニタ手段としてのフォトダイオード。
　第２の実施の形態（図３）
　５０…光サンプリングヘッド、５１…光路変更手段としてのＰＢＳ、５２…第１の入射ポート、５３…第１の入射面、５４…スプリット面、５５…第１の出射面、５６…第２の出射面、５７…偏波コントローラ、５８…第２の入射ポート、６０…第２の入射面、６１，６３…偏波合成手段としてのルチル、６５，６６…非線形光学素子としてのＫＴＰ、７０…Ｓ波モニタ手段としてのＡＰＤ、７１…Ｐ波モニタ手段としてのＡＰＤ、８０…表示信号処理手段、８２…筐体。
【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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