(57)【要約】【課題】損失の少ない光ミクサを提供する。【解決手段】ミクサ(20)とコンバイナ(14)と第１及び第２のレフレクタ(30,40)を備える、混合を行うための装置である。ミクサ(20)は、第１及び第２の入力を有し、さらに、第１及び第２の出力を有する。コンバイナ(14)は、第１及び第２の部分を有し、第１の出力が、第１の部分に混合信号(56)を提供し、第２の部分が、第２の入力に結合信号(72)を提供する。第１のレフレクタ(40)は、第１の部分から残りの信号(62)を受信し、反射複合信号(70)を第２の部分に提供する。第２のレフレクタ(30)は、第１の部分から分離されたポンプ信号(58)を受信し、反射ポンプ信号(60)を第２の部分に提供する。【選択図】図１
2004318148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の入力を備え、第１及び第２の出力を備えるミクサ（２０）と、
第１及び第２の部分を備え、前記第１の出力から前記第１の部分に混合信号（５６）が供給され、前記第２の部分から前記第２の入力に結合信号（７２）を供給する、コンバイナ（１４）と、
前記第１の部分から残りの信号（６２）を受信して、反射複合信号（７０）を前記第２の部分に供給する第１のリフレクタ（４０）と、
前記第１の部分から分離ポンプ信号（５８）を受信して、反射ポンプ信号（６０）を前記第２の部分に供給する第２のリフレクタ（３０）
とを備える、装置。
【請求項２】
前記ミクサが、中心軸（３６）によって特徴付けられ、かつ、前記中心軸に沿って配置された非線形結晶（２４）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ミクサが、さらに、前記中心軸に沿って配置された第１及び第２のレンズ（２２、２６）を備え、
前記混合信号（５６）が、前記中心軸（３６）に対し平行で、それからオフセットしており、かつ、前記第１の部分に放射するビームでり、
前記結合信号（７２）が、前記中心軸（３６）に対し平行で、それからオフセットしており、かつ、前記第２の部分から生じるビームであり、
前記第２のレンズ（２６）が、（ａ）前記非線形結晶（２４）内にある前記中心軸（３６）上のポイント（Ｐ）から生じる光を前記混合信号（５６）に向けて平行化するように、かつ、（ｂ）前記中心軸（３６）上の前記ポイント（Ｐ）に前記結合信号（７２）を集束させるように配置され、
前記混合信号（５６）が、前記結合信号（７２）に対して平行で、それからオフセットしていることからなる、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の部分が、前記混合信号の第１の部分を前記分離ポンプ信号（５８）として反射し、前記混合信号の第２の部分を前記残りの信号（６２）として通過させるダイクロイック・コーティングを有し、
前記中心軸（３６）に対する前記第１の部分の配向が、前記分離ポンプ信号（５８）を反射して、前記第２のリフレクタ（３０）に送り込み、前記残りの信号を通過させて、前記第１のリフレクタ（４０）に送り込むように施されていることからなる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第２の部分が、前記反射ポンプ信号（６０）を前記結合信号の第１の部分として反射し、前記反射複合信号（７０）を前記結合信号の第２の部分として通過させるダイクロイック・コーティングを有し、
前記中心軸（３６）に対する前記第２の部分の配向が、前記結合信号の前記第１及び第２の部分を重ね合わせて、前記結合信号（７２）を形成するように施されていることからなる、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の部分が、前記混合信号の第１の部分を前記分離ポンプ信号として通過させ、及び、前記混合信号の第２の部分を前記残りの信号として反射するダイクロイック・コーティングを有し、
前記中心軸に対する前記第１の部分の配向が、前記分離ポンプ信号を通過させて、前記第２のリフレクタに送り込み、及び、前記残りの信号を反射して、前記第１のリフレクタに送り込むように施されていることからなる、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の部分が、前記反射ポンプ信号を前記結合信号の第１の部分として通過させ、及び、前記反射複合信号を前記結合信号の第２の部分として反射するダイクロイック・コーティングを有し、
前記中心軸に対する前記第２の部分の配向が、前記結合信号の前記第１及び第２の部分を重ね合わせて、前記結合信号を形成するように施されていることからなる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
所定の極性のポンプ信号（４）と任意の極性の被測定信号（２）を混合して、１回混合信号（５６）にするステップと、
前記１回混合信号を、分離ポンプ信号（５８）と残りの信号（６２）に分離するステップであって、前記分離ポンプ信号と前記残りの信号の一方が第１の信号として規定され、前記分離ポンプ信号と前記残りの信号のもう一方が第２の信号として規定されることからなる、ステップと、
前記第１の信号（４０）をねじり反射するステップと、
前記第２の信号（３０）を再帰反射するステップと、
前記ねじり反射された第１の信号（７０）と前記再帰反射された第２の信号（６０）を混合して、２回混合信号（７６）にするステップ
を含む、方法。
【請求項９】
前記分離するステップが、
前記１回混合信号（５６）をダイクロイック・ビーム・スプリッタに放射するステップと、
前記ダイクロイック・ビーム・スプリッタから前記第１の信号を反射するステップと、
前記第２の信号を前記ダイクロイック・ビーム・スプリッタに通すステップ
を含むことからなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
１回混合信号（５６）にする前記混合ステップが、前記ポンプ信号（４）及び前記被測定信号（２）を第１の線路に沿って伝搬させて非線形結晶（２４）に通すステップを含み、
２回混合信号（７６）にする前記混合ステップが、前記ねじり反射された第１の信号（７０）と前記再帰反射された第２の信号（６０）の両方を第２の線路に沿って伝搬させて、非線形結晶に通すステップを含み、
前記第１の線路と第２の線路が非平行であることからなる、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意に被偏光入力信号のミクサに関するものである。とりわけ、本発明は、単一の非線形媒体の２回通過を利用して、偏光非依存混合を実現する光ミクサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非線形波長変換は、光サンプリング・オシロスコープにおける超高速信号の測定に利用可能である。非線形変換結晶は、一般に、被測定信号の特定の偏光、ポンプ（pump）、及び、和周波発生（ＳＦＧ）光波を必要とする。計測器の一部をなすポンプ光を、常に正しく偏光させることが可能であるが、ユーザの入力信号は未知の偏光状態である可能性がある。従来は、フィードバックに基づく偏光コントローラが用いられてきたが、これらに可能なのは、せいぜい数キロヘルツの帯域幅の偏光調整である。ビット・レートで偏光が変化するように、偏光インターリービングが用いられてきたが、数十〜数百ギガヘルツの偏光捕捉帯域幅が必要になる。光サンプリング・オシロスコープは、入力偏光に関係なく、再構成されたユーザ信号パワーを単に表示するのが望ましい。
【０００３】
偏光ビーム・スプリッタを用いて、偏光ビーム・スプリッタの主軸に対して４５度の軸上に偏光したポンプ・レーザ・ビームを２つのチャネルに分離するのは、既知のところである。こうして、ポンプ・パワーの５０％が、２つの異なるチャネルのそれぞれに送り込まれるが、各チャネルは、他方に対して直交する偏光によって特徴付けられる。入力信号も、偏光ビーム・スプリッタ送り込まれ、任意の偏光が施された入力信号の２つの偏光成分が分割される。これら２つのチャネルは、対応する非線形結晶に通され、混合信号が生じる。しかし、この結果、ポンプ信号の強度が低下するため、変換効率が５０％低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
理論的な３ｄＢの損失を被らないように、２つの非線形結晶を直列に用いることも既知のところである。しかし、結晶が２つになると、コストが増し、色及び時間的分散を補正するため、２つの結晶の間に光学コンポーネントを用いる必要が生じ、とりわけ、その温度について、結晶を整合させることが必要になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一例としての装置には、ミクサ、コンバイナ、及び、第１と第２のリフレクタが含まれている。ミクサは、第１と第２の入力を備え、第１と第２の出力を備えている。コンバイナには、第１と第２の部分が含まれており、第１の出力から第１の部分に混合信号が供給され、第２の部分から第２の入力に結合信号を供給する。第１のリフレクタは、第１の部分から残りの信号を受信して、第２の部分に反射複合信号を供給する。第２のリフレクタは、第１の部分から分離ポンプ信号を受信して、第２の部分に反射ポンプ信号を供給する。
【０００６】
本発明の代替例としての方法には、一回混合された信号（以下、１回混合信号と記す）にする混合ステップと、１回混合信号を分離するステップと、第１の信号をねじり反射（ツイスト反射、または、回転反射。以下同じ）するステップと、第２の信号を再帰反射（または逆反射。以下同じ）するステップと、２回混合された信号（以下、２回混合信号と記す）に混合するステップが含まれている。１回混合信号に混合するステップでは、所定の極性のポンプ信号と任意の極性の被測定信号が混合される。１回混合信号を分離するステップでは、分離されたポンプ信号と残りの信号に分離される。分離されたポンプ信号と残りの信号の一方が、第１の信号として規定され、分離されたポンプ信号と残りの信号のもう一方が、第２の信号として規定される。ねじり反射を行うステップでは、第１の信号がねじり反射され、再帰反射するステップでは、第２の信号が再帰反射される。２回混合信号に混合するステップでは、ねじり反射された第１の信号と再帰反射された第２の信号が混合される。
【実施例】
【０００７】
以下、本発明を、好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【０００８】
偏光主軸に対して４５度偏光したポンプ・レーザ・ビームを２つのチャネルに分離する偏光ビーム・スプリッタの既知の用法を改良するため、光オシロスコープのフロント・エンドの一例では、分離波長板を利用して、信号の（空間的な）半分を回転させ、もう半分は回転させないようにするが（例えば、２つの別個のチャネルに分離された後）、これも、やはり、信号パワーに３ｄＢ（５０％）の損失を生じることになる。
【０００９】
単一結晶を用いる光オシロスコープのフロント・エンドのもう１つの例では、任意の偏光状態の被測定入力信号は、結晶を通って、１つの方向に伝搬し、偏光を９０度回転させる、４５度ファラデー回転子（非可逆性回転子）及び一回反射ミラー（single-bounce mirror）を含むリフレクタによって反射され、結晶を通って、もう１つの方向に伝搬する。所定の偏光のポンプ・レーザが全体を通じて用いられることになる。コリメーティングレンズダブレットに慎重に注意を払って、コリメーティングレンズダブレットでは、信号とポンプ・ビームとの間の色焦点ずれ、及び、非線形結晶における屈折率分散に起因する信号とポンプとの間の時間的分散が、両方とも、完全には解消されないという、この方式に関する実践上の問題点を回避しなければならない。こうした同時補正はあまりにも困難であって、実際には実現できないであろう。
【００１０】
光オシロスコープのフロント・エンドのもう１つの例では、ある装置によって、軸上の単一結晶２パス（２回通過）偏光非依存変換が提供される。十分な信号分離を保証するため（すなわち、ユーザに戻る反射を阻止するため）、上述のように、フロント・エンドにおける偏光非依存光アイソレータ、並びに、リフレクタにおける４５度ファラデー回転子が必要とされる。従って、軸上における実施では、最低限でも２つの非可逆性素子が必要であり、コストが高くつくことになるであろう。
【００１１】
本発明の改良例として、図１には、新規の装置を用いて、サンプリングを行う光サンプリング・オシロスコープ・ヘッド１０のブロック図が描かれている。ダイクロイック・ビーム・スプリッタ１２は、コンバイナの働きをし、被測定信号ビーム２（一般に、１５３０〜１６２０ｎｍの波長）とポンプ・ビーム４（一般に、例えば、７８０ｎｍといったより短い波長）を組み合わせる。これらのビーム２、４は、平行であるが、ミクサの中心軸３６から隔置されており、第１の色消しレンズ２２によって軸外で集束されて、非線形結晶２４（例えば、周期分極反転が施されたニオブ酸リチウムＰＰＬＮ）に送り込まれる。非線形結晶における信号と強いポンプ・パルスとの相互作用によって、最初の通過時の和周波発生（ＳＦＧ）パルスが生じる。３つの光波が、全て、出射し（軸を外れて）、第２の色消しレンズ２６によって平行化される。第１の色消しレンズの場合と同様、こうして平行化されたビームは、第２の色消しレンズ２６によってレンズ軸３６からオフセットする。第２のダイクロイック・ビーム・スプリッタ１４は、信号及びＳＦＧビームの複合体を通過させるが、ポンプ・ビームは反射する。信号及びＳＦＧ光は、信号波長に合わせて設計された四分の一波長板４２を通過するが、必ずしもＳＦＧ波長に合わせる必要はない。信号及びＳＦＧ光は、四分の一波長板４２の通過後、１８０度プリズムからの２回反射の後、再帰反射される。信号及びＳＦＧ光は、四分の一波長板４２を逆方向に通過し、そこから、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ１４を通過する。ポンプ光は、１８０度プリズムから再帰反射し、オプションとして、追加の補正レンズ３４を通過する。この追加のレンズは、２つの目的に役立つことが可能である。第１に、追加レンズは、不完全な色消しによって残されたいかなる色収差も補正する。第２に、側方調整によって、１８０度プリズムの角不整合（不完全な構造に起因する）を補正する。ポンプ・ビームは、再度、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ１４から反射した後、９０度ねじれ信号と任意のねじれＳＦＧ光からなる反射複合体と再結合する。
【００１２】
より詳しくは、図１において、光サンプリング・オシロスコープ・フロント・エンド１０には、第１のコンバイナ１２、光ミクサ２０、第２のコンバイナ１４（ビーム・スプリッタの働きもする）、ポンプ・リトロリフレクタ３０、信号リトロ・リフレクタ４０、フィルタ１６、及び、検出器８０が含まれている。信号リトロ・リフレクタ４０は、一般に、本明細書においてさらに論述するように、反射ビームの偏光（極性）を９０度回転させるので、光ねじりリフレクタ（光ツイストリフレクタ）と呼ぶこともできる。動作時、被測定信号ビーム２及び第１のポンプ・ビーム４（パルス）は、第１のコンバイナ１２で結合されて、予備混合ビーム５２を形成する。予備混合ビーム５２は、レンズ２２によって集束させられて、非線形結晶２４に入射し、そこで、混合が生じて、和周波発生ビーム（ＳＦＧビーム、すなわち、ポンプ・パルスに対応するパルス）が生成される。予備混合ビーム５２は、レンズ２２によって集束させられて、集束ビーム５４になり、中心軸３６に対しある角度２８をなして結晶２４に入射し、非線形結晶２４内において軸３６上のあるポイントに集束させられる。レンズ２６によって、出射ビーム５４が平行化され、混合ビーム５６になる。混合ビーム５６は、第２のコンバイナ１４の第１の部分において分離されて、コンバイナ１４から反射される第２のまたは分離されたポンプ・ビーム５８（パルス）と、コンバイナ１４を通過する残りの信号ビーム６４（ＳＦＧビームであるパルスを含む）になる。分離されたポンプ・ビーム５８は、ポンプ・リトロリフレクタ３０によって反射ポンプ・ビーム６０として反射される。残りの信号ビーム６４は信号リトロ・リフレクタ４０によって反射複合信号ビーム７０として反射される。反射ポンプ・ビーム６０及び反射複合信号ビーム７０は、第２のコンバイナ１４の第２の部分で組み合わせられて、結合ビーム７２を形成する。結合ビーム７２は、光ミクサ２０を通過し、出力ビーム７６として出射する。出力ビーム７６は、フィルタリングを施されたビーム６になるＳＦＧビームの波長だけを通過させるフィルタ１６によってフィルタリングを施される。フィルタリングを施されたビーム６は、検出器８０によって検出される。
【００１３】
光サンプリング・オシロスコープ・ヘッド１０は、サンプリングされる光ビームの偏光を明らかにする。通例、光ビームの電界方向によって、ビームの偏光が決まるが、整合がとれるように用いられるなら、他のビーム偏光決定法を用いることも可能である。平面波面を有する光ビームは、ビームの電界方向に対して垂直な方向に進行する。従って、ビームの電界によって決まるビームの偏光は、進行方向に対して垂直な平面内にあり、偏光は、その平面内における任意の方向に沿って延びることが可能である。一般に、偏光ベクトルは、２つのベクトル成分を有するものと言われている、すなわち、一方の成分は、垂直成分（または垂直偏光成分）と呼ばれ、もう一方の成分は、水平成分（または水平偏光成分）と呼ばれる。垂直成分と水平成分は、偏光ベクトルを形成するための結合される。
【００１４】
図１において、被測定信号ビーム２、予備混合ビーム５２、混合ビーム５６、残りの信号ビーム６２、反射信号ビーム７０、結合ビーム７２、及び、出力ビーム７６の偏光ベクトルの垂直成分は、図１に示すように上方または下方に向かうものとみなされ、被測定信号ビーム２、予備混合ビーム５２、混合ビーム５６、残りの信号ビーム６２、反射信号ビーム７０、結合ビーム７２、及び、出力ビーム７６の偏光ベクトルの水平成分は、図１に描かれているように、紙面に入り込むか、紙面から出てくる方向にあるものとみなされる。図１において、コンバイナ１２および１４の角度に起因して、第１のポンプ・ビーム４、分離されたポンプ・ビーム５８、及び、反射ポンプ・ビーム６０の偏光ベクトルの垂直成分は、図１に示すように左または右に向かうものとみなされ、第１のポンプ・ビーム４、分離されたポンプ・ビーム５８、及び、反射ポンプ・ビーム６０の偏光ベクトルの水平成分は、図１に描かれているように、紙面に入り込むか、紙面から出てくる方向にあるものとみなされる。
【００１５】
本発明の１例では、ポンプ・ビーム４は、垂直偏光が施され、被測定信号ビームは、任意の偏光が施されており、垂直偏光成分と水平偏光成分の両方を有している。当業者であれば、ポンプ・ビームは、垂直偏光ではなく、水平偏光とすることも可能であり、あるいは、周期分極反転が施された非線形結晶（periodically poled non-linear crystal）の分極配向と整合する任意の所定の角度をなすように偏光させることも可能であることが、本教示に鑑みて明らかであろう。
【００１６】
コンバイナ１２（例えば、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ）及び光ミクサ２０は、任意の被測定被偏光入力信号ビーム２と既知偏光（例えば、垂直偏光）の第１のポンプ・ビーム４を組合せ、混合する（例えば、ヘテロダイン方式で）。本発明の特定の例の１つでは、被測定信号ビーム２は、ある帯域内において約１５５０ｎｍの波長を有し、ポンプ・ビーム４の偏光に対して任意とすることが可能な偏光を有する光信号である。被測定信号ビーム２は、パルス繰り返し率が数十〜数百ギガヘルツ範囲（これに限定されるわけではないが）の、パルス化された任意偏光の光ビームとすることが可能である。ポンプ・ビーム４は、一般に、波長が例えば７８０ｎｍといった、または、被測定信号ビームより短い、短い繰り返しサンプリング・パルスのパルス列（例えば、レーザからの）である。ポンプ・ビーム４は、サンプリング信号であり、一般に、例えば、毎秒５０００万パルスの率で、パルスを繰り返すパルス化光ビームであり、各パルスは約１００フェムト秒の持続時間を有する。オシロスコープ内のレーザ（または、他の光源、ただし、一般には、モード同期レーザのようなレーザ）によってコンバイナ１２に供給されるのが望ましいポンプ・ビーム４は、規定済みの極性、規定済みの信号強度、及び、規定済みの波長を有するポンプ・ビームが得られるようにうまく制御される。コンバイナ１２は、一般に、ポンプ・ビーム４を反射するが、被測定信号ビーム２を含む他の波長は通過させるように光学的コーティングを施されたダイクロイック・ビーム・スプリッタであるが、別個のポンプ・ビーム４と被測定信号ビーム２を組み合わせて、１つのビーム（すなわち、予備混合ビーム５２）にする任意のデバイスとすることも可能である。
【００１７】
図２は、第１のコンバイナ１２からの予備混合ビーム５２の典型的なタイミング図であり、ある波長、及び、約１００ギガヘルツのパルス繰り返し率における被測定信号ビーム２を示し、また、パルス幅が約１００フェムト秒の、別の波長におけるポンプ・ビーム４を示している。パルス化ポンプ信号４のパルス１００と被測定信号２の初期時間サンプル１０２とが整列している。
【００１８】
光ミクサ２０は、中心軸３６によって特徴付けられ、中心軸に沿って配置された第１の色消しレンズ２２、非線形結晶２４、及び、第２の色消しレンズ２６を含んでいる。しかし、同等ではあるが、望ましくはない、折り返し光学系を施すことも可能である。被測定信号ビーム２及びポンプ・ビーム４は、両方とも、予備混合ビーム５２として伝送され、その平面波面は、光ミクサ２０の中心軸３６とほぼ平行であるが、それから側方にオフセットした線路内を伝搬する。第１の色消しレンズ２２によって、予備混合ビーム５２の平面波面が、非線形結晶２４内部において（好ましくは、その中心で）、中心軸３６上のあるポイントに集束させられる第１の集束ビーム５４の球面波面に変換される。第２の色消しレンズ２６によって、第１の集束ビーム５４に（本明細書に説明する）混合結果を加えたものとして、非線形結晶内の上記ポイントから生じる球面波面が、第１の混合ビーム５６のほぼ平面の波面に変換される。第１の混合ビーム５６の平面波面は、光ミクサ２０の中心軸３６とほぼ平行であるが、それから側方にオフセットした線路内を伝搬する。
【００１９】
被測定信号ビーム２の垂直偏光成分が、最初の通過時に、非線形結晶２４内において第１のポンプ・ビーム４の垂直偏光成分と相互作用して、約５１９ｎｍの波長の垂直偏光和周波発生パルス（ＳＦＧパルス）を生じる（本例におけるポンプ・ビーム及び信号ビームの波長の場合）。ＳＦＧパルスの和周波数（ＳＦＧ波長に反比例する）は、被測定信号ビーム２の信号周波数（信号波長に反比例する）とポンプ周波数（ポンプ波長に反比例する）の和に等しい。非線形結晶２４は、垂直成分だけを混合するように選択されているので（この例の場合）、被測定信号ビーム２の水平偏光成分は、最初の通過時には、非線形結晶２４内において第１のポンプビーム４の垂直偏光成分と相互作用しない。最初の通過時に非線形結晶２４内で生じるＳＦＧパルスは、垂直偏光が施される。
【００２０】
本例で説明される特定の波長、及び、本例で説明される相対的波長（例えば、ポンプ波長は、被測定信号の波長とＳＦＧパルスの波長の間である）は、例示であって、限定するものではないことが、本教示に鑑みて当業者には明らであろう。例えば、信号波長を、１５５０ｎｍとし、ポンプ波長を、５１９ｎｍとし、差周波発生パルス波長を、約７８０ｎｍとすることが可能である（実際に、これは本例における周波数差である）。実際には、任意のヘテロダイン関係を利用することが可能である。
【００２１】
第１の混合ビーム５６によって、被測定信号ビーム２の水平成分、後で廃棄されることになる被測定信号ビーム２の垂直成分のある残りの部分、依然としてかなりのパワー・レベルにある垂直偏光ポンプ・ビーム４（二度目の通過時に相互作用することになる）、及び、垂直偏光ＳＦＧパルスが伝送される。非線形結晶２４（または、他のコンポーネント）における分散のため、被測定信号ビームは、ポンプ・ビームよりも速く伝搬し、ポンプ・ビームは、ＳＦＧパルスより速く伝搬する。
【００２２】
非線形結晶２４は、周期分極反転が施されたニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ）結晶が好ましい。ニオブ酸リチウム結晶は、固有の分極特性（または偏光特性）を有しており、結晶の一方の端部が陽極であって、もう一方の端部が陰極であることを特徴とし、従って、その間に極性の方向が画定される。ＰＰＬＮ結晶は、多くの層を備えており、層間において周期的に極性方向が逆転する。例えば、図１に示すように、非線形結晶２４には、光ミクサ２０の中心軸３６に対して垂直に概ね形成され、中心軸３６に沿った軸方向にわずかに離隔された層間平面を備えた複数層が含まれている。「周期分極反転が施された」とは、層の第１の半分が、陽極から陰極へのベクトルが上部から底部に配向するように分極され（図１に示すように）、第１の半分に対して交互配置された層の第２の半分は、陽極から陰極へのベクトルが底部から上部へ配向するように分極されている（図１に示すように）ことを意味している。
【００２３】
周期分極反転を施された非線形結晶における分極層の反転の割合は、ＳＦＧ信号の波長に合わせられる。どの単一層における混合効果も弱いので、ＳＦＧ波長に合わせてポーリングレート（poling rate。または分極の割合）を調整することによって、いくつかの層における弱い混合効果のコヒーレントな蓄積が可能になる。同時に、ポーリングレートが差周波発生波長に対してランダムであるため、混合によって生じる任意の差周波が、弱め合う相殺を受けることになる。これらの差周波発生混合結果は、非コヒーレント的に付加され、ミクサ・ノイズの一部になる。
【００２４】
より大きい非線形性を利用するには、ポーリング・ブラッグ・ベクトルが「軸上」動作軸を規定する、周期分極反転を施された結晶が望ましい。軸外の幾何学構成における運動量（ｋベクトル）保存は、３つの波動ベクトル（または波数ベクトル）のうち同一直線上にある（すなわち、共線をなす）可能性があるのは、多くても２つだけであることを表わしている。空中における非共線性は、ダイクロイック素子におけるビーム中心のわずかな空間的オフセットを意味するだけであるため、重要ではない。ダイクロイック素子は大きいので、ビームを単に適切に平行移動させるだけである。しかし、非線形結晶における非共線性が過剰になると、集束ビームに対する効率が低下する。信号及びポンプ・ビームが同一直線上にあり、ＳＦＧビームがわずかにそれている場合、最も非共線性の低い状況が生じる。ｋベクトル保存、スネルの法則、小角度近似、及び、結晶の弱い屈折率分散から、下記が得られる。
【００２５】
【数１】
2004318148.tif 000003
【００２６】
ここで、
【数２】
2004318148.tif 000004
【００２７】
は、結晶内部における共線からのそれ角度であり、
【数３】
2004318148.tif 000005
【００２８】
は、結晶外における垂線からの角度（軸外れ角）であり、λＳＦＧは、ＳＦＧ波長であり、
【数４】
2004318148.tif 000006
【００２９】
は、ポーリング（ブラッグ）周期であり、ｎは、関連する結晶屈折率である。ｎ＝２．２、λＳＦＧ＝０．５２ｕｍ、
【数５】
2004318148.tif 000007
【００３０】
及び、
【数６】
2004318148.tif 000008
【００３１】
の場合のＰＰＬＮを例に挙げると、
【数７】
2004318148.tif 000009
【００３２】
になる。一方、ＳＦＧガウス・ビームの半角はｗ０／ｚ０になるが、ここで、ｗ０は、最小スポット・サイズ（半径）であり、ｚ０は、レイリー範囲である。典型的なｚ０＝０．５ｍｍの場合、この半角は０．７度になる。従って、それ角は、十分にビームの発散度の範囲内に納まり、ブラッグ・ベクトルとの厳密な共線性に対する計算された効率低下は、わずかに〜６％にすぎない。結晶外における信号ビームの半角は、２．６３度であり、５．３度の軸外れ入射角を十分に下回る。順方向ビームと逆方向ビームとのアイソレーションは、７０ｄＢと推定される。
【００３３】
実際の例では、ほぼ全体を通じて対象とされる波長において、非線形結晶２４は、長さが約１〜１０ミリメートルであり（少なくとも、対象とされる波長の場合）、結晶内における周期分極反転は、５〜１０マイクロメートルの範囲の極性反転に基づくが、この周期性は、処理される光の波長と媒体の屈折率との既知の関係によって決まるので、変化する可能性がある。結晶の高さ（図１に示す上下）及び結晶の奥行き（図１に示す紙面内に入りこみ、及び、紙面から突き出た距離）は、おそらく、１／２〜３ミリメートルの間で変化するのが好ましい。これらの寸法は、ビームを非線形結晶２４の入射面及び出射面に集束させる能力によって決まる。
【００３４】
上記説明では、非線形結晶２４としてＰＰＬＮが使用されるが、さまざまな用途に、他の非線形光学結晶を用いることが可能であり、その選択は、主として、混合される信号の特性及び結晶の材料特性によって決まる。例えば、他の非線形材料に関する下記の表１を参照されたい。
【００３５】
【表１】
2004318148.tif 000010
【００３６】
第１の混合ビーム５６には、いくつかの成分が含まれており、平面波面を有する各成分には、被測定信号ビーム２の水平成分、被測定信号ビーム２の垂直成分（ただし、信号パワーは低下している）、わずかに信号パワーの低下した垂直偏光ポンプ・ビーム４、及び、和周波発生パルス（すなわち、より短い波長のＳＦＧパルス）が含まれる。第１の混合ビーム５６は、第２のコンバイナ１４（ビーム・スプリッタの働きをする）の第１の部分を伝搬し、ポンプ・ビームが分離されたポンプ・ビーム５８（依然として垂直偏光のままである）として分離され、残りの信号（すなわち、被測定信号ビーム２の水平成分、信号パワーが低下した被測定信号ビーム２の垂直成分、及び、和周波発生パルス、すなわち、ＳＦＧパルス）が、残りの信号ビーム６２として通過する。ポンプ・リトロリフレクタ（pump retro-reflector）３０によって、ポンプ・ビーム５８と逆方向に進行するが、垂直偏光のままである、ビーム５８から側方に変位した反射ポンプ・ビーム６０として、分離されたポンプ・ビーム５８が、本明細書においてさらに詳述される第２のコンバイナ１４の第２の部分に戻される。信号リトロリフレクタ４０によって、残りの信号ビーム６２が、残りの信号ビーム６２と逆方向に進行する、ビーム６２に対して側方に変位した反射信号ビーム７０として、本明細書においてさらに詳述される第２のコンバイナ１４の第２の部分に戻される。さらに、反射信号ビーム７０の偏光が、四分の一波長板４２によって、残りの信号ビーム６２に対して９０度回転する（すなわち、水平偏光が垂直偏光になり、垂直偏光が水平偏光になる）。第２のコンバイナ１４の第１の部分と第２のコンバイナ１４の第２の部分を、それらがあたかも１つであるかのように配向が施された個別のダイクロイック・ビーム・スプリッタとすることができることは、当業者には本教示に鑑みて明らかであろう。
【００３７】
ポンプ・リトロリフレクタ３０には、２回「反射」した後の分離されたポンプ・ビーム（以下、分離ポンプビームと記す）５８を反射ポンプ・ビーム６０として再帰反射するプリズム３２が含まれている。ポンプ・ビーム波長におけるレンズの設計が最適でないために存在する可能性のあるわずかな収差を補正するため、ポンプ・リトロリフレクタ３０には、オプションにより補正レンズ３４も含まれる。信号リトロリフレクタ４０には、四分の一波長板４２と、２回の「反射」において残りの信号ビーム６２を反射信号ビーム７０として再帰反射するプリズム４４が含まれている。プリズム４４には、初期反射面４６と、最終反射面４８が含まれている。
【００３８】
一般に、四分の一波長板４２を通って伝搬する光は、光の偏光によって決まる量だけ減速する。四分の一波長板の主軸に対して平行な配向をなす第１の方向に偏光させられた光ビームは、四分の一波長板の主軸に対して垂直な配向をなす第２の方向に偏光させられた光ビームに対して遅くなる。従って、主軸は、光ビームを最も減速する軸と定義される。四分の一波長板という名称は、主軸に対して平行な配向を施された光の減速量が、主軸に対して垂直な配向を施された光の減速量を１／４サイクル上回ることになる、波長板の厚さに由来する。
【００３９】
直線偏光ビームを円偏光ビームに変換する四分の一波長板の典型的な用途において、四分の一波長板の主軸は、回転させられる光ビームの編光軸に対して４５度の配向が施される。本事例の場合、被測定信号ビームの水平成分は、非線形結晶２４の最初の通過時にポンプ・ビームと混合しなかったので、処理を受けることになり、従って、四分の一波長板の主軸は、水平から＋／−４５度の配向を施される。回転させられる光ビームの偏光（例えば、水平偏光）は、それぞれ、主軸に対して平行及び主軸に対して垂直な配向の第１と第２の成分（例えば、水平から＋／−４５度の成分）に分解されるものとみなされる。主軸に対して平行な配向の第１の成分は、主軸に対して垂直な配向の第２の成分に比較すると、１／４サイクルだけ減速する。これによって、本来は直線偏光である光ビームに円形偏光が施される。円形偏光が右（ＲＨ）円偏光になるか、左（ＬＨ）円偏光になるかは、四分の一波長板の主軸の４５度配向が、入射光ビームの直線偏光軸に対して時計廻りの配向か、あるいは、反時計廻りの配向かによって、及び、もちろん、ＲＨ及びＬＨ円偏光の定義によって決まる。
【００４０】
図１の信号リトロリフレクタの場合、四分の一波長板４２は、残りの信号ビーム６２内の水平偏光信号を第１のＲＨ円偏光ビーム６４に変換するように配向されていることが想定されている。次に、第１のＲＨ円偏光ビーム６４は、初期反射面４６からの反射時に、ＬＨ円偏光ビーム６６に変換される。次に、ＬＨ円偏光ビーム６６は、最終反射面４８からの反射時に、第２のＲＨ円偏光ビーム６８に変換される。次に、第２のＲＨ円偏光ビーム６８は、四分の一波長板４２の通過時に、反射信号ビーム７０内の垂直偏光信号に変換される。本明細書で述べたように、水平偏光信号は、ＲＨ円偏光ビーム、ＬＨ円偏光ビーム、ＲＨ円偏光ビーム、さらに、垂直偏光信号へと変換される。代替として、水平偏光信号を、ＬＨ円偏光ビーム、ＲＨ円偏光ビーム、ＬＨ円偏光ビーム、さらに、垂直偏光信号（すなわち、逆の円偏光）に変換することも可能であることは、当業者には、本教示に鑑みて明らかであろう。
【００４１】
本例の場合、残りの信号ビーム６２には、被測定信号ビーム２の元の水平偏光成分、被測定信号ビーム２の元の垂直偏光成分（ただし、信号パワーの低下している）、及び、元の垂直偏光和周波発生パルス（すなわち、ＳＦＧパルス）が含まれている。しかし、信号リトロリフレクタ４０における四分の一波長板４２の偏光回転効果のために、反射複合信号ビーム７０には、被測定信号ビーム２の元の水平偏光成分（今や、回転して、垂直偏光である）、被測定信号ビーム２の元の垂直偏光成分（今や、回転して、水平偏光である）、及び、元の垂直偏光和周波発生パルス（ＳＦＧ波長は、信号波長とは別様に四分の一波長板４２に反応するので、今や、回転して、任意に偏光している）が含まれている。
【００４２】
反射複合信号ビーム７０は、第２のコンバイナ１４の第２の部分において反射ポンプ・ビーム６０（垂直偏光）と組み合わせられて、結合ビーム７２を生じる。非線形結晶２４の最初の通過時におけるＳＦＧパルスの発生から非線形結晶２４の二度目の通過時までの光学コンポーネントによる分散効果のために、被測定信号ビーム２の元の水平成分（この例の場合、波長が１５５０ｎｍで、今や、回転して、結合ビーム７２内で垂直偏光である）は、ポンプ・ビーム（この例の場合、波長が７８０ｎｍで、結合ビーム７２内で垂直偏光のままである）よりも速く伝搬し、ポンプ・ビームは、非線形結晶２４の最初の通過時に生じる元の垂直偏光ＳＦＧパルス（この例の場合、波長が約５１９ｎｍで、今や、回転して、結合ビーム７２内で任意偏光である）よりも速く伝搬する。
【００４３】
第１のコンバイナ１２からの予備混合ビーム５２の典型的なタイミング図である、図２に示すように、ポンプ・ビーム４は、偶発的に、サンプリング・レート（例えば、実施形態の１つでは５０ＭＨｚ）と約１００ギガヘルツの被測定パルス化信号ビーム２のパルスとの間の同期化の関数である任意の時間遅延１０４だけ、被測定信号ビーム２のパルスの立上りエッジに対して遅延する。非線形結晶２４の最初の通過時に、ポンプ・ビーム４は、非線形結晶２４内において、被測定信号ビーム２の垂直偏光成分との相互作用によってＳＮＧパルス（この例の場合、垂直）を生じることになる。このＳＦＧパルスは、ポンプ・ビーム４と同じ配向をなすように偏光が施され（例えば、垂直）、その信号の大きさは、ポンプ・ビーム４の信号の大きさと、ポンプ・ビーム４の偏光（例えば、垂直）に整列する被測定信号ビーム２の成分の信号の大きさの両方に比例する。
【００４４】
従って、ビームにおけるこれらの信号は、波長が異なるので、ＳＦＧパルスと被測定信号ビームの両方が、非線形結晶２４と第２のコンバイナ１４の第２の部分の間にある光学コンポーネントを通過して、結合ビーム７２の一部になる際、このＳＦＧパルスは、被測定信号ビーム２の垂直及び水平成分の両方に対してさらに遅延する。第２のコンバイナ１４の第２の部分において、反射ポンプ・ビーム６０は、信号ビーム及びＳＦＧパルスと重なり合って、結合ビーム７２になる。
【００４５】
図３では、結合ビーム７２には、少なくとも、非線形結晶２４の最初の通過時に生じるＳＦＧパルス、被測定信号ビーム２、及び、反射ポンプ・ビーム６０が含まれている。この例において、反射ポンプ・ビーム６０は、ポンプ・ビーム４と同じ偏光である（例えば、垂直偏光）。信号ねじりリフレクタ４０における回転後、及び、第２のコンバイナ１４の通過時に、ポンプ・リトロリフレクタ３０を第２のコンバイナ１４に近づけるまたはそれから遠ざけることによって、または、信号ねじりリフレクタ４０を第２のコンバイナ１４に近づけるかまたはそれから遠ざけることによって、被測定信号ビームのパルスの立上りエッジに対する反射ポンプ・ビーム６０のパルスの時間的な関係を調整することが可能である。動作時、ポンプ・リトロリフレクタ３０を第２のコンバイナ１４に近づけるかまたはそれから遠ざけるか、または、信号ねじりリフレクタ４０を第２のコンバイナ１４に近づけるかまたはそれから遠ざけることにより、信号ねじりリフレクタ４０における回転後、及び、第２のコンバイナ１４の通過時に、反射ポンプ・ビーム６０が、被測定信号ビームのパルスの立上りエッジに対して任意の時間遅延１０４だけ遅延させられる。リフレクタ３０、４０は、コンバイナ１４に対して、被測定信号の成分の後続時間サンプル１１４が反射ポンプ・ビーム６０のパルスに整列するに相対的構成をなすように配置される。
【００４６】
非線形結晶２４の最初の通過時に発生したＳＦＧパルスは、ポンプ・ビーム４と同じ偏光であるが（例えば、垂直偏光）、このＳＦＧパルスの偏光は、結合ビーム７２の一部である回転ＳＦＧパルス１１０になるまでに、信号リトロリフレクタ４０によって任意の配向になっている。
【００４７】
ＳＦＧパルス１１０は、分散のため、図２に示す任意遅延１０４を超える遅延１１２だけ、被測定信号ビームのパルスの立上りエッジに対して遅延する。最初の通過時のＳＦＧ１１０（任意偏光）は、時間的重なりが消失するので、非線形結晶２４において反射ポンプ・ビーム６０（垂直偏光）とそれ以上相互作用することはない。
【００４８】
一般に、ポンプ信号４の偏光を、周期分極反転を施された非線形結晶のポーリング配向と整合する、任意の所定の方向に配向させることができる。ポンプ・ビームと同様、ポーリング配向と整列するように偏光した、被測定信号ビーム２の成分（例えば、上記例の垂直成分）は、この場合、非線形結晶２４の最初の通過時にポンプ・ビームと相互作用する。最初の通過時にポンプ・ビームと相互作用する被測定信号の成分は、信号リトロリフレクタ４０によって、周期分極反転を施された非線形結晶のポーリング配向に対して直交するように回転させられ、被測定信号の回転された成分（回転成分）は、従って、結合ビーム７２の一部になるまでに、反射ポンプ・ビーム６０の偏光に対して直交する。ポンプ・ビームと整列した偏光を有し、最初の通過時にポンプ・ビームと相互作用する被測定信号ビーム２の回転成分は、直交した偏光のため、二度目の通過時には、周期分極反転を施された非線形結晶２４において、反射ポンプ・ビーム６０とそれ以上の相互作用をすることはない。
【００４９】
しかし、非線形結晶２４の最初の通過時に、ポンプ・ビーム４と直交したが相互作用しなかった、被測定信号ビーム２の成分（例えば、上記例の水平偏光成分）は、信号リトロリフレクタ４０によって９０°回転させられて、結合ビーム７２の一部になるまでには、周期分極反転を施された非線形結晶のポーリング配向と反射ポンプ・ビーム６０の両方に整列した配向を有するようになる。従って、それは、非線形結晶２４において、同様の偏光の反射ポンプ・ビーム６０とさらに相互作用し、二度目に通過する同様の偏光のＳＦＧパルスを生じることになる。元の被測定信号ビーム２の両方の直交偏光を完全にサンプリングするのに必要なのは、最初に通過するＳＦＧパルスと二度目に通過するＳＦＧパルスだけである。
【００５０】
出力ビーム７６には、最初の通過時と二度目の通過時の両方のＳＦＧパルスに加えて、波長の異なる他の光も含まれている。出力ビーム７６は、通過帯域が、ＳＦＧパルスの波長だけを通過させて、フィルタリングを施されたビーム６を生じるように構成された、フィルタ１６（例えば、コーティングが施された光フィルタ）に通される。フィルタリングを施されたビーム６は、検出器８０において検出される。検出器８０は、例えば、フォトダイオード、ピン止めフォトダイオード（pinned photodiode）、フォトトランジスタ、アバランシェ・フォトダイオード、Ｐ−Ｉ−Ｎフォトダイオード、及び、光電子増倍管といった、光信号を電気信号に変える、任意の検出器テクノロジによるものとすることが可能である。
【００５１】
最初の通過時のＳＦＧパルスが９０度回転されくても、互いに、及び、コンバイナ１４に対して、リフレクタ３０、４０を移動させることによって、最初の通過時のＳＦＧパルスが反射ポンプ・パルス６０に対して遅れるように、ポンプ・パルスを信号パルスに対して進めることができるので、２つのパルス間に干渉は生じない。従って、二度目の通過時のＳＦＧ光は、実際には、検出器８０まで伝搬して、最初の通過時のＳＦＧ光が検出器８０まで伝搬する前に集光される。
【００５２】
この特徴によって、ビーム・スプリッタ１４（コンバイナ１４とも呼ばれる）の第１の部分が、信号ビーム（例えば、狭帯域に約１５５０ｎｍの波長を有するビーム）だけを信号ねじりリフレクタ４０に通し、ポンプ・ビーム及び最初の通過時のＳＦＧパルスの両方を反射して、ポンプ・リトロリフレクタ３０に送り込む、本発明のもう１つの例の構成が可能になる。最初の通過時のＳＦＧパルスは、分散のため、分離ポンプ・パルスに対して遅延することになり、従って、ＳＦＧパルスは、非線形結晶２４の二度目の通過時に、それ以上混合することはない。
【００５３】
この装置の上述の例において、ポンプ・ビームはパルス化ビームであり、四分の一波長板４２は、９０度または信号波長の１／４に等しい、四分の一波長板を通過する信号光の主偏光の遅延差を生じる厚さｄＳＩＧを有するのが望ましい。こうして、信号ビーム偏光は、信号リトロリフレクタ４０によって９０度回転させられるが、ＳＦＧビームの波長は、被測定信号ビームの波長と任意の関係にあり、四分の一波長板の材料は、一般に分散性であるため、ＳＦＧビーム偏光は、任意の角度だけ回転させられる。しかし、四分の一波長板４２の厚さがｄＳＩＧの奇数倍の場合、装置は同様にうまく機能する。時間的に離れているため、最初の通過時のＳＦＧパルスが、二度目の通過時に、反射ポンプ・パルスとそれ以上相互作用することはない。
【００５４】
上述の装置の代替例において、ポンプ・ビームは、連続波ビームであり、四分の一波長板４２の厚さは２つの基準を満たす。まず、四分の一波長板４２は、四分の一波長板を通過する信号光の他の偏光に対して主偏光の１つに９０度または信号波長の１／４の奇数倍に等しい遅延差を生じさせる厚さ（例えば、厚さｎ＊ｄＳＩＧ、ここで、ｎは奇数）を有する。第２に、四分の一波長板４２は、やはり、四分の一波長板を通過するＳＦＧ光の主偏光に９０度またはＳＦＧ波長の１／４の奇数倍に等しい遅延差を生じさせる厚さ（例えば、厚さｍ＊ｄＳＦＧ、ここで、ｍは奇数）を有する。整数ｍ及びｎは、等しい必要はなく、めったに等しくならない。こうして、信号リトロリフレクタ４０は、被測定信号ビームと二度目の通過時の連続波ＳＦＧビームの両方を９０度回転させ、被測定信号ビームとＳＦＧビームの両方の垂直成分（この例の場合）が、反射ポンプ・ビームとそれ以上相互作用（すなわち、混合）することはない。
【００５５】
しかし、非線形結晶２４を二度目に通過すると、信号リトロリフレクタ４０によって回転して、垂直偏光成分（この例の場合）になった被測定信号ビームの元の水平偏光成分（この例の場合）から、二度目の通過時の連続波ＳＦＧビームが生じることになる。二度目の通過時に、被測定信号ビームの新たな垂直偏光成分（この例の場合）は、反射ポンプ・ビームと相互作用（すなわち、混合）して、二度目の通過時の連続波ＳＦＧビームを生じることになる。最初の通過時の連続波ＳＦＧビームと二度目の通過時の連続波ＳＦＧビームは、フィルタ１６の通過時に、相互に直交し、最初の通過時のＳＦＧビームが、二度目の通過時のＳＦＧビームに対して所定の時間遅延だけ遅延する。次に、偏光間の時間的な整列が重要であることが分ると、遅延差線路（例えば、長さの異なる光路）によって、速い方のＳＦＧビーム偏光を遅い方のＳＦＧビーム偏光に対して遅延させることができるように、検出器８０が偏光ビーム・スプリッタに置き換えられ、その後、そのビームが、元の被測定信号ビーム２のヘテロダインされたレプリカ（複製物）である、時間的に整列された任意偏光のＳＦＧビームをなすように再結合される。こうした装置は、例えば、光ファイバ通信リンクにおけるダウン・コンバータまたはアップ・コンバータにおいて有効に役立つことが可能である。
【００５６】
当業者であれば、例えば、ポンプ・ビーム及び最初の通過時のＳＦＧビームが、ビーム・スプリッタ１４（すなわち、コンバイナ１４）の第１の部分を通過し、そこから反射されないとか、これらのビームの偏光が、次に、ねじりリフレクタ４０において回転させられるとか、信号ビームがビーム・スプリッタ１４の第１の部分から反射されて、偏光回転を生じることなく、信号ビームを反射するリトロリフレクタ３０に送り込まれるといった、他の構成を施すことも可能であることが、本教示に鑑みて明らかであろう。当業者には明らかなように、この場合、二度目の通過時の混合は、最初の通過時の混合に直交する偏光状態で生じる。こうした構成の場合、周期分極反転が施された非線形結晶よりも、角度調整されたII型非線形結晶（例えば、ＫＴＰからなる結晶）が好ましい。
【００５７】
結局、全ての光ビームが結晶２４の第１の面から出射し、アイソレーションが行われるようにするために、入射ビーム５２から空間的にオフセットしたレンズ上の位置において第１のレンズ２２を通過する。最後に、フィルタ１６が、信号ビーム及びポンプ・ビームの波長を除去し、検出器８０によって検出されるＳＦＧ光の波長を通過させる。
【００５８】
さらに、この装置には、第１と第２の通過チャネルを等化するための手段を含むのが望ましい。ポンプ・パルスの非線形吸収は、光通信で用いられる小信号にとってごくわずかであるが、各種光学素子を通過する信号ビーム及びポンプ・ビームの両方について予測される線形吸収は、二度目の通過時の信号ビームを最初の通過時の信号ビームに対して弱めることになる。これは、遅延経路で等化することが可能である。信号波長における透明性（透過性）が高いが、ＳＦＧ波長では透明ではない材料から、ダイクロイック・ビーム・スプリッタ、波長板、及び／または、プリズムを選択することが可能である。これは、部分的に第１の通過チャネルを減衰させる。簡単にこれを実施する方法は、信号／ＳＦＧプリズムの脚４６、４８（ただし、斜辺ではない）の一方または両方に対して、１５３０〜１６２０ｎｍの帯域では反射率が高いが、可視帯域ではそれほどではない金によるコーティングを施すことである。ポンプ・プリズムにはコーティングは施されず、全内反射を利用する。
【００５９】
本方式によれば、３ｄＢの損失が回避され、さらに、他の非線形結晶、または、高価なファラデー回転子が不要になるのがわかる。本発明によれば、色収差のない焦点合わせ、及び、ポンプ信号の時間遅延補償を同時に行うレンズが不要になる。時間に関する補償は、別個の信号遅延経路とポンプ遅延経路によって容易に実現される。結晶における軸外作用には、平行化ビームをレンズ外にオフセットすることが含まれており、通常、１回反射ミラーではなく、２回反射プリズムを用いることになる。平面鏡において得られるような奇数反射ではなく、信号ねじりリフレクタ４０による偶数反射を利用すると、４５度ファラデー回転子ではなく、より安価な四分の一波長板を用いて、９０度偏光回転を実現することが可能になる。
【００６０】
当業者であれば、本発明の上述の例のコンポーネントには、マイクロ波周波数帯域における対応物があり（例えば、レーザがメーザになる等）、また、より低い周波数における対応物があることが本明細書の教示に照らして理解されよう。従って、本発明の例には、マイクロ波周波数で動作する装置も含まれる
【００６１】
本発明の方法１００の他の例として、図４には、ポンプ信号４と被測定信号２の混合方法が示されている。ステップ１１０では、所定の極性のポンプ信号４と任意の極性の被測定信号２を混合して、１回混合信号１１２を生成する。ステップ１２０では、１回混合信号が、分離されたポンプ信号と、残りの信号に分離される。分離されたポンプ信号と残りの信号の一方が、第１の信号１２２として規定され、分離されたポンプ信号と残りの信号のもう一方が、第２の信号１２４として規定される。第１の信号は、ステップ１３０でねじり反射（または回転反射）されて、ねじり反射された第１の信号１３２が生じ、第２の信号は、ステップ１４０で再帰反射されて、再帰反射された第２の信号１４２が生じる。ステップ１５０では、ねじり反射された第１の信号１３２と再帰反射された第２の信号１４２が、混合されて、２回混合信号１５２になる。
【００６２】
方法１００の具体化された変形形態では、分離するステップ１２０に、１回混合信号１１２をダイクロイック・ビーム・スプリッタに放射するステップと、ダイクロイック・ビーム・スプリッタから第１の信号１２２を反射するステップと、第２の信号１２４をダイクロイック・ビーム・スプリッタに通すステップが含まれる。
【００６３】
方法１００の具体化されたもう１つの変形形態では、ねじり反射を行うステップ１３０に、第１の信号１２２の偏光を９０度回転させるステップが含まれ、再帰反射を行うステップ１４０に、偏光を回転させずに、第２の信号１２４を反射するステップが含まれる。
【００６４】
方法１００の具体化されたさらにもう１つの変形形態では、１回混合信号１１２を生じる混合ステップ１１０に、第１の線路に沿ってポンプ信号４及び被測定信号２を伝搬させて、非線形結晶２４を通過させるステップが含まれ、２回混合信号１５２を生じる混合ステップ１５０に、第２の線路に沿って、ねじり反射された第１の信号１３２と再帰反射された第２の信号１４２の両方を伝搬して、非線形結晶２４を通過させるステップが含まれる。第１及び第２の線路は、非平行である。すなわち、ねじり反射を行うステップ１３０に、第１の信号１２２の偏光を９０度回転させるステップが含まれ、再帰反射を行うステップ１４０に、偏光を回転させずに、第２の信号１２４を反射するステップが含まれるのが改良点である。
【００６５】
新規の光サンプリング・オシロスコープ・フロント・エンド及びサンプリング方法の好ましい実施形態（これれは例示のためのものであって、限定することを意図したものではない）について解説してきたが、当業者であれば、以上の教示に鑑みて修正及び変更を加えることが可能であるという点に留意されたい。従って、開示した本発明の特定の実施形態に変更を加えることが可能であるが、そのような変更形態も特許請求の範囲によって画定される本発明の範囲及び思想に含まれることを理解されたい。
【００６６】
ミクサ(20)とコンバイナ(14)と第１及び第２のレフレクタ(30,40)を備える、混合を行うための装置である。ミクサ(20)は、第１及び第２の入力を有し、さらに、第１及び第２の出力を有する。コンバイナ(14)は、第１及び第２の部分を有し、第１の出力が、第１の部分に混合信号(56)を提供し、第２の部分が、第２の入力に結合信号(72)を提供する。第１のレフレクタ(40)は、第１の部分から残りの信号(62)を受信し、反射複合信号(70)を第２の部分に提供する。第２のレフレクタ(30)は、第１の部分から分離されたポンプ信号(58)を受信し、反射ポンプ信号(60)を第２の部分に提供する。
【００６７】
こうして、本発明を、特に特許法によって要求されている程度に詳細に説明したが、特許証による保護を請求し、要望する事項は、特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の１実施形態の光学系の略図である。
【図２】ビーム５２に含まれる信号のタイミング図である。
【図３】ビーム７０に含まれる信号のタイミング図である。
【図４】本発明による１方法のフローチャートである。
【図５】周期分極反転を施された非線形結晶の略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１４  コンバイナ
２０  ミクサ
２２  第１のレンズ
２４  非線形結晶
２６  第２のレンズ
３０  第２のリフレクタ
４０  第１のリフレクタ
５８  分離（された）ポンプ信号
６０  反射（された）ポンプ信号
６２  残りの信号
【図１】
2004318148.tif 000011
【図２】
2004318148.tif 000012
【図３】
2004318148.tif 000013
【図４】
2004318148.tif 000014
【図５】
2004318148.tif 000015