(57)【要約】　　　（修正有）【課題】超短パルス光の相対強度雑音を測定できる光強度雑音測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】非線形性光ファイバ２を介して被測定超短パルス光１を発生するソリトンパルス光発生手段と、前記ソリトンパルス光発生手段のタイミングジッタを測定するタイミングジッタ測定手段３とを備える光強度雑音測定装置。【選択図】図４
2004085484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形性光ファイバを介して被測定超短パルス光を発生するソリトンパルス光発生手段と、
前記ソリトンパルス光発生手段のタイミングジッタを測定するタイミングジッタ測定手段と、
を備えることを特徴とする光強度雑音測定装置。
【請求項２】
前記タイミングジッタ測定手段は、フォトダイオード及び高速オシロスコープを含む波形観測器又は光サンプリングオシロスコープであることを特徴とする請求項１に記載の光強度雑音測定装置。
【請求項３】
非線形性光ファイバを介して被測定超短パルス光を発生するソリトンパルス光発生手段と、
前記ソリトンパルス光発生手段の位相雑音を測定する位相雑音測定手段と、
を備えることを特徴とする光強度雑音測定装置。
【請求項４】
前記ソリトンパルス光発生手段は、異常分散特性を有する高非線形性光ファイバで構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光強度雑音測定装置。
【請求項５】
前記ソリトンパルス光発生手段は、零分散特性を有する高非線形性光ファイバで構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光強度雑音測定装置。
【請求項６】
被測定超短パルス光からソリトンパルス光を生成するステップと、
前記ソリトンパルス光のタイミングジッタを測定するステップと、
を含むことを特徴とする光強度雑音測定方法。
【請求項７】
被測定超短パルス光からソリトンパルス光を生成するステップと、
前記ソリトンパルス光の位相雑音を測定するステップと、
を含むことを特徴とする光強度雑音測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子、平均電力測定器及びスペクトラム解析器を用いた手法では観測できない超短パルス光の光強度雑音（相対強度雑音：Ｒｅｌａｔｉｖｅ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｎｏｉｓｅ）を測定できるようにした光強度雑音測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１を用いて従来の相対強度雑音測定の一例を説明する。
被測定光を光電変換素子（例えばフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなど）で受光し、出力される平均電力と所望の周波数帯域内の雑音電力を平均電力測定器やスペクトラム解析器を用いて測定する。
雑音電力と平均電力の比を周波数帯域で規格化することで被測定光の相対強度雑音が求められる。
しかし、繰り返し周期が長い超短パルス光は光ピーク強度が大きくなるためダイナミックレンジの広い光電変換素子、スペクトラム解析器を用いなければ光電変換素子やスペクトラム解析器の出力が飽和して正しい測定ができない。
【０００３】
飽和しないように光電変換素子の入力光強度を減衰させた場合は、光電変換素子やスペクトラム解析器の持つ雑音以下に被測定対象の雑音が下がってしまいこの場合も正しい測定ができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
繰り返し周期が長い超短パルス光の相対強度雑音を測定するには、現在用いられている光電変換素子やスペクトラム解析器のダイナミックレンジは不十分である問題点があった。
【０００５】
本発明の課題
（目的）は、超短パルス光の相対強度雑音を測定できる光強度雑音測定装置及び測定方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、非線形性光ファイバを介して被測定超短パルス光を発生するソリトンパルス光発生手段と、前記ソリトンパルス光発生手段のタイミングジッタを測定するタイミングジッタ測定手段とで光強度雑音装置を構成する。（請求項１）
【０００７】
また、前記タイミングジッタ測定手段は、フォトダイオード及び高速オシロスコープを含む波形観測器又は光サンプリングオシロスコープで構成する。（請求項２）
【０００８】
また、非線形性光ファイバを介して被測定超短パルス光を発生するソリトンパルス光発生手段と、前記ソリトンパルス光発生手段の位相雑音を測定する位相雑音測定手段とで光強度雑音測定装置を構成する。（請求項３）
【０００９】
また、前記ソリトンパルス光発生手段は、異常分散特性を有する高非線形性光ファイバで構成する。（請求項４）
また、前記ソリトンパルス光発生手段は、零分散特性を有する高非線形性光ファイバで構成する。（請求項５）
【００１０】
被測定超短パルス光からソリトンパルス光を生成するステップと、前記ソリトンパルス光のタイミングジッタを測定するステップとで、光強度雑音の測定を実行する。（請求項６）
また、被測定超短パルス光からソリトンパルス光を生成するステップと、前記ソリトンパルス光の位相雑音を測定するステップとで、光強度雑音の測定を実行する。（請求項７）
【００１１】
【発明の実施の形態】
先ず、超短パルス光が異常分散特性あるいは零分散特性を有する高非線形性光ファイバを伝送したときにソリトン自己周波数シフトによって新たなソリトンパルス光が発生する原理と超短パルス光の相対雑音強度とソリトンパルス光のタイミングジッタの関係について説明する。
【００１２】
超短パルス光を異常分散特性あるいは零分散特性の光ファイバに入射すると、パルス圧縮が起こり、スペクトルが広がる。
このとき、誘導ラマン散乱によって長波長側に利得が発生し、長波長側のスペクトル成分が増幅される。その後パルスが分裂する。分裂したパルスはソリトン効果を受け、徐々に１次のソリトンが形成される。
光ファイバにおける伝搬に伴い、このソリトンパルス内でもラマン増幅が起こり短波長側のスペクトル成分が長波長側に変換される。
その結果、パルスのスペクトル中心波長が徐々に長波長側にシフトしていく。このときソリトンパルスはソリトン効果のため波形は保たれたまま伝搬する。
このソリトンパルスの波長シフトのことを一般に「ソリトン自己周波数シフト」と呼んでいる。
詳細はＧ．　Ｐ．　Ａｇｒａｗａｌ：　Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃｓ，　３ｒｄ　ｅｄ．　（Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ，　Ｓａｎ　Ｄｉｅｇｏ，　２００１）　に記載されている。
【００１３】
図２は、ソリトン自己周波数シフトによって発生したソリトンパルスのスペクトルの一例を示す。（図２は、異常分散特性の光ファイバの場合であって、零分散特性の光ファイバの場合には、図２のスペクトルと同様の波長ピークが入力光（１５５０ｎｍ）の短波長側にも発生する。）
超短パルス光１５５６ｎｍの長波長側にｓｅｃｈ２型の綺麗なスペクトルが形成されており、超短パルス光の平均光強度の増加に伴って長波長側に単調にシフトしていく。図３は図２のソリトンパルスのスペクトル中心波長と超短パルス光の平均光強度の関係を示している。
【００１４】
超短パルス光の光強度雑音は超短パルス光の平均光強度が揺らぐ事を意味するので、ソリトン自己周波数シフトで発生したソリトンパルスのスペクトル中心波長は揺らぐことになる。
また、同時にソリトンパルスは異常分散の光ファイバ内を伝搬するので光ファイバの分散の影響を受ける。
【００１５】
従って、ソリトンパルスのスペクトル中心波長が揺らぐと光ファイバの分散の影響で光ファイバを伝送するソリトンパルスの伝達時間が揺らぐ。
故に、超短パルス光の光強度雑音はソリトン自己周波数シフトで発生したソリトンパルスのタイミングジッタあるいは位相雑音に変換される事となる。
超短パルス光のタイミングジッタがソリトンパルスのタイミングジッタより十分小さいと仮定するとソリトンパルスのタイミングジッタは単位長さ当たりのパルス光が進む時間ｔの揺らぎｄｔと光ファイバの長さｌから次式で表すこと
【００１６】
【数１】
2004085484.tif 000003
【００１７】
また、微少波長変化に伴う単位長さ当たりの群遅延時間の変化を表す分散パラメータＤは、
【００１８】
【数２】
2004085484.tif 000004
【００１９】
ただし、は波長、ｃは真空中の光速、は光ファイバの群速度分散パラメータを表している。式と式よりタイミングジッタは
【００２０】
【数３】
2004085484.tif 000005
【００２１】
となる。
超短パルス光の平均光強度に対するソリトンパルスのスペクトル中心波長の変化率をとすると、超短パルス光の光強度雑音Ｐｎｏｉｓによるソリトンパルスのスペクトルの中心波長揺らぎはとなる。
これを式のに代入すれば次式に示す超短パルス光の光強度雑音とソリトンパルスのタイミングジッタの関係式が得られる。
【００２２】
【数４】
2004085484.tif 000006
【００２３】
また、相対雑音強度ＲＩＮは平均光強度Ｐａｖｅと光強度雑音のスペクトル密度から
【００２４】
【数５】
2004085484.tif 000007
【００２５】
で表される。
超短パルス光の光強度雑音Ｐｎｏｉｓが白色雑音であると仮定すると光強度雑音Ｐｎｏｉｓ　とＲＩＮの関係は
【００２６】
【数６】
2004085484.tif 000008
【００２７】
となる。
ただし、Ｂｎｏｉｓは雑音の周波数帯域を示す。式、式よりＲＩＮとタイミングジッタとの関係は、
【００２８】
【数７】
2004085484.tif 000009
【００２９】
となる。
また、タイミングジッタと位相雑音の関係は次式で表される。
【００３０】
【数８】
2004085484.tif 000010
【００３１】
ここで、ｆｒｅｐは光パルスの繰り返し周波数、ｎは高調波の次数、はシングルサイド位相雑音のキャリアに対するパワースペクトル密度比、ｆ１とｆ２は位相雑音の下限及び上限周波数である。式に式を代入すればＲＩＮと位相雑音の関係が表される。
【００３２】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
先ず、第一実施例として図４を用いて説明する。
被測定超短パルス光を異常分散特性あるいは零分散特性を持つ高非線形性光ファイバに入力する。光ファイバより出力される。
前述の如く説明したソリトンパルス光のタイミングジッタをタイミングジッタ測定手段によって測定する。
ここで用いた光ファイバのＧＶＤパラメータｂ２、長さｌ、ソリトンパルス光の波長変化率をあらかじめ求めておき、それらのパラメータと測定したソリトンパルス光のタイミングジッタを用いて、前記（１．７）式あるいは（１．４）式から被測定超短パルス光のＲＩＮまたは光強度の雑音Ｐｎｏｉｓを算出する。
【００３３】
ここで、タイミングジッタ測定手段としては、フォトダイオードと高速オシロスコープを用いた波形観測器あるいは光サンプリングオシロスコープ等を用いることで実現できる。
また、光ファイバに偏波保持型光ファイバを用いると非線形性が向上しソリトンパルス光の波長変化率が大きくなり、被測定超短パルス光のＲＩＮあるいは光強度雑音の測定感度を大きくできる。
【００３４】
ここで、被測定超短パルス光のタイミングジッタが大きい場合は、あらかじめ被測定超短パルス光のタイミングジッタをタイミングジッタ測定手段によって求めておく。
タイミングジッタ測定手段によって測定されたソリトンパルス光のタイミングジッタには被測定超短パルス光の光強度雑音がタイミングジッタに変換された成分と被測定超短パルス光のタイミングジッタが付加されているので次式によって被測定超短パルス光の光強度雑音がタイミングジッタに変換された成分だけを算出する。
【００３５】
【数９】
2004085484.tif 000011
【００３６】
（１．９）式のを（１．７）式あるいは（１．４）式のに代入することで正確な被測定超短パルス光のＲＩＮあるいは光強度雑音が求められる。
【００３７】
次に、第二実施例として図５を用いて説明する。第二実施例は、第一実施例のタイミングジッタ測定手段の代わりに位相雑音測定手段を用いている。
ソリトンパルス光の位相雑音を測定する事で（１．７）式と（１．８）式を用いることで被測定超短パルス光のＲＩＮを算出する。
さらに、ＲＩＮと光強度雑音の関係である（１．６）式を用いれば被測定超短パルス光の光強度雑音が算出される。
第一実施例と同様に被測定超短パルス光の位相雑音が大きい場合は、あらかじめ位相雑音測定手段によって被測定超短パルス光の位相雑音を求めておき、測定したソリトンパルス光の位相雑音から被測定超短パルス光の位相雑音を差し引いた値を用いて（１．７）式と（１．８）式から正確な被測定超短パルス光のＲＩＮを算出する。
さらに、ＲＩＮと光強度雑音の関係である（１．６）式を用いれば被測定超短パルス光の正確な光強度雑音が算出される。
【００３８】
位相雑音測定手段としては、高速フォトダイオードとスペクトラムアナライザを用いる方法、高速フォトダイオード、ＦＭ復調器、スペクトラムアナライザを用いる方法等の一般的に用いられている手法がある。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、非線形性光ファイバを介して被測定超短パルス光を発生するソリトンパルス光発生手段と、前記ソリトンパルス光発生手段のタイミングジッタを測定するタイミングジッタ測定手段とで光強度雑音装置を構成することによって、従来の方法では光電変換素子やスペクトラム解析器のダイナミックレンジが狭いため出来なかった超短パルス光の光強度雑音を正確に測定できる。
【００４０】
また、請求項２に記載の発明では、前記タイミングジッタ測定手段は、フォトダイオード及び高速オシロスコープを含む波形観測器又は光サンプリングオシロスコープとうの従来から公知のもので構成することができる。
【００４１】
また、請求項３に記載の発明では、非線形性光ファイバを介して被測定超短パルス光を発生するソリトンパルス光発生手段と、前記ソリトンパルス光発生手段の位相雑音を測定する位相雑音測定手段とで光強度雑音測定装置を構成することによって、請求項１に記載のものとは別の手段で、従来の方法では光電変換素子やスペクトラム解析器のダイナミックレンジが狭いため出来なかった超短パルス光の光強度雑音を正確に測定できる。
【００４２】
また、請求項４及び５に記載の発明では、前記ソリトンパルス光発生手段は、異常分散特性を有する高非線形性光ファイバ又は零分散特性を有する高非線形性光ファイバで構成することができ、適宜選択が可能である。
【００４３】
請求項６の発明では、被測定超短パルス光からソリトンパルス光を生成するステップと、前記ソリトンパルス光のタイミングジッタを測定するステップとで、光強度雑音の測定を実行できる。
また、請求項７に記載の発明では、被測定超短パルス光からソリトンパルス光を生成するステップと、前記ソリトンパルス光の位相雑音を測定するステップとで、請求項６に記載のものとは別の方法で光強度雑音の測定を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の相対強度雑音測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ソリトンパルスのスペクトルの一例を示す特性図である。
【図３】ソリトンパルスのスペクトル中心波長と超短パルス光の平均光強度の関係示す特性図である。
【図４】本発明の第一の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　　　被測定超短パルス光
２　　　　異常分散特性光ファイバ（零分散特性ファイバ）
３　　　　タイミングジッタ測定装置
４　　　　位相雑音測定装置
【図１】
2004085484.tif 000012
【図２】
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【図３】
2004085484.tif 000014
【図４】
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【図５】
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