(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光振幅位相時間応答測定装置において、
パルス光源と、
前記パルス光源からの光パルスの互いに直交する二つの光成分の一方に他方に対して遅延時間を与える偏光依存遅延時間発生器と、
この偏光依存遅延時間発生器からの光パルスを被測定試料と周波数変調器のそれぞれに供給する光分波器と、
前記光分波器の出力を周波数変調する前記周波数変調器と、
前記光分波器からの出力のそれぞれ前記被測定試料、前記周波数変調器を通過した後のものを合波する光合波器と、
この光合波器からの出力を互いに直交する二つの光成分に分岐する偏光依存光分波器と、
分岐された二つの光成分をそれぞれ検波する一対の光検波器と、
前記偏光依存遅延時間発生器で遅延された２つの成分の間に入るように、前記パルス光源からの別の光パルスに遅延時間を与えて被測定試料に供給する遅延時間発生器と、
前記一対の光検波器からの出力交流信号のうちの、前記偏光依存遅延時間発生器で遅延されていない成分と同じ側の成分側の光検波器からの出力交流信号を参照信号とし他方側の出力交流信号を評価信号とし、評価信号の振幅および参照信号との位相差を検出する位相弁別検出器と、
を備えたことを特徴とする光振幅位相時間応答測定装置。
【請求項２】
前記遅延時間発生器が遅延時間に比例した同期信号を出力し、この同期信号と前記位相弁別検出器からの測定信号を時間基準として時間波形を繰り返し表示および積算・平均化して出力する波形表示部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光振幅位相時間応答測定装置。
【請求項３】
前記評価信号側の光検波器の出力と前記パルス光源からのパルスを検波した出力とを差動増幅したものを前記評価信号として出力する差動増幅器をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光振幅位相時間応答測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光情報処理、光通信に利用される光デバイスあるいはその光デバイスを構成する非線形応答物質の時間応答評価に使用される光振幅位相時間応答測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信に利用される光デバイス或いはその光デバイスを構成する非線形応答物質の時間応答を超高速(＜１０ピコ秒)で評価するためには、電気的に測定することはできないので、遅延時間を設けた二つの光パルス(以下、ポンプ光とプローブ光と呼ぶ)を光デバイス或いは非線形応答物質に照射し、出力信号を遅延時間の関数として測定するポンプ−プローブ法が用いられる。
【０００３】
従来の光振幅位相時間応答測定装置としては、プローブ光が通過する干渉計内に光デバイスを配置し、また、干渉計の一つの光路に周波数変調器を配置し、干渉計の出力のビート信号を検波することにより、光デバイス或いはその光デバイスを構成する非線形応答物質のポンプ光による変調振幅と変調位相を評価する、ヘテロダイン法とポンプ−プローブ法を組み合わせた方法がオプティクスコミュニケーションズ(Optics Communications) １９９９年、第１６９巻、３１７〜３２４頁で報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の光振幅位相時間応答測定装置にあっては、プローブ光の評価、特にその位相を評価するためには干渉計を光の波長以下に安定化する必要があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、干渉計を安定化させることなく被測定試料での位相変化を高精度に測定できる光振幅位相時間応答測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、光振幅位相時間応答測定装置において、パルス光源と、前記パルス光源からの光パルスの互いに直交する二つの光成分の一方に他方に対して遅延時間を与える偏光依存遅延時間発生器と、この偏光依存遅延時間発生器からの光パルスを被測定試料と周波数変調器のそれぞれに供給する光分波器と、前記光分波器の出力を周波数変調する前記周波数変調器と、前記光分波器からの出力のそれぞれ前記被測定試料、前記周波数変調器を通過した後のものを合波する光合波器と、この光合波器からの出力を互いに直交する二つの光成分に分岐する偏光依存光分波器と、分岐された二つの光成分をそれぞれ検波する一対の光検波器と、前記偏光依存遅延時間発生器で遅延された２つの成分の間に入るように、前記パルス光源からの別の光パルスに遅延時間を与えて被測定試料に供給する遅延時間発生器と、前記一対の光検波器からの出力交流信号のうちの、前記偏光依存遅延時間発生器で遅延されていない成分と同じ側の成分側の光検波器からの出力交流信号を参照信号とし他方側の出力交流信号を評価信号とし、評価信号の振幅および参照信号との位相差を検出する位相弁別検出器と、を備えたことを特徴とする光振幅位相時間応答測定装置にある。
【０００７】
また、前記遅延時間発生器が遅延時間に比例した同期信号を出力し、この同期信号と前記位相弁別検出器からの測定信号を時間基準として時間波形を繰り返し表示および積算・平均化して出力する波形表示部をさらに備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記評価信号側の光検波器の出力と前記パルス光源からのパルスを検波した出力とを差動増幅したものを前記評価信号として出力する差動増幅器をさらに備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１にこの発明の実施の形態１による光振幅位相時間応答測定装置の構成図を示す。図１において光振幅位相時間応答測定装置はパルス光源１、偏光依存遅延発生器２、光分波器３、被測定試料４、周波数変調器５、光合波器６、偏光依存光分波器７、光検波器８、光検波器９、位相弁別検出器１０、遅延時間発生器１１、制御器１２により構成される。また図２は動作を説明するための図である。
【００１０】
ここで、パルス光源１はビームスプリッタなどを用いて同期したプローブ光１３とポンプ光１４を出力する。偏光依存遅延発生器２は図２の(ａ)に示すように互いに直交した二つの偏光成分に遅延時間を与える。以下、二つの偏光成分を縦偏光成分２２と横偏光成分２３と呼び、縦偏光成分２２が横偏光成分２３より先行するものとする。逆の順序でも一般性は失われない。この偏光依存遅延発生器２は図２の(ｂ)に示すように二つの偏光ビームスプリッタ２４、２５とリトロリフレクタ２６、または図２の(ｃ)の１軸性の複屈折結晶２７で構成される。
【００１１】
光分波器３と光合波器６はマッハ−ツェンダ(Mach-Zehnder)−干渉計を構成するもので、光分波器３はプローブ光１３を同時に分岐し、光合波器６はプローブ光１３を同時に合波するものである。これらは縦偏光成分２２と横偏光成分２３の分岐比を変えないために無偏光ビームスプリッタを用いることが望ましい。周波数変調器５はプローブ光１３の光周波数を一定の値だけ変化させるものであり、アコースティック−オプティクス(Acoustic Optics)変調器で構成される。
【００１２】
偏光依存光分波器７は光合波器６から出力されたプローブ光１３の縦偏光成分２２と横偏光成分２３を分離する。光検波器８は横偏光成分２３を検波し、評価信号１５を出力し、光検波器９は縦偏光成分２２を検波し参照信号１６を出力する。ここで、光検波器８、９は周波数変調器５の周波数変化量よりも大きな帯域を有するフォトディテクタで構成され、特に光検波器９はパルス光源１のパルスの繰り返し周波数成分を減衰させるフィルターを兼ね備える。
【００１３】
位相弁別検出器１０は、評価信号１５の振幅および参照信号１６との位相差を検出するものであり、ＲＦ帯域で動作するロックインアンプを用いることができる。遅延時間発生器１１はポンプ光１４に遅延時間を与えるもので可変ステージとリトロリフレクタで構成される。
【００１４】
次に、動作を説明する。プローブ光１３は偏光依存遅延発生器２を通過した後マッハ−ツェンダ−干渉計を構成する光分波器３、被測定試料４、周波数変調器５、光合波器６に入力される。一方の光路の光成分は周波数変調器５により周波数が変化するため、光合波器６からの出力強度は二つの光路からの光成分の周波数差に対応した周期で振動する。
【００１５】
ポンプ光１４は遅延時間発生器１１により、プローブ光１３のうち先行する縦偏光成分２２よりも先行しない範囲で(偏光依存遅延時間発生器２で遅延された２つの成分の間に入るように)遅延時間を変えて被測定試料４に照射される。ポンプ光１４の照射した後は被測定試料４の吸収係数および屈折率が変化するために、被測定試料４を通過したプローブ光１３のうちの横偏光成分２３の振幅および位相はポンプ光１４を照射しないときと比べて変化する。これにより、光合波器６からの出力のうち縦偏光成分２２の振幅と位相は変化しないが、横偏光成分２３の振動の振幅と位相は被測定試料４でのプローブ光１３とポンプ光１４との到達時間差に依存して変化する。
【００１６】
偏光依存光分波器７により横偏光成分２３と縦偏光成分２４は分離され、それぞれ光検波器８と９で評価信号１５と参照信号１６の交流電気信号に変換される。ここで光検波器９にはバンドパスフィルターが含まれており、参照信号１６として周波数変調器５の変調周波数成分のみが出力される。評価信号１５は位相弁別検出器１０により周波数変調器５の変調周波数での振幅と参照信号１６との位相差が検出され、それら振幅と位相差の値は制御器１２により遅延時間発生器１１での遅延時間の関数として記録される。
【００１７】
以上、互いに直交する偏光成分に遅延をかけて干渉計に入力することにより、干渉計が安定していなくても測定信号１５と参照信号１６の位相差は変わらないので、ポンプ光１４による被測定試料４でのプローブ光１３の位相変化を高精度に測定できる。
【００１８】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による光振幅位相時間応答測定装置の構成図を示す。図３において図１と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、説明は省略する。実施の形態１と異なる点は遅延時間発生器１１の遅延時間を周期的に発生させ、遅延時間に比例した同期信号１８を出力する。位相弁別検出器１０により出力された測定信号１９は同期信号１８とともに、オシロスコープおよびＡＤコンバータ付のパソコンで構成される波形表示器１７に繰り返し取り込まれ、表示、および積算・平均化がなされ結果が出力される。このことによりレーザ強度揺らぎ等の低周波の雑音が低減され、ポンプ光１４による被測定試料４でのプローブ光１３の振幅変化および位相変化を高精度に測定できる。
【００１９】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による光振幅位相時間応答測定装置の構成図を示す。図４において図１と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、説明は省略する。実施の形態１と異なる点はプローブ光１３の一部を光分波器１ａで分波し光検波器２０で検出する。光検波器２０からの出力信号は光検波器８からの出力信号とともに差動増幅器２１に入力され評価信号１５として出力される。このことによりレーザ強度の揺らぎが低減され、ポンプ光１４による被測定試料４でのプローブ光１３の振幅変化および位相変化を高精度に測定できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、光振幅位相時間応答測定装置において、パルス光源と、前記パルス光源からの光パルスの互いに直交す二つの光成分の一方に他方に対して遅延時間を与える偏光依存遅延時間発生器と、この偏光依存遅延時間発生器からの光パルスを被測定試料と周波数変調器のそれぞれに供給する光分波器と、前記光分波器の出力を周波数変調する前記周波数変調器と、前記光分波器からの出力のそれぞれ前記被測定試料、前記周波数変調器を通過した後のものを合波する光合波器と、この光合波器からの出力を互いに直交する二つの光成分に分岐する偏光依存光分波器と、分岐された二つの光成分をそれぞれ検波する一対の光検波器と、前記偏光依存遅延時間発生器で遅延された２つの成分の間に入るように、前記パルス光源からの別の光パルスに遅延時間を与えて被測定試料に供給する遅延時間発生器と、前記一対の光検波器からの出力交流信号のうちの、前記偏光依存遅延時間発生器で遅延されていない成分と同じ側の成分側の光検波器からの出力交流信号を参照信号とし他方側の出力交流信号を評価信号とし、評価信号の振幅および参照信号との位相差を検出する位相弁別検出器と、を備えたことを特徴とする光振幅位相時間応答測定装置としたので、互いに直交する偏光成分に遅延をかけて光分波器、周波数変調器および光合波器からなる干渉計に入力することにより、干渉計を安定化させることなく被測定試料での位相変化を高精度に測定できる。
【００２１】
また、前記遅延時間発生器が遅延時間に比例した同期信号を出力し、この同期信号と前記位相弁別検出器からの測定信号を時間基準として時間波形を繰り返し表示および積算・平均化して出力する波形表示部をさらに備えたので、周期的に遅延時間を与え、これに同期した信号を積算・平均化することにより、レーザ強度揺らぎなどの雑音を低減し、被測定試料での光パルスの振幅変化および位相変化を高精度に測定できる。
【００２２】
また、前記評価信号側の光検波器の出力と前記パルス光源からのパルスを検波した出力とを差動増幅したものを前記評価信号として出力する差動増幅器をさらに備えたので、レーザ強度揺らぎなどの雑音を低減し、被測定試料での光パルスの振幅変化および位相変化を高精度に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による光振幅位相時間応答測定装置の構成図を示す。
【図２】  図２は装置の動作を説明するための図である。
【図３】  この発明の実施の形態２による光振幅位相時間応答測定装置の構成図を示す。
【図４】  この発明の実施の形態３による光振幅位相時間応答測定装置の構成図を示す。
【符号の説明】
１  パルス光源、２  偏光依存遅延発生器、１ａ，３  光分波器、４  被測定試料、５  周波数変調器、６  光合波器、７  偏光依存光分波器、８，９，２０光検波器、１０  位相弁別検出器、１１  遅延時間発生器、１２  制御器、１７  波形表示器、２１  差動増幅器。
【図１】
0003833556.tif 000002
【図２】
0003833556.tif 000003
【図３】
0003833556.tif 000004
【図４】
0003833556.tif 000005