図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2002年9月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (18)

課題

被測定光波長によらず被測定光の光波形を精度よく測定する。

解決手段

サンプリング光及び被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交するように合波する合波器3と、合波されたサンプリング光及び被測定光が入射され、サンプリング光及び被測定光の和周波光出射する非線形光学結晶10と、出力された和周波光を電気信号に変換する受光器7と、変換された電気信号を処理して被測定光の光波形を表示する信号処理部8とを備えた光サンプリング波形測定装置において、非線形光学結晶を有機非線形光学結晶のAANP10で構成し、非線形光学結晶の位相整合方向15に垂直な面内に有る結晶基準軸と直角に被測定光の偏波方向を設定し、かつ基準軸と平行にサンプリング光の偏波方向を設定する。

概要

背景

新規光通信システム構築したり、新規に光伝送装置製作したり、これらを定期的に点検する場合に、光通信品質を把握するために送受信されるデジタル光信号パルス波形を測定することは重要なことである。

近年、光通信における情報の伝送速度が高くなり、10Gbit/s 以上の高速光伝送計画されている。このような数10Gbit/s を越える高速の光信号の光パルス波形和周波光を利用して測定する光サンプリング波形測定装置が開発されている(特公平6−63869号公報)。

図7及び図8はこの光サンプリング波形測定装置の測定原理を説明するための図である。例えば測定対象のパルス波形の繰返し周波数fを有する被測定光aと、この被測定光aのパルス幅より格段に狭いパルス幅を有し、かつ被測定光aの繰返し周波数fより若干低い繰返し周波数(f−Δf)を有したサンプリング光bとを、この被測定光aとサンプリング光bに対する第2種位相整合(タイプ2の位相整合)が可能な状態の非線形光学材料1に光軸を合わせて同時に入射すると、2つの光a、bが同時に重なった場合のみ、この2つの光a、bの強度の積に比例した和周波光cが出力される。

この和周波光cの繰返し周波数はサンプリング光bの繰返し周波数(f−Δf)であるので、この和周波光cを電気信号に変換する光電変換器応答速度はこの繰返し周波数(f−Δf)より高ければよく、しかも時間分解能はサンプリング光bのパルス幅で定まるので、図7に示すように、和周波光cを電気信号に変換した後に、この電気信号の包絡線波形が、時間軸上に拡大された被測定光aの光パルス波形eとなる。

次に、和周波光及び位相整合を説明する。図8(a)に示すように、非線形光学材料1の一方の面に角周波数ωD を有する被測定光aと角周波数ωS を有するサンプリング光bとを互いの偏波面が直交するように入射すると、非線形光学材料1が両光a,bに対して第2種位相整合可能な条件下においては、この非線形光学材料1の他方の面から和の角周波数(ωS +ωD )を有する和周波光cが出力される。

位相整合とは、非線形光学材料1内に入射された各入射光の速度(位相速度)と、この入射光にて励起される例えば和周波光等の入射光に対する高調波光の速度とがこの非線形光学材料1の結晶内で一致することである。そして、第2種位相整合とは、2つの入射光の偏光方向が直交している場合の位相整合である。なお、第1種位相整合とは、2つの入射光の偏光方向が揃った場合の位相整合である。

非線形光学材料1内を進行する光の速度は、光の波長周波数)や結晶軸に対する進行方向に応じて異なる。したがって、上述した各入射光の結晶内での速度(位相速度)と和周波光の結晶内での速度(位相速度)が一致するためには、結晶の三次元座標内における入射光の屈折率楕円体と和周波光の屈折率楕円体との交点座標原点を結ぶ方向を位相整合方向とし、上述した各入射光の光軸をこの位相整合方向に一致させればよい。さらに、各入射光の偏波方向を位相整合方向と垂直な面に有る結晶の基準軸に平行又は直交させればよい。

具体的には、非線形光学材料1を位相整合方向に直交する面を有する直方体状又は円柱状に切り出したものを用いる。現在、この非線形光学材料1としては、KTP(KH2 PO4 )、LN(LiNbO3 )、LT(LiTaO3 )、KN(KNbO3 )等が実用化されている。

図9は上述した第2種位相整合(タイプ2の位相整合)が可能な非線形光学材料1が組込まれた光サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図である。外部から入力された光の角周波数ωD でパルス波形の繰返し周波数fを有する被測定光aは、偏光方向制御器2にてその偏波面が例えば基準方向(0°方向)に対して90°方向に制御されたのち合波器3へ入射される。

一方、サンプリング光源4は、前記被測定光aの角周波数ωD とは異なる角周波数ωS でパルス波形の繰返し周波数(f−Δf)を有するサンプリング光bを出力する。このサンプリング光bのパルス幅は、図7に示すように、被測定光aのパルス幅に比較して格段に狭く設定されている。サンプリング光源4から出力されたサンプリング光bは偏光方向制御器5にてその偏波面が例えば基準方向(0°方向)に制御されたのち合波器3へ入射される。

例えばビームスプリッタBS)等で構成された合波器3は、ハーフミラー3aで入射光を直進させるとともに直角方向に反射させる。したがって、この合波器3の後方でかつサンプリング光bの光軸上に配設された第2種位相整合(タイプ2)の非線形光学材料1の一方の面には、基準方向(0°方向)の偏波面を有するサンプリング光bと基準方向(0°度方向)に対して90°方向の偏波面を有する被測定光aが同時に入射される。

したがって、このタイプ2の非線形光学材料1の他方の面から角周波数(ωS+ωD )を有する和周波光cが出力される。非線形光学材料1から出力された和周波光cは光フィルタ6を介して受光器7へ入射される。なお、非線形光学材料1から出力された光には上述した二つの光b,aの各角周波数ωS ,ωD の和の角周波数(ωS +ωD )の光(和周波光c)他に、微小ながら各角周波数ωS ,ωD の2倍の角周波数2ωS ,2ωDの光 、及び変換されなかった各角周波数ωS ,ωDの光も含まれるので、光フィルタ6でこれらの角周波数2ωS ,2ωD,ωS ,ωD の成分を除去する。

受光器7は和周波光cを電気信号dへ変換して次の電気信号処理系8へ送出する。電気信号処理系8は入力した図7に示す和周波光cと同一波形を有する電気信号dから、前述した手法で時間方向に拡大した被測定光aの光パルス波形eを作成して、表示器9へ表示出力する。

概要

被測定光の波長によらず被測定光の光波形を精度よく測定する。

サンプリング光及び被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交するように合波する合波器3と、合波されたサンプリング光及び被測定光が入射され、サンプリング光及び被測定光の和周波光を出射する非線形光学結晶10と、出力された和周波光を電気信号に変換する受光器7と、変換された電気信号を処理して被測定光の光波形を表示する信号処理部8とを備えた光サンプリング波形測定装置において、非線形光学結晶を有機非線形光学結晶のAANP10で構成し、非線形光学結晶の位相整合方向15に垂直な面内に有る結晶の基準軸と直角に被測定光の偏波方向を設定し、かつ基準軸と平行にサンプリング光の偏波方向を設定する。

目的

.本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、サンプリング光と被測定光とのSFG光を発生させるAANPに特定の位相整合条件課すことで、SF発生効率3dB帯域幅を従来の2倍以上にして、80nm以上の測定帯域を持つ光サンプリング波形測定装置を提供することを目的とする。.

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

入力された単一の偏波面を有する被測定光(a)よりパルス幅の狭い単一の偏波面を有するサンプリング光(b)を発生するサンプリング光源(4)と、このサンプリング光源から出射されたサンプリング光及び前記被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交するように合波する合波器(3)と、この合波器で合波されたサンプリング光及び被測定光が入射され、このサンプリング光及び被測定光に対する第2種位相整合が可能な、前記サンプリング光及び被測定光の和周波光(c)を出射する非線形光学結晶(10)と、この非線形光学結晶から出力された和周波光を電気信号(d)に変換する受光器(7)と、この受光器から出力された電気信号を処理して前記被測定光の光パルス波形(e)を表示する信号処理部(8)とを備えた光サンプリング波形測定装置において、前記非線形光学結晶は、有機非線形光学結晶の2—アダマンチルアミノ—5—ニトロピリジン(AANP)であり、前記非線形光学結晶の位相整合方向(15)に垂直な面内に有る結晶基準軸と直角に前記被測定光の偏波方向を設定し、かつ前記基準軸と平行に前記サンプリング光の偏波方向を設定したことを特徴とする光サンプリング波形測定装置。

請求項2

前記サンプリング光源は、波長の異なる複数種類のサンプリング光を出射可能とされており、この複数種類のサンプリング光のうちのいずれか一種類のサンプリング光を選択して出射することを特徴とする請求項1記載の光サンプリング波形測定装置。

請求項3

入力された単一の偏波面を有する被測定光(a)よりパルス幅の狭い単一の偏波面を有するサンプリング光(b)を発生するサンプリング光源(4)と、このサンプリング光源から出射されたサンプリング光及び前記被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交するように合波する合波器(3)と、この合波器で合波されたサンプリング光及び被測定光が入射され、このサンプリング光及び被測定光に対する第2種位相整合が可能な、前記サンプリング光及び被測定光の和周波光(c)を出射する非線形光学結晶(10)と、この非線形光学結晶に入射されるサンプリング光及び被測定光の前記非線形光学結晶への入射角度を変える入射角度変更手段(30)と、前記非線形光学結晶から出力された和周波光を電気信号(d)に変換する受光器(7)と、この受光器から出力された電気信号を処理して前記被測定光の光パルス波形(e)を表示する信号処理部(8)とを備えた光サンプリング波形測定装置であって、前記非線形光学結晶は、有機非線形光学結晶の2—アダマンチルアミノ—5—ニトロピリジン(AANP)であり、前記非線形光学結晶の位相整合方向(15)に垂直な面内に有る結晶の基準軸と直角に前記被測定光の偏波方向を設定し、かつ前記基準軸と平行に前記サンプリング光の偏波方向を設定したことを特徴とする光サンプリング波形測定装置。

技術分野

0001

本発明は光通信等に用いられる光信号光パルス波形和周波光を利用して測定する光サンプリング波形測定装置に関する。

背景技術

0002

新規光通信システム構築したり、新規に光伝送装置製作したり、これらを定期的に点検する場合に、光通信の品質を把握するために送受信されるデジタルの光信号のパルス波形を測定することは重要なことである。

0003

近年、光通信における情報の伝送速度が高くなり、10Gbit/s 以上の高速光伝送計画されている。このような数10Gbit/s を越える高速の光信号の光パルス波形を和周波光を利用して測定する光サンプリング波形測定装置が開発されている(特公平6−63869号公報)。

0004

図7及び図8はこの光サンプリング波形測定装置の測定原理を説明するための図である。例えば測定対象のパルス波形の繰返し周波数fを有する被測定光aと、この被測定光aのパルス幅より格段に狭いパルス幅を有し、かつ被測定光aの繰返し周波数fより若干低い繰返し周波数(f−Δf)を有したサンプリング光bとを、この被測定光aとサンプリング光bに対する第2種位相整合(タイプ2の位相整合)が可能な状態の非線形光学材料1に光軸を合わせて同時に入射すると、2つの光a、bが同時に重なった場合のみ、この2つの光a、bの強度の積に比例した和周波光cが出力される。

0005

この和周波光cの繰返し周波数はサンプリング光bの繰返し周波数(f−Δf)であるので、この和周波光cを電気信号に変換する光電変換器応答速度はこの繰返し周波数(f−Δf)より高ければよく、しかも時間分解能はサンプリング光bのパルス幅で定まるので、図7に示すように、和周波光cを電気信号に変換した後に、この電気信号の包絡線波形が、時間軸上に拡大された被測定光aの光パルス波形eとなる。

0006

次に、和周波光及び位相整合を説明する。図8(a)に示すように、非線形光学材料1の一方の面に角周波数ωD を有する被測定光aと角周波数ωS を有するサンプリング光bとを互いの偏波面が直交するように入射すると、非線形光学材料1が両光a,bに対して第2種位相整合可能な条件下においては、この非線形光学材料1の他方の面から和の角周波数(ωS +ωD )を有する和周波光cが出力される。

0007

位相整合とは、非線形光学材料1内に入射された各入射光の速度(位相速度)と、この入射光にて励起される例えば和周波光等の入射光に対する高調波光の速度とがこの非線形光学材料1の結晶内で一致することである。そして、第2種位相整合とは、2つの入射光の偏光方向が直交している場合の位相整合である。なお、第1種位相整合とは、2つの入射光の偏光方向が揃った場合の位相整合である。

0008

非線形光学材料1内を進行する光の速度は、光の波長周波数)や結晶軸に対する進行方向に応じて異なる。したがって、上述した各入射光の結晶内での速度(位相速度)と和周波光の結晶内での速度(位相速度)が一致するためには、結晶の三次元座標内における入射光の屈折率楕円体と和周波光の屈折率楕円体との交点座標原点を結ぶ方向を位相整合方向とし、上述した各入射光の光軸をこの位相整合方向に一致させればよい。さらに、各入射光の偏波方向を位相整合方向と垂直な面に有る結晶の基準軸に平行又は直交させればよい。

0009

具体的には、非線形光学材料1を位相整合方向に直交する面を有する直方体状又は円柱状に切り出したものを用いる。現在、この非線形光学材料1としては、KTP(KH2 PO4 )、LN(LiNbO3 )、LT(LiTaO3 )、KN(KNbO3 )等が実用化されている。

0010

図9は上述した第2種位相整合(タイプ2の位相整合)が可能な非線形光学材料1が組込まれた光サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図である。外部から入力された光の角周波数ωD でパルス波形の繰返し周波数fを有する被測定光aは、偏光方向制御器2にてその偏波面が例えば基準方向(0°方向)に対して90°方向に制御されたのち合波器3へ入射される。

0011

一方、サンプリング光源4は、前記被測定光aの角周波数ωD とは異なる角周波数ωS でパルス波形の繰返し周波数(f−Δf)を有するサンプリング光bを出力する。このサンプリング光bのパルス幅は、図7に示すように、被測定光aのパルス幅に比較して格段に狭く設定されている。サンプリング光源4から出力されたサンプリング光bは偏光方向制御器5にてその偏波面が例えば基準方向(0°方向)に制御されたのち合波器3へ入射される。

0012

例えばビームスプリッタBS)等で構成された合波器3は、ハーフミラー3aで入射光を直進させるとともに直角方向に反射させる。したがって、この合波器3の後方でかつサンプリング光bの光軸上に配設された第2種位相整合(タイプ2)の非線形光学材料1の一方の面には、基準方向(0°方向)の偏波面を有するサンプリング光bと基準方向(0°度方向)に対して90°方向の偏波面を有する被測定光aが同時に入射される。

0013

したがって、このタイプ2の非線形光学材料1の他方の面から角周波数(ωS+ωD )を有する和周波光cが出力される。非線形光学材料1から出力された和周波光cは光フィルタ6を介して受光器7へ入射される。なお、非線形光学材料1から出力された光には上述した二つの光b,aの各角周波数ωS ,ωD の和の角周波数(ωS +ωD )の光(和周波光c)他に、微小ながら各角周波数ωS ,ωD の2倍の角周波数2ωS ,2ωDの光 、及び変換されなかった各角周波数ωS ,ωDの光も含まれるので、光フィルタ6でこれらの角周波数2ωS ,2ωD,ωS ,ωD の成分を除去する。

0014

受光器7は和周波光cを電気信号dへ変換して次の電気信号処理系8へ送出する。電気信号処理系8は入力した図7に示す和周波光cと同一波形を有する電気信号dから、前述した手法で時間方向に拡大した被測定光aの光パルス波形eを作成して、表示器9へ表示出力する。

発明が解決しようとする課題

0015

しかしながら、図9に示した光サンプリング波形測定装置においてはまだ解消すべき次のような課題があった。

0016

すなわち、このような非線形光学材料1から発生する和周波光cを利用して被測定光の光パルス波形eを測定する光サンプリング波形測定装置の光パルス波形eの測定精度を向上させるためには、非線形光学材料1から発生する和周波光cの発生効率を向上させて、和周波光cのS/N比を向上させる必要がある。

0017

具体的には、和周波光cの光強度をPSFG とし、被測定光aとサンプリング光bの各光強度をPSIG 、PSAM とすると、和周波光cの光強度PSFG は下式で示される。

0018

PSFG =η・PSIG ・PSAM
ここで、ηは非線形変換効率定数であり、採用される非線形光学材料1の種類や材質によって一義的に定まる値である。この非線形変換効率定数ηの大きい非線形光学材料1として、前述した無機の非線形光学材料1であるKTP、LN、LT、KN等が採用されている。

0019

しかし、実際の数10GHz程度の繰り返し周波数を有する被測定光の1つの繰り返し周期内の光パルス波形を精度よく測定するには、和周波光のS/N比は30dB以上が必要である。したがって、さらに非線形変換効率定数ηの高い非線形光学材料1の開発が望まれている。

0020

このような要求を満たす非線形光学材料として、無機でなく有機非線形光学結晶である2—アダマンチルアミノ—5—ニトロピリジン(2—adamantyl amino 5-nitropyridine 以下 AANPと略記する)を採用した光サンプリング波形測定装置が提唱されている(特開平9—159536号公報)。

0021

有機の非線形光学結晶であるAANPの非線形変換効率定数ηは、10-2のオーダであり、前述した無機の非線形光学材料であるKTP、LN、LT、KN等の10-4のオーダの非線形変換効率定数ηに比較して格段に高い。したがって、有機の非線形光学結晶のAANPから出射される和周波光のS/N比が向上し、最終の光パルス波形の測定精度が向上する。

0022

しかしながら、このように、AANP非線形光学結晶を用いた光サンプリング波形測定装置においても、まだ、改良すべき次のような課題があった。

0023

すなわち、光サンプリング波形測定装置で測定する主な被測定光は光通信システムにおける光信号である。現在、光通信システムにおいては、伝送容量の拡大を目指してCバンド(1530〜1565nm)帯のみならず、Lバンド(1570〜1610nm)の波長域が使われ始めている。

0024

したがって、当然、光サンプリング波形測定装置においてもCバンド及びLバンドの波長域の光信号を測定対象とする必要が生ずる。ところが、AANP非線形光学結晶は非線形変換効率は高いものの、従来技術ではSFG光を発生できる3dB帯域が1535〜1575nmの40nm程度であり(報告例 ECOC‘96ThB、1.2)、Lバンド帯を含むような80nmという広帯域でSFG光を得ることができなかった.。

0025

これは、サンプリング波長が固定であっても被測定波長初期条件から変化した場合、位相整合の不一致が急峻におこり、被測定光とサンプリング光との和周波光への変換効率が低下するためである。実際、光サンプリング波形測定装置では被測定波長による測定値振幅を3dBと定義していることから、測定帯域は40nmしかなかった。

0026

そのため、もし測定者が40nm以上の帯域で被測定光を測定しようとした場合、被測定波長のバンドに応じたAANP非線形光学結晶を複数個用意しなくてはならない。さらに、光サンプリング波形測定装置内にあるサンプリングパルスの波長もCバンド、及びLバンド帯で切り替えることも必要とされていた。

0027

.例えば、Cバンド帯を測定する場合にはサンプリングパルス波長を1555nmにし、Lバンド帯を測定する合には1590nmにして、且つそれぞれの波長に応じて切出したAANP非線形光学結晶によりサンプリングをしていく煩雑なことをせざるを得ない状況にあった。

0028

そのため、結果的にCバンド、及びLバンド帯を測定しようとした場合、そのバンドに応じた最低2台の光サンプリング波形測定装置を用意するなどし、コストの面からも大きな課題となっていた。

0029

.本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、サンプリング光と被測定光とのSFG光を発生させるAANPに特定の位相整合条件課すことで、SFG発生効率の3dB帯域幅を従来の2倍以上にして、80nm以上の測定帯域を持つ光サンプリング波形測定装置を提供することを目的とする。.

課題を解決するための手段

0030

本発明は、入力された単一の偏波面を有する被測定光よりパルス幅の狭い単一の偏波面を有するサンプリング光を発生するサンプリング光源と、このサンプリング光源から出射されたサンプリング光及び被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交するように合波する合波器と、この合波器で合波されたサンプリング光及び被測定光が入射され、このサンプリング光及び被測定光に対する第2種位相整合が可能な、サンプリング光及び被測定光の和周波光を出射する非線形光学結晶と、この非線形光学結晶から出力された和周波光を電気信号に変換する受光器と、この受光器から出力された電気信号を処理して被測定光の光パルス波形を表示する信号処理部とを備えた光サンプリング波形測定装置に適用される。

0031

そして、上記課題を解消するために、本発明の光サンプリング波形測定装置においては、非線形光学結晶として、有機非線形光学結晶の2—アダマンチルアミノ—5—ニトロピリジン(AANP)を用いる。

0032

さらに、非線形光学結晶の位相整合方向に垂直な面内に有る結晶の基準軸と直角に被測定光の偏波方向を設定し、かつ基準軸と平行にサンプリング光の偏波方向を設定している。

0033

また、別の発明は、上述した発明の光サンプリング波形測定装置おけるサンプリング光源は、波長の異なる複数種類のサンプリング光を出射可能とされており、この複数種類のサンプリング光のうちのいずれか一種類のサンプリング光を選択して出射する。

0034

さらに、別の発明は、入力された単一の偏波面を有する被測定光よりパルス幅の狭い単一の偏波面を有するサンプリング光を発生するサンプリング光源と、サンプリング光源から出射されたサンプリング光及び被測定光を同一光軸上に偏波面が互いに直交するように合波する合波器と、この合波器で合波されたサンプリング光及び被測定光が入射され、このサンプリング光及び被測定光に対する第2種位相整合が可能な、サンプリング光及び被測定光の和周波光を出射する非線形光学結晶と、この非線形光学結晶に入射されるサンプリング光及び被測定光の前記非線形光学結晶への入射角度を変える入射角度変更手段と、非線形光学結晶から出力された和周波光を電気信号(d)に変換する受光器と、この受光器から出力された電気信号を処理して被測定光の光パルス波形を表示する信号処理部とを備えた光サンプリング波形測定装置に適用される。

0035

そして、非線形光学結晶を有機非線形光学結晶の2—アダマンチルアミノ—5—ニトロピリジン(AANP)を用い、非線形光学結晶の位相整合方向に垂直な面内に有る結晶の基準軸と直角に被測定光の偏波方向を設定し、かつ基準軸と平行に前記サンプリング光の偏波方向を設定している。

0036

このように構成された光サンプリング波形測定装置においては、非線形光学結晶として、有機非線形光学結晶のAANPを採用しているので、この有機非線形光学結晶のAANPから出射される和周波光のS/N比が向上し、ひいては、被測定光の光波形の測定精度が向上する。

0037

さらに、有機非線形光学結晶のAANPが被測定光及びサンプリング光に対する第2種位相整合のSFG(和周波光発生)の条件として、互いに偏波面が直交するように合波された被測定光及びサンプリング光の光軸を有機非線形光学結晶のAANPの位相整合方向に一致させると共に、被測定光及びサンプリング光の偏波方向をAANPの位相整合方向に垂直な面内に有る結晶の基準軸に平行又は直交させる。

0038

この場合、被測定光及びサンプリング光のAANPに対する入射角(入射方向)を固定した状態で、サンプリング光の波長を固定して、被測定光の波長を変化させれば、位相整合方向が変化して、位相整合ができなくなる。このことから、光波形の測定精度が位相整合方向の角度の変化量に応じて低下していくことが容易に想像できる。したがって、被測定光の波長を変化させても、位相整合方向の変化が少ない方が望ましい。

0039

前述したように、被測定光及びサンプリング光の偏波方向を位相整合方向に垂直な面内に有る結晶の基準軸に平行又は直交させればよいが、いずれの光の偏波方向を結晶の基準軸に直交させるかで、AANPにおいて位相整合方向の変化量に差が生じることがわかった。

0040

図6にその一例を示す。図中A特性は、被測定光の偏波方向を結晶の基準軸(この例ではa軸)に直角に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定し、サンプリング光の波長を固定し、被測定光の波長を変化させたときの位相整合角の変化を示す。逆に、図中B特性は、被測定光の偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光の波長を固定し、被測定光の波長を変化させたときの位相整合角の変化を示す。

0041

図中、A特性で示すように、被測定光の偏波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定した方が、被測定光の波長変化に対する位相整合方向の変化量が少なく、結果的に測定された光波形が被測定光の波長変動の影響を受けにくいことが理解できる。

0042

よって、本発明においては、被測定光の偏波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定している。

0043

このような設定条件にすることで、被測定光の波長が変化しても、必要とされる発生効率を広範囲に維持できる。前記設定条件は、従来考えられていた最適な設定とは逆の設定となるものであった。

0044

ちなみに、非線形光学結晶においては位相整合角からの角度偏差による第2高調波発生出力の変化の計算方法実験データが知られていた。例えば、AANPの場合、図12に示したようにa軸を中心にした位相整合角からの角度偏差(回転角度)による図13に示したSHG光の出力の変化とa軸に対して垂直な軸を中心にした位相整合角からの角度偏差(あおり角度)による図14に示したSHG光の出力の変化とを比較すると前者(図13)の変化量に対して後者(図14)の変化量が少ないことが分かる。

0045

言い換えれば、SHG光はa軸を中心とする角度偏差には敏感であり、a軸に垂直な軸を中心とする角度偏差に対しては鈍感発生光量が変化することが分かる。このため、光学部品位置関係を変更することなく、第2種位相整合可能な非線形光学結晶を用いた光学系においては、一方の固定波長光は波長が変化しないため、光学部品の収差や分散による光軸の変化がないから、a軸と垂直な軸方向に偏光方向を、他方の波長が変化する光は光学部品の収差や分散により光軸が変化するから、a軸に対して平行な方向に偏光方向を設定する設計がなされてきた。図9を用いて説明すれば、波長が変化する光として被測定光aを、波長が変化しない光としてサンプリング光bを入力するようにしていた。

0046

図10は、前記設定条件を採用して実験した結果を示す図である。また、同図は、前述のように非線形光学結晶は使用を予定された波長の光に対する位相整合方向に合わせて切り出されるのであるが、敢えて使用を予定された波長と異なる波長の光を固定波長光(サンプリング光)として入射した場合の結果を共に示す。なお、横軸可変波長光(被測定光)の波長(nm)を示し、縦軸は相対SFG変換効率を示す。具体的には、波長が1552nmの光に対する位相整合方向に合わせて切り出されたAANP結晶に対して、第1、第2の光a、bの光軸方向がこの位相整合方向と一致するように配置した光学系において、固定波長光の波長を1547nm(図中b特性)、1552nm(図中a特性)、1557nm(図中c特性)とした場合の可変波長光の波長に対する変換効率を示す。

0047

図10から、前記AANP結晶の位相整合方向が固定波長光の波長に対する位相整合方向と一致する(つまり、固定波長光の波長が使用を予定された波長1552nmである)場合、和周波発生帯域幅は3dB幅で80nm程度となる。

0048

また、その場合は図中a特性で示されるように可変波長光の波長1552nmをピークに変換効率の高い部分が現れるが、波長1547nmの固定波長光を入射した場合では、図中b特性のように変換効率のピークは長波長側にシフトしている。一方、波長1557nmの固定波長光を入射した場合では、図中c特性のように変換効率のピークは短波長側にシフトしている。

0049

これらのことから、同じAANP結晶を用いた同じ光学系においても、固定波長光の波長を変えることで、必要とされる和周波発生の効率が得られる可変波長光(被測定光)の波長範囲(帯域)をシフトさせることができることが分かる。

0050

図11は、波長が1552nmの光に対する位相整合方向に合わせて切り出されたAANP結晶に対して、固定波長光の波長を1552nmとしたきに固定波長光と可変波長光が合波された光の光軸の方向をこの位相整合方向からずらすことができる光学系において、位相整合方向と光軸とのa軸回りの角度ずれを、−1度(図中b特性)、0度(図中a特性)、+1度(図中c特性)とした場合の可変波長光の波長に対する変換効率を示す図である。設定条件は図10のときと同じであり、固定波長光の偏波面は基準軸(この場合は前述のようにa軸)に平行に設定している。

0051

図11から、位相整合方向と光軸の方向が一致する場合は図中a特性で示されるように可変波長光の波長1552nmをピークに変換効率の高い部分が現れるが、角度ずれが−1度の場合では、図中b特性のように変換効率のピークは長波長側にシフトしている。一方、角度ずれが+1度の場合は、図中c特性のように変換効率のピークは短波長側にシフトしている。

0052

これらのことから、同じAANP結晶を用いた同じ光学系において、光の入射角度を変えることで、必要とされる和周波発生の効率が得られる可変波長光(被測定光)の波長範囲(帯域)をシフトさせることができることが分かる。

0053

なお、本発明においては、一例として、サンプリング光の固定波長に対する位相整合方向と垂直な面を持つAANP非線形光学結晶に対して、その面内にあるa軸を基準軸とすると、被測定光の偏波方向を結晶の基準軸(a軸)に直角に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準軸(a軸)に平行に設定することを基本として説明した。

0054

しかし、本質的には、被測定光の偏波方向を切り出された結晶の位相整合方向に垂直な面内にある基準軸に直角に設定し、サンプリング光の偏光方向を結晶の基準軸に平行に設定すれば、図6のA特性が得られるために、広い帯域において位相整合が実現できる。つまり、光サンプリング波形測定装置の広帯域化が図れることから、80nm以上の測定帯域を持つ装置が実現できる。

発明を実施するための最良の形態

0055

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図1は実施形態に係る光サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図である。図9に示す従来の光サンプリング波形測定装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

0056

この実施形態の光サンプリング波形測定装置においては、図9に示す従来の光サンプリング波形測定装置における第2種位相整合が可能なKTP、LN、LT、KN等の無機の非線形光学材料1の代わりに有機の非線形光学結晶であるAANP10が組込まれている。

0057

このAANP10は、図3に示す分子構造を有し、図4に示す結晶構造を有する。この図4に示す結晶構造において、a軸が基準軸を示す。b軸、c軸はそれぞれa軸に直交している。

0058

このような有機の非線形光学結晶であるAANP10における位相整合方向の決定方法図5(a)(b)を用いて説明する。前述したように、結晶のxyz(abc)の屈折率三次元座標内においてサンプリング光bについての屈折率楕円体12と和周波光cについての屈折率楕円体13との交点14と座標原点を結ぶ方向を位相整合方向15とし、入射光(被測定光a、サンプリング光b)の光軸をこの位相整合方向15に一致させればよい。具体的には、図5(b)に示すように、有機の非線形光学結晶であるAANPの大きな材料(ブロック)を位相整合方向15に直交する面11を有する直方体状又は円柱状に切出したものをAANP10として用いる。

0059

このようにして、大きな材料(ブロック)から切出された位相整合方向15に直交する面11を有する直方体状又は円柱状のAANP10は、図2に示すように、ARコーテイングガラス17を介してエポキシ樹脂支持枠18で支持されている。

0060

そして、位相整合方向15に直交する面11に投影された結晶の基準軸であるa軸が支持枠18の一辺18aに平行するように、直方体状又は円柱状のAANP10の姿勢角が設定されている。

0061

そして、合波器3で偏波面が互いに直交する合波された被測定光aとサンプリング光bとの1つの光軸16は、位相整合方向15に直交するAANP10の面11に垂直に設定されている。この場合、被測定光aの偏波面は図2に示すように、AANP10の結晶の基準軸であるa軸と直角に設定されている。その結果、サンプリング光bの偏波面は、AANP10の結晶の基準軸であるa軸と平行に設定される。

0062

なお、実施形態装置においては、位相整合角φが90°の場合を例にとって説明している。この場合、a軸が基準軸となるが、入射する光の波長によっては、位相整合角θが90°となる場合等もあって、θ=90°の場合はc軸が基準軸となる。

0063

このように構成された光サンプリング波形測定装置において、外部から入力された光の角周波数ωD でパルス波形の繰返し周波数fを有する被測定光aは、偏光方向制御器2にてその偏波面が基準方向(0°方向)に制御されたのち合波器3へ入射される。一方、サンプリング光源4は、角周波数ωS でパルス波形の繰返し周波数(f−Δf)を有するサンプリング光bを出力する。サンプリング光源4から出力されたサンプリング光bは偏光方向制御器5にてその偏波面が例えば基準方向(0°方向)に対して90°方向に制御されたのち合波器3へ入射される。

0064

ハーフミラー3aが組込まれた合波器3は、被測定光aを直進させるとともにサンプリング光bを直角方向に反射させる。したがって、この合波器3から出射された被測定光aとサンプリング光bとは互いの偏波面が互いに直交し、かつ1つの光軸16に合波される。この合波器3から出射された被測定光aとサンプリング光bの合波された光は、光軸16上に配設された第2種位相整合が可能な有機の非線形光学結晶であるAANP10の面(入射面)11に垂直に入射する。

0065

この被測定光aとサンプリング光bのAANP10に対する入射条件図2をを用いて説明した通りである。

0066

したがって、この第2種位相整合が可能な有機の非線形光学結晶であるAANP10の他方の面から角周波数(ωS +ωD )を有する和周波光cが出力される。AANP10から出力された和周波光cは光フィルタ6を介して受光器7へ入射される。受光器7は和周波光cを電気信号dへ変換して次の電気信号処理系8へ送出する。電気信号処理系8は入力した図7に示す和周波光cと同一波形を有する電気信号dから、前述した手法で時間方向に拡大した被測定光aの光パルス波形eを作成して、表示器9へ表示出力する。

0067

繰り返すが、この有機の非線形光学結晶であるAANP10の非線形変換効率定数ηは無機の非線形光学材料の非線形変換効率定数ηに比較して格段に高い。したがって、有機の非線形光学結晶のAANP10から出射された和周波光cのS/N比が向上し、最終の光パルス波形eの測定精度が向上する。

0068

さらに、AANP10が被測定光a及びサンプリング光bに対する第2種位相整合を維持する条件として、互いに偏波面が直交するように合波された被測定光a及びサンプリング光bの光軸16がAANP10の位相整合方向15に一致すると共に、図2に示すように、測定対象によって波長が変わる被測定光aの偏波方向をAANP10の結晶の基準軸(実施形態ではa軸)に直角に設定し、固定波長であるサンプリング光bの偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定していることで、測定波長帯域の広帯域化を図っている。

0069

つまり、図6に示すように、A特性で示す被測定光aの偏波方向を結晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光bの偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定した方が、B特性で示す被測定光aの偏波方向を結晶の基本軸に平行に設定した場合に比較して、被測定光aの波長変化に対する位相整合方向15の変化量が少ないことを利用して、光サンプリングオシロスコープ波長依存性を80nmに亘り抑えている。

0070

図15は本発明の第2の実施の形態の光サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示す光サンプリング波形測定装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

0071

図15の光サンプリング波形測定装置が図1に示す光サンプリング波形測定装置と異なる点は、サンプリング光源4(20)を複数の波長の光が出射可能な多波長光源21と前記複数の波長の光の内から一つを選択して出射する光路切替器22とで構成して、サンプリング光bの波長を切り替えられるようにしていることである。

0072

サンプリング光源4として、波長を変えられる可変波長サンプリング光源を用い、可変波長範囲の内の一点に固定することでサンプリング光bを出射することとし、複数の点から一点を選択するような構成として、サンプリング光bの波長を切り替えてもよい。

0073

サンプリング光bの波長を、例えば、1547nm、1552nm、1557nmの3種類に切り替えられれば、図10に示したように、1種類の波長のものよりさらに広帯域の被測定光aに応じられる光サンプリング波形測定装置となる。

0074

図16は本発明の第3の実施の形態の光サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示す光サンプリング波形測定装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。

0075

図16の光サンプリング波形測定装置が図1に示す光サンプリング波形測定装置と異なる点は、AANP10に入射されるサンプリング光b及び被測定光aの前記AANP10への入射角度を変える入射角度変更手段30を備えていることである。

0076

入射角度変更手段30は、例えばμメータ微動回転ステージで構成する。図17に示すように、非線形光学結晶であるAANP10を前記μメータ付微動回転ステージ30にセットし、該μメータ付微動回転ステージ30を回転させてAANP10への入射光の入射角度を変化させる。

0077

例えば、サンプリング光bの波長が1552nmとして、AANP10への入射光の入射角度を、AANP10の面11が光軸に垂直な状態、左右にそれぞれ1°a軸中心に回転した状態の3種類に切り替えられれば、図11に示したように、面11に垂直に入射するだけのものよりさらに広帯域の被測定光aに応じられる光サンプリング波形測定装置となる。

発明の効果

0078

以上説明したように、本発明の光サンプリング波形測定装置においては、被測定光及びサンプリング光の光軸をAANPの位相整合方向に一致させると共に、被測定光の偏波方向をAANPの結晶の基準軸に直角に設定し、サンプリング光の偏波方向を結晶の基準軸に平行に設定している。

0079

したがって、たとえ、異なる波長を有する被測定光が入力されても、非線形光学結晶の位相整合方向の変化量が最小限に抑制できるため、測定された光波形の被測定光の波長変化に起因する変化を3dB帯域幅で80nmに亘って極力抑制でき、ひいては光サンプリングオシロスコープの測定波長域を拡大できた。

0080

また、サンプリング光源として、波長の異なるサンプリング光を出射可能なサンプリング光源を備えることとした光サンプリング波形測定装置は、1種類の波長だけを出射するものより、さらに広帯域の被測定光に応じられる。

0081

さらに、入射角度変更手段を備えることとした光サンプリング波形測定装置は、入射角度を変更することで、入射角度固定のものより、さらに広帯域の被測定光に応じられる。

図面の簡単な説明

0082

図1本発明の一実施形態に係わる光サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
図2同光サンプリング波形測定装置の要部構成を示す模式図
図3同光サンプリング波形測定装置に組込まれたAANPの分子構造を示す図
図4同AANPの結晶構造を示す図
図5同AANPにおける位相整合方向を求める手順を示す図
図6同光サンプリング波形測定装置における被測定光の波長と位相整合方向との関係を示す図
図7和周波光を用いた光信号の光パルス波形測定の測定原理を説明するための図
図8第2種位相整合を維持した非線形光学材料の光学特性を説明するための図
図9従来の光サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
図10AANPによるSFG発生効率の波長依存特性を示す図
図11同AANPによる結晶角度の傾きの違いによる変換効率の差を示す図
図12非線形光学結晶への入射角度について説明するための図
図13変換効率の回転角度依存性を示す図
図14変換効率のあおり角度依存性を示す図
図15本発明の第2の実施の形態に係わる光サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
図16本発明の第3の実施の形態に係わる光サンプリング波形測定装置の概略構成を示すブロック図
図17本発明の第3の実施の形態に係わる光サンプリング波形測定装置に組込まれた入射角度変更手段の概略構成図

--

0083

2、5…偏光方向制御器
3…合波器
4…サンプリング光源
6…光フィルタ
7…受光器
8…電気信号処理部
9…表示器
10…AANP
15…位相整合方向
16…光軸

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社アイテックシステムの「 光検査装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】集光レンズ等の光学系を用いることなく、発光体の光量を同時にかつ精度良く検査可能な構造簡単な光検査装置を提供する。【解決手段】並設された複数のLED3の光量を検査する光検査装置10において、一側... 詳細

  • 日本電信電話株式会社の「 光90度ハイブリッド回路」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】光損失および位相誤差を抑制しつつ、電気実装と光実装を容易にする、シリコン導波路による光90度ハイブリッドを提供する。【解決手段】対向する2つの光分岐手段と、背向する2つの光結合手段を備えた光9... 詳細

  • 株式会社ミクニの「 赤外線検出ユニット及び加熱調理装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】赤外線検出ユニットにおいて、組付け作業の簡素化、部品の集約化、小型化、赤外線による検出が正常に行える状態か否かの判定ができるようにする。【解決手段】開口部1aに方向付けされる透光窓30を有する... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ