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JPH0663869B2 - Optical sampling waveform measuring device - Google Patents
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JPH0663869B2 - Optical sampling waveform measuring device - Google Patents

Optical sampling waveform measuring device

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Publication number
JPH0663869B2
JPH0663869B2 JP1135328A JP13532889A JPH0663869B2 JP H0663869 B2 JPH0663869 B2 JP H0663869B2 JP 1135328 A JP1135328 A JP 1135328A JP 13532889 A JP13532889 A JP 13532889A JP H0663869 B2 JPH0663869 B2 JP H0663869B2
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JP
Japan
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light
sampling
optical
measured
pulse
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JP1135328A
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Inventor
秀彦 高良
悟基 川西
由明 山林
正俊 猿渡
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信等に用いられる光パルス波形を和周波
光発生を利用して測定する光サンプリング波形測定装置
に利用され、特に、背景光を除去することにより、高SN
比で光パルス波形を測定できるようにした光サンプリン
グ波形測定装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention is used in an optical sampling waveform measuring apparatus for measuring an optical pulse waveform used in optical communication or the like by using sum frequency light generation, and particularly, in the background. High SN by removing light
The present invention relates to an optical sampling waveform measuring device capable of measuring an optical pulse waveform with a ratio.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、2次の非線形光学効果である和周波光発生(Sum
Freqency Generation)(以下、SFGという。)を利
用した光サンプリング波形測定では、観測すべき光パル
スとそれより幅の狭いサンプリング光パルスを非線形光
学材料に導き、両者の相互相関信号を和周波光(以下SF
光という。)として取り出す方法を使用している。
Conventionally, sum frequency light generation (Sum
In optical sampling waveform measurement using Freqency Generation (hereinafter referred to as SFG), an optical pulse to be observed and a sampling optical pulse with a narrower width are guided to a nonlinear optical material, and the cross-correlation signal between them is sum frequency optical ( Below SF
Called light. ) Is used as a retrieval method.

SFGとは角周波数ωとωの2光波を非線形光学材料
に入射すると和の角周波数(ω+ω)の光が発生す
る現象である。特に、2光波の角周波数が等しいとき、
(ωDATA=ωSAM=ω)は第二次高調波発生(Second
Harmonic Generation)(以下、SHGという。)と呼
び、2倍の角周波数2ωの光が発生する。SFGは特定
の直線偏光の入射光のみに対して位相整合が達成され
る。
SFG is a phenomenon in which when two light waves with angular frequencies ω 1 and ω 2 are incident on a nonlinear optical material, light with a sum angular frequency (ω 1 + ω 2 ) is generated. Especially when the angular frequencies of the two light waves are equal,
DATA = ω SAM = ω 0 ) is the second harmonic generation (Second
Harmonic Generation) (hereinafter referred to as SHG), and light with double the angular frequency 2ω 0 is generated. SFG achieves phase matching only for incident light of a specific linearly polarized light.

位相整合とは、入射光により起きる非線形分極波の位相
速度と、それによって生ずるSF光の位相速度が一致する
ことを意味しており、このときエネルギの変換が最も効
率良く起こる。
Phase matching means that the phase velocity of the nonlinear polarization wave generated by the incident light and the phase velocity of the SF light generated thereby coincide with each other, at which time the energy conversion occurs most efficiently.

従来、この位相整合には、「タイプ1」の位相整合を行
う非線形光学材料が用いられていた(特願昭63−35351
号、特願昭63−42320号参照)。「タイプ1」の位相整
合とは、二つの入射光(被測定光とサンプリング光)の
偏光方向が同一で非線形光学材料の複屈折に対してとも
に異常光、またはともに常光の場合に位相整合が起こる
ことである。
Conventionally, a non-linear optical material that performs "type 1" phase matching has been used for this phase matching (Japanese Patent Application No. 63-35351).
See Japanese Patent Application No. 63-42320). “Type 1” phase matching means that the two incident lights (measured light and sampling light) have the same polarization direction and both are extraordinary light or both ordinary light due to birefringence of the nonlinear optical material. Is what happens.

非線形光学材料は、一般に光学的異方性を持ち、光を入
射すると複屈折により二つの屈折光が現われ、光学軸方
向に伝搬する場合以外は光線速度は異なる。
Nonlinear optical materials generally have optical anisotropy, and when light is incident, two refracted lights appear due to birefringence, and the ray velocity is different except when propagating in the optical axis direction.

非線形光学材料として、KTP、LiNbO3、LiIO3およびKNbO
3等が用いられるが、これらは一軸性の結晶である。こ
の場合、二つの屈折光のうち光線速度が伝搬方向によら
ず一定となる偏光方向をもつ光を常光、伝搬方向によっ
て異なる光線速度が異なる光を異常光と呼ぶ。従って、
光線の伝搬方向を調節して異常光の光線速度を適当に決
めることによって、SFGの位相整合を達成することが可
能となる。
KTP, LiNbO 3 , LiIO 3 and KNbO as nonlinear optical materials
Although 3 and the like are used, these are uniaxial crystals. In this case, of the two refracted lights, light having a polarization direction in which the light velocity is constant regardless of the propagation direction is called ordinary light, and light having different light velocity depending on the propagation direction is called abnormal light. Therefore,
It is possible to achieve phase matching of the SFG by adjusting the propagation direction of the ray and appropriately determining the ray velocity of the extraordinary ray.

このSFGを利用した光サンプリング波形測定方法におけ
る被測定パルスとサンプリング光パルスの時間的な相対
位置の変化と、これによって得られる低速の相互相関信
号波形を第5図に示す。サンプリング光パルスの繰り返
し周波数を被測定パルスの繰り返し周波数f〔Hz〕より
も若干、すなわちΔf(Hz)だけ低く、または高くする
ことによって、第5図のようなΔf(Hz)の相互相関信
号波形を得る。従って、被測定光波形の時間軸を拡大し
て測定することができるので極めて高速の光パルス波形
の検出が可能となる。
FIG. 5 shows changes in the relative position with time of the pulse to be measured and the sampling optical pulse in the optical sampling waveform measuring method using this SFG, and the low-speed cross-correlation signal waveform obtained thereby. The cross-correlation signal waveform of Δf (Hz) as shown in FIG. 5 is set by making the repetition frequency of the sampling light pulse slightly lower or higher than the repetition frequency f [Hz] of the pulse under measurement, that is, Δf (Hz). To get Therefore, the time axis of the optical waveform to be measured can be enlarged and measured, so that an extremely high-speed optical pulse waveform can be detected.

前記第5図の例では、被測定光パルスとサンプリング光
パルスとの周波数がほぼ等しい場合を示したが、サンプ
リング周波数そのものは整数分の1(f/n Hz)近傍
であってもよい。
In the example of FIG. 5, the frequency of the measured light pulse and the frequency of the sampling light pulse are substantially equal to each other, but the sampling frequency itself may be in the vicinity of 1 / f (n / Hz).

第6図(a)は、従来の光サンプリング波形測定装置の一
例を示すブロック構成図である(ただし、fは被測定光
の繰り返し周波数)。第6図(a)において、1はサンプ
リング光パルス列を繰り返し周波数f−Δfで発生する
サンプリング光源、2および3はサンプリング光および
被測定光の偏光方向を制御する偏光方向制御器、4は被
測定光とサンプリング光を合波する合波器、5は「タイ
プ1」の位相整合のSFGを起こす「タイプ1」非線形光
学材料、6はこの材料を透過した被測定光とサンプリン
グ光を取り除く光学フィルタ、7は発生したSF光を検出
して電気信号に変換する光検出器、8は電気信号を処理
する電気信号処理系、および9は被測定光波形を表示す
る表示器である。
FIG. 6 (a) is a block diagram showing an example of a conventional optical sampling waveform measuring apparatus (where f is the repetition frequency of the measured light). In FIG. 6 (a), 1 is a sampling light source that generates a sampling light pulse train at a repetition frequency f−Δf, 2 and 3 are polarization direction controllers that control the polarization directions of the sampling light and the light to be measured, and 4 is the measurement target. A multiplexer for combining light and sampling light, 5 is a "type 1" nonlinear optical material that causes a "type 1" phase-matching SFG, and 6 is an optical filter that removes the measured light and the sampling light transmitted through this material. , 7 is a photodetector for detecting the generated SF light and converting it into an electric signal, 8 is an electric signal processing system for processing the electric signal, and 9 is a display for displaying the measured optical waveform.

具体的には、偏光方向制御器2および3としては4分の
1波長板と2分の1波長板の組合せや、バビネ・ソレイ
ユ補償板等、合波器4としてはファイバ結合器やビーム
スプリッタ等が用いられる。
Specifically, the polarization direction controllers 2 and 3 are a combination of a quarter-wave plate and a half-wave plate, a Babinet-Soleil compensator, and the multiplexer 4 is a fiber coupler or a beam splitter. Etc. are used.

第6図(a)に示したように、偏光方向制御器2および3
で被測定光とサンプリング光の偏光方向を異常光(常
光)同士に一致させ、2光波を非線形光学結晶5に入射
すると、「タイプ1」の位相整合が達成され2光波の相
関信号であるSF光が発生する。
As shown in FIG. 6 (a), the polarization direction controllers 2 and 3
When the polarization directions of the measured light and the sampling light are made to coincide with each other by extraordinary light (ordinary light), and two light waves are made incident on the nonlinear optical crystal 5, "type 1" phase matching is achieved and the SF is a correlation signal of the two light waves. Light is generated.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

第6図(b)は、光波の角周波数とパワーの関係を示した
もので、左側が非線形光学材料5に入射する被測定光と
サンプリング光、右側は非線形光学材料5で発生される
出射光を示している。第6図(b)から明らかなように、
従来の技術では被測定光自身のSH光の角周波数2ωDATA
およびサンプリング光パルス自身のSH光の角周波数2ω
SAMと二つの光の相互相関信号であるSF光の角周波数
(ωSAM+ωDATA)が近接するためSF光のみを取り出す
のは困難である欠点があった。
FIG. 6 (b) shows the relationship between the angular frequency and the power of the light wave. The light to be measured and the sampling light incident on the nonlinear optical material 5 are on the left side, and the emitted light generated on the nonlinear optical material 5 is on the right side. Is shown. As is clear from FIG. 6 (b),
In the conventional technique, the angular frequency of the SH light of the measured light itself is 2ω DATA
And SH light angular frequency 2ω of sampling light pulse itself
Since the angular frequency (ω SAM + ω DATA ) of SF light, which is a cross-correlation signal of SAM and two lights, is close, it is difficult to extract only SF light.

また、「タイプ1」の位相調整の場合、被測定光とサン
プリング光の角周波数ωDATAとωSAMの値がかなり近い
ため、以下に示す理由で測定値のSN比が低くなる欠点が
あった。
Further, in the case of "Type 1" phase adjustment, since the angular frequencies ω DATA and ω SAM of the measured light and the sampling light are quite close to each other, there is a drawback that the SN ratio of the measured value becomes low for the following reasons. .

第7図はこの理由であるショットノイズを発生する背景
光発生説明図である。同図の上方は非線形光学材料5へ
入射する光を、和周波光が発生する組合せごとにそれぞ
れ示したものであり、一つの組合せの中には被測定光が
る場合「1」とない場合「0」とをそれぞれ示してあ
る。同図の下方は非線形光学材料5から出射する光を前
記各組合せごとにそれぞれ示してある。各組合せごとに
符号a、bおよびcを付し、実際に受光器7の出力とし
て得られる波形を符号dで示している。また、丸で囲っ
た矢印は偏光の方向を示し、太矢印および細矢印はそれ
ぞれサンプリング光および被測定光を表わしている。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the background light generation that causes the shot noise that is the reason for this. The upper part of the figure shows the light incident on the non-linear optical material 5 for each combination in which the sum frequency light is generated. If there is a measured light in one combination and there is not "1""0" is shown respectively. The lower part of the figure shows the light emitted from the nonlinear optical material 5 for each combination. The symbols a, b, and c are given to each combination, and the waveform actually obtained as the output of the light receiver 7 is indicated by the symbol d. The circled arrows indicate the direction of polarization, and the thick and thin arrows represent sampling light and measured light, respectively.

すなわち、「タイプ1」の位相整合の場合、第7図に示
すように、被測定光パルス(角周波数ωDATA)とサンプ
リング光パルス(角周波数ωSAM)を同一偏光方向で入
射させるため、二つの光の相互相関信号であるSF光(角
周波数ωSAM+ωDATA)[第7図a]の他に、被測定光
自身のSH光(角周波数2ωDATA)[第7図b]、および
サンプリング光パルス自身のSH光(角周波数2ωSAM
[第7図c]も位相整合する。従って、出射光パワーは
これらの総和となる。なおもちろん、SF光へ変換されな
いで、元の周波数のままの光も出射光には含まれてい
る。
That is, in the case of “Type 1” phase matching, as shown in FIG. 7, since the measured light pulse (angular frequency ω DATA ) and the sampling light pulse (angular frequency ω SAM ) are incident in the same polarization direction, In addition to SF light (angular frequency ω SAM + ω DATA ) [Fig. 7a] which is a cross-correlation signal of two lights, SH light (angular frequency 2ω DATA ) [Fig. 7b] of the measured light itself and sampling SH light of light pulse itself (angular frequency 2ω SAM )
[Fig. 7c] is also phase-matched. Therefore, the output light power is the sum of these. Of course, the emitted light also includes light that has not been converted into SF light and has the original frequency.

光サンプリングでは相互相関信号を大きくするため、サ
ンプリング光パワーP(ωSAM)をできるだけ大きくす
るので、相互相関信号の光パワーP(ωSAM+ωDATA
∝{P(ωSAM)・P(ωDATA)}に比べ、サンプリン
グ光のSH光パワー P(2ωSAM)∝{P(ωSAM)} が著しく大きくなる。従って、全出力光パワーは P(2ωSAM)∝{P(ωSAM)} による大きな背景光が重なることになる。一方、SF光お
よびSH光に変換されない被測定光およびサンプリング光
も非線形光学材料5を透過するが、光学フィルタ6によ
り取り除く。ここで、この出力光を受光器7で検出して
電気信号に変換すると、ショットノイズが全出力パワー
で発生する光電流に比例するため、第7図dに示すよう
に、相互相関信号成分にP(2ωSAM)による大きなシ
ョットノイズ成分が重畳されるので、SN比が極めて悪く
なる。従来の方法では、被測定光とサンプリング光の角
周波数ωDATAとωSAMの値がかなり近いため、SF光の角
周波数(ωSAM+ωDATA)と、被測定光・サンプリング
光の自己相関SH波の角周波数(2ωDATA,2ωSAM)の差
が小さくなるので両者を光フィルタで分離することが困
難であった。従って、従来の光サンプリング光波形測定
は、背景光(信号光およびサンプリング光の自己相関SH
G)によるショットノイズによってSN比が制限される。
In optical sampling, since the cross-correlation signal is increased, the sampling light power P (ω SAM ) is increased as much as possible. Therefore, the cross-correlation signal optical power P (ω SAM + ω DATA )
The SH light power P (2ω SAM ) ∝ {P (ω SAM )} 2 of the sampling light becomes significantly larger than ∝ {P (ω SAM ) · P (ω DATA )}. Therefore, the total output light power is a large background light due to P (2ω SAM ) ∝ {P (ω SAM )} 2 . On the other hand, the measured light and the sampling light which are not converted into SF light and SH light also pass through the nonlinear optical material 5, but are removed by the optical filter 6. Here, when this output light is detected by the light receiver 7 and converted into an electric signal, the shot noise is proportional to the photocurrent generated at the total output power. Therefore, as shown in FIG. Since a large shot noise component due to P (2ω SAM ) is superimposed, the SN ratio becomes extremely poor. In the conventional method, since the angular frequencies ω DATA and ω SAM of the measured light and the sampling light are quite close to each other, the angular frequency of the SF light (ω SAM + ω DATA ) and the autocorrelation SH wave of the measured light and the sampling light are Since the difference between the angular frequencies of (2ω DATA , 2ω SAM ) becomes small, it was difficult to separate the two with an optical filter. Therefore, the conventional optical sampling optical waveform measurement uses the background light (signal light and sampling light autocorrelation SH
The S / N ratio is limited by the shot noise due to G).

本発明の目的は、前記の欠点を除去することにより、個
々のサンプリング値のSN比を向上し、高精度で簡易な光
サンプリング波形測定装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a highly accurate and simple optical sampling waveform measuring device by improving the SN ratio of individual sampling values by eliminating the above drawbacks.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、被測定光信号よりパルス幅の狭いサンプリン
グ光パルス列を発生するサンプリング光発生器と、被測
定光およびサンプリング光の偏光方向を制御する偏光方
向制御器と、被測定光とサンプリング光とを合波する合
波器と、被測定光パルスとサンプリング光パルスの相互
相関信号を和周波光として発生する非線形光学材料と、
光学フィルタと、発生した和周波光を検出して電気信号
に変換する光検出器と、電気信号を処理して被測定光パ
ルス波形を表示する電気処理系とを備えた光サンプリン
グ波形測定器において、前記サンプリング光発生器とし
て被測定光に対して角周波数差の大きいサンプリング光
源を用い、前記非線形光学材料として「タイプ1」の位
相整合を生じる非線形光学材料を用い、前記光学フィル
タとして和周波光のみを透過するバンドパスフィルタを
用いたことを特徴とする。
The present invention provides a sampling light generator that generates a sampling light pulse train having a pulse width narrower than that of an optical signal to be measured, a polarization direction controller that controls the polarization directions of the measured light and the sampling light, and the measured light and the sampling light. And a nonlinear optical material that generates a cross-correlation signal of the measured optical pulse and the sampling optical pulse as sum frequency light,
In an optical sampling waveform measuring instrument including an optical filter, a photodetector for detecting the generated sum frequency light and converting it into an electric signal, and an electric processing system for processing the electric signal and displaying an optical pulse waveform to be measured , A sampling light source having a large angular frequency difference with respect to the light to be measured is used as the sampling light generator, a non-linear optical material that causes "type 1" phase matching is used as the non-linear optical material, and sum frequency light is used as the optical filter. It is characterized by using a bandpass filter that transmits only light.

また、本発明は、被測定光信号よりパルス幅の狭いサン
プリング光パルス列を発生するサンプリング光発生器
と、被測定光およびサンプリング光の偏光方向を制御す
る偏光方向制御器と、被測定光とサンプリング光とを合
波する合波器と、被測定光パルスとサンプリング光パル
スの相互相関信号を和周波光として発生する非線形光学
材料と、光学フィルタと、発生した和周波光を検出して
電気信号に変換する光検出器と、電気信号を処理して被
測定光パルス波形を表示する電気処理系とを備えた光サ
ンプリング波形測定器において、前記サンプリング光発
生器として被測定光に対して角周波数が接近したサンプ
リング光源を用い、前記非線形光学材料として「タイプ
2」の位相整合を生じる非線形光学材料を用いたことを
特徴とする。
Further, the present invention provides a sampling light generator for generating a sampling light pulse train having a pulse width narrower than that of an optical signal under measurement, a polarization direction controller for controlling the polarization direction of the measurement light and the sampling light, the measurement light and sampling A multiplexer that combines light, a nonlinear optical material that generates the cross-correlation signal of the measured light pulse and the sampling light pulse as sum frequency light, an optical filter, and an electric signal that detects the generated sum frequency light An optical sampling waveform measuring instrument comprising a photodetector for converting into an optical signal and an electrical processing system for processing an electrical signal to display an optical pulse waveform to be measured, wherein the sampling light generator is an angular frequency with respect to the measured light. Is used, and a non-linear optical material that causes "type 2" phase matching is used as the non-linear optical material.

また、本発明は、被測定光信号よりパルス幅の狭いサン
プリング光パルス列を発生するサンプリング光発生器
と、被測定光およびサンプリング光の偏光方向を制御す
る偏光方向制御器と、被測定光とサンプリング光とを合
波する合波器と、被測定光パルスとサンプリング光パル
スの相互相関信号を和周波光として発生する非線形光学
材料と、光学フィルタと、発生した和周波光を検出して
電気信号に変換する光検出器と、電気信号を処理して被
測定光パルス波形を表示する電気処理系とを備えた光サ
ンプリング波形測定器において、前記サンプリング光発
生器として被測定光に対して角周波差の大きいサンプリ
ング光源を用い、前記非線形光学材料として「タイプ
2」の位相整合を生じる非線形光学材料を用い、前記光
学フィルタとして和周波光のみを透過するバンドパスフ
ィルタを用いたことを特徴とする。
Further, the present invention provides a sampling light generator for generating a sampling light pulse train having a pulse width narrower than that of an optical signal under measurement, a polarization direction controller for controlling the polarization direction of the measurement light and the sampling light, the measurement light and sampling A multiplexer that combines light, a nonlinear optical material that generates the cross-correlation signal of the measured light pulse and the sampling light pulse as sum frequency light, an optical filter, and an electric signal that detects the generated sum frequency light In an optical sampling waveform measuring instrument comprising a photodetector for converting into an optical signal, and an electrical processing system for processing an electric signal to display an optical pulse waveform under measurement A sampling light source with a large difference is used, a non-linear optical material that causes a "type 2" phase matching is used as the non-linear optical material, and a sum frequency is used as the optical filter. Characterized by using a band pass filter that transmits light only.

なお、ここで、「タイプ1」の位相整合とは、二つの入
射光の偏光方向が同一で非線形光学結晶の複屈折に対し
てともに異常光またはともに常光の場合に位相整合が起
こる場合をいい、「タイプ2」の位相整合とは、互いに
直交する異常光と常光とによって位相整合が起こる場合
をいう。
Here, the “type 1” phase matching means that phase matching occurs when two incident lights have the same polarization direction and both are extraordinary or ordinary with respect to the birefringence of the nonlinear optical crystal. , "Type 2" phase matching refers to a case where phase matching occurs due to extraordinary light and ordinary light that are orthogonal to each other.

〔作用〕[Action]

被測定光と角周波数差が大きいサンプリング光源を用い
た場合は、「タイプ1」非線形光学結晶によっても、二
つの光の相互相関信号のSF光の角周波数(ωSAM+ω
DATA)と、サンプリング光自身のSH光の角周波数(2ω
SAM)および被測定光自身のSH光の角周波数(2
ωDATA)との差は広がる。従って、SF光のみを透過する
バンドパスフィルタを使用することにより背景光を取り
除きSF光のみを検出することができる。
When a sampling light source that has a large angular frequency difference from the measured light is used, the SF type angular frequency (ω SAM + ω
DATA ) and the angular frequency of the SH light of the sampling light itself (2ω
SAM ) and the angular frequency of the SH light of the measured light itself (2
The difference with ω DATA ) widens. Therefore, it is possible to remove the background light and detect only the SF light by using a bandpass filter that transmits only the SF light.

「タイプ2」非線形光学材料は、互いに偏光方向が直交
したサンプリング光と被測定光を入射すると「タイプ
2」の位相整合が達成されSFGが起こる。しかし、被測
定光自身のSH光およびサンプリング光自身のSH光は、同
一偏光方向の「タイプ1」の位相整合に属するため発生
しない。従って、背景光が除去され2光の相互相関信号
のみが発生される。
In the “type 2” nonlinear optical material, when the sampling light and the measured light whose polarization directions are orthogonal to each other are incident, the “type 2” phase matching is achieved and SFG occurs. However, the SH light of the measured light itself and the SH light of the sampling light itself do not occur because they belong to “type 1” phase matching in the same polarization direction. Therefore, the background light is removed and only the cross-correlation signal of two lights is generated.

すなわち、被測定光と角周波数差が大きいサンプリング
光源およびSF光のみを透過するバンドパスフィルタと、
「タイプ2」非線形光学結晶とを適切に組み合わせて使
用することにより、背景光の除去を図り、SN比の向上を
はかることが可能となる。
That is, a bandpass filter that transmits only a sampling light source and SF light having a large angular frequency difference with the measured light,
By properly combining with a "type 2" nonlinear optical crystal, it is possible to remove background light and improve the SN ratio.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)は本発明の第一実施例を示すブロック構成
図、第1図(b)はその「タイプ1」非線形光学材料の入
出力特性図である。
FIG. 1 (a) is a block diagram showing the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is an input / output characteristic diagram of the "type 1" nonlinear optical material.

本第一実施例は、被測定光信号よりパルス幅の狭いサン
プリング光パルス列を発生するサンプリング光発生器
と、被測定光およびサンプリング光の偏光方向を制御す
る偏光方向制御器2および3と、被測定光とサンプリン
グ光とを合波する合波器4と、被測定光パルスとサンプ
リング光パルスの相互相関信号を和周波光として発生す
る非線形光学材料と、光学フィルタと、発生した和周波
光を検出して電気信号に変換する光検出器としての受光
器7と、電気信号を処理して被測定光パルス波形を表示
する電気処理系8と、表示器9とを備えた光サンプリン
グ波形測定器において、 前記サンプリング光発生器として、被測定光の角周波数
(ωDATA)に接近した角周波数(ωSAM)を持つサンプ
リング光パルス列を発生するサンプリング光源10を用
い、前記非線形光学材料として「タイプ1」の位相整合
を生じる「タイプ1」非線形光学材料5を用い、前記光
学フィルタとして和周波光のみを透過するバンドパスフ
ィルタ11を用いたものである。
In the first embodiment, a sampling light generator for generating a sampling light pulse train having a pulse width narrower than that of an optical signal under measurement, polarization direction controllers 2 and 3 for controlling polarization directions of the measured light and the sampling light, The multiplexer 4 that combines the measurement light and the sampling light, the nonlinear optical material that generates the cross-correlation signal of the measured light pulse and the sampling light pulse as the sum frequency light, the optical filter, and the generated sum frequency light An optical sampling waveform measuring instrument including a photodetector 7 as a photodetector for detecting and converting into an electrical signal, an electrical processing system 8 for processing the electrical signal and displaying an optical pulse waveform to be measured, and a display 9. use in, as said sampling light generator, a sampling light source 10 for generating the sampling optical pulse train having an angular frequency which is close to the measured light having an angular frequency (ω DATA)SAM) , Using the "Type 1" nonlinear optical material 5 causing phase matching of "type 1" as the nonlinear optical material, in which a band-pass filter 11 which transmits only the sum frequency light as the optical filter.

本発明の特徴は、第1図(a)において、サンプリング光
源10およびバンドパスフィルタ11を用いたことにある。
A feature of the present invention is that the sampling light source 10 and the bandpass filter 11 are used in FIG.

具体的には、「タイプI」非線形光学材料としてはKTP
のバルク結晶(アスカル社製)やLiNbO3、LiIO3およびK
NbO3等を用いることができる。また、バルク型でなく導
波路型でもよい。本実施例のKTP結晶のように、同一種
類の結晶においても、結晶の切り出し角(光の入射方向
と垂直)を適当に決定することにより、タイプ1または
タイプ2の位相整合を達成することが可能である。
Specifically, KTP is used as a "Type I" nonlinear optical material.
Bulk crystals (made by Ascar), LiNbO 3 , LiIO 3 and K
NbO 3 or the like can be used. The waveguide type may be used instead of the bulk type. Even in the same type of crystal like the KTP crystal of the present embodiment, it is possible to achieve the type 1 or type 2 phase matching by appropriately determining the cut-out angle of the crystal (perpendicular to the light incident direction). It is possible.

本第一実施例は、被測定光との角周波数差が大きいサン
プリング光源10と、SF光のみを透過するバンドパスフィ
ルタ11とを使用した場合である。この場合、第1図(b)
に示すように、二つの光の相互相関信号のSF光の角周波
数(ωSAM+ωDATA)と、サンプリング光自身のSH光の
角周波数(2ωSAM)および被測定光自身のSH光の角周
波数(2ωDATA)との差は広がる。従って、SF光のみを
透過するバンドパスフィルタ11を使用することにより、
SF光のみを検出するこができる。例えば、被測定光の波
長1.32μm、サンプリング光の波長1.55μmの場合、SF
光の波長は0.707μm、被測定光とサンプリング光の自
己相関SH光の波長はそれぞれ0.660μm、0.755μmとな
る。すなわち、0.707μmを中心に半値幅0.09μm程度
のバンドパスフィルタ11を用いることにより、背景光を
取り除きSF光のみを取り出すことができる。
The first embodiment is a case where a sampling light source 10 having a large angular frequency difference from the measured light and a bandpass filter 11 that transmits only SF light are used. In this case, Fig. 1 (b)
As shown in, the angular frequency of SF light (ω SAM + ω DATA ) of the cross-correlation signal of the two lights, the angular frequency of SH light of the sampling light itself (2ω SAM ) and the angular frequency of SH light of the measured light itself. The difference with (2ω DATA ) widens. Therefore, by using the bandpass filter 11 that transmits only SF light,
Only SF light can be detected. For example, if the measured light wavelength is 1.32 μm and the sampling light wavelength is 1.55 μm, SF
The wavelength of the light is 0.707 μm, and the wavelengths of the autocorrelation SH light of the measured light and the sampling light are 0.660 μm and 0.755 μm, respectively. That is, by using the bandpass filter 11 having a half-width of about 0.09 μm centered on 0.707 μm, background light can be removed and only SF light can be extracted.

第2図は本発明の第二実施例を示すブロック構成図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram showing the second embodiment of the present invention.

本第二実施例は、前記サンプリング光発生器として被測
定光に対して角周波数差の小さいサンプリング光源1を
用い、前記非線形光学材料として、「タイプ2」の位相
整合を生じる「タイプ2」非線形光学材料12を用いたも
のである。
In the second embodiment, a sampling light source 1 having a small angular frequency difference with respect to the light to be measured is used as the sampling light generator, and a "type 2" non-linearity that causes "type 2" phase matching is used as the non-linear optical material. The optical material 12 is used.

本発明の特徴は、第2図において、「タイプ2」非線形
光学材料12を用いたことにある。
The feature of the present invention resides in that the "type 2" nonlinear optical material 12 is used in FIG.

「タイプ2」の位相整合SFGとは、第2図を見てわかる
ように互いに直交する異常光と常光によってSFG位相整
合が達成されることを意味している。第3図は「タイプ
2」の位相整合のSFGを説明する説明図である。第3図
aに示すように、互いに偏光方向が直交したサンプリン
グ光と被測定光を入射すると「タイプ2」の位相整合が
達成されSFGが起こる。しかし、第3図bおよびcに示
すように、従来の技術で述べた被測定光自身のSH光、お
よびサンプリング光自身のSH光は同一偏光方向の「タイ
プ1」の位相整合に属するため発生しない。従って、第
3図dに示すように背景光が除去され2光の相関信号の
みを検出できるためショット雑音が低減され、SN比が非
常に高く取れる。
“Type 2” phase matching SFG means that SFG phase matching is achieved by extraordinary light and ordinary light that are orthogonal to each other, as can be seen from FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an SFG of “Type 2” phase matching. As shown in FIG. 3A, when the sampling light and the light under measurement whose polarization directions are orthogonal to each other are incident, “type 2” phase matching is achieved and SFG occurs. However, as shown in FIGS. 3B and 3C, the SH light of the measured light itself and the SH light of the sampling light itself described in the prior art are generated because they belong to the “type 1” phase matching in the same polarization direction. do not do. Therefore, as shown in FIG. 3d, the background light is removed and only the correlation signal of two lights can be detected, so shot noise is reduced and the SN ratio can be made very high.

第4図は本発明の第三実施例を示すブロック構成図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram showing the third embodiment of the present invention.

本第三実施例は、前記サンプリング光発生器として被測
定光に対して角周波数差の大きいサンプリング光源10を
用い、前記非線形光学材料として「タイプ2」非線形光
学材料12を用い、光学フィルタとしてSF光のみを透過す
るバンドパスフィルタ11を用いたものである。
In the third embodiment, a sampling light source 10 having a large angular frequency difference with respect to the light to be measured is used as the sampling light generator, a "type 2" nonlinear optical material 12 is used as the nonlinear optical material, and an SF filter is used as an optical filter. A bandpass filter 11 that transmits only light is used.

本発明の特徴は第4図において、サンプリング光源10、
「タイプ2」非線形光学材料12およびバンドパスフィル
タ11を用いたことにある。
The feature of the present invention is that in FIG.
This is because the “type 2” nonlinear optical material 12 and the bandpass filter 11 were used.

すなわち、本第三実施例は、前述の第一および第二実施
例を合わせた場合で、SN比がさらに向上する利点があ
る。
That is, the third embodiment has an advantage that the SN ratio is further improved when the first and second embodiments are combined.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明は、SF光のフィルタリン
グ、または「タイプ2」の位相整合を生じる「タイプ
2」非線形光学材料、または両方法を併用することによ
り、背景光を除去でき個々のサンプリング値のSN比を著
しく向上することができる効果がある。これにより、光
サンプリング波形測定装置の平均化処理の回数低減が可
能となり、測定の高感度化および装置の小型化等が達成
でき、その効果は大である。
As described above, according to the present invention, background light can be removed by filtering SF light, or by using a “type 2” nonlinear optical material that causes “type 2” phase matching, or by using both methods together. This has the effect of significantly improving the SN ratio of the value. This makes it possible to reduce the number of times of averaging processing of the optical sampling waveform measuring device, achieve high sensitivity of measurement, downsizing of the device, and the like, and the effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)は本発明の第一実施例を示すブロック構成
図。 第1図(b)はその「タイプ1」非線形光学材料の入出力
特性図。 第2図は本発明の第二実施例を示すブロック構成図。 第3図は「タイプ2」の位相整合SFGによる背景光除去
の説明図。 第4図は本発明の第三実施例を示すブロック構成図。 第5図は被測定光パルスとサンプリング光パルスの相互
相関信号発生の説明図。 第6図(a)は従来例を示すブロック構成図。 第6図(b)はその「タイプ1」非線形光学結晶の入出力
特性図。 第7図は従来例における背景光発生の説明図。 1、10……サンプリング光源、2、3……偏光方向制御
器、4……合波器、5……「タイプ1」非線形光学材
料、6……光学フィルタ、7…受光器、8……電気信号
処理系、9……表示器、11……バンドパスフィルタ、12
……「タイプ2」非線形光学材料、ωDATA……被測定光
の角周波数、ωSAM……サンプリング光パルスの角周波
数。
FIG. 1 (a) is a block diagram showing the first embodiment of the present invention. Figure 1 (b) shows the input / output characteristics of the "type 1" nonlinear optical material. FIG. 2 is a block diagram showing the second embodiment of the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram of background light removal by the “type 2” phase matching SFG. FIG. 4 is a block diagram showing the third embodiment of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram of generation of a cross-correlation signal between the measured light pulse and the sampling light pulse. FIG. 6 (a) is a block diagram showing a conventional example. Figure 6 (b) shows the input / output characteristics of the "type 1" nonlinear optical crystal. FIG. 7 is an explanatory diagram of background light generation in the conventional example. 1, 10 ... Sampling light source, 2, 3 ... Polarization direction controller, 4 ... Multiplexer, 5 ... "Type 1" nonlinear optical material, 6 ... Optical filter, 7 ... Photoreceiver, 8 ... Electric signal processing system, 9 ... Display, 11 ... Band pass filter, 12
…… “Type 2” nonlinear optical material, ω DATA …… Angular frequency of measured light, ω SAM …… Angular frequency of sampling light pulse.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被測定光信号よりパルス幅の狭いサンプリ
ング光パルス列を発生するサンプリング光発生器と、被
測定光およびサンプリング光の偏光方向を制御する偏光
方向制御器と、被測定光とサンプリング光とを合波する
合波器と、被測定光パルスとサンプリング光パルスの相
互相関信号を和周波光として発生する非線形光学材料
と、光学フィルタと、発生した和周波光を検出して電気
信号に変換する光検出器と、電気信号を処理して被測定
光パルス波形を表示する電気処理系とを備えた光サンプ
リング波形測定器において、 前記サンプリング光発生器として被測定光に対して角周
波数差の大きいサンプリング光源を用い、前記非線形光
学材料として二つの入射光の偏光方向が同一で複屈折に
対してともに異常光またはともに常光の場合に位相整合
を生じる非線形光学材料を用い、前記光学フィルタとし
て和周波光のみを透過するバンドパスフィルタを用いた ことを特徴とする光サンプリング波形測定装置。
1. A sampling light generator for generating a sampling light pulse train having a pulse width narrower than that of an optical signal under measurement, a polarization direction controller for controlling the polarization direction of the measurement light and the sampling light, and the measurement light and the sampling light. , A nonlinear optical material that generates a cross-correlation signal of the measured optical pulse and the sampling optical pulse as sum frequency light, an optical filter, and the generated sum frequency light is detected and converted into an electrical signal. An optical sampling waveform measuring instrument comprising a photodetector for converting and an electrical processing system for processing an electric signal to display an optical pulse waveform to be measured, wherein the sampling light generator is an angular frequency difference with respect to the measured light. When a sampling light source with a large size is used and the polarization directions of the two incident lights are the same as the nonlinear optical material and both are extraordinary rays or both ordinary rays with respect to birefringence An optical sampling waveform measuring apparatus characterized by using a non-linear optical material that causes phase matching and using a band pass filter that transmits only sum frequency light as the optical filter.
【請求項2】被測定光信号よりパルス幅の狭いサンプリ
ング光パルス列を発生するサンプリング光発生器と、被
測定光およびサンプリング光の偏光方向を制御する偏光
方向制御器と、被測定光とサンプリング光とを合波する
合波器と、被測定光パルスとサンプリング光パルスの相
互相関信号を和周波光として発生する非線形光学材料
と、光学フィルタと、発生した和周波光を検出して電気
信号に変換する光検出器と、電気信号を処理して被測定
光パルス波形を表示する電気処理系とを備えた光サンプ
リング波形測定器において、 前記サンプリング光発生器として被測定光に対して角周
波数が接近したサンプリング光源を用い、前記非線形光
学材料として二つの入射光の偏光方向が直交し複屈折に
対して一方が異常光で他方が常光の場合に位相整合を生
じる非線形光学材料を用いた ことを特徴とする光サンプリング波形測定装置。
2. A sampling light generator for generating a sampling light pulse train having a pulse width narrower than that of the measured light signal, a polarization direction controller for controlling the polarization direction of the measured light and the sampling light, and the measured light and the sampling light. , A nonlinear optical material that generates a cross-correlation signal of the measured optical pulse and the sampling optical pulse as sum frequency light, an optical filter, and the generated sum frequency light is detected and converted into an electrical signal. An optical sampling waveform measuring instrument comprising a photodetector for converting and an electrical processing system for processing an electric signal to display an optical pulse waveform to be measured, wherein the sampling light generator has an angular frequency with respect to the measured light. As the nonlinear optical material, the polarization directions of two incident light beams are orthogonal to each other, and when one of them is an extraordinary light beam and the other is an ordinary light beam, the phase is close to each other. An optical sampling waveform measuring device characterized by using a non-linear optical material that produces matching.
【請求項3】被測定光信号よりパルス幅の狭いサンプリ
ング光パルス列を発生するサンプリング光発生器と、被
測定光およびサンプリング光の偏光方向を制御する偏光
方向制御器と、被測定光とサンプリング光とを合波する
合波器と、被測定光パルスとサンプリング光パルスの相
互相関信号を和周波光として発生する非線形光学材料
と、光学フィルタと、発生した和周波光を検出して電気
信号に変換する光検出器と、電気信号を処理して被測定
光パルス波形を表示する電気処理系とを備えた光サンプ
リング波形測定器において、 前記サンプリング光発生器として被測定光に対して角周
波差の大きいサンプリング光源を用い、前記非線形光学
結晶として二つの入射光の偏光方向が直交し複屈折に対
して一方が異常光で他方が常光の場合に位相整合を生じ
る非線形光学材料を用い、前記光学フィルタとして和周
波光のみを透過するバンドパスフィルタを用いた ことを特徴とする光サンプリング波形測定装置。
3. A sampling light generator for generating a sampling light pulse train having a pulse width narrower than that of the measured light signal, a polarization direction controller for controlling the polarization direction of the measurement light and the sampling light, and the measurement light and the sampling light. , A nonlinear optical material that generates a cross-correlation signal of the measured optical pulse and the sampling optical pulse as sum frequency light, an optical filter, and the generated sum frequency light is detected and converted into an electrical signal. An optical sampling waveform measuring instrument comprising a photodetector for converting and an electrical processing system for processing an electrical signal to display an optical pulse waveform to be measured, wherein the sampling light generator is an angular frequency difference with respect to the optical signal to be measured. As the nonlinear optical crystal, the polarization directions of the two incident light beams are orthogonal to each other and the phase adjustment is performed when birefringence occurs when one is extraordinary and the other is ordinary. An optical sampling waveform measuring device characterized by using a non-linear optical material that causes a mismatch and using a bandpass filter that transmits only sum frequency light as the optical filter.
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