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JPH0810162B2 - Optical sampling waveform measuring device - Google Patents
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JPH0810162B2 - Optical sampling waveform measuring device - Google Patents

Optical sampling waveform measuring device

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JPH0810162B2
JPH0810162B2 JP3535188A JP3535188A JPH0810162B2 JP H0810162 B2 JPH0810162 B2 JP H0810162B2 JP 3535188 A JP3535188 A JP 3535188A JP 3535188 A JP3535188 A JP 3535188A JP H0810162 B2 JPH0810162 B2 JP H0810162B2
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waveform
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由明 山林
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、強度変調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
形測定装置に関し、特に、被測定光パルスの偏光状態の
変動を自動的に補償して光パルス波形を測定する装置に
関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical sampling waveform measuring apparatus for measuring an optical pulse waveform used in intensity-modulated optical communication or the like using sum frequency light generation, and more particularly, to an optical sampling waveform measuring apparatus. The present invention relates to an apparatus for automatically compensating for changes in the polarization state of a measurement light pulse and measuring the light pulse waveform.

[従来の技術] 従来、2次の非線形光学系による和周波光発生を利用
した光パルスの観測では、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結晶に導
き、両者の相互相関信号を和周波光として取り出す方法
を使用している。
[Prior Art] Conventionally, in the observation of an optical pulse using sum frequency light generation by a second-order nonlinear optical system, an optical pulse to be observed and a sampling optical pulse having a narrower width are guided to a nonlinear optical crystal, and both The method of extracting the cross-correlation signal as sum frequency light is used.

この方法における被測定パルスとサンプリングパルス
の時間的な相対位置の変化と、これによって得られる低
速の相互相関波形を第5図に示す。サンプリングパルス
の繰り返し周明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]だけ低くするこ
とによってこのような動作が可能になる。
FIG. 5 shows the change in the relative position of the measured pulse and the sampling pulse with time in this method, and the low-speed cross-correlation waveform obtained thereby. The repetition frequency of the sampling pulse is the repetition frequency f of the measured pulse.
Such operation becomes possible by slightly lowering it from [Hz], that is, by Δf [Hz].

一般的には、この周波数差はサンプリングの繰り返し
周波数f−Δf[Hz]よりもはるかに低いので、実際の
サンプリング動作は図に示したものよりはるかに連続的
なサンプリングに近い。相互相関波形のもつ帯域はこの
周波数差程度であるので高速の受光器を必要としない利
点がある。
In general, this frequency difference is much lower than the sampling repetition frequency f−Δf [Hz], so the actual sampling operation is much closer to continuous sampling than that shown in the figure. Since the band of the cross-correlation waveform is about this frequency difference, there is an advantage that a high-speed photodetector is not required.

さて、和周波光発生素子としての非線形光学結晶は特
定の直線偏光の入射光に対してのみ最適に動作する。た
とえば、異常光(または常光)同士で最大の和周波光が
発生するような結晶を「タイプI」結晶と称している。
この場合、第5図に示した相互相関波形(和周波光)の
強度はサンプリングパルスと被測定パルスの強度(Is,I
m)のうち、異常光(または常光)に対応する成分(Is
e,Ime)(またはIso,Imo)の積に比例する。従って、最
大の和周波光を得るためには、サンプリングパルスと被
測定パルスは異常光(または常光)に対応する直線偏光
にする必要がある。特に、和周波光発生効率が高いとさ
れる導波路型の結晶においてはタイプIの動作をするも
のが多いので、サンプリングパルスと被測定パルスは異
常光(または常光)に対応する直線偏光にする必要が特
に大である。
Now, the nonlinear optical crystal as the sum frequency light generating element operates optimally only for the incident light of a specific linearly polarized light. For example, a crystal in which extraordinary rays (or ordinary rays) generate the maximum sum frequency light is called a "type I" crystal.
In this case, the intensity of the cross-correlation waveform (sum frequency light) shown in FIG. 5 is the intensity of the sampling pulse and the pulse under measurement (Is, I
m) of the component (Is) corresponding to extraordinary light (or ordinary light)
proportional to the product of e, Ime) (or Iso, Imo). Therefore, in order to obtain the maximum sum frequency light, the sampling pulse and the pulse under measurement must be linearly polarized light corresponding to the extraordinary light (or ordinary light). In particular, since many of the waveguide type crystals that are said to have high sum frequency light generation efficiency perform type I operation, the sampling pulse and measured pulse are linearly polarized light corresponding to extraordinary light (or ordinary light). The need is particularly great.

一方、光パルスの偏光状態は、それが伝搬する光ファ
イバの複屈折により規定される。
On the other hand, the polarization state of an optical pulse is defined by the birefringence of the optical fiber in which it propagates.

測定に使用する単一モード光ファイバにも複屈折があ
り、光ファイバの曲がりや外圧によって、出射端におけ
る光の偏光状態は影響を受ける。従って、明確な偏光特
性を持つ光源からのパルスであっても、偏光保持特性を
持たない通常の光ファイバを伝送させる限り、測定器の
入力部における偏光状態は一義的に定まらず、むしろラ
ンダムに変動する。
The single mode optical fiber used for measurement also has birefringence, and the bending state of the optical fiber and the external pressure affect the polarization state of light at the exit end. Therefore, even if it is a pulse from a light source with a clear polarization characteristic, the polarization state at the input part of the measuring instrument is not uniquely determined, but rather randomly, as long as it is transmitted through a normal optical fiber that does not have a polarization maintaining characteristic. fluctuate.

ただし、この変動はファイバに加わる外乱の変動の速
さと同じ程度であり、特殊な条件下でなければこれが1H
zより速くなることはあまりないといえる。
However, this fluctuation is about the same as the fluctuation speed of the disturbance applied to the fiber.
It can be said that it is rarely faster than z.

タイプI結晶を用いた場合、観測すべき光パルスの偏
光状態が変動すると実効的に効率が変動するのと等価に
なり、観測される相関波形の振幅が変動し、正しい波形
データが得られないことになる。
When the type I crystal is used, it is equivalent to that the efficiency changes effectively when the polarization state of the optical pulse to be observed changes, and the amplitude of the observed correlation waveform fluctuates, and correct waveform data cannot be obtained. It will be.

[発明が解決しようとする課題] 確かに、光ファイバが静置されている状態では、光フ
ァイバの複屈折も変化しないので、出射端における偏光
状態は変動しない。この場合はバビネ・ソレイユ補償板
やファイバループを組み合わせた偏光補償回路を用い
て、タイプI結晶の入射端面における偏光状態を最適化
することができる。
[Problems to be Solved by the Invention] When the optical fiber is stationary, the birefringence of the optical fiber does not change, so that the polarization state at the exit end does not change. In this case, the polarization state at the incident end face of the type I crystal can be optimized by using a polarization compensating circuit in which a Babinet-Soleil compensator and a fiber loop are combined.

そのために、これまでは、ファイバループを組み合わ
せた偏光制御回路を光ファイバ伝送路中に挿入して、タ
イプI結晶への入射偏波条件を最適化したのち、光ファ
イバに触れないようにして測定を行っていた。
For this reason, until now, a polarization control circuit combining fiber loops was inserted into the optical fiber transmission line to optimize the incident polarization condition to the type I crystal, and then the measurement was performed without touching the optical fiber. Was going on.

第6図にこのような従来の光サンプリング光波形測定
装置の構成例を示す。
FIG. 6 shows a configuration example of such a conventional optical sampling optical waveform measuring device.

第6図において、1はサンプリング周波数f−Δfの
発振器、2は発振器1からの発振出力に応じてサンプリ
ングパルス光を発生するサンプリングパルス発生部であ
る。そのサンプリングパルス光を偏光制御部3に入射さ
せて、そのサンプリングパルス光の偏波状態を最適状態
に調整する。
In FIG. 6, reference numeral 1 is an oscillator having a sampling frequency f−Δf, and 2 is a sampling pulse generator that generates sampling pulse light in accordance with an oscillation output from the oscillator 1. The sampling pulse light is made incident on the polarization controller 3 to adjust the polarization state of the sampling pulse light to an optimum state.

他方、サンプリング周波数発振器1からの発振出力を
RFミクサ4に導き、ここで外部装置としての被測定パル
ス列発生部5からの周波数fの電気パルスと上述の発振
出力とを混合する。その混合出力をローパスフィルタ6
に供給して周波数Δfの成分を抽出してトリガ信号とな
し、そのトリガ信号を表示部7に供給する。
On the other hand, the oscillation output from the sampling frequency oscillator 1
It is led to the RF mixer 4, and the electric pulse of the frequency f from the pulse train generation unit 5 to be measured as an external device is mixed with the oscillation output described above. The mixed output is a low pass filter 6
To a trigger signal by extracting the component of the frequency Δf and supplying the trigger signal to the display unit 7.

さらに、被測定パルス列発生部5からの周波数fの被
測定光パルスを偏光制御部8に導き、ここでその光パル
スの偏波状態を最適状態に調整する。偏光制御部3およ
び8で、それぞれ、偏光状態が調整されたサンプリング
光パルスおよび被測定光パルスを結合器9を介してタイ
プI非線形結晶10に導き、ここで周波数Δfの低速の相
互相関出力光を得る。その出力光を低速受光器11で受光
して電気信号に変換したのちに、信号処理部12に供給し
て適切な信号処理を施してから表示部7に供給する。表
示部7では、信号処理部12からの出力をトリガ信号のタ
イミングで第4図に示すような波形として表示する。
Further, the measured optical pulse having the frequency f from the measured pulse train generating section 5 is guided to the polarization control section 8 and the polarization state of the optical pulse is adjusted to the optimum state here. In the polarization control units 3 and 8, the sampling light pulse and the measured light pulse whose polarization states have been adjusted are guided to the type I nonlinear crystal 10 via the coupler 9, where the low-speed cross-correlation output light of the frequency Δf is output. To get The output light is received by the low-speed light receiver 11 and converted into an electric signal, which is then supplied to the signal processing unit 12 for appropriate signal processing and then supplied to the display unit 7. The display unit 7 displays the output from the signal processing unit 12 as a waveform as shown in FIG. 4 at the timing of the trigger signal.

なお、第6図における太い実線は光信号の流れを示
し、細い実線は電気信号の流れを示す。
The thick solid line in FIG. 6 shows the flow of optical signals, and the thin solid line shows the flow of electrical signals.

結合器9では、繰り返し周波数fの被測定光パルスに
対して、その光パルスよりパルス幅の狭い別のサンプリ
ングパルスを重畳し、その重畳出力光を特定の直線偏光
についてのみ最適に動作する非線形光学結晶10に入射さ
せて、さらにこのサンプリングパルスの遅延を掃引した
ときに、両光パルスの重なった部分に比例して発生する
和周波光電力が描く相互相関波形を表示装置7上に表示
させて、入射光パルス波形を測定する。
The coupler 9 superimposes another sampling pulse having a pulse width narrower than the optical pulse on the optical pulse to be measured having the repetition frequency f, and the superposed output light is optimally operated only for specific linearly polarized light. When it is incident on the crystal 10 and the delay of this sampling pulse is further swept, the cross-correlation waveform drawn by the sum frequency optical power generated in proportion to the overlapping portion of both optical pulses is displayed on the display device 7. , Measure the incident light pulse waveform.

しかしながら、実際の測定においては光ファイバに触
れずにおくことは不可能に近く、最適な偏光状態を維持
するためには偏光状態を常にモニタする必要がある。
However, it is almost impossible to touch the optical fiber in the actual measurement, and it is necessary to constantly monitor the polarization state in order to maintain the optimum polarization state.

以上の測定装置においては、半導体レーザからの光パ
ルスのようにパルス内で発振周波数が変化する(チャー
ブする)被測定パルス列の場合、光ファイバのような複
屈折媒質を通過させると、結果としてそのパルス内での
偏光状態も変化することになる。このときは、上記の偏
光補償回路では十分に補償しきれない部分が必ず存在す
ることになり、観測波形は真の波形から大きくずれるこ
とになる。
In the above measuring apparatus, in the case of a pulse train to be measured whose oscillation frequency changes (chirves) within a pulse like an optical pulse from a semiconductor laser, when a birefringent medium such as an optical fiber is passed, The polarization state within the pulse will also change. In this case, there is always a portion that cannot be fully compensated by the above polarization compensation circuit, and the observed waveform deviates significantly from the true waveform.

従って、任意の偏光状態の入射光パルスに対して、高
感度で正しい波形観測を行うためには、出力信号が入射
偏光状態に依存しない光サンプリング波形測定装置の開
発が必要になる。
Therefore, in order to perform accurate waveform observation with high sensitivity on an incident optical pulse of any polarization state, it is necessary to develop an optical sampling waveform measuring device whose output signal does not depend on the incident polarization state.

最も単純には、非線形結晶を2つ用意し、これら2つ
の非線形結晶を各々の偏光成分に対して割り振れば良い
のであるが、これではサンプリング測定系を2台設ける
のと同じである。加えて、この方法では、2台の測定系
の感度を一致させる必要があり、安定性、信頼性、経済
性の点で問題がある。
The simplest is to prepare two nonlinear crystals and allocate these two nonlinear crystals to their respective polarization components. This is the same as providing two sampling measurement systems. In addition, in this method, it is necessary to match the sensitivities of the two measurement systems, which is problematic in terms of stability, reliability, and economy.

そこで、本発明の目的は、和周波光発生技術を用いた
光サンプリング波形測定装置において、上述した問題点
を解決して、ランダムな偏光状態の変動による測定波形
の振幅変動を自動的に補償するようにした光サンプリン
グ波形測定装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in an optical sampling waveform measuring apparatus using a sum frequency light generation technique, and automatically compensate the amplitude fluctuation of the measured waveform due to the random fluctuation of the polarization state. An optical sampling waveform measuring device is provided.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明は、繰り返しを有
する測定すべき入射光パルスに対し、入射光パルスより
幅の狭い別のサンプリング光パルスを重畳し、その重畳
出力光を特定の直線偏光にのみ最適に動作する非線形光
学結晶に入射させ、さらにサンプリング光パルスの遅延
を掃引したときに、これら2つの光パルスの重なった部
分に比例して発生する和周波光電力が描く相互相関波形
より、入射光パルスの波形を測定する光サンプリング波
形測定装置において、入射光パルスを互いに直交する2
つの直線偏光成分に分離する偏光分離手段と、その分離
された一方の光パルスをパルス幅に比べて大きい時間だ
け相対的に遅延させる遅延手段と、偏光分離手段と同種
の光学素子で構成され、遅延手段からの同一の光軸上に
結合させる結合手段と、その結合出力から互いに直交す
る2つの直線偏光成分に対応する時間的に分離されたパ
ルスを形成する手段と、その分離されたパルスを加算す
ることにより、入射光パルスの偏光状態の変動による測
定波形の振幅変動を自動的に補償する手段とを具えたこ
とを特徴とする。
[Means for Solving the Problem] In order to achieve the above object, the present invention superimposes another sampling light pulse having a width narrower than that of the incident light pulse to be measured, which has repetition, When the superimposed output light is incident on a nonlinear optical crystal that operates optimally only for a specific linearly polarized light and the delay of the sampling light pulse is swept, the sum frequency that is generated in proportion to the overlapping portion of these two light pulses In an optical sampling waveform measuring device that measures the waveform of an incident light pulse from the cross-correlation waveform drawn by optical power, the incident light pulses are orthogonal to each other 2
A polarization splitting means for splitting into one linearly polarized light component, a delaying means for relatively delaying one of the split light pulses by a time larger than the pulse width, and an optical element of the same kind as the polarization splitting means, Coupling means for coupling on the same optical axis from the delay means, means for forming temporally separated pulses corresponding to two linearly polarized components orthogonal to each other from the combined output, and the separated pulses. Means for automatically compensating the amplitude fluctuation of the measurement waveform due to the fluctuation of the polarization state of the incident light pulse by adding.

[作 用] 本発明では、入射する光パルスを互いに直交する2つ
の直線偏光のパルスに分離し、別々に光サンプリングを
実施した後、各々の測定波形を加算する。すなわち、本
発明では、1つの結晶を被測定光パルスの直交する2つ
の直線偏光成分の光パルスに対して時分割で動作させ、
時間的にシリアルにえられる直交成分に対する測定波形
を電気的に加算処理する。
[Operation] In the present invention, the incident optical pulse is separated into two linearly polarized pulses which are orthogonal to each other, the optical sampling is performed separately, and then the respective measurement waveforms are added. That is, in the present invention, one crystal is operated in time division with respect to the light pulses of two linearly polarized light components orthogonal to each other of the light pulse to be measured,
The measured waveforms of the quadrature components serially obtained in time are electrically added.

特定の波長帯と材料においてのみ実現可能であるが、
いわゆる「タイプII」と呼ばれる非線形光学結晶を用い
て、サンプリングパルスの偏光状態を最適化することに
より、結晶内を伝搬する常光も異常光も和周波光発生に
寄与させるうことができ、それによれば入射光の偏光状
態の変動に左右されない和周波光発生を実現できる。
It can be realized only in specific wavelength bands and materials,
By optimizing the polarization state of the sampling pulse using a so-called "type II" nonlinear optical crystal, both ordinary and extraordinary light propagating in the crystal can contribute to the generation of sum frequency light. Thus, it is possible to realize the generation of sum frequency light that is not affected by the change in the polarization state of incident light.

以上のようにして、本発明では、ランダムな偏光状態
の変動による測定波形の振幅変動を自動的に補償するこ
とによって、安定に光パルス波形を測定することができ
る。
As described above, in the present invention, the optical pulse waveform can be stably measured by automatically compensating the amplitude variation of the measurement waveform due to the random variation of the polarization state.

[実施例] 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図および第2図に本発明の第1実施例の構成を示
す。
1 and 2 show the configuration of the first embodiment of the present invention.

この第1実施例は、パルスの繰り返し周期tよりもパ
ルス幅が十分に小さい場合に適用可能である。
The first embodiment is applicable when the pulse width is sufficiently smaller than the pulse repetition period t.

第1図に示すように、被測定光信号としての繰り返し
周期tの入射光パルスをローションプリズム21に導き、
ここで直交する直線偏光成分に分け、異なった長さの行
路を伝搬させることにより一方の光パルスをD/2だけ遅
延させた後、両光パルスを再び第2のローションプリズ
ム22に導き、ここで結合させる。光路差をパルス幅より
大きくすれば、2つの互いに直交した直線偏光の光パル
スが時間的に光路差Dだけ分離して得られる。ここで用
いた光部品による反射損や吸収損を無視すれば、これら
2つの光パルスの電力の和は入射した光パルスの電力に
等しい。
As shown in FIG. 1, an incident light pulse having a repetition period t as an optical signal to be measured is guided to the Rochon prism 21,
Here, after splitting into orthogonal linearly polarized light components and propagating paths of different lengths, one optical pulse is delayed by D / 2, and then both optical pulses are guided to the second Rochon prism 22 again. Combine with. If the optical path difference is made larger than the pulse width, two linearly polarized light pulses orthogonal to each other can be obtained by temporally separating the optical path difference D. If the reflection loss and absorption loss due to the optical components used here are ignored, the sum of the powers of these two light pulses is equal to the power of the incident light pulse.

これらの光パルスを一般的な「タイプI」非線形光学
結晶10を用いた通常の光サンプリング法で観測する。た
だし、結晶10が最大効率を示す偏光方向に対して入射光
パルスの直線偏光方向が45度をなすようにする必要があ
る。そこで、上述した両光パルスを結晶10の偏向方向の
検光子23に通す。これにより、各々の偏光成分が等しく
1/2の寄与をすることになる。なお、結晶10がこの検光
子23の働きを兼ねる場合には、この検光子23を省略する
ことができる。
These light pulses are observed by a conventional optical sampling method using a general "Type I" nonlinear optical crystal 10. However, the linear polarization direction of the incident light pulse needs to be 45 degrees with respect to the polarization direction in which the crystal 10 shows the maximum efficiency. Therefore, both of the light pulses described above are passed through the analyzer 23 in the deflection direction of the crystal 10. This ensures that each polarization component is equal
It will make a contribution of 1/2. If the crystal 10 also functions as the analyzer 23, the analyzer 23 can be omitted.

このようにして検光子23から得た光出力をサンプリン
グパルス光と共に半透鏡などによる結合器9に通してサ
ンプリングパルスと重畳し、その重畳光出力を非線形光
学結晶10に入射させる。ここで、サンプリングパルスの
掃引周期をTとすると、観測される相互相関出力におけ
るパルス波形も周期Tをもち、各々の偏光成分に対応し
て時間的にTD/tだけ離れた2つのパルスが周期T内に観
測される。Tを数10msecのオーダにすれば、この周期内
で偏光は一定であると考えられる。
In this way, the optical output obtained from the analyzer 23 is passed through the coupler 9 such as a semi-transparent mirror together with the sampling pulse light to be superimposed on the sampling pulse, and the superimposed optical output is made incident on the nonlinear optical crystal 10. Here, when the sweep period of the sampling pulse is T, the pulse waveform in the observed cross-correlation output also has a period T, and two pulses that are TD / t apart in time corresponding to each polarization component are periods. Observed within T. If T is on the order of several tens of msec, the polarization is considered to be constant within this period.

そこで、受光器11からの相互相関出力を処理する信号
処理部12では、たとえば第2図に示すように、この相互
相関についての観測電気波形信号を分岐器24に供給して
さらに2分割し、その一方の信号を遅延器25に通すこと
によって、各々の偏光成分に対応した2つのパルスが重
なるよう遅延させてから、加算器26によって加算し、重
ならない部分を切り捨てる。これによれば、入射光パル
スの偏光状態に依存しない光サンプリングを実現でき
る。
Therefore, in the signal processing unit 12 that processes the cross-correlation output from the photodetector 11, for example, as shown in FIG. 2, the observed electrical waveform signal regarding this cross-correlation is supplied to the branching device 24 and further divided into two. One of the signals is passed through the delay device 25 to delay the two pulses corresponding to the respective polarization components so that they overlap each other, and then the adder 26 adds the two signals and discards the non-overlapping parts. According to this, optical sampling that does not depend on the polarization state of the incident light pulse can be realized.

また、偏光分離プリズムとしてのローションプリズム
21代わりに、偏波分散の大きい単一モードファイバを用
意し、後段の検光子23の透過偏光面がこの主軸に対して
45度をなすように配置しても同様の効果が得られる。
Also, a lotion prism as a polarization separation prism
Instead of 21, the single-mode fiber with large polarization dispersion is prepared, and the transmission polarization plane of the analyzer 23 in the latter stage is
The same effect can be obtained by arranging so as to form 45 degrees.

なお、光パルスの繰り返し周期tに比べ、パルス幅が
十分に小さいとはいえない場合には、第3図に示す第2
実施例が有効である。
If the pulse width is not sufficiently smaller than the repetition period t of the optical pulse, the second pulse shown in FIG.
The examples are valid.

第3図に示すように、入射光パルスを偏波偏光プリズ
ム31に通して直交する2つの直線偏光を持つ光パルスに
分割した後に、これら光パルスを光スイッチ32に導き、
ここでサンプリング周期に同期した切り替え信号によっ
ていずれか一方の光パルスのみが取り出されるように切
り替えて、2つの偏光成分を図示のAとBのように時間
的に分割して出力する。このように切り替えられた光パ
ルスを、第1実施例と同様の構成でサンプリング測定す
る。
As shown in FIG. 3, after the incident light pulse is passed through the polarization polarizing prism 31 and divided into two light pulses having two linearly polarized light beams orthogonal to each other, these light pulses are guided to the optical switch 32,
Here, the switching signal synchronized with the sampling cycle is switched so that only one of the optical pulses is extracted, and the two polarization components are temporally divided and output as shown by A and B in the figure. The optical pulse switched in this way is sampled and measured with the same configuration as in the first embodiment.

信号処理部12では、このようにして得られる切り替え
前後の波形AとBとを、第4図に示すようにして加算す
る。それにより、各々の偏光成分による波形が加算され
ることになり、以て、入射光パルスの偏光状態に依存し
ない光サンプリング測定波形を実現できる。
In the signal processing unit 12, the waveforms A and B before and after the switching thus obtained are added as shown in FIG. As a result, the waveforms of the respective polarization components are added, so that an optical sampling measurement waveform that does not depend on the polarization state of the incident light pulse can be realized.

本発明のさらに他の実施例では、和周波光発生素子で
ある非線形光学結晶として、いわゆる「タイプII」整合
条件が実現できる種類の結晶を用いることもできる。こ
の種の非線形光学結晶は、基本波の波長における常光と
異常光の屈折率の平均値が第2次高調波光の波長におけ
る屈折率に等しくなるもので、一般的に得られるもので
はない。しかし、この条件が実現される特定の結晶およ
び波長では、入射光パルスの偏光状態に依存しない光サ
ンプリング光波形測定装置を以下に述べるようにして実
現できる。
In yet another embodiment of the present invention, as the nonlinear optical crystal that is the sum frequency light generating element, a crystal of a type that can achieve the so-called "type II" matching condition can be used. This type of non-linear optical crystal is one in which the average value of the refractive index of ordinary light and extraordinary light at the wavelength of the fundamental wave is equal to the refractive index at the wavelength of the second harmonic light, and is not generally available. However, at a specific crystal and wavelength where this condition is realized, an optical sampling optical waveform measuring device that does not depend on the polarization state of the incident light pulse can be realized as described below.

まず、タイプII結晶においては、互いに直交する異常
光と常光が和周波光発生に寄与する。つまり、サンプリ
ング光の常光成分(Iso)と被測定光の異常光成分(Im
e)の積に比例するような和数波光発生の過程と、サン
プリング光の異常光成分(Ise)と被測定光の常光成分
(Imo)の間の和周波光発生の過程とが同時に進行す
る。そこで、サンプリング光も異常光と常光に等しい振
幅で入射するように、常光の偏光面に対して45度傾斜し
た偏光面の直線偏光、あるいは円偏光として入射させる
ようにしておけば、入射光パルスがいかなる偏光状態で
あっても、その偏光状態の変動による測定波形の振幅変
動を自動的に補償して、安定したサンプリングを実現で
きる。
First, in a type II crystal, extraordinary light and ordinary light, which are orthogonal to each other, contribute to the generation of sum frequency light. That is, the ordinary light component (Iso) of the sampling light and the extraordinary light component (Im) of the measured light
e) The process of generation of sum-wave light proportional to the product and the process of generation of sum-frequency light between the extraordinary light component (Ise) of the sampling light and the ordinary light component (Imo) of the measured light simultaneously proceed. . Therefore, if the sampling light is also incident with the same amplitude as the extraordinary light and the ordinary light, if it is incident as linearly polarized light or circularly polarized light with a polarization plane inclined by 45 degrees with respect to the polarization plane of the ordinary light, the incident light pulse Whatever the polarization state is, it is possible to realize the stable sampling by automatically compensating the amplitude variation of the measurement waveform due to the variation of the polarization state.

[発明の効果] 以上説明してきたように、本発明によれば、ランダム
な偏光状態の変動による測定波形の振幅変動を自動的に
補償することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to automatically compensate the amplitude fluctuation of the measurement waveform due to the random fluctuation of the polarization state.

偏光状態のランダムな変化が非常にゆっくりであれ
ば、バビネ・ソレイユ補償板等で直線偏光に補償しても
実質的に問題は少ないが、一つのパルス内で偏光状態が
変化するような場合は、このような方法では不都合であ
り、本発明によってはじめて偏光状態の変動による測定
被形の振幅変動を自動的に補償することができる。
If the random change of the polarization state is very slow, there is practically no problem even if linear polarization is compensated with a Babinet-Soleil compensator, but if the polarization state changes within one pulse, However, such a method is inconvenient, and for the first time, according to the present invention, the amplitude variation of the measurement shape due to the variation of the polarization state can be automatically compensated.

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

第1図は本発明の第1実施例における光信号に対する処
理系統を示す構成図、 第2図は本発明の第1実施例における電気信号処理手順
を示す説明図、 第3図は本発明の第2実施例における光信号に対する処
理系統を示す構成図、 第4図は本発明の第2実施例における電気信号処理手順
を示す説明図、 第5図は被測定パルスとサンプリングパルスの時間的な
相対位置の変化と、これによって得られる低速の相互相
関波形を示す波形図、 第6図は従来の光サンプリング光波形測定装置の構成例
を示すブロック図である。 1……サンプリング周波数発振器、 2……サンプリングパルス発生部、 3……偏光制御部、 4……RFミクサ、 5……被測定パルス列発生部、 6……ローパスフィルタ、 7……表示部、 8……偏光制御部、 9……結合器、 10……I非線形光学結晶、 11……低速受光器、 12……信号処理部、 21,22……ローションプリズム、 23……検光子、 24……分岐器、 25……遅延器、 26……加算器、 31……偏光分離プリズム 32……光スイッチ。
FIG. 1 is a block diagram showing a processing system for an optical signal in the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing an electric signal processing procedure in the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing a processing system for an optical signal in the second embodiment, FIG. 4 is an explanatory diagram showing an electric signal processing procedure in the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a time chart of a measured pulse and a sampling pulse. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a conventional optical sampling optical waveform measuring device, which shows a change in relative position and a low-speed cross-correlation waveform obtained thereby. 1 ... Sampling frequency oscillator, 2 ... Sampling pulse generator, 3 ... Polarization controller, 4 ... RF mixer, 5 ... Measured pulse train generator, 6 ... Low-pass filter, 7 ... Display, 8 ...... Polarization control unit, 9 ...... Coupler, 10 …… I nonlinear optical crystal, 11 …… Slow-speed light receiver, 12 …… Signal processing unit, 21,22 …… Rochon prism, 23 …… Analyzer, 24 ・ ・ ・… Splitter, 25 …… Delayer, 26 …… Adder, 31 …… Polarization separation prism 32 …… Optical switch.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】繰り返しを有する測定すべき入射光パルス
に対し、該入射光パルスより幅の狭い別のサンプリング
光パルスを重畳し、その重畳出力光を特定の直線偏光に
のみ最適に動作する非線形光学結晶に入射させ、さらに
前記サンプリング光パルスの遅延を掃引したときに、こ
れら2つの光パルスの重なった部分に比例して発生する
和周波光電力が描く相互相関波形より、前記入射光パル
スの波形を測定する光サンプリング波形測定装置におい
て、 前記入射光パルスを互いに直交する2つの直線偏光成分
に分離する偏光分離手段と、 その分離された一方の光パルスをパルス幅に比べて大き
い時間だけ相対的に遅延させる遅延手段と、 前記遅延手段からの時間的に分離された光パルスを同一
の光軸上に結合させる結合手段と、 その結合出力から互いに直交する2つの直線偏光成分に
対応する時間的に分離されたパルスを形成する手段と、 その分離されたパルスを加算することにより、前記入射
光パルスの偏光状態の変動による測定波形の振幅変動を
自動的に補償する手段と を具えたことを特徴とする光サンプリング波形測定装
置。
1. A non-linear optical system which superimposes another sampling optical pulse having a width narrower than that of the incident optical pulse to be measured having repetitions, and optimally operates the superposed output light only for a specific linearly polarized light. From the cross-correlation waveform drawn by the sum frequency optical power generated in proportion to the overlapping portion of these two optical pulses when the optical pulse is made incident on the optical crystal and the delay of the sampling optical pulse is swept, In an optical sampling waveform measuring device for measuring a waveform, a polarization separation means for separating the incident light pulse into two linearly polarized light components orthogonal to each other, and one of the separated light pulses are relative to each other for a time larger than the pulse width. Delaying means for delaying the optical pulses, a combining means for combining the temporally separated optical pulses from the delaying means on the same optical axis, and a combined output thereof Means for forming temporally separated pulses corresponding to two linearly polarized light components orthogonal to each other, and by adding the separated pulses, the amplitude of the measured waveform due to the variation of the polarization state of the incident light pulse An optical sampling waveform measuring device comprising means for automatically compensating for fluctuations.
【請求項2】繰り返しを有する測定すべき入射光パルス
と結晶における常光の偏光方向に対して45度傾斜した直
線偏光または円偏光方向を持つサンプリングパルスとを
重畳する手段と、 その重畳出力から該常光と異常光の強度の積に比例する
和周波光を発生させる手段と を具備し、前記和周波光の電力が描く相互相関波形より
前記入射光パルスの波形を測定することを特徴とする光
サンプリング波形測定装置。
2. A means for superimposing an incident light pulse to be measured having repetitions and a sampling pulse having a linear polarization or a circular polarization direction inclined by 45 degrees with respect to the polarization direction of the ordinary light in the crystal, Means for generating sum frequency light proportional to the product of the intensity of ordinary light and extraordinary light, and measuring the waveform of the incident light pulse from the cross-correlation waveform drawn by the power of the sum frequency light. Sampling waveform measuring device.
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