JP2005241733A

JP2005241733A - Sampling light generating device and optical sampling device using the same

Info

Publication number: JP2005241733A
Application number: JP2004047988A
Authority: JP
Inventors: Sarwar Abedin Kazi; サルワルアベディンカジ
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-24
Also published as: JP3937021B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sampling light generating device capable of easily observing an optical pulse waveform by obtaining sampling light without converting an optical pulse from a light source synchronizing with a signal light to be measured into an electric signal and to provide an optical sampling device. <P>SOLUTION: The sampling light generating device is provided with an input section of a laser light pulse sequence, an optical modulator generating a laser pulse sequence whose intensity is changed in time by modulating the intensity of the laser light pulse sequence by a previously determined signal, a light transmission medium generating an optical soliton by receiving and propagating the modulated laser light pulse sequence and having propagation speed characteristics depending on the intensity of the soliton, a nonlinear optical medium receiving outputted light from the light transmission medium as the sampling light together with a light signal to be observed and outputting mixed light formed by a nonlinear optical effect, a wave filter filtering the mixed light and a display receiving and displaying the filtered wave by synchronizing the filtered wave with the signal used for the intensity modulation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、光信号と光サンプリング信号との非線形光学効果によるサンプリングを行って、光信号の時間に関する強度分布を観測するためのサンプリング光発生装置とそれを用いた光サンプリング装置に関している。 The present invention relates to a sampling light generator for observing an intensity distribution of an optical signal with respect to time by performing sampling using a nonlinear optical effect between an optical signal and an optical sampling signal, and an optical sampling device using the sampling light generator.

サブピコ秒のサンプリング光を用いて、５００ＧＨｚ帯にある光パルス波形を観測できる光サンプリングオシロスコープ装置が既に市販されている。この装置は、図１２に示すように、被測定信号光とサンプリング光とを非線形結晶で混合して和周波光を生成し、この和周波光を受光器で光電変換しＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換して信号処理することで観測するものである。 An optical sampling oscilloscope apparatus that can observe an optical pulse waveform in the 500 GHz band using sub-picosecond sampling light is already on the market. In this apparatus, as shown in FIG. 12, the signal light to be measured and the sampling light are mixed by a nonlinear crystal to generate a sum frequency light, and the sum frequency light is photoelectrically converted by a light receiver to perform A / D (analog / It is observed by digitally converting and processing the signal.

この際サンプリング光は、通常、極短パルスレーザを用いて発生する。パルスレーザとして受動モード同期ファイバーレーザを利用した場合、レーザの繰り返し周波数は被測定パルスの繰り返し周波数の分周（Ｎ）からわずかにずらした周波数で動作させる。そのため被測定パルスは図１２に示しているように時間軸上、１、Ｎ＋１、２Ｎ＋１、という順でサンプリングされることとなるが、徐々にずれるため時間上、少しずつシフトしながらパルスの強度を観測することになる。このように同期を徐々にずらすことは、被測定信号光を光電変換した信号を電気回路で分周して局部発振器の周波数と周波数混合して得られる周波数でサンプリング光源を動作させることが多い。 At this time, the sampling light is usually generated using an ultrashort pulse laser. When a passively mode-locked fiber laser is used as the pulse laser, the laser repetition frequency is operated at a frequency slightly shifted from the frequency division (N) of the repetition frequency of the pulse to be measured. Therefore, as shown in FIG. 12, the pulse to be measured is sampled in the order of 1, N + 1, 2N + 1 on the time axis, but gradually shifts so that the intensity of the pulse is gradually shifted over time. Observe. In this way, gradually shifting the synchronization often causes the sampling light source to operate at a frequency obtained by frequency-dividing a signal obtained by photoelectrically converting the signal light to be measured by an electric circuit and mixing the frequency with the frequency of the local oscillator.

また、非特許文献２のＦｉｇ．１に記載された構成を図１３に示すように、高繰り替えし（１０ＧＨｚ）モードロックファイバーリングレーザ（ＭＬ−ＦＲＬ）１の出力パルス波形をみるために、それと近い繰り返し周波数を持つもう一つのモード同期レーザ（ＭＬ−ＦＲＬ２）からの光パルスを用いることができる。図１３の構成では、２つのＭＬ−ＦＲＬのパルスの繰り返し周波数の差の信号をオシロスコープのトリガとして用いて、ＭＬ−ＦＲＬ１からの光パルスとＭＬ−ＦＲＬ２からの光パルスとを周期的分極性ニオブ酸リチウム結晶（ＰＰＬＮ）に通して、それらの積を濾波器（ＯＢＰＦ）で濾波し、光検出器（ＰＤ）で検出して、オシロスコープで観察する。この観察方法では、２台のＭＬ−ＦＲＬと、それらを、僅かに異なる繰り返し周波数でパルス発振させるようにすることが必要である。 Also, FIG. As shown in FIG. 13, another mode having a repetition frequency close to that of the high-repetition (10 GHz) mode-locked fiber ring laser (ML-FRL) 1 is shown in FIG. Light pulses from a synchronous laser (ML-FRL2) can be used. In the configuration of FIG. 13, a signal of the difference in repetition frequency between two ML-FRL pulses is used as an oscilloscope trigger, and an optical pulse from ML-FRL1 and an optical pulse from ML-FRL2 are periodically polarized niobium. The product is passed through lithium acid crystals (PPLN), filtered with a filter (OBPF), detected with a photodetector (PD) and observed with an oscilloscope. In this observation method, it is necessary to oscillate two ML-FRLs and pulse them at slightly different repetition frequencies.

本発明は、被測定信号光の波形を掃引するサンプリング光の発生を光学的に行うものであるので、次に、この点についての従来例を説明する。後に詳しく説明するように、本発明では、強度変調を持つパルスソリトン自己周波数シフトによって僅かに波長の異なるパルスを発生した際、光パルス伝播速度が、その波長に依存することを用いている。 Since the present invention optically generates sampling light that sweeps the waveform of the signal light under measurement, a conventional example of this point will be described next. As will be described in detail later, in the present invention, when a pulse having a slightly different wavelength is generated by a pulse soliton self-frequency shift having intensity modulation, the light pulse propagation velocity depends on the wavelength.

光パルスの波長を変える手段として、光ファイバー中のソリトン自己周波数シフト効果によってパルスの波長変換方法が有効であることが知られている。例えば、非特許文献１の図１に記載されている様に、ピコ秒幅の光パルスを十分に増幅した後、光ファイバーに注入する。ファイバーに注入された光が、ファイバーを伝搬する際に、ソリトンパルスが発生する。この後、ラマン効果によってソリトンの波長は長い方向に徐々にシフトしてゆく。この方法は、ソリトン自己周波数シフトと呼ばれ、また、この方法によって、光ファイバーから発生する光パルスの波長を、１５５０から１６７０ｎｍまで、約１２０ｎｍも変えることが可能である旨報告されている。この波長変換幅は、ファイバーヘ入力する光のピーク値（平均強度に比例する）によって決まる。非特許文献１には、図２に示すように、光パルスにパワーを大きくすることによって、その中心波長を大きくシフトすることが報告されている。また、このようなソリトン周波数シフト法によって発生するパルス列の光パルス幅は２００フェムト秒（ｆｓ）以下に狭くすることが出来ることも報告されている。 As a means for changing the wavelength of an optical pulse, it is known that a pulse wavelength conversion method is effective due to a soliton self-frequency shift effect in an optical fiber. For example, as described in FIG. 1 of Non-Patent Document 1, a light pulse having a picosecond width is sufficiently amplified and then injected into an optical fiber. As light injected into the fiber propagates through the fiber, soliton pulses are generated. After this, the wavelength of the soliton gradually shifts in the long direction due to the Raman effect. This method is called soliton self-frequency shift, and it is reported that the wavelength of the light pulse generated from the optical fiber can be changed from 1550 to 1670 nm by about 120 nm by this method. This wavelength conversion width is determined by the peak value of light input to the fiber (proportional to the average intensity). Non-Patent Document 1 reports that the center wavelength is greatly shifted by increasing the power of the optical pulse as shown in FIG. It has also been reported that the optical pulse width of a pulse train generated by such a soliton frequency shift method can be narrowed to 200 femtoseconds (fs) or less.

しかし、非特許文献１の手段では、それぞれの光パルスを、一定振幅を持つように増幅した後、光ファイバーに入力すると、全ての入カパルスの波形が長波長側に移動するような波長変化を引き起こすことになる。これは、そのそれぞれの光パルスでソリトン自己周波数シフトが起こることによる。このようなソリトン自己周波数シフト効果によって発生するパルスの幅は、数百フェムト秒程度の狭いものである。これらのパルスを、光サンプリングに用いることや、ソリトン自己周波数シフト効果を利用した光学的スキャンについては知られていない。 However, in the means of Non-Patent Document 1, when each optical pulse is amplified so as to have a constant amplitude and then input to the optical fiber, a wavelength change is caused such that the waveform of all incoming pulses moves to the long wavelength side. It will be. This is due to the soliton self-frequency shift occurring with each of the light pulses. The width of the pulse generated by the soliton self-frequency shift effect is as narrow as several hundred femtoseconds. It is not known about using these pulses for optical sampling or optical scanning using the soliton self-frequency shift effect.

Kazi S. Abedin and Fumito Kubota, Optics Letters vol. 28, no. 19, page 1760-1762 (2003)Kazi S. Abedin and Fumito Kubota, Optics Letters vol. 28, no. 19, page 1760-1762 (2003) S.Kawanishi, T.Ymamoto, M. Nakazawa and M.M.FejerMori, ELECTRONICS LETTERS 21st June 2001, vol. 37 No.13, page 842-844S. Kawanishi, T. Ymamoto, M. Nakazawa and M. M. FejerMori, ELECTRONICS LETTERS 21st June 2001, vol. 37 No. 13, page 842-844 E.M.Dianov, et al., "Simulated Raman conversion of multisoliton pulses in quartz optical fibers" JETRP Lett., vol.41, pp.294-297 (1999)E.M.Dianov, et al., "Simulated Raman conversion of multisoliton pulses in quartz optical fibers" JETRP Lett., Vol.41, pp.294-297 (1999) T.Saitoh, et al., "Gain of high-intensity pulse-pumped GaP-AlGaP waveguide Rqaman amplifier" IEE Proceedings Optoelectronics Vol.146, No.5, page 209-212 (1999)T. Saitoh, et al., "Gain of high-intensity pulse-pumped GaP-AlGaP waveguide Rqaman amplifier" IEE Proceedings Optoelectronics Vol.146, No.5, page 209-212 (1999)

上記の様に、被測定パルスについてＮ個ごとにサンプリング行う方法では、Ｎが大きくなるにつれてサンプリング点の数が相対的に低下し、混合後の信号が相対的に弱くなり、雑音に弱いという特徴がある。また被測定パルスと同じ繰り替えしモード同期レーザを利用した方法では、これらの間一定な周波数差を置く必用があり、この差をつくりだすための電気的な制御回路が必用であることが問題である。 As described above, in the method of sampling every N pulses to be measured, the number of sampling points decreases relatively as N increases, the signal after mixing becomes relatively weak, and is susceptible to noise. There is. Also, in the method using a mode-locked laser that repeats the same as the pulse to be measured, it is necessary to set a certain frequency difference between them, and it is a problem that an electric control circuit is required to create this difference. .

この発明では、光パルス波形を簡単に観察することができる光サンプリング装置を提案する。被測定信号光に同期した光源からの光パルスを電気信号に変換することなく、サンプリング光を得ることができる。また、このサンプリング光は、実質的に被測定信号光を掃引する光パルス列であるので、光パルス波形を観察するためのサンプリング光を発生する装置構成が簡単になる。 The present invention proposes an optical sampling device capable of easily observing an optical pulse waveform. Sampling light can be obtained without converting an optical pulse from a light source synchronized with the signal light under measurement into an electrical signal. Further, since the sampling light is an optical pulse train that substantially sweeps the signal light to be measured, the apparatus configuration for generating the sampling light for observing the optical pulse waveform is simplified.

このため、第１の要件は、サンプリング光発生装置に関して、レーザ光パルス列を入力する入力部と、上記のレーザ光パルス列を予め決められた信号で強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する光変調器と、変調されたレーザ光パルス列を入射して伝播させることにより光ソリトンを発生し、前記ソリトンの強度に依存した伝播速度特性をもつ光伝送媒体と、前記光伝送媒体からの出力光をサンプリング光として、観測しようとする光信号とともに入射して非線形光学効果による混合光を出力する非線形光学媒体と、上記の混合光を濾波する濾波器と、を、備えることである。 For this reason, the first requirement is that, with respect to the sampling light generator, an input unit for inputting a laser light pulse train, and a laser pulse train whose intensity changes temporally by modulating the intensity of the laser light pulse train with a predetermined signal. An optical modulator that generates an optical soliton by incident and propagating a modulated laser light pulse train, and an optical transmission medium having a propagation velocity characteristic depending on the intensity of the soliton, and the optical transmission medium A non-linear optical medium that outputs the mixed light by the non-linear optical effect by entering the output light as sampling light together with an optical signal to be observed, and a filter for filtering the mixed light.

また、第２の要件は、サンプリング光発生装置に関して、レーザ光パルス列を入力する入力部と、上記のレーザ光パルス列を予め決められた信号で強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する第１の光変調器と、変調されたレーザ光パルス列を入射することにより、光ソリトンを発生し、前記ソリトンの強度により伝播速度の異なる光伝送媒体と、上記の予め決められた信号を用いて、前記の光伝送媒体からの出力光の第１の光変調器による強度変化を打ち消す第２の光変調器と、第２の光変調器の出力をサンプリング光として、観測しようとする光信号とともに入射して非線形光学効果による混合光を出力する非線形光学媒体と、上記の混合光を濾波する濾波器と、を、備えることである。 The second requirement is that the sampling light generator includes an input unit for inputting a laser light pulse train, and a laser pulse train whose intensity changes temporally by modulating the intensity of the laser light pulse train with a predetermined signal. An optical soliton is generated by entering a first optical modulator to be generated and a modulated laser light pulse train, and an optical transmission medium having a different propagation speed depending on the intensity of the soliton, and the predetermined signal described above. And a second optical modulator for canceling an intensity change of the output light from the optical transmission medium by the first optical modulator, and light to be observed using the output of the second optical modulator as sampling light. A nonlinear optical medium that enters with a signal and outputs mixed light by a nonlinear optical effect, and a filter that filters the mixed light.

また、本発明は、光サンプリング装置で特にサンプル光の発生に特徴を有するものに関しており、その第３の要件は、レーザ光パルス列を入力する入力部と、上記のレーザ光パルス列を予め決められた信号で強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する光変調器と、変調されたレーザ光パルス列を入射することにより、光ソリトンを発生し、前記ソリトンの強度により伝播速度の異なる光伝送媒体と、前記光伝送媒体からの出力光をサンプリング光として、観測しようとする光信号とともに入射して非線形光学効果による混合光を出力する非線形光学媒体と、上記の混合光から、例えば、上記のソリトンとの混合光を選択的に濾波する濾波器と、濾波された光の強度を光検出器で検出して、上記の強度変調に用いた信号に同期して表示する表示装置と、を、備えることである。 The present invention also relates to an optical sampling device that is particularly characterized by the generation of sample light. The third requirement is that an input unit for inputting a laser light pulse train and the above laser light pulse train are predetermined. An optical modulator that generates a laser pulse train that changes in intensity temporally by modulating the intensity with a signal, and an optical soliton generated by entering the modulated laser light pulse train, and the propagation speed varies depending on the intensity of the soliton From an optical transmission medium, a non-linear optical medium that outputs a mixed light due to a non-linear optical effect by entering the output light from the optical transmission medium as a sampling light with an optical signal to be observed, and the mixed light, for example, A filter that selectively filters the mixed light with the soliton, and the intensity of the filtered light is detected by a photodetector and used for the intensity modulation. A display device for displaying in synchronism with the signal, a, is to comprise.

また、第４の要件は、振幅の一定なサンプル光の発生に特徴を有するものであり、レーザ光パルス列を入力する入力部と、上記のレーザ光パルス列を予め決められた信号で強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する第１の光変調器と、変調されたレーザ光パルス列を入射することにより、光ソリトンを発生し、前記ソリトンの強度により伝播速度の異なる光伝送媒体と、上記の予め決められた信号を用いて、例えば上記の予め決められた信号と強弱を逆にする信号により強度変調して、前記の光伝送媒体からの出力光の第１の光変調器による強度変化を打ち消す第２の光変調器と、第２の光変調器の出力をサンプリング光として、観測しようとする光信号とともに入射して非線形光学効果による混合光を出力する非線形光学媒体と、上記の混合光から、例えば、上記のソリトンとの混合光を選択的に濾波する濾波器と、濾波された光の強度を光検出器で検出して、第１の光変調器に用いた信号に同期して表示する表示装置と、を、備えることである。 The fourth requirement is characterized by the generation of sample light having a constant amplitude. The input unit for inputting the laser light pulse train and the intensity modulation of the laser light pulse train with a predetermined signal. A first optical modulator that generates a laser pulse train that changes in intensity with time, and an optical transmission medium that generates optical solitons by entering the modulated laser light pulse train, and has different propagation speeds depending on the intensity of the solitons And a first optical modulator of output light from the optical transmission medium by using the predetermined signal, for example, intensity modulation with a signal that reverses the strength of the predetermined signal. A second optical modulator that cancels out the intensity change due to light, and the output of the second optical modulator as sampling light, which is incident along with the optical signal to be observed, and outputs mixed light due to the nonlinear optical effect A filter that selectively filters mixed light of the nonlinear optical medium and the mixed light with, for example, the soliton, and a first light modulation by detecting the intensity of the filtered light with a photodetector. And a display device that displays in synchronization with the signal used for the device.

また、第５の要件は、上記のレーザパルス列を強度変調する予め決められた信号は、周期的に変動する信号であり、前記信号の強度を２次元情報の一方の成分とし、上記の非線形光学媒体からの出力光の強度を、上記の２次元情報の他方の成分として、表示、記録、あるいは伝送することである。 The fifth requirement is that the predetermined signal for intensity-modulating the laser pulse train is a periodically varying signal, the intensity of the signal being one component of two-dimensional information, and the nonlinear optical The intensity of the output light from the medium is displayed, recorded, or transmitted as the other component of the two-dimensional information.

また、第６の要件は、上記のレーザ発生装置からのレーザ光パルス列を、観測しようとする光信号と同期して発生する構成をもつことである。 The sixth requirement is that the laser light pulse train from the above laser generator is generated in synchronization with the optical signal to be observed.

また、第７の要件は、上記の予め決められた信号を、観測しようとする光信号の周期を分周した信号に同期させることである。 The seventh requirement is to synchronize the predetermined signal with a signal obtained by dividing the period of the optical signal to be observed.

また、第８の要件は、なるべく強度の揃ったサンプリング光を得るためのものであり、混合光を濾波する濾波器は、入射光の強度に対する飽和特性をもつことである。この飽和特性によりサンプリング光の強度のばらつきを抑制する。 The eighth requirement is to obtain sampling light having as uniform intensity as possible, and the filter for filtering the mixed light has a saturation characteristic with respect to the intensity of the incident light. This saturation characteristic suppresses variation in the intensity of the sampling light.

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。また、下記の例は一例に過ぎず、本発明の適用の限界を示すものではない。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason. Moreover, the following example is only an example and does not indicate the limit of application of the present invention.

まず、この発明の基幹となるソリトン自己周波数シフト効果について、図１の構成を用いて説明する。 First, the soliton self-frequency shift effect which is the basis of the present invention will be described using the configuration of FIG.

モードロックファイバーレーザ（ＭＬＦＬ）２は、高周波信号源１から、例えば１０ＧＨｚの信号を受けて、繰り返し周波数１０ＧＨｚの光パルス列を発振する。この光パルス列は、光ファイバーを用いた光増幅器３によって増幅される。この増幅度も可変であって、光パルス列のピーク強度を調整するために使われる。増幅された光は、偏波調整器４で偏光方向が選択され、フォトニック結晶ファイバー（ＰＣＦ）５を通過して、測定器６に送られる。 The mode-locked fiber laser (MLFL) 2 receives a signal of, for example, 10 GHz from the high-frequency signal source 1 and oscillates an optical pulse train having a repetition frequency of 10 GHz. This optical pulse train is amplified by an optical amplifier 3 using an optical fiber. This amplification degree is also variable and is used to adjust the peak intensity of the optical pulse train. The polarization direction of the amplified light is selected by the polarization adjuster 4, passes through the photonic crystal fiber (PCF) 5, and is sent to the measuring device 6.

図１の装置において、ＰＣＦへの一定の振幅を持つ入力パルスの平均強度を８ｍＷから１０７０ｍＷまで徐々に変えたときのファイバー出力面での光スペクトルを図２に示す。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、ＰＣＦ５に入射する時点での１０ＧＨｚの繰り返し周波数の光パルスで、その平均パワーが８ｍＷ、８１０、９５０、１０７０ｍＷの時のスペクトルを示している。このグラフから分かるように、入射強度が大きくなるに従って長波長側にずれる、三角関数であるｓｅｃｈ²型のスペクトル成分が発生している。これは、ソリトンであることが知られており、この現象は、ソリトン自己周波数シフト効果によるものであることが知られている。 FIG. 2 shows an optical spectrum at the fiber output surface when the average intensity of an input pulse having a constant amplitude to the PCF is gradually changed from 8 mW to 1070 mW in the apparatus of FIG. 2 (a), (b), (c), and (d) are optical pulses having a repetition frequency of 10 GHz at the time of incidence on the PCF 5, and the average power is 8 mW, 810, 950, and 1070 mW, respectively. The spectrum is shown. As can be seen from the graph, a sech ² type spectral component, which is a trigonometric function, shifts to the longer wavelength side as the incident intensity increases. This is known to be a soliton, and this phenomenon is known to be due to the soliton self-frequency shift effect.

図３は、その様なソリトンの一例であり、図３（ａ）はスペクトル特性を、図３（ｂ）はソリトンパルスの自己相関波形を、示している。この図３（ａ）から分かるように、ソリトンは幅広いスペクトルを持っており、従って、そのパルス幅は非常に短い。また、図４は、入射光の強度に依存した波長の特性を示す一例である。この例から、強度が増加すると長波長側にずれる値が増加する事が分かる。 FIG. 3 shows an example of such a soliton. FIG. 3A shows a spectral characteristic, and FIG. 3B shows an autocorrelation waveform of the soliton pulse. As can be seen from FIG. 3A, the soliton has a broad spectrum, and therefore its pulse width is very short. FIG. 4 is an example showing a wavelength characteristic depending on the intensity of incident light. From this example, it can be seen that as the intensity increases, the value shifted to the longer wavelength side increases.

図５は、波長に対するパルス幅（白四角）、波長に対するスペクトル幅（黒丸）を示す図であり、波長変換が進むに従ってパルス幅が減少し、スペクトル幅が増大する事が分かる。またソリトンの中心波長が約１１５ｎｍ変わる範囲においてパルスは１３０〜２６０フェムト秒と短いものであることがわかる。 FIG. 5 is a diagram showing the pulse width (white square) with respect to the wavelength and the spectral width (black circle) with respect to the wavelength, and it can be seen that as the wavelength conversion proceeds, the pulse width decreases and the spectrum width increases. It can also be seen that the pulse is as short as 130 to 260 femtoseconds in the range where the central wavelength of the soliton varies by about 115 nm.

上記の方法によるパルスの波長変換は、４０％以上の高い変換効率で行われている。出力光を光検波器とオシロを用いて観測すると、図６の差し込み図に示してあるように、時間的に離れている２つのパルスが繰り返していることが分かる。ここでは、前方（左側）は波長変換のなかった成分と、後方（右側）は波長変換されたパルスである。さらに、これらの間隔は（遅延）ソリトンの波長の変化量に依存している。図６は、ソリトンの、群遅延対ソリトン波長の特性を示す一例である。この図から分かるように、波長変換値が増大するに従って遅延時間も増大する事が分かる。 The pulse wavelength conversion by the above method is performed with a high conversion efficiency of 40% or more. When the output light is observed using an optical detector and an oscilloscope, it can be seen that two pulses that are separated in time are repeated, as shown in the inset of FIG. Here, the front (left side) is a component without wavelength conversion, and the rear (right side) is a wavelength-converted pulse. Furthermore, these intervals depend on the amount of change in the wavelength of the (delay) soliton. FIG. 6 is an example showing the characteristics of group delay versus soliton wavelength for solitons. As can be seen from this figure, the delay time increases as the wavelength conversion value increases.

本発明では、一定の時間間隔で、パルス列のパルスそれぞれに強度変調を加え、増幅した後、これらを非線形ファイバーに入力する。このため、ソリトン自己周波数シフトによって発生するパルスそれぞれの波長変化量が異なり（図４参照）、非線形ファイバーから出力する時間も変動することが分かる。その際、強度変調が周期的である場合には、ソリトンパルスが基準時間に対して周期的に変動することが容易に分かる。例えば、図６に示すような１０ＧＨｚの繰り返し周波数のパルス列において、それぞれのパルスのエネルギが０．６５ｐＪから０．８１ｐＪに周期的に変化しながら非線形ファイバーに入力した場合に、非線形ファイバーの出力端から出力される時間は、約１５ｐ秒で周期的に変化することが分かる。 In the present invention, intensity modulation is applied to each pulse of the pulse train at a constant time interval, and after amplification, these are input to the nonlinear fiber. For this reason, it can be seen that the wavelength change amount of each pulse generated by the soliton self-frequency shift is different (see FIG. 4), and the time output from the nonlinear fiber also varies. At this time, if the intensity modulation is periodic, it is easily understood that the soliton pulse periodically varies with respect to the reference time. For example, in a pulse train having a repetition frequency of 10 GHz as shown in FIG. 6, when the energy of each pulse is periodically input from 0.65 pJ to 0.81 pJ and is input to the nonlinear fiber, It can be seen that the output time changes periodically in about 15 p seconds.

次に、本発明のサンプリング光発生装置を図７に示す。図７は、サンプリング光発生装置１００の一例を示すブロック図である。図７において、周期的に光パルスを発生する光パルス光源１１からの光パルス列を光変調器１２に入力し、入力した光パルスが光パルス列において徐々に変化する様に、低周波信号発生器１７からの信号を用いて、それぞれの光パルスに周期的に変化する強度変調を与える。この変調により、異なる振幅を持つ光パルス列を生成できる。 Next, the sampling light generator of the present invention is shown in FIG. FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of the sampling light generator 100. In FIG. 7, an optical pulse train from an optical pulse light source 11 that periodically generates optical pulses is input to an optical modulator 12, and a low frequency signal generator 17 is used so that the input optical pulse gradually changes in the optical pulse train. Is used to apply a periodically varying intensity modulation to each optical pulse. By this modulation, optical pulse trains having different amplitudes can be generated.

１）この装置では、先ず。周期的に光パルスを発生する光パルス光源１１からの光パルス列を光変調器１２に入力する。この際、被測定信号は、周期的な光パルス列であり、前記の光源は、被測定信号に同期した光パルス列、あるいは、図には示していないが、その分周信号に同期しているものとする。あるいは、前記の光源と被測定信号の信号源とが同一でもよい。この同期は、一旦、被測定信号を電気信号に変換し、この電気信号を用いて、上記の被測定信号に前記の光源を同期させることで実現できる。また、被被測定信号光を分岐して上記の光源に入射することによっても実現することができる。 1) First, in this device. An optical pulse train from an optical pulse light source 11 that periodically generates optical pulses is input to an optical modulator 12. At this time, the signal under measurement is a periodic optical pulse train, and the light source is an optical pulse train synchronized with the signal under measurement, or one not synchronized with the frequency-divided signal (not shown). And Alternatively, the light source and the signal source of the signal under measurement may be the same. This synchronization can be realized by once converting the signal under measurement into an electric signal and using the electric signal to synchronize the light source with the signal under measurement. It can also be realized by branching the signal light to be measured and entering the light source.

２）次に、入力した光パルスが、光パルス列において徐々に変化する様に、また、それぞれの光パルスが周期的に変化するように、強度変調器１２で強度変調する。この強度変調で、異なる振幅を持つ光パルス列を生成することができる。 2) Next, intensity modulation is performed by the intensity modulator 12 so that the input optical pulse gradually changes in the optical pulse train and so that each optical pulse changes periodically. With this intensity modulation, optical pulse trains having different amplitudes can be generated.

３）この光パルス列を光増幅器１３で増幅し、非線形光導波路１４である非線形ファイバーに入力する。非線形ファイバーの代わりに、異常分散を示す非線形光学結晶を用いることも出来る(非特許文献３、４)。 3) This optical pulse train is amplified by the optical amplifier 13 and input to the nonlinear fiber which is the nonlinear optical waveguide 14. A nonlinear optical crystal exhibiting anomalous dispersion can be used instead of the nonlinear fiber (Non-patent Documents 3 and 4).

４）非線形光導波路１４からは、入射光と同じ成分と光ソリトン成分とが出力されるので、濾波器１５により光ソリトン成分を選択して出力する。濾波器１５は、ソリトン自己周波数シフトを受けていない入力波長成分をカットするためと、入力パルスの振幅を大きくしてシフト量を変えた場合、波長シフト量から独立して一定の振幅のパルスを発生するように働きかけるために用いる。例えば、入力波長成分をカットする目的で、波長選択性のあるファイバ型のブラッグ格子（Bragg Grating）、と、波長シフト量から独立して一定の振幅のパルスを発生するようにするためには、波長依存性のある長周期のブラッグ格子（long-Period Fiber Bragg Grating）を用いることができる。このように得られた出力をサンプリング光として用いるものである。 4) Since the nonlinear optical waveguide 14 outputs the same component and the optical soliton component as the incident light, the optical soliton component is selected and output by the filter 15. The filter 15 cuts the input wavelength component that has not been subjected to the soliton self-frequency shift, and when the shift amount is changed by increasing the amplitude of the input pulse, a pulse having a constant amplitude is independent of the wavelength shift amount. Used to work to generate. For example, in order to cut the input wavelength component, in order to generate a fiber-type Bragg grating with wavelength selectivity (Bragg Grating) and a pulse with a constant amplitude independent of the wavelength shift amount, A long-period Bragg grating having a wavelength dependency can be used. The output thus obtained is used as sampling light.

上記の光パルス列を変調する光変調器では、入力する光パルス列をその繰り返し周波数より低い周波数の正弦関数または鋸波、階段波などの決められた形状をもった周期的な信号で変調することにより、前記の変調信号に従って分布した振幅をもつ光パルス列を周期的に出力することができる。この振幅幅の違いから、上記のソリトン自己周波数シフト効果によって光パルス列の波長が変化する。例えば、入力光パルスの繰り返し周波数をf0、変調周波数をfmとすれば、光パルス列の波長の変化が1/fm 秒ごとに、繰り返すこととなる。特に、光パルスの波長が時間に対して単調に変化するようにするためには、光パルス列の繰り返し信号と変調信号とに同期をとることが望ましい。しかし、非同期の際にでも、光パルスの波長の変化が見られることは明らかである。また、Ｋを自然数としてＫ/fm 秒ごとに繰り返しても観測できる事は明らかである。特に、f0とfmの比率が大きいときに（fo/ fm >>1）は、変調とともに光パルスの波長が連続的に変わっていくように見えるサンプリング光が得られる。 In the optical modulator that modulates the above optical pulse train, the input optical pulse train is modulated by a sine function having a frequency lower than the repetition frequency, or a periodic signal having a predetermined shape such as a sawtooth wave or a staircase wave. The optical pulse train having the amplitude distributed according to the modulation signal can be output periodically. From this difference in amplitude width, the wavelength of the optical pulse train changes due to the soliton self-frequency shift effect. For example, if the repetition frequency of the input optical pulse is f0 and the modulation frequency is fm, the change in the wavelength of the optical pulse train is repeated every 1 / fm seconds. In particular, in order to change the wavelength of the optical pulse monotonously with respect to time, it is desirable to synchronize the repetition signal of the optical pulse train and the modulation signal. However, it is clear that a change in the wavelength of the light pulse can be seen even when asynchronous. Obviously, it can be observed even if K is a natural number and repeated every K / fm seconds. In particular, when the ratio of f0 and fm is large (fo / fm >> 1), sampling light that appears to change the wavelength of the optical pulse continuously with modulation is obtained.

上記の様に、ソリトン自己周波数シフト効果によって光パルスの波長を変換した場合のその波長変換量は、非線形光ファイバーを長くすると、それに応じて、大きくすることができる。 As described above, when the wavelength of the optical pulse is converted by the soliton self-frequency shift effect, the wavelength conversion amount can be increased correspondingly when the nonlinear optical fiber is lengthened.

図９は、この変調による効果を図式的に示す概念図である。図９（a）は、光パルス光源１１からの光パルス列、図９（ｂ）は、低周波信号発生器１７からの信号、図９（ｄ）は、強度変調された光パルス列を示している。 FIG. 9 is a conceptual diagram schematically showing the effect of this modulation. 9A shows an optical pulse train from the optical pulse light source 11, FIG. 9B shows a signal from the low frequency signal generator 17, and FIG. 9D shows an intensity-modulated optical pulse train. .

図７の構成では、光パルス光源１１からの光パルス列を用いる例を示したが、光パルス列としては、図８に示したサンプリング光発生装置１０１のように、分岐器１８を用いて非測定信号の光パルス列を分岐して用いることができる。また、図１８の切換スイッチをA側に接続すれば、受光器２３で電気パルスに変換された信号は、分周器２５で分周され、移相器１９で位相を調製されることによって、分周された被測定信号に同期した光パルス列発生器とすることができる。 In the configuration of FIG. 7, an example in which the optical pulse train from the optical pulse light source 11 is used is shown. However, as the optical pulse train, a non-measurement signal is used by using a branching device 18 like the sampling light generator 101 shown in FIG. 8. These optical pulse trains can be branched and used. 18 is connected to the A side, the signal converted into an electric pulse by the light receiver 23 is divided by the frequency divider 25 and the phase is adjusted by the phase shifter 19, whereby An optical pulse train generator synchronized with the divided signal under measurement can be obtained.

また、図１０に示すサンプリング光発生装置１０２では、濾波器１５の出力を、第２の強度変調器１６を用いて、再度、低周波発信機からの信号で強度変調することにより、得られる光パルス列の振幅の変動を抑制することができる。強度変調器１６には、低周波信号発生器１７からの位相を移相器１９でずらした信号を用いる。この信号の周波数を低下させるに従って、最適な移相量は、１８０度に近づく。 In the sampling light generator 102 shown in FIG. 10, the light obtained by intensity-modulating the output of the filter 15 again with the signal from the low-frequency transmitter using the second intensity modulator 16. Variation in the amplitude of the pulse train can be suppressed. A signal obtained by shifting the phase from the low frequency signal generator 17 by the phase shifter 19 is used for the intensity modulator 16. As the frequency of this signal is lowered, the optimum phase shift amount approaches 180 degrees.

次に、この現象を用いた光パルス信号の波形サンプリング方法とそれを用いた光サンプリング装置２００について図１１を用いて説明する。 Next, a waveform sampling method of an optical pulse signal using this phenomenon and an optical sampling apparatus 200 using the same will be described with reference to FIG.

このサンプリングで想定する被測定光信号は、光パルス列である。この被測定光パルス列の繰り返し周波数の分周の、あるいは、その周波数の約数の繰り返し周波数を持つ光パルス列を用意する。この光パルス列としては、サンプリング光発生装置１００、１０１あるいは１０２を用いることができる。このサンプリング光発生装置の出力と、被測定光を合波器２０を用いて合波する。合波されたパルス光は非線形光学結晶２１に入射され、非線形光学効果により混合する。上記の被測定光パルス列とサンプリング光の列とを、例えば非線形光学結晶２１に入射する。非線形光学結晶２１では被測定光とサンプリング光を合成させ、被測定パルス波形をサンプリングした時の振幅の比例した信号を和周波の光信号や４光波混合によって発生することが望ましい。この際、これら二つのパルス列の非線形結晶への入射時間を調整して、それらを同時に結晶に入射するようにする。このためには、図に示していないが、被測定光あるいはサンプリング光を遅延素子で遅延することが望ましい。一般に、ソリトン自己周波数シフト効果によるサンプリング光の幅は百フェムト秒程度にすることが可能である。このサンプリング光は、なるべく短いパルスであることが望ましい。これらの２つのパルス列が重なった間だけ、非線形光学効果が起こり、上記のように、例えば和周波光を発生する。この和周波信号を濾波器２２で選択して、受光器２３で、発生した和周波光を電気信号に変換すれば、この電気信号の強度は、上記の被測定光パルスの強度とゲート光の強度の積に比例する。つまり、サンプリング信号で被測定光信号がサンプリングされたことになる。この電気信号をオシロスコープ２４で観測する。オシロスコープ２４の時間軸トリガとして、低周波信号発生器１７からの信号を用いる。オシロスコープの代わりに、アナログ−デジタル変換器でデジタル信号にしてから表示、伝送あるいは、記録することは、電子計算機を用いて容易に行うことができる。 The optical signal under measurement assumed in this sampling is an optical pulse train. An optical pulse train having a repetition frequency of the repetition frequency of the optical pulse train to be measured or a divisor of a divisor of the frequency is prepared. As this optical pulse train, the sampling light generator 100, 101 or 102 can be used. The output of this sampling light generator and the light to be measured are multiplexed using a multiplexer 20. The combined pulsed light is incident on the nonlinear optical crystal 21 and mixed by the nonlinear optical effect. The measured optical pulse train and the sampling light train are incident on the nonlinear optical crystal 21, for example. It is desirable that the nonlinear optical crystal 21 synthesizes the light to be measured and the sampling light and generates a signal proportional to the amplitude when the measured pulse waveform is sampled by a sum frequency optical signal or four-wave mixing. At this time, the incident times of these two pulse trains to the nonlinear crystal are adjusted so that they are incident on the crystal simultaneously. For this purpose, although not shown in the figure, it is desirable to delay the light to be measured or the sampling light with a delay element. In general, the width of the sampling light due to the soliton self-frequency shift effect can be set to about a hundred femtoseconds. The sampling light is preferably a pulse as short as possible. Only when these two pulse trains overlap each other, a nonlinear optical effect occurs, and for example, sum frequency light is generated as described above. When the sum frequency signal is selected by the filter 22 and the generated sum frequency light is converted into an electric signal by the light receiver 23, the intensity of the electric signal is equal to the intensity of the light pulse to be measured and the gate light. It is proportional to the product of intensity. That is, the measured optical signal is sampled by the sampling signal. This electric signal is observed with an oscilloscope 24. A signal from the low frequency signal generator 17 is used as a time axis trigger of the oscilloscope 24. Instead of using an oscilloscope, it is possible to easily display, transmit, or record a digital signal using an analog-to-digital converter using an electronic computer.

また、引き続く次のサンプリング光の波長は、上記のものから僅かに異なるため、上記で説明したように、非線形ファイバーを通過する際に異なる遅延時間が生じ、次の被測定パルスとの結合においては、それとは僅かにずれた被測定光パルス部分をサンプリングすることとなる。したがって、上記のように変換した電気信号の強度を変調信号の一周期分の位相に対して表示することにより、非測定光パルスの強度の包絡線の情報を得ることができる。 In addition, since the wavelength of the subsequent sampling light is slightly different from the above, as described above, a different delay time occurs when passing through the nonlinear fiber, and in the coupling with the next measured pulse, The portion of the optical pulse to be measured slightly shifted from that is sampled. Therefore, by displaying the intensity of the electrical signal converted as described above with respect to the phase of one period of the modulation signal, information on the envelope of the intensity of the non-measurement light pulse can be obtained.

実時間において被測定光パルスの幅を測定することは、その繰り返し周波数とパルス間隔に対する上記のパルス幅の比とを用いて行うことができる。また被測定光パルスの間隔が大きすぎて測定しづらい場合は、所定の時間（あるいは所定の距離）だけ、被測定光を遅延させるか、サンプリング信号を遅延させる。この遅延により上記のプロットは、変調信号の１周期に対応する軸に沿って移動するので、この移動値に対する上記の電気信号のプロットの幅から、被測定光パルスの幅を導くことは容易である。また、被測定光を遅延させるためには、光路の一部の空間長や屈折率を変えて実質的に光路長を長くできることは良く知られている。また、光サンプリングを遅延させることは、例えば、被測定光からサンプリング信号を用意した場合には、その光路長を調整することにより、あるいは、被測定光に同期した光パルスレーザからサンプリング信号を用意した場合には、同期のタイミングをずらすことによって、実現できる。 Measuring the width of the optical pulse to be measured in real time can be performed using the repetition frequency and the ratio of the pulse width to the pulse interval. If the measurement light pulse interval is too large to be measured, the measurement light is delayed by a predetermined time (or a predetermined distance) or the sampling signal is delayed. Due to this delay, the plot moves along an axis corresponding to one period of the modulation signal, so it is easy to derive the width of the optical pulse to be measured from the width of the plot of the electric signal with respect to the shift value. is there. Further, it is well known that in order to delay the light to be measured, the optical path length can be substantially increased by changing the spatial length or refractive index of a part of the optical path. Also, delaying optical sampling means that, for example, when a sampling signal is prepared from the light to be measured, the sampling signal is prepared by adjusting the optical path length or from an optical pulse laser synchronized with the light to be measured. In this case, it can be realized by shifting the synchronization timing.

上記の光サンプリング装置では、変調信号の振幅に従ってサンプリング光の振幅が変化するので、被測定光の正確なパルス波形を得るためには、補正を行うことが必要である。この補正は、サンプリング光の周波数の変移と振幅の変化との関係を前もって測定しておき、被測定光の波形をコンピュータを用いて表示する際に、その測定値を用いて補正すればよい。 In the above optical sampling device, since the amplitude of the sampling light changes according to the amplitude of the modulation signal, correction is necessary to obtain an accurate pulse waveform of the light to be measured. In this correction, the relationship between the change in the frequency of the sampling light and the change in the amplitude is measured in advance, and when the waveform of the light to be measured is displayed using a computer, the measurement value may be used for correction.

また、サンプリング光の振幅の変化を、サンプリング光を得るために用いた変調信号を用いて補償することができる。この補償を行う例としては、図１０に示すように、サンプリング光を前記の変調信号で再度、強度変調する。この変調においては、変調されたサンプリング光の振幅の変動を観察して、変調信号の位相と強度を調整する必要がある。変調信号が十分に低い周波数の信号であるときには、サンプリング光を再度変調するために用いる変調信号は、サンプリング光を得るための変調に用いる変調信号から分岐した信号を用いることが出来るが、その位相が逆位相となるようにすることが望ましい。しかし、その振幅については、サンプリング光を得る際の非線形光学効果による影響があるため、サンプリング光を再度変調する際には、この効果を取り入れた振幅とすることが望ましい。 Further, the change in the amplitude of the sampling light can be compensated by using the modulation signal used to obtain the sampling light. As an example of performing this compensation, as shown in FIG. 10, the intensity of the sampling light is again modulated with the modulated signal. In this modulation, it is necessary to adjust the phase and intensity of the modulated signal by observing fluctuations in the amplitude of the modulated sampling light. When the modulation signal is a sufficiently low frequency signal, a signal branched from the modulation signal used for modulation to obtain the sampling light can be used as the modulation signal used to remodulate the sampling light. It is desirable to have an opposite phase. However, since the amplitude is affected by the nonlinear optical effect when obtaining the sampling light, it is desirable to set the amplitude to take this effect into when the sampling light is modulated again.

上記した様に、周期的振幅変調をしたパルス列を用いて周期的に波長が変化するソリトンパルス列の発生を行い、ファイバーを通過する時間が異なるという性質を持つそれらの光パルス列をサンプリング光として用いた場合に、サンプリングパルスそれぞれの振幅が僅かに異なるために非線形結晶での和周波発生効率が異なることがあり得る。このため、これらを考慮して、オシロスコープのデータを補正する必用がある。補正するため方法としては、標準信号光、例えば、連続（ＣＷ）光を被測定パルスの変わりに用いるとよい。正しく補正されない場合は、オシロスコープでの観察する信号は周期的に変化する。この変化が無くなるように強度変調に対する補正項を導くことによって、図１０の強度変調器１６の動作条件を決めることができる。 As described above, a soliton pulse train whose wavelength is periodically changed is generated using a pulse train subjected to periodic amplitude modulation, and those optical pulse trains having the property that the times of passing through the fibers are different are used as sampling light. In some cases, since the amplitudes of the sampling pulses are slightly different, the sum frequency generation efficiency in the nonlinear crystal may be different. For this reason, it is necessary to correct the data of the oscilloscope in consideration of these. As a correction method, standard signal light, for example, continuous (CW) light may be used instead of the pulse to be measured. If not corrected correctly, the signal observed by the oscilloscope changes periodically. The operation condition of the intensity modulator 16 in FIG. 10 can be determined by deriving a correction term for the intensity modulation so that this change is eliminated.

被測定光の繰り替えしパルス周波数が非常に高く、これを電気信号に変換した信号を電気回路で扱うことが困難な場合でも、本発明では、サンプリング光を得るための変調信号の周波数を任意に低くすることにより、オシロスコープを用いて容易に表示することができる。また、コンピュータを用いれば、表示や伝送あるいは保存や記録などを容易に行うことができる。この際、分解能も強度変調を変えて容易に調整することができる。 Even in the case where the repetition frequency of the light to be measured is very high and it is difficult to handle a signal obtained by converting it into an electric signal by an electric circuit, the present invention can arbitrarily set the frequency of the modulation signal for obtaining the sampling light. By lowering, it can be easily displayed using an oscilloscope. If a computer is used, display, transmission, storage, recording, and the like can be easily performed. At this time, the resolution can be easily adjusted by changing the intensity modulation.

上記では、サンプリング光発生装置を用いて、光サンプリング装置を例示した。しかし、本発明が、上記の例に限定されるべき理由はない。また、上記した本発明のサンプリング光発生装置は、容易に他の用途にも用いることができる。例えば、上記のサンプリング光発生装置は、与えられた一定の周波数の光パルス信号から、周期的に周波数が変化するように並んだパルス列を生成することができる。これは、振幅変調でありながら周波数変調となることを意味しており、パルス信号の周波数変調を行なう場合に用いることが出来る。 In the above, an optical sampling device is illustrated using a sampling light generator. However, there is no reason why the present invention should be limited to the above examples. Further, the above-described sampling light generator of the present invention can be easily used for other applications. For example, the sampling light generation device described above can generate a pulse train arranged so that the frequency periodically changes from a given optical pulse signal having a constant frequency. This means that although it is amplitude modulation, it becomes frequency modulation, and can be used when frequency modulation of a pulse signal is performed.

ソリトン自己周波数シフト効果を用いた装置のブロック図である。It is a block diagram of the apparatus using the soliton self-frequency shift effect. ソリトン自己周波数シフト効果を示す図である。It is a figure which shows the soliton self-frequency shift effect. ソリトンの（ａ）はスペクトル特性を、（ｂ）は自己相関波形を示す図である。(A) of the soliton shows the spectral characteristics, and (b) shows the autocorrelation waveform. 入射光の強度に依存した波長の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the wavelength depending on the intensity | strength of incident light. 波長に対するパルス幅（白丸）、波長に対するスペクトル幅（黒丸）を示す図である。It is a figure which shows the pulse width (white circle) with respect to a wavelength, and the spectrum width (black circle) with respect to a wavelength. ソリトンの、群遅延対波長の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of group delay versus wavelength of solitons. 本発明のサンプリング光発生装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the sampling light generator of this invention. サンプリング光発生装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a sampling light generator. 変調による効果を図式的に示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the effect by modulation schematically. サンプリング光発生装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a sampling light generator. 光サンプリング装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an optical sampling apparatus. 第１の従来例である光サンプリングオシロスコープ装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the optical sampling oscilloscope apparatus which is a 1st prior art example. 第２の従来例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a 2nd prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１信号源
２モードロックファイバーレーザ
３光増幅器
４偏波調整器
５フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）
６測定器
１１光パルス光源
１２光変調器
１３光増幅器
１４非線形光導波路
１５濾波器
１６強度変調器
１７低周波信号発生器
１８分岐器
１９移相器
２０合波器
２１非線形光学結晶
２２濾波器
２３受光器
２４オシロスコープ
２５分周器
１００、１０１、１０２サンプリング光発生装置
２００光サンプリング装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Signal source 2 Mode-locked fiber laser 3 Optical amplifier 4 Polarization regulator 5 Photonic crystal fiber (PCF)
6 Measuring instrument 11 Optical pulse light source 12 Optical modulator 13 Optical amplifier 14 Non-linear optical waveguide 15 Filter 16 Intensity modulator 17 Low frequency signal generator 18 Branching device 19 Phase shifter 20 Multiplexer 21 Non-linear optical crystal 22 Filter 23 Light receiver 24 Oscilloscope 25 Frequency divider 100, 101, 102 Sampling light generator 200 Optical sampling device

Claims

レーザ光パルス列を入力する入力部と、
上記のレーザ光パルス列を予め決められた信号で強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する光変調手段と、
変調されたレーザ光パルス列を入射して伝播させることにより光ソリトンを発生し、前記ソリトンの強度に依存した伝播速度特性をもつ光伝送媒体と、
前記光伝送媒体からの出力光をサンプリング光として、観測しようとする光信号とともに入射して非線形光学効果による混合光を出力する非線形光学媒体と、
上記の混合光を濾波する濾波手段と、
を、備えることを特徴とするサンプリング光発生装置。 An input unit for inputting a laser light pulse train;
Light modulation means for generating a laser pulse train that changes in intensity with time by modulating the intensity of the laser light pulse train with a predetermined signal;
An optical transmission medium that generates optical solitons by entering and propagating a modulated laser light pulse train, and has a propagation velocity characteristic depending on the intensity of the solitons;
Output light from the optical transmission medium as sampling light, a non-linear optical medium that enters with an optical signal to be observed and outputs mixed light by a non-linear optical effect;
Filtering means for filtering the mixed light,
A sampling light generator characterized by comprising:

レーザ光パルス列を入力する入力部と、
上記のレーザ光パルス列を予め決められた信号で強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する第１の光変調手段と、
変調されたレーザ光パルス列を入射することにより、光ソリトンを発生し、前記ソリトンの強度により伝播速度の異なる光伝送媒体と、
上記の予め決められた信号を用いて、前記の光伝送媒体からの出力光の第１の光変調手段による強度変化を打ち消す第２の光変調手段と、
第２の光変調手段の出力をサンプリング光として、観測しようとする光信号とともに入射して非線形光学効果による混合光を出力する非線形光学媒体と、
上記の混合光を濾波する濾波手段と、
を、備えることを特徴とするサンプリング光発生装置。 An input unit for inputting a laser light pulse train;
First light modulation means for generating a laser pulse train that changes in intensity with time by modulating the intensity of the laser light pulse train with a predetermined signal;
An optical transmission medium that generates optical solitons by entering a modulated laser light pulse train, and has different propagation speeds depending on the intensity of the solitons;
A second light modulation means for canceling an intensity change of the output light from the optical transmission medium by the first light modulation means using the predetermined signal;
A non-linear optical medium that outputs the mixed light due to the non-linear optical effect by entering the output of the second light modulation means as sampling light together with the optical signal to be observed;
Filtering means for filtering the mixed light,
A sampling light generator characterized by comprising:

レーザ光パルス列を入力する入力部と、
上記のレーザ光パルス列を予め決められた信号で強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する光変調手段と、
変調されたレーザ光パルス列を入射して伝播させることにより光ソリトンを発生し、前記ソリトンの強度に依存した伝播速度特性をもつ光伝送媒体と、
前記光伝送媒体からの出力光をサンプリング光として、観測しようとする光信号とともに入射して非線形光学効果による混合光を出力する非線形光学媒体と、
上記の混合光を濾波する濾波手段と、
濾波された光の強度を検出して、上記の強度変調に用いた信号に同期して表示する表示装置と、
を、備えることを特徴とする光サンプリング装置。 An input unit for inputting a laser light pulse train;
Light modulation means for generating a laser pulse train that changes in intensity with time by modulating the intensity of the laser light pulse train with a predetermined signal;
An optical transmission medium that generates optical solitons by entering and propagating a modulated laser light pulse train, and has a propagation velocity characteristic depending on the intensity of the solitons;
Output light from the optical transmission medium as sampling light, a non-linear optical medium that enters with an optical signal to be observed and outputs mixed light by a non-linear optical effect;
Filtering means for filtering the mixed light;
A display device that detects the intensity of the filtered light and displays it in synchronization with the signal used for the intensity modulation;
An optical sampling device comprising:

レーザ光パルス列を入力する入力部と、
上記のレーザ光パルス列を予め決められた信号で強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する第１の光変調手段と、
変調されたレーザ光パルス列を入射することにより、光ソリトンを発生し、前記ソリトンの強度により伝播速度の異なる光伝送媒体と、
上記の予め決められた信号を用いて、前記の光伝送媒体からの出力光の第１の光変調手段による強度変化を打ち消す第２の光変調手段と、
第２の光変調手段の出力をサンプリング光として、観測しようとする光信号とともに入射して非線形光学効果による混合光を出力する非線形光学媒体と、
上記の混合光を濾波する濾波手段と、
濾波された光の強度を検出して、第１の光変調手段に用いた信号に同期して表示する表示装置と、
を、備えることを特徴とする光サンプリング装置。 An input unit for inputting a laser light pulse train;
First light modulation means for generating a laser pulse train that changes in intensity with time by modulating the intensity of the laser light pulse train with a predetermined signal;
An optical transmission medium that generates optical solitons by entering a modulated laser light pulse train, and has different propagation speeds depending on the intensity of the solitons;
A second light modulation means for canceling an intensity change of the output light from the optical transmission medium by the first light modulation means using the predetermined signal;
A non-linear optical medium that outputs the mixed light due to the non-linear optical effect by entering the output of the second light modulation means as sampling light together with the optical signal to be observed;
Filtering means for filtering the mixed light,
A display device for detecting the intensity of the filtered light and displaying it in synchronism with the signal used in the first light modulation means;
An optical sampling device comprising:

上記のレーザパルス列を強度変調する予め決められた信号は、周期的に変動する信号であり、前記信号の強度を２次元情報の一方の成分とし、上記の非線形光学媒体からの出力光の強度を、上記の２次元情報の他方の成分として、表示、記録、あるいは伝送することを特徴とする請求項３あるいは４のいずれかに記載の光サンプリング装置。 The predetermined signal that modulates the intensity of the laser pulse train is a signal that fluctuates periodically. The intensity of the signal is one component of two-dimensional information, and the intensity of output light from the nonlinear optical medium is 5. The optical sampling device according to claim 3, wherein the other component of the two-dimensional information is displayed, recorded, or transmitted.

上記のレーザ発生装置からのレーザ光パルス列を、観測しようとする光信号と同期して発生する構成をもつことを特徴とする請求項３、４あるいは５のいずれかに記載の光サンプリング装置。 6. The optical sampling device according to claim 3, wherein the laser light pulse train from the laser generator is generated in synchronization with an optical signal to be observed.

上記の予め決められた信号を、観測しようとする光信号の周期を分周した信号に同期されることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の光サンプリング装置。 7. The optical sampling apparatus according to claim 3, wherein the predetermined signal is synchronized with a signal obtained by dividing the period of the optical signal to be observed.

混合光を濾波する濾波手段は、入射光の強度に対する飽和特性をもち、この飽和特性によりサンプリング光の強度のばらつきを抑制することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の光サンプリング装置。 The optical sampling according to any one of claims 1 to 7, wherein the filtering means for filtering the mixed light has a saturation characteristic with respect to the intensity of the incident light, and suppresses variation in the intensity of the sampling light by the saturation characteristic. apparatus.