JPH01217220A

JPH01217220A - 光サンプリングオシロスコープ

Info

Publication number: JPH01217220A
Application number: JP63042320A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Yamabayashi; 由明山林; Masatoshi Saruwatari; 猿渡　正俊
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-02-26
Filing date: 1988-02-26
Publication date: 1989-08-30
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JP2677372B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の属する技術分野）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装置において、単独の
サンプリングによる測定情報を保持しつつ、これを表示
することにより被ｄ１す走光パルスの振幅と位相の変動
を観測することができる光サンプリングオシロスコープ
に関するものである。

（従来の技術）従来、非線形光学効果（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
い別のサンプリング光パルス列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。

上記和周波光とは入射する二つの光の周波数の和の周波
数を持つ光のことであり、入射光が同し周波数のとき、
和周波光は２倍の周波数を持つことになる。また、これ
を波長でいえば半分になることであり、１．５５μｍ以
下の近赤外領域の入射光に対しては可視光が得られる。

第８図は、和周波光発生を利用した光サンプリンクの原
理を示す。ここではサンプリングパルス（イ）の繰り返
し周波数（ｆ、Ｈｚ）を被測定光パルス波形（ア）の繰
り返し周波数（ｆｌ（ｚ）より若干低くする（ｆ５＝ｆ
−Δｆ：Δｆ；周波数差）ことによって、被測定光パル
ス波形（ア）とサンプリングパルス（イ）の時間的な相
対位置を掃引させ、これによって被測定光パルス波形（
ア）と相似な低速の相互相関波形（つ）が得られる。

一般的には、上記の周波数差はサンプリングの繰り返し
周波数に比べほんの僅かなので、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密になり、はぼ連続的
なサンプリングになる。

なお、（つ）の相互相関波形をもつ相互相関信号はサン
プリングパルスの繰り返し周波数ｆ、を有するパルス列
であり、その包絡線（つ）′が被測定光パルス波形（ア
）に対応する。すなわち、必要な波形の情報はその包絡
線に含まれているので、波形観測に必要な帯域は掃引速
度に相当する」二記周波数差程度であればよく、従来は
高速の受光器は必要ないとされている。

第９図は従来の光サンプリング波形測定装置の構成を示
し、サンプリンタ周波数発振器１の発振信号を用いてサ
ンプリングパルス発生部２でサンプリングへ′ルス（第
１０図（イ））を発生し、結合器３に加える。一方、外
部装置である被測定パルス列発生部４からの被測定光パ
ルス（第１０図（ア））も結合器３に加えられる。この
両パルスが結合器３て合波され非線形結晶５に加えられ
、ここで合波された２つの光の和周波光パルス、即ち相
互相関信号（第１０図（つ）の相互相関波形）を発生す
る。これを低速受光器６で和周波光パルスを包絡線検波
し、増幅器７を介して表示部８に表示する。この表示部
には前記サンプリング周波数発振器１の出力（±−八へ
）と被測定パルス列発生部４からの被ｉ１１す定パルス
（ｆ）とをＲＩ・ミタサ９て混合した出力を低域ろ波器
（＋−ＰＦ）１０てろ波しトリガ信号（Δ１）を得て前
記和周波光パルスの表示部８へ入力しその表示制御を行
なう。

上記第９図の例では、被測定光パルスｆ（ア）とサンプ
リングパルスｆ、（イ）との各周波数がほぼ等しい場合
を示したが、本原理説明から明らかなように、サンプリ
ング周波数そのものは整数分の１（ｆｌｎＨｚ）近傍で
あってもよい。従って、サンプリング周波数そのものは
、サンプリングパルス発生累子がそのパルス幅を狭くで
きる周波数に選ぶことができる。

しかし、上記で説明した包絡線検波を用いる従来の測定
系では被測定光パルス列（ア）が強度変調された信号の
場合、１及びＯに対応する相関信号（和周波光パルス列
）が平均化され、マーク・スペース時の波形を表すアイ
パターンが得られない。

すなわち第１０図に示すように、被測定光パルス（ア）
がパルス変調されているとすると非線形結晶５において
発生する和周波光パルス（つ）は被測定光パルス（ア）
の「マーク」に対してのみに発生するので、このパルス
を低速の受光器６で包絡線検波すると測定波形振幅はマ
ーク率に比例して減少することになる。

これが第１０図の（１）であり、低速の受光器６の帯域
制限により時間平均されて表示部８に実線に示すような
波形か表示され、破線図示のようなピーク値表示のアイ
パターンか得られない欠点かあった・また、個々のパルスのジッタや振幅変動の情報も平均化
され、光変調時に生する光波形の変動が観測できない問
題がある。従って、光通信用の光波形測定器としては従
来の電気領域におけるサンプリングオシロスコープに４
・目当する光領域のサンプリングオシロスコープの実現
が望まれていた。

（発明の目的）本発明は和周波光発生技術を用いた光サンプリングオシ
ロスコープにおいて、被測定光パルスの振幅と位相の変
動を観測することかできるように、個々のサンプリング
値を表示することかできる光波形４１１Ｊ定手段を提供
することを目的とするものである。

（発明の構成）（発明の特徴と従来技術との差異）本発明は」二記目的を達成するため、サンプリング光パ
ルス列の繰返し周波数程度以上の帯域を有する受光回路
で和周波光パルスを検出し、パルス波形のピーク値を保
持し、これを表示することを最も１：、要な特徴とする
。。

従来技術とは、被測定光パルスの振幅と位相の変動を観
測できるように個々のサンプリング値を表示することが
できる点が異なる。

（実施例）本発明による単独のサンプリング値を表示させるための
動作原理としては、連続する和周波光パルス列の互いの
裾の重なりが無視できるほど広帯域な高速受光器を用い
て和周波光パルス列を電気パルス列に変換すると、各々
の電気パルスのピーク値は各々の和周波光パルスのそれ
に比例しているといえる。

この場合、受光器の帯域はサンプリング周波数程度の帯
域があればよい。既に述べたように、サンプリング周波
数は被測定パルスの整数分の１近傍を選べばよいため、
受光器の帯域に対する要求条件は直接検波に比べると遥
かに緩和することができる。

即ち第１図に単独のサンプリング値を表示するための信
号処理手順を示すように、（ア）は振幅変動を有する被
４１す足先パルス、（つ）は光サンプリングされた和周
波光パルス、（１）は上記（つ）を光電変換して得た電
気パルス、（オ）はこの電気パルス（１）のピーク値を
保持した信号を示し、この電気パルス（１）のピーク値
をいわゆる［サンプル・ホールド」回路で保持し、これ
を表示すればよい。

また、ホールドする周期もまた、サンプリング信号と同
し周期である必要はなく、これの整数倍でもよい。すな
わち、ホール１くする繰り返し周波数はサンプリング周
波数のさらに整数分の１にできる。第１図ではこれらの
周期が同じである場合を示しているが、これは本来ホー
ル１〜回路等他の回路の応答速度で決定されるへきもの
である。

第２図は第１図に示す信号処理手順にもとづき構成した
本発明の第１の実施例を示し、第９図と同一数字記号は
同じものである。図において１１は和周波光パルス列の
互いの裾の重なりが無視てきるほど広帯域の高速受光器
、１２は増幅器７の増幅出力のピーク値を保持する保持
回路、１３は保持回路１２の出力の一部を切り出すグー
１〜回路、１４は分周回路で、サンプリング周波数発振
器１の信号を分周し、１つは前記保持回路１２のグー１
〜パルス（ｅ）（第３図）として、他の１つはグー１〜
矩形波発生器１５に入力してグー１〜矩形波（ｄ）（第
３図）とする。

なお、上記構成において、一般に、非線形納品５による
和周波光発生効率は低いので、電気信号に変換されたパ
ルスは増幅する必要がある。この場合、受光器１１の前
で光増幅器を用いて増幅してもよい。

次に本実施例の動作を第３図の動作タイミングチャート
を用いて説明する。既に第９図でのべたように非線形納
品５で得られた和周波光（相互相関信号）は高速受光器
１１で検出され、増幅器７で増幅された電気パルス（ａ
）は保持回路１２に入力される。一方、ホール１−する
瞬間とその周波数を規定するグー１〜パルス（ｅ）はサ
ンプリング周波数発振器１からの信号を分周回路１４で
分周した信号（１７２分周比）で発生させる。保持回路
１２の出力（ｂ）は次のグー１−パルス（ｅ）までの間
増幅器出力（ａ）のピーク値を保持する。次段のグー１
〜回路１３はゲートパルスを矩形波に変換したグー１〜
矩形波（ｄ）で保持回路出力（ｂ）の一部を切り出し、
表示信号（Ｃ）に加工する。これは表示部８の縦軸入力
となる。

横軸の掃引はトリガ信号（ｆ）に同期させればよい。

また、グー１〜矩形波（ｄ）は表示信号（ｃ）の不要な
部分（波線で示す）を表示しないように、いわゆるブラ
ンキング信号として入力する。これにより、本発明のア
イパターンは第１０図（オ）に示すように、従来の波形
（１）に比ベピーク値表示か大きいものかえられる。な
お、第３図のグー１〜パルス（ｅ）はサンプリングパル
スの繰り返しの１７２に分周されている場合を示してい
る。

実際のｔｌす定器においては入力被測定信号か独立な信
号源で駆動されることが一般的なため、サンプリング信
号はこれに同期して発生できることが望ましい。サンプ
リング信号を被測定信号から生成する場合には第２図の
破線で囲んだ部分を第４図（ａ）に示す構成に置き換え
ればよい。すなわち、まず同期増幅器１６で被測定パル
スに同期した信号を抽出・増幅し、周波数シフタ１７で
Δｆだけ周波数ｆを下方に偏移させる。この信号に同期
させてサンプリングパルス発生部２を制御してサンプリ
ングパルスを発生させればよい。

また、第４図（ｂ）に示すように掃引鋸歯状波発生器２
０を用い、その鋸歯状波で制御する位相シフタ１９を用
いて同期信号の位相を０から２π（３６０度）まで直線
的に掃引してもよい。この場合、掃引の繰り返し周波数
は上記の鋸歯状波で決定されることになる。

次に従来の高速の電気信号を観測するために用いるサン
プリングオシロスコープに準拠した方法も利用できる。

この場合の第２の実施例の構成を第５図に、また、これ
のタイミングチャートを第６図に示す。ここで数字記号
、英字記号は第２図。

第３図でのべたものと同じ意味をもつ、まず被測定パル
スに同期した電気信号（ｇ）は同期増幅鋸歯状波発生器
２１に入力され、これは被測定パルスに同期した鋸歯状
波（ｈ）を発生させる。このとき、」二連したように同
期信号（ｇ）をｎ段分周してサンプリング周波数を下げ
てもよい°。また、これとは独立に表示の横軸の掃引を
規定するゆっくりとした掃引鋸歯状波（１）を掃引鋸歯
状波発生器２０で発生させておき、これらの信号のレベ
ルか交差する時点を始点としてサンプリングパルス（ｊ
）を発生させる。掃引鋸歯状波（］）はそのまま表示部
８の横軸入力にできる。他の処理は第２図に示す実施例
と同しである。

以上述べてきた形式のものをアナログ型とよぶことにす
る。

次に本発明は保持回路１２の出力をアナログ／ディジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換することによりディジタル処理するこ
とができる。

第７図はこの場合の本発明の第３の実施例の構成を示す
。図において２２はＡ／’Ｄ変換器で、保持回路１２の
出力（第３図ｂ）をテイジタル変換する。

２３はディジタル処理部で、曲記Ａ／Ｄ変換器２２かの
並列なディジタル出力を低域ろ波器１０からのトリガ信
号（Δｆ）で処理し、Ｄ／Ａ変換器２４に加え、表示部
８へ表示する。この場合、サンプリングパルスを外部信
号に同期させて発生する必要がある場合は、前述の第２
の実施例（第５図）で述べた方法を適用すればよい。処
理系としては現在実用化されているディジタルオシロス
コープと同様のものでよい。

（発明の効果）以上説明したように本発明は構成されているので、被測
定光パルスの振幅と位相の変動を観測できるように個々
のサンプリング値を表示することができるので、従来の
サンプリングオシロスコープと同様にアイパターンやジ
ッタの観測が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による単独のサンプリング値を表示する
ための信号処理手順の説明用波形図、第２図は本発明の
第１の実施例の光サンプリングオシロスコープの構成図
、第３図は第２図のタイミフグチャー１−１第４図は第
２図の破線で囲んだサンプリングパルス発生部分の構成
例図、第５図は本発明の第２の実施例による光サンプリ
ングオシロスコープの構成図、第６図は第５図のサンプ
リングパルス生成のタイミングチャート、第７図は本発
明の第３の実施例による光サンプリングオシロスコープ
の構成図である。また、第８図は被ｄ１す走光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図、第９図は従来の光サンプ
リンタ波形測定装置の構成図、第１０図は被測定光パル
スがランダムに変調されている場合に得られる和周波光
パルス波形を示す図である。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　・・　結合器、４　・　被測定パ
ルス列発生部、５　・　非線形結晶、６　・低速受光器
、７　・増幅器、８　　表示部、９　・　ＲＦミクサ、
ＩＯ低域ろ波器（Ｌｌ）Ｆ）、］ｌ　・高速受光器、１
２−　保持回路、１３　　・ゲート回路、１４・　分周
回路、１５・・ゲート矩形波発生回路、１６・・・同期
増幅器、１７・・周波数シフタ、１８　　・　掃引信号
発振器、１９・・　位相シフタ、２０　　・　掃引鋸歯
状波発生器、２１　　・同期増幅鋸歯状波発生器、２２
　　・　Ａ／Ｄ変換器、２３　　・・ディジタル処理部
、２４・・　Ｄ／Ａ変換器。特許出願人　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

繰り返しを有する測定すべき入射光パルス列に対し、こ
の入射光パルスより幅の狭い別のサンプリング光パルス
列を重畳し、非線形光学効果を有する非線形光学結晶に
入射させ、さらにこのサンプリング光パルス列の遅延を
掃引したとき、これら２つのパルスの重なった部分の光
電力の積にほぼ比例する光電力を有する和周波光パルス
列の包絡線が描くところの相互相関時間波形より、前記
入射光パルス波形を測定する光サンプリング波形測定器
であって、前記サンプリング光パルス列の繰り返し周波
数程度以上の帯域を有する受光回路で和周波光パルスを
検出し、パルス波形のピーク値を保持し表示することを
特徴とする光サンプリングオシロスコープ。