JPH09133585A - 光パルス列測定方法 - Google Patents

光パルス列測定方法

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JPH09133585A
JPH09133585A JP29246895A JP29246895A JPH09133585A JP H09133585 A JPH09133585 A JP H09133585A JP 29246895 A JP29246895 A JP 29246895A JP 29246895 A JP29246895 A JP 29246895A JP H09133585 A JPH09133585 A JP H09133585A
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JP
Japan
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optical
light
frequency
interferometer
light source
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JP29246895A
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English (en)
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Tatsuya Tomaru
辰也 戸丸
Shigeki Kitajima
茂樹 北島
Hiroaki Inoue
宏明 井上
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】自己相関の位相情報を取り出すことと、低光強
度のときでも比較的感度が高く、測定可能な波長範囲が
ほとんど限定されない自己相関測定法を提供することを
課題とする。 【解決手段】光源1から出た周波数f0の光はマッハ・
ツェンダ−(MZ)干渉計等の2つの光路を有する干渉
計2に導かれる。2光路干渉計2は光路差を与えること
と2つの光路の光に周波数差を与えヘテロダイン検出を
可能にすることが役割である。2光路干渉計2を通過し
た光は受光器3において電気信号に変換され、周波数別
強度分析器4においてスペクトル別に信号処理され、自
己相関が得られる。この方法では、通常の差周波成分を
取り出すだけでなく、光源の変調周波数(繰り返し周波
数)の整数倍に差周波数を加えた成分及び減じた成分を
同時に測定することにより情報を完全にしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光パルスまたは変調
光の自己相関測定法に関する。
【0002】
【従来の技術】光の自己相関の測定は非線形材料の第二
高調波を使った方法がよく知られており、パルス幅の評
価の標準的方法になっている(新版レ−ザ−ハンドブッ
ク、朝倉書店、p.298(1989年))。しかしな
がらこの方法はパルス幅をかなり正確に決定できる代わ
りに位相情報、即ちチャ−ピング等の情報は得られにく
い。また、非線形材料を必要とするために測定できない
波長域が存在し、加えて非線形効果を使っているために
低光強度のときに感度が悪い。
【0003】一方、自己ヘテロダイン法によるパルス波
形の評価が考えらている。この方法は二つの光路からな
る干渉計において、周波数変換器により2光路の光に周
波数差を与え、干渉信号中の差周波成分を測定すること
によりパルス幅を評価しようとするものであるが、正確
なパルス幅を求めることはできず一つの目安になるだけ
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の問題点を整理す
ると、第二高調波を使った方法では位相情報が得られに
くいことであり、自己へテロダイン法では正確なパルス
幅が求まらないことである。
【0005】したがって、本発明では光パルスの自己相
関の位相に関する情報を取り出す方法と、自己ヘテロダ
イン法において正確にパルス幅を求める方法を得ること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】位相情報を取り出すこと
を目的とするため、電場の自己相関を測定することを特
徴とする。(第二高調波を使った方法では光強度の自己
相関を測定している。)測定系は、光パルスまたは変調
された光を発生する光源と、2光路からなる干渉計と、
受光器と、周波数別に信号を検出する装置を直列に接続
した系で、2光路からなる干渉計の少なくとも一方の光
路に光遅延器を有し、また干渉計の少なくとも一方の光
路に周波数変換器を有し、その周波数変換器により二つ
の光路の光に周波数差を与える。検出される信号成分の
中にはその差周波成分が存在し、その成分の振幅が電場
の自己相関を与える(自己ヘテロダイン法)。しかしな
がら、差周波成分だけでは自己相関の全情報が取り出せ
ない。そこで本発明では、その差周波数に光源の変調周
波数の整数倍を加えた周波数成分または減じた周波数成
分をも取り出すことによって自己相関の情報を十分にす
る。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に図を参照して本発明の実施
の形態を示す。図1が基本的な測定系で、光源1から出
た周波数f0の光はマッハ・ツェンダ−(MZ)干渉計
等の2つの光路を有する干渉計2に導かれる。2光路干
渉計2は光路差を与えることと2つの光路の光に周波数
差を与えヘテロダイン検出を可能にすることが役割であ
る。2光路干渉計2を通過した光は受光器3において電
気信号に変換され、周波数別強度分析器4においてスペ
クトル別に信号処理され、自己相関が得られる。
【0008】光源1は光パルスまたは変調された光を発
生するもので、モ−ド同期レ−ザ−・振幅変調されたレ
−ザ−・位相変調されたレ−ザ−等である。光源1はま
た、連続発信のレ−ザ−と振幅変調または位相変調する
外部変調器の組合せによっても達成される。
【0009】干渉計2内の基本的構成を点線内に示す。
ハ−フミラ−26により光路を2つに分ける。周波数変
換器21により2つの光路の光に周波数差f1を与え
る。周波数変換器21は音響光学素子により実現される
が、非線形光学素子・半波長板回転方式による素子・波
長変換半導体レ−ザ−素子等によっても達成される。2
2は光遅延器で光路長差を調整するためのもので遅延時
間τを与える。2つの光路23,24を通って来た光は
ハ−フミラ−27により再合成され受光器3へ導かれ
る。
【0010】2光路干渉計2は様々な変形が可能でその
1つを図2に示す。図2では周波数変換器21を2つ使
って、周波数変換器21で発生する分散の効果を2つの
光路で等しくなるようにしている。図3も同様に周波数
変換器21Bで発生する分散の効果が2つの光路で等し
くなるようになっており、周波数変換器21Bから出て
くる光ビ−ムの方向が、光の周波数によって異なること
を利用して、ハ−フミラ−26の役割と周波数変換器2
1の役割を同時に持たせている。
【0011】周波数別強度分析器4の構成を図4に示
す。バンドパスフィルタ−41A,B,C,Dにより、
2光路の光の周波数差のf1成分、f1に光源1の変調
(繰り返し)周波数f2の整数倍nf2を加えた(f1
nf2)成分を独立に取り出し、検出器42A,B,
C,Dにより各成分の強度を取り出す。ここでnは任意
の整数を表す。求めたい自己相関の情報は検出器42
A,B,C,Dの出力を演算器43で処理することによ
り得られる。
【0012】上記の実施形態では光路は空気中であり光
の分割・合成はハ−フミラ−26・27により実施され
ているが、光路に光ファイバ−を用いることも可能でそ
の場合ハ−フミラ−26・27は光カプラ−に代える。
【0013】(実施例1)光源1としてモ−ド同期レ−
ザ−(繰り返しf2=1/T)を用いた場合の光路23
及び24での光パルス列101及び102を図5に示
す。ここでTは光パルス列の周期を表す。光路25での
光パルス列は101と102を加え合わせたものであ
る。遅延時間τは光遅延器22で調整する。
【0014】周波数別強度分析器4の出力波形を図6に
示す。光遅延器22により遅延時間τを変化させると、
2つの光パルス列の重なりの程度は変化し、それを反映
した自己相関波形が得られる。自己相関波形は検出器4
2A,B,C,Dのいずれの出力からも得られる。検出
器42A,B,C,Dの出力からは信号のf1・(f1
2)(f1+2f2)(f1+nf2)成分が得られる。
ここでnは任意の整数を表す。もしモ−ド同期が完全で
あれば上記のいずれの成分の波形も規格化したものは一
致する。しかしながらモ−ド同期が不完全でチャ−ピン
グが存在する場合には各成分ごとにピ−ク位置が異なり
(Δτ≠0)、この差よりチャ−プ量を評価することが
できる。
【0015】さて、モ−ド同期レ−ザ−光のパルス幅
は、上記各成分の自己相関波形をパワ−・スペクトル強
度に応じた重みで足し合わせた波形から求めることがで
きる。モ−ド同期が完全であればf1成分を測定するだ
けでパルス幅を決定することができる。
【0016】(実施例2)単一モ−ドレ−ザ−に位相変
調が加わったものを光源1とした場合のf1成分の自己
相関波形を図7に示す。図7の振動波形は0次のベッセ
ル関数により記述され、振動周期より位相変調度、即ち
チャ−プ量が求まる。同様に(f1+nf2)成分の自己
相関波形はn次のベッセル関数により記述される。図7
は変調周波数1.5GHz、チャ−プ量22GHzの場
合である。
【0017】レ−ザ−に位相変調を加えた場合、一般に
振幅変調が同時に発生する。このとき振幅変調度を測定
しておくと、上記の位相変調度と合わせることにより半
導体レ−ザ−におけるαパラメタを決定することができ
る。
【0018】振幅変調度が大きい場合レ−ザ−光はパル
スとなるがパルス幅は、すべての(f1+nf2)成分の
自己相関波形を測定し、それらをスペクトル強度に応じ
た重みで足し合わせた波形の幅から求めることができ
る。
【0019】(実施例3)実施例1・2では光源自体の
性質に関する測定を示したが、光源以外の素子について
も同様に測定することができる。図8に分散媒体51を
加えた測定系を示す。光源としてモ−ド同期レ−ザ−を
用いた場合、媒体51の分散のために光パルスにチャ−
ピングが発生し、(f1+nf2)次の自己相関波形はn
に依存したピ−クシフトを生じる。この現象は非常に高
精度な分散測定法を提供する。
【0020】(実施例4)分散媒体51を干渉計2の中
にセットした測定系を図9に示す。この系は非常に高精
度な分散測定法を提供する。光源としてモ−ド同期レ−
ザ−を用いた場合、媒体51の分散のために光パルスに
チャ−ピングが発生し、(f1+nf2)次の自己相関波
形にnに依存したピ−クシフトが生じ、分散を測定でき
る。
【0021】また2つのレ−ザ−(中心波長λ1、λ2
を使った方法もある。これらのレ−ザ−は周波数f2
変調されているものとし、モ−ド同期はされていてもさ
れていなくてもよい。まず光源1として中心波長λ1
レ−ザ−を用いて自己相関波形を測定する。次に光源1
を中心波長λ2のレ−ザ−に取替え同様な自己相関波形
を測定する。自己相関波形のピ−ク位置は波長がλ1
λ2の時とでは異なり、この差より分散を測定できる。
【0022】(実施例5)図8及び図9において媒体5
1として非線形媒体を選べば、非線形効果によりもたら
される自己位相変調量、即ち高次の屈折率を測定でき
る。
【0023】(実施例6)図10に変調器52を含む測
定系を示す。この系により変調器52で発生する分散・
チャ−ピングを測定できる。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように本発明により、光の自
己相関の位相情報、即ち光源自身・変調器・分散媒体・
非線形媒体のチャ−ピング・分散・位相のずれ・高次の
屈折率等の高精度な測定が可能になる。
【0025】また本発明により、光パルスの幅の測定を
ヘテロダイン法においても正確に行えるようになる。本
発明による方法は非線形効果を用いていないので測定可
能な波長域は検知器の感度域のみで決定され、極めて広
範囲な測定範囲を与える。また第2高調波を用いた方法
とは異なり、低光強度の時でも比較的高感度である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による自己相関測定法の基本的測定系。
【図2】周波数変換器を2個使った2光路干渉計。
【図3】周波数変換器にハ−フミラ−の機能も合わせ持
たせた2光路干渉計。
【図4】周波数別強度分析器4の構成図。
【図5】2光路干渉計内の2つの光路のパルス列。
【図6】モ−ド同期パルス列の受光信号のf1成分と
(f1+nf2)成分の自己相関波形。
【図7】単一モ−ドレ−ザ−に位相変調が加わった場合
の自己相関波形。
【図8】分散媒体を評価する測定系。
【図9】分散媒体を2光路干渉計内に組み入れた場合の
測定系。
【図10】変調器を評価する測定系。
【符号の説明】
1:光源 2:2光路干渉計 3:受光器 4:周波数別強度分析器 21:周波数変換器 21B:周波数変換器 2
2:光遅延器 23、24、25:光路 26、27:ハ−フミラ− 41A,B,C,D:バンドパスフィルタ− 42
A,B,C,D:検出器 43:演算器 51:分散媒体 52:変調器 53:発信器 101:光路23のパルス列 102:光路24のパ
ルス列。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光パルスまたは変調された光を発生する光
    源と、2光路からなる干渉計と、受光器と、周波数別に
    信号を検出する装置を直列に接続した系で、2光路から
    なる干渉計の少なくとも一方の光路に光路長を変化させ
    る光遅延器を有し、また干渉計の少なくとも一方の光路
    に周波数変換器を有し、その周波数変換器により二つの
    光路の光に周波数差を発生させ、受光信号の中でその差
    周波成分及び、変調周波数の整数倍とその差周波数の和
    または差の周波数成分を測定することによって、光の自
    己相関を得る光パルス列測定方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の光源は光源単体、または外
    部変調器を含んだものより構成されることを特徴とする
    光パルス列測定方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の光の変調は、光源自身また
    は請求項2記載の外部変調器において行うことを特徴と
    する光パルス列測定方法。
  4. 【請求項4】請求項1から3記載のいずれかの光パルス
    列測定方法において、得られた自己相関から算術により
    光パルスのパルス幅を求めることを特徴とする光パルス
    列測定方法。
  5. 【請求項5】請求項1から3記載のいずれかの光パルス
    列測定方法において、得られた自己相関から光源で発生
    するチャ−ピング・分散・位相のずれを求めることを特
    徴とする光パルス列測定方法。
  6. 【請求項6】請求項1から3記載のいずれかの光パルス
    列測定方法において、光源と2光路からなる干渉計の
    間、または2光路からなる干渉計の内部にセットされた
    光素子または光学試料で発生するチャ−ピング・分散・
    位相のずれを測定することを特徴とする光パルス列測定
    方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006013573A (ja) * 2004-06-22 2006-01-12 Hitachi Ltd 量子光伝送装置
CN103557946A (zh) * 2013-10-29 2014-02-05 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种光学延迟测量方法及装置
CN103698025A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 上海交通大学 基于畴壁非线性的脉冲自相关测量方法及测量装置
CN106855437A (zh) * 2016-12-12 2017-06-16 西北大学 一种单发紫外超短脉冲脉宽测量装置及方法
CN111693156A (zh) * 2020-05-22 2020-09-22 广州市固润光电科技有限公司 一种超快激光脉冲宽度测量装置及其控制方法

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