光波形測定方法
【課題】偏波ダイバーシティ構成を用いずに強度相関信号の偏波依存性を無くす。
【解決手段】光を波形測定する際に、該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御する。
【解決手段】光を波形測定する際に、該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波形測定方法に関し、特に、電子回路の動作速度制限のために、電子測定では細部にわたり正確に観測できない光パルス波形を、実波形に忠実に観測する際に用いて好適の、光波形測定装置および光波形測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光パルス波形の観測は、光通信において、受信端での光信号の品質を評価するために必要な機能であるだけではなく、信号中継機や光ネットワークのノードにおける信号品質を監視にも応用可能である。また、光部品の評価にも欠かせない機能である。光ファイバ通信の大容量化に伴い、信号光のビットレートは研究段階では４０Ｇｂ／ｓに達している。また、次世代のシステムを目指して、１６０Ｇｂ／ｓ以上のシステムの研究開発も盛んに行なわれている。これらの研究開発を推進するために、信号光の実波形を忠実に観測できる波形測定技術および波形測定装置が求められている。
【０００３】
今日、一般に用いられる光波形測定装置においては、図２３に示すように、まず、光電変換器１０１を介して被測定光信号（光パルス）を電気信号に変換する。次に、トリガー回路１０２で発生させた電気トリガーで駆動する電気サンプリングパルスを電気サンプリングパルス発生回路１０３で発生させ、サンプリング回路１０４内で光電変換器１０１からの電気信号を電気サンプリングパルスでサンプリングして、波形表示器１０５でサンプリング波形を表示する。即ち、光信号の実波形を、電気信号でサンプリングして波形測定を行なうようになっている。
【０００４】
このとき、信号光の波形を忠実に観測するには、信号光を構成する全ての周波数成分を受光しなければならないので、波形測定装置には信号光のビットレートよりも十分広い帯域が求められる。電気サンプリング測定での観測帯域は、光電変換器、トリガー回路、サンプリング回路、波形表示器などの最も狭いもので制限される。通常、５０ＧＨｚ程度と考えられている電子回路の動作帯域制限は、４０Ｇｂ／ｓの信号を精細に観測するには必ずしも十分な帯域ではない。
【０００５】
この帯域制限の課題を解決する技術としては、信号光を光のままサンプリングする光サンプリング技術がある。この光サンプリング技術は、図２４に示すように、非線形媒質からなる光サンプリングゲート１１１において、被測定光（波長：λsig）とそれよりもパルス幅の短いサンプリング光パルス(波長：λsam)との強度相関信号光を発生させることにより、サンプリング結果を出力するものである。ここで、強度相関信号光とは、被測定光とサンプリング光パルスが時間領域で重なることにより発生した光を示す。
【０００６】
ここで、サンプリング光パルスは、サンプリング周波数生成器１１３からのサンプリング周波数信号によって短パルス光源１１２を駆動することにより、短パルス光源１１２の出力として得られるようになっている。サンプリング周波数生成器１１３では、被測定光に同期したクロック信号（繰り返し周波数ｆ0）をＮ分周し、更に掃引のための周波数Δｆにより周波数シフトすることにより得られる周波数信号（ｆ0／Ｎ＋Δｆ）を、サンプリング周波数信号として出力するようにしている。なお、繰り返し周波数とは、光パルスの繰り返し周期の逆数を表す。
【０００７】
そして、サンプリングゲート１１１において、このサンプリング光パルスと被測定光とを合波し、当該サンプリングゲート１１１内の非線形媒質に入射させることで非線形効果
を生じさせる。この非線形効果により、被測定光とサンプリング光パルスとの強度相関を持つ光信号、即ち強度相関信号光（波長：λc、繰り返し周波数：ｆ0／Ｎ＋Δｆ ）が得
られるが、この強度相関信号光を光フィルタで抽出し、光サンプリングゲート１１１から出力する。
【０００８】
光サンプリングゲート１１１から出力された強度相関信号光は、光電変換器１１４で電気相関信号に変換され、通常、サンプリング周波数信号を用いてアナログ信号からディジタル信号に変換した後、電気信号に変換された強度相関信号として波形表示器１１５の垂直軸信号ポートに入力される。波形表示器１１５では、垂直軸信号ポートに入力される強度相関信号を、サンプリング周波数生成器１１３で用いられている周波数Δｆの掃引信号を水平軸信号ポートに入力してトリガーをかけることにより、被測定光波形を表示する。
【０００９】
上述の図２４に示す光サンプリングの時間分解能は、主にサンプリング光パルスのパルス幅で決定されるので、パルス幅の狭いサンプリング光パルスを用意すれば時間分解能の高い光サンプリングを実現できる。一方、垂直軸に該当する信号光の強度については、強度相関信号光の大きさに依存する。この強度相関信号光は、非線形媒質内で発生するが、この非線形媒質としては、ポタジウムタイタニルフォスファ（KTiOPO4：KTP）結晶や周期分極反転LiNbO3（PPLN）結晶などを用いることができる。
【００１０】
しかしながら、前述の結晶内で発生する強度相関信号光は、入射する被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態に依存するために、任意の偏波状態の信号光波形を測定することが困難であるという課題がある。
そこで、以下に示す非特許文献１には、図２５に示すように、上述の強度相関信号光が有する偏波依存性を解決し、任意の偏波状態の信号光波形を測定できるようにするために、光パルスを偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２５でTE偏波成分とTM偏波成分の二つの偏波成分に分離し、二つの非線形媒質内でそれぞれの偏波成分の強度相関信号光を発生させる偏波ダイバーシティ構成を採用している。尚、図２５において、１２０はサンプリング光パルスを発生するパルス光源、１２１，１２２は発振器、１２３は被測定光を発生するモードロックファイバレーザ（ＭＬＦＬ：Mode Locked Fiber Laser）、１２４，１２７は半波長板（ＨＷＰ：Half Wave Plate）、１２６，１２９，１３１はミラー、１２８，１３０はＫＴＰ、１３２はＳｉ−ＡＰＤ（Si-Avalanche Photo Diode）、１３３はアナログ／ディジタル変換器、１３４はコンピュータである。
【００１１】
偏波依存性を取り除く公知技術として、非特許文献２に記載された技術もある。本技術は、強度相関信号光を発生させるためには、被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態が直線偏波であり、かつ直線偏波方向が互いに４０〜５０度異なっていることが望ましい。即ち、被測定光の直線偏波状態を基準にすると、サンプリング光パルスの直線偏波はこの基準から４０〜５０度傾いていることが望ましいことになる。さらに、被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態は直線偏波ではなくとも、測定可能な強度相関信号光を発生できる偏波状態であれば問題はない。これを実現するために、偏波コントローラを用いて、非線形媒質である光ファイバに入射する被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態を設定する。本技術では、光ファイバ中での偏波状態の変化により必ずしも強度相関信号光を発生させるために最適な偏波状態を実現できないことがある。また、被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態を手動で設定する場合、所要時間は長い。その上、手動設定では正確性や再現性確保が難しい。特に、複数の被測定光を同時に観測する場合、所要部材を同時に観測したい被測定光の数だけ用意するのはもちろん、その数の分だけ個別に被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態を設定しなくてはならないので、初期設定に要する時間は膨大になる。
【非特許文献１】N.Yamada et al., "Polarization-insensitive optical sampling system using two KTP crystals," IEEE Photonics technology letters, vol. 16, no.1, pp.215-217, 2004
【非特許文献２】S. Watanabe, et al.," Novel Fiber Kerr-Switch with Parametric Gain: Demonstration of Optical Demultiplexing and Sampling up to 640 Gb/s," Postdeadline session, Th4.1.6, 30th European Conference on Optical Communication, September 5-9, 2004 Stockholm, Sweden
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献１に記載された技術においては、非線形媒質として、比較的高価な材料であるＫＴＰが二つ必要になる。
非特許文献２に記載された技術においても、強度相関信号光を監視してその結果をもとに被測定光の偏波状態を制御する機能はなく、被測定光についての実波形を、当該被測定光の偏波状態によらずにスムーズに観測できるようにするための構成についてまでは開示するものではない。
【００１３】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、偏波ダイバーシティ構成を用いることなく、強度相関信号光のパワーレベルに基づき被測定光の偏波状態を制御することにより、強度相関信号光が被測定光の偏波状態に依存せずに発生することを可能にした、光波形測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このため、本発明の関連発明の光波形測定装置は、被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光パルス出力部と、該被測定光および該サンプリング光出力部からの該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるサンプリング結果出力部と、該被測定光の測定開始前において、該サンプリング光出力部に入射される該被測定光の偏波状態を該サンプリング結果出力部において出力される光のパワーレベルに基づき所定の状態になるように制御する偏波状態制御部と、をそなえて構成されたことを特徴としている。ここで、該被測定光の測定開始前とは、光波形測定装置を作製した時点、該被測定光測定中に何らかの原因により該被測定光の偏波状態が変化してしまい、該被測定光の偏波状態を所定の状態に再設定する必要が発生した時点をも含まれる。
また、好ましくは、該偏波状態制御部は、サンプリング光出力部からのサンプリング光パルスの偏波状態についても制御することとしてもよい。
【００１５】
さらに、該サンプリング光出力部を、該被測定光の繰り返し周期程度もしくはよりも周期が長い周期に対応するサンプリング周波数を発生させる周波数発生部と、該周波数発生部で発生されたサンプリング周波数をもとにした光変調によって該サンプリング光パルスを生成するサンプリング光生成部と、をそなえて構成することもできる。
また、該サンプリング結果出力部を、該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせるための非線形媒質と、該非線形媒質において生じる非線形光学効果によって偏波状態が変化した、該被測定光についての直線偏波成分を該波形測定用に抽出する直線偏波成分抽出部と、をそなえ、かつ、該偏波状態制御部を、該非線形媒質に入力される該被測定光の偏波状態を、該直線偏波成分抽出部において抽出すべき直線偏波成分の方向とほぼ直交する直線偏波となるように制御するとともに、該非線形媒質に入力される該サンプリング光パルスの偏波状態についても、該被測定光について制御すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波となるように制御すべく構成することとしてもよい。
【００１６】
さらに、該偏波状態制御部を、該被測定光について直線偏波光にする第１偏波制御部と、該サンプリング光発生部で発生された該サンプリング光について直線偏波光にする第２偏波制御部と、該直線偏波成分抽出部で抽出された該被測定光についての直線偏波成分に基づいて該第１偏波制御部および該第２偏波制御部においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を監視制御する監視制御部と、をそなえて構成することができる。
【００１７】
また、該監視制御部を、該直線偏波成分抽出部で抽出すべき直線偏波の方向と、該第１偏波制御部および該第２偏波制御部においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を初期設定する初期設定部をそなえて構成することとしてもよい。
さらに、該初期設定部を、該サンプリング光パルスが入力されない場合には該直線偏波成分抽出部において抽出される直線偏波成分がほぼ最小となるように、該第１偏波制御部において変換される直線偏波光の方向とともに、該直線偏波成分抽出部で抽出すべき直線偏波の方向を初期設定するとともに、該第２偏波制御部において変換される直線偏波光の方向を、該第１偏波制御部において変換される直線偏波光の初期設定方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波となるように初期設定を行なうことができる。
【００１８】
さらに、本発明の関連発明の光波形測定装置は、複数系列の光を波形測定の対象となる被測定光とし、該複数系列の被測定光をそれぞれサンプリングするための複数のサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、該複数系列の被測定光および該サンプリング光出力部からの複数のサンプリング光パルスによる非線形光学効果をそれぞれ生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうる複数のサンプリング結果出力部と、該複数のサンプリング結果出力部において出力される光を用いて該波形測定を行なうことができるように、該サンプリング結果出力部において出力される光に基づいて該サンプリング結果出力部に入力される被測定光の偏波状態を個別に制御しうる偏波状態制御部と、をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の関連発明の光波形測定装置は、複数系列の光を波形測定の対象となる被測定光とし、該複数系列の被測定光をサンプリングするための共用のサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、該複数系列の被測定光および該サンプリング光出力部からの該共用のサンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるサンプリング結果出力部と、該サンプリング結果出力部において出力される光を用いて該波形測定を行なうことができるように、該サンプリング結果出力部において出力される光に基づいて該サンプリング結果出力部に入力される被測定光の偏波状態を個別に制御しうる偏波状態制御部と、をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００２０】
さらに、本発明の光波形測定方法は、光波形測定する際に、該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴としている。
また、本発明の光波形測定方法は、光波形測定する際に、該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、該被測定光および該サンプリング光パルスにより非線形媒質で非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴としている。
また、上記の光波形測定方法において、該非線形媒質を光ファイバとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
このように、本発明によれば、該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することができるので、強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に依存しなくなることが可能になる利点がある。
さらに、比較的簡素な制御によって強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に依存しなくなることが可能になる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。
なお、上述の本願発明の目的のほか、他の技術的課題，その技術的課題を解決する手段及びその作用効果についても、以下の実施の形態による開示によって明らかとなるものである。
〔Ａ〕第１実施形態の説明
〔Ａ−１〕構成
図１は本発明の第１実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。この図１に示す光波形測定装置１は、被測定光の波形測定を行なうものであり、具体的にはサンプリングにより波形の形状を表示する機能をそなえている。ここで、光波形測定装置１は、第１偏波制御部２−１，第２偏波制御部２−２，サンプリング光出力部３，サンプリング結果出力部４，波形表示器５および監視制御部６をそなえて構成されている。
【００２３】
ここで、サンプリング光出力部３は、上述の被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力しうるものであり、このサンプリング光出力部３で出力するサンプリング光は、被測定光よりもパルス幅が狭く、被測定光の繰り返し周期程度もしくはそれよりも周期が長くすなわち繰り返し周波数が低いサンプリング周波数を有するものである。
【００２４】
すなわち、サンプリング光出力部３は、後述するように、図４（ａ）に示すような繰り返し周波数がｆ0の被測定光が入力された場合においては、図４（ｃ）に示すような、この被測定光よりもパルス幅が狭く、被測定光の繰り返し周波数ｆ0程度もしくはそれよりも低いサンプリング周波数ｆ1（＝ｆ0／Ｎ＋Δｆ）を有するサンプリング光パルスを出力することができるようになっている。ここで、Ｎは１以上の整数を表し、以下同様である。
【００２５】
さらに、第１偏波制御部２−１は、入力される被測定光についての偏波状態を後述の監視制御部６による制御を受けて直線偏波にしうるものである。又、サンプリング光出力部３は、上述の被測定光をサンプリング、即ち測定対象となる光波形についてサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力しうるものである。更に、第２偏波制御部２−２は、サンプリング光出力部３からのサンプリング光パルスの偏波状態を後述の監視制御部６による制御を受けて直線偏波にしうるものである。
【００２６】
また、サンプリング結果出力部４は、偏波制御部２−１で直線偏波にされた被測定光と、偏波制御部２−２で直線偏波にされたサンプリング光パルスと、により非線形光学効果を生じさせて、被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるものであって、方向性結合器４ａ，４ｄ，非線形媒質４ｂおよび偏光子４ｃをそなえて構成されている。
方向性結合器４ａは、偏波制御部２−１からの被測定光と偏波制御部２−２からのサンプリング光パルスとを合波するものである。又、非線形媒質４ｂは、方向性結合器４ａで合波された被測定光およびサンプリング光パルスによる非線形効果（非線形光学効果）として光カー（Ｋｅｒｒ）効果と光パラメトリック効果を生じさせて、被測定光のサンプリング結果となる光を出力することができるようになっている。
【００２７】
すなわち、非線形媒質４ｂにおいては、被測定光とサンプリング光パルスとの強度相関信号光を出力することができるようになっている。尚、上述の非線形媒質４ｂとしては、例えば光ファイバにより構成することができる。 さらに、偏光子４ｃは、非線形媒質４ｂにおいて上述の非線形効果が生じた光成分としての直線偏波成分について取り出すものである。具体的には、非線形媒質４ｂにおいてサンプリング光パルスが入力されていない状態においては、非線形媒質４ｂに被測定光が入力されたとしても、偏光子４ｃで取り出
される光成分は最小であり、実質的には被測定光成分を取り出されない。一方、サンプリング光パルスおよび被測定光が入力されると、偏光子４ｃでは、サンプリング光パルスが入力されたことによって非線形効果を受けた被測定光成分を取り出すことができるようになる。
【００２８】
また、方向性結合器４ｄは、偏光子４ｃで取り出された光成分を分岐して、一方を光波形表示のために表示部５へ出力するとともに、他方を監視制御部６に出力するようになっている。従って、上述の偏光子４ｃおよび方向性結合器４ｄにより、非線形媒質４ｂにおいて生じる非線形光学効果によって偏波状態が変化した、被測定光についての直線偏波成分を波形測定用に抽出する直線偏波成分抽出部を構成する。尚、直線偏波成分抽出部としての構成としては、この構成に限定されるものではなく、例えばファラデー回転子を偏光子の前段に設けたり、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）により構成したりすることとしてもよい。また、非特許文献２に示されているとおり、サンプリング結果出力部はＣバンド帯域において、強度相関信号光の発生効率の波長依存性は小さいが、更にこの波長依存性を除去するために、光フィルタ(波長特性平坦化フィルタ)を偏光子４ｃの前部もしくは後部、または方向性結合器４ｄの後部のいずれかに配置してもよい。このフィルタにより被測定光の周波数(波長)特性をフラットにすることができる。例えば、このフィルタは異なる波長特性を有するフィルタを２枚以上組み合わせること、あるいはファイバブラッググレーティングを用いることにより任意の波長透過特性を得ることができる。当業者であればこのようなフィルタを容易に実現できることは明らかである。
【００２９】
さらに、監視制御部６は、偏光子４ｃで抽出された被測定光についての直線偏波成分に基づいて、第１偏波制御部２−１および第２偏波制御部２−２においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を監視制御するものである。具体的には、方向性結合器４ｄを通じて、非線形媒質４ｂにおいて非線形効果を生じた光成分についての偏光子４ｃを通過した直線偏波成分を入力され、この直線偏波成分が最大になるように、第１偏波制御部２−１および第２偏波制御部２−２をフィードバック制御する。しかしながら、この最大から少しずれたとしてもこの測定には大きな問題とはならない。
【００３０】
すなわち、監視制御部６においては、非線形媒質４ｂに入力される被測定光の偏波状態を、偏光子４ｃにおいて抽出すべき直線偏波成分の方向とほぼ直交する直線偏波となるように第１偏波制御部２−１を制御するとともに、非線形媒質４ｂに入力されるサンプリング光パルスの偏波状態についても、被測定光について制御すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波となるように第２偏波制御部２−２を制御するようになっている。この場合においては、サンプリング光パルスの偏波状態は、被測定光について制御すべき直線偏波の方向と、偏光子４ｃにおいて抽出すべき直線偏波成分の方向と、のほぼ中間の角度となるように、第２偏波制御部２−２を制御している。
【００３１】
したがって、上述の第１偏波制御部２−１，第２偏波制御部２−２および監視制御部６により、被測定光の測定開始前において、サンプリング結果出力部４に入力される被測定光の偏波状態をサンプリング結果出力部４からの光のパワーレベルに基づき所定の状態になるように制御する偏波状態制御部７を構成する。
ここで、被測定光の測定開始前とは、光波形測定装置を作製した時点、該被測定光測定中に何らかの原因により該被測定光の偏波状態が変化してしまい、該被測定光の偏波状態を所定の状態に再設定する必要が発生した時点をも含まれる。
また、好ましくは、偏波状態制御部７は、サンプリング光出力部からのサンプリング光パルスの偏波状態についても制御することとしてもよい。
なお、サンプリング光パルスの偏波状態については、偏光子４ｃにおいて抽出すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波を安定的に出力可能であれば、第２偏波制御部２−２および監視制御部６を通じたフィードバック制御については適宜省略することができる。
【００３２】
また、表示部５は、サンプリング結果出力部４をなす方向性結合器４ｄから出力されたサンプリング結果となる光について、電気信号に変換するとともに、変換されたサンプリング結果としての電気信号を掃引することにより、被測定光の波形について表示するものである。
〔Ａ−２〕非線形媒質４ｂによる強度相関信号光の発生について
ついで、上述のごとく構成された第１実施形態にかかる光波形測定装置１をなす非線形媒質４ｂとして光ファイバを用いながら、強度相関信号光を発生させていることについて、本願発明に関連した技術である光カースイッチの技術とともに説明する。
【００３３】
光ファイバ内で発生する非線形効果のひとつに、超高速に応答する四光波混合効果がある。これは、光ファイバの零分散波長と同じ波長をもつポンプ光と、ポンプ光とは異なる波長の信号光との両者を、光ファイバに入射すると、第三の光、アイドラー光が発生する現象である。アイドラー光の強度は、ポンプ光ピークパワーの二乗と信号光ピークパワーの積に比例するので、四光波混合効果により、光学的に強度相関信号光を得られる。
【００３４】
ポンプ光強度を大きくすると、同時に光パラメトリック増幅現象が生じる。即ち、ポンプ光のエネルギーが、信号光および第三のアイドラー光に分配され、効率よく強度相関信号光を得られる。この増幅現象は、信号光にも同様に発生する。すなわち、この増幅成分を、光ファイバに入射した信号光と分離できれば、入射信号光波長と同一波長の強度相関信号光を得られる。
【００３５】
たとえば、Cバンド全帯域の信号光を観測する場合、ポンプ光はCバンド外に設定しなければならず、必然的にアイドラー光はCバンド外に発生してしまい、これを強度相関信号光として用いるにはCバンド帯域外の光部品が必要になり、光サンプリング装置が高額になってしまう。そのために、信号光と同一の波長の強度相関信号光を得ることは重要である。
【００３６】
ここで、別の非線形効果である光カー効果を用いた光カースイッチを用いると、上述の分離が可能になる。光カースイッチは、第１実施形態にかかるサンプリング光出力部４における符号４ｂ，４ｃに相当する、非線形媒質と偏光子で構成されるスイッチであって、本スイッチに入射した信号光が偏光子を透過しないように、信号光の偏波状態が設定される。
【００３７】
そして、信号光の偏波に対して４０〜５０度、好ましくは４５度を成す直線偏波のコントロール光が入射されると、コントロール光により信号光の偏波状態が変化し、強度相関信号光成分のみ、偏光子を通過する。よって、光カースイッチで、入射信号光と同一波長の強度相関信号光を得られうる。なお、光カースイッチは、全光学的なスイッチなので、超高速に応答する。勿論、この光カースイッチにおいても、上述のごとき光パラメトリック増幅現象によって、入力される信号光パルスに対して、ＫＴＰ等の非線形結晶を用いた場合と比較して、高変換効率で強度相関信号光を得ることができる。
【００３８】
この光カースイッチをなす非線形媒質として用いる光ファイバとしては、通常、光ファイバ伝送に用いられるステップインデックス型光ファイバがある。これは、広く使用されているために安価で実現できるものである。又、屈折率分布を変更し実効コア断面積を小さくし、ゲルマニウムをコア部に添加し非線形屈折率を増大させることにより、非線形係数の向上を図ったステップインデックス型シリカ系光ファイバや、ステップインデックス型光ファイバでは実現できないほど小さな実行コア断面積を実現することにより非線形係数を高めたフォトニック結晶ファイバ、更には、非線形屈折率がシリカよりも大きな材料からなる非線形性の高い光ファイバを用いることもできる。非線形係数を高めた光ファイバを採用することにより、強度相関信号光を効率よく発生させるために必要な光ファイバ長の短尺化が可能になり、コンパクトで安定な光サンプリングシステムを実現できる。
【００３９】
ところで、前述のパラメトリック増幅現象と光カースイッチを組み合わせて強度相関信号光を得る光スイッチは、増幅機能の効果で、変換効率が1以上にもなり得る。従って、この光カースイッチを、強度相関信号光を発生させる装置に応用すると、ＫＴＰ結晶などの比較的低い変換効率を飛躍的に向上することができる。
この光カースイッチの詳細は、前述の非特許文献２で開示されているように、 Cバンド全帯域の被測定信号に対して、本スイッチに入射した被測定光パワーの６倍近くのパワーの強度相関信号光発生に成功している。従来のＫＴＰ結晶などを使った場合の変換効率が１０-4であることを考えると、この光カースイッチによる変換効率は桁違いに高いことが分かる。
【００４０】
本実施形態においては、非線形媒質４ｂおよび偏光子４ｃをそなえてサンプリング光出力部４を構成することにより、上述のごとき光カースイッチの場合と同様の強度相関信号光の発生効率を高くしながら、第１偏波制御部２−１，第２偏波制御部２−２および監視制御部６により、非線形媒質４ｂに入力される被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を互いが４０〜５０度、好ましくは４５度をなす直線偏波にしておくようにして、被測定光の偏波依存性を無くすことができるようになっている。
【００４１】
すなわち、第１偏波制御部２−１により、非線形媒質４ｂに入力される被測定光を、例えば図２に示す直線偏波Ｅｓとし、第２偏波制御部２−２により、非線形媒質４ｂに入力されるサンプリング光パルス、例えば図２に示すＥｓと４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなすＥｐとすることにより、サンプリング光パルスと強度相関を有する光成分Ｅｓ１（サンプリング光パルスＥｐとほぼ同一の直線偏波成分を有する）が出力される。そして、この直線偏波Ｅｓ１のうちで、非線形媒質４ｂに入力される被測定光の直線偏波成分Ｅｓに直交する成分について偏光子４ｃを通過させて、サンプリング結果としての（被測定光と同一波長の）強度相関信号光Ｅｓ−ｏｕｔを得ている。
【００４２】
〔Ａ−３〕作用効果
上述のごとく構成された、本発明の第１実施形態にかかる光波形測定装置１では、光波形測定する際に、測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスをサンプリング光パルス出力部３で出力し、サンプリング結果出力部４をなす非線形媒質４ｂで、被測定光およびサンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせる。
【００４３】
そして、偏光子４ｃを通じ、被測定光およびサンプリング光パルスの強度相関信号光を、被測定光のサンプリング結果となる光として出力する。表示部５においては、上述のサンプリング結果となる光を電気信号に変換し、電気信号に変換されたサンプリング結果を掃引することにより、被測定光の波形について表示し、この表示された波形を通じて被測定光の波形を観測、測定することができる。
【００４４】
光波形測定装置１においては、上述のごとき被測定光の波形の測定に先立って、監視制御部６において第１偏波制御部２−１および第２偏波制御部２−２を制御することによって、サンプリング結果として出力される光が最適レベル（例えば最大レベル）の直線偏波状態を有するように、測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御しておく。
【００４５】
すなわち、サンプリング光パルスの偏波状態を、サンプリング結果として出力される光が有する直線偏波状態に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度の直線偏波となるように制御し、測定対象となる被測定光の偏波状態を、サンプリング光パルスが入力されない状態においては、サンプリング結果として出力される光がほぼ最小となるように制御する。
【００４６】
換言すれば、サンプリング光パルスが入力されない状態においては、偏光子４ｃを通じて表示部５に出力されないような方向の直線偏波状態としながら、被測定光がサンプリング光パルスとともに光ファイバ４ｂに入力された場合においては、光カー効果により被測定光とサンプリング光パルスが時間的に重なっている部分の偏波状態が回転するので、この偏波状態が回転した光を強度相関信号光として偏光子４ｃを通じて取り出すことができるようになるのである。
【００４７】
さらに、サンプリング結果として取り出すべき強度相関信号光をパラメトリック増幅現象によって、従来技術よりも高効率で出力するとともに、偏波状態制御部７による被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態の制御によって、被測定光が任意の偏波状態であっても、波形測定を行なうことができる。
このように、本発明の第１実施形態によれば、偏波状態制御部７において、サンプリング結果出力部４において出力される光を用いて波形測定を行なうことができるように、サンプリング結果出力部４に入力される被測定光の偏波状態を制御することができるので、複雑な偏波ダイバーシティ構成を用いずに、単一の非線形媒質４ｂを用いながら、強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点がある。
【００４８】
さらに、被測定光の偏波状態のフィードバック制御およびサンプリング光パルスの偏波状態をフィードバック制御するという、比較的簡素な制御によって強度相関信号光の偏波依存性を無くすことができる利点もある。
また、電気サンプリングによるオシロスコープでは実現できない高時間分解能で、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
【００４９】
〔Ｂ〕第２実施形態の説明
〔Ｂ−１〕構成
図３は本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置１１を示すブロック図であり、この図３に示す光波形測定装置１１は、前述の第１実施形態にかかる光波形測定装置１の各構成要素を更に展開したものである。即ち、第２実施形態にかかる光波形測定装置１１においても、第１偏波制御部１２−１，第２偏波制御部１２−２，サンプリング光出力部１３，サンプリング結果出力部１４，表示部１５および監視制御部１６をそなえて構成されている。
【００５０】
ここで、サンプリング光出力部１３は、第１偏波制御部１２−１を介してサンプリング結果出力部１４に対してサンプリング光パルスを供給するためのものであるが、この図３に示すように、被測定光の繰り返し周期と同程度もしくはこれよりも長いすなわち繰り返し周波数が低いサンプリング周波数ｆ1を発生させる周波数発生部１８と、周波数発生部
１８で発生されたサンプリング周波数をもとにした光変調によってサンプリング光パルスを生成するサンプリング光生成部１９と、をそなえて構成されている。
【００５１】
すなわち、周波数発生部１８においては、図４（ａ）に示すような繰り返し周波数ｆ0
（例えば繰り返し周波数ｆ0＝１６０ＧＨｚ程度）の光を測定対象（被測定光）とする場
合に、この被測定光に同期したクロック信号を取り込んで、取り込んだクロック信号について掃引信号で周波数シフトすることにより、サンプリング周波数信号として出力するものである。
【００５２】
具体的には、図４（ｂ）に示すように、この被測定光の繰り返し周波数ｆ0よりも低い
周波数となるｆ1（＝ｆ0／Ｎ＋Δｆ）をサンプリング周波数信号として出力するものであ
って、第２実施形態においては、発振器１８ｂおよびトリガー回路１８ｃをそなえて構成されている。
ここで、発振器１８ｂは、被測定光を掃引するための周波数信号Δｆを発生しうるものであって、被測定光を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部を構成する。尚、Δｆは正又は負の周波数信号とすることができる。
【００５３】
そして、トリガー回路１８ｃは、被測定光に同期し、その繰り返し周波数である周波数ｆ0のクロック信号を取り込むとともに、上述の発振器１８ｂからの周波数信号Δｆを入力されて、上述のサンプリング周波数信号ｆ1を生成することができるようになっている。換言すれば、トリガー回路１８ｃは、取り込んだクロック信号を発振器１８ｂからの掃引信号で周波数シフトすることにより、サンプリング周波数の信号を生成する周波数シフト部を構成する。
【００５４】
さらに、図３において、サンプリング光生成部１９は、連続光（ＣＷ：Continuous Wave）を出力する連続光光源１９ａと、連続光光源１９ａからの連続光について、周波数発生部１８をなすトリガー回路１８ｃにて発生されたサンプリング周波数ｆ1で変調することによりサンプリング光パルスを出力しうる光変調器１９ｂと、光変調器１９ｂから出力されるサンプリング光パルスを増幅する増幅器１９ｃと、増幅器１９ｃを駆動するドライバ１９ｄと、をそなえて構成されている。なお、光変調器１９ｂから出力されるサンプリング光パルスのパワーが、サンプリング結果出力部１４の所要パワーであれば、増幅器１９ｃは省略することができる。
【００５５】
ここで、光変調器１９ｂは、上述の周波数発生部１８にて発生されたサンプリング周波数信号として、例えば図４（ｂ）に示すようなパルス幅の信号で受信した場合において、図４（ｃ）に示すような、周波数発生部１８からのサンプリング周波数信号のパルス幅よりも狭いパルス幅を有するサンプリング光パルスを出力しうるものである。
また、増幅器１９ｃは、光変調器１９ｂからのサンプリング光パルスについて必要に応じて増幅するものであり、ドライバ１９ｄにより例えば自動パワー制御を行なうことによって、光増幅器１９ｃを独立に制御することにより、常に出力パワーを一定の値に保つと装置全体の制御が簡素になる。尚、上述の光変調器１９ｂおよび光増幅器１９ｃの順序としては、逆の配置とすることとしてもよい。
【００５６】
また、第１偏波制御部１２−１は、第１偏波コントローラ１２ａおよび第１ドライバ１２ｂをそなえて構成されている。第２実施形態においては、第１偏波コントローラ１２ａは、４分の１波長板１２ａａおよび２分の１波長板１２ａｂをそなえて構成され、入力される被測定光を上述の４分の１波長板１２ａａおよび２分の１波長板１２ａｂを通じて直線偏波状態とすることができるものである。
【００５７】
さらに、第１ドライバ１２ｂは、後述の監視制御部１６からの制御を受けて、第１偏波コントローラ１２ａをなす各波長板１２ａａ，１２ａｂの、入射される被測定光に対する結晶軸角度をそれぞれ設定しうるものである。即ち、結晶軸角度が設定された波長板１２ａａ，１２ａｂを被測定光が通過することにより、直線偏波に変換することができる。このとき、第１ドライバ１２ｂの波長板１２ａａ，１２ａｂの角度設定により、第１偏波コントローラ１２ａに入力される被測定光が直線偏波に変換される際の直線偏波の方向について設定制御することができるようになっている。
【００５８】
同様に、第２偏波制御部１２−２は、第２偏波コントローラ１２ｃおよび第２ドライバ１２ｄをそなえて構成されている。第２偏波コントローラ１２ｃについても、４分の１波長板１２ｃａおよび２分の１波長板１２ｃｂをそなえて構成され、サンプリング光出力部３から入力されるサンプリング光パルスを上述の４分の１波長板１２ｃａおよび２分の１波長板１２ｃｂを通じて直線偏波状態とすることができる。
【００５９】
また、第２ドライバ１２ｄは、後述の監視制御部１６からの制御を受けて、第２偏波コントローラ１２ｃをなす各波長板１２ｃａ，１２ｃｂの、入射されるサンプリング光パルスに対する結晶軸角度をそれぞれ設定しうるものである。即ち、結晶軸角度が設定された波長板１２ｃａ，１２ｃｂをサンプリング光パルスが通過することにより、直線偏波に変換することができる。このとき、第２ドライバ１２ｄの波長板１２ｃａ，１２ｃｂの角度設定により、第２偏波コントローラ１２ｃに入力される被測定光が直線偏波に変換される際の直線偏波の方向について設定制御することができるようになっている。
【００６０】
なお、上述の第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃとしては、上述のごとき波長板１２ａａ，１２ａｂ，１２ｃａ，１２ｃｂを用いた構成のほか、光ファイバの側部に力を加えるスクイーザタイプ、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）導波路をもちいたタイプ、ファラデー回転子を用いたタイプなど、他の公知の構成を適用してもよい。又、第１，第２ドライバ１２ｂ，１２ｄの構成についても、上述の第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃの構成に応じて適宜構成することができる。
【００６１】
なお、第２実施形態の場合のように、波長板を組み合わせたタイプを用いると、任意の偏波状態の被測定光を所望の偏波状態に変更する制御が他の構成と比べて容易である。又、スクイーザタイプのものは挿入損失が極めて小さいので、他の構成と比べて、後述の表示部１５をなす光電変換器１５ｂ等の処理において信号に重畳される雑音により観測できないほどの小さなパワーの被測定光でさえ観測可能になる上、光ファイバで構成されるので許容入射パワーが極めて高くなる。ＬＮ導波路を用いた場合には、他の構成に比べて応答速度が非常に速いので、所望の偏波状態を素早く達成できる。ファラデー回転子を用いた場合も同様に高速に偏波状態を設定できる。
【００６２】
また、サンプリング結果出力部１４は、前述の第１実施形態におけるサンプリング結果出力部４の場合（図１の符号４ａ〜４ｄ参照）と同様の方向性結合器１４ａ，非線形媒質としての光ファイバ１４ｂ，偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄをそなえて構成され、方向性結合器１４ａを通じて入力された被測定光とサンプリング光パルスとの合波光について、前述の〔Ａ−２〕の場合と同様に強度相関信号光をサンプリング結果として出力しうるものであるが、第２実施形態においては、偏光子１４ｃから出力される直線偏波の方向を、後述の偏波制御部１７をなすドライバ１７ａにより設定することができるようになっている。
【００６３】
すなわち、ドライバ１７ａにより設定される偏光子１４ｃから出力される直線偏波の方向と、第１，第２ドライバ１２ｂ，１２ｄを通じて設定される被測定光およびサンプリング光パルスの直線偏波の方向と、の両者の関係によって、光ファイバ１４ｂで非線形光学効果である光カー効果を生じた光（即ち、強度相関信号光）を、被測定光のサンプリング結果として得ることができるのである。
【００６４】
なお、上述の方向性結合器１４ａ，１４ｄとしては、例えば光ファイバ型のものを用いることで、簡易、他の部品との接続性も良好となるが、これ以外の構成、例えばダイクロイックミラーを用いた空間型の結合器など、２つの光を一つの光ファイバ内に結合する機能を有するものならばいかなるものであっても良い。
また、光ファイバ１４ｂの温度を安定に調整する温度調整部１４ｇをサンプリング結果出力部１４にそなえることとすれば、外部温度変化の影響を光ファイバ１４ｂが受けることがなくなるので、外部温度変化および光入射に起因する光ファイバ１４ｂ内での被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態の時間的変動があったとしても、これを抑圧することができるようになる。
【００６５】
さらに、監視制御部１６は、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄで抽出された被測定光についての直線偏波成分に基づいて、第１偏波コントローラ１２ａおよび第２偏波コントローラ１２ｂにおいてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を、第１ドライバ１２ｂおよび第２ドライバ１２ｄに対する制御を通じて監視制御するものである。このため、この監視制御部１６は、パワーメータ１６ａおよび比較・コントローラ１６ｂをそなえて構成されている。
【００６６】
パワーメータ１６ａは、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄで抽出された被測定光のパワーレベルを測定するものであり、比較・コントローラ１６ｂは、パワーメータ１６ａからの測定結果を基準値と比較することを通じて、光ファイバ１４ｂに入力される被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を判定し、第１ドライバ１２ｂおよび第２ドライバ１２ｄとともに、ドライバ１７ａ，１９ｄを制御するものである。
【００６７】
すなわち、監視制御部１６による第１ドライバ１２ｂおよび第２ドライバ１２ｄに対する制御を通じて、光ファイバ１４ｂに入力される被測定光の偏波状態（図２のＥｓ参照）を、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにおいて抽出すべき直線偏波成分の方向とほぼ直交する直線偏波（図２のＥｓ−ｏｕｔ参照）となるように制御するとともに、光ファイバ１４ｂに入力されるサンプリング光パルスの偏波状態についても、被測定光について制御すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波（図２のＥｐ参照）となるように制御するようになっている。この場合においては、被測定光について制御すべき直線偏波の方向と、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにおいて抽出すべき直線偏波成分の方向と、のほぼ中間の角度を有する直線偏波としている。
【００６８】
このように光ファイバ１４ｂに入力される被測定光およびサンプリング光パルスの直線偏波の方向とともに、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにおいて抽出すべき直線偏波の方向の相対関係を規定することにより、入力される被測定光の偏波状態によらず、常に適切に波形測定を行なうことができるようになる。
したがって、上述の第１偏波制御部１２−１，第２偏波制御部１２−２および監視制御部１６およびドライバ１７ａにより、サンプリング結果出力部１４において出力される光を用いて波形測定を行なうことができるように、サンプリング結果出力部１４において出力される光に基づいてサンプリング結果出力部１４に入力される被測定光の偏波状態を制御しうる偏波状態制御部１７を構成する。
【００６９】
また、光波形測定装置１１における光波形の測定に先立って、上述の監視制御部１６における後述する初期設定動作として、被測定光が入力されない状態において、サンプリング光パルスの偏波状態と、偏光子１４ｃにおいて抽出すべき直線偏波の方向と、を規定すべく第２ドライバ１２ｄおよびドライバ１７ａを設定制御してから、入力される被測定光の偏波状態を、偏光子１４ｃにおいて抽出すべき直線偏波の方向に直交する直線偏波状態とすべく、第１ドライバ１２ａを制御するようになっている。この場合においては、監視制御部１６は、偏光子１４ｃで抽出すべき直線偏波の方向と、第１偏波制御部１２−１および第２偏波制御部１２−２においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を初期設定する初期設定部を構成する。
【００７０】
表示部１５は、サンプリング結果出力部１４をなす方向性結合器１４ｄから出力されたサンプリング結果となる光について、電気信号に変換するとともに、変換されたサンプリング結果としての電気信号を掃引することにより、被測定光の波形について表示するものであって、波長フィルタ１５ａ，光電変換器１５ｂ，Ａ／Ｄ変換器１５ｃおよび波形表示器１５ｄをそなえて構成されている。
【００７１】
波長フィルタ１５ａは、方向性結合器１４ｄから出力された光について、サンプリング光パルスの波長成分を除去して、被測定光の波長成分を取り出すためのものである。この波長フィルタ１５ａとしては、誘電体多層膜型バンドパスフィルタにより構成することができるが、このようにすれば、サンプリング光パルスを効率よく除去できる。又、サンプリング光パルスのみを透過させないバンド除去フィルタ、例えばファイバブラッググレーティングにより構成する場合、外的な制御を必要とせずに任意波長の被測定光の波形を容易に観測できるようにすることができる。
【００７２】
また、サンプリング光パルスをＬバンド帯やＳバンド帯に設定している場合、Ｃ／Ｌバンド分離用のファイバ型分波器を用いても、外的な制御を必要とせずにＣバンド全帯域の任意波長の被測定光を観測でき、装置の高性能化を図れる。また、強度相関信号光のパワーを増幅するために光増幅器を介装する場合は、例えば、被測定光の波長がＣバンド帯で、サンプリング光パルスの波長がＬバンド帯、もしくはその逆の場合など、すなわち、被測定光とサンプリング光パルスの波長帯が異なる場合、被測定光にかかる光信号の波長帯を増幅する光増幅器を適用することで、サンプリング光パルスの波長帯において当該光増幅器は利得を持たないために、上述のごとき波長フィルタ１５ａは不要になる。
【００７３】
また、上述の表示部１５をなす光電変換器１５ｂは、波長フィルタ１５ａにおいて被測定光の波長成分が透過されたサンプリング結果である強度相関信号光を電気信号に変換するもので、Ａ／Ｄ変換器１５ｃは、光電変換器１５ｂからの電気信号の振幅を、上述のトリガー回路１８ｃから出力されるサンプリング周波数信号ｆ1でディジタル信号に変換するものである。波形表示器１５ｄは、Ａ／Ｄ変換器１５ｃからのディジタル信号を垂直軸入力とし、発振器１８ｂからの掃引信号Δｆを水平軸入力として、被測定光の波形について表示しうるものである。
【００７４】
なお、上述の表示部１５のＡ／Ｄ変換器１５ｃおよび波形表示器１５ｄを構成する回路においては、被測定光の波形表示のためにサンプリング光パルスの繰り返し周期が動作可能帯域として求められる。即ち、サンプリング光パルスの繰り返し周期が長くなれば、上述の動作可能帯域として求められる回路帯域要件も緩和され、これらの装置のコストの低減を図ることができる。被測定光に同期したクロック信号（繰り返し周波数ｆ0）について１／Ｎ分周してサンプリング周波数を求めるようにすることによって、このようなＡ／Ｄ変換器１５ｃおよび波形表示器１５ｄを構成するためのコストを削減させることができる。
【００７５】
ところで、図５は、上述のトリガー回路１８ｃの一例を示す図であって、この図５に示すトリガー回路１８ｃは、９０度位相シフタ２０およびアップコンバータ２１をそなえて構成され、Ｎ＝１としたサンプリング周波数信号ｆ1を出力することができるようになっている。即ち、９０度位相シフタ２０において発振器１８ｂからの周波数信号Δｆを９０度位相シフトする。そして、アップコンバータ２１においては、発振器１８ｂからの周波数信号ΔｆをＩ入力、９０度位相シフタ２０で位相シフトされた周波数信号ΔｆをＱ入力、被測定光に同期したクロック信号ｆ0を入力されて、繰り返し周波数ｆ0＋Δｆを有する上側波帯の側波をサンプリング周波数信号ｆ1として出力することができる。
【００７６】
図６はトリガー回路１８ｃの他の例を示す図であって、この図６に示すトリガー回路１８ｃは、図５に示す周波数シフトのための構成に加えて、周波数信号ｆ0をＮ分周するための分周回路２２をそなえている。分周回路２２は、図７に示すように、パワーディバイダ（Power Divider）２３，プリスケーラ（Prescaler）２４，Ｄフリップフロップ（ＤＦＦ）２５，位相シフタ２６およびＡＮＤゲート２７をそなえて構成されている。
【００７７】
すなわち、入力されたクロックｆ0［図８（ａ）のｆｉｎ参照］を、パワーディバイダ２３でパワー分岐し、一方のクロック信号ｆ0をプリスケーラ２４で繰り返し周波数ｆ0／Ｎの正弦波に分周する。Ｄフリップフロップ２５では、この分周結果をデータ入力とし、パワーディバイダ２３でパワー分岐された他方のクロックｆ0をクロック入力として、データおよび論理反転データとして出力する。更に、Ｄフリップフロップ２５から出力されるデータおよび論理反転データのタイミングを、位相シフタ２６を用いて１／ｆ0（ｓ）だけずらした後に、両者をＡＮＤゲート２７に入力することにより、図８（ｂ）に示すように、繰り返し周波数はｆ0／Ｎでありながら、時間幅が１／ｆ0（ｓ）の周波数信号を得ることができる。
【００７８】
これにより、分周回路２２で出力される、繰り返し周波数ｆ0／Ｎで時間幅１／ｆ0（ｓ）の信号を発振器１８ｂからの周波数信号（掃引信号）Δｆで周波数シフトすることにより、周波数発生部１８出力として、前述の図４（ｂ）に示すような、サンプリング周波数信号ｆ1＝ｆ0／Ｎ＋Δｆを、時間幅についてはクロック信号ｆ0の幅を保持して出力することができるようになっている。このように時間幅を保持したサンプリング周波数信号を出力することができるので、後段のサンプリング光生成部１９を通じて、被測定光の波形を比較的高い時間分解能でサンプリングしうるサンプリング光パルスを出力することができるようになる。なお、図６では、分周回路２２はアップコンバータ２１のクロック入力の前部に設置されているが、図５に示す周波数をシフトする回路の出力クロックの後部に、アップコンバータ２１を設置する構成としてもよい。
また、上述のサンプリング光生成部１９をなす連続光光源１９ａの波長（λsam）としては、強度相関信号光を発生させる光ファイバの零分散波長と同じ値に設定する。連続光光源１９ａとしては、ＤＦＢ（Distributed FeedBack）レーザ、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）レーザなどで実現できるが、これらの光源に限定するものではない。
【００７９】
図９は上述の光変調器１９ｂの構成例を示す図である。この図９に示す光変調器１９ｂは、文献Ａ（Y. Takita, F. Futami, M. Doi, and S. Watanabe, Conference on Laser and Electro Optics, (CLEO 2004), CTuN, May 16-21, San Francisco, California, 2004.）にあるように、パルス幅がピコ秒台の短パルスを安定に発生させることができるものであり、これにより、サンプリングの高時間分解能を実現することができる。
【００８０】
この図９に示す光変調器１９ｂは、位相変調器２８，強度変調器２９および分散媒質３０をそなえて構成されている。位相変調器２８は、連続光光源１９ａからのＣＷ光に対して、周波数発生部１８からのサンプリング周波数信号で位相変調を施し周波数チャープを与える。強度変調器２９は、周波数発生部１８からのサンプリング周波数信号をもとにして、位相変調器２８からの光信号の周波数チャープが単調に増加するアップチャープ成分もしくはその逆のダウンチャープ成分のみを取り出してパルス化する。分散媒質３０は位相変調器２８で与えられた周波数チャープを分散補償して、繰り返し周波数ｆ1（＝ｆ0／Ｎ＋Δｆ） (Hz)の短パルス光を生成する。
【００８１】
すなわち、位相変調器２８は、連続光についてサンプリング周波数に基づき周波数チャープを与える周波数チャープ付与部として、強度変調器２９は、位相変調器２８で周波数チャープが与えられた光についてサンプリング周波数に基づき光パルス化させる光パルス化部として、分散媒質３０は、強度変調器２９からの光について分散補償を行ないサンプリング光として出力する分散補償部として、それぞれ機能する。
【００８２】
この手法で生成できる短パルス光のパルス幅は、位相変調器２８で与える周波数チャープの量および周波数が大きいほど短パルスが生成でき、上述の文献Ａに示してあるとおり、１０ＧＨｚの正弦波信号で変調された場合、パルス幅がピコ秒台のサンプリング光パルス光が実際に安定に生成されている。尚、短パルスを生成するためには位相変調によるチャープにより発生する広帯域スペクトルが不可欠なので、位相変調器２８による位相変調は分周する前の比較的大きな周波数で変調することが好ましい。この場合、強度変調器２９で、繰り返し周波数ｆ1 (Hz)のサンプリング信号で変調すれば、繰り返し周波数ｆ1(Hz)のサンプリング光パルスを生成できる。
【００８３】
なお、光バンドパスフィルタを用いてスペクトル強度を操作することとすれば、分散補償後にパルスの裾部に非分散補償成分が残留しない高品質の短パルス光を生成できる。位相変調器２８および強度変調器２９としては、例えばＬＮ変調器もしくはＩｎＰ変調器で実現できる。また、分散媒質３０としては、通常の単一モード光ファイバ（通常分散ファイバ）や分散補償ファイバなどを用いることができる。また、分散媒質３０として、ファイバブラッググレーティングやフォトニック結晶ファイバなどを利用することも可能である。単一モード光ファイバは損失が小さいので、分散補償時の信号光品質劣化を抑えることができ、高品質のサンプリング光パルスを実現することが可能である。分散補償ファイバを用いた場合、分散補償ファイバは単位長さ当りの分散値が大きくかつ損失が小さいので、分散媒質の所要長を短くすることができ、サンプリング光パルスをより安定に実現できる。また、ファイバブラッググレーティングやフォトニック結晶ファイバを用いた場合には、これらの単位長さあたりの分散値は上述の分散補償ファイバよりも更に大きくすることができるので、分散媒質の一層の短尺化が可能になる。加えて、このような分散媒質の小型化により、ファイバ長の揺らぎに起因する不安定要素を除去できるので、サンプリングシステム全体の安定度が増すという効果も期待できる。
【００８４】
また、光変調器１９ｂの他の構成例としては、上述の図９に示す構成のほか、電解吸収型光変調器（ＥＡＭ）やニオブ酸リチウムマッハツェンダ型LN光変調器（ＬＮＭ）により構成することもできる。駆動電圧が１Ｖ未満の低電圧駆動ＬＮＭを用いると、低消費電力を特徴とするサンプリング光パルス光源を実現できる。ｆ0＝４０ＧＨｚの場合、半値全幅が１０ピコ秒程度のサンプリング光パルスを生成できるので、１０ピコ秒程度の時間分解能が可能になる。一方、ＥＡＭでは、ＤＣバイアスおよびサンプリング信号の振幅により生成されるパルスは異なるが、ＬＮＭを用いた場合よりもパルス幅の狭いサンプリング光パルスを実現できるので、より時間分解能の高い光サンプリングが可能になる。ｆ0＝４０ＧＨｚの場合、５ピコ秒程度のサンプリング光パルスを実現できる。さらに、ＤＦＢレーザとＥＡＭを集積化することにより、安定かつコンパクトにサンプリング光パルスを生成できる。
【００８５】
さらに、高時間分解能化のために、より時間幅の短い短パルス光を生成するため、上述のごとく構成された光変調器１９ｂの出力側にパルス圧縮器をそなえることとしてもよい。このパルス圧縮器の構成例としては、例えば特開２００３−１４５４８号公報、特開２００２−７７０５２号公報に記載されている。
なお、光変調器１９ｂとしては、上述の構成以外のものを適用することも勿論可能である。Ｎ＝２以上としたｆ1＝ｆ0／Ｎ＋Δｆのサンプリング光パルスを生成する構成としては、上述のごとき構成のほかに、まず、第１の光変調器で連続光を繰り返し周波数ｆ0 (Hz)で変調して繰り返し周波数ｆ0(Hz)のサンプリング光パルスを生成し、次に、第２の光変調器により周波数を分周することにより、所望の周波数のサンプリング光パルスを実現することとしてもよい。この場合は、二つの光変調器を用いなくてはならないものの、繰り返し周波数が小さいがパルス幅の短い光パルスを生成する場合には、電子回路の要件が軽減される。
【００８６】
また、第２実施形態にかかる光波形測定装置１１の光学部は、すべて入出力が光ファイバピグテールの部品を使用することができ、光学定盤上で空間結合し外部振動や環境変化等に対して脆弱な部品は用いずに、安定に強度相関信号光を得られ、安定な波形観測を行
なうことができる。
〔Ｂ−２〕監視制御部１６による設定動作について
上述のごとく構成された、第２実施形態にかかる光波形測定装置１１においては、入力される光の偏波状態にかかわらず、光波形の測定を行なうことができるが、この光波形の測定に先立ち、図１０，図１１のフローチャートに示すように、非線形媒質をなす光ファイバ１４ｂに入力される被測定光およびサンプリング光パルスの直線偏波状態を、監視制御部１６における第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２に対する制御を通じて設定制御するとともに、偏光子１４ｃにおいて抽出されるべき直線偏波の方向についても、ドライバ１７ａに対する制御を通じて設定している。
【００８７】
すなわち、図１０に示すフローチャートにおいて、被測定光をオフとした状態において（ステップＳ１）、サンプリング結果出力部１４から出力されるサンプリング光パルスのパワーについてパワーメータ（ＰＭ）１６ａで測定し、測定結果をＰS0として比較・コントローラ１６ｂにおける図示しない記憶領域に記録し（ステップＳ２）、この測定結果ＰS0をもとにしてサンプリング光パルスのレベルを最大とするように、第２偏波制御部１２−２を設定制御する（ステップＳ３）。
【００８８】
サンプリング光パルスは、非線形媒質である光ファイバ１４ｂ中でも、被測定光が入力されていない段階においては非線形効果の影響を考慮する必要がない。従って、上述のステップＳ３において、サンプリング光パルスのパワーレベルが最大となるように第２偏波制御部１２−２に対する制御がなされることで、光ファイバ１４ｂに入力されるサンプリング光パルスを、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を有する直線偏波状態にすることができる。
【００８９】
上述のごとくサンプリング光パルスが直線偏波状態に設定制御されると、次に、監視制御部１６の比較器・コントローラ１６ｂではドライバ１７ａを制御することにより、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させる（ステップＳ４）。即ち、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向が、光ファイバ１４ｂに入力されるサンプリング光パルスの直線偏波の方向と実質的に同一となっているので、これを４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させることにより、サンプリング光パルスの直線偏波の方向に対して、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させることになる。
【００９０】
ついで、サンプリング光パルスをオフとして（ステップＳ５）、被測定光をオンとして（ステップＳ６）、被測定光の偏波状態を設定する動作に移る。この場合においても、前述のサンプリング光パルスの偏波状態の設定を行なった場合に準じて、サンプリング結果出力部１４から出力される被測定光のパワーについてパワーメータ（ＰＭ）１６ａで測定し、測定結果をＰD0として比較・コントローラ１６ｂにおける図示しない記憶領域に記録する（ステップＳ７）。
【００９１】
そして、この測定結果ＰD0をもとにして被測定光のパワーレベルを最小とするように、第１偏波制御部１２−１を制御する（ステップＳ８）。換言すれば、被測定光の偏波状態を、ステップＳ４で設定された、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向に対して垂直な方向の直線偏波とすべく、第１偏波制御部１２−１を設定制御している。
このようにして、被測定光の偏波状態を制御するための第１偏波制御部１２−１の設定制御がなされると、入力される被測定光を波形測定するための、当該被測定光およびサンプリング光パルスの光ファイバ１４ｂへ入力される段においての偏波状態が制御されることになる。更には、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向についての設定もなされたことになる。
【００９２】
その後、被測定光とともにサンプリング光パルスについても、サンプリング光出力部１３から出力されることとなれば（ステップＳ９）、サンプリング結果出力部１４では強度相関信号光を出力することができるので、表示部１５においては、波形測定を最適に行なうことができるようになる。
このとき、第１偏波制御部１２−１に入力される前の被測定光について、その偏波状態にかかわらず第１偏波制御部１２−１において波形測定に適した直線偏波状態に変換することができるので、測定対象の偏波依存性を無くすことができる。
【００９３】
図１１は上述の図１０のステップＳ３におけるサンプリング光パルスの最大化処理を説明するためのフローチャートである。パワーメータ１６ａで測定されるサンプリング光パルスのレベルを最大とするにあたっては、第２偏波制御部１２−２をなす偏波コントローラ１２ｃの４分の１波長板１２ｃｂおよび２分の１波長板１２ｃａの結晶軸角度を、それぞれパワーメータ１６ａで測定されるレベルが最大となるように順次設定する。
【００９４】
まず、比較・コントローラ１６ｂを通じて第２偏波制御部１２−２をなす第２ドライバ１２ｄを制御することにより、偏波コントローラ１２ｃの４分の１波長板１２ｃｂの結晶軸を単位回転量だけ回転させ（ステップＡ１）、このときのパワーモニタ１６ａで測定されたサンプリング光パルスのパワーレベルを測定し、ＰS1として上述のＰS0と同様に記録する（ステップＡ２）。尚、この単位回転量は、回転によって測定レンジ内において少なくともレベル変化が生じうるような回転量とする。
【００９５】
そして、比較・コントローラ１６ｂにおいて、４分の１波長板１２ｃｂを回転させる前のパワーメータ１６ａの測定値ＰS0と、回転させた後のパワーメータ１６ａの測定値ＰS1と、の大小を比較し、ＰS1がＰS0よりも大きい場合には、当該ＰS1をＰS0の値に置き換えて（ステップＡ３のＰS1＞ＰS0ルートからステップＡ４）、更に４分の１波長板１２ｃｂを前回の場合と同一の方向に単位制御量回転させる（ステップＡ４からステップＡ１）。又、ＰS0＜ＰS1となった場合には、直前に回転した量を戻す。そして、４分の１波長板１２ｃｂの回転方向を前回の場合とは逆方向で（ステップＡ３のＰS1＜ＰS0ルートからステップＡ７）、単位制御量を回転させてから（ステップＡ１）、ＰS0とＰS1との比較を行なっていく（ステップＡ２，ステップＡ３）。
【００９６】
このとき、ＰS0＝ＰS1となった回数を比較・コントローラ１６ｂではカウントしておき（ステップＡ３のＰS1＝ＰS0ルートからステップＡ５）。以降、このカウントの値が「５」となるまで、上述の単位制御量回転、ＰS0およびＰS1の比較を繰り返す（ステップＡ６のＹＥＳルートからステップＡ４）。
そして、カウントの値が「５」となった時点での４分の１波長板１２ｃｂの回転角度は、サンプリング光パルスを前述の直線偏波とするための回転角度として定められ、ついで、２分の１波長板１２ｃａの回転角度を、上述の４分の１波長板１２ｃｂの場合と同様に決定する（ステップＡ６のＮＯルートからステップＡ８〜ステップＡ１４）。尚、ステップＡ８〜ステップＡ１４は、それぞれステップＡ１〜ステップＡ７に対応している。
【００９７】
このようにして回転角度が定められた４分の１波長板１２ｃｂおよび２分の１波長板１２ｃａをサンプリング光パルスが通過することにより、サンプリング光パルスが光ファイバ１４ｂに入力される段においては、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向と実質的に同一方向の直線偏波状態にすることができるのである（ステップＡ１５）。尚、上述のステップＡ６，Ａ１３におけるカウントの値「５」については一例であり、この値以外の値を、回転角度を定めるための基準としてもよい。
【００９８】
なお、上述のステップＳ３におけるサンプリング光パルスについては、サンプリング光パルスのパワーが最大となるような処理、即ち、偏光子１４ｃの透過しようとする直線偏
波の方向と実質的に同一の方向を有する直線偏波状態とするための処理を行なっているが、本発明によれば、サンプリング光パルスのパワーを最小とするような第２偏波制御部１２−２の設定制御を行なうこととしてもよい。この場合においては、偏光子１４ｃの透過しようとする直線偏波の方向と実質的にほぼ垂直の方向を有する直線偏波状態とするための処理となるが、偏光子１４ｃの傾斜動作および被測定光の偏波状態の設定を同様に行なうことで、上述のごとき偏波状態の相対関係を持たせることが可能である。
【００９９】
また、図１２は上述の図１０のステップＳ８における被測定光の最小化処理を説明するためのフローチャートである。パワーメータ１６ａで測定される被測定光のレベルを最小とするにあたっては、第１偏波制御部１２−１をなす偏波コントローラ１２ａの４分の１波長板１２ａａおよび２分の１波長板１２ａｂの結晶軸角度を、それぞれパワーメータ１６ａで測定されるパワーレベルが最小となるように順次設定する。
【０１００】
まず、比較・コントローラ１６ｂを通じて第１偏波制御部１２−１をなす第１ドライバ１２ｂを制御することにより、偏波コントローラ１２ａの４分の１波長板１２ａａの結晶軸を単位回転量だけ回転させ（ステップＢ１）、このときのパワーモニタ１６ａで測定された被測定光のパワーレベルを測定し、ＰD1として上述のＰD0と同様に記録する（ステップＢ２）。尚、この単位回転量は、回転によって測定レンジ内において少なくともレベル変化が生じうるような回転量とする。
【０１０１】
そして、比較・コントローラ１６ｂにおいて、４分の１波長板１２ａａを回転させる前のパワーメータ１６ａの測定値ＰD0と、回転させた後のパワーメータ１６ａの測定値ＰD1と、の大小を比較し、ＰD1がＰD0よりも小さい場合には、当該ＰD1をＰD0の値に置き換えて（ステップＢ３のＰD1＜ＰD0ルートからステップＢ４）、更に４分の１波長板１２ａａを前回の場合と同一の方向に単位制御量回転させる（ステップＢ４からステップＢ１）。又、ＰD0＞ＰD1となった場合には、直前に回転した量を戻す。そして、４分の１波長板１２ａａの回転方向を前回の場合とは逆方向で（ステップＢ３のＰD1＜ＰD0ルートからステップＢ７）、単位制御量を回転させてから（ステップＢ１）、ＰD0とＰD1との比較、単位制御量の回転を行なっていく（ステップＢ２，ステップＢ３）。
【０１０２】
このとき、ＰD0＝ＰD1となった回数を比較・コントローラ１６ｂではカウントしておき（ステップＢ３のＰD1＝ＰD0ルートからステップＢ５）。以降、このカウントの値が「５」となるまで、上述の単位制御量回転、ＰD0およびＰD1の比較を繰り返す（ステップＢ６のＹＥＳルートからステップＢ４）。
そして、カウントの値が「５」となった時点での４分の１波長板１２ａａの回転角度は、被測定光を前述の直線偏波とするための回転角度として定められ、ついで、２分の１波長板１２ａｂの回転角度を、上述の４分の１波長板１２ａａの場合と同様に決定する（ステップＢ６のＮＯルートからステップＢ８〜ステップＢ１４）。尚、ステップＢ８〜ステップＢ１４は、それぞれステップＢ１〜ステップＢ７に対応している。
【０１０３】
このようにして回転角度が定められた４分の１波長板１２ａａおよび２分の１波長板１２ａｂを被測定光が通過することにより、当該被測定光が光ファイバ１４ｂに入力される段においては、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向と実質的にほぼ垂直な方向の直線偏波状態にすることができるのである（ステップＢ１５）。尚、上述のステップＢ６，Ｂ１３におけるカウントの値「５」についても一例であり、この値以外の値を、回転角度を定めるための基準としてもよい。
〔Ｂ−３〕作用効果
上述のごとく構成された、第２実施形態にかかる光波形測定装置１１では、サンプリング光出力部１３から出力されたサンプリング光パルスは、第２偏波コントローラ１２ｃにおける回転角度が設定された波長板１２ｃａ，１２ｃｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向に４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなす。
【０１０４】
そして、被測定光については、第１偏波コントローラ１２ａにおける回転角度が設定された波長板１２ａａ，１２ａｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向にほぼ垂直な角度をなす。
上述の第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃを通過した被測定光およびサンプリング光パルスは、非線形媒質である光ファイバ１４ｂに入力されると、強度相関信号光成分のみ被測定光の偏波状態が回転するために、光ファイバ１４ｂの出力端に設けられる偏光子１４ｃにより、被測定光と強度相関信号光とを分離できる。
【０１０５】
さらに、サンプリング光パルスを除去するための波長フィルタ１５ａにより、強度相関信号光のみを取り出し、光電変換器１５ｂに接続し、電気強度相関信号としてＡ／Ｄ変換器１５ｃに出力する。Ａ／Ｄ変換器１５ｃでは、光電変換器１５ｂからの電気信号の振幅を、周波数発生部１８をなすトリガー回路１８ｃから出力されるサンプリング周波数信号ｆ1でディジタル信号に変換し、波形表示器１５ｄでは、Ａ／Ｄ変換器１５ｃからのディジタル信号を垂直軸入力とし、発振器１８ｂからの掃引信号Δｆを水平軸入力として、被測定光の波形について画面上に表示することができる。
【０１０６】
上述の被測定光の波形についての表示を通じて、波形を測定することができるが、必要に応じて、適宜前述の〔Ｂ−２〕における偏波コントローラ１２ａ，１２ｃおよび偏光子１４ｃを制御することとしてもよい。この場合においては、入力される被測定光についての偏波状態の変動に対応するため、偏光子１４ｃの回転角度および偏波コントローラ１２ｃで設定されるサンプリング光パルスの直線偏波状態については固定として、偏波コントローラ１２ａにおける波長板１２ａａ，１２ａｂの回転角度のみを制御するようにしてもよい。
【０１０７】
このように、本発明の第２実施形態によれば、サンプリング結果出力部１４において出力される光をもとに波形測定を行なうことができるように、偏波状態制御部１７において、サンプリング結果出力部１４に入力される被測定光の偏波状態を制御することができるので、複雑な偏波ダイバーシティ構成を用いずに、単一の非線形媒質１４ｂを用いながら、強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点がある。
【０１０８】
さらに、被測定光の偏波状態のフィードバック制御およびサンプリング光パルスの偏波状態をフィードバック制御するという、比較的簡素な制御によって強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点もある。
また、電気サンプリングによるオシロスコープでは実現できない高時間分解能で、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
【０１０９】
〔Ｂ−４〕第２実施形態の変形例の説明
上述の第２実施形態にかかるサンプリング結果出力部１４をなす直線偏波成分抽出部の構成としては、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにより構成されているが、本発明によれば、この構成に限定されるものではなく、例えば図１３に示す光波形測定装置１１Ａのように、偏光子の偏波透過面を４０〜５０度、好ましくは４５度回転させる代わりに、ファラデー回転子１４ｆを偏光子の前段に設けて、磁界を印加することにより、取り出すべき直線偏波の偏波面を４０〜５０度、好ましくは４５度程度回転させるように構成することとしてもよい。この場合においては、上述のファラデー回転子１４ｆ，偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにより、直線偏波成分抽出部を構成する。
【０１１０】
また、例えば図１４に示す光波形測定装置１１Ｂのように、上述の直線偏波成分抽出部を構成する偏光子１４ｃおよび方向性結結合器１４ｄのかわりに、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４ｅを設けることとしてもよい。この図１４に示す偏波ビームスプリッタ１４ｅは、１つの入力ポートおよび２つの出力ポートからなる構成で、光ファイバ１４ｂの出力端に設けられ、入射光のＴＥ偏波成分、ＴＭ偏波成分をそれぞれ異なる出力ポートに出力するようになっている。例えば、ＴＭ偏波成分については表示部１５をなす波長フィルタ１５ａに出力され、ＴＥ偏波成分については監視制御部１６をなすパワーメータ１６ａに出力されるようになっている。
【０１１１】
この場合においては、ＰＢＳ１４ｅのＴＭ偏波成分を出力するポートが、実質的に前述の第２実施形態の場合の偏光子１４ｃの出力と等価の直線偏波成分を出力することができるようになっており、ＰＢＳ１４ｅのＴＥ偏波成分の出力するポートについては、上述のＴＭ偏波成分に垂直な直線偏波成分を出力することができるようになっている。即ち、監視制御部１６においては、波形測定に先立って、ＰＢＳ１４ｅのＴＥ変更出力ポートからの光に基づいて、第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２を設定制御することができるようになっている。
【０１１２】
具体的には、前述の図１０のステップＳ３の場合と同様に、ＰＢＳ１４ｅのＴＥ偏波出力ポートから出力されるサンプリング光パルスが最大（又は最小）となるように、第２偏波制御部１２−２の波長板１２ｃａ，１２ｃｂの結晶軸角度を回転設定することにより、光ファイバ１４ｂに入力される段におけるサンプリング光パルスの偏波状態を設定する。そして、図１０のステップＳ８の場合と同様に、ＰＢＳ１４ｅのＴＥ偏波出力ポートから出力される被測定光のパワーが最大となるように、第１偏波制御部１２−１の波長板１２ａａ，１２ａｂを回転設定することにより、光ファイバ１４ｂに入力される段における被測定光の偏波状態を設定する。
【０１１３】
上述の第２実施形態の場合においては、直線偏波成分抽出部としては、方向性結合器１４ｄと偏光子１４ｃの２つの部品が必要だったが、この図１４に示す光波形測定装置１１Ｂによれば、ＰＢＳ１４ｅ一つでその役割を実現できるので、構成が簡素になる。
〔Ｃ〕第３実施形態の説明
図１５は本発明の第３実施形態にかかる光波形測定装置３１を示す図である。この図１５に示す光波形測定装置３１は、前述の第２実施形態の場合に比して、波形測定に先立つ、監視制御部１６´による第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２の設定制御の態様が異なっており、これ以外の構成については基本的に同様であり、図１５中、図３と同一の符号は基本的に同様の部分を示している。
【０１１４】
第３実施形態にかかる光波形測定装置３１の監視制御部１６´は、第２実施形態におけるもの（符号１６ａ，１６ｂ）とは機能の異なるパワーメータ１６ａ´および比較・コントローラ１６ｂ´をそなえて構成され、前述の第２実施形態の場合よりも、上述の第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２の設定制御を容易にしている。
すなわち、この図１５に示す光波形測定装置３１においては、方向性結合器１４ａの出力が２分岐され、一方は光ファイバ１４ｂへ接続され、他方は監視制御部１６´のパワーメータ１６ａ´に接続されている。そして、このパワーメータ１６ａ´において、光ファイバ１４ｂに入力されるべきサンプリング光パルス又は被測定光の一部のパワーを測定することができるようになっている。
【０１１５】
さらに、比較・コントローラ１６ｂ´においては、上述の光ファイバ１４ｂへ入力される光のパワーから閾値を設定し、偏光子１４ｃから出力される光のパワーと設定された閾値とを比較し、その大小に応じて出力が最小となったと判断するようになっている。
このように構成された光波形測定装置３１においても、被測定光の波形測定に先立って、図１６，図１７のフローチャートに示すように、監視制御部１６´による第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２の設定制御が行なわれる。
【０１１６】
すなわち、図１６に示すフローチャートにおいて、被測定光をオフとした状態において（ステップＣ１）、サンプリング結果出力部１４の方向性結合器１４ａから出力されるサンプリング光パルスのパワー、即ち光ファイバ１４ｂに入力される前段におけるサンプリング光パルスの光パワーをパワーメータ（ＰＭ）１６ａ´で測定し、測定結果をＰS0として比較・コントローラ１６ｂ´における図示しない記憶領域に記録する（ステップＣ２）。次いで、この測定結果ＰS0をもとにしてサンプリング光パルスのパワーレベルを最小とするように、第２偏波制御部１２−２を設定制御する（ステップＣ３）。
【０１１７】
上述のごとくサンプリング光パルスが直線偏波状態に設定制御されると、次に、監視制御部１６の比較・コントローラ１６ｂ´ではドライバ１７ａを制御することにより、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させる（ステップＣ４）。即ち、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向が、光ファイバ１４ｂに入力されるサンプリング光パルスの直線偏波の方向と実質的に垂直となっているので、偏光子１４ｃを４０〜５０度、好ましくは４５度回転させることにより、サンプリング光パルスの直線偏波の方向に対して、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させることになる。
【０１１８】
ついで、サンプリング光パルスをオフとし（ステップＣ５）、被測定光をオンとして（ステップＣ６）、被測定光の偏波状態を設定する動作に移る。この場合においても、前述のサンプリング光パルスの偏波状態の設定を行なった場合に準じて、サンプリング結果出力部１４の方向性結合器１４ａから出力される被測定光のパワー、即ち光ファイバ１４ｂに入力される前段における被測定光の光パワーについてパワーメータ（ＰＭ）１６ａ´で測定し、測定結果をＰD0として比較・コントローラ１６ｂ´における図示しない記憶領域に記録する（ステップＣ７）。次いで、この測定結果ＰD0をもとにしてサンプリング光パルスのパワーレベルを最小とするように、第１偏波制御部１２−１を設定制御する（ステップＣ８）。
【０１１９】
このようにして、被測定光の偏波状態を制御するための第１偏波制御部１２−１の設定制御がなされると、入力される被測定光を波形測定するための、当該被測定光およびサンプリング光パルスの光ファイバ１４ｂへ入力される段においての偏波状態が制御されることになる。更には、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向についての設定もなされたことになる。
【０１２０】
その後、被測定光とともにサンプリング光パルスについても、サンプリング光出力部１３から出力されることとなれば（ステップＣ９）、サンプリング結果出力部１４では強度相関信号光を出力することができるので、表示部１５においては、波形測定を最適に行なうことができるようになる。
図１７は上述のステップＣ３におけるサンプリング光パルス（又は被測定光）の最大化の処理を説明するためのフローチャートである。上述のステップＣ３においては、サンプリング光パルスを偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向に垂直な直線偏波の方向に設定している。
【０１２１】
このために、監視制御部１６´においては、方向性結合器１４ｄから出力されるサンプ
リング光パルスのパワーレベルが、閾値として設定された値（例えば光ファイバ１４ｂに入力される段でのサンプリング光パルスのレベルの測定値ＰS0の１０００分の１）となるように、第２偏波コントローラ１２ｃの波長板１２ｃａ，１２ｃｂの回転角度を設定している。
【０１２２】
具体的には、まず４分の１波長板１２ｃｂを前述の第２実施形態の場合と同様の単位回転量だけ回転させ（ステップＤ１）、このとき方向性結合器１４ｄから出力されたサンプリング光パルスのレベルをパワーモニタ１６ａ´で測定し、ＰS1として上述のＰS0と同様に記録する（ステップＤ２）。
そして、このＰS1を、４分の１波長板１２ｃｂのみを回転させた場合の目標値（例えばＰS0の１０分の１）と比較して（ステップＤ３）、ＰS1が上述の目標値よりも大きい場合には、再び単位回転量だけ４分の１波長板１２ｃｂを回転させる（ステップＤ３の「ＰS1＞ＰS0／１０」ルートからステップＤ１）。以降、測定されたＰS1が目標値ＰS0／１０以下となるまで、４分の１波長板１２ｃｂを回転させる。
【０１２３】
このようにして、測定されたＰＳ１が目標値ＰS0／１０以下となった時点においての４分の１波長板１２ｃｂの回転角度が、設定すべき回転角度になる。次いで、２分の１波長板１２ｃａの回転角度を設定する。この２分の１波長板１２ｃａの設定においては、方向性結合器１４ｄから出力されるサンプリング光パルスのパワーレベルの目標値を、上述の閾値であるＰS0の１０００分の１に設定する。
【０１２４】
すなわち、２分の１波長板１２ｃａを前述の第２実施形態の場合と同様の単位回転量だけ回転させ（ステップＤ３の「ＰS1≦ＰS0／１０」ルートからステップＤ４）、このとき方向性結合器１４ｄから出力されたサンプリング光パルスのパワーレベルをパワーモニタ１６ａ´で測定し、ＰS1として上述のＰS0と同様に記録する（ステップＤ５）。
そして、このＰS1を上述の閾値（例えばＰS0の１０００分の１）と比較して（ステップＤ６）、ＰS1が上述の目標値よりも大きい場合には、再び単位回転量だけ２分の１波長板１２ｃａを回転させる（ステップＤ６の「ＰS1＞ＰS0／１０００」ルートからステップＤ４）。以降、測定されたＰS1が閾値ＰS0／１０００以下となるまで、２分の１波長板１２ｃａを回転させる。
【０１２５】
このようにして、測定されたＰＳ１が目標値ＰS0／１０００以下となった時点においての２分の１波長板１２ｃａの回転角度が、設定すべき回転角度になり、第２偏波コントローラ１２ａの設定制御が完了する（ステップＤ６の「ＰS1≦ＰS0／１０００」ルートからステップＤ７）。
なお、図１６のステップＣ８における被測定光の最小化の処理についても、上述の図１７の場合に準じて行なうことができる。即ち、監視制御部１６´では、光ファイバ１４ｂに入力される段における被測定光のパワーレベルの例えば１０分の１を、方向性結合器１４ｄから出力される被測定光のパワー目標値とし、第１偏波コントローラ１２ａの４分の１波長板１２ａａを回転制御する。
【０１２６】
そして、この４分の１波長板１２ａａの回転角度の設定に続いて、２分の１波長板１２ａｂについても回転角度を設定する。この場合においても、光ファイバ１４ｂに入力される段における被測定光のパワーレベルの例えば１０００分の１を、方向性結合器１４ｄから出力される被測定光のパワー目標値とし、第１偏波コントローラ１２ａの２分の１波長板１２ａｂを回転制御する。
【０１２７】
これにより、サンプリング光出力部１３から出力されたサンプリング光パルスは、第２偏波コントローラ１２ｃにおける回転角度が設定された波長板１２ｃａ，１２ｃｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透
過する直線偏波の方向に４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなす。そして、被測定光については、第１偏波コントローラ１２ａにおける回転角度が設定された波長板１２ａａ，１２ａｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向にほぼ垂直な角度をなす。
【０１２８】
そして、このように第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２が設定制御されて、被測定光について波形測定を行なうことができる。即ち、第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃを通過した被測定光およびサンプリング光パルスは、非線形媒質である光ファイバ１４ｂに入力されると、強度相関信号光成分のみ被測定光の偏波状態が回転するために、光ファイバ１４ｂの出力端に設けられる偏光子１４ｃにより、被測定光と強度相関信号光とが分離される。表示部１５では、この分離された強度相関信号光をディジタル電気信号とし、波形表示器１５ｄを通じて、波形表示を行なう。
【０１２９】
このように、本発明の第３実施形態においても、前述の第２実施形態の場合と同様の利点があるほか、監視制御部１６´による第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２の設定制御、即ち偏波状態制御部によるサンプリング光パルスおよび被測定光の偏波状態の制御を簡単化させることができる。
〔Ｄ〕第４実施形態の説明
〔Ｄ−１〕構成
図１８は本発明の第４実施形態にかかる光波形測定装置４１を示すブロック図である。この図１８に示す光波形測定装置４１は、前述の第２，第３実施形態におけるもの（符号１１，３１参照）に比して、Ｍ（Ｍは２以上の整数を表す。以下同様。）個の波長λ1〜λMの光波形、即ち複数チャンネルの光波形を測定することができるようになっている点
が異なっている。
【０１３０】
すなわち、第４実施形態にかかる光波形測定装置３１は、前述の第２実施形態におけるもの（符号１２−１，１２−２，１３〜１９）に相当する構成（符号３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ，３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍ，３３，３４−１〜３４−Ｍ，３５〜３９）をそなえているが、各波長の光波形の測定のために、一部の構成要素が各波長の光パルスを測定するために共用にそなえられている。
【０１３１】
具体的には、サンプリング光出力部３３をなす周波数発生部１８およびサンプリング光生成部３９および監視制御部３６が共用にそなえられ、表示部３５をなす波形表示器３５ｄについても共用にそなえている（図３，図１５の符号１５，１５ｄ参照）。又、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ，第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍおよびサンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍについては、各波長対応にそなえるとともに、表示部３５をなす波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍ，光電変換器３５ｂ−１〜３５ｂ−ＭおよびＡ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍについても各波長対応にそなえて構成されている。尚、各構成部分をなす要素に関し、基本的に前述の第２，第３実施形態の場合と同様の機能を持つものには共通の符号を付している。
【０１３２】
ここで、複数波長の光波形のために共用されたサンプリング光出力部３３は、前述の第２，第３実施形態におけるサンプリング光出力部１３に比して、サンプリング光生成部３９をなす光増幅器１９ｃの出力側にサンプリング光パルスをＭ分岐する方向性結合器３９ａが設けられている点が異なっており、それ以外の構成については基本的に同様である。この方向性結合器３９ａで分岐されたＭ個のサンプリング光パルスについては、サンプリング光出力部３３の出力として、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍに分配されるようになっている。
【０１３３】
また、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍは、それぞれ、上述のサンプリング結果出力部３３から出力されたサンプリング光パルスを入力されて、後述の監視制御部３６による設定制御に基づいて、入力されたサンプリング光パルスの偏波状態を直線偏波に変換して、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍに供給するものである。この第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍは、前述の第２，第３実施形態の場合と同様、第２偏波コントローラ１２ｃおよび第２ドライバ１２ｄをそなえて構成されている。
【０１３４】
さらに、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍは、後述の監視制御部３６による設定制御に基づいて、互いに異なるＭ波長の光（繰り返し周波数は共通のｆ0）について、それぞれ、直線偏波であって後段のサンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす偏光子１４ｃが透過すべき直線偏波の方向にほぼ垂直な方向を有する直線偏波とするものである。各第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍは、前述の第２，第３実施形態の場合と同様、第１偏波コントローラ１２ａおよび第１ドライバ１２ｂをそなえて構成されている。
【０１３５】
また、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍは、それぞれ、被測定光の波長ごとに設けられ、これらの各波長の被測定光ごとにサンプリング結果を出力しうるものである。具体的には、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍからの互いに異なるＭ波長の被測定光を入力されるとともに、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍからのサンプリング光パルスを入力されて、それぞれの光ファイバ１４ｂでの非線形効果による強度相関信号光をサンプリング結果として出力することができるようになっている。
【０１３６】
監視制御部３６は、初期設定部として、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす方向性結合器１４ｄから出力される光に基づいて、上述の第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍにおける偏波制御量とともに、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍにおける偏波制御量について個別に設定制御しうるものであって、図３におけるもの（符号１６ａ、１６ｂ）に相当するパワーメータ３６ａおよび比較・コントローラ３６ｂをそなえて構成されている。
【０１３７】
すなわち、監視制御部３６のパワーメータ３６ａおよび比較・コントローラ３６ｂにおいては、測定対象となる波長ごとに独立して、前述の第２実施形態の場合と同様の手順により、対応する光ファイバ１４ｂに入力される段においてのサンプリング光パルスおよび被測定光の直線偏波の方向とともに、対応する偏光子１４ｃにおいて透過すべき直線偏波の方向を、互いに相対関係を定めて設定制御することができるようになっている。
【０１３８】
したがって、監視制御部３６，第１，第２偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ，３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍとともにドライバ３７ａにより、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍにおいて出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御する偏波状態制御部３７を構成する。尚、ドライバ３７ａは、監視制御部３６からの制御を受けて、各サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす偏光子１４ｃで透過する直線偏波の方向を個別に可変駆動するものである。
【０１３９】
さらに、表示部３５は、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす方向性結合器１４ｄから出力されたサンプリング結果となる各光について、電気信号に変換するとともに、変換されたサンプリング結果としての電気信号を掃引することにより、被測定光の波形について表示するものであって、波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍ，光電変換器３５ｂ−１〜３５ｂ−Ｍ，Ａ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍおよび波形表示器３５ｄをそなえて構成されている。
【０１４０】
波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍは、それぞれ、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍから出力された光について、被測定光として割り当てられている波長成分（即ち強度相関信号光の成分）を取り出すためのものである。光電変換器３５ｂ−１〜３５ｂ−Ｍは、それぞれ波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍで取り出された強度相関信号光成分について電気信号に変換するもので、Ａ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍは、光電変換器３５ｂ−１〜３５ｂ−Ｍからの各電気強度相関信号についてディジタル信号に変換するものである。
【０１４１】
さらに、波形表示器３５ｄは、Ａ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍからのディジタル信号を垂直軸入力とし、周波数発生部１８をなす発振器１８ｂからの掃引信号Δｆを水平入力として、各波長についての光波形を表示するものである。これら各波長の光波形については、別個に表示するようにしてもよいし、同時に表示するようにすることも可能である。
【０１４２】
〔Ｄ−２〕作用効果
上述のごとく構成された、第４実施形態にかかる光波形測定装置４１では、互いに異なるＭ波長の光波形について波形測定するにあたっては、前述の第２実施形態における〔Ｂ−２〕の場合と同様の設定を各波長の光学系ごとに行なう。
すなわち、被測定光監視制御部３６において、被測定光をオフとして、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍをなす各第２偏波コントローラ１２ｃの波長板１２ｃａ，１２ｃｂ（図３参照）の角度を、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍから出力されるサンプリング光パルスをもとにフィードバック制御することにより、各第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍに入力されるサンプリング光パルスの偏波状態を第２実施形態の場合と同様の偏波状態となるように個別に設定する。又、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす各偏光子１４ｃから透過する直線偏波の方向についても、ドライバ１７ａを通じて個別に設定制御する。
【０１４３】
ついで、サンプリング光パルスをオフとして、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍをなす各第１偏波コントローラ１２ａの波長板１２ａａ，１２ａｂ（図３参照）の角度を、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍから出力される被測定光をもとにフィードバック制御することにより、各第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍに入力される被測定光の偏波状態を第２実施形態の場合と同様の偏波状態となるように個別に設定する。
【０１４４】
これにより、サンプリング光出力部３３から出力されたＭ個のサンプリング光パルスは、それぞれ、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍをなす第２偏波コントローラ１２ｃにおける（回転角度が設定された）波長板１２ｃａ，１２ｃｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向に４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなす。
【０１４５】
そして、Ｍチャンネルの被測定光については、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍをなす第１偏波コントローラ１２ａにおける（回転角度が設定された）波長板１２ａａ，１２ａｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつそれらの直線偏波の方向は、対応する偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向にほぼ垂直な角度をなす。
上述のごとく第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃおよび偏光子１４ｃが設定制御された状態において、以下に示すように、Ｍチャンネルの被測定光の波形について測定する。
【０１４６】
すなわち、各サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍでは、方向性結合器１４ａにおいて対応する波長チャンネルについての被測定光とサンプリング光パルスとが合波され、光ファイバ１４ｂで非線形効果を生じさせる。即ち、この光ファイバ１４ｂを通過した光においては、光カー効果により強度相関信号光成分のみ被測定光の偏波状態が回転するために、光ファイバ１４ｂの出力端に設けられる偏光子１４ｃにより、被測定光と強度相関信号光とを分離できる。
【０１４７】
さらに、波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍにおいて対応する波長チャンネルにかかる被測定光についての強度相関信号光のみを取り出し、光電変換器３５ｂ−１〜１５ｂ−ＭおよびＡ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍでの処理を通じて、波形表示器３５ｄにおいて、各波長チャンネルについての被測定光の波形について画面上に表示する。
このように、本発明の第４実施形態によれば、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍにおいて出力される光をもとに波形測定を行なうことができるように、偏波状態制御部３７において、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍに入力される被測定光の偏波状態を制御することができるので、前述の第１〜第３実施形態の場合と同様、複雑な偏波ダイバーシティ構成を用いずに、強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点がある。
【０１４８】
さらに、被測定光の偏波状態のフィードバック制御およびサンプリング光パルスの偏波状態をフィードバック制御するという、比較的簡素な制御によって強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点もある。
また、電気サンプリングによるオシロスコープでは実現できない高時間分解能で、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
【０１４９】
さらに、複数チャンネルの被測定光波形を測定する際に、サンプリング光出力部３３および波形表示器３５ｄを共用することができるので、装置構成が簡素になり、装置の小型化や低消費電力化を図ることができる利点がある。
なお、上述の第４実施形態においては、互いに異なるＭ個の波長の光の波形を測定しているが、本発明によればこれに限定されず、Ｍ系列の光波形を測定するのであれば、同一波長の光パルスが含まれていても良い。
【０１５０】
〔Ｅ〕第５実施形態の説明
図１９は本発明の第５実施形態にかかる光波形測定装置５１を示すブロック図である。この図１９に示す光波形測定装置５１は、前述の第４実施形態におけるもの（符号４１参照）と同様、Ｍ個の波長の光波形、即ち複数チャンネルの光波形を測定することができるようになっているが、サンプリング結果出力部４４をなす非線形媒質としての光ファイバ１４ｂを、各波長の光波形を測定するために共用の構成を有している点が、前述の第４実施形態の場合と主として異なっている。
【０１５１】
すなわち、光ファイバ１４ｂに複数波長（チャネル）の被測定光が同時にある条件下でも、サンプリング光パルスは、それぞれの波長（チャネル）の信号光に対して、独立に光カー効果を誘起できるので、サンプリング結果出力部４４をなす光ファイバ１４ｂは、各波長の被測定光の波形を測定する際には共用に用いることができるのである。
なお、第５実施形態にかかる光波形測定装置５１においては、前述の第２実施形態の場合と同様のサンプリング光出力部１３，監視制御部１６，第２偏波状態制御部１２−２およびドライバ１７ａをそなえている。更に、前述の第４実施形態の場合と同様の構成を有する表示部３５および第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍをそなえている。
【０１５２】
そして、各波長の被測定光をサンプリングするサンプリング光パルスとしては、サンプリング光出力部１３から出力され第２偏波制御部１２−２で偏波状態が制御されたものを共用するとともに、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍにおける各被測定光の偏波状態を、監視制御部１６において、それぞれの第１ドライバ１２ｂを通じて制御することができるようになっている。尚、各構成部分をなす要素に関し、基本的に前述の第２〜第４実施形態の場合と同様の機能を持つものには共通の符号を付している。
【０１５３】
換言すれば、上述の第１，第２偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ，１２−２，監視制御部１６ａおよびドライバ１７ａにより、サンプリング結果出力部４４において出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御する偏波状態制御部４７を構成する。
また、サンプリング結果出力部４４は、前述の第２実施形態の場合と同様の方向性結合器１４ａ，光ファイバ１４ｂ，偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄをそなえるとともに、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍで偏波状態が制御された各被測定光を合波する方向性結合器４４ａと、方向性結合器１４ｄを通じて出力される光を波長チャンネルごとに分波する方向性結合器４４ｂと、をそなえて構成されている。
【０１５４】
なお、方向性結合器４４ｂで分波された光は、対応する波長チャンネルの強度相関信号光を取り出す波長フィルタ１５ａ−１〜１５ａ−Ｍにそれぞれ導かれるようになっており、これにより、表示部３５をなす波形表示器３５ｄでは、各波長チャンネルの被測定光の波形について測定することができるようになっている。
上述のごとく構成された、第５実施形態にかかる光波形測定装置５１においても、互いに異なるＭ波長の光波形について波形測定するにあたっては、前述の第２実施形態における〔Ｂ−２〕の場合と同様の設定を行なう。このとき、サンプリング光パルスについては、各波長チャンネルにおける被測定光のサンプリングのために共通に用いるので、第４実施形態の場合のようにチャンネルごとに個別に偏波状態を設定する必要はない。被測定光の偏波状態については、監視制御部１６により、第２偏波制御部１２−２の設定および偏光子１４ｃの設定が行なわれた後、各チャンネルの被測定光の入力偏波状態に応じて個別に順次設定していく。
【０１５５】
これにより、サンプリング光出力部１３から出力されたサンプリング光パルスは、第２偏波制御部１２−２をなす第２偏波コントローラ１２ｃにおける（回転角度が設定された）波長板１２ｃａ，１２ｃｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向に４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなす。
【０１５６】
そして、Ｍチャンネルの被測定光については、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍをなす第１偏波コントローラ１２ａにおける（回転角度が設定された）波長板１２ａａ，１２ａｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつそれらの直線偏波の方向は、対応する偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向にほぼ垂直な角度をなす。
上述のごとく第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃおよび偏光子１４ｃが設定制御された状態において、前述の第４実施形態の場合と同様にＭチャンネルの被測定光の波形を測定することができる。
【０１５７】
すなわち、サンプリング結果出力部４４では、方向性結合器４４ａで合波されたＭ個の波長チャンネルについての被測定光は、サンプリング光パルスとともに光ファイバ１４ｂを通過することにより、独立に光カー効果を生じているので、偏光子１４ｃ，方向性結合器１４ｄおよび方向性結合器４４ｂを介して各波長フィルタ１５ａ−１〜１５ａ−Ｍに入力された光について、波長チャンネルの光を透過させることで、当該波長チャンネルについての強度相関信号光を取り出すことができるのである。
【０１５８】
その後、光電変換器３５ｂ−１〜１５ｂ−ＭおよびＡ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍでの処理を通じて、波形表示器３５ｄにおいて、各波長チャンネルについての被測定光の波形について画面上に表示する。
このように、本発明の第５実施形態によれば、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍにおいて出力される光を用いて波形測定を行なうことができるように、偏波状態制御部４７において、サンプリング結果出力部４４に入力される被測定光の偏波状態を制御することができるので、前述の第１〜第４実施形態の場合と同様の利点があるほか、複数チャンネルの被測定光の波形を測定する際に、サンプリング結果出力部４４をなす非線形媒質である光ファイバ１４ｂおよびサンプリング光出力部１３の構成を共用することができるので、装置構成が更に簡素になり、装置の小型化や低消費電力化を図ることができる利点がある。
【０１５９】
〔Ｆ〕第６実施形態の説明
図２０は本発明の第６実施形態を示す図である。上述の第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１は、例えばこの図２０に示すような、光伝送システムにおける光信号を送信する光送信機６２における送信信号光の品質を監視する送信信号光監視システム６１として適用することができる。即ち、この図２０に光送信機６２から出力される信号光の一部を、方向性結合器６３で分岐し、第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１において波形を観測し、信号光の品質を監視する。監視した信号品質情報は、送信機に伝えられて信号高品質が良くない場合、光送信機６２内の設定を、制御信号を通じて適当に変更することにより、高品質の信号を常に出力可能になる。この場合においては、例えば監視制御部中に制御信号を供給する機能を追加する。尚、波形観測に不可欠なクロック信号ｆ0
は、入力される信号光から抽出してもよいが、図中に示すように、送信機６２で用いられているクロック信号をトリガー信号として取り込めばよい。
【０１６０】
したがって、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
〔Ｇ〕第７実施形態の説明
図２１は本発明の第７実施形態を示す図である。第６実施形態は、送信信号光の品質を監視する送信信号光監視システム６１であったが、これに対し、第７実施形態は、光伝送システムにおける光信号の受信側における受信信号光の品質を監視する受信信号光監視システム７１に、第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１を適用するものである。
【０１６１】
前述の第６実施形態の場合のように、送信端ではクロック信号ｆ0を取り込むことは比較的容易であるが、受信端では送信端とは異なる構成が必要となる。この点、図２１に示すように、方向性結合器７２およびクロック抽出回路７３をそなえることにより、伝送されてきた光信号から、当該光信号に同期した繰り返し周波数ｆ0を抽出することができる。
【０１６２】
すなわち、伝送路７４を伝送されてきた光信号を方向性結合器７２で一部分岐し、一方を光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１への被測定光として出力し、他方をクロック抽出回路７３に出力する。クロック抽出回路７３では、光信号の繰り返し周波数ｆ0を抽出し、当該被測定光に同期したクロック信号ｆ0として光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１に供給することができる。
【０１６３】
なお、クロック抽出回路７３では、被測定光のビットレートが電子回路の応答速度制限よりも小さな値、すなわち４０Ｇｂ／ｓ程度以下の場合は、まず、被測定光を光電変換器で電気信号に変換し、電気信号の中からビットレートに対応する周波数成分をフィルタで抽出するように構成し、これにより、被測定光に同期したクロック信号を得ることができる。
【０１６４】
また、より高品質のクロックを抽出するためには、前述の電気信号と電圧制御発振器（ＶＣＯ）から出力されるクロックとの位相を比較して、位相差分を誤差信号としてフィードバックする位相同期ループ（ＰＬＬ）をもちいればよい。電子回路で処理できない高速ビットレートの場合は光学的な位相比較器をもちいたＰＬＬ回路により被測定光に同期したクロックを安定に抽出できる。
【０１６５】
なお、上述の光学的な位相比較器としては、文献（C.Boerner, et al., "160 Gbit/s clock recovery with electro-optical PLL using bidirectionally operated electroabsorption modulator as phase comparator", Electronics Letters, Vol.39, No.14, 2003, pp.1071-1073）に記載されたものや、文献（D. T. K. Tong, et al., "160 Gbit/s clock recovery using electroabsorption modulator-based phase-locked loop," Electronics Letters , Vol. 36, No. 23, 2000, pp.1951-1952.）に記載されたものがある。
【０１６６】
したがって、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
〔Ｈ〕第８実施形態の説明
図２２は本発明の第８実施形態を示す図である。この図２２に示すものにおいては、上述の第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１を、光３Ｒ（Re-Shaping, Re-Timing, Re-Amplification）再生器８２の出力信号を監視する３Ｒ再生信号監視システム８１に適用したものである。
【０１６７】
３Ｒ再生器８２は、信号光（被光３Ｒ再生信号光）が入力されると、３Ｒ再生処理を施して出力する。この３Ｒ再生器８２からの出力信号の一部は、方向性結合器８３を介して、光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１に入力され、この光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１において、３Ｒ再生された信号光について品質を監視することができる。
【０１６８】
第８実施形態の場合においても、トリガー信号として被監視信号光から同期信号（クロック信号ｆ0）を抽出する機能であるクロック抽出部８５をそなえている。
なお、３Ｒ中継器８２としては、電子回路動作速度を上回る信号光の光３Ｒ再生が、これまでにいくつか提案され実証されている。例えば、文献（S. Watanabe, et al., "160 Gbit/s Optical 3R-Regenerator in A Fiber Transmission Experiment," OFC 2003, ThQ1, Optical Fiber Communication Conference, Atlanta, Georgia, March 23-28, 2003. ）に記載されたものがある。
【０１６９】
このように構成された３Ｒ再生信号監視システム８１においては、３Ｒ再生器８２で３Ｒ再生された光信号の品質を、方向性結合器８３を通じて光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１において観測し、観測した信号品質を制御信号として、光３Ｒ再生器８２にフィードバックすることにより、この制御信号を受けて光３Ｒ再生器８２の内部設定を調整し、３Ｒ再生効果を向上させ、高品質の光３Ｒ再生信号光を光３Ｒ再生器８２から出力することが可能になる。
【０１７０】
このように光３Ｒ再生器８２から出力される光信号の品質を監視することは、被光３Ｒ再生信号光のビットレートが、電子回路の動作速度を超えている場合に特に有用になる。なぜならば、このような超高速信号光の品質を電子回路で監視するには、まず、光多重分離装置を用いて超高速信号光を電子回路で取り扱えるビットレートまで低速にした後、光電変換器を用いて電気信号に変換し、電子回路で監視するという煩雑な手続きを行なわなければならなく、また、この場合、装置が非常に複雑になるからである。
【０１７１】
したがって、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
〔Ｉ〕その他
なお、本発明によれば、上述の各実施形態にかかわらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種種変形して実施することが可能である。
【０１７２】
たとえば、上述の第１〜第５実施形態においては、非線形媒質として光ファイバを適用しているが、本発明によれば、従来技術で用いられる偏波依存性のあるＫＴＰ結晶やＰＰＬＮ結晶を用いたとしても、第１，第２偏波制御部による被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態の制御によって、偏波無依存の光サンプリングを実現することができる。
【０１７３】
また、上述の第１〜第５実施形態において、サンプリング光出力部から、非線形媒質である光ファイバに入力される際に設定しておくべき直線偏波状態としてサンプリング光パルスを出力するようにするとともに、サンプリング光出力部から出力される偏波状態を非線形媒質である光ファイバの入力端まで保持する偏波保持型の光部品を用いることとすれば、上述の第１〜第５実施形態のごとき第２偏波制御部の構成は省略することも可能である。
【０１７４】
また、上述の第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１によれば、上述の第６〜第８実施形態以外の態様で実システムに適用することも、もちろん可能である。
さらに、上述した実施形態の開示により、本発明の装置を製造することは可能である。
〔Ｊ〕付記
（付記１） 被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、
該被測定光および該サンプリング光出力部からの該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるサンプリング結果出力部と、
該被測定光の測定開始前において、該サンプリング光出力部に入力される該被測定光の偏波状態を該サンプリング結果出力部からの光のパワーレベルに基づき所定の状態になるように制御する偏波状態制御部と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、光波形測定装置。
【０１７５】
（付記２） 該サンプリング光出力部で出力するサンプリング光パルスは、該被測定光よりもパルス幅が狭く、該被測定光の繰り返し周期と同程度もしくはそれよりも長い、サンプリング周波数を有することを特徴とする、付記１記載の光波形測定装置。
（付記３） 該偏波状態制御部は、サンプリング光出力部からのサンプリング光パルスの偏波状態についても制御することを特徴とする、付記１または２記載の光波形測定装置。
【０１７６】
(付記４) 該偏波状態制御部は、該サンプリング光出力部からのサンプリング光パルスの偏波状態について偏光子の４５度回転機能を使って制御することを特徴とする、付記１または２記載の光波形測定装置。
（付記５） 該サンプリング光出力部が、該被測定光の繰り返し周期と同程度もしくはそれよりも低いサンプリング周波数を発生させる周波数発生部と、該周波数発生部で発
生されたサンプリング周波数をもとにした光変調によって該サンプリング光パルスを生成するサンプリング光生成部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記1〜４のい
ずれか１項記載の光波形測定装置。
【０１７７】
（付記６） 該サンプリング光生成部が、連続光を出力する連続光光源と、該連続光光源からの連続光について該周波数発生部にて発生されたサンプリング周波数を用いることにより該サンプリング光パルスに変調する変調器と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記５記載の光波形測定装置。
（付記７） 該変調器が、ニオブ酸リチウム光変調器もしくはインジウムリン光変調器により構成されたことを特徴とする、付記６記載の光波形測定装置。
【０１７８】
（付記８） 該変調器が、電界吸収型光変調器により構成されたことを特徴とする、付記６記載の光波形測定装置。
（付記９） 該変調器が、該連続光について該サンプリング周波数に基づき周波数チャープを与える周波数チャープ付与部と、該周波数チャープ付与部で該周波数チャープが与えられた光について該サンプリング周波数に基づき光パルス化させる光パルス化部と、該光パルス化部からの光について分散補償を行ない該サンプリング光として出力する分散補償部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記６記載の光波形測定装置。
【０１７９】
（付記１０） 該サンプリング光生成部が、該変調器で変調された光を更にパルス圧縮するパルス圧縮部をそなえ、該パルス圧縮部でパルス圧縮された光を該サンプリング光として出力すべく構成されたことを特徴とする、付記５〜９のいずれか１項記載の光波形測定装置。
（付記１１） 該周波数発生部が、該被測定光を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部と、該被測定光に同期したクロック信号を取り込むとともに該取り込んだクロック信号を該掃引信号生成部からの該掃引信号により周波数シフトすることにより該サンプリング周波数の信号を生成する周波数シフト部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記５記載の光波形測定装置。
【０１８０】
（付記１２） 該周波数発生部が、該周波数シフト部で取り込まれるクロック信号を分周する分周器をそなえ、該周波数シフト部が、該分周器で分周されたクロック信号を該掃引信号で周波数シフトすることにより該サンプリング周波数の信号を生成すべく構成されたことを特徴とする、付記１１記載の光波形測定装置。
（付記１３） 該サンプリング結果出力部が、該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせるための非線形媒質と、該非線形媒質において生じる非線形光学効果によって偏波状態が変化した、該被測定光についての直線偏波成分を該波形測定用に抽出する直線偏波成分抽出部と、をそなえ、
かつ、該偏波状態制御部が、該非線形媒質に入力される該被測定光の偏波状態を、該直線偏波成分抽出部において抽出すべき直線偏波成分の方向とほぼ直交する直線偏波となるように制御するとともに、該非線形媒質に入力される該サンプリング光パルスの偏波状態についても、該被測定光について制御すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度の角度を有する直線偏波となるように制御すべく構成されたことを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項記載の光波形測定装置。
【０１８１】
（付記１４） 該偏波状態制御部が、該被測定光について直線偏波光にする第１偏波制御部と、該サンプリング光発生部で発生された該サンプリング光について直線偏波光にする第２偏波制御部と、該直線偏波成分抽出部で抽出された該被測定光についての直線偏波成分に基づいて該第１偏波制御部および該第２偏波制御部においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を監視制御する監視制御部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１３記載の光波形測定装置。
【０１８２】
（付記１５） 該監視制御部が、該直線偏波成分抽出部で抽出すべき直線偏波の方向と、該第１偏波制御部および該第２偏波制御部においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を初期設定する初期設定部をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１４記載の光波形測定装置。
（付記１６） 該初期設定部が、該サンプリング光パルスが入力されない場合には該直線偏波成分抽出部において抽出される直線偏波成分がほぼ最小となるように、該第１偏波制御部において変換される直線偏波光の方向とともに、該直線偏波成分抽出部で抽出すべき直線偏波の方向を初期設定するとともに、該第２偏波制御部において変換される直線偏波光の方向を、該第１偏波制御部において変換される直線偏波光の初期設定方向に対して４０〜５０度の角度を有する直線偏波となるように初期設定を行なうことを特徴とする、付記１５記載の光波形測定装置。
【０１８３】
（付記１７） 該サンプリング結果出力部から、該被測定光のサンプリング結果となる光の波長特性を平坦にする光フィルタを備えることを特徴とする付記１〜１６のいずれか記載の光波形測定装置
（付記１８） サンプリング結果出力部から、該被測定光のサンプリング結果となる光を入力されて、該サンプリング結果について掃引することにより、該被測定光の波形を表示する表示部をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１〜１６のいずれか１項記載の光波形測定装置。
【０１８４】
（付記１９） 複数系列の光を波形測定の対象となる被測定光とし、該複数系列の被測定光をそれぞれサンプリングするための複数のサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、
該複数系列の被測定光および該サンプリング光出力部からの複数のサンプリング光パルスによる非線形光学効果をそれぞれ生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうる複数のサンプリング結果出力部と、
該複数のサンプリング結果出力部において出力される光を用いて該波形測定を行なうことができるように、該サンプリング結果出力部において出力される光に基づいて該サンプリング結果出力部に入力される被測定光の偏波状態を個別に制御しうる偏波状態制御部と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、光波形測定装置。
【０１８５】
（付記２０） 複数系列の光を波形測定の対象となる被測定光とし、該複数系列の被測定光をサンプリングするための共用のサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、
該複数系列の被測定光および該サンプリング光出力部からの該共用のサンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるサンプリング結果出力部と、
該サンプリング結果出力部において出力される光を用いて該波形測定を行なうことができるように、該サンプリング結果出力部において出力される光のパワーレベルに基づいて該サンプリング結果出力部に入力される被測定光の偏波状態を個別に制御しうる偏波状態制御部と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、光波形測定装置。
【０１８６】
（付記２１） 光を波形測定する際に、
該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、
該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、
該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴とする、光波形測定方法。
【０１８７】
（付記２２） 該サンプリング光パルスの偏波状態を、該サンプリング結果として出力される光が有する直線偏波状態に対して４０〜５０度の角度の直線偏波となるように制御し、
該測定対象となる被測定光の偏波状態を、該サンプリング光パルスが入力されない状態においては、該サンプリング結果として出力される光がほぼ最小となるように制御することを特徴とする、付記２１記載の光波形測定方法。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図８】（ａ），（ｂ）はともに本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の第２実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の第３実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１８】本発明の第４実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第５実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第６実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第７実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第８実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２３】従来技術を説明するためのブロック図である。
【図２４】従来技術を説明するためのブロック図である。
【図２５】従来技術を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【０１８９】
１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１ 光波形測定装置
２−１，１２−１，３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ 第1偏波制御部
２−２，１２−２，３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍ 第２偏波制御部
３，１３，３３ サンプリング光出力部
４，１４，３４−１〜３４−Ｍ，４４ サンプリング結果出力部
５，１５，３５ 表示部
６，１６，３６ 監視制御部
７，１７，３７，４７ 偏波状態制御部
４ａ，４ｄ，１４ａ，１４ｄ，３９ａ，４４ａ，４４ｂ，６３，７２，８３ 方向性結合器
４ｂ，１４ｂ 光ファイバ（非線形媒質）
４ｃ 偏光子
１２ａ 第１偏波コントローラ
１２ａａ，１２ａｂ，１２ｃａ，１２ｃｂ 波長板
１２ｂ 第１ドライバ
１２ｃ 第２偏波コントローラ
１２ｄ 第２ドライバ
１４ｅ ＰＢＳ
１４ｆ ファラデー回転子
１５ａ，３５ａ−１〜３５ａ−Ｍ 波長フィルタ
１５ｂ，３５ｂ−１〜３５ｂ−Ｍ 光電変換器
１５ｃ，３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍ Ａ／Ｄ変換器
１５ｄ，３５ｄ 波形表示器
１６ａ，１６ａ´，３６ａ パワーメータ
１６ｂ，１６ｂ´，３６ｂ 比較・コントローラ
１７ａ，１９ｄ，３７ａ ドライバ
１８ 周波数発生部
１８ｂ 発振器
１８ｃ トリガー回路
１９，３９ サンプリング光パルス生成部
１９ａ ＣＷ光源
１９ｂ 光変調器
１９ｃ 光増幅器
２０ ９０度位相シフタ
２１ アップコンバータ
２２ 分周回路
２３ パワーディバイダ
２４ プリスケーラ
２５ Ｄフリップフロップ
２６ 位相シフタ
２７ ＡＮＤゲート
２８ 位相変調器
２９ 強度変調器
３０ 分散媒質
６１ 送信信号光監視システム
６２ 送信機
７１ 受信信号光監視システム
７３，８５ クロック抽出回路
７４ 伝送路
８２ 光３Ｒ再生器
１０１，１１４ 光電変換器
１０２ トリガー回路
１０３ 電気サンプリングパルス発生回路
１０４ サンプリング回路
１０５，１１５ 波形表示器
１１１ 光サンプリングゲート
１１２ 短パルス光源
１１３ サンプリング周波数生成器
１２０ 光信号源
１２１，１２２ 発振器
１２３ モードロックファイバレーザ（ＭＬＦＬ：Mode Locked Fiber Laser）
１２４，１２７ 半波長板（ＨＷＰ：Half Wave Plate）
１２６，１２９，１３１ ミラー
１２８，１３０ ＫＴＰ
１３２ Ｓｉ−ＡＰＤ（Si-Avalanche Photo Diode）
１３３ アナログ／ディジタル変換器
１３４ コンピュータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波形測定方法に関し、特に、電子回路の動作速度制限のために、電子測定では細部にわたり正確に観測できない光パルス波形を、実波形に忠実に観測する際に用いて好適の、光波形測定装置および光波形測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光パルス波形の観測は、光通信において、受信端での光信号の品質を評価するために必要な機能であるだけではなく、信号中継機や光ネットワークのノードにおける信号品質を監視にも応用可能である。また、光部品の評価にも欠かせない機能である。光ファイバ通信の大容量化に伴い、信号光のビットレートは研究段階では４０Ｇｂ／ｓに達している。また、次世代のシステムを目指して、１６０Ｇｂ／ｓ以上のシステムの研究開発も盛んに行なわれている。これらの研究開発を推進するために、信号光の実波形を忠実に観測できる波形測定技術および波形測定装置が求められている。
【０００３】
今日、一般に用いられる光波形測定装置においては、図２３に示すように、まず、光電変換器１０１を介して被測定光信号（光パルス）を電気信号に変換する。次に、トリガー回路１０２で発生させた電気トリガーで駆動する電気サンプリングパルスを電気サンプリングパルス発生回路１０３で発生させ、サンプリング回路１０４内で光電変換器１０１からの電気信号を電気サンプリングパルスでサンプリングして、波形表示器１０５でサンプリング波形を表示する。即ち、光信号の実波形を、電気信号でサンプリングして波形測定を行なうようになっている。
【０００４】
このとき、信号光の波形を忠実に観測するには、信号光を構成する全ての周波数成分を受光しなければならないので、波形測定装置には信号光のビットレートよりも十分広い帯域が求められる。電気サンプリング測定での観測帯域は、光電変換器、トリガー回路、サンプリング回路、波形表示器などの最も狭いもので制限される。通常、５０ＧＨｚ程度と考えられている電子回路の動作帯域制限は、４０Ｇｂ／ｓの信号を精細に観測するには必ずしも十分な帯域ではない。
【０００５】
この帯域制限の課題を解決する技術としては、信号光を光のままサンプリングする光サンプリング技術がある。この光サンプリング技術は、図２４に示すように、非線形媒質からなる光サンプリングゲート１１１において、被測定光（波長：λsig）とそれよりもパルス幅の短いサンプリング光パルス(波長：λsam)との強度相関信号光を発生させることにより、サンプリング結果を出力するものである。ここで、強度相関信号光とは、被測定光とサンプリング光パルスが時間領域で重なることにより発生した光を示す。
【０００６】
ここで、サンプリング光パルスは、サンプリング周波数生成器１１３からのサンプリング周波数信号によって短パルス光源１１２を駆動することにより、短パルス光源１１２の出力として得られるようになっている。サンプリング周波数生成器１１３では、被測定光に同期したクロック信号（繰り返し周波数ｆ0）をＮ分周し、更に掃引のための周波数Δｆにより周波数シフトすることにより得られる周波数信号（ｆ0／Ｎ＋Δｆ）を、サンプリング周波数信号として出力するようにしている。なお、繰り返し周波数とは、光パルスの繰り返し周期の逆数を表す。
【０００７】
そして、サンプリングゲート１１１において、このサンプリング光パルスと被測定光とを合波し、当該サンプリングゲート１１１内の非線形媒質に入射させることで非線形効果
を生じさせる。この非線形効果により、被測定光とサンプリング光パルスとの強度相関を持つ光信号、即ち強度相関信号光（波長：λc、繰り返し周波数：ｆ0／Ｎ＋Δｆ ）が得
られるが、この強度相関信号光を光フィルタで抽出し、光サンプリングゲート１１１から出力する。
【０００８】
光サンプリングゲート１１１から出力された強度相関信号光は、光電変換器１１４で電気相関信号に変換され、通常、サンプリング周波数信号を用いてアナログ信号からディジタル信号に変換した後、電気信号に変換された強度相関信号として波形表示器１１５の垂直軸信号ポートに入力される。波形表示器１１５では、垂直軸信号ポートに入力される強度相関信号を、サンプリング周波数生成器１１３で用いられている周波数Δｆの掃引信号を水平軸信号ポートに入力してトリガーをかけることにより、被測定光波形を表示する。
【０００９】
上述の図２４に示す光サンプリングの時間分解能は、主にサンプリング光パルスのパルス幅で決定されるので、パルス幅の狭いサンプリング光パルスを用意すれば時間分解能の高い光サンプリングを実現できる。一方、垂直軸に該当する信号光の強度については、強度相関信号光の大きさに依存する。この強度相関信号光は、非線形媒質内で発生するが、この非線形媒質としては、ポタジウムタイタニルフォスファ（KTiOPO4：KTP）結晶や周期分極反転LiNbO3（PPLN）結晶などを用いることができる。
【００１０】
しかしながら、前述の結晶内で発生する強度相関信号光は、入射する被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態に依存するために、任意の偏波状態の信号光波形を測定することが困難であるという課題がある。
そこで、以下に示す非特許文献１には、図２５に示すように、上述の強度相関信号光が有する偏波依存性を解決し、任意の偏波状態の信号光波形を測定できるようにするために、光パルスを偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２５でTE偏波成分とTM偏波成分の二つの偏波成分に分離し、二つの非線形媒質内でそれぞれの偏波成分の強度相関信号光を発生させる偏波ダイバーシティ構成を採用している。尚、図２５において、１２０はサンプリング光パルスを発生するパルス光源、１２１，１２２は発振器、１２３は被測定光を発生するモードロックファイバレーザ（ＭＬＦＬ：Mode Locked Fiber Laser）、１２４，１２７は半波長板（ＨＷＰ：Half Wave Plate）、１２６，１２９，１３１はミラー、１２８，１３０はＫＴＰ、１３２はＳｉ−ＡＰＤ（Si-Avalanche Photo Diode）、１３３はアナログ／ディジタル変換器、１３４はコンピュータである。
【００１１】
偏波依存性を取り除く公知技術として、非特許文献２に記載された技術もある。本技術は、強度相関信号光を発生させるためには、被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態が直線偏波であり、かつ直線偏波方向が互いに４０〜５０度異なっていることが望ましい。即ち、被測定光の直線偏波状態を基準にすると、サンプリング光パルスの直線偏波はこの基準から４０〜５０度傾いていることが望ましいことになる。さらに、被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態は直線偏波ではなくとも、測定可能な強度相関信号光を発生できる偏波状態であれば問題はない。これを実現するために、偏波コントローラを用いて、非線形媒質である光ファイバに入射する被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態を設定する。本技術では、光ファイバ中での偏波状態の変化により必ずしも強度相関信号光を発生させるために最適な偏波状態を実現できないことがある。また、被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態を手動で設定する場合、所要時間は長い。その上、手動設定では正確性や再現性確保が難しい。特に、複数の被測定光を同時に観測する場合、所要部材を同時に観測したい被測定光の数だけ用意するのはもちろん、その数の分だけ個別に被測定光とサンプリング光パルスの各偏波状態を設定しなくてはならないので、初期設定に要する時間は膨大になる。
【非特許文献１】N.Yamada et al., "Polarization-insensitive optical sampling system using two KTP crystals," IEEE Photonics technology letters, vol. 16, no.1, pp.215-217, 2004
【非特許文献２】S. Watanabe, et al.," Novel Fiber Kerr-Switch with Parametric Gain: Demonstration of Optical Demultiplexing and Sampling up to 640 Gb/s," Postdeadline session, Th4.1.6, 30th European Conference on Optical Communication, September 5-9, 2004 Stockholm, Sweden
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の特許文献１に記載された技術においては、非線形媒質として、比較的高価な材料であるＫＴＰが二つ必要になる。
非特許文献２に記載された技術においても、強度相関信号光を監視してその結果をもとに被測定光の偏波状態を制御する機能はなく、被測定光についての実波形を、当該被測定光の偏波状態によらずにスムーズに観測できるようにするための構成についてまでは開示するものではない。
【００１３】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、偏波ダイバーシティ構成を用いることなく、強度相関信号光のパワーレベルに基づき被測定光の偏波状態を制御することにより、強度相関信号光が被測定光の偏波状態に依存せずに発生することを可能にした、光波形測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このため、本発明の関連発明の光波形測定装置は、被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光パルス出力部と、該被測定光および該サンプリング光出力部からの該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるサンプリング結果出力部と、該被測定光の測定開始前において、該サンプリング光出力部に入射される該被測定光の偏波状態を該サンプリング結果出力部において出力される光のパワーレベルに基づき所定の状態になるように制御する偏波状態制御部と、をそなえて構成されたことを特徴としている。ここで、該被測定光の測定開始前とは、光波形測定装置を作製した時点、該被測定光測定中に何らかの原因により該被測定光の偏波状態が変化してしまい、該被測定光の偏波状態を所定の状態に再設定する必要が発生した時点をも含まれる。
また、好ましくは、該偏波状態制御部は、サンプリング光出力部からのサンプリング光パルスの偏波状態についても制御することとしてもよい。
【００１５】
さらに、該サンプリング光出力部を、該被測定光の繰り返し周期程度もしくはよりも周期が長い周期に対応するサンプリング周波数を発生させる周波数発生部と、該周波数発生部で発生されたサンプリング周波数をもとにした光変調によって該サンプリング光パルスを生成するサンプリング光生成部と、をそなえて構成することもできる。
また、該サンプリング結果出力部を、該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせるための非線形媒質と、該非線形媒質において生じる非線形光学効果によって偏波状態が変化した、該被測定光についての直線偏波成分を該波形測定用に抽出する直線偏波成分抽出部と、をそなえ、かつ、該偏波状態制御部を、該非線形媒質に入力される該被測定光の偏波状態を、該直線偏波成分抽出部において抽出すべき直線偏波成分の方向とほぼ直交する直線偏波となるように制御するとともに、該非線形媒質に入力される該サンプリング光パルスの偏波状態についても、該被測定光について制御すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波となるように制御すべく構成することとしてもよい。
【００１６】
さらに、該偏波状態制御部を、該被測定光について直線偏波光にする第１偏波制御部と、該サンプリング光発生部で発生された該サンプリング光について直線偏波光にする第２偏波制御部と、該直線偏波成分抽出部で抽出された該被測定光についての直線偏波成分に基づいて該第１偏波制御部および該第２偏波制御部においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を監視制御する監視制御部と、をそなえて構成することができる。
【００１７】
また、該監視制御部を、該直線偏波成分抽出部で抽出すべき直線偏波の方向と、該第１偏波制御部および該第２偏波制御部においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を初期設定する初期設定部をそなえて構成することとしてもよい。
さらに、該初期設定部を、該サンプリング光パルスが入力されない場合には該直線偏波成分抽出部において抽出される直線偏波成分がほぼ最小となるように、該第１偏波制御部において変換される直線偏波光の方向とともに、該直線偏波成分抽出部で抽出すべき直線偏波の方向を初期設定するとともに、該第２偏波制御部において変換される直線偏波光の方向を、該第１偏波制御部において変換される直線偏波光の初期設定方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波となるように初期設定を行なうことができる。
【００１８】
さらに、本発明の関連発明の光波形測定装置は、複数系列の光を波形測定の対象となる被測定光とし、該複数系列の被測定光をそれぞれサンプリングするための複数のサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、該複数系列の被測定光および該サンプリング光出力部からの複数のサンプリング光パルスによる非線形光学効果をそれぞれ生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうる複数のサンプリング結果出力部と、該複数のサンプリング結果出力部において出力される光を用いて該波形測定を行なうことができるように、該サンプリング結果出力部において出力される光に基づいて該サンプリング結果出力部に入力される被測定光の偏波状態を個別に制御しうる偏波状態制御部と、をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の関連発明の光波形測定装置は、複数系列の光を波形測定の対象となる被測定光とし、該複数系列の被測定光をサンプリングするための共用のサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、該複数系列の被測定光および該サンプリング光出力部からの該共用のサンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるサンプリング結果出力部と、該サンプリング結果出力部において出力される光を用いて該波形測定を行なうことができるように、該サンプリング結果出力部において出力される光に基づいて該サンプリング結果出力部に入力される被測定光の偏波状態を個別に制御しうる偏波状態制御部と、をそなえて構成されたことを特徴としている。
【００２０】
さらに、本発明の光波形測定方法は、光波形測定する際に、該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴としている。
また、本発明の光波形測定方法は、光波形測定する際に、該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、該被測定光および該サンプリング光パルスにより非線形媒質で非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴としている。
また、上記の光波形測定方法において、該非線形媒質を光ファイバとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
このように、本発明によれば、該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することができるので、強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に依存しなくなることが可能になる利点がある。
さらに、比較的簡素な制御によって強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に依存しなくなることが可能になる利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。
なお、上述の本願発明の目的のほか、他の技術的課題，その技術的課題を解決する手段及びその作用効果についても、以下の実施の形態による開示によって明らかとなるものである。
〔Ａ〕第１実施形態の説明
〔Ａ−１〕構成
図１は本発明の第１実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。この図１に示す光波形測定装置１は、被測定光の波形測定を行なうものであり、具体的にはサンプリングにより波形の形状を表示する機能をそなえている。ここで、光波形測定装置１は、第１偏波制御部２−１，第２偏波制御部２−２，サンプリング光出力部３，サンプリング結果出力部４，波形表示器５および監視制御部６をそなえて構成されている。
【００２３】
ここで、サンプリング光出力部３は、上述の被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力しうるものであり、このサンプリング光出力部３で出力するサンプリング光は、被測定光よりもパルス幅が狭く、被測定光の繰り返し周期程度もしくはそれよりも周期が長くすなわち繰り返し周波数が低いサンプリング周波数を有するものである。
【００２４】
すなわち、サンプリング光出力部３は、後述するように、図４（ａ）に示すような繰り返し周波数がｆ0の被測定光が入力された場合においては、図４（ｃ）に示すような、この被測定光よりもパルス幅が狭く、被測定光の繰り返し周波数ｆ0程度もしくはそれよりも低いサンプリング周波数ｆ1（＝ｆ0／Ｎ＋Δｆ）を有するサンプリング光パルスを出力することができるようになっている。ここで、Ｎは１以上の整数を表し、以下同様である。
【００２５】
さらに、第１偏波制御部２−１は、入力される被測定光についての偏波状態を後述の監視制御部６による制御を受けて直線偏波にしうるものである。又、サンプリング光出力部３は、上述の被測定光をサンプリング、即ち測定対象となる光波形についてサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力しうるものである。更に、第２偏波制御部２−２は、サンプリング光出力部３からのサンプリング光パルスの偏波状態を後述の監視制御部６による制御を受けて直線偏波にしうるものである。
【００２６】
また、サンプリング結果出力部４は、偏波制御部２−１で直線偏波にされた被測定光と、偏波制御部２−２で直線偏波にされたサンプリング光パルスと、により非線形光学効果を生じさせて、被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるものであって、方向性結合器４ａ，４ｄ，非線形媒質４ｂおよび偏光子４ｃをそなえて構成されている。
方向性結合器４ａは、偏波制御部２−１からの被測定光と偏波制御部２−２からのサンプリング光パルスとを合波するものである。又、非線形媒質４ｂは、方向性結合器４ａで合波された被測定光およびサンプリング光パルスによる非線形効果（非線形光学効果）として光カー（Ｋｅｒｒ）効果と光パラメトリック効果を生じさせて、被測定光のサンプリング結果となる光を出力することができるようになっている。
【００２７】
すなわち、非線形媒質４ｂにおいては、被測定光とサンプリング光パルスとの強度相関信号光を出力することができるようになっている。尚、上述の非線形媒質４ｂとしては、例えば光ファイバにより構成することができる。 さらに、偏光子４ｃは、非線形媒質４ｂにおいて上述の非線形効果が生じた光成分としての直線偏波成分について取り出すものである。具体的には、非線形媒質４ｂにおいてサンプリング光パルスが入力されていない状態においては、非線形媒質４ｂに被測定光が入力されたとしても、偏光子４ｃで取り出
される光成分は最小であり、実質的には被測定光成分を取り出されない。一方、サンプリング光パルスおよび被測定光が入力されると、偏光子４ｃでは、サンプリング光パルスが入力されたことによって非線形効果を受けた被測定光成分を取り出すことができるようになる。
【００２８】
また、方向性結合器４ｄは、偏光子４ｃで取り出された光成分を分岐して、一方を光波形表示のために表示部５へ出力するとともに、他方を監視制御部６に出力するようになっている。従って、上述の偏光子４ｃおよび方向性結合器４ｄにより、非線形媒質４ｂにおいて生じる非線形光学効果によって偏波状態が変化した、被測定光についての直線偏波成分を波形測定用に抽出する直線偏波成分抽出部を構成する。尚、直線偏波成分抽出部としての構成としては、この構成に限定されるものではなく、例えばファラデー回転子を偏光子の前段に設けたり、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）により構成したりすることとしてもよい。また、非特許文献２に示されているとおり、サンプリング結果出力部はＣバンド帯域において、強度相関信号光の発生効率の波長依存性は小さいが、更にこの波長依存性を除去するために、光フィルタ(波長特性平坦化フィルタ)を偏光子４ｃの前部もしくは後部、または方向性結合器４ｄの後部のいずれかに配置してもよい。このフィルタにより被測定光の周波数(波長)特性をフラットにすることができる。例えば、このフィルタは異なる波長特性を有するフィルタを２枚以上組み合わせること、あるいはファイバブラッググレーティングを用いることにより任意の波長透過特性を得ることができる。当業者であればこのようなフィルタを容易に実現できることは明らかである。
【００２９】
さらに、監視制御部６は、偏光子４ｃで抽出された被測定光についての直線偏波成分に基づいて、第１偏波制御部２−１および第２偏波制御部２−２においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を監視制御するものである。具体的には、方向性結合器４ｄを通じて、非線形媒質４ｂにおいて非線形効果を生じた光成分についての偏光子４ｃを通過した直線偏波成分を入力され、この直線偏波成分が最大になるように、第１偏波制御部２−１および第２偏波制御部２−２をフィードバック制御する。しかしながら、この最大から少しずれたとしてもこの測定には大きな問題とはならない。
【００３０】
すなわち、監視制御部６においては、非線形媒質４ｂに入力される被測定光の偏波状態を、偏光子４ｃにおいて抽出すべき直線偏波成分の方向とほぼ直交する直線偏波となるように第１偏波制御部２−１を制御するとともに、非線形媒質４ｂに入力されるサンプリング光パルスの偏波状態についても、被測定光について制御すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波となるように第２偏波制御部２−２を制御するようになっている。この場合においては、サンプリング光パルスの偏波状態は、被測定光について制御すべき直線偏波の方向と、偏光子４ｃにおいて抽出すべき直線偏波成分の方向と、のほぼ中間の角度となるように、第２偏波制御部２−２を制御している。
【００３１】
したがって、上述の第１偏波制御部２−１，第２偏波制御部２−２および監視制御部６により、被測定光の測定開始前において、サンプリング結果出力部４に入力される被測定光の偏波状態をサンプリング結果出力部４からの光のパワーレベルに基づき所定の状態になるように制御する偏波状態制御部７を構成する。
ここで、被測定光の測定開始前とは、光波形測定装置を作製した時点、該被測定光測定中に何らかの原因により該被測定光の偏波状態が変化してしまい、該被測定光の偏波状態を所定の状態に再設定する必要が発生した時点をも含まれる。
また、好ましくは、偏波状態制御部７は、サンプリング光出力部からのサンプリング光パルスの偏波状態についても制御することとしてもよい。
なお、サンプリング光パルスの偏波状態については、偏光子４ｃにおいて抽出すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波を安定的に出力可能であれば、第２偏波制御部２−２および監視制御部６を通じたフィードバック制御については適宜省略することができる。
【００３２】
また、表示部５は、サンプリング結果出力部４をなす方向性結合器４ｄから出力されたサンプリング結果となる光について、電気信号に変換するとともに、変換されたサンプリング結果としての電気信号を掃引することにより、被測定光の波形について表示するものである。
〔Ａ−２〕非線形媒質４ｂによる強度相関信号光の発生について
ついで、上述のごとく構成された第１実施形態にかかる光波形測定装置１をなす非線形媒質４ｂとして光ファイバを用いながら、強度相関信号光を発生させていることについて、本願発明に関連した技術である光カースイッチの技術とともに説明する。
【００３３】
光ファイバ内で発生する非線形効果のひとつに、超高速に応答する四光波混合効果がある。これは、光ファイバの零分散波長と同じ波長をもつポンプ光と、ポンプ光とは異なる波長の信号光との両者を、光ファイバに入射すると、第三の光、アイドラー光が発生する現象である。アイドラー光の強度は、ポンプ光ピークパワーの二乗と信号光ピークパワーの積に比例するので、四光波混合効果により、光学的に強度相関信号光を得られる。
【００３４】
ポンプ光強度を大きくすると、同時に光パラメトリック増幅現象が生じる。即ち、ポンプ光のエネルギーが、信号光および第三のアイドラー光に分配され、効率よく強度相関信号光を得られる。この増幅現象は、信号光にも同様に発生する。すなわち、この増幅成分を、光ファイバに入射した信号光と分離できれば、入射信号光波長と同一波長の強度相関信号光を得られる。
【００３５】
たとえば、Cバンド全帯域の信号光を観測する場合、ポンプ光はCバンド外に設定しなければならず、必然的にアイドラー光はCバンド外に発生してしまい、これを強度相関信号光として用いるにはCバンド帯域外の光部品が必要になり、光サンプリング装置が高額になってしまう。そのために、信号光と同一の波長の強度相関信号光を得ることは重要である。
【００３６】
ここで、別の非線形効果である光カー効果を用いた光カースイッチを用いると、上述の分離が可能になる。光カースイッチは、第１実施形態にかかるサンプリング光出力部４における符号４ｂ，４ｃに相当する、非線形媒質と偏光子で構成されるスイッチであって、本スイッチに入射した信号光が偏光子を透過しないように、信号光の偏波状態が設定される。
【００３７】
そして、信号光の偏波に対して４０〜５０度、好ましくは４５度を成す直線偏波のコントロール光が入射されると、コントロール光により信号光の偏波状態が変化し、強度相関信号光成分のみ、偏光子を通過する。よって、光カースイッチで、入射信号光と同一波長の強度相関信号光を得られうる。なお、光カースイッチは、全光学的なスイッチなので、超高速に応答する。勿論、この光カースイッチにおいても、上述のごとき光パラメトリック増幅現象によって、入力される信号光パルスに対して、ＫＴＰ等の非線形結晶を用いた場合と比較して、高変換効率で強度相関信号光を得ることができる。
【００３８】
この光カースイッチをなす非線形媒質として用いる光ファイバとしては、通常、光ファイバ伝送に用いられるステップインデックス型光ファイバがある。これは、広く使用されているために安価で実現できるものである。又、屈折率分布を変更し実効コア断面積を小さくし、ゲルマニウムをコア部に添加し非線形屈折率を増大させることにより、非線形係数の向上を図ったステップインデックス型シリカ系光ファイバや、ステップインデックス型光ファイバでは実現できないほど小さな実行コア断面積を実現することにより非線形係数を高めたフォトニック結晶ファイバ、更には、非線形屈折率がシリカよりも大きな材料からなる非線形性の高い光ファイバを用いることもできる。非線形係数を高めた光ファイバを採用することにより、強度相関信号光を効率よく発生させるために必要な光ファイバ長の短尺化が可能になり、コンパクトで安定な光サンプリングシステムを実現できる。
【００３９】
ところで、前述のパラメトリック増幅現象と光カースイッチを組み合わせて強度相関信号光を得る光スイッチは、増幅機能の効果で、変換効率が1以上にもなり得る。従って、この光カースイッチを、強度相関信号光を発生させる装置に応用すると、ＫＴＰ結晶などの比較的低い変換効率を飛躍的に向上することができる。
この光カースイッチの詳細は、前述の非特許文献２で開示されているように、 Cバンド全帯域の被測定信号に対して、本スイッチに入射した被測定光パワーの６倍近くのパワーの強度相関信号光発生に成功している。従来のＫＴＰ結晶などを使った場合の変換効率が１０-4であることを考えると、この光カースイッチによる変換効率は桁違いに高いことが分かる。
【００４０】
本実施形態においては、非線形媒質４ｂおよび偏光子４ｃをそなえてサンプリング光出力部４を構成することにより、上述のごとき光カースイッチの場合と同様の強度相関信号光の発生効率を高くしながら、第１偏波制御部２−１，第２偏波制御部２−２および監視制御部６により、非線形媒質４ｂに入力される被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を互いが４０〜５０度、好ましくは４５度をなす直線偏波にしておくようにして、被測定光の偏波依存性を無くすことができるようになっている。
【００４１】
すなわち、第１偏波制御部２−１により、非線形媒質４ｂに入力される被測定光を、例えば図２に示す直線偏波Ｅｓとし、第２偏波制御部２−２により、非線形媒質４ｂに入力されるサンプリング光パルス、例えば図２に示すＥｓと４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなすＥｐとすることにより、サンプリング光パルスと強度相関を有する光成分Ｅｓ１（サンプリング光パルスＥｐとほぼ同一の直線偏波成分を有する）が出力される。そして、この直線偏波Ｅｓ１のうちで、非線形媒質４ｂに入力される被測定光の直線偏波成分Ｅｓに直交する成分について偏光子４ｃを通過させて、サンプリング結果としての（被測定光と同一波長の）強度相関信号光Ｅｓ−ｏｕｔを得ている。
【００４２】
〔Ａ−３〕作用効果
上述のごとく構成された、本発明の第１実施形態にかかる光波形測定装置１では、光波形測定する際に、測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスをサンプリング光パルス出力部３で出力し、サンプリング結果出力部４をなす非線形媒質４ｂで、被測定光およびサンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせる。
【００４３】
そして、偏光子４ｃを通じ、被測定光およびサンプリング光パルスの強度相関信号光を、被測定光のサンプリング結果となる光として出力する。表示部５においては、上述のサンプリング結果となる光を電気信号に変換し、電気信号に変換されたサンプリング結果を掃引することにより、被測定光の波形について表示し、この表示された波形を通じて被測定光の波形を観測、測定することができる。
【００４４】
光波形測定装置１においては、上述のごとき被測定光の波形の測定に先立って、監視制御部６において第１偏波制御部２−１および第２偏波制御部２−２を制御することによって、サンプリング結果として出力される光が最適レベル（例えば最大レベル）の直線偏波状態を有するように、測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御しておく。
【００４５】
すなわち、サンプリング光パルスの偏波状態を、サンプリング結果として出力される光が有する直線偏波状態に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度の直線偏波となるように制御し、測定対象となる被測定光の偏波状態を、サンプリング光パルスが入力されない状態においては、サンプリング結果として出力される光がほぼ最小となるように制御する。
【００４６】
換言すれば、サンプリング光パルスが入力されない状態においては、偏光子４ｃを通じて表示部５に出力されないような方向の直線偏波状態としながら、被測定光がサンプリング光パルスとともに光ファイバ４ｂに入力された場合においては、光カー効果により被測定光とサンプリング光パルスが時間的に重なっている部分の偏波状態が回転するので、この偏波状態が回転した光を強度相関信号光として偏光子４ｃを通じて取り出すことができるようになるのである。
【００４７】
さらに、サンプリング結果として取り出すべき強度相関信号光をパラメトリック増幅現象によって、従来技術よりも高効率で出力するとともに、偏波状態制御部７による被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態の制御によって、被測定光が任意の偏波状態であっても、波形測定を行なうことができる。
このように、本発明の第１実施形態によれば、偏波状態制御部７において、サンプリング結果出力部４において出力される光を用いて波形測定を行なうことができるように、サンプリング結果出力部４に入力される被測定光の偏波状態を制御することができるので、複雑な偏波ダイバーシティ構成を用いずに、単一の非線形媒質４ｂを用いながら、強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点がある。
【００４８】
さらに、被測定光の偏波状態のフィードバック制御およびサンプリング光パルスの偏波状態をフィードバック制御するという、比較的簡素な制御によって強度相関信号光の偏波依存性を無くすことができる利点もある。
また、電気サンプリングによるオシロスコープでは実現できない高時間分解能で、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
【００４９】
〔Ｂ〕第２実施形態の説明
〔Ｂ−１〕構成
図３は本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置１１を示すブロック図であり、この図３に示す光波形測定装置１１は、前述の第１実施形態にかかる光波形測定装置１の各構成要素を更に展開したものである。即ち、第２実施形態にかかる光波形測定装置１１においても、第１偏波制御部１２−１，第２偏波制御部１２−２，サンプリング光出力部１３，サンプリング結果出力部１４，表示部１５および監視制御部１６をそなえて構成されている。
【００５０】
ここで、サンプリング光出力部１３は、第１偏波制御部１２−１を介してサンプリング結果出力部１４に対してサンプリング光パルスを供給するためのものであるが、この図３に示すように、被測定光の繰り返し周期と同程度もしくはこれよりも長いすなわち繰り返し周波数が低いサンプリング周波数ｆ1を発生させる周波数発生部１８と、周波数発生部
１８で発生されたサンプリング周波数をもとにした光変調によってサンプリング光パルスを生成するサンプリング光生成部１９と、をそなえて構成されている。
【００５１】
すなわち、周波数発生部１８においては、図４（ａ）に示すような繰り返し周波数ｆ0
（例えば繰り返し周波数ｆ0＝１６０ＧＨｚ程度）の光を測定対象（被測定光）とする場
合に、この被測定光に同期したクロック信号を取り込んで、取り込んだクロック信号について掃引信号で周波数シフトすることにより、サンプリング周波数信号として出力するものである。
【００５２】
具体的には、図４（ｂ）に示すように、この被測定光の繰り返し周波数ｆ0よりも低い
周波数となるｆ1（＝ｆ0／Ｎ＋Δｆ）をサンプリング周波数信号として出力するものであ
って、第２実施形態においては、発振器１８ｂおよびトリガー回路１８ｃをそなえて構成されている。
ここで、発振器１８ｂは、被測定光を掃引するための周波数信号Δｆを発生しうるものであって、被測定光を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部を構成する。尚、Δｆは正又は負の周波数信号とすることができる。
【００５３】
そして、トリガー回路１８ｃは、被測定光に同期し、その繰り返し周波数である周波数ｆ0のクロック信号を取り込むとともに、上述の発振器１８ｂからの周波数信号Δｆを入力されて、上述のサンプリング周波数信号ｆ1を生成することができるようになっている。換言すれば、トリガー回路１８ｃは、取り込んだクロック信号を発振器１８ｂからの掃引信号で周波数シフトすることにより、サンプリング周波数の信号を生成する周波数シフト部を構成する。
【００５４】
さらに、図３において、サンプリング光生成部１９は、連続光（ＣＷ：Continuous Wave）を出力する連続光光源１９ａと、連続光光源１９ａからの連続光について、周波数発生部１８をなすトリガー回路１８ｃにて発生されたサンプリング周波数ｆ1で変調することによりサンプリング光パルスを出力しうる光変調器１９ｂと、光変調器１９ｂから出力されるサンプリング光パルスを増幅する増幅器１９ｃと、増幅器１９ｃを駆動するドライバ１９ｄと、をそなえて構成されている。なお、光変調器１９ｂから出力されるサンプリング光パルスのパワーが、サンプリング結果出力部１４の所要パワーであれば、増幅器１９ｃは省略することができる。
【００５５】
ここで、光変調器１９ｂは、上述の周波数発生部１８にて発生されたサンプリング周波数信号として、例えば図４（ｂ）に示すようなパルス幅の信号で受信した場合において、図４（ｃ）に示すような、周波数発生部１８からのサンプリング周波数信号のパルス幅よりも狭いパルス幅を有するサンプリング光パルスを出力しうるものである。
また、増幅器１９ｃは、光変調器１９ｂからのサンプリング光パルスについて必要に応じて増幅するものであり、ドライバ１９ｄにより例えば自動パワー制御を行なうことによって、光増幅器１９ｃを独立に制御することにより、常に出力パワーを一定の値に保つと装置全体の制御が簡素になる。尚、上述の光変調器１９ｂおよび光増幅器１９ｃの順序としては、逆の配置とすることとしてもよい。
【００５６】
また、第１偏波制御部１２−１は、第１偏波コントローラ１２ａおよび第１ドライバ１２ｂをそなえて構成されている。第２実施形態においては、第１偏波コントローラ１２ａは、４分の１波長板１２ａａおよび２分の１波長板１２ａｂをそなえて構成され、入力される被測定光を上述の４分の１波長板１２ａａおよび２分の１波長板１２ａｂを通じて直線偏波状態とすることができるものである。
【００５７】
さらに、第１ドライバ１２ｂは、後述の監視制御部１６からの制御を受けて、第１偏波コントローラ１２ａをなす各波長板１２ａａ，１２ａｂの、入射される被測定光に対する結晶軸角度をそれぞれ設定しうるものである。即ち、結晶軸角度が設定された波長板１２ａａ，１２ａｂを被測定光が通過することにより、直線偏波に変換することができる。このとき、第１ドライバ１２ｂの波長板１２ａａ，１２ａｂの角度設定により、第１偏波コントローラ１２ａに入力される被測定光が直線偏波に変換される際の直線偏波の方向について設定制御することができるようになっている。
【００５８】
同様に、第２偏波制御部１２−２は、第２偏波コントローラ１２ｃおよび第２ドライバ１２ｄをそなえて構成されている。第２偏波コントローラ１２ｃについても、４分の１波長板１２ｃａおよび２分の１波長板１２ｃｂをそなえて構成され、サンプリング光出力部３から入力されるサンプリング光パルスを上述の４分の１波長板１２ｃａおよび２分の１波長板１２ｃｂを通じて直線偏波状態とすることができる。
【００５９】
また、第２ドライバ１２ｄは、後述の監視制御部１６からの制御を受けて、第２偏波コントローラ１２ｃをなす各波長板１２ｃａ，１２ｃｂの、入射されるサンプリング光パルスに対する結晶軸角度をそれぞれ設定しうるものである。即ち、結晶軸角度が設定された波長板１２ｃａ，１２ｃｂをサンプリング光パルスが通過することにより、直線偏波に変換することができる。このとき、第２ドライバ１２ｄの波長板１２ｃａ，１２ｃｂの角度設定により、第２偏波コントローラ１２ｃに入力される被測定光が直線偏波に変換される際の直線偏波の方向について設定制御することができるようになっている。
【００６０】
なお、上述の第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃとしては、上述のごとき波長板１２ａａ，１２ａｂ，１２ｃａ，１２ｃｂを用いた構成のほか、光ファイバの側部に力を加えるスクイーザタイプ、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）導波路をもちいたタイプ、ファラデー回転子を用いたタイプなど、他の公知の構成を適用してもよい。又、第１，第２ドライバ１２ｂ，１２ｄの構成についても、上述の第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃの構成に応じて適宜構成することができる。
【００６１】
なお、第２実施形態の場合のように、波長板を組み合わせたタイプを用いると、任意の偏波状態の被測定光を所望の偏波状態に変更する制御が他の構成と比べて容易である。又、スクイーザタイプのものは挿入損失が極めて小さいので、他の構成と比べて、後述の表示部１５をなす光電変換器１５ｂ等の処理において信号に重畳される雑音により観測できないほどの小さなパワーの被測定光でさえ観測可能になる上、光ファイバで構成されるので許容入射パワーが極めて高くなる。ＬＮ導波路を用いた場合には、他の構成に比べて応答速度が非常に速いので、所望の偏波状態を素早く達成できる。ファラデー回転子を用いた場合も同様に高速に偏波状態を設定できる。
【００６２】
また、サンプリング結果出力部１４は、前述の第１実施形態におけるサンプリング結果出力部４の場合（図１の符号４ａ〜４ｄ参照）と同様の方向性結合器１４ａ，非線形媒質としての光ファイバ１４ｂ，偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄをそなえて構成され、方向性結合器１４ａを通じて入力された被測定光とサンプリング光パルスとの合波光について、前述の〔Ａ−２〕の場合と同様に強度相関信号光をサンプリング結果として出力しうるものであるが、第２実施形態においては、偏光子１４ｃから出力される直線偏波の方向を、後述の偏波制御部１７をなすドライバ１７ａにより設定することができるようになっている。
【００６３】
すなわち、ドライバ１７ａにより設定される偏光子１４ｃから出力される直線偏波の方向と、第１，第２ドライバ１２ｂ，１２ｄを通じて設定される被測定光およびサンプリング光パルスの直線偏波の方向と、の両者の関係によって、光ファイバ１４ｂで非線形光学効果である光カー効果を生じた光（即ち、強度相関信号光）を、被測定光のサンプリング結果として得ることができるのである。
【００６４】
なお、上述の方向性結合器１４ａ，１４ｄとしては、例えば光ファイバ型のものを用いることで、簡易、他の部品との接続性も良好となるが、これ以外の構成、例えばダイクロイックミラーを用いた空間型の結合器など、２つの光を一つの光ファイバ内に結合する機能を有するものならばいかなるものであっても良い。
また、光ファイバ１４ｂの温度を安定に調整する温度調整部１４ｇをサンプリング結果出力部１４にそなえることとすれば、外部温度変化の影響を光ファイバ１４ｂが受けることがなくなるので、外部温度変化および光入射に起因する光ファイバ１４ｂ内での被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態の時間的変動があったとしても、これを抑圧することができるようになる。
【００６５】
さらに、監視制御部１６は、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄで抽出された被測定光についての直線偏波成分に基づいて、第１偏波コントローラ１２ａおよび第２偏波コントローラ１２ｂにおいてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を、第１ドライバ１２ｂおよび第２ドライバ１２ｄに対する制御を通じて監視制御するものである。このため、この監視制御部１６は、パワーメータ１６ａおよび比較・コントローラ１６ｂをそなえて構成されている。
【００６６】
パワーメータ１６ａは、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄで抽出された被測定光のパワーレベルを測定するものであり、比較・コントローラ１６ｂは、パワーメータ１６ａからの測定結果を基準値と比較することを通じて、光ファイバ１４ｂに入力される被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を判定し、第１ドライバ１２ｂおよび第２ドライバ１２ｄとともに、ドライバ１７ａ，１９ｄを制御するものである。
【００６７】
すなわち、監視制御部１６による第１ドライバ１２ｂおよび第２ドライバ１２ｄに対する制御を通じて、光ファイバ１４ｂに入力される被測定光の偏波状態（図２のＥｓ参照）を、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにおいて抽出すべき直線偏波成分の方向とほぼ直交する直線偏波（図２のＥｓ−ｏｕｔ参照）となるように制御するとともに、光ファイバ１４ｂに入力されるサンプリング光パルスの偏波状態についても、被測定光について制御すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度、好ましくは４５度の角度を有する直線偏波（図２のＥｐ参照）となるように制御するようになっている。この場合においては、被測定光について制御すべき直線偏波の方向と、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにおいて抽出すべき直線偏波成分の方向と、のほぼ中間の角度を有する直線偏波としている。
【００６８】
このように光ファイバ１４ｂに入力される被測定光およびサンプリング光パルスの直線偏波の方向とともに、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにおいて抽出すべき直線偏波の方向の相対関係を規定することにより、入力される被測定光の偏波状態によらず、常に適切に波形測定を行なうことができるようになる。
したがって、上述の第１偏波制御部１２−１，第２偏波制御部１２−２および監視制御部１６およびドライバ１７ａにより、サンプリング結果出力部１４において出力される光を用いて波形測定を行なうことができるように、サンプリング結果出力部１４において出力される光に基づいてサンプリング結果出力部１４に入力される被測定光の偏波状態を制御しうる偏波状態制御部１７を構成する。
【００６９】
また、光波形測定装置１１における光波形の測定に先立って、上述の監視制御部１６における後述する初期設定動作として、被測定光が入力されない状態において、サンプリング光パルスの偏波状態と、偏光子１４ｃにおいて抽出すべき直線偏波の方向と、を規定すべく第２ドライバ１２ｄおよびドライバ１７ａを設定制御してから、入力される被測定光の偏波状態を、偏光子１４ｃにおいて抽出すべき直線偏波の方向に直交する直線偏波状態とすべく、第１ドライバ１２ａを制御するようになっている。この場合においては、監視制御部１６は、偏光子１４ｃで抽出すべき直線偏波の方向と、第１偏波制御部１２−１および第２偏波制御部１２−２においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を初期設定する初期設定部を構成する。
【００７０】
表示部１５は、サンプリング結果出力部１４をなす方向性結合器１４ｄから出力されたサンプリング結果となる光について、電気信号に変換するとともに、変換されたサンプリング結果としての電気信号を掃引することにより、被測定光の波形について表示するものであって、波長フィルタ１５ａ，光電変換器１５ｂ，Ａ／Ｄ変換器１５ｃおよび波形表示器１５ｄをそなえて構成されている。
【００７１】
波長フィルタ１５ａは、方向性結合器１４ｄから出力された光について、サンプリング光パルスの波長成分を除去して、被測定光の波長成分を取り出すためのものである。この波長フィルタ１５ａとしては、誘電体多層膜型バンドパスフィルタにより構成することができるが、このようにすれば、サンプリング光パルスを効率よく除去できる。又、サンプリング光パルスのみを透過させないバンド除去フィルタ、例えばファイバブラッググレーティングにより構成する場合、外的な制御を必要とせずに任意波長の被測定光の波形を容易に観測できるようにすることができる。
【００７２】
また、サンプリング光パルスをＬバンド帯やＳバンド帯に設定している場合、Ｃ／Ｌバンド分離用のファイバ型分波器を用いても、外的な制御を必要とせずにＣバンド全帯域の任意波長の被測定光を観測でき、装置の高性能化を図れる。また、強度相関信号光のパワーを増幅するために光増幅器を介装する場合は、例えば、被測定光の波長がＣバンド帯で、サンプリング光パルスの波長がＬバンド帯、もしくはその逆の場合など、すなわち、被測定光とサンプリング光パルスの波長帯が異なる場合、被測定光にかかる光信号の波長帯を増幅する光増幅器を適用することで、サンプリング光パルスの波長帯において当該光増幅器は利得を持たないために、上述のごとき波長フィルタ１５ａは不要になる。
【００７３】
また、上述の表示部１５をなす光電変換器１５ｂは、波長フィルタ１５ａにおいて被測定光の波長成分が透過されたサンプリング結果である強度相関信号光を電気信号に変換するもので、Ａ／Ｄ変換器１５ｃは、光電変換器１５ｂからの電気信号の振幅を、上述のトリガー回路１８ｃから出力されるサンプリング周波数信号ｆ1でディジタル信号に変換するものである。波形表示器１５ｄは、Ａ／Ｄ変換器１５ｃからのディジタル信号を垂直軸入力とし、発振器１８ｂからの掃引信号Δｆを水平軸入力として、被測定光の波形について表示しうるものである。
【００７４】
なお、上述の表示部１５のＡ／Ｄ変換器１５ｃおよび波形表示器１５ｄを構成する回路においては、被測定光の波形表示のためにサンプリング光パルスの繰り返し周期が動作可能帯域として求められる。即ち、サンプリング光パルスの繰り返し周期が長くなれば、上述の動作可能帯域として求められる回路帯域要件も緩和され、これらの装置のコストの低減を図ることができる。被測定光に同期したクロック信号（繰り返し周波数ｆ0）について１／Ｎ分周してサンプリング周波数を求めるようにすることによって、このようなＡ／Ｄ変換器１５ｃおよび波形表示器１５ｄを構成するためのコストを削減させることができる。
【００７５】
ところで、図５は、上述のトリガー回路１８ｃの一例を示す図であって、この図５に示すトリガー回路１８ｃは、９０度位相シフタ２０およびアップコンバータ２１をそなえて構成され、Ｎ＝１としたサンプリング周波数信号ｆ1を出力することができるようになっている。即ち、９０度位相シフタ２０において発振器１８ｂからの周波数信号Δｆを９０度位相シフトする。そして、アップコンバータ２１においては、発振器１８ｂからの周波数信号ΔｆをＩ入力、９０度位相シフタ２０で位相シフトされた周波数信号ΔｆをＱ入力、被測定光に同期したクロック信号ｆ0を入力されて、繰り返し周波数ｆ0＋Δｆを有する上側波帯の側波をサンプリング周波数信号ｆ1として出力することができる。
【００７６】
図６はトリガー回路１８ｃの他の例を示す図であって、この図６に示すトリガー回路１８ｃは、図５に示す周波数シフトのための構成に加えて、周波数信号ｆ0をＮ分周するための分周回路２２をそなえている。分周回路２２は、図７に示すように、パワーディバイダ（Power Divider）２３，プリスケーラ（Prescaler）２４，Ｄフリップフロップ（ＤＦＦ）２５，位相シフタ２６およびＡＮＤゲート２７をそなえて構成されている。
【００７７】
すなわち、入力されたクロックｆ0［図８（ａ）のｆｉｎ参照］を、パワーディバイダ２３でパワー分岐し、一方のクロック信号ｆ0をプリスケーラ２４で繰り返し周波数ｆ0／Ｎの正弦波に分周する。Ｄフリップフロップ２５では、この分周結果をデータ入力とし、パワーディバイダ２３でパワー分岐された他方のクロックｆ0をクロック入力として、データおよび論理反転データとして出力する。更に、Ｄフリップフロップ２５から出力されるデータおよび論理反転データのタイミングを、位相シフタ２６を用いて１／ｆ0（ｓ）だけずらした後に、両者をＡＮＤゲート２７に入力することにより、図８（ｂ）に示すように、繰り返し周波数はｆ0／Ｎでありながら、時間幅が１／ｆ0（ｓ）の周波数信号を得ることができる。
【００７８】
これにより、分周回路２２で出力される、繰り返し周波数ｆ0／Ｎで時間幅１／ｆ0（ｓ）の信号を発振器１８ｂからの周波数信号（掃引信号）Δｆで周波数シフトすることにより、周波数発生部１８出力として、前述の図４（ｂ）に示すような、サンプリング周波数信号ｆ1＝ｆ0／Ｎ＋Δｆを、時間幅についてはクロック信号ｆ0の幅を保持して出力することができるようになっている。このように時間幅を保持したサンプリング周波数信号を出力することができるので、後段のサンプリング光生成部１９を通じて、被測定光の波形を比較的高い時間分解能でサンプリングしうるサンプリング光パルスを出力することができるようになる。なお、図６では、分周回路２２はアップコンバータ２１のクロック入力の前部に設置されているが、図５に示す周波数をシフトする回路の出力クロックの後部に、アップコンバータ２１を設置する構成としてもよい。
また、上述のサンプリング光生成部１９をなす連続光光源１９ａの波長（λsam）としては、強度相関信号光を発生させる光ファイバの零分散波長と同じ値に設定する。連続光光源１９ａとしては、ＤＦＢ（Distributed FeedBack）レーザ、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）レーザなどで実現できるが、これらの光源に限定するものではない。
【００７９】
図９は上述の光変調器１９ｂの構成例を示す図である。この図９に示す光変調器１９ｂは、文献Ａ（Y. Takita, F. Futami, M. Doi, and S. Watanabe, Conference on Laser and Electro Optics, (CLEO 2004), CTuN, May 16-21, San Francisco, California, 2004.）にあるように、パルス幅がピコ秒台の短パルスを安定に発生させることができるものであり、これにより、サンプリングの高時間分解能を実現することができる。
【００８０】
この図９に示す光変調器１９ｂは、位相変調器２８，強度変調器２９および分散媒質３０をそなえて構成されている。位相変調器２８は、連続光光源１９ａからのＣＷ光に対して、周波数発生部１８からのサンプリング周波数信号で位相変調を施し周波数チャープを与える。強度変調器２９は、周波数発生部１８からのサンプリング周波数信号をもとにして、位相変調器２８からの光信号の周波数チャープが単調に増加するアップチャープ成分もしくはその逆のダウンチャープ成分のみを取り出してパルス化する。分散媒質３０は位相変調器２８で与えられた周波数チャープを分散補償して、繰り返し周波数ｆ1（＝ｆ0／Ｎ＋Δｆ） (Hz)の短パルス光を生成する。
【００８１】
すなわち、位相変調器２８は、連続光についてサンプリング周波数に基づき周波数チャープを与える周波数チャープ付与部として、強度変調器２９は、位相変調器２８で周波数チャープが与えられた光についてサンプリング周波数に基づき光パルス化させる光パルス化部として、分散媒質３０は、強度変調器２９からの光について分散補償を行ないサンプリング光として出力する分散補償部として、それぞれ機能する。
【００８２】
この手法で生成できる短パルス光のパルス幅は、位相変調器２８で与える周波数チャープの量および周波数が大きいほど短パルスが生成でき、上述の文献Ａに示してあるとおり、１０ＧＨｚの正弦波信号で変調された場合、パルス幅がピコ秒台のサンプリング光パルス光が実際に安定に生成されている。尚、短パルスを生成するためには位相変調によるチャープにより発生する広帯域スペクトルが不可欠なので、位相変調器２８による位相変調は分周する前の比較的大きな周波数で変調することが好ましい。この場合、強度変調器２９で、繰り返し周波数ｆ1 (Hz)のサンプリング信号で変調すれば、繰り返し周波数ｆ1(Hz)のサンプリング光パルスを生成できる。
【００８３】
なお、光バンドパスフィルタを用いてスペクトル強度を操作することとすれば、分散補償後にパルスの裾部に非分散補償成分が残留しない高品質の短パルス光を生成できる。位相変調器２８および強度変調器２９としては、例えばＬＮ変調器もしくはＩｎＰ変調器で実現できる。また、分散媒質３０としては、通常の単一モード光ファイバ（通常分散ファイバ）や分散補償ファイバなどを用いることができる。また、分散媒質３０として、ファイバブラッググレーティングやフォトニック結晶ファイバなどを利用することも可能である。単一モード光ファイバは損失が小さいので、分散補償時の信号光品質劣化を抑えることができ、高品質のサンプリング光パルスを実現することが可能である。分散補償ファイバを用いた場合、分散補償ファイバは単位長さ当りの分散値が大きくかつ損失が小さいので、分散媒質の所要長を短くすることができ、サンプリング光パルスをより安定に実現できる。また、ファイバブラッググレーティングやフォトニック結晶ファイバを用いた場合には、これらの単位長さあたりの分散値は上述の分散補償ファイバよりも更に大きくすることができるので、分散媒質の一層の短尺化が可能になる。加えて、このような分散媒質の小型化により、ファイバ長の揺らぎに起因する不安定要素を除去できるので、サンプリングシステム全体の安定度が増すという効果も期待できる。
【００８４】
また、光変調器１９ｂの他の構成例としては、上述の図９に示す構成のほか、電解吸収型光変調器（ＥＡＭ）やニオブ酸リチウムマッハツェンダ型LN光変調器（ＬＮＭ）により構成することもできる。駆動電圧が１Ｖ未満の低電圧駆動ＬＮＭを用いると、低消費電力を特徴とするサンプリング光パルス光源を実現できる。ｆ0＝４０ＧＨｚの場合、半値全幅が１０ピコ秒程度のサンプリング光パルスを生成できるので、１０ピコ秒程度の時間分解能が可能になる。一方、ＥＡＭでは、ＤＣバイアスおよびサンプリング信号の振幅により生成されるパルスは異なるが、ＬＮＭを用いた場合よりもパルス幅の狭いサンプリング光パルスを実現できるので、より時間分解能の高い光サンプリングが可能になる。ｆ0＝４０ＧＨｚの場合、５ピコ秒程度のサンプリング光パルスを実現できる。さらに、ＤＦＢレーザとＥＡＭを集積化することにより、安定かつコンパクトにサンプリング光パルスを生成できる。
【００８５】
さらに、高時間分解能化のために、より時間幅の短い短パルス光を生成するため、上述のごとく構成された光変調器１９ｂの出力側にパルス圧縮器をそなえることとしてもよい。このパルス圧縮器の構成例としては、例えば特開２００３−１４５４８号公報、特開２００２−７７０５２号公報に記載されている。
なお、光変調器１９ｂとしては、上述の構成以外のものを適用することも勿論可能である。Ｎ＝２以上としたｆ1＝ｆ0／Ｎ＋Δｆのサンプリング光パルスを生成する構成としては、上述のごとき構成のほかに、まず、第１の光変調器で連続光を繰り返し周波数ｆ0 (Hz)で変調して繰り返し周波数ｆ0(Hz)のサンプリング光パルスを生成し、次に、第２の光変調器により周波数を分周することにより、所望の周波数のサンプリング光パルスを実現することとしてもよい。この場合は、二つの光変調器を用いなくてはならないものの、繰り返し周波数が小さいがパルス幅の短い光パルスを生成する場合には、電子回路の要件が軽減される。
【００８６】
また、第２実施形態にかかる光波形測定装置１１の光学部は、すべて入出力が光ファイバピグテールの部品を使用することができ、光学定盤上で空間結合し外部振動や環境変化等に対して脆弱な部品は用いずに、安定に強度相関信号光を得られ、安定な波形観測を行
なうことができる。
〔Ｂ−２〕監視制御部１６による設定動作について
上述のごとく構成された、第２実施形態にかかる光波形測定装置１１においては、入力される光の偏波状態にかかわらず、光波形の測定を行なうことができるが、この光波形の測定に先立ち、図１０，図１１のフローチャートに示すように、非線形媒質をなす光ファイバ１４ｂに入力される被測定光およびサンプリング光パルスの直線偏波状態を、監視制御部１６における第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２に対する制御を通じて設定制御するとともに、偏光子１４ｃにおいて抽出されるべき直線偏波の方向についても、ドライバ１７ａに対する制御を通じて設定している。
【００８７】
すなわち、図１０に示すフローチャートにおいて、被測定光をオフとした状態において（ステップＳ１）、サンプリング結果出力部１４から出力されるサンプリング光パルスのパワーについてパワーメータ（ＰＭ）１６ａで測定し、測定結果をＰS0として比較・コントローラ１６ｂにおける図示しない記憶領域に記録し（ステップＳ２）、この測定結果ＰS0をもとにしてサンプリング光パルスのレベルを最大とするように、第２偏波制御部１２−２を設定制御する（ステップＳ３）。
【００８８】
サンプリング光パルスは、非線形媒質である光ファイバ１４ｂ中でも、被測定光が入力されていない段階においては非線形効果の影響を考慮する必要がない。従って、上述のステップＳ３において、サンプリング光パルスのパワーレベルが最大となるように第２偏波制御部１２−２に対する制御がなされることで、光ファイバ１４ｂに入力されるサンプリング光パルスを、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を有する直線偏波状態にすることができる。
【００８９】
上述のごとくサンプリング光パルスが直線偏波状態に設定制御されると、次に、監視制御部１６の比較器・コントローラ１６ｂではドライバ１７ａを制御することにより、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させる（ステップＳ４）。即ち、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向が、光ファイバ１４ｂに入力されるサンプリング光パルスの直線偏波の方向と実質的に同一となっているので、これを４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させることにより、サンプリング光パルスの直線偏波の方向に対して、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させることになる。
【００９０】
ついで、サンプリング光パルスをオフとして（ステップＳ５）、被測定光をオンとして（ステップＳ６）、被測定光の偏波状態を設定する動作に移る。この場合においても、前述のサンプリング光パルスの偏波状態の設定を行なった場合に準じて、サンプリング結果出力部１４から出力される被測定光のパワーについてパワーメータ（ＰＭ）１６ａで測定し、測定結果をＰD0として比較・コントローラ１６ｂにおける図示しない記憶領域に記録する（ステップＳ７）。
【００９１】
そして、この測定結果ＰD0をもとにして被測定光のパワーレベルを最小とするように、第１偏波制御部１２−１を制御する（ステップＳ８）。換言すれば、被測定光の偏波状態を、ステップＳ４で設定された、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向に対して垂直な方向の直線偏波とすべく、第１偏波制御部１２−１を設定制御している。
このようにして、被測定光の偏波状態を制御するための第１偏波制御部１２−１の設定制御がなされると、入力される被測定光を波形測定するための、当該被測定光およびサンプリング光パルスの光ファイバ１４ｂへ入力される段においての偏波状態が制御されることになる。更には、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向についての設定もなされたことになる。
【００９２】
その後、被測定光とともにサンプリング光パルスについても、サンプリング光出力部１３から出力されることとなれば（ステップＳ９）、サンプリング結果出力部１４では強度相関信号光を出力することができるので、表示部１５においては、波形測定を最適に行なうことができるようになる。
このとき、第１偏波制御部１２−１に入力される前の被測定光について、その偏波状態にかかわらず第１偏波制御部１２−１において波形測定に適した直線偏波状態に変換することができるので、測定対象の偏波依存性を無くすことができる。
【００９３】
図１１は上述の図１０のステップＳ３におけるサンプリング光パルスの最大化処理を説明するためのフローチャートである。パワーメータ１６ａで測定されるサンプリング光パルスのレベルを最大とするにあたっては、第２偏波制御部１２−２をなす偏波コントローラ１２ｃの４分の１波長板１２ｃｂおよび２分の１波長板１２ｃａの結晶軸角度を、それぞれパワーメータ１６ａで測定されるレベルが最大となるように順次設定する。
【００９４】
まず、比較・コントローラ１６ｂを通じて第２偏波制御部１２−２をなす第２ドライバ１２ｄを制御することにより、偏波コントローラ１２ｃの４分の１波長板１２ｃｂの結晶軸を単位回転量だけ回転させ（ステップＡ１）、このときのパワーモニタ１６ａで測定されたサンプリング光パルスのパワーレベルを測定し、ＰS1として上述のＰS0と同様に記録する（ステップＡ２）。尚、この単位回転量は、回転によって測定レンジ内において少なくともレベル変化が生じうるような回転量とする。
【００９５】
そして、比較・コントローラ１６ｂにおいて、４分の１波長板１２ｃｂを回転させる前のパワーメータ１６ａの測定値ＰS0と、回転させた後のパワーメータ１６ａの測定値ＰS1と、の大小を比較し、ＰS1がＰS0よりも大きい場合には、当該ＰS1をＰS0の値に置き換えて（ステップＡ３のＰS1＞ＰS0ルートからステップＡ４）、更に４分の１波長板１２ｃｂを前回の場合と同一の方向に単位制御量回転させる（ステップＡ４からステップＡ１）。又、ＰS0＜ＰS1となった場合には、直前に回転した量を戻す。そして、４分の１波長板１２ｃｂの回転方向を前回の場合とは逆方向で（ステップＡ３のＰS1＜ＰS0ルートからステップＡ７）、単位制御量を回転させてから（ステップＡ１）、ＰS0とＰS1との比較を行なっていく（ステップＡ２，ステップＡ３）。
【００９６】
このとき、ＰS0＝ＰS1となった回数を比較・コントローラ１６ｂではカウントしておき（ステップＡ３のＰS1＝ＰS0ルートからステップＡ５）。以降、このカウントの値が「５」となるまで、上述の単位制御量回転、ＰS0およびＰS1の比較を繰り返す（ステップＡ６のＹＥＳルートからステップＡ４）。
そして、カウントの値が「５」となった時点での４分の１波長板１２ｃｂの回転角度は、サンプリング光パルスを前述の直線偏波とするための回転角度として定められ、ついで、２分の１波長板１２ｃａの回転角度を、上述の４分の１波長板１２ｃｂの場合と同様に決定する（ステップＡ６のＮＯルートからステップＡ８〜ステップＡ１４）。尚、ステップＡ８〜ステップＡ１４は、それぞれステップＡ１〜ステップＡ７に対応している。
【００９７】
このようにして回転角度が定められた４分の１波長板１２ｃｂおよび２分の１波長板１２ｃａをサンプリング光パルスが通過することにより、サンプリング光パルスが光ファイバ１４ｂに入力される段においては、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向と実質的に同一方向の直線偏波状態にすることができるのである（ステップＡ１５）。尚、上述のステップＡ６，Ａ１３におけるカウントの値「５」については一例であり、この値以外の値を、回転角度を定めるための基準としてもよい。
【００９８】
なお、上述のステップＳ３におけるサンプリング光パルスについては、サンプリング光パルスのパワーが最大となるような処理、即ち、偏光子１４ｃの透過しようとする直線偏
波の方向と実質的に同一の方向を有する直線偏波状態とするための処理を行なっているが、本発明によれば、サンプリング光パルスのパワーを最小とするような第２偏波制御部１２−２の設定制御を行なうこととしてもよい。この場合においては、偏光子１４ｃの透過しようとする直線偏波の方向と実質的にほぼ垂直の方向を有する直線偏波状態とするための処理となるが、偏光子１４ｃの傾斜動作および被測定光の偏波状態の設定を同様に行なうことで、上述のごとき偏波状態の相対関係を持たせることが可能である。
【００９９】
また、図１２は上述の図１０のステップＳ８における被測定光の最小化処理を説明するためのフローチャートである。パワーメータ１６ａで測定される被測定光のレベルを最小とするにあたっては、第１偏波制御部１２−１をなす偏波コントローラ１２ａの４分の１波長板１２ａａおよび２分の１波長板１２ａｂの結晶軸角度を、それぞれパワーメータ１６ａで測定されるパワーレベルが最小となるように順次設定する。
【０１００】
まず、比較・コントローラ１６ｂを通じて第１偏波制御部１２−１をなす第１ドライバ１２ｂを制御することにより、偏波コントローラ１２ａの４分の１波長板１２ａａの結晶軸を単位回転量だけ回転させ（ステップＢ１）、このときのパワーモニタ１６ａで測定された被測定光のパワーレベルを測定し、ＰD1として上述のＰD0と同様に記録する（ステップＢ２）。尚、この単位回転量は、回転によって測定レンジ内において少なくともレベル変化が生じうるような回転量とする。
【０１０１】
そして、比較・コントローラ１６ｂにおいて、４分の１波長板１２ａａを回転させる前のパワーメータ１６ａの測定値ＰD0と、回転させた後のパワーメータ１６ａの測定値ＰD1と、の大小を比較し、ＰD1がＰD0よりも小さい場合には、当該ＰD1をＰD0の値に置き換えて（ステップＢ３のＰD1＜ＰD0ルートからステップＢ４）、更に４分の１波長板１２ａａを前回の場合と同一の方向に単位制御量回転させる（ステップＢ４からステップＢ１）。又、ＰD0＞ＰD1となった場合には、直前に回転した量を戻す。そして、４分の１波長板１２ａａの回転方向を前回の場合とは逆方向で（ステップＢ３のＰD1＜ＰD0ルートからステップＢ７）、単位制御量を回転させてから（ステップＢ１）、ＰD0とＰD1との比較、単位制御量の回転を行なっていく（ステップＢ２，ステップＢ３）。
【０１０２】
このとき、ＰD0＝ＰD1となった回数を比較・コントローラ１６ｂではカウントしておき（ステップＢ３のＰD1＝ＰD0ルートからステップＢ５）。以降、このカウントの値が「５」となるまで、上述の単位制御量回転、ＰD0およびＰD1の比較を繰り返す（ステップＢ６のＹＥＳルートからステップＢ４）。
そして、カウントの値が「５」となった時点での４分の１波長板１２ａａの回転角度は、被測定光を前述の直線偏波とするための回転角度として定められ、ついで、２分の１波長板１２ａｂの回転角度を、上述の４分の１波長板１２ａａの場合と同様に決定する（ステップＢ６のＮＯルートからステップＢ８〜ステップＢ１４）。尚、ステップＢ８〜ステップＢ１４は、それぞれステップＢ１〜ステップＢ７に対応している。
【０１０３】
このようにして回転角度が定められた４分の１波長板１２ａａおよび２分の１波長板１２ａｂを被測定光が通過することにより、当該被測定光が光ファイバ１４ｂに入力される段においては、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向と実質的にほぼ垂直な方向の直線偏波状態にすることができるのである（ステップＢ１５）。尚、上述のステップＢ６，Ｂ１３におけるカウントの値「５」についても一例であり、この値以外の値を、回転角度を定めるための基準としてもよい。
〔Ｂ−３〕作用効果
上述のごとく構成された、第２実施形態にかかる光波形測定装置１１では、サンプリング光出力部１３から出力されたサンプリング光パルスは、第２偏波コントローラ１２ｃにおける回転角度が設定された波長板１２ｃａ，１２ｃｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向に４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなす。
【０１０４】
そして、被測定光については、第１偏波コントローラ１２ａにおける回転角度が設定された波長板１２ａａ，１２ａｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向にほぼ垂直な角度をなす。
上述の第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃを通過した被測定光およびサンプリング光パルスは、非線形媒質である光ファイバ１４ｂに入力されると、強度相関信号光成分のみ被測定光の偏波状態が回転するために、光ファイバ１４ｂの出力端に設けられる偏光子１４ｃにより、被測定光と強度相関信号光とを分離できる。
【０１０５】
さらに、サンプリング光パルスを除去するための波長フィルタ１５ａにより、強度相関信号光のみを取り出し、光電変換器１５ｂに接続し、電気強度相関信号としてＡ／Ｄ変換器１５ｃに出力する。Ａ／Ｄ変換器１５ｃでは、光電変換器１５ｂからの電気信号の振幅を、周波数発生部１８をなすトリガー回路１８ｃから出力されるサンプリング周波数信号ｆ1でディジタル信号に変換し、波形表示器１５ｄでは、Ａ／Ｄ変換器１５ｃからのディジタル信号を垂直軸入力とし、発振器１８ｂからの掃引信号Δｆを水平軸入力として、被測定光の波形について画面上に表示することができる。
【０１０６】
上述の被測定光の波形についての表示を通じて、波形を測定することができるが、必要に応じて、適宜前述の〔Ｂ−２〕における偏波コントローラ１２ａ，１２ｃおよび偏光子１４ｃを制御することとしてもよい。この場合においては、入力される被測定光についての偏波状態の変動に対応するため、偏光子１４ｃの回転角度および偏波コントローラ１２ｃで設定されるサンプリング光パルスの直線偏波状態については固定として、偏波コントローラ１２ａにおける波長板１２ａａ，１２ａｂの回転角度のみを制御するようにしてもよい。
【０１０７】
このように、本発明の第２実施形態によれば、サンプリング結果出力部１４において出力される光をもとに波形測定を行なうことができるように、偏波状態制御部１７において、サンプリング結果出力部１４に入力される被測定光の偏波状態を制御することができるので、複雑な偏波ダイバーシティ構成を用いずに、単一の非線形媒質１４ｂを用いながら、強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点がある。
【０１０８】
さらに、被測定光の偏波状態のフィードバック制御およびサンプリング光パルスの偏波状態をフィードバック制御するという、比較的簡素な制御によって強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点もある。
また、電気サンプリングによるオシロスコープでは実現できない高時間分解能で、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
【０１０９】
〔Ｂ−４〕第２実施形態の変形例の説明
上述の第２実施形態にかかるサンプリング結果出力部１４をなす直線偏波成分抽出部の構成としては、偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにより構成されているが、本発明によれば、この構成に限定されるものではなく、例えば図１３に示す光波形測定装置１１Ａのように、偏光子の偏波透過面を４０〜５０度、好ましくは４５度回転させる代わりに、ファラデー回転子１４ｆを偏光子の前段に設けて、磁界を印加することにより、取り出すべき直線偏波の偏波面を４０〜５０度、好ましくは４５度程度回転させるように構成することとしてもよい。この場合においては、上述のファラデー回転子１４ｆ，偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄにより、直線偏波成分抽出部を構成する。
【０１１０】
また、例えば図１４に示す光波形測定装置１１Ｂのように、上述の直線偏波成分抽出部を構成する偏光子１４ｃおよび方向性結結合器１４ｄのかわりに、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４ｅを設けることとしてもよい。この図１４に示す偏波ビームスプリッタ１４ｅは、１つの入力ポートおよび２つの出力ポートからなる構成で、光ファイバ１４ｂの出力端に設けられ、入射光のＴＥ偏波成分、ＴＭ偏波成分をそれぞれ異なる出力ポートに出力するようになっている。例えば、ＴＭ偏波成分については表示部１５をなす波長フィルタ１５ａに出力され、ＴＥ偏波成分については監視制御部１６をなすパワーメータ１６ａに出力されるようになっている。
【０１１１】
この場合においては、ＰＢＳ１４ｅのＴＭ偏波成分を出力するポートが、実質的に前述の第２実施形態の場合の偏光子１４ｃの出力と等価の直線偏波成分を出力することができるようになっており、ＰＢＳ１４ｅのＴＥ偏波成分の出力するポートについては、上述のＴＭ偏波成分に垂直な直線偏波成分を出力することができるようになっている。即ち、監視制御部１６においては、波形測定に先立って、ＰＢＳ１４ｅのＴＥ変更出力ポートからの光に基づいて、第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２を設定制御することができるようになっている。
【０１１２】
具体的には、前述の図１０のステップＳ３の場合と同様に、ＰＢＳ１４ｅのＴＥ偏波出力ポートから出力されるサンプリング光パルスが最大（又は最小）となるように、第２偏波制御部１２−２の波長板１２ｃａ，１２ｃｂの結晶軸角度を回転設定することにより、光ファイバ１４ｂに入力される段におけるサンプリング光パルスの偏波状態を設定する。そして、図１０のステップＳ８の場合と同様に、ＰＢＳ１４ｅのＴＥ偏波出力ポートから出力される被測定光のパワーが最大となるように、第１偏波制御部１２−１の波長板１２ａａ，１２ａｂを回転設定することにより、光ファイバ１４ｂに入力される段における被測定光の偏波状態を設定する。
【０１１３】
上述の第２実施形態の場合においては、直線偏波成分抽出部としては、方向性結合器１４ｄと偏光子１４ｃの２つの部品が必要だったが、この図１４に示す光波形測定装置１１Ｂによれば、ＰＢＳ１４ｅ一つでその役割を実現できるので、構成が簡素になる。
〔Ｃ〕第３実施形態の説明
図１５は本発明の第３実施形態にかかる光波形測定装置３１を示す図である。この図１５に示す光波形測定装置３１は、前述の第２実施形態の場合に比して、波形測定に先立つ、監視制御部１６´による第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２の設定制御の態様が異なっており、これ以外の構成については基本的に同様であり、図１５中、図３と同一の符号は基本的に同様の部分を示している。
【０１１４】
第３実施形態にかかる光波形測定装置３１の監視制御部１６´は、第２実施形態におけるもの（符号１６ａ，１６ｂ）とは機能の異なるパワーメータ１６ａ´および比較・コントローラ１６ｂ´をそなえて構成され、前述の第２実施形態の場合よりも、上述の第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２の設定制御を容易にしている。
すなわち、この図１５に示す光波形測定装置３１においては、方向性結合器１４ａの出力が２分岐され、一方は光ファイバ１４ｂへ接続され、他方は監視制御部１６´のパワーメータ１６ａ´に接続されている。そして、このパワーメータ１６ａ´において、光ファイバ１４ｂに入力されるべきサンプリング光パルス又は被測定光の一部のパワーを測定することができるようになっている。
【０１１５】
さらに、比較・コントローラ１６ｂ´においては、上述の光ファイバ１４ｂへ入力される光のパワーから閾値を設定し、偏光子１４ｃから出力される光のパワーと設定された閾値とを比較し、その大小に応じて出力が最小となったと判断するようになっている。
このように構成された光波形測定装置３１においても、被測定光の波形測定に先立って、図１６，図１７のフローチャートに示すように、監視制御部１６´による第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２の設定制御が行なわれる。
【０１１６】
すなわち、図１６に示すフローチャートにおいて、被測定光をオフとした状態において（ステップＣ１）、サンプリング結果出力部１４の方向性結合器１４ａから出力されるサンプリング光パルスのパワー、即ち光ファイバ１４ｂに入力される前段におけるサンプリング光パルスの光パワーをパワーメータ（ＰＭ）１６ａ´で測定し、測定結果をＰS0として比較・コントローラ１６ｂ´における図示しない記憶領域に記録する（ステップＣ２）。次いで、この測定結果ＰS0をもとにしてサンプリング光パルスのパワーレベルを最小とするように、第２偏波制御部１２−２を設定制御する（ステップＣ３）。
【０１１７】
上述のごとくサンプリング光パルスが直線偏波状態に設定制御されると、次に、監視制御部１６の比較・コントローラ１６ｂ´ではドライバ１７ａを制御することにより、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させる（ステップＣ４）。即ち、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向が、光ファイバ１４ｂに入力されるサンプリング光パルスの直線偏波の方向と実質的に垂直となっているので、偏光子１４ｃを４０〜５０度、好ましくは４５度回転させることにより、サンプリング光パルスの直線偏波の方向に対して、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向を４０〜５０度、好ましくは４５度傾斜させることになる。
【０１１８】
ついで、サンプリング光パルスをオフとし（ステップＣ５）、被測定光をオンとして（ステップＣ６）、被測定光の偏波状態を設定する動作に移る。この場合においても、前述のサンプリング光パルスの偏波状態の設定を行なった場合に準じて、サンプリング結果出力部１４の方向性結合器１４ａから出力される被測定光のパワー、即ち光ファイバ１４ｂに入力される前段における被測定光の光パワーについてパワーメータ（ＰＭ）１６ａ´で測定し、測定結果をＰD0として比較・コントローラ１６ｂ´における図示しない記憶領域に記録する（ステップＣ７）。次いで、この測定結果ＰD0をもとにしてサンプリング光パルスのパワーレベルを最小とするように、第１偏波制御部１２−１を設定制御する（ステップＣ８）。
【０１１９】
このようにして、被測定光の偏波状態を制御するための第１偏波制御部１２−１の設定制御がなされると、入力される被測定光を波形測定するための、当該被測定光およびサンプリング光パルスの光ファイバ１４ｂへ入力される段においての偏波状態が制御されることになる。更には、偏光子１４ｃが透過する直線偏波の方向についての設定もなされたことになる。
【０１２０】
その後、被測定光とともにサンプリング光パルスについても、サンプリング光出力部１３から出力されることとなれば（ステップＣ９）、サンプリング結果出力部１４では強度相関信号光を出力することができるので、表示部１５においては、波形測定を最適に行なうことができるようになる。
図１７は上述のステップＣ３におけるサンプリング光パルス（又は被測定光）の最大化の処理を説明するためのフローチャートである。上述のステップＣ３においては、サンプリング光パルスを偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向に垂直な直線偏波の方向に設定している。
【０１２１】
このために、監視制御部１６´においては、方向性結合器１４ｄから出力されるサンプ
リング光パルスのパワーレベルが、閾値として設定された値（例えば光ファイバ１４ｂに入力される段でのサンプリング光パルスのレベルの測定値ＰS0の１０００分の１）となるように、第２偏波コントローラ１２ｃの波長板１２ｃａ，１２ｃｂの回転角度を設定している。
【０１２２】
具体的には、まず４分の１波長板１２ｃｂを前述の第２実施形態の場合と同様の単位回転量だけ回転させ（ステップＤ１）、このとき方向性結合器１４ｄから出力されたサンプリング光パルスのレベルをパワーモニタ１６ａ´で測定し、ＰS1として上述のＰS0と同様に記録する（ステップＤ２）。
そして、このＰS1を、４分の１波長板１２ｃｂのみを回転させた場合の目標値（例えばＰS0の１０分の１）と比較して（ステップＤ３）、ＰS1が上述の目標値よりも大きい場合には、再び単位回転量だけ４分の１波長板１２ｃｂを回転させる（ステップＤ３の「ＰS1＞ＰS0／１０」ルートからステップＤ１）。以降、測定されたＰS1が目標値ＰS0／１０以下となるまで、４分の１波長板１２ｃｂを回転させる。
【０１２３】
このようにして、測定されたＰＳ１が目標値ＰS0／１０以下となった時点においての４分の１波長板１２ｃｂの回転角度が、設定すべき回転角度になる。次いで、２分の１波長板１２ｃａの回転角度を設定する。この２分の１波長板１２ｃａの設定においては、方向性結合器１４ｄから出力されるサンプリング光パルスのパワーレベルの目標値を、上述の閾値であるＰS0の１０００分の１に設定する。
【０１２４】
すなわち、２分の１波長板１２ｃａを前述の第２実施形態の場合と同様の単位回転量だけ回転させ（ステップＤ３の「ＰS1≦ＰS0／１０」ルートからステップＤ４）、このとき方向性結合器１４ｄから出力されたサンプリング光パルスのパワーレベルをパワーモニタ１６ａ´で測定し、ＰS1として上述のＰS0と同様に記録する（ステップＤ５）。
そして、このＰS1を上述の閾値（例えばＰS0の１０００分の１）と比較して（ステップＤ６）、ＰS1が上述の目標値よりも大きい場合には、再び単位回転量だけ２分の１波長板１２ｃａを回転させる（ステップＤ６の「ＰS1＞ＰS0／１０００」ルートからステップＤ４）。以降、測定されたＰS1が閾値ＰS0／１０００以下となるまで、２分の１波長板１２ｃａを回転させる。
【０１２５】
このようにして、測定されたＰＳ１が目標値ＰS0／１０００以下となった時点においての２分の１波長板１２ｃａの回転角度が、設定すべき回転角度になり、第２偏波コントローラ１２ａの設定制御が完了する（ステップＤ６の「ＰS1≦ＰS0／１０００」ルートからステップＤ７）。
なお、図１６のステップＣ８における被測定光の最小化の処理についても、上述の図１７の場合に準じて行なうことができる。即ち、監視制御部１６´では、光ファイバ１４ｂに入力される段における被測定光のパワーレベルの例えば１０分の１を、方向性結合器１４ｄから出力される被測定光のパワー目標値とし、第１偏波コントローラ１２ａの４分の１波長板１２ａａを回転制御する。
【０１２６】
そして、この４分の１波長板１２ａａの回転角度の設定に続いて、２分の１波長板１２ａｂについても回転角度を設定する。この場合においても、光ファイバ１４ｂに入力される段における被測定光のパワーレベルの例えば１０００分の１を、方向性結合器１４ｄから出力される被測定光のパワー目標値とし、第１偏波コントローラ１２ａの２分の１波長板１２ａｂを回転制御する。
【０１２７】
これにより、サンプリング光出力部１３から出力されたサンプリング光パルスは、第２偏波コントローラ１２ｃにおける回転角度が設定された波長板１２ｃａ，１２ｃｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透
過する直線偏波の方向に４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなす。そして、被測定光については、第１偏波コントローラ１２ａにおける回転角度が設定された波長板１２ａａ，１２ａｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向にほぼ垂直な角度をなす。
【０１２８】
そして、このように第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２が設定制御されて、被測定光について波形測定を行なうことができる。即ち、第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃを通過した被測定光およびサンプリング光パルスは、非線形媒質である光ファイバ１４ｂに入力されると、強度相関信号光成分のみ被測定光の偏波状態が回転するために、光ファイバ１４ｂの出力端に設けられる偏光子１４ｃにより、被測定光と強度相関信号光とが分離される。表示部１５では、この分離された強度相関信号光をディジタル電気信号とし、波形表示器１５ｄを通じて、波形表示を行なう。
【０１２９】
このように、本発明の第３実施形態においても、前述の第２実施形態の場合と同様の利点があるほか、監視制御部１６´による第１，第２偏波制御部１２−１，１２−２の設定制御、即ち偏波状態制御部によるサンプリング光パルスおよび被測定光の偏波状態の制御を簡単化させることができる。
〔Ｄ〕第４実施形態の説明
〔Ｄ−１〕構成
図１８は本発明の第４実施形態にかかる光波形測定装置４１を示すブロック図である。この図１８に示す光波形測定装置４１は、前述の第２，第３実施形態におけるもの（符号１１，３１参照）に比して、Ｍ（Ｍは２以上の整数を表す。以下同様。）個の波長λ1〜λMの光波形、即ち複数チャンネルの光波形を測定することができるようになっている点
が異なっている。
【０１３０】
すなわち、第４実施形態にかかる光波形測定装置３１は、前述の第２実施形態におけるもの（符号１２−１，１２−２，１３〜１９）に相当する構成（符号３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ，３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍ，３３，３４−１〜３４−Ｍ，３５〜３９）をそなえているが、各波長の光波形の測定のために、一部の構成要素が各波長の光パルスを測定するために共用にそなえられている。
【０１３１】
具体的には、サンプリング光出力部３３をなす周波数発生部１８およびサンプリング光生成部３９および監視制御部３６が共用にそなえられ、表示部３５をなす波形表示器３５ｄについても共用にそなえている（図３，図１５の符号１５，１５ｄ参照）。又、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ，第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍおよびサンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍについては、各波長対応にそなえるとともに、表示部３５をなす波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍ，光電変換器３５ｂ−１〜３５ｂ−ＭおよびＡ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍについても各波長対応にそなえて構成されている。尚、各構成部分をなす要素に関し、基本的に前述の第２，第３実施形態の場合と同様の機能を持つものには共通の符号を付している。
【０１３２】
ここで、複数波長の光波形のために共用されたサンプリング光出力部３３は、前述の第２，第３実施形態におけるサンプリング光出力部１３に比して、サンプリング光生成部３９をなす光増幅器１９ｃの出力側にサンプリング光パルスをＭ分岐する方向性結合器３９ａが設けられている点が異なっており、それ以外の構成については基本的に同様である。この方向性結合器３９ａで分岐されたＭ個のサンプリング光パルスについては、サンプリング光出力部３３の出力として、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍに分配されるようになっている。
【０１３３】
また、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍは、それぞれ、上述のサンプリング結果出力部３３から出力されたサンプリング光パルスを入力されて、後述の監視制御部３６による設定制御に基づいて、入力されたサンプリング光パルスの偏波状態を直線偏波に変換して、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍに供給するものである。この第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍは、前述の第２，第３実施形態の場合と同様、第２偏波コントローラ１２ｃおよび第２ドライバ１２ｄをそなえて構成されている。
【０１３４】
さらに、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍは、後述の監視制御部３６による設定制御に基づいて、互いに異なるＭ波長の光（繰り返し周波数は共通のｆ0）について、それぞれ、直線偏波であって後段のサンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす偏光子１４ｃが透過すべき直線偏波の方向にほぼ垂直な方向を有する直線偏波とするものである。各第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍは、前述の第２，第３実施形態の場合と同様、第１偏波コントローラ１２ａおよび第１ドライバ１２ｂをそなえて構成されている。
【０１３５】
また、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍは、それぞれ、被測定光の波長ごとに設けられ、これらの各波長の被測定光ごとにサンプリング結果を出力しうるものである。具体的には、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍからの互いに異なるＭ波長の被測定光を入力されるとともに、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍからのサンプリング光パルスを入力されて、それぞれの光ファイバ１４ｂでの非線形効果による強度相関信号光をサンプリング結果として出力することができるようになっている。
【０１３６】
監視制御部３６は、初期設定部として、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす方向性結合器１４ｄから出力される光に基づいて、上述の第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍにおける偏波制御量とともに、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍにおける偏波制御量について個別に設定制御しうるものであって、図３におけるもの（符号１６ａ、１６ｂ）に相当するパワーメータ３６ａおよび比較・コントローラ３６ｂをそなえて構成されている。
【０１３７】
すなわち、監視制御部３６のパワーメータ３６ａおよび比較・コントローラ３６ｂにおいては、測定対象となる波長ごとに独立して、前述の第２実施形態の場合と同様の手順により、対応する光ファイバ１４ｂに入力される段においてのサンプリング光パルスおよび被測定光の直線偏波の方向とともに、対応する偏光子１４ｃにおいて透過すべき直線偏波の方向を、互いに相対関係を定めて設定制御することができるようになっている。
【０１３８】
したがって、監視制御部３６，第１，第２偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ，３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍとともにドライバ３７ａにより、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍにおいて出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御する偏波状態制御部３７を構成する。尚、ドライバ３７ａは、監視制御部３６からの制御を受けて、各サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす偏光子１４ｃで透過する直線偏波の方向を個別に可変駆動するものである。
【０１３９】
さらに、表示部３５は、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす方向性結合器１４ｄから出力されたサンプリング結果となる各光について、電気信号に変換するとともに、変換されたサンプリング結果としての電気信号を掃引することにより、被測定光の波形について表示するものであって、波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍ，光電変換器３５ｂ−１〜３５ｂ−Ｍ，Ａ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍおよび波形表示器３５ｄをそなえて構成されている。
【０１４０】
波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍは、それぞれ、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍから出力された光について、被測定光として割り当てられている波長成分（即ち強度相関信号光の成分）を取り出すためのものである。光電変換器３５ｂ−１〜３５ｂ−Ｍは、それぞれ波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍで取り出された強度相関信号光成分について電気信号に変換するもので、Ａ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍは、光電変換器３５ｂ−１〜３５ｂ−Ｍからの各電気強度相関信号についてディジタル信号に変換するものである。
【０１４１】
さらに、波形表示器３５ｄは、Ａ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍからのディジタル信号を垂直軸入力とし、周波数発生部１８をなす発振器１８ｂからの掃引信号Δｆを水平入力として、各波長についての光波形を表示するものである。これら各波長の光波形については、別個に表示するようにしてもよいし、同時に表示するようにすることも可能である。
【０１４２】
〔Ｄ−２〕作用効果
上述のごとく構成された、第４実施形態にかかる光波形測定装置４１では、互いに異なるＭ波長の光波形について波形測定するにあたっては、前述の第２実施形態における〔Ｂ−２〕の場合と同様の設定を各波長の光学系ごとに行なう。
すなわち、被測定光監視制御部３６において、被測定光をオフとして、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍをなす各第２偏波コントローラ１２ｃの波長板１２ｃａ，１２ｃｂ（図３参照）の角度を、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍから出力されるサンプリング光パルスをもとにフィードバック制御することにより、各第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍに入力されるサンプリング光パルスの偏波状態を第２実施形態の場合と同様の偏波状態となるように個別に設定する。又、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍをなす各偏光子１４ｃから透過する直線偏波の方向についても、ドライバ１７ａを通じて個別に設定制御する。
【０１４３】
ついで、サンプリング光パルスをオフとして、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍをなす各第１偏波コントローラ１２ａの波長板１２ａａ，１２ａｂ（図３参照）の角度を、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍから出力される被測定光をもとにフィードバック制御することにより、各第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍに入力される被測定光の偏波状態を第２実施形態の場合と同様の偏波状態となるように個別に設定する。
【０１４４】
これにより、サンプリング光出力部３３から出力されたＭ個のサンプリング光パルスは、それぞれ、第２偏波制御部３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍをなす第２偏波コントローラ１２ｃにおける（回転角度が設定された）波長板１２ｃａ，１２ｃｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向に４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなす。
【０１４５】
そして、Ｍチャンネルの被測定光については、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍをなす第１偏波コントローラ１２ａにおける（回転角度が設定された）波長板１２ａａ，１２ａｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつそれらの直線偏波の方向は、対応する偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向にほぼ垂直な角度をなす。
上述のごとく第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃおよび偏光子１４ｃが設定制御された状態において、以下に示すように、Ｍチャンネルの被測定光の波形について測定する。
【０１４６】
すなわち、各サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍでは、方向性結合器１４ａにおいて対応する波長チャンネルについての被測定光とサンプリング光パルスとが合波され、光ファイバ１４ｂで非線形効果を生じさせる。即ち、この光ファイバ１４ｂを通過した光においては、光カー効果により強度相関信号光成分のみ被測定光の偏波状態が回転するために、光ファイバ１４ｂの出力端に設けられる偏光子１４ｃにより、被測定光と強度相関信号光とを分離できる。
【０１４７】
さらに、波長フィルタ３５ａ−１〜３５ａ−Ｍにおいて対応する波長チャンネルにかかる被測定光についての強度相関信号光のみを取り出し、光電変換器３５ｂ−１〜１５ｂ−ＭおよびＡ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍでの処理を通じて、波形表示器３５ｄにおいて、各波長チャンネルについての被測定光の波形について画面上に表示する。
このように、本発明の第４実施形態によれば、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍにおいて出力される光をもとに波形測定を行なうことができるように、偏波状態制御部３７において、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍに入力される被測定光の偏波状態を制御することができるので、前述の第１〜第３実施形態の場合と同様、複雑な偏波ダイバーシティ構成を用いずに、強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点がある。
【０１４８】
さらに、被測定光の偏波状態のフィードバック制御およびサンプリング光パルスの偏波状態をフィードバック制御するという、比較的簡素な制御によって強度相関信号光の発生が被測定光の偏波状態に無依存になることが可能になる利点もある。
また、電気サンプリングによるオシロスコープでは実現できない高時間分解能で、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
【０１４９】
さらに、複数チャンネルの被測定光波形を測定する際に、サンプリング光出力部３３および波形表示器３５ｄを共用することができるので、装置構成が簡素になり、装置の小型化や低消費電力化を図ることができる利点がある。
なお、上述の第４実施形態においては、互いに異なるＭ個の波長の光の波形を測定しているが、本発明によればこれに限定されず、Ｍ系列の光波形を測定するのであれば、同一波長の光パルスが含まれていても良い。
【０１５０】
〔Ｅ〕第５実施形態の説明
図１９は本発明の第５実施形態にかかる光波形測定装置５１を示すブロック図である。この図１９に示す光波形測定装置５１は、前述の第４実施形態におけるもの（符号４１参照）と同様、Ｍ個の波長の光波形、即ち複数チャンネルの光波形を測定することができるようになっているが、サンプリング結果出力部４４をなす非線形媒質としての光ファイバ１４ｂを、各波長の光波形を測定するために共用の構成を有している点が、前述の第４実施形態の場合と主として異なっている。
【０１５１】
すなわち、光ファイバ１４ｂに複数波長（チャネル）の被測定光が同時にある条件下でも、サンプリング光パルスは、それぞれの波長（チャネル）の信号光に対して、独立に光カー効果を誘起できるので、サンプリング結果出力部４４をなす光ファイバ１４ｂは、各波長の被測定光の波形を測定する際には共用に用いることができるのである。
なお、第５実施形態にかかる光波形測定装置５１においては、前述の第２実施形態の場合と同様のサンプリング光出力部１３，監視制御部１６，第２偏波状態制御部１２−２およびドライバ１７ａをそなえている。更に、前述の第４実施形態の場合と同様の構成を有する表示部３５および第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍをそなえている。
【０１５２】
そして、各波長の被測定光をサンプリングするサンプリング光パルスとしては、サンプリング光出力部１３から出力され第２偏波制御部１２−２で偏波状態が制御されたものを共用するとともに、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍにおける各被測定光の偏波状態を、監視制御部１６において、それぞれの第１ドライバ１２ｂを通じて制御することができるようになっている。尚、各構成部分をなす要素に関し、基本的に前述の第２〜第４実施形態の場合と同様の機能を持つものには共通の符号を付している。
【０１５３】
換言すれば、上述の第１，第２偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ，１２−２，監視制御部１６ａおよびドライバ１７ａにより、サンプリング結果出力部４４において出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御する偏波状態制御部４７を構成する。
また、サンプリング結果出力部４４は、前述の第２実施形態の場合と同様の方向性結合器１４ａ，光ファイバ１４ｂ，偏光子１４ｃおよび方向性結合器１４ｄをそなえるとともに、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍで偏波状態が制御された各被測定光を合波する方向性結合器４４ａと、方向性結合器１４ｄを通じて出力される光を波長チャンネルごとに分波する方向性結合器４４ｂと、をそなえて構成されている。
【０１５４】
なお、方向性結合器４４ｂで分波された光は、対応する波長チャンネルの強度相関信号光を取り出す波長フィルタ１５ａ−１〜１５ａ−Ｍにそれぞれ導かれるようになっており、これにより、表示部３５をなす波形表示器３５ｄでは、各波長チャンネルの被測定光の波形について測定することができるようになっている。
上述のごとく構成された、第５実施形態にかかる光波形測定装置５１においても、互いに異なるＭ波長の光波形について波形測定するにあたっては、前述の第２実施形態における〔Ｂ−２〕の場合と同様の設定を行なう。このとき、サンプリング光パルスについては、各波長チャンネルにおける被測定光のサンプリングのために共通に用いるので、第４実施形態の場合のようにチャンネルごとに個別に偏波状態を設定する必要はない。被測定光の偏波状態については、監視制御部１６により、第２偏波制御部１２−２の設定および偏光子１４ｃの設定が行なわれた後、各チャンネルの被測定光の入力偏波状態に応じて個別に順次設定していく。
【０１５５】
これにより、サンプリング光出力部１３から出力されたサンプリング光パルスは、第２偏波制御部１２−２をなす第２偏波コントローラ１２ｃにおける（回転角度が設定された）波長板１２ｃａ，１２ｃｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつその直線偏波の方向は偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向に４０〜５０度、好ましくは４５度の角度をなす。
【０１５６】
そして、Ｍチャンネルの被測定光については、第１偏波制御部３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍをなす第１偏波コントローラ１２ａにおける（回転角度が設定された）波長板１２ａａ，１２ａｂを通過することにより、直線偏波状態に変換され、かつそれらの直線偏波の方向は、対応する偏光子１４ｃの透過する直線偏波の方向にほぼ垂直な角度をなす。
上述のごとく第１，第２偏波コントローラ１２ａ，１２ｃおよび偏光子１４ｃが設定制御された状態において、前述の第４実施形態の場合と同様にＭチャンネルの被測定光の波形を測定することができる。
【０１５７】
すなわち、サンプリング結果出力部４４では、方向性結合器４４ａで合波されたＭ個の波長チャンネルについての被測定光は、サンプリング光パルスとともに光ファイバ１４ｂを通過することにより、独立に光カー効果を生じているので、偏光子１４ｃ，方向性結合器１４ｄおよび方向性結合器４４ｂを介して各波長フィルタ１５ａ−１〜１５ａ−Ｍに入力された光について、波長チャンネルの光を透過させることで、当該波長チャンネルについての強度相関信号光を取り出すことができるのである。
【０１５８】
その後、光電変換器３５ｂ−１〜１５ｂ−ＭおよびＡ／Ｄ変換器３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍでの処理を通じて、波形表示器３５ｄにおいて、各波長チャンネルについての被測定光の波形について画面上に表示する。
このように、本発明の第５実施形態によれば、サンプリング結果出力部３４−１〜３４−Ｍにおいて出力される光を用いて波形測定を行なうことができるように、偏波状態制御部４７において、サンプリング結果出力部４４に入力される被測定光の偏波状態を制御することができるので、前述の第１〜第４実施形態の場合と同様の利点があるほか、複数チャンネルの被測定光の波形を測定する際に、サンプリング結果出力部４４をなす非線形媒質である光ファイバ１４ｂおよびサンプリング光出力部１３の構成を共用することができるので、装置構成が更に簡素になり、装置の小型化や低消費電力化を図ることができる利点がある。
【０１５９】
〔Ｆ〕第６実施形態の説明
図２０は本発明の第６実施形態を示す図である。上述の第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１は、例えばこの図２０に示すような、光伝送システムにおける光信号を送信する光送信機６２における送信信号光の品質を監視する送信信号光監視システム６１として適用することができる。即ち、この図２０に光送信機６２から出力される信号光の一部を、方向性結合器６３で分岐し、第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１において波形を観測し、信号光の品質を監視する。監視した信号品質情報は、送信機に伝えられて信号高品質が良くない場合、光送信機６２内の設定を、制御信号を通じて適当に変更することにより、高品質の信号を常に出力可能になる。この場合においては、例えば監視制御部中に制御信号を供給する機能を追加する。尚、波形観測に不可欠なクロック信号ｆ0
は、入力される信号光から抽出してもよいが、図中に示すように、送信機６２で用いられているクロック信号をトリガー信号として取り込めばよい。
【０１６０】
したがって、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
〔Ｇ〕第７実施形態の説明
図２１は本発明の第７実施形態を示す図である。第６実施形態は、送信信号光の品質を監視する送信信号光監視システム６１であったが、これに対し、第７実施形態は、光伝送システムにおける光信号の受信側における受信信号光の品質を監視する受信信号光監視システム７１に、第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１を適用するものである。
【０１６１】
前述の第６実施形態の場合のように、送信端ではクロック信号ｆ0を取り込むことは比較的容易であるが、受信端では送信端とは異なる構成が必要となる。この点、図２１に示すように、方向性結合器７２およびクロック抽出回路７３をそなえることにより、伝送されてきた光信号から、当該光信号に同期した繰り返し周波数ｆ0を抽出することができる。
【０１６２】
すなわち、伝送路７４を伝送されてきた光信号を方向性結合器７２で一部分岐し、一方を光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１への被測定光として出力し、他方をクロック抽出回路７３に出力する。クロック抽出回路７３では、光信号の繰り返し周波数ｆ0を抽出し、当該被測定光に同期したクロック信号ｆ0として光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１に供給することができる。
【０１６３】
なお、クロック抽出回路７３では、被測定光のビットレートが電子回路の応答速度制限よりも小さな値、すなわち４０Ｇｂ／ｓ程度以下の場合は、まず、被測定光を光電変換器で電気信号に変換し、電気信号の中からビットレートに対応する周波数成分をフィルタで抽出するように構成し、これにより、被測定光に同期したクロック信号を得ることができる。
【０１６４】
また、より高品質のクロックを抽出するためには、前述の電気信号と電圧制御発振器（ＶＣＯ）から出力されるクロックとの位相を比較して、位相差分を誤差信号としてフィードバックする位相同期ループ（ＰＬＬ）をもちいればよい。電子回路で処理できない高速ビットレートの場合は光学的な位相比較器をもちいたＰＬＬ回路により被測定光に同期したクロックを安定に抽出できる。
【０１６５】
なお、上述の光学的な位相比較器としては、文献（C.Boerner, et al., "160 Gbit/s clock recovery with electro-optical PLL using bidirectionally operated electroabsorption modulator as phase comparator", Electronics Letters, Vol.39, No.14, 2003, pp.1071-1073）に記載されたものや、文献（D. T. K. Tong, et al., "160 Gbit/s clock recovery using electroabsorption modulator-based phase-locked loop," Electronics Letters , Vol. 36, No. 23, 2000, pp.1951-1952.）に記載されたものがある。
【０１６６】
したがって、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
〔Ｈ〕第８実施形態の説明
図２２は本発明の第８実施形態を示す図である。この図２２に示すものにおいては、上述の第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１を、光３Ｒ（Re-Shaping, Re-Timing, Re-Amplification）再生器８２の出力信号を監視する３Ｒ再生信号監視システム８１に適用したものである。
【０１６７】
３Ｒ再生器８２は、信号光（被光３Ｒ再生信号光）が入力されると、３Ｒ再生処理を施して出力する。この３Ｒ再生器８２からの出力信号の一部は、方向性結合器８３を介して、光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１に入力され、この光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１において、３Ｒ再生された信号光について品質を監視することができる。
【０１６８】
第８実施形態の場合においても、トリガー信号として被監視信号光から同期信号（クロック信号ｆ0）を抽出する機能であるクロック抽出部８５をそなえている。
なお、３Ｒ中継器８２としては、電子回路動作速度を上回る信号光の光３Ｒ再生が、これまでにいくつか提案され実証されている。例えば、文献（S. Watanabe, et al., "160 Gbit/s Optical 3R-Regenerator in A Fiber Transmission Experiment," OFC 2003, ThQ1, Optical Fiber Communication Conference, Atlanta, Georgia, March 23-28, 2003. ）に記載されたものがある。
【０１６９】
このように構成された３Ｒ再生信号監視システム８１においては、３Ｒ再生器８２で３Ｒ再生された光信号の品質を、方向性結合器８３を通じて光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１において観測し、観測した信号品質を制御信号として、光３Ｒ再生器８２にフィードバックすることにより、この制御信号を受けて光３Ｒ再生器８２の内部設定を調整し、３Ｒ再生効果を向上させ、高品質の光３Ｒ再生信号光を光３Ｒ再生器８２から出力することが可能になる。
【０１７０】
このように光３Ｒ再生器８２から出力される光信号の品質を監視することは、被光３Ｒ再生信号光のビットレートが、電子回路の動作速度を超えている場合に特に有用になる。なぜならば、このような超高速信号光の品質を電子回路で監視するには、まず、光多重分離装置を用いて超高速信号光を電子回路で取り扱えるビットレートまで低速にした後、光電変換器を用いて電気信号に変換し、電子回路で監視するという煩雑な手続きを行なわなければならなく、また、この場合、装置が非常に複雑になるからである。
【０１７１】
したがって、任意偏波状態の被測定光の波形を忠実に観測でき、超高速信号光を容易かつ安定に観測可能になり、超高速信号光を用いた通信システム、光信号処理技術の研究開発を加速できる。また、信号品質モニタなどの監視装置への応用も可能であり、簡易な光信号監視の実用が期待できる。
〔Ｉ〕その他
なお、本発明によれば、上述の各実施形態にかかわらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種種変形して実施することが可能である。
【０１７２】
たとえば、上述の第１〜第５実施形態においては、非線形媒質として光ファイバを適用しているが、本発明によれば、従来技術で用いられる偏波依存性のあるＫＴＰ結晶やＰＰＬＮ結晶を用いたとしても、第１，第２偏波制御部による被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態の制御によって、偏波無依存の光サンプリングを実現することができる。
【０１７３】
また、上述の第１〜第５実施形態において、サンプリング光出力部から、非線形媒質である光ファイバに入力される際に設定しておくべき直線偏波状態としてサンプリング光パルスを出力するようにするとともに、サンプリング光出力部から出力される偏波状態を非線形媒質である光ファイバの入力端まで保持する偏波保持型の光部品を用いることとすれば、上述の第１〜第５実施形態のごとき第２偏波制御部の構成は省略することも可能である。
【０１７４】
また、上述の第１〜第５実施形態にかかる光波形測定装置１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１によれば、上述の第６〜第８実施形態以外の態様で実システムに適用することも、もちろん可能である。
さらに、上述した実施形態の開示により、本発明の装置を製造することは可能である。
〔Ｊ〕付記
（付記１） 被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、
該被測定光および該サンプリング光出力部からの該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるサンプリング結果出力部と、
該被測定光の測定開始前において、該サンプリング光出力部に入力される該被測定光の偏波状態を該サンプリング結果出力部からの光のパワーレベルに基づき所定の状態になるように制御する偏波状態制御部と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、光波形測定装置。
【０１７５】
（付記２） 該サンプリング光出力部で出力するサンプリング光パルスは、該被測定光よりもパルス幅が狭く、該被測定光の繰り返し周期と同程度もしくはそれよりも長い、サンプリング周波数を有することを特徴とする、付記１記載の光波形測定装置。
（付記３） 該偏波状態制御部は、サンプリング光出力部からのサンプリング光パルスの偏波状態についても制御することを特徴とする、付記１または２記載の光波形測定装置。
【０１７６】
(付記４) 該偏波状態制御部は、該サンプリング光出力部からのサンプリング光パルスの偏波状態について偏光子の４５度回転機能を使って制御することを特徴とする、付記１または２記載の光波形測定装置。
（付記５） 該サンプリング光出力部が、該被測定光の繰り返し周期と同程度もしくはそれよりも低いサンプリング周波数を発生させる周波数発生部と、該周波数発生部で発
生されたサンプリング周波数をもとにした光変調によって該サンプリング光パルスを生成するサンプリング光生成部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記1〜４のい
ずれか１項記載の光波形測定装置。
【０１７７】
（付記６） 該サンプリング光生成部が、連続光を出力する連続光光源と、該連続光光源からの連続光について該周波数発生部にて発生されたサンプリング周波数を用いることにより該サンプリング光パルスに変調する変調器と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記５記載の光波形測定装置。
（付記７） 該変調器が、ニオブ酸リチウム光変調器もしくはインジウムリン光変調器により構成されたことを特徴とする、付記６記載の光波形測定装置。
【０１７８】
（付記８） 該変調器が、電界吸収型光変調器により構成されたことを特徴とする、付記６記載の光波形測定装置。
（付記９） 該変調器が、該連続光について該サンプリング周波数に基づき周波数チャープを与える周波数チャープ付与部と、該周波数チャープ付与部で該周波数チャープが与えられた光について該サンプリング周波数に基づき光パルス化させる光パルス化部と、該光パルス化部からの光について分散補償を行ない該サンプリング光として出力する分散補償部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記６記載の光波形測定装置。
【０１７９】
（付記１０） 該サンプリング光生成部が、該変調器で変調された光を更にパルス圧縮するパルス圧縮部をそなえ、該パルス圧縮部でパルス圧縮された光を該サンプリング光として出力すべく構成されたことを特徴とする、付記５〜９のいずれか１項記載の光波形測定装置。
（付記１１） 該周波数発生部が、該被測定光を掃引するための掃引信号を生成する掃引信号生成部と、該被測定光に同期したクロック信号を取り込むとともに該取り込んだクロック信号を該掃引信号生成部からの該掃引信号により周波数シフトすることにより該サンプリング周波数の信号を生成する周波数シフト部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記５記載の光波形測定装置。
【０１８０】
（付記１２） 該周波数発生部が、該周波数シフト部で取り込まれるクロック信号を分周する分周器をそなえ、該周波数シフト部が、該分周器で分周されたクロック信号を該掃引信号で周波数シフトすることにより該サンプリング周波数の信号を生成すべく構成されたことを特徴とする、付記１１記載の光波形測定装置。
（付記１３） 該サンプリング結果出力部が、該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせるための非線形媒質と、該非線形媒質において生じる非線形光学効果によって偏波状態が変化した、該被測定光についての直線偏波成分を該波形測定用に抽出する直線偏波成分抽出部と、をそなえ、
かつ、該偏波状態制御部が、該非線形媒質に入力される該被測定光の偏波状態を、該直線偏波成分抽出部において抽出すべき直線偏波成分の方向とほぼ直交する直線偏波となるように制御するとともに、該非線形媒質に入力される該サンプリング光パルスの偏波状態についても、該被測定光について制御すべき直線偏波の方向に対して４０〜５０度の角度を有する直線偏波となるように制御すべく構成されたことを特徴とする、付記１〜１２のいずれか１項記載の光波形測定装置。
【０１８１】
（付記１４） 該偏波状態制御部が、該被測定光について直線偏波光にする第１偏波制御部と、該サンプリング光発生部で発生された該サンプリング光について直線偏波光にする第２偏波制御部と、該直線偏波成分抽出部で抽出された該被測定光についての直線偏波成分に基づいて該第１偏波制御部および該第２偏波制御部においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を監視制御する監視制御部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１３記載の光波形測定装置。
【０１８２】
（付記１５） 該監視制御部が、該直線偏波成分抽出部で抽出すべき直線偏波の方向と、該第１偏波制御部および該第２偏波制御部においてそれぞれ変換される直線偏波光の方向を初期設定する初期設定部をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１４記載の光波形測定装置。
（付記１６） 該初期設定部が、該サンプリング光パルスが入力されない場合には該直線偏波成分抽出部において抽出される直線偏波成分がほぼ最小となるように、該第１偏波制御部において変換される直線偏波光の方向とともに、該直線偏波成分抽出部で抽出すべき直線偏波の方向を初期設定するとともに、該第２偏波制御部において変換される直線偏波光の方向を、該第１偏波制御部において変換される直線偏波光の初期設定方向に対して４０〜５０度の角度を有する直線偏波となるように初期設定を行なうことを特徴とする、付記１５記載の光波形測定装置。
【０１８３】
（付記１７） 該サンプリング結果出力部から、該被測定光のサンプリング結果となる光の波長特性を平坦にする光フィルタを備えることを特徴とする付記１〜１６のいずれか記載の光波形測定装置
（付記１８） サンプリング結果出力部から、該被測定光のサンプリング結果となる光を入力されて、該サンプリング結果について掃引することにより、該被測定光の波形を表示する表示部をそなえて構成されたことを特徴とする、付記１〜１６のいずれか１項記載の光波形測定装置。
【０１８４】
（付記１９） 複数系列の光を波形測定の対象となる被測定光とし、該複数系列の被測定光をそれぞれサンプリングするための複数のサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、
該複数系列の被測定光および該サンプリング光出力部からの複数のサンプリング光パルスによる非線形光学効果をそれぞれ生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうる複数のサンプリング結果出力部と、
該複数のサンプリング結果出力部において出力される光を用いて該波形測定を行なうことができるように、該サンプリング結果出力部において出力される光に基づいて該サンプリング結果出力部に入力される被測定光の偏波状態を個別に制御しうる偏波状態制御部と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、光波形測定装置。
【０１８５】
（付記２０） 複数系列の光を波形測定の対象となる被測定光とし、該複数系列の被測定光をサンプリングするための共用のサンプリング光パルスを出力しうるサンプリング光出力部と、
該複数系列の被測定光および該サンプリング光出力部からの該共用のサンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力しうるサンプリング結果出力部と、
該サンプリング結果出力部において出力される光を用いて該波形測定を行なうことができるように、該サンプリング結果出力部において出力される光のパワーレベルに基づいて該サンプリング結果出力部に入力される被測定光の偏波状態を個別に制御しうる偏波状態制御部と、
をそなえて構成されたことを特徴とする、光波形測定装置。
【０１８６】
（付記２１） 光を波形測定する際に、
該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、
該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、
該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴とする、光波形測定方法。
【０１８７】
（付記２２） 該サンプリング光パルスの偏波状態を、該サンプリング結果として出力される光が有する直線偏波状態に対して４０〜５０度の角度の直線偏波となるように制御し、
該測定対象となる被測定光の偏波状態を、該サンプリング光パルスが入力されない状態においては、該サンプリング結果として出力される光がほぼ最小となるように制御することを特徴とする、付記２１記載の光波形測定方法。
【図面の簡単な説明】
【０１８８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図８】（ａ），（ｂ）はともに本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかる光波形測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の第２実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】本発明の第３実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１８】本発明の第４実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第５実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第６実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第７実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第８実施形態にかかる光波形測定装置を示すブロック図である。
【図２３】従来技術を説明するためのブロック図である。
【図２４】従来技術を説明するためのブロック図である。
【図２５】従来技術を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【０１８９】
１，１１，１１Ａ，１１Ｂ，３１，４１，５１ 光波形測定装置
２−１，１２−１，３２Ａ−１〜３２Ａ−Ｍ 第1偏波制御部
２−２，１２−２，３２Ｂ−１〜３２Ｂ−Ｍ 第２偏波制御部
３，１３，３３ サンプリング光出力部
４，１４，３４−１〜３４−Ｍ，４４ サンプリング結果出力部
５，１５，３５ 表示部
６，１６，３６ 監視制御部
７，１７，３７，４７ 偏波状態制御部
４ａ，４ｄ，１４ａ，１４ｄ，３９ａ，４４ａ，４４ｂ，６３，７２，８３ 方向性結合器
４ｂ，１４ｂ 光ファイバ（非線形媒質）
４ｃ 偏光子
１２ａ 第１偏波コントローラ
１２ａａ，１２ａｂ，１２ｃａ，１２ｃｂ 波長板
１２ｂ 第１ドライバ
１２ｃ 第２偏波コントローラ
１２ｄ 第２ドライバ
１４ｅ ＰＢＳ
１４ｆ ファラデー回転子
１５ａ，３５ａ−１〜３５ａ−Ｍ 波長フィルタ
１５ｂ，３５ｂ−１〜３５ｂ−Ｍ 光電変換器
１５ｃ，３５ｃ−１〜３５ｃ−Ｍ Ａ／Ｄ変換器
１５ｄ，３５ｄ 波形表示器
１６ａ，１６ａ´，３６ａ パワーメータ
１６ｂ，１６ｂ´，３６ｂ 比較・コントローラ
１７ａ，１９ｄ，３７ａ ドライバ
１８ 周波数発生部
１８ｂ 発振器
１８ｃ トリガー回路
１９，３９ サンプリング光パルス生成部
１９ａ ＣＷ光源
１９ｂ 光変調器
１９ｃ 光増幅器
２０ ９０度位相シフタ
２１ アップコンバータ
２２ 分周回路
２３ パワーディバイダ
２４ プリスケーラ
２５ Ｄフリップフロップ
２６ 位相シフタ
２７ ＡＮＤゲート
２８ 位相変調器
２９ 強度変調器
３０ 分散媒質
６１ 送信信号光監視システム
６２ 送信機
７１ 受信信号光監視システム
７３，８５ クロック抽出回路
７４ 伝送路
８２ 光３Ｒ再生器
１０１，１１４ 光電変換器
１０２ トリガー回路
１０３ 電気サンプリングパルス発生回路
１０４ サンプリング回路
１０５，１１５ 波形表示器
１１１ 光サンプリングゲート
１１２ 短パルス光源
１１３ サンプリング周波数生成器
１２０ 光信号源
１２１，１２２ 発振器
１２３ モードロックファイバレーザ（ＭＬＦＬ：Mode Locked Fiber Laser）
１２４，１２７ 半波長板（ＨＷＰ：Half Wave Plate）
１２６，１２９，１３１ ミラー
１２８，１３０ ＫＴＰ
１３２ Ｓｉ−ＡＰＤ（Si-Avalanche Photo Diode）
１３３ アナログ／ディジタル変換器
１３４ コンピュータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を波形測定する際に、
該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、
該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、
該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴とする、光波形測定方法。
【請求項２】
光を波形測定する際に、
該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、
該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を非線形媒質で生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、
該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴とする、光波形測定方法。
【請求項３】
該非線形媒質は光ファイバであることを特徴とする、請求項２記載の光波形測定方法。
【請求項１】
光を波形測定する際に、
該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、
該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、
該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴とする、光波形測定方法。
【請求項２】
光を波形測定する際に、
該測定対象となる被測定光をサンプリングするためのサンプリング光パルスを出力し、
該被測定光および該サンプリング光パルスによる非線形光学効果を非線形媒質で生じさせて、該被測定光のサンプリング結果となる光を出力する一方、
該サンプリング結果として出力される光が所定の直線偏波状態を有するように、該測定対象となる被測定光およびサンプリング光パルスの偏波状態を制御することを特徴とする、光波形測定方法。
【請求項３】
該非線形媒質は光ファイバであることを特徴とする、請求項２記載の光波形測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００８−１１６４６８（Ｐ２００８−１１６４６８Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１２７０９（Ｐ２００７−３１２７０９）
【出願日】平成１９年１２月３日（２００７．１２．３）
【分割の表示】特願２００５−９５０９（Ｐ２００５−９５０９）の分割
【原出願日】平成１７年１月１７日（２００５．１．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月３日（２００７．１２．３）
【分割の表示】特願２００５−９５０９（Ｐ２００５−９５０９）の分割
【原出願日】平成１７年１月１７日（２００５．１．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]