特開 2023-106196 光パルス計測器、光パルス計測方法及び光パルス計測プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023106196

(43)【公開日】2023-08-01

(54)【発明の名称】光パルス計測器、光パルス計測方法及び光パルス計測プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01J 11/00 20060101AFI20230725BHJP

   G01J 9/00 20060101ALI20230725BHJP

【ＦＩ】

G01J11/00

G01J9/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022007380

(22)【出願日】2022-01-20

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、研究成果展開事業「超小型光相関チップを用いた光パルスの振幅・位相再生技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304036743

【氏名又は名称】国立大学法人宇都宮大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 圭祐

【テーマコード（参考）】

2G065

【Ｆターム（参考）】

2G065AA12

2G065AA13

2G065AB14

2G065BA09

2G065BA33

2G065BB02

2G065BB04

2G065BB25

2G065BC03

2G065BC13

2G065BC28

2G065BC35

2G065BE01

2G065DA05

2G065DA13

(57)【要約】

【課題】測定時間を短縮できる光パルス計測器を提供する。
【解決手段】光パルス計測器１００は、被測定光から分岐された第１被測定光の透過波長帯域を連続的に変更可能な波長可変フィルタ１３と、波長可変フィルタ１３を通過した第１被測定光と、被測定光から分岐され、波長可変フィルタを通過していない第２被測定光とを入射し、第１被測定光と前記第２被測定光とが光学的に重なる領域の複数の位置において光のべき乗強度に基づいて得られる光電流を出力する複数個の光検出器を前記領域に沿ってアレイ状に配置してなる光検出器アレイ１４と、波長可変フィルタ１３で設定された透過波長帯域と、領域の位置と、に応じた光電流に基づいてスペクトログラムを生成する生成部５０１と、生成部５０１が生成したスペクトログラムに基づいて被測定光の振幅及び位相を特定する特定部５０２と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定光から分岐された第１被測定光の透過波長帯域を連続的に変更可能な波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタを通過した前記第１被測定光と、被測定光から分岐され、前記波長可変フィルタを通過していない第２被測定光とを入射し、前記第１被測定光と前記第２被測定光とが光学的に重なる領域の複数の位置において光のべき乗強度に基づいて得られる光電流を出力する複数個の光検出器を前記領域に沿ってアレイ状に配置してなる光検出部と、
前記波長可変フィルタで設定された前記透過波長帯域と前記領域の位置とに応じた前記光電流に基づいてスペクトログラムを生成する生成部と、
前記生成部が生成したスペクトログラムに基づいて前記被測定光の振幅及び位相を特定する特定部と、
を備える、光パルス計測器。

【請求項2】

前記波長可変フィルタは、温度に応じて前記透過波長帯域を連続的に変更可能である、請求項１に記載の光パルス計測器。

【請求項3】

前記光検出部は、一端から前記第１被測定光が入射され、他端から前記第２被測定光が入射され、両端から入射された前記第１被測定光及び前記第２被測定光を逆の光伝搬方向に重ね合わせることで光相関を行わせる、請求項１又は２に記載の光パルス計測器。

【請求項4】

被測定光を前記第１被測定光と前記第２被測定光とに分岐する分岐器をさらに備える、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の光パルス計測器。

【請求項5】

プロセッサが、
被測定光から分岐された第１被測定光の透過波長帯域を連続的に変更可能な波長可変フィルタの前記透過波長帯域を設定し、
前記波長可変フィルタを通過した前記第１被測定光と、被測定光から分岐され、前記波長可変フィルタを通過していない第２被測定光とを入射し、前記第１被測定光と前記第２被測定光とが光学的に重なる領域の複数の位置において光のべき乗強度に基づいて得られる光電流に基づいてスペクトログラムを生成し、
生成したスペクトログラムに基づいて前記被測定光の振幅及び位相を特定する
処理を実行する、光パルス計測方法。

【請求項6】

コンピュータに、
被測定光から分岐された第１被測定光の透過波長帯域を連続的に変更可能な波長可変フィルタの前記透過波長帯域を設定し、
前記波長可変フィルタを通過した前記第１被測定光と、被測定光から分岐され、前記波長可変フィルタを通過していない第２被測定光とを入射し、前記第１被測定光と前記第２被測定光とが光学的に重なる領域の複数の位置において光のべき乗強度に基づいて得られる光電流に基づいてスペクトログラムを生成し、
生成したスペクトログラムに基づいて前記被測定光の振幅及び位相を特定する
処理を実行させる、光パルス計測プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光パルス計測器、光パルス計測方法及び光パルス計測プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

光通信又は光計測の分野では高速な光パルス信号が扱われており、光パルスのパルス幅は１００ｐｓ以下、高速なものでは１０ｐｓ以下に達している。光通信又は光計測の高速化に伴い、１０ｐｓ以下の光パルスの測定の要求が高まっている。特許文献１には、光相関計測の動作速度を高め、光パルスの単発パルスでの波形計測を可能とする光相関器に関する技術が開示されている。

【0003】

高速な短周期の光パルス信号の振幅形状（包絡線）と位相とを測定できると、搬送波の形状を把握できるので、光パルス信号の詳細な時間特性を明らかにすることができる。光パルス信号の振幅形状と位相とを測定する際には、測定対象の光パルス信号の所定の波長帯域を透過させた光パルス信号と、測定対象の光パルス信号を所定時間遅延させた光パルス信号とを合成した信号の特性を解析する方法が採られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－３２３０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、光パルスの測定に際して、測定対象の光パルス信号の所定の波長帯域を透過させた光パルス信号と、測定対象の光パルス信号を所定時間遅延させた光パルス信号とを合成する場合と比較して測定時間を短縮できる光パルス計測器、光パルス計測方法及び光パルス計測プログラム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】

【0006】

本発明の第１態様は、光パルス計測器であって、被測定光から分岐された第１被測定光の透過波長帯域を連続的に変更可能な波長可変フィルタと、前記波長可変フィルタを通過した前記第１被測定光と、被測定光から分岐され、前記波長可変フィルタを通過していない第２被測定光とを入射し、前記第１被測定光と前記第２被測定光とが光学的に重なる領域の複数の位置において光のべき乗強度に基づいて得られる光電流を出力する複数個の光検出器を前記領域に沿ってアレイ状に配置してなる光検出部と、前記波長可変フィルタで設定された前記透過波長帯域と前記領域の位置とに応じた前記光電流に基づいてスペクトログラムを生成する生成部と、前記生成部が生成したスペクトログラムに基づいて前記被測定光の振幅及び位相を特定する特定部と、を備える。

【0007】

本発明の第２態様は、第１態様に係る光パルス計測器であって、前記波長可変フィルタは、温度に応じて前記透過波長帯域を連続的に変更可能である。

【0008】

本発明の第３態様は、第１態様又は第２態様に係る光パルス計測器であって、前記光検出部は、一端から前記第１被測定光が入射され、他端から前記第２被測定光が入射され、両端から入射された前記第１被測定光及び前記第２被測定光を逆の光伝搬方向に重ね合わせることで光相関を行わせる。

【0009】

本発明の第４態様は、第１態様～第３態様のいずれかに係る光パルス計測器であって、被測定光を前記第１被測定光と前記第２被測定光とに分岐する分岐器をさらに備える。

【0010】

本発明の第５態様は、光パルス計測方法であって、プロセッサが、被測定光から分岐された第１被測定光の透過波長帯域を連続的に変更可能な波長可変フィルタの前記透過波長帯域を設定し、前記波長可変フィルタを通過した前記第１被測定光と、被測定光から分岐され、前記波長可変フィルタを通過していない第２被測定光とを入射し、前記第１被測定光と前記第２被測定光とが光学的に重なる領域の複数の位置において光のべき乗強度に基づいて得られる光電流に基づいてスペクトログラムを生成し、生成したスペクトログラムに基づいて前記被測定光の振幅及び位相を特定する処理を実行する。

【0011】

本発明の第５態様は、光パルス計測プログラムであって、コンピュータに、被測定光から分岐された第１被測定光の透過波長帯域を連続的に変更可能な波長可変フィルタの前記透過波長帯域を設定し、前記波長可変フィルタを通過した前記第１被測定光と、被測定光から分岐され、前記波長可変フィルタを通過していない第２被測定光とを入射し、前記第１被測定光と前記第２被測定光とが光学的に重なる領域の複数の位置において光のべき乗強度に基づいて得られる光電流に基づいてスペクトログラムを生成し、生成したスペクトログラムに基づいて前記被測定光の振幅及び位相を特定する処理を実行させる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、光パルスの測定に際して、測定対象の光パルス信号の所定の波長帯域を透過させた光パルス信号と、測定対象の光パルス信号を所定時間遅延させた光パルス信号とを合成する場合と比較して測定時間を短縮できる光パルス計測器、光パルス計測方法及び光パルス計測プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る光パルス計測器の概略構成を示す図である。

【図2】波長可変フィルタの構成例を示す平面図である。

【図3】情報処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

【図4】情報処理装置の機能構成の例を示すブロック図である。

【図5】光パルス計測器による測定パルスの測定方法を説明する図である。

【図6】光パルス計測器による測定パルスの測定方法を説明する図である。

【図7】光パルス計測器による測定パルスの測定方法を説明する図である。

【図8】光パルス計測器による測定パルスの測定方法を説明する図である。

【図9】光パルス計測器による測定パルスの測定方法を説明する図である。

【図10】生成部が生成するスペクトログラムの例、及び特定部が特定する測定パルスの振幅及び位相から得られる測定パルスの形状の例を示す図である。

【図11】スペクトログラムからの測定パルスの振幅及び位相の特定例を示す図である。

【図12】スペクトログラムからの測定パルスの振幅及び位相の特定例を示す図である。

【図13】情報処理装置による測定パルスの測定処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0015】

図１は、本実施形態に係る光パルス計測器の概略構成を示す図である。光パルス計測器１００は、被測定光である測定対象の光パルス（測定パルス）が光ファイバケーブル１を通じて入力されるチップ１０と、チップ１０の出力を複数のアンプで増幅する増幅部２０と、増幅部２０の出力を合成するマルチプレクサ３０と、マルチプレクサ３０の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４０と、Ａ／Ｄ変換器４０の出力を用いて測定パルスの特性を求める情報処理装置５０と、を含む。

【0016】

チップ１０は、測定パルスを２分岐する分岐器１１と、測定パルスを伝搬させる光導波路１２と、測定パルスを透過させる波長可変フィルタ１３と、複数の光検出器がアレイ状に配置された光検出器アレイ１４と、を備える。光導波路１２は、例えばシリコン、窒化シリコン、リン化インジウムなどの半導体材料、ＳｉＯｘなどの絶縁体材料で形成される。

【0017】

波長可変フィルタ１３は、測定パルスの任意の波長を選択して透過させる。本実施形態では、波長可変フィルタ１３として、温度によって選択される波長が連続的に変化する波長可変フィルタを用いる。図２は、波長可変フィルタ１３の構成例を示す平面図である。波長可変フィルタ１３は、図２に示したように光導波路１２がループ状となっており、光導波路１２を温めるためのヒータ６２が光導波路１２に接するように設けられている。ヒータ６２の温度は電極６１に流れる電流量に応じて設定される。ヒータ６２によって光導波路１２が温められることで、波長可変フィルタ１３が選択して透過させる測定パルスの波長が変化する。

【0018】

なお、本実施形態では波長可変フィルタ１３はチップ１０に搭載できる大きさとするために、温度によって選択される波長が変化する波長可変フィルタを用いたが、本発明は係る例に限定されない。波長可変フィルタ１３は、電気的に、又は手動で波長を変化させる波長可変フィルタが用いられてもよい。光パルス計測器１００は、波長可変フィルタ１３で選択される波長を変化させつつ測定パルスの特性を測定する。従って、光パルス計測器１００は、温度を変化させることで波長を変化させることができる波長可変フィルタを用いることで、電気的に、又は手動で波長を変化させる波長可変フィルタを用いる場合と比べて測定時間を短縮させることができる。

【0019】

光検出器アレイ１４は、本発明の光検出部の一例であり、分岐器１１によって２分岐された測定パルスを入射して光相関を行わせて、アレイ状に配置した複数の光検出器で光のべき乗強度を検出する。光検出器は、光の強さのべき乗に応じた電流を出力するよう構成されたものを用いる。光検出器の数は、３２個、６４個、１２８個等、測定パルスの測定の精度に応じて任意の数とすることが出来る。光検出器は、ｎドープ領域とｐドープ領域とを、両ドープ領域の隣接部が光導波路１２上となるように形成し、ｎドープ領域側に直流電圧源１５を接続し、ｐドープ領域側に電流検出器を接続した構成を有する。

【0020】

光検出器アレイ１４には、例えば特開２０１７－３２３０６号公報で開示されている光相関器を用いることができる。特開２０１７－３２３０６号公報で開示されている光相関器は、光パルスの被測定光を空間領域に入射し、両方の光が重なる重なり領域を形成して自己相関又は相互相関による光相関を行わせ、この重なり領域を複数の光検出器で検出し、光のべき乗強度に応じた光電流を出力する。

【0021】

光相関で形成される光の重なり領域に対応して、複数の光検出器を配置すると、各光検出器から同時点で検出される光電流の空間的な分布は、各光相関で形成された光の重なり領域での分布を表し、また、各光検出器から順次に検出される光電流は、重なり領域の各位置における光相関の状態変化を表している。重なり領域の各位置において光相関で得られる光電流を累積して得られる光の重なり領域での光電流の分布は、被測定光の光相関波形に対応する各光検出器から同時に検出される光電流の空間的な分布の累積によって被測定光の光相関波形を求めることで、光相関波形から被測定光の波形を求めることができる。

【0022】

本実施形態では、光検出器アレイ１４には、一端から波長可変フィルタ１３を通過した測定パルス（第１被測定光の一例）が入射され、他端から波長可変フィルタ１３を通過していない測定パルス（第２被測定光の一例）が入射される。すなわち、光検出器アレイ１４は、波長可変フィルタ１３を通過した測定パルス及び波長可変フィルタ１３を通過していない測定パルスを、逆の光伝搬方向に重ね合わせることで光相関を行わせている。なお、光検出器アレイ１４には、同じ端から波長可変フィルタ１３を通過した測定パルスと波長可変フィルタ１３を通過していない測定パルスとの両方が入射されてもよい。

【0023】

分岐器１１、光導波路１２、波長可変フィルタ１３及び光検出器アレイ１４は、例えば、ＳＯＩ基板上に形成される。分岐器１１は、例えばシリコンフォトニクスの細線導波路によって構成し、光導波路１２は光導波路で構成し、光検出器アレイ１４は光導波路に複数個のｐｎダイオードを集積して分布型二光子吸収フォトダイオードを構成することで形成された複数の光検出器から成る。

【0024】

増幅部２０は、複数のアンプが並列に配置されている。各アンプは、１つの光検出器の出力を所定量増幅して出力する。

【0025】

マルチプレクサ３０は、増幅部２０の各アンプの出力を多重化して出力する。Ａ／Ｄ変換器４０は、アナログ信号であるマルチプレクサ３０の出力をデジタル信号に変換する。

【0026】

情報処理装置５０は、Ａ／Ｄ変換器４０の出力からスペクトログラムを生成し、生成したスペクトログラムに基づいて測定パルスの位相及び振幅を特定することで、測定パルスの特性を測定する。情報処理装置５０による測定パルスの特性の測定方法については後に詳述する。

【0027】

本実施形態に係る光パルス計測器１００は、チップ１０に波長可変フィルタ１３及び光検出器アレイ１４を設けることで、小型で軽量であり、取り回しが良く、機械的に堅牢であり、光学的なアライメントが不要となるという特徴を有する。

【0028】

図３は、情報処理装置５０のハードウェア構成を示すブロック図である。

【0029】

図３に示すように、情報処理装置５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５３、ストレージ５４、入力部５５、表示部１６及び通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）５７を有する。各構成は、バス５９を介して相互に通信可能に接続されている。

【0030】

ＣＰＵ５１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２またはストレージ５４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ５３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２またはストレージ５４に記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御および各種の演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ５２またはストレージ５４には、測定パルスの特性を測定するための測定プログラムが格納されている。

【0031】

ＲＯＭ５２は、各種プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭ５３は、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。ストレージ５４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）またはフラッシュメモリ等の記憶装置により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、および各種データを格納する。

【0032】

入力部５５は、マウス等のポインティングデバイス、およびキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。

【0033】

表示部５６は、たとえば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部５６は、タッチパネル方式を採用して、入力部５５として機能しても良い。

【0034】

通信インタフェース５７は、他の機器と通信するためのインタフェースであり、たとえば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。

【0035】

上記の測定プログラムを実行する際に、情報処理装置５０は、上記のハードウェア資源を用いて、各種の機能を実現する。情報処理装置５０が実現する機能構成について説明する。

【0036】

図４は、情報処理装置５０の機能構成の例を示すブロック図である。

【0037】

図４に示すように、情報処理装置５０は、機能構成として、生成部５０１、特定部５０２、表示部５０３および設定部５０４を有する。各機能構成は、ＣＰＵ５１がＲＯＭ５２またはストレージ５４に記憶された測定プログラムを読み出し、実行することにより実現される。

【0038】

生成部５０１は、Ａ／Ｄ変換器４０の出力からスペクトログラムを生成する。本実施形態では、生成部５０１は、横軸を光検出器アレイ１４の各光検出器の位置、縦軸を波長可変フィルタ１３で設定された波長の中心波長λ_ｎとした、測定パルスの強度を表すスペクトログラムを生成する。生成部５０１が生成するスペクトログラムは、Ａ／Ｄ変換器４０が出力する光電流の信号の強弱を表すスペクトログラムである。

【0039】

特定部５０２は、生成部５０１が生成したスペクトログラムに基づいて、測定パルスの振幅及び位相を特定する。具体的には、特定部５０２は、スペクトログラムを２重逆フーリエ変換して得られる特性関数と、事前に取得した波長可変フィルタのインパルス応答の曖昧度関数とを用いて、スペクトログラムに対して所定の演算処理を行うことで、測定パルスの振幅及び位相を逆算的に特定する。スペクトログラムに基づいて、測定パルスの振幅及び位相を特定する方法は、例えば、Kazuro Kikuchi and Kenji Taira, "Theory of sonogram characterization of optical pulses", IEEE Journal of Quantum Electronics, Volume 37, Issue 4, April 2001に開示されている方法を用いることができる。

【0040】

表示部５０３は、特定部５０２によって所定の演算処理が行われた結果、振幅及び位相が特定された測定パルスに関する情報を表示する。例えば、表示部５０３は、測定パルスに関する情報として測定パルスの振幅、位相、振幅及び位相から得られる波形の概形等を表示する。

【0041】

設定部５０４は、波長可変フィルタ１３が選択する波長を設定する。光パルス計測器１００による測定パルスの測定の際には、上述したように波長可変フィルタ１３で設定波長を変更しつつ光電流を測定するが、その際の波長可変フィルタ１３の設定波長の変更は、設定部５０４が行ってもよく、情報処理装置５０とは別の装置が行ってもよい。

【0042】

続いて、本実施形態に係る光パルス計測器による測定パルスの測定方法を説明する。

【0043】

図５～図９は、本実施形態に係る光パルス計測器による測定パルスの測定方法を説明する図である。図５～図９では、波長可変フィルタ１３で設定した波長をλ_１からλ_５まで順に変化させた場合において、光検出器アレイ１４の各光検出器が検出した光電流の大きさのグラフの一例を、光パルス計測器の構成と併せて示している。図５～図９に示したグラフは、横軸が光検出器アレイ１４の各光検出器の位置（単位ｍ）、縦軸が各光検出器で検出された光電流の大きさ（単位Ａ）を示す。図５～図９に示したグラフは、測定パルスの内部で搬送波の周波数が変調されている場合の例である。

【0044】

図５～図９に示した例では、波長可変フィルタ１３で設定した波長をλ_１からλ_５まで順に変化させると、光電流の大きさのピーク位置が順に変化する。そして、図５～図９に示した例では、波長可変フィルタ１３で設定した波長をλ_１からλ_５まで順に変化させると、光電流のピークの大きさも変化する。図５～図９に示した例では、波長がλ_３の場合に、光電流の大きさのピーク位置が光検出器アレイ１４の中央となり、光電流のピークの大きさも最も大きくなっている。

【0045】

このように、波長可変フィルタ１３で波長を設定すると、設定波長に応じて光検出器アレイ１４が検出した光電流のピーク位置とピーク位置における大きさとが変化する。情報処理装置５０は、このように得られた光電流の大きさの測定結果を用いて、横軸を光検出器アレイ１４の各光検出器の位置のまま、縦軸を波長可変フィルタ１３に設定した波長としたスペクトログラムを生成部５０１で生成する。

【0046】

図１０は、生成部５０１が生成するスペクトログラムの例、及び特定部５０２が特定する測定パルスの振幅及び位相から得られる測定パルスの形状の例を示す図である。図１０の上側に示したように、生成部５０１は光電流の大きさの測定結果からスペクトログラムを生成する。そして、特定部５０２は、生成部５０１が生成したスペクトログラムに対する計算処理により、測定パルスの振幅及び位相を特定し、測定パルスの搬送波の形状を特定することが出来る。

【0047】

図１１は、スペクトログラムからの測定パルスの振幅及び位相の特定例を示す図である。図１１は、測定パルスのチャープ係数ＣがＣ＝０の場合の例であり、図１１（ａ）は生成部５０１が生成したスペクトログラム、図１１（ｂ）は、特定部５０２がスペクトログラムから求めた測定パルスの振幅、図１１（ｃ）は、特定部５０２がスペクトログラムから求めた測定パルスの位相である。図１１（ｂ）及び（ｃ）には、特定部５０２による特定結果と、測定パルスの実際の振幅及び位相が示されている。

【0048】

図１１（ｂ）に示したように、特定部５０２による振幅の特定の結果、測定パルスの実際の振幅と、特定部５０２が特定した振幅とは、極めて精度よく一致していることが分かる。そして、図１１（ｃ）に示したように、特定部５０２による位相の特定の結果、測定パルスの実際の位相と、特定部５０２が特定した位相とは、振幅が特定できている範囲においては極めて精度よく一致していることが分かる。

【0049】

図１２は、スペクトログラムからの測定パルスの振幅及び位相の特定例を示す図である。図１２は、測定パルスのチャープ係数ＣがＣ＝４×１０^２３の場合の例であり、図１２（ａ）は生成部５０１が生成したスペクトログラム、図１２（ｂ）は、特定部５０２がスペクトログラムから求めた測定パルスの振幅、図１２（ｃ）は、特定部５０２がスペクトログラムから求めた測定パルスの位相である。図１２（ｂ）及び（ｃ）には、特定部５０２による特定結果と、測定パルスの実際の振幅及び位相が示されている。

【0050】

図１２（ｂ）に示したように、特定部５０２による振幅の特定の結果、測定パルスの実際の振幅と、特定部５０２が特定した振幅とは、極めて精度よく一致していることが分かる。そして、図１２（ｃ）に示したように、特定部５０２による位相の特定の結果、測定パルスの実際の位相と、特定部５０２が特定した位相とは、振幅が特定できている範囲においては極めて精度よく一致していることが分かる。

【0051】

次に、情報処理装置５０の作用について説明する。

【0052】

図１３は、情報処理装置５０による測定パルスの測定処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ５１がＲＯＭ５２又はストレージ５４から測定プログラムを読み出して、ＲＡＭ５３に展開して実行することにより、測定パルスの測定処理が行なわれる。

【0053】

ＣＰＵ５１は、まずステップＳ１０１において、波長可変フィルタ１３が選択する波長を設定する。

【0054】

波長可変フィルタ１３が選択する波長を設定すると、ＣＰＵ５１は、続いてステップＳ１０２において、光検出器アレイ１４が検出した光電流の強度を取得する。

【0055】

光検出器アレイ１４が検出した光電流の強度を取得すると、ＣＰＵ５１は、続いてステップＳ１０３において、測定パルスの測定処理において設定すべき波長がまだ残っているかどうかを判断する。ステップＳ１０３の判断の結果、設定すべき波長がまだ残っている場合は、ＣＰＵ５１は、ステップＳ１０１に戻り、波長可変フィルタ１３が選択する波長を再度設定する。一方、ステップＳ１０３の判断の結果、設定すべき波長が残っていない場合は、ＣＰＵ５１は、続いてステップＳ１０４において、光検出器アレイ１４が検出した光電流の強度のデータを用いてスペクトログラムを生成する。

【0056】

光電流の強度のデータを用いてスペクトログラムを生成すると、ＣＰＵ５１は、続いてステップＳ１０５において、生成したスペクトログラムから、測定パルスの振幅及び位相を特定する。

【0057】

スペクトログラムから、測定パルスの振幅及び位相を特定すると、ＣＰＵ５１は、続いてステップＳ１０６において、測定パルスに関する情報を表示する。例えば、ＣＰＵ５１は、測定パルスに関する情報として測定パルスの振幅、位相、振幅及び位相から得られる波形の概形等を表示する。

【0058】

パルス幅が１００ｐｓ以下、特に１０ｐｓ以下の高速な光パルスの測定の要求が高まっている。高速な短周期の光パルス信号の振幅形状（包絡線）と位相とを測定できると、搬送波の形状を把握できるので、光パルス信号の詳細な時間特性を明らかにすることができる。しかし、観測にオシロスコープを用いた場合、光パルス信号が短周期になると、包絡線の観測すら困難となる。従って、高速な光パルス信号の波形の観測には専用の装置が用いられる。

【0059】

従来、光パルス信号の波形の観測方法として、周波数分解光ゲート（ＦＲＯＧ，Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｇａｔｉｎｇ）法、ＳＰＩＤＥＲ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｐｈａｓｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｄｉｒｅｃｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｆｉｅｌｄ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｎｃｔｉｏｎ）法等がある。しかし、これらの方法を用いた測定装置は大型で鈍重であり、機械的に脆弱であり、測定の際には精密なアライメントが必要でありながら、感度が低いという問題があった。

【0060】

これに対して、本実施形態に係る光パルス計測器１００は、従来の光パルス信号の測定装置とは異なり、チップ１０に光検出器アレイ１４が組み込まれているために小型かつ軽量であり、測定場所を選ばずに光パルスの測定が可能である。また、本実施形態に係る光パルス計測器１００は、チップ１０に光検出器アレイ１４が組み込まれているためにソリッドステートであり、機械的に堅牢であり、光学的なアライメントも不要である。さらに、本実施形態に係る光パルス計測器１００は、微小な領域に測定パルスが集中するため高感度での測定が可能である。そして、本実施形態に係る光パルス計測器１００は、遅延走査が不要であるために、遅延走査を要する測定方法に比べて測定パルスの測定時間を短縮させることができる。

【0061】

なお、上記各実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した測定パルスの測定処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、測定パルスの測定処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

【0062】

また、上記各実施形態では、測定パルスの測定処理のプログラムがＲＯＭまたはストレージに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の非一時的（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

【符号の説明】

【0063】

１ 光ファイバケーブル
１０ チップ
１１ 分岐器
１２ 光導波路
１３ 波長可変フィルタ
１４ 光検出器アレイ
２０ 増幅部
３０ マルチプレクサ
４０ Ａ／Ｄ変換器
５０ 情報処理装置
１００ 光パルス計測器

【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】