特開 2024-178671 位相特性校正装置および位相特性校正方法

(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】P2024178671

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】位相特性校正装置および位相特性校正方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 23/173 20060101AFI20241218BHJP

   G01J 9/04 20060101ALI20241218BHJP

   G01J 11/00 20060101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

G01R23/173 D

G01J9/04

G01J11/00

【審査請求】有

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096989

(22)【出願日】2023-06-13

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-10-08

(71)【出願人】

【識別番号】000000572

【氏名又は名称】アンリツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003694

【氏名又は名称】弁理士法人有我国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤崎 広豊

(72)【発明者】

【氏名】森 隆

【テーマコード（参考）】

2G065

【Ｆターム（参考）】

2G065AA12

2G065AB03

2G065AB09

2G065AB16

2G065BA09

2G065BB14

2G065BB27

2G065BB39

2G065BB49

2G065BC04

2G065BC22

2G065BC28

2G065CA27

2G065DA01

2G065DA13

(57)【要約】

【課題】干渉計にＣＷ光源が不要で費用対効果の高い位相特性校正装置を提供する。
【解決手段】電気光学サンプリング法を用いて校正用のマルチトーン信号の位相を測定する。干渉計１１０で、可変遅延器４が含まれる第１光路と可変遅延器が含まれない第２光路とに短パルス光が入力され、第１光路から出力される短パルス光と第２光路から出力される短パルス光とを干渉させ、干渉光として出力する。受光器１０６で、干渉光の強度を検出し干渉信号として出力し、分周器１０７で干渉信号を分周する。電気光学サンプリング部３０等により得られたマルチトーン信号を分周器の出力に従ってサンプリングして、マルチトーン信号を補正する。干渉計には、干渉光が得られるように、第１光路から出力される短パルス光および第２光路から出力される短パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光ＢＰＦ１０８が含まれる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の繰返し周波数のパルス光を発生するパルス光源（２）と、
前記パルス光を分岐する光分岐器（３）と、
周波数の異なる３波以上の中間周波信号を合波し、基準信号で変調したマルチトーン中間周波信号を出力するマルチトーン中間周波信号発生部（１０，１７）を備え、所定の周波数の局発信号と周波数変換部（２１）とにより前記マルチトーン中間周波信号をアップコンバートして校正用信号を生成する校正用信号生成部（２０）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方が入力され、前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御する同期処理部（５）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方が入力され、該パルス光に従って前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力する電気光学サンプリング部（３０）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力され、前記電気光学サンプリング部に入力される前記パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変える可変遅延器（４）と、
前記相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記基準信号と同一周波数の正弦波で前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するマルチトーン信号を検出するロックイン検出部（４０）と、
前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光が入力され、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを合波して干渉させ、干渉光として出力する干渉計（１１０）と、
前記干渉光の強度を検出する受光器（１０６）と、
前記受光器から出力される干渉信号の周波数を分周する分周器（１０７）と、
前記ロックイン検出部から出力される前記マルチトーン信号を前記分周器の出力に従ってサンプリングして、補正済マルチトーン信号として出力するマルチトーン信号サンプリング部（１２０；１２０Ａ）と、
前記補正済マルチトーン信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応する３波以上のトーン信号間の位相差を検出するマルチトーン位相差測定部（５０）と、
前記トーン信号間の位相差から信号測定部（７０）のダウンコンバータ（７２，７３）の位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する位相補正値算出部（５５）と、
を備え、被測定信号をダウンコンバートして測定する前記信号測定部の前記ダウンコンバータの位相の周波数特性を校正する位相特性校正装置（１；１Ａ）において、
前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記干渉計は、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタ（１０８）が含まれることを特徴とする位相特性校正装置。

【請求項2】

所定の繰返し周波数のパルス光を発生するパルス光源（２）と、
前記パルス光を分岐する光分岐器（３）と、
周波数の異なる３波以上の中間周波信号を、前記中間周波信号と同一個数の互いに直交した基準信号でそれぞれ変調し合波したマルチトーン中間周波信号を出力するマルチトーン中間周波信号発生部（１０Ｂ）を備え、所定の周波数の局発信号と周波数変換部（２１）とにより前記マルチトーン中間周波信号をアップコンバートして校正用信号を生成する校正用信号生成部（２０Ｂ）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方が入力され、前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御する同期処理部（５）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方が入力され、該パルス光に従って前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力する電気光学サンプリング部（３０）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力され、前記電気光学サンプリング部に入力される前記パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変える可変遅延器（４）と、
前記相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記各基準信号と同一周波数の互いに直交した正弦波でそれぞれ前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するトーン信号を分離するマルチトーン信号分離部（４０Ｂ）と、
前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光が入力され、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを合波して干渉させ、干渉光として出力する干渉計（１１０）と、
前記干渉光の強度を検出する受光器（１０６）と、
前記受光器から出力される干渉信号の周波数を分周する分周器（１０７）と、
前記マルチトーン信号分離部から出力される前記各トーン信号を前記分周器の出力に従ってそれぞれサンプリングして、補正済トーン信号として出力するマルチトーン信号サンプリング部（１２０Ｂ；１２０Ｃ）と、
前記補正済トーン信号間の位相差を検出するマルチトーン位相差測定部（５０Ｂ）と、
前記補正済トーン信号間の位相差から信号測定部（７０）のダウンコンバータ（７２，７３）の位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する位相補正値算出部（５５）と、
を備え、被測定信号をダウンコンバートして測定する前記信号測定部の前記ダウンコンバータの位相の周波数特性を校正する位相特性校正装置（１Ｂ；１Ｃ）において、
前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記干渉計は、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタ（１０８）が含まれることを特徴とする位相特性校正装置。

【請求項3】

所定の繰返し周波数のパルス光を発生するパルス光源（２）と、
前記パルス光を分岐する光分岐器（３）と、
周波数の異なる３波以上の中間周波信号を合波し、基準信号で変調したマルチトーン中間周波信号を出力するマルチトーン中間周波信号発生部（１０，１７）と、
を備え、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力する信号発生部（８０）が、所定の周波数の局発信号を用い前記マルチトーン中間周波信号を前記信号発生部のアップコンバータ（８４）でアップコンバートして校正用信号を生成し、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方が入力され、前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御する同期処理部（５）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方が入力され、該パルス光に従って前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力する電気光学サンプリング部（３０）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力され、前記電気光学サンプリング部に入力される前記パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変える可変遅延器（４）と、
前記相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記基準信号と同一周波数の正弦波で前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するマルチトーン信号を検出するロックイン検出部（４０）と、
前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光が入力され、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを合波して干渉させ、干渉光として出力する干渉計（１１０）と、
前記干渉光の強度を検出する受光器（１０６）と、
前記受光器から出力される干渉信号の周波数を分周する分周器（１０７）と、
前記ロックイン検出部から出力される前記マルチトーン信号を前記分周器の出力に従ってサンプリングして、補正済マルチトーン信号として出力するマルチトーン信号サンプリング部（１２０；１２０Ａ）と、
前記補正済マルチトーン信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応する３波以上のトーン信号間の位相差を検出するマルチトーン位相差測定部（５０）と、
前記トーン信号間の位相差から前記信号発生部の前記アップコンバータの位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する位相補正値算出部（５５）と、
を備える位相特性校正装置（１Ｄ；１Ｆ）において、
前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記干渉計は、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタ（１０８）が含まれることを特徴とする位相特性校正装置。

【請求項4】

所定の繰返し周波数のパルス光を発生するパルス光源（２）と、
前記パルス光を分岐する光分岐器（３）と、
周波数の異なる３波以上の中間周波信号を、前記中間周波信号と同一個数の互いに直交した基準信号でそれぞれ変調し合波したマルチトーン中間周波信号を出力するマルチトーン中間周波信号発生部（１０Ｂ）と、
を備え、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力する信号発生部（８０）が、所定の周波数の局発信号を用い前記マルチトーン中間周波信号を前記信号発生部のアップコンバータ（８４）でアップコンバートして校正用信号を生成し、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方が入力され、前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御する同期処理部（５）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方が入力され、該パルス光に従って前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力する電気光学サンプリング部（３０）と、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力され、前記電気光学サンプリング部に入力される前記パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変える可変遅延器（４）と、
前記相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記各基準信号と同一周波数の互いに直交した正弦波でそれぞれ前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するトーン信号を分離するマルチトーン信号分離部（４０Ｂ）と、
前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光が入力され、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを合波して干渉させ、干渉光として出力する干渉計（１１０）と、
前記干渉光の強度を検出する受光器（１０６）と、
前記受光器から出力される干渉信号の周波数を分周する分周器（１０７）と、
前記マルチトーン信号分離部から出力される前記各トーン信号を前記分周器の出力に従ってそれぞれサンプリングして、補正済トーン信号として出力するマルチトーン信号サンプリング部（１２０Ｂ；１２０Ｃ）と、
前記補正済トーン信号間の位相差を検出するマルチトーン位相差測定部（５０Ｂ）と、
前記補正済トーン信号間の位相差から前記信号発生部の前記アップコンバータの位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する位相補正値算出部（５５）と、
を備える位相特性校正装置（１Ｅ；１Ｇ）において、
前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記干渉計は、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタ（１０８）が含まれることを特徴とする位相特性校正装置。

【請求項5】

前記光バンドパスフィルタは、前記第１の光路および前記第２の光路の少なくとも一方、または前記第１の光路から出力される前記パルス光と前記第２の光路から出力される前記パルス光とを合波する合波部と前記受光器との間に設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の位相特性校正装置。

【請求項6】

前記光バンドパスフィルタは、前記パルス光のスペクトル幅を制限し、前記パルス光の複数の線スペクトル成分を通過させることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の位相特性校正装置。

【請求項7】

前記光バンドパスフィルタは、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が前記パルス光のスペクトル幅より狭い第１のエタロン（１０８ａ）と、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が前記パルス光のスペクトル幅より狭く、かつ前記第１のエタロンとは自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が異なる第２のエタロン（１０８ｂ）とを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の位相特性校正装置。

【請求項8】

前記光バンドパスフィルタは、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が前記パルス光のスペクトル幅より狭いエタロン（１０８ｃ）と、前記エタロンの自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の２倍より狭い通過域をもつ波長フィルタ（１０８ｄ）とを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の位相特性校正装置。

【請求項9】

前記干渉計は、
前記第１の光路と前記第２の光路との分岐部に設けられ、前記パルス光源より出力された前記パルス光を第１のパルス光と第２のパルス光とに分波し、前記第１のパルス光を前記第１の光路に向けて出力し、前記第２のパルス光を前記第２の光路に向けて出力する第１の光分波器（１０３）と、
前記第１の光路に前記可変遅延器を挟んで前記第１の光分波器側とは反対側に設けられ、前記可変遅延器を通った前記第１のパルス光を入力し、入力された前記第１のパルス光を第３のパルス光と第４のパルス光とに分波し、前記第３のパルス光を前記第１の光路に出力する第２の光分波器（１０４）と、
前記第１の光路と前記第２の光路との合流部に設けられ、前記第１の光分波器により分波された前記第２のパルス光と、前記第２の光分波器により分波された前記第３のパルス光とを合波して第５のパルス光を生成する光合波器（１０５）と、
前記光合波器と前記受光器との間に設けられ、前記第５のパルス光が入力され前記干渉光を生成する前記光バンドパスフィルタと、
を備え、
前記光バンドパスフィルタが、前記第１の光路から出力された前記パルス光および前記第２の光路から出力された前記パルス光の両方のパルス幅を拡大することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の位相特性校正装置。

【請求項10】

前記干渉計は、
前記第１の光路と前記第２の光路との分岐部に設けられ、前記パルス光源より出力された前記パルス光を第１のパルス光と第２のパルス光とに分波し、前記第１のパルス光を前記第１の光路に向けて出力し、前記第２のパルス光を前記第２の光路に向けて出力する第１の光分波器（１０３）と、
前記第１の光路と前記第２の光路との合流部に設けられ、前記可変遅延器を通った前記第１のパルス光と、前記第１の光分波器により分波された前記第２のパルス光とを入力し、入力された前記第１のパルス光と前記第２のパルス光とを合波して第３のパルス光と第４のパルス光とを生成する光合分波器（１０５Ａ）と、
前記光合分波器と前記受光器との間に設けられ、前記第３のパルス光が入力され前記干渉光を生成する前記光バンドパスフィルタと、
を備え、
前記光バンドパスフィルタが、前記第１の光路から出力された前記パルス光および前記第２の光路から出力された前記パルス光の両方のパルス幅を拡大することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の位相特性校正装置。

【請求項11】

前記干渉計は、
前記第１の光路と前記第２の光路との分岐部に設けられ、前記パルス光源より出力された前記パルス光を第１のパルス光と第２のパルス光とに分波し、前記第１のパルス光を前記第１の光路に向けて出力し、前記第２のパルス光を前記第２の光路に向けて出力する第１の光分波器（１０３）と、
前記第１の光路に前記可変遅延器を挟んで前記第１の光分波器側とは反対側に設けられ、前記可変遅延器を通った前記第１のパルス光を入力し、入力された前記第１のパルス光を第３のパルス光と第４のパルス光とに分波し、前記第３のパルス光を前記第１の光路に出力する第２の光分波器（１０４）と、
前記第１の光路に前記第２の光分波器を挟んで前記可変遅延器側とは反対側、または前記第２の光路に設けられた前記光バンドパスフィルタと、
前記第１の光路と前記第２の光路との合流部に設けられ、前記第１の光路および前記第２の光路の一方に設けられた前記光バンドパスフィルタより出力された第５のパルス光と、前記第１の光路および前記第２の光路の他方より出力された第６のパルス光とを合波して前記干渉光を生成する光合波器（１０５）と、
を備え、
前記光バンドパスフィルタが、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光のいずれか一方のパルス幅を拡大することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の位相特性校正装置。

【請求項12】

前記干渉計は、
前記第１の光路と前記第２の光路との分岐部に設けられ、前記パルス光源より出力された前記パルス光を第１のパルス光と第２のパルス光とに分波し、前記第１のパルス光を前記第１の光路に向けて出力し、前記第２のパルス光を前記第２の光路に向けて出力する第１の光分波器（１０３）と、
前記第１の光路に前記可変遅延器を挟んで前記第１の光分波器側とは反対側に設けられ、前記可変遅延器を通った前記第１のパルス光を入力し、入力された前記第１のパルス光を第３のパルス光と第４のパルス光とに分波し、前記第３のパルス光を前記第１の光路に出力する第２の光分波器（１０４）と、
前記第１の光路に前記第２の光分波器を挟んで前記可変遅延器側とは反対側に設けられ、前記第３のパルス光が入力され、第５のパルス光を出力する第１の光バンドパスフィルタ（１０８Ａ）と、
前記第２の光路に設けられ、前記第２のパルス光が入力され、第６のパルス光を出力する第２の光バンドパスフィルタ（１０８Ｂ）と、
前記第１の光路と前記第２の光路との合流部に設けられ、前記第１の光バンドパスフィルタより出力された前記第５のパルス光と、前記第２の光バンドパスフィルタより出力された前記第６のパルス光とを合波して前記干渉光を生成する光合波器（１０５）と、
を備え、
前記光バンドパスフィルタが、前記第１の光バンドパスフィルタ（１０８Ａ）と前記第２の光バンドパスフィルタ（１０８Ｂ）とを含み、前記第１の光バンドパスフィルタが、前記第１の光路から出力される前記パルス光のパルス幅を拡大し、前記第２の光バンドパスフィルタが、前記第２の光路から出力される前記パルス光のパルス幅を拡大することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の位相特性校正装置。

【請求項13】

前記光合波器は、前記第５のパルス光と前記第６のパルス光とを合波し前記干渉光として第１の干渉光と第２の干渉光とを生成する光合分波器（１０５Ｂ）であり、前記受光器は、前記第１の干渉光と前記第２の干渉光とを入力し干渉光の強度を差動検出する差動受光器（１０６Ａ）である、請求項１１に記載の位相特性校正装置。

【請求項14】

前記光合波器は、前記第５のパルス光と前記第６のパルス光とを合波し前記干渉光として第１の干渉光と第２の干渉光とを生成する光合分波器（１０５Ｂ）であり、前記受光器は、前記第１の干渉光と前記第２の干渉光とを入力し干渉光の強度を差動検出する差動受光器（１０６Ａ）である、請求項１２に記載の位相特性校正装置。

【請求項15】

所定の繰返し周波数のパルス光を光分岐器（３）で分岐し、
周波数の異なる３波以上の中間周波信号を合波し、基準信号で変調したマルチトーン中間周波信号を出力し、所定の周波数の局発信号と周波数変換部（２１）とを用い前記マルチトーン中間周波信号をアップコンバートして校正用信号を生成し、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方を用いて前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が、前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御し、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方を用いて電気光学効果により前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力し、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力される可変遅延器により、前記校正用信号のサンプリングに用いられる該パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、
前記基準信号と同一周波数の正弦波で前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するマルチトーン信号を検出し、
前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光を入力し、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを干渉させ、干渉光として出力し、前記干渉光の強度を干渉信号として検出し、前記干渉信号の周波数を分周して得られた信号に従って、前記マルチトーン信号をサンプリングして、補正済マルチトーン信号として生成し、
前記補正済マルチトーン信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応する３波以上のトーン信号間の位相差を検出し、
前記トーン信号間の位相差から信号測定部（７０）のダウンコンバータ（７２，７３）の位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する、
ことを含み、被測定信号をダウンコンバートして測定する前記信号測定部の前記ダウンコンバータの位相の周波数特性を校正する位相特性校正方法において、
前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタリングを行うことを特徴とする位相特性校正方法。

【請求項16】

所定の繰返し周波数のパルス光を光分岐器（３）で分岐し、
周波数の異なる３波以上の中間周波信号を合波し、基準信号で変調したマルチトーン中間周波信号を生成し、所定の周波数の局発信号を用い前記マルチトーン中間周波信号を信号発生部（８０）のアップコンバータ（８４）でアップコンバートして校正用信号を生成し、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方を用いて前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御し、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方を用いて電気光学効果により前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力し、
前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力される可変遅延器により、前記校正用信号のサンプリングに用いられる該パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、
前記基準信号と同一周波数の正弦波で前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するマルチトーン信号を検出し、
前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光を入力し、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを干渉させ、干渉光として出力し、前記干渉光の強度を干渉信号として検出し、前記干渉信号の周波数を分周して得られた信号に従って、前記マルチトーン信号をサンプリングして、補正済マルチトーン信号として生成し、
前記補正済マルチトーン信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応する３波以上のトーン信号間の位相差を検出し、
前記トーン信号間の位相差から前記信号発生部の前記アップコンバータの位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する、
ことを含み、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力する前記信号発生部の前記アップコンバータの位相の周波数特性を校正する位相特性校正方法において、
前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタリングを行うことを特徴とする位相特性校正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位相特性校正装置および位相特性校正方法に関するものであり、特に、ミリ波帯信号測定器やミリ波帯信号発生器の位相特性を校正する装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

無線通信の伝送速度を向上させるために、従来よりもキャリア周波数が高いミリ波帯やサブミリ波帯やテラヘルツ波帯において広帯域の変調信号を使用する通信方式が検討されている。以下、ミリ波帯やサブミリ波帯やテラヘルツ波帯を総称してミリ波帯と記す。

【0003】

一般に、周波数が高く広帯域になると、ミリ波帯信号発生器やミリ波帯信号測定器の周波数変換部（アップコンバータまたはダウンコンバータ）の位相の周波数特性が無視できなくなるため、周波数変換部の位相特性を校正することが重要となる。また、周波数利用効率の高い多値直交振幅変調方式では、小さな位相誤差が伝送特性の劣化をもたらすため、正確に位相特性を校正することが求められている。

【0004】

通常、ミリ波帯受信器の性能を試験する試験装置は測定用信号を生成するためのミリ波帯信号発生器を備えており、ミリ波帯送信器の性能を試験する試験装置は被測定信号を測定するためのミリ波帯信号測定器を備えている。これらミリ波帯信号発生器とミリ波帯信号測定器とを接続して両者の周波数特性を一括して校正することは容易である。しかし、試験対象であるミリ波帯受信器を正確に評価するためには、ミリ波帯信号発生器のみの位相の周波数特性を校正し、位相誤差の少ない正確なミリ波帯変調信号（測定用信号）を発生してミリ波帯受信器に入力することが必要である。また、試験対象であるミリ波帯送信器を正確に評価するためには、ミリ波帯信号測定器のみの位相の周波数特性を校正し、ミリ波帯送信器から出力されるミリ波帯変調信号（被測定信号）を正確に測定することが必要である。

【0005】

ミリ波帯信号測定器やミリ波帯信号発生器の位相特性を校正するために、ミリ波帯の校正用信号を生成し、その位相の周波数特性を測定する手法として電気光学サンプリング法が挙げられる。

【0006】

図１は、校正用信号としての電気パルスの時間波形を測定する際に用いられる電気光学サンプリング法を説明するための概念図である。短パルス光源（不図示）から送出されたパルス光が分岐され、分岐された一方のパルス光がフォトダイオードなどのＤＵＴ（Device Under Test）２０１に入力され、他方のパルス光がサンプリングパルス光として光可変遅延器２０４を経て電気光学結晶などの電界検出器２０２に入力される。ＤＵＴ２０１は、入力されたパルス光に応じてミリ波帯の電気パルスを出力し、この電気パルスが電界検出器２０２に入力される。電界検出器２０２は、電気光学効果に基づいてサンプリングパルス光に従って電気パルスの電界強度を検出する。そして、光可変遅延器２０４によりサンプリングパルス光の遅延量（遅延時間）を変化させることにより、ミリ波帯の電気パルスをサンプリングする時刻をずらしながら、電気パルスの電界強度を検出していく。このようにして、ミリ波帯の電気パルスの時間波形を測定することができる。

【0007】

図２（ａ）は、図１の信号のタイミングチャートである。図２（ａ）の上から１段目の図は、短パルス光源（不図示）から出力されたサンプリングパルス光を示し、これは繰返し周波数ｆ（周期：１／ｆ）のパルス光である。図２（ａ）２段目の図は、ＤＵＴ２０１から出力された被測定信号である電気パルスを示し、これは繰返し周波数ｆの電気パルスである。図２（ａ）３段目の図は、光可変遅延器２０４から出力される信号を示し、これはサンプリングパルス光からΔｔだけ遅延したサンプリングパルス光である。図２（ａ）４段目の図に示すように、電界検出器２０２により検出される電界は、電気パルスにおいて遅延サンプリングパルス光に対応する時刻（すなわち、サンプリングパルス光からΔｔ遅延した時刻）での電界である。

【0008】

図２（ｂ）は、光可変遅延器２０４により遅延時間ΔｔをΔｔ１，Δｔ２，...，Δｔｎと変えていくごとに電気パルスの電界を測定することにより、電気パルスの波形を測定する様子を示す図である。

【0009】

従来の位相特性校正装置では、ミリ波帯信号測定器やミリ波帯信号発生器の位相特性を校正するために、電気光学サンプリング法を用いたミリ波帯信号の時間波形測定により、校正用信号としてのミリ波帯トーン信号の位相を測定している（例えば、特許文献１参照）。

【0010】

＜第１の構成例＞
図２７は、従来の位相特性校正装置の第１の構成例を示す。従来の位相特性校正装置１０００Ａは、被測定信号を周波数変換（ダウンコンバート）して測定するミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータ（周波数変換部７２、中間周波信号変換部７３）の位相特性を校正するものである。このために、位相特性校正装置１０００Ａは、短パルス光源２と、光分岐器３と、光可変遅延器４と、校正用信号生成部２０と、同期処理部５と、電気光学サンプリング部３０と、ロックイン検出部４０と、３トーン位相差測定部５０と、位相補正値算出部５５とを備えている。以下、図２７に示す各構成要素について説明する。

【0011】

短パルス光源２は、所定の繰返し周波数で短パルス光Ｐ_１を出力する。短パルス光源２から出力された短パルス光Ｐ_１は、光分岐器３で２つの短パルス光Ｐ_２、Ｐ_３に分岐され、それぞれ光可変遅延器４と同期処理部５とに入力される。光可変遅延器４は、ミラー４ａの位置を機械的に移動させることにより光の遅延時間を連続的に変えるものである。

【0012】

校正用信号生成部２０は、３トーン中間周波信号発生部１０と、基準信号変調部１７と、周波数変換部２１および局発信号発生部２２とを備えている。３トーン中間周波信号発生部１０は、中間周波信号発生器１１ａ～１１ｃと、加算器１５とを備えており、中間周波信号発生器１１ａ～１１ｃにて、互いに異なる周波数の正弦波を所定の位相差で発生し、加算器１５で３つの正弦波を加算して３トーン中間周波信号Ｓ_１０として出力する。

【0013】

基準信号変調部１７は、基準同期信号発生器１６と、基準信号発生器１８と、変調器１９とを備えている。スイッチＳＷ１１とＳＷ１２が図２７下側に設定されている場合、基準信号発生器１８は、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１６に従って、３トーンの各正弦波のいずれよりも周波数の低い基準信号Ｓ_１８を発生する。変調器１９は、３トーン中間周波信号Ｓ_１０を基準信号Ｓ_１８で変調し、変調された３トーン中間周波信号Ｓ_１９を周波数変換部２１へ出力する。スイッチＳＷ１１とＳＷ１２が図２７上側に設定されている場合は、変調器１９はバイパスされ、３トーン中間周波信号Ｓ_１０は周波数変換部２１に送られる。

【0014】

周波数変換部２１は、局発信号発生部２２からのＣＷ（Continuous Wave）の局発信号Ｓ_２２で３トーン中間周波信号Ｓ_１９またはＳ_１０をミリ波帯の周波数に周波数変換（アップコンバート）し、校正用信号Ｓ_２０として出力する。

【0015】

同期処理部５は、３トーン中間周波信号Ｓ_１０と局発信号Ｓ_２２とを短パルス光源２の繰返し周波数に同期させることにより、短パルス光源２の繰返し周波数に同期したミリ波帯の校正用信号Ｓ_２０が得られるようにする。具体的には、同期処理部５は、局発信号発生部２２から出力される局発信号Ｓ_２２の周波数および中間周波信号発生器１１ａ～１１ｃから出力される正弦波の各周波数が短パルス光源２の繰返し周波数の整数倍になるように、局発信号発生部２２および中間周波信号発生器１１ａ～１１ｃを制御する。これにより、校正用信号Ｓ_２０の繰返し周波数が、短パルス光源２の繰返し周波数の整数倍となる。

【0016】

スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２を図２７下側に、ＳＷ１、ＳＷ２を同図上側に設定すると、電気光学サンプリング部３０を用いて校正用信号Ｓ_２０の位相差が測定される。

【0017】

電気光学サンプリング部３０は、電気光学結晶３１と、偏波分離部３２と、受光器３３とを備えている。校正用信号Ｓ_２０の電界が電気光学結晶３１に印加されると共に、光可変遅延器４からの短パルス光Ｐ_４が偏波分離部３２を介して電気光学結晶３１に入力され、電気光学結晶３１の先端で反射した短パルス光が偏波分離部３２を介して受光器３３に入力される。電気光学結晶３１に電界が印加されると電気光学効果によって電気光学結晶３１からの反射光の偏波が変化し、偏波分離部３２と受光器３３によって反射光の偏波変化を検出するようになっている。受光器３３から出力される電気信号Ｓ_３０は、電気光学結晶３１に印加される電界に比例すると共に、短パルス光Ｐ_４の光パワーにも比例する。電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０は、ロックイン検出部４０に入力される。

【0018】

ロックイン検出部４０は、基準信号発生器４１と、移相器４２と、変調器４４と、低域通過フィルタ４５とを備えている。基準信号発生器４１は、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１７に従って、基準同期信号Ｓ_１７と同じ周波数の正弦波である基準信号Ｓ_４１を発生する。移相器４２は、変調器４４において電気光学サンプリング部３０でサンプリングされた校正用信号中の基準信号Ｓ_１８の位相と基準信号Ｓ_４１の位相とが一致するように、基準信号Ｓ_４１の位相を調整し、基準信号Ｓ_４２として出力する。変調器４４は、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４２で変調し、低域通過フィルタ４５で低周波成分を抽出する。

【0019】

３トーン位相差測定部５０は、位相検出部５１ａ～５１ｃと、位相差算出部５２とを備えている。位相検出部５１ａは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０における３トーンのうちの第１トーンの位相を検出する。同様に、位相検出部５１ｂおよび位相検出部５１ｃは、それぞれ第２トーンおよび第３トーンの位相を検出する。位相差算出部５２は、３トーンの各位相の２階微分を算出し、電気光学サンプリング部３０を用いた位相差測定結果Ｓ_５０として出力する。具体的には、上記処理を校正用信号Ｓ_２０の３トーンの周波数を変えて繰返し、所定の周波数範囲にわたって位相の２階微分値を測定する。位相の２階微分を２階積分することにより、位相の周波数特性を得ることができる。電気光学サンプリング部３０による位相差測定結果Ｓ_５０が位相差算出部５２から出力される。

【0020】

スイッチＳＷ１１、ＳＷ１２を図２７上側に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を同図下側に、スイッチＳＷ３、ＳＷ４を同図上側に設定すると、ミリ波帯信号測定部７０を用いて校正用信号Ｓ_２０の位相差が測定される。

【0021】

ミリ波帯信号測定部７０は、局発信号発生部７１と、周波数変換部７２と、中間周波信号変換部７３と、位相補正部７４とを備えている。周波数変換部７２は、局発信号発生部７１からのＣＷの局発信号Ｓ_７１を用いて、ミリ波帯の校正用信号Ｓ_２０を中間周波信号に周波数変換（ダウンコンバート）する。局発信号Ｓ_７１は必ずしも短パルス光Ｐ_１に同期させる必要は無いが、第１の構成例では、局発信号Ｓ_７１の周波数が短パルス光源２の繰返し周波数の整数倍になるように、同期処理部５から局発信号発生部７１を制御するようになっている。中間周波信号変換部７３は、第２中間周波信号に変換する周波数変換器等が含まれていてもよい。

【0022】

ミリ波帯信号測定部７０の中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０は、スイッチＳＷ４およびスイッチＳＷ２を介して３トーン位相差測定部５０に入力され、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０の位相差測定と同様に、位相検出部５１ａ～５１ｃにおいて３トーンの各位相が検出され、位相差算出部５２において３トーンの各位相の２階微分が算出され、校正用信号Ｓ_２０の３トーンの周波数を変えて繰返し、位相の２階微分を２階積分することにより位相の周波数特性を得ることができ、ミリ波帯信号測定部７０による位相差測定結果Ｓ_５０'が出力される。

【0023】

校正方法は次のとおりである。
まず、スイッチＳＷ１１とＳＷ１２を図２７下側に、スイッチＳＷ１とＳＷ２を同図上側に設定する。校正用信号Ｓ_２０を電気光学サンプリング部３０に入力して測定された校正用信号Ｓ_２０の位相差測定結果Ｓ_５０から、校正用信号Ｓ_２０の周波数特性が求まる。次いで、スイッチＳＷ１１とＳＷ１２を同図上側に、スイッチＳＷ１とＳＷ２を同図下側に、スイッチＳＷ３とＳＷ４を同図上側に設定する。校正用信号Ｓ_２０をミリ波帯信号測定部７０に入力して周波数変換された出力信号Ｓ_７０の位相差測定結果Ｓ_５０'からミリ波帯信号測定部７０の出力信号Ｓ_７０の周波数特性が求まる。そして、校正用信号Ｓ_２０の周波数特性と、ミリ波帯信号測定部７０からの出力信号Ｓ_７０の周波数特性とからミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータ（周波数変換部７２、７３）の周波数特性が求められる。位相補正値算出部５５は、所定の周波数範囲にわたってダウンコンバータの周波数特性を算出し、ミリ波帯信号測定部７０の位相補正部７４に出力する。

【0024】

ミリ波帯信号送信部６０から送信される被測定信号Ｓ_６０を測定するときは、スイッチＳＷ３とＳＷ４を図２７下側に設定する。ミリ波帯信号送信部６０は、中間周波信号発生部６１で生成された中間周波信号を、局発信号発生部６２と周波数変換部６３とによりアップコンバートして被測定信号Ｓ_６０として出力する。被測定信号Ｓ_６０は、スイッチＳＷ３を介してミリ波帯信号測定部７０に入力され、周波数変換部７２および中間周波信号変換部７３でダウンコンバートされ出力信号Ｓ_７０'が位相補正部７４に入力される。位相補正部７４では、ミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータの周波数特性で除算する（位相のみを補正する場合はミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の位相特性を減算する）ことにより、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性が補正された測定結果を得ることができる。

【0025】

＜第２の構成例＞
図２８は、従来の位相特性校正装置の第２の構成例を示す。従来の位相特性校正装置１０００Ｂは、校正用信号として４トーン信号を用いてミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータ（周波数変換部７２、中間周波信号変換部７３）の位相特性を校正するものである。このために、位相特性校正装置１０００Ｂは、短パルス光源２と、光分岐器３と、光可変遅延器４と、校正用信号生成部２０Ｂと、同期処理部５と、電気光学サンプリング部３０と、マルチトーン信号分離部４０Ｂと、マルチトーン位相差測定部５０Ｂと、位相補正値算出部５５とを備えている。第２の構成例に係る位相特性校正装置１０００Ｂは、校正用信号生成部２０Ｂ、マルチトーン信号分離部４０Ｂ、およびマルチトーン位相差測定部５０Ｂの構成が第１の構成例と異なっており、その他の構成は第１の構成例と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0026】

校正用信号生成部２０Ｂは、マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂと、マルチトーン中間周波信号発生部２５と、周波数変換部２１および局発信号発生部２２とを備えている。マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂは、中間周波信号発生器１１ａ～１１ｄと、基準信号発生器１２ａ、１２ｂと、９０度移相器１４ａ、１４ｂと、変調器１３ａ～１３ｄと、加算器１５と、基準同期信号発生器１６とを備えている。

【0027】

中間周波信号発生器１１ａ～１１ｄは、互いに周波数が異なり所定の位相差をもった繰返し信号（例えば正弦波）である４トーンの中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４を発生する。基準同期信号発生器１６は、基準同期信号Ｓ_１６，Ｓ_１７を生成する。基準信号発生器１２ａ、１２ｂは、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１６に同期し互いに周波数の異なる基準信号Ｓ_５，Ｓ_７を出力する。９０度移相器１４ａ、１４ｂは、基準信号Ｓ_５，Ｓ_７と周波数が等しく位相が９０度異なる直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８を生成する。変調器１３ａ～１３ｄは、中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４を基準信号Ｓ_５，Ｓ_７または直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８でそれぞれ変調し、加算器１５で合波してマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０を出力するようになっている。基準信号Ｓ_５，Ｓ_７および直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８は全ての組み合わせにおいて互いに直交している。

【0028】

マルチトーン中間周波信号発生部２５は、中間周波信号発生器２６ａ～２６ｄと、加算器２７とを備えている。中間周波信号発生器２６ａ～２６ｄは、互いに周波数が異なる繰返し信号（例えば正弦波）である４トーンの中間周波信号Ｓ_１１～Ｓ_１４を発生する。加算器２７は、中間周波信号Ｓ_１１～Ｓ_１４を合波してマルチトーン中間周波信号Ｓ_１５を出力するようになっている。

【0029】

スイッチＳＷ１０とＳＷ１が図２８上側に設定されている場合、周波数変換部２１は、局発信号発生部２２からの局発信号Ｓ_２２を用いてマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０をミリ波帯にアップコンバートして校正用信号Ｓ_２０として出力する。校正用信号Ｓ_２０は、スイッチＳＷ１を介して電気光学サンプリング部３０に送られる。また、スイッチＳＷ１０とＳＷ１が同図下側に、スイッチＳＷ３が同図上側に設定されている場合、周波数変換部２１は、局発信号発生部２２からの局発信号Ｓ_２２を用いて、マルチトーン中間周波信号発生部２５からのマルチトーン中間周波信号Ｓ_１５をミリ波帯にアップコンバートして第２の校正用信号Ｓ_２１として出力する。第２の校正用信号Ｓ_２１は、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ３を介してミリ波帯信号測定部７０に送られる。

【0030】

マルチトーン信号分離部４０Ｂは、基準信号発生器４１ａ～４１ｂと、移相器４２ａ～４２ｂと、９０度移相器４３ａ～４３ｂと、変調器４４ａ～４４ｄと、低域通過フィルタ４５ａ～４５ｄと、を備えている。基準信号発生器４１ａは、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１７に従って、基準信号Ｓ_５と同じ周波数の正弦波である基準信号Ｓ_４０を発生する。移相器４２ａは、変調器４４ａにおいて電気光学サンプリング部３０でサンプリングされた校正用信号Ｓ_２０中の基準信号Ｓ_５の位相と基準信号Ｓ_４０の位相とが一致するように、基準信号Ｓ_４０の位相を調整し、基準信号Ｓ_４２として出力する。

【0031】

変調器４４ａは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４２で変調し、低域通過フィルタ４５ａで低周波成分を抽出する。また、移相器４２ａの出力は９０度移相器４３ａを介して変調器４４ｂに入力され、変調器４４ｂは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４２と９０度位相の異なる基準信号Ｓ_４３で変調し、低域通過フィルタ４５ｂで低周波成分を抽出する。

【0032】

基準信号発生器４１ｂは、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１７に従って、基準信号Ｓ_７と同じ周波数の正弦波である基準信号Ｓ_４１を発生する。移相器４２ｂは、変調器４４ｃにおいて電気光学サンプリング部３０でサンプリングされた校正用信号Ｓ_２０中の基準信号Ｓ_７の位相と基準信号Ｓ_４１の位相とが一致するように、基準信号Ｓ_４１の位相を調整し、基準信号Ｓ_４４として出力する。

【0033】

変調器４４ｃは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４４で変調し、低域通過フィルタ４５ｃで低周波成分を抽出する。また、移相器４２ｂの出力は、９０度移相器４３ｂを介して変調器４４ｄに入力され、変調器４４ｄは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４４と９０度位相の異なる基準信号Ｓ_４５で変調し、低域通過フィルタ４５ｄで低周波成分を抽出する。基準信号Ｓ_４２～Ｓ_４５は全ての組み合わせにおいて互いに直交している。上記構成により電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０の４トーンが分離される。低域通過フィルタ４５ａ～４５ｄを通過した４トーン信号はスイッチＳＷ２１～２４を介してマルチトーン位相差測定部５０Ｂに送られる。

【0034】

マルチトーン位相差測定部５０Ｂは、位相検出部５１ａ～５１ｄと、位相差算出部５２とを備えている。位相検出部５１ａは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０における４トーンのうちの第１トーンの位相を検出する。同様に、位相検出部５１ｃ，５１ｂ，５１ｄは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０における第２，第３，第４トーンの位相を検出するようになっている。位相差算出部５２は、４トーンの各位相の２階微分を算出し、校正用信号Ｓ_２０の４トーンの周波数を変えて位相の２階微分値の測定を繰返し、位相の２階微分を２階積分することにより位相の周波数特性を取得し、位相差測定結果Ｓ_５０として出力する。

【0035】

ミリ波帯信号測定部７０からの出力信号Ｓ_７０の位相差を測定する場合は、スイッチＳＷ１０、ＳＷ１、ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３、ＳＷ２４を図２８下側に、スイッチＳＷ３、ＳＷ４を同図上側に設定する。校正用信号生成部２０Ｂにおいてマルチトーン中間周波信号発生部２５により生成されたマルチトーン中間周波信号Ｓ_１５が、スイッチＳＷ１０を介して周波数変換部２１に送られアップコンバートされて第２の校正用信号Ｓ_２１が生成される。第２の校正用信号Ｓ_２１は、ミリ波帯信号測定部７０に入力され、ミリ波帯信号測定部７０の中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０が、スイッチＳＷ４、ＳＷ２１～２４を介してマルチトーン位相差測定部５０の位相検出部５１ａ～５１ｄに入力され、４トーンの各位相が検出される。そして、位相差算出部５２が、４トーンの各位相の２階微分を算出し、第２の校正用信号Ｓ_２１の４トーンの周波数を変えて位相の２階微分値の測定を繰返し、位相の２階微分を２階積分することにより位相の周波数特性が得られ、ミリ波帯信号測定部７０による位相差測定結果Ｓ_５０'として出力する。

【0036】

校正方法は次のとおりである。
まず、スイッチＳＷ１０とＳＷ１とＳＷ２１～２４を図２８上側に設定する。校正用信号Ｓ_２０を電気光学サンプリング部３０に入力して測定された校正用信号Ｓ_２０の位相差測定結果Ｓ_５０から、校正用信号Ｓ_２０の周波数特性が求まる。次いで、スイッチＳＷ１０とＳＷ１とＳＷ２１～２４を同図下側に、スイッチＳＷ３とＳＷ４を同図上側に設定する。第２の校正用信号Ｓ_２１をミリ波帯信号測定部７０に入力して周波数変換された出力信号Ｓ_７０の位相差測定結果Ｓ_５０'から出力信号Ｓ_７０の周波数特性が求まる。そして、校正用信号Ｓ_２０の周波数特性と、ミリ波帯信号測定部７０の出力信号Ｓ_７０の周波数特性とからミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータ（周波数変換部７２、７３）の周波数特性が求められる。位相補正値算出部５５は、所定の周波数範囲にわたってダウンコンバータの周波数特性を算出し、ミリ波帯信号測定部７０の位相補正部７４に出力する。

【0037】

ミリ波帯信号送信部６０から送信される被測定信号Ｓ_６０を測定するときは、スイッチＳＷ３とＳＷ４を図２８下側に設定する。ミリ波帯信号送信部６０は、中間周波信号発生部６１で生成された中間周波信号を、局発信号発生部６２と周波数変換部６３とによりアップコンバートして被測定信号Ｓ_６０として出力する。被測定信号Ｓ_６０は、スイッチＳＷ３を介してミリ波帯信号測定部７０に入力され、周波数変換部７２および中間周波信号変換部７３でダウンコンバートされ出力信号Ｓ_７０'が位相補正部７４に入力される。位相補正部７４では、ミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータの周波数特性で除算する（位相のみを補正する場合はミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の位相特性を減算する）ことにより、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性が補正された測定結果を得ることができる。

【0038】

＜第３の構成例＞
図２９は、従来の位相特性校正装置の第３の構成例を示す。従来の位相特性校正装置１０００Ｃは、校正用信号として３トーン信号を用いてミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータ（周波数変換部８４）の位相特性を校正するものである。このために、位相特性校正装置１０００Ｃは、短パルス光源２と、光分岐器３と、光可変遅延器４と、３トーン中間周波信号発生部１０と、基準信号変調部１７と、同期処理部５と、電気光学サンプリング部３０と、ロックイン検出部４０と、３トーン位相差測定部５０と、位相補正値算出部５５とを備えている。第３の構成例に係る位相特性校正装置１０００Ｃは、第１の構成例（図２７）の校正用信号生成部２０が３トーン中間周波信号生成部１０と基準信号変調部１７のみ有する構成になっている点、ミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータの位相特性を校正する点で、ミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータの位相特性を校正する第１の構成例（図２７）と異なっており、その他の構成は第１の構成例と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0039】

ミリ波帯信号発生部８０は、中間周波信号発生部８１と、位相補正部８２と、局発信号発生部８３と、周波数変換部８４とを備えている。中間周波信号発生部８１は、中間周波信号Ｓ_８１を発生し位相補正部８２に送る。位相補正部８２は、中間周波信号Ｓ_８１に対して後述する位相補正を行い、位相補正された中間周波信号を出力する。スイッチＳＷ６およびＳＷ７を同図下側に設定すると、周波数変換部８４は、局発信号発生部８３で生成された局発信号Ｓ_８３に従い、位相補正された中間周波信号をアップコンバートしてミリ波帯の測定用信号Ｓ_８０'を生成する。測定用信号Ｓ_８０'は、スイッチＳＷ７を介してミリ波帯信号受信部９０に送られる。

【0040】

ミリ波帯信号受信部９０は、局発信号発生部９１と、周波数変換部９２と、中間周波信号変換部９３とを備えている。ミリ波帯信号受信部９０に入力されたミリ波帯の測定用信号Ｓ_８０'は、周波数変換部９２にて局発信号発生部９１からの局発信号Ｓ_９１でダウンコンバートされ、中間周波信号変換部９３にて例えば周波数変換等の処理が行われ、中間周波信号Ｓ_９０として出力される。

【0041】

校正方法は次のとおりである。
まず、スイッチＳＷ６とＳＷ７を同図上側に設定する。３トーン中間周波信号Ｓ_１０を基準信号Ｓ_１８で変調し、変調された３トーン中間周波信号Ｓ_１９をミリ波帯信号発生部８０の周波数変換部８４に入力して周波数変換されたミリ波帯信号Ｓ_８０の位相差測定結果Ｓ_５０からミリ波帯信号Ｓ_８０の周波数特性が求まる。これがミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータ（周波数変換部８４）の周波数特性となる。位相補正値算出部５５は、所定の周波数範囲にわたってアップコンバータの周波数特性を算出し、ミリ波帯信号発生部８０の位相補正部８２に出力する。

【0042】

ミリ波帯信号発生部８０から送信される測定用信号Ｓ_８０'をミリ波帯信号受信部９０により受信するときは、スイッチＳＷ６とＳＷ７を図２９下側に設定する。ミリ波帯信号発生部８０では、中間周波信号発生部８１から出力された中間周波信号Ｓ_８１が位相補正部８２に入力され、位相補正が行われる。位相補正部８２にて位相補正された中間周波信号は、周波数変換部８４にて局発信号発生部８３からの局発信号Ｓ_８３でアップコンバートされ、ミリ波帯の測定用信号Ｓ_８０'として出力される。ミリ波帯信号受信部９０は、測定用信号Ｓ_８０'を受信し、周波数変換部９２にて局発信号発生部９１からの局発信号Ｓ_９１でダウンコンバートし、中間周波信号変換部９３にて周波数変換等を行なって中間周波信号Ｓ_９０として出力する。このようにして、周波数変換部８４の周波数特性が補正された測定用信号Ｓ_８０'を測定対象であるミリ波帯信号受信部９０で受信した結果を得ることができる。

【0043】

＜第４の構成例＞
図３０は、従来の位相特性校正装置の第４の構成例を示す。従来の位相特性校正装置１０００Ｄは、校正用信号として４トーン信号を用いてミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータ（周波数変換部８４）の位相特性を校正するものである。このために、位相特性校正装置１０００Ｄは、短パルス光源２と、光分岐器３と、光可変遅延器４と、マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂと、同期処理部５と、電気光学サンプリング部３０と、マルチトーン信号分離部４０Ｂと、マルチトーン位相差測定部５０Ｂと、位相補正値算出部５５とを備えている。第４の構成例に係る位相特性校正装置１０００Ｄは、第２の構成例（図２８）の校正用信号生成部２０Ｂがマルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂのみを有する構成になっている点、ミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータの位相特性を校正する点で、ミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータの位相特性を校正する第２の構成例と異なっており、その他の構成は第２の構成例と同一である。また、ミリ波帯信号発生部８０およびミリ波帯信号受信部９０は、第３の構成例（図２９）に示すものと同一である。同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0044】

第４の構成例では、スイッチＳＷ６およびＳＷ７を同図上側に設定すると、マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂから出力されるマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０が、ミリ波帯信号発生部８０の周波数変換部８４にてアップコンバートされ、ミリ波帯信号Ｓ_８０として出力されている。ミリ波帯信号Ｓ_８０は、電気光学サンプリング部３０に入力され、マルチトーン信号分離部４０Ｂを経てマルチトーン位相差測定部５０Ｂで位相差が算出される。

【0045】

校正方法は次のとおりである。
まず、スイッチＳＷ６とＳＷ７を図３０上側に設定する。ミリ波帯信号Ｓ_８０を電気光学サンプリング部３０に入力して測定されたミリ波帯信号Ｓ_８０の位相差測定結果Ｓ_５０から、ミリ波帯信号発生部８０の周波数変換部８４の周波数特性が求まる。位相補正値算出部５５は、所定の周波数範囲にわたって周波数変換部８４の周波数特性を算出し、ミリ波帯信号発生部８０の位相補正部８２に出力する。

【0046】

ミリ波帯信号発生部８０から送信される測定用信号Ｓ_８０'をミリ波帯信号受信部９０により受信するときは、スイッチＳＷ６とＳＷ７を図３０下側に設定する。ミリ波帯信号発生部８０の中間周波信号発生部８１から出力される任意の中間周波信号Ｓ_８１を位相補正部８２に入力して位相補正を行い、局発信号発生部８３と周波数変換部８４とでアップコンバートしてミリ波帯の測定用信号Ｓ_８０'を生成し、ミリ波帯信号受信部９０に入力することにより、周波数変換部８４の周波数特性が補正された測定用信号Ｓ_８０'を測定対象であるミリ波帯信号受信部９０で受信した結果を得ることができる。
いずれの構成例においても、図２７～図３０では光可変遅延器４は光分岐器３と電気光学サンプリング部３０の間に配置されているが、電気光学サンプリング部に入力される短パルス光と校正用信号／ミリ波帯信号との相対的な時間差を変更できればよいため、光可変遅延器４を光分岐器３と同期処理部５の間に配置することも可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0047】

【特許文献1】特開２０２０－１９３８４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0048】

従来技術では、電気光学サンプリング法を用い、光可変遅延器を一定の掃引速度で掃引することにより、ミリ波トーン信号（校正用信号）の時間波形を一定時間間隔で電気光学サンプリングするようになっている。しかしながら、実際の光可変遅延器の掃引では、例えば機械的な「がたつき」のように掃引速度の予測できないランダムな変動が生じることがある。光可変遅延器の掃引速度が一定でないと、電気光学サンプリングの時間間隔が一定でなくなるため、電気光学サンプリングされたトーン信号の位相がゆらぎ、ＳＮ比が低下するため、位相特性校正の精度が悪化するという問題があった。

【0049】

この問題に関しては、ＣＷレーザーの出力が光可変遅延器を通過する光路と、通過しない光路とを用いて干渉計を構成し、干渉計により生成された干渉光により得られた干渉信号を基に遅延量を補正する方法が本発明者により発案されている（特願２０２３－０３９７９１）。具体的には、ＣＷレーザーの出力が光可変遅延器を通過する光路と、通過しない光路とを用いて干渉計を構成しておき、光可変遅延器をほぼ一定の速度で掃引し、干渉計の出力を受光器に入力すると、干渉信号としてほぼ一定周期の正弦波が得られる。この干渉信号波形のピークは、光路長差がＣＷ光波長の整数倍になるときに観測される。干渉信号を適切な分周器で分周し、Ａ／Ｄ変換器のクロック信号として、ミリ波トーン信号（校正用信号）を電気光学サンプリングした信号をＡ／Ｄ変換する。ＣＷ光と短パルス光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いて分離してもよいし、波長フィルタを用いて分離してもよい。

【0050】

＜第５の構成例＞
より具体的には、図３１のような構成となる。
位相特性校正装置１０００Ｅは、被測定信号を周波数変換（ダウンコンバート）して測定するミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータ（周波数変換部７２、中間周波信号変換部７３）の位相の周波数特性を補正するものである。このために、位相特性校正装置１０００Ｅは、短パルス光源２と、光分岐器３と、光可変遅延器４と、校正用信号生成部２０と、同期処理部５と、電気光学サンプリング部３０と、ロックイン検出部４０と、マルチトーン位相差測定部５０と、位相補正値算出部５５と、光可変遅延器４による遅延量を補正するための遅延量補正部１００とを備えている。
短パルス光源２と、光分岐器３と、光可変遅延器４と、校正用信号生成部２０と、同期処理部５と、電気光学サンプリング部３０と、ロックイン検出部４０と、マルチトーン位相差測定部５０と、位相補正値算出部５５と、は従来技術である図２７と同じ構成であり、同一の符合を付して説明を省略する。
次に、遅延量補正部１００について説明する。

【0051】

遅延量補正部１００は、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性等に由来する、電気光学サンプリングにより得られたマルチトーン信号の位相ゆらぎを補正するものであり、図３１に示すように、ＣＷ光源１０１と、干渉計１１０と、受光器１０６と、分周器１０７と、マルチトーン信号サンプリング部１２０とを備えている。

【0052】

ＣＷ光源１０１は、例えば半導体レーザーであり、所定の波長のＣＷ光を発生するようになっている。

【0053】

干渉計１１０は、光可変遅延器４が含まれる第１の光路と光可変遅延器４が含まれない第２の光路とにＣＷ光が入力され、第１の光路から出力されるＣＷ光と第２の光路から出力されるＣＷ光とを干渉させ、干渉光として出力するようになっている。

【0054】

具体的には、干渉計１１０は、光分波器１０２と、例えばハーフミラーなどの光合波器１０３と、例えばハーフミラーなどの光分波器１０４と、光合波器１０５と、を備えている。光分波器１０２は、第１の光路と第２の光路との分岐部に設けられ、ＣＷ光源１０１より出力されたＣＷ光を第１のＣＷ光と第２のＣＷ光に分波するようになっている。光合波器１０３は、第１の光路に設けられ、第１のＣＷ光と、短パルス光源２から光分岐器３を介して送られた短パルス光とが入力され、第１のＣＷ光と短パルス光を合波して第１の光路に出力するようになっている。光分波器１０４は、第１の光路に光可変遅延器４を挟んで光合波器１０３とは反対側に設けられ、第１の光路において光可変遅延器４を通った第１のＣＷ光と短パルス光を電気光学サンプリング部３０および光合波器１０５へ出力するようになっている。光合波器１０５は、第１の光路と第２の光路の合流部に設けられ、光分波器１０４により出力された第１のＣＷ光および短パルス光と、光分波器１０２により分波された第２のＣＷ光とを合波し干渉光を生成するようになっている。つまり、光可変遅延器４を通った第１のＣＷ光と光分波器１０２側から送られてきた第２のＣＷ光とが干渉する。

【0055】

受光器１０６は、例えば低速のフォトダイオードを備え、光合波器１０５により生成された干渉光の強度を検出し、干渉信号として出力するようになっている。干渉信号は、第１の光路と第２の光路との光路長差（遅延時間）がＣＷ光の波長（周期）の整数倍に等しい時にピークとなる正弦波状の繰返し信号である。

【0056】

分周器１０７は、受光器１０６から出力される干渉信号の周波数を分周するようになっている。分周器１０７の分周比をＮ（Ｎは整数）とすると、第１の光路と第２の光路との光路長差（遅延時間）がＣＷ光の波長（周期）のＮ倍毎に立ち上がる矩形波が分周器１０７から出力される。

【0057】

マルチトーン信号サンプリング部１２０は、ロックイン検出部４０から出力されるマルチトーン信号を分周器１０７の出力に従ってサンプリングして、補正済マルチトーン信号として出力するようになっている。具体的には、マルチトーン信号サンプリング部１２０は、ロックイン検出部４０により検出されたマルチトーン信号にＡ／Ｄ変換を施すＡ／Ｄ変換器１１１を備え、分周器１０７の出力信号が、Ａ／Ｄ変換器１１１のＡ／Ｄ変換クロック信号として用いられる。例えばＡ／Ｄ変換器１１１は、分周器１０７の出力信号の立ち上がり時にマルチトーン信号をＡ／Ｄ変換する。

【0058】

この構成により、電気光学サンプリングにより得られたマルチトーン信号が、光可変遅延器４の掃引速度によらず遅延量に対して一定の間隔でサンプリングされる。ある程度波長が安定なＣＷレーザー等をＣＷ光源１０１として用いれば、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性に由来する、電気光学サンプリングで得られたマルチトーン信号の位相ゆらぎを補正することができる。

【0059】

＜第６の構成例＞
図３２は従来技術の別の構成である。
校正用信号生成部２０Ｂ、マルチトーン信号分離部４０Ｂ、およびマルチトーン位相差測定部５０Ｂは図２８中の同一に付された符合と同じであり、説明を省略する。短パルス光源２と、光分岐器３と、光可変遅延器４と、同期処理部５と、電気光学サンプリング部３０と、位相補正値算出部５５と、遅延量補正部１００と、は図３１中の同一に付された符合と同じであり、説明を省略する。マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｂは、マルチトーン信号分離部４０Ｂから出力される各トーン信号を分周器１０７の出力に従ってそれぞれサンプリングして、４つの補正済トーン信号として出力するようになっている。

【0060】

この構成により、電気光学サンプリングにより得られた各トーン信号が、光可変遅延器４の掃引速度によらず遅延量に対して一定の間隔でサンプリングされる。ある程度波長が安定なＣＷレーザー等をＣＷ光源１０１として用いれば、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性に由来する、電気光学サンプリングで得られた各トーン信号の位相ゆらぎを補正することができる。
さらに、ロックイン検出の機能とマルチトーン信号を分離する機能を併せ持ち、図２８と同様の効果が得られる。

【0061】

＜第７の構成例＞
図３３はミリ波帯信号発生部８０の位相特性を校正する、従来技術の別の構成である。
３トーン中間周波信号発生部１０、基準信号変調部１７、ロックイン検出部４０、マルチトーン信号サンプリング部１２０、短パルス光源２、光分岐器３、光可変遅延器４、同期処理部５、電気光学サンプリング部３０、３トーン位相差測定部５０、位相補正値算出部５５、遅延量補正部１００は図３１中の同一に付された符合と同じであり、説明を省略する。ミリ波帯信号発生部８０およびミリ波信号受信部９０は図２９と同じであり、ミリ波帯信号発生部８０の位相特性校正方法も同様である。

【0062】

この構成により、電気光学サンプリングにより得られたマルチトーン信号が、光可変遅延器４の掃引速度によらず遅延量に対して一定の間隔でサンプリングされる。ある程度波長が安定なＣＷレーザー等をＣＷ光源１０１として用いれば、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性に由来する、電気光学サンプリングで得られたマルチトーン信号の位相ゆらぎを補正することができる。

【0063】

＜第８の構成例＞
図３４はミリ波帯信号発生部８０の位相特性を校正する、従来技術の別の構成である。
マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂ、マルチトーン信号分離部４０Ｂ、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｂ、およびマルチトーン位相差測定部５０Ｂ、短パルス光源２、光分岐器３、光可変遅延器４、同期処理部５、電気光学サンプリング部３０、位相補正値算出部５５、遅延量補正部１００は図３２中の同一に付された符合と同じであり、説明を省略する。ミリ波帯信号発生部８０およびミリ波信号受信部９０は図３０と同じであり、ミリ波帯信号発生部８０の位相特性校正方法も同様である。

【0064】

この構成により、電気光学サンプリングにより得られた各トーン信号が、光可変遅延器４の掃引速度によらず遅延量に対して一定の間隔でサンプリングされる。ある程度波長が安定なＣＷレーザー等をＣＷ光源１０１として用いれば、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性に由来する、電気光学サンプリングで得られた各トーン信号の位相ゆらぎを補正することができる。
さらに、ロックイン検出の機能とマルチトーン信号を分離する機能を併せ持ち、図３０と同様の効果が得られる。

【0065】

図２７～図３０に示す構成では、電気光学サンプリング法は、光可変遅延器４を一定の掃引速度でスキャンすることにより、ミリ波トーン信号（校正用信号）の時間波形を電気光学サンプリングする。しかし、実際の光可変遅延器は掃引速度が一定ではなく、電気光学サンプリングされたトーン信号の位相はゆらいでしまい、ＳＮ比は低下してしまう。そこで、図３１～図３４に示すように、ＣＷ光源１０１の出力が光可変遅延器４を通過する光路と、通過しない光路とを用いて干渉計１１０を構成する発明が提案された（特願２０２３－０３９７９１）。

【0066】

しかしながら、図３１～図３４に示す従来の構成（第５～第８の構成例）では、ＣＷレーザーを用いることによる光学系の複雑さ、ＣＷ光と短パルス光を分離するためには偏光ビームスプリッタまたは波長フィルタが必要となり、光学部品の選定における費用対効果などの観点から改善すべき課題があった。

【0067】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、干渉計にＣＷ光源が不要で費用対効果の高い位相特性校正装置および位相特性校正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】

【0068】

本発明に係る位相特性校正装置は、上記目的達成のため、所定の繰返し周波数のパルス光を発生するパルス光源（２）と、前記パルス光を分岐する光分岐器（３）と、周波数の異なる３波以上の中間周波信号を合波し、基準信号で変調したマルチトーン中間周波信号を出力するマルチトーン中間周波信号発生部（１０，１７）を備え、所定の周波数の局発信号と周波数変換部（２１）とにより前記マルチトーン中間周波信号をアップコンバートして校正用信号を生成する校正用信号生成部（２０）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方が入力され、前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御する同期処理部（５）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方が入力され、該パルス光に従って前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力する電気光学サンプリング部（３０）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力され、前記電気光学サンプリング部に入力される前記パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変える可変遅延器（４）と、前記相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記基準信号と同一周波数の正弦波で前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するマルチトーン信号を検出するロックイン検出部（４０）と、前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光が入力され、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを合波して干渉させ、干渉光として出力する干渉計（１１０）と、前記干渉光の強度を検出する受光器（１０６）と、前記受光器から出力される干渉信号の周波数を分周する分周器（１０７）と、前記ロックイン検出部から出力される前記マルチトーン信号を前記分周器の出力に従ってサンプリングして、補正済マルチトーン信号として出力するマルチトーン信号サンプリング部（１２０；１２０Ａ）と、前記補正済マルチトーン信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応する３波以上のトーン信号間の位相差を検出するマルチトーン位相差測定部（５０）と、前記トーン信号間の位相差から信号測定部（７０）のダウンコンバータ（７２，７３）の位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する位相補正値算出部（５５）と、を備え、被測定信号をダウンコンバートして測定する前記信号測定部の前記ダウンコンバータの位相の周波数特性を校正する位相特性校正装置（１；１Ａ）において、前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記干渉計は、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタ（１０８）が含まれることを特徴とする。

【0069】

上述のように、本発明に係る位相特性校正装置は、受光器に入力される光が干渉するように、第１の光路から出力されたパルス光および第２の光路から出力されたパルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大するために、光バンドパスフィルタ（以下、光ＢＰＦとも記す）が設けられている。パルス光の中のモードを光ＢＰＦにより制限した干渉光を受光器に入力することによって、干渉信号を得ることができる。第１の光路のパルス光と第２の光路のパルス光が干渉するように光バンドパスフィルタを設けてパルス幅を広げることは、周波数軸上ではパルス光のモードの一部のみを透過することである。パルス光を構成するモードのひとつはＣＷ光に相当する。これにより、干渉計にＣＷ光源が不要となり、図３１に示す従来技術（第５の構成例）と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。
パルス光はその繰り返し周波数を間隔とする多数の線スペクトルの集合である。本明細書においてモードとはその線スペクトル一本のことをさす。

【0070】

また、図３１に示す第５の構成例と同様に可変遅延器の掃引速度の不安定性に由来するマルチトーン信号の位相ゆらぎを補正することができる。マルチトーン信号サンプリング部により得られた補正済マルチトーン信号の位相のゆらぎが低減するため、ＳＮ比を向上させることにより、位相特性校正の精度を改善することが可能となる。

【0071】

本発明に係る位相特性校正装置は、所定の繰返し周波数のパルス光を発生するパルス光源（２）と、前記パルス光を分岐する光分岐器（３）と、周波数の異なる３波以上の中間周波信号を、前記中間周波信号と同一個数の互いに直交した基準信号でそれぞれ変調し合波したマルチトーン中間周波信号を出力するマルチトーン中間周波信号発生部（１０Ｂ）を備え、所定の周波数の局発信号と周波数変換部（２１）とにより前記マルチトーン中間周波信号をアップコンバートして校正用信号を生成する校正用信号生成部（２０Ｂ）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方が入力され、前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御する同期処理部（５）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方が入力され、該パルス光に従って前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力する電気光学サンプリング部（３０）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力され、前記電気光学サンプリング部に入力される前記パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変える可変遅延器（４）と、前記相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記各基準信号と同一周波数の互いに直交した正弦波でそれぞれ前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するトーン信号を分離するマルチトーン信号分離部（４０Ｂ）と、前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光が入力され、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを合波して干渉させ、干渉光として出力する干渉計（１１０）と、前記干渉光の強度を検出する受光器（１０６）と、前記受光器から出力される干渉信号の周波数を分周する分周器（１０７）と、前記マルチトーン信号分離部から出力される前記各トーン信号を前記分周器の出力に従ってそれぞれサンプリングして、補正済トーン信号として出力するマルチトーン信号サンプリング部（１２０Ｂ；１２０Ｃ）と、前記補正済トーン信号間の位相差を検出するマルチトーン位相差測定部（５０Ｂ）と、前記補正済トーン信号間の位相差から信号測定部（７０）のダウンコンバータ（７２，７３）の位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する位相補正値算出部（５５）と、を備え、被測定信号をダウンコンバートして測定する前記信号測定部の前記ダウンコンバータの位相の周波数特性を校正する位相特性校正装置（１Ｂ；１Ｃ）において、前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記干渉計は、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタ（１０８）が含まれることを特徴とする。

【0072】

上述のように、本発明に係る位相特性校正装置は、受光器に入力される光が干渉するように、第１の光路から出力されたパルス光および第２の光路から出力されたパルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大するために、光ＢＰＦが設けられている。パルス光の中のモードを光ＢＰＦにより制限した干渉光を受光器に入力することによって、干渉信号を得ることができる。第１の光路のパルス光と第２の光路のパルス光が干渉するように光バンドパスフィルタを設けてパルス幅を広げることは、周波数軸上ではパルス光のモードの一部のみを透過することである。パルス光を構成するモードのひとつはＣＷ光に相当する。これにより、干渉計にＣＷ光源が不要となり、図３２に示す従来技術（第６の構成例）と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。

【0073】

また、図３２と同様に、マルチトーン信号分離部から出力される各トーン信号が、干渉信号を分周する分周器の出力に従ってサンプリングされるようになっているので、電気光学サンプリングにより得られた各トーン信号が、可変遅延器の掃引速度によらず遅延量自体に対して一定の間隔でサンプリングされる。マルチトーン信号サンプリング部により得られた補正済マルチトーン信号の位相のゆらぎが低減するため、ＳＮ比を向上させることにより、位相特性校正の精度を改善することが可能となる。

【0074】

また、図２８と同様に、マルチトーン位相差測定部の前に配置されたマルチトーン信号分離部において各トーン信号が分離されるため、可変遅延器の掃引幅Ｔから決まる周波数分解能Δｆ＝１／Ｔよりも狭い周波数間隔で各トーン信号を配置することも可能となり、可変遅延器を大型化することなく周波数間隔を狭くすることができる。すなわち、可変遅延器の掃引幅によらず高い周波数分解能で位相測定が可能となる。

【0075】

本発明に係る位相特性校正装置は、上記目的達成のため、所定の繰返し周波数のパルス光を発生するパルス光源（２）と、前記パルス光を分岐する光分岐器（３）と、周波数の異なる３波以上の中間周波信号を合波し、基準信号で変調したマルチトーン中間周波信号を出力するマルチトーン中間周波信号発生部（１０，１７）と、を備え、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力する信号発生部（８０）が、所定の周波数の局発信号を用い前記マルチトーン中間周波信号を前記信号発生部のアップコンバータ（８４）でアップコンバートして校正用信号を生成し、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方が入力され、前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御する同期処理部（５）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方が入力され、該パルス光に従って前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力する電気光学サンプリング部（３０）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力され、前記電気光学サンプリング部に入力される前記パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変える可変遅延器（４）と、前記相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記基準信号と同一周波数の正弦波で前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するマルチトーン信号を検出するロックイン検出部（４０）と、前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光が入力され、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを合波して干渉させ、干渉光として出力する干渉計（１１０）と、前記干渉光の強度を検出する受光器（１０６）と、前記受光器から出力される干渉信号の周波数を分周する分周器（１０７）と、前記ロックイン検出部から出力される前記マルチトーン信号を前記分周器の出力に従ってサンプリングして、補正済マルチトーン信号として出力するマルチトーン信号サンプリング部（１２０；１２０Ａ）と、前記補正済マルチトーン信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応する３波以上のトーン信号間の位相差を検出するマルチトーン位相差測定部（５０）と、前記トーン信号間の位相差から前記信号発生部の前記アップコンバータの位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する位相補正値算出部（５５）と、を備える位相特性校正装置（１Ｄ；１Ｆ）において、前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記干渉計は、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタ（１０８）が含まれることを特徴とする。

【0076】

上述のように、本発明に係る位相特性校正装置は、受光器に入力される光が干渉するように、第１の光路から出力されたパルス光および第２の光路から出力されたパルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大するために、光ＢＰＦが設けられている。パルス光の中のモードを光ＢＰＦにより制限した干渉光を受光器に入力することによって、干渉信号を得ることができる。第１の光路のパルス光と第２の光路のパルス光が干渉するように光バンドパスフィルタを設けてパルス幅を広げることは、周波数軸上ではパルス光のモードの一部のみを透過することである。パルス光を構成するモードのひとつはＣＷ光に相当する。これにより、干渉計にＣＷ光源が不要となり、図３３に示す従来技術（第７の構成例）と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。

【0077】

また、図３３と同様に、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力する信号発生部のアップコンバータの位相の周波数特性を補正する際、可変遅延器の掃引速度の不安定性等に起因するマルチトーン信号の位相のゆらぎを低減し、ＳＮ比を向上させることができる。

【0078】

本発明に係る位相特性校正装置は、上記目的達成のため、所定の繰返し周波数のパルス光を発生するパルス光源（２）と、前記パルス光を分岐する光分岐器（３）と、周波数の異なる３波以上の中間周波信号を、前記中間周波信号と同一個数の互いに直交した基準信号でそれぞれ変調し合波したマルチトーン中間周波信号を出力するマルチトーン中間周波信号発生部（１０Ｂ）と、を備え、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力する信号発生部（８０）が、所定の周波数の局発信号を用い前記マルチトーン中間周波信号を前記信号発生部のアップコンバータ（８４）でアップコンバートして校正用信号を生成し、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方が入力され、前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御する同期処理部（５）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方が入力され、該パルス光に従って前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力する電気光学サンプリング部（３０）と、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力され、前記電気光学サンプリング部に入力される前記パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変える可変遅延器（４）と、前記相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記各基準信号と同一周波数の互いに直交した正弦波でそれぞれ前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するトーン信号を分離するマルチトーン信号分離部（４０Ｂ）と、前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光が入力され、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを合波して干渉させ、干渉光として出力する干渉計（１１０）と、前記干渉光の強度を検出する受光器（１０６）と、前記受光器から出力される干渉信号の周波数を分周する分周器（１０７）と、前記マルチトーン信号分離部から出力される前記各トーン信号を前記分周器の出力に従ってそれぞれサンプリングして、補正済トーン信号として出力するマルチトーン信号サンプリング部（１２０Ｂ；１２０Ｃ）と、前記補正済トーン信号間の位相差を検出するマルチトーン位相差測定部（５０Ｂ）と、前記補正済トーン信号間の位相差から前記信号発生部の前記アップコンバータの位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する位相補正値算出部（５５）と、を備える位相特性校正装置（１Ｅ；１Ｇ）において、前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記干渉計は、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタ（１０８）が含まれることを特徴とする。

【0079】

上述のように、本発明に係る位相特性校正装置は、受光器に入力される光が干渉するように、第１の光路から出力されたパルス光および第２の光路から出力されたパルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大するために、光ＢＰＦが設けられている。パルス光の中のモードを光ＢＰＦにより制限した干渉光を受光器に入力することによって、干渉信号を得ることができる。第１の光路のパルス光と第２の光路のパルス光が干渉するように光バンドパスフィルタを設けてパルス幅を広げることは、周波数軸上ではパルス光のモードの一部のみを透過することである。パルス光を構成するモードのひとつはＣＷ光に相当する。これにより、干渉計にＣＷ光源が不要となり、図３４に示す従来技術（第８の構成例）と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。

【0080】

また、図３４と同様に、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力する信号発生部のアップコンバータの位相の周波数特性を補正する際、可変遅延器の掃引速度の不安定性等に起因する各トーン信号の位相のゆらぎを低減し、ＳＮ比を向上させることにより、位相特性校正の精度を改善することができる。

【0081】

また、図３０と同様に、マルチトーン位相差測定部の前に配置されたマルチトーン信号分離部において各トーン信号が分離されるため、可変遅延器の掃引幅Ｔから決まる周波数分解能Δｆ＝１／Ｔよりも狭い周波数間隔で各トーン信号を配置することも可能となり、可変遅延器を大型化することなく周波数間隔を狭くすることができる。すなわち、可変遅延器の掃引幅によらず高い周波数分解能で位相測定が可能となる。

【0082】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記光バンドパスフィルタは、前記第１の光路および前記第２の光路の少なくとも一方、または前記第１の光路から出力される前記パルス光と前記第２の光路から出力される前記パルス光とを合波する合波部と前記受光器との間に設けられた構成であってもよい。

【0083】

上述のように、本発明に係る位相特性校正装置は、第１の光路および第２の光路の少なくとも一方に光ＢＰＦが設けられている。これにより第１の光路から出力されるパルス光および第２の光路から出力されるパルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する。または合波部と受光器の間に、光ＢＰＦが設けられている。これにより第１の光路から出力されるパルス光および第２の光路から出力されるパルス光の両方のパルス幅を拡大する。パルス光の中のモードを光ＢＰＦにより制限した干渉光を受光器に入力することによって、干渉信号を得ることができる。これにより、干渉計にＣＷ光源が不要となり、図３１～３４に示す従来技術（第５～８の構成例）と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。

【0084】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記光バンドパスフィルタは、前記パルス光のスペクトル幅を制限し、前記パルス光の複数の線スペクトル成分を通過させる構成であってもよい。

【0085】

上述のように、本発明に係る位相特性校正装置は、第１の光路のパルス光と第２の光路のパルス光を干渉させるために設けられている光ＢＰＦは複数の線スペクトル成分を通過させるため、光ＢＰＦの通過帯域はパルス光の繰り返し周波数と同程度もしくはそれより大きくてもよい。したがって、光ＢＰＦによりパルス光の線スペクトル一本のみを通過させる場合と比べて、光ＢＰＦに要求されるフィネスは高くない。よって、比較的簡単に光ＢＰＦを実現することができる。

【0086】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記光バンドパスフィルタは、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が前記パルス光のスペクトル幅より狭い第１のエタロン（１０８ａ）と、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が前記パルス光のスペクトル幅より狭く、かつ前記第１のエタロンとは自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が異なる第２のエタロン（１０８ｂ）とを含む構成であってもよい。

【0087】

上述のように、ＦＳＲ（すなわち共振器長）が異なる２つのエタロンを組み合わせることにより、２つのＦＳＲの最小公倍数が、組み合わせたエタロン全体（すなわち光ＢＰＦ）のＦＳＲとなるので、エタロン１つのみのＦＳＲより大きくすることができる。各エタロンのＦＳＲはパルス光のスペクトル幅より狭くできるので、各エタロンのフィネスは高くなくてよく、光ＢＰＦを比較的容易に実現できる。ここで前記パルス光のスペクトル幅とは、線スペクトル一本の幅のことではなく、前記パルス光がもつ多数の線スペクトルからなる全体のスペクトルの包絡線の幅である。これにより、干渉計にＣＷ光源が不要となり、従来技術と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。

【0088】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記光バンドパスフィルタは、自由スペクトル領域（ＦＳＲ）が前記パルス光のスペクトル幅より狭いエタロン（１０８ｃ）と、前記エタロンの自由スペクトル領域（ＦＳＲ）の２倍より狭い通過域をもつ波長フィルタ（１０８ｄ）とを含む構成であってもよい。

【0089】

例えば、数１０ＧＨｚ程度の通過帯域幅をもつ波長フィルタは、ブラッグ反射器や回折格子を用いた製品が利用できる。波長フィルタの通過帯域幅と同程度のＦＳＲをもつエタロンを用いればよく、エタロンのフィネスは高くなくてよいので光ＢＰＦを容易に実現できる。これにより、干渉計にＣＷ光源が不要となり、従来技術と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。

【0090】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記干渉計は、前記第１の光路と前記第２の光路との分岐部に設けられ、前記パルス光源より出力された前記パルス光を第１のパルス光と第２のパルス光とに分波し、前記第１のパルス光を前記第１の光路に向けて出力し、前記第２のパルス光を前記第２の光路に向けて出力する第１の光分波器（１０３）と、前記第１の光路に前記可変遅延器を挟んで前記第１の光分波器側とは反対側に設けられ、前記可変遅延器を通った前記第１のパルス光を入力し、入力された前記第１のパルス光を第３のパルス光と第４のパルス光とに分波し、前記第３のパルス光を前記第１の光路に出力する第２の光分波器（１０４）と、前記第１の光路と前記第２の光路との合流部に設けられ、前記第１の光分波器により分波された前記第２のパルス光と、前記第２の光分波器により分波された前記第３のパルス光とを合波して第５のパルス光を生成する光合波器（１０５）と、前記光合波器と前記受光器との間に設けられ、前記第５のパルス光が入力され前記干渉光を生成する前記光バンドパスフィルタとを備え、前記光バンドパスフィルタが、前記第１の光路から出力された前記パルス光および前記第２の光路から出力された前記パルス光の両方のパルス幅を拡大することを特徴とする構成であってもよい。

【0091】

この構成により、本発明に係る位相特性校正装置は、光合波器と受光器の間に、光ＢＰＦが設けられている。これにより第１の光路から出力されるパルス光および第２の光路から出力されるパルス光の両方のパルス幅を拡大する。受光器に入力される光が干渉するように、パルス光のモードを制限するために、光ＢＰＦが設けられるので、干渉計用の光としてＣＷ光源が不要となり、従来技術と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。

【0092】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記干渉計は、前記第１の光路と前記第２の光路との分岐部に設けられ、前記パルス光源より出力された前記パルス光を第１のパルス光と第２のパルス光とに分波し、前記第１のパルス光を前記第１の光路に向けて出力し、前記第２のパルス光を前記第２の光路に向けて出力する第１の光分波器（１０３）と、前記第１の光路と前記第２の光路との合流部に設けられ、前記可変遅延器を通った前記第１のパルス光と、前記第１の光分波器により分波された前記第２のパルス光とを入力し、入力された前記第１のパルス光と前記第２のパルス光とを合波して第３のパルス光と第４のパルス光とを生成する光合分波器（１０５Ａ）と、前記光合分波器と前記受光器との間に設けられ、前記第３のパルス光が入力され前記干渉光を生成する前記光バンドパスフィルタとを備え、前記光バンドパスフィルタが、前記第１の光路から出力された前記パルス光および前記第２の光路から出力された前記パルス光の両方のパルス幅を拡大することを特徴とする構成であってもよい。

【0093】

この構成により、本発明に係る位相特性校正装置は、光合分波器と受光器の間に、光ＢＰＦが設けられている。これにより第１の光路から出力されるパルス光および第２の光路から出力されるパルス光の両方のパルス幅を拡大する。受光器に入力される光が干渉するように、パルス光のモードを制限するために、光ＢＰＦが設けられるので、干渉計用の光としてＣＷ光源が不要となり、従来技術と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。また、図６に示す構成と比べて、図６の光分波器１０４が不要となるので、光学系の構成が簡単になり、コストが低減される。

【0094】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記干渉計は、前記第１の光路と前記第２の光路との分岐部に設けられ、前記パルス光源より出力された前記パルス光を第１のパルス光と第２のパルス光とに分波し、前記第１のパルス光を前記第１の光路に向けて出力し、前記第２のパルス光を前記第２の光路に向けて出力する第１の光分波器（１０３）と、前記第１の光路に前記可変遅延器を挟んで前記第１の光分波器側とは反対側に設けられ、前記可変遅延器を通った前記第１のパルス光を入力し、入力された前記第１のパルス光を第３のパルス光と第４のパルス光とに分波し、前記第３のパルス光を前記第１の光路に出力する第２の光分波器（１０４）と、前記第１の光路に前記第２の光分波器を挟んで前記可変遅延器側とは反対側、または前記第２の光路に設けられた前記光バンドパスフィルタと、前記第１の光路と前記第２の光路との合流部に設けられ、前記第１の光路および前記第２の光路の一方に設けられた前記光バンドパスフィルタより出力された第５のパルス光と、前記第１の光路および前記第２の光路の他方より出力された第６のパルス光とを合波して前記干渉光を生成する光合波器（１０５）と、を備え、前記光バンドパスフィルタが、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光のいずれか一方のパルス幅を拡大することを特徴とする構成であってもよい。

【0095】

この構成により、光ＢＰＦのインパルス応答は時間に対して反転対称ではないので、光路長差ゼロに対して干渉信号は正負対称にならない。したがって、遅延量（光路差）ＬがＬ＝ｃ／２ｆ_ｒｅｐのときでも干渉信号はゼロにならない（ｆ_ｒｅｐはパルス光の繰返し周波数）。これにより、遅延量の長い可変遅延器を補正することができる。

【0096】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記干渉計は、前記第１の光路と前記第２の光路との分岐部に設けられ、前記パルス光源より出力された前記パルス光を第１のパルス光と第２のパルス光とに分波し、前記第１のパルス光を前記第１の光路に向けて出力し、前記第２のパルス光を前記第２の光路に向けて出力する第１の光分波器（１０３）と、前記第１の光路に前記可変遅延器を挟んで前記第１の光分波器側とは反対側に設けられ、前記可変遅延器を通った前記第１のパルス光を入力し、入力された前記第１のパルス光を第３のパルス光と第４のパルス光とに分波し、前記第３のパルス光を前記第１の光路に出力する第２の光分波器（１０４）と、前記第１の光路に前記第２の光分波器を挟んで前記可変遅延器側とは反対側に設けられ、前記第３のパルス光が入力され、第５のパルス光を出力する第１の光バンドパスフィルタ（１０８Ａ）と、前記第２の光路に設けられ、前記第２のパルス光が入力され、第６のパルス光を出力する第２の光バンドパスフィルタ（１０８Ｂ）と、前記第１の光路と前記第２の光路との合流部に設けられ、前記第１の光バンドパスフィルタより出力された前記第５のパルス光と、前記第２の光バンドパスフィルタより出力された前記第６のパルス光とを合波して前記干渉光を生成する光合波器（１０５）と、を備え、前記光バンドパスフィルタが、前記第１の光バンドパスフィルタ（１０８Ａ）と前記第２の光バンドパスフィルタ（１０８Ｂ）とを含み、前記第１の光バンドパスフィルタが、前記第１の光路から出力される前記パルス光のパルス幅を拡大し、前記第２の光バンドパスフィルタが、前記第２の光路から出力される前記パルス光のパルス幅を拡大することを特徴とする構成であってもよい。

【0097】

この構成により、本発明に係る位相特性校正装置は、光ＢＰＦを第１の光ＢＰＦと第２の光ＢＰＦの２つに分割して両方の光路に配置している。これにより第１の光路から出力されるパルス光および第２の光路から出力されるパルス光の両方のパルス幅を拡大する。受光器に入力される光が干渉するように、パルス光のモードを制限するために、光ＢＰＦが設けられるので、干渉計用の光として干渉計にＣＷ光源が不要となり、従来技術と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。一方の光ＢＰＦのみを通過した線スペクトル成分は合波後に干渉せず、二つの光ＢＰＦを通過した線スペクトル成分のみが干渉する。したがって、第１の光ＢＰＦと第２のＢＰＦをＦＳＲの異なるエタロンで構成したり、エタロンと波長フィルタで構成したりすることにより、エタロンのＦＳＲは大きくしなくてよく、すなわちフィネスは高くなくてよい。したがって、光ＢＰＦを比較的容易に実現可能である。

【0098】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記光合波器は、前記第５のパルス光と前記第６のパルス光とを合波し前記干渉光として第１の干渉光と第２の干渉光とを生成する光合分波器（１０５Ｂ）であり、前記受光器は、前記第１の干渉光と前記第２の干渉光とを入力し干渉光の強度を差動検出する差動受光器（１０６Ａ）である構成であってもよい。

【0099】

この構成により、本発明に係る位相特性校正装置は、同相ノイズを除去し、干渉信号強度を大きくして、Ｓ／Ｎを向上させることができる。また、ゼロクロス点を検出することで、振幅変動の影響を受けずに、位相情報を取り出すことができる。

【0100】

本発明に係る位相特性校正装置において、前記光合波器は、前記第５のパルス光と前記第６のパルス光とを合波し前記干渉光として第１の干渉光と第２の干渉光とを生成する光合分波器（１０５Ｂ）であり、前記受光器は、前記第１の干渉光と前記第２の干渉光とを入力し干渉光の強度を差動検出する差動受光器（１０６Ａ）である構成であってもよい。

【0101】

この構成により、本発明に係る位相特性校正装置は、同相ノイズを除去し、干渉信号強度を大きくして、Ｓ／Ｎを向上させることができる。また、ゼロクロス点を検出することで、振幅変動の影響を受けずに、位相情報を取り出すことができる。

【0102】

本発明に係る位相特性校正方法は、所定の繰返し周波数のパルス光を光分岐器（３）で分岐し、周波数の異なる３波以上の中間周波信号を合波し、基準信号で変調したマルチトーン中間周波信号を出力し、所定の周波数の局発信号と周波数変換部（２１）とを用い前記マルチトーン中間周波信号をアップコンバートして校正用信号を生成し、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方を用いて前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が、前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御し、前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方を用いて電気光学効果により前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力し、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力される可変遅延器により、前記校正用信号のサンプリングに用いられる該パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記基準信号と同一周波数の正弦波で前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するマルチトーン信号を検出し、前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光を入力し、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを干渉させ、干渉光として出力し、前記干渉光の強度を干渉信号として検出し、前記干渉信号の周波数を分周して得られた信号に従って、前記マルチトーン信号をサンプリングして、補正済マルチトーン信号として生成し、前記補正済マルチトーン信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応する３波以上のトーン信号間の位相差を検出し、前記トーン信号間の位相差から信号測定部（７０）のダウンコンバータ（７２，７３）の位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する、ことを含み、被測定信号をダウンコンバートして測定する前記信号測定部の前記ダウンコンバータの位相の周波数特性を校正する位相特性校正方法において、前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタリングを行うことを特徴とする。

【0103】

この構成により、本発明に係る位相特性校正方法は、被測定信号をダウンコンバートして測定する信号測定部のダウンコンバータの位相の周波数特性を補正する際、第１の光路から出力されたパルス光と第２の光路から出力されたパルス光が干渉するように、第１の光路から出力されたパルス光および第２の光路から出力されたパルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大するために、光バンドパスフィルタリングを行う。これにより、干渉光の生成においてＣＷ光源が不要となり、図３１、３２に示す従来技術と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。

【0104】

本発明に係る位相特性校正方法は、所定の繰返し周波数のパルス光を光分岐器（３）で分岐し、周波数の異なる３波以上の中間周波信号を合波し、基準信号で変調したマルチトーン中間周波信号を生成し、所定の周波数の局発信号を用い前記マルチトーン中間周波信号を信号発生部（８０）のアップコンバータ（８４）でアップコンバートして校正用信号を生成し、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方を用いて前記校正用信号に含まれるアップコンバートされた前記各中間周波信号の周波数が前記パルス光の繰返し周波数の整数倍になるように、前記３波以上の中間周波信号および前記局発信号の周波数を制御し、前記光分岐器から出力される前記パルス光の他方を用いて電気光学効果により前記校正用信号をサンプリングして電気信号として出力し、前記光分岐器から出力される前記パルス光の一方または他方が入力される可変遅延器により、前記校正用信号のサンプリングに用いられる該パルス光と前記校正用信号との相対的時間差を変えながら前記電気信号を取得し、前記基準信号と同一周波数の正弦波で前記電気信号を変調することにより、前記電気信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応するマルチトーン信号を検出し、前記可変遅延器が含まれる第１の光路と前記可変遅延器が含まれない第２の光路とにＣＷ光を入力し、前記第１の光路から出力される前記ＣＷ光と前記第２の光路から出力される前記ＣＷ光とを干渉させ、干渉光として出力し、前記干渉光の強度を干渉信号として検出し、前記干渉信号の周波数を分周して得られた信号に従って、前記マルチトーン信号をサンプリングして、補正済マルチトーン信号として生成し、前記補正済マルチトーン信号に含まれる前記３波以上の中間周波信号に対応する３波以上のトーン信号間の位相差を検出し、前記トーン信号間の位相差から前記信号発生部の前記アップコンバータの位相の周波数特性を補正する位相補正値を算出する、ことを含み、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力する前記信号発生部の前記アップコンバータの位相の周波数特性を校正する位相特性校正方法において、前記可変遅延器に入力される前記パルス光を前記ＣＷ光の代わりに用い、前記第１の光路から出力された前記パルス光と前記第２の光路から出力された前記パルス光とが干渉するように、前記第１の光路から出力される前記パルス光および前記第２の光路から出力される前記パルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大する光バンドパスフィルタリングを行うことを特徴とする。

【0105】

この構成により、本発明に係る位相特性校正方法は、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力する信号発生部のアップコンバータの位相の周波数特性を補正する際、第１の光路から出力されたパルス光と第２の光路から出力されたパルス光が干渉するように、第１の光路から出力されたパルス光および第２の光路から出力されたパルス光の少なくとも一方のパルス幅を拡大するために、光バンドパスフィルタリングを行う。これにより、干渉光の生成においてＣＷ光源が不要となり、図３３、３４に示す従来技術と比較して光学系の複雑性や費用対効果が改善される。

【発明の効果】

【0106】

本発明によれば、干渉計にＣＷ光源が不要で費用対効果の高い位相特性校正装置および位相特性校正方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0107】

【図1】電気光学サンプリング法を説明するための図である。

【図2】（ａ）は図１の信号のタイミングチャートであり、（ｂ）は遅延時間を変えて電界測定を行い波形情報を取得する様子を示す図である。

【図3】（ａ）は従来の構成例、（ｂ）は本発明の要部の構成例、（ｃ）は（ｂ）の干渉信号を示す図である。

【図4】本発明に係る位相特性校正装置の全体構成例を示す図である。

【図5】本発明の第１の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図6】図５の干渉計の構成図である。

【図7】（ａ）は２つのエタロンの組み合わせにより光ＢＰＦが構成される例を示し、（ｂ）はエタロンと波長フィルタの組み合わせにより光ＢＰＦが構成される例を示す図である。

【図8】複数のエタロンの組み合わせによる波長選択性を示す図である。

【図9】（ａ）は２つのエタロンの組み合わせによる波長選択性を説明する図であり、（ｂ）はエタロンと波長フィルタの組み合わせによる波長選択性を説明する図である。

【図10】短パルス光源としてのパルスレーザーの周波数ドリフトが生じたとき光ＢＰＦを通過するモードの個数と強度の変化を示す図である。

【図11】短パルス光源としてのパルスレーザーの周波数ドリフトによる干渉信号の位相変化を示す図である。

【図12】（ａ－１），（ｂ－１），（ｃ－１）はパルスレーザーの周波数ドリフトによる干渉信号の振幅変化を示す図であり、（ａ－２），（ｂ－２），（ｃ－２）は遅延量と干渉信号の振幅の関係を示す図である。

【図13】通過帯域幅を変えたときの遅延時間と干渉信号の振幅の関係を示す図である。

【図14】干渉計の別の構成図である（変形例１）。

【図15】干渉計の別の構成図である（変形例２）。

【図16】（ａ）は片方の光路にのみ光ＢＰＦを配置した場合のパルスレーザーの周波数ドリフトによる干渉信号の位相変化を示す図であり、（ｂ）は遅延量と干渉信号の振幅の関係を示す図である。

【図17】干渉計の別の構成図である（変形例３）。

【図18】干渉計の別の構成図である（変形例４）。

【図19】干渉計の別の構成図である（変形例５）。

【図20】本発明の第２の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図21】本発明の第３の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図22】本発明の第４の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図23】本発明の第５の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図24】本発明の第６の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図25】本発明の第７の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図26】本発明の第８の実施形態に係る位相特性校正装置の構成図である。

【図27】従来の位相特性校正装置の第１の構成例を示す。

【図28】従来の位相特性校正装置の第２の構成例を示す。

【図29】従来の位相特性校正装置の第３の構成例を示す。

【図30】従来の位相特性校正装置の第４の構成例を示す。

【図31】従来の位相特性校正装置の第５の構成例を示す。

【図32】従来の位相特性校正装置の第６の構成例を示す。

【図33】従来の位相特性校正装置の第７の構成例を示す。

【図34】従来の位相特性校正装置の第８の構成例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0108】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0109】

（基本構成）
図３（ａ）は従来装置の構成例、（ｂ）および（ｃ）は本発明の実施形態に係る位相特性校正装置の要部の構成例を示す図である。図３（ａ）に示すように、光可変遅延器４を光分岐器３と同期処理部５の間に配置した場合の従来装置では、短パルス光源２から出力された短パルス光は、光可変遅延器４を通って同期処理部５の高速フォトダイオード（ＰＤ）５ａに入力される構成である。

【0110】

本発明の実施形態に係る位相特性校正装置は、光可変遅延器４を光分岐器３と同期処理部５の間に配置した場合、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の従来装置の構成に加えて、干渉計１１０と、受光器１０６と、分周器１０７と、Ａ／Ｄ変換器１１１とを備えた構成となっている。干渉計１１０は、分波器１０３と、分波器１０４と、合波器１０５と、光ＢＰＦ１０８とを有し、光可変遅延器４を通る光路と光可変遅延器４を通らない光路とにそれぞれ短パルス光を通して合波する。そして、干渉計１１０の合波器１０５と受光器１０６の間に、短パルス光モードを制限し、干渉光を生成する光ＢＰＦ１０８が設けられる。パルス光から一つのモードを通過させ、ＣＷ光を生成すれば、従来技術におけるＣＷ光を用いた遅延器補正が可能である。一方、本発明はこれに限られるものではなく、パルス光から複数のモードを通過させる場合も含まれる。光ＢＰＦ１０８は干渉計の光路差による遅延よりも長いインパルス応答をもっている。そのため、光ＢＰＦ１０８を通過させたパルス光は干渉する。光ＢＰＦのインパルス応答の長さは、補正する遅延器を含む干渉計の光路長差に相当する時間差より長ければよい。干渉光は、受光器１０６により強度が検出されて干渉信号として出力され、分周器１０７により分周され、Ａ／Ｄ変換器１１１による電気光学サンプリング信号のＡ／Ｄ変換のクロック信号として用いられている。図３（ｃ）は、横軸を光路長差ΔＬ、縦軸を信号強度としたときの干渉信号の波形を示す。干渉信号は、光路長差ΔＬが光ＢＰＦ１０８を通過する短パルス光のモードの中心の波長λの整数倍となるとき、干渉信号の強度が最大となるような、正弦波状の繰返し信号である。

【0111】

図４は、光可変遅延器４を光分岐器３と同期処理部５の間に配置した場合における本発明の実施形態に係る位相特性校正装置の全体構成例を示す図である。図４に示すように、位相特性校正装置は、従来装置と同様の構成として、短パルス光源２と、光可変遅延器４と、同期処理部５（高速ＰＤ５ａ、ＰＬＬ５ｂ含む）と、ミリ波トーン信号発生器を有する校正用信号生成部２０と、電気光学サンプリング部３０（電気光学プローブ３０ａ、偏光検出器３０ｂ含む）と、を備える。本実施形態の位相特性校正装置は、さらに干渉計１１０（光分波器１０３、光分波器１０４、光合波器１０５、光ＢＰＦ１０８含む）と、低速ＰＤなどの受光器１０６と、分周器１０７と、Ａ／Ｄ変換器１１１と、を備え、干渉計１１０の光合波器１０５と受光器１０６の間に光ＢＰＦ１０８が設けられている。

【0112】

短パルス光源２は、所定の繰返し周波数で短パルス光を出力する例えばファイバレーザーである。光分波器１０３を経て光可変遅延器４を通った短パルス光は、光分波器１０４を介して同期処理部５に送られる。同期処理部５では、例えば高速ＰＤ５ａからなる受光器で電気信号に変換され、ＰＬＬ５ｂに送られ、校正用信号生成部２０で生成されるミリ波のマルチトーン信号に対して同期処理が行われる。マルチトーン信号は、電気光学サンプリング部３０に送られ、短パルス光源２から出力され光可変遅延器４を通らずに光分岐器（不図示）で分岐された短パルス光を用いてミリ波マルチトーン信号の電気光学サンプリングが行われる。

【0113】

干渉計１１０は、光可変遅延器４が含まれる第１の光路と可変遅延器４が含まれない第２の光路とに短パルス光が入力され、第１の光路から出力される短パルス光と第２の光路から出力される短パルス光とを合波させ、２つのパルス光が干渉するように光ＢＰＦで２つのパルス光のパルス幅を拡大し、干渉光として出力する。例えばパルスレーザーからなる短パルス光源２から出力された短パルス光が、光分波器１０３にて分波され、一方は光可変遅延器４に送られ、もう一方は光合波器１０５に送られる。光可変遅延器４を通った短パルス光は光分波器１０４を経て光合波器１０５に送られ、光合波器１０５にて光分波器１０３側から送られてきた短パルス光と合波する。合波された光を光ＢＰＦに入力することによりパルス光のパルス幅を広げて干渉光として出力する。これにより、光可変遅延器４を通った短パルス光と光可変遅延器４を通らなかった短パルス光とを干渉させる。干渉光は、光ＢＰＦ１０８により短パルス光の制限されたモードからなる光である。受光器１０６により干渉光の強度が検出されて干渉信号として分周器１０７に送られる。干渉信号は、分周器１０７で分周され、Ａ／Ｄ変換器１１１における電気光学サンプリング信号のＡ／Ｄ変換のクロック信号（トリガー）として用いられる。干渉信号は、光路長差（遅延時間）が光ＢＰＦ１０８を通過する短パルス光のモードの中心波長λ（周期）の整数倍に等しいときピークを有する例えば正弦波状の繰返し信号である。よって、電気光学サンプリングにより得られたマルチトーン信号が、光可変遅延器４の掃引速度によらず遅延量に対して一定の間隔でサンプリングされる。これにより、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性に由来するミリ波マルチトーン信号の位相ゆらぎを補正することができる。

【0114】

（第１の実施形態）
図５は、本発明の第１の実施形態に係る位相特性校正装置１の構成図である。位相特性校正装置１は、被測定信号を周波数変換（ダウンコンバート）して測定するミリ波帯信号測定部７０のダウンコンバータ（周波数変換部７２、中間周波信号変換部７３）の位相の周波数特性を補正するものである。このために、位相特性校正装置１は、短パルス光源２と、光分岐器３と、光可変遅延器４と、校正用信号生成部２０と、同期処理部５と、電気光学サンプリング部３０と、ロックイン検出部４０と、マルチトーン位相差測定部５０と、位相補正値算出部５５と、光可変遅延器４による遅延量を補正するための遅延量補正部１００とを備えている。

【0115】

なお、本実施形態のミリ波帯信号測定部７０、短パルス光源２、および光可変遅延器４は、本発明の信号測定部、パルス光源、可変遅延器にそれぞれ対応し、本実施形態の３トーン中間周波信号発生部１０および基準信号変調部１７は、本発明のマルチトーン中間周波信号発生部に対応する。

【0116】

短パルス光源２は、所定の繰返し周波数で短パルス光Ｐ_１を出力するようになっている。具体的には、例えば、モード同期ファイバレーザーにより、例えば繰返し周波数１００ＭＨｚでパルス幅１００ｆｓ程度の短パルス光Ｐ_１を生成する。短パルス光源２から出力される短パルス光Ｐ_１は光分岐器３で２つの短パルス光Ｐ_２およびＰ_３に分岐され、短パルス光Ｐ_２は光分波器１０３を経て光可変遅延器４に入力され、短パルス光Ｐ_３は同期処理部５に入力される。

【0117】

光可変遅延器４は、ミラー４ａの位置を機械的に移動させることにより光の遅延時間を連続的に変えるものである。光可変遅延器４から出力された短パルス光Ｐ_４は、光分波器１０４を経て電気光学サンプリング部３０に入力される。

【0118】

本実施形態では、光可変遅延器４は、光分岐器３と電気光学サンプリング部３０の間に配置されているが、この配置に限定されない。光可変遅延器４は、電気光学サンプリング部３０に入力される短パルス光Ｐ_４と、校正用信号生成部２０から出力され電気光学サンプリング部３０に入力される校正用信号Ｓ_２０との相対的な時間差を変えることができればよい。よって、光可変遅延器４は、光分岐器３と同期処理部５の間に入れてもよい。

【0119】

校正用信号生成部２０は、スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２を図５下側に設定した場合、所定の周波数のＣＷの局発信号Ｓ_２２を用い、後で説明する変調されたマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９をミリ波帯の周波数にアップコンバートして校正用信号Ｓ_２０を生成するようになっている。このために、校正用信号生成部２０は、３トーン中間周波信号発生部１０と、基準信号変調部１７と、局発信号発生部２２と、周波数変換部２１と、を備えている。

【0120】

３トーン中間周波信号発生部１０の中間周波信号発生器１１ａ～１１ｃは、互いに異なる周波数の正弦波（中間周波信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）を所定の位相差で発生し、加算器１５で３つの正弦波を加算してマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０として出力する。

【0121】

基準信号変調部１７の基準信号発生器１８は、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１６に従って、３トーンの各正弦波のいずれよりも周波数の低い基準信号Ｓ_１８を発生する。変調器１９は、マルチトーン中間周波信号Ｓ_１０を基準信号Ｓ_１８で変調し、変調されたマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９を周波数変換部２１へ出力する。基準同期信号Ｓ_１６は、短パルス光源２の繰返し周波数に同期してもよく、同期していなくてもよい。

【0122】

基準信号変調部１７からの出力信号である変調されたマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９は、局発信号発生部２２と周波数変換部２１とを用いてミリ波帯の周波数にアップコンバートされ校正用信号Ｓ_２０として出力される。スイッチＳＷ１およびＳＷ２を図５上側に設定すると、電気光学サンプリング部３０を用いて校正用信号Ｓ_２０の位相差が測定される。

【0123】

同期処理部５は、マルチトーン中間周波信号Ｓ_１０と局発信号Ｓ_２２とを短パルス光源２の繰返し周波数に同期させることにより、短パルス光源２の繰返し周波数に同期したミリ波帯の校正用信号Ｓ_２０が得られるようにする。具体的には、同期処理部５は、光分岐器３から出力される短パルス光Ｐ_３が入力され、校正用信号Ｓ_２０に含まれるアップコンバートされた中間周波信号の各周波数が短パルス光Ｐ_３の繰返し周波数の整数倍になるように、かつ短パルス光Ｐ_３のパルスタイミングにおけるアップコンバートされた中間周波信号の各位相が一定になるように、中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_３および局発信号Ｓ_２２の周波数を制御するようになっている。

【0124】

具体的には、同期処理部５は、位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を用いて、局発信号発生部２２から出力される局発信号Ｓ_２２の周波数および中間周波信号発生器１１ａ～１１ｃから出力される正弦波の各周波数が短パルス光源２の繰返し周波数の整数倍になるように、かつ短パルス光Ｐ_３のパルスタイミングにおける局発信号Ｓ_２２および中間周波信号発生器１１ａ～１１ｃから出力される正弦波の各位相が一定になるように、局発信号発生部２２および中間周波信号発生器１１ａ～１１ｃ内の電圧制御発振器（ＶＣＯ）を制御するようになっている。これにより、校正用信号Ｓ_２０の繰返し周波数が、短パルス光源２の繰返し周波数の整数倍となる。

【0125】

電気光学サンプリング部３０を用いて校正用信号Ｓ_２０の位相差を測定する場合には、スイッチＳＷ１およびＳＷ２が図５中上側に設定される。

【0126】

電気光学サンプリング部３０は、校正用信号Ｓ_２０の電界が電気光学結晶３１に印加されると共に、光可変遅延器４からの直線偏波の短パルス光Ｐ_４が偏波分離部３２を介して電気光学結晶３１に入力され、電気光学結晶３１の先端で反射した短パルス光が偏波分離部３２を介して受光器３３に入力される構成となっている。電気光学結晶３１に電界が印加されると電気光学効果によって電気光学結晶３１からの反射光の偏波が変化し、偏波分離部３２と受光器３３によって反射光の偏波変化を検出して電気信号Ｓ_３０として出力する。受光器３３から出力される電気信号Ｓ_３０は、電気光学結晶３１に印加される電界に比例すると共に、短パルス光Ｐ_４の光パワーにも比例する。

【0127】

短パルス光Ｐ_１のパルス幅を校正用信号Ｓ_２０の最大周波数の逆数の１／２よりも十分短くすると、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０は、校正用信号Ｓ_２０を短パルス光Ｐ_１の繰返し周期でサンプリングしたものになる。短パルス光源２の繰返し周期は校正用信号Ｓ_２０の繰返し周期の整数倍であるため、校正用信号Ｓ_２０の繰返し波形の特定の点を繰返しサンプリングすることになる。光可変遅延器４の遅延時間を変えることにより、校正用信号Ｓ_２０を短パルス光Ｐ_４でサンプリングする時刻が変わるので、光可変遅延器４の遅延時間を掃引しながら電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を記録すると低速の受光器３３でミリ波帯の校正用信号Ｓ_２０の時間波形が測定できる。

【0128】

一般に、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０は微小なので、ロックイン検出を行なうことが有効である。図５に示す位相特性校正装置１では、校正用信号生成部２０に基準信号変調部１７を設けて基準信号Ｓ_１８による振幅変調を行なうと共に、電気光学サンプリング部３０の後にロックイン検出部４０を設けて基準信号Ｓ_４１によるロックイン検出を行なうようになっている。

【0129】

基準信号変調部１７の基準信号発生器１８は、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１６に従って、３トーンの各正弦波のいずれよりも周波数の低い基準信号Ｓ_１８を発生する。変調器１９は、マルチトーン中間周波信号Ｓ_１０を基準信号Ｓ_１８で変調し、変調されたマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９を周波数変換部２１へ出力する。基準同期信号Ｓ_１６は、短パルス光源２の繰返し周波数に同期してもよく、同期していなくてもよい。

【0130】

基準信号変調部１７からの出力信号Ｓ_１９は、局発信号発生部２２と周波数変換部２１とを用いてミリ波帯の周波数にアップコンバートされ校正用信号Ｓ_２０として出力される。スイッチＳＷ１およびＳＷ２を図５上側に設定すると、電気光学サンプリング部３０を用いて校正用信号Ｓ_２０の位相差が測定される。

【0131】

電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０は、ロックイン検出部４０に入力される。ロックイン検出部４０の基準信号発生器４１は、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１７に従って、基準信号Ｓ_１８と同じ周波数の正弦波である基準信号Ｓ_４１を発生する。移相器４２は、変調器４４において電気光学サンプリング部３０でサンプリングされた校正用信号中の基準信号Ｓ_１８の位相と基準信号Ｓ_４１の位相とが一致するように、基準信号Ｓ_４１の位相を調整し、基準信号Ｓ_４２として出力する。変調器４４は、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４２で変調し、低域通過フィルタ４５で低周波成分を抽出する。

【0132】

一般に、低域通過フィルタ４５の遮断周波数は、基準信号Ｓ_４１の周波数よりも低く、かつ光可変遅延器４の掃引速度によって決まる電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０における３トーン信号のいずれの周波数よりも高く設定する。低域通過フィルタ４５の遮断周波数を低くすると、光可変遅延器４の掃引速度を遅くする必要があり測定に時間を要するが、周波数帯域が狭くなりＳＮ比が改善される。

【0133】

なお、通常は、後段の３トーン位相差測定部５０の位相検出部５１ａ～５１ｃが３トーンの各周波数を検出する周波数選択性を有し、ロックイン検出部４０の低域通過フィルタ４５の帯域よりも位相検出部５１ａ～５１ｃの測定帯域の方が狭いため、後者によって位相測定のＳＮ比が決まる。

【0134】

従って、ロックイン検出部４０の低域通過フィルタ４５は、本実施形態のように３トーン位相差測定部５０の前にＡ／Ｄ変換を行なう場合や位相検出部５１ａ～５１ｃにおける演算量を低減するためにサンプリングレートを下げる場合におけるアンチエイリアスフィルタとして適切な遮断周波数に設定すればよい。

【0135】

ロックイン検出の利点は、基準信号で変調された信号を検出するため、例えば、基準信号Ｓ_１８の周波数を数ＭＨｚに設定することにより電気光学サンプリング部３０の受光器３３の直流ドリフトや１／ｆ雑音の影響を避けることができ、位相検出部５１ａ～５１ｃの測定帯域が同一の場合でも測定感度を改善できることである。

【0136】

ロックイン検出部４０からの出力信号は、後で説明する遅延量補正部１００が備えるマルチトーン信号サンプリング部１２０のＡ／Ｄ変換器１１１に入力され、ディジタル信号に変換されて補正済マルチトーン信号として出力される。Ａ／Ｄ変換器１１１からの出力信号は、３トーン位相差測定部５０に入力される。

【0137】

３トーン位相差測定部５０は、ディジタル信号処理にて各トーンの位相検出を行い、位相差を算出する。具体的には、３トーン位相差測定部５０の位相検出部５１ａは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０における３トーンのうちの第１トーンの位相を検出する。同様に、位相検出部５１ｂおよび位相検出部５１ｃは、それぞれ第２トーンおよび第３トーンの位相を検出する。ここで、中間周波信号発生器１１ａ～１１ｃで発生する各正弦波の位相差を補正するようにしてもよい。

【0138】

一般に、高周波信号の位相測定では絶対位相および位相の周波数傾斜が不定となるため、位相差算出部５２は、３トーンの各位相の２階微分を算出し、電気光学サンプリング部３０を用いた位相差測定結果として出力する。２階微分を算出するためには、少なくとも３トーンの位相が必要となる。以上の処理を校正用信号Ｓ_２０の３トーンの周波数を変えて繰返し、所定の周波数範囲にわたって位相の２階微分値を測定する。位相の２階微分を２階積分することにより、位相の周波数特性を得ることができる。電気光学サンプリング部３０による位相差測定結果Ｓ_５０が位相差算出部５２から出力される。

【0139】

スイッチＳＷ１およびＳＷ２を図５下側に、スイッチＳＷ３およびＳＷ４を同図上側に設定すると、ミリ波帯信号測定部７０を用いて校正用信号Ｓ_２０の位相差が測定される。

【0140】

ミリ波帯信号測定部７０では、ＣＷの局発信号Ｓ_７１を発生する局発信号発生部７１とミキサなどの周波数変換部７２とを用いて、ミリ波帯の校正用信号Ｓ_２０を中間周波信号に周波数変換（ダウンコンバート）する。局発信号Ｓ_７１は必ずしも短パルス光Ｐ_１に同期させる必要は無いが、局発信号Ｓ_７１の周波数が短パルス光源２の繰返し周波数の整数倍になるように、同期処理部５から局発信号発生部７１を制御するようにしてもよい。中間周波信号変換部７３には、第２中間周波信号に変換する周波数変換器やＩ／Ｑ信号に変換する直交周波数変換器等が含まれていてもよい。また、中間周波信号変換部７３には、中間周波信号または第２中間周波信号またはＩ／Ｑ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が含まれ、ディジタル信号を３トーン位相差測定部５０または位相補正部７４に向けて出力する。

【0141】

スイッチＳＷ１およびＳＷ２を図５中下側に、スイッチＳＷ３およびＳＷ４を図５中上側に設定し、ミリ波帯信号測定部７０を用いて校正用信号Ｓ_２０の位相差を測定する際は、必ずしもロックイン検出を行なう必要はない。本実施形態では、スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２を図５中上側に設定して基準信号変調部１７での変調を行わず、かつ、電気光学サンプリング部３０、ロックイン検出部４０およびＡ／Ｄ変換器１１１をバイパスするような経路に設定できるようにしている。

【0142】

ミリ波帯信号測定部７０の中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０は、電気光学サンプリング部３０、ロックイン検出部４０およびＡ／Ｄ変換器１１１をバイパスする経路からスイッチＳＷ２を介して、３トーン位相差測定部５０に入力され、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０の位相差測定と同様に、位相検出部５１ａ～５１ｃにおいて３トーンの各位相が検出され、位相差算出部５２において３トーンの各位相の２階微分が算出され、校正用信号Ｓ_２０の３トーンの周波数を変えて繰返し、位相の２階微分を２階積分することにより位相の周波数特性を得ることができ、ミリ波帯信号測定部７０による位相差測定結果Ｓ_５０'が出力される。

【0143】

［遅延量補正部］
次に、遅延量補正部１００について説明する。

【0144】

遅延量補正部１００は、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性等に由来する、電気光学サンプリングにより得られたマルチトーン信号の位相ゆらぎを補正するものであり、図５および図６に示すように、短パルス光源２と、光ＢＰＦ１０８を含む干渉計１１０と、受光器１０６と、分周器１０７と、マルチトーン信号サンプリング部１２０とを備えている。

【0145】

干渉計１１０は、光可変遅延器４が含まれる第１の光路ＯＰ１と光可変遅延器４が含まれない第２の光路ＯＰ２とに短パルス光が入力され、第１の光路ＯＰ１から出力される短パルス光と第２の光路ＯＰ２から出力される短パルス光とを合波し、光ＢＰＦ１０８に出力する。光ＢＰＦ１０８は、光パルスのパルス幅を拡大し、干渉光を出力するようになっている。

【0146】

具体的には、干渉計１１０は、例えばハーフミラーなどの光分波器１０３と、例えばハーフミラーなどの光分波器１０４と、光合波器１０５と、光ＢＰＦ１０８とを備えている。光分波器１０３は、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２との分岐部に設けられ、短パルス光源２より出力され光分岐器３を通った短パルス光を第１の短パルス光と第２の短パルス光に分波するようになっている。第１の短パルス光は、第１の光路ＯＰ１の光可変遅延器４に送られ、第２の短パルス光は、第２の光路ＯＰ２を通って光合波器１０５に送られる。光分波器１０４は、第１の光路ＯＰ１に光可変遅延器４を挟んで光分波器１０３側とは反対側に設けられ、光可変遅延器４を介して送られた第１の短パルス光が入力され、第３の短パルス光と第４の短パルス光に分波し、第３の短パルス光を第１の光路ＯＰ１に光合波器１０５に向けて出力すると共に、第４の短パルス光を電気光学サンプリング部３０に向けて出力するようになっている。光合波器１０５は、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２の合流部に設けられ、光分波器１０３により分波された第２の短パルス光と、光分波器１０４により分波された第３の短パルス光とを合波し、第５のパルス光を生成する。第５のパルス光を光ＢＰＦに入力し、パルス光のパルス幅を拡大することによって、干渉光を出力する。つまり、光可変遅延器４を通って光分波器１０４により分波された第３の短パルス光と、光可変遅延器４を通らず光分波器１０３から送られた第２の短パルス光とが干渉する。

【0147】

短パルス光のスペクトルは繰り返し周波数を間隔とする多数の線スペクトルからなり、そのうち１本の線スペクトルのみを光ＢＰＦ１０８で抽出するとＣＷ光になり、従来のＣＷ光による干渉計と同様の干渉光が得られる。複数の線スペクトルを光ＢＰＦ１０８で抽出した場合はＣＷ光にならないが、光ＢＰＦにより短パルス光のパルス幅が拡大され、第１の光路と第２の光路の光路長差による伝搬時間差よりもパルス幅が長い場合は干渉し干渉光が得られる。つまり、通常短パルス光を合波器１０５で合波しただけでは第１の光路と第２の光路の光路長差による伝搬時間差よりもパルス幅が短く干渉しないのに対して、適切なスペクトル幅の光ＢＰＦ１０８を設けることにより短パルス光を用いて干渉光が得られるようになる。

【0148】

受光器１０６は、例えば低速のフォトダイオードを備え、光ＢＰＦ１０８を通過した干渉光の強度を検出し、干渉信号として出力するようになっている。干渉信号は、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２との光路長差（遅延時間）が、干渉光の中心波長（周期）の整数倍に等しい時に、ピークとなる正弦波状の繰返し信号である。

【0149】

分周器１０７は、受光器１０６から出力される干渉信号の周波数を分周するようになっている。分周器１０７の分周比をＮ（Ｎは整数）とすると、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２との光路長差（遅延時間）が干渉光の中心波長（周期）のＮ倍毎に立ち上がる矩形波が分周器１０７から出力される。

【0150】

マルチトーン信号サンプリング部１２０は、ロックイン検出部４０から出力されるマルチトーン信号を分周器１０７の出力に従ってサンプリングして、補正済マルチトーン信号として出力するようになっている。具体的には、マルチトーン信号サンプリング部１２０は、ロックイン検出部４０により検出されたマルチトーン信号にＡ／Ｄ変換を施すＡ／Ｄ変換器１１１を備え、分周器１０７の出力信号が、Ａ／Ｄ変換器１１１のＡ／Ｄ変換クロック信号として用いられる。例えばＡ／Ｄ変換器１１１は、分周器１０７の出力信号の立ち上がり時にマルチトーン信号をＡ／Ｄ変換する。

【0151】

この構成により、電気光学サンプリングにより得られたマルチトーン信号が、光可変遅延器４の掃引速度によらず遅延量に対して一定の間隔でサンプリングされる。干渉光の中心周波数は、ミリ波マルチトーン信号の周波数より３桁程度高いので、ある程度通過帯域の中心周波数が安定な光ＢＰＦを光ＢＰＦ１０８として用いれば、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性に由来する、電気光学サンプリングで得られたマルチトーン信号の位相ゆらぎを補正することができる。

【0152】

［分周比・オーバーサンプル比］
干渉信号の周波数は、干渉光の中心周波数に光可変遅延器４の掃引速度を乗じた周波数となり、電気光学サンプリングで得られたマルチトーン信号の周波数は、ミリ波信号の周波数に光可変遅延器４の掃引速度を乗じた周波数となる。干渉光の中心周波数は、ミリ波信号の周波数よりも３桁程度高いので、干渉信号の周波数は電気光学サンプリングで得られたマルチトーン信号の周波数よりも３桁程度高くなり、干渉信号をそのままＡ／Ｄ変換クロックに使用すると、必要以上にサンプリング周波数が高くなり、高速なＡ／Ｄ変換器や大容量のメモリが必要となる。そこで、分周器１０７の分周比を適切に設定し、分周器１０７の出力をＡ／Ｄ変換クロックとすれば、必要十分なサンプリング周波数が得られる。

【0153】

分周器１０７の分周比をＮ、干渉光の中心周波数をｆ_opt、ミリ波信号の周波数をｆ_ｒｆ、オーバーサンプル比をｒとすると、分周比Ｎは次式で示される。
Ｎ＝ｆ_opt／２ｒｆ_ｒｆ （１）
ここで、ｆ_ｒｆはミリ波トーン信号の最も高いトーン周波数を用いる。ｒ＝１の場合、サンプリング定理を満たす最小のサンプリング周波数となる。通常はｒ＝２やｒ＝４のようなオーバーサンプリングを用いるのが望ましい。オーバーサンプリングによって、ロックイン検出部４０の低域通過フィルタ４５（アンチエイリアスフィルタを兼ねる）の遮断特性要求が緩和される。

【0154】

例えば、干渉光の中心波長を１５５０ｎｍ、ミリ波信号の周波数を３００ＧＨｚ、オーバーサンプル比を２とすると、分周比は１６１となり、干渉信号をそのままＡ／Ｄ変換クロックとして用いる場合に比べて１／１６１のサンプリング周波数のＡ／Ｄ変換器でよい。

【0155】

［光ＢＰＦ］
次に、光ＢＰＦ１０８について説明する。
図３１～図３４に示す従来の位相特性校正装置（第５～第８の構成例）では、ＣＷ光源１０１を用いて干渉信号を生成していた。本実施形態では、電気光学サンプリングに用いる短パルス光（短パルスレーザー光）に光ＢＰＦ１０８を適用することによって、ＣＷ光源１０１を省略している。

【0156】

位相特性校正装置１の周波数分解能は短パルス光の繰返し周波数ｆ_ｒｅｐ以上になるので、繰返し周波数ｆ_ｒｅｐは低くするのが望ましい（例えば１００ＭＨｚ）。エタロン（Ｆａｂｒｙ－Ｐeｒｏｔ干渉計を光ＢＰＦとして用いたもの）を使用すれば、原理的には短パルス光から一本のモードを取り出すことが可能である。モードとは、短パルス光の周波数スペクトルの一本のことを指す。短パルス光は多数のＣＷ光の集合であると考えれば、一本のモードはＣＷ光と同等である。したがって、短パルス光から１つのモードを取り出すことができれば、ＣＷ光源１０１を省略することが可能である。

【0157】

短パルス光のｎ番目モードの周波数ｆ（ｎ）は、次式で与えられる。
ｆ（ｎ）＝ｎｆ_ｒｅｐ＋ｆ_ｃｅｏ （２）
ここで、ｆ_ｒｅｐは短パルス光の繰返し周波数、ｆ_ｃｅｏは、キャリアエンベロープオフセット周波数である。

【0158】

［課題］
光ＢＰＦ１０８により短パルス光のモードを１つ取り出す構成において検討すべき課題として、次の３点が挙げられる。
（１）通過帯域の狭い光ＢＰＦの実現が困難：
１つのモードを抜き出すには光ＢＰＦ１０８の通過帯域幅ＢＷ（ＢＰＦ）をＢＷ（ＢＰＦ）＜＜ｆ_ｒｅｐとしなければならない。しかし、ｆ_ｒｅｐは位相特性校正の分解能の限界を定めるため、高い周波数にできない。さらに、光ＢＰＦ１０８の通過域周波数を短パルス光の一つのモードに同調し、通過域周波数の安定化（温度制御等）が必要となる。仮に、後述のように光ＢＰＦとしてエタロンと波長フィルタを併用し、現実的な波長フィルタの通過帯域幅程度のＦＳＲをもつエタロンを用いるとすると、ＢＷ（ＢＰＦ）＝１０ＭＨｚ（＜＜ｆ_ｒｅｐ＝１００ＭＨｚ）、ＦＳＲ＝１５０ＧＨｚとなるエタロンが必要となり、フィネスは１５０００で、反射率９９．９８％のミラーが必要となる。このようなミラーは存在するが、高価で取り扱いが難しい。
（２）光ＢＰＦの中心周波数の安定化が困難：
光ＢＰＦ１０８の中心周波数は通過帯域幅に比べて十分に安定している必要がある。１ＭＨｚ以下のゆらぎとすると、１０^－８の周波数安定化が必要となる（ＦＳＲ＝１５０ＧＨｚ，波長１．５μｍ）。
（３）短パルス光源の周波数安定化が必要：
短パルス光の周波数ドリフトを抑えるため、短パルス光源２は、各モードの周波数を安定化する系が複雑になるが、光ＢＰＦ１０８と同程度の安定度が必要となる。ｆ_ｒｅｐの周波数安定化のみでは不十分であり、ｆ_ｃｅｏの安定化も必要である。なお、ここでの周波数ドリフトとは、各モードの波長ドリフトに対応する周波数ドリフトのことをいう（ｆ_ｒｅｐの周波数ドリフトではない）。

【0159】

［考察］
上記３つの課題について次の条件の下で考察する。
短パルス光の繰返し周波数ｆ_ｒｅｐが、短パルス光の周波数ｆおよびミリ波周波数に比べて非常に小さいと仮定する。光ＢＰＦ１０８の通過帯域幅ＢＷ（ＢＰＦ）はｆ_ｒｅｐと同程度とする。例えば、ｆ＝２００ＴＨｚ（波長１．５μｍ）、ｆ_ｒｅｐ＝１００ＭＨｚとする。

【0160】

この条件では、場合によっては２つのモードが光ＢＰＦ１０８を通過することもある。周波数ｆとｆ＋ｆ_ｒｅｐのモードが光ＢＰＦ１０８を通過するとき、干渉信号は、
ｃｏｓ（２πｆΔＬ／ｃ）＋ｃｏｓ｛２π（ｆ＋ｆ_ｒｅｐ）ΔＬ／ｃ｝
に比例する。ここで、ΔＬは光路長差、ｃは光速である。上記以外にｆ_ｒｅｐに等しい周波数をもつビートも観測されるが、低域通過フィルタにより遮断できる。上記式を書きかえると
２ｃｏｓ｛２π（ｆ＋ｆ_ｒｅｐ／２）ΔＬ／ｃ｝×ｃｏｓ｛２π（ｆ_ｒｅｐ／２）ΔＬ／ｃ｝
となる。

【0161】

第１項は、干渉項であり、一つのモードを取り出した場合と比べｆ_ｒｅｐ／２だけ中心周波数が違うが、ミリ波の位相換算によると影響は非常に小さい。例えば、１ｎｓの遅延量を補正するとき、ｆとｆ＋ｆ_ｒｅｐ／２では３００ＧＨｚ位相換算で約０．０３度の誤差となる。第２項は、うなり成分であり、ｆ_ｒｅｐが小さいのでΔＬが変わっても非常にゆっくりとした変化になる。本例だと、繰返し波長３ｍとなる。この繰返し波長の半分より十分小さい光路差であれば、問題なく干渉項が観測できる。この条件では、光ＢＰＦの通過帯域はｆ_ｒｅｐと同程度であるため、短パルス光のモードの周波数がドリフトしても、通過光には１つ以上のモードが存在する。したがって、上記条件下では、光ＢＰＦ１０８を安定化すれば、短パルス光はフリーランでも使用可能である。

【0162】

［光ＢＰＦの実現性］
次に、狭帯域の光ＢＰＦの実現性について述べる。
繰返し周波数ｆ_ｒｅｐ（例えば１００ＭＨｚ）と同程度の通過帯域幅をもつ光ＢＰＦが必要である。これをエタロン＋温度安定化で実現する場合を考える。例えば、フーリエ限界パルス幅９０ｆｓの周波数スペクトル幅は５ＴＨｚ程度（パルス形状はガウシアンを仮定）である。これは、波長換算すると、１．５５μｍ中心で幅４０ｎｍほどである。しかし、ＦＳＲ＝５ＴＨｚ、通過帯域幅数１００ＭＨｚのエタロンは、高いフィネスを要求されるため、実現するのは困難である。

【0163】

そこで、本実施形態では、光ＢＰＦとして次の二通りの構成を用いる。
（ｉ）ＦＳＲの違う複数のエタロンを組み合わせる
（ｉｉ）エタロンと、エタロンのＦＳＲと同程度の通過帯域幅をもつ波長フィルタとを組み合わせる

【0164】

図７（ａ）は、（ｉ）の構成例を示し、光ＢＰＦ１０８が第１のエタロン１０８ａと第２のエタロン１０８ｂとで構成されている。図７（ｂ）は、（ｉｉ）の構成例を示し、光ＢＰＦ１０８がエタロン１０８ｃと波長フィルタ１０８ｄとで構成されている。

【0165】

エタロンの通過周波数（共鳴周波数）ｆは、ｆ＝ｍｃ／２ｌであり、ＦＳＲ（共鳴周波数の間隔）は、ＦＳＲ＝ｃ／２ｌである。ここで、ｌは共振器長、ｃは光速、ｍは自然数である。

【0166】

［（ｉ）複数エタロンの組み合わせ］
異なるＦＳＲ（異なる共振器長ｌ）のエタロンを組み合わせて、波長選択性を向上させる。
図９（ａ）は、２つのエタロンの組み合わせにより光ＢＰＦを構成する場合の説明図である。図９（ａ）に示すように、エタロン１のＦＳＲ１とエタロン２のＦＳＲ２とが異なる場合には、ＦＳＲ１とＦＳＲ２の最小公倍数が、光ＢＰＦのＦＳＲとなる。これにより、短パルス光がもつ周波数帯域より小さいＦＳＲをもつエタロンを複数個組み合わせることにより、実効的なＦＳＲを短パルス光がもつ周波数帯域よりも大きくすることができ、短パルス光の少数のモードのみを取り出すことが可能となる。

【0167】

図８は、複数のエタロンの組み合わせにより構成された光ＢＰＦについて、入力光の周波数と振幅透過率の関係を示す図である。図８（ａ）は、共振器長１ｍｍのエタロンと共振器長１．０６ｍｍのエタロンとの組み合わせにより構成される光ＢＰＦの周波数特性を示し（通過帯域幅ＢＷ＝４００ＭＨｚ）、ＦＳＲが１５０ＧＨｚ程度の２つのエタロンを用いることにより、短パルス光の帯域である±５ＴＨｚ内で少数のモードを選択することができる。２つのＦＳＲの最小公倍数が、光ＢＰＦのＦＳＲとなる。図８（ｂ）は、共振器長１０ｍｍのエタロンと共振器長１０．６ｍｍのエタロンとの組み合わせにより構成される光ＢＰＦの周波数特性を示す（通過帯域幅ＢＷ＝２００ＭＨｚ）。これらのエタロンのＦＳＲは１５ＧＨｚ程度である。図８（ｂ）に示すように、フィネス（線幅）によっては、ＦＳＲ周期の通過帯域以外にも、サイドに弱い通過帯域ができてしまう。これは、干渉信号の振幅変動の原因となる。しかし、高域通過フィルタなどにより遮断可能である。また、後で説明する変形例４のように差動受光とすれば、影響はない。

【0168】

［（ｉｉ）エタロン＋波長フィルタ］
数１０ＧＨｚ程度の通過帯域幅をもつ波長フィルタは、ブラッグ反射器や回折格子を用いた製品がある。これと同程度のＦＳＲをもつエタロンと併用すれば、短パルス光の少数のモードを取り出すことが可能な光ＢＰＦを実現できる。

【0169】

図９（ｂ）は、エタロンと波長フィルタの組み合わせにより光ＢＰＦを構成する場合の説明図である。図９（ｂ）に示すように、透過率の高い複数の共鳴周波数を有するエタロンを通過した信号に対して、波長フィルタリングを行えば、エタロンの１つの共鳴周波数の信号を抽出できる。これにより、短パルス光がもつ周波数帯域の１／２倍よりも小さいＦＳＲをもつエタロンと、波長フィルタとを組み合わせることにより、短パルス光の少数のモードのみを取り出すことが可能となる。

【0170】

［パルスレーザーの周波数ドリフト］
ｆ_ｒｅｐ～ＢＷ（ＢＰＦ）とすることにより、光ＢＰＦで短パルス光の一つのモードを取り出すことを考える。しかし、現実的な狭帯域光ＢＰＦ（エタロン）は、図１０に示すようにローレンツ曲線様の通過帯域特性をもつ（矩形ではない）。このため、短パルス光源２としてのパルスレーザーの周波数がドリフトすることにより、光ＢＰＦを通過するモードの個数や強さが変化する。図１０（ａ）は、パルスレーザーの周波数ドリフトが０Ｈｚのときのエタロンの通過帯域特性を示し、図１０（ｂ）は、周波数ドリフトが５０ＭＨｚのときのエタロンの通過帯域特性を示す。図１０において縦線は短パルス光の各モードを示す。図１０に示すように、パルスレーザーの周波数がドリフトすると、エタロンを通過するモードの個数や強さが変化する。

【0171】

図１１は、短パルス光源２としてのパルスレーザーの周波数ドリフト（横軸）と、干渉信号の位相（縦軸）との関係を示す図であり、図１１（ａ）は光ＢＰＦの通過帯域幅ＢＷ（ＢＰＦ）＝ｆ_ｒｅｐの場合、図１１（ｂ）はＢＷ（ＢＰＦ）＝２ｆ_ｒｅｐの場合、図１１（ｃ）はＢＷ（ＢＰＦ）＝４ｆ_ｒｅｐの場合を示す。パルスレーザーの繰返し周波数ｆ_ｒｅｐ＝１００ＭＨｚ、エタロン長さｌ＝１ｍｍ（ＦＳＲ＝１５０ＧＨｚ）、波長フィルタ幅１００ＧＨｚ（矩形）という条件下で、エタロン＋波長フィルタの光ＢＰＦを想定した。図１１に示すように、ＢＷ（ＢＰＦ）が狭いほど位相変動は大きくなる。遅延量Ｌ＜１．５ｍ（ｃ／２ｆ_ｒｅｐできまる）であれば、短パルス光のモードの周波数がドリフトしても、干渉信号の位相が不連続に変化することはない。

【0172】

図１２（ａ－１），（ｂ－１），（ｃ－１）は、短パルス光源２としてのパルスレーザーの周波数ドリフトによる干渉信号の振幅変化を示す図であり、図１２（ａ－１）は光ＢＰＦの通過帯域幅ＢＷ（ＢＰＦ）＝ｆ_ｒｅｐの場合、図１２（ｂ－１）はＢＷ（ＢＰＦ）＝２ｆ_ｒｅｐの場合、図１２（ｃ－１）はＢＷ（ＢＰＦ）＝４ｆ_ｒｅｐの場合を示す。光ＢＰＦの中心周波数とパルスレーザーのあるモードの周波数が一致しているときは、そのモードによる干渉信号は大きい。しかし、光ＢＰＦの中心周波数に対して対称に短パルス光のモードがあるときは、光ＢＰＦの中心周波数に対して対称なモードの干渉信号の振幅が等しく、遅延量ＬがＬ＝ｃ／２ｆ_ｒｅｐ＝１．５ｍとなるとき、位相が逆となり打ち消しあう。光ＢＰＦの通過帯域の中心周波数に対して対称に短パルス光のモードがある状況で、光可変遅延器４を掃引したときの遅延量Ｌと干渉信号の振幅の関係を図１２（ａ－２），（ｂ－２），（ｃ－２）に示す。図１２（ａ－２），（ｂ－２），（ｃ－２）に示すように、遅延量Ｌ＝ｃ／２ｆ_ｒｅｐ＝１．５ｍのとき各モードを足し合わせた干渉信号の振幅がゼロになる。また、光ＢＰＦの通過帯域ＢＷが広い（すなわち、通過するモードが多い）とき、干渉信号の振幅の変動が大きくなる。

【0173】

上述のとおり、遅延量Ｌ＝ｃ／２ｆ_ｒｅｐ＝１．５ｍでは干渉信号の振幅がゼロになり、位相が不連続に変化してしまうので避けなければならず、その近くも避けることが望ましい。干渉信号の位相変動はミリ波で換算すると非常に小さくなる。遅延量１．４ｍでも±５０度に収まっている。よって、３００ＧＨｚのミリ波信号に対する位相換算では±０．０８度である。光ＢＰＦの通過帯域幅が広く、多数のモードが通過する状況では、振幅変動は大きくなる。すなわち、遅延時間が小さい時は干渉信号は大きいが、遅延時間が大きい時は干渉信号は小さくなる。図１３は、光ＢＰＦの通過帯域幅ＢＷを変えたときの遅延時間と干渉信号の振幅の関係を示す図である（短パルス光源２としてのパルスレーザーの周波数ドリフト＝５０ＭＨｚの場合）。図１３に示すように、補正する遅延時間に対して適切な光ＢＰＦの通過帯域幅ＢＷが存在する。例えば、遅延時間が１ｎｓ以下の場合、光ＢＰＦの通過帯域幅が１００ＭＨｚ，２００ＭＨｚのときと比べ４００ＭＨｚのときに干渉信号が大きくなる。よって、受光器１０６のＰＤのダイナミックレンジや補正する遅延時間によって、適切な光ＢＰＦの通過帯域幅ＢＷを選択するのが望ましい。

【0174】

本実施形態は上記三つの課題を解消するものである。
（１）光ＢＰＦの通過帯域幅
光ＢＰＦの通過帯域幅は１０ＭＨｚほど狭くなくてよく、１００ＭＨｚや４００ＭＨｚ程度でよい。光ＢＰＦとして波長フィルタとＦＳＲが短パルス光がもつ周波数帯域より狭い１５０ＧＨｚであるエタロンを併用する場合、エタロンのミラーの反射率は９９．８％や９９．２％（共振器長１ｍｍ）で実現できる。
（２）光ＢＰＦの安定化
光ＢＰＦの通過帯域周波数の安定度の条件は緩和される。光ＢＰＦの通過域周波数ドリフトは干渉信号の位相ドリフトになる。例えば、５００ＭＨｚドリフトしたとき（３．７５ｐｍ＠λ＝１．５μｍ）、遅延時間１ｎｓとすると、干渉信号の位相変化は３００ＧＨｚ換算で０．３度以下となる。したがって、光ＢＰＦに必要な周波数安定度は１０^－６くらいでよい。
（３）短パルス光の安定化
光ＢＰＦが安定化されていれば、短パルス光の周波数安定化は不要になる。短パルス光はｆ_ｒｅｐ間隔のスペクトルをもつので、ｆ_ｃｅｏがｆ_ｒｅｐだけ全体に周波数ドリフトしたら元に戻る。

【0175】

なお、本実施形態に係る干渉計１１０は、光路の全てまたは一部に光ファイバを用いる構成でもよく、あるいは、光路に光ファイバを用いず、空気中などの自由空間に光路を設定する構成でもよい。

【0176】

＜変形例１＞
図１４を参照して干渉計の別の構成例を説明する。

【0177】

図１４の干渉計１１０Ａは、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２の分岐点に設けられた光分波器１０３と、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２の合流点に設けられた光合分波器１０５Ａと、光ＢＰＦ１０８とを備えている。

【0178】

干渉計１１０Ａは、光可変遅延器４が含まれる第１の光路ＯＰ１と光可変遅延器４が含まれない第２の光路ＯＰ２とに短パルス光が入力され、第１の光路ＯＰ１から出力される短パルス光と第２の光路ＯＰ２から出力される短パルス光とを合波し、光ＢＰＦ１０８に出力する。光ＢＰＦ１０８は、光パルスのパルス幅を拡大し、干渉光を出力するようになっている。

【0179】

具体的には、干渉計１１０Ａは、例えばハーフミラーなどの光分波器１０３と、例えばハーフミラーなどの光合分波器１０５Ａと、光ＢＰＦ１０８とを備えている。光分波器１０３は、短パルス光源２より出力され光分岐器３を通った短パルス光を第１の短パルス光と第２の短パルス光に分波するようになっている。第１の短パルス光は、第１の光路ＯＰ１の光可変遅延器４に送られ、第２の短パルス光は、第２の光路ＯＰ２を通って光合分波器１０５Ａに送られる。光合分波器１０５Ａは、光可変遅延器４を通った第１の短パルス光と、光分波器１０３により分波された第２の短パルス光とを合波し第３の短パルス光と第４の短パルス光を生成する。第３の短パルス光を光ＢＰＦ１０８に入力する。光ＢＰＦ１０８は、光合分波器１０５Ａにより合波された第３の短パルス光のパルス幅を拡大し、干渉光を生成するようになっている。また、第４の短パルス光は、電気光学サンプリング部３０に向けて送られる。

【0180】

短パルス光のスペクトルは繰り返し周波数を間隔とする多数の線スペクトルからなり、そのうち１本の線スペクトルのみを光ＢＰＦ１０８で抽出するとＣＷ光になり、従来のＣＷ光による干渉計と同様の干渉光が得られる。複数の線スペクトルを光ＢＰＦ１０８で抽出した場合はＣＷ光にならないが、光ＢＰＦにより短パルス光のパルス幅が拡大され、第１の光路と第２の光路の光路長差による伝搬時間差よりもパルス幅が長い場合は干渉し干渉光が得られる。つまり、通常短パルス光を合分波器１０５Ａで合波しただけでは第１の光路と第２の光路の光路長差による伝搬時間差よりもパルス幅が短く干渉しないのに対して、適切なスペクトル幅の光ＢＰＦ１０８を設けることにより短パルス光を用いて干渉光が得られるようになる。

【0181】

受光器１０６は、例えば低速のフォトダイオードを備え、光ＢＰＦ１０８を通過した干渉光の強度を検出し、干渉信号として出力するようになっている。干渉信号は、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２との光路長差（遅延時間）が、光ＢＰＦ１０８を通過する干渉光の中心波長（周期）の整数倍に等しい時に、ピークとなる正弦波状の繰返し信号である。

【0182】

分周器１０７は、受光器１０６から出力される干渉信号の周波数を分周するようになっている。分周器１０７の分周比をＮ（Ｎは整数）とすると、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２との光路長差（遅延時間）が干渉光の中心波長（周期）のＮ倍毎に立ち上がる矩形波が分周器１０７から出力される。

【0183】

図１４の干渉計１１０Ａは、図６の干渉計１１０に比べて光分波器が１つ少なく、簡単な構成になっている。この干渉計１１０Ａは、光可変遅延器４を通過していない短パルス光が電気光学サンプリング部へ入力される問題がある。しかし、常に同じ位相でミリ波をサンプリングするのでＤＣになり、ミリ波の観測には基本的に問題はない。

【0184】

＜変形例２＞
図１５を参照して干渉計の別の構成例を説明する。

【0185】

図１５の干渉計１１０Ｂは、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２の分岐点に設けられた光分波器１０３と、第１の光路ＯＰ１に光可変遅延器４を挟んで光分波器１０３側とは反対側に設けられた光分波器１０４と、第２の光路ＯＰ２に設けられた光ＢＰＦ１０８と、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２の合流点に設けられた光合波器１０５とを備えている。光ＢＰＦ１０８は、第１の光路ＯＰ１、好ましくは光分波器１０４と光合波器１０５の間に設けるようにしてもよい。

【0186】

干渉計１１０Ｂは、光可変遅延器４が含まれる第１の光路ＯＰ１と光可変遅延器４が含まれない第２の光路ＯＰ２とに短パルス光が入力され、第１の光路ＯＰ１から出力される短パルス光と第２の光路ＯＰ２から出力される光ＢＰＦ通過光とを干渉させ、干渉光として出力するようになっている。

【0187】

具体的には、光分波器１０３は、例えばハーフミラーなどからなり、短パルス光源２より出力され光分岐器３を通った短パルス光を第１の短パルス光と第２の短パルス光に分波するようになっている。第１の短パルス光は、第１の光路ＯＰ１の光可変遅延器４に送られ、第２の短パルス光は、第２の光路ＯＰ２の光ＢＰＦ１０８に送られる。光分波器１０４は、例えばハーフミラーなどからなり、光可変遅延器４を通った第１の短パルス光を第３の短パルス光と第４の短パルス光に分波する。第３の短パルス光は、光合波器１０５に送られ、第４の短パルス光は、電気光学サンプリング部３０に送られる。光ＢＰＦ１０８は、第２の光パルス光のパルス幅を拡大するようになっている。光合波器１０５は、光分波器１０４により分波された第３の短パルス光と、光ＢＰＦ１０８を通過した光ＢＰＦ通過光とを合波し干渉光を生成するようになっている。光路ＯＰ１と光路ＯＰ２の光路長差による伝搬時間差よりも光ＢＰＦ通過光のパルス幅が広い場合、干渉し干渉光が得られる。干渉光は、受光器１０６に送られる。

【0188】

受光器１０６は、例えば低速のフォトダイオードを備え、干渉光の強度を検出し、干渉信号として出力するようになっている。干渉信号は、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２との光路長差（遅延時間）が、光ＢＰＦ通過光の中心波長（周期）の整数倍に等しい時に、ピークとなる正弦波状の繰返し信号である。

【0189】

分周器１０７は、受光器１０６から出力される干渉信号の周波数を分周するようになっている。分周器１０７の分周比をＮ（Ｎは整数）とすると、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２との光路長差（遅延時間）が光ＢＰＦ通過光の中心波長（周期）のＮ倍毎に立ち上がる矩形波が分周器１０７から出力される。

【0190】

図１６（ａ）は、片方の光路にのみ光ＢＰＦを入れた場合において、短パルス光源２としてのパルスレーザーの周波数ドリフトに対する干渉信号の位相の関係を示す図である。光ＢＰＦは、エタロン＋波長フィルタの構成とした。光ＢＰＦの通過帯域幅ＢＷ（ＢＰＦ）＝ｆ_ｒｅｐとし、波長フィルタは１００ＧＨｚ幅の矩形とした。パルスレーザーの周波数ドリフトに対する干渉信号の位相の関係は、グラフ上で正弦波状の曲線を示し、遅延量Ｌが変わってもほぼ同じである。

【0191】

図１６（ｂ）は、図１６（ａ）と同じ条件下でパルスレーザーの周波数ドリフトを５０ＭＨｚとした場合において、遅延量Ｌと干渉信号の振幅の関係を示す図である。遅延量（光路差）ＬがＬ＝ｃ／２ｆ_ｒｅｐ＝１．５ｍのときでも光ＢＰＦの中心周波数に対して対称なモードの干渉信号は等振幅逆位相にならず、干渉信号はゼロにならない。

【0192】

本実施形態の干渉計１１０Ｂは、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２のうち片方の光路にのみ光ＢＰＦ１０８を入れる構成である。干渉計１１０Ｂでは、光ＢＰＦ１０８のインパルス応答は時間に対して反転対称ではないので、光路長差ゼロに対して干渉信号は正負対称にならない。したがって、遅延量（光路差）ＬがＬ＝ｃ／２ｆ_ｒｅｐ＝１．５ｍのときでも、干渉信号がゼロにならないので、遅延量の長い光可変遅延器を補正することができる。光ＢＰＦ１０８の時間応答は非対称であり、通過した光は遅れ成分が大きいので、光ＢＰＦ１０８は、光路長が短い方に設置するのが望ましい。また、遅延量が０ｍ，３ｍ（ｃ／ｆ_ｒｅｐ）のとき９０度位相が急激に変化する（周波数ドリフトが±２５ＭＨｚのとき）ので、避けるのが望ましい。

【0193】

＜変形例３＞
図１７を参照して干渉計の別の構成例を説明する。

【0194】

図１７の干渉計１１０Ｃは、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２の分岐点に設けられた光分波器１０３と、第１の光路ＯＰ１に光可変遅延器４を挟んで光分波器１０３側とは反対側に設けられた光分波器１０４と、第１の光路ＯＰ１において光分波器１０４の下流に設けられた第１の光ＢＰＦ１０８Ａと、第２の光路ＯＰ２に設けられた第２の光ＢＰＦ１０８Ｂと、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２の合流点に設けられた光合波器１０５とを備えている。

【0195】

干渉計１１０Ｃは、光可変遅延器４が含まれる第１の光路ＯＰ１と光可変遅延器４が含まれない第２の光路ＯＰ２とに短パルス光が入力され、第１の光路ＯＰ１に設けられた第１の光ＢＰＦ１０８Ａから出力される第１の光ＢＰＦ通過光と、第２の光路ＯＰ２に設けられた第２の光ＢＰＦ１０８Ｂから出力される第２の光ＢＰＦ通過光とを干渉させ、干渉光として出力するようになっている。

【0196】

具体的には、光分波器１０３は、例えばハーフミラーなどからなり、短パルス光源２より出力され光分岐器３を通った短パルス光を第１の短パルス光と第２の短パルス光に分波するようになっている。第１の短パルス光は、第１の光路ＯＰ１の光可変遅延器４に送られ、第２の短パルス光は、第２の光路ＯＰ２の第２の光ＢＰＦ１０８Ｂに送られる。光分波器１０４は、例えばハーフミラーなどからなり、光可変遅延器４を通った第１の短パルス光を第３の短パルス光と第４の短パルス光に分波する。第３の短パルス光は、第１の光ＢＰＦ１０８Ａを介して光合波器１０５に送られ、第４の短パルス光は、電気光学サンプリング部３０に送られる。光合波器１０５は、第１の光ＢＰＦ１０８Ａを通過した第１の光ＢＰＦ通過光と、第２の光ＢＰＦ１０８Ｂを通過した第２の光ＢＰＦ通過光とを合波し干渉光を生成するようになっている。干渉光は、受光器１０６に送られる。

【0197】

受光器１０６は、例えば低速のフォトダイオードを備え、干渉光の強度を検出し、干渉信号として出力するようになっている。干渉信号は、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２との光路長差（遅延時間）が、干渉光の中心波長（周期）の整数倍に等しい時に、ピークとなる正弦波状の繰返し信号である。

【0198】

分周器１０７は、受光器１０６から出力される干渉信号の周波数を分周するようになっている。分周器１０７の分周比をＮ（Ｎは整数）とすると、第１の光路ＯＰ１と第２の光路ＯＰ２との光路長差（遅延時間）が干渉光の中心波長（周期）のＮ倍毎に立ち上がる矩形波が分周器１０７から出力される。

【0199】

本実施形態の干渉計１１０Ｃは、光ＢＰＦを２つに分割して、両方の光路に設置する方式である。例えば、光ＢＰＦ１０８Ａをエタロンとし、光ＢＰＦ１０８Ｂを波長フィルタとしてもよいし、その逆でもよい。あるいは、第１の光ＢＰＦ１０８Ａを第１のエタロンとし、第２の光ＢＰＦ１０８Ｂを第１のエタロンとはＦＳＲ（すなわち共振器長）が異なる第２のエタロンとしてもよい。

【0200】

＜変形例４＞
図１８を参照して干渉計の別の構成例を説明する。

【0201】

図１８の干渉計１１０Ｄは、光合波器１０５が光合分波器１０５Ｂであり、受光器１０６が、差動受光器１０６Ａである点で、図１５に示す変形例２と相違している。その他の構成は変形例２と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0202】

光合分波器１０５Ｂは、光分波器１０４から分波された第３の短パルス光を入力し、入力光の所定の割合を反射し、入力光の所定の割合を透過させるとともに、光ＢＰＦ１０８から送られた光ＢＰＦ通過光を入力し、入力光の所定の割合を反射し、入力光の所定の割合を透過させる。透過した第３の短パルス光と、反射した光ＢＰＦ通過光とが合波され第１の干渉光ＩＬ１を生成する。また、反射した第３の短パルス光と、透過した光ＢＰＦ通過光とが合波され第２の干渉光ＩＬ２を生成する。第１の干渉光ＩＬ１と第２の干渉光ＩＬ２は、光合分波器１０５Ｂにおける反射と透過がそれぞれ逆なので相補的な干渉となる。差動受光器１０６Ａは、第１の干渉光ＩＬ１と第２の干渉光ＩＬ２を入力し、干渉光の強度を差動検出して干渉信号として出力する。分周器１０７は、干渉信号を適当な周波数に分周する。

【0203】

この構成により、本実施形態に係る位相特性校正装置は、図１５の変形例２に比べ、干渉信号の振幅は２倍（Ｓ／Ｎは√２倍）となり、また、ゼロクロス点を検出することで、振幅変動の影響を受けずに、位相情報を取り出すことができる。よって、図１５の変形例２の効果に加え、同相ノイズを除去し、干渉信号強度を大きくして、Ｓ／Ｎを向上させることができる。

【0204】

＜変形例５＞
図１９を参照して干渉計の別の構成例を説明する。

【0205】

図１９の干渉計１１０Ｅは、光合波器１０５が光合分波器１０５Ｂであり、受光器１０６が、差動受光器１０６Ａである点で、図１７に示す変形例３と相違している。その他の構成は変形例３と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0206】

光合分波器１０５Ｂは、第１の光ＢＰＦ１０８Ａから送られた第１の光ＢＰＦ通過光を入力し、入力光の所定の割合を反射し、入力光の所定の割合を透過させるとともに、第２の光ＢＰＦ１０８Ｂから送られた第２の光ＢＰＦ通過光を入力し、入力光の所定の割合を反射し、入力光の所定の割合を透過させる。透過した第１の光ＢＰＦ通過光と、反射した第２の光ＢＰＦ通過光とが合波され第１の干渉光ＩＬ１を生成する。また、反射した第１の光ＢＰＦ通過光と、透過した第２の光ＢＰＦ通過光とが合波され第２の干渉光ＩＬ２を生成する。第１の干渉光ＩＬ１と第２の干渉光ＩＬ２は、光合分波器１０５Ｂにおける反射と透過がそれぞれ逆なので相補的な干渉となる。差動受光器１０６Ａは、第１の干渉光ＩＬ１と第２の干渉光ＩＬ２を入力し、干渉光の強度を差動検出して干渉信号として出力する。分周器１０７は、干渉信号を適当な周波数に分周する。

【0207】

この構成により、本実施形態に係る位相特性校正装置は、図１７の変形例３に比べ、干渉信号の振幅は２倍（Ｓ／Ｎは√２倍）となり、また、ゼロクロス点を検出することで、振幅変動の影響を受けずに、位相情報を取り出すことができる。よって、図１７の変形例３の効果に加え、同相ノイズを除去し、干渉信号強度を大きくして、Ｓ／Ｎを向上させることができる。

【0208】

また、上記変形例１～５の干渉計は、第１の実施形態だけでなく、後で説明する第２～第８の実施形態の位相特性校正装置の干渉計として使用することができる。

【0209】

［校正方法］
次に、図５に戻り、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部（ダウンコンバータ）７２、７３の周波数特性を校正する方法を説明する。

【0210】

ここでは、周波数特性を振幅Ａと位相θを含む複素数Ａ・ｅ^ｊθで表し、位相の周波数特性の校正および振幅・位相両方の周波数特性の校正のいずれにも適用できる。校正用信号Ｓ_２０の周波数特性（複素数）をＸ_ｃ（ｆ），ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性（複素数）をＧ（ｆ），校正用信号Ｓ_２０をミリ波帯信号測定部７０に入力した時の中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０の周波数特性（複素数）をＹ_ｃ（ｆ）とする。前述のように、校正用信号Ｓ_２０を電気光学サンプリング部３０に入力して測定された校正用信号Ｓ_２０の位相特性Ｓ_５０からＸ_ｃ（ｆ）が求まり、校正用信号Ｓ_２０をミリ波帯信号測定部７０に入力して周波数変換された出力信号Ｓ_７０の位相特性Ｓ_５０'からＹ_ｃ（ｆ）が求まり、次式よりＧ（ｆ）を求めることができる。
Ｇ（ｆ）＝Ｙ_ｃ（ｆ－ｆ_ＬＯ）／Ｘ_ｃ（ｆ） （３）
ここで、ｆ_ＬＯはミリ波帯信号測定部７０の局発周波数である。

【0211】

位相補正値算出部５５は、所定の周波数範囲にわたってＧ（ｆ）を算出し、ミリ波帯信号測定部７０の位相補正部７４に出力する。

【0212】

被測定信号Ｓ_６０の周波数特性（複素数）をＸ（ｆ），被測定信号Ｓ_６０をミリ波帯信号測定部７０に入力した時の中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０'の周波数特性（複素数）をＹ（ｆ）とすると、次式よりミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性が補正されたＸ（ｆ）を測定結果として求めることができる。
Ｘ（ｆ）＝Ｙ（ｆ－ｆ_ＬＯ）／Ｇ（ｆ） （４）

【0213】

スイッチＳＷ３とＳＷ４を図５下側に設定してミリ波帯信号送信部６０からの被測定信号Ｓ_６０をミリ波帯信号測定部７０に入力し、中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０'を位相補正部７４に入力する。位相補正部７４では、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性Ｇ（ｆ）で除算する（位相のみを補正する場合はミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の位相特性を減算する）ことにより、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性が補正された測定結果を得ることができる。

【0214】

＜効果＞
本実施形態の位相特性校正装置１は、電気光学サンプリングと干渉信号の取得を同時に行なって、機械的な「がたつき」のように光可変遅延器４の掃引速度の予測できないランダムな変動を補正することができるとともに、干渉計にＣＷ光源が不要で、図３１に示す従来技術（第５の構成例）と比較して光学系の複雑性や費用対効果を改善することができる。さらに、短パルス光源２から出力され光可変遅延器４を通る短パルス光を電気光学サンプリングに使用するとともに、干渉計１１０にも使用するので、温度変化などによる変形の影響が両者同一となり、その影響を正確に補正することができる。例えば、光可変遅延器４の掃引速度を検出するエンコーダを別途配置して掃引速度を補正する方法では、温度変化による変形により短パルス光の遅延時間とエンコーダ出力との間に誤差が発生し、光可変遅延器４の掃引速度を正確に補正することが難しい。

【0215】

（第２の実施形態）
次に、図２０を参照して、本発明の第２の実施形態に係る位相特性校正装置１Ａを説明する。

【0216】

本実施形態に係る位相特性校正装置１Ａは、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ａの構成が、第１の実施形態と異なっている。その他の構成は第１の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0217】

図２０に示すように、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ａは、ロックイン検出部４０から出力されたマルチトーン信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１１と、分周器１０７から出力された矩形波の高調波成分を遮断して正弦波に変換する低域通過フィルタ１１２と、低域通過フィルタ１１２の出力信号をＡ／Ｄ変換する第２Ａ／Ｄ変換器１１３と、干渉信号を分周した信号を基に等位相間隔を検出し、検出した等位相間隔でＡ／Ｄ変換器１１１から出力されたディジタル信号をリサンプリングするリサンプリング処理部１３０とを備えている。

【0218】

具体的には、リサンプリング処理部１３０は、第２Ａ／Ｄ変換器１１３により得られたディジタル信号にヒルベルト変換を行うヒルベルト変換部１１４と、ヒルベルト変換部１１４の出力データから等位相間隔を検出する等位相間隔検出部１１５と、検出した等位相間隔でＡ／Ｄ変換器１１１の出力信号をリサンプリングするリサンプリング部１１６と、を備えている。

【0219】

干渉信号を分周し低域通過フィルタを経て得られた正弦波の信号から、等位相間隔のタイミングを検出する場合、正弦波だけでは位相が一意に決まらないので、正弦波と余弦波を作り出して複素振幅の信号を生成するためにヒルベルト変換を行う。これにより、等位相間隔検出部１１５では逆正接関数を用いて複素振幅の信号の位相を一意に算出することができ、等位相間隔を正確に検出することができる。

【0220】

リサンプリングする方式では、等位相間隔検出部１１５で検出する位相間隔を変えることによりリサンプリングのサンプリング周波数を変えることができるため、必ずしもオーバーサンプル比ｒ≧１を満たす分周比にする必要は無い。例えば、オーバーサンプル比ｒ＝１／２として分周器１０７の出力の周波数がロックイン検出部４０の出力のマルチトーン信号の周波数と同程度になるように分周比を設定すると、２つのＡ／Ｄ変換器１１１、１１３を同じサンプリング周波数で動作させることができ、構成が簡単になる。このとき、等位相間隔検出部１１５で検出する位相間隔をπ／２にすると、リサンプリング出力は２倍のオーバーサンプリングとなる。

【0221】

上述のように、干渉信号を分周する分周器１０７の出力信号の等位相間隔でマルチトーン信号をリサンプルする構成により、電気光学サンプリングにより得られたマルチトーン信号を、光可変遅延器４の掃引速度によらず遅延量に対して一定の間隔でリサンプリングすることができる。これにより、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性に由来する、電気光学サンプリングで得られた信号の位相ゆらぎを補正することができる。

【0222】

（第３の実施形態）
次に、図２１を参照して、本発明の第３の実施形態に係る位相特性校正装置１Ｂを説明する。

【0223】

本実施形態に係る位相特性校正装置１Ｂは、校正用信号生成部２０Ｂ、マルチトーン信号分離部４０Ｂ、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｂ、およびマルチトーン位相差測定部５０Ｂの構成が第１の実施形態と異なっている。その他の構成は第１の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0224】

校正用信号生成部２０Ｂは、スイッチＳＷ１０を同図上側に設定した場合、所定の周波数の局発信号Ｓ_２２を用い、後で説明するマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０をアップコンバートして校正用信号Ｓ_２０を生成するようになっている。このために、校正用信号生成部２０Ｂは、マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂと、局発信号発生部２２と、周波数変換部２１と、を備えている。

【0225】

マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂは、３トーン以上のマルチトーン信号（中間周波信号）Ｓ_１～Ｓ_４を発生し、互いに周波数が異なるかまたは互いに位相が９０度異なる、中間周波信号と同一個数の基準信号（すなわち、互いに直交した基準信号）Ｓ_５～Ｓ_８による変調を行ない、変調信号を合波してマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０を発生する。具体的には、マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂは、周波数の異なる中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４を発生し、該中間周波信号を互いに周波数の異なる基準信号Ｓ_５，Ｓ_７または該基準信号と周波数が等しく位相が９０度異なる直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８でそれぞれ変調し合波したマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０を出力するようになっている。本実施形態では、４トーン信号を発生する例を示している。基準信号Ｓ_５と基準信号Ｓ_７、基準信号Ｓ_５と直交基準信号Ｓ_８、基準信号Ｓ_７と直交基準信号Ｓ_６、直交基準信号Ｓ_６と直交基準信号Ｓ_８は周波数が異なるため直交しており、基準信号Ｓ_５と直交基準信号Ｓ_６、基準信号Ｓ_７と直交基準信号Ｓ_８は周波数が等しいが位相が９０度異なるため直交しており、従って基準信号Ｓ_５，Ｓ_７および直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８は全ての組み合わせにおいて互いに直交している。

【0226】

より具体的には、マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂは、中間周波信号発生器１１ａ～１１ｄと、基準信号発生器１２ａ、１２ｂと、９０度移相器１４ａ、１４ｂと、変調器１３ａ～１３ｄと、加算器１５と、基準同期信号発生器１６と、を備えている。

【0227】

中間周波信号発生器１１ａ～１１ｄは、それぞれ中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４を発生する。中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４は、互いに周波数が異なり所定の位相差をもった繰返し信号である。通常は正弦波が用いられるが、所望の周波数成分を持つ繰返し信号でもよい。後述するように、位相測定データ処理の簡単化のため、中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４の周波数は位相測定の周波数分解能に応じた一定の周波数間隔に設定するのが望ましい。

【0228】

基準信号発生器１２ａは、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１６に同期した周波数の繰返し信号を基準信号Ｓ_５として出力する。基準信号発生器１２ａは、例えば基準同期信号Ｓ_１６の３倍の周波数の正弦波や矩形波を出力する。基準信号Ｓ_５は変調器１３ａに入力され、中間周波信号Ｓ_１を基準信号Ｓ_５で変調する。また、基準信号Ｓ_５は９０度移相器１４ａを介して変調器１３ｂに入力され、中間周波信号Ｓ_２を基準信号Ｓ_５と９０度位相が異なる直交基準信号Ｓ_６で変調する。

【0229】

基準信号発生器１２ｂは、基準信号Ｓ_５と周波数が異なり、かつ基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１６に同期した周波数の繰返し信号を基準信号Ｓ_７として出力する。基準信号発生器１２ｂは、例えば、基準同期信号Ｓ_１６の４倍の周波数の正弦波や矩形波を出力する。基準信号Ｓ_７は変調器１３ｃに入力され、中間周波信号Ｓ_３を基準信号Ｓ_７で変調する。また、基準信号Ｓ_７は９０度移相器１４ｂを介して変調器１３ｄに入力され、中間周波信号Ｓ_４を基準信号Ｓ_７と９０度位相が異なる直交基準信号Ｓ_８で変調する。

【0230】

基準信号Ｓ_５，Ｓ_７および直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８は、電圧がゼロ以上の単極性信号でも正負両方の両極性信号でもよいが、直流成分を持たない両極性信号の方が変調度を大きくできるので望ましい。基準信号Ｓ_５，Ｓ_７および直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８を矩形波等の正弦波以外の繰返し信号にする場合は、基本周波数の整数倍の高調波成分が存在するため、例えば、基準信号Ｓ_５の周波数の整数倍が基準信号Ｓ_７の周波数と一致しないように両者の周波数を設定するとよい。

【0231】

マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂは、変調器１３ａ～１３ｄで変調された中間周波信号を加算器１５で加算（合波）し、マルチトーン中間周波信号Ｓ_１０として出力する。

【0232】

マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂで発生する信号を予めディジタル演算にて生成して波形メモリに格納し、波形メモリのデータをＤ／Ａ変換器に入力してアナログ信号に変換しマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０として出力するようにしてもよい。

【0233】

ここでは、１つの基準同期信号Ｓ_１６に同期して基準信号Ｓ_５と基準信号Ｓ_７を発生する構成としているが、周波数の異なる基準同期信号Ｓ_１６Ａと基準同期信号Ｓ_１６Ｂを用意して、基準信号Ｓ_５は基準同期信号Ｓ_１６Ａに同期し、基準信号Ｓ_７は基準同期信号Ｓ_１６Ｂに同期する構成としてもよい。

【0234】

校正用信号生成部２０Ｂは、所定の周波数のＣＷの局発信号Ｓ_２２を発生する局発信号発生部２２とミキサなどの周波数変換部２１とを用いて、マルチトーン中間周波信号Ｓ_１０をミリ波帯にアップコンバートして校正用信号Ｓ_２０として出力する。周波数変換部２１には、ミキサの後に周波数変換における上側帯波または下側帯波のいずれか一方のみを抽出し局発信号Ｓ_２２の洩れを除去するフィルタが含まれていてもよい。以下の例では、周波数変換における上側帯波を使用する場合を示す。下側帯波を使用する場合は周波数関係が異なるが、同様に本手法を適用することができる。

【0235】

また、局発信号発生部２２または周波数変換部２１には、局発信号Ｓ_２２の周波数を逓倍する逓倍器が含まれていてもよく、その場合逓倍された周波数を局発信号Ｓ_２２の周波数と解釈する。

【0236】

同期処理部５は、中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４と局発信号Ｓ_２２とを短パルス光源２の繰返し周波数に同期させることにより、短パルス光源２の繰返し周波数に同期したミリ波帯の校正用信号Ｓ_２０が得られるようにする。具体的には、同期処理部５は、光分岐器３から出力される短パルス光Ｐ_３が入力され、校正用信号Ｓ_２０に含まれるアップコンバートされた中間周波信号の各周波数が短パルス光Ｐ_３の繰返し周波数の整数倍になるように、かつ短パルス光Ｐ_３のパルスタイミングにおけるアップコンバートされた中間周波信号の各位相が一定になるように、中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４および局発信号Ｓ_２２の周波数を制御するようになっている。

【0237】

より具体的には、同期処理部５は、位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を用いて、局発信号Ｓ_２２および中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４の各周波数が短パルス光源２の繰返し周波数の整数倍になるように、かつ短パルス光Ｐ_３のパルスタイミングにおける局発信号Ｓ_２２および中間周波信号発生器１１ａ～１１ｄから出力される正弦波の各位相が一定になるように、局発信号発生部２２および中間周波信号発生器１１ａ～１１ｄ内の電圧制御発振器（ＶＣＯ）を制御するようになっている。

【0238】

なお、基準同期信号Ｓ_１６は、短パルス光源２の繰返し周波数に同期させても、させなくてもよい。前述のように、マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂを波形メモリとＤ／Ａ変換器で構成する場合は、Ｄ／Ａ変換クロックを短パルス光源２の繰返し周波数に同期させ、マルチトーン中間周波信号中の中間周波信号の各周波数が短パルス光源２の繰返し周波数の整数倍になるように波形メモリのデータを作成すればよい。これにより、（基準信号Ｓ_５，Ｓ_７と直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８による変調を除いた）校正用信号Ｓ_２０の繰返し周波数が短パルス光源２の繰返し周波数の整数倍となる。

【0239】

電気光学サンプリング部３０を用いて校正用信号Ｓ_２０の位相差を測定する場合には、スイッチＳＷ１およびＳＷ２１～ＳＷ２４が図２１中上側に設定される。電気光学サンプリング部３０は、校正用信号Ｓ_２０の電界が電気光学結晶３１に印加されると共に、光可変遅延器４からの短パルス光Ｐ_４が偏波分離部３２を介して電気光学結晶３１に入力され、電気光学結晶３１の先端で反射した短パルス光が偏波分離部３２を介して受光器３３に入力される構成となっている。電気光学結晶３１に電界が印加されると電気光学効果によって電気光学結晶３１からの反射光の偏波が変化し、偏波分離部３２と受光器３３によって反射光の偏波変化を検出して電気信号Ｓ_３０として出力する。

【0240】

短パルス光Ｐ_４のパルス幅を校正用信号Ｓ_２０の最大周波数の逆数の１／２よりも十分短くすると、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０は、校正用信号Ｓ_２０を短パルス光Ｐ_４の繰返し周期でサンプリングしたものになる。短パルス光源２の繰返し周期が（基準信号Ｓ_５，Ｓ_７と直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８による変調を除いた）校正用信号Ｓ_２０の繰返し周期の整数倍であるため、（基準信号Ｓ_５，Ｓ_７と直交基準信号Ｓ_６，Ｓ_８による変調を除いた）校正用信号Ｓ_２０の繰返し波形の特定の点を繰返しサンプリングすることになる。光可変遅延器４の遅延時間を変えることにより、校正用信号Ｓ_２０を短パルス光Ｐ_４でサンプリングする時刻が変わるので、光可変遅延器４の遅延時間を掃引しながら電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を記録すると、低速の受光器３３でミリ波帯の校正用信号Ｓ_２０の時間波形が測定できる。

【0241】

具体的には、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０は、校正用信号Ｓ_２０の時間波形の時間軸に光可変遅延器４の掃引レートを掛けたものとなるため、例えば、光可変遅延器４の掃引レートを１ｓ当たり１ｐｓにすると、校正用信号Ｓ_２０の時間軸の１ｐｓを１ｓに拡大して時間波形を測定することができる。周波数で表すと、３００ＧＨｚのミリ波帯の校正用信号Ｓ_２０を０．３Ｈｚの低周波信号に変換して測定することができる。

【0242】

電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０は、マルチトーン信号分離部４０Ｂに入力される。

【0243】

マルチトーン信号分離部４０Ｂは、校正用信号Ｓ_２０と短パルス光Ｐ_４との相対的時間差を変えながら電気信号Ｓ_３０を取得し、基準信号Ｓ_５，Ｓ_７と同一周波数で所定の位相差を持つ正弦波Ｓ_４２，Ｓ_４４または該正弦波と９０度位相が異なる正弦波Ｓ_４３，Ｓ_４５でそれぞれ電気信号Ｓ_３０を変調することにより、電気信号Ｓ_３０に含まれる３波以上（図２１の実施形態では４波）の中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４に対応するトーン信号を分離するよう構成されている。このために、マルチトーン信号分離部４０Ｂは、基準信号発生器４１ａ～４１ｂと、移相器４２ａ～４２ｂと、９０度移相器４３ａ～４３ｂと、変調器４４ａ～４４ｄと、低域通過フィルタ４５ａ～４５ｄと、を備えている。正弦波Ｓ_４２と正弦波Ｓ_４４、正弦波Ｓ_４２と正弦波Ｓ_４５、正弦波Ｓ_４４と正弦波Ｓ_４３、正弦波Ｓ_４３と正弦波Ｓ_４５は周波数が異なるため直交しており、正弦波Ｓ_４２と正弦波Ｓ_４３、正弦波Ｓ_４４と正弦波Ｓ_４５は、周波数は等しいが９０度位相が異なるため直交しており、従って正弦波Ｓ_４２～Ｓ_４５は全ての組み合わせにおいて互いに直交している。

【0244】

基準信号発生器４１ａは、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１７に従って、基準信号Ｓ_５と同じ周波数の正弦波である基準信号Ｓ_４０を発生する。ここで、基準同期信号Ｓ_１７は、通常は基準同期信号Ｓ_１６と同じ周波数の信号であるが、それに限られるものではなく、例えば基準同期信号Ｓ_１７が基準同期信号Ｓ_１６の１／２の周波数の場合でも結果的に基準信号Ｓ_５と基準信号Ｓ_４０の周波数が等しくなるように基準信号発生器４１ａを適宜設定すればよい。

【0245】

移相器４２ａは、変調器４４ａにおいて電気光学サンプリング部３０でサンプリングされた校正用信号Ｓ_２０中の基準信号Ｓ_５の位相と基準信号Ｓ_４０の位相とが一致するように、基準信号Ｓ_４０の位相を調整し、基準信号Ｓ_４２として出力する。ここでは、移相器４２ａで基準信号Ｓ_４０の位相を調整する構成としているが、基準信号発生器４１ａと移相器４２ａの順序を入れ替えて基準同期信号Ｓ_１７の位相を調整し、基準信号発生器４１ａで位相の調整された基準信号Ｓ_４２を直接生成して変調器４４ａに入力するようにしてもよい。また、基準信号Ｓ_５の周波数が低く、校正用信号Ｓ_２０と基準同期信号Ｓ_１７の伝搬遅延時間差による位相差が無視できる場合は、移相器４２ａは無くてもよい。

【0246】

変調器４４ａは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４２で変調し、低域通過フィルタ４５ａで低周波成分を抽出する。また、移相器４２ａの出力は９０度移相器４３ａを介して変調器４４ｂに入力され、変調器４４ｂは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４２と９０度位相の異なる基準信号Ｓ_４３で変調し、低域通過フィルタ４５ｂで低周波成分を抽出する。

【0247】

基準信号発生器４１ｂは、基準同期信号発生器１６からの基準同期信号Ｓ_１７に従って、基準信号Ｓ_７と同じ周波数の正弦波である基準信号Ｓ_４１を発生する。

【0248】

移相器４２ｂは、変調器４４ｃにおいて電気光学サンプリング部３０でサンプリングされた校正用信号Ｓ_２０中の基準信号Ｓ_７の位相と基準信号Ｓ_４１の位相とが一致するように、基準信号Ｓ_４１の位相を調整し、基準信号Ｓ_４４として出力する。ここでは、移相器４２ｂで基準信号Ｓ_４１の位相を調整する構成としているが、基準信号発生器４１ｂと移相器４２ｂの順序を入れ替えて基準同期信号Ｓ_１７の位相を調整し、基準信号発生器４１ｂで位相の調整された基準信号Ｓ_４４を直接生成して変調器４４ｃに入力するようにしてもよい。また、基準信号Ｓ_７の周波数が低く、校正用信号Ｓ_２０と基準同期信号Ｓ_１７の伝搬遅延時間差による位相差が無視できる場合は、移相器４２ｂは無くてもよい。

【0249】

変調器４４ｃは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４４で変調し、低域通過フィルタ４５ｃで低周波成分を抽出する。また、移相器４２ｂの出力は、９０度移相器４３ｂを介して変調器４４ｄに入力され、変調器４４ｄは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０を基準信号Ｓ_４４と９０度位相の異なる基準信号Ｓ_４５で変調し、低域通過フィルタ４５ｄで低周波成分を抽出する。

【0250】

ここでは、基準同期信号Ｓ_１６，Ｓ_１７に従って基準信号Ｓ_５と基準信号Ｓ_７と基準信号Ｓ_４０と基準信号Ｓ_４１とを個別に発生する構成としたが、互いに周波数の異なる正弦波を発生する基準信号発生器Ａと基準信号発生器Ｂとを用意し、基準信号発生器Ａの出力信号を基準信号Ｓ_５および基準信号Ｓ_４０として使用し、基準信号発生器Ｂの出力信号を基準信号Ｓ_７および基準信号Ｓ_４１として使用する構成としてもよい。

【0251】

上記構成により電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０の４トーンが分離される。

【0252】

以下では、校正用信号Ｓ_２０の４トーンの各角周波数をω_ＲＦ１，ω_ＲＦ２，ω_ＲＦ３，ω_ＲＦ４，各位相をφ_１，φ_２，φ_３，φ_４，基準信号Ｓ_４０の角周波数をω_ｒ１，基準信号Ｓ_４１の角周波数をω_ｒ２，光可変遅延器４の掃引レートをＲとする。

【0253】

一般に、低域通過フィルタ４５ａ～４５ｄは、｜ω_ｒ１－ω_ｒ２｜以上の角周波数を遮断し、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０における４トーン信号の角周波数Ｒω_ＲＦ１，Ｒω_ＲＦ３，Ｒω_ＲＦ２，Ｒω_ＲＦ４を通過するように遮断周波数を設定すると、各トーンを分離することができる。低域通過フィルタ４５ａ～４５ｄの遮断周波数を低くすると、光可変遅延器４の掃引速度を遅くする必要があり、測定に時間を要するが、測定の周波数帯域が狭くなりＳＮ比が改善される。

【0254】

なお、後段のマルチトーン位相差測定部５０Ｂの位相検出部５１ａ～５１ｄは、一般に４トーンの各周波数を検出する周波数選択性を有し、マルチトーン信号分離部４０Ｂの低域通過フィルタ４５ａ～４５ｄの帯域よりも位相検出部５１ａ～５１ｄの測定帯域を狭く設定することが容易である。この場合、後者によって位相測定のＳＮ比が決まるため、マルチトーン信号分離部４０Ｂの低域通過フィルタ４５ａ～４５ｄは、本実施形態のようにマルチトーン位相差測定部５０Ｂの前にＡ／Ｄ変換を行なう場合や位相検出部５１ａ～５１ｄにおける演算量を削減するためにサンプリングレートを下げる場合におけるアンチエイリアスフィルタとして適切な遮断周波数に設定すればよい。

【0255】

また、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０において、サンプリングされた４トーン信号の角周波数Ｒω_ＲＦ１，Ｒω_ＲＦ３，Ｒω_ＲＦ２，Ｒω_ＲＦ４ではなく、基準信号Ｓ_５，基準信号Ｓ_７で変調された角周波数ω_ｒ１±Ｒω_ＲＦ１，ω_ｒ１±Ｒω_ＲＦ３，ω_ｒ２±Ｒω_ＲＦ２，ω_ｒ２±Ｒω_ＲＦ４の成分を検出するため、例えば、ω_ｒ１とω_ｒ２を数ＭＨｚに設定することにより数ＭＨｚの周波数の信号を測定することになり、電気光学サンプリング部３０の受光器３３等の直流ドリフトや１／ｆ雑音を避けて高いＳＮ比で測定することが可能となる。このように、本実施形態のマルチトーン信号分離部４０Ｂは、ロックイン検出の機能とマルチトーン信号を分離する機能を併せ持ち、感度のよい測定が可能となる。

【0256】

そして、マルチトーン信号分離部４０Ｂにおいて各トーン信号が分離されるため、光可変遅延器４の掃引幅Ｔから決まる周波数分解能Δｆ＝１／Ｔよりも狭い周波数間隔で各トーン信号を配置することも可能となり、光可変遅延器４を大型化することなく周波数間隔を狭くして位相特性を測定することができる。

【0257】

さらに、校正用信号Ｓ_２０に位相揺らぎが存在する場合においても、隣接するトーン信号の漏洩を未然に防止し、精度よく位相測定を行なうことが可能となる。特に、ミリ波帯のような周波数が高い校正用信号Ｓ_２０を生成する場合は、局発信号Ｓ_２２の位相揺らぎが大きくなるため有用である。

【0258】

また、一般に高周波のミキサやアンプ等の電気部品には非線形歪みが存在し、周波数の異なる２つの正弦波を入力すると、３次相互変調歪みによって２つの入力正弦波のスペクトルの両側に新たにスペクトルが発生する。校正用信号Ｓ_２０の第１，第２，第３，第４トーンの各周波数をｆ_ＲＦ１，ｆ_ＲＦ２，ｆ_ＲＦ３，ｆ_ＲＦ４，基準信号Ｓ_５を周波数ｆ_ｒ１の正弦波、基準信号Ｓ_７を周波数ｆ_ｒ２の正弦波とすると、基準信号Ｓ_５または基準信号Ｓ_７による各トーンの変調によって上側帯波と下側帯波が発生する。

【0259】

この校正用信号Ｓ_２０を３次の非線形素子に入力すると、第１トーンの下側帯波と第１トーンの上側帯波の３次相互変調によってｆ_ＲＦ１から３ｆ_ｒ１離れた周波数にスペクトルが発生し、第１トーンの下側帯波と第２トーンの上側帯波の３次相互変調によってｆ_ＲＦ３から２ｆ_ｒ２＋ｆ_ｒ１離れた周波数にスペクトルが発生し、第１トーンの上側帯波と第２トーンの上側帯波の３次相互変調によってｆ_ＲＦ３から２ｆ_ｒ２－ｆ_ｒ１離れた周波数にスペクトルが発生する。同様にして、校正用信号Ｓ_２０の第１～第４トーンの周辺には３次相互変調歪みのスペクトルが発生する。

【0260】

このように、第１～第４トーンの付近に合計２４個の３次相互変調歪みによるスペクトルが発生するが、第１～第４トーンの上側帯波および下側帯波のいずれにも重ならない。マルチトーン信号分離部４０Ｂの低域通過フィルタ４５ａ～４５ｄの帯域または周波数選択性を持つ位相検出部５１ａ～５１ｄの片側周波数帯域を｜２ｆ_ｒ２―２ｆ_ｒ１｜よりも狭く設定すると、３次相互変調歪みによるスペクトルはマルチトーン信号分離部４０Ｂの低域通過フィルタ４５ａ～４５ｄの帯域外または位相検出部５１ａ～５１ｄの測定帯域外となる。従って、３次相互変調歪みの影響を受けずに正確な位相測定が可能となる。

【0261】

マルチトーン位相差測定部５０Ｂの位相検出部５１ａは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０における４トーンのうちの第１トーン（周波数：Ｒｆ_ＲＦ１）の位相を検出する。

【0262】

位相検出部５１ａは、マルチトーン信号サンプリング部１２０ＢのＡ／Ｄ変換器１１１ａにより得られた補正済みマルチトーン信号を入力し、正弦関数および余弦関数を乗算し、２つの乗算結果をそれぞれ所定のサンプル数だけ積算し、逆正接関数により位相を算出するディジタル演算で実現される。また、位相検出部５１ａは、マルチトーン信号サンプリング部１２０ＢのＡ／Ｄ変換器１１１ａにより得られた補正済みマルチトーン信号を入力してメモリに格納し、ＣＰＵによりオフラインで正弦関数および余弦関数を乗算し、所定のサンプル数だけ積算し、逆正接関数により位相を算出するようにしてもよい。

【0263】

同様に、位相検出部５１ｃ，５１ｂ，５１ｄは、電気光学サンプリング部３０からの電気信号Ｓ_３０における第２，第３，第４トーン（周波数：Ｒｆ_ＲＦ２，Ｒｆ_ＲＦ３，Ｒｆ_ＲＦ４）の位相を検出するようになっている。中間周波信号発生器１１ａ～１１ｄで発生する中間周波信号Ｓ_１～Ｓ_４の位相差を補正するように逆正接関数による位相算出結果を補正してもよい。

【0264】

一般に、高周波信号の位相測定では絶対位相および位相の周波数傾斜が不定となるため、位相差算出部５２では、４トーンの各位相の２階微分を算出し、電気光学サンプリング部３０による位相差測定結果として出力する。２階微分を算出するために３トーンの位相が必要となり、４トーンの位相から２つの周波数における位相の２階微分が求まる。同様にして、Ｎトーンの位相からＮ－２点の周波数における位相の２階微分が求まるので、本手法は３トーン以上の任意のトーン数に拡張することができる。

【0265】

この処理を校正用信号Ｓ_２０の４トーンの周波数を変えて繰返し、所定の周波数範囲にわたって位相の２階微分値を測定する。位相の２階微分を２階積分することにより位相の周波数特性を得ることができる。以上のようにして、電気光学サンプリング部３０による位相差測定結果Ｓ_５０が位相差算出部５２から出力される。

【0266】

ミリ波帯信号測定部７０を用いて校正用信号Ｓ_２０の位相差を測定する場合には、スイッチＳＷ１０、ＳＷ１、ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３、ＳＷ２４を図２１下側に、スイッチＳＷ３およびＳＷ４を同図上側に設定する。マルチトーン中間周波信号発生部２５は、中間周波信号発生器２６ａ～２６ｄと、加算器２７とを備えており、中間周波信号発生器２６ａ～２６ｄにより生成された、周波数の異なる４波の中間周波信号Ｓ_１１～Ｓ_１４を加算器２７で合波して得られたマルチトーン中間周波信号Ｓ_１５を出力する。マルチトーン中間周波信号Ｓ_１５は、スイッチＳＷ１０を介して周波数変換部２１に送られ、ミリ波帯の校正用信号Ｓ_２０にアップコンバートされる。校正用信号Ｓ_２０は、スイッチＳＷ１、ＳＷ３を介してミリ波帯信号測定部７０に入力される。

【0267】

中間周波信号変換部７３には、周波数変換部７２から出力された中間周波信号を再度周波数変換する第２の周波数変換器や、中間周波（ＩＦ）信号を同相（Ｉ）信号と直交（Ｑ）信号に変換する直交周波数変換器等が含まれていてもよい。中間周波信号変換部７３に周波数変換が含まれる場合は、局発信号Ｓ_７１の周波数に加えて中間周波信号変換部７３の局発周波数も含めてミリ波帯信号測定部７０の局発周波数と解釈する。なお、本実施形態の周波数変換部７２と周波数変換を含む場合の中間周波信号変換部７３とが、本発明のダウンコンバータに対応する。また中間周波信号変換部７３には、中間周波信号またはＩ／Ｑ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器が含まれ、ディジタル信号をマルチトーン位相差測定部５０Ｂまたは位相補正部７４に向けて出力する。

【0268】

ミリ波帯信号測定部７０の中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０は、スイッチＳＷ２１～２４を介してマルチトーン位相差測定部５０Ｂの位相検出部５１ａ～５１ｄに入力される。マルチトーン位相差測定部５０Ｂの位相検出部５１ａ～５１ｄにおいて４トーンの各位相が検出され、位相差算出部５２において４トーンの各位相の２階微分が算出され、校正用信号Ｓ_２０の４トーンの周波数を変えて位相の２階微分値の測定を繰返し、位相の２階微分を２階積分することにより位相の周波数特性を得ることができ、ミリ波帯信号測定部７０による位相差測定結果Ｓ_５０'として出力される。

【0269】

位相検出部５１ａ～５１ｄにおいて、中間周波信号発生器２６ａ～２６ｄで発生する中間周波信号Ｓ_１１～Ｓ_１４の位相差を補正するようにしてもよい。

【0270】

［校正方法］
次に、図２１を参照して、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部（ダウンコンバータ）７２、７３の周波数特性を校正する方法を説明する。
ここでは、周波数特性を振幅Ａと位相θを含む複素数Ａ・ｅ^ｊθで表し、位相の周波数特性の校正および振幅・位相両方の周波数特性の校正のいずれにも適用できる。

【0271】

振幅の周波数特性は、Ａ・ｅ^ｊθの実部をｘ、虚部をｙとして位相検出部５１ａ～５１ｄの逆正接関数ｔａｎ^―１（ｙ／ｘ）の代わりに絶対値（ｘ^２＋ｙ^２）^１／２を算出して求めてもよく、位相特性校正装置１Ｂとは別のスペクトラムアナライザで測定してもよく、ＣＷ信号を用いて位相特性校正装置１Ｂとは別のパワーメータで測定してもよい。

【0272】

校正用信号Ｓ_２０を電気光学サンプリング部３０に入力した時の受光器３３からの電気信号Ｓ_３０の周波数特性（複素数）をＸ_ｃ（ｆ_ＥＯ）、校正用信号Ｓ_２０をミリ波帯信号測定部７０に入力した時の中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０の周波数特性（複素数）をＹ_ｃ（ｆ_ＩＦ）、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性（複素数）をＧ（ｆ_ＲＦ）とする。ここで、ｆ_ＥＯは電気光学サンプリング部３０でサンプリングされた電気信号Ｓ_３０の周波数、ｆ_ＩＦはミリ波帯信号測定部７０で周波数変換された信号Ｓ_７０の周波数、ｆ_ＲＦは校正用信号Ｓ_２０およびミリ波帯信号Ｓ_６０の周波数である。

【0273】

前述のように、図２１のスイッチＳＷ１０、ＳＷ１、ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３、ＳＷ２４を同図上側に設定して校正用信号Ｓ_２０を電気光学サンプリング部３０に入力し、マルチトーン位相差測定部５０Ｂにて測定された位相からＸ_ｃ（ｆ_ＥＯ）が求まる。また、スイッチＳＷ１０、ＳＷ１、ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３、ＳＷ２４を同図下側に設定し、スイッチＳＷ３とＳＷ４を同図上側に設定し、校正用信号Ｓ_２０をミリ波帯信号測定部７０に入力し、マルチトーン位相差測定部５０Ｂにて測定された位相からＹ_ｃ（ｆ_ＩＦ）が求まる。そして、次式より、Ｇ（ｆ_ＲＦ）を求めることができる。
Ｇ（ｆ_ＲＦ）＝Ｙ_ｃ（ｆ_ＲＦ－ｆ_ＬＯ）／Ｘ_ｃ（Ｒ・ｆ_ＲＦ） （５）

【0274】

ここで、ｆ_ＬＯはミリ波帯信号測定部７０の局発周波数、Ｒは光可変遅延器４の掃引レート（単位時間当たりの遅延時間変化量）である。位相補正値算出部５５は、所望の周波数範囲にわたってＧ（ｆ_ＲＦ）を算出し、ミリ波帯信号測定部７０の位相補正部７４に出力する。

【0275】

被測定信号Ｓ_６０の周波数特性（複素数）をＸ（ｆ_ＲＦ），スイッチＳＷ３およびＳＷ４を同図下側に設定して被測定信号Ｓ_６０をミリ波帯信号測定部７０に入力した時の中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０'の周波数特性（複素数）をＹ（ｆ_ＩＦ）とすると、次式よりミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の位相特性が補正されたＸ（ｆ_ＲＦ）を求めることができる。
Ｘ（ｆ_ＲＦ）＝Ｙ（ｆ_ＲＦ－ｆ_ＬＯ）／Ｇ（ｆ_ＲＦ） （６）

【0276】

従って、ミリ波帯信号測定部７０の中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０'に対して、ミリ波帯信号測定部７０の局発周波数ｆ_ＬＯだけ周波数をシフトし、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性Ｇ（ｆ_ＲＦ）で除算する処理を位相補正部７４に設定することにより、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性の補正が可能となる。

【0277】

例えば、中間周波数に変換されたミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性（複素数）の逆数Ｈ（ｆ_ＩＦ）＝１／Ｇ（ｆ_ＩＦ＋ｆ_ＬＯ）をフーリエ逆変換してミリ波帯信号測定部７０の中間周波数における時間領域のインパルス応答を算出し、そのインパルス応答を係数とするＦＩＲディジタルフィルタを位相補正部７４に構成することにより、ミリ波帯信号測定部７０の中間周波信号を時間領域で補正することが可能である。ミリ波帯信号測定部７０の中間周波信号変換部７３において中間周波（ＩＦ）信号を同相（Ｉ）信号と直交（Ｑ）信号に直交周波数変換する場合は、複素数のインパルス応答を算出し、複素ＦＩＲディジタルフィルタを使用すればよい。

【0278】

ミリ波帯信号送信部６０は、例えば、中間周波信号発生部６１と局発信号発生部６２と周波数変換部６３とからなる。図２１のスイッチＳＷ３とＳＷ４を下側に設定してミリ波帯信号送信部６０からの被測定信号Ｓ_６０をミリ波帯信号測定部７０に入力し、中間周波信号変換部７３からの出力信号Ｓ_７０'を位相補正部７４に入力することにより、ミリ波帯信号測定部７０の周波数変換部７２、７３の周波数特性が補正された測定結果を得ることができる。ミリ波帯信号測定部７０の位相補正部７４の後に、変調信号を解析してエラーベクトル振幅（Error Vector Magnitude；ＥＶＭ）などを表示するシグナルアナライザの機能を含んでいてもよい。

【0279】

（第４の実施形態）
次に、図２２を参照して、本発明の第４の実施形態に係る位相特性校正装置１Ｃを説明する。

【0280】

本実施形態に係る位相特性校正装置１Ｃは、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｃの構成が、第３の実施形態と異なっている。その他の構成は第３の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0281】

具体的には、図２２に示すように、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｃは、マルチトーン信号分離部４０Ｂにより分離されたトーン信号をそれぞれディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄと、分周器１０７から出力された矩形波の高調波成分を遮断して正弦波に変換する低域通過フィルタ１１２と、低域通過フィルタ１１２の出力信号をＡ／Ｄ変換する第２Ａ／Ｄ変換器１１３と、干渉信号を分周した信号を基に等位相間隔を検出し、検出した等位相間隔でＡ／Ｄ変換器１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄで得られたディジタル信号をそれぞれリサンプリングするリサンプリング処理部１３０Ｃと、を備えている。

【0282】

具体的には、リサンプリング処理部１３０Ｃは、第２Ａ／Ｄ変換器１１３により得られたディジタル信号にヒルベルト変換を行うヒルベルト変換部１１４と、ヒルベルト変換部１１４の出力データから等位相間隔を検出する等位相間隔検出部１１５と、検出した等位相間隔でＡ／Ｄ変換器１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄの出力信号をそれぞれリサンプリングするリサンプリング部１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄと、を備えている。

【0283】

上記構成により、干渉信号を分周する分周器１０７の出力信号の等位相間隔で各トーン信号をリサンプルする構成により、電気光学サンプリング部３０およびマルチトーン信号分離部４０Ｂにより得られた各トーン信号を、光可変遅延器４の掃引速度によらず遅延量に対して一定の間隔でサンプリングすることができる。これにより、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性に由来する、電気光学サンプリングで得られた信号の位相ゆらぎを補正することができる。また、第２の実施形態と同様に、必ずしもオーバーサンプル比ｒ≧１を満たす分周比にする必要はなく、Ａ／Ｄ変換器１１１ａ～１１１ｄ、１１３が同じサンプリング周波数で動作するように分周比を設定することも可能である。

【0284】

（第５の実施形態）
次に、図２３を参照して、本発明の第５の実施形態に係る位相特性校正装置１Ｄを説明する。

【0285】

本実施形態に係る位相特性校正装置１Ｄは、測定用中間周波信号Ｓ_８１を周波数変換（アップコンバート）して測定用信号Ｓ_８０'として出力するミリ波帯信号発生部８０の周波数変換部８４の位相の周波数特性を補正する点、基準信号で変調したマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９をミリ波帯信号発生部８０の局発信号発生部８３と周波数変換部８４とでアップコンバートして校正用信号としてミリ波帯信号Ｓ_８０を生成している点で、第１の実施形態と異なっている。その他の構成は第１の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。なお、本実施形態のミリ波帯信号Ｓ_８０、ミリ波帯信号発生部８０および周波数変換部８４が、本発明の校正用信号、信号発生部およびアップコンバータにそれぞれ対応する。

【0286】

図２３に示すように、３トーン中間周波信号発生部１０は、周波数の異なる３波以上の中間周波信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３を合波し、３トーン中間周波信号Ｓ_１０を出力する。基準信号変調部１７は、３トーン中間周波信号Ｓ_１０を基準信号Ｓ_１８で変調したマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９を出力する。スイッチＳＷ６およびＳＷ７を同図上側に設定すると、ミリ波帯信号発生部８０は、所定の周波数の局発信号Ｓ_８３を用いマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９をミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータ８４でアップコンバートして校正用信号としてのミリ波帯信号Ｓ_８０を生成する。そしてミリ波帯信号Ｓ_８０が電気光学サンプリング部３０に入力される。

【0287】

次に、ミリ波帯信号発生部８０の周波数変換部８４の位相の周波数特性を校正する方法について説明する。

【0288】

図２３に示す構成において、基準信号変調部１７から出力されるマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９の周波数特性（複素数）をＸ_ｃ１（ｆ_ＩＦ１）、ミリ波帯信号発生部８０の周波数変換部８４の周波数特性（複素数）をＧ_１（ｆ_ＲＦ）、ミリ波帯信号発生部８０の周波数変換部８４から出力されるミリ波帯信号Ｓ_８０を電気光学サンプリング部３０に入力した時の受光器３３からの電気信号Ｓ_３０の周波数特性（複素数）をＹ_ｃ１（ｆ_ＥＯ）とする。ここで、ｆ_ＩＦ１はマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９の周波数（中間周波数）、ｆ_ＲＦはミリ波帯信号Ｓ_８０および測定用信号Ｓ_８０'の周波数、ｆ_ＥＯは電気光学サンプリング部３０でサンプリングされた電気信号Ｓ_３０の周波数である。

【0289】

Ｘ_ｃ１（ｆ_ＩＦ１）は、３トーン中間周波信号発生部１０および基準信号変調部１７で生成するマルチトーン中間周波信号Ｓ_１９の周波数特性なので既知であり、スイッチＳＷ６およびＳＷ７を図２３上側に設定してミリ波帯信号発生部８０の周波数変換部８４から出力されるミリ波帯信号Ｓ_８０を電気光学サンプリング部３０に入力し、３トーン位相差測定部５０にて測定された位相からＹ_ｃ１（ｆ_ＥＯ）が求まり、次式よりＧ_１（ｆ_ＲＦ）を求めることができる。
Ｇ_１（ｆ_ＲＦ）＝Ｙ_ｃ１（Ｒ・ｆ_ＲＦ）／Ｘ_ｃ１（ｆ_ＲＦ－ｆ_ＬＯ１） （７）
ここで、ｆ_ＬＯ１はミリ波帯信号発生部８０の局発信号Ｓ_８３の周波数、Ｒは光可変遅延器４の掃引レート（単位時間当たりの遅延時間変化量）である。

【0290】

位相補正値算出部５５は、所望の周波数範囲にわたってＧ_１（ｆ_ＲＦ）を算出する。周波数変換部８４の周波数特性の補正は、ミリ波帯信号発生部８０の位相補正部８２において補正する方法と、ミリ波帯信号受信部９０の中間周波信号変換部９３の後に位相補正部を配置して周波数特性を補正する方法がある。図２３は前者の場合を示している。

【0291】

前者の場合は、ミリ波帯信号発生部８０の中間周波数に変換された周波数変換部８４の周波数特性（複素数）の逆数Ｈ_１（ｆ_ＩＦ１）＝１／Ｇ_１（ｆ_ＩＦ１＋ｆ_ＬＯ１）をフーリエ逆変換してミリ波帯信号発生部８０の中間周波数における時間領域のインパルス応答を算出し、そのインパルス応答を係数とするＦＩＲディジタルフィルタをミリ波帯信号発生部８０の中間周波信号発生部８１からの信号にかければよい。

【0292】

後者の場合は、ミリ波帯信号受信部９０の中間周波数に変換された周波数変換部８４の周波数特性（複素数）の逆数Ｈ_２（ｆ_ＩＦ２）＝１／Ｇ_１（ｆ_ＩＦ２＋ｆ_ＬＯ２）をフーリエ逆変換してミリ波帯信号受信部９０の中間周波数における時間領域のインパルス応答を算出し、そのインパルス応答を係数とするＦＩＲディジタルフィルタをミリ波帯信号受信部９０の中間周波信号変換部９３からの信号にかければよい。ここで、ｆ_ＩＦ２はミリ波帯信号受信部９０の中間周波信号Ｓ_９０の周波数、ｆ_ＬＯ２はミリ波帯信号受信部９０の局発信号Ｓ_９１の周波数である。ミリ波帯信号受信部９０は、例えば、局発信号発生部９１と周波数変換部９２と中間周波信号変換部９３とからなる。ミリ波帯信号受信部９０の中間周波信号変換部９３に周波数変換が含まれる場合は、ｆ_ＬＯ２は局発信号Ｓ_９１の周波数に加えて中間周波信号変換部９３の局発周波数も含めたものと解釈する。

【0293】

スイッチＳＷ６とＳＷ７を図２３下側に設定し、ミリ波帯信号発生部８０の中間周波信号発生部８１から出力される任意の中間周波信号Ｓ_８１を位相補正部８２に入力して位相補正を行い、局発信号発生部８３と周波数変換部８４とでアップコンバートしてミリ波帯の測定用信号Ｓ_８０'を生成し、ミリ波帯信号受信部９０に入力することにより、周波数変換部８４の周波数特性が補正された測定用信号Ｓ_８０'を測定対象であるミリ波帯信号受信部９０で受信した結果を得ることができる。もしくは、ミリ波帯信号発生部８０の中間周波信号発生部８１から出力される任意の中間周波信号Ｓ_８１を局発信号発生部８３と周波数変換部８４とでアップコンバートして位相未補正の測定用信号を生成し、ミリ波帯信号受信部９０に入力し、中間周波信号変換部９３から出力される信号に対して位相補正を行うことにより、周波数変換部８４の周波数特性が補正された測定用信号Ｓ_８０'を測定対象であるミリ波帯信号受信部９０で受信した場合に相当する結果を得ることができる。

【0294】

ミリ波帯信号発生部８０の中間周波信号発生部８１で発生する中間周波信号Ｓ_８１をＱＰＳＫなどの変調信号とし、ミリ波帯信号受信部９０から出力される変調信号を解析してエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）などを表示するようにしてもよい。

【0295】

（第６の実施形態）
次に、図２４を参照して、本発明の第６の実施形態に係る位相特性校正装置１Ｅを説明する。

【0296】

本実施形態に係る位相特性校正装置１Ｅは、マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂ、マルチトーン信号分離部４０Ｂ、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｂ、およびマルチトーン位相差測定部５０Ｂの構成が、第５の実施形態と異なっている。その他の構成は第５の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0297】

具体的には、図２４に示すように、マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部１０Ｂは、周波数の異なる３波以上の中間周波信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，Ｓ_４を、中間周波信号と同一個数の互いに直交した基準信号Ｓ_５，Ｓ_６，Ｓ_７，Ｓ_８でそれぞれ変調し合波したマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０を出力する。スイッチＳＷ６およびＳＷ７を同図上側に設定すると、ミリ波帯信号発生部８０は、所定の周波数の局発信号Ｓ_８３を用いマルチトーン中間周波信号Ｓ_１０をミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータ８４でアップコンバートして校正用信号としてのミリ波帯信号Ｓ_８０を生成する。そしてミリ波帯信号Ｓ_８０が電気光学サンプリング部３０に入力される。

【0298】

マルチトーン信号分離部４０Ｂ、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｂ、およびマルチトーン位相差測定部５０Ｂの構成は、第３の実施形態と同じである。また、ミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータ８４の位相特性の校正方法は、第５の実施形態と同じである。

【0299】

上記構成により、本実施形態に係る位相特性校正装置１Ｅは、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力するミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータの位相の周波数特性を補正するために、校正用信号Ｓ_８０を電気光学サンプリング部３０に入力し、マルチトーン信号分離部４０Ｂにて各トーン信号に分離し、マルチトーン位相差測定部５０Ｂにて位相を測定する際、干渉信号の周波数を分周して得られた信号に従って、各トーン信号をサンプリングしているので、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性等に起因する各トーン信号の位相のゆらぎを低減し、ＳＮ比を向上させることができる。

【0300】

（第７の実施形態）
次に、図２５を参照して、本発明の第７の実施形態に係る位相特性校正装置１Ｆを説明する。本実施形態に係る位相特性校正装置１Ｆは、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ａの構成が、第５の実施形態（図２３）と異なっており、その他の構成は第５の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0301】

マルチトーン信号サンプリング部１２０Ａの構成は、第２の実施形態（図２０）と同じである。図２５に示すように、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ａは、ロックイン検出部４０から出力されたマルチトーン信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１１と、分周器１０７から出力された矩形波の高調波成分を遮断して正弦波に変換する低域通過フィルタ１１２と、低域通過フィルタ１１２の出力信号をＡ／Ｄ変換する第２Ａ／Ｄ変換器１１３と、干渉信号を分周した信号を基に等位相間隔を検出し、検出した等位相間隔でＡ／Ｄ変換器１１１から出力されたディジタル信号をリサンプリングするリサンプリング処理部１３０とを備えている。

【0302】

また、ミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータ８４の位相特性の校正方法は、第５の実施形態で説明した校正方法と同じであるので、説明は省略する。

【0303】

上記構成により、第７の実施形態に係る位相特性校正装置１Ｆは、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力するミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータの位相の周波数特性を補正するために、校正用信号としてのミリ波帯信号Ｓ_８０を電気光学サンプリング部３０に入力し、ロックイン検出部４０にてマルチトーン信号を検出し、３トーン位相差測定部５０にて位相を測定する際、干渉信号の周波数を分周して得られた信号に従って、各トーン信号をリサンプリングしているので、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性等に起因する各トーン信号の位相のゆらぎを低減し、ＳＮ比を向上させることができ、以って位相特性校正の精度を改善することができる。

【0304】

（第８の実施形態）
次に、図２６を参照して、本発明の第８の実施形態に係る位相特性校正装置１Ｇを説明する。本実施形態に係る位相特性校正装置１Ｇは、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｃの構成が、第６の実施形態（図２４）と異なっており、その他の構成は第６の実施形態と同一であり、同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。

【0305】

マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｃの構成は、第４の実施形態（図２２）と同じである。図２６に示すように、マルチトーン信号サンプリング部１２０Ｃは、マルチトーン信号分離部４０Ｂにより分離された各トーン信号をそれぞれディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄと、分周器１０７から出力された矩形波の高調波成分を遮断して正弦波に変換する低域通過フィルタ１１２と、低域通過フィルタ１１２の出力信号をＡ／Ｄ変換する第２Ａ／Ｄ変換器１１３と、干渉信号を分周した信号を基に等位相間隔を検出し、検出した等位相間隔でＡ／Ｄ変換器１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄで得られたディジタル信号をそれぞれリサンプリングするリサンプリング処理部１３０Ｃとを備えている。

【0306】

ミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータ８４の位相特性の校正方法は、第６の実施形態で説明した校正方法と同じであるので、説明は省略する。

【0307】

上記構成により、第８の実施形態に係る位相特性校正装置１Ｇは、測定用中間周波信号をアップコンバートして測定用信号として出力するミリ波帯信号発生部８０のアップコンバータの位相の周波数特性を補正するために、校正用信号としてのミリ波帯信号Ｓ_８０を電気光学サンプリング部３０に入力し、マルチトーン信号分離部４０Ｂにて各トーン信号に分離し、マルチトーン位相差測定部５０Ｂにて位相を測定する際、干渉信号の周波数を分周して得られた信号に従って、各トーン信号をリサンプリングしているので、光可変遅延器４の掃引速度の不安定性等に起因する各トーン信号の位相のゆらぎを低減し、ＳＮ比を向上させることができ、以って位相特性校正の精度を改善することができる。

【産業上の利用可能性】

【0308】

以上述べたように、本発明は、干渉計にＣＷ光源が不要で費用対効果が高いという効果を有し、位相特性校正装置および位相特性校正方法の全般に有用である。

【符号の説明】

【0309】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｇ 位相特性校正装置
２ 短パルス光源（パルス光源）
３ 光分岐器
４、２０４ 光可変遅延器（可変遅延器）
５ 同期処理部
１０ ３トーン中間周波信号発生部
１０Ｂ マルチトーン中間周波信号発生・基準信号変調部（マルチトーン中間周波信号発生部）
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 中間周波信号発生器
１２ａ、１２ｂ 基準信号発生器
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 変調器
１４ａ、１４ｂ ９０度移相器
１５ 加算器
１６ 基準同期信号発生器
１７ 基準信号変調部
１８ 局発信号発生部
１９ 変調器
２０ 校正用信号生成部
２１ 周波数変換部
２２ 局発信号発生部
３０ 電気光学サンプリング部
３１ 電気光学結晶
３２ 偏波分離部
３３ 受光器
４０ ロックイン検出部
４０Ｂ マルチトーン信号分離部（ロックイン検出部）
４１ａ、４１ｂ 基準信号発生器
４２ａ、４２ｂ 移相器
４３ａ、４３ｂ ９０度移相器
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ 変調器
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ 低域通過フィルタ
５０ ３トーン位相差測定部
５０Ｂ マルチトーン位相差測定部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ 位相検出部
５２ 位相差算出部
５５ 位相補正値算出部
６０ ミリ波帯信号送信部
７０ ミリ波帯信号測定部（信号測定部）
７２ 周波数変換部（ダウンコンバータ）
７３ 中間周波信号変換部（ダウンコンバータ）
８０ ミリ波帯信号発生部（信号発生部）
８２ 位相補正部
８３ 局発信号発生部
８４ 周波数変換部（アップコンバータ）
９０ ミリ波帯信号受信部
９１ 局発信号発生部
９２ 周波数変換部
９３ 中間周波信号変換部
１００ 遅延量補正部
１０１ ＣＷ光源
１０２、１０３、１０４ 光分波器
１０５ 光合波器
１０５Ａ、１０５Ｂ 光合分波器
１０６ 受光器
１０６Ａ 差動受光器
１０７ 分周器
１０８、１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ 光ＢＰＦ
１０８ｄ 波長フィルタ
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ、１１０Ｅ 干渉計
１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ Ａ／Ｄ変換器
１１２ 低域通過フィルタ
１１３ Ａ／Ｄ変換器（第２Ａ／Ｄ変換器）
１１４ ヒルベルト変換器
１１５ 等位相間隔検出部
１１６、１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ リサンプリング部
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ マルチトーン信号サンプリング部
１３０、１３０Ｃ リサンプリング処理部

【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26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】