JP2004093549A - ストークスパラメータ測定装置および測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】入射光の分岐時に偏波変動やＰＤＬが発生せず、ストークスパラメータを正確に測定する。
【解決手段】入射光Ｌ１は、プリズムＰ１に入射されると２つの第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに分岐される。次に、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、それぞれプリズムＰ２、Ｐ３に入射される。第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、プリズムＰ２、Ｐ３により、それぞれ第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄの４つに分岐される。
【選択図】 図２
【解決手段】入射光Ｌ１は、プリズムＰ１に入射されると２つの第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに分岐される。次に、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、それぞれプリズムＰ２、Ｐ３に入射される。第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、プリズムＰ２、Ｐ３により、それぞれ第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄの４つに分岐される。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光等の偏光状態を測定するストークスパラメータ測定装置及びその測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ストークスパラメータとは、偏光状態を表したパラメータである。このストークスパラメータを測定する場合は、入射された信号光をビームスプリッタ、ハーフミラー、フィルタからなる分岐手段３を用いて４分岐し、半波長板等の偏光素子および１／４波長板等の位相素子により各々の信号光にそれぞれ相違する偏光及び移相を与え、受光素子により分岐された各信号光の光成分を光電変換して、各光電変換された電気成分を演算してストークスパラメータを求めてきた。上述したストークスパラメータ測定装置の構成は、特開平６−１８３３２号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のストークスパラメータ測定装置では、入射光の分岐手段としてビームスプリッタ、ハーフミラー、フィルタ等を使用している。これらの分岐手段は、入射光を干渉により分岐させているため、偏波変動やＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓ）が発生してしまう。この結果、ストークスパラメータの高精度な測定は困難という問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、前記従来技術の課題を鑑みてなされたもので、入射光の分岐時に偏波変動やＰＤＬが発生せず、ストークスパラメータを正確に測定する装置および測定方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、測定対象の信号光が入射される入射部と、少なくとも１つ以上のプリズムを有し、入射部を経た信号光を少なくとも４分岐する光分岐部と、分岐された各信号光にそれぞれ相違する偏光および位相を与える位相補償部と、該位相補償部から出射された信号光の光成分を光電変換する受光回路部と、光電変換された電気成分を演算してストークスパラメータたる光強度成分と０°直線偏光成分と４５°直線偏光成分と右円偏光成分とを得る演算部とを具備する。
【０００６】
上記第一の態様では、少なくとも１つ以上のプリズムを有する光分岐部によって、入射部を経た信号光を干渉を利用することなく少なくとも４分岐するので、簡易に偏波変動やＰＤＬを抑えることができ、ストークスパラメータの高精度な測定が可能となる。
【０００７】
第一の態様において、前記光分岐部は、相対する面が平行に形成されたプリズムを少なくとも１つ以上配置して構成されている。この場合、入射光に平行に出射する分岐光を得ることができる。
【０００８】
第一の態様において、前記光分岐部は、前記少なくとも１つ以上のプリズムに形成された稜を挟む２面に対し前記入射部を経た信号光を入射させて当該信号光を分岐する。この場合、プリズムの稜を利用して任意の分岐比の分岐光を得ることができる。
【０００９】
第一の態様において、前記光分岐部は、入射側に四角錐状の受光部分を有する単一のプリズムを備え、当該受光部分の４つの側面に対し前記入射部を経た信号光を入射させて当該信号光を４分岐する。この場合、単一のプリズムを用いた簡単な構成で信号光の４分岐を達成することができる。なお、前記単一のプリズムは、出射側に四角錐状の光出射部を有するものとでき、前記受光部分の４つの側面と前記光出射部の対向する４つの側面とをそれぞれ平行にすることにより、一括して４分岐した分岐光をすべて入射光に平行に出射させることができる。
【００１０】
第一の態様において、前記位相補償部は、位相素子と偏光素子が配置されて構成されている。
【００１１】
第一の態様において、前記位相補償部と前記受光回路部との間に、集光系レンズが配置されている。
【００１２】
第一の態様において、前記光分岐部は、第一分岐部と第二分岐部で構成され、第一分岐部は一個のプリズムで構成され、第二分岐部は２個のプリズムで構成されている。
【００１３】
第一の態様において、前記光分岐部は、前記入射部を経た信号光を前記位相補償部及び前記受光回路部を介することなく部分的に出射させる分割部をさらに備える。この場合、ストークスパラメータ測定装置で測定中の信号光を別の装置でモニタすることができる。
【００１４】
第一の態様において、前記光分岐部は、前記少なくとも１つ以上のプリズムによって分岐された信号光の出射位置の波長依存性を解消する波長分散補正部を備える。この場合、受光回路部等の配置を変更することなく複数の波長に亘ってストークスパラメータを測定することができる。
【００１５】
第二の態様において、測定対象の信号光を入射部から入射させ、入射された信号光をプリズムで構成された光分岐部で４分岐し、分岐された各信号光に位相補償部でそれぞれ相違する偏光および位相を与え、該位相補償部から出射された信号光の光成分を受光回路部で光電変換し、光電変換された電気成分を演算部でストークスパラメータたる光強度成分と０°直線偏光成分と４５°直線偏光成分と右円偏光成分とを演算する。
【００１６】
上記第二の態様でも、簡易に偏波変動やＰＤＬを抑えることができ、ストークスパラメータの高精度な測定が可能となる。
【００１７】
第二の態様において、前記光分岐部は、第一分岐部と第二分岐部とからなり、該第一分岐部で入射部から入射された信号光を２分岐し、２分岐された各信号光を第二分岐部でさらに２分岐する。
【００１８】
第二の態様において、前記光分岐部で、前記少なくとも１つ以上のプリズムに形成された稜を挟む２面に対し前記入射部を経た信号光を入射させて当該信号光を分岐する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るストークスパラメータ測定装置の構成を示すブロック図である。
【００２１】
本装置例のストークスパラメータ測定装置αは、レセプタクル、コリメータレンズ等からなる入射部である入力部１と、偏光解析光学部Ａと、電気回路部Ｂと、ＧＰ−ＩＢ等からなる出力部２とで構成されている。偏光解析光学部Ａは、光分岐部Ａ１と位相補償部Ａ２とで構成され、電気回路部Ｂは、フォト・ダイオード等からなる受光回路部Ｂ１と、演算回路部Ｂ２と、Ａ／Ｄ変換回路部Ｂ３とで構成されている。なお、図示しないが、Ａ／Ｄ変換回路部Ｂ３を必要に応じてアナログ出力回路部としてもよい。
【００２２】
図２は、図１に示した光分岐部Ａ１、位相補償部Ａ２および受光回路部Ｂ１の一構成例を示す図である。
【００２３】
光分岐部Ａ１は、３つの立方体状のプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３を２次元的に配列することによって構成される。本構成例では、第一分岐部がプリズムＰ１で構成され、第二分岐部がプリズムＰ２、Ｐ３で構成されている。前者のプリズムＰ１は、入射光Ｌ１のビーム径中心付近が、頂角の稜を透過するような位置に配置されている。このため、入射光Ｌ１は、プリズムＰ１の稜を挟んだ２面によって１：１の分岐比（強度比）で分岐されることになる。一対のプリズムＰ２、Ｐ３は、プリズムＰ１より出射された第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂのビーム径中心付近が、それぞれの頂角の稜を透過するような位置に配置されている。このため、プリズムＰ１から出射された第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、各プリズムＰ２、Ｐ３の稜を挟んだ２面によって、１：１の分岐比でそれぞれ分岐されることになる。
【００２４】
つまり、信号光の分岐比は、各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の配置と、入射光Ｌ１、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂのビーム径中心が各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３のどの部分に入射されるかによって決定される。上述したように、本実施例では、入射光Ｌ１、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂのビーム径中心が各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の頂角の稜に位置合わせされた状態で入射されるので、第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄは、入射光を分岐比１：１：１：１で４等分したものとなる。
【００２５】
図３は、プリズムＰ１における信号光の分岐を具体的に説明する図である。このプリズムＰ１は、立方体の外形を有し、紙面に平行な面内で正方形断面を有する。プリズムＰ１の頂角部分４１に入射した信号光すなわち入射光は、頂角部分４１に形成された稜４２を挟む一対の側面４４、４５に均等に入射して紙面に平行な面内で２つに分岐される。これら２つの分岐光は、各々、別の光路でプリズムＰ１内を伝搬して、一対の対向側面４７、４８から出射光すなわち分岐光として個別に出射される。なお、各対向側面４７、４８から分岐されて出射する一対の出射光は、プリズムＰ１から出射する際に屈折され、入射光と平行な状態になっている。以上の説明はプリズムＰ１についてのものであったが、プリズムＰ２、Ｐ３においても、入射光すなわち第一分岐光が上記と同様に分岐されて、出射光すなわち第二分岐光として出射される。
【００２６】
なお、各プリズムＰ１〜Ｐ３による信号光の分岐比は必ずしも１：１にする必要はない。つまり、入射光Ｌ１、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、そのビーム径中心を必ずしも各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の頂角の稜に位置合わせして入射させる必要はない。分岐比が１：１でない場合は、その分岐比をあらかじめ測定し、その分岐比に応じた補償校正データを演算回路部Ｂ２に与えるようにする。
【００２７】
図４は、プリズムＰ１〜Ｐ３の変形例を説明する図である。すなわち、図２に示すプリズムＰ１〜Ｐ３は、図４（ａ）〜（ｄ）に示す形状のプリズムＰに置き換えることができる。
【００２８】
例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すように断面菱形、断面平行四辺形のものでもよい。このように、対向する面が平行に形成された断面菱形、断面平行四辺形等のプリズムＰは、出射光が入射光に対して必ず平行となるので、位相補償部Ａ２に組み込む偏光子、位相子等の設置が容易になる。
【００２９】
また、図４（ｃ）に示すように、プリズムＰの形状を、透過しない部分の角を切除した略断面正方形状としてもよい。図４（ｃ）のようなプリズム形状にすると、装置をコンパクトにすることができる。さらに、図４（ｄ）に示すように、プリズムＰの入射部分の頂角を切除した形状とし、プリズムＰから出射させる際に信号光を分岐させる構成のものでもよい。
【００３０】
図２に戻って、位相補償部Ａ２は、主軸方位を０゜に持つ１／４波長板等からなる位相素子Ｃと、０゜の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ１と、４５゜の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ２とで構成される。
【００３１】
なお、位相素子Ｃの主軸方位および偏光素子Ｄ１、Ｄ２の偏光方位角度は、適宜変更することができ、上記の主軸方向及び偏光方位角度例に特に限定されない。
【００３２】
また、位相素子Ｃは、光分岐部Ａ１で４分岐された第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち、一番下方の一つの第二分岐光Ｌ３ｄのみが透過するように配置されているが、他のいずれか一つの第二分岐光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃのみが透過するように配置することもできる。ただし、この位相素子Ｃは、後述する偏光素子Ｄ２と組み合わせて配置されるべきものであるので、位相素子Ｃの配置変更に応じて偏光素子Ｄ１、Ｄ２の配置も変更する必要がある。
【００３３】
偏光素子Ｄ１は、４分岐された第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち一つの第二分岐光Ｌ３ｂのみが透過するように配置されている。ただし、偏光素子Ｄ１を透過する第二分岐光Ｌ３ｂは、位相素子Ｃを透過していないものとする。偏光素子Ｄ２は、４分岐された第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち、二つの第二分岐光Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄが透過するように配置されている。偏光素子Ｄ２を透過する二つの第二分岐光Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち、一つの第二分岐光Ｌ３ｃは、位相素子Ｃを透過せずに偏光素子Ｄ２に入射され、もう一方の第二分岐光Ｌ３ｄは位相素子Ｃを透過して偏光素子Ｄ２に入射される。なお、４分岐された第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち一つの第二分岐光Ｌ３ａは、位相補償部Ａ２では、何も透過せずそのまま受光回路部Ｂ１に入射される。
【００３４】
位相補償部Ａ２を出射した信号光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄは、受光回路部Ｂ１を構成している受光素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４にそれぞれ入射され、各信号光の透過光強度が測定される。なお、受光素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は、例えば、ＰＤ等の光電変換受光素子を用いる。
【００３５】
次に、本実施形態のストークスパラメータ装置の測定方法について、図１および図２を参照して具体的に説明する。
【００３６】
まず、入射部１から入射された入射光Ｌ１は、偏光解析部Ａに入射される。入射光Ｌ１は、まず光分岐部Ａ１のプリズムＰ１に入射される。入射光Ｌ１は、プリズムＰ１に入射されると２つの第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに分岐される。次に、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、それぞれプリズムＰ２、Ｐ３に入射される。第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、プリズムＰ２、Ｐ３により、それぞれ第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄの４つに分岐される。本実施例では、信号光である入射光Ｌ１を３つのプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３で４分岐する方法としたので、従来、干渉により分岐する際に発生していたＰＤＬ、偏波変動を抑えることができる。
【００３７】
４つの第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄは、次に位相補償部Ａ２に入射される。一つ目の第二分岐光Ｌ３ａは、何も透過せずにそのままの状態で受光素子Ｅ１に入射され、透過光強度が測定される。二つ目の第二分岐光Ｌ３ｂは、０°の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ１を透過させ、受光素子Ｅ２に入射され、０°直線偏光成分の透過光強度が測定される。三つ目の第二分岐光Ｌ３ｃは、４５°の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ２を透過させ、受光素子Ｅ３に入射され、４５°直線偏光成分の透過光強度が測定される。四つ目の第二分岐光Ｌ３ｄは、まず、進相軸を０°にもつλ／４波長板に入射され、次に４５°の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ２に入射され、最後に受光素子Ｅ４に入射されて、右円偏光成分の透過光強度が測定される。
【００３８】
４つの透過光強度をＩｔ、Ｉｘ、Ｉ４５、Ｉｑ４５とすると、各ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、以下の（１）式により表されることが知られている。
【数１】
つまり、４つの各透過光強度を実測する事によりストークスパラメータを算出することができる。
【００３９】
各透過光強度Ｉｔ、Ｉｘ、Ｉ４５、Ｉｑ４５に対し、光電変換して実測した値をＩ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３として、ストークスパラメータを算出する。 なお、信号光の分岐比は、４つの第二分岐光がほぼ同じ光強度になるようにプリズムを配置しているが、偏光子、波長板のロス、１／４波長板の波長特性等により強度比が異なる場合がある。このため、演算回路部Ｂ２には、補正計算機能を組み込むことが好ましい。
【００４０】
分岐比については、偏光子等を挿入する前にあらかじめ測定しておいてもよいが、図５に示すような補償校正を行うことが好ましい。すなわち、完全偏光を出射することができる入力光源βを用意し、かかる入力光源βからの完全偏光を偏波コントローラＦを介して偏光状態を変化させつつ、ストークスパラメータ測定装置αに入力させる。ストークスパラメータ測定装置αに入力される光は完全偏光であるから、各透過光強度において、そのｍａｘ値をとるときのストークスパラメータを１と規定し、ｍｉｎ値をとるときのストークスパラメータを−１と規定できる。各Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３のｍａｘ値をＩ０ｍａｘ、Ｉ１ｍａｘ、Ｉ２ｍａｘ、Ｉ３ｍａｘとし、ｍｉｎ値をＩ０ｍｉｎ、Ｉ１ｍｉｎ、Ｉ２ｍｉｎ、Ｉ３ｍｉｎとし、全体強度がＩ０の入力光の透過強度である場合、そのストークスパラメータは、（２）式で与えられる。
【数２】
Ｓｏ＝１
（ｉ＝１，２，３）
【００４１】
また偏光度ＤＯＰは（３）式として算出されるので、
【数３】
ＤＯＰモニタとしての機能も併せ持つようにすることができる。
【００４２】
このようにしてストークスパラメータとＤＯＰ値とを算出できるわけであるが、当該方法によれば、光学解析部におけるＰＤＬを小さく抑えることができるので、より精度のよいストークスパラメータ測定装置すなわち光偏光アナライザが構成できる。
【００４３】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態のストークスパラメータ計測装置について説明する。第２実施形態の計測装置は、図２に示す偏光解析光学部Ａ等に対しビームサイズを調節するためのレンズを付加したものである。
【００４４】
図６は、第２実施形態の計測装置における光分岐部Ａ１の一部を示す。図からも明らかなように、この光分岐部Ａ１では、プリズムＰ１の前段部として、入射光Ｌ１のビーム径を大きくするためのビームエキスパンダーレンズ５１と、ビーム径が拡大された入射光Ｌ１をコリメート光にしてプリズムＰ１に入射させるためのコリメートレンズ５２とを順に配置している。
【００４５】
図７は、受光回路部Ｂ１と位相補償部Ａ２との間に、集光レンズ５５、５６、５７、５８が配置された例を示している。この場合、第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄが、位相補償部Ａ２を透過した後、受光素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に入射される際に、これら第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄを集光レンズ５５、５６、５７、５８によって集光させる。このように集光レンズ５５、５６、５７、５８を配置することにより、受光素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４による受光効率が上がり、精度が安定する。
【００４６】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態のストークスパラメータ計測装置について説明する。第３実施形態の計測装置は、図２に示す光分岐部Ａ１を単一のプリズムで構成する。
【００４７】
図８（ａ）は、光分岐部Ａ１を構成するプリズムＰＱの斜視図であり、図８（ｂ）はプリズムＰＱの側面図である。この光分岐部Ａ１では、プリズムＰＱの受光部分を四角錐すなわちピラミッド形状にする。図１に示す入力部１からの入射光Ｌ１をこのピラミッド形状の頂部６１、すなわち４つの稜を挟む４側面６２〜６５に入射させることにより、一つのプリズムＰＱだけで入射光Ｌ１を４つの分岐光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｄに一括して４分岐させることができる。よって、光分岐部Ａ１を簡単な構造とすることができる。
【００４８】
図９（ａ）は、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すプリズムＰＱの変形例を示す。この場合、プリズムＰＱの入射側と出射側をともにピラミッド形状としている。このプリズムＰＱでは、入射光を頂部７１の４つの側面７２〜７５に入射させることにより、各側面７２〜７５に平行な対向側面７６〜７９から４つの分岐光をそれぞれ出射させることができる。この際、各分岐光は入射光と平行になっており、ストークスパラメータ測定装置のコンパクトな設計が可能となる。さらに、このようなプリズムＰＱを用いることにより、入射光の波長が変化した場合にも、各分岐光を常に同一の分岐比で出射させることができる。
【００４９】
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すプリズムＰＱのさらなる変形例を示す。この場合、入射側のピラミッド形状と出射側のピラミッド形状との間に四角柱部分を形成している。この場合、プリズムＰＱの屈折率に応じて効率よく分岐光を得ることができるとともに、光路すなわち軸に垂直な方向のプリズムＰＱのサイズを減少させることができる。
【００５０】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態のストークスパラメータ計測装置について説明する。第４実施形態の計測装置は、第４実施形態の計測装置をさらに変形したものである。
【００５１】
図１０（ａ）は、図９（ａ）に示すプリズムＰＱを変形したプリズムＰＰであり、入射側と出射側のピラミッド形状の頂点近傍をカットして、分割部である平坦面８０，８１を形成している。図１に示す入力部１からの入射光を図１０（ａ）のプリズムＰＰの入射側截頭ピラミッドに入射させると、４つの側面８２〜８５に入射した入射光は、これらの側面８２〜８５で４つに分岐され、出射側截頭ピラミッドすなわち各側面８２〜８５に平行な対向側面８６〜８９から４つの分岐光として出射される。また、中央の平坦面８０に入射した入射光は、そのまま直進して対向する平坦面８１から分割光として分岐光と平行に出射される。このような分割光は、ストークスパラメータ測定装置で測定中の信号光を別の計測装置等でモニタする際に活用される。つまり、この実施形態のプリズムＰＰは、プリズムＰＱとほぼ同等のサイズでありながら、カプラとしての機能も有する。
【００５２】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すプリズムＰＰのさらなる変形例を示す。
この場合、入射側の截頭ピラミッドと出射側の截頭ピラミッドとの間に四角柱部分を設けている。プリズムＰＰの屈折率に応じて効率よく分岐光を得ることができるとともに、光路すなわち軸に垂直な方向のプリズムＰＰのサイズを減少させることができる。
【００５３】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態のストークスパラメータ計測装置について説明する。第５実施形態の計測装置は、第１実施形態の計測装置をさらに変形したものである。
【００５４】
図１１に示すように、図２に示すプリズムＰ１の後段に波長分散補正部である色消しプリズム９０が追加されている。この色消しプリズム９０は、図２に示すプリズムと同様の四角柱（ただし、断面がひし形）となっている。また、プリズムＰ１の一対の頂点を通る軸ＡＸ上に色消しプリズム９０の一対の頂点を配置している。さらに、色消しプリズム９０の屈折率および寸法を調節して、入射光の波長にかかわらず、色消しプリズム９０の同一位置から分岐光が出射するようにしてある。
【００５５】
プリズムＰ１のある側面４４に入射した入射光は、この側面４４に平行な対向側面４７から２つの分岐光の１つとして出射される。この際、プリズムＰ１の屈折率分散に起因して、長波長λ１の分岐光は、軸ＡＸに近い位置で軸ＡＸに平行に進行し、短波長λ２の分岐光は、軸ＡＸから離れた位置で軸ＡＸに平行に進行する。
【００５６】
対向側面４７から出射された分岐光は、直進して色消しプリズム９０の側面９５に入射される。側面９５に入射された分岐光は、色消しプリズム９０中を伝搬して側面９５に平行な対向側面９９から軸ＡＸに平行に伝搬する分岐光として出射される。この際、色消しプリズム９０の屈折率および寸法を調節して、プリズムＰ１による分岐光の出射位置の波長依存性を相殺するようにしているので、異なる波長λ１、λ２を有する一対の分岐光のいずれが側面９５に入射した場合であっても、対向側面９９の同一箇所から分岐光が出射する。なお、図示を省略しているが、プリズムＰ１の他の側面４５に入射して分岐され対向側面４８から出射される分岐光も、色消しプリズム９０の側面９４および対向側面９８を経て出射される際に出射位置の波長依存性が解消される。よって、このような色消しプリズム９０を用いることにより、位相補償部Ａ２や受光回路部Ｂ１の配置を変更することなく複数の波長に亘ってストークスパラメータを測定することができる。
【００５７】
なお、プリズムＰ１の形状は、図１１に示すものに限らず、平行な分岐光を出射するものであればよい。例えば、図４（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示す各種プリズムＰを図１１のプリズムＰ１に置き換えることができる。
【００５８】
以上の説明では、プリズムＰ１の後段に色消しプリズム９０を配置する場合について説明したが、図２等に示す２分岐プリズムＰ２、Ｐ３の後段に色消しプリズムを設けることもできる。この場合、色消しプリズムは、図１１に示す形状と同じ断面形状を有する四角柱プリズムとする。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被測定光を複数に分岐する過程において、偏波変動、ＰＤＬを抑える事ができ、小型で高性能な偏波アラナイザの構成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光分岐部、位相補償部および受光回路部の一構成例を示す図である。
【図３】プリズム内の分岐光路を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、図２の光分岐部に用いるプリズム構造の変形例を示す図である。
【図５】図１の計測装置において補償校正を行う方法を説明する図である。
【図６】第２実施形態に係る計測装置における光分岐部の一部であって、当該光分岐部内にレンズを配置したものを示す。
【図７】位相補償部と受光回路部との間にレンズを配置した状態を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る計測装置の光分岐部の構造を説明する斜視図および側面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係る計測装置の光分岐部の構造を説明する斜視図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る計測装置の光分岐部の構造を説明する斜視図である。
【図１１】第６実施形態に係る計測装置の光分岐部の構造を説明する側面図である。
【符号の説明】
α ストークスパラメータ測定装置
β 光源
Ａ 偏光解析光学部
Ａ１ 光分岐部
Ａ２ 位相補償部
Ｂ 電気回路部
Ｂ１ 受光回路部
Ｂ２ 演算回路部
Ｂ３ Ａ／Ｄ変換回路部
Ｃ 位相素子
Ｄ１ 偏光素子（０度挿入）
Ｄ２ 偏光素子（４５度挿入）
Ｅ１〜Ｅ４ 受光素子
Ｆ 偏波コントローラ
Ｌ１ 入射光
Ｌ２ａ〜Ｌ２ｂ 第一分岐光
Ｌ３ａ〜Ｌ３ｄ 第二分岐光
Ｌ４ａ〜Ｌ４ｄ 信号光
Ｐ１〜Ｐ３ プリズム
５１ ビームエキスパンダーレンズ
５２〜５４ コリメートレンズ
５５〜５８ 集光レンズ
１ 入射部
２ 出力部
３ 分岐手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光等の偏光状態を測定するストークスパラメータ測定装置及びその測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ストークスパラメータとは、偏光状態を表したパラメータである。このストークスパラメータを測定する場合は、入射された信号光をビームスプリッタ、ハーフミラー、フィルタからなる分岐手段３を用いて４分岐し、半波長板等の偏光素子および１／４波長板等の位相素子により各々の信号光にそれぞれ相違する偏光及び移相を与え、受光素子により分岐された各信号光の光成分を光電変換して、各光電変換された電気成分を演算してストークスパラメータを求めてきた。上述したストークスパラメータ測定装置の構成は、特開平６−１８３３２号に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のストークスパラメータ測定装置では、入射光の分岐手段としてビームスプリッタ、ハーフミラー、フィルタ等を使用している。これらの分岐手段は、入射光を干渉により分岐させているため、偏波変動やＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓ）が発生してしまう。この結果、ストークスパラメータの高精度な測定は困難という問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、前記従来技術の課題を鑑みてなされたもので、入射光の分岐時に偏波変動やＰＤＬが発生せず、ストークスパラメータを正確に測定する装置および測定方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、測定対象の信号光が入射される入射部と、少なくとも１つ以上のプリズムを有し、入射部を経た信号光を少なくとも４分岐する光分岐部と、分岐された各信号光にそれぞれ相違する偏光および位相を与える位相補償部と、該位相補償部から出射された信号光の光成分を光電変換する受光回路部と、光電変換された電気成分を演算してストークスパラメータたる光強度成分と０°直線偏光成分と４５°直線偏光成分と右円偏光成分とを得る演算部とを具備する。
【０００６】
上記第一の態様では、少なくとも１つ以上のプリズムを有する光分岐部によって、入射部を経た信号光を干渉を利用することなく少なくとも４分岐するので、簡易に偏波変動やＰＤＬを抑えることができ、ストークスパラメータの高精度な測定が可能となる。
【０００７】
第一の態様において、前記光分岐部は、相対する面が平行に形成されたプリズムを少なくとも１つ以上配置して構成されている。この場合、入射光に平行に出射する分岐光を得ることができる。
【０００８】
第一の態様において、前記光分岐部は、前記少なくとも１つ以上のプリズムに形成された稜を挟む２面に対し前記入射部を経た信号光を入射させて当該信号光を分岐する。この場合、プリズムの稜を利用して任意の分岐比の分岐光を得ることができる。
【０００９】
第一の態様において、前記光分岐部は、入射側に四角錐状の受光部分を有する単一のプリズムを備え、当該受光部分の４つの側面に対し前記入射部を経た信号光を入射させて当該信号光を４分岐する。この場合、単一のプリズムを用いた簡単な構成で信号光の４分岐を達成することができる。なお、前記単一のプリズムは、出射側に四角錐状の光出射部を有するものとでき、前記受光部分の４つの側面と前記光出射部の対向する４つの側面とをそれぞれ平行にすることにより、一括して４分岐した分岐光をすべて入射光に平行に出射させることができる。
【００１０】
第一の態様において、前記位相補償部は、位相素子と偏光素子が配置されて構成されている。
【００１１】
第一の態様において、前記位相補償部と前記受光回路部との間に、集光系レンズが配置されている。
【００１２】
第一の態様において、前記光分岐部は、第一分岐部と第二分岐部で構成され、第一分岐部は一個のプリズムで構成され、第二分岐部は２個のプリズムで構成されている。
【００１３】
第一の態様において、前記光分岐部は、前記入射部を経た信号光を前記位相補償部及び前記受光回路部を介することなく部分的に出射させる分割部をさらに備える。この場合、ストークスパラメータ測定装置で測定中の信号光を別の装置でモニタすることができる。
【００１４】
第一の態様において、前記光分岐部は、前記少なくとも１つ以上のプリズムによって分岐された信号光の出射位置の波長依存性を解消する波長分散補正部を備える。この場合、受光回路部等の配置を変更することなく複数の波長に亘ってストークスパラメータを測定することができる。
【００１５】
第二の態様において、測定対象の信号光を入射部から入射させ、入射された信号光をプリズムで構成された光分岐部で４分岐し、分岐された各信号光に位相補償部でそれぞれ相違する偏光および位相を与え、該位相補償部から出射された信号光の光成分を受光回路部で光電変換し、光電変換された電気成分を演算部でストークスパラメータたる光強度成分と０°直線偏光成分と４５°直線偏光成分と右円偏光成分とを演算する。
【００１６】
上記第二の態様でも、簡易に偏波変動やＰＤＬを抑えることができ、ストークスパラメータの高精度な測定が可能となる。
【００１７】
第二の態様において、前記光分岐部は、第一分岐部と第二分岐部とからなり、該第一分岐部で入射部から入射された信号光を２分岐し、２分岐された各信号光を第二分岐部でさらに２分岐する。
【００１８】
第二の態様において、前記光分岐部で、前記少なくとも１つ以上のプリズムに形成された稜を挟む２面に対し前記入射部を経た信号光を入射させて当該信号光を分岐する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るストークスパラメータ測定装置の構成を示すブロック図である。
【００２１】
本装置例のストークスパラメータ測定装置αは、レセプタクル、コリメータレンズ等からなる入射部である入力部１と、偏光解析光学部Ａと、電気回路部Ｂと、ＧＰ−ＩＢ等からなる出力部２とで構成されている。偏光解析光学部Ａは、光分岐部Ａ１と位相補償部Ａ２とで構成され、電気回路部Ｂは、フォト・ダイオード等からなる受光回路部Ｂ１と、演算回路部Ｂ２と、Ａ／Ｄ変換回路部Ｂ３とで構成されている。なお、図示しないが、Ａ／Ｄ変換回路部Ｂ３を必要に応じてアナログ出力回路部としてもよい。
【００２２】
図２は、図１に示した光分岐部Ａ１、位相補償部Ａ２および受光回路部Ｂ１の一構成例を示す図である。
【００２３】
光分岐部Ａ１は、３つの立方体状のプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３を２次元的に配列することによって構成される。本構成例では、第一分岐部がプリズムＰ１で構成され、第二分岐部がプリズムＰ２、Ｐ３で構成されている。前者のプリズムＰ１は、入射光Ｌ１のビーム径中心付近が、頂角の稜を透過するような位置に配置されている。このため、入射光Ｌ１は、プリズムＰ１の稜を挟んだ２面によって１：１の分岐比（強度比）で分岐されることになる。一対のプリズムＰ２、Ｐ３は、プリズムＰ１より出射された第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂのビーム径中心付近が、それぞれの頂角の稜を透過するような位置に配置されている。このため、プリズムＰ１から出射された第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、各プリズムＰ２、Ｐ３の稜を挟んだ２面によって、１：１の分岐比でそれぞれ分岐されることになる。
【００２４】
つまり、信号光の分岐比は、各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の配置と、入射光Ｌ１、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂのビーム径中心が各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３のどの部分に入射されるかによって決定される。上述したように、本実施例では、入射光Ｌ１、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂのビーム径中心が各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の頂角の稜に位置合わせされた状態で入射されるので、第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄは、入射光を分岐比１：１：１：１で４等分したものとなる。
【００２５】
図３は、プリズムＰ１における信号光の分岐を具体的に説明する図である。このプリズムＰ１は、立方体の外形を有し、紙面に平行な面内で正方形断面を有する。プリズムＰ１の頂角部分４１に入射した信号光すなわち入射光は、頂角部分４１に形成された稜４２を挟む一対の側面４４、４５に均等に入射して紙面に平行な面内で２つに分岐される。これら２つの分岐光は、各々、別の光路でプリズムＰ１内を伝搬して、一対の対向側面４７、４８から出射光すなわち分岐光として個別に出射される。なお、各対向側面４７、４８から分岐されて出射する一対の出射光は、プリズムＰ１から出射する際に屈折され、入射光と平行な状態になっている。以上の説明はプリズムＰ１についてのものであったが、プリズムＰ２、Ｐ３においても、入射光すなわち第一分岐光が上記と同様に分岐されて、出射光すなわち第二分岐光として出射される。
【００２６】
なお、各プリズムＰ１〜Ｐ３による信号光の分岐比は必ずしも１：１にする必要はない。つまり、入射光Ｌ１、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、そのビーム径中心を必ずしも各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の頂角の稜に位置合わせして入射させる必要はない。分岐比が１：１でない場合は、その分岐比をあらかじめ測定し、その分岐比に応じた補償校正データを演算回路部Ｂ２に与えるようにする。
【００２７】
図４は、プリズムＰ１〜Ｐ３の変形例を説明する図である。すなわち、図２に示すプリズムＰ１〜Ｐ３は、図４（ａ）〜（ｄ）に示す形状のプリズムＰに置き換えることができる。
【００２８】
例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すように断面菱形、断面平行四辺形のものでもよい。このように、対向する面が平行に形成された断面菱形、断面平行四辺形等のプリズムＰは、出射光が入射光に対して必ず平行となるので、位相補償部Ａ２に組み込む偏光子、位相子等の設置が容易になる。
【００２９】
また、図４（ｃ）に示すように、プリズムＰの形状を、透過しない部分の角を切除した略断面正方形状としてもよい。図４（ｃ）のようなプリズム形状にすると、装置をコンパクトにすることができる。さらに、図４（ｄ）に示すように、プリズムＰの入射部分の頂角を切除した形状とし、プリズムＰから出射させる際に信号光を分岐させる構成のものでもよい。
【００３０】
図２に戻って、位相補償部Ａ２は、主軸方位を０゜に持つ１／４波長板等からなる位相素子Ｃと、０゜の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ１と、４５゜の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ２とで構成される。
【００３１】
なお、位相素子Ｃの主軸方位および偏光素子Ｄ１、Ｄ２の偏光方位角度は、適宜変更することができ、上記の主軸方向及び偏光方位角度例に特に限定されない。
【００３２】
また、位相素子Ｃは、光分岐部Ａ１で４分岐された第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち、一番下方の一つの第二分岐光Ｌ３ｄのみが透過するように配置されているが、他のいずれか一つの第二分岐光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃのみが透過するように配置することもできる。ただし、この位相素子Ｃは、後述する偏光素子Ｄ２と組み合わせて配置されるべきものであるので、位相素子Ｃの配置変更に応じて偏光素子Ｄ１、Ｄ２の配置も変更する必要がある。
【００３３】
偏光素子Ｄ１は、４分岐された第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち一つの第二分岐光Ｌ３ｂのみが透過するように配置されている。ただし、偏光素子Ｄ１を透過する第二分岐光Ｌ３ｂは、位相素子Ｃを透過していないものとする。偏光素子Ｄ２は、４分岐された第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち、二つの第二分岐光Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄが透過するように配置されている。偏光素子Ｄ２を透過する二つの第二分岐光Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち、一つの第二分岐光Ｌ３ｃは、位相素子Ｃを透過せずに偏光素子Ｄ２に入射され、もう一方の第二分岐光Ｌ３ｄは位相素子Ｃを透過して偏光素子Ｄ２に入射される。なお、４分岐された第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄのうち一つの第二分岐光Ｌ３ａは、位相補償部Ａ２では、何も透過せずそのまま受光回路部Ｂ１に入射される。
【００３４】
位相補償部Ａ２を出射した信号光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄは、受光回路部Ｂ１を構成している受光素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４にそれぞれ入射され、各信号光の透過光強度が測定される。なお、受光素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は、例えば、ＰＤ等の光電変換受光素子を用いる。
【００３５】
次に、本実施形態のストークスパラメータ装置の測定方法について、図１および図２を参照して具体的に説明する。
【００３６】
まず、入射部１から入射された入射光Ｌ１は、偏光解析部Ａに入射される。入射光Ｌ１は、まず光分岐部Ａ１のプリズムＰ１に入射される。入射光Ｌ１は、プリズムＰ１に入射されると２つの第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに分岐される。次に、第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、それぞれプリズムＰ２、Ｐ３に入射される。第一分岐光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、プリズムＰ２、Ｐ３により、それぞれ第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄの４つに分岐される。本実施例では、信号光である入射光Ｌ１を３つのプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３で４分岐する方法としたので、従来、干渉により分岐する際に発生していたＰＤＬ、偏波変動を抑えることができる。
【００３７】
４つの第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄは、次に位相補償部Ａ２に入射される。一つ目の第二分岐光Ｌ３ａは、何も透過せずにそのままの状態で受光素子Ｅ１に入射され、透過光強度が測定される。二つ目の第二分岐光Ｌ３ｂは、０°の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ１を透過させ、受光素子Ｅ２に入射され、０°直線偏光成分の透過光強度が測定される。三つ目の第二分岐光Ｌ３ｃは、４５°の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ２を透過させ、受光素子Ｅ３に入射され、４５°直線偏光成分の透過光強度が測定される。四つ目の第二分岐光Ｌ３ｄは、まず、進相軸を０°にもつλ／４波長板に入射され、次に４５°の偏光方位角度を持つ偏光素子Ｄ２に入射され、最後に受光素子Ｅ４に入射されて、右円偏光成分の透過光強度が測定される。
【００３８】
４つの透過光強度をＩｔ、Ｉｘ、Ｉ４５、Ｉｑ４５とすると、各ストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、以下の（１）式により表されることが知られている。
【数１】
【００３９】
各透過光強度Ｉｔ、Ｉｘ、Ｉ４５、Ｉｑ４５に対し、光電変換して実測した値をＩ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３として、ストークスパラメータを算出する。 なお、信号光の分岐比は、４つの第二分岐光がほぼ同じ光強度になるようにプリズムを配置しているが、偏光子、波長板のロス、１／４波長板の波長特性等により強度比が異なる場合がある。このため、演算回路部Ｂ２には、補正計算機能を組み込むことが好ましい。
【００４０】
分岐比については、偏光子等を挿入する前にあらかじめ測定しておいてもよいが、図５に示すような補償校正を行うことが好ましい。すなわち、完全偏光を出射することができる入力光源βを用意し、かかる入力光源βからの完全偏光を偏波コントローラＦを介して偏光状態を変化させつつ、ストークスパラメータ測定装置αに入力させる。ストークスパラメータ測定装置αに入力される光は完全偏光であるから、各透過光強度において、そのｍａｘ値をとるときのストークスパラメータを１と規定し、ｍｉｎ値をとるときのストークスパラメータを−１と規定できる。各Ｉ０、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３のｍａｘ値をＩ０ｍａｘ、Ｉ１ｍａｘ、Ｉ２ｍａｘ、Ｉ３ｍａｘとし、ｍｉｎ値をＩ０ｍｉｎ、Ｉ１ｍｉｎ、Ｉ２ｍｉｎ、Ｉ３ｍｉｎとし、全体強度がＩ０の入力光の透過強度である場合、そのストークスパラメータは、（２）式で与えられる。
【数２】
Ｓｏ＝１
【００４１】
また偏光度ＤＯＰは（３）式として算出されるので、
【数３】
【００４２】
このようにしてストークスパラメータとＤＯＰ値とを算出できるわけであるが、当該方法によれば、光学解析部におけるＰＤＬを小さく抑えることができるので、より精度のよいストークスパラメータ測定装置すなわち光偏光アナライザが構成できる。
【００４３】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態のストークスパラメータ計測装置について説明する。第２実施形態の計測装置は、図２に示す偏光解析光学部Ａ等に対しビームサイズを調節するためのレンズを付加したものである。
【００４４】
図６は、第２実施形態の計測装置における光分岐部Ａ１の一部を示す。図からも明らかなように、この光分岐部Ａ１では、プリズムＰ１の前段部として、入射光Ｌ１のビーム径を大きくするためのビームエキスパンダーレンズ５１と、ビーム径が拡大された入射光Ｌ１をコリメート光にしてプリズムＰ１に入射させるためのコリメートレンズ５２とを順に配置している。
【００４５】
図７は、受光回路部Ｂ１と位相補償部Ａ２との間に、集光レンズ５５、５６、５７、５８が配置された例を示している。この場合、第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄが、位相補償部Ａ２を透過した後、受光素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に入射される際に、これら第二分岐光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄを集光レンズ５５、５６、５７、５８によって集光させる。このように集光レンズ５５、５６、５７、５８を配置することにより、受光素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４による受光効率が上がり、精度が安定する。
【００４６】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態のストークスパラメータ計測装置について説明する。第３実施形態の計測装置は、図２に示す光分岐部Ａ１を単一のプリズムで構成する。
【００４７】
図８（ａ）は、光分岐部Ａ１を構成するプリズムＰＱの斜視図であり、図８（ｂ）はプリズムＰＱの側面図である。この光分岐部Ａ１では、プリズムＰＱの受光部分を四角錐すなわちピラミッド形状にする。図１に示す入力部１からの入射光Ｌ１をこのピラミッド形状の頂部６１、すなわち４つの稜を挟む４側面６２〜６５に入射させることにより、一つのプリズムＰＱだけで入射光Ｌ１を４つの分岐光Ｌ３ａ〜Ｌ３ｄに一括して４分岐させることができる。よって、光分岐部Ａ１を簡単な構造とすることができる。
【００４８】
図９（ａ）は、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すプリズムＰＱの変形例を示す。この場合、プリズムＰＱの入射側と出射側をともにピラミッド形状としている。このプリズムＰＱでは、入射光を頂部７１の４つの側面７２〜７５に入射させることにより、各側面７２〜７５に平行な対向側面７６〜７９から４つの分岐光をそれぞれ出射させることができる。この際、各分岐光は入射光と平行になっており、ストークスパラメータ測定装置のコンパクトな設計が可能となる。さらに、このようなプリズムＰＱを用いることにより、入射光の波長が変化した場合にも、各分岐光を常に同一の分岐比で出射させることができる。
【００４９】
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すプリズムＰＱのさらなる変形例を示す。この場合、入射側のピラミッド形状と出射側のピラミッド形状との間に四角柱部分を形成している。この場合、プリズムＰＱの屈折率に応じて効率よく分岐光を得ることができるとともに、光路すなわち軸に垂直な方向のプリズムＰＱのサイズを減少させることができる。
【００５０】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態のストークスパラメータ計測装置について説明する。第４実施形態の計測装置は、第４実施形態の計測装置をさらに変形したものである。
【００５１】
図１０（ａ）は、図９（ａ）に示すプリズムＰＱを変形したプリズムＰＰであり、入射側と出射側のピラミッド形状の頂点近傍をカットして、分割部である平坦面８０，８１を形成している。図１に示す入力部１からの入射光を図１０（ａ）のプリズムＰＰの入射側截頭ピラミッドに入射させると、４つの側面８２〜８５に入射した入射光は、これらの側面８２〜８５で４つに分岐され、出射側截頭ピラミッドすなわち各側面８２〜８５に平行な対向側面８６〜８９から４つの分岐光として出射される。また、中央の平坦面８０に入射した入射光は、そのまま直進して対向する平坦面８１から分割光として分岐光と平行に出射される。このような分割光は、ストークスパラメータ測定装置で測定中の信号光を別の計測装置等でモニタする際に活用される。つまり、この実施形態のプリズムＰＰは、プリズムＰＱとほぼ同等のサイズでありながら、カプラとしての機能も有する。
【００５２】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すプリズムＰＰのさらなる変形例を示す。
この場合、入射側の截頭ピラミッドと出射側の截頭ピラミッドとの間に四角柱部分を設けている。プリズムＰＰの屈折率に応じて効率よく分岐光を得ることができるとともに、光路すなわち軸に垂直な方向のプリズムＰＰのサイズを減少させることができる。
【００５３】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態のストークスパラメータ計測装置について説明する。第５実施形態の計測装置は、第１実施形態の計測装置をさらに変形したものである。
【００５４】
図１１に示すように、図２に示すプリズムＰ１の後段に波長分散補正部である色消しプリズム９０が追加されている。この色消しプリズム９０は、図２に示すプリズムと同様の四角柱（ただし、断面がひし形）となっている。また、プリズムＰ１の一対の頂点を通る軸ＡＸ上に色消しプリズム９０の一対の頂点を配置している。さらに、色消しプリズム９０の屈折率および寸法を調節して、入射光の波長にかかわらず、色消しプリズム９０の同一位置から分岐光が出射するようにしてある。
【００５５】
プリズムＰ１のある側面４４に入射した入射光は、この側面４４に平行な対向側面４７から２つの分岐光の１つとして出射される。この際、プリズムＰ１の屈折率分散に起因して、長波長λ１の分岐光は、軸ＡＸに近い位置で軸ＡＸに平行に進行し、短波長λ２の分岐光は、軸ＡＸから離れた位置で軸ＡＸに平行に進行する。
【００５６】
対向側面４７から出射された分岐光は、直進して色消しプリズム９０の側面９５に入射される。側面９５に入射された分岐光は、色消しプリズム９０中を伝搬して側面９５に平行な対向側面９９から軸ＡＸに平行に伝搬する分岐光として出射される。この際、色消しプリズム９０の屈折率および寸法を調節して、プリズムＰ１による分岐光の出射位置の波長依存性を相殺するようにしているので、異なる波長λ１、λ２を有する一対の分岐光のいずれが側面９５に入射した場合であっても、対向側面９９の同一箇所から分岐光が出射する。なお、図示を省略しているが、プリズムＰ１の他の側面４５に入射して分岐され対向側面４８から出射される分岐光も、色消しプリズム９０の側面９４および対向側面９８を経て出射される際に出射位置の波長依存性が解消される。よって、このような色消しプリズム９０を用いることにより、位相補償部Ａ２や受光回路部Ｂ１の配置を変更することなく複数の波長に亘ってストークスパラメータを測定することができる。
【００５７】
なお、プリズムＰ１の形状は、図１１に示すものに限らず、平行な分岐光を出射するものであればよい。例えば、図４（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示す各種プリズムＰを図１１のプリズムＰ１に置き換えることができる。
【００５８】
以上の説明では、プリズムＰ１の後段に色消しプリズム９０を配置する場合について説明したが、図２等に示す２分岐プリズムＰ２、Ｐ３の後段に色消しプリズムを設けることもできる。この場合、色消しプリズムは、図１１に示す形状と同じ断面形状を有する四角柱プリズムとする。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被測定光を複数に分岐する過程において、偏波変動、ＰＤＬを抑える事ができ、小型で高性能な偏波アラナイザの構成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光分岐部、位相補償部および受光回路部の一構成例を示す図である。
【図３】プリズム内の分岐光路を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、図２の光分岐部に用いるプリズム構造の変形例を示す図である。
【図５】図１の計測装置において補償校正を行う方法を説明する図である。
【図６】第２実施形態に係る計測装置における光分岐部の一部であって、当該光分岐部内にレンズを配置したものを示す。
【図７】位相補償部と受光回路部との間にレンズを配置した状態を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、第３実施形態に係る計測装置の光分岐部の構造を説明する斜視図および側面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態に係る計測装置の光分岐部の構造を説明する斜視図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、第５実施形態に係る計測装置の光分岐部の構造を説明する斜視図である。
【図１１】第６実施形態に係る計測装置の光分岐部の構造を説明する側面図である。
【符号の説明】
α ストークスパラメータ測定装置
β 光源
Ａ 偏光解析光学部
Ａ１ 光分岐部
Ａ２ 位相補償部
Ｂ 電気回路部
Ｂ１ 受光回路部
Ｂ２ 演算回路部
Ｂ３ Ａ／Ｄ変換回路部
Ｃ 位相素子
Ｄ１ 偏光素子（０度挿入）
Ｄ２ 偏光素子（４５度挿入）
Ｅ１〜Ｅ４ 受光素子
Ｆ 偏波コントローラ
Ｌ１ 入射光
Ｌ２ａ〜Ｌ２ｂ 第一分岐光
Ｌ３ａ〜Ｌ３ｄ 第二分岐光
Ｌ４ａ〜Ｌ４ｄ 信号光
Ｐ１〜Ｐ３ プリズム
５１ ビームエキスパンダーレンズ
５２〜５４ コリメートレンズ
５５〜５８ 集光レンズ
１ 入射部
２ 出力部
３ 分岐手段
Claims (12)
- 測定対象の信号光が入射される入射部と、
少なくとも１つ以上のプリズムを有し、前記入射部を経た信号光を少なくとも４分岐する光分岐部と、
分岐された各信号光にそれぞれ相違する偏光および位相を与える位相補償部と、
該位相補償部から出射された信号光の光成分を光電変換する受光回路部と、
光電変換された電気成分を演算してストークスパラメータたる光強度成分と０°直線偏光成分と４５°直線偏光成分と右円偏光成分とを得る演算回路部と
を具備するストークスパラメータ測定装置。 - 前記光分岐部は、相対する面が平行に形成されたプリズムを少なくとも１つ以上配置されてなることを特徴とする請求項１記載のストークスパラメータ測定装置。
- 前記光分岐部は、前記少なくとも１つ以上のプリズムに形成された稜を挟む２面に対し前記入射部を経た信号光を入射させて当該信号光を分岐することを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか記載のストークスパラメータ測定装置。
- 前記光分岐部は、入射側に四角錐状の受光部分を有する単一のプリズムを備え、当該受光部分の４つの側面に対し前記入射部を経た信号光を入射させて当該信号光を４分岐することを特徴とする請求項３記載のストークスパラメータ測定装置。
- 前記位相補償部は、位相素子と偏光素子が配置されて構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記載のストークスパラメータ測定装置。
- 前記位相補償部と前記受光回路部との間に配置された集光系レンズをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載のストークスパラメータ測定装置。
- 前記光分岐部は、第一分岐部と第二分岐部とから構成され、第一分岐部が１個のプリズムで構成され、第二分岐部が２個のプリズムで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか記載のストークスパラメータ測定装置。
- 前記光分岐部は、前記入射部を経た信号光を前記位相補償部及び前記受光回路部を介することなく部分的に出射させる分割部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか記載のストークスパラメータ測定装置。
- 前記光分岐部は、前記少なくとも１つ以上のプリズムによって分岐された信号光の出射位置の波長依存性を解消する波長分散補正部を備える請求項１から請求項８のいずれか記載のストークスパラメータ測定装置。
- 測定対象の信号光を入射部から入射させ、入射された信号光をプリズムで構成された光分岐部で４分岐し、分岐された各信号光に位相補償部でそれぞれ相違する偏光および位相を与え、該位相補償部から出射された信号光の光成分を受光回路部で光電変換し、光電変換された電気成分を演算回路部でストークスパラメータたる光強度成分と０°偏光成分と４５°偏光成分と右円偏光成分とを演算することを特徴とするストークスパラメータの測定方法。
- 前記光分岐部は、第一分岐部と第二分岐部とからなり、該第一分岐部で入射部から入射された信号光を２分岐し、２分岐された各信号光を第二分岐部でさらに２分岐することを特徴する請求項１０記載のストークスパラメータの測定方法。
- 前記光分岐部で、前記少なくとも１つ以上のプリズムに形成された稜を挟む２面に対し前記入射部を経た信号光を入射させて当該信号光を分岐することを特徴とする請求項１０及び請求項１１のいずれか記載のストークスパラメータ測定方法。
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| JP2003009724A JP2004093549A (ja) | 2002-01-17 | 2003-01-17 | ストークスパラメータ測定装置および測定方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010210700A (ja) * | 2009-03-06 | 2010-09-24 | Saitama Univ | 光分岐装置 |
| JP2010286248A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Anritsu Corp | 偏波解析装置 |
-
2003
- 2003-01-17 JP JP2003009724A patent/JP2004093549A/ja active Pending
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