JP2005321328A

JP2005321328A - 偏光状態測定装置

Info

Publication number: JP2005321328A
Application number: JP2004140561A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Kubo; 輝洋久保
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2005-11-17
Also published as: US7079248B2; EP1596172A2; US20050254039A1; EP1596172A3

Abstract

【課題】複数の分岐光路の光路長の違いにより生じる受光素子への信号光の到達時間の差を補正して、入力信号光の偏光状態を高い精度で測定できる小型の偏光状態測定装置を提供する。
【解決手段】本偏光状態測定装置は、入力信号光Ｌ_INを３段構成の光カプラ１Ａ〜１Ｃで４つの信号光に分岐し、各分岐光路上に配置した複数の光学素子によって各信号光にそれぞれ相違した偏光および位相差を与え、各々の信号光パワーを対応する受光素子４₁〜４₄で検出し、各受光素子４₁〜４₄から出力される電気信号を演算手段３０において少なくとも各分岐光路の光路長の差を調整した上で処理することにより、入力信号光Ｌ_INの偏光状態に関する情報を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力信号光の偏光状態をストークスパラメータ等の測定によって検出する偏光状態測定装置に関し、特に、実効的な光路長が異なることによって生じる測定精度劣化の低減を図った偏光状態測定装置に関する。

光通信システムでは、伝送容量を増大させるための１つの手段として、１チャンネル当りの通信速度を上げることが知られている。しかし、信号光のビットレートが１０Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒）或いは４０Ｇｂ／ｓを超える領域になってくると、信号光のパルス幅が数十ｐｓ（ピコ秒）となり、様々な要因で発生する波形歪みによって、各ビットの「０」レベルと「１」レベルの判別が困難となる。このような波形歪みは、システム長等の主要な仕様を決定する要因となるため、システム設計時には、波形歪みを補償する部品を配置するなどの措置を講じている。

信号光の波形歪みを発生させる要因として、偏光分散（Polarization Mode Dispersion；ＰＭＤ）がある。このＰＭＤは、例えば、光伝送路として用いられる光ファイバのコアの楕円化や側圧、部分的な温度変化などによって、２つの直交する偏光モード間に群遅延差（Differential Group Delay；ＤＧＤ）が生じるために起こる分散である。例えば、海底ケーブル等の環境変化の少ない場所に光ファイバが敷設される場合と、鉄道脇等の環境変化の激しい場所に光ファイバが敷設される場合とでは、ＰＭＤ変化の挙動は著しく異なる。

上記のようなＰＭＤを補償するためのＰＭＤ補償器（以下、ＰＭＤＣとする）が近年各社で開発されている。公知のＰＭＤＣの構成は、基本的には信号光の波形歪みをモニタし、そのモニタ結果に応じてＰＭＤの補償量を制御するループバック系となる。しかし、波形歪みの状態や発生した分散量を直接定量的にモニタすることは難しく、その代替手段としては、偏光度（Degree of Polarization；ＤＯＰ）をモニタする方法が一般的であり、また、ビット誤り率（Bit Error Rate；ＢＥＲ）を測定する例や、電気的なスペクトル・ホール・バーニングを測定する例も知られている。

ＤＯＰは、偏光状態測定装置（偏光計）を使用して測定することが可能である。従来の偏光状態測定装置としては、例えば、偏光状態を表す４つのストークスパラメータの測定を行うものが知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。
図６は、上記のような従来の偏光状態測定装置の基本的な光学系の構成を示した図である。この光学系では、まず、入力信号光Ｌが光カプラ（ＣＰＬ）１で２５％ずつ４つに分岐される。そして、第１の分岐光は、１／４波長板（ＱＷＰ）２および予め設定した基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す偏光子（ＰＯＬ）３₁を通過して、受光素子（ＰＤ）４₁に入射される。第２の分岐光は、上記の基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す偏光子３₂を通過して、受光素子４₂に入射される。第３の分岐光は、上記の基準面に対して平行（または垂直）な偏光成分のみを通す偏光子３₃を通過して、受光素子４₃に入射される。第４の分岐光は、そのまま受光素子４₄に入射される。

各受光素子４₁，４₂，４₃，４₄で光電変換されて出力される電気信号をＤ_Q，Ｄ₄₅，Ｄ₀，Ｄ_Tとすると、４つのストークスパラメータＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃は、次の（１）式に示す関係で表される。

ここで、Ｓ₀は入力信号光の強度を表し、Ｓ₁は水平直線偏光成分（０°）を表し、Ｓ₂は４５°傾いた直線偏光成分を表し、Ｓ₃は右旋円偏光成分を表している。上記のようなストークスパラメータＳ₀〜Ｓ₃を用いることにより、測定したいＤＯＰは次の（２）式の関係に従って表されるようになる。

特開平６−１８３３２号公報特開平９−７２８２７号公報特表２００１−５２０７５４号公報特表２００３−５０８７７２号公報

しかしながら、上記のような従来の偏光状態測定装置では、４つの偏光成分を測定するために、入力信号光が光カプラや１／４波長板、偏光子等の様々な光学素子を通過して受光素子で受光されることになるが、各受光素子までの各々の光路長が互いに異なるため、入力信号光が受光素子に到達する時間にずれが生じ、測定される偏光状態の精度が劣化してしまうという問題点があった。

具体的に、本出願人は、前述したような従来の偏光状態測定装置における測定精度の向上および小型化を図るために、例えば図７に示すような構成の偏光状態測定装置を提案している（例えば、特願２００３−３７５７４９号参照）。この図７の構成を簡単に説明すると、偏光状態の測定対象である入力信号光Ｌ_INが３段構成の光カプラ１Ａ〜１Ｃに順に入射されることで、互いに等しいパワーを有する４つの信号光に分岐される。分岐された各信号光は、上述した（１）式の関係で表される４つのストークスパラメータＳ₀〜Ｓ₃を得るために、１／４波長板２、偏光子３₁および受光素子４₁が配置された第１の分岐光路、偏光子３₂および受光素子４₂が配置された第２の分岐光路、偏光子３₃および受光素子４₃が配置された第３の分岐光路、並びに、受光素子４₄が配置された第４の分岐光路のうちのいずれか１つをそれぞれ伝搬する。そして、各受光素子４₁〜４₄で受光される信号光のパワーを基にストークスパラメータＳ₀〜Ｓ₃が演算され入力信号光Ｌ_INの偏光状態が求められる。なお、図７中の符号５は、各光カプラ１Ａ〜１Ｃで反射された分岐光がそれぞれ伝搬する各分岐光路上に配置された隣り合う光学素子間で発生する迷光が、異なる分岐光路上の受光素子に向けて伝搬するのを遮る遮光壁である。

上記のような先願発明の偏光状態測定装置において、各分岐光路の長さは、各々に配置される光学素子の数等に応じて相違するため、入力信号光Ｌ_INが各受光素子４₁〜４₄で受光されるタイミングにずれるようになり、例えば図８に示すように、入力信号光Ｌ_INの同一パルスに対応した各受光素子４₁〜４₄の出力信号に時間差Δｔが発生する。
この時間差Δｔについて一例を挙げて具体的に見積もると、上記図７の構成では、第１の分岐光路の光路長が一番長くなるので、それを基準にして他の分岐光路の光路長との差分Δｌ_2-1〜Δｌ_4-1を考えることにして、ここでは例えば各々について次のような値を想定する。

Δｌ_2-1＝−８．５００４１４［ｍｍ］
Δｌ_3-1＝−２．９０９５８６［ｍｍ］
Δｌ_4-1＝−１６．４５０８２８［ｍｍ］
上記の各光路長差Δｌ_2-1〜Δｌ_4-1を、真空中を伝播する光の時間差Δｔ_2-1〜Δｔ_4-1に換算すると次のようになる。

Δｔ_2-1＝−２．８３５４３×１０^-11［ｓｅｃ］
Δｔ_3-1＝−９．７０５３３×１０^-12［ｓｅｃ］
Δｔ_4-1＝−５．４８７４１×１０^-11［ｓｅｃ］
このような各時間差Δｔ_2-1〜Δｔ_4-1の間に、例えば４０Ｇｂ／ｓの信号光のデータが幾つ入るかを求めると、各ビット数Δｎ_2-1〜Δｎ_4-1は次のようになる。

Δｎ_2-1＝１．１３［ｂｉｔ］
Δｎ_3-1＝０．３９［ｂｉｔ］
Δｎ_4-1＝２．１９［ｂｉｔ］
つまり、４０Ｇｂ／ｓの入力信号光が、受光素子４₄で受光されるタイミングと受光素子４₁で受光されるタイミングとの間に２ビット以上のずれが発生することになる。将来的に、例えば１６０Ｇｂ／ｓに対応したシステムができたとすれば、上記の４倍の８．７ビットのずれが発生することが想定される。したがって、このような光路長の違いによる時間差内に、伝送路等を伝播する信号光の偏光状態が変化し、その変化が補償されないまま偏光分散がシステムの耐力以上に変化した場合には、当該信号光の受信特性が劣化してしまうことになる。すなわち、偏光状態測定装置における各分岐光路の光路長差により偏光状態の測定精度が低くなると、信号光のビットレートと伝送路等における偏光状態の変化速度との関係によっては所要の受信特性を実現することが困難になってしまう。

上記のような偏光状態測定装置における受光タイミングのずれを抑えるためには、例えば、受光素子４₁〜４₄の位置を分岐光路ごとに調整するか、または、屈折率の大きな結晶を所要の分岐光路上に配置するなどして物理的に光路長を合わせることが考えられる。しかし、この場合、実装面積が大きくなってしまうという課題があり、また、挿入損失および温度変動の増大や偏光状態の変化などによって偏光状態の測定精度に劣化が生じてしまう可能性もある。

本発明は上記の点に着目してなされたもので、複数の分岐光路の光路長の違いにより生じる受光素子への信号光の到達時間の差を補正して、入力信号光の偏光状態を高い精度で測定できる小型の偏光状態測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の偏光状態測定装置は、光分岐部、複数の光学素子、複数の受光素子および演算手段を備えて構成される。光分岐部は、入力信号光を複数の信号光に分岐する。複数の光学素子は、光分岐部によって分岐された各信号光がそれぞれ伝搬する複数の分岐光路上に配置され、各信号光に対してそれぞれ相違した偏光および位相差を与える。複数の受光素子は、各分岐光路をそれぞれ伝搬した信号光を受光し、各々のパワーに応じてレベルの変化する電気信号を出力する。演算手段は、各受光素子からそれぞれ出力される電気信号に基づいて、入力信号光の偏光状態に関する情報を取得するため、少なくとも各分岐光路の光路長の差を調整して各々の電気信号を処理する機能を有する。

かかる構成の偏光状態測定装置では、入力信号光が光分岐部で複数に分岐され、各信号光が各々に対応する分岐光路を伝搬し、該分岐光路上の光学素子を介して受光素子で受光され、各々の信号光の受光パワーに応じてレベルの変化する電気信号が各受光素子から演算手段に出力される。そして、演算手段では、各受光素子からそれぞれ出力される電気信号が、少なくとも各分岐光路の光路長の差を調整した上でそれぞれ処理されて、入力信号光の偏光状態に関する情報が取得されるようになる。

また、前記演算手段については、前記各受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力され、各々の電気信号を出力するタイミングを前記各分岐光路の光路長の差に応じて調整して、前記各分岐光路を伝搬する信号光が前記各受光素子に到達する時間の差を補正する時間差補正手段と、前記時間差補正手段から出力される各電気信号を基に前記入力信号光の偏光状態に関する情報を取得する演算回路と、を有するようにしてもよい。

上記のような演算手段によれば、複数の分岐光路の光路長の違いにより発生する、各受光素子への信号光の到達時間の差が時間差補正手段により補正されることによって、各受光素子において略一致したタイミングで受光された信号光のパワーに基づいて入力信号光の偏光状態に関する情報が演算回路で得られるようになる。

上記のような本発明の偏光状態測定装置によれば、簡略な構成の演算手段によって複数の受光素子への信号光の到達時間の差を補正することができるため、入力信号光の偏光状態を小型の光学系により高い精度で測定することが可能になる。このような偏光状態測定装置を用いてＰＭＤ補償を行うことにより、超高速の信号光を伝送する場合や、伝送路を伝搬する信号光の偏光状態が非常に速く変化するような場合でも、良好な受信特性を実現することができるようになる。

以下、本発明の偏光状態測定装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の一実施形態による偏光状態測定装置の全体構成を示す図である。また、図２は、図１の偏光状態測定装置における電気回路部分の構成例を示すブロック図である。

各図において、本実施形態の偏光状態測定装置は、例えば、上述の図７に示した先願発明と同様の構成を有する光学系と、その光学系の４つの分岐光路に対応した各受光素子４₁〜４₄からそれぞれ出力される電気信号Ｄ_Q，Ｄ₄₅，Ｄ₀，Ｄ_Tが入力される演算手段３０と、を備えて構成される。また、演算手段３０は、各電気信号Ｄ_Q，Ｄ₄₅，Ｄ₀，Ｄ_Tが与えられ光路長の違いによる時間差の補正を行う時間差補正手段としての時間差補正回路１０と、その時間差補正回路１０で補正された信号を基に入力信号光の偏光状態を求める演算回路２０と、を有する。

具体的に上記の光学系は、例えば、平板に誘電体多層膜を形成した３つの光カプラ１Ａ〜１Ｃと、１／４波長板２と、偏光子３₁〜３₃と、受光素子４₁〜４₄とを含んで構成される。光カプラ１Ａ〜１Ｃは、入力信号光Ｌ_INが１段目の光カプラ１Ａに入射され、その光カプラ１Ａの透過光が２段目の光カプラ１Ｂに入射され、さらに、光カプラ１Ｂの透過光が３段目の光カプラ１Ｃに入射される、３段構成となっている。各光カプラ１Ａ〜１Ｃにおける入射光の分岐比（反射光パワー：透過光パワー）は、１段目が１：３、２段目が１：２、３段目が１：１に設定されており、これにより、入力信号光Ｌ_INが光カプラ１Ａの反射光と、光カプラ１Ｂの反射光と、光カプラ１Ｃの反射光および透過光とに各々等しいパワーで分岐される。また、各光カプラ１Ａ〜１Ｃは、信号光の入射角がブリュースター角から離れた角度（例えば、２２．５°等）となるように、各々の光入射面が入力信号光Ｌ_INの伝搬方向に対して傾けられている。

光カプラ１Ａで反射された分岐光は、ここではそのまま受光素子４₄に入射される。また、光カプラ１Ｂで反射された分岐光は、予め設定した基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す偏光子３₂を通過して、受光素子４₂に入射される。なお、上記の基準面としては、例えば本装置の図示しないパッケージの底面などの任意の面を設定することが可能である。偏光子３₂は、その光出射面と受光素子４₃の受光面とによって干渉系が形成されないように、受光素子４₂の受光面に対して所定の角度だけ傾けて配置されるのが好ましい。

光カプラ１Ｃで反射された分岐光は、１／４波長板２および上記基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す偏光子３₁を通過して、受光素子４₁に入射される。また、光カプラ１Ｃを透過した分岐光は、上記基準面に対して平行（または垂直）な偏光成分のみを通す偏光子３₃を通過して、受光素子４₃に入射される。各偏光子３₁、３₃は、前述した偏光子３₂の場合と同様に、各々の光出射面と対向する受光素子４₁、４₃の各受光面とによって干渉系が形成されないように、受光素子４₁、４₃の各受光面に対して所定の角度だけ傾けて配置されるのが好ましい。また、１／４波長板２についても、その光出射面と偏光子３₁の光入射面とによって干渉系が形成されないように、偏光子３₁の光入射面に対して所定の角度だけ傾けて配置されるのがよい。各受光素子４₁〜４₄で受光された信号光のパワーを示す電気信号Ｄ_Q，Ｄ₄₅，Ｄ₀，Ｄ_Tは、光学系を収容する図示しないパッケージのリード線等を介して時間差補正回路１０にそれぞれ送られる。

なお、ここでは図示を省略したが、上述の図７に示した構成と同様にして、隣り合う光学素子間で発生する迷光が異なる分岐光路上の受光素子に向けて伝搬するのを遮る遮光壁を設けるようにしてもよい。
時間差補正回路１０は、各受光素子４₁〜４₄にそれぞれ対応したＡ／Ｄ変換回路１１₁〜１１₄と、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）１２と、を有する。Ａ／Ｄ変換回路１１₁〜１１₄は、受光素子４₁〜４₄から出力されるアナログの電気信号Ｄ_Q，Ｄ₄₅，Ｄ₀，Ｄ_Tをデジタル信号に変換する。各Ａ／Ｄ変換回路１１₁〜１１₄で変換されたデジタル信号はＦＰＧＡ１２の対応する入力ポートにそれぞれ与えられる。ＦＰＧＡ１２は、ここではＡ／Ｄ変換回路１１₁〜１１₄から出力される各信号を記録部としてのレジスタ１３₁〜１３₄を用いて一時的に記録して蓄積する。各レジスタ１３₁〜１３₄に蓄積されたデータは、Ａ／Ｄコントロール部１４に与えられる光路長の差に関する情報に応じて、光路長の違いによる時間差を補正可能なデータが選択されて演算部１５および計算部１６に与えられる。演算部１５および計算部１６は、Ａ／Ｄコントロール部１４によって選択されたデータについて浮動小数点演算および四則計算等を実行し、演算回路２０で処理可能なデータを生成する。

演算回路２０は、ＦＰＧＡ１２で時間差の補正された各受光素子４₁〜４₄に対応するデジタル信号がバッファ回路２１₁〜２１₄を介してデジタル信号処理回路（Digital Signal Processor；ＤＳＰ）２２に入力される。各バッファ回路２１₁〜２１₄は、それぞれ、ＦＩＦＯ（First-In First-Out）方式でデータを扱うＮ個のメモリが並列に設けられており、Ｃ［Ｈｚ］で動作するＦＰＧＡ１２から出力されるデータを各メモリに順次格納して出力することでＣ×Ｎ［Ｈｚ］のデータ信号をＤＳＰ２２に与える。ＤＳＰ２２は、上述した（１）式および（２）式の関係に従って、ストークスパラメータＳ₀〜Ｓ₃およびＤＯＰの演算を実行する。

上記のような構成の偏光状態測定装置では、偏光状態の測定対象である入力信号光Ｌ_INが３段構成の光カプラ１Ａ〜１Ｃに順に入射されることで、互いに等しいパワーを有する４つの信号光に分岐される。各光カプラ１Ａ〜１Ｃで分岐された各々の信号光は、上述した（１）式の関係で表される４つのストークスパラメータＳ₀〜Ｓ₃を得るために、１／４波長板２、偏光子３₁および受光素子４₁が配置された第１の分岐光路、偏光子３₂および受光素子４₂が配置された第２の分岐光路、偏光子３₃および受光素子４₃が配置された第３の分岐光路、並びに、受光素子４₄が配置された第４の分岐光路のうちのいずれか１つをそれぞれ伝搬する。第１〜第４の分岐光路は、信号光が光カプラで分岐されてから受光素子で受光されるまでの間に通過する素子の数が、第１の分岐光路で２個、第２，３の分岐光路で１個、第４の分岐光路で０個となるため、各々について必要となる光路長に差が生じる。このため、光カプラ１Ａ〜１Ｃで分岐された４つの信号光を第１〜第４の分岐光路のいずれに送るようにするかによって、本装置の実装面積が違ってくる。そこで、本実施形態では、光学系の実装面積を最小にするために、上記の光路長差を考慮して、例えば、１段目の光カプラ１Ａの反射光が第４の分岐光路に送られ、２段目の光カプラ１Ｂの反射光が第２の分岐光路に送られ、３段目の光カプラ１Ｃの反射光が第１の分岐光路に送られ、３段目の光カプラ１Ｃの透過光が第３の分岐光路に送られるようにしている。

なお、各光カプラ１Ａ〜１Ｃに対して信号光がブリュースター角から離れた入射角で与えられることにより、各光カプラで分岐される信号光のｐ／ｓ波間に生じる位相ずれが低減されるようになる。また、第１〜第４の分岐光路を伝搬する信号光は、各々の分岐光路上に配置された光学素子に入射する際にその一部が反射されるが、その反射面が前段の光学素子の光出射面に対して所定の角度だけ傾けて配置されることにより、干渉系が形成されて多重反射が生じるような状態が回避されるようになる。さらに、図示しない遮光壁を設けることにより、隣り合う光学素子での反射光が迷光となって他の分岐光路上の受光素子に入射してしまうことが防止される。

第１〜第４の分岐光路を伝搬した各信号光は、受光素子４₁〜４₄でそれぞれ受光されてパワーに応じてレベルの変化する電気信号に変換され、各々の電気信号が時間差補正回路１０に送られる。時間差補正回路１０では、各受光素子４₁〜４₄からの出力信号が各Ａ／Ｄ変換回路１１₁〜１１₄でデジタル値に変換された後にＦＰＧＡ１２の対応する入力ポートにそれぞれ与えられる。ＦＰＧＡ１２では、Ａ／Ｄ変換回路１１₁〜１１₄から出力されるデータがレジスタ１３₁〜１３₄に一旦記録され、動作周波数Ｃ［Ｈｚ］に対応した周期で蓄積される。各レジスタ１３₁〜１３₄に蓄積されたデータは、Ａ／Ｄコントロール部１４により、光学系の第１〜第４の分岐光路の光路長の差に関する情報に応じて、各々のレジスタ１３₁〜１３₄ごとに異なる位置（時間）に記録されたデータが読み出される。これにより、例えば図３に示すように、第１〜第４の分岐光路の光路長の違いによる時間差Δｔ_2-1，Δｔ_3-1，Δｔ_4-1をそれぞれ補正したデータが演算部１５および計算部１６に与えられる。演算部１５および計算部１６では、後段の演算回路２０でＤＯＰ等の演算処理が可能となるように、各レジスタ１３₁〜１３₄から読み出されたデータについての浮動小数点演算および四則計算等が実行され、ＦＰＧＡ１２の所要のポートから出力される。

ＦＰＧＡ１２から出力される各受光素子４₁〜４₄に対応したＣ［Ｈｚ］のデータ信号は、Ｎ個のメモリが並列に設けられた各バッファ回路２１₁〜２１₄を介してＤＳＰ２２に送られることにより、入力信号光Ｌ_INのビットレートに対応したＣ×Ｎ［Ｈｚ］のデータ信号がＤＳＰ２２に与えられる。そして、ＤＳＰ２２では、上述した（１）式および（２）式の関係に従って、ストークスパラメータＳ₀〜Ｓ₃およびＤＯＰの演算が実行される。

上記のように本実施形態の偏光状態測定装置によれば、第１〜第４の分岐光路の光路長の違いにより発生する、各受光素子４₁〜４₄への信号光の到達時間の差が、簡略な構成の時間差補正回路１０により補正されるため、入力信号光Ｌ_INの偏光状態を小型の光学系により高い精度で測定することができる。このような偏光状態測定装置を用いてＰＭＤ補償を行うことにより、４０Ｇｂ／ｓを超えるような超高速の信号光を伝送する場合や、伝送路を伝搬する信号光の偏光状態が非常に速く変化するような場合でも、良好な受信特性を実現することが可能になる。

なお、上述した実施形態では、各受光素子４₁〜４₄に対応したデータをＦＰＧＡ１２内のレジスタ１３₁〜１３₄にそれぞれ記録して蓄積し、光路長情報に応じて所要のデータを選択することで、光路長の違いによる時間差の補正を行うようにしたが、本発明における時間差補正手段の構成は上記の一例に限定されるものではない。例えば図４に示すように、各受光素子４₁〜４₄からの出力信号にそれぞれ対応させて、Ｍ個のＡ／Ｄ変換回路１１_11-1M〜１１_41-4Mを並列に設け、各々のＡ／Ｄ変換回路１１_11-1M〜１１_41-4Mで変換されたデータ信号をＦＰＧＡ１２の所要の入力ポートに与えるようにしてもよい。この場合、Ｍ個のＡ／Ｄ変換回路は、図５に示すように、入力信号光Ｌ_INのビットレートに対応した周波数を有するクロック信号に同期し、かつ、そのクロック信号の異なるタイミングで、受光素子からの出力信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行う。そして、ＦＰＧＡ１２では、光路長情報に応じて、各受光素子４₁〜４₄にそれぞれ対応したＡ／Ｄ変換回路１１_11-1M〜１１_41-4Mの各々の出力データのうちから、光路長の違いによる時間差を補正することが可能なデータが選択される。このような構成によっても上述した実施形態の場合と同様の作用効果を得ることができる。

また、Ｃ［Ｈｚ］で動作するＦＰＧＡ１２から出力されるデータ信号をＦＩＦＯ方式のＮ個のメモリを用いたバッファ回路２１₁〜２１₄を介してＤＳＰ２２に与えることにより、入力信号光Ｌ_INのビットレートに対応したＣ×Ｎ［Ｈｚ］のデータ信号を用いてＤＯＰ等の演算が行われるようにしたが、要求される偏光状態の測定精度を満たすことができれば、バッファ回路２１₁〜２１₄を省略することも可能である。

さらに、ＤＳＰ２２における演算処理が比較的簡単な場合には、当該演算処理をＦＰＧＡ１２内で実行するようにして、バッファ回路２１₁〜２１₄およびＤＳＰ２２を省略しても構わない。また、時間差補正回路１０の各Ａ／Ｄ変換回路１１₁〜１１₄よりも後段で行われる処理をＤＳＰ２２で実行するようにして、ＦＰＧＡ１２およびバッファ回路２１₁〜２１₄を省略する応用も可能である。

加えて、偏光状態測定装置の光学系として上述の図７に示した先願発明と同様の構成を適用した一例を示したが、本発明の光学系の構成はこれに限定されるものではなく、入力信号光Ｌ_INの偏光状態を測定するために、実効的な長さの異なる複数の光路を伝搬する信号光の測定が行われる任意の光学系について本発明は有効である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。

（付記１）入力信号光を複数の信号光に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部によって分岐された各信号光がそれぞれ伝搬する複数の分岐光路上に配置され、前記各信号光に対してそれぞれ相違した偏光および位相差を与える複数の光学素子と、
前記各分岐光路をそれぞれ伝搬した信号光を受光し、各々のパワーに応じてレベルの変化する電気信号を出力する複数の受光素子と、
前記各受光素子からそれぞれ出力される電気信号に基づいて、前記入力信号光の偏光状態に関する情報を取得するため、少なくとも前記各分岐光路の光路長の差を調整して各々の電気信号を処理する機能を有する演算手段と、を備えたことを特徴とする偏光状態測定装置。

（付記２）付記１に記載の偏光状態測定装置であって、
前記演算手段は、前記各受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力され、各々の電気信号を出力するタイミングを前記各分岐光路の光路長の差に応じて調整して、前記各分岐光路を伝搬する信号光が前記各受光素子に到達する時間の差を補正する時間差補正手段と、前記時間差補正手段から出力される各電気信号を基に前記入力信号光の偏光状態に関する情報を取得する演算回路と、を有することを特徴とする偏光状態測定装置。

（付記３）付記２に記載の偏光状態測定装置であって、
前記時間差補正手段は、前記各受光素子からそれぞれ出力される電気信号を複数の記録部に一時的に記録して蓄積し、前記各分岐光路の光路長の差に応じて、前記各記録部に異なるタイミングで記録されたデータを選択し、その選択したデータを前記演算回路に与えることを特徴とする偏光状態測定装置。

（付記４）付記２に記載の偏光状態測定装置であって、
前記時間差補正手段は、前記各受光素子からそれぞれ出力される電気信号を、互いに異なるタイミングでサンプリング動作する複数のＡ／Ｄ変換回路にそれぞれ与えてデジタルデータに変換し、前記各分岐光路の光路長の差に応じて、前記各Ａ／Ｄ変換回路から出力されるデータ信号のうちのいずれかを選択し、その選択したデータ信号を前記演算回路に与えることを特徴とする偏光状態測定装置。

（付記５）付記２に記載の偏光状態測定装置であって、
前記演算回路は、前記時間差補正手段から与えられる前記各受光素子に対応したデータに基づいてストークスパラメータを演算して入力信号光の偏光状態に関する情報を取得することを特徴とする偏光状態測定装置。

（付記６）付記５に記載の偏光状態測定装置であって、
前記演算回路は、前記時間差補正手段から与えられる前記各受光素子に対応したデータを、複数のメモリを備えたバッファ回路をそれぞれ介して信号処理回路に与え、該信号処理回路でストークスパラメータの演算処理を行うことを特徴とする偏光状態測定装置。

（付記７）付記１に記載の偏光状態測定装置であって、
前記光分岐部は、入力信号光を第１〜第４の信号光に分岐し、
前記複数の光学素子は、第１の信号光が伝搬する第１の分岐光路上に順に配置される、１／４波長板および予め設定した基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す第１の偏光子と、第２の信号光が伝搬する第２の分岐光路上に配置される、前記基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す第２の偏光子と、第３の信号光が伝搬する第３の分岐光路上に配置される、前記基準面に対して平行または垂直な偏光成分のみを通す第３の偏光子と、を有し、
前記複数の受光素子は、前記１／４波長板および前記第１の偏光子を通過した第１の信号光を受光する第１の受光素子と、前記第２の偏光子を通過した第２の信号光を受光する第２の受光素子と、前記第３の偏光子を通過した第３の信号光を受光する第３の受光素子と、前記光分岐部で分岐され第４の分岐光路を伝搬した第４の信号光を受光する第４の受光素子と、を有することを特徴とする偏光状態測定装置。

（付記８）付記７に記載の偏光状態測定装置であって、
前記１／４波長板の光出射面および前記第１の偏光子の光入射面と、前記第１の偏光子の光出射面および前記第１の受光素子の光入射面と、前記第２の偏光子の光出射面および前記第２の受光素子の光入射面と、前記第３の偏光子の光出射面および前記第３の受光素子の光入射面と、がそれぞれ実質的に平行とならないように傾けて配置されたことを特徴とする偏光状態測定装置。

（付記９）付記８に記載の偏光状態測定装置であって、
前記光入出射面が傾けて配置された素子間での反射によって発生する迷光が、当該分岐光路とは異なる他の分岐光路上に位置する前記受光素子に到達するのを阻止する遮光部を備えたことを特徴とする偏光状態測定装置。

（付記１０）付記７に記載の偏光状態測定装置であって、
前記光分岐部は、入力信号光を１：３の分岐比で反射光および透過光に分岐する１段目の光カプラと、該１段目の光カプラからの透過光を１：２の分岐比で反射光および透過光に分岐する２段目の光カプラと、該２段目の光カプラからの透過光を１：１の分岐比で反射光および透過光に分岐する３段目の光カプラと、を有し、前記１〜３段目の光カプラに与えられる各信号光の入射角が、ブリュースター角から離れた所定の角度に設定されていることを特徴とする偏光状態測定装置。

本発明の一実施形態による偏光状態測定装置の全体構成を示す図である。上記実施形態の電気回路部分の構成を示すブロック図である。上記実施形態における時間差の補正動作を説明する図である。上記実施形態に関連した他の構成例を示すブロック図である。図４の回路構成におけるＡ／Ｄ変換動作を説明する図である。従来の偏光状態測定装置の基本的な光学系の構成を示す図である。先願発明による偏光状態測定装置の光学系の構成例を示す図である。図７の光学系において発生する受光タイミングのずれを説明する図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…光カプラ
２…１／４波長板
３₁，３₂，３₃…偏光子
４₁，４₂，４₃，４₄…受光素子
６…基板
１０…時間差補正回路
１１₁，１１₂，１１₃，１１₄…Ａ／Ｄ変換回路
１２…ＦＰＧＡ
１３₁，１３₂，１３₃，１３₄…レジスタ
１４…Ａ／Ｄコントロール部
１５…演算部
１６…計算部
２０…演算回路
２１₁，２１₂，２１₃，２１₄…バッファ回路
２２…ＤＳＰ
３０…演算手段
Ｌ_IN…入力信号光

Claims

入力信号光を複数の信号光に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部によって分岐された各信号光がそれぞれ伝搬する複数の分岐光路上に配置され、前記各信号光に対してそれぞれ相違した偏光および位相差を与える複数の光学素子と、
前記各分岐光路をそれぞれ伝搬した信号光を受光し、各々のパワーに応じてレベルの変化する電気信号を出力する複数の受光素子と、
前記各受光素子からそれぞれ出力される電気信号に基づいて、前記入力信号光の偏光状態に関する情報を取得するため、少なくとも前記各分岐光路の光路長の差を調整して各々の電気信号を処理する機能を有する演算手段と、を備えたことを特徴とする偏光状態測定装置。
請求項１に記載の偏光状態測定装置であって、
前記演算手段は、前記各受光素子からそれぞれ出力される電気信号が入力され、各々の電気信号を出力するタイミングを前記各分岐光路の光路長の差に応じて調整して、前記各分岐光路を伝搬する信号光が前記各受光素子に到達する時間の差を補正する時間差補正手段と、前記時間差補正手段から出力される各電気信号を基に前記入力信号光の偏光状態に関する情報を取得する演算回路と、を有することを特徴とする偏光状態測定装置。
請求項２に記載の偏光状態測定装置であって、
前記時間差補正手段は、前記各受光素子からそれぞれ出力される電気信号を複数の記録部に一時的に記録して蓄積し、前記各分岐光路の光路長の差に応じて、前記各記録部に異なるタイミングで記録されたデータを選択し、その選択したデータを前記演算回路に与えることを特徴とする偏光状態測定装置。
請求項２に記載の偏光状態測定装置であって、
前記時間差補正手段は、前記各受光素子からそれぞれ出力される電気信号を、互いに異なるタイミングでサンプリング動作する複数のＡ／Ｄ変換回路にそれぞれ与えてデジタルデータに変換し、前記各分岐光路の光路長の差に応じて、前記各Ａ／Ｄ変換回路から出力されるデータ信号のうちのいずれかを選択し、その選択したデータ信号を前記演算回路に与えることを特徴とする偏光状態測定装置。
請求項２に記載の偏光状態測定装置であって、
前記演算回路は、前記時間差補正手段から与えられる前記各受光素子に対応したデータに基づいてストークスパラメータを演算して入力信号光の偏光状態に関する情報を取得することを特徴とする偏光状態測定装置。