JP2008046105A - Apparatus and method of measuring stokes parameter - Google Patents
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Abstract
Description
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ストークスパラメータの測定方法に関するものである。 The present invention relates to a Stokes parameter measuring apparatus and a Stokes parameter measuring method for measuring a polarization state of signal light or the like.
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、例えばビームスプリッタ、ハーフミラー、フィルタ等からなる分岐手段を用いて、入射された信号光を4分岐し、位相素子、偏光素子等により各々の信号光にそれぞれ相違する偏光及び位相を与え、受光素子により各信号光の光成分を光電変換して、光電変換された各電気成分に対して演算処理を施してストークスパラメータを求めている(特許文献1参照)。なお、ビームスプリッタ等からなる分岐手段に代えて、四角錘プリズム等によって一括して4分岐を行う方法もある(特許文献2参照)。 The Stokes parameter is a parameter representing the polarization state. When measuring the Stokes parameters, for example, the incident signal light is branched into four parts using a branching means including a beam splitter, a half mirror, a filter, etc., and each signal light is differentiated by a phase element, a polarizing element, etc. The light component of each signal light is photoelectrically converted by the light receiving element, and the Stokes parameter is obtained by performing arithmetic processing on each photoelectrically converted electric component (see Patent Document 1). In addition, instead of the branching means composed of a beam splitter or the like, there is also a method of performing four branches at once using a quadrangular pyramid prism or the like (see Patent Document 2).
以上のような従来のストークスパラメータ測定装置において、ビームスプリッタ、ハーフミラーなどを用いて光の分岐を行うものは、入射光を干渉により分岐させるため、PDL(Polarization dependent loss)が発生して高精度なストークスパラメータの測定が困難であった。この問題を解決するために、四角錐プリズムを用いて光の分岐を行う方法が発明された。しかし、この方法では、光のプリズムの頂点に対するビームの位置を精密に合わせておかないと分岐比が変動してしまう。そのため、温度変化によってビームとプリズム頂点の位置関係がずれると、ストークスパラメータの測定精度が劣化するという問題があった。さらに、プリズムの面と面の境界のエッジ部分で光の損失を生じる可能性があった。 In the conventional Stokes parameter measuring apparatus as described above, the one that splits light using a beam splitter, a half mirror, etc., splits incident light due to interference, so PDL (Polarization dependent loss) occurs and high accuracy It was difficult to measure the Stokes parameters. In order to solve this problem, a method of branching light using a quadrangular pyramid prism has been invented. However, in this method, the branching ratio fluctuates unless the position of the beam with respect to the apex of the light prism is precisely matched. For this reason, if the positional relationship between the beam and the apex of the prism is shifted due to a temperature change, there is a problem that the measurement accuracy of the Stokes parameter is deteriorated. Furthermore, there is a possibility that light loss may occur at the edge part of the boundary between the surfaces of the prisms.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高精度な測定が可能なストークスパラメータ測定装置及びストークスパラメータの測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a Stokes parameter measurement device and a Stokes parameter measurement method capable of highly accurate measurement.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、(a)複屈折結晶材料で形成された光学素子を含み、該光学素子によって測定対象の信号光を複数の偏光光束に分岐するとともに、当該複数の偏光光束のうち1つ以上に対して偏光状態を調整する偏光分岐装置と、(b)偏光分岐装置から分岐されて出射された信号光の光成分を光電変換する受光部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a Stokes parameter measurement apparatus according to the present invention includes (a) an optical element formed of a birefringent crystal material, and the signal light to be measured is transmitted by the optical element. A polarization branching device that branches into a plurality of polarized light beams and adjusts the polarization state of one or more of the plurality of polarized light beams; and (b) an optical component of the signal light branched and emitted from the polarization branching device. And a light receiving portion that performs photoelectric conversion.
本発明によれば、複屈折結晶材料で形成された光学素子を含む偏光分岐装置が、該光学素子によって測定対象の信号光を複数の偏光光束に分岐するとともに、当該複数の偏光光束のうち1つ以上に対して偏光状態を調整するので、複屈折結晶材料で形成された光学素子によって分岐比を調整することができ、複数の直線偏光成分を直接的に得ることができる。この際、複屈折結晶材料で形成された光学素子による分岐比は、光学素子に固有であり配置等の影響を受けにくいので、分岐比の調整をする必要がない。また、本発明によれば、複屈折結晶材料で形成された光学素子を含む偏光分岐装置の使用によって、実質的な温度変動の発生を抑制することができ、少ない光量損失でストークスパラメータに対応する光成分を得ることができ、分岐比の波長依存性が小さいストークスパラメータ測定装置を実現することができる。その結果、高精度な測定が可能なストークスパラメータ測定装置を実現することができる。 According to the present invention, a polarization branching device including an optical element formed of a birefringent crystal material branches signal light to be measured into a plurality of polarized light beams by the optical element, and one of the plurality of polarized light beams. Since the polarization state is adjusted for one or more, the branching ratio can be adjusted by an optical element formed of a birefringent crystal material, and a plurality of linearly polarized light components can be obtained directly. At this time, the branching ratio by the optical element formed of the birefringent crystal material is unique to the optical element and is not easily affected by the arrangement and the like, so there is no need to adjust the branching ratio. In addition, according to the present invention, the use of a polarization branching device including an optical element formed of a birefringent crystal material can suppress the occurrence of substantial temperature fluctuations and can cope with the Stokes parameter with a small amount of light loss. A Stokes parameter measurement device that can obtain an optical component and has a small wavelength dependency of the branching ratio can be realized. As a result, it is possible to realize a Stokes parameter measurement device capable of high-precision measurement.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、偏光分岐装置が、(b1)複屈折プリズムによって、測定対象の信号光を直交する第1方向の偏光と第2方向の偏光とに分岐する第1分岐部と、(b2)複数の複屈折プリズムによって、第1分岐部で分岐された偏光をさらに2段階で分岐して、第1方向に対応する第1群の偏光光束と、第2方向に対応する第2群の偏光光束とを生成するとともに、第1群のいずれか1つ以上の偏光光束と、第2群のいずれか1つ以上の偏光光束とを所定の組み合わせで合成する第2分岐部と、(b3)第2分岐部で合成された光束のうち1つ以上に対して偏光状態を調整する偏光調整部とを備えることを特徴とする。 In the Stokes parameter measurement device according to the present invention, in the above invention, the polarization branching device converts the signal light to be measured into the first direction polarized light and the second direction polarized light by (b1) the birefringent prism. A first branching portion that branches, and (b2) a plurality of birefringent prisms further splits the polarized light branched at the first branching portion in two stages, and a first group of polarized light beams corresponding to the first direction; A second group of polarized light beams corresponding to the second direction is generated, and any one or more polarized light beams of the first group and any one or more polarized light beams of the second group are combined in a predetermined combination. A second branching unit to be combined; and (b3) a polarization adjusting unit that adjusts a polarization state of one or more of the light beams combined in the second branching unit.
この発明によれば、複屈折プリズムを有する第1分岐部と複数の複屈折プリズムを有する第2分岐部とによって分岐した偏光光束から信号光の光成分を得ているので、複屈折プリズムの光学軸の設定で分岐比を調整することができ、複数の直線偏光成分を直接得ることができる。この際、第1分岐部や第2分岐部による分岐比は、これら複屈折プリズムの構成によって決まるので、分岐比の調整をする必要がない。また、第1分岐部や第2分岐部による分岐比の温度変動は、複屈折結晶の消光比の温度変動によって決まるで、実質的な温度変動の発生を抑制することができる。しかも、消光比の高い複屈折結晶を使用して偏光成分を得ることができ、損失は、表面をARコートした複屈折結晶の損失のみなので、少ない光量損失でストークスパラメータに対応する光成分を得ることができる。また、複屈折結晶を使って光の分岐を行うことで、分岐比の波長依存性が小さく、広い波長範囲に対応するストークスパラメータ測定装置を実現することができる。 According to the present invention, the optical component of the signal light is obtained from the polarized light beam branched by the first branching unit having the birefringent prism and the second branching unit having the plurality of birefringent prisms. The branching ratio can be adjusted by setting the axis, and a plurality of linearly polarized light components can be obtained directly. At this time, since the branching ratio by the first branching part and the second branching part is determined by the configuration of these birefringent prisms, it is not necessary to adjust the branching ratio. In addition, the temperature fluctuation of the branching ratio due to the first branching part and the second branching part is determined by the temperature fluctuation of the extinction ratio of the birefringent crystal, so that substantial temperature fluctuations can be suppressed. In addition, a polarization component can be obtained using a birefringent crystal having a high extinction ratio, and the loss is only the loss of the birefringent crystal whose surface is AR-coated, so that an optical component corresponding to the Stokes parameter can be obtained with a small amount of light loss. be able to. In addition, by branching light using a birefringent crystal, it is possible to realize a Stokes parameter measurement device that has a small wavelength dependency of the branching ratio and supports a wide wavelength range.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、偏光調整部が、第1群のうち第1の偏光光束と第2群のうち第1の偏光光束とを合成した第1合成光に対して所定の位相調整を行う波長板と、前記波長板を経た前記第1合成光に対して所定偏光成分を取り出す第1偏光子と、第1群のうち第2の偏光光束と第2群のうち第2の偏光光束とを合成した第2合成光に対して所定偏光成分を取り出す第2偏光子とを有することを特徴とする。この発明によれば、波長板と偏光子によって円偏光成分を得ることができ、偏光子によって第1及び第2方向に対して傾斜した方向の偏光成分を得ることができる。 In the Stokes parameter measurement device according to the present invention, in the above invention, the polarization adjusting unit combines the first polarized light beam of the first group and the first polarized light beam of the second group. A wave plate that performs a predetermined phase adjustment with respect to the light beam, a first polarizer that extracts a predetermined polarization component from the first combined light that has passed through the wave plate, a second polarized light beam and a second light beam in the first group And a second polarizer for extracting a predetermined polarization component from the second synthesized light obtained by synthesizing the second polarized light beam in the group. According to this invention, a circularly polarized light component can be obtained by the wave plate and the polarizer, and a polarized light component in a direction inclined with respect to the first and second directions can be obtained by the polarizer.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、前記波長板が1/4波長板であり、前記第1合成光が前記波長板と第1偏光子を通過することにより、前記第1方向または前記第2方向の直線偏光のいずれかを基準とした場合の円偏光成分を生成し、前記第2合成光が第2前記偏光子を通過することにより、前記第第1方向または前記第2方向の直線偏光のいずれかを基準とした場合の45°直線偏光成分を生成することを特徴とする。この発明によれば、波長板や偏光子を含む偏光調整部によってストークスパラメータに対応する2つの光成分を直接得ることができる。 The Stokes parameter measurement apparatus according to the present invention is the Stokes parameter measurement device according to the above invention, wherein the wave plate is a quarter wave plate, and the first combined light passes through the wave plate and the first polarizer, thereby A circularly polarized light component based on either one direction or the linearly polarized light in the second direction is generated, and the second combined light passes through the second polarizer, so that the first direction or the A 45 ° linearly polarized light component based on any one of the linearly polarized light in the second direction is generated. According to the present invention, the two light components corresponding to the Stokes parameters can be obtained directly by the polarization adjusting unit including the wave plate and the polarizer.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、受光部が、偏光調整部から射出された第1及び第2合成光から得た円偏光成分及び45°直線偏光成分に対応して得た光強度と、第2分岐部から射出された第1群及び第2群の偏光光束のうち、前記第2分岐部において合成されなかった光束から得た0°直線偏光成分及び90°直線偏光成分の光強度とを、それぞれ個別に光電変換することを特徴とする。この発明によれば、ストークスパラメータに対応する各光成分を直接的に光電変換することができる。 In the Stokes parameter measurement device according to the present invention, in the above invention, the light receiving unit corresponds to the circularly polarized light component and the 45 ° linearly polarized light component obtained from the first and second combined lights emitted from the polarization adjusting unit. Of the obtained light intensity and the polarized light beams of the first group and the second group emitted from the second branching unit, the 0 ° linear polarization component and the 90 ° straight line obtained from the light beam not synthesized in the second branching unit The light intensity of the polarization component is individually photoelectrically converted. According to the present invention, each light component corresponding to the Stokes parameter can be directly photoelectrically converted.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、前記受光部に接続し、該受光部が光電変換する円偏光成分、45°直線偏光成分、0°直線偏光成分、及び90°直線偏光成分の光強度に基づいてストークスパラメータを得る演算回路部をさらに備えることを特徴とする。この発明によれば、光検出電流値等に対して必要な処理を施したストークスパラメータを得ることができる。 The Stokes parameter measurement device according to the present invention is the above-described invention, wherein the Stokes parameter measurement device is connected to the light receiving unit, and the light receiving unit photoelectrically converts the circularly polarized light component, 45 ° linearly polarized light component, 0 ° linearly polarized light component, and 90 ° straight line. An arithmetic circuit unit for obtaining a Stokes parameter based on the light intensity of the polarization component is further provided. According to the present invention, it is possible to obtain a Stokes parameter obtained by performing a necessary process on the photodetection current value or the like.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、前記第1分岐部に設けた前記複屈折プリズムは、該複屈折プリズムが分岐した偏光が、該複屈折プリズムに前記信号光の入射方向とは逆方向から再度入射するように配置され、前記偏光光束の生成および合成を行う前記第2分岐部の複屈折プリズムの1つを兼ねていることを特徴とする。この発明によれば、第1分岐部の複屈折プリズムを第2分岐部の一部として兼用することができ、省スペース化を達成することができる。また、分岐・合成を同一のプリズムで行うことにより、合成光の各成分の光路を精度良く合わせることができる上,合成光束のPMDを容易に補償することができ、ストークスパラメータ測定の精度を高めることができる。 In the Stokes parameter measurement device according to the present invention, in the above invention, the birefringent prism provided in the first branching section is configured such that polarized light branched by the birefringent prism is incident on the birefringent prism. It is disposed so as to be incident again from a direction opposite to the direction, and also serves as one of the birefringent prisms of the second branching unit that generates and synthesizes the polarized light flux. According to this invention, the birefringent prism of the first branch portion can be used as a part of the second branch portion, and space saving can be achieved. Further, by performing branching / combining with the same prism, the optical paths of the components of the combined light can be matched with high accuracy, and PMD of the combined light beam can be easily compensated, and the Stokes parameter measurement accuracy is improved. be able to.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、偏光合成手段を兼ねる第1分岐部が、測定対象の信号光を入射させる第1面と、分岐光を射出させる第2面とを有し、第2分岐部が、第1分岐部の第2面に対向する第1及び第2の複屈折プリズムを有し、第1及び第2の複屈折プリズムに対して第1分岐部の反対側に配置される反射部材を有することを特徴とする。この発明によれば、反射部材によって折り返される光路上に第1分岐部と第2分岐部とを効率的に収納することができる。 In the Stokes parameter measurement device according to the present invention, in the above invention, the first branching unit also serving as the polarization combining unit includes a first surface on which the signal light to be measured is incident and a second surface on which the branched light is emitted. And the second branch part has first and second birefringent prisms facing the second surface of the first branch part, and the first branch part has a first branch part with respect to the first and second birefringent prisms. It has the reflective member arrange | positioned on the opposite side, It is characterized by the above-mentioned. According to this invention, the first branch portion and the second branch portion can be efficiently accommodated on the optical path folded back by the reflecting member.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、第1分岐部を構成する複屈折プリズムの光学軸と、第1及び第2の複屈折プリズムの光学軸とは、光軸方向から見て相対角45°となるように配置されていることを特徴とする。この発明によれば、第2分岐部に通すことにより、第1群の偏光光束として第1方向の偏光である2光束と、第2群の偏光光束として第2方向の偏光である2光束とを得ることができ、これら光束の分岐比を等しくすることができる。 In the Stokes parameter measurement device according to the present invention, in the above invention, the optical axis of the birefringent prism constituting the first branch portion and the optical axes of the first and second birefringent prisms are from the optical axis direction. It is arranged so as to have a relative angle of 45 ° when viewed. According to this invention, by passing through the second branching section, two light beams that are polarized in the first direction as the first group of polarized light beams, and two light beams that are polarized in the second direction as the second group of polarized light beams, And the branching ratio of these light beams can be made equal.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、第1分岐部を構成する複屈折プリズムと、第1及び第2の複屈折プリズムとは、同一の材料で形成されており、第1分岐部を構成する複屈折プリズムの偏光分離幅は、第1及び第2の複屈折プリズムの偏光分離幅の√2倍であることを特徴とする。この発明によれば、第2分岐部を経て出射された各分岐光の配置のピッチを行列共に揃えることができる。 In the Stokes parameter measurement device according to the present invention, in the above invention, the birefringent prism constituting the first branch portion and the first and second birefringent prisms are formed of the same material. The polarization separation width of the birefringent prism constituting one branching portion is characterized by being √2 times the polarization separation width of the first and second birefringent prisms. According to the present invention, it is possible to align the pitches of the arrangements of the branched lights emitted through the second branching section together with the matrix.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定装置は、上記発明において、第2分岐部が、第1分岐部で分岐された偏光を第1及び第2の斜め方向に分岐する第1プリズム部と、当該第1プリズムで分岐された偏光を第1群の偏光光束と第2群の偏光光束とを生成するとともに、第1群の1つの偏光光束と第2群の1つの偏光光束とをそれぞれ組み合わせた2組の合成光を形成する第2プリズムとを有することを特徴とする。この発明によれば、第1分岐部に設けた複屈折プリズムが第2分岐部の一部(偏光を分岐するとともに合成する手段)を兼用する必要がなく、全体を直列型でシンプルな構造の光学系とすることができる。 The Stokes parameter measurement apparatus according to the present invention is the Stokes parameter measurement device according to the above-described invention, wherein the second branching unit splits the polarized light branched by the first branching unit into first and second oblique directions; The polarized light branched by the first prism generates a first group of polarized light beams and a second group of polarized light beams, and combines one polarized light beam of the first group and one polarized light beam of the second group, respectively. And a second prism that forms two sets of combined light. According to the present invention, the birefringent prism provided in the first branch portion does not need to be used as a part of the second branch portion (means for splitting and synthesizing the polarized light), and the whole has a simple structure in series. It can be an optical system.
また、本発明に係るストークスパラメータ測定方法は、(a)複屈折プリズムを有する第1分岐部によって、測定対象の信号光を直交する第1方向の偏光と第2方向の偏光とに分岐する工程と、(b)複数の複屈折プリズムを有する第2分岐部によって、第1分岐部で分岐された偏光をさらに2段階で分岐して、第1方向に対応する第1群の偏光光束と、第2方向に対応する第2群の偏光光束とを生成する工程と、(c)第1群のいずれか1つ以上の偏光光束と、第2群のいずれか1つ以上の偏光光束とを、第2分岐部によって所定の組み合わせで合成する工程と、(d)合成された光束のうちいずれか1つ以上に対して、偏光調整部によって偏光状態を調整する工程と、(e)第2分岐部及び偏光調整部から分岐して出射された信号光の光成分を光電変換する受光部の出力に基づいて、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°偏光成分と円偏光成分とを決定する工程とを含むことを特徴とする。 In the Stokes parameter measurement method according to the present invention, (a) the step of branching the signal light to be measured into orthogonally polarized light in the first direction and polarized light in the second direction by the first branching unit having the birefringent prism. And (b) the second branching unit having a plurality of birefringent prisms further splits the polarized light branched at the first branching unit in two stages, and a first group of polarized light beams corresponding to the first direction; Generating a second group of polarized light fluxes corresponding to the second direction; and (c) any one or more polarized light fluxes of the first group and any one or more polarized light fluxes of the second group. A step of combining in a predetermined combination by the second branching unit, (d) a step of adjusting the polarization state by the polarization adjusting unit with respect to any one or more of the combined light beams, and (e) a second Light of signal light emitted from the branching unit and polarization adjusting unit Min based on the output of the light receiving unit for photoelectrically converting, characterized in that it comprises the step of determining the Stokes parameters serving light intensity component and 0 ° polarized light component and 45 ° polarization component and a circularly polarized light component.
この発明によれば、複屈折プリズムの光学軸の設定で分岐比を調整することができ、複数の直線偏光成分を直接得ることができる。この際、第1分岐部や第2分岐部による分岐比は、これらを構成する複屈折プリズムの配置に依存してほとんど変動しないので、分岐比の調整作業が容易となり、分岐比の温度変動の発生を抑制することができる。さらに、消光比の高い複屈折結晶を使用して光の分岐を行うため分岐時の損失は発生せず、損失は、表面をARコートした複屈折結晶の損失のみなので、少ない光量損失でストークスパラメータに対応する光成分を得ることができる。その結果、高精度にストークスパラメータの測定ができる。 According to the present invention, the branching ratio can be adjusted by setting the optical axis of the birefringent prism, and a plurality of linearly polarized light components can be obtained directly. At this time, the branching ratio by the first branching part and the second branching part hardly fluctuates depending on the arrangement of the birefringent prisms constituting the first branching part and the second branching part. Occurrence can be suppressed. Furthermore, since the light is branched using a birefringent crystal having a high extinction ratio, no loss occurs at the time of branching, and the loss is only the loss of the birefringent crystal whose surface is AR-coated. Can be obtained. As a result, Stokes parameters can be measured with high accuracy.
本発明によれば、複屈折結晶材料で形成された光学素子を含み、該光学素子によって測定対象の信号光を複数の偏光光束に分岐するとともに、当該複数の偏光光束のうち1つ以上に対して偏光状態を調整する偏光分岐装置と、前記偏光分岐装置から分岐されて出射された信号光の光成分を光電変換する受光部とを備えるので、PDLの発生もなく、環境温度の変化に対しても分岐比を安定して維持することができ、少ない光量損失で光成分を得ることができるため、高精度な測定が可能なストークスパラメータ測定装置を実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, the optical element includes an optical element formed of a birefringent crystal material, the signal light to be measured is branched into a plurality of polarized light beams by the optical element, and one or more of the plurality of polarized light beams are A polarization branching device that adjusts the polarization state and a light receiving unit that photoelectrically converts the light component of the signal light branched and emitted from the polarization branching device, so that there is no occurrence of PDL and the change in environmental temperature However, since the branching ratio can be maintained stably and the light component can be obtained with a small amount of light loss, it is possible to realize a Stokes parameter measuring apparatus capable of performing highly accurate measurement.
以下、本発明に係るストークスパラメータ測定装置およびストークスパラメータの測定方法の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, specific embodiments of a Stokes parameter measurement device and a Stokes parameter measurement method according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
〔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。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a Stokes parameter measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、このストークスパラメータ測定装置10は、レセプタクル、コリメータレンズ等を備える入射部である入力部2と、偏光分岐装置である偏光解析光学部20と、電気回路部30と、GP−IB等を備える出力部3とで構成されている。偏光解析光学部20は、光分岐部21と偏光調整部22とで構成され、電気回路部30は、フォトダイオード等を有する受光部31と、A/D変換回路部32と、演算処理回路部33とで構成されている。なお、A/D変換回路部32を必要に応じてアナログ出力回路部と置換してもよい。また、演算処理回路部33は、省略することができ、アナログ出力回路部を設けた場合、アナログ出力回路部にその機能を組み込むことができる。
As shown in FIG. 1, the Stokes
図2(a)は、図1に示した光分岐部21、偏光調整部22、及び受光部31の一構成例を示す図である。また、図2(b)は、光分岐部21や偏光調整部22の役割を説明する概念図であり、紙面右側から光分岐部21等を観察した場合の、断面P1等における光の偏光状態等を示している。また、偏光方向等の説明のために、図2(a)に示すXYZ軸と、図2(b)に示すXY軸を定義している。
FIG. 2A is a diagram illustrating a configuration example of the
入力部2からの信号光SL1が入射する光分岐部21は、複屈折結晶からなる単一の複屈折プリズムで構成される第1光学系25と、複屈折結晶からなる2つの複屈折プリズム等で構成される第2光学系26とを備える。ここで、第1光学系25は、第1分岐部として機能する部分であり、結晶の光学面間での干渉とリターンロスを抑えるために、XZ断面が平行四辺形状の複屈折プリズム25aからなる。なお、複屈折プリズム25aのXZ断面は、平行四辺形でなくてもよく、光学面をX軸に対して傾けた長方形のものとしてもよい。当該複屈折プリズム25aは、例えばルチル、TiO2、YVO4、LN等の複屈折結晶から切り出されたものである。また、複屈折プリズム25aの光学軸OA11は、XZ面に平行でX軸に対して一定の傾斜角を有している。この傾斜角は、2つの偏波の分離幅を大きく取るために45°近辺とする。たとえば、ルチルを用いる場合は、傾斜角は47.8°とする。
The optical branching
ここで、複屈折プリズム25aの第1面25iに入射した入力としての信号光SL1は、X方向に振動する異常光線と、Y方向に振動する常光線とに分岐される。つまり、複屈折プリズム25aは、分岐素子及び偏光子を兼ねた光学部材であり、図2(b)の断面P3に示すように、様々な偏光を含む信号光SL1を、図2(b)の断面P4に示すように、第1方向の偏光であるX方向の偏光成分SL11と、第2方向の偏光であるY方向の偏光成分SL12とに分岐する。この際、偏光成分SL11と偏光成分SL12との分岐比は、複屈折プリズム25aの消光比などに依存したものであり、ほぼ1:1で固定的な値である。なお、消光比や結晶の特性などにより生じる理想的な分岐比からのずれは、後に説明する演算処理回路部33で適当な較正を施すことで補償することができる。なお、複屈折プリズム25aの断面形状を適宜成形したことにより、第2面25oから射出される2光束である偏光成分SL11,SL12は、ともに信号光SL1に対して精密に平行な光束となっている。
Here, the signal light SL1 as an input incident on the
第2光学系26は、XZ断面が傾いた長方形の第1複屈折プリズム26aと、直角プリズム26bと、XZ断面が傾いた長方形の第2複屈折プリズム26cと、1/2波長板26dとを備える。なお、第1及び第2複屈折プリズム26a,26cは、XZ断面が傾いた長方形でなくてもよく、複屈折プリズム25aと同様に平行四辺形としてもよい。第1複屈折プリズム26aの光学軸OA21は、第1光学系25の場合と異なり、X軸やY軸に対して45°の傾斜角を有している。第1複屈折プリズム26aも、ルチル、TiO2、YVO4、LN等の複屈折結晶から切り出されたものである。
The second
ここで、第1複屈折プリズム26aの入射面26iに入射した一対の信号光SL11,SL12は、光学軸OA21の方向に振動する異常光線と、光学軸OA21の直交方向に振動する常光線とに分岐される。すなわち、第1光学系25を経た信号光SL11,SL12から、X軸に対して反時計回りに45°傾斜した方向の偏光である第1傾斜偏光成分SL21,SL22と、時計回りに45°傾斜した方向の偏光である第2傾斜偏光成分SL23,SL24とを生成する(断面P5aの上半分参照)。この際、第1傾斜偏光成分SL21,SL22と第2傾斜偏光成分SL23,SL24との分岐比は、複屈折プリズム25aの光学軸OA11と第1複屈折プリズム26aの光学軸OA21との相対角度、および第1複屈折プリズム26aの消光比などに依存したものであり、本構成ではほぼ1:1で固定的な値であるが、必ずしも1:1でなくても良い。また、複屈折結晶の加工精度や配置精度などによって、設計上の分岐比からの誤差を生じるが、後に説明する演算処理回路部33で適当な較正を施すことで、理想的な分岐比からの偏りを補償することができる。なお、第1複屈折プリズム26aの断面形状を適宜成型したことにより、射出面26oから射出される4光束である第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24は、いずれも信号光SL1に精密に平行な光束となっている。
Here, the pair of signal lights SL11 and SL12 incident on the
つぎに、直角プリズム26bは、XZ断面が直角2等辺三角形でY方向に延びる三角プリズムであり、第1光学系25に対向する斜面26jと光を全反射させる他の2面とを有する。斜面26jはリターンロスを抑えるため、光軸に対して2度傾けている。直角プリズム26bは、+Z方向に進行する光を辺の長さが等しい2面で2回反射することにより、−X方向に所定間隔だけシフトさせつつ−Z方向に逆進する光束とすることができる。ここで、フレネルの法則により、直角プリズム26bにおいて光が全反射する際には、全反射面の法線に対して水平な成分と垂直な成分で異なる位相シフトを生じる。
Next, the right-
そこで、本第1実施形態では、X軸またはY軸に対して反時計周りに22.5°傾斜した方向に光学軸OA27を持つ1/2波長板26dを、第1及び第2複屈折プリズム26a,26cと直角プリズム26bとの間に介挿している。そして、第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24が直角プリズム26bに入射する前に、1/2波長板26dを透過させて偏光方向を回転し、それぞれX方向またはY方向の偏光へと偏光状態を変換し、偏光成分SL21a〜SL24aとする。(断面P5bの上半分参照)更に、直角プリズム26b透過後に再度1/2波長板26dを透過させることで、偏光成分SL21a〜SL24aを第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24に再変換する。これによって、偏光状態および位相関係を保持したまま、+Z方向に進行する第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24を、−X方向に所定間隔だけシフトさせつつ−Z方向に逆進する光束とすることができる(断面P5aの下半分参照)。
Therefore, in the first embodiment, the half-
つぎに、第2複屈折プリズム26cは、第1複屈折プリズム26aと同一の外形を有しており、第2複屈折プリズム26cの光学軸OA22は、X軸やY軸に対して45°の傾斜角を有している。本第1実施形態では、第1複屈折プリズム26aと同様のものをZ軸の周りに180°回転させて配置し、第2複屈折プリズム26cとして使用している。すなわち、第1および第2複屈折プリズム26a、26cを共通の結晶とすることで、部品点数を減らすことができる。
Next, the second
第2複屈折プリズム26cも、ルチル、TiO2、YVO4、LN等の複屈折結晶から切り出されたものであり、入射面26iに入射した第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24の配置を調節する機能を有する。すなわち、入射面26iに入射した第1および第2傾斜SL21〜SL24のうち、光学軸OA22の方向に振動する異常光線である第1傾斜偏光成分SL21,SL22は、第2複屈折プリズム26c中で位置がシフトして、第2傾斜偏光成分SL23,SL24とX軸方向の位置を一致させた状態で射出面26oから射出される(断面P4の下半分参照)。なお、第2複屈折プリズム26cの断面形状を適宜成型したことにより、射出面26oから射出される4光束である第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24は、ともに信号光SL1に対して精密に平行な光束となっている。
The second
つぎに、第2複屈折プリズム26cから射出された、すなわち第2光学系26から射出された第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24は、第1光学系25の複屈折プリズム25aに設けた第2面25oに入射して、第1面25iから射出される。複屈折プリズム25aは、順方向から入射する信号光SL1に対しては第1分岐部として機能するが、逆方向から入射する第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24に対しては、第2分岐部の分岐合成素子及び偏光子として機能する。
Next, the first and second inclined polarization components SL21 to SL24 emitted from the second
すなわち、図2(b)の断面P3の下半分に示すように、複屈折プリズム25aによって、第1傾斜偏光成分SL21は、複屈折プリズム25aの光学軸OA11に沿った振動を有するX軸方向の偏光成分SL31と、光学軸OA11に直交する振動を有するY軸方向の偏光成分SL32とに、X方向に分離するように分岐される。同様に、第1傾斜偏光成分SL22は、X軸方向の偏光成分SL33とY軸方向の偏光成分SL34とにX方向に分離するように分岐される。同様に、第2傾斜偏光成分SL23は、X軸方向の偏光成分SL35とY軸方向の偏光成分SL36とにX方向に分離するように分岐される。同様に、第2傾斜偏光成分SL24は、X軸方向の偏光成分SL37とY軸方向の偏光成分SL38とにX方向に分離するように分岐される。つまり、第1群の偏光光束として、第1方向に対応するX軸方向の偏光成分SL31,SL33,SL35,SL37が分岐生成され、第2群の偏光光束として、第2方向に対応するY軸方向の偏光成分SL32,SL34,SL36,SL38が分岐生成される。
That is, as shown in the lower half of the cross section P3 in FIG. 2B, the first inclined polarization component SL21 is caused to vibrate along the optical axis OA11 of the
なお、X軸方向の偏光成分SL31,SL33,SL35,SL37と、Y軸方向の偏光成分SL32,SL34,SL36,SL38との分岐比は、複屈折プリズム25aの光学軸OA11と第2複屈折プリズム26cの光学軸OA22との相対角度および複屈折プリズム25aの消光比に依存したものであり、本実施例ではほぼ1:1で固定的な値であるが、必ずしも1:1でなくても良い。また、前述と同様に設計上の分岐比からの誤差は、後に説明する演算処理回路部33で適当な較正を施すことで、理想的な分岐比からの偏りを補償することができる。
Note that the branching ratio between the polarization components SL31, SL33, SL35, and SL37 in the X-axis direction and the polarization components SL32, SL34, SL36, and SL38 in the Y-axis direction is the optical axis OA11 of the
この際、複屈折プリズム25aによって偏光成分SL31,SL35が偏光成分SL32,SL36に対してX軸方向に相対的にシフトしている量や、偏光成分SL33,SL37が偏光成分SL34,SL38に対してX軸方向に相対的にシフトしている量は、X偏光成分SL11がY偏光成分SL12に対してX軸方向に相対的にシフトしている量と等しくなっている。さらに、第1及び第2複屈折プリズム26a,26cを通過しても、第1傾斜偏光成分SL21とSL22同士のX軸方向の相対的間隔、および第2傾斜偏光成分SL23とSL24同士のX軸方向の相対的間隔は、いずれも偏光成分SL11,SL12のX軸方向の相対的間隔と等しいままに維持される。よって、複屈折プリズム25aの第1面25iにおいて、第1群の一偏光光束たるX方向の偏光成分SL31と第2群の一偏光光束たるY方向の偏光成分SL34とが合成され、完全に重畳した状態で第2合成光として射出される。また、同第1面25iにおいて、第1群の一偏光光束たるX方向の偏光成分SL35と第2群の一偏光光束たるY方向の偏光成分SL38とが合成され、完全に重畳した状態で第1合成光として射出される(断面P3の下半分参照)。
At this time, the amount by which the polarization components SL31 and SL35 are shifted relative to the polarization components SL32 and SL36 by the
ここで、第1群の一偏光光束たるX方向の偏光成分SL31と第2群の一偏光光束たるY方向の偏光成分SL34, 第1群の一偏光光束たるX方向の偏光成分SL35と第2群の一偏光光束たるY方向の偏光成分SL38はそれぞれ、複屈折プリズム25aを往復で透過することおよび複屈折プリズム26a,26cを透過する際に互いに平行な偏光状態であることによって、光分岐部21を透過する間、等しい光路長を透過することになる。つまり、第1合成光および第2合成光は、一度分岐した信号光SL1のX偏光成分とY偏光成分とが相対的な位相シフトなしに再び合成されたものであり、信号光SL1から分岐した光と同等とみなすことができる。
Here, the X-direction polarization component SL31, which is a first polarized light beam, the Y-direction polarization component SL34, which is a second polarized light beam, the X-direction polarization component SL35, which is a first polarized light beam, and the second group. The polarization component SL38 in the Y direction, which is one polarized light beam of the group, is transmitted through the
ここで、この位相シフト量は精密に制御する必要がある。すなわち、仮に信号光SL1のX偏光成分とY偏光成分とを複屈折プリズム25aで分岐した後、別の複屈折プリズムで再度合成する場合は、これらの複屈折プリズムの長さおよび配置の高精度な調整が必要である。この精度が低い場合は、合成光を構成する直交偏波間での位相シフト量の温度変動を生じてしまい、結果としてストークスパラメータ測定装置の測定精度が温度によって劣化することが考えられる。しかし、本第1実施形態では、1つの複屈折プリズム25aによって、信号光SL1の分岐と合成との両方を行うことで、温度変動による位相シフト量の変化を容易に抑えることができる。
Here, this phase shift amount needs to be precisely controlled. That is, if the X-polarized component and the Y-polarized component of the signal light SL1 are branched by the
また、偏光成分SL33,SL37および偏光成分SL32,SL36は、それぞれ信号光SL1から分岐した光からX方向の偏光成分およびY方向の偏光成分をとりだした光と言える。これら分岐光の分岐比は、これまでの説明のとおり、各複屈折プリズムの相対角度および複屈折プリズムの消光比などに依存したものであり、環境温度の変化により受ける影響が小さい。また、環境温度の変化により、光学素子とビームの位置関係が多少動いても分岐比には影響しない。よって、本第1実施形態に係るストークスパラメータ測定装置10は、環境温度に関わらず安定した計測を実現することができる。
The polarization components SL33 and SL37 and the polarization components SL32 and SL36 can be said to be lights obtained by extracting the X-direction polarization component and the Y-direction polarization component from the light branched from the signal light SL1, respectively. The branching ratio of these branched lights depends on the relative angle of each birefringent prism, the extinction ratio of the birefringent prism, etc., as described above, and is less affected by changes in the environmental temperature. In addition, even if the positional relationship between the optical element and the beam is slightly moved due to a change in environmental temperature, the branching ratio is not affected. Therefore, the Stokes
さらに、複屈折プリズム25aのZ方向の長さ(偏光分離幅)は、第1及び第2複屈折プリズム26a,26cのZ方向の長さ(偏光分離幅)の√2倍となっており、複屈折プリズム25a,26a,26cの光学軸の相対角が45°となっている。この結果、第2複屈折プリズム26cから射出される第1および第2傾斜偏光成分SL21,SL23のY軸方向の間隔は、第1傾斜偏光成分SL21,SL22のX軸方向の間隔や偏光成分SL31,SL32等のX軸方向の間隔と等しくなっている。よって、複屈折プリズム25aの第1面25iから射出される偏光成分SL33と、偏光成分SL37と、第2合成光を構成する偏光成分SL31,SL34と、第1合成光を構成する偏光成分SL35,SL38と、偏光成分SL32と、偏光成分SL36とは、X軸及びY軸方向に関して等ピッチで配列された状態となる。
Further, the length (polarization separation width) in the Z direction of the
つぎに、偏光調整部22は、1/4波長板等からなる位相素子22aと、透過型偏光板からなる偏光素子22bとを備える。ここで、複屈折プリズム25aにより偏波分離された光の内、X方向に振動する直線偏光成分である偏光成分SL33,SL37を基準として0゜の偏光成分とすると、波長板としての位相素子22aの主軸方位は、それに対して直交する方位角度(すなわちY軸方向)に対応するものとなっており、偏光子としての偏光素子22bの主軸方位すなわち偏光軸は、0°の偏光成分を基準とする45゜の偏光方位角度(すなわちX軸に対して45°傾斜した方向:プリズム側から見ると−45°)に対応するものとなっている。なお、位相素子22aおよび偏光素子22bの主軸方位は45°と0°の組み合わせでも良い。また、位相素子22aは、第1合成光を構成する偏光成分SL35,SL38の光路上に配置されており(断面P3参照)、偏光素子22bは、第2合成光を構成する偏光成分SL31,SL34と第1合成光を構成する偏光成分SL35,SL38との光路上に配置されている(断面P2参照)。結果的に、位相素子22aと偏光素子22bを通過した第1合成光については、信号光SL1の右円偏光成分が取り出されたものである偏光成分SL42となる。また、偏光素子22bを通過した第2合成光については、偏光素子22bによって45゜の偏光方位角度に関する成分が取り出されたものである偏光成分SL41となる。
Next, the
つぎに、図3は、図1に示すストークスパラメータ測定装置10の電気回路部30のうち受光部31を説明するブロック図である。受光部31は、光電変換素子である6つのフォトダイオードPD1〜PD6を光分岐部21、偏光調整部22を透過した偏光成分の配置に合わせて等ピッチで配置したものとなっており、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2は、並列に接続されており、これらの出力I11,I12は、加算されて電流値I1として出力される。また、第5及び第6フォトダイオードPD5,PD6も、並列に接続されており、これらの出力−I11,−I12は、加算されて電流値I1’として出力される。ここで、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2を並列に接続しているが、一方のフォトダイオードの出力のみを用いることもできる。第5及び第6フォトダイオードPD5,PD6も、同様である。なお、第3フォトダイオードPD3からの出力はそのまま電流値I2として出力され、第4フォトダイオードPD4からの出力もそのまま電流値I3として出力される。
Next, FIG. 3 is a block diagram for explaining the
ここで、第1フォトダイオードPD1には、図2(b)に示すように、偏光成分SL33がそのまま入射し、第2フォトダイオードPD2には、同様に偏光成分SL37がそのまま入射し、第5フォトダイオードPD5には、同様に偏光成分SL32がそのまま入射し、第6フォトダイオードPD6には、同様に偏光成分SL36がそのまま入射する。そして、第3フォトダイオードPD3には、第2合成光から得た偏光成分SL41が入射し、第4フォトダイオードPD4には、第1合成光から得た偏光成分SL42が入射する。つまり、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2には、信号光SL1の0゜の偏光方位角度の偏光成分が分割されてそれぞれ入射し、第5及び第6フォトダイオードPD5,PD6には、信号光SL1の90゜の偏光方位角度の偏光成分が分割されてそれぞれ入射する。一方、第3フォトダイオードPD3には、信号光SL1の45゜の偏光方位角度の偏光成分が入射し、第4フォトダイオードPD4には、信号光SL1の右円偏光成分が入射する。 Here, as shown in FIG. 2B, the polarization component SL33 is directly incident on the first photodiode PD1, and the polarization component SL37 is similarly incident on the second photodiode PD2. Similarly, the polarization component SL32 is directly incident on the diode PD5, and the polarization component SL36 is similarly incident on the sixth photodiode PD6. The polarization component SL41 obtained from the second combined light is incident on the third photodiode PD3, and the polarization component SL42 obtained from the first combined light is incident on the fourth photodiode PD4. That is, the polarization component of the polarization azimuth angle of 0 ° of the signal light SL1 is divided and incident on the first and second photodiodes PD1 and PD2, respectively, and the signal is input to the fifth and sixth photodiodes PD5 and PD6. The polarized light components of 90 ° polarization azimuth angle of the light SL1 are divided and incident respectively. On the other hand, the polarization component of the 45 ° polarization azimuth angle of the signal light SL1 is incident on the third photodiode PD3, and the right circular polarization component of the signal light SL1 is incident on the fourth photodiode PD4.
一般にストークスパラメータは、信号光のパワーおよび、信号光の0°・45°・円偏光成分のパワーを測定することにより求められる。本第1実施形態においては、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2を加算した信号出力I1=I11+I12と、第5及び第6フォトダイオードPD5,PD6を加算した信号出力I1’=−I11+(−I12)とを加算したものが、ストークスパラメータの1つである信号光の強度に対応している。また、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2を加算した信号出力I1=I11+I12は、ストークスパラメータの1つであり、0゜の偏光方位角度の偏光成分の強度に対応している。さらに、第3フォトダイオードPD3の信号出力I2は、45゜の偏光方位角度の偏光成分の強度に対応し、第4フォトダイオードPD4の信号出力I3は、右円偏光成分の強度に対応している。 In general, the Stokes parameter is obtained by measuring the power of signal light and the power of 0 ° · 45 ° · circularly polarized light component of the signal light. In the first embodiment, the signal output I 1 = I 11 + I 12 obtained by adding the first and second photodiodes PD1 and PD2, and the signal output I 1 ′ obtained by adding the fifth and sixth photodiodes PD5 and PD6. The sum of = −I 11 + (− I 12 ) corresponds to the intensity of signal light, which is one of the Stokes parameters. The signal output I 1 = I 11 + I 12 obtained by adding the first and second photodiodes PD1 and PD2 is one of the Stokes parameters and corresponds to the intensity of the polarization component having the polarization azimuth angle of 0 °. . Further, the signal output I 2 of the third photodiode PD3 corresponds to the intensity of the polarization component having the polarization azimuth angle of 45 °, and the signal output I 3 of the fourth photodiode PD4 corresponds to the intensity of the right circular polarization component. ing.
つぎに、A/D変換回路部32は、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2の信号出力I1と、第3フォトダイオードPD3の信号出力I2と、第4フォトダイオードPD4の信号出力I3と、第5及び第6フォトダイオードPD5,PD6の信号出力I1’とをデジタルデータに変換する。
Next, the A / D
つぎに、演算処理回路部33は、A/D変換回路部32でデジタル化した信号である出力I1,I2,I3,I1’に対して加算や係数処理を行って最終的なストークスパラメータを算出する演算回路部である。この際、上述したように、複屈折プリズム25a,26a,26cでの分岐比を考慮した補償較正を行うこともできる。本第1実施形態では、光パワーの分岐と偏光成分の分離が同時に行われるが、これまでの説明から分かるとおり、仮想的に信号光を4分岐後、偏波成分の取り出しを行うと考えることができる。前記I1、I2、I3、I1’に対応する4分岐後のパワーをI1in、I2in、I3in、I1in’として、各分岐後のパワーとI1in’との比を分岐比Iir=Ii/I1’とすると、ストークスパラメータは、規格化された値として(1)式で与えられる。なお、4偏波成分の分岐比は任意であるるが、図2の構成では2:1:1:2となっている。
Next, the arithmetic
S0=1
Si={2・Ii/(I0・Iir)}−1 (i=1,2,3) (1)
ここで、I0=(I1/I1r)+I1’
S 0 = 1
S i = {2 · I i / (I 0 · I ir )} − 1 (i = 1, 2, 3) (1)
Here, I 0 = (I 1 / I 1r ) + I 1 ′
具体的には、図4に示すように、完全偏光を出射することができる入力光源αを用意し、かかる入力光源α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10に入力させる。
Specifically, as shown in FIG. 4, an input light source α capable of emitting completely polarized light is prepared, and the polarization state of the completely polarized light from the input light source α is changed via the polarization controller F. The Stokes
近似的には、下記2通りの方法で分岐比の測定を行うことができる。
(1) I1、I2、I3、I1’各最大値の比を分岐比Iirとする。
(2) I1r=1 つまり、I1とI1’に対応する分岐比が1であると仮定して、I0=I1+I1’としてI0を求めてから、I2とI3のI0に対する分岐比をリアルタイムに測定し、Iir=(Ii/I0)max (i=2,3)を分岐比とする。
Approximately, the branching ratio can be measured by the following two methods.
(1) The ratio of the maximum values of I 1 , I 2 , I 3 , I 1 ′ is the branching ratio I ir .
(2) I 1r = 1 That is, 'on the assumption that the branching ratio corresponding to is 1, I 0 = I 1 + I 1' I 1 and I 1 from seeking I 0 as, I 2 and I 3 The branch ratio of I 0 to I 0 is measured in real time, and I ir = (I i / I 0 ) max (i = 2, 3) is taken as the branch ratio.
上記により測定したデータを用いて、たとえば特開2006−284397号公報に開示される方法によって、最小値、最大値フィッティングをすることにより、正確な分岐比パラメータを求めることができる。また上記方法により、各ストークスパラメータ成分の直交からのずれも補正することができ、より高精度の測定ができる。また、偏光度DOPは(2)式として算出される。 An accurate branching ratio parameter can be obtained by performing minimum value and maximum value fitting by using the data measured as described above, for example, by a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-28497. In addition, the above method can correct the deviation of each Stokes parameter component from orthogonality, and can perform measurement with higher accuracy. Further, the degree of polarization DOP is calculated as equation (2).
DOP=(S1 2+S2 2+S3 2)1/2/S0 (2) DOP = (S 1 2 + S 2 2 + S 3 2 ) 1/2 / S 0 (2)
そこで、演算処理回路部33に(2)式の演算機能を持たせれば、ストークスパラメータ測定装置10をDOPモニタとして動作させることができる。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、偏光分岐装置である偏光解析光学部20における光の分岐が複屈折プリズム25a,26a,26cの加工精度や配置精度により決まるので、温度等に影響を受けにくい。その結果、光の分離及び合成が安定して高精度であり、構造的に偏光解析光学部20におけるPDL等を小さく抑えることができるため、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。
Therefore, if the arithmetic
なお、6つのフォトダイオードPD1〜PD6の配置のピッチは、複屈折プリズム25a,26a,26cの材料やZ方向の長さおよび光軸方向に応じて変更が可能である。また、フォトダイオードPD1〜PD6の配置に合わせて複屈折プリズム25a,26a,26cの構造を変えることも可能である。なお、複屈折プリズム25a,26a,26cを小型化して、フォトダイオードPD1〜PD6の配列ピッチを小さくすれば、ストークスパラメータ測定装置10を小型化で安価なものにすることができるが、信号光SL1が位相素子22aや偏光素子22bおよび各フォトダイオードPD1〜PD6で蹴られる可能性が増大する。そこで、本第1実施形態では、各素子の位置精度のトレランス確保のため、入力部2に適当な光学系を設けて、信号光SL1を集光させることによってビームサイズを減少させ、フォトダイオードPD1〜PD6等に入射するスポットサイズを小さくしている。
The arrangement pitch of the six photodiodes PD1 to PD6 can be changed according to the material of the
また、上記第1実施形態では、複屈折プリズム25a,26a,26cの入射出面25i,25o,26i,26oを光軸すなわちZ軸に対して傾けているが、これはリターン光防止や干渉防止のためであり、これらの傾き角は、装置の仕様に応じて適宜変更することができる。また、位相素子22aや偏光素子22bやフォトダイオードPD1〜PD6も、図面では傾かない状態で配置されているが、光軸に対して適宜傾けて配置することができる。
In the first embodiment, the incident /
〔第1実施形態の変形例〕
以下、第1実施形態の種々の変形例について説明する。なお、特に説明しない部分については、第1実施形態のストークスパラメータ測定装置10と同様であり、重複説明を省略する。
[Modification of First Embodiment]
Hereinafter, various modifications of the first embodiment will be described. Parts that are not particularly described are the same as in the Stokes
〔変形例1〕
図5は、第1実施形態の変形例1に係るストークスパラメータ測定装置の光分岐部に備えた直角プリズムおよび1/2波長板の配置を説明する図である。図5に示すように、本変形例1においては、第1実施形態における1/2波長板26dを、第1実施形態の直角プリズム26bと同様の直角プリズム26baと26bbとの間に介挿した配置としている。このような構成としても、第1実施形態と同様に、偏光状態および位相関係を保持したまま、+Z方向に進行する第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24を、−X方向に所定間隔だけシフトさせつつ−Z方向に逆進する光束とすることができる。
[Modification 1]
FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement of the right-angle prism and the half-wave plate provided in the optical branching section of the Stokes parameter measurement device according to the first modification of the first embodiment. As shown in FIG. 5, in the first modification, the half-
〔変形例2〕
図6(a)は、第1実施形態の変形例2に係るストークスパラメータ測定装置の光分岐部の一部を示す図であり、(b)は、光分岐部の役割を説明する概念図である。図6に示すように、本変形例2においては、第1実施形態のように第1および第2複屈折プリズム26a、26cを用いる代わりに、第2複屈折プリズム26cの高さを高くして、第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24が+Z方向および−Z方向に進行する際のいずれにおいても、第2複屈折プリズム26cを通過するようにしている。さらに、第1実施形態における1/2波長板26dに換えて、1/2波長板26eと1/2波長板26fとを配置している。ここで、1/2波長板26eは、X軸またはY軸に対して反時計周りに22.5°傾斜した方向に光学軸OA26eを持つものであり、1/2波長板26fは、X軸またはY軸に対して時計周りに22.5°傾斜した方向に光学軸OA26fを持つものである。このような構成としても、第1実施形態と同様に、偏光状態および位相関係を保持したまま、+Z方向に進行する第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24を、−X方向に所定間隔だけシフトさせつつ−Z方向に逆進する光束とすることができる。
[Modification 2]
FIG. 6A is a diagram illustrating a part of the optical branching unit of the Stokes parameter measurement apparatus according to the second modification of the first embodiment, and FIG. 6B is a conceptual diagram illustrating the role of the optical branching unit. is there. As shown in FIG. 6, in the second modification, instead of using the first and second
〔変形例3〕
図7(a)は、第1実施形態の変形例3に係るストークスパラメータ測定装置の光分岐部の一部を示す図であり、(b)は、光分岐部の役割を説明する概念図である。図7に示すように、本変形例3においては、第1実施形態における1/2波長板26dを複屈折プリズム25aに隣接して配置している。それとともに、第1実施形態における第1複屈折プリズム26aを、複屈折プリズム25aと同一の材質からなる複屈折プリズム26gに置き換え、第2複屈折プリズム26cを省略している。なお、複屈折プリズム26gは、その光学軸OA21gが、YZ面に平行でY軸に対して47.8°の傾斜角を有している。このような構成としても、第1実施形態と同様に、偏光状態および位相関係を保持したまま、+Z方向に進行する第1および第2傾斜偏光成分SL21〜SL24を、−X方向に所定間隔だけシフトさせつつ−Z方向に逆進する光束とすることができる。
[Modification 3]
FIG. 7A is a diagram illustrating a part of the optical branching unit of the Stokes parameter measurement device according to the third modification of the first embodiment, and FIG. 7B is a conceptual diagram illustrating the role of the optical branching unit. is there. As shown in FIG. 7, in the third modification, the half-
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係るストークスパラメータ測定装置について説明する。本実施形態のストークスパラメータ測定装置は、第1実施形態のストークスパラメータ測定装置10をさらに変形したものであり、特に説明しない部分については、第1実施形態のストークスパラメータ測定装置10と同様であり、重複説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the Stokes parameter measurement device according to the second embodiment will be described. The Stokes parameter measurement device according to the present embodiment is a further modification of the Stokes
図8(a)は、図2(a)に対応するもので、第2実施形態に係るストークスパラメータ測定装置を構成する光分岐部121、偏光調整部122、及び受光部131の一構成例を示す。また、また、図8(b)は、光分岐部121や偏光調整部122の役割を説明する概念図である。
FIG. 8A corresponds to FIG. 2A, and shows one configuration example of the
光分岐部121は、単一の複屈折プリズムで構成される第1光学系125と、2つの複屈折プリズム等で構成される第2光学系126とを備える。ここで、第1光学系125は、第1分岐部として機能する部分であり、XZ断面が平行四辺形状の複屈折プリズム125aからなる。また、第2光学系126は、第2分岐部として機能する部分であり、XZ断面が平行四辺形状の複屈折プリズム126a,126bからなる。複屈折プリズム125aは、第1実施形態の複屈折プリズム25aと同様の光学軸OA11等を有するものであるが、信号光SL1を一方から入射させるだけである。また、複屈折プリズム126aは、第1実施形態の複屈折プリズム26aと同様の光学軸OA21等を有するものであるが、その長さが2倍となっている。さらに、複屈折プリズム126bは、第1光学系125に設けた複屈折プリズム125aと同様の光学軸OA11等を有するものである。
The
複屈折プリズム125aは、分岐素子及び偏光子を兼ねた光学部材であり、図8(b)の断面P1に示す信号光SL1から、図5(b)の断面P2に示すように、第1方向の偏光であるX偏光成分SL11と、第2方向の偏光であるY偏光成分SL12とを生成する。この際、X偏光成分SL11とY偏光成分SL12との分岐比は、略1:1で固定的な値である。
The
複屈折プリズム126aは、45°方向に関して偏光成分を分岐するための第1プリズム部であり、複屈折プリズム125aから射出された信号光SL11,SL12を分岐して、第1傾斜偏光成分SL21,SL22と、第2傾斜偏光成分SL23,SL24とを生成する(断面P3参照)。この際、第1傾斜偏光成分SL21,SL22と第2傾斜偏光成分SL23,SL24との分岐比は、略1:1で固定的な値である。
The birefringent prism 126a is a first prism unit for branching the polarization component with respect to the 45 ° direction, and branches the signal lights SL11 and SL12 emitted from the
複屈折プリズム126bは、分岐素子及び合成素子を兼ねた第1プリズム部である。この複屈折プリズム126bにより、偏光成分SL21は、断面P4に示すように、偏光成分SL31と偏光成分SL32とに、X方向に分離するように分岐される。同様に、偏光成分SL22は、偏光成分SL33と偏光成分SL34とにX方向に分離するように分岐される。同様に、偏光成分SL23は、偏光成分SL35と偏光成分SL36とにX方向に分離するように分岐され、偏光成分SL24は、偏光成分SL37と偏光成分SL38とにX方向に分離するように分岐される。
The
この際、複屈折プリズム126bの射出面において、X方向の偏光成分SL33とY方向の偏光成分SL32とが完全に重畳した状態で第1合成光として射出され、X方向の偏光成分SL37とY方向の偏光成分SL36とが完全に重畳した状態で第2合成光として射出される。さらに、第2複屈折プリズム126bから射出される第1群の偏光光束たる偏光成分SL31,SL32,SL33,SL34と、第2群の偏光光束たる偏光成分SL35,SL36,SL37,SL38とのY軸方向の間隔は、各偏光成分SL31〜SL38のX軸方向の間隔と等しくなっている。よって、複屈折プリズム126bから射出される偏光成分SL31と、偏光成分SL35と、第1合成光を構成する偏光成分SL32,SL33と、第2合成光を構成する偏光成分SL36,SL37と、偏光成分SL34と、偏光成分SL38とは、X軸及びY軸方向に関して等ピッチで配列された状態となる。
At this time, the X-direction polarization component SL33 and the Y-direction polarization component SL32 are completely superimposed on the exit surface of the
また、偏光調整部22において、位相素子22aは、第1合成光を構成する偏光成分SL32,SL33の光路上に配置されており、偏光素子22bは、第1合成光を構成する偏光成分SL32,SL33と第2合成光を構成する偏光成分SL36,SL37との光路上に配置されている。結果的に、位相素子22aと偏光素子22bを通過した第1合成光については、右円偏光成分が取り出されたものである偏光成分SL42となる。また、偏光素子22bを通過した第2合成光については、偏光素子22bによって45゜の偏光方位角度に関する成分が取り出されたものである偏光成分SL41となる。
Further, in the
また、受光部131において、第1フォトダイオードPD1には、図8(b)に示すように、偏光成分SL31がそのまま入射し、第2フォトダイオードPD2には、同様に偏光成分SL35がそのまま入射し、第5フォトダイオードPD5には、同様に偏光成分SL34がそのまま入射し、第6フォトダイオードPD6には、同様に偏光成分SL38がそのまま入射する。そして、第3フォトダイオードPD3には、第1合成光から得た偏光成分SL42が入射し、第4フォトダイオードPD4には、第2合成光から得た偏光成分SL41が入射する。つまり、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2には、信号光SL1の0゜の偏光方位角度の偏光成分が分割されてそれぞれ入射し、第5及び第6フォトダイオードPD5,PD6には、信号光SL1の90゜の偏光方位角度の偏光成分が分割されてそれぞれ入射する。一方、第3フォトダイオードPD3には、信号光SL1の円偏光成分が入射し、第4フォトダイオードPD4には、信号光SL1の45゜の偏光方位角度の偏光成分が入射する。
Further, in the
ここで、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2を加算した信号出力I1=I11+I12と、第5及び第6フォトダイオードPD5,PD6を加算した信号出力I1’=−I11+(−I12)とを加算したものは、ストークスパラメータの1つである信号強度に対応するトータルの電流値I0である。また、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2を加算した信号出力I1=I11+I12は、ストークスパラメータの1つであり、0゜の偏光方位角度の偏光成分の強度に対応している。第3フォトダイオードPD3の信号出力I3は、右円偏光成分の強度に対応し、第4フォトダイオードPD4の信号出力I2は、45゜の偏光方位角度の偏光成分の強度に対応している。これらの電流値I0,I1,I2,I3からストークスパラメータS0〜S3が得られることは既に説明したとおりである(上記(1)式参照)。 Here, the signal output I 1 = I 11 + I 12 obtained by adding the first and second photodiodes PD1 and PD2, and the signal output I 1 ′ = −I 11 + obtained by adding the fifth and sixth photodiodes PD5 and PD6. The sum of (−I 12 ) is the total current value I 0 corresponding to the signal intensity, which is one of the Stokes parameters. The signal output I 1 = I 11 + I 12 obtained by adding the first and second photodiodes PD1 and PD2 is one of the Stokes parameters and corresponds to the intensity of the polarization component having the polarization azimuth angle of 0 °. . The signal output I 3 of the third photodiode PD3 corresponds to the intensity of the right circular polarization component, and the signal output I 2 of the fourth photodiode PD4 corresponds to the intensity of the polarization component having a polarization azimuth angle of 45 °. . As described above, the Stokes parameters S 0 to S 3 can be obtained from the current values I 0 , I 1 , I 2 , and I 3 (see the above formula (1)).
第2実施形態のストークスパラメータ測定装置の場合、複屈折プリズム125aと、複屈折プリズム126bとにより発生するPMD(Polarization mode dispersion)精度を高める必要があるが、光路の折り返しのない分だけ構造がシンプルなものとなる。また、第1実施形態に比較して透過光学面が少ないので、光量損失を減らすことができる。
In the case of the Stokes parameter measurement device of the second embodiment, it is necessary to improve the PMD (Polarization mode dispersion) accuracy generated by the
〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態に係るストークスパラメータ測定装置について説明する。本実施形態のストークスパラメータ測定装置は、第1実施形態のストークスパラメータ測定装置10をさらに変形したものである。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a Stokes parameter measurement apparatus according to the third embodiment will be described. The Stokes parameter measurement device of this embodiment is a further modification of the Stokes
図9は、図2(a)に対応するもので、第3実施形態に係るストークスパラメータ測定装置を構成する光分岐部221、偏光調整部22、及び受光部31の一構成例を示す。本第3実施形態においては、光分岐部221を直列型にしている。
FIG. 9 corresponds to FIG. 2A and shows a configuration example of the
光分岐部221は、一対の複屈折プリズム25a,25aと、これらに挟まれた一対の複屈折プリズム26a,26cとを備える。ここで、複屈折プリズム25a,25a,26a,26cは、第1実施形態と同様のものであるが、直角プリズム26bを除いて信号光が直進させているので、図2の複屈折プリズム25aを2つに分割している。本第3実施形態のストークスパラメータ測定装置の場合も、第2実施形態のものと同様に、構造がシンプルなものとなり、かつ透過光学面における光量損失を減らすことができる。
The
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof.
例えば、図2(a)に示す偏光調整部22の構成は単なる例示であり、位相素子22aや偏光素子22bの配置箇所や光学軸の方向は適宜変更可能であり、これに応じて演算処理回路部33での処理内容を変更すれば足る。
For example, the configuration of the
2 入力部
3 出力部
10 ストークスパラメータ測定装置
20 偏光解析光学部
21 光分岐部
22 偏光調整部
22a 位相素子
22b 偏光素子
25 第1光学系
25a 複屈折プリズム
26 第2光学系
26a 第1複屈折プリズム
26b 直角プリズム
26c 第2複屈折プリズム
26d 1/2波長板
30 電気回路部
31 受光部
32 A/D変換回路部
33 演算処理回路部
OA11,OA21,OA22 光学軸
PD1〜PD6 フォトダイオード
SL1 信号光
SL11,SL12,SL21〜SL24,SL31〜SL38 偏光成分
SL41,SL42 合成光
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記偏光分岐装置から分岐されて出射された信号光の光成分を光電変換する受光部と
を備えることを特徴とするストークスパラメータ測定装置。 Including an optical element formed of a birefringent crystal material, the signal light to be measured is branched into a plurality of polarized light beams by the optical element, and a polarization state is adjusted for one or more of the plurality of polarized light beams A polarization splitter;
A Stokes parameter measurement device comprising: a light receiving unit that photoelectrically converts an optical component of signal light branched and emitted from the polarization branching device.
複数の複屈折プリズムを有する第2分岐部によって、前記第1分岐部で分岐された偏光をさらに2段階で分岐して、前記第1方向に対応する第1群の偏光光束と、前記第2方向に対応する第2群の偏光光束とを生成する工程と、
前記第1群のいずれか1つ以上の偏光光束と、前記第2群のいずれか1つ以上の偏光光束とを、前記第2分岐部によって所定の組み合わせで合成する工程と、
合成された光束のうちいずれか1つ以上に対して、偏光調整部によって偏光状態を調整する工程と、
前記第2分岐部及び前記偏光調整部から分岐して出射された信号光の光成分を光電変換する受光部の出力に基づいて、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°偏光成分と円偏光成分とを決定する工程と、
を含むことを特徴とするストークスパラメータの測定方法。 Branching the signal light to be measured into polarized light in a first direction and polarized light in a second direction by a first branching unit having a birefringent prism;
The second branching unit having a plurality of birefringent prisms further splits the polarized light branched by the first branching unit in two stages, and a first group of polarized light beams corresponding to the first direction, and the second Generating a second group of polarized light beams corresponding to the direction;
Combining any one or more polarized light beams of the first group and any one or more polarized light beams of the second group in a predetermined combination by the second branching unit;
A step of adjusting a polarization state by a polarization adjusting unit with respect to any one or more of the combined light fluxes;
Based on the output of the light receiving unit that photoelectrically converts the light component of the signal light branched and emitted from the second branching unit and the polarization adjusting unit, the light intensity component, the 0 ° polarization component, and the 45 ° polarization component that are Stokes parameters Determining a circularly polarized component and
A method for measuring a Stokes parameter, comprising:
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