JP2008209188A - 偏波モード分散測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実伝送路で伝送されている光信号の群遅延時間差（ＤＧＤ）を測定することができる偏波モード分散測定装置を提供すること。
【解決手段】偏波モード分散測定装置１０は、被測定光のＦａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸とを所定の角度に回転する偏波制御器１１と、被測定光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離するＰＢＳ１２と、Ｓ偏光成分を遅延する光遅延器１３と、Ｐ偏光成分を反射するミラー１４と、被測定光の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力部５０と、自己相関強度信号出力部５０の出力信号を処理する信号処理部１６とを備え、信号処理部１６は、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段１３の位置と光遅延手段１３の基準位置とに基づいて被測定光のＤＧＤを取得する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光ファイバ内を伝播する光信号の群遅延時間差（ＤＧＤ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ）を測定する偏波モード分散測定装置に関する。

近年、インターネットの急速な普及による通信需要の増大に伴い、光ファイバ伝送における伝送速度の更なる高速化が求められている。現在は伝送速度が１０ギガビット／秒の光伝送システムまでが実現されており、次の世代である４０ギガビット／秒の光伝送システムや、更に次の世代として伝送速度が１００ギガビット／秒を超える光伝送システムが検討されている。伝送速度が高速化されるに従って、光信号の隣り合うビット時間間隔が狭くなるので、光信号が伝送時に何らかの影響を受けて信号品質が劣化すると光信号の識別ができなくなる。

光信号が伝送される際に受ける影響としては、光ファイバ内を伝播する光信号の２つの偏波モードにおける伝送速度の違いから生じる偏波モード分散特性（ＰＭＤ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）が知られている。この偏波モード分散は、光ファイバの断面形状が真円ではなく楕円であることや、光ファイバの屈曲による断面形状の扁平により、２つの偏波モード間において伝送速度差が発生する現象である。偏波モード分散により発生するモード伝播時間の差は群遅延時間差（ＤＧＤ）と呼ばれ、このＤＧＤにより光信号のパルス形状が変形し、信号品質が劣化する。以下、図８を用いて具体的に説明する。

図８（ａ）は光ファイバのＦａｓｔ軸及びＳｌｏｗ軸モードの群遅延時間差であるΔτを示しており、図８（ｂ）はパルス波形の劣化の度合いを示している。光信号が光ファイバを伝播すると、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｆａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸とにおいて群遅延時間差が発生しΔτの時間だけ伝送波形が変形してしまい、元のパルス幅Ｔ_０がＴ_１に広がってしまうので信号品質が劣化することとなる。

従来、偏波モード分散測定装置としては、例えば特許文献１の従来の技術欄に示された２つの装置（以下「従来例１及び従来例２」という。）が知られている。

まず、従来例１のものは、広帯域な光スペクトラム幅の光信号を出射する光源と、光信号を直線偏波状態にして被測定物に出射する偏光子と、被測定物が出射する光信号の２つの直線偏波成分を干渉させる検光子と、検光子の出力波形を解析する光スペクトラムアナライザとを備え、いわゆる固定アナライザ法を用いてＤＧＤを測定するようになっている。

次に、従来例２のものは、広帯域な光スペクトラム幅の光信号を出射する光源と、光信号を所定の偏波状態に変換する変換素子と、所定の偏波状態の光信号を２つの直交偏波成分に分離し、一方を固定された固定コーナーキューブに出射し、他方を移動可能な可動コーナーキューブに出射するハーフミラーと、固定コーナーキューブ及び可動コーナーキューブを経由した２つの光を干渉させて電気信号に変換するフォトディテクタと、可動コーナーキューブの移動距離に応じた電気信号を出力する微小振動ステージと、フォトディテクタ及び微小振動ステージからの電気信号を比較演算する記録演算器とを備え、いわゆる干渉法を用いてＤＧＤを測定するようになっている。
特許第２７４６３５４号公報（［０００２］〜［００１１］、第９図及び第１０図）

しかしながら、従来例１及び従来例２のものは、広帯域な光スペクトラム幅の光信号を出射する専用の光源を用いてＤＧＤを測定するものであり、実際の通信で用いられている伝送路（以下「実伝送路」という。）で伝送されている光信号のＤＧＤを測定できないという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができる偏波モード分散測定装置を提供することを目的とする。

本発明の偏波モード分散測定装置は、被測定光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離する偏光分離手段（１２）と、分離された前記Ｐ偏光成分及び前記Ｓ偏光成分のいずれかを遅延する光遅延手段（１３）と、この光遅延手段（１３）が遅延した一方の偏光成分と遅延していない他方の偏光成分とを入射して前記被測定光の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力手段（５０）と、前記自己相関強度信号の相対強度が最大となる前記光遅延手段（１３）の位置と予め定められた前記光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて前記被測定光に係る群遅延時間差（Δτ）を取得する偏波モード分散取得手段（１６）を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の偏波モード分散測定装置は、被測定光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離し、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段（１３）の位置と光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて被測定光に係る群遅延時間差（Δτ）を取得するので、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができる。

また、本発明の偏波モード分散測定装置は、前記被測定光は、前記Ｐ偏光成分と前記Ｓ偏光成分との群遅延時間差（Δτ）がゼロのパルス光であり、前記自己相関強度信号が最大となる前記光遅延器（１３）の位置を前記基準位置として定めたものである構成を有している。

この構成により、本発明の偏波モード分散測定装置は、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段（１３）の位置と光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができる。

さらに、本発明の偏波モード分散測定装置は、ランダムなデータで生成されたランダムパターンの電気信号を発生するランダムパターン発生器（２１）と、前記ランダムパターンの電気信号を強度変調されたランダムパターンの光信号に変換するレーザダイオード（２２）と、前記ランダムパターンの光信号及び前記被測定光のいずれかを選択する光スイッチ（２３）とを備え、前記ランダムパターンの光信号に基づいて前記光遅延手段（１３）の基準位置を設定する構成を有している。

この構成により、本発明の偏波モード分散測定装置は、ランダムパターンの光信号を用いることにより光遅延手段（１３）の基準位置をより正確に設定することができる。

さらに、本発明の偏波モード分散測定装置は、前記自己相関強度信号出力手段（５０）は、前記一方の偏光成分と前記他方の偏光成分とを合波する合波部（５２）と、この合波部（５２）の出射光を入射して前記一方の偏光成分の周波数と前記他方の偏光成分の周波数との和となる周波数の光を示す和周波光を出射する和周波光出射部（５３）と、前記和周波光を電気信号に変換する光電変換部（５５）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の偏波モード分散測定装置は、和周波光から得られた電気信号が被測定光の自己相関強度信号と対応するので、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段（１３）の位置と光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができる。

さらに、本発明の偏波モード分散測定装置は、前記和周波光出射部（５３）は、非線形光学材料で形成された構成を有している。

この構成により、本発明の偏波モード分散測定装置は、非線形光学材料から出射される和周波光の相対強度が被測定光の自己相関強度信号の相対強度と対応するので、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段（１３）の位置と光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができる。

さらに、本発明の偏波モード分散測定装置は、前記自己相関強度信号出力手段（６０）は、前記一方の偏光成分と前記他方の偏光成分とを入射し前記被測定光の自己相関を示す光信号を出射する光ゲートデバイス（６１）と、この光ゲートデバイス（６１）が出射する光信号を電気信号に変換する光電変換部（６３）とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の偏波モード分散測定装置は、光ゲートデバイス（６１）が出射する光信号の相対強度が被測定光の自己相関強度信号の相対強度と対応するので、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延手段（１３）の位置と光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができる。

本発明は、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができるという効果を有する偏波モード分散測定装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明に係る偏波モード分散測定装置の第１の実施の形態における構成について説明する。なお、本実施の形態における偏波モード分散測定装置は、例えば実伝送路の光信号を分岐するタップから光強度変調信号を分岐して入力するものである。

図１に示すように、本実施の形態における偏波モード分散測定装置１０は、被測定光である光強度変調信号のＦａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸とを所定の角度に回転する偏波制御器１１と、被測定光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離する偏光ビームスプリッタ（以下「ＰＢＳ」という。）１２と、Ｓ偏光成分を遅延させる光遅延器１３と、Ｐ偏光成分を反射するミラー１４と、被測定光の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力部５０と、制御信号を出力する制御部１５と、自己相関強度信号出力部５０の出力信号を処理する信号処理部１６とを備えている。

なお、図１に示した円内の矢印は、各位置における光の偏波面の方向を示している。また、本実施の形態では、ＰＢＳ１２が、Ｓ偏光成分を光遅延器１３に、Ｐ偏光成分をミラー１４に、それぞれ出射するものとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。

偏波制御器１１は、例えば、水晶や雲母等の材料で形成されたλ／２板と、このλ／２板を回転して透過する光の偏波面を回転する回転モータとを備え、光ファイバを介して実伝送路に接続されている。なお、回転モータは、制御部１５からの制御信号に基づいて動作するようになっている。

偏波制御器１１は、前述の構成により、入射した光強度変調信号のＦａｓｔ軸及びＳｌｏｗ軸を回転してＰＢＳ１２に出射することができるので、ＰＢＳ１２において、Ｆａｓｔ軸に沿った偏波面を有する偏光成分（例えばＰ偏光成分）と、Ｆａｓｔ軸と直交するＳｌｏｗ軸に沿った偏波面を有する偏光成分（例えばＳ偏光成分）とが分離可能となる。なお、偏波制御器１１は、λ／２板を備える構成に限定されるものではなく、例えば、λ／２板とλ／４板との組み合わせや、光ファイバループでλ／２及びλ／４位相を形成すること等により構成することもできる。

ＰＢＳ１２は、例えば誘電体偏光膜がコーティングされた反射透過面を備え、被測定光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離して出射するようになっている。本実施の形態においては、ＰＢＳ１２は、Ｓ偏光成分を光遅延器１３に出射し、Ｐ偏光成分をミラー１４に出射するものである。なお、ＰＢＳ１２は、本発明の偏光分離手段に対応している。

光遅延器１３は、図中の矢印で示した方向に平行移動が可能なコーナーミラー１３ａと、ＰＢＳ１２の出射光をコーナーミラー１３ａ側に反射するミラー１３ｂと、コーナーミラー１３ａからの光を反射して自己相関強度信号出力部５０のＰＢＳ５２に出射するミラー１３ｃとを備えている。また、光遅延器１３は、図中の矢印方向に平行移動可能な平行保持部（図示省略）に保持され、この平行保持部は、制御部１５からの制御信号に応じて矢印方向に移動できるようになっている。この構成により、光遅延器１３は、分離されたＳ偏光成分が進む光路、すなわちＰＢＳ１２から光遅延器１３を経由してＰＢＳ５２に至る光路の光路長を可変することができる。なお、光遅延器１３は、本発明の光遅延手段に対応している。

ミラー１４は、ＰＢＳ１２からのＰ偏光成分を反射して自己相関強度信号出力部５０のミラー５１に出射するようになっている。

自己相関強度信号出力部５０は、Ｐ偏光成分を反射するミラー５１と、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを合波するＰＢＳ５２と、第２種位相整合により和周波光を出射するタイプ２非線形光学材料５３と、所定の周波数の光を遮断する光フィルタ５４と、入射光を電気信号に変換する受光器５５と、電気信号の所定周波数成分を除去するローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」という。）５６と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器５７とを備えている。なお、自己相関強度信号出力部５０は、本発明の自己相関強度信号出力手段に対応している。

ミラー５１は、ミラー１４からのＰ偏光成分を反射してＰＢＳ５２に出射するようになっている。

ＰＢＳ５２は、例えば誘電体偏光膜がコーティングされた反射透過面を備え、光遅延器１３からのＳ偏光成分と、ミラー５１からのＰ偏光成分とを合波してタイプ２非線形光学材料５３に出射するようになっている。なお、ＰＢＳ５２は、本発明の合波部に対応している。なお、ＰＢＳの代わりに通常のビームスプリッタ（ＢＳ）を用いて、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを合波することができる。ただし、ＰＢＳを用いることで、より効率的にＰ偏光成分とＳ偏光成分とを合波することができる。

タイプ２非線形光学材料５３は、第２種位相整合を行うものであり、図２に示すように、互いに直交する偏波面を有するＰ偏光成分（周波数ωｐ）及びＳ偏光成分（周波数ωｓ）の光を入射したとき、これら２つの入射光が同時に重なった時だけ２つの入射光の強度の積に比例した和周波光（ＳＦＧ光：周波数ωｐ＋ωｓ）を出力するようになっている。本実施の形態においては、２つの入射光は同一の被測定光なので、タイプ２非線形光学材料５３が出射する光は、被測定光の２倍の周波数の和周波光が発生する。なお、タイプ２非線形光学材料５３は、本発明の和周波光出射部に対応している。

ここで、図３を用いて、タイプ２非線形光学材料５３の機能をさらに詳細に説明する。なお、非線形光学材料には第１種位相整合を行うタイプ（以下「タイプ１非線形光学材料」という。）もあるので、両者について説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、タイプ１非線形光学材料及びタイプ２非線形光学材料の機能を説明する図である。ここでは、波長が１５４０ｎｍの基本波光ａと、波長が１５６０ｎｍの基本波光ｂとを例に挙げており、図中の矢印方向は各光の偏波面の方向を示している。

図３（ａ）に示すように、タイプ１非線形光学材料は、入射する基本波光ａ及びｂの偏波面が互いに平行なとき、基本波光ａ及びｂと、ＳＦＧ光（７７５ｎｍ）と、２つのＳＨＧ光（７７０ｎｍ及び７８０ｎｍ）とを出射する。

一方、図３（ｂ）に示すように、タイプ２非線形光学材料は、入射する基本波光ａ及びｂの偏波面が互いに直交するとき、基本波光ａ及びｂと、ＳＦＧ光（７７５ｎｍ）とを出射するものである。したがって、タイプ２非線形光学材料は、タイプ１非線形光学材料とは異なり、ＳＨＧ光が発生しないので、自己相関強度信号出力時におけるＳＮ比を向上させることができる。

本実施の形態においては、タイプ２非線形光学材料５３にＳ偏光成分及びＰ偏光成分が同時に入射したときのみ和周波光が得られることとなる。したがって、この和周波光の相対強度は、被測定光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とが時間的に一致している場合に最大となり、両者が時間的にずれる従って小さくなる。すなわち、和周波光の相対強度は、被測定光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との時間的な一致度を表す自己相関を示すものである。

なお、タイプ２非線形光学材料５３に代えてタイプ１非線形光学材料を用いることもできる。この場合は、図３（ａ）において説明したように、タイプ１非線形光学材料に入射する光の偏波方向を互いに平行とする必要があるので、例えば図１に示したミラー１４とミラー５１との間にＰ偏光成分の偏波面を９０°回転させるλ／２板のような素子を設ける構成とすればよい。この構成においても、タイプ１非線形光学材料から和周波光が出射されるので、タイプ２非線形光学材料５３と同様な効果が得られる。

図１に戻り、偏波モード分散測定装置１０の構成の説明を続ける。

光フィルタ５４は、タイプ２非線形光学材料５３から出射される被測定光のＳ偏光成分、被測定光のＰ偏光成分及び和周波光のうち、和周波光のみを透過させるようになっている。

受光器５５は、例えばフォトダイオードを備え、光フィルタ５４からの和周波光を電気信号に変換し、ＬＰＦ５６に出力するようになっている。ここで、受光器５５は、本発明の光電変換部に対応している。なお、被測定光の波長が１．５μｍ帯の場合、シリコンフォトダイオード（Ｓｉ−ＰＤ）を受光器５５が備えることにより、Ｓｉ−ＰＤは１．５μｍ帯の感度が極めて低いためＰ偏光成分及びＳ偏光成分を除去し、和周波光のみを受光することとなるので、光フィルタ５４を省略することができる。

ＬＰＦ５６は、所定周波数以上の電気信号を除去することによって、和周波光に対応する電気信号（以下「和周波信号」という。）を平滑化するようになっている。

ＡＤ変換器５７は、アナログ信号である和周波信号を入力してデジタル信号に変換し、信号処理部１６に出力するようになっている。

制御部１５は、偏波制御器１１、光遅延器１３及び信号処理部１６のそれぞれを動作させるための制御信号を出力するようになっている。また、制御部１５は、Ｓ偏光成分を遅延させる光遅延器１３からコーナーミラー１３ａの移動距離を示すデータ（以下「Ｓ偏光成分遅延距離データ」という。）を取得し、信号処理部１６に出力するようになっている。

信号処理部１６は、自己相関強度信号出力部５０で得られた自己相関強度信号から被測定光の自己相関を示す波形（以下「自己相関波形」という。）を取得し、自己相関波形に基づいてＤＧＤを取得するようになっている。ここで、自己相関波形は、制御部１５から取得したＳ偏光成分遅延距離データと、自己相関強度信号の相対強度とを関係づけた波形であり、被測定光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分の時間軸上の位置が一致しているとき相対強度の最大値を示すものである。なお、信号処理部１６は、本発明の偏波モード分散取得手段に対応している。

次に、本実施の形態における偏波モード分散測定装置１０の動作原理について図４を用いて説明する。図４（ａ）は、偏波制御器１１に入力される被測定光のＳ偏光成分とＰ偏光成分の時間軸に沿った信号パターンを示している。図４（ａ）において、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の各信号パターンをわかりやすく表示するため、上下方向の向きを互いに異なるものとしている。また、図４（ｂ）は、自己相関波形の一例を示している。図４（ｂ）に示した基準位置とは、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との間に群遅延がない光強度変調信号、すなわちＤＧＤがゼロである光強度変調信号を用いて予め定めた光遅延器１３の位置をいう。なお、ＤＧＤがゼロとは完全なゼロのみを意味するものではなく、被測定光のＤＧＤが所望の測定精度で得られる程度であればよい。

図４（ａ）において、被測定光のＰ偏光成分の信号パターンは、Ｓ偏光成分の信号パターンよりもΔτだけ遅れており、これは被測定光がＤＧＤ＝Δτであることを示している。この被測定光が偏波制御器１１に入力された場合、光遅延器１３が基準位置にあると、図４（ｂ）に示すように、自己相関強度信号出力部５０に入射されるＰ偏光成分の信号パターンとＳ偏光成分の信号パターンとが時間軸上で一致せずΔτの時間差を有するものとなる。

次に、Ｓ偏光成分が伝播する光路を長くするよう光遅延器１３の位置を変化させていくと、自己相関強度信号出力部５０に入射するＳ偏光成分には遅延量が与えられ、この遅延量がΔτとなったとき、すなわちＰ偏光成分の信号パターンとＳ偏光成分の信号パターンとが一致したとき、図４（ｂ）に示すように自己相関波形における相対強度がピークとなり、自己相関強度信号出力部５０から出力される自己相関強度信号は最大となる。さらに、Δτ以上の遅延量を与えていくと、Ｐ偏光成分の信号パターンとＳ偏光成分の信号パターンとがずれていき、自己相関強度信号は徐々に小さくなっていく。

したがって、予め、ＤＧＤがゼロである光強度変調信号であるときに自己相関強度信号が最大になる光遅延器１３の位置を光遅延器１３の基準位置として定め、その基準位置から自己相関強度信号が最大となる光遅延器１３の位置までの移動距離を求め、この移動距離を時間に換算することで、被測定光のＤＧＤを求めることができる。具体的には、図１において、光遅延器１３が基準位置から矢印方向にｄ／２だけ平行移動してＳ偏光成分の光路長がｄだけ長くなったときに自己相関強度信号が最大になったとすると、このときのＤＧＤであるΔτは式（１）で算出することができる。なお、ｃは光速を示している。

Δτ ＝ ｄ／ｃ ・・・・・ （１）
式（１）に示すように、ＤＧＤの検出精度は、光遅延器１３の設定精度で定まり、光遅延器１３の光路長の可変精度が例えば１μｍの場合には、時間軸に換算すると約０．００３ｐｓという高い精度となる。

以上の説明は、ＰＢＳ１２においてＰ偏光成分とＳ偏光成分とが完全に分離できるよう、偏波制御器１１が被測定光のＦａｓｔ軸及びＳｌｏｗ軸の回転制御を行った場合について説明したが、被測定光のＦａｓｔ軸及びＳｌｏｗ軸の回転制御を完全に行えない場合もある。例えば、図５に示すように、Ｆａｓｔ軸の被測定光がＰ偏光成分だけでなくＳ偏光成分を含むものとなり、Ｓｌｏｗ軸の被測定光がＳ偏光成分だけでなくＰ偏光成分を含むものとなる場合がある。この場合でも、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との自己相関強度信号の最大強度が判別できれば、図４で説明したものと同様に、ＤＧＤを求めることができる。なお、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分が互いに他方の偏光成分をできるだけ含まないよう、偏波制御器１１においてＦａｓｔ軸及びＳｌｏｗ軸の回転制御を行うのが好ましい。

次に、本実施の形態における偏波モード分散測定装置１０の動作について説明する。なお、被測定光のＤＧＤはゼロではないものとする。

まず、偏波制御器１１は、被測定光である光強度変調信号を入射し、光強度変調信号のＦａｓｔ軸及びＳｌｏｗ軸を所定の角度に回転してＰＢＳ１２に出射する。なお、例えば光位相変調信号を被測定光とする場合は、予め光位相変調信号を光強度変調信号に変換しておけばよい。

次いで、ＰＢＳ１２は、光強度変調信号のＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離する。そして、Ｓ偏光成分は光遅延器１３を経由し、Ｐ偏光成分はミラー１４を経由して自己相関強度信号出力部５０に入射される。また、自己相関強度信号出力部５０に入射したＰ偏光成分は、ミラー５１で反射されてＰＢＳ５２に入射する。

続いて、ＰＢＳ５２は、光遅延器１３からのＳ偏光成分と、ミラー１４からのＰ偏光成分とを合波してタイプ２非線形光学材料５３に出射する。

さらに、タイプ２非線形光学材料５３は、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分と、これらの和周波光とを光フィルタ５４に出射する。

次いで、光フィルタ５４は、タイプ２非線形光学材料５３が出射した光のうち和周波光のみを透過させ、受光器５５に出射する。

引き続き、受光器５５は、和周波光を電気信号に変換してＬＰＦ５６に出力し、ＬＰＦ５６は、和周波信号を平滑してＡＤ変換器５７に出力する。

次いで、ＡＤ変換器５７は、和周波信号をＡＤ変換して信号処理部１６に出力する。ここで、信号処理部１６には、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを用いて求めた被測定光の自己相関強度信号が入力されることとなる。被測定光のＤＧＤはゼロではないものとしているので、図４（ａ）に示すように、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との間に信号パターンのずれがあり、信号処理部１６に入力される自己相関強度信号の相対強度は、そのずれに応じたレベルとなっている。

光遅延器１３を図１に示した移動方向に平行移動してＳ偏光成分を遅延させると、信号処理部１６において自己相関強度信号の相対強度の変化が観測される。このとき、光遅延器１３からＳ偏光成分遅延距離データが制御部１５を経由して信号処理部１６に逐次出力され、信号処理部１６は、図４（ｂ）に示すように、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延器１３の位置と、光遅延器１３の基準位置との差からＤＧＤであるΔτを求める。

以上のように、本実施の形態における偏波モード分散測定装置１０によれば、ＰＢＳ１２は、実伝送路からの被測定光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離し、自己相関強度信号出力部５０は、光遅延器１３が遅延したＳ偏光成分及び遅延していないＰ偏光成分により被測定光の自己相関強度信号を出力し、信号処理部１６は、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延器１３の位置と光遅延器１３の基準位置とに基づいて被測定光のＤＧＤを取得する構成としたので、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができる。

なお、本実施の形態における偏波モード分散測定装置１０の信号処理部１６に、被測定光のＤＧＤのデータを表示する表示装置を接続することにより、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを監視する偏波モード分散モニタとして機能させることができる。

また、前述の実施の形態において、自己相関波形における相対強度がピークとなる点に基づいて自己相関強度信号を得る構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば自己相関波形の最大強度重心を用いて自己相関強度信号を得る構成としても同様な効果が得られる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態における偏波モード分散測定装置は、第１の実施の形態における偏波モード分散測定装置１０（図１参照）の一部を変更したものであり、偏波モード分散測定装置１０の説明と重複する構成の説明は省略する。

図６に示すように、本実施の形態における偏波モード分散測定装置２０は、ランダムパターンの電気信号を発生するランダムパターン発生器２１と、ランダムパターンの電気信号を光強度変調信号に変換するレーザダイオード（以下「ＬＤ」という。）２２と、実伝送路を伝送する被測定光の光信号及びＬＤ２２からの光信号のいずれかを切り替えて入力する光スイッチ２３とを備えている。

ランダムパターン発生器２１は、ランダムなデータで構成されたランダムパターンの電気信号を発生し、ＬＤ２２に出射するようになっている。

ＬＤ２２は、ランダムパターンの電気信号を光強度変調信号に変換するようになっている。

光スイッチ２３は、実伝送路と光ファイバで接続されており、ＬＤ２２からの光強度変調信号及び被測定光である光強度変調信号のいずれかを選択して偏波制御器１１に出射するようになっている。

本実施の形態における偏波モード分散測定装置２０は、前述のように構成されているので、ＬＤ２２からの光強度変調信号を光スイッチ２３に選択させた場合、ランダムパターンによる自己相関波形の最大強度位置における光遅延器１３の基準位置を求め、この位置を被測定光のＤＧＤを測定するための光遅延器１３の基準位置として設定することができる。ここで、ランダムパターンの光信号を用いるので、光遅延器１３の基準位置をより正確に設定することができる。

一方、実伝送路の光強度変調信号を光スイッチ２３に選択させた場合、前述の光遅延器１３の基準位置に基づいて、被測定光のＤＧＤを測定することができる。

以上のように、本実施の形態における偏波モード分散測定装置２０によれば、光スイッチ２３は、ＬＤ２２からの光強度変調信号及び被測定光である光強度変調信号のいずれかを選択して偏波制御器１１に出射する構成としたので、光遅延器１３の基準位置を設定することができるとともに、実伝送路を伝播する被測定光のＤＧＤを測定することができる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態における偏波モード分散測定装置は、第１の実施の形態における偏波モード分散測定装置１０（図１参照）の自己相関強度信号出力部５０を変更したものであり、偏波モード分散測定装置１０の説明と重複する構成の説明は省略する。

図７に示すように、本実施の形態における偏波モード分散測定装置３０は、自己相関強度信号出力部６０を備えている。自己相関強度信号出力部６０は、光制御信号に基づいて光信号を透過又は遮断する光ゲートデバイス６１と、所定の周波数の光を遮断する光フィルタ６２と、入射光を電気信号に変換する受光器６３と、電気信号の所定周波数成分を除去するＬＰＦ６４と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器６５とを備えている。なお、光ゲートデバイス６１以外の構成は、第１の実施の形態における自己相関強度信号出力部５０と同様なので説明を省略する。また、自己相関強度信号出力部６０及び受光器６３は、本発明の自己相関強度信号出力手段及び光電変換部にそれぞれ対応している。

光ゲートデバイス６１は、例えば、高速・高出力を特徴とする単一走行キャリアフォトダイオード（ＵＴＣ−ＰＤ）と高速・低電圧駆動を特徴とする進行波電極電界吸収型変調器（ＴＷ−ＥＡＭ）とがひとつの半導体チップに集積されたＰＤ−ＥＡＭ（フォトダイオード−電界吸収型光変調器）で構成され、電気アンプを用いずにＵＴＣ−ＰＤの出力でＴＷ−ＥＡＭを直接駆動する素子である。

光ゲートデバイス６１は、光信号を入力する光信号入力ポート６１ａと、光制御信号を入力しゲートとして機能する光制御信号入力ポート６１ｂと、光制御信号に応じて光信号を出力する光信号出力ポート６１ｃとを備えている。本実施の形態においては、光信号入力ポート６１ａは、光遅延器１３によって光路長が変化するＳ偏光成分の光信号を入力し、光制御信号入力ポート６１ｂは、光路長が固定のＰ偏光成分の光信号を入力するようになっている。

すなわち、光ゲートデバイス６１は、Ｐ偏光成分の光信号が入力されて光制御信号入力ポート６１ｂがオンになっている期間におけるＳ偏光成分の光信号を出力するので、光遅延器１３の移動量に応じて決定されるＳ偏光成分の遅延量に対応した光強度の光信号を出力するものである。したがって、本実施の形態における自己相関強度信号出力部６０は、光遅延器１３が遅延したＳ偏光成分及び遅延していないＰ偏光成分により被測定光の自己相関強度信号を信号処理部１６に出力することとなる。

以上のように、本実施の形態における偏波モード分散測定装置３０によれば、ＰＢＳ１２は、実伝送路からの被測定光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離し、自己相関強度信号出力部６０は、光遅延器１３が遅延したＳ偏光成分及び遅延していないＰ偏光成分により被測定光の自己相関強度信号を出力し、信号処理部１６は、自己相関強度信号の相対強度が最大となる光遅延器１３の位置と光遅延器１３の基準位置とに基づいて被測定光のＤＧＤを取得する構成としたので、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができる。

以上のように、本発明に係る偏波モード分散測定装置は、実伝送路で伝送されている光信号のＤＧＤを測定することができるという効果を有し、光ファイバ内を伝播する光信号のＤＧＤを測定する偏波モード分散測定装置等として有用である。

本発明に係る偏波モード分散測定装置の第１の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る偏波モード分散測定装置の第１の実施の形態において、非線形光学材料の機能の説明図 本発明に係る偏波モード分散測定装置の第１の実施の形態において、非線形光学材料の機能の説明図 （ａ）タイプ１非線形光学材料の機能の説明図 （ｂ）タイプ２非線形光学材料の機能の説明図 本発明に係る偏波モード分散測定装置の第１の実施の形態における動作原理の説明図 本発明に係る偏波モード分散測定装置の第１の実施の形態における動作原理の説明図 本発明に係る偏波モード分散測定装置の第２の実施の形態における構成を示すブロック図 本発明に係る偏波モード分散測定装置の第３の実施の形態における構成を示すブロック図 ＤＧＤの説明図

符号の説明

１０ 偏波モード分散測定装置
１１ 偏波制御器
１２ ＰＢＳ（偏光分離手段）
１３ 光遅延器（光遅延手段）
１３ａ コーナーミラー
１３ｂ、１３ｃ ミラー
１４ ミラー
１５ 制御部
１６ 信号処理部（偏波モード分散取得手段）
２０ 偏波モード分散測定装置
２１ ランダムパターン発生器
２２ ＬＤ
２３ 光スイッチ
３０ 偏波モード分散測定装置
５０、６０ 自己相関強度信号出力部（自己相関強度信号出力手段）
５１ ミラー
５２ ＰＢＳ（合波部）
５３ 非線形光学材料（和周波光出射部）
５４、６２ 光フィルタ
５５、６３ 受光器（光電変換部）
５６、６４ ＬＰＦ
５７、６５ ＡＤ変換器
６１ 光ゲートデバイス
６１ａ 光信号入力ポート
６１ｂ 光制御信号入力ポート
６１ｃ 光信号出力ポート

Claims (6)

1. 被測定光に含まれるＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離する偏光分離手段（１２）と、分離された前記Ｐ偏光成分及び前記Ｓ偏光成分のいずれかを遅延する光遅延手段（１３）と、この光遅延手段（１３）が遅延した一方の偏光成分と遅延していない他方の偏光成分とを入射して前記被測定光の自己相関強度信号を出力する自己相関強度信号出力手段（５０）と、前記自己相関強度信号の相対強度が最大となる前記光遅延手段（１３）の位置と予め定められた前記光遅延手段（１３）の基準位置とに基づいて前記被測定光に係る群遅延時間差（Δτ）を取得する偏波モード分散取得手段（１６）を備えたことを特徴とする偏波モード分散測定装置。
2. 前記被測定光は、前記Ｐ偏光成分と前記Ｓ偏光成分との群遅延時間差（Δτ）がゼロのパルス光であり、前記自己相関強度信号が最大となる前記光遅延器（１３）の位置を前記基準位置として定めたものであることを特徴とする請求項１に記載の偏波モード分散測定装置。
3. ランダムなデータで生成されたランダムパターンの電気信号を発生するランダムパターン発生器（２１）と、前記ランダムパターンの電気信号を強度変調されたランダムパターンの光信号に変換するレーザダイオード（２２）と、前記ランダムパターンの光信号及び前記被測定光のいずれかを選択する光スイッチ（２３）とを備え、前記ランダムパターンの光信号に基づいて前記光遅延手段（１３）の基準位置を設定することを特徴とする請求項２に記載の偏波モード分散測定装置。
4. 前記自己相関強度信号出力手段（５０）は、前記一方の偏光成分と前記他方の偏光成分とを合波する合波部（５２）と、この合波部（５２）の出射光を入射して前記一方の偏光成分の周波数と前記他方の偏光成分の周波数との和となる周波数の光を示す和周波光を出射する和周波光出射部（５３）と、前記和周波光を電気信号に変換する光電変換部（５５）とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の偏波モード分散測定装置。
5. 前記和周波光出射部（５３）は、非線形光学材料で形成されたことを特徴とする請求項４に記載の偏波モード分散測定装置。
6. 前記自己相関強度信号出力手段（６０）は、前記一方の偏光成分と前記他方の偏光成分とを入射し前記被測定光の自己相関を示す光信号を出射する光ゲートデバイス（６１）と、この光ゲートデバイス（６１）が出射する光信号を電気信号に変換する光電変換部（６３）とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の偏波モード分散測定装置。

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