JP2008224313A - 干渉計及び復調器 - Google Patents

Abstract

【課題】分岐素子の不完全性により生ずる偏光依存性（ＰＤＦＳ）を低減することができる干渉計、及び当該干渉計を備える復調器を提供する。
【解決手段】干渉計１は、入射光Ｌ０を複数の分岐光Ｌ１，Ｌ２に分岐するハーフミラー１２を備えており、ハーフミラー１２で分岐された分岐光Ｌ１，Ｌ２を干渉させるものである。この干渉計１は、分岐光Ｌ１，Ｌ２の光路上に配置され、入射光Ｌ０をハーフミラー１２で分岐する際に生ずる分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差を補償する位相板１３，１５を備える。尚、位相板は、分岐光Ｌ１，Ｌ２の双方に光路上に必ず配置しなければならないという訳ではなく分岐光Ｌ１，Ｌ２のうちの少なくとも１つの分岐光の光路上に配置されていれば良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、干渉計及び当該干渉計を備える復調器に関する。

干渉計は、一般的に、入射光を複数の分岐光に分岐し、異なる光路を介した分岐光を干渉させて干渉縞等を測定するものである。この干渉計の一種として、一方の分岐光に対して他方の分岐光を遅延させて干渉させる遅延干渉計がある。この遅延干渉計は、例えば、差動位相変調方式（ＤＰＳＫ：Differential Phase Shift Keying）等の変調方式によって変調された光信号を波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）して伝送するＷＤＭ光通信システムの復調装置に設けられる。尚、上記の差動移動変調方式とは、先行する信号の位相に対する相対的な位相差をとって変調する変調方式をいう。

図９，図１０は、復調装置に設けられる従来の遅延干渉計の構成を示す図である。図９に示す遅延干渉計１００は、光線路（光導波路）で構成されたマッハ・ツェンダ干渉計であり、図１０に示す遅延干渉計２００は、複数の光学素子で構成されたバルク型のマッハ・ツェンダ干渉計である。

図９に示す遅延干渉計１００は、入力線路１０１、方向性結合器１０２、分岐線路１０３，１０４、方向性結合器１０５、及び出力線路１０６，１０７を備える。入力線路１０１は差動位相変調されたＷＤＭ光Ｌ１００が入力される光線路であり、方向性結合器１０２は入力線路１０１を介したＷＤＭ光Ｌ１００を所定の強度比（例えば、１対１）で分岐する。

分岐線路１０３，１０４は、方向性結合器１０２で分岐された分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２をそれぞれ伝搬する光線路であり、分岐光Ｌ１０１に対して分岐光Ｌ１０２がＷＤＭ光Ｌ１００の変調レートの１ビット分に相当する時間だけ遅延するように、その光路長が設定されている。方向性結合器１０５は、分岐線路１０３，１０４を介した分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２を合波して干渉させるとともに、干渉により得られた干渉光を所定の強度比（例えば、１対１）で分岐する。出力線路１０６，１０７は、方向性結合器１０５で分岐された干渉光を、出力光Ｌ１０３，Ｌ１０４としてそれぞれ出力する。

図１０に示す遅延干渉計２００は、ビームスプリッタ２０１、反射ミラー２０２，２０３、及びビームスプリッタ２０４を備える。尚、図１０においては、図９中のＷＤＭ光Ｌ１００、分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２、及び出力光Ｌ１０３，Ｌ１０４に相当する光に同一の符号を付してある。ビームスプリッタ２０１は差動位相変調されたＷＤＭ光Ｌ１００を所定の強度比（例えば、１対１）で分岐する。反射ミラー２０２，２０３は、いわゆるコーナーキューブミラーを形成しており、ビームスプリッタ２０１で分岐された一方の分岐光Ｌ１０２を順次反射することにより、分岐光Ｌ１０２をビームスプリッタ２０４に導く。

ビームスプリッタ２０４は、ビームスプリッタ２０１で分岐された他方の分岐光Ｌ１０１と反射ミラー２０２，２０３で導かれた分岐光Ｌ１０２とを合波して干渉させるとともに、干渉により得られた干渉光を所定の強度比（例えば、１対１）で分岐する。ビームスプリッタ２０４で分岐された干渉光は、出力光Ｌ１０３，Ｌ１０４としてそれぞれ出力される。尚、ビームスプリッタ２０１，２０４及び反射ミラー２０２，２０３は、分岐光Ｌ１０１に対して分岐光Ｌ１０２がＷＤＭ光Ｌ１００の変調レートの１ビット分に相当する時間だけ遅延するように相対的な位置決めがなされている。

以上の構成の遅延干渉計１００，２００において、ＷＤＭ光Ｌ１００が入力すると、分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２に分岐される。分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２がそれぞれ異なる光路上を伝播することにより、分岐光Ｌ１０２は分岐光Ｌ１０１に対してＷＤＭ光Ｌ１００の変調レートの１ビット分に相当する時間だけ遅延する。その後、分岐光Ｌ１０１，Ｌ１０２が合波されて干渉されることにより、分岐光Ｌ１０１と上記の時間だけ遅延した分岐光Ｌ１０２との位相比較が行われ、その比較結果に応じた強度を有する干渉光が出力光Ｌ１０３，Ｌ１０４として出力される。これにより、差動位相変調された（先行する信号の位相に対する相対的な位相差をとって変調された）ＷＤＭ光Ｌ１００の復調が行われる。

尚、従来の遅延干渉計を備えるＷＤＭ光通信システムの復調装置の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
特表２００４−５１６７４３号公報

ところで、上述したＷＤＭ光通信システムの復調装置に用いられる遅延干渉計において、性能（例えば、光学信号対ノイズ比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio）やＱ値等）を向上させるためには、干渉計の位相を伝送信号のキャリア光に対して厳密に合わせる必要がある。このため、通常は、遅延干渉計には、キャリア光に対する干渉計の位相を微調する位相調整機構が設けられており、上記の位相の調整が厳密に行われている。

ここで、遅延干渉計が備える分岐素子（例えば、方向性結合器１０２又はビームスプリッタ２０１）は、入射光の偏光状態（Ｓ偏光、Ｐ偏光）に関わらず、分岐光間の相対的な位相差を生じずに入射光を所定の強度比で分岐するのが理想的である。しかしながら、実際の分岐素子は理想的なものではないため、その不完全性に起因して入射光の偏光状態に応じて分岐光間の相対的な位相差が生じてしまう。かかる位相差によって、遅延干渉計の位相が入射光の偏光状態によって変化する現象（ＰＤＦＳ：Polarization Dependent Frequenc Shift）が生ずるという問題があった。

上記の偏光依存性（ＰＤＦＳ）は、前述した位相調整機構では解消することができず、遅延干渉計の性能を低下させる一因になっている。また、偏光依存性（ＰＤＦＳ）は、図９，図１０に示すような遅延干渉計１００，２００のみで生ずる遅延干渉計の固有の問題ではなく、ハーフミラー、ビームスプリッタ等の分岐素子を備える一般的な干渉計で生ずる問題である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、分岐素子の不完全性により生ずる偏光依存性（ＰＤＦＳ）を低減することができる干渉計、及び当該干渉計を備える復調器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の干渉計は、入射光を複数の分岐光（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２）に分岐する分岐素子（１２、４２、６１）を備え、当該分岐素子で分岐された分岐光を干渉させる干渉計（１〜３）において、前記複数の分岐光のうちの少なくとも１つの分岐光の光路上に配置され、前記入射光を前記分岐素子で分岐する際に生ずる前記分岐光間の位相差を補償する位相補償器（１３、１５、２０、３０、３１、４４、６２）を備えることを特徴としている。
この発明によると、干渉計に入射した入射光は分岐素子で複数の分岐光に分岐され、これら複数の分岐光のうちの少なくとも１つの分岐光が、その光路上に配置された位相補償器を通過することにより分岐光間の位相差が補償される。
また、本発明の干渉計は、前記位相補償器が、前記分岐光間の位相差に応じて厚みが設定された一軸性結晶からなる位相板であることを特徴としている。
また、本発明の干渉計は、前記位相板が、前記分岐素子に対する前記入射光の入射面に対して、光学軸（ＣＸ）が垂直又は水平となるように配置されることを特徴としている。
また、本発明の干渉計は、前記位相板が、第１の厚みを有する第１位相板（２１）と、第２の厚みを有し、光学軸（ＣＸ２）が前記第１位相板の光学軸（ＣＸ１）に対して垂直に設定された第２位相板（２２）とを貼り合わせてなる位相板であることを特徴としている。
また、本発明の干渉計は、前記位相補償器が、電圧印加により屈折率の変化を生ずる電気光学効果を有する結晶からなる位相板（３０）を備えることを特徴としている。
また、本発明の干渉計は、前記位相補償器が、応力印加により屈折率の変化を生ずる光弾性効果を有する結晶からなる位相板（３１）を備えることを特徴としている。
また、本発明の干渉計は、前記複数の分岐光の各々を前記分岐素子に向けて反射する反射部材（１４、１６、４３、４５、６３、６４）を備えており、前記反射部材により反射された分岐光の各々を前記分岐素子に入射させることにより前記分岐光を干渉させることを特徴としている。
更に本発明の干渉計は、前記位相補償器が、前記分岐素子で分岐された分岐光が前記反射部材に向かう往路及び前記反射部材で反射された分岐光が前記分岐素子に向かう復路の双方の光路上に配置されることを特徴としている。
本発明の復調器は、差動位相変調された光信号（Ｌ１０）を復調する復調器（４０）において、前記複数の分岐光のうちの一の分岐光と他の分岐光との光路長差が、前記一の分岐光に対して前記他の分岐光が前記光信号の変調レートの１ビット分に相当する時間だけ遅延するように設定された上記の何れかの干渉計と、前記干渉計で得られる干渉光を受光して復調信号を生成する光検出器（５０）とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、分岐素子で分岐される分岐光のうちの少なくとも１つの分岐光の光路上に位相板を設け、入射光を分岐素子で分岐する際に生ずる分岐光間の位相差を補償しているため、分岐素子の不完全性により生ずる干渉計の偏光依存性（ＰＤＦＳ）を低減することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による干渉計及び復調器について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による干渉計の要部構成を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の干渉計１は、入射レンズ１１、ハーフミラー１２（分岐素子）、位相板１３（位相補償器）、コーナーキューブミラー１４（反射部材）、位相板１５（位相補償器）、コーナーキューブミラー１６（反射部材）、及び射出レンズ１７，１８を備えるマイケルソン型の遅延干渉計である。

入射レンズ１１は、入射ポートＰ１から入射される入射光Ｌ０を平行光に変換する。尚、入射ポートＰ１の位置には例えば光ファイバ（図示省略）の射出端が配置されており、この光ファイバの射出端から射出される光が入射光Ｌ０として干渉計１の内部に入射される。ハーフミラー１２は、入射レンズ１１で平行光に変換された入射光Ｌ０を所定の強度比（例えば、１対１）を有する分岐光Ｌ１，Ｌ２に分岐する。また、ハーフミラー１２は、コーナーキューブミラー１４，１６の各々で反射された分岐光Ｌ１，Ｌ２を合波して干渉させるとともに、干渉により得られた干渉光を所定の強度比（例えば、１対１）で分岐する。

位相板１３は、ハーフミラー１２で分岐された一方の分岐光Ｌ１の光路上に配置されており、分岐光Ｌ１の位相を調整するものである。コーナーキューブミラー１４は、直交する２つの反射面を有するミラーであり、ハーフミラー１２で分岐されて位相板１３を介した分岐光Ｌ１をハーフミラー１２に向けて反射する。尚、本実施形態において、位相板１３は、ハーフミラー１２で分岐された分岐光Ｌ１がコーナーキューブミラー１４に向かう往路とコーナーキューブミラー１４で反射された分岐光Ｌ１がハーフミラー１２に向かう復路との双方の光路上に配置されている。これは、分岐光Ｌ１に対して位相板１３が傾いたときの分岐光Ｌ１の光路のずれ（即ち、ハーフミラー１３に対する分岐光Ｌ１の入射位置の位置ずれ）を抑えるためである。

位相板１５は、ハーフミラー１２で分岐された他方の分岐光Ｌ２の光路上に配置されており、分岐光Ｌ２の位相を調整するものである。コーナーキューブミラー１６は、コーナーキューブミラー１４と同様に直交する２つの反射面を有するミラーであり、ハーフミラー１２で分岐されて位相板１５を介した分岐光Ｌ２をハーフミラー１２に向けて反射する。ここで、コーナーキューブミラー１４，１６は、分岐光Ｌ１に対して分岐光Ｌ２が所定の時間だけ遅延するようにハーフミラー１２に対する相対的な位置決めがなされている。分岐光Ｌ１に対する分岐光Ｌ２の遅延時間は任意に設定することができる。

尚、位相板１５は、位相板１３と同様に、ハーフミラー１２で分岐された分岐光Ｌ２がコーナーキューブミラー１６に向かう往路とコーナーキューブミラー１６で反射された分岐光Ｌ２がハーフミラー１２に向かう復路との双方の光路上に配置されている。これにより、分岐光Ｌ２に対して位相板１５が傾いたときの分岐光Ｌ２の光路のずれ（即ち、ハーフミラー１３に対する分岐光Ｌ２の入射位置の位置ずれ）を抑えることができる。

射出レンズ１７は分岐光Ｌ１，Ｌ２をハーフミラー１２で干渉させて得られる一方の干渉光Ｌ３を射出ポートＰ２に集光する。射出レンズ１８は、分岐光Ｌ１，Ｌ２をハーフミラー１２で干渉させて得られる他方の干渉光Ｌ４を射出ポートＰ３に集光する。尚、射出ポートＰ２，Ｐ３の位置には例えば光ファイバ（図示省略）の入射端が配置されており、この射出ポートＰ２，Ｐ３から出力される干渉光Ｌ３，Ｌ４が各々の光ファイバによってそれぞれ干渉計１の外部に導かれる。

次に、位相板１３，１５について詳細に説明する。前述した通り、位相板１３は分岐光Ｌ１の位相を調整し、位相板１５は分岐光Ｌ２の位相を調整するものであるが、位相板１３，１５が分岐光Ｌ１，Ｌ２の位相をそれぞれ調整することにより、ハーフミラー１２が入射光Ｌ０を分岐する際に生ずる分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差が補償されることになる。これにより、干渉計の位相が入射光の偏光状態によって変化する現象（ＰＤＦＳ：Polarization Dependent Frequenc Shift）が低減される。

ここで、上記の偏光依存性（ＰＤＦＳ）の実態は、直交する２つの固有偏光（ハーフミラー１２におけるＳ偏光、Ｐ偏光）間のリターデーションによる干渉計１の位相変動である。上記のリターデーションは、ハーフミラー１２の不完全性に起因して生ずる。よって、上記の偏光依存性（ＰＤＦＳ）は時間と共に変化するものではなく固定であるため、分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差を補償する位相板１３，１５によって低減することができる。

図２は、位相板１３，１５の外観を示す斜視図である。尚、図２においては、厚みを誇張して図示している。位相板１３，１５は、分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差に応じて厚みｌが設定された一軸性結晶からなる薄板形状の光学部材である。尚、位相板１３，１５は、ハーフミラー１２に対面する面Ｑ１と、面Ｑ１に対向する面Ｑ２とが平行となるよう形成されている。ここで、位相板１３，１５をなす一軸性結晶としては、例えば水晶、方解石、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等を用いることができる。

位相板１３，１５は、ハーフミラー１２に対する入射光Ｌ０の入射面（図１における紙面に平行な面）に対して光学軸ＣＸが垂直又は水平となるように配置される。具体的には、光学軸ＣＸが入射面に対して垂直となるよう位相板１３が配置される場合には、位相板１５も光学軸ＣＸが入射面に垂直となるよう配置される。また、光学軸ＣＸが入射面に対して水平となるよう位相板１３が配置される場合には、位相板１５も光学軸ＣＸが入射面に水平となるよう配置される。

次に、位相板１３，１５の厚みの設定方法について説明する。図３は、位相板１３，１５の厚みの設定方法を説明するための図である。いま、図３（ａ）に示す通り、ハーフミラー１２に入射する２つの入射光をａ_ｉｎ，ｂ_ｉｎとし、ハーフミラー１２から射出される２つの射出光をａ_ｏｕｔ，ｂ_ｏｕｔとする。このとき、これらの入射光及び射出光の関係は、以下の（１）式で表すことができる。

尚、上記（１）式中の変数ｒ_１１，r_２２はハーフミラー１２の振幅反射率であり、変数t_１２，r_２１はハーフミラー１２の振幅透過率である。

入射光ａ_ｉｎ，ｂ_ｉｎがハーフミラー１２を通過する際の損失はないものとし、|a_ｉｎ|^２+|b_ｉｎ|^２=|a_ｏｕｔ|^２+|b_ｏｕｔ|^２なるエネルギー保存則を考慮すると、振幅反射率ｒ_１１，r_２２及び振幅透過率t_１２，r_２１は以下の（２）式で表される。

但し、上記（２）式中の変数Ｒ，Ｔは、それぞれハーフミラー１２の強度反射率及び強度透過率であり、Ｒ＋Ｔ＝１なる関係が成り立つ。また、変数αは、ハーフミラー１２で生ずる透過光を基準とした反射光の位相差である。仮に、ハーフミラー１２が理想的なものであるとすると位相差αは「０」となる。この位相差αの値は、入射光の偏光状態によって決まる。尚、実際のハーフミラー１２で生ずる位相ずれは、透過光及び反射光の何れか一方又は双方に生ずることが考えられるが、ここでは簡単のために、透過光には位相ずれが生じずに反射光のみに位相ずれが生じるとしている。

次に、干渉計１について考える。図３（ｂ）は干渉計１を簡略化した図である。いま、図３（ｂ）に示す通り、ハーフミラー１２に入射する２つの入射光をａ_ｉｎ，ｂ_ｉｎとし、入射光ａ_ｉｎの入射方向とは逆向きに射出される射出光をａ_ｏｕｔ、入射光ｂ_ｉｎの入射方向とは逆向きに射出される射出光をｂ_ｏｕｔとする。このとき、これらの入射光及び射出光の関係は、以下の（３）式で表すことができる。

但し、上記（３）式中の変数ｋは入射光ａ_ｉｎ，ｂ_ｉｎ及び射出光ａ_ｏｕｔ，ｂ_ｏｕｔの波数であり、Ｌ_１，Ｌ_２はそれぞれ分岐光Ｌ１，Ｌ２の光路の光路長である。また、変数Δφは分岐光Ｌ１，Ｌ２の光路長差によって生ずる分岐光Ｌ１に対する分岐光Ｌ２の位相差であり、以下の（４）式で表される。

尚、上記（４）式中の変数ｃは光速、変数λ，ｆは入射光ａ_ｉｎ，ｂ_ｉｎ及び射出光ａ_ｏｕｔ，ｂ_ｏｕｔの波長及び周波数であり、変数Ｔ_ｄは分岐光Ｌ１に対する分岐光Ｌ２の遅延時間、変数ＦＳＲは分岐光Ｌ１，Ｌ２を干渉させて得られる干渉光の周波数間隔（Free Spectral Range)である。

ここで、図１に示す干渉計１に合わせて入射光ｂ_ｉｎ＝０とすると、射出ポートＰ２，Ｐ３から出力される干渉光Ｌ３，Ｌ４のパワーＰ_ａ，Ｐ_ｂは以下の（５）式で表される。

ハーフミラー１２が入射光を１対１の強度比で分岐するものである場合には、Ｔ＝Ｒ＝０．５とすることができる。また、ハーフミラー１２が理想的なものであって位相差α＝０であるとすると、上記の（５）式は以下の（６）式となる。

しかしながら、実際のハーフミラー１２は理想的なものでないため位相差α≠０であり、且つ位相差αはハーフミラー１２に入射する光の偏光状態により変動する。これによって干渉計１の位相が変動する偏光依存性（ＰＤＦＳ）が引き起こされる。ハーフミラー１２の構造から、位相差αは、Ｐ偏光又はＳ偏光で最大又は最小となる。従って、この位相差αの最大値及び最小値が分かれば位相差αを補償して干渉計１の偏光依存性（ＰＤＦＳ）を低減することができる。

ここで、上記（５）式において、ｅ^ｉαなる項を絶対値記号の外に出すとともに、位相差αは偏光状態によって変化するものであるため、これをα（SP）と表記すると以下の（７）式が得られる。尚、上記括弧中の文字「ＳＰ」は、State of Polarization（偏光状態）を意味する。

上記（７）式から偏光状態によって位相差α（SP）が変動すると、これに伴って射出光ａ_ｏｕｔ，ｂ_ｏｕｔのパワーＰ_ａ，Ｐ_ｂも変動することが分かる。ここで、位相差α（SP）は、ハーフミラー１２に対するＰ偏光及びＳ偏光に対して最大又は最小（或いは、最小又は最大）となるため、このＰ偏光，Ｓ偏光の偏光方向にその遅相軸／進相軸（或いは、進相軸／遅相軸）を設定した位相板（リターデーションΓ＝Δｎ・ｌ）を反射光（分岐光Ｌ２）の光路上に挿入することで、位相差α（SP）を補償することができる。尚、上記の変数Δｎは、位相板の遅相軸と進相軸との屈折率差である。

即ち、位相差α（SP）の最大値と最小値との差分をΔαとすると、以下の（８）式が満たされるように、位相板のリターデーションΓ＝Δｎ・ｌを設定すれば良い。

ここで、上記の差分Δαを直接知ることはできないが、干渉計１の偏光依存性（ＰＤＦＳ）が分かれば以下の（９）式から設定すべきリターデーションΓ＝Δｎ・ｌを決定することができる。尚、以下の（９）式中のΔｆは、干渉計１の偏光依存性（ＰＤＦＳ）の周波数幅である。

いま、説明を簡単にするために、ハーフミラー１２の反射光である分岐光Ｌ２のみに位相ずれが生じるとし、この位相ずれを位相板１５（図１参照）で補償する場合を考える。尚、位相板１３は省略されているものとする。かかる場合に、入射光の波長λが１．５５μｍ、干渉計１の干渉パターンの周波数間隔ＦＳＲが１２．５ＧＨｚ、干渉計１の偏光依存性（ＰＤＦＳ）の周波数幅Δｆが０．６ＧＨｚ、位相板１５の屈折率差Δｎが０．００８３であるとすると、上記（９）式から、位相差α（SP）を補償するために必要な位相板１５の厚みが９μｍと求まる。

以上、干渉計１に位相板１５のみが設けられている場合の位相板１５の厚みの求め方について説明した。図１に示す通り、分岐光Ｌ１，Ｌ２上の光路上に位相板１３，１５をそれぞれ設ける場合には、位相板１３，１５の厚みの差が上記の（９）式で求められる厚みとなるように、各々の厚みを設定すれば良い。

次に、位相板の変形例について説明する。図４は、位相板の変形例を示す図である。尚、図４においても厚みを誇張して位相板を図示している。図４に示す位相板２０は、第１位相板２１と第２位相板２２とを貼り合わせてなるものである。第１位相板２１及び第２位相板２２は一軸性結晶からなる薄板形状の光学部材であり、第１位相板２１の光学軸ＣＸ１と第２位相板２２の光学軸ＣＸ２と垂直となるように張り合わされている。尚、第１位相板２１及び第２位相板２２をなす一軸性結晶としては、位相板１３，１５と同様に、水晶、方解石、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等を用いることができる。

この位相板２０も、前述した位相板１３，１５と同様に、ハーフミラー１２に対する入射光Ｌ０の入射面（図１における紙面に平行な面）に対して光学軸ＣＸが垂直又は水平となるように配置される。即ち、第１位相板２１の光学軸ＣＸ１が入射面に対して垂直となるよう配置される場合には、第２位相板２２の光学軸ＣＸ２が入射面に対して水平となるよう配置される。逆に、第１位相板２１の光学軸ＣＸ１が入射面に対して水平となるよう配置される場合には、第２位相板２２の光学軸ＣＸ２が入射面に対して垂直となるよう配置される。尚、図１に示す分岐光Ｌ１，Ｌ２の各々の光路上に位相板２０が配置される場合には、例えば分岐光Ｌ１の光路上に配置された位相板２０の第１位相板２１の光学軸ＣＸ１、分岐光Ｌ２の光路上に配置された位相板２０の第１位相板２１の光学軸ＣＸ１とが平行とされる。

位相板２０が備える第１位相板２１，第２位相板２２の各々の厚みｌ_１，ｌ_２は、分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差に応じて設定される。具体的には、前述した（８）式が満たされるように、位相板２０のリターデーションΓ＝Δｎ・（ｌ_１−ｌ_２）を決定すれば良い。例えば、分岐光Ｌ２の光路上にのみ位相板２０が配置される場合（図１の位相板１３が省略されるとともに、位相板１５に代えて位相板２０が配置される場合）には、第１位相板２１と第２位相板２２との厚みの差が、前述した（９）式で求められる厚みとなるようにすれば良い。

図４（ｂ），（ｃ）は、位相板２０の側面図である。位相板２０は、図４（ｂ）に示す通り、ハーフミラー１２に対面する面Ｑ１１、面Ｑ１１に対向する面Ｑ１２、及び第１位相板２１と第２位相板２２との接合面Ｑ１３とが全て平行になるよう形成されている。但し、第１位相板２１及び第２位相板２２が同一の結晶からなり、接合面Ｑ１３での屈折が無視できるのであれば、図４（ｃ）に示す通り、第１位相板２１及び第２位相板２２を楔形状とし、接合面Ｑ１３が面Ｑ１１，Ｑ１２に対して傾斜するようにして形成しても良い。接合面Ｑ１３を傾斜させることで、図４（ｃ）中の符号ｄ１を付した方向に位相板２０を移動させればリターデーションΓの微調整が可能になる。

図５は、本発明の一実施形態による干渉計１の透過特性を示す図であって、（ａ）は位相板を設けない場合の透過特性を示す図であり、（ｂ）は位相板を設けた場合の透過特性を示す図である。図５に示す透過特性は、波長を変えつつ偏光状態がランダムな入射光Ｌ０を干渉計１に入射させたときの干渉計１の透過特性を示す図である。尚、図５においては、横軸に波長、縦軸に損失をそれぞれとっており、図中符号Ｖを付した矢印で指し示す部分は、分岐光Ｌ１，Ｌ２が互いに弱め合う「節」である。

図５において、符号Ｇ１を付した曲線は偏光状態がランダムな入射光Ｌ０を干渉計１に入させたときの干渉計１の最大透過率を示しており、符号Ｇ２を付した曲線は偏光状態がランダムな入射光Ｌ０を干渉計１に入させたときの干渉計１の最小透過率を示している。また、符号Ｇ３を付した曲線は、入射光Ｌ０の偏光状態に依存する透過率の変動分（ＰＤＬ：最大透過率Ｇ１と最小透過率Ｇ２との差）を示している。

まず、図５（ａ）を参照すると、干渉計１に位相板が設けられていない場合には、殆どの波長領域に亘って最大透過率Ｇ１と最小透過率Ｇ２との間に差が生ずることが分かる。しかも、最大透過率Ｇ１と最小透過率Ｇ２との間の差を示すＰＤＬ（曲線Ｇ３）は、節の部分で値が大きくなることが分かる。これは、偏光状態がランダムな入射光Ｌ０をハーフミラー１２に入射させているため、偏光状態に応じた位相差が分岐光Ｌ１，Ｌ２間に生じ、この位相差の分だけ分岐光Ｌ１，Ｌ２が弱め合うためであると考えられる。

これに対し、図５（ｂ）を参照すると、干渉計１に位相板を設けることにより、最大透過率Ｇ１と最小透過率Ｇ２との間に差が殆ど生じないことが分かる。また、ＰＤＬ（曲線Ｇ３）は節の部分で僅かに生じているが、図５（ａ）に示されているＰＤＬに比較すると極めて小さいことが分かる。これは、位相板を設けることによって分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差が補償され、分岐光Ｌ１，Ｌ２が弱め合う量が低減されるためであると考えられる。

以上の通り、本実施形態の干渉計１によれば、ハーフミラー１２で分岐される分岐光Ｌ１，Ｌ２のうちの少なくとも１つの分岐光の光路上に位相板を設け、入射光Ｌ０をハーフミラー１２で分岐する際に生ずる分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差を補償しているため、ハーフミラー１２の不完全性により生ずる干渉計１の偏光依存性（ＰＤＦＳ）を低減することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態による干渉計について説明する。以上説明した、第１実施形態による干渉計１は、一軸性の結晶からなる波長板１３，１５又は波長板２０を備えていたが、本実施形態の干渉計は、上記の波長板１３，１５又は波長板２０に代えて電気光学効果を有する結晶からなる波長板又は光弾性効果を有する結晶からなる位相板を備える点が異なる。

図６は、本発明の第２実施形態による干渉計が備える位相板の外観を示す図であって、（ａ）は電気光学効果を有する結晶からなる波長板３０の外観を示す図であり、（ｂ）は光弾性効果を有する結晶からなる位相板３１の外観を示す図である。尚、図６においては、厚みを誇張して図示している。図６に示す通り、位相板３０，３１は何れも直方体形状の光学部材であり、ハーフミラー１２に対面する面Ｑ２１と、面Ｑ２１に対向する面Ｑ２２とが平行となるよう形成されている。

図６（ａ）に示す通り、波長板３０は、符号ｄ１１を付した方向に交差する一対の面Ｑ２３，Ｑ２４間に電圧を印加することにより、電圧が印加される方向ｄ１１における屈折率と、その方向ｄ１１と交差する方向ｄ１２の屈折率との間に差が生じ、これにより遅相軸と進相軸とが形成されるものである。また、図６（ｂ）に示す通り、波長板３１は、符号ｄ１１を付した方向に交差する一対の面Ｑ２３，Ｑ２４間に応力を印加すると、応力が印加される方向ｄ１１における屈折率と、その方向ｄ１１と交差する方向ｄ１２の屈折率との間に差が生じ、これにより遅相軸と進相軸とが形成されるものである。

ここで、位相板３０をなす電気光学効果を有する結晶としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）等を用いることができる。また、位相板３１をなす光弾性効果を有する結晶としては、等方性結晶であるガラス等を用いることができる。以上の波長板３０，３１を、図１に示す波長板１３，１５又は図４に示す波長板２０に代えて用い、電圧又は応力によってリターデーションΓを所定の値に設定すれば、第１実施形態と同様に、分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差を補償して干渉計１の偏光依存性（ＰＤＦＳ）を低減することができる。しかも、位相板３０，３１を用いれば、印加する電圧又は応力に応じて、分岐光Ｌ１，Ｌ２間の位相差を補償する量を可変（微調整）することも可能である。

次に、位相板３１に印加する応力の設定方法について説明する。いま、位相板３１をなす結晶であるガラスに応力が印加されていないときの屈折率をｎ_０とし、図６（ｂ）に示す方向ｄ１１に一様な応力σが印加されたときの方向ｄ１１の屈折率がｎ_１に、方向ｄ１２の屈折率がｎ_２に変化するものとすると、屈折率ｎ_１，ｎ_２と応力σとの関係は、以下の（１０）式で表される。

但し、上記（１０）式中の変数π_１１，π_１２は圧光学係数であって、変数Ｃ_１は直接応力光定数であり、変数Ｃ_２は横応力光定数である。応力σが印加されると、位相板３１をなすガラスは一軸性結晶のように振る舞い、遅相軸と進相軸との屈折率差Δｎは以下の（１１）式で定義される。但し、以下の（１１）式中の変数Ｃは、光弾性定数である。

ここで、厚みが１０ｍｍであり、ガラスの一種である「ＢＫ７」から形成された位相板３１を考える。尚、この「ＢＫ７」なるガラスの直接応力光定数Ｃ_１は−０．０２×１０^−１２ｍ^２／Ｎであり、横応力光定数Ｃ_２は−２．８７×１０^−１２ｍ^２／Ｎであって、光弾性定数Ｃは２．８５×１０^−１２ｍ^２／Ｎである。この位相板３１において、第１実施形態で説明した一軸性結晶からなる位相板１５（屈折率差Δｎが０．００８３、厚みが９μｍ）と同程度のリターデーションを得るために印加すべき応力σは以下の通りである。

まず、第１実施形態で説明した一軸性結晶からなる位相板１５のリターデーションΓは、位相板１５の遅相軸と進相軸との屈折率差Δｎと厚みｌとの積によって求まり、０．００８３×９×１０^−６になる。これに対し、図６（ｂ）に示す位相板３１の遅相軸と進相軸との屈折率差Δｎは上記（１１）式で示され、また、位相板３１の厚みは１０ｍｍであることから、位相板３１のリターデーションΓは２．８５×１０^−１２σ×１０^−２となる。よって、位相板１５と同程度のリターデーションを得るために位相板３１に印加する必要な応力は、２．６×１０^６Ｎ／ｍ^２程度である。このように、位相板３１に印加する応力σを所定の値に設定することで、位相板３１のリターデーションを第１実施形態の位相板１５と同程度に設定することができ、また、応力σを調整することでリターデーションの微調整も可能である。

以上、本発明の第１，第２実施形態による干渉計１について説明したが、以上説明した干渉計１を、差動位相変調方式（ＤＰＳＫ）等の変調方式により変調された光信号を復調する復調器に用いることができる。干渉計１を復調器で用いる場合には、武器光Ｌ１と分岐光Ｌ２との光路長差を、分岐光Ｌ１に対して分岐光Ｌ２が入射される光信号の変調レートの１ビット分に相当する時間だけ遅延するように設定するとともに、射出ポートＰ２，Ｐ３からそれぞれ射出される干渉光Ｌ３，Ｌ４を受光して復調信号を生成する光検出器（図示省略）を設ければよい。

〔第３実施形態〕
図７は、本発明の第３実施形態による干渉計を備える復調器の要部構成を示す図である。図７に示す通り、本実施形態の復調器４０は、本発明の第３実施形態による干渉計２と光検出器５０とを備える。干渉計２は、入射レンズ４１、ハーフミラー４２（分岐素子）、直角プリズム４３（反射部材）、位相板４４（位相補償器）、直角プリズム４５（反射部材）、反射ミラー４６、集光レンズ４７、反射ミラー４８、及び集光レンズ４９を備えるマイケルソン型の遅延干渉計である。

入射レンズ４１は、入射ポートＰ１１から入射されるＷＤＭ光Ｌ１０（光信号）を平行光に変換する。尚、ＷＤＭ光Ｌ１０は、差動位相変調方式（ＤＰＳＫ）等の変調方式によって変調された光信号を波長分割多重（ＷＤＭ）したものである。入射ポートＰ１１の位置には例えば光ファイバ（図示省略）の射出端が配置されており、この光ファイバの射出端から射出される光がＷＤＭ光Ｌ１０として干渉計２の内部に入射される。

ハーフミラー４２は、図１に示すハーフミラー１２と同様のものであり、入射レンズ４１で平行光に変換されたＷＤＭ光Ｌ１０を所定の強度比（例えば、１対１）を有する分岐光Ｌ１１，Ｌ１２に分岐する。また、ハーフミラー４２は、直角プリズム４３，４５の各々で反射された分岐光Ｌ１１，Ｌ１２を合波して干渉させるとともに、干渉により得られた干渉光を所定の強度比（例えば、１対１）で分岐する。

直角プリズム４３は、直交する２つの面と、これらの面に対して４５°の角度をなす面（以下、底面という）とを有するプリズムであり、ハーフミラー４２で分岐された分岐光Ｌ１１をハーフミラー４２に向けて反射する。尚、この直角プリズム４３は、その底面がハーフミラー４２の一つの面（分岐光Ｌ１１が射出される面）に張り合わされている。位相板４４は、ハーフミラー４２で分岐された他方の分岐光Ｌ１２の光路上に配置されており、分岐光Ｌ１２の位相を調整するものである。尚、この位相板４４としては、図１，図２に示した位相板１３，１５、図４に示した位相板２０、及び図６に示した位相板３０，３１を用いることができる。

直角プリズム４５は、直角プリズム４３と同様に、直交する２つの面と、これらの面に対して４５°の角度をなす底面とを有するプリズムであり、その底面をハーフミラー４２側に向けて配置され、ハーフミラー４２で分岐された分岐光Ｌ１２をハーフミラー４２に向けて反射する。ここで、直角プリズム４５は、分岐光Ｌ１１に対して分岐光Ｌ１２が入射されるＷＤＭ光Ｌ１０の変調レートの１ビット分に相当する時間だけ遅延するようにハーフミラー４２に対する相対的な位置決めがなされている。分岐光Ｌ１１に対する分岐光Ｌ１２の遅延時間は任意に設定することができる。

尚、位相板４４は、図１に示す位相板１５と同様に、ハーフミラー４２で分岐された分岐光Ｌ１２が直角プリズム４５に向かう往路と直角プリズム４５で反射された分岐光Ｌ１２がハーフミラー４２に向かう復路との双方の光路上に配置されている。これにより、分岐光Ｌ１２に対して位相板４４が傾いたときの分岐光Ｌ１２の光路のずれ（即ち、ハーフミラー１３に対する分岐光Ｌ１２の入射位置の位置ずれ）を抑えることができる。

反射ミラー４６は、分岐光Ｌ１１，Ｌ１２とを干渉させて得られる１つの干渉光Ｌ１３の光路上に配置されており、集光レンズ４７に向けて干渉光Ｌ１３を反射する。集光レンズ４７は、反射ミラー４６で反射された干渉光Ｌ１３を光検出器５０の受光面上に集光する。反射ミラー４８は、分岐光Ｌ１１，Ｌ１２とを干渉させて得られる他の干渉光Ｌ１４の光路上に配置されており、集光レンズ４９に向けて干渉光Ｌ１４を反射する。集光レンズ４９は、反射ミラー４８で反射された干渉光Ｌ１４を光検出器５０の受光面上に集光する。ここで、以上説明した反射ミラー４６、集光レンズ４７、反射ミラー４８、及び集光レンズ４９は、干渉光Ｌ１３の光路と干渉光Ｌ１４の光路とが同じ長さになるように、ハーフミラー４２に対する相対的な位置決めがなされる。

光検出器５０は、干渉光Ｌ３を受光する受光素子（図示省略）と干渉光Ｌ４を受光する受光素子（図示省略）とを備えた平衡光検出器であり、これらの受光素子の各々から出力される電気信号を平衡処理してＷＤＭ光Ｌ１０の復調信号を出力する。干渉計２が備える上記の反射ミラー４６、集光レンズ４７、反射ミラー４８、及び集光レンズ４９と、光検出器５０によって平衡検出系が実現されている。

以上の構成の復調器４０に入力されたＷＤＭ光Ｌ１０は、入射ポートＰ１１から干渉計２の内部に入射され、入射レンズ４１で平行光に変換された後にハーフミラー４２で分岐光Ｌ１１，Ｌ１２に分岐される。一方の分岐光Ｌ１１は、直角プリズム４３の底面から直角プリズム４３に入射し、直角プリズム４３が備える直交する２つの面で順次反射されて再びハーフミラー４２に入射する。これに対し、他方の分岐光Ｌ１２は、位相板４４を介した後に直角プリズム４５の底面から直角プリズム４５に入射し、直角プリズム４５が備える直交する２つの面で順次反射された後に再度位相板４４を介してハーフミラー４２に入射する。

分岐光Ｌ１１，Ｌ１２がそれぞれ異なる光路上を伝播することにより、分岐光Ｌ１２は分岐光Ｌ１１に対してＷＤＭ光Ｌ１０の変調レートの１ビット分に相当する時間だけ遅延する。ハーフミラー４２に入射した分岐光Ｌ１１，Ｌ１２は、ハーフミラー４２で合波されて干渉される。これにより、分岐光Ｌ１１と上記の時間だけ遅延した分岐光Ｌ１２との位相比較が行われた干渉計Ｌ１３，Ｌ１４が得られる。干渉光Ｌ１３は、反射ミラー４６及び集光レンズ４７を順に介して光検出器５０が備える一方の受光素子で受光され、干渉光Ｌ１４は、反射ミラー４８及び集光レンズ４９を順に介して光検出器５０が備える他方の受光素子で受光される。そして、これらの受光素子の各々から出力される電気信号に対する平衡処理が光検出器５０で行われ、ＷＤＭ光Ｌ１０の復調信号が出力される。

〔第４実施形態〕
図８は、本発明の第４実施形態による干渉計の要部構成を示す図である。図４に示す通り、本実施形態の干渉計３は、ハーフミラー６１、位相板６２、傾斜ミラー６３、反射ミラー６４、及び検出器６５を備えるマイケルソン型の遅延干渉計である。ハーフミラー６１は、入射光Ｌ２０を所定の強度比（例えば、１対１）を有する分岐光Ｌ２１，Ｌ２２に分岐する。また、ハーフミラー６１は、傾斜ミラー６３及び反射ミラー６４の各々で反射された分岐光Ｌ２１，Ｌ２２を合波して干渉させるとともに、干渉により得られた干渉光を所定の強度比（例えば、１対１）で分岐する。

位相板６２は、ハーフミラー６１で分岐された一方の分岐光Ｌ２１の光路上に配置されており、分岐光Ｌ２１の位相を調整するものである。尚、この位相板６２としては、図１，図２に示した位相板１３，１５、図４に示した位相板２０、及び図６に示した位相板３０，３１を用いることができる。傾斜ミラー６３は、位相板６２を介した分岐光Ｌ２１に対して所定の傾きを有するよう配置され、位相板６２を介した分岐光Ｌ２１をハーフミラー６１に向けて反射する。

反射ミラー６４は、ハーフミラー６１から射出される分岐光Ｌ２２に対してその反射面が直交するように配置され、ハーフミラー６１から射出される分岐光Ｌ２２をハーフミラー６１に向けて反射する。尚、本実施形態では、分岐光Ｌ２１，Ｌ２２の光路長は等しくても異なっていても良い。検出器６５は、例えばフォトダイオードアレイを備えており、分岐光Ｌ２１と分岐光Ｌ２２とを干渉させて得られる干渉縞を検出する。以上の構成の干渉計３は、分岐光Ｌ２１，Ｌ２２の干渉縞から入射光Ｌ２０の波長等を求めるものであるが、分岐光Ｌ２１の光路上に位相板６２を配置することで、入射光Ｌ２０をハーフミラー６１で分岐する際に生ずる分岐光Ｌ２１，Ｌ２２間の位相ずれを補償することができる。

以上説明した通り、本実施形態の第１〜第４実施形態による干渉計によれば、ハーフミラーで分岐される分岐光のうちの少なくとも１つの分岐光の光路上に位相板を設け、入射光をハーフミラーで分岐する際に生ずる分岐光間の位相差を補償している。このため、ハーフミラーの不完全性により生ずる干渉計の偏光依存性（ＰＤＦＳ）を低減することができる。

以上、本発明の実施形態による干渉計及び復調器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、ハーフミラーを分岐素子として備える干渉計を例に挙げたが、ビームスプリッタを分岐素子として備える干渉計にも適用することができる。また、以上の実施形態ではマイケルソン型の遅延干渉計を例に挙げたが、本発明はマイケルソン型の干渉計に制限される訳でもなく、遅延干渉計に制限される訳でもない。つまり、本発明は、入射光を複数の分岐光に分岐する分岐素子を備え、この分岐素子で分岐された分岐光を干渉させる干渉計一般に適用することができる。

本発明の第１実施形態による干渉計の要部構成を示す図である。 位相板１３，１５の外観を示す斜視図である。 位相板１３，１５の厚みの設定方法を説明するための図である。 位相板の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態による干渉計１の透過特性を示す図である。 本発明の第２実施形態による干渉計が備える位相板の外観を示す図である。 本発明の第３実施形態による干渉計を備える復調器の要部構成を示す図である。 本発明の第４実施形態による干渉計の要部構成を示す図である。 復調装置に設けられる従来の遅延干渉計の構成を示す図である。 復調装置に設けられる従来の遅延干渉計の構成を示す図である。

符号の説明

１〜３ 干渉計
１２ ハーフミラー
１３，１５ 位相板
１４，１６ コーナーキューブミラー
２０ 位相板
２１ 第１位相板
２２ 第２位相板
３０，３１ 位相板
４０ 復調器
４２ ハーフミラー
４３，４５ 直角プリズム
４４ 位相板
５０ 光検出器
６１ ハーフミラー
６２ 位相板
６３ 傾斜ミラー
６４ 反射ミラー
ＣＸ， 光学軸
ＣＸ１，ＣＸ２ 光学軸
Ｌ１，Ｌ２ 分岐光
Ｌ１０ ＷＤＭ光
Ｌ１１，Ｌ１２ 分岐光
Ｌ２１，Ｌ２２ 分岐光

Claims (9)

1. 入射光を複数の分岐光に分岐する分岐素子を備え、当該分岐素子で分岐された分岐光を干渉させる干渉計において、
   前記複数の分岐光のうちの少なくとも１つの分岐光の光路上に配置され、前記入射光を前記分岐素子で分岐する際に生ずる前記分岐光間の位相差を補償する位相補償器を備えることを特徴とする干渉計。
2. 前記位相補償器は、前記分岐光間の位相差に応じて厚みが設定された一軸性結晶からなる位相板であることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
3. 前記位相板は、前記分岐素子に対する前記入射光の入射面に対して、光学軸が垂直又は水平となるように配置されることを特徴とする請求項２記載の干渉計。
4. 前記位相板は、第１の厚みを有する第１位相板と、第２の厚みを有し、光学軸が前記第１位相板の光学軸に対して垂直に設定された第２位相板とを貼り合わせてなる位相板であることを特徴とする請求項３記載の干渉計。
5. 前記位相補償器は、電圧印加により屈折率の変化を生ずる電気光学効果を有する結晶からなる位相板を備えることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
6. 前記位相補償器は、応力印加により屈折率の変化を生ずる光弾性効果を有する結晶からなる位相板を備えることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
7. 前記複数の分岐光の各々を前記分岐素子に向けて反射する反射部材を備えており、
   前記反射部材により反射された分岐光の各々を前記分岐素子に入射させることにより前記分岐光を干渉させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の干渉計。
8. 前記位相補償器は、前記分岐素子で分岐された分岐光が前記反射部材に向かう往路及び前記反射部材で反射された分岐光が前記分岐素子に向かう復路の双方の光路上に配置されることを特徴とする請求項７記載の干渉計。
9. 差動位相変調された光信号を復調する復調器において、
   前記複数の分岐光のうちの一の分岐光と他の分岐光との光路長差が、前記一の分岐光に対して前記他の分岐光が前記光信号の変調レートの１ビット分に相当する時間だけ遅延するように設定された請求項１から請求項８の何れか一項に記載の干渉計と、
   前記干渉計で得られる干渉光を受光して復調信号を生成する光検出器と
   を備えることを特徴とする復調器。

Images