JP3880360B2 - 偏波モード分散測定装置、方法、記録媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光ファイバおよび光コンポーネントの偏波モード分散の測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの偏波モード分散を測定することは従来より行われている。例えば、特開平９−２６４８１４号公報にも、光ファイバの偏波モード分散測定装置についての記載がある。図３を参照して、特開平９−２６４８１４号公報に記載の光ファイバの偏波モード分散測定装置を説明する。
【０００３】
まず、被測定光ファイバ１０４の偏波モード分散τ_PMDを式（１）のように定義する。
【０００４】
【数１】

ただし、θは偏光角、ψ₁は光の進行方向に垂直な面内のある方向の位相推移、ψ₂はψ₁に直交する方向の位相推移である。ここで、被測定光ファイバ１０４の伝達関数行列［Ｔ］を式（２）のように定義する。
【０００５】
【数２】

ただし、｜Ｔij｜は各行列要素の振幅、φijは各行列要素の位相推移であり、ともに光角周波数ωの関数である。すると、式（１）のパラメータθ、ψ₁、ψ₂はそれぞれ式（３）、（４）、（５）のようにして求めることができる。
【０００６】
θ(ω)=0.5cos^-1(|T₁₁|²−|T₂₁|²) …（３）
ψ₁(ω)=(φ₁₁−φ₂₂)／2 …（４）
ψ₂(ω)=(φ₂₁−φ₁₂＋π)／2 …（５）
よって、被測定光ファイバ１０４の伝達関数行列［Ｔ］を求めることにより、被測定光ファイバ１０４の偏波モード分散τ_PMDを求めることができる。
【０００７】
被測定光ファイバ１０４の伝達関数行列［Ｔ］を求める方法を図３を参照して、説明する。まず、制御部１０９は偏波コントローラ１０３の出力光を偏光ビームスプリッタ１０５のｐ方向に一致する直線偏波として被測定光ファイバ１０４へ入射させる。このときの被測定光ファイバ１０４の出力光は以下の式（６）により表わされる。
【０００８】
【数３】

上記の出力光は偏光ビームスプリッタ１０５によりｓ偏光成分およびｐ偏光成分に分離されてＯ／Ｅ変換器１０６₁，１０６₂に入射されて
【０００９】
【数４】

が測定される。
【００１０】
上記の測定が終了すると、制御部１０９は偏波コントローラ１０３の出力光を９０゜回転させて偏光ビームスプリッタ１０５のｓ方向に一致する直線偏波として被測定光ファイバ１０４へ入射させる。このときの被測定光ファイバ１０４の出力光は以下の式（７）により表わされる。
【００１１】
【数５】

上記の出力光は偏光ビームスプリッタ１０５によりｓ偏光成分およびｐ偏光成分に分離されてＯ／Ｅ変換器１０６₁，１０６₂に入射されて、
【００１２】
【数６】

が測定される。
【００１３】
ネットワークアナライザ１０７は上記のようにして測定された各パラメータと式（３）、（４）、（５）から、θ，ψ₁，ψ₂を求める。なお、ネットワークアナライザ１０７は、増幅器１０８を介して光強度変調器１０２における強度変調比を制御している。
【００１４】
この後、上記の測定が波長可変光源１０１の出力波長を掃引して行われ、各測定結果からθ（ω），ψ₁（ω），ψ₂（ω）が求められる。そして、制御部１０９は式（１）から偏波モード分散τ_PMDを求める。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような方法では、制御部１０９により偏波コントローラ１０３の出力光の方向を、偏光ビームスプリッタ１０５のｐ方向あるいはｓ方向に切り替える必要がある。偏波コントローラ１０３の出力光の方向の切り替えは、波長可変光源１０１の波長掃引ごとに行う必要がある。よって、偏波モード分散τ_PMDの測定に時間がかかる。
【００１６】
そこで、本発明は、偏波モード分散τ_PMDの測定にかかる時間を短縮した偏波モード分散の測定装置等を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定装置であって、被測定物から出射された光を受けて、ｐ偏光およびｓ偏光に分離して出力する偏波分離手段と、波長が共通の第一入射光および第二入射光を生成する光生成手段と、第一入射光を第一強度変調周波数で強度変調して出射する第一光変調手段と、第二入射光を、第一強度変調周波数とは異なる第二強度変調周波数で強度変調して出射する第二光変調手段と、強度変調された第一入射光および第二入射光を合成して合成入射光を出射する偏波合成手段と、第一入射光については偏波分離手段におけるｐ偏光軸、第二入射光については偏波分離手段におけるｓ偏光軸にあわせて、合成入射光を被測定物に入射する光入射手段と、偏波分離手段の出力における第一入射光成分の位相推移相当値を計測する第一計測手段と、偏波分離手段の出力における第二入射光成分の位相推移相当値を計測する第二計測手段と、第一計測手段および第二計測手段の計測結果に基づき被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定手段と、を備えるように構成される。
【００１８】
上記のように構成された偏波モード分散測定装置によれば、光入射手段により、第一入射光については偏波分離手段におけるｐ偏光軸にあわせて、合成入射光が被測定物に入射される。よって、第一計測手段が計測する偏波分離手段の出力における第一入射光成分の位相推移相当値は、被測定物の伝達関数行列を２×２の行列とすれば、第一列の位相推移相当値となる。
【００１９】
また、光入射手段により、第二入射光については偏波分離手段におけるｓ偏光軸にあわせて、合成入射光が被測定物に入射される。よって、第二計測手段が計測する偏波分離手段の出力における第二入射光成分の位相推移相当値は、被測定物の伝達関数行列を２×２の行列とすれば、第二列の位相推移相当値となる。
【００２０】
よって、第一計測手段および第二計測手段によって、被測定物の伝達関数行列の各要素の位相推移相当値を求めることができる。被測定物の伝達関数行列の各要素の位相推移相当値からは、直交する２つの成分の位相推移の差成分φ（ω）と同相成分ψ（ω）を求めることができる。さらに、φ（ω）とψ（ω）とに基づき被測定物の偏波モード分散を求めることができる。
【００２１】
この場合、光入射手段が出射する光の方向の設定を切り替える必要はなく、設定を固定したままでよい。よって、偏波モード分散τ_PMDの測定にかかる時間を短縮した偏波モード分散の測定装置を提供できる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、位相推移相当値は、位相推移を光角周波数で微分したものである。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明であって、第一入射光および第二入射光の波長は可変であり、第一計測手段が、さらに偏波分離手段の出力における第一入射光成分の振幅相当値を計測するように構成される。
【００２４】
上記のように構成された偏波モード分散測定装置によれば、第一計測手段が、さらに偏波分離手段の出力における第一入射光成分の振幅相当値を計測する。そこで、第一入射光成分の振幅相当値と、第一入射光および第二入射光の波長とに基づき、被測定物から出射される光の偏光角を測定できる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明であって、第一入射光および第二入射光の波長は可変であり、第二計測手段が、さらに偏波分離手段の出力における第二入射光成分の振幅相当値を計測するように構成される。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明であって、第一入射光および第二入射光の波長は可変であり、第一計測手段が、さらに偏波分離手段の出力における第一入射光成分の振幅相当値を計測し、第二計測手段が、さらに偏波分離手段の出力における第二入射光成分の振幅相当値を計測するように構成される。
【００２７】
上記のように構成された偏波モード分散測定装置によれば、第一入射光成分の振幅相当値と、第一入射光および第二入射光の波長とに基づき、被測定物の偏光角を測定できる。しかも、第二入射光成分の振幅相当値と、第一入射光および第二入射光の波長とに基づき、被測定物の偏光角を測定できる。よって、第一入射光成分の振幅相当値に基づいて求めた偏光角と、第二入射光成分の振幅相当値に基づいて求めた偏光角と、の平均をとるなどして、偏光角の計測精度を向上させられる。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明であって、偏波モード分散測定手段は、第一計測手段および第二計測手段の計測結果に基づき被測定物の群遅延時間を測定するように構成される。
【００２９】
被測定物の伝達関数行列の各要素の位相推移を光角周波数で微分したものに基づき被測定物の群遅延時間を測定することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、請求項３ないし６のいずれか一項に記載の発明であって、振幅相当値は、振幅を二乗したものである。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の発明であって、光生成手段は、単一の光源と、光源が生成する光を分岐して第一入射光および第二入射光を生成する光分岐手段と、を備えるように構成される。
【００３２】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の発明であって、偏波分離手段の出力のｐ偏光成分を光電変換して第一計測手段および第二計測手段に出力する第一光電変換手段と、偏波分離手段の出力のｓ偏光成分を光電変換して第一計測手段および第二計測手段に出力する第二光電変換手段と、を備えるように構成される。
【００３３】
請求項１０に記載の発明は、被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定方法であって、被測定物から出射された光を受けて、ｐ偏光およびｓ偏光に分離して出力する偏波分離工程と、波長が共通の第一入射光および第二入射光を生成する光生成工程と、第一入射光を第一強度変調周波数で強度変調して出射する第一光変調工程と、第二入射光を、第一強度変調周波数とは異なる第二強度変調周波数で強度変調して出射する第二光変調工程と、強度変調された第一入射光および第二入射光を合成して合成入射光を出射する偏波合成工程と、第一入射光については偏波分離工程におけるｐ偏光軸、第二入射光については偏波分離工程におけるｓ偏光軸にあわせて、合成入射光を被測定物に入射する光入射工程と、偏波分離工程の出力における第一入射光成分の位相推移相当値を計測する第一計測工程と、偏波分離工程の出力における第二入射光成分の位相推移相当値を計測する第二計測工程と、第一計測工程および第二計測工程の計測結果に基づき被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定工程と、を備えた偏波モード分散測定方法である。
【００３４】
請求項１１に記載の発明は、被測定物から出射された光を受けて、ｐ偏光およびｓ偏光に分離して出力する偏波分離手段と、波長が共通の第一入射光および第二入射光を生成する光生成手段と、第一入射光を第一強度変調周波数で強度変調して出射する第一光変調手段と、第二入射光を、第一強度変調周波数とは異なる第二強度変調周波数で強度変調して出射する第二光変調手段と、強度変調された第一入射光および第二入射光を合成して合成入射光を出射する偏波合成手段と、第一入射光については偏波分離手段におけるｐ偏光軸、第二入射光については偏波分離手段におけるｓ偏光軸にあわせて、合成入射光を被測定物に入射する光入射手段と、偏波分離手段の出力における第一入射光成分の位相推移相当値を計測する第一計測手段と、偏波分離手段の出力における第二入射光成分の位相推移相当値を計測する第二計測手段と、を備えた偏波モード分散測定装置における、被測定物の偏波モード分散を測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、第一計測手段および第二計測手段の計測結果に基づき被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施形態にかかる偏波モード分散測定装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態にかかる偏波モード分散測定装置は、被測定物（DUT）３０の偏波モード分散τ_PMDを求めるためのものである。本発明の実施形態にかかる偏波モード分散測定装置は、制御部（偏波モード分散測定手段）２、波長可変光源４、光分岐器６、第一光変調器８ａ、第二光変調器８ｂ、偏波合成器１０、偏波コントローラ（光入射手段）１２、偏波分離器１６、第一光電（O/E）変換器１８ａ、第二光電（O/E）変換器１８ｂ、第一計測部２０ａ、第二計測部２０ｂ、増幅器２２ａ、２２ｂを備える。
【００３７】
制御部２は、波長可変光源４および偏波コントローラ１２を制御する。また、第一計測部２０ａおよび第二計測部２０ｂの計測結果に基づき、被測定物３０の偏波モード分散τ_PMDを求める偏波モード分散測定手段としての機能も果たす。また、被測定物３０の群遅延時間τを求めるようにしてもよい。
【００３８】
波長可変光源４は、制御部２の制御を受け、波長を変化させながら、光を生成する。なお、光角周波数ω＝２πｆ＝２πｃ／λである。ただし、ｃは光速、λは波長である。よって、波長λを変化させることは、光角周波数ωを変化させることにつながる。
【００３９】
光分岐器６は、波長可変光源４から出射された光を分岐して、第一入射光を第一光変調器８ａに、第二入射光を第二光変調器８ｂに、出射する。なお、第一入射光および第二入射光は、双方とも波長可変光源４から出射された光であるため、波長が共通である。よって、光角周波数ωも共通である。波長可変光源４および光分岐器６が光生成手段に対応する。
【００４０】
第一光変調器８ａは、第一入射光の強度変調を行う。すなわち、第一入射光の強度が、数ＧＨz程度の固定の第一強度変調周波数ｆｍ１の正弦波となるように強度変調して偏波合成器１０へ出射する。
【００４１】
第二光変調器８ｂは、第二入射光の強度変調を行う。すなわち、第二入射光の強度が、数ＧＨz程度の固定の第二強度変調周波数ｆｍ２の正弦波となるように強度変調して偏波合成器１０へ出射する。なお、第二強度変調周波数ｆｍ２は、第一強度変調周波数ｆｍ１とは異なる。
【００４２】
偏波合成器１０は、第一光変調器８ａの出射光および第二光変調器８ｂの出射光を合成して合成入射光を出射する。
【００４３】
偏波コントローラ（光入射手段）１２は、合成入射光の偏波状態を、制御部２の制御を受けて、制御する。すなわち、第一入射光については偏波分離器１６におけるｐ偏光軸、第二入射光については偏波分離器１６におけるｓ偏光軸にあわせる。そして、偏波状態を制御した合成入射光を被測定物３０に入射する。
【００４４】
合成入射光を被測定物３０に入射すると、合成入射光が被測定物３０を透過する。偏波分離器１６は、被測定物３０を透過した光すなわち被測定物３０から出射された光を受けて、ｐ偏光およびｓ偏光に分離して出力する。
【００４５】
第一光電（O/E）変換器１８ａは、偏波分離器１６の出力のｐ偏光成分を光電変換して第一計測部２０ａおよび第二計測部２０ｂに出力する。第二光電（O/E）変換器１８ｂは、偏波分離器１６の出力のｓ偏光成分を光電変換して第一計測部２０ａおよび第二計測部２０ｂに出力する。
【００４６】
第一計測部２０ａは、偏波分離器１６の出力における第一入射光成分の位相推移相当値および振幅相当値を計測する。位相推移相当値とは、位相推移に相当する値である。位相推移相当値は、位相推移そのものでもよいが、例えば、位相推移を光各周波数で微分した値が、位相推移相当値である。振幅相当値とは、振幅に相当する値である。振幅相当値は、振幅そのものでもよいが、例えば、振幅を二乗した値が、振幅相当値である。
【００４７】
また、第一計測部２０ａは、増幅器２２ａを介して、第一光変調器８ａにおける強度変調比を制御している。なお、第一計測部２０ａは、正確な偏波モード分散τ_PMDを求めるために、予め測定された被測定物３０を通さない波長可変光源４の各波長毎の出力光についてのｓ偏光成分およびｐ偏光成分の値を記憶しており、該記憶値に基づいて第一光電（O/E）変換器１８ａ、第二光電（O/E）変換器１８ｂの出力値を校正して測定精度の向上を図っている。
【００４８】
第二計測部２０ｂは、偏波分離器１６の出力における第二入射光成分の位相推移相当値および振幅相当値を計測する。位相推移相当値とは、位相推移に相当する値である。例えば、位相推移を光各周波数で微分した値が、位相推移相当値である。振幅相当値とは、振幅に相当する値である。例えば、振幅を二乗した値が、振幅相当値である。
【００４９】
また、第二計測部２０ｂは、増幅器２２ｂを介して、第二光変調器８ｂにおける強度変調比を制御している。なお、第二計測部２０ｂは、正確な偏波モード分散τ_PMDを求めるために、予め測定された被測定物３０を通さない波長可変光源４の各波長毎の出力光についてのｓ偏光成分およびｐ偏光成分の値を記憶しており、該記憶値に基づいて第一光電（O/E）変換器１８ａ、第二光電（O/E）変換器１８ｂの出力値を校正して偏波モード分散τ_PMDを求め、測定精度の向上を図っている。
【００５０】
次に、本発明の実施形態にかかる偏波モード分散測定装置の動作を図２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５１】
まず、波長可変光源４の出力する光の光角周波数をωとする（Ｓ１０）。図１を参照して、波長可変光源４は、光角周波数ωの光を出射する。この光は、光分岐器６により第一入射光と第二入射光とに分岐される。第一入射光は、第一光変調器８ａにより、第一強度変調周波数ｆｍ１で強度変調され、偏波合成器１０へ出射される。第二入射光は、第二光変調器８ｂにより、第二強度変調周波数ｆｍ２で強度変調され、偏波合成器１０へ出射される。
【００５２】
偏波合成器１０は、強度変調された第一入射光および第二入射光を合成して合成入射光を出射する。合成入射光は偏波コントローラ（光入射手段）１２により、第一入射光については偏波分離器１６におけるｐ偏光軸、第二入射光については偏波分離器１６におけるｓ偏光軸にあわせられる。そして、合成入射光は被測定物３０に入射される。
【００５３】
被測定物３０を透過した合成入射光は、偏波分離器１６によりｐ偏光およびｓ偏光に分離される。偏波分離器１６が出力したｐ偏光成分は第一光電（O/E）変換器１８ａにより光電変換されて第一計測部２０ａおよび第二計測部２０ｂに出力される。偏波分離器１６が出力したｓ偏光成分は第二光電（O/E）変換器１８ｂにより光電変換されて第一計測部２０ａおよび第二計測部２０ｂに出力される。
【００５４】
第一計測部２０ａおよび第二計測部２０ｂは、第一光電（O/E）変換器１８ａおよび第二光電（O/E）変換器１８ｂの出力に基づき、第一入射光成分（「ｆｍ１成分」という）および第二入射光成分（「ｆｍ２成分」という）の位相推移相当値および振幅相当値を求める（Ｓ１２）（図２参照）。
【００５５】
ここで、位相推移相当値の求め方および振幅相当値の求め方（Ｓ１２）を説明する。
【００５６】
まず、被測定物３０の伝達関数行列［Ｔ］を式（１０）のように定義する。
【００５７】
【数７】

ただし、伝達関数行列［Ｔ］の各要素は以下の式（１１）の通りである。
【００５８】
【数８】

ただし、φ（ω）は直交する２つの成分ψ₁（ω）、ψ₂（ω）の位相推移の差成分であり、ψ（ω）は直交する２つの成分ψ₁（ω）、ψ₂（ω）の位相推移の同相成分である。なお、ψ₁（ω）は光の進行方向に垂直な面内のある方向の位相推移、ψ₂（ω）はψ₁に直交する方向の位相推移である。具体的には、φ（ω）＝（ψ₁（ω）−ψ₂（ω））／２、ψ（ω）＝（ψ₁（ω）＋ψ₂（ω））／２である。また、Θ（ω）は、被測定物３０から出射される光の偏光角である。
【００５９】
ここで、合成入射光の偏波状態を、第一入射光については偏波分離器１６におけるｐ偏光軸にあわせてある。よって、偏波分離器１６のｆｍ１成分出力は、以下の式（１２）のようになる。
【００６０】
【数９】

ｆｍ１成分出力は、第一計測部２０ａが計測する。第一計測部２０ａには、第一光電（O/E）変換器１８ａを介して、Ｔ₁₁（ω）の光が入射される。しかも、第一計測部２０ａには、第二光電（O/E）変換器１８ｂを介して、Ｔ₂₁（ω）の光が入射される。よって、第一計測部２０ａは、Ｔ₁₁（ω）およびＴ₂₁（ω）の位相推移Φ₁₁、Φ₂₁に相当する値、例えば位相推移Φ₁₁、Φ₂₁を光角周波数ωで微分した値、ならびに振幅|Ｔ₁₁（ω）|、|Ｔ₂₁（ω）|に相当する値、例えば振幅|Ｔ₁₁（ω）|、|Ｔ₂₁（ω）|を二乗した値、を計測できる。すなわち、第一計測部２０ａは、被測定物３０の伝達関数行列の第一列の位相推移相当値および振幅相当値を計測できる。
【００６１】
また、合成入射光の偏波状態を、第二入射光については偏波分離器１６におけるｓ偏光軸にあわせてある。よって、偏波分離器１６のｆｍ２成分出力は、以下の式（１３）のようになる。
【００６２】
【数１０】

ｆｍ２成分出力は、第二計測部２０ｂが計測する。よって、第二計測部２０ｂには、第一光電（O/E）変換器１８ａを介して、Ｔ₁₂（ω）の光が入射される。しかも、第二計測部２０ｂには、第二光電（O/E）変換器１８ｂを介して、Ｔ₂₂（ω）の光が入射される。よって、第二計測部２０ｂは、Ｔ₁₂（ω）およびＴ₂₂（ω）の位相推移Φ₁₂、Φ₂₂に相当する値、例えば位相推移Φ₁₂、Φ₂₂を光角周波数ωで微分した値、ならびに振幅|Ｔ₁₂（ω）|、|Ｔ₂₂（ω）|に相当する値、例えば振幅|Ｔ₁₂（ω）|、|Ｔ₂₂（ω）|を二乗した値、を計測できる。すなわち、第二計測部２０ｂは、被測定物３０の伝達関数行列の第二列の位相推移相当値および振幅相当値を計測できる。
【００６３】
よって、被測定物３０の位相推移Φ₁₁、Φ₂₁、Φ₁₂、Φ₂₂に相当する値（位相推移を光角周波数ωで微分した値）、ならびに振幅|Ｔ₁₁（ω）|、|Ｔ₂₁（ω）|、|Ｔ₁₂（ω）|、|Ｔ₂₂（ω）|に相当する値（振幅を二乗した値）を計測できる。
【００６４】
次に、制御部２は、被測定物３０の位相推移Φ₁₁、Φ₂₁、Φ₁₂、Φ₂₂に相当する値（位相推移を光角周波数ωで微分した値）、に基づき、φ(ω)、ψ(ω)を求める（Ｓ１４）。
【００６５】
まず、位相推移Φ₁₁、Φ₂₁、Φ₁₂、Φ₂₂を光角周波数で微分したものが群遅延時間である。群遅延時間は、式（１４）のようになる。
【００６６】
【数１１】

また、φ(ω)、ψ(ω)をテイラー展開して、一次近似すると、式（１５）のようになる。φ(ω)＝φ₀＋β_１(ω−ω₀)、ψ(ω)＝ψ₀＋γ_１(ω−ω₀) …（１５）
ここで、β_１はφ(ω)をωで微分したものであり、γ_１はψ(ω)をωで微分したものである。よって、β_１およびγ_１は、式（１６）のように求められる。
【００６７】
【数１２】

β_１およびγ_１を求めれば、β_１およびγ_１を式（１５）に代入することにより、φ(ω)、ψ(ω)を求めることができる。
【００６８】
次に、制御部２は波長可変光源４を制御して、光角周波数をΔω増やす（Ｓ１６）。このとき、光角周波数はω＋Δωとなる。そして、ｆｍ１成分およびｆｍ２成分の振幅を求める（Ｓ１８）。振幅の計測法自体は光角周波数がωであるときの振幅の計測（Ｓ１２）と同様である。
【００６９】
そこで、制御部２は、光角周波数がωであるときの振幅および光角周波数がω＋Δωであるときの振幅を使用して、Θ(ω)を計測する（Ｓ２０）。ただし、Θ(ω)は被測定物３０から出射される光の偏光角である。
【００７０】
まず、第一計測部２０ａにより求められる|Ｔ₁₁（ω）|、|Ｔ₂₁（ω）|の相当値（振幅を二乗した値）を使用して、Θ(ω)を式（１７）のようにして求める。
【００７１】
Θ(ω)＝0.5cos^-1(|Ｔ₁₁（ω）|²−|Ｔ₂₁（ω）|²) …（１７）
また、|Ｔ₁₁（ω＋Δω）|、|Ｔ₂₁（ω＋Δω）|の相当値（振幅を二乗した値）を使用して、Θ(ω＋Δω)を式（１８）のようにして求める。
【００７２】
Θ(ω＋Δω)＝0.5cos^-1(|Ｔ₁₁（ω＋Δω）|²−|Ｔ₂₁（ω＋Δω）|²) …（１８）
また、Θ(ω)をテイラー展開して、一次近似すると、Θ(ω)＝Θ₀＋α_１(ω−ω₀) …（１９）である。よって、α_１は式（２０）のようにして求められる。
【００７３】
α_１＝（Θ(ω＋Δω)−Θ(ω)）／（（ω＋Δω）−ω） …（２０）
α_１を式（１９）に代入してΘ(ω)を求める。すなわち、Θ(ω)を、振幅|Ｔ₁₁（ω）|、|Ｔ₂₁（ω）|に相当する値（振幅を二乗した値）と、ω＋Δω、ωといった光角周波数に基づき、求める。なお、光角周波数は波長と一定の関係があるので、振幅相当値と波長とに基づきΘ(ω)を求めることになる。
【００７４】
次に、第二計測部２０ｂにより求められる振幅|Ｔ₁₂（ω）|、|Ｔ₂₂（ω）|の相当値（振幅を二乗した値）を使用して、Θ(ω)を式（２１）のようにして求める。
【００７５】
Θ(ω)＝0.5cos^-1(|Ｔ₁₂（ω）|²−|Ｔ₂₂（ω）|²) …（２１）
また、|Ｔ₁₂（ω＋Δω）|、|Ｔ₂₂（ω＋Δω）|の相当値（振幅を二乗した値）を使用して、Θ(ω＋Δω)を式（２２）のようにして求める。
【００７６】
Θ(ω＋Δω)＝0.5cos^-1(|Ｔ₁₂（ω＋Δω）|²−|Ｔ₂₂（ω＋Δω）|²) …（２２）
そこで、式（２０）により、α_１を求める。α_１を式（１９）に代入してΘ(ω)を求める。すなわち、Θ(ω)を、振幅|Ｔ₁₂（ω）|、|Ｔ₂₂（ω）|に相当する値（振幅を二乗した値）と、ω＋Δω、ωといった光角周波数に基づき、求める。なお、光角周波数は波長と一定の関係があるので、振幅相当値（振幅を二乗した値）と波長とに基づきΘ(ω)を求めることになる。
【００７７】
このように、第一計測部２０ａにより求められる振幅|Ｔ₁₁（ω）|、|Ｔ₂₁（ω）|の相当値（振幅を二乗した値）に基づきΘ(ω)を求め、第二計測部２０ｂにより求められる振幅|Ｔ₁₂（ω）|、|Ｔ₂₂（ω）|の相当値（振幅を二乗した値）に基づきΘ(ω)を求める。
【００７８】
そして、制御部２は、|Ｔ₁₁（ω）|、|Ｔ₂₁（ω）|を二乗した値に基づき求められたΘ(ω)と、|Ｔ₁₂（ω）|、|Ｔ₂₂（ω）|を二乗した値に基づき求められたΘ(ω)とを平均するなどして、計測精度を向上して、Θ(ω)を求める（Ｓ２２）。そして、ｆｍ１成分およびｆｍ２成分の位相推移相当値と、ｆｍ１成分およびｆｍ２成分の振幅相当値の計測（Ｓ１２）に戻る。ただし、光角周波数ω＋Δωのときの振幅相当値はすでに、Ｓ１８で求めているので、Ｓ１２における振幅相当値の計測は省略してもよい。そして、制御部２は、Θ（ω）、φ（ω）、ψ（ω）のテイラー展開の一次の係数α_１、β_１、γ_１を使用して被測定物３０の偏波モード分散τ_PMDを式（２３）により求める（Ｓ２４）。
【００７９】
【数１３】

なお、必要があれば、被測定物３０の群遅延時間τを式（２４）のように、制御部２に求めさせてもよい。ただし、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれの式を用いても良い。
【００８０】
【数１４】

そして、任意の時点で電源を断つ事により終了する（Ｓ３０）。
【００８１】
本発明の実施形態によれば、偏波コントローラ（光入射手段）１２により、第一入射光については偏波分離器１６におけるｐ偏光軸にあわせて、合成入射光が被測定物３０に入射される。よって、第一計測部２０ａが計測する偏波分離器１６の出力における第一入射光成分の位相推移相当値および振幅相当値は、被測定物の伝達関数行列を２×２の行列とすれば、第一列Ｔ₁₁、Ｔ₂₁の位相推移Φ₁₁、Φ₂₁に相当する値、例えば位相推移Φ₁₁、Φ₂₁を光角周波数ωで微分した値、および振幅|Ｔ₁₁（ω）|、|Ｔ₂₁（ω）|に相当する値、例えば振幅|Ｔ₁₁（ω）|、|Ｔ₂₁（ω）|を二乗した値、となる。
【００８２】
また、偏波コントローラ（光入射手段）１２により、第二入射光については偏波分離器１６におけるｓ偏光軸にあわせて、合成入射光が被測定物３０に入射される。よって、第二計測部２０ｂが計測する偏波分離器１６の出力における第二入射光成分の位相推移および振幅は、被測定物の伝達関数行列を２×２の行列とすれば、第二列Ｔ₁₂、Ｔ₂₂の位相推移Φ₁₂、Φ₂₂に相当する値、例えば位相推移Φ₁₂、Φ₂₂を光角周波数ωで微分した値、および振幅|Ｔ₁₂（ω）|、|Ｔ₂₂（ω）|に相当する値、例えば振幅|Ｔ₁₂（ω）|、|Ｔ₂₂（ω）|を二乗した値、となる。
【００８３】
よって、第一計測部２０ａおよび第二計測部２０ｂによって、被測定物３０の伝達関数行列の各要素の位相推移相当値および振幅相当値を求めることができる。被測定物３０の伝達関数行列の各要素の位相推移相当値からは、直交する２つの成分の位相推移の差成分φ（ω）と同相成分ψ（ω）を求めることができる。また、被測定物３０の伝達関数行列の各要素の振幅相当値からは、偏光角Θ（ω）を求めることができる。
【００８４】
さらに、Θ（ω）、φ（ω）、ψ（ω）のテイラー展開の一次の係数α_１、β_１、γ_１を使用して被測定物３０の偏波モード分散τ_PMDを求めることができる。
【００８５】
この場合、偏波コントローラ（光入射手段）１２が出射する光の方向の設定を切り替える必要はなく、設定を固定したままでよい。よって、偏波モード分散τ_PMDの測定にかかる時間を短縮した偏波モード分散の測定装置を提供できる。
【００８６】
しかも、第一入射光成分の振幅相当値と、第一入射光および第二入射光の波長（光角周波数）とに基づき、被測定物３０の偏光角Θ(ω)を測定できる。しかも、第二入射光成分の振幅相当値と、第一入射光および第二入射光の波長とに基づき、被測定物３０の偏光角Θ(ω)を測定できる。よって、第一入射光成分の振幅相当値に基づいて求めた偏光角と、第二入射光成分の振幅相当値に基づいて求めた偏光角と、の平均をとるなどして、偏光角Θ(ω)の計測精度を向上させられる。
【００８７】
また、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータのメディア読み取り装置に、上記の各部分、特に制御部２における、α_１、β_１、γ_１などの各種パラメータの演算を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の機能を実現できる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、光入射手段により、第一入射光については偏波分離手段におけるｐ偏光軸にあわせて、合成入射光が被測定物に入射される。よって、第一計測手段が計測する偏波分離手段の出力における第一入射光成分の位相推移相当値は、被測定物の伝達関数行列を２×２の行列とすれば、第一列の位相推移相当値となる。
【００８９】
また、光入射手段により、第二入射光については偏波分離手段におけるｓ偏光軸にあわせて、合成入射光が被測定物に入射される。よって、第二計測手段が計測する偏波分離手段の出力における第二入射光成分の位相推移相当値は、被測定物の伝達関数行列を２×２の行列とすれば、第二列の位相推移相当値となる。
【００９０】
よって、第一計測手段および第二計測手段によって、被測定物の伝達関数行列の各要素の位相推移相当値を求めることができる。被測定物の伝達関数行列の各要素の位相推移相当値からは、直交する２つの成分の位相推移の差成分φ（ω）と同相成分ψ（ω）を求めることができる。さらに、φ（ω）とψ（ω）とに基づき被測定物の偏波モード分散を求めることができる。
【００９１】
この場合、光入射手段が出射する光の方向の設定を切り替える必要はなく、設定を固定したままでよい。よって、偏波モード分散τ_PMDの測定にかかる時間を短縮した偏波モード分散の測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる偏波モード分散測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる偏波モード分散測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】従来技術の特開平９−２６４８１４号公報に記載の光ファイバの偏波モード分散測定装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 制御部（偏波モード分散測定手段）
４ 波長可変光源
６ 光分岐器
８ａ 第一光変調器
８ｂ 第二光変調器
１０ 偏波合成器
１２ 偏波コントローラ（光入射手段）
１６ 偏波分離器
１８ａ 第一光電（O/E）変換器
１８ｂ 第二光電（O/E）変換器
２０ａ 第一計測部
２０ｂ 第二計測部
２２ａ、２２ｂ 増幅器
３０ 被測定物（DUT）

Claims (11)

1. 被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定装置であって、
   前記被測定物から出射された光を受けて、ｐ偏光およびｓ偏光に分離して出力する偏波分離手段と、
   波長が共通の第一入射光および第二入射光を生成する光生成手段と、
   前記第一入射光を第一強度変調周波数で強度変調して出射する第一光変調手段と、
   前記第二入射光を、前記第一強度変調周波数とは異なる第二強度変調周波数で強度変調して出射する第二光変調手段と、
   強度変調された前記第一入射光および前記第二入射光を合成して合成入射光を出射する偏波合成手段と、
   前記第一入射光については前記偏波分離手段におけるｐ偏光軸、前記第二入射光については前記偏波分離手段におけるｓ偏光軸にあわせて、前記合成入射光を前記被測定物に入射する光入射手段と、
   前記偏波分離手段の出力における前記第一入射光成分の位相推移相当値を計測する第一計測手段と、
   前記偏波分離手段の出力における前記第二入射光成分の位相推移相当値を計測する第二計測手段と、
   前記第一計測手段および前記第二計測手段の計測結果に基づき被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定手段と、
   を備えた偏波モード分散測定装置。
2. 前記位相推移相当値は、位相推移を光角周波数で微分したものである、請求項１に記載の偏波モード分散測定装置。
3. 前記第一入射光および前記第二入射光の波長は可変であり、
   前記第一計測手段が、さらに前記偏波分離手段の出力における前記第一入射光成分の振幅相当値を計測する、
   請求項１または２に記載の偏波モード分散測定装置。
4. 前記第一入射光および前記第二入射光の波長は可変であり、
   前記第二計測手段が、さらに前記偏波分離手段の出力における前記第二入射光成分の振幅相当値を計測する、
   請求項１または２に記載の偏波モード分散測定装置。
5. 前記第一入射光および前記第二入射光の波長は可変であり、
   前記第一計測手段が、さらに前記偏波分離手段の出力における前記第一入射光成分の振幅相当値を計測し、
   前記第二計測手段が、さらに前記偏波分離手段の出力における前記第二入射光成分の振幅相当値を計測する、
   請求項１または２に記載の偏波モード分散測定装置。
6. 前記偏波モード分散測定手段は、前記第一計測手段および前記第二計測手段の計測結果に基づき被測定物の群遅延時間を測定する、
   請求項１または２に記載の偏波モード分散測定装置。
7. 前記振幅相当値は、振幅を二乗したものである、請求項３ないし６のいずれか一項に記載の偏波モード分散測定装置。
8. 前記光生成手段は、
   単一の光源と、
   前記光源が生成する光を分岐して前記第一入射光および前記第二入射光を生成する光分岐手段と、
   を備えた請求項１ないし７のいずれか一項に記載の偏波モード分散測定装置。
9. 前記偏波分離手段の出力のｐ偏光成分を光電変換して前記第一計測手段および前記第二計測手段に出力する第一光電変換手段と、
   前記偏波分離手段の出力のｓ偏光成分を光電変換して前記第一計測手段および前記第二計測手段に出力する第二光電変換手段と、
   を備えた請求項１ないし７のいずれか一項に記載の偏波モード分散測定装置。
10. 被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定方法であって、
    前記被測定物から出射された光を受けて、ｐ偏光およびｓ偏光に分離して出力する偏波分離工程と、
    波長が共通の第一入射光および第二入射光を生成する光生成工程と、
    前記第一入射光を第一強度変調周波数で強度変調して出射する第一光変調工程と、
    前記第二入射光を、前記第一強度変調周波数とは異なる第二強度変調周波数で強度変調して出射する第二光変調工程と、
    強度変調された前記第一入射光および前記第二入射光を合成して合成入射光を出射する偏波合成工程と、
    前記第一入射光については前記偏波分離工程におけるｐ偏光軸、前記第二入射光については前記偏波分離工程におけるｓ偏光軸にあわせて、前記合成入射光を前記被測定物に入射する光入射工程と、
    前記偏波分離工程の出力における前記第一入射光成分の位相推移相当値を計測する第一計測工程と、
    前記偏波分離工程の出力における前記第二入射光成分の位相推移相当値を計測する第二計測工程と、
    前記第一計測工程および前記第二計測工程の計測結果に基づき被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定工程と、
    を備えた偏波モード分散測定方法。
11. 被測定物から出射された光を受けて、ｐ偏光およびｓ偏光に分離して出力する偏波分離手段と、
    波長が共通の第一入射光および第二入射光を生成する光生成手段と、
    前記第一入射光を第一強度変調周波数で強度変調して出射する第一光変調手段と、
    前記第二入射光を、前記第一強度変調周波数とは異なる第二強度変調周波数で強度変調して出射する第二光変調手段と、
    強度変調された前記第一入射光および前記第二入射光を合成して合成入射光を出射する偏波合成手段と、
    前記第一入射光については前記偏波分離手段におけるｐ偏光軸、前記第二入射光については前記偏波分離手段におけるｓ偏光軸にあわせて、前記合成入射光を前記被測定物に入射する光入射手段と、
    前記偏波分離手段の出力における前記第一入射光成分の位相推移相当値を計測する第一計測手段と、
    前記偏波分離手段の出力における前記第二入射光成分の位相推移相当値を計測する第二計測手段と、
    を備えた偏波モード分散測定装置における、
    前記被測定物の偏波モード分散を測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、
    前記第一計測手段および前記第二計測手段の計測結果に基づき被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モード分散測定処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体。

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