JP4101019B2 - 偏波モード分散測定装置、方法、プログラムおよび該プログラムを記録した記録媒体 - 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など被測定物（DUT：Device Under Test）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、特許文献１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７を参照して、特許文献１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７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】
【特許文献１】
特開平９−２６４８１４号公報
【００１６】
【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、被測定光ファイバ１０４の出力光が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る際に、パワーが偏る場合がある。すなわち、偏光ビームスプリッタ１０５から出力されたｓ偏光成分およびｐ偏光成分の内の一方が他方よりも極めて大きくなる場合がある。極端な例としては、ｐ偏光成分だけが出力され、ｓ偏光成分が出力されないことすらある。
【００１７】
このような場合、パワーが小さい方の成分の位相におけるＳ／Ｎ比が悪化するため、位相の測定が不正確になる。よって、被測定光ファイバ１０４の群遅延時間および偏波モード分散にもノイズが混入し、測定が不正確になる。
【００１８】
そこで、本発明は、偏光成分の偏りを防止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。
【００１９】
【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、入射光を生成する光生成手段と、入射光を強度変調して出射する光変調手段と、強度変調された入射光を偏波分離手段におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸を所定角度回転させた直交偏光軸にあわせて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基づき入射光の位相推移相当値および振幅相当値を計測する計測手段と、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。
【００２０】
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、入射光を偏波分離手段におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸を所定角度回転させた直交偏光軸にあわせて被測定物に入射する。これにより、偏波分離手段の出力のｐ偏光成分およびｓ偏光成分におけるパワーの偏りを防止できる。
【００２１】
しかも、入射光を直交偏光軸にあわせて被測定物に入射した結果に基づき偏波モード分散を測定する方法は、入射光を偏波分離手段におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸にあわせて被測定物に入射した結果に基づき偏波モード分散を測定する方法と同様であり、偏波モード分散を測定することが可能である。
【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、光入射手段は、入射光を直交偏光軸にあわせ、さらにｐ偏光軸およびｓ偏光軸にあわせて被測定物に入射するように構成される。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、所定角度は、計測手段の計測結果に基づき定められるように構成される。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項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ように構成される。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３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ように構成される。
【００２６】
請求項６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、入射光を生成する光生成工程と、入射光を強度変調して出射する光変調工程と、強度変調された入射光を偏波分離工程におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸を所定角度回転させた直交偏光軸にあわせて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基づき入射光の位相推移相当値および振幅相当値を計測する計測工程と、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、を備えるように構成される。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の偏波モード分散測定方法であって、直交偏光軸は複数あり、偏波モード分散測定工程において、各直交偏光軸に対応した計測結果のＳ／Ｎ比を比べて、偏波モード分散の測定に利用する計測結果を選択するように構成される。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の偏波モード分散測定方法であって、光入射工程は、入射光を直交偏光軸にあわせて被測定物に入射する工程と、ｐ偏光軸およびｓ偏光軸にあわせて被測定物に入射する工程とを有し、偏波モード分散測定工程において、直交偏光軸にあわせたときの計測結果のＳ／Ｎ比と、ｐ偏光軸およびｓ偏光軸にあわせたときのＳ／Ｎ比とを比べて、偏波モード分散の測定に利用する計測結果を選択するように構成される。
【００２９】
請求項９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、入射光を生成する光生成手段と、入射光を強度変調して出射する光変調手段と、強度変調された入射光を偏波分離手段におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸を所定角度回転させた直交偏光軸にあわせて被測定物に入射する光入射手段とを有する偏波モード分散測定装置におけ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であって、偏波分離手段の出力に基づき入射光の位相推移相当値および振幅相当値を計測する計測処理と、計測処理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とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００３０】
請求項１０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、入射光を生成する光生成手段と、入射光を強度変調して出射する光変調手段と、強度変調された入射光を偏波分離手段におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸を所定角度回転させた直交偏光軸にあわせて被測定物に入射する光入射手段とを有する偏波モード分散測定装置におけ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って、偏波分離手段の出力に基づき入射光の位相推移相当値および振幅相当値を計測する計測処理と、計測処理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と、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。
【００３１】
【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。
【００３２】
第一の実施形態
図１は、本発明の第一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。本発明の第一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：Device Under Test）である光ファイバ１８の偏波モード分散τ_PMDを求めるためのものである。本発明の第一の実施形態にかかる偏波モード分散測定装置は、波長可変光源（光生成手段）１０、光変調器１２、偏波コントローラ（光入射手段）１４、偏波状態設定部１６、偏波分離器２０、光電（O/E）変換器２２ｐ、ｓ、計測部２４、偏波モード分散測定部２６を備える。
【００３３】
波長可変光源１０は、波長を変化させながら入射光を生成する。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。
【００３４】
光変調器１２は、入射光の強度変調を行って偏波コントローラ１４へ出射する。
【００３５】
偏波コントローラ（光入射手段）１４は入射光の偏波状態を偏波状態設定部１６の制御を受けて制御する。
【００３６】
偏波状態設定部１６は、入射光の偏波状態を設定する。すなわち、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせる。すなわち、入射光をｐ偏光軸およびｓ偏光軸に一致する直線偏波とする。さらに、入射光をｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸すなわち直交偏光軸１６ｂにあわせる。すなわち、入射光をｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸に一致する直線偏波とする。ただし、ｐ’偏光軸はｐ偏光軸を所定角度θ回転させたものであり、ｓ’偏光軸はｓ偏光軸を所定角度θ回転させたものである。なお、所定角度θは偏波モード分散測定装置のユーザが任意に定めてもよいし、固定してもよい（例、θ＝45°、60°に固定）。
【００３７】
入射光を被測定物である光ファイバ１８に入射すると、入射光が光ファイバ１８を透過する。偏波分離器２０は、光ファイバ１８を透過した光すなわち光ファイバ１８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。
【００３８】
光電（O/E）変換器２２ｐは、偏波分離器２０の出力のｐ偏光成分を光電変換して計測部２４に出力する。光電（O/E）変換器２２ｓは、偏波分離器２０の出力のｓ偏光成分を光電変換して計測部２４に出力する。
【００３９】
計測部２４は、偏波分離器２０の出力に基づき入射光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、位相推移を光角周波数で微分した値（群遅延時間）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。
【００４０】
偏波モード分散測定部２６は計測部２４の計測結果に基づき、光ファイバ１８の偏波モード分散τ_PMDを求める。
【００４１】
次に、本発明の第一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。
【００４２】
まず、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値を計測する（Ｓ１０）。この計測の手順については図３のフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
まず、波長可変光源１０の出力する光の光角周波数をωとする（Ｓ１２）。図１を参照して、波長可変光源１０は、光角周波数ωの入射光を出射する。入射光は、光変調器１２により強度変調され、偏波コントローラ１４へ出射される。ここで、偏波状態設定部１６は、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸にあわせる（Ｓ１４ａ）。すなわち、入射光をｐ偏光軸に一致する直線偏波とする。そして、入射光は光ファイバ１８に入射される。
【００４４】
光ファイバ１８を透過した合成入射光は、偏波分離器２０によりｐ偏光およびｓ偏光に分離される。偏波分離器２０が出力したｐ偏光成分は光電（O/E）変換器２２ｐにより光電変換されて計測部２４に出力される。偏波分離器２０が出力したｓ偏光成分は光電（O/E）変換器２２ｓにより光電変換されて計測部２４に出力される。そして、計測部２４により位相推移相当値および振幅相当値が計測される（Ｓ１４ｂ）。
【００４５】
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（Ｓ１４ｂ）を説明する。
【００４６】
まず、光ファイバ１８の伝達関数行列［Ｔ］を式（１０）のように定義する。
【００４７】
【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。
【００４８】
【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、光ファイバ１８から出射される光の偏光角である。
【００４９】
ここで、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸にあわせてある。よって、偏波分離器２０の出力は、以下の式（１２）のようになる。
【００５０】
【数９】

計測部２４には、光電（O/E）変換器２２ｐを介して、Ｔ₁₁e^{-j θ 11}の光が入射される。しかも、計測部２４には、光電（O/E）変換器２２ｓを介して、Ｔ₂₁e^{-j θ 21}の光が入射される。よって、計測部２４は、Ｔ₁₁e^{-j θ 11}およびＴ₂₁e^{-j θ 21}の位相推移θ₁₁、θ₂₁に相当する値、例えば位相推移θ₁₁、θ₂₁を光角周波数ωで微分した値であるところの群遅延時間τ₁₁（＝dθ₁₁／dω）、τ₂₁（＝dθ₂₁／dω）、ならびに振幅|Ｔ₁₁|、|Ｔ₂₁|に相当する値、例えば振幅を二乗した値|Ｔ₁₁|²、|Ｔ₂₁|²、を計測できる。すなわち、計測部２４は、光ファイバ１８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。
【００５１】
次に、偏波状態設定部１６は、入射光を偏波分離器２０におけるｓ偏光軸にあわせる（Ｓ１６ａ）。すなわち、入射光をｓ偏光軸に一致する直線偏波とする。そして、入射光は光ファイバ１８に入射される。
【００５２】
光ファイバ１８を透過した合成入射光は、偏波分離器２０によりｐ偏光およびｓ偏光に分離される。偏波分離器２０が出力したｐ偏光成分は光電（O/E）変換器２２ｐにより光電変換されて計測部２４に出力される。偏波分離器２０が出力したｓ偏光成分は光電（O/E）変換器２２ｓにより光電変換されて計測部２４に出力される。そして、計測部２４により位相推移相当値および振幅相当値が計測される（Ｓ１６ｂ）。
【００５３】
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（Ｓ１６ｂ）を説明する。入射光を偏波分離器２０におけるｓ偏光軸にあわせてある。よって、偏波分離器２０の出力は、以下の式（１３）のようになる。
【００５４】
【数１０】

計測部２４には、光電（O/E）変換器２２ｐを介して、Ｔ₁₂e^{-j θ 12}の光が入射される。しかも、計測部２４には、光電（O/E）変換器２２ｓを介して、Ｔ₂₂e^{-j θ 22}の光が入射される。よって、計測部２４は、Ｔ₁₂e^{-j θ 12}およびＴ₂₂e^{-j θ 22}の位相推移θ₁₂、θ₂₂に相当する値、例えば位相推移θ₁₂、θ₂₂を光角周波数ωで微分した値であるところの群遅延時間τ₁₂（＝dθ₁₂／dω）、τ₂₂（＝dθ₂₂／dω）、ならびに振幅|Ｔ₁₂|、|Ｔ₂₂|に相当する値、例えば振幅を二乗した値|Ｔ₁₂|²、|Ｔ₂₂|²、を計測できる。すなわち、計測部２４は、光ファイバ１８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。
【００５５】
そして、光角周波数が上限に達したか否かを判定し（Ｓ１７）、上限に達していなければ（Ｓ１７、Ｎｏ）、光角周波数をΔω増やし（Ｓ１８）、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸にあわせる工程（Ｓ１４ａ）に戻る。光角周波数が上限に達したならば（Ｓ１７、Ｙｅｓ）、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値の計測（Ｓ１０：図２参照）が終了する。
【００５６】
ここで、図２に戻り、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸すなわち直交偏光軸１６ｂにあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値を計測する（Ｓ２０）。この計測の手順については図４のフローチャートを参照して説明する。
【００５７】
まず、波長可変光源１０の出力する光の光角周波数をωとする（Ｓ２２）。図１を参照して、波長可変光源１０は、光角周波数ωの入射光を出射する。入射光は、光変調器１２により強度変調され、偏波コントローラ１４へ出射される。ここで、偏波状態設定部１６は、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸にあわせる（Ｓ２４ａ）。すなわち、入射光をｐ’偏光軸に一致する直線偏波とする。そして、入射光は光ファイバ１８に入射される。
【００５８】
光ファイバ１８を透過した合成入射光は、偏波分離器２０によりｐ偏光およびｓ偏光に分離される。偏波分離器２０が出力したｐ偏光成分は光電（O/E）変換器２２ｐにより光電変換されて計測部２４に出力される。偏波分離器２０が出力したｓ偏光成分は光電（O/E）変換器２２ｓにより光電変換されて計測部２４に出力される。そして、計測部２４により位相推移相当値および振幅相当値が計測される（Ｓ２４ｂ）。
【００５９】
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（Ｓ２４ｂ）を説明する。
【００６０】
入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸にあわせてある。よって、偏波分離器２０の出力は、以下の式（１４）のようになる。ただし、式（１４）においては、Ｔ₁₁e^{‐ j θ 11}等を単にＴ₁₁（ω）と記載している。
【００６１】
【数１１】

計測部２４には、光電（O/E）変換器２２ｐを介して、Ｔ’₁₁の光が入射される。しかも、計測部２４には、光電（O/E）変換器２２ｓを介して、Ｔ’₂₁の光が入射される。よって、計測部２４は、Ｔ’₁₁およびＴ’₂₁の位相推移θ_{θ 11}、θ_{θ 21}に相当する値、例えば位相推移θ_{θ 11}、θ_{θ 21}を光角周波数ωで微分した値であるところの群遅延時間τ_{θ 11}（＝dθ_{θ 11}／ｄω）、τ_{θ 21}（＝dθ_{θ 21}／ｄω）、ならびに振幅|Ｔ_{θ 11}|、|Ｔ_{θ 21}|に相当する値、例えば振幅を二乗した値|Ｔ_{θ 11}|²、|Ｔ_{θ 21}|²、を計測できる。
【００６２】
次に、偏波状態設定部１６は、入射光を偏波分離器２０におけるｓ’偏光軸にあわせる（Ｓ２６ａ）。すなわち、入射光をｓ’偏光軸に一致する直線偏波とする。そして、入射光は光ファイバ１８に入射される。
【００６３】
光ファイバ１８を透過した合成入射光は、偏波分離器２０によりｐ偏光およびｓ偏光に分離される。偏波分離器２０が出力したｐ偏光成分は光電（O/E）変換器２２ｐにより光電変換されて計測部２４に出力される。偏波分離器２０が出力したｓ偏光成分は光電（O/E）変換器２２ｓにより光電変換されて計測部２４に出力される。そして、計測部２４により位相推移相当値および振幅相当値が計測される（Ｓ２６ｂ）。
【００６４】
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（Ｓ２６ｂ）を説明する。入射光を偏波分離器２０におけるｓ’偏光軸にあわせてある。よって、偏波分離器２０の出力は、以下の式（１５）のようになる。ただし、式（１５）においては、Ｔ₁₁e^{‐ j θ 11}等を単にＴ₁₁（ω）と記載している。
【００６５】
【数１２】

計測部２４には、光電（O/E）変換器２２ｐを介して、Ｔ’₁₂の光が入射される。しかも、計測部２４には、光電（O/E）変換器２２ｓを介して、Ｔ’₂₂の光が入射される。よって、計測部２４は、Ｔ’₁₂およびＴ’₂₂の位相推移θ_{θ 12}、θ_{θ 22}に相当する値、例えば位相推移θ_{θ 12}、θ_{θ 22}を光角周波数ωで微分した値であるところの群遅延時間τ_{θ 12}（＝dθ_{θ 12}／ｄω）、τ_{θ 22}（＝dθ_{θ 22}／ｄω）、ならびに振幅|Ｔ_{θ 12}|、|Ｔ_{θ 22}|に相当する値、例えば振幅を二乗した値|Ｔ_{θ 12}|²、|Ｔ_{θ 22}|²、を計測できる。
【００６６】
そして、光角周波数が上限に達したか否かを判定し（Ｓ２７）、上限に達していなければ（Ｓ２７、Ｎｏ）、光角周波数をΔω増やし（Ｓ２８）、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸にあわせる工程（Ｓ２４ａ）に戻る。光角周波数が上限に達したならば（Ｓ２７、Ｙｅｓ）、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸（直交偏光軸１６ｂ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値の計測（Ｓ２０：図２参照）が終了する。
【００６７】
ここで、図２に戻り、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値のＳ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）と、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸（直交偏光軸１６ｂ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値のＳ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）とを比較する（Ｓ３０）。
【００６８】
例えば、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせたとき、偏波分離器２０においてｐ偏光成分のみが出力され、ｓ偏光成分が全く出力されなかったとする。すると、ｓ偏光成分における出力のＳ／Ｎ比が悪化する。しかし、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸（直交偏光軸１６ｂ）にあわせれば（ただしθ＝４５°）、偏波分離器２０においてｐ偏光成分およびｓ偏光成分のパワーは同程度になる。そこで、ｐ偏光成分およびｓ偏光成分における出力のＳ／Ｎ比が悪化が防止できる。よって、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸（直交偏光軸１６ｂ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値のＳ／Ｎ比の方が良い。
【００６９】
ここで、Ｓ／Ｎ比が良い方、すなわちノイズの少ない方の位相推移相当値および振幅相当値を計測部２４が偏波モード分散測定部２６に出力して、偏波モード分散τ_PMDの測定を行なう（Ｓ４０）。
【００７０】
入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値を利用する場合、偏波モード分散τ_PMDは以下のようにして求められる。
【００７１】
【数１３】

また、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸（直交偏光軸１６ｂ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値を利用する場合も、偏波モード分散τ_PMDは式（１６）ないし（１９）のようにして求められる。すなわち、式（１８）ないし（１９）において、τ₁₁、τ₂₂、τ₁₂、τ₂₁に、τ_{θ 11}、τ_{θ 22}、τ_{θ 12}、τ_{θ 21}を代入してβ、γを求める。そして、式（１７）において、|Ｔ₁₁|²、|Ｔ₂₁|²に|Ｔ_{θ 11}|²、|Ｔ_{θ 21}|²を代入してαを求める。このようにして求めたα、β、γを式（１６）に代入すれば偏波モード分散τ_PMDを求められる。すなわち、τ₁₁、τ₂₂、τ₁₂、τ₂₁、|Ｔ₁₁|²、|Ｔ₂₁|²のかわりにτ_{θ 11}、τ_{θ 22}、τ_{θ 12}、τ_{θ 21}、|Ｔ_{θ 11}|²、|Ｔ_{θ 21}|²を用いれば偏波モード分散τ_PMDを求められる。なお、このようにして偏波モード分散τ_PMDを求められることの証明は、後で詳述する。
【００７２】
なお、本実施形態では、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせたときと、ｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸（直交偏光軸１６ｂ）にあわせたときの計測値の内、Ｓ／Ｎ比が良い方を選択する。しかし、ｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸を複数用意し（例えば、θ＝45°および60°として双方の条件で計測）、その内からＳ／Ｎ比が良い方を選択するようにしてもよい。
【００７３】
また、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値の計測（Ｓ１０）よりも前に、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値を計測（Ｓ２０）を行うことも可能である。
【００７４】
本発明の実施形態によれば、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸をある角度θ回転したｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸である直交偏光軸１６ｂにあわせて光ファイバ１８に入射する。これにより、偏波分離器２０の出力のｐ偏光成分およびｓ偏光成分におけるパワーの偏りを防止できる。
【００７５】
しかも、入射光を直交偏光軸１６ｂにあわせて光ファイバ１８に入射した結果に基づき偏波モード分散τ_PMDを測定する方法は、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸にあわせて光ファイバ１８に入射した結果に基づき偏波モード分散τ_PMDを測定する方法と同様であり、偏波モード分散τ_PMDを測定することが可能である。
【００７６】
第二の実施形態
第二の実施形態は、所定角度θ（偏光軸の回転角度）を計測部２４の計測結果である入射光の振幅相当値に基づき設定する点が、第一の実施形態と異なる。
【００７７】
図５は、本発明の第二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。本発明の第二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：Device Under Test）である光ファイバ１８の偏波モード分散τ_PMDを求めるためのものである。本発明の第二の実施形態にかかる偏波モード分散測定装置は、波長可変光源（光生成手段）１０、光変調器１２、偏波コントローラ（光入射手段）１４、偏波状態設定部１６、偏波分離器２０、光電（O/E）変換器２２ｐ、ｓ、計測部２４、偏波モード分散測定部２６を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。
【００７８】
波長可変光源（光生成手段）１０、光変調器１２および偏波コントローラ（光入射手段）１４は第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００７９】
偏波状態設定部１６は、第一の実施形態と同様である。ただし、所定角度θは、計測部２４の計測結果である入射光の振幅相当値に基づき設定される。計測部２４は、入射光の振幅相当値である、振幅を二乗した値|Ｔ_{θ 11}|²、|Ｔ_{θ 21}|²、および|Ｔ_{θ 12}|²、|Ｔ_{θ 22}|²を計測する。ここで、偏波状態設定部１６は、振幅相当値のｐ成分とｓ成分との比|Ｔ_{θ 11}|²／|Ｔ_{θ 21}|²あるいは|Ｔ_{θ 12}|²／|Ｔ_{θ 22}|²を求める。この比が大き過ぎれば、ｐ成分が大き過ぎるということである。この比が小さ過ぎれば、ｓ成分が大き過ぎるということである。そこで、偏波状態設定部１６は、|Ｔ_{θ 11}|²／|Ｔ_{θ 21}|²あるいは|Ｔ_{θ 12}|²／|Ｔ_{θ 22}|²を上限しきい値および下限しきい値と比較する。|Ｔ_{θ 11}|²／|Ｔ_{θ 21}|²あるいは|Ｔ_{θ 12}|²／|Ｔ_{θ 22}|²が上限しきい値以上である（あるいは、超える）ならば大き過ぎ、下限しきい値以下である（あるいは、未満である）ならば小さ過ぎる。ここで、ｐ成分あるいはｓ成分が大き過ぎるのならば、所定角度θを増やす（あるいは減らす）。このようにして所定角度θを変化させていけば、そのうちｐ成分もｓ成分も大き過ぎない状態になる。
【００８０】
偏波分離器２０、光電（O/E）変換器２２ｐ、ｓ、計測部２４および偏波モード分散測定部２６は第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。ただし、計測部２４は、入射光の振幅相当値|Ｔ_{θ 11}|²、|Ｔ_{θ 21}|²あるいは|Ｔ_{θ 12}|²、|Ｔ_{θ 22}|²を偏波状態設定部１６に送る。
【００８１】
次に、本発明の第二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６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００８２】
まず、入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸すなわち直交偏光軸１６ｂにあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値を計測する（Ｓ２０）。これは、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００８３】
振幅相当値|Ｔ_{θ 11}|²、|Ｔ_{θ 21}|²あるいは|Ｔ_{θ 12}|²、|Ｔ_{θ 22}|²は偏波状態設定部１６に送られる。偏波状態設定部１６は、|Ｔ_{θ 11}|²／|Ｔ_{θ 21}|²あるいは|Ｔ_{θ 12}|²／|Ｔ_{θ 22}|²を上限しきい値および下限しきい値で規定される範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ３２）。|Ｔ_{θ 11}|²／|Ｔ_{θ 21}|²あるいは|Ｔ_{θ 12}|²／|Ｔ_{θ 22}|²が範囲外ならば（Ｓ３２、Ｎｏ）、上限しきい値を超えている（以上である）か、下限しきい値未満である（以下である）。そこで、ｐ成分（ｓ成分）へのパワーの偏りを避けるために、偏波状態設定部１６は、所定角度θを増やす（Ｓ３４）。なお、所定角度θを減らしてもよい。そして、入射光を直交偏光軸１６ｂにあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値の計測（Ｓ２０）に戻る。
【００８４】
上記のように、所定角度θを変化させていけば、やがて|Ｔ_{θ 11}|²／|Ｔ_{θ 21}|²あるいは|Ｔ_{θ 12}|²／|Ｔ_{θ 22}|²が上限しきい値および下限しきい値で規定される範囲内にあるようになる（Ｓ３２、Ｙｅｓ）。この場合は、ｐ成分（ｓ成分）へのパワーの偏りが少ないため、偏波モード分散τ_PMDの測定を行なう（Ｓ４０）。偏波モード分散τ_PMDの測定は第一の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８５】
第二の実施形態によれば、所定角度θをいわゆるフィードバックにより適切な値、すなわちｐ成分またはｓ成分にパワーが過度に偏らない値に設定できるため、偏波分離器２０の出力のｐ偏光成分およびｓ偏光成分におけるパワーの偏りを防止できる。
【００８６】
なお、第二の実施形態と第一の実施形態とを組み合わせることも可能である。例えば、図２のＳ３０と同様に、入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせたときの計測値と、所定角度θをいわゆるフィードバックにより適切な値に設定したときの計測値との内で、Ｓ／Ｎ比の良い方を選択するようにしてもよい。
【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（登録商標）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、例えば計測部２４、偏波モード分散測定部２６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】
[τのかわりにτ_θ、|Ｔ|²のかわりに|Ｔ_θ|²を用いて偏波モード分散τ_PMDを求められることの証明]
τ₁₁、τ₂₂、τ₁₂、τ₂₁、|Ｔ₁₁|²、|Ｔ₂₁|²のかわりにτ_{θ 11}、τ_{θ 22}、τ_{θ 12}、τ_{θ 21}、|Ｔ_{θ 11}|²、|Ｔ_{θ 21}|²を用いても偏波モード分散τ_PMDを求められる。このことは以下のようにして証明される。
【００８９】
式（１１）を式（１４）および式（１５）に代入すると、式（２０）ないし（２３）のような結果が得られる。
【００９０】
【数１４】

式（２０）ないし（２３）は行列のパラメータであり、これらの振幅相当値（振幅の２乗）は式（２４）ないし（２７）の通りである。また、位相は式（２８）ないし（３１）の通りである。
【００９１】
【数１５】

式（２４）ないし（２７）から次の式（３２）ないし（３５）が成り立つ。
【００９２】
【数１６】

式（３２）ないし（３５）から式（３６）のように、振幅の二乗をおくことができる。
【００９３】
【数１７】

ここで、式（３７）のような公式を用いて、群遅延時間τ_{θ 11}、τ_{θ 12}、τ_{θ 21}、τ_{θ 22}を式（３８）ないし（４１）のように表す。
【００９４】
【数１８】

ここで、Ａは式（４２）に示すようなものである。
【００９５】
【数１９】

計測部２４で計測されるパワーは、式（２４）ないし（２７）に透過パワー特性Ｕ²をかけたたものとなる。同様に、群遅延時間は式（２８）ないし（３１）に群遅延時間Φ₁を加えたものとなる。
【００９６】
これらのＴ_{θ 11}、Ｔ_{θ 12}、Ｔ_{θ 21}、Ｔ_{θ 22}、τ_{θ 11}、τ_{θ 12}、τ_{θ 21}、τ_{θ 22}を用いて偏波モード分散の計算式（式（１６））に代入してみる。すると、偏波モード分散は以下のようになる。
【００９７】
【数２０】

ここで、偏波モード分散を式（４７）のように変形して計算する。
【００９８】
【数２１】

まず、式（４７）の、α_θ ²＋γ_θ ²sin²２Θ_θを求める。
【００９９】
【数２２】

式（４８）のような公式を用いると、α_θは式（４９）のようになる。
【０１００】
【数２３】

また、γ_θsin２Θ_θは、式（５０）のようになる。
【０１０１】
【数２４】

よって、α_θ ²＋γ_θ ²sin²２Θ_θは、式（５１）のようになる。
【０１０２】
【数２５】

式（５１）の右辺の分子第一項は、式（５２）のようになる。
【０１０３】
【数２６】

式（５１）の右辺の分子第二項は、式（５３）のようになる。
【０１０４】
【数２７】

式（５１）の右辺の分母は、式（５４）のようになる。
【０１０５】
【数２８】

よって、α_θ ²＋γ_θ ²sin²２Θ_θは、式（５５）のようになる。
【０１０６】
【数２９】

次に、式（４７）の、β_θ＋γ_θcos２Θ_θを求めると、式（５６）のようになる。
【０１０７】
【数３０】

よって、式（５７）が成り立つ。
【０１０８】
【数３１】

τ_{PMD θ}＝τ_PMDとなり、入力の直線偏波状態が任意の角度であっても、導出される偏波モード分散は等しい。よって、τ₁₁、τ₂₂、τ₁₂、τ₂₁、|Ｔ₁₁|²、|Ｔ₂₁|²のかわりにτ_{θ 11}、τ_{θ 22}、τ_{θ 12}、τ_{θ 21}、|Ｔ_{θ 11}|²、|Ｔ_{θ 21}|²を用いても偏波モード分散τ_PMDを求められる。
[証明終わり]
【発明の効果】
本発明によれば、入射光を偏波分離手段におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸をある角度回転した直交偏光軸にあわせて被測定物に入射する。これにより、偏波分離手段の出力のｐ偏光成分およびｓ偏光成分におけるパワーの偏りを防止できる。
【０１０９】
しかも、入射光を直交偏光軸にあわせて被測定物に入射した結果に基づき偏波モード分散を測定する方法は、入射光を偏波分離手段におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸にあわせて被測定物に入射した結果に基づき偏波モード分散を測定する方法と同様であり、偏波モード分散を測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一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】本発明の第一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】入射光を偏波分離器２０におけるｐ偏光軸およびｓ偏光軸（１６ａ）にあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値の計測の手順を示すフローチャートである。
【図４】入射光を偏波分離器２０におけるｐ’偏光軸およびｓ’偏光軸すなわち直交偏光軸１６ｂにあわせたときの位相推移相当値および振幅相当値の計測の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第二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６】本発明の第二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７】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】
１０ 波長可変光源（光生成手段）
１２ 光変調器
１４ 偏波コントローラ（光入射手段）
１６ 偏波状態設定部
１６ａ ｐ偏光軸およびｓ偏光軸
１６ｂ 直交偏光軸
１８ 光ファイバ（DUT：Device Under Test）
２０ 偏波分離器
２２ｐ、ｓ 光電（O/E）変換器
２４ 計測部
２６ 偏波モード分散測定部

Claims (6)

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、
   入射光を生成する光生成手段と、
   前記入射光を強度変調して出射する光変調手段と、
   当該強度変調された入射光を、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基づき前記入射光の位相推移相当値および振幅相当値を計測する計測手段と、
   前記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、
   偏光軸が前記ｐ偏光の軸および前記ｓ偏光の軸から所定角度回転した直交偏光軸にあっている偏光を、ｐ’偏光およびｓ’偏光としたときに、
   前記光入射手段は、前記振幅相当値のｐ成分およびｓ成分の比が、所定の範囲内に入るまで、前記所定角度を変化させながら、前記ｐ’偏光および前記ｓ’偏光を前記被測定物に入射することを行う、
   偏波モード分散測定装置。
2. 請求項１に記載の偏波モード分散測定装置であって、
   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偏波モード分散測定装置。
3. 請求項１に記載の偏波モード分散測定装置であって、
   前記振幅相当値は振幅を二乗したものである偏波モード分散測定装置。
4. 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、
   入射光を生成する光生成工程と、
   前記入射光を強度変調して出射する光変調工程と、
   当該強度変調された入射光を、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基づき前記入射光の位相推移相当値および振幅相当値を計測する計測工程と、
   前記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、
   偏光軸が前記ｐ偏光の軸および前記ｓ偏光の軸から所定角度回転した直交偏光軸にあっている偏光を、ｐ’偏光およびｓ’偏光としたときに、
   前記光入射工程は、前記振幅相当値のｐ成分およびｓ成分の比が、所定の範囲内に入るまで、前記所定角度を変化させながら、前記ｐ’偏光および前記ｓ’偏光を前記被測定物に入射することを行う、
   偏波モード分散測定方法。
5. 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、入射光を生成する光生成手段と、前記入射光を強度変調して出射する光変調手段と、当該強度変調された入射光を前記被測定物に入射する光入射手段とを有する偏波モード分散測定装置におけ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であって、
   前記偏波分離手段の出力に基づき前記入射光の位相推移相当値および振幅相当値を計測する計測処理と、
   前記計測処理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と、
   をコンピュータに実行させるためのプログラムであり、
   偏光軸が前記ｐ偏光の軸および前記ｓ偏光の軸から所定角度回転した直交偏光軸にあっている偏光を、ｐ’偏光およびｓ’偏光としたときに、
   前記光入射手段は、前記振幅相当値のｐ成分およびｓ成分の比が、所定の範囲内に入るまで、前記所定角度を変化させながら、前記ｐ’偏光および前記ｓ’偏光を前記被測定物に入射することを行う、
   プログラム。
6. 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、入射光を生成する光生成手段と、前記入射光を強度変調して出射する光変調手段と、当該強度変調された入射光を前記被測定物に入射する光入射手段とを有する偏波モード分散測定装置におけ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って、
   前記偏波分離手段の出力に基づき前記入射光の位相推移相当値および振幅相当値を計測する計測処理と、
   前記計測処理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と、
   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り、
   偏光軸が前記ｐ偏光の軸および前記ｓ偏光の軸から所定角度回転した直交偏光軸にあっている偏光を、ｐ’偏光およびｓ’偏光としたときに、
   前記光入射手段は、前記振幅相当値のｐ成分およびｓ成分の比が、所定の範囲内に入るまで、前記所定角度を変化させながら、前記ｐ’偏光および前記ｓ’偏光を前記被測定物に入射することを行う、
   記録媒体。

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