JP4365698B2 - 群遅延時間差測定方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、干渉法を利用した群遅延時間差測定方法及び装置に係り、より詳細には、特に光ファイバのような測定対象の偏波モード分散を測定するために適用される群遅延時間差測定方法及び装置に関するものである。

通信の高速化に伴い、伝送媒体である光ファイバの光伝送特性である偏波モード分散を把握することが重要になってきている。この偏波モード分散は、光ファイバの複屈折軸の進相軸方向と遅相軸方向の直線偏光間に生じる群遅延時間差である。

偏波モード分散の測定法は、時間領域で測定するものと周波数領域で測定するものに分類でき、時間領域では干渉法（例えば特許文献１参照。）、周波数領域では固定アナライザ法（例えば特許文献２及び特許文献３参照。）及び偏光解析法（ジョーンズマトリックス法、ポアンカレ球法、偏光状態法）がある。これらのなかで干渉法は、他の方法に比べて測定精度が優れているので、微小な偏波モード分散を測定するのに適している。この干渉法は、測定対象の複屈折軸の進相軸と遅相軸方向の２つの偏波モード間の群遅延時間差を補正する２つの直線偏光間の光路差を干渉計により測定することで、光路差から群遅延時間差を求める方法である。

具体的には、干渉法による偏波モード分散測定装置として、従来、図５に示す構成のものがある。同図において、光源３１からの広帯域光は、偏光子３２によって互いに直交する２つの直線偏光に分岐される。２つの直線偏光は、固定鏡３３を有する光路１と可動鏡３４を有する光路２とをそれぞれ伝播される。光路１を通過した一方の直線偏光は固定鏡３３によって、光路２を通過する他方の直線偏光は可動鏡３４によってそれぞれ反射され、両直線偏光は半透鏡３５によって合成される。合成された２つの直線偏光は、１／２波長板３６を介して測定対象である光ファイバ３７に入射される。２つの直線偏光が入射されることによって光ファイバ３７から出射される２つの互いに直交する直線偏光は、検光子３８を介してフォトダイオード３９によって受光される。なお、測定対象の光ファイバ３７は、１／２波長板３６と検光子３８との間に光軸を合わせて着脱自在に装着されるようになっている。

上記１／２波長板３６は、２つの互いに直交する直線偏光の方向を光ファイバ３７の複屈折軸の進相軸及び遅相軸にそれぞれ一致するように調整するためのものである。また、上記検光子３８は、光ファイバ３７の複屈折軸に対して４５度に配置されることによって、光ファイバ３７からの出力光である２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を生成する。この干渉縞はフォトダイオード３９によって受光されて、光電変換される。

測定に当たっては、まず、光ファイバ３７を装着しない状態で、２つの直線偏光の光路長が等しくなるように設定し、そのときの可動鏡３４の位置を初期位置ｘ０とする。初期位置ｘ０は、具体的には、１／２波長板３６と検光子３８との間に測定対象の光ファイバ３７がなく、これらの間を伝播する直線偏光に群遅延時間差が生じないようにした状態で、干渉縞の鮮明度が最大になる可動鏡３４の位置から定めることができる。その後、光ファイバ３７を、１／２波長板３６と検光子３８との間に装着し、この状態で、可動鏡３４を移動させて干渉縞の鮮明度をフォトダイオード３９によって光電変換して得た信号によって観測する。群遅延時間差が２つの直線偏光間の光路差によって補償されると、干渉縞の鮮明度が最大になるので、このことを利用してフォトダイオード３９の信号レベルが最大になった可動鏡３４の位置を求める。図示の構成の場合、反射を利用しているので、初期位置ｘ０からの可動鏡３４の移動距離をｄとすると、群遅延時間差を補償した光路差はｄの２倍となる。

今、光路差を２ｄ、光速をｃとすると、群遅延時間差ｔは以下の式（１）で表される。ｔ＝２ｄ／ｃ ・・・（１）
また、測定対象の光ファイバの長さをＬとすると、偏波モード分散τｐは次式（２）のように表される。
τｐ＝ｔ／Ｌ＝２ｄ／（ｃＬ） ・・・（２）
よって、可動鏡３４の移動距離ｄを測定し、式（１）によって求めた群遅延時間差ｔを式（２）に代入することによって、偏波モード分散τｐを求めることができる。

上記の干渉法を利用した偏波モード分散測定法では、２つの互いに直交する直線偏光の光路長が等しくなる可動鏡３４の位置（初期位置）を測定対象の光ファイバ３７の存在しない状態で測定する必要がある。特に、測定対象の光ファイバ３７の偏波モード分散を広帯域にわたって測定するために光源（測定波長）を変えた場合には、光学系（レンズなど）の光軸調整によって微小に光路長が変化するために、測定波長を変える度に可動鏡の初期位置を測定する必要が生じる。初期位置の測定には、測定対象を取り外して測定する必要があるため、測定系の設定に時間がかかるという問題がある。

本発明は、初期位置の測定を省略することで、測定対象である光ファイバの偏波モード分散測定の簡略化を図り、測定時間を短縮することができる群遅延時間差測定方法及び装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するためなされた請求項１記載の発明は、光源からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光に分岐して別々の光路に伝播させ、該別々の光路を伝播した２つの直線偏光を合成し、該合成した２つの直線偏光を測定対象に対し、各偏光の方向を測定対象の複屈折軸にそれぞれ一致させて入射し、該２つの直線偏光の入射によって前記測定対象から出射する前記２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成し、該形成した干渉縞の鮮明度が最大になる前記２つの直線偏光を伝播する光路間の光路差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播した前記２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定方法であって、前記測定対象の複屈折軸の一方を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、前記他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して前記一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とを測定し、前記測定した２つの直線偏光に対する光路長の差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播する２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定するようにし、前記光路長の測定を、前記２つの光路の一方の光路長を固定し、他方の光路長を調整可能にしておき、前記２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を測定対象の進相軸を伝播する直線偏光から遅相軸を伝播する直線偏光に、又は、遅相軸を伝播する直線偏光から進相軸を伝播する直線偏光に切り替えられる前と後でそれぞれ行い、該切り替え前と後でそれぞれ測定された他方の光路の光路長差に基づいて前記群遅延時間差を測定することを特徴とする群遅延時間差測定方法に存する。

請求項２記載の発明は、光源からの出力光を直線偏光にし、該直線偏光の方向を測定対象の複屈折軸に対し４５度の所定角度で入射し、該直線偏光の入射によって前記測定対象から出射される出力光を前記測定対象の複屈折軸にそれぞれ一致した方向の互いに直交する２つの直線偏光に分岐して別々の光路に伝播させ、該別々の光路を伝播した２つの直線偏光を合成し、該合成した２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成し、該形成した干渉縞の鮮明度が最大になる前記２つの直線偏光を伝播する光路間の光路差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播した前記２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定方法であって、前記測定対象の複屈折軸の一方を伝播した直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、前記他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して前記一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とを測定し、前記測定した２つの直線偏光に対する光路長の差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播する２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定するようにし、前記光路長の測定を、前記２つの光路の一方の光路長を固定し、他方の光路長を調整可能にしておき、前記２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を測定対象の進相軸を伝播する直線偏光から遅相軸を伝播する直線偏光に、又は、遅相軸を伝播する直線偏光から進相軸を伝播する直線偏光に切り替えられる前と後でそれぞれ行い、該切り替え前と後でそれぞれ測定された他方の光路の光路長差に基づいて前記群遅延時間差を測定することを特徴とする群遅延時間差測定方法に存する。

請求項５記載の発明は、光源と、該光源からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光に分岐する分岐手段と、該分岐手段によって分岐した前記２つの直線偏光を別々に伝播させる２つの光路と、該２つの光路を伝播した２つの直線偏光を合成する合成手段と、該合成手段によって合成した２つの直線偏光を測定対象に対し、各偏光の方向を測定対象の複屈折軸にそれぞれ一致させて入射する光入射手段と、該２つの直線偏光の入射によって前記測定対象から出射する前記２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成する干渉縞形成手段とを備え、該干渉縞形成手段により形成した干渉縞の鮮明度が最大になる前記２つの直線偏光を伝播する光路間の光路差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播した前記２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定装置であって、前記測定対象の複屈折軸の一方を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、前記他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して前記一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とをそれぞれ測定するため前記光路の光路長を調整する光路長調整手段を備え、前記測定した２つの直線偏光に対する光路長の差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播する２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定するようにし、前記光路長調整手段は、前記２つの光路の一方の光路長を固定し、他方の光路長を調整可能にしておき、前記２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を測定対象の進相軸を伝播する直線偏光から遅相軸を伝播する直線偏光に、又は、遅相軸を伝播する直線偏光から進相軸を伝播する直線偏光に切り替えられる前と後で光路長を調整し、該切り替え前と後で前記光路長調整手段により調整されそれぞれ測定された他方の光路の光路長差に基づいて前記群遅延時間差を測定することを特徴とすることを特徴とする群遅延時間差測定装置に存する。

請求項７記載の発明は、光源と、該光源からの出力光を直線偏光にし、該直線偏光をその成分方向を測定対象の複屈折軸に対し４５度の所定角度で入射する入射手段と、該直線偏光の入射によって前記測定対象から出射される出力光を前記測定対象の複屈折軸にそれぞれ一致した方向の互いに直交する２つの直線偏光に分岐する分岐手段と、該分岐した２つの直線偏光を別々に伝播させる２つの光路と、該２つの光路を別々に伝播した２つの直線偏光を合成する合成手段と、該合成した２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成する干渉縞形成手段とを備え、該干渉縞形成手段により形成した干渉縞の鮮明度が最大になる前記２つの直線偏光を伝播する光路間の光路差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播した前記２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定装置であって、前記測定対象の複屈折軸の一方を伝播した直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、前記他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して前記一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とを測定するため前記光路の光路長を調整する光路長調整手段を備え、前記測定した２つの直線偏光に対する光路長の差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播する２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定するようにし、前記光路長調整手段は、前記２つの光路の一方の光路長を固定し、他方の光路長を調整可能にしておき、前記２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を測定対象の進相軸を伝播する直線偏光から遅相軸を伝播する直線偏光に、又は、遅相軸を伝播する直線偏光から進相軸を伝播する直線偏光に切り替えられる前と後で光路長を調整し、該切り替え前と後で前記光路長調整手段により調整されそれぞれ測定された他方の光路の光路長差に基づいて前記群遅延時間差を測定することを特徴とする群遅延時間差測定装置に存する。

上述した請求項１〜４記載の発明によれば、測定対象の複屈折軸の一方を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とを測定し、測定した２つの直線偏光に対する光路長の差に基づいて測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播する２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定するようにしているので、２つの直線偏光の光路が等しい位置を測定する必要がなくなり、測定手順が簡略化されて、短時間で、群遅延時間差を測定することができる。

しかも、光路長測定を、２つの光路の一方の光路長を固定し、他方の光路長を調整可能にしておき、２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を測定対象の進相軸を伝播する直線偏光から遅相軸を伝播する直線偏光に、又は、遅相軸を伝播する直線偏光から進相軸を伝播する直線偏光に切り替えられる前と後でそれぞれ行い、切り替え前後の調整された他方の光路の光路長差に基づいて群遅延時間差を測定しているので、２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を切り替え、一方の光路長を２回測定するだけで、群遅延時間差を測定することができる。

以上のように、本発明の群遅延時間差測定方法及び装置によれば、２つの直線偏光の各々に対する光路長の調整量を個別に得ることだけで群遅延時間差を測定することが可能であり、初期位置を調整によって求めることを必要としないので、偏波モード分散を広帯域にわたって測定するために光源波長を変えた場合にも、測定対象を取り外して初期位置を調整する必要がなく、光軸調整などの作業がなくなり、測定時間の短縮につながる。特に、各直線偏光の光路長の調整量が従来の２倍となるので、測定誤差は従来の１／２と小さくなる。また、測定対象の複屈折軸（進相軸及び遅相軸）と２つの互いに直交する直線偏光の関係を切り替えるだけでよく、測定誤差の入る余地がなく信頼性の高い測定になる。よって、測定時間の短縮と精度のよい測定が可能になる偏波分散測定のための群遅延時間差測定方法及び装置が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の群遅延時間差測定方法を実施する装置の一実施の形態を示す構成図である。

図１において、１は広帯域光を発生する広帯域光源、２は偏光子、３は固定鏡、４は可動鏡、５は半透鏡、６は１／２波長板、７は測定対象である光ファイバ、８は検光子、９は光電変換手段としてのフォトダイオードである。

光源１からの出力光は、分岐手段としての偏光子２によって互いに直交する２つの直線偏光にされるとともに伝播方向の異なる２つの直線偏光に分岐される。分岐された２つの直線偏光は固定鏡３を有する第１の光路としての光路１と可動鏡４を有する第２の光路としての光路２とをそれぞれ伝播される。光路１を伝播する一方の直線偏光は固定鏡３によって、光路２を伝播する他方の直線偏光は可動鏡４によってそれぞれ反射される。両直線偏光はその後、合成手段としての半透鏡５によって合成される。合成された２つの直線偏光は、１／２波長板６を介して測定対象である光ファイバ７に入射される。１／２波長板６は、分岐手段によって分岐された後合成手段によって合成された２つの互いに直交する直線偏光の方向を光ファイバ７の複屈折軸の進相軸及び遅相軸にそれぞれ一致させるように調整されるようになっており、２つの直線偏光成分の方向を光ファイバ７の複屈折軸の進相軸及び遅相軸にそれぞれ一致させて、光ファイバ７に対して入射させる光入射手段を構成している。この１／２波長板６はまた、その回転調整によって、２つの互いに直交する直線偏光の方向を光ファイバ７の複屈折軸の進相軸から遅相軸に、又は遅相軸から進相軸にそれぞれ切り替えるためにも使用される。よって、１／２波長板６は、互いに直交する２つの直線偏光を、各偏光成分の方向が測定対象の複屈折軸に対して所定角度となるように調整して前記測定対象に対して入射させる光入射手段としての他、測定対象の光ファイバ７の複屈折軸を伝播する直線偏光を切り替える切替手段として機能する。

２つの直線偏光が入射されることによって光ファイバ７から出射される２つの互いに直交する直線偏光は、検光子８を介してフォトダイオード９によって受光される。検光子８は、光ファイバ７の複屈折軸に対して４５度に配置されることによって、光ファイバ７からの出力光である２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を生成する。この干渉縞はフォトダイオード９によって受光されて、光電変換される。よって、検光子８とフォトダイオード９は、２つの直線偏光の入射によって光ファイバ７から出射する２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成する干渉縞形成手段を構成し、フォトダイオード９による光電変換によって得られる電気信号を観測することによって、干渉縞の鮮明度を知ることができる。なお、測定対象の光ファイバ７は、１／２波長板６と検光子８との間に光軸を合わせて着脱自在に装着されるようになっている。

上述した構成の群遅延時間差測定装置により群遅延時間差を測定する方法を以下説明する。光源１からの出力光は、分岐手段としての偏光子２によって互いに直交する２つの直線偏光に分岐された後、光路１と光路２とをそれぞれ伝播され、光路１を通過した一方の直線偏光は固定鏡３によって、光路２を通過する他方の直線偏光は可動鏡４によってそれぞれ反射され、その後、半透鏡５によって合成される。合成された２つの直線偏光は、１／２波長板６を調整することによって、２つの直線偏光成分の方向を測定対象の複屈折軸の進相軸及び遅相軸にそれぞれ一致させ、光ファイバ７に対して入射される。この２つの直線偏光の入射によって光ファイバ７から出射する２つの直線偏光は、測定対象７の複屈折軸に対して４５度に配置された検光子８において干渉させて干渉縞を形成する。検光子８が形成した干渉縞はフォトダイオード９によって電気信号に変換され、その鮮明度がフォトダイオード９の出力信号の大きさによって、可動鏡４を移動させ光路２の光路長を調整した時の干渉縞の鮮明度を観測することができる。

以上の構成で、可動鏡４を移動させた時のフォトダイオード９の出力結果を、図２に示す。同図において、横軸は可動鏡４の位置、縦軸はフォトダイオード９の出力信号の電圧を示す。干渉縞の鮮明度が最大になる可動鏡４の位置は、光路長に応じて変化するフォトダイオード９の出力が最大になる場所であり、図２（Ａ）に示す位置ｘ１である。同様の測定を、１／２波長板６を回転調整することによって、光ファイバ７の複屈折軸の進相軸及び遅相軸にそれぞれ入射する直線偏光の方向を切り替えて、光路１を伝播する直線偏光方向を光ファイバ７の遅相軸に、光路２を伝播する直線偏光方向を光ファイバ７の進相軸と一致させた場合についても行う。この時の測定結果を図２（Ｂ）に示す。このとき、最大となる干渉縞の鮮明度が観測された可動鏡４の位置をｘ２とすると、可動鏡４の移動距離である２つの位置ｘ１及びｘ２の差（ｘ１−ｘ２）＝２ｄをとることによって、光路差を求めることができる。なお、干渉縞の鮮明度が最大になる可動鏡の位置を測定するには、具体的には、可動鏡を所定範囲で移動調整したときフォトダイオード９が出力する電気信号の電圧値を可動鏡の位置に対応して収集する。この収集のために、可動鏡の位置を検出するための図示しない手段と、検出した可動鏡の位置とその位置で発生される電圧値を対応して可動鏡の位置を格納する図示しない手段を備える。この収集した可動鏡の各位置に対応するフォトダイオード９の電圧値に基づいて、最大の電圧値を見つける。そして、この最大値となる可動鏡の位置を知り、可動鏡の位置により決まる光路の光路長を測定することができる。

従来の干渉法では、位置ｘ１とｘ２の中間に相当する両光路の光路長が等しくなる可動鏡４の位置ｘ０を定め、この位置ｘ０とｘ１またはｘ２の距離ｄを測定していたが、本発明の測定では、上述のように距離２ｄを求めるだけでよい。そして、群遅延時間差ｔについては（１）式より、偏波モード分散τｐについては（２）式によりそれぞれ求めることができる。

本実施形態では、光路１及び光路２、固定鏡３及び可動鏡４、並びに１／２波長板６は、測定対象である光ファイバ７の複屈折軸の一方を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とをそれぞれ測定するため前記光路の光路長を調整する光路長調整手段を構成している。

上述した実施の形態では、光源１と測定対象の光ファイバ７との間において、光入射手段である１／２波長板６を調整することによって、２つの光路１及び光路２をそれぞれ伝播している２つの直線偏光を、２つの直線偏光の方向を切り替えて光ファイバ７の複屈折軸の進相軸及び遅相軸に入射し、切替の前後で２つの光路のうちの一方が有する可動鏡４を調整して干渉縞の鮮明度が最大になる可動鏡４の位置を２回測定することで、群遅延時間差を求めることができ、従来の方法のように、可動鏡４の初期位置を測定する必要がなくなる。

なお、上述した実施の形態では、光源１と測定対象の光ファイバ７との間において、光源１からの出力光を偏光子２によって２つの直線偏光にする際に同時に２つの方向に分岐し、しかも光路２のみに可動鏡４を設けてその光路長を調整可能にしているが、必ずしもこのようにしなくてもよい。

図３は本発明の他の実施の形態を示し、同図において、１１は広帯域光の出力光を発生する光源、１２−１，１２−２は偏光子、１３は固定鏡、１４は可動鏡、１５は半透鏡、１６は１／２波長板、１７は測定対象である光ファイバ、１８は検光子、１９は光電変換手段としてのフォトダイオードである。

光源１１からの出力光は、偏光子１２−１によって直線偏光にされて、光ファイバ１７の複屈折軸に対して４５度で入射される。この直線偏光の入射によって光ファイバ１７からの出射される出力光は、偏光子１２−２によって直交する２つの直線偏光にされるとともに異なる２方向に分岐される。分岐された２つの直線偏光は固定鏡１３を有する第１の光路としての光路１１と可動鏡１４を有する第２の光路としての光路１２とをそれぞれ伝播される。光路１１を伝播した一方の直線偏光は固定鏡１３によって、光路１２を伝播した他方の直線偏光は可動鏡１４によってそれぞれ反射される。両直線偏光はその後、合成手段としての半透鏡１５によって合成される。合成された２つの直線偏光は測定対象１７の複屈折軸に対して４５度に配置された検光子１８において干渉させて干渉縞を形成する。検光子１８が形成した干渉縞はフォトダイオード１９によって電気信号に変換される。フォトダイオード１９の出力信号の大きさによって、図２を参照して説明したように、可動鏡１４を移動させ光路１２の光路長を調整した時の干渉縞の鮮明度を観測することができる。１／２波長板１６は、光路１１と光路１２を伝播する直線偏光の方向が光ファイバ１７の複屈折軸に対して一致させるように調整される。なお、測定対象の光ファイバ１７は偏光子１２−１と１／２波長板１６との間に光軸を合わせて着脱自在に装着されるようになっている。よって、偏光子１２−１は、互いに直交する２つの直線偏光を、各偏光成分の方向が測定対象である光ファイバ１７の複屈折軸に対して所定角度となるように調整して光ファイバ１７に対して入射させる光入射手段を構成する。

以上の構成で、まず、１／２波長板１６を調整して光路１１を伝播する直線偏光の方向を光ファイバ１７の複屈折軸の遅相軸に、光路１２を伝播する直線偏光の方向を光ファイバ１７の複屈折軸の進相軸と一致させる。この状態で、フォトダイオード１９の出力信号の大きさによって可動鏡１４を移動させ光路１２の光路長を調整した時の干渉縞の鮮明度を観測し、干渉縞の鮮明度が最大になる可動鏡１４の位置ｘ１を測定する。同様のことを、１／２波長板１６を回転調整して、光路１１を伝播する直線偏光の方向を光ファイバ１７の複屈折軸の進相軸に、光路１２を伝播する直線偏光の方向を光ファイバ１７の複屈折軸の遅相軸と一致するようにした場合について行い、干渉縞の鮮明度が最大になる可動鏡１４の位置ｘ２を測定する。図１に示した実施形態と同様にｘ１−ｘ２＝２ｄであるので、式（１）及び（２）により、群遅延時間差ｔ及び偏波モード分散τｐをそれぞれ求めることができる。

本実施形態では、光路１１及び光路１２、偏光子１２−１、固定鏡１３及び可動鏡１４、並びに１／２波長板１６は、測定対象である光ファイバ１７の複屈折軸の一方を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とをそれぞれ測定するため光路の光路長を調整する光路長調整手段を構成する。そして、偏光子１２−１が測定対象の光ファイバ１７の複屈折軸を伝播する直線偏光を切り替える切替手段として機能している。

図１及び図３に示した実施の形態では、偏光子２及び偏光子１２−１によって、２つの直線偏光を異なる２方向に分岐して２つの光路を伝播させ、一方の光路の光路長のみを調整可能にし、２つの光路は、光源からの広帯域な出力光を分岐して生成した互いに直交する２つの直線偏光を、測定対象に入射する前に合成するまでそれぞれ伝播するものであり、直線偏光の切替は、合成した互いに直交する２つの直線偏光を、測定対象の進相軸及び遅相軸に対して一致させて入射する各偏光成分の方向を切り替えることによって行っているので、測定対象の進相軸及び遅相軸に対する２つの直線偏光成分の方向の一致調整と測定対象の進相軸及び遅相軸に対する２つの直線偏光の切替とを一カ所で行うことで、群遅延時間差を測定することができる。しかし、必ずしもこのようにしなくてもよい。

図４は本発明のさらに他の実施の形態を示し、同図において、２１は広帯域光の出力光を発生する光源、２２は偏光子、２４−１，２４−２は可動鏡、２５は半透鏡、１０−１，１０−２，１０−３は１／４波長板、２７は測定対象である光ファイバ、２８は検光子、２９は光電変換手段としてのフォトダイオードである。

光源２１からの出力光は、偏光子２２と１／４波長板１０−１とによって円偏光にされている。この円偏光は、半透鏡２５によって光路２１と光路２２とに分岐され、光路２１と光路２２にそれぞれ設けられた１／４波長板１０−２及び１０−３の調整によって互いに直交する２つの直線偏光にされている。互いに直交する２つの直線偏光は光路２１及び光路２２に設けられた可動鏡２４−１，２４−２によって反射され、半透鏡２５において再結合された上で、測定対象の光ファイバ２７に入射される。１／４波長板１０−２及び１０−３は、その調整によって、光ファイバ２７に入射される互いに直交する２つの直線偏光の方向を光ファイバ２７の複屈折軸に一致させる。よって、１／４波長板１０−２及び１０−３は、互いに直交する２つの直線偏光を、各偏光成分の方向が測定対象の複屈折軸に対して所定角度となるように調整して前記測定対象に対して入射させる光入射手段として機能する。

２つの直線偏光をその方向を複屈折軸に一致させて入射することによって光ファイバ２７から出射される２つの直線偏光は、検光子２８を介してフォトダイオード２９によって受光される。検光子２８は、光ファイバ２７の複屈折軸に対して４５度に配置されることによって、光ファイバ２７からの出力光である２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を生成する。この干渉縞はフォトダイオード２９によって受光されて、光電変換される。よって、検光子２８とフォトダイオード２９は、２つの直線偏光の入射によって光ファイバ２７から出射する２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成する干渉縞形成手段を構成し、フォトダイオード２９による光電変換によって得られる電気信号を観測することによって、干渉縞の鮮明度を知ることができる。なお、測定対象の光ファイバ２７は、半透鏡２５と検光子２８との間に光軸を合わせて着脱自在に装着されるようになっている。

本実施形態では、光路２１及び光路２２、可動鏡２４−１，２４−２、１／４波長板１０−２，１０−３は、測定対象である光ファイバ２７の複屈折軸の一方を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とをそれぞれ測定するため光路の光路長を調整する光路長調整手段を構成している。

以上の構成で、まず、両可動鏡２４−１，２４−２の初期位置を任意に設定する。このときの可動鏡２４−１，２４−２の初期位置をそれぞれｘ１，ｙ１とする。続いて、可動鏡２４−１の位置を初期位置ｘ１に固定して可動鏡２４−２を移動調整すると同時に、フォトダイオード２９による光電変換によって得られる電気信号を観測することによって、干渉縞の鮮明度が最大になる可動鏡２４−２の位置ｄｙを測定する。その後、可動鏡２４−２の位置を初期位置ｙ１に固定して可動鏡２４−１を調整して同様のことを行い、干渉縞の鮮明度が最大になる可動鏡２４−１の位置ｄｘを測定する。以上のように、測定対象の光ファイバ２７の進相軸及び遅相軸の２つの直線偏光間の群遅延時間差を補償する２つの直線偏光間の光路差２ｄは次式（３）で表される。
２ｄ＝ｄｘ−ｄｙ ・・・・（３）
従って、（１）式より群遅延時間差ｔが、（２）式により偏波モード分散τｐがそれぞれ求められる。

なお、図４の実施形態では、可動鏡２４−１，２４−２などから構成される光路長調整手段は、測定対象の光ファイバ２７に入射する２つの直線偏光の光路を有する構成となっているが、図３について上述した実施の形態同様に、光ファイバ２７から出射する２つの直線偏光を伝播する光路を設け、これらの光路に可動鏡２４−１，２４−２を設ける構成とすることも可能である。

本発明による群遅延時間差測定方法を実施する装置の一実施の形態を示す構成図である。 図１の装置による群遅延時間差測定方法による測定例を説明するための図である。 本発明による群遅延時間差測定方法を実施する装置の他の実施の形態を示す構成図である。である。 本発明による群遅延時間差測定方法を実施する装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。 従来の群遅延時間差測定方法を実施する装置例を示す構成図である。

符号の説明

１，１１，２１ 光源
２，１２−２ 偏光子（分岐手段）
１２−１，２２ 偏光子
３、１３ 固定鏡（光路長調整手段）
４，１４，２４−１，２４−２ 可動鏡（光路長調整手段）
５，１５ 半透鏡（合成手段）
２５ 半透鏡（分岐手段、合成手段）
６，１６ １／２波長板（光路長調整手段、光入射手段、切替手段）
７，１７，２７ 光ファイバ（測定対象）
８，１８，２８ 検光子（干渉縞形成手段）
９，１９，２９ フォトダイオード（干渉縞形成手段）
１０−１ １／４波長板
１０−２，１０−３ １／４波長板（光路長調整手段、光入射手段）

Claims (4)

1. 光源からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光に分岐して別々の光路に伝播させ、該別々の光路を伝播した２つの直線偏光を合成し、該合成した２つの直線偏光を測定対象に対し、各偏光の方向を測定対象の複屈折軸にそれぞれ一致させて入射し、該２つの直線偏光の入射によって前記測定対象から出射する前記２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成し、該形成した干渉縞の鮮明度が最大になる前記２つの直線偏光を伝播する光路間の光路差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播した前記２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定方法であって、
   前記測定対象の複屈折軸の一方を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、前記他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して前記一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とを測定し、
   前記測定した２つの直線偏光に対する光路長の差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播する２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定するようにし、
   前記光路長の測定を、前記２つの光路の一方の光路長を固定し、他方の光路長を調整可能にしておき、前記２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を測定対象の進相軸を伝播する直線偏光から遅相軸を伝播する直線偏光に、又は、遅相軸を伝播する直線偏光から進相軸を伝播する直線偏光に切り替えられる前と後でそれぞれ行い、
   該切り替え前と後でそれぞれ測定された他方の光路の光路長差に基づいて前記群遅延時間差を測定する
   ことを特徴とする群遅延時間差測定方法。
2. 光源からの出力光を直線偏光にし、該直線偏光の方向を測定対象の複屈折軸に対し４５度の所定角度で入射し、該直線偏光の入射によって前記測定対象から出射される出力光を前記測定対象の複屈折軸にそれぞれ一致した方向の互いに直交する２つの直線偏光に分岐して別々の光路に伝播させ、該別々の光路を伝播した２つの直線偏光を合成し、該合成した２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成し、該形成した干渉縞の鮮明度が最大になる前記２つの直線偏光を伝播する光路間の光路差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播した前記２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定方法であって、
   前記測定対象の複屈折軸の一方を伝播した直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、前記他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して前記一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とを測定し、
   前記測定した２つの直線偏光に対する光路長の差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播する２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定するようにし、
   前記光路長の測定を、前記２つの光路の一方の光路長を固定し、他方の光路長を調整可能にしておき、前記２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を測定対象の進相軸を伝播する直線偏光から遅相軸を伝播する直線偏光に、又は、遅相軸を伝播する直線偏光から進相軸を伝播する直線偏光に切り替えられる前と後でそれぞれ行い、
   該切り替え前と後でそれぞれ測定された他方の光路の光路長差に基づいて前記群遅延時間差を測定する
   ことを特徴とする群遅延時間差測定方法。
3. 光源と、該光源からの出力光を互いに直交する２つの直線偏光に分岐する分岐手段と、該分岐手段によって分岐した前記２つの直線偏光を別々に伝播させる２つの光路と、該２つの光路を伝播した２つの直線偏光を合成する合成手段と、該合成手段によって合成した２つの直線偏光を測定対象に対し、各偏光の方向を測定対象の複屈折軸にそれぞれ一致させて入射する光入射手段と、該２つの直線偏光の入射によって前記測定対象から出射する前記２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成する干渉縞形成手段とを備え、該干渉縞形成手段により形成した干渉縞の鮮明度が最大になる前記２つの直線偏光を伝播する光路間の光路差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播した前記２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定方法であって、
   前記測定対象の複屈折軸の一方を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、前記他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して前記一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とをそれぞれ測定するため前記光路の光路長を調整する光路長調整手段を備え、
   前記測定した２つの直線偏光に対する光路長の差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播する２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定するようにし、
   前記光路長調整手段は、前記２つの光路の一方の光路長を固定し、他方の光路長を調整可能にしておき、前記２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を測定対象の進相軸を伝播する直線偏光から遅相軸を伝播する直線偏光に、又は、遅相軸を伝播する直線偏光から進相軸を伝播する直線偏光に切り替えられる前と後で光路長を調整し、
   該切り替え前と後で前記光路長調整手段により調整されそれぞれ測定された他方の光路の光路長差に基づいて前記群遅延時間差を測定する
   ことを特徴とする群遅延時間差測定装置。
4. 光源と、該光源からの出力光を直線偏光にし、該直線偏光をその成分方向を測定対象の複屈折軸に対し４５度の所定角度で入射する入射手段と、該直線偏光の入射によって前記測定対象から出射される出力光を前記測定対象の複屈折軸にそれぞれ一致した方向の互いに直交する２つの直線偏光に分岐する分岐手段と、該分岐した２つの直線偏光を別々に伝播させる２つの光路と、該２つの光路を別々に伝播した２つの直線偏光を合成する合成手段と、該合成した２つの直線偏光を干渉させて干渉縞を形成する干渉縞形成手段とを備え、該干渉縞形成手段により形成した干渉縞の鮮明度が最大になる前記２つの直線偏光を伝播する光路間の光路差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播した前記２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定する群遅延時間差測定装置であって、
   前記測定対象の複屈折軸の一方を伝播した直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して複屈折軸の他方を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長と、前記他方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の光路長を所定長さに固定して前記一方の複屈折軸を伝播する直線偏光の光路の長さを調整したとき前記干渉縞の鮮明度が最大になる当該光路の光路長とを測定するため前記光路の光路長を調整する光路長調整手段を備え、
   前記測定した２つの直線偏光に対する光路長の差に基づいて前記測定対象の進相軸及び遅相軸を伝播する２つの直線偏光間に生じる群遅延時間差を測定するようにし、
   前記光路長調整手段は、前記２つの光路の一方の光路長を固定し、他方の光路長を調整可能にしておき、前記２つの光路をそれぞれ伝播する直線偏光を測定対象の進相軸を伝播する直線偏光から遅相軸を伝播する直線偏光に、又は、遅相軸を伝播する直線偏光から進
   相軸を伝播する直線偏光に切り替えられる前と後で光路長を調整し、
   該切り替え前と後で前記光路長調整手段により調整されそれぞれ測定された他方の光路の光路長差に基づいて前記群遅延時間差を測定する
   ことを特徴とする群遅延時間差測定装置。

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