JP5012145B2

JP5012145B2 - 偏光解析装置

Info

Publication number: JP5012145B2
Application number: JP2007093030A
Authority: JP
Inventors: 安弘竹村
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008249586A

Description

本発明は、レーザ光の偏光状態を高精度で解析できる偏光解析装置に関する。

光デジタル伝送の高速化の開発が進められているが、特に１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以上という高速においては、従来の伝送速度ではあまり問題とならなかった光ファイバ中で発生する偏光モード分散の影響によって伝送特性が劣化することが知られている。偏光モード分散とは、シングルモード光ファイバのコア部分の真円からのずれや、ファイバへの側圧等によって、２つの直交する偏光モード間に群遅延時間差が生じるもので、それらが互いに干渉するため伝送特性の劣化の原因となる。このため、光ファイバ中での偏光度（ＤＯＰ）を精度よく評価できる測定技術が重要である。一般に、ＤＯＰの評価パラメータとして、４つのパラメータからなるストークスパラメータ（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，）を用いて評価されることが多い。ストークスパラメータは、偏光状態を完全偏光（直線偏光、円偏光、楕円偏光等）、部分偏光を含めて統一的に取り扱うことができ、また、ポアンカレ球表示で表すと見通しが良いので、広く使用されている。具体的な測定は、被測定光信号を４分岐して、夫々に所定の位相補償処理と偏光フィルタ処理を行い、処理後の光強度を測定し、この測定値を基に所定の演算をすることにより求める（非特許文献１参照）。ここで、被測定光信号を４分岐する分岐手段として、４つのプリズムを一体化したものを用いて波面を分岐する方法（特許文献１）、ビームスプリッタを用いて振幅を分割する方法（特許文献２）がある。前者は、４つのプリズムを組み合せ、その接触部分に光ビームを入射して、４方向に分岐するものである。後者は、複数個のビームスプリッタで順次被測定光を２分岐して、最終的に４分岐するものである。
「高精度ＤＯＰ測定器の開発」古川電工時報、第１１１号（第３７ページ〜第３８ページ図３、式（１）〜（３）参照）特開平６−３４４４４号公報（図４の符号１１，１２，１３，１４参照）特開平８−２０１１７５号公報（図１の符号１，２，３参照）

しかし、４つのプリズムを用いる方法では、光軸の変動により分岐された光の光量が変化するので、光軸を正確にプリズムの所定の位置に合わせる必要があり、機械的な安定性にかけるという問題があった。また、ビームスプリッタを用いる方法では、半透明板の光の透過、反射において偏光成分の比率の変化、位相の変化が起こり、高い精度の測定結果が得にくいという問題があった。又、偏光モード分散補償への適用を考慮して偏光モニタとして使用した場合、測定用の４つの分岐以外に信号を伝送するための分岐が必要となるが、このような場合に分岐が更に一つ増えて光学系が複雑となる問題があった。
そこで、本発明は、簡単な構成で、しかも光軸合わせの問題のない分岐回路を持つ高精度な偏光解析装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の態様に係る発明による偏光解析装置は、例えば、図１に示すように、光束（１）を少なくとも４つの分岐光路（３_１〜３_４）に分岐する分岐手段（２）と、前記４つの分岐光路を生成した後、所定の光処理を行う手段（４）、前記分岐光路からの各々の光強度を測定する手段（６_１〜６_４、）、該光強度から偏光状態を示すストークスパラメータを算出する手段（９）を備え、前記分岐手段は、回折格子（２_ｇ）を含み、異なる回折角に対応して生成される光路を前記分岐光路として使用する。

ここで、所定の光処理とは、ストークスパラメータの４つのパラメータ（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，）を得るため、例えば、被測定光に対して、偏光フィルタ処理、位相補償処理を行うことであり、具体的には後述する。分岐手段（２）は、ストークスパラメータ測定に必要な分岐光路を一度に分岐するもので、単一の回折格子２_ｇで構成するか、図１（ｂ）（ｃ）のように、回折格子２_ｇを分岐手段の一部の構成要素として構成する。回折角とは、回折の結果、偏向されて出射する光軸と入射光の光軸との挟む角度をいい、回折角に対応して生成される光路とは、回折格子から分離される光の各々の行路をいう。

このように構成すると、一度に多くの分岐光路が得られるので、部品点数を削減することが出来、測定装置の光学系を簡略化することが出来る。また、分岐手段に回折格子を使用しているので光軸のずれが問題とならない。更に、回折格子では、分岐された光路の間で偏光の振幅、位相についてずれの問題が起こりにくいので、高精度な測定が出来る。

また、第２の態様に係る発明による偏光解析装置は、例えば、図３に示すように、第１の態様において、前記分岐光路（３_１〜３_４）のうち第１の分岐光路（３_１）には、１／４波長板（１２）と４５°偏光子（１１_４５Ｂ）を、前記分岐光路のうち第２の分岐光路（３_２）には、４５°偏光子（１１_４５Ａ）を、前記分岐光路のうち第３の分岐光路（３_３）には、０°の偏光子（１１_０）を備える。

ここで、１／４波長板は、互いに直交する偏光成分の位相差を９０°変化させるもの、０°偏光子、４５°偏光子は、各々、０°、４５°の偏光成分のみを透過するものである。尚、４５°偏光子は、基準となる偏光（０°）に対して、±４５°のいずれの方向かは問わない。

このように構成すると、一度に多くの分岐光路が得られるので、分岐手段の部品点数を削減することが出来、測定装置の光学系を簡略化することが出来る。また、分岐手段に回折格子を使用しているので光軸のずれが問題とならない。更に、回折格子では、分岐された光路の間で偏光の振幅、位相についてずれの問題が起こりにくいので、高精度な測定が出来る。

また、第３の態様に係る発明による偏光解析装置は、例えば、図４に示すように、第２の態様の偏光解析装置において、前記分岐手段（２）を、単一の回折格子（２_ｇ）で構成したものである。

また、第４の態様に係る発明による偏光解析装置は、例えば、図５、図６に示すように、第１の態様において、前記分岐光路のうち第１の分岐光路（３_１）には、１／４波長板（１２）と、４５°偏光子（１１_４５Ｂ）を、前記分岐光路のうち第２の分岐光路（３_２）には、４５°偏光子（１１_４５Ａ）を備え、前記分岐手段（２）には、前記第１の分岐光路（３_１）および前記第２の分岐光路（３_２）以外の一つの分岐光路（３_６）からの光を０°の偏光成分と９０°の偏光成分に分離して、２つの分岐光路（３_３、３_４）を生成する直交偏光分離手段（２_ｓ）を有する。

このように構成すると、少ない数の分岐手段で一度に多くの分岐を行うことが出来、また、０°偏光子が不要になるので、測定装置の光学系を簡略化することが出来る。また、分岐手段に回折格子を使用しているので光軸のずれが問題とならない。更に、回折格子では、分岐された光路の間で偏光成分のずれの問題が起こりにくいので、高精度な測定が出来る。

また、第５の態様に係る発明による偏光解析装置は、例えば、図６に示すように、第４の態様の偏光解析装置において、前記分岐手段は、単一の前記回折格子（２_ｇ）、及び前記直交偏光分離手段（２_ｓ）で構成される。

このように構成すれば、部品点数を減らすことができるので偏光解析装置を簡略化することが出来る。

また、第６の態様に係る発明による偏光解析装置は、例えば、図８に示すように、第２乃至第５の態様のいずれかに記載の偏光解析装置において、前記第１の分岐光路（３_１）、及び前記第２の分岐光路（３_２）に設けられた前記４５°偏光子（１１_４５Ａ、１１_４５Ｂ）とを一体で構成（１１_４５）する。

また、第７の態様に係る発明による偏光解析装置は、例えば、図９に示すように、第１乃至第６の態様のいずれかに記載の偏光解析装置において、前記分岐光路（３_１〜３_４）で測定される光強度を、前記分岐光路に分岐する分岐の効率で調整する。分岐の効率とは、分岐手段（２）に入射した光強度に対する、各分岐光路（３_１〜３_４）を通過し、各偏光子（１１）に達したとき（偏光子が挿入されていない分岐光路については光強度を測定する手段（光電気変換手段）（６_４）に達したとき）の光強度の比である。尚、上記分岐の効率は、分岐手段（２）の分岐効率と偏光子（１１）及び１／４波長板（１２）等を含んだ各分岐光路（３_１〜３_４）の損失等を含めて決定してもよい。調整は、光レベル調整手段（２３）のような光信号の段階で行ってもよいし、レベル補償手段（２４）のような測定データ取得後、電気信号の段階で行ってもよい。更に、データ処理部（９）で演算上行ってもよい。

このように構成すれば、偏光子（１１）や１／４波長板(１２)等の損失を含め、分岐光路（３）の分岐の効率の差、及び光電気変換手段（６）の変換効率の差などによる誤差を調整することもでき、高精度な測定結果を得ることができる。

また、第８の態様に係る発明による偏光解析装置は、例えば、図１０に示すように、第１乃至第７の態様のいずれかに記載の偏光解析装置において、偏光解析に使用する前記分岐光路以外の分岐光路（図１０では、分岐光路３_０）で得られる光を信号光として使用する。尚、分岐光路以外の分岐光路は、ストークスパラメータ測定用の分岐光路以外であれば、回折格子で得られる分岐光路を任意に選択できる。
また、第９の態様に係る発明による偏光解析装置は、例えば、図１１に示すように、第１乃至第８の態様のいずれかに記載の偏光解析装置において、分岐光路（３ _１〜３ _４）からの各々の光強度を測定する手段（６ _１〜６ _４）への分岐光路（３ _１〜３ _４）の入射は、各々の光強度を測定する手段（６ _１〜６ _４）に対して垂直の方向に入射するように構成される。

本発明の偏光解析装置によれば、回折格子を用いて分岐するので、光軸のずれが問題とならない。更に、回折格子を用いることにより、分岐された光路の間で偏光成分のずれの問題が起こりにくいので、高精度な測定が出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。また、３_１のように、符号で下付き文字があるものは、符号３で表される同種のものが複数あり、そのうちの１つであることを示す。尚、本明細書で「第ｎの分岐光路」という時、下付き数字等と「ｎ」とは無関係である。また、符号に「’」があるのは、同様の機能のものであるが、一部構成上相違するものを含むものであることを表す。

実施の形態の説明の前に、ストークスパラメータの測定原理について簡単に説明する。
図１２（ａ）は、４分岐による測定原理を示す図である。測定される光束１を分岐手段２で４つの分岐光路（＃１〜＃４）に分岐し、＃１の分岐光路の光束は、互いに直交する二つの偏光成分の位相差を９０°変化させる１／４波長板１２と、基準偏光に対して４５°傾いた偏光成分だけを通過させる４５°偏光子１１_４５Ｂを通した後、光電気変換手段６_１で電力Ｉ_ｑ４５として検出する。＃２の分岐光路の光束は基準偏光角度に対して４５°傾いた偏光成分だけを通過させる、４５°偏光子１１_４５Ａを通した後、光電気変換手段６_２で電力Ｉ_４５として検出する。＃３の分岐光路の光束は基準偏光（基準角度：０°）成分だけを通過させる０°偏光子１１_０を通した後、光電気変換手段６_２で光エネルギ（光強度）を電気エネルギに変換し、電力Ｉ_０として検出する。＃４の分岐光路の光束は、直接、光電気変換手段６_４に入り、電力Ｉ_ｔとして検出する。得られた４つの電力検出結果を用い、演算手段９を用い次式によりストークスパラメータを求める。
Ｓ_０＝Ｉ_ｔ（１−１）
Ｓ_１＝２・Ｉ_０―Ｉ_ｔ（１−２）
Ｓ_２＝２・Ｉ_４５―Ｉ_ｔ（１−３）
Ｓ_３＝２・Ｉ_ｑ４５―Ｉ_ｔ（１−４）

図１２（ｂ）は、他の方法による測定の原理を示したものである。（ａ）と異なる点は、分岐光路＃４の分岐光路は９０°偏光子１１_９０で９０°偏光成分だけを通過させて光強度を検出する点、演算手段９の演算内容が異なる点である。＃１、＃２、＃３の分岐光路の構成は（ａ）の＃１、＃２、＃３と同じであるので、光電気変換手段６_１、６_２、６_３の出力は、各々、Ｉ_ｑ４５、Ｉ_４５、Ｉ_０である。光電気変換手段６_４の出力を、Ｉ_９０、とすると、演算手段９’を用い次式によりストークスパラメータを求める。
Ｓ_０＝Ｉ_０＋Ｉ_９０（２−１）
Ｓ_１＝Ｉ_０−Ｉ_９０（２−２）
Ｓ_２＝２・Ｉ_４５―（Ｉ_０＋Ｉ_９０）（２−３）
Ｓ_３＝２・Ｉ_ｑ４５―（Ｉ_０＋Ｉ_９０）（２−４）

以上、説明したように、図１２で説明した方法で、ストークスのパラメータを求めることができる。ストークスパラメータを用いると、直線偏光・円偏光・楕円偏光等の完全偏光や、部分偏光を含めて偏光状態を統一的に評価することができる。本測定方法で、重要なことは、高精度な測定データを得るために、被測定光の偏光状態を出来るだけ測定系で乱さないことである。特に、分岐手段２で偏光状態の変動を受けやすい。

図１は、本願に係る発明の第１の実施の形態を示したものである。測定される光束１が分岐手段２で４分岐され、分岐光路３_１、３_２、３_３、３_４、となる。分岐手段２は、図４のように、一つの分岐手段要素（回折格子２_ｇ）で構成してもよいし、図１（ｂ）（ｃ）のように、二つ以上の分岐手段要素（２_ｇ、２_ｈ、２_ｈ’等）を組み合わせて構成しても良い。また、二つ以上の分岐手段要素（２_ｇ、２_ｈ、２_ｈ’）は、回折格子とするのが好ましい。光処理手段４は、各々、特定の偏光成分のみを通過させ、偏光間の位相をシフトさせる機能を含むもので、例えば、図１２で説明した偏光子１１、１／４波長板１２で構成されるものである。光処理手段４の具体的な内容については後述する。光電変換素子アレイ５は、例えば、フォトダイオードなどの光電気変換手段６_１〜６_４を複数配置したもので、光処理手段４の出力光束の光電変換素子アレイ５上の光スポット７が丁度光電気変換手段６の受光部と重なるようになっている。このようにして、所定の光処理を受けた分岐光束の強度が検出電気信号８_１〜８_４に変換され、演算手段で、式（１）（２）を用いて、Ｓ_０〜Ｓ_３の値が演算され、測定出力１０として出力される。尚、本図では、光電変換素子アレイ５として一体化したものを示したが、複数に分離して構成してもよい。また、演算手段９は光電変換素子アレイ５と一体化して構成することもできる。

本実施の形態の特徴とするところは、分岐手段２に回折格子を含ませて構成した点である。周知のとおり回折格子に平行光線を入射すると、種々の回折角で光束が分離される。その様子を図２に示した。回折格子２_ｇに入射した平行光束１は隣接するスリット１７等での位相差（図２の距離ｈに相当する光路差位相角）が波長の整数（ｍ）倍になるような角度（回折角θ）の方向に明線を生じ、光束を分離して取出せる。ここで、ｍ値を次数と言う。分岐の角度（回折角θ）は、回折格子のピッチΛを選ぶとコントロールすることが出来る。回折格子２_ｇの偏光成分のずれは、回折角が大きくない範囲（１５°程度）では、あまり問題とならないことが知られており、回折格子２_ｇで、この範囲内の回折角で分岐光路３を得れば精度の高い測定を行うことができる。種々の次数の分岐光路を同時に使えば、回折格子２_ｇで一度に偏光成分のずれの少ない複数の分岐光を分離することができる。

図１（ｃ）のように、分岐手段要素２_ｈ’にも回折格子を使うこともできる。（ｂ）で示す、二つの分岐手段要素（２_ｇ、２_ｈ）の間では、いずれか一方が回折格子である形態と双方とも回折格子の形態があり得る。

図３は、第２の実施の形態を説明するものであり、分岐手段２を２つの分岐手段要素である、回折格子２_ｇ、及び分岐要素２_ｈで構成した例について示したものである。また、図３には、図１の、各分岐光路（３_１〜３_４）に挿入した光処理手段４を、図中、４_Ａ、４_Ｂ、４_Ｃとして具体的に示した。分岐光路３_１には、１／４波長板１２、及び４５°偏光子１１_４５Ｂが挿入されている。分岐光路３_２には、４５°偏光子１１_４５Ａが挿入されている。分岐光路３_３には、０°偏光子１１_０が挿入されている。分岐光路３_４では、分岐した光束が直接光変換手段６_４に照射される。この構成は、図１２（ａ）の構成に対応している。コリメータレンズ１５は、光ファイバ１４からの光信号を平行光束１にするものである。尚、ここで説明した構成の光処理方式は、図１２（ａ）の場合と同じであり、演算手段９の演算は式（１）を用いて行う。また、他の実施の形態として、更に、分岐光路３_４に９０°偏光子を挿入する形態もある。この場合、演算手段９の演算は式（２）を用いて行う。

図４は、第２の実施の形態の別の構成を説明するものであり、分岐手段２として単一の回折格子２_ｇを用いたものである。このように構成すれば、一つの回折格子２_ｇで全ての分岐光路（３）を得ることができるので更に装置を小型化できる。また、回折格子を用いているので、分岐手段での偏光成分の変化が少なく高精度な測定結果を得ることができる。

図５（ａ）は、第３の実施の形態を説明するものである。分岐手段２は、回折格子２_ｇ、分岐手段２_ｈ、及び、直交偏光分離手段２_ｓで構成する。回折格子２_ｇは、平行な光束１を分岐光路３_５，３_６に分岐した後、分岐光路３_５は、更に、分岐手段要素２_ｈで分岐され、分岐光路３_１、分岐光路３_２を得る。分岐光路３_６は、直交偏光分離手段２_ｓに接続され、０°偏光成分と９０°偏光成分に分離され、各々分岐光路３_３、３_４として出力される。以上の４つの分岐光路（３_１、３_２、３_３、３_４）の光束は、各々、光電気変換手段（６_１、６_２、６_３、６_４）で光強度を測定される。

図５（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）の分岐光路３_６、直交偏光分離手段２_ｓ、分岐光路３_３、３_４、の部分を横から見たものである。（ｂ）は、直交偏光分離手段２_ｓとして、複屈折素子２_ｓＡを用いたものである。周知のとおり、複屈折素子は、直交する偏光成分を含む光束に対して、各々の偏光成分に対して異なる光路で外部に光束を出射するもので、例えば、方解石の結晶がある。（ｃ）は、直交偏光分離手段２_ｓとして、偏光ビームスプリッタ２_ｓＢ１と直角プリズム２_ｓＢ２を組み合わせたものを用いたものである。各々直交する偏光成分が偏光ビームスプリッタ２_ｓＢ１で透過光路３_４と反射光路３_３として分離されて得られる。偏光ビームスプリッタ２_ｓＢ１に接して設けられた直角プリズム２_ｓＢ２は、分岐光路３_３の方向を直角に曲げて光路の方向を光電気変換手段６_３に向けるものである。なお、直角プリズム２_ｓＢ２による反射で偏光成分の変動が生じても、光強度に影響しないので測定誤差とならない。光電変換素子アレイ５’は、図３で説明した、光電変換素子アレイ５と同等のものであるが、分岐光路３の空間的な配置に合わせて光電気変換手段６の光電変換素子アレイ５上の配置が異なる。

このように構成すれば、一つの回折格子２_ｇで複数の分岐光路を得ることができると共に、０°偏光子が不要となり、装置を簡略化できる。また、回折格子２_ｇを用いているので、分岐手段での偏光成分の変動が少なく高精度な測定結果を得ることができる。

図６は、第３の実施の形態の別の構成を説明するもので、図５のさらに具体的な構成を示したものであり、分岐手段２として単一の回折格子２_ｇと、直交偏光分離手段２_ｓを用いたものである。このように構成すれば、更に測定装置を簡略化できる。

図７（ａ）は、回折格子２_ｇの具体的な構造を示したものである。（ａ）は、所謂スリット型の回折格子であり、薄い透明基板１９上に細い非透明平行線を配置して、透過部分２０_Ｂ（図２の１７に相当）と非透過部分２０_ＡをピッチΛ間隔で設けたものである。図２で説明したように、回折角θは被測定光束の波長λとピッチΛで決定され、ピッチΛの値が大きいと回折角（分岐角度θ）が小さくなる。前述したように、回折格子は偏光成分のずれの少ない特性を持つが、極端に大きな回折角を取ると、偏光成分の変動の問題が起きる場合がある。本願発明の発明者の実験によると、式（３）を満たすようにΛの値を選定することが望ましい。
Λ＞１０λ （３）
また、回折角θは、回折格子２_ｇから光電変換素子アレイ５、５’までの距離と、光電気変換手段６の間隔と、分岐光束径で決まる寸法的な条件でも決まる。Λの値を式（３）を満たす範囲で小さくすれば、分岐手段２と光電変換素子アレイ５、５’の間隔を小さくすることができ、偏光解析装置を小型化できる。一方、分岐手段２と光電変換素子アレイ５、５’の間隔が与えられた場合は、Λの値を大きくとれば、光電気変換手段６_１〜６_４の間隔を小さくすることが出来る。

図７（ｂ）は、回折格子２_ｇの他の具体的な構造を示したものである。（ｂ）（ｃ）は、位相格子と呼ばれるもので、（ｂ）は、透明基板の上に高さｄの土手状の部分２１をピッチΛで形成した回折格子である。
位相格子では、以下のＱ値を用いてその特性が評価される。即ち、Ｑ値は実質的な格子の厚さの目安を与えるものであり、この値が大きくなるとブラッグ回折の影響が強くなり、光波の振動方向による回折効率の差が顕著となる。本願発明の発明者の実験的な検討によれば、Ｑ値として、以下の条件を満足することが望ましい。
Ｑ＝（２πλｄ／（ｎΛ^２））＜１／１０（４）

以上のように、回折格子２_ｇの諸元を式（３）、（４）で計算される範囲の値に設定することにより、分岐角度が大きい時に問題となる偏光成分の変動、及び分岐光路の回折効率の差を一定値以下に抑えることができ高精度な測定結果を得ることが出来る。上記のとおり、測定精度の点からは、Λの値に下限があるが、回折格子２_ｇと光電変換素子アレイ５の間隔を小さくして、解析装置の大きさを出来るだけ小さくなるようにする場合、又、分岐光路３の各光束を光電変換素子アレイ上で分離するためには、Λの値に上限がある。
回折格子２_ｇとして、本願実施の形態の説明では透過型のものについて説明したが、反射型や階段格子型のものを使用できることは勿論である。

図８は、第４の実施の形態の構成を説明する図で、図４の構成を変形したものである。図４の４５°偏光子１１_４５Ａと１１_４５Ｂの機能を、一つの偏光子１１_４５で共用するものである。図８のように、単一の４５°偏光子１１_４５を二つの分岐光路３_１及び３_２の二つをカバーするように配置している。このような構成にすることで、偏光子１１_４５の数を削減することが出来る。尚、本実施の形態は、図４の構成への適用に限定されるものではなく、４５°偏光子を複数個使用する場合のすべてに適用可能である。

図９は、第５の実施の形態を説明する図であり、分岐手段の分岐の効率のアンバランスを補償して測定精度を向上させる構成について、図４の構成に適用した場合を例として説明した図である。尚、図４の構成に限定されず、本願発明の他のすべての構成に適用できることは勿論である。分岐手段２を用いた場合、分岐効率のアンバランスにより、分岐された分岐光路３の各光レベルが均一にならない場合がある。本構成は、このような場合に各分岐光路３_１〜３_４の光に対して所定の減衰を与える光レベル調整手段２３_１〜２３_４を挿入し、その減衰量を分岐効率の差に基づき設定する。また、分岐手段２_ｇの入射端から光電気変換手段６の入射端までの各分岐光路３の各損失量をあらかじめ測定し、その損失量を加味して光レベル調整手段２３_１〜２３_４で減衰量を調節すれば、分岐手段２_ｇの分岐効率のアンバランスだけでなく、偏光子１１、１／４波長板１２の損失や各分岐光路３_１〜３_４の伝播損失、光電気変換手段６の変換効率などのアンバランスを含め補償することが出来、偏光解析装置の測定精度を上げることが出来る。レベル補償手段２４は、上述した、分岐効率を含む分岐の効率のアンバランスを電気信号に変換した後行うもので、光レベル調整手段２３を用いる光段階の補償と同様の効果を得ることができる。更に、演算手段９の演算によって補償することもできる。

図１０は、第６の実施の形態を示したもので、偏光解析に使用する分岐光路以外の分岐光路３_０を回折格子２_ｇから分岐し、信号光として光ファイバ１４’に入射するする構成である。図では、信号用分岐光路３_０を通すため光電変換素子アレイ５に通過穴１８が設けられている。このような構成をとることにより、信号光を伝送したまま偏光状態が測定できるので、光ファイバ通信システムの偏光モード分散補償の偏光モニタとして使用することが出来る。尚、本図では、信号用分岐光路として０次のものを例にしたが、この次数に限定することはなく、他の次数を選択してもよい。

図１１は、第７の実施の形態を示したもので、分岐光路３_１〜３_４に偏向プリズム２５_１〜２５_４を挿入し、回折格子２_ｇで分岐された分岐光路３の光軸方向を光電変換素子アレイ５に垂直にし、全部の分岐光束が光電気変換手段６に対して垂直の方向に入射するようにしたものである。このような構成にすることにより、すべての光電気変換手段に一定の角度で測定光束が入射でき、分岐光路３_１〜３_４による光電気変換効率のアンバランスを少なくすると共に、光電気変換効率を最大にするようにできる。尚、ここでは、入射角が垂直の場合について説明したが、アンバランスの対策だけであれば、入射角度が同じであれば、入射角が垂直であることに限定されない。また、入射角度のアンバランスによる光強度の検出値補償は、図９で示した構成でも行うことができる。

本願実施の形態では、ストークスパラメータの測定の光処理として、図３、図５のような位相補償処理、偏光フィルタ処理、又は、直交偏光分離処理を組み合わせる構成に対して説明したが、この構成に限定されるものでなく、非測定光を複数の分岐光路に分岐して所定の光処理を行う構成に対しても本願の技術的範囲が及ぶことは明らかである。

本願発明は、光ファイバの偏光状態を測定する測定器や、光ファイバを用いた通信システムの偏光モード分散補償装置の偏光モニタに利用することができる。また、ファイバへの応力が伝送光の偏光状態に影響を与えることを利用して、各種応力の検出に広く利用することが出来る。

本願発明に係る第１の実施の形態を説明する図である。回折格子で平行光束を複数の分岐光路に分離する様子を説明する図である。第２の実施の形態の構成を説明する図である。第２の実施の形態の別の構成を説明する図である。第３の実施の形態の構成を説明する図である。第３の実施の形態の別の構成を説明する図である。回折格子の構造を説明する図である。第４の実施の形態の構成を説明する図である。第５の実施の形態の構成を説明する図である。第６の実施の形態の構成を説明する図である。第７の実施の形態の構成を説明する図である。ストークスパラメータの測定原理を説明する図である。

符号の説明

１光束
２分岐手段
２_ｇ回折格子（分岐手段要素）
２_ｈ、２_ｈ’ 分岐手段要素
２_ｇＡスリットを用いた回折格子
２_ｇＢ、２_ｇＣ位相格子
２_ｓ直交偏光分離手段
２_ｓＡ複屈折素子
２_ｓＢ１偏光ビームスプリッタ
２_ｓＢ２直角プリズム
３分岐光路
４光処理手段
５、５’ 光電変換素子アレイ
６、６’光電気変換手段
７光スポット
８検出電気信号
９演算手段
１０測定出力
１１偏光子
１１_００°偏光子
１１_９０９０°偏光子
１１_４５Ａ、１１_４５Ｂ４５°偏光子
１２１／４波長板
１４、１４’ 光ファイバ
１５、１５’ コリメータレンズ
１６直交偏光分離手段
１６_Ａ複屈折素子
１６_Ｂ偏光ビームスプリッタ
１７スリット
１８通過穴
１９基板
２０_Ａ非透過部分
２０_Ｂ透過部分
２１土手状の部分
２３光レベル調整手段
２４レベル補償手段
２５偏向プリズム
１００偏光解析装置
１０１，１０１’ 偏光状態検出部分

Claims

光束を少なくとも４つの分岐光路に分岐する分岐手段と；
前記４つの分岐光路を生成した後、所定の光処理を行う手段、前記分岐光路からの各々の光強度を測定する手段、該光強度から偏光状態を示すストークスパラメータを算出する手段を備え；
前記分岐手段は、以下の条件のいずれか一以上の条件を満たす１又は２個の回折格子で構成され、異なる回折角に対応して生成される光路を前記分岐光路として使用する；
（ａ）前記回折格子の回折角は１５°以下の範囲で構成され；
（ｂ）前記回折格子のピッチΛは前記光束の波長λに対してΛ＞１０λとなるように構成され；
（ｃ）前記回折格子の土手の高さｄを用いて示す前記回折格子の回折効率の特性値ＱはＱ＝（２πλｄ／（ｎΛ＾２））＜１／１０として構成された；
偏光解析装置。
前記分岐光路のうち第１の分岐光路には、１／４波長板と４５°偏光子を；
前記分岐光路のうち第２の分岐光路には、４５°偏光子を；
前記分岐光路のうち第３の分岐光路には、０°の偏光子を備える；
請求項１記載の偏光解析装置。
前記分岐手段は、単一の前記回折格子で構成される；
請求項２記載の偏光解析装置。
前記分岐光路のうち第１の分岐光路には、１／４波長板と、４５°偏光子を；
前記分岐光路のうち第２の分岐光路には、４５°偏光子を備え；
前記分岐手段には、前記第１の分岐光路および前記第２の分岐光路以外の一つの分岐光路からの光を０°の偏光成分と９０°の偏光成分に分離して、２つの分岐光路を生成する直交偏光分離手段を有する；
請求項１記載の偏光解析装置。
前記分岐手段は、単一の前記回折格子、及び前記直交偏光分離手段で構成される；
請求項４記載の偏光解析装置。
前記第１の分岐光路、及び前記第２の分岐光路に設けられた前記４５°偏光子とを一体で構成した；
請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の偏光解析装置。
前記光強度を、前記分岐光路に分岐する分岐の効率で調整する；
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の偏光解析装置。
前記分岐光路で得られる光を信号光として使用する；
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の偏光解析装置。
前記分岐光路からの各々の光強度を測定する手段は光電気変換手段であって、前記光電気変換手段への前記分岐光路の入射は、前記光電気変換手段に対して各々同じ入射角で入射するように構成された；
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の偏光解析装置。