JP6055006B2 - 分光装置及び分光方法並びに分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、回折格子を用いて入力信号に含まれる特定波長の成分を分離する分光装置及び分光方法並びに分析装置に関する。

回折格子による光の回折作用を利用して入射光に含まれる各波長成分を選択的に受光する分光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。回折格子の回折特性は入射光の偏光状態に依存する。この依存性の影響をなくすために、特許文献１の発明は、偏光分離素子２１で測定対象の入射光を偏光状態ごとに分離し、偏波変換部２２で各偏光の偏光状態を揃えて回折格子２７に入射させ、波長選択後の偏光を偏光分離素子２１で合波して取り出す。

特開２００２−３２３３７４号公報

特許文献１の発明は、偏光分離素子２１を用いて入射光の分離及び波長選択後の偏光の合波を行っているため、選択波長における偏光状態を検出することはできない。

そこで、本発明は、選択波長における偏光状態を検出可能な分光装置の提供を目的とする。

本発明に係る分光装置は、
回折格子を用いて入力信号に含まれる特定波長の成分を分離する分光装置であって、
前記入力信号を偏波方向の異なる第１の偏光及び第２の偏光に分離する第１のＰＢＳ（１１）と、
偏波方向が前記回折格子の溝に対して第１の一定角度傾斜する前記第１の偏光を透過するとともに、偏波方向が前記第１の一定角度に直交する第２の一定角度である偏光を反射する第２のＰＢＳ（１２Ｐ）と、
偏波方向が前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜する前記第２の偏光を透過するとともに、偏波方向が前記第２の一定角度である偏光を反射する第３のＰＢＳ（１２Ｓ）と、
前記第２のＰＢＳから入射された前記第１の偏光を、前記回折格子の溝に対する特定の偏波方向に回転させて第１の光路に出射するとともに、前記第１の光路側から入射された光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第２のＰＢＳに出射する第１の偏波回転部（１３Ｐ）と、
前記第３のＰＢＳから入射された前記第２の偏光を、前記回折格子の溝に対する前記特定の偏波方向に回転させて第２の光路に出射するとともに、前記第２の光路側から入射された光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第３のＰＢＳに出射する第２の偏波回転部（１３Ｓ）と、
前記第１の光路及び前記第２の光路上に配置され、前記第１の偏波回転部から入射された前記第１の偏光及び前記第２の偏波回転部から入射された前記第２の偏光を、波長ごとに異なる方向に回折する回折格子（１５）と、
前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を、前記第１の光路又は前記第２の光路に折り返す折り返し部（１６）と、
を備え、
前記第２のＰＢＳは、前記回折格子で回折後に前記第１の偏波回転部を通過して偏波方向が前記第２の一定角度となった前記特定波長の偏光を反射することによって、当該特定波長の偏光を前記第１の偏光から分離し、
前記第３のＰＢＳは、前記回折格子で回折後に前記第２の偏波回転部を通過して偏波方向が前記第２の一定角度となった前記特定波長の偏光を反射することによって、当該特定波長の偏光を前記第２の偏光から分離する。

本発明に係る分光装置は、
回折格子を用いて入力信号に含まれる特定波長の成分を分離する分光装置であって、
前記入力信号を偏波方向の異なる第１の偏光及び第２の偏光に分離する第１のＰＢＳ（１１）と、
偏波方向が前記回折格子の溝に対して第１の一定角度傾斜する前記第１の偏光を反射するとともに、偏波方向が前記第１の一定角度に直交する第２の一定角度である偏光を透過する第２のＰＢＳ（１２Ｐ）と、
偏波方向が前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜する前記第２の偏光を反射するとともに、偏波方向が前記第２の一定角度である偏光を透過する第３のＰＢＳ（１２Ｓ）と、
前記第２のＰＢＳから入射された前記第１の偏光を、前記回折格子の溝に対する特定の偏波方向に回転させて第１の光路に出射するとともに、前記第１の光路側から入射された光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第２のＰＢＳに出射する第１の偏波回転部（１３Ｐ）と、
前記第３のＰＢＳから入射された前記第２の偏光を、前記回折格子の溝に対する前記特定の偏波方向に回転させて第２の光路に出射するとともに、前記第２の光路側から入射された光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第３のＰＢＳに出射する第２の偏波回転部（１３Ｓ）と、
前記第１の光路及び前記第２の光路上に配置され、前記第１の偏波回転部から入射された前記第１の偏光及び前記第２の偏波回転部から入射された前記第２の偏光を、波長ごとに異なる方向に回折する回折格子（１５）と、
前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を、前記第１の光路又は前記第２の光路に折り返す折り返し部（１６）と、
を備え、
前記第２のＰＢＳは、前記回折格子で回折後に前記第１の偏波回転部を通過して偏波方向が前記第２の一定角度となった前記特定波長の偏光を透過することによって、当該特定波長の偏光を前記第１の偏光から分離し、
前記第３のＰＢＳは、前記回折格子で回折後に前記第２の偏波回転部を通過して偏波方向が前記第２の一定角度となった前記特定波長の偏光を透過することによって、当該特定波長の偏光を前記第２の偏光から分離する。

本発明に係る分光装置では、前記第１の一定角度は４５°であり、前記第２の一定角度は−４５°であり、前記第１の偏波回転部から前記第１の光路に出射される光及び前記第２の偏波回転部から前記第２の光路に出射される光の偏波方向は、互いに平行であり、かつ、前記回折格子の溝に対して平行又は垂直であってもよい。

本発明に係る分光装置では、前記折り返し部は、前記第１の光路の前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を前記第２の光路に折り返し、前記第２の光路の前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を前記第１の光路に折り返してもよい。

本発明に係る分光装置では、前記折り返し部は、前記回折格子から入射された光を偶数回反射して前記第１の光路又は前記第２の光路に折り返してもよい。

本発明に係る分光装置では、前記第２のＰＢＳで分離された前記特定波長の偏光を受光器に導くＧＩ（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ）光ファイバを備え、前記ＧＩ光ファイバにおける前記特定波長の偏光の入射端に、前記第２のＰＢＳから出射される前記特定波長の偏光の分散方向に対して垂直なスリットが設けられていてもよい。

本発明に係る分光装置では、前記第１のＰＢＳから入射された前記第１の偏光の偏波方向を前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜させて前記第２のＰＢＳに出射する第１の偏波保持光ファイバ（２２Ｐ）と、前記第１のＰＢＳから入射された前記第２の偏光の偏波方向を前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜させて前記第３のＰＢＳに出射する第２の偏波保持光ファイバ（２２Ｓ）と、
を備えていてもよい。

本発明に係る分析装置では、本発明に係る複数の分光装置と、入力信号を前記複数の分光装置に分配する分配器（２４）と、前記分配器と前記複数の分光装置の間に配置され、前記分光装置に入力される入力信号を、予め定められた偏光状態に設定する光学素子（２６）と、を備えていてもよい。

本発明に係る分光方法は、
回折格子を用いて入力信号に含まれる特定波長の成分を分離する分光方法であって、
第１のＰＢＳが、前記入力信号を偏波方向の異なる第１の偏光及び第２の偏光に分離し、
偏波方向が前記回折格子の溝に対して第１の一定角度傾斜する前記第１の偏光を第２のＰＢＳが第１の偏波回転部（１３Ｐ）に透過し、偏波方向が前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜する前記第２の偏光を第３のＰＢＳが第２の偏波回転部（１３Ｓ）に透過し、
第１の偏波回転部（１３Ｐ）が前記第２のＰＢＳから入射された前記第１の偏光の偏波方向を前記回折格子の溝に対する特定の偏波方向に回転させて第１の光路に出射するとともに、第２の偏波回転部（１３Ｓ）が前記第３のＰＢＳから入射された前記第２の偏光の偏波方向を前記特定の偏波方向に回転させて第２の光路に出射し、
前記第１の光路及び前記第２の光路上に配置された回折格子（１５）が、前記第１の偏光及び前記第２の偏光を、波長ごとに異なる方向に回折し、
折り返し部（１６）が、前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を、前記第１の光路又は前記第２の光路に折り返し、
第１の偏波回転部（１３Ｐ）が前記回折格子で回折された前記特定波長の光の偏波方向を前記第１の一定角度に直交する第２の一定角度に回転させて前記第２のＰＢＳに出射するとともに、第２の偏波回転部（１３Ｓ）が前記回折格子で回折され前記特定波長の光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第３のＰＢＳに出射し、
第２のＰＢＳが前記第１の偏波回転部から入射された偏波方向が前記第２の一定角度である前記特定波長の偏光を反射することによって、当該特定波長の偏光を前記第１の偏光から分離し、第３のＰＢＳが前記第２の偏波回転部から入射された前記第２の一定角度である前記特定波長の偏光を反射することによって、当該特定波長の偏光を前記第２の偏光から分離する。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、選択波長における偏光状態を検出可能な分光装置を提供することができる。

実施形態１に係る分光装置の構成の一例を示す。 実施形態１に係る偶数回反射するミラーを用いた分光装置の構成の一例を示す。 偏波保持光ファイバの入射端の構成の一例を示す。 実施形態２に係る分光装置の構成の一例を示す。 クワッドパス構成を用いた実施形態２に係る分光装置の構成の一例を示す。 実施形態３に係る分光装置の構成の一例を示す。 実施形態４に係る第１の分光装置の構成の一例を示す。 実施形態４に係る第２の分光装置の構成の一例を示す。 実施形態５に係る分析装置の構成の一例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１に、本実施形態に係る分光装置の構成の一例を示す。本実施形態に係る分光装置８１は、入力信号を、互いに直交する２つの偏光状態ごとに分離するＰＢＳ１１を備え、分離したそれぞれの光を回折格子１５に回折させ、回折後の光を合波させずに個別に取り出す。これによって、本実施形態に係る分光装置８１は、選択波長における偏光状態を検出可能にする。本実施形態では、分離する偏光状態が互いに直交するＰ偏光とＳ偏光の場合について説明する。

具体的には、本実施形態に係る分光装置８１は、ＰＢＳ１１、１２Ｐ及び１２Ｓ、ファラデー素子１３Ｐ及び１３Ｓ、レンズ１４Ｐ及び１４Ｓ、回折格子１５、並びにミラー１６を備える。

ＰＢＳ１１は、偏波分離部として機能し、入力信号を偏光状態ごとに分離する。例えば、Ｐ偏光とＳ偏光に分離し、Ｐ偏光を偏波保持光ファイバ２２Ｐに入射させ、Ｓ偏光を偏波保持光ファイバ２２Ｓに入射させる。偏波保持光ファイバ２２Ｐを伝搬した光はＰＢＳ１２Ｐに入射される。偏波保持光ファイバ２２Ｓを伝搬した光はＰＢＳ１２Ｓに入射される。このとき、ＰＢＳ１２Ｐ及びＰＢＳ１２Ｓに入射される光の偏光状態は、回折格子１５の溝に対して第１の一定角度傾斜させる。

第１の一定角度は、例えば４５°である。以下、本実施形態では、第１の一定角度が４５°であり、第２の一定角度が第１の一定角度に直交する−４５°である場合について説明する。ただし、本発明における第１の一定角度及び第２の一定角度は４５°及び−４５°に限定されず、ＰＢＳ１２Ｐ及び１２Ｓにおいて往路と復路の光が分離可能であればよく、回折格子１５の回折効率のよい角度に調整することが好ましい。また、回折格子１５に入射する第１の光路Ｌ４Ｐ及び第２の光路Ｌ４Ｓの偏波方向が同一になればよい。

ＰＢＳ１２Ｐは、第１の偏波出力部として機能し、偏波保持光ファイバ２２Ｐから入射された光をそのまま透過する。ＰＢＳ１２Ｓは、第２の偏波出力部として機能し、偏波保持光ファイバ２２Ｓから入射された光をそのまま透過する。ファラデー素子１３Ｐ及び１３Ｓは、それぞれ第１の偏波回転部及び第２の偏波回転部として機能し、ＰＢＳ１２Ｐから入射された偏光とＰＢＳ１２Ｓから入射された偏光の偏波方向を４５°回転させる。

ファラデー素子１３Ｐは、Ｐ偏光を、回折格子１５の溝に対する特定の偏波方向に回転させる。ファラデー素子１３Ｓは、Ｓ偏光を、回折格子１５の溝に対する特定の偏波方向に回転させる。ファラデー素子１３Ｐを通過後の光及びファラデー素子１３Ｓを通過後の光の特定の偏波方向は、回折格子１５の回折効率が大きい偏波方向とすることが好ましい。特定の偏波方向は、例えば、回折格子１５の溝に対して垂直又は水平な偏波方向である。本実施形態では、第１の一定角度が４５°の偏波方向の光をファラデー素子１３Ｐ及び１３Ｓで４５°回転させ、回折格子１５の溝に対して垂直な偏波方向にし、回折格子１５のＳ偏光（ＴＭ波）を用いるようにしている。

レンズ１４Ｐは、ファラデー素子１３Ｐから入射された光を平行光にする。回折格子１５は、レンズ１４Ｐから入射された光を回折する。ミラー１６は、回折格子１５で回折された光を反射する。レンズ１４Ｐからミラー１６までは第１の光路Ｌ４Ｐを通る。

レンズ１４Ｓは、ファラデー素子１３Ｓから入射された光を平行光にする。回折格子１５は、レンズ１４Ｓから入射された光を回折する。ミラー１６は、回折格子１５で回折された光を反射する。レンズ１４Ｓからミラー１６までは第２の光路Ｌ４Ｓを通る。なお、レンズ１４Ｐとファラデー素子１３Ｐ及びレンズ１４Ｓとファラデー素子１３Ｓの配置は逆でもよい。

ここで、本実施形態では、ミラー１６は、折り返し部として機能し、入射された光を、入射光の光路に折り返す。例えば、ミラー１６は、第１の光路Ｌ４Ｐから入射された光を第１の光路Ｌ４Ｐに折り返し、第２の光路Ｌ４Ｓから入射された光を第２の光路Ｌ４Ｓに折り返す。本実施形態ではミラー１６を用いて入射光の光路に折り返す例を示したが、本発明はこれに限定されず、任意の光学素子を用いることができる。特に、図２に示すように、回折格子１５から入射された光を偶数回反射するコーナーミラー等のミラー１６を用いることが好ましい。

回折格子１５は、ミラー１６から入射した光を回折する。レンズ１４Ｐは、回折格子１５で回折された光をＰＢＳ１２Ｐに向けて集光する。ファラデー素子１３Ｐは、レンズ１４Ｐから入射された光の偏波方向を−４５°回転させる。ここで、本実施形態に係る分光装置８１は、レンズ１４Ｐ、ファラデー素子１３Ｐ及びＰＢＳ１２Ｐを同一の光軸上に配置することができるとともに、光入出射を別々とできるため、収差によるビームの広がりを防ぐことができる。

回折格子１５は、ミラー１６から入射した光を回折する。レンズ１４Ｓは、回折格子１５で回折された光をＰＢＳ１２Ｓに向けて集光する。ファラデー素子１３Ｓは、レンズ１４Ｓから入射された光の偏波方向を−４５°回転させる。ここで、本実施形態に係る分光装置８１は、レンズ１４Ｓ、ファラデー素子１３Ｓ及びＰＢＳ１２Ｓを同一の光軸上に配置することができるとともに、光入出射を別々とできるため、収差によるビームの広がりを防ぐことができる。

ここで、ファラデー素子１３Ｐ及び１３Ｓは、回折格子１５の溝に対して垂直であった偏波方向を−４５°回転させ、偏波方向を第２の一定角度とする。これにより、第１の光路Ｌ４Ｐから入射された特定波長の偏光はＰＢＳ１２Ｐで透過されずに反射され、第２の光路Ｌ４Ｓから入射された特定波長の偏光はＰＢＳ１２Ｓで透過されずに反射される。

ＰＢＳ１２Ｐで反射された光は、光ファイバ２３Ｐで受光器１８Ｐに導かれ、受光器１８Ｐで受光される。ＰＢＳ１２Ｓで反射された光は、光ファイバ２３Ｓで受光器１８Ｓに導かれ、受光器１８Ｓで受光される。

ここで、光ファイバ２３Ｐ及び２３Ｓは、ＧＩ（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ）光ファイバであることが好ましい。この場合、図３に示すように、ＧＩ光ファイバ２３における光の入射端に、回折格子１５にて回折された光のうち、所望の波長成分のみを取り出すために、入射光の分散方向に対して垂直なスリット２３１が設けられていることが好ましい。スリット２３１は、ＰＢＳ１２Ｐ又は１２Ｓから出射される光の分散方向に対して垂直に設ける。スリット２３１の幅は任意であるが、例えば１０μｍとすることができる。

ＧＩ光ファイバ２３に入射される光は、ＰＢＳ１２Ｐ又は１２Ｓで反射された光であるため、温度変化等の使用環境の変化により光軸がずれ、Ｓ１やＳ２のように入射位置が変化する場合がある。このような場合においても、スリット幅より広いコア径を有するＧＩ光ファイバを用いることで、ＰＢＳ１２Ｐ又は１２Ｓから出射される光をＧＩ光ファイバ２３に結合させることができる。

受光器１８Ｐは、入力信号に含まれるＰ偏光のうち、回折格子１５で波長選択された光の光強度を測定する。受光器１８Ｓは、入力信号に含まれるＳ偏光のうち、回折格子１５で波長選択された光の光強度を測定する。このため、本実施形態に係る発明は、選択波長における光強度を偏波成分ごとに検出することによって、選択波長における偏光状態を検出することができる。また、本実施形態に係る分光装置８１は、回折格子１５において選択する波長を掃引することで、スペクトルアナライザとして用いることができる。

本実施形態に係る分光装置８１は、直交２偏波に分離した入力信号を、ファラデー素子１３Ｐ及び１３Ｓを用いることで波長選択後の光を分離して取り出す。ＰＢＳ１２Ｐ、ファラデー素子１３Ｐ及びレンズ１４Ｐを第１の光路Ｌ４Ｐ上に配置することができ、ＰＢＳ１２Ｓ、ファラデー素子１３Ｓ及びレンズ１４Ｓを第２の光路Ｌ４Ｓ上に配置することができる。このため、ビームをレンズ光軸と一致させることができ、収差増に伴う波長分解能およびダイナミックレンジの悪化を防止することができる。

なお、本実施形態では、ファラデー素子１３Ｐと回折格子１５の間にレンズ１４Ｐが配置され、ファラデー素子１３Ｓと回折格子１５の間にレンズ１４Ｓが配置される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、レンズに代えて球面ミラーを用いてもよい。

（実施形態２）
図４に、実施形態に係る分光装置の構成の一例を示す。本実施形態に係る分光装置８２は、ミラー１６が光を折り返す光路が実施形態１と異なる。

具体的には、ミラー１６は、第１の光路Ｌ４Ｐから入射された光を第２の光路Ｌ４Ｓに折り返し、第２の光路Ｌ４Ｓから入射された光を第１の光路Ｌ４Ｐに折り返す。このように、本実施形態に係る分光装置８２は、直交２偏波に分離した入力信号を、同一光路且つ逆方向となるよう入力し、ファラデー素子１３Ｐ及び１３Ｓを用いることで波長選択後の光を分離して取り出す。本実施形態ではミラー１６を用いて入射光の光路に折り返す例を示したが、本発明はこれに限定されず、任意の光学素子を用いることができる。

ＰＢＳ１１で分離されたＰ偏光は、往路では第１の光路Ｌ４Ｐを経由し、復路では第２の光路Ｌ４Ｓを経由する。ＰＢＳ１１で分離されたＳ偏光は、往路では第２の光路Ｌ４Ｓを経由し、復路では第１の光路Ｌ４Ｐを経由する。このように、本実施形態に係る分光装置８２は、ＰＢＳ１１で分離されたＰ偏光及びＳ偏光が共通の光学素子を通過するため、偏光状態を検出する際における光学素子のばらつきの影響を少なくすることができる。

回折格子１５をリットマン配置とし、回折格子１５に回折させる回数はクワッドパス構成であることが好ましい。図５に、クワッドパス構成を用いた分光装置の構成の一例を示す。クワッドパス構成は、ＰＢＳ１１及びＰＢＳ１２を透過した光を、ファラデー素子１３Ｐ，１３Ｓを通し、レンズ１４Ｐ，１４Ｓで平行光とし、回折格子１５に入射し、第１のコーナーミラー１６−１で反射した光を再び回折格子１５に入射した光の回折光を第２のコーナーミラー１６−２で反射させ、再び回折格子１５に入射させ、再びコーナーミラー１６−１で反射させて再び回折格子１５に入射させ、その回折光をレンズ１４Ｐ，１４Ｓでファラデー素子１３Ｐ，１３Ｓを介してＰＢＳ１２Ｐ，１２Ｓに集光することで、実現する。

これにより、高分解能を維持しつつ分光装置の大型化を防ぐことができる。リットマン配置は、出射角が大きく、Ｓ偏光の回折効率が高い一方、Ｐ偏光の回折効率は低い。このため、安定な測定を実現するためには、ＰＤＬの解消は非常に重要となる。

（実施形態３）
図６に、本実施形態に係る分光装置の構成の一例を示す。本実施形態に係る分光装置８３は、実施形態１におけるＰＢＳ１２Ｐ、１２Ｓへの光の入力側と出力側とを逆に構成したものである。

ＰＢＳ１２Ｐは、第１の偏波出力部として機能し、偏波保持光ファイバ２２Ｐから入射された光を、ファラデー素子１３Ｐに向けて反射する。また、ＰＢＳ１２Ｐは、第１の偏波出力部として機能し、ファラデー素子１３Ｐから入射された光を、受光器１８Ｐに向けて透過する。

ＰＢＳ１２Ｓは、第２の偏波出力部として機能し、偏波保持光ファイバ２２Ｓから入射された光を、ファラデー素子１３Ｓに向けて反射する。また、ＰＢＳ１２Ｓは、第２の偏波出力部として機能し、ファラデー素子１３Ｓから入射された光を、受光器１８Ｓに向けて透過する。

なお、本実施形態に係る光学配置は、実施形態２の発明についても適用することができる。

（実施形態４）
図７に、本実施形態に係る第１の分光装置の構成の一例を示す。本実施形態に係る第１の分光装置９１は、実施形態１の分光装置８１にさらに偏波コントローラ１７が備わる。

図８に、本実施形態に係る第２の分光装置の構成の一例を示す。本実施形態に係る第２の分光装置９２は、実施形態２の分光装置８２に加えて、さらに偏波コントローラ１７を備える。

偏波コントローラ１７は、入力信号の偏光状態を制御する。偏波コントローラ１７は、例えば、入力信号を、水平偏光成分及び垂直偏光成分を各々測定できる第１の状態、±４５°偏光成分を各々測定できる第２の状態、右回り円偏光成分及び左回り円偏光成分を各々測定できる第３の状態に切り替えて設定する。第２の状態とする際は、例えば、光学軸が２２．５°となるように設置された１／２波長板を通過させる。第３の状態とする際は、例えば、光学軸が４５°となるように設置された１／４波長板を通過させる。この３種の各偏光状態における受光器１８Ｐ及び１８Ｓの受光レベルを用いることで、ストークスパラメータを算出することができる。

入力信号のスペクトルレベルには、一般的に偏光した信号成分だけでなく無偏光なノイズ成分も含まれている。この場合、本実施形態に係る発明は、算出したストークスパラメータを用いて入力信号の偏光度、すなわち、入力信号のＳ／Ｎ比を求める。或いは、受光器１８Ｐ及び１８Ｓの受光レベルの比が最大となるように、偏波コントローラ１７を設定する。すると、２つの受光レベルのうちの小さい方の値を２倍してノイズ成分を２つの受光レベルの差から信号成分をそれぞれ算出し、算出した信号成分とノイズ成分の比から、入力信号のＳ／Ｎ比を求めることができる。

（実施形態５）
図９に、本実施形態に係る分析装置の構成の一例を示す。本実施形態に係る分析装置９３は、実施形態１で説明した分光装置８１−１、８１−２、８１−３と、光学素子２６−１、２６−２、２６−３を備える。光学素子２６−１、２６−２、２６−３は、分光装置８１−１、８１−２、８１−３へ入力される入力信号の偏光状態を変換する。例えば、光学素子２６−１は実施形態４で説明した第１の状態とし、光学素子２６−２は実施形態４で説明した第２の状態とし、光学素子２６−３は実施形態４で説明した第３の状態とする。光学素子２６−２は、例えば、光学軸が２２．５°となるように設置された１／２波長板である。光学素子２６−３は、例えば、光学軸が４５°となるように設置された１／４波長板である。

入力信号は、分配器２４で分岐されて各分光装置８１−１、８１−２、８１−３に入力される。各分光装置８１−１、８１−２、８１−３は、受光器１８Ｐ及び１８Ｓの検出した光強度を出力する。処理装置２５は、各分光装置８１−１、８１−２、８１−３で検出された各Ｐ偏光及びＳ偏光の光強度を用いて、ストークスパラメータを算出する。これにより、分析装置９３は、入力信号に含まれる各波長の偏波状態を分析することができる。なお、分析装置９３は、入力信号に含まれる各波長の偏波状態を分析機能を備えない分光装置としても用いることができる。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１、１２Ｐ、１２Ｓ：ＰＢＳ
１３Ｐ、１３Ｓ：ファラデー素子
１４Ｐ、１４Ｓ：レンズ
１５：回折格子
１６：ミラー
１７：偏波コントローラ
１８P、１８Ｓ：受光器
２１、２２Ｐ、２２Ｓ：偏波保持光ファイバ
２３Ｐ、２３Ｓ：光ファイバ
２４：分配器
２５：処理装置
２６−１、２６−２、２６−３：光学素子
８１、８２、８３、９１、９２：分光装置
９３：分析装置
２３：ＧＩ光ファイバ
２３１：スリット
２３２：コア

Claims (9)

1. 回折格子を用いて入力信号に含まれる特定波長の成分を分離する分光装置であって、
   前記入力信号を偏波方向の異なる第１の偏光及び第２の偏光に分離する第１のＰＢＳ（１１）と、
   偏波方向が前記回折格子の溝に対して第１の一定角度傾斜する前記第１の偏光を透過するとともに、偏波方向が前記第１の一定角度に直交する第２の一定角度である偏光を反射する第２のＰＢＳ（１２Ｐ）と、
   偏波方向が前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜する前記第２の偏光を透過するとともに、偏波方向が前記第２の一定角度である偏光を反射する第３のＰＢＳ（１２Ｓ）と、
   前記第２のＰＢＳから入射された前記第１の偏光を、前記回折格子の溝に対する特定の偏波方向に回転させて第１の光路に出射するとともに、前記第１の光路側から入射された光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第２のＰＢＳに出射する第１の偏波回転部（１３Ｐ）と、
   前記第３のＰＢＳから入射された前記第２の偏光を、前記回折格子の溝に対する前記特定の偏波方向に回転させて第２の光路に出射するとともに、前記第２の光路側から入射された光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第３のＰＢＳに出射する第２の偏波回転部（１３Ｓ）と、
   前記第１の光路及び前記第２の光路上に配置され、前記第１の偏波回転部から入射された前記第１の偏光及び前記第２の偏波回転部から入射された前記第２の偏光を、波長ごとに異なる方向に回折する回折格子（１５）と、
   前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を、前記第１の光路又は前記第２の光路に折り返す折り返し部（１６）と、
   を備え、
   前記第２のＰＢＳは、前記回折格子で回折後に前記第１の偏波回転部を通過して偏波方向が前記第２の一定角度となった前記特定波長の偏光を反射することによって、当該特定波長の偏光を前記第１の偏光から分離し、
   前記第３のＰＢＳは、前記回折格子で回折後に前記第２の偏波回転部を通過して偏波方向が前記第２の一定角度となった前記特定波長の偏光を反射することによって、当該特定波長の偏光を前記第２の偏光から分離する、
   分光装置。
2. 回折格子を用いて入力信号に含まれる特定波長の成分を分離する分光装置であって、
   前記入力信号を偏波方向の異なる第１の偏光及び第２の偏光に分離する第１のＰＢＳ（１１）と、
   偏波方向が前記回折格子の溝に対して第１の一定角度傾斜する前記第１の偏光を反射するとともに、偏波方向が前記第１の一定角度に直交する第２の一定角度である偏光を透過する第２のＰＢＳ（１２Ｐ）と、
   偏波方向が前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜する前記第２の偏光を反射するとともに、偏波方向が前記第２の一定角度である偏光を透過する第３のＰＢＳ（１２Ｓ）と、
   前記第２のＰＢＳから入射された前記第１の偏光を、前記回折格子の溝に対する特定の偏波方向に回転させて第１の光路に出射するとともに、前記第１の光路側から入射された光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第２のＰＢＳに出射する第１の偏波回転部（１３Ｐ）と、
   前記第３のＰＢＳから入射された前記第２の偏光を、前記回折格子の溝に対する前記特定の偏波方向に回転させて第２の光路に出射するとともに、前記第２の光路側から入射された光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第３のＰＢＳに出射する第２の偏波回転部（１３Ｓ）と、
   前記第１の光路及び前記第２の光路上に配置され、前記第１の偏波回転部から入射された前記第１の偏光及び前記第２の偏波回転部から入射された前記第２の偏光を、波長ごとに異なる方向に回折する回折格子（１５）と、
   前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を、前記第１の光路又は前記第２の光路に折り返す折り返し部（１６）と、
   を備え、
   前記第２のＰＢＳは、前記回折格子で回折後に前記第１の偏波回転部を通過して偏波方向が前記第２の一定角度となった前記特定波長の偏光を透過することによって、当該特定波長の偏光を前記第１の偏光から分離し、
   前記第３のＰＢＳは、前記回折格子で回折後に前記第２の偏波回転部を通過して偏波方向が前記第２の一定角度となった前記特定波長の偏光を透過することによって、当該特定波長の偏光を前記第２の偏光から分離する、
   分光装置。
3. 前記第１の一定角度は４５°であり、
   前記第２の一定角度は−４５°であり、
   前記第１の偏波回転部から前記第１の光路に出射される光及び前記第２の偏波回転部から前記第２の光路に出射される光の偏波方向は、同一であり、かつ、前記回折格子の溝に対して平行又は垂直である、
   請求項１又は２に記載の分光装置。
4. 前記折り返し部は、前記第１の光路の前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を前記第２の光路に折り返し、前記第２の光路の前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を前記第１の光路に折り返す、
   請求項１から３のいずれかに記載の分光装置。
5. 前記折り返し部は、前記回折格子から入射された光を偶数回反射して前記第１の光路又は前記第２の光路に折り返す、
   請求項１から４のいずれかに記載の分光装置。
6. 前記第２のＰＢＳで分離された前記特定波長の偏光を受光器に導くＧＩ（Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ）光ファイバを備え、
   前記ＧＩ光ファイバにおける前記特定波長の偏光の入射端に、前記第２のＰＢＳから出射される前記特定波長の偏光の分散方向に対して垂直なスリットが設けられている、
   請求項１から５のいずれかに記載の分光装置。
7. 前記第１のＰＢＳから入射された前記第１の偏光の偏波方向を前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜させて前記第２のＰＢＳに出射する第１の偏波保持光ファイバ（２２Ｐ）と、
   前記第１のＰＢＳから入射された前記第２の偏光の偏波方向を前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜させて前記第３のＰＢＳに出射する第２の偏波保持光ファイバ（２２Ｓ）と、
   を備える、
   請求項１から６のいずれかに記載の分光装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の複数の分光装置と、
   入力信号を前記複数の分光装置に分配する分配器（２４）と、
   前記分配器と前記複数の分光装置の間に配置され、前記分光装置に入力される入力信号を、予め定められた偏光状態に設定する光学素子（２６）と、
   を備える分析装置。
9. 回折格子を用いて入力信号に含まれる特定波長の成分を分離する分光方法であって、
   第１のＰＢＳが、前記入力信号を偏波方向の異なる第１の偏光及び第２の偏光に分離し、
   偏波方向が前記回折格子の溝に対して第１の一定角度傾斜する前記第１の偏光を第２のＰＢＳが第１の偏波回転部（１３Ｐ）に透過し、偏波方向が前記回折格子の溝に対して前記第１の一定角度傾斜する前記第２の偏光を第３のＰＢＳが第２の偏波回転部（１３Ｓ）に透過し、
   第１の偏波回転部（１３Ｐ）が前記第２のＰＢＳから入射された前記第１の偏光の偏波方向を前記回折格子の溝に対する特定の偏波方向に回転させて第１の光路に出射するとともに、第２の偏波回転部（１３Ｓ）が前記第３のＰＢＳから入射された前記第２の偏光の偏波方向を前記特定の偏波方向に回転させて第２の光路に出射し、
   前記第１の光路及び前記第２の光路上に配置された回折格子（１５）が、前記第１の偏光及び前記第２の偏光を、波長ごとに異なる方向に回折し、
   折り返し部（１６）が、前記回折格子で回折された前記特定波長の偏光を、前記第１の光路又は前記第２の光路に折り返し、
   第１の偏波回転部（１３Ｐ）が前記回折格子で回折された前記特定波長の光の偏波方向を前記第１の一定角度に直交する第２の一定角度に回転させて前記第２のＰＢＳに出射するとともに、第２の偏波回転部（１３Ｓ）が前記回折格子で回折され前記特定波長の光の偏波方向を前記第２の一定角度に回転させて前記第３のＰＢＳに出射し、
   第２のＰＢＳが前記第１の偏波回転部から入射された偏波方向が前記第２の一定角度である前記特定波長の偏光を反射することによって、当該特定波長の偏光を前記第１の偏光から分離し、第３のＰＢＳが前記第２の偏波回転部から入射された前記第２の一定角度である前記特定波長の偏光を反射することによって、当該特定波長の偏光を前記第２の偏光から分離する、
   分光方法。

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