JP6622733B2 - 偏光解析装置および光スペクトラムアナライザ - Google Patents
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Description
S1=2P1−P0
S2=2P2−P0
S3=2P3−P0
DOP={√(S12+S22+S32)}/S0
OSNR=S0×DOP/{S0(1−DOP)}=DOP/(1−DOP)
被測定光を一端面で受けて、偏光方向が互いに直交する第1の光と第2の光に分け、所定の分離角をもって他端面から出射する複屈折素子(22)と、
前記複屈折素子から出射された前記第1の光と第2の光を受けて、その偏光方向を揃えて出射する偏光方向変換手段(24)と、
前記偏光方向変換手段から出射された前記第1の光と第2の光のビームが互いに重なった状態で照射される干渉領域と、該干渉領域の両側で前記第1の光と第2の光のビームが重ならない状態で照射される2つの非干渉領域とが生じる位置に配置され、前記干渉領域および前記2つの非干渉領域の光強度分布を検出する光強度分布検出器(30)と、
前記光強度分布検出器が取得した光強度分布から、前記第1の光と第2の光の強度およびそれらの位相差を求める演算処理部(40)とを備えている。
前記偏光方向変換手段が、偏光子(24)であることを特徴とする。
前記偏光方向変換手段は、
前記複屈折素子から出射された前記第1の光と第2の光を受け、前記第1の光を偏光方向が互いに直交する第3、第4の光に分け、前記第2の光を偏光方向が互いに直交する第5、第6の光に分け、前記第3の光と偏光方向が同じ前記第5の光を前記分離角をもって第1の方向に出射し、前記第4の光と偏光方向が同じ前記第6の光を前記分離角をもって第2の方向に出射する偏光ビームスプリッタ(25)により構成され、
前記光強度分布検出器は、
前記偏光方向変換手段から前記第1の方向に出射された前記第3の光と第5の光のビームが重なった状態で照射される干渉領域と、該干渉領域の両側で前記第3の光と第5の光のビームが重ならない状態で照射される2つの非干渉領域の光強度分布を検出する第1の光強度分布検出器(31)と、
前記偏光方向変換手段から前記第2の方向に出射された前記第4の光と第6の光のビームが重なった状態で照射される干渉領域と、該干渉領域の両側で前記第4の光と第6の光のビームが重ならない状態で照射される2つの非干渉領域の光強度分布を検出する第2の光強度分布検出器(32)により構成され、
前記演算処理部は、前記第1の光強度分布検出器が取得した光強度分布と前記第2の光強度分布検出器が取得した光強度分布から、前記第1の光と第2の光の強度およびそれらの位相差を求めることを特徴とする。
前記偏光方向変換手段と前記光強度分布検出器の間に、前記偏光方向変換手段から出射される2つの光の光軸が近づくように集光させる集光手段(26)を設けたことを特徴とする。
被測定光を一端面で受けて、偏光方向が互いに直交する第1の光と第2の光に分け、所定の分離角をもって他端面から出射する複屈折素子(22)と、
前記複屈折素子から出射された前記第1の光と第2の光を受けて、その偏光方向を揃えて出射する偏光方向変換手段(24)と、
前記偏光方向変換手段から出射された前記第1の光と第2の光に含まれる波長成分を、所定波長範囲で抽出する波長成分抽出部(51)と、
前記波長成分抽出部によって抽出される前記第1の光と第2の光の波長成分のビームが互いに重なった状態で照射される干渉領域と、該干渉領域の両側で前記第1の光と第2の光の波長成分のビームが重ならない状態で照射される2つの非干渉領域とが生じる位置に配置され、前記干渉領域および前記2つの非干渉領域の光強度分布を波長毎に取得する光強度分布検出器(30)と、
前記光強度分布検出器が波長毎に取得した光強度分布の情報から、前記第1の光と第2の光の波長毎の強度およびそれらの位相差を求める演算処理部(60)とを備えている。
前記波長成分抽出部は、
回折用の溝が形成された回折面で入射光を受け、該入射光に含まれる波長成分を、波長に応じた出射角で出射させる回折格子(52、52′)を含んでおり、
前記波長成分抽出部の前記回折格子が、前記複屈折素子から出射された前記第1の光と第2の光の偏光方向を揃えて出射する前記偏光方向変換手段を兼ねていることを特徴とする。
前記波長成分抽出部と前記光強度分布検出器の間に、前記波長成分抽出部から出射された2つの光の光軸が近づくように集光させる集光手段(26)を設けたことを特徴とする。
図1は、本発明を適用した偏光解析装置20の基本構成図である。
例えば、被測定光Rを導入するためのSM型の光ファイバ1の端を、焦点距離5mmのコリメートレンズ21の焦点位置に配置すると、被測定光Rはビームウェスト半径が約0.5mmの0次のガウシアンビームに変換される。
被測定光Rの全パワーPsは、次のように、被測定光Rに含まれる信号光の互いに直交する偏光成分のパワーPx、Pyと無偏光成分(ノイズ成分)のパワーPnの和で表される。
Ps=Px+Py+Pn
Ix∝Pr1∝Px+Pn/2
Iy∝Pr2∝Py+Pn/2
E=√(P)・√(π/2)・(1/w(z))・eA
A=−j{kz−φ(z)}−{(1/w(z)2)+jk/2R(z)}(x2+y2)
と表すことができる。
w(z)=w0√[1+(λz/πw0 2)2]
は、ビームウエスト位置から距離zにおけるスポットサイズ、w0は、ビームウエストのスポットサイズ、λは波長である。
R(z)=z[1+(πw0 2/λz)2]
は、波面(等位相面)の曲率半径、
φ(z)=tan−1[λz/πw0 2]
は、z軸上における平面波からの位相ずれ量、
k=ω√(εμ)=2π/λ
は伝搬定数、ωは光の角周波数、εは誘電率、μは透磁率である。
x→x cos(±δ/2)−z sin(±δ/2)
z→x sin(±δ/2)+z cos(±δ/2)
を行なう必要があるが、分離角δは1°40′と微小なため、
x→x−z(±δ/2)
z→x(±δ/2)+z
と近似できる。
E1∝√(Px)・eB+√(Pn/2)・eC
E2∝√(Py)・eG+√(Pn/2)・eH
B=−jk(+xδ/2+z0)−[(x−z0δ/2)/w]2
C=−jθnx−[(x−z0δ/2)/w]2
G=−jk(−xδ/2+z0)−[(x+z0δ/2)/w]2]−j(θ+α)
H=−jθny−[(x+z0δ/2)/w]2
w=w0√{1+[λ(x(±δ/2)+z0)/πw0 2]2}
≒w0√{1+[λz0/πw0 2]2}≒w0
I(x)=(E1+E2)(E1+E2)*
∝t2Px+s2Py+2ts√(PxPy)・cos γ+(t2+s2)Pn/2
……(1)
t=eL, L=−[(x−z0δ/2)/w]2
s=eM, M=−[(x+z0δ/2)/w]2
γ=(2π/λ)xδ−θ−α
記号*は共役を表す
となる。
ここで、z0δ/2は約0.5mmでビームサイズwとほぼ等しいとする。
この場合、
L=−[(x−z0δ/2)/w]2=−[w/w]2=−1
M=−[(x+z0δ/2)/w]2≒−[3w/w]2=−9
となり、
t=1/e
s=1/e9
が得られる。
I(1mm)=k(Px+Pn/2)e−2=Ix
となる。この強度Ixは、前記した一方の非干渉領域Qbに照射される光R1′の強度(明るさ)を表している。
この場合には、上記例と逆に、sに対してtの項が無視できる程小さくなるので、
I(−1mm)=k(Py+Pn/2)e−2=Iy
となる。この強度Iyは、前記した他方の非干渉領域Qcに照射される光R2′の強度(明るさ)を表している。
この場合、cos γ≒1となり、
I(x0)
=k{t0 2Px+s0 2Py+2t0s0√(PxPy)+(t0 2+s0 2)Pn/2}
=Ixy
となる。この強度Ixyは、前記した干渉領域Qaの最も明るい位置の光強度(明るさ)を表している。
上記Ix、Iyの式を次のように変形し、
kt0 2(Px+Pn/2)=Ix・e2t0 2
ks0 2(Py+Pn/2)=Iy・e2s0 2
これらを、上記Ixyから減算すると、
Ixy−(Ix・e2t0 2+Iy・e2s0 2)=2kt0s0√(PxPy)
となり、
k√(PxPy)
={Ixy−(Ix・e2t0 2+Iy・e2s0 2)}/2t0s0
=a
が得られる。
Ix−Iy=k(Px−Py)e−2
から、
k(Px−Py)=(Ix−Iy)e−2
=b
が得られる。
u=Py/Px={−b+√(4a2+b2)}/{b+√(4a2+b2)}
k(Px+Pn/2)e−2=Ix
k(Py+Pn/2)e−2=Iy
Py=uPx
から、PxとPnの比率vを次式によって計算できる。
v=Pn/Px=2(−uIx+Iy)/(Ix−Iy)
k(Px+vPx/2)e−2=Ix
Px=e−2Ix/k(1+v/2)
となる。ここで、定数kは、ビーム径やピクセルサイズ等の装置固有のパラメータによって決まる既知の値である。
これは、前記した干渉領域Qaの最も明るい位置x0の値を使って次のように計算できる。
(2π/λ)x0δ−θ−α=0
により、
θ=(2π/λ)x0δ−α
Px=e−2Ix/k(1+v/2)
Py=uPx
θ=(2π/λ)x0δ−α
Pn=vPx
u={−b+√(4a2+b2)}/b+√(4a2+b2)
v=2(−uIx+Iy)/(Ix−Iy)
a={Ixy−(Ix・e2t0 2+Iy・e2s0 2)}/2t0s0
b=(Ix−Iy)e−2
t0=eL, L=−[(x0−z0δ/2)/w]2
s0=eM, M=−[(x0+z0δ/2)/w]2
S1=Px−Py
S2=2√(PxPy)cos θ
S3=2√(PxPy)sin θ
OSNR=(Px+Py)/Pn
2t0s0√(PxPy)
のみが残る。
t0 2Px+s0 2Py+(t0 2+s0 2)Pn/2
のみが残る。
Claims (7)
- 被測定光を一端面で受けて、偏光方向が互いに直交する第1の光と第2の光に分け、所定の分離角をもって他端面から出射する複屈折素子(22)と、
前記複屈折素子から出射された前記第1の光と第2の光を受けて、その偏光方向を揃えて出射する偏光方向変換手段(24)と、
前記偏光方向変換手段から出射された前記第1の光と第2の光のビームが互いに重なった状態で照射される干渉領域と、該干渉領域の両側で前記第1の光と第2の光のビームが重ならない状態で照射される2つの非干渉領域とが生じる位置に配置され、前記干渉領域および前記2つの非干渉領域の光強度分布を検出する光強度分布検出器(30)と、
前記光強度分布検出器が取得した光強度分布から、前記第1の光と第2の光の強度およびそれらの位相差を求める演算処理部(40)とを備えた偏光解析装置。 - 前記偏光方向変換手段が、偏光子(24)であることを特徴とする請求項1記載の偏光解析装置。
- 前記偏光方向変換手段は、
前記複屈折素子から出射された前記第1の光と第2の光を受け、前記第1の光を偏光方向が互いに直交する第3、第4の光に分け、前記第2の光を偏光方向が互いに直交する第5、第6の光に分け、前記第3の光と偏光方向が同じ前記第5の光を前記分離角をもって第1の方向に出射し、前記第4の光と偏光方向が同じ前記第6の光を前記分離角をもって第2の方向に出射する偏光ビームスプリッタ(25)により構成され、
前記光強度分布検出器は、
前記偏光方向変換手段から前記第1の方向に出射された前記第3の光と第5の光のビームが重なった状態で照射される干渉領域と、該干渉領域の両側で前記第3の光と第5の光のビームが重ならない状態で照射される2つの非干渉領域の光強度分布を検出する第1の光強度分布検出器(31)と、
前記偏光方向変換手段から前記第2の方向に出射された前記第4の光と第6の光のビームが重なった状態で照射される干渉領域と、該干渉領域の両側で前記第4の光と第6の光のビームが重ならない状態で照射される2つの非干渉領域の光強度分布を検出する第2の光強度分布検出器(32)により構成され、
前記演算処理部は、前記第1の光強度分布検出器が取得した光強度分布と前記第2の光強度分布検出器が取得した光強度分布から、前記第1の光と第2の光の強度およびそれらの位相差を求めることを特徴とする請求項1記載の偏光解析装置。 - 前記偏光方向変換手段と前記光強度分布検出器の間に、前記偏光方向変換手段から出射される2つの光の光軸が近づくように集光させる集光手段(26)を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の偏光解析装置。
- 被測定光を一端面で受けて、偏光方向が互いに直交する第1の光と第2の光に分け、所定の分離角をもって他端面から出射する複屈折素子(22)と、
前記複屈折素子から出射された前記第1の光と第2の光を受けて、その偏光方向を揃えて出射する偏光方向変換手段(24)と、
前記偏光方向変換手段から出射された前記第1の光と第2の光に含まれる波長成分を、所定波長範囲で抽出する波長成分抽出部(51)と、
前記波長成分抽出部によって抽出される前記第1の光と第2の光の波長成分のビームが互いに重なった状態で照射される干渉領域と、該干渉領域の両側で前記第1の光と第2の光の波長成分のビームが重ならない状態で照射される2つの非干渉領域とが生じる位置に配置され、前記干渉領域および前記2つの非干渉領域の光強度分布を波長毎に取得する光強度分布検出器(30)と、
前記光強度分布検出器が波長毎に取得した光強度分布の情報から、前記第1の光と第2の光の波長毎の強度およびそれらの位相差を求める演算処理部(60)とを備えた光スペクトラムアナライザ。 - 前記波長成分抽出部は、
回折用の溝が形成された回折面で入射光を受け、該入射光に含まれる波長成分を、波長に応じた出射角で出射させる回折格子(52、52′)を含んでおり、
前記波長成分抽出部の前記回折格子が、前記複屈折素子から出射された前記第1の光と第2の光の偏光方向を揃えて出射する前記偏光方向変換手段を兼ねていることを特徴とする請求項5記載の光スペクトラムアナライザ。 - 前記波長成分抽出部と前記光強度分布検出器の間に、前記波長成分抽出部から出射された2つの光の光軸が近づくように集光させる集光手段(26)を設けたことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の光スペクトラムアナライザ。
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