JPH0781915B2 - 準単色光線の偏光状態を実時間測定するための方法と装置 - Google Patents
準単色光線の偏光状態を実時間測定するための方法と装置Info
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- JPH0781915B2 JPH0781915B2 JP60181962A JP18196285A JPH0781915B2 JP H0781915 B2 JPH0781915 B2 JP H0781915B2 JP 60181962 A JP60181962 A JP 60181962A JP 18196285 A JP18196285 A JP 18196285A JP H0781915 B2 JPH0781915 B2 JP H0781915B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J4/00—Measuring polarisation of light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/04—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by beating two waves of a same source but of different frequency and measuring the phase shift of the lower frequency obtained
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光ビームの偏光状態の測定に関するものであ
り、更に詳しくはこのような測定を行なうための方法お
よび装置に関するものである。
り、更に詳しくはこのような測定を行なうための方法お
よび装置に関するものである。
従来の技術 光線が物体を横切ると光線の偏光状態に変化が生じ得る
ことは知られている。物体の特性をその光学的性質の見
地から調べるためには、その物体から出る光線の偏光状
態を知ることが重要である。偏光状態を知ることは光線
相互間の干渉またはうなりを調べるときに重要である。
これらの現象が生じるのは光線が相互に同じ偏光状態と
なっているときだけだからである。光線相互間の干渉ま
たはうなりを調べる場合の例としては、古典光学の周知
の応用の他に（うなりを使う）光コヒーレント通信また
はヘテロダイン通信の他に所定の偏光状態を維持するフ
ァイバーを使用する光ファイバー・センサーまたはジャ
イロスコープを挙げることができる。
ことは知られている。物体の特性をその光学的性質の見
地から調べるためには、その物体から出る光線の偏光状
態を知ることが重要である。偏光状態を知ることは光線
相互間の干渉またはうなりを調べるときに重要である。
これらの現象が生じるのは光線が相互に同じ偏光状態と
なっているときだけだからである。光線相互間の干渉ま
たはうなりを調べる場合の例としては、古典光学の周知
の応用の他に（うなりを使う）光コヒーレント通信また
はヘテロダイン通信の他に所定の偏光状態を維持するフ
ァイバーを使用する光ファイバー・センサーまたはジャ
イロスコープを挙げることができる。
偏光光線は直交基準系x,yの電磁界成分で表わすことが
できる。電界だけを考えると２つの成分は次のようにな
る。
できる。電界だけを考えると２つの成分は次のようにな
る。
Ex＝a1cosωｔ Ey＝a2cos（ωｔ＋φ） ここで、a1,a2は２つの成分の振幅であり、φは相対位
相である。偏光状態を判定するためには、２つの振幅の
比a2/a2と位相φを測定する必要がある。位相φの符号
は（ｔが変化するときにEx,Ey平面上に描かれる）偏光
像の回転方向を定める。偏光状態が時間とともに変り得
るということも考慮に入れなければなならない。これは
通常、光電波管を使ったシステムで起り、機械的ストレ
スや熱的ストレスの変化によって伝送媒体の光学的物質
が変化することで生じる。
相である。偏光状態を判定するためには、２つの振幅の
比a2/a2と位相φを測定する必要がある。位相φの符号
は（ｔが変化するときにEx,Ey平面上に描かれる）偏光
像の回転方向を定める。偏光状態が時間とともに変り得
るということも考慮に入れなければなならない。これは
通常、光電波管を使ったシステムで起り、機械的ストレ
スや熱的ストレスの変化によって伝送媒体の光学的物質
が変化することで生じる。
非定常状態のもとでビームの偏光状態を測定する装置に
ついては既に知られている。このような装置の１例は19
79年９月17日乃至19日にアムステルダムの光通信会議で
口頭発表され、会議記録の10.3−１頁と55.頁に収録さ
れたアール・ウルリッチの論文「シングル・モード・フ
ァイバーにおける偏光の能動安定化」に記載されてい
る。（R.Ulrich,“Active Stabilization of Polarizat
ion on Single−Mode Fiber",Optical Communication C
onference,Amsterdam,17−19September1979,P.10.3−1a
nd55.）この公知の装置では偏光安定化のため、ファイ
バー出力の偏光状態が測定されて、所望の状態と比較さ
れる。実際の状態を測定するため、ファイバーから出て
くるビームの僅かな一部分がビーム・スプリッタによっ
て抜き出され、２つのほぼ等しい部分に分割される。こ
の２つの部分の一方はλ/4板を通って、再び２等分され
る。これにより左／右の円成分の分析を行なうことがで
きる。２つの部分の他方も更に２等分されて、±45゜の
直線成分の分析に使用される。このようにして得られた
２対のビームは２対の検出器に送られる。２対の検出器
の出力信号はアナログ回路で処理される。これらのアナ
ログ回路はいわゆるポアンカレ球に偏光状態の座標を与
え、座標値は公知の方法で上記のパラメータによってき
まる。
ついては既に知られている。このような装置の１例は19
79年９月17日乃至19日にアムステルダムの光通信会議で
口頭発表され、会議記録の10.3−１頁と55.頁に収録さ
れたアール・ウルリッチの論文「シングル・モード・フ
ァイバーにおける偏光の能動安定化」に記載されてい
る。（R.Ulrich,“Active Stabilization of Polarizat
ion on Single−Mode Fiber",Optical Communication C
onference,Amsterdam,17−19September1979,P.10.3−1a
nd55.）この公知の装置では偏光安定化のため、ファイ
バー出力の偏光状態が測定されて、所望の状態と比較さ
れる。実際の状態を測定するため、ファイバーから出て
くるビームの僅かな一部分がビーム・スプリッタによっ
て抜き出され、２つのほぼ等しい部分に分割される。こ
の２つの部分の一方はλ/4板を通って、再び２等分され
る。これにより左／右の円成分の分析を行なうことがで
きる。２つの部分の他方も更に２等分されて、±45゜の
直線成分の分析に使用される。このようにして得られた
２対のビームは２対の検出器に送られる。２対の検出器
の出力信号はアナログ回路で処理される。これらのアナ
ログ回路はいわゆるポアンカレ球に偏光状態の座標を与
え、座標値は公知の方法で上記のパラメータによってき
まる。
この公知の装置には処理回路がかなり遅く、不正確であ
るという欠点があり、受信器の感度に問題が生じる。こ
れは位相測定が強度測定（直接検出）として行なわれ、
特定の状況では大きな角度誤差が生じることがあるから
である。
るという欠点があり、受信器の感度に問題が生じる。こ
れは位相測定が強度測定（直接検出）として行なわれ、
特定の状況では大きな角度誤差が生じることがあるから
である。
発明の目的 したがって本発明の目的は測定感度の問題を生ずること
なく、定常的なビームと非定常的なビームの両方に容易
に使用できる、実時間測定用の比較的簡単な方法と装置
を提供することである。
なく、定常的なビームと非定常的なビームの両方に容易
に使用できる、実時間測定用の比較的簡単な方法と装置
を提供することである。
構成 本発明の基本的な構成の方法については請求の範囲第１
項、装置については請求の範囲第６項に記載してある。
好ましい構成はそれぞれ請求の範囲第２項乃至第５項、
第７項乃至第15項に記載されている。
項、装置については請求の範囲第６項に記載してある。
好ましい構成はそれぞれ請求の範囲第２項乃至第５項、
第７項乃至第15項に記載されている。
実施例 本発明はいくつかの実施例を示す図面を参照することに
より明らかとなる。これらの実施例は発明を限定するも
のではない。
より明らかとなる。これらの実施例は発明を限定するも
のではない。
図面で、二重線は電気的接続を示し、一重線は光ビーム
の径路を示す。
の径路を示す。
第１図の光源１はほぼ平行のビームを放出する。このビ
ームは２つの空間的に分離でき、光周波数がω1,ω２の
非常に良好に規定された光線（すなわち、スペクトル線
の幅がその間隔に比べてずっと小さい光線）で構成され
る。詳しくは、光線１は間隔がMHzオーダーで直交平面
で直線偏光された２つの光線を発生するゼーマン効果He
−Neレーザーとすることができる。光源１の後の装置３
は２つの平面に偏光した光線を分離し、これらを２つの
異なる径路に送る。被試験物体４は１つの径路（偏光計
測定分枝）に置かれ、これを連通するビームに所定の偏
光状態を加える。他方の分枝（基準分枝）は基準光線を
発生し、この基準光線は以下に説明するように測定分枝
から出てくる光線とうなりを生ずるように構成されてい
る。偏光スプリッタ３はたとえばグラン・テーラー・プ
リズムとすることができる。この場合、図に示す構成に
より、垂直平面に偏光した周波数ω１の光線2aが測定分
枝に与えられ、水平平面に偏光した周波数ω２の光線2b
が基準分枝に送られる。
ームは２つの空間的に分離でき、光周波数がω1,ω２の
非常に良好に規定された光線（すなわち、スペクトル線
の幅がその間隔に比べてずっと小さい光線）で構成され
る。詳しくは、光線１は間隔がMHzオーダーで直交平面
で直線偏光された２つの光線を発生するゼーマン効果He
−Neレーザーとすることができる。光源１の後の装置３
は２つの平面に偏光した光線を分離し、これらを２つの
異なる径路に送る。被試験物体４は１つの径路（偏光計
測定分枝）に置かれ、これを連通するビームに所定の偏
光状態を加える。他方の分枝（基準分枝）は基準光線を
発生し、この基準光線は以下に説明するように測定分枝
から出てくる光線とうなりを生ずるように構成されてい
る。偏光スプリッタ３はたとえばグラン・テーラー・プ
リズムとすることができる。この場合、図に示す構成に
より、垂直平面に偏光した周波数ω１の光線2aが測定分
枝に与えられ、水平平面に偏光した周波数ω２の光線2b
が基準分枝に送られる。
測定分枝の被試験体４とスプリッタ３との間には偏光板
５が設けられる（多分、偏光子の較正フェーズ中だけ存
在する）。この偏光板５はこれを通過する光線を変換し
て、垂直平面に対して45゜の直線偏光光線とする。（較
正フェーズ中に）偏光板５から、または被試験体４から
出る光線は色消し複レンズ６および偏光ビーム・スプリ
ッタ７を通して一対の検出器8,9に送られる。一対の検
出器8,9はともに色消し複レンズ６および基準分枝にあ
る第２の色消し複レンズ10から焦点距離のところにあ
る。偏光ビーム・スプリッタ７は基準分枝からの光線も
受け、２つの入力面と２つの出力面をそなえている。偏
光ビーム・スプリッタ７はビーム20とビーム21を放出す
る。ビーム20はたとえば測定分枝からの光線の水平成分
と基準分枝からの光線の垂直成分を含み、ビーム21は逆
の組み合わせを含んでいる。
５が設けられる（多分、偏光子の較正フェーズ中だけ存
在する）。この偏光板５はこれを通過する光線を変換し
て、垂直平面に対して45゜の直線偏光光線とする。（較
正フェーズ中に）偏光板５から、または被試験体４から
出る光線は色消し複レンズ６および偏光ビーム・スプリ
ッタ７を通して一対の検出器8,9に送られる。一対の検
出器8,9はともに色消し複レンズ６および基準分枝にあ
る第２の色消し複レンズ10から焦点距離のところにあ
る。偏光ビーム・スプリッタ７は基準分枝からの光線も
受け、２つの入力面と２つの出力面をそなえている。偏
光ビーム・スプリッタ７はビーム20とビーム21を放出す
る。ビーム20はたとえば測定分枝からの光線の水平成分
と基準分枝からの光線の垂直成分を含み、ビーム21は逆
の組み合わせを含んでいる。
基準ビームは２つの反射鏡11,12および２つの自由度を
有する補償器13を通して複レンズ10およびスプリッタ７
へ送られる。補償器13はたとえばソレイル−バビネット
補償器または四分の一波長板と結合された偏光板であ
る。反射鏡12は複レンズ10から焦点距離のところにあ
る。反射鏡は支持台に取り付けられている。この支持台
は反射ビームの方向を微調整するため動かすことができ
る。更に詳しく述べると、反射鏡12は２つの直交軸のま
わりに回転させ、スプリッタ７に向って並進運動させる
ことができる。補償器13はスプリッタ７と恐らく反射鏡
によって生じ得る偏光状態の変化を補償し、また光線2b
の偏光平面を45゜だけ回転させることによりスプリッタ
７の入力に45゜の直線偏光光線を与える。基準分枝の色
消し複レンズ10は光ビームの焦点を検出器８に合わせる
他に、反射鏡の動きによりビーム2bの２つの成分の検出
器上の位置と入射角を独立に制御することによりビーム
2aの成分と完全に重畳できるようにする。換言すれば、
複レンズ10は反射鏡12の回転、並進運動によって検出器
表面での入射角、像位置がそれぞれ変化することを防止
する。
有する補償器13を通して複レンズ10およびスプリッタ７
へ送られる。補償器13はたとえばソレイル−バビネット
補償器または四分の一波長板と結合された偏光板であ
る。反射鏡12は複レンズ10から焦点距離のところにあ
る。反射鏡は支持台に取り付けられている。この支持台
は反射ビームの方向を微調整するため動かすことができ
る。更に詳しく述べると、反射鏡12は２つの直交軸のま
わりに回転させ、スプリッタ７に向って並進運動させる
ことができる。補償器13はスプリッタ７と恐らく反射鏡
によって生じ得る偏光状態の変化を補償し、また光線2b
の偏光平面を45゜だけ回転させることによりスプリッタ
７の入力に45゜の直線偏光光線を与える。基準分枝の色
消し複レンズ10は光ビームの焦点を検出器８に合わせる
他に、反射鏡の動きによりビーム2bの２つの成分の検出
器上の位置と入射角を独立に制御することによりビーム
2aの成分と完全に重畳できるようにする。換言すれば、
複レンズ10は反射鏡12の回転、並進運動によって検出器
表面での入射角、像位置がそれぞれ変化することを防止
する。
平行軸をそなえた２つの偏光板14,15はスプリッタ７か
ら出るビーム20,21の径路に置かれ、それらを横切る光
線の２つの成分を等しく偏光する（たとえば45゜偏
光）。偏光板14,15を出たビーム20a,21aは検出器8,9に
よって集められる。検出器8,9は各ビームの２つの成分
の間のうなりを検出し、周波数が光源１の発生する２つ
の光周波数の差に等しい無線周波信号を送出する。
ら出るビーム20,21の径路に置かれ、それらを横切る光
線の２つの成分を等しく偏光する（たとえば45゜偏
光）。偏光板14,15を出たビーム20a,21aは検出器8,9に
よって集められる。検出器8,9は各ビームの２つの成分
の間のうなりを検出し、周波数が光源１の発生する２つ
の光周波数の差に等しい無線周波信号を送出する。
このような検出器の出力信号の振幅はa1とa2に比例し、
相対位相はφである。実際上、被試験体４の出力で、測
定すべき電界は次のように表わすことができる。
相対位相はφである。実際上、被試験体４の出力で、測
定すべき電界は次のように表わすことができる。
EMx＝a1exp（ｉω1t） EMy＝a2exp〔ｉ（ω1t＋φ）〕 一方、偏光ビーム・スピリッタ７の直前の基準電界は次
にように表わすことができる。
にように表わすことができる。
ここでφＲは測定ビームと基準ビームとの間の光路差を
考慮に入れた全体的な位相を示す。
考慮に入れた全体的な位相を示す。
再結合によって偏光ビーム・スプリッタ７の出力に２つ
のビーム20,21が生じ、これらのビームはそれぞれ次の
電界で表わされる。
のビーム20,21が生じ、これらのビームはそれぞれ次の
電界で表わされる。
Ex（20）＝a1exp（ｉω1t） Ey（21）＝a2exp〔ｉ（ω1t＋φ）〕 したがって、偏光板14,15の後の２つの検出器8,9の入力
の強度は次のようになる。
の強度は次のようになる。
ここで、I0とI0は未検出のDCレベルである。したがっ
て、周波数ω１−ω２のうなりの振幅は被測定電界と同
様にa1とa2、および相対位相φに比例している。次に信
号Ｉ（８）,I（９）は増幅器16,17で増幅されて、測定
および／またはディスプレイ装置18（たとえば、ベクト
ル電圧計またはｘ−ｙモードで動作するサンプリング・
オシロスコープ、もしくは両方の装置の組み合わせ）に
与えられる。装置18がベクトル電圧計の場合には、a2/a
1およびφのディジタル値（符号と絶対値）が得られ
る。装置18がディスプレイの場合には、可視トレースが
振幅に比例した情報を与え、偏光像の形を再生する。更
に、適当なサンプリング時間の選択によって、トレース
路の方向を見ることができる。
て、周波数ω１−ω２のうなりの振幅は被測定電界と同
様にa1とa2、および相対位相φに比例している。次に信
号Ｉ（８）,I（９）は増幅器16,17で増幅されて、測定
および／またはディスプレイ装置18（たとえば、ベクト
ル電圧計またはｘ−ｙモードで動作するサンプリング・
オシロスコープ、もしくは両方の装置の組み合わせ）に
与えられる。装置18がベクトル電圧計の場合には、a2/a
1およびφのディジタル値（符号と絶対値）が得られ
る。装置18がディスプレイの場合には、可視トレースが
振幅に比例した情報を与え、偏光像の形を再生する。更
に、適当なサンプリング時間の選択によって、トレース
路の方向を見ることができる。
説明した装置によるビームの偏光状態の測定は２つのフ
ェーズで行なわれる。第１のフェーズは被試験物体がな
い場合に一度限り行なうべき装置の較正フェーズであ
る。第２のフェーズは実際の測定フェーズである。
ェーズで行なわれる。第１のフェーズは被試験物体がな
い場合に一度限り行なうべき装置の較正フェーズであ
る。第２のフェーズは実際の測定フェーズである。
較正フェーズ中は、振幅と位相が等しい２つの光線がス
プリッタ７の２つの入力に送られなければならない。こ
のため、垂直平面に偏光した光線はスプリッタ３を通っ
て送られ、偏光板５によって45゜の偏光光線に変換され
る。基準分枝では、装置18にその種別に応じて45゜の直
線で形成されたトレースまたは数値a2/a1＝1,φ＝０が
得られるまで補償器13が動作する。すなわち、基準分枝
も45゜の直線偏光光線を送出し、いずれの分枝で発生す
る遅延と減衰もすべて実際に補償されるので、偏光計は
較正される。これらの状態のもとで、偏光計は後続の測
定に対して準備完了状態となる。後続の測定は偏光板５
がない状態で行なわれる。
プリッタ７の２つの入力に送られなければならない。こ
のため、垂直平面に偏光した光線はスプリッタ３を通っ
て送られ、偏光板５によって45゜の偏光光線に変換され
る。基準分枝では、装置18にその種別に応じて45゜の直
線で形成されたトレースまたは数値a2/a1＝1,φ＝０が
得られるまで補償器13が動作する。すなわち、基準分枝
も45゜の直線偏光光線を送出し、いずれの分枝で発生す
る遅延と減衰もすべて実際に補償されるので、偏光計は
較正される。これらの状態のもとで、偏光計は後続の測
定に対して準備完了状態となる。後続の測定は偏光板５
がない状態で行なわれる。
測定フェーズ中は、基準分枝は変化しない。測定分枝で
は、垂直直線偏光の光線が被試験体４の入力に存在し、
被試験体の性質によって定まるほぼ楕円の偏光が出力に
得られる。スプリッタ７では、周波数ω１の光線の水平
成分Exが基準分枝から出る光線の垂直成分に重畳され
る。偏光板14は水平に対して45゜で同じ平面内の２つの
成分を直線偏光する。周波数の異なる２つの成分の組み
合わせによって得られるビームの強度Ｉ（８）には、振
幅が成分の積に比例し、周波数ω２−ω１で振動するう
なり項が含まれている。この振幅変調は検出器８によっ
て電流信号に変換され、測定および／またはディスプレ
イ装置18に与えられる。
は、垂直直線偏光の光線が被試験体４の入力に存在し、
被試験体の性質によって定まるほぼ楕円の偏光が出力に
得られる。スプリッタ７では、周波数ω１の光線の水平
成分Exが基準分枝から出る光線の垂直成分に重畳され
る。偏光板14は水平に対して45゜で同じ平面内の２つの
成分を直線偏光する。周波数の異なる２つの成分の組み
合わせによって得られるビームの強度Ｉ（８）には、振
幅が成分の積に比例し、周波数ω２−ω１で振動するう
なり項が含まれている。この振幅変調は検出器８によっ
て電流信号に変換され、測定および／またはディスプレ
イ装置18に与えられる。
スプリッタ７の他方の出力に対しても同じ状況が生じ
る。偏光板15は偏光板14から出てくる光線の偏光平面と
平行な同一平面内で周波数ω１の光線の垂直成分Eyと周
波数ω２の光線の水平成分を直線偏光する。２つの偏光
板が平行であることは２つの信号の強度が同じ比例係数
に従い電界の２つの成分の振幅によって定まるようにす
るために必要である。検出器９は第２のうなりを検出
し、これは装置18に与えられる。装置18は偏光状態をデ
ィスプレイするか、またはパラメータa2/a1,φの値を示
す。それから測定がうなりサイクルで行なわれ、含まれ
ている周波数のため測定は実際上、実時間である。２つ
のビーム20,21には各々、測定分枝を通る光線の一部と
基準分枝に存在する光線の一部が含まれているため、２
つの分枝に生じ得る機械的、熱的性質等の位相推移によ
って測定が影響を受けないことに注目すべきである。
る。偏光板15は偏光板14から出てくる光線の偏光平面と
平行な同一平面内で周波数ω１の光線の垂直成分Eyと周
波数ω２の光線の水平成分を直線偏光する。２つの偏光
板が平行であることは２つの信号の強度が同じ比例係数
に従い電界の２つの成分の振幅によって定まるようにす
るために必要である。検出器９は第２のうなりを検出
し、これは装置18に与えられる。装置18は偏光状態をデ
ィスプレイするか、またはパラメータa2/a1,φの値を示
す。それから測定がうなりサイクルで行なわれ、含まれ
ている周波数のため測定は実際上、実時間である。２つ
のビーム20,21には各々、測定分枝を通る光線の一部と
基準分枝に存在する光線の一部が含まれているため、２
つの分枝に生じ得る機械的、熱的性質等の位相推移によ
って測定が影響を受けないことに注目すべきである。
第２図の代替実施例では、２つの周波数を発生、分離す
る方法が変更されている。この場合、光源101はHe−He
レーザー等のレーザーであり、発生するビーム102は単
周波の光線で構成される。測定に必要な２周波を発生す
るため、ビーム102の径路に音響光学的周波数シフタ103
が挿入される。周波数シフタ103は第１のビーム102aと
第２のビームを発生する。第１のビーム102aの周波数は
ビーム102の周波数に等しい。第２のビームの周波数は
もとのビーム102の光周波と103に与えられる無線周波数
（数十MHzのオーダー）との和または差（音響光学的周
波数シフタ103の使い方によってきまる）となる。２つ
のビームの偏光は同じになる。第１のビームは測定分枝
に送り込まれ、第２のビームは反射鏡111を介して基準
分枝に送り込まれる。光源101と音響光学的装置103との
間に挿入された絞り19により、測定結果を変えてしまう
恐れのある装置103の表面での反射が防止される。
る方法が変更されている。この場合、光源101はHe−He
レーザー等のレーザーであり、発生するビーム102は単
周波の光線で構成される。測定に必要な２周波を発生す
るため、ビーム102の径路に音響光学的周波数シフタ103
が挿入される。周波数シフタ103は第１のビーム102aと
第２のビームを発生する。第１のビーム102aの周波数は
ビーム102の周波数に等しい。第２のビームの周波数は
もとのビーム102の光周波と103に与えられる無線周波数
（数十MHzのオーダー）との和または差（音響光学的周
波数シフタ103の使い方によってきまる）となる。２つ
のビームの偏光は同じになる。第１のビームは測定分枝
に送り込まれ、第２のビームは反射鏡111を介して基準
分枝に送り込まれる。光源101と音響光学的装置103との
間に挿入された絞り19により、測定結果を変えてしまう
恐れのある装置103の表面での反射が防止される。
装置の残りの部分は第１図のそれと同じである。動作も
第１図の構成の動作と同じである。２つの光線の最初等
しい偏光は45゜偏光を生ずる補償器13が存在しているた
め何の影響も及ぼさない。
第１図の構成の動作と同じである。２つの光線の最初等
しい偏光は45゜偏光を生ずる補償器13が存在しているた
め何の影響も及ぼさない。
第１図および第２図の構成では、被試験体４のビーム2a
または102aの方向の寸法は２つの分枝の間に光源1,101
のコヒーレンス長さとほぼ同等の光路差を生じないよう
な寸法になっていることが暗黙に仮定されている。光フ
ァイバーの測定の場合、半導体レーザーを光源として使
うと、被測定中継線の長さによって上記のような限界を
簡単に超えてしまうことがある。したがって、レーザー
の線幅がうなりの無線周波数を超えた場合には、ビーム
・スプリッタ７の２つの入力面に到達する光線相互の間
にはもはや精密な位相関係は存在しない。理論的には基
準分枝にファイバー中継線を挿入することもできるが、
このような分枝の光線の制御が困難になるとことがあ
る。したがって第３図に示すように周波数分離手段の前
にファイバーを挿入する方が簡単である。この場合、光
源200はたとえば赤外領域で動作する縦方向単モード半
導体レーザーである。出力ピーム202は色消し複レンズ2
2として図示された光学系によって被試験ファイバー204
の入力に焦点が合わされる。そしてファイバー204を出
たビーム202cはもう１つの色消し複レンズ23を通して音
響光学的装置203へ送られる。音響光学的装置203は第２
図の装置103と同一であり、２つのビーム202a,202bを発
生する。この構成により、２つの分枝を出るビームはフ
ァイバー出力の状態に対応する同じ偏光状態となる。こ
のとき、測定すべき偏光状態に対応する基準を作成する
のに適した装置を１つの分枝に入れることが必要にな
る。
または102aの方向の寸法は２つの分枝の間に光源1,101
のコヒーレンス長さとほぼ同等の光路差を生じないよう
な寸法になっていることが暗黙に仮定されている。光フ
ァイバーの測定の場合、半導体レーザーを光源として使
うと、被測定中継線の長さによって上記のような限界を
簡単に超えてしまうことがある。したがって、レーザー
の線幅がうなりの無線周波数を超えた場合には、ビーム
・スプリッタ７の２つの入力面に到達する光線相互の間
にはもはや精密な位相関係は存在しない。理論的には基
準分枝にファイバー中継線を挿入することもできるが、
このような分枝の光線の制御が困難になるとことがあ
る。したがって第３図に示すように周波数分離手段の前
にファイバーを挿入する方が簡単である。この場合、光
源200はたとえば赤外領域で動作する縦方向単モード半
導体レーザーである。出力ピーム202は色消し複レンズ2
2として図示された光学系によって被試験ファイバー204
の入力に焦点が合わされる。そしてファイバー204を出
たビーム202cはもう１つの色消し複レンズ23を通して音
響光学的装置203へ送られる。音響光学的装置203は第２
図の装置103と同一であり、２つのビーム202a,202bを発
生する。この構成により、２つの分枝を出るビームはフ
ァイバー出力の状態に対応する同じ偏光状態となる。こ
のとき、測定すべき偏光状態に対応する基準を作成する
のに適した装置を１つの分枝に入れることが必要にな
る。
この装置はたとえばビーム202bがたどる分枝（簡単のた
め、これもまだ「基準分枝」と呼ぶ）に偏光板24を挿入
して。このようなビームに45゜の直線偏光を加えること
により得られる。基準分枝には装置７によって生じる偏
光変化を補償するための四分の一波長板25が含まれる。
偏光板24とλ/4板25は協同して第１図、第２図の補償器
13の役目を果す。
め、これもまだ「基準分枝」と呼ぶ）に偏光板24を挿入
して。このようなビームに45゜の直線偏光を加えること
により得られる。基準分枝には装置７によって生じる偏
光変化を補償するための四分の一波長板25が含まれる。
偏光板24とλ/4板25は協同して第１図、第２図の補償器
13の役目を果す。
動作については、音響光学的装置203の出力に２つの光
線202a,202bが同じ偏光で得られる。この偏光もファイ
バー特性によってきまる。基準分枝では、偏光は偏光板
24によって45゜の直線偏光に変換される。残りの動作は
前記実施例の動作と同じである。この構成では測定分枝
の偏光板５は較正フェーズの間だけ存在しなければなら
ない。そうでないと、被測定信号が無効になってしま
う。
線202a,202bが同じ偏光で得られる。この偏光もファイ
バー特性によってきまる。基準分枝では、偏光は偏光板
24によって45゜の直線偏光に変換される。残りの動作は
前記実施例の動作と同じである。この構成では測定分枝
の偏光板５は較正フェーズの間だけ存在しなければなら
ない。そうでないと、被測定信号が無効になってしま
う。
第４図に示すもう１つの変形例では、偏光ビーム・スプ
リッタ７が２つの別個の装置、すなわち立方体のビーム
・スプリッタ30と偏光板（詳しくはグラン・テーラー・
プリズム）31に置き換えられている。ビーム・スプリッ
タ30は出力面から１つの再結合ビーム32を放出する。ビ
ーム32は両方の分枝からのビームの一部を含んでいる。
ビーム・スプリッタ30の垂直面から出る残りの部分は重
要でない。ビーム32は色消し複レンズ33を通ってグラン
・テーラー・プリズム31に与えられる。プリズム31はビ
ーム32をビーム34とビーム35に分ける。ビーム34は２つ
の分枝からのビームの水平偏光成分を含み、ビーム35は
垂直偏光成分を含んでいる。ビーム34,35は複レンズ33
から焦点距離のところに配置された検出器8,9に送られ
る。
リッタ７が２つの別個の装置、すなわち立方体のビーム
・スプリッタ30と偏光板（詳しくはグラン・テーラー・
プリズム）31に置き換えられている。ビーム・スプリッ
タ30は出力面から１つの再結合ビーム32を放出する。ビ
ーム32は両方の分枝からのビームの一部を含んでいる。
ビーム・スプリッタ30の垂直面から出る残りの部分は重
要でない。ビーム32は色消し複レンズ33を通ってグラン
・テーラー・プリズム31に与えられる。プリズム31はビ
ーム32をビーム34とビーム35に分ける。ビーム34は２つ
の分枝からのビームの水平偏光成分を含み、ビーム35は
垂直偏光成分を含んでいる。ビーム34,35は複レンズ33
から焦点距離のところに配置された検出器8,9に送られ
る。
補償器13（第１図）または偏光板24と板25（第３図）は
すべての構成で無差別に使用できることは明らかであ
る。
すべての構成で無差別に使用できることは明らかであ
る。
グラン・テーラー・プリズム3,31の反射面の傾斜角が実
際には異なっていても図面を簡略化するため45゜として
図示してある。
際には異なっていても図面を簡略化するため45゜として
図示してある。
第１図は測定に必要な２周波の発生源を使用した第１の
実施例を示す。第２図は第２の実施例を示し、２周波の
発生に音響光学的装置が使用されている。第３図は第３
の実施例を示し、特に光ファイバーの測定に適してい
る。第４図は異なる偏光成分の分離と再結合のための手
段の変形例を示している。 符号の説明 1,101,201……光源、３……偏光スプリッタ、４……被
試験体、５……偏光板、６……色消し複レンズ、７……
偏光ビーム・スプリッタ、8,9……一対の検出器、10…
…第２の色消し複レンズ、11,12……反射鏡、13……補
償器、14,15……偏光板、16,17……増幅器、18……測定
および／またはディスプレイ装置、19……絞り、22,23
……色消し複レンズ、24……偏光板、25……四分の一波
長波、30……立方体のビーム・スプリッタ、31……グラ
ン・テーラー・プリズム、33……色消し複レンズ、103,
203……音響光学的周波数シフタ、111……反射鏡、204
……被試験ファイバー。
実施例を示す。第２図は第２の実施例を示し、２周波の
発生に音響光学的装置が使用されている。第３図は第３
の実施例を示し、特に光ファイバーの測定に適してい
る。第４図は異なる偏光成分の分離と再結合のための手
段の変形例を示している。 符号の説明 1,101,201……光源、３……偏光スプリッタ、４……被
試験体、５……偏光板、６……色消し複レンズ、７……
偏光ビーム・スプリッタ、8,9……一対の検出器、10…
…第２の色消し複レンズ、11,12……反射鏡、13……補
償器、14,15……偏光板、16,17……増幅器、18……測定
および／またはディスプレイ装置、19……絞り、22,23
……色消し複レンズ、24……偏光板、25……四分の一波
長波、30……立方体のビーム・スプリッタ、31……グラ
ン・テーラー・プリズム、33……色消し複レンズ、103,
203……音響光学的周波数シフタ、111……反射鏡、204
……被試験ファイバー。
フロントページの続き (72)発明者 フランチエスコ・チステルニーノ イタリア国トリノ、チ・ソ・ラツコニージ 155 (72)発明者 レナト・カポニ イタリア国トリノ、ヴイア・ピガフエツタ ６ (56)参考文献 米国特許3345907（ＵＳ，Ａ) 米国特許3520615（ＵＳ，Ａ)
Claims (15)
- 【請求項１】準単色光線の偏光状態を実時間測定するた
めの方法であつて、 周波数が少し異なる第１および第２の直線偏光した準単
色光線を発生する段階と、 該第１の準単色光線を基準分枝に沿うように方向付ける
段階と、 該第２の準単色光線を測定分枝に沿うように方向付ける
段階と、 該基準分枝に沿う該第１の準単色光線を一定の方向に方
向付けられた基準直線偏光光線に変換する段階と、 該基準直線偏光光線を水平偏光と垂直偏光の２つの等し
い第１の成分に分割して基準水平光線および基準垂直光
線を作成する段階と、 該基準分枝および該測定分枝に送り込まれた該第１およ
び第２の準単色光線が振幅と位相の等しい光線に変換さ
れる較正段階であって、該光線は、水平偏光と垂直偏光
の等しい成分へ分割されるように、同じ一定の方向で直
線変更される該較正段階と、 被試験透明体に該第２の準単色光線を透過させて試験光
線を作成する段階と、 該試験光線を水平偏光と垂直偏光の２つの第２の成分に
分割して試験水平光線および試験垂直光線を作成する段
階と、 該基準水平光線と該試験垂直光線とを組み合わせて第１
のビームを作成する段階と、 該基準垂直光線と該試験水平光線とを組み合わせて第２
のビームを作成する段階と、 該第１のビームおよび該第２のビームを少し異なる前記
周波数を有する該水平、垂直光線の間のうなりを表わす
第１および第２の電気信号にそれぞれ変換する段階と、 該第１及び第２の電気信号を解析して被試験透明体を透
過した光線の水平、垂直成分の相対位相および振幅比を
得る段階と、 を具備する方法。 - 【請求項２】上記第１および第２のビームを別々の径路
に沿うように方向付け、且つ該第１および第２のビーム
を共通平面に偏光する特許請求の範囲第１項記載の方
法。 - 【請求項３】上記第１の準単色光線と上記試験光線とを
組み合わせて単一のビームとし、該第１の準単色光線お
よび該試験光線の上記水平偏光成分を該第１の準単色光
線および該試験光線の上記垂直偏光成分から分離し、そ
して該水平偏光成分と該垂直偏光成分とをそれぞれ組み
合わせて上記第１および第２のビームを作成する特許請
求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項４】上記第１及び第２の準単色光線が共通光源
によつて発生され、且つ直交する直線偏光を示す特許請
求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項５】準単色光線の偏光状態を実時間測定するた
めの装置であつて、 周波数が少し異なる第１および第２の直線偏光した準単
色光線を発生する手段と、 該第１および第２の準単色光線を基準分枝および測定分
枝にそれぞれ沿うように方向付ける手段と、該基準分枝
に沿う該第１の準単色光線を一定の方向に方向付けられ
た直線偏光光線に変換する変換手段と、 少なくとも較正フエーズの間には存在する該測定分枝内
の較正用偏光子であって、該第２の準単色光線を該基準
分枝を通過した該第１の準単色光線と同じ直線偏光を有
する光線に変換する該較正用偏光子、 該第１および第２の準単色光線を分割し且つ組み合わせ
る分割／組合わせ手段であつて、該第１の準単色光線を
垂直基準成分と水平基準成分とに分割し、被試験透明体
を透過した該第２の準単色光線を垂直試験成分と水平試
験成分とに分割し、該水平試験成分と該垂直基準成分と
を組み合わせて第１のビームを作成し、 且つ該水平基準成分と該垂直試験成分とを組み合わせて
第２のビームを作成するものと、 該第１のビーム用の第１の偏光手段および該第２のビー
ム用の第２の偏光手段であつて、該第１のビームおよび
該第２のビームを共通平面に直線偏光するものと、 該第１および第２のビームを、少し異なる前記周波数を
有する該水平、垂直光線成分の間のうなりを表わす第１
および第２の電気信号にそれぞれ変換する第１および第
２の検出手段と、 被試験透明体を透過した光線の水平、垂直成分の位相お
よび振幅比を測定するための、該第１および第２の検出
手段に接続されている解析手段と、 を具備する装置。 - 【請求項６】上記基準分枝は支持台に取り付けた少なく
とも１つの反射鏡を含み、該反射鏡は２つの軸のまわり
の回転運動と、該反射鏡を上記分割／組合せ手段に近づ
けそしてそれから離したりするための並進運動を許容
し、そして該反射鏡並びに上記第１および第２の検出手
段を第１の光学装置から焦点距離のところに配置して、
該基準分枝を通過した光線の上記２つの成分の該検出手
段上の位置と入射角を独立に制御する事を許容する特許
請求の範囲第５項記載の装置。 - 【請求項７】上記分割／組合せ手段はビーム・スプリツ
タと第３の偏光手段を含み、該ビーム・スプリツタは第
１の面で上記基準分枝からの上記第１の準単色光線を受
けると共に第２の面で上記測定分枝からの上記第２の準
単色光線を受け、且つ該２つの光線を組み合わせて単一
のビームとし、そして該第３の偏光手段は該単一のビー
ムを水平偏光成分と垂直偏光成分とに分離して、上記第
１と第２のビームを作成する特許請求の範囲第５項記載
の装置。 - 【請求項８】上記分割／組合せ手段は単一の偏光ビーム
・スプリツタを含み、該偏光ビーム・スプリツタは上記
水平試験成分と上記垂直基準成分とを、そして上記水平
基準成分と上記垂直試験成分とを組み合わせる特許請求
の範囲第５項記載の装置。 - 【請求項９】上記第１の光学装置が上記基準分枝の中で
上記反射鏡と上記分割／組合せ手段との間に挿入され、
そして上記第１および第２の検出手段は上記測定分枝に
挿入された、該第１の光学装置と類似した第２の光学装
置から焦点距離のところに配置されている特許請求の範
囲第６項記載の装置。 - 【請求項１０】上記第１及び第２の準単色光線の２つの
周波数で方向付ける手段が光源と偏光スプリツタとから
なる特許請求の範囲第５項記載の装置。 - 【請求項１１】上記第１および第２の準単色光線が直交
平面に直線偏光されている特許請求の範囲第６項記載の
装置。 - 【請求項１２】上記準単色光線を発生する手段および上
記準単色光線を方向付ける手段が準単色光線の光源と、
該準単色光線から２つの周波数で光線を得る音響光学的
周波数シフタとからなる特許請求の範囲第５項記載の装
置。 - 【請求項１３】被試験体を光線が横切る方向で該被試験
体の寸法が光源のコヒーレンス長に近い場合において、
上記基準分枝に特性を制御した標準サンプル体を設ける
ことにより２つの分枝を通過する光線の光路差が該コヒ
ーレンス長と比べて無視できるようにした特許請求の範
囲第５項記載の装置。 - 【請求項１４】上記変換手段がソレイル−バビネツト補
償器からなる特許請求の範囲第５項記載の装置。 - 【請求項１５】音響光学的周波数シフタを更に具備する
特許請求の範囲第６項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT67838-A/84 | 1984-08-22 | ||
| IT67838/84A IT1179066B (it) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | Procedimento e dispositivo per la determinazione in tempo reale dello stato di polarizzazione di un fascio luminoso quasi monocromatico |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6159224A JPS6159224A (ja) | 1986-03-26 |
| JPH0781915B2 true JPH0781915B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=11305690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60181962A Expired - Lifetime JPH0781915B2 (ja) | 1984-08-22 | 1985-08-21 | 準単色光線の偏光状態を実時間測定するための方法と装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4671657A (ja) |
| EP (1) | EP0172568B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0781915B2 (ja) |
| CA (1) | CA1240174A (ja) |
| DE (2) | DE3580807D1 (ja) |
| IT (1) | IT1179066B (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2517551B2 (ja) * | 1986-05-09 | 1996-07-24 | キヤノン株式会社 | 位相分布測定装置 |
| IT1195127B (it) * | 1986-08-08 | 1988-10-12 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Interferometro eterodina tipo michelson per misure di polarizzazione |
| US4929080A (en) * | 1988-05-16 | 1990-05-29 | Litton Systems, Inc. | Apparatus for the optical measurement of spectra distribution |
| US4965603A (en) * | 1989-08-01 | 1990-10-23 | Rockwell International Corporation | Optical beamforming network for controlling an RF phased array |
| US5298972A (en) * | 1990-01-22 | 1994-03-29 | Hewlett-Packard Company | Method and apparatus for measuring polarization sensitivity of optical devices |
| US5227623A (en) * | 1992-01-31 | 1993-07-13 | Hewlett-Packard Company | Method and apparatus for measuring polarization mode dispersion in optical devices |
| US5483342A (en) * | 1993-06-25 | 1996-01-09 | Hughes Aircraft Company | Polarization rotator with frequency shifting phase conjugate mirror and simplified interferometric output coupler |
| US6804004B1 (en) | 1998-03-03 | 2004-10-12 | J. A. Woollam Co., Inc | Multiple-element lens systems and methods for uncorrelated evaluation of parameters in parameterized mathematical model equations for lens retardance, in ellipometry and polarimetry |
| US7518725B1 (en) | 1995-09-20 | 2009-04-14 | J.A. Woollam Co., Inc. | Temperature controlled lens |
| US7215424B1 (en) | 1998-03-03 | 2007-05-08 | J.A. Woollam Co., Inc. | Broadband ellipsometer or polarimeter system including at least one multiple element lens |
| US6549282B1 (en) | 1998-03-03 | 2003-04-15 | J. A. Woollam Co. Inc. | Methods for uncorrelated evaluation of parameters in parameterized mathematical model equations for lens retardance, in ellipsometry and polarimetry systems |
| US6327037B1 (en) * | 1997-11-12 | 2001-12-04 | Chien Chou | Optical rotation angle polarimeter |
| FR2878032B1 (fr) * | 2004-11-18 | 2007-03-02 | Horiba Abx Sa Sa | Dispositif d'inspection d'un fluide par illumination uniforme au moyen d'un guide de lumiere conforme |
| US8576405B2 (en) * | 2008-09-25 | 2013-11-05 | Mellitor Ltd. | Heterodyne polarimeter with a background subtraction system |
| US8922773B2 (en) * | 2011-12-29 | 2014-12-30 | Rudolph Research Analytical Inc. | System and method for error correction in a polarimeter |
| CN113340424B (zh) * | 2021-06-18 | 2022-09-27 | 上海国科航星量子科技有限公司 | 偏振光性能的检测装置及检测方法 |
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-
1984
- 1984-08-22 IT IT67838/84A patent/IT1179066B/it active
-
1985
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- 1985-08-19 US US06/767,164 patent/US4671657A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1985-08-21 JP JP60181962A patent/JPH0781915B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1985-08-21 EP EP85110477A patent/EP0172568B1/en not_active Expired
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Patent Citations (2)
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