JPH10267756A - 光スペクトラムアナライザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入射光の偏光状態に拘らず正確にスペクトル
の測定が行えるようにする。 【解決手段】 偏光状態平均化手段１は、光源１０から
の入射光１１の偏光状態を平均化する。偏光成分選択手
段２は、偏光状態平均化手段１より出射した入射光１２
から、所定の偏波面を有する偏光成分を選択する。偏波
面回転手段３は、偏光成分選択手段２の選択した偏光成
分１３の偏波面を波長毎に異なる回転速度で回転させ
る。分離手段４は、偏波面回転手段３の出射光１４か
ら、所定の偏光１５を分離する。光電変換手段５は、偏
光１５の強度を電気信号に変換する。演算手段６は、光
電変換手段５の出力する電気信号に基づいて入射光のス
ペクトルを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光計測分野において
光のスペクトラムを検出する光スペクトラムアナライザ
に関し、特に振動等に対する信頼性を向上させた光スペ
クトラムアナライザに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光スペクトラムアナライザは、例
えば回折格子やマイケルソン干渉計から構成されてい
た。ところが、これらの光スペクトラムアナライザは回
折格子やミラーなどの可動部があるために振動に弱く装
置の信頼性が低いという問題点があった。そこで、本出
願人は、機械的可動部の無い光スペクトラムアナライザ
として「特願平９−７１９３９号）」を出願している。

【０００３】図９は、従来の機械的可動部の無い光スペ
クトラムアナライザの概略構成を示す図である。光源６
１から発せられた光の光路上に、偏光子６２が設けられ
ている。偏光子６２を通過した光は、ファラデー回転能
を有する光ファイバ（ＦＲファイバ）６３の一端に入射
されている。ＦＲファイバ６３は、複数の輪を作るよう
に円形に巻かれている。ＦＲファイバ６３の周囲には、
電線６５が巻き付けられている。電線６５の両端は、電
源６６に接続されている。この電源６６の出力は、コン
ピュータ６９によって制御されている。

【０００４】ＦＲファイバ６３から出射された光は、偏
波依存型ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６４に入射され
る。このＰＢＳ６４は、偏光子６２を透過することがで
きる偏波成分と同じ偏光方向の直線偏光のみを透過する
ように配置されている。ＰＢＳ６４を透過した光は、フ
ォトダイオード６７に照射する。フォトダイオード６７
から出力される電気信号は、アナログ・ディジタル変換
器６８に入力される。アナログ・ディジタル変換器６８
の出力は、コンピュータ６９に入力される。コンピュー
タ６９は、電源６６を制御し、電線６５に対して鋸歯状
波の電流を供給するとともに、アナログ・ディジタル変
換器６８から供給される信号を解析し、光源６１の光の
スペクトラムを算出する。

【０００５】以上の光スペクトラムアナライザでは、光
源６１の光は、偏光子６２により、一定の偏波成分のみ
の直線偏光が取り出される。偏光子６２を通過した直線
偏光は、ＦＲファイバ６３に入射し、そのＦＲファイバ
６３内を伝播する。そして、ファラデー回転能の影響に
より直線偏光の偏波面が回転する。このとき、ファラデ
ー回転能が光の波長に依存することから、異なる波長の
光は異なる速度で偏波面が回転する。

【０００６】ＦＲファイバ６３から出射した光のうち、
ＦＲファイバ６３に入射した光と同じ偏光方向の偏波成
分のみがＰＢＳ６４を透過し、フォトダイオード６７に
照射される。フォトダイオード６７は、照射された光の
強度を電気信号に変換し、アナログ・ディジタル変換器
６８に入力する。すると、アナログ信号がディジタル信
号に変換され、コンピュータ６９に入力される。その
際、コンピュータ６９は、電線６５に印加している鋸歯
状波と同期をとり、電流が直線的に変化している間の信
号を取り込むようにしている。そして、取り込んだ信号
に基づいてコンピュータ６９によりフーリエ変換が行わ
れ、光源６１の発した光のスペクトルが導き出される。

【０００７】このような光スペクトラムアナライザによ
れば、偏波面を波長毎に異なる速度で回転させるのにフ
ァラデーローテーターを用いるため、機械的可動部が無
く、外部からの振動から受ける影響が少ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光スペ
クトラムアナライザでは偏光子を用いて入射光の偏光を
分離しているため、入射光の偏光状態によって測定結果
が異なるという問題が生じていた。すなわち、偏光子６
２を透過する偏光と直交するような直線偏光が入射され
た場合には、偏光子６２によって全ての入射光が遮られ
てしまい測定を行うことができなかった。

【０００９】また、複数の波長が異なる偏光状態で入射
すると、波長毎の強度比を正確に検出することができな
いという問題点もあった。本発明はこのような点に鑑み
てなされたものであり、入射光の偏光状態に拘らず正確
にスペクトルの測定が行える光スペクトラムアナライザ
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、光のスペクトルを検出する光スペクトラ
ムアナライザにおいて、入射光の偏光状態を平均化する
偏光状態平均化手段と、前記偏光状態平均化手段の出射
光から、所定の偏波面を有する偏光成分を選択する偏光
成分選択手段と、前記偏光成分選択手段の選択した前記
偏光成分の偏波面を波長毎に異なる回転速度で回転させ
る偏波面回転手段と、前記偏波面回転手段の出射光か
ら、所定の偏光を分離する分離手段と、前記偏光の強度
を電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号に
基づいて前記入射光のスペクトルを算出する演算手段
と、を有することを特徴とする光スペクトラムアナライ
ザが提供される。

【００１１】この光スペクトラムアナライザによれば、
入射光は、偏光状態平均化手段によって偏光状態が平均
化される。次に、偏光成分選択手段により偏光状態が平
均化された光から所定の偏波面を有する偏光成分が選択
される。選択された偏光成分の偏波面は、偏波面回転手
段により、波長毎に異なる回転速度で回転させられる。
偏波面回転手段から出射された光は、分離手段により所
定の偏光が分離される。分離された偏光の強度は、光電
変換手段により電気信号に変換される。そして、その電
気信号に基づいて、演算手段により入射光のスペクトル
が算出される。

【００１２】また、光のスペクトルを検出する光スペク
トラムアナライザにおいて、入射光を、偏波面が互いに
直交する２つの偏光成分に分離する入射光分離手段と、
前記入射光分離手段が分離した各前記偏光成分の偏波面
を、波長毎に異なる回転速度で回転させる偏波面回転手
段と、前記偏光成分毎の前記偏波面回転手段の出射光か
ら、所定の偏光を分離する分離手段と、前記分離手段に
より各前記偏光成分から分離された２つの偏光の強度を
電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号に基
づいて前記入射光のスペクトルを算出する演算手段と、
を有することを特徴とする光スペクトラムアナライザが
提供される。

【００１３】この光スペクトラムアナライザによれば、
入射光は、入射光分離手段によって、偏波面が互いに直
交する２つの偏光成分に分離される。分離された各々の
偏光成分は、偏波面回転手段により、偏波面が波長毎に
異なる回転速度で回転させられる。その後、分離手段に
より、偏光成分毎に所定の偏光が分離される。分離され
た２つの偏光の強度は、光電変換手段により電気信号に
変換される。そして、その電気信号に基づいて、演算手
段により入射光のスペクトルが算出される。

【００１４】

【発明の実施の形態】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は本発明の原理構成図であ
る。本発明の光スペクトラムアナライザは、以下のよう
な要素で構成されている。

【００１５】偏光状態平均化手段１は、光源１０からの
入射光１１の偏光状態を平均化する。平均化の方法とし
ては、入射光の偏光方向を解消したり、入射光の偏光状
態を時間的に平均化する等の方法がある。偏光成分選択
手段２は、偏光状態平均化手段１より出射した入射光１
２から、所定の偏波面を有する偏光成分を選択する。偏
光成分選択手段２としては、例えば、偏光子やルチルプ
リズムを用いることができる。偏波面回転手段３は、偏
光成分選択手段２の選択した偏光成分１３の偏波面を波
長毎に異なる回転速度で回転させる。偏波面回転手段３
としては、例えば、ファラデー媒体に所定の磁場を印加
することにより実現することができる。分離手段４は、
偏波面回転手段３の出射光１４から、所定の偏光１５を
分離する。光電変換手段５は、偏光１５の強度を電気信
号に変換する。演算手段６は、光電変換手段５の出力す
る電気信号に基づいて入射光のスペクトルを算出する。

【００１６】このように、偏光成分を選択する前に入射
光の偏光状態を平均化することにより、偏光成分選択手
段２では光源１０の光の偏光状態に関係なく常に光源１
０の発する光の波長毎の強度比が反映された偏光成分を
選択することができる。したがって、偏光成分選択手段
２が選択した偏光成分１３からスペルトラムを解析する
ことにより、光源１０の発した光の偏光状態に拘らず正
確なスペクトラムを算出することができる。

【００１７】次に、ファラデー効果により偏波面を回転
させる光スペクトラムアナライザの実施の形態について
以下に説明する。図２は、第１の実施の形態の概略構成
を示す模式図である。光源２０から発せられた光の光路
上に、デポラライザ（偏光解消子）２１と偏光子２２と
が順に配置されている。デポラライザ２１は、入射光の
偏光方向を解消する機能を有している。例えば、巻かれ
た光ファイバに偏光を通すと、偏光方向がランダムにな
って出射される。

【００１８】デポラライザ２１と偏光子２２とを通過し
た光は、ファラデー回転能を有する光ファイバ（ＦＲフ
ァイバ）２３の一端に入射されている。ＦＲファイバ２
３は、複数の輪を作るように円形に巻かれている。ＦＲ
ファイバ２３の周囲には、電線２５が巻き付けられてい
る。電線２５の両端は、電源２６に接続されている。こ
の電源２６の出力は、コンピュータ２９によって制御さ
れている。

【００１９】ＦＲファイバ２３から出射された光は、偏
波依存型ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２４に入射され
る。このＰＢＳ２４は、偏光子２２を透過することがで
きる偏波成分と同じ偏光方向の直線偏光のみを透過する
ように配置されている。ＰＢＳ２４を透過した光は、フ
ォトダイオード２７に照射する。フォトダイオード２７
から出力される電気信号は、アナログ・ディジタル変換
器２８に入力される。アナログ・ディジタル変換器２８
の出力は、コンピュータ２９に入力される。コンピュー
タ２９は、電源２６を制御し、電線２５に対して鋸歯状
波の電流を供給するとともに、アナログ・ディジタル変
換器２８から供給される信号を解析し、光源２０の光の
スペクトラムを算出する。

【００２０】この光スペクトラムアナライザでは、ファ
ラデー効果を有する媒体として光ファイバが用いられて
いる。そして、その周囲に巻かれた電線２５に流れる鋸
歯状波によって、ＦＲファイバ２３には磁場が印加され
ている。電線２５に供給されている電流が鋸歯状波であ
ることから、ＦＲファイバ２３に加えられる磁場の強さ
も鋸歯状波的に変化する。

【００２１】そして、光源２０の光は、もし一定の方向
に偏光していたとしてもデポラライザ２１により偏光状
態が解消される。そして、偏光状態が解消された光が偏
光子２２に入射する。すると、偏光子２２により、一定
の偏波成分のみの直線偏光が取り出される。偏光子２２
を通過した直線偏光は、ＦＲファイバ２３に入射し、そ
のＦＲファイバ２３内を伝播する。そして、ファラデー
回転能の影響により、直線偏光の偏波面が回転する。こ
のとき、ファラデー回転能が光の波長に依存することか
ら、異なる波長の光は、異なる速度で偏波面が回転す
る。

【００２２】ＦＲファイバ２３から出射した光のうち、
ＦＲファイバ２３に入射した光と同じ偏光方向の偏波成
分のみがＰＢＳ２４を透過し、フォトダイオード２７に
照射する。フォトダイオード２７は、照射された光の強
度を電気信号に変換し、アナログ・ディジタル変換器２
８に入力する。すると、アナログ信号がディジタル信号
に変換され、コンピュータ２９に入力される。その際、
コンピュータ２９は、電線２５に印加している鋸歯状波
と同期をとり、電流が直線的に変化している間の信号を
取り込む（サンプリングする）ようにしている。その信
号に基づいて、コンピュータ２９によりフーリエ変換が
行われ、光源２０の発した光のスペクトルが導き出され
る。なお、偏光子２２を通したことにより光量が半減し
ているため、コンピュータ２９内で光量を２倍にして測
定結果の出力を行うことにより光量の低下分を補正す
る。

【００２３】なお、コンピュータ２９は、次の式（１）
の計算を行うことにより、スペクトル関数Ｓ(t) を算出
することができる。

【００２４】

【数１】

【００２５】ここで、βは、

【００２６】

【数２】

【００２７】で表される値である。式（２）の中の、ξ
は、

【００２８】

【数３】

【００２９】で表される。式（１）〜式（３）の中で、
Ｉ（ｔ）は透過光強度、ωは角振動数（光の振動数をν
としてω=2πνで表される）、κは電線２５を流れる電
流の時間変化率 A/s 、Ｎ_c は電線２５の巻き数、ｃは
真空中の光速度、λは波長、Ｖ _r は媒体のファラデー回
転能である。即ち、透過光強度のフーリエ変換によりス
ペクトラムが求められる。

【００３０】デポラライザには様々なものがあるが、そ
の中に光ファイバ偏光解消板がある。その原理を以下に
説明する。図３は、光ファイバ偏光解消板の原理を示す
図である。これは、楕円クラッド形偏波保存光ファイバ
を用いて作成されたものである。

【００３１】２つの偏波保存光ファイバ２１ａ，２１ｂ
の主軸が互いに４５°傾けて接続されている。偏波保存
光ファイバ２１ａ，２１ｂの長さは、それぞれＬ₁ 、Ｌ
₂ とする。光源のコヒーレンス長をＬ_c 、偏波保存光フ
ァイバの偏波分散をτ_p （偏光による群遅延の差）、光
速をＣとしてモード間の結合がないものとする。そし
て、以下の式

【００３２】

【数４】Ｃτ_p Ｌ₁ ＞Ｌ_c Ｃτ_p Ｌ₂ ＞Ｌ_c ・・・（４） が成立するときは、両偏光モード（図中、黒と白で示し
ている）が距離Ｌ₁ だけ伝搬した後のパルスの間隔Δｈ
₁ （Δｈ₁ ＝Ｃτ_p Ｌ₁ ）は、Ｌ_c より大きくなる。そ
のため、可干渉性はなくなる。１番目の偏波保存光ファ
イバ２１ａの主軸の方向に直線偏光が入射した場合に
は、偏波保存光ファイバ２１ａを透過しただけではラン
ダム偏光となはらないが、さらに偏波保存光ファイバ２
１ｂ内を距離Ｌ₂ だけ伝搬すれば間隔Δｈ₂ （Δｈ₂ ＝
Ｃτ_p Ｌ₂ ）だけはなれたパルスとなる。

【００３３】例えば、偏波保存光ファイバ２１ａ，２１
ｂの長さの比をＬ₁ ：Ｌ₂ ＝１：２としておくと、図の
ような４５°の入射の場合や任意の入射角度の場合で
も、出射パルスはコヒーレンス長より離れて出力され
る。すなわち、偏光方向がランダムになる。

【００３４】なお、第１の実施の形態では、偏光状態平
均化手段としてデポラライザを使用しているが、偏光状
態平均化手段として偏波スクランブラを使用することも
できる。そこで、偏波スクランブラを使用した例を、第
２の実施の形態として以下に説明する。なお、以後説明
する実施の形態の構成は、第１の実施の形態（図２に示
す）の構成と基本的に同じ構成であるため、同じ構成要
素には同一の符号を付して説明を省略し、相違点のみを
説明する。

【００３５】図４は、第２の実施の形態の概略構成を示
す図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形
態のデポラライザの代りに偏波スクランブラ３０が設け
られている。偏波スクランブラ３０は、入射光の偏光状
態を時間的に平均化するものである。偏波スクランブラ
３０には、例えば、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ₃ ）位相変調器を
所定の正弦波で位相変調して用いることができる。正弦
波の周期は、最低限、サンプリング周期よりも短い周期
であればよい。ただし、測定結果の安定性のためにも、
正弦波の周期はサンプリング周期に比べ十分に短い周期
であることが好ましい。例えば、コンピュータのサンプ
リング周期が５μｓであれば、偏波スクランブラ３０は
１０ＭＨｚの正弦波で位相変調を行う。

【００３６】このように、偏波スクランブラ３０によっ
てサンプリング時間に比べて十分に速い速度で位相変調
を行うことにより、偏波面の回転速度が十分に速くな
る。そのため、コンピュータ２９でサンプリングされる
信号の偏光状態による影響は平均化され、入射光の波長
や偏光状態によらない測定を行うことができる。

【００３７】また、第２の実施の形態においてもこの偏
光子２２を通したことにより光量が半減しているため、
コンピュータ２９内で光量を２倍にして測定結果の出力
を行うことにより光量の低下分を補正する。

【００３８】ここで、上記の２つの実施の形態では、光
量の低下分をコンピュータによって補正しているが、光
学系を工夫することにより光量が低下しないようにする
こともできる。そのような例を、別の実施の形態として
以下に説明する。

【００３９】図５は、第３の実施の形態の概略構成を示
す図である。この第３の実施の形態の第１の実施の形態
との相違点は、光源２０の光を、ＦＲファイバ２３の両
側から入射させることである。そのために、入射光の光
路上にはＰＢＳ３１、λ／２波長板３２、ＰＢＳ３３が
順に配置されている。ＰＢＳ３１で反射された光は、Ｆ
Ｒファイバ２３の一端（図中、左側）から入射し、ＰＢ
Ｓ３３で反射された光は、ＦＲファイバ２３の他端（図
中、右側）から入射するような構成となっている。ま
た、ＰＢＳ３１，３３のそれぞれに対応してフォトダイ
オード３４，３５が設けられており、アナログ・ディジ
タル変換器２８には双方のフォトダイオード３４，３５
からの電気信号が入力されている。

【００４０】このような構成の光スペクトラムアナライ
ザによれば、光源２０が発した光がＰＢＳ３１に入射さ
れると、その入射光はＰＢＳ３１によって偏波面が互い
に直交する２つの偏光成分に分けられる。ＰＢＳ３１で
の反射光はＲＦファイバ２３に入射され、波長毎に異な
る速度で偏波面が回転された後、ＰＢＳ３３で再度偏光
が分離される。このうちの透過光がフォトダイオード３
４で電気信号に変換される。

【００４１】一方、入射光のうちＰＢＳ３１を透過した
光は、λ／２波長板３２により偏波面が９０°回転され
た後ＰＢＳ３３で反射され、ＦＲファイバ２３に入射さ
れる。ＦＲファイバ２３に入射された光は、波長毎に異
なる速度で偏波面が回転された後、ＰＢＳ３１で再度偏
光が分離される。このうちの透過光がフォトダイオード
３５で電気信号に変換される。

【００４２】２つのフォトダイオード３４，３５から得
られた電気信号は、アナログ・ディジタル変換器２８に
より別々にディジタル信号に変換される。コンピュータ
２９は、それぞれの信号から個別にスペクトルを算出
し、最後にそれらを加え合わせて出力する。

【００４３】このように、入射光の直交する偏光成分の
それぞれについてスペクトルを算出して、それらを加え
合わせるため、入射光の波長や偏光状態によらずに測定
を行うことができる。しかも、入射光の全ての光をＦＲ
ファイバ２３へ入射させることができるため、コンピュ
ータ２９において光量の補正を行う必要もない。

【００４４】図６は、第４の実施の形態の概略構成を示
す図である。この実施の形態の基本的な構成は、第３の
実施の形態とほぼ同じである。異なる点は、第３の実施
の形態におけるＰＢＳ３１，３３、及びλ／２波長板３
２で達成していた機能を、ルチルプリズム３６に置き換
えたことである。

【００４５】このような構成の光スペクトラムアナライ
ザによれば、光源２０の光がルチルプリズム３６に入射
すると、直交する２つの偏光成分に分離され、それぞれ
の偏光成分がＦＲファイバ２３の両端から入射される。
すると、双方から入射された偏光成分は、ＦＲファイバ
２３内で波長毎に異なる速度で偏波面が回転された後、
再度ルチルプリズム３６に逆方向から入射される。そし
て、それぞれの偏光成分から所定の偏光が分離され、フ
ォトダイオード３４，３５で光電変換される。

【００４６】このように、ルチルプリズム３６を用いれ
ば、光量の補正が不要な光スペクトラムアナライザを比
較的簡単な構成で作ることができる。なお、上記の第３
の実施の形態と第４の実施の形態では、フォトダイオー
ド３４，３５が出力する電気信号から個別にスペクトル
を算出し、最後に合成しているが、フォトダイオード３
４，３５が出力する電気信号をアナログ・ディジタル変
換器２８において合成してもよい。

【００４７】ところで、上記のような各構成の光スペク
トラムアナライザの分解能をあげるには、偏波面の回転
角を大きくする必要がある。そこで、偏波面の回転角を
大きくすることにより分解能を高める光スペクトラムア
ナライザの実施の形態を以下に説明する。

【００４８】図７は、第５の実施の形態の概略構成を示
す図である。光源４０から発せられた光の光路上に、Ｐ
ＢＳ４１とＰＢＳ４２とが順に配置されている。ＰＢＳ
４１で反射される光の光路上には、ＰＢＳ４３が設けら
れている。

【００４９】ＰＢＳ４２を透過した光と、ＰＢＳ４３で
反射された光とは、それぞれＦＲファイバ４４，４５の
一端に入射される。ＦＲファイバ４４，４５は、複数の
輪を作るように円形に巻かれている。ＦＲファイバ４
４，４５の周囲には、電線４６，４７が巻き付けられて
いる。電線４６，４７の両端は、電源４８，４９に接続
されている。この電源４８，４９の出力は、コンピュー
タ５６によって制御されている。また、ＦＲファイバ４
４，４５の他端には、ミラー５０，５１が取り付けられ
ている。

【００５０】ＦＲファイバ４４からＰＢＳ４２に戻り、
ＰＢＳ４２で反射された光の光路上にはフォトダイオー
ド５２が設けられている。同様に、ＦＲファイバ４５か
らＰＢＳ４３へ戻り、ＰＢＳ４３を透過した光の光路上
にはフォトダイオード５３が設けられている。フォトダ
イオード５２，５３から出力される電気信号は、それぞ
れアナログ・ディジタル変換器５４，５５に入力され
る。アナログ・ディジタル変換器５４，５５の出力は、
コンピュータ５６に入力される。コンピュータ５６は、
電源４８，４９を制御し、電源４８，４９に対して鋸歯
状波の電流を供給するとともに、アナログ・ディジタル
変換器５４，５５から供給される信号を解析し、光源４
０の光のスペクトラムを算出する。

【００５１】このような光スペクトラムアナライザによ
れば、光源４０の発した光がＰＢＳ４１に入射される
と、ＰＢＳ４１において互いに直交する２つの偏光成分
５７，５８に分離される。ＰＢＳ４１を直進した偏光成
分５７はＰＢＳ４２を透過し、ＦＲファイバ４４に入射
される。ＦＲファイバ４４に入射した偏光成分５７は、
ＦＲファイバ４４内を伝播し、ファラデー回転能の影響
により偏波面が回転する。このとき、ファラデー回転能
が光の波長に依存することから、異なる波長の光は、異
なる速度で偏波面が回転する。ＦＲファイバ４４から出
射した光は、ミラー５０で反射され再度ＦＲファイバ４
４に入射する。そして、反射光がＦＲファイバ４４内を
逆行する。ここで、ファラデー効果は非相反的現象であ
るため、復路でも往路と同じ方向に偏波面が回転する。
そのため、反射して戻った光は、ファラデー回転角が倍
加されてＰＢＳ４２に入射する。すると、ＰＢＳ４２に
よって、ＦＲファイバ４４から戻った光の所定の偏光が
分離される。分離された偏光は、フォトダイオード５２
で受光される。フォトダイオード５２は、照射された光
の強度を電気信号に変換し、アナログ・ディジタル変換
器５４に入力する。そして、アナログ信号がディジタル
信号に変換され、コンピュータ５６に入力される。

【００５２】一方、ＰＢＳ４１で反射された偏光成分５
８は、ＰＢＳ４３によって再度反射され、ＦＲファイバ
４５に入射する。ＦＲファイバ４５に入射した偏光成分
５８は、ＦＲファイバ４５内を伝播し、ファラデー回転
能の影響により波長毎に異なる速度で偏波面が回転す
る。ＦＲファイバ４５から出射した光は、ミラー５１で
反射され再度ＦＲファイバ４５に入射する。そして、Ｆ
Ｒファイバ４５内を、反射光が偏波面を回転させながら
逆行し、ファラデー回転角が倍加されてＰＢＳ４３に入
射する。すると、ＰＢＳ４３によって、ＦＲファイバ４
５から戻った光の所定の偏光が分離される。分離された
偏光は、フォトダイオード５３で受光される。フォトダ
イオード５３は、照射された光の強度を電気信号に変換
し、アナログ・ディジタル変換器５５に入力する。そし
て、アナログ信号がディジタル信号に変換され、コンピ
ュータ５６に入力される。

【００５３】コンピュータ５６がアナログ・ディジタル
変換器５４，５５からの電気信号を取り込む際には、電
線４６，４７に印加している鋸歯状波と同期をとり、電
流が直線的に変化している間の信号を取り込むようにし
ている。コンピュータ５６に取り込まれた２つの信号は
フーリエ変換され、式（１）に基づいてスペクトルが導
き出される。そして、２つの信号から算出されたスペク
トルを合成することにより、光源４０の発した光のスペ
クトルが導き出される。

【００５４】これにより、実質的にファラデー媒体及び
コイル長を２倍にしたのと同じだけ偏波面を回転させる
ことができる。その結果、高い分解能を得ながらもＦＲ
ファイバ４４，４５と電線４６，４７との長さが半分で
すむこととなり、小型軽量化が図れるとともに材料コス
トが削減できる。

【００５５】また、ＦＲファイバ４４，４５が振動する
と、その影響でＦＲファイバ４４，４５内を伝播する光
の偏波面が回転してしまうことが知られている。ところ
が、上記のように、ＦＲファイバ４４，４５中を入射光
が往復する構造にすれば、光は非常に短時間でＦＲファ
イバ４４，４５内を往復する。そのため、往路と復路と
では同じ大きさの逆方向の回転が生じ、ファイバの振動
などが偏波面の回転角に及ぼす影響は相殺される。すな
わち、非相反的現象であるファラデー回転だけが倍加さ
れ、その他の影響による偏波面の回転は相殺される。そ
の結果、検出される光スペクトラムの精度を向上させる
ことができる。

【００５６】図８は、第６の実施の形態の概略構成を示
す図である。この実施の形態は、第１の実施の形態を改
良し、入射光がＦＲファイバ内を往復するような構成に
したものである。この実施の形態の第１の実施の形態と
の相違点は、偏光子２２の代りにＰＢＳ２２ａが設けら
れていること、ＰＢＳ２４の代りにミラー２４ａが設け
られていること、及びフォトダイオード２７がＰＢＳ２
２ａからの反射光を受光することである。

【００５７】これにより、第１の実施の形態よりも偏波
面の回転能力の高い光スペクトラムアナライザを得るこ
とができる。なお、図８の中のデポラライザ２１を偏波
スクランブラに置き換えれてもよい。

【００５８】また、上記の各実施の形態中のＰＢＳは、
ファイバ型の偏光分離素子を用いてもよく、もしくは光
導波路で構成することもできる。また、第３〜第５の実
施の形態のように、入射光から分離された２つの偏光成
分の両方からスペクトルを算出するような構成において
も、光源の光がＰＢＳなどに入射する前段に、デポララ
イザや偏波スクランブラを配置してもよい。このよう
に、予めデポラライザ等によって入射光の偏光状態を平
均化しておけば、ＦＲファイバの振動などによるノイズ
の影響が相殺され、精度の高いスペクトルを得ることが
できる。また、双方のフォトダイオードで検出される光
の強度が常にある程度以上となるようにすることによ
り、フォトダイオード自身のノイズの影響を少なくする
ことができ、計測の精度が向上する。

【００５９】

【実施例】次に、上記第１の実施の形態に基づいた実施
例を説明する。この実施例では、ファラデー媒体に約３
０ｍの長さのＦＲファイバ(HOYA 製、９×１０⁶rad ・ m
² /A・ turn) を用い、そのＦＲファイバを９６turnさせ
た。そして、そのＦＲファイバの周りに電線を３００tu
rnさせた。電線に流す鋸歯状波は、振幅を２６Ａ、周期
を１０ｍｓｅｃとした。コンピュータのサンプリング周
期は５μｓである。そして、偏波面がほぼ直交した波長
１．５５μｍと波長１．３０μｍとの２つの光を入射し
たところ、両波長とも検出することができた。すなわ
ち、入射光の偏光状態に関係なく、入射光のスペクトル
を算出することができた。

【００６０】なお、この実施例では、検光子や光検出器
（フォトダイオード）の波長依存性についてはあらかじ
め測定し、その測定結果により、算出されたスペクトル
に対して補正を行っている。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、入射光
の偏光状態の平均化を行った後に、偏光成分選択手段に
入射するようにしたため、入射光の波長や偏光状態に影
響を受けずに、正確なスペクトルの測定を行うことがで
きる。

【００６２】また、入射光を偏波面が互いに直交する２
つの偏光成分に分離し、それぞれの偏光成分に基づいて
スペクトルの測定を行うようにしたため、入射光の光量
を低減させずに、入射光の波長や偏光状態に影響を受け
ない正確なスペクトルの測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図である。

【図２】第１の実施の形態の概略構成を示す模式図であ
る。

【図３】光ファイバ偏光解消板の原理を示す図である。

【図４】第２の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図５】第３の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図６】第４の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図７】第５の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図８】第６の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図９】従来の機械的可動部の無い光スペクトラムアナ
ライザの概略構成を示す図である。

【符号の説明】 １ 偏波状態平均化手段 ２ 偏波成分選択手段 ３ 偏波面回転手段 ４ 分離手段 ５ 光電変換手段 ６ 演算手段 １０ 光源 １１ 入射光

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光のスペクトルを検出する光スペクトラ
   ムアナライザにおいて、 入射光の偏光状態を平均化する偏光状態平均化手段と、 前記偏光状態平均化手段の出射光から、所定の偏波面を
   有する偏光成分を選択する偏光成分選択手段と、 前記偏光成分選択手段の選択した前記偏光成分の偏波面
   を波長毎に異なる回転速度で回転させる偏波面回転手段
   と、 前記偏波面回転手段の出射光から、所定の偏光を分離す
   る分離手段と、 前記偏光の強度を電気信号に変換する光電変換手段と、 前記電気信号に基づいて前記入射光のスペクトルを算出
   する演算手段と、 を有することを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
2. 【請求項２】 前記偏光状態平均化手段は、入射光の偏
   光方向を解消するものであることを特徴とする請求項１
   記載の光スペクトラムアナライザ。
3. 【請求項３】 前記偏光状態平均化手段は、入射光の偏
   光状態を時間的に平均化するものであることを特徴とす
   る請求項１記載の光スペクトラムアナライザ。
4. 【請求項４】 前記偏光状態平均化手段は、位相変調器
   内を透過する入射光を所定の正弦波で位相変調したもの
   であり、 前記演算手段は、前記偏光状態平均化手段が位相変調を
   行うための正弦波の周期よりも長い周期で、前記電気信
   号をサンプリングすることを特徴とする請求項３記載の
   光スペクトラムアナライザ。
5. 【請求項５】 光のスペクトルを検出する光スペクトラ
   ムアナライザにおいて、 入射光を、偏波面が互いに直交する２つの偏光成分に分
   離する入射光分離手段と、 前記入射光分離手段が分離した各前記偏光成分の偏波面
   を、波長毎に異なる回転速度で回転させる偏波面回転手
   段と、 前記偏光成分毎の前記偏波面回転手段の出射光から、所
   定の偏光を分離する分離手段と、 前記分離手段により各前記偏光成分から分離された２つ
   の偏光の強度を電気信号に変換する光電変換手段と、 前記電気信号に基づいて前記入射光のスペクトルを算出
   する演算手段と、 を有することを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
6. 【請求項６】 前記偏波面回転手段は、２つの前記偏光
   成分が、共通の伝搬経路内を互いに逆方向に伝搬するよ
   うに構成され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。
7. 【請求項７】 前記偏波面回転手段は、前記入射光分離
   手段により分けられた一方の前記偏光成分の偏波面を波
   長毎に異なる回転速度で回転させる第１の偏波面回転手
   段と、前記入射光分離手段により分けられた他方の前記
   偏光成分の偏波面を波長毎に異なる回転速度で回転させ
   る第２の偏波面回転手段とから構成されることを特徴と
   する請求項５記載の光スペクトラムアナライザ。
8. 【請求項８】 前記偏波面回転手段は、ファラデー媒体
   と、前記ファラデー媒体に所定の磁場を印加する磁場印
   加手段とから構成されることを特徴とする請求項１又は
   ５記載の光スペクトラムアナライザ。
9. 【請求項９】 前記偏波面回転手段は、入射光を、同一
   経路を往復させた後に出射することを特徴とする請求項
   １又は５記載の光スペクトラムアナライザ。