(57)【要約】【課題】本発明は、入力光信号の偏光を制御して偏光方向をポラライザの偏光軸に一致させることなく光信号の光スペクトル強度及び偏光状態が測定できる光スペクトラムアナライザの提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る光スペクトラムアナライザは、光信号入力部１１から入力された光を波長に応じて分離する分光部１２と、分光部１２の分離する光の偏光状態を表すストークスパラメータを測定するストークスパラメータ測定部１３と、分光部１２の分離する波長を掃引制御する分光波長制御部１４と、を備える。【選択図】図１
2010002190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光を波長に応じて分離する分光部と、
前記分光部の分離する光の偏光状態を表すストークスパラメータを測定するストークスパラメータ測定部と、
前記分光部の分離する波長を掃引制御する分光波長制御部と、
を備えることを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
【請求項２】
前記分光波長制御部からの掃引波長と前記ストークスパラメータ測定部からのストークスパラメータが入力されると、任意の波長における偏光状態を基準として直交する偏光成分ごとに掃引波長に対する光強度を算出して出力する光強度出力部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項３】
前記分光波長制御部からの掃引波長と前記ストークスパラメータ測定部からのストークスパラメータが入力されると、光強度が極大となる波長を検出し、検出した波長におけるストークスパラメータをポアンカレ球上での座標として出力するポアンカレ球出力部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項４】
前記ストークスパラメータ測定部からのストークスパラメータのポアンカレ球上での任意の座標を所定の偏光状態に回転する回転方向と回転量を決定する偏光回転量決定部と、
前記偏光回転量決定部で決定した回転方向と回転量に基づいて各波長の偏光を回転させる偏光回転部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項５】
前記偏光回転量決定部は、光強度が極大となる複数の波長を検出し、検出したいずれかの波長におけるポアンカレ球上でのストークスパラメータの座標から前記直交する偏光成分の一方の座標軸への回転方向及び回転量を、前記偏光回転部の回転させる前記回転方向及び前記回転量として決定することを特徴とする請求項４に記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項６】
前記偏光回転量決定部は、光強度が極大となる複数の波長を検出し、検出した複数の波長におけるポアンカレ球上でのストークスパラメータの座標の中心から前記直交する偏光成分の一方の座標軸への回転方向及び回転量を、前記偏光回転部の回転させる前記回転方向及び前記回転量として決定することを特徴とする請求項４に記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項７】
前記偏光回転量決定部は、光強度が最大となる波長を検出し、検出した波長におけるポアンカレ球上でのストークスパラメータの座標から前記直交する偏光成分の一方の座標軸への回転方向及び回転量を、前記偏光回転部の回転させる前記回転方向及び前記回転量として決定することを特徴とする請求項４に記載の光スペクトラムアナライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スペクトルの偏光状態を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいては、できるだけチャネル間隔をつめた高速かつ高密度の伝送技術の研究開発が進められている。しかし、１チャネル当り４０Ｇｂｐｓのデジタル信号をＷＤＭ伝送して波長フィルタで分離する場合には、ほぼ１００ＧＨｚ間隔程度の波長スペーシングが波長分離の限界である。
【０００３】
更なる高密度化の方法として、隣り合う波長チャネルごとに偏光状態を直交させて多重する偏光インターリーブ多重方式がある。この方式を用いれば、２倍の高密度化が可能であるが、偏光多重ＷＤＭ光信号を光ファイバ中に伝送させると複屈折によってこれらは楕円偏光となり、さらには時間的変動によって受信側で混信してしまうという現象もある。
【０００４】
したがって、偏光インターリーブ多重伝送においては、伝送信号の各波長の偏光状態を測定・評価することは伝送信号の品質を評価するうえで極めて重要である。
【０００５】
従来は、偏光インターリーブ多重方式のような光信号の光スペクトルの偏光状態を測定するためには、偏波コントローラとポラライザを介して光スペクトラムアナライザを接続し、光スペクトラムアナライザに互いに直交する偏光の光信号の一方ずつを入力してそれぞれの光スペクトルを測定することによって光スペクトルの偏光状態を測定していた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】米国特許７１０６４４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来は、光信号の偏光を偏波コントローラで直線偏光にし、さらに、直線偏光の偏光方向をポラライザの偏光軸に一致させることが必要となり、その調整が煩雑で測定に時間がかかっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、入力光信号の偏光を制御して偏光方向をポラライザの偏光軸に一致させることなく光信号の光スペクトル強度及び偏光状態が測定できる光スペクトラムアナライザの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る光スペクトラムアナライザは、入力された光を波長に応じて分離する分光部と、前記分光部の分離する光の偏光状態を表すストークスパラメータを測定するストークスパラメータ測定部と、前記分光部の分離する波長を掃引制御する分光波長制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
ストークスパラメータ測定部が波長ごとのストークスパラメータを測定するので、光スペクトルの偏光状態を測定することができる。波長ごとのストークスパラメータを測定するので、基準となる偏光方向に対する各波長の偏光状態を算出することができる。これにより、直線偏光の偏光方向をポラライザの偏光軸に一致させることなく光信号の光スペクトル強度及び偏光状態が測定できる
【００１０】
本発明に係る光スペクトラムアナライザでは、前記分光波長制御部からの掃引波長と前記ストークスパラメータ測定部からのストークスパラメータが入力されると、任意の波長における偏光状態を基準として直交する偏光成分ごとに掃引波長に対する光強度を算出して出力する光強度出力部をさらに備えることが好ましい。
ストークスパラメータ測定部が波長ごとのストークスパラメータを測定するので、任意の波長における偏光状態を基準として各波長の偏光スペクトルを表示することができる。
【００１１】
本発明に係る光スペクトラムアナライザでは、前記分光波長制御部からの掃引波長と前記ストークスパラメータ測定部からのストークスパラメータが入力されると、光強度が極大となる波長を検出し、検出した波長におけるストークスパラメータをポアンカレ球上での座標として出力するポアンカレ球出力部を備えることが好ましい。
ストークスパラメータ測定部が波長ごとのストークスパラメータを測定するので、ポアンカレ球上での分布表示が容易にできる。これにより、偏光インターリーブ多重伝送等の光信号の偏光状態の分布が容易に観測可能となる。
【００１２】
本発明に係る光スペクトラムアナライザでは、前記ストークスパラメータ測定部からのストークスパラメータのポアンカレ球上での任意の座標を所定の偏光状態に回転する回転方向と回転量を決定する偏光回転量決定部と、前記偏光回転量決定部で決定した回転方向と回転量に基づいて各波長の偏光を回転させる偏光回転部と、をさらに備えることが好ましい。
偏光回転量決定部は、任意の波長の偏光を基準とした偏光回転量を決定し、例えば任意の波長の基準となる偏光を水平直線偏光として表示するための回転量を決定する。その場合、任意の波長を基準偏光状態とした各波長の偏光スペクトル表示することが可能となる。基準偏光状態を決定する際、波長を選択して決定、または最大光強度から決定すればよい。この方法によれば、入力信号光の偏光状態を制御することなく、任意の波長を基準偏光とした相対的な偏光スペクトルを測定することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る光スペクトラムアナライザでは、前記偏光回転量決定部は、光強度が極大となる複数の波長を検出し、検出したいずれかの波長におけるポアンカレ球上でのストークスパラメータの座標から前記直交する偏光成分の一方の座標軸への回転方向及び回転量を、前記偏光回転部の回転させる前記回転方向及び前記回転量として決定することが好ましい。
偏光回転部により、水平偏光又は垂直偏光の光強度が極大となる波長いずれかを偏光方向の基準とすることができる。これにより、他の波長との偏光方向のずれが視覚的に表示可能となり、偏光状態の確認が容易になる。
【００１４】
本発明に係る光スペクトラムアナライザでは、前記偏光回転量決定部は、光強度が極大となる複数の波長を検出し、検出した複数の波長におけるポアンカレ球上でのストークスパラメータの座標の中心から前記直交する偏光成分の一方の座標軸への回転方向及び回転量を、前記偏光回転部の回転させる前記回転方向及び前記回転量として決定することが好ましい。
偏光回転部により、水平偏光又は垂直偏光の光強度が極大となる波長におけるポアンカレ球上でのストークスパラメータの座標の中心を偏光方向の基準とすることができる。これにより、波長間で偏光方向にばらつきがある場合に、各波長の中心（平均）となる偏光状態を基準として視覚的に表示可能となり、偏光状態の確認が容易になる。
【００１５】
本発明に係る光スペクトラムアナライザでは、前記偏光回転量決定部は、光強度が最大となる波長を検出し、検出した波長におけるポアンカレ球上でのストークスパラメータの座標から前記直交する偏光成分の一方の座標軸への回転方向及び回転量を、前記偏光回転部の回転させる前記回転方向及び前記回転量として決定することが好ましい。
この場合、最大強度の偏光を基準として視覚的に各波長の偏光状態が確認できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入力光信号の偏光を制御して偏光方向をポラライザの偏光軸に一致させることなく光信号の光スペクトル強度及び偏光状態が測定できる光スペクトラムアナライザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
図１は、本実施形態に係る光スペクトラムアナライザの構成概略図である。本実施形態に係る光スペクトラムアナライザは、光信号入力部１１から入力された光を波長に応じて分離する分光部１２と、分光部１２の分離する光の偏光状態を表すストークスパラメータを測定するストークスパラメータ測定部１３と、分光部１２の分離する波長を掃引制御する分光波長制御部１４と、を備える。分光器１２は、エタロン分光器のような偏光依存性の少ないものが好ましい。
【００１８】
光信号入力部１１に入力した光信号を分光部１２で任意の波長のみを選択し、波長選択した光をストークスパラメータ測定部１３で偏光状態を測定する。分光波長制御部１４は任意の波長に分光部１２の波長を設定制御することにより、ストークスパラメータ測定部１３で測定波長範囲に応じた光の各波長の光スペクトルの光強度及び偏光状態を測定する。これにより、水平偏光、垂直偏光というように各偏光状態別の光スペクトルとして測定することが可能となる。中央処理部１５は、分光波長制御部１４からの掃引波長と、ストークスパラメータ測定部１３の測定したストークスパラメータ（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を関連付け、記憶部１６に記憶させる。記憶部１６は、波長ごとのストークスパラメータ（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を蓄積する。
【００１９】
図２は、ストークスパラメータ測定部１３の一例を示す構成概略図である。ストークスパラメータ測定部１３は、偏光状態モニター部１３−１と偏光スペクトル演算部１３−２を備える。偏光状態モニター部１３−１は、光信号を４分岐した後、フォトダイオード（ＰＤ）１３−１１、１３−１２、１３−１３、１３−１４で受光する。フォトダイオード（ＰＤ）１３−１１は、４分岐された１つめの光信号をそのまま受光し、光強度Ｉｔｏｔａｌを出力する。ＰＤ１３−１２は、４分岐された２つめの光信号を０°のポラライザを介して受光し、光強度Ｉ０を出力する。ＰＤ１３−１３は、４分岐された３つめの光信号を４５°のポラライザを介して受光し、光強度Ｉ４５を出力する。ＰＤ１３−１４は、４分岐された４つめの光信号を１／４波長板と４５°のポラライザを介して受光し、光強度Ｉｑ４５を出力する。
【００２０】
偏光スペクトル演算部１３−２は、偏光状態モニター部１３−１で検出される光強度Ｉｔｏｔａｌ、光強度Ｉ０、光強度Ｉ４５、光強度Ｉｑ４５から、下式によりストークスパラメータ（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を求める。
【数１】
2010002190.tif 000003
【００２１】
ストークスパラメータ（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）の各パラメータは、下記の意味を持ち、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を座標軸とするポアンカレ球上に完全偏光の偏光状態として表示される。Ｓ０は全光量、Ｓ１はｘ偏光とｙ偏光の光量差、Ｓ２は４５°偏光と１３５°偏光の光量差、Ｓ３は右円偏光と左円偏光の光量差の意味を持つ。
【数２】
2010002190.tif 000004
ここで、｜Ｅｘ｜２はｘ偏光の光量、｜Ｅｙ｜２はｙ偏光の光量、両偏光間の位相差はδ＝δｘ−δｙを示す。また、複素数Ｚの複素共役をＺ＊で表す。
【００２２】
偏光インターリーブ多重方式によって光ファイバを伝送した光信号の場合、完全偏光であるレーザ光以外にも光ファイバアンプ等のＡＳＥ光も含んでいる。この場合でも、上記のストークスパラメータ（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）の算出法を用いれば光信号の偏光状態を正確に測定することが可能である。
【００２３】
例えば、図１に示す光信号入力部１１に入力される光信号にＡＳＥ光を含んでいる場合、光信号の光強度をＩ（ｓｉｇｎａｌ）、ＡＳＥ光の光強度をＩ（ａｓｅ）とすると、図２に示す偏光状態モニター部１３−１で検出される光強度は下記のように表される。
【数３】
2010002190.tif 000005
【００２４】
数２によってストークスパラメータ（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）を求めると、
【数４】
2010002190.tif 000006
【００２５】
また、光信号の光強度Ｉ（ｓｉｇｎａｌ）は、下式となる。
【数５】
2010002190.tif 000007
【００２６】
上式からも分かるように、たとえＡＳＥ光を含んでいる場合でも、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は光信号のみの偏光を表しており、光信号の正確な偏光状態を求めることができる。
この場合、ＡＳＥ光の光強度Ｉ（ａｓｅ）は、下式となる。
【数６】
2010002190.tif 000008
したがって、図１に示す光信号入力部１１に入力される光信号から、各波長の光信号強度及び偏光状態とＡＳＥ光強度を測定することが可能となる。
【００２７】
図１に示す光スペクトラムアナライザは、さらに、光強度出力部２２を備えることが好ましい。光強度出力部２２は、分光波長制御部１４からの掃引波長とストークスパラメータ測定部１３からのストークスパラメータが入力されると、直交する偏光成分ｘ、ｙごとに掃引波長に対する光強度Ｅｘ、Ｅｙを算出して、偏光成分ｘ、ｙの少なくとも一方の掃引波長に対する光強度を表示部２１に出力する。例えば、入力部２４に光強度の表示を指示する信号が入力されると、中央処理部１５が記憶部１６から分光波長制御部１４からの掃引波長とストークスパラメータ測定部１３からのストークスパラメータを読み出して光強度出力部２２に入力する。偏光回転部２５を備える場合、分光波長制御部１４からの掃引波長とストークスパラメータ測定部１３からのストークスパラメータは、偏光回転部２５を介して光強度出力部２２に入力される。
【００２８】
図３は、光強度出力部２２から表示部２１への出力表示例であり、（ａ）はｘ偏光、（ｂ）はｙ偏光を示す。波長λ１、λ２、λ３、λ４のときにｘ偏光の光強度が極大となり、波長λ５、λ６、λ７、λ８のときにｙ偏光の光強度が極大となっている。
【００２９】
光スペクトルの互いに直交する偏光成分の強度は、数２に示すストークスパラメータＳ０及びＳ１と光強度Ｅｘ及びＥｙとの関係から求まる。
【数７】
2010002190.tif 000009
各波長の直交する偏光成分の光強度Ｅｘ及びＥｙを求めることにより、図３のような直交偏光成分に分離した光スペクトルの表示が可能となる。光スペクトラムアナライザが偏光回転部２５をさらに備える場合は、偏光回転後のストークスパラメータＳ０’、Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’を基に、任意の偏光状態を基準とした相対的な光スペクトルの互いに直交する偏光成分の強度を算出して出力する。
【００３０】
図１に示す光スペクトラムアナライザは、さらに、ポアンカレ球出力部２３を備えることが好ましい。ポアンカレ球出力部２３は、分光波長制御部１４からの掃引波長とストークスパラメータ測定部１３からのストークスパラメータが入力されると、光強度が極大となる波長を検出し、検出した波長におけるストークスパラメータをポアンカレ球上での座標として表示部２１に出力する。例えば、入力部２４に偏光状態の表示を指示する信号が入力されると、中央処理部１５が記憶部１６から分光波長制御部１４からの掃引波長とストークスパラメータ測定部１３からのストークスパラメータを読み出してポアンカレ球出力部２３に入力する。光強度が極大となる波長は、例えば図３に示す波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、λ８である。
【００３１】
図４に、ポアンカレ球出力部２３から表示部２１への出力表示例を示す。光信号の光スペクトル波形のピークにおける偏光状態をポアンカレ球上に分布表示している。これにより、偏光インターリーブ多重伝送等の光信号の偏光状態の分布が観測可能となる。光スペクトラムアナライザが偏光回転部２５をさらに備える場合は、偏光回転後の偏光状態の分布となる座標Ｓｘ’（Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’）を出力する。
【００３２】
図１に示す光スペクトラムアナライザは、さらに、偏光回転部２５を備えることが好ましい。偏光回転部２５は、ストークスパラメータ測定部１３からのストークスパラメータのポアンカレ球上での座標を、所定の方向に所定の回転量だけ偏光を回転させる。所定の方向及び回転量は、偏光回転量決定部２６の決定する方向及び回転量であってもよいし、入力部２４から入力された方向及び回転量であってもよい。
【００３３】
図５に、ストークスパラメータの偏光回転例を示す。光信号の偏光状態をポアンカレ球上に表した場合、Ｉ（ｓｉｇｎａｌ）はポアンカレ球の半径を示し、楕円率χ（２χ＝ｓｉｎ−１（Ｓ３／Ｓ０））の２倍は緯度を、楕円偏光方位ψ（２ψ＝ｔａｎ−１（Ｓ２／Ｓ１））の２倍は経度を表している。Ｓ１軸回りの回転は移相子（１／４波長板）の役目に相当し、Ｓ３軸回りの回転は旋光子（１／２波長板）の役目を果たしている。したがって、図２に示すＰＤ１３−１２で測定した光強度Ｉ０の偏光状態が座標Ｓｘの位置であり、所定の方向及び回転量がポアンカレ球のＳ１軸回りに２χ回転、Ｓ３軸回りに２ψ回転であれば、回転後の座標Ｓｘ’（Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’）はｘ偏光の位置（１，０，０）に移動する。
【００３４】
このとき、光強度出力部２２は、座標Ｓｘ’での光強度Ｅｘ’、Ｅｙ’を算出して出力する。
【数８】
2010002190.tif 000010
【００３５】
また、ポアンカレ球出力部２３は、座標Ｓｘ’（Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’）での光強度Ｉ０’、Ｅｘ’又はＥｙ’が極大となる波長を検出し、検出した波長におけるストークスパラメータＳ０’、Ｓ１’、Ｓ２’、Ｓ３’を表示部２１に出力する。このとき、偏光回転後の光強度Ｉ０’は次のようになる。
【数９】
2010002190.tif 000011
【００３６】
本実施形態に係る光スペクトラムアナライザは、さらに、偏光回転量決定部２６を備えることが好ましい。偏光回転量決定部２６は、分光波長制御部１４からの掃引波長とストークスパラメータ測定部１３からのストークスパラメータ（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）が入力されると、各波長におけるストークスパラメータ（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）に基づき偏光回転部２５の回転させる方向及び回転量を決定する。
【００３７】
例えば、偏光回転量決定部２６は、図３に示す光強度が極大となる複数の波長λ１、λ２、λ３、λ４を検出し、検出したいずれかの波長λ１における図５に示すポアンカレ球上でのストークスパラメータの座標Ｓｘ（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）から直交する偏光成分の一方の座標軸ｘへの回転方向及び回転量を、偏光回転部２５の回転させる回転方向及び回転量として決定する。図５に示す座標Ｓｘであれば回転方向及び回転量はＳ１軸回りに２χ回転、Ｓ３軸回りに２ψ回転となる。直交する偏光成分の一方の光強度はｙ偏光の光強度Ｅｙでもよい。複数の波長λ１、λ２、λ３、λ４のうちのいずれかを選択するかは、入力部２４から波長λ１を指定する信号が入力されることで決定してもよいし、最大となる波長を選択してもよい。最大となる波長を選択する場合は、光強度Ｅｘ及びＥｙの極大となる波長のうち、最大となる波長を選択してもよい。入力部２４が表示部２１の表示画面から直接入力できることが好ましく、この場合は、例えば、複数の波長λ１、λ２、λ３、λ４のうち、入力のあった画面上の座標に近い座標の波長を選択することが考えられる。
【００３８】
偏光回転量決定部２６は、光強度が極大となる複数の波長λ１、λ２、λ３、λ４を検出し、検出した複数の波長λ１、λ２、λ３、λ４におけるポアンカレ球上でのストークスパラメータの座標の中心から直交する偏光成分の一方の座標軸への回転方向及び回転量を、偏光回転部２５の回転させる回転方向及び回転量として決定する。ストークスパラメータの座標の中心は、例えば、（Ｓ１軸方向の平均値，Ｓ２軸方向の平均値，Ｓ３軸方向の平均値）である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、偏光多重ＷＤＭ光信号の光スペクトラムアナライザに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態に係る光スペクトラムアナライザの構成概略図である。
【図２】ストークスパラメータ測定部の一例を示す構成概略図である。
【図３】光強度出力部から表示部への出力表示例であり、（ａ）はｘ偏光の、（ｂ）はｙ偏光を示す。
【図４】ポアンカレ球出力部２３から表示部２１への出力表示例である。
【図５】偏光回転部におけるストークスパラメータの偏光回転例である。
【符号の説明】
【００４１】
１１  光信号入力部
１２  分光部
１３  ストークスパラメータ測定部
１４  分光波長制御部
１５  中央処理部
１６  記憶部
２１  表示部
２２  光強度出力部
２３  ポアンカレ球出力部
２４  入力部
２５  偏光回転部
２６  偏光回転量決定部
【図１】
2010002190.tif 000012
【図２】
2010002190.tif 000013
【図３】
2010002190.tif 000014
【図４】
2010002190.tif 000015
【図５】
2010002190.tif 000016