(57)【要約】【課題】PMD・PDL補償と共に、光信号強度の正確な計測、小型化、組立の簡略化、偏光変換の問題の解消、低コスト化、波長分解能の向上等が可能な波長モニタ装置の提供。【解決手段】コリメートレンズ、複屈折素子、ファラデー回転子、溝部又は凸部が形成された回折格子、PMD補償素子、リニアイメージセンサとで波長モニタ装置を構成し、複屈折素子の結晶軸と回折格子とを位置決めし、更に、WDM装置からの光信号を複屈折素子で常光線と異常光線とに分離し、常光線のみをファラデー回転子に透過させて偏光方向を90度回転させて常光線と異常光線の偏光方向を同一方向にすると共に、常光線と異常光線との間で発生するPMDをPMD補償素子に異常光線を透過させて補償し、常光線と異常光線の偏光成分を同一の前記溝部若しくは凸部で回折させてリニアイメージで光信号の強度和を出力する。【選択図】  図１
2006242876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリメートレンズと、光信号を偏光方向が互いに直交する常光線と異常光線の２つの偏光成分に分離する複屈折素子と、90度の回転角度を有するファラデー回転子と、複数の溝部又は凸部が平行に形成されてなる格子面を有する回折格子と、PMD補償素子と、リニアイメージセンサとを有し、
前記溝部若しくは前記凸部の形成方向が、前記複屈折素子内部における異常光線の分離方向と平行になるように、前記複屈折素子の結晶軸と回折格子とが位置決めされ、
更に、WDM装置からの光信号を前記コリメートレンズに入射させてコリメートすると共に、コリメートした光信号を前記複屈折素子で前記常光線と前記異常光線とに分離し、前記複屈折素子から前記常光線として出射された偏光成分のみを前記ファラデー回転子に透過させることでその偏光方向を90度回転させて、前記２つの偏光成分の偏光方向を同一方向にすると共に、
前記複屈折素子での複屈折によって発生する前記常光線に対する前記異常光線の光路長差と、前記ファラデー回転子を透過することによって発生する前記異常光線に対する前記常光線の光路長差とによって、前記２つの偏光成分の間で発生するPMDを、前記複屈折素子から前記異常光線として出射された偏光成分を前記PMD補償素子に透過させて前記異常光線の偏光成分の伝搬速度を遅らせることにより補償し、
前記偏光方向が同一方向で且つ前記PMDが補償された状態の前記偏光成分を同一の前記溝部若しくは凸部で回折させると共に、回折後の２つの回折光成分のスペクトル像を、互いの前記スペクトル像が完全に分離した状態で前記リニアイメージの１つの受光部に受光させて、前記光信号の強度和を出力することを特徴とする波長モニタ装置。
【請求項２】
前記PMD補償素子を、屈折率が3.484であると共に、185〜190μｍの厚さを有するSi基板で構成することを特徴とする請求項１記載の波長モニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分割多重光通信システムの個別のチャンネルの波長を測定するための波長モニタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、光通信システムでは急増する通信トラフィックに対処するため、時間分割多重（Time Division Multiplex：TDM）や波長分割多重（Wavelength Division Multiplex：WDM）と云った多重通信方式が採用されている。その中でもWDM方式は、多くの異なる波長の光信号を光ファイバのような単一の媒体を介して同時に送信することにより、実質的に光通信帯域幅を増大させ大量の情報を送信可能とした多重通信方式である。
【０００３】
現在、WDM方式での個別チャンネルの波長間隔及び周波数間隔（以下、必要に応じてまとめて「間隔」と記す）は、0.8nm又は100GHz程度まで引き下げられている。前記間隔を狭めることにより多重可能な波長数を増加させ、通信トラフィック増大化の対応が図られている。しかしながら各チャンネルの光源の波長は、長期的に見ると公称中心周波数から次第に離れるおそれがあり、また一方で前記のように通信トラフィックの増大に伴って前記間隔は今後も狭められて行く傾向にある。
【０００４】
従って、波長スケールの点で隣接するチャンネル間同士、或いは、物理的にすぐ隣に配置されているチャンネル間同士で干渉を起こしてクロストークが発生するおそれが増加する。こういった干渉を防止するためには、通常の波長ドリフト±0.1nmを保証しなければならない。従って、各チャンネルの光源の波長および強度（パワー）の安定性が特に重要になり、そのような理由から前記光源の波長や強度を高精度にモニタする波長モニタ装置が必要とされている。
【０００５】
WDM方式のチャンネルの波長をモニタする波長モニタ装置としては様々な構造の物が提案されており、一例として、図１１に示すように、光信号を複屈折素子により２つの偏光成分に分離し、リトローレンズと回折格子によって２つの偏光成分を各々回折すると共に集光して、完全に分離された状態の２つのスペクトル像を形成し、この２つのスペクトル像の強度和をリニアイメージセンサによって検出する波長モニタ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１９４６２７号公報（第３−８頁、第１図）
【０００７】
図１１の波長モニタ装置100は、入射光ファイバ101と、２個の複屈折素子（特許文献１では、「サバール板」と表記）102a、102bと、リトローレンズ103と、回折格子104と、リニアイメージセンサ（特許文献１では、「１次元アレイセンサ」と表記）105とで構成されており、入射光ファイバ101からの光信号L1を複屈折素子102a、102bによって２つの偏光成分L21、L22に分離し、リトローレンズ103でコリメートして回折格子104に入射させて２つの回折光成分L41、L42に回折した後、再びリトローレンズ103に入射、集光させて２つの完全に分離したスペクトル像sp1、sp2を形成し、そのスペクトル像sp1、sp2をリニアイメージセンサ105の受光部105aで受光することによって、光信号L1の波長毎の強度をモニタするものである。
【０００８】
より詳説すると、入射光ファイバ101から入射した光信号L1は、水晶や方解石等の一軸結晶からなる２個の複屈折素子102a、102bによって２つの偏光成分L21、L22に分離されて各複屈折素子102a、102b内部で１回ずつ異常光線としてシフトされる。２個の複屈折素子102a、102bは同一仕様で厚さが等しく、結晶軸（図１２の複屈折素子102a、102b内部の矢印）が境界面に対して45度の角度をなしている（図１３(a)、(b)参照）。これら複屈折素子102a、102bが主断面が直交するように接合される。従って、複屈折素子102aと102bの内部における２つの偏光成分L21、L22の光路長を一定にすることが出来るため、複屈折素子102bから出射される２つの偏光成分L21、L22同士の位相差を０にして、偏波分散（PMD：Polarization Mode Dispersion）補償を行うことが出来るとしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記波長モニタ装置100の光学系では、PMD補償のために、２個の複屈折素子102a、102b内部での異常光線のシフト方向をｙ軸方向から45度の同一角度方向に設定してあると共に、厚さtも同一に設定することによりシフト量も同一にしてある。更に、光信号L1の光路から同一角度と同一シフト量でシフトさせた偏光成分L21、L22を、リトローレンズ103によって回折格子104の格子面に集光させるために、光信号の各成分L21、L22、L31、L32、L41、L42、L51、L52の透過位置103a〜103h（図１４(a)、(b)）が、仮想平面Pに関して面対称となるようにリトローレンズ103を配置している。このように配置することにより、２つの成分L31、L32が仮想平面Pに関して面対称な透過位置103c、103dから回折格子104に向けて出射されて、回折後の２つの成分L41、L42においても面対称性が維持される。
【００１０】
一方、回折格子104の格子面上で２つの成分L31、L32が点対称に反射・回折するように、リトローレンズ103を入射光ファイバ101及び複屈折素子102a、102bに対して位置決めしないと、リトローレンズ103を出射してから前記格子面上の反射・回折点に到達して反射・回折し、再びリトローレンズ110に入射するまでの、２つの成分（L31、L32）（L41、L42）の二光路間に光路長差が発生し、その結果、二光路間に偏波依存損失（PDL：Polarization Dependent Loss）が発生してしまう。
【００１１】
すると、リニアイメージセンサ105の受光部105aにおける２つのスペクトル像sp1、sp2のピント状態が悪化したり、ピント状態に差が出たりして、スペクトル像sp1又はsp2毎に正確な強度測定が行えなくなってしまい、その結果、光信号L1の強度を正確に計測できなくなってしまう。又、PDLの発生により、受光部105aにおける、スペクトル像sp1とsp2の各ビーム径にバラツキが生じてしまい、リニアイメージセンサ105の各々の受光部105aのx軸方向の大きさが一義的に決まらず、大きい方のビーム径が受光可能なように設計すると、受光部105aが大型化するためリニアイメージセンサ105の大型化も招いてしまっていた。
【００１２】
更に、上記のようにリトローレンズ103の正確な位置決めが求められるので、リトローレンズ103の組立精度のトレランスが厳しくなり、光学系の組立に手間と時間を費やしてしまう。
【００１３】
又、２個の複屈折素子102a、102bを使用するため、互いの結晶軸を精密に調整しなければならず、光学系の組立が煩雑になってしまう。
【００１４】
更に、図１５に示すように、波長モニタ装置100の光学系では、回折格子104の格子面上で２つの成分L31、L32を点対称に反射・回折させないと、光信号の各成分の透過位置103a〜103hが理想位置からそれぞれ103a'〜103h'に外れてしまう。すると、２つの成分L21〜L52は、仮想平面Pに関して非面対称な透過位置103a'〜103h'からリトローレンズ103に入射又はリトローレンズ103から出射する。
【００１５】
このため、リトローレンズ103が何らかの偏光依存性を持っている場合、リトローレンズ109を透過する２つの成分L21〜L52に対して偏光変換が等価に作用しなくなるおそれがある。
【００１６】
更に、波長モニタ装置100は、光信号を回折格子104で回折後に再びリトローレンズ103に入射させる光学系なので、入射光ファイバ101から入射する光信号L1の波長が変化して回折格子104の格子面における回折角度が波長毎に変化すると、波長毎に回折角度が異なる回折光をモニタする波長範囲に亘って全てリトローレンズ103に入射させる必要性がある。よって、大径のリトローレンズ103を使用しなければならず、光学系の大型化を招いてしまうという課題がある。
【００１７】
又、リトローレンズ103を小径化しようとすると、回折格子104を光信号の波長毎に動かして格子面の角度を波長毎に最適化し、常にリトローレンズ103に回折光が入射するようにしなければならないため、格子面の角度を可変する駆動機構が別に必要になり、コスト高になると共に波長モニタ装置100全体が大型化してしまう。更に、回折格子104の駆動制御も波長毎に行わなければならず、波長モニタ装置100の駆動が複雑且つ煩雑になってしまう。
【００１８】
更に、各々のスペクトル像sp1、sp2は、フレアやリトローレンズ103の非点収差などの影響でy軸方向に広がるため、２つのスペクトル像sp1、sp2を完全に分離させるには、２つのスペクトル像sp1、sp2の中心同士の分離距離D1（図１６参照）を入射光ファイバ101のコアの直径（例えば５〜10μｍ）の４〜５倍程度に設定しなければならない。従って、その分、複屈折素子102a、102bの厚さ(２×t)を厚くしなければならず、光学部品の大型化による光学系の大型化や、材料費の増加によるコストの上昇などを招いていた。
【００１９】
又、回折格子104を複屈折素子102b側から重ねて見た場合、図１７に示すように、２個の複屈折素子102a、102bと回折格子104との配置上、前記のように２つの偏光成分L21、L22のシフト方向とy軸方向とが45度の角度をなしているため、複屈折素子102bから出射される２つの偏光成分L21、L22の偏光方向と回折格子104の各々の溝部104aとは、45度の角度をなす。従って、２つの偏光成分L21、L22の偏光方向が、溝部104aの形成方向に対して非平行になるので、２つの偏光成分L21、L22が多数の溝部104aによって回折されて２つの成分L41、L42に変換される際に他方向の偏光成分がノイズとして混入し、波長モニタ装置100の波長分解能が低下するおそれがある。
【００２０】
更に、偏光成分L21、L22の偏光方向と回折格子104の各々の溝部104aとが平行ではなく45度の角度をなすので、回折格子104の格子面で反射・回折される成分L31、L32の偏光方向のうち、溝部104aの形成方向と垂直方向である、x軸方向に平行な偏光方向の成分はリトローレンズ103に集光されず、その結果リニアイメージセンサ105で検出されない。従って、リニアイメージセンサ105で測定される光信号L1のパワーが低減するため、強度測定のS/N比が悪化して、光信号L1の正確な強度測定が困難になってしまう。
【００２１】
本発明は上記各課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、PMD・PDL補償が行われると共に、上記各課題が解消された光学系を有する波長モニタ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の請求項１記載の発明は、コリメートレンズと、光信号を偏光方向が互いに直交する常光線と異常光線の２つの偏光成分に分離する複屈折素子と、90度の回転角度を有するファラデー回転子と、複数の溝部又は凸部が平行に形成されてなる格子面を有する回折格子と、PMD補償素子と、リニアイメージセンサとを有し、
前記溝部若しくは前記凸部の形成方向が、前記複屈折素子内部における異常光線の分離方向と平行になるように、前記複屈折素子の結晶軸と回折格子とが位置決めされ、
更に、WDM装置からの光信号を前記コリメートレンズに入射させてコリメートすると共に、コリメートした光信号を前記複屈折素子で前記常光線と前記異常光線とに分離し、前記複屈折素子から前記常光線として出射された偏光成分のみを前記ファラデー回転子に透過させることでその偏光方向を90度回転させて、前記２つの偏光成分の偏光方向を同一方向にすると共に、
前記複屈折素子での複屈折によって発生する前記常光線に対する前記異常光線の光路長差と、前記ファラデー回転子を透過することによって発生する前記異常光線に対する前記常光線の光路長差によって、前記２つの偏光成分の間で発生するPMDを、前記複屈折素子から前記異常光線として出射された偏光成分を前記PMD補償素子に透過させて前記異常光線の偏光成分の伝搬速度を遅らせることにより補償し、
前記偏光方向が同一方向で且つ前記PMDが補償された状態の前記偏光成分を同一の前記溝部若しくは凸部で回折させると共に、回折後の２つの回折光成分のスペクトル像を、互いの前記スペクトル像が完全に分離した状態で前記リニアイメージの１つの受光部に受光させて、前記光信号の強度和を出力することを特徴とする波長モニタ装置である。
【００２３】
更に、請求項２記載の発明は、PMD補償素子を、屈折率が3.484であると共に、185〜190μｍの厚さを有するSi基板で構成することを特徴とする請求項１記載の波長モニタ装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る波長モニタ装置に依れば、複屈折素子で分離後の２つの偏光成分間のPMDが、PMD補償素子で補償されると共に、２つの偏光成分間のPDL低減効果も図れるため、リニアイメージセンサの受光部におけるスペクトル像のピント状態が改善され、入射光信号の強度測定を正確に行うことが可能となる。
【００２５】
又、PDLが低減されることにより、リニアイメージセンサの受光部における、２つのスペクトル像のビーム径の差を低減することが可能となる。スペクトル像のビーム径のバラツキが低減されることに伴い、各々の受光部の小型化を図りながら、受光部の大きさを一義的に決定することが出来る。
【００２６】
更に、本発明の波長モニタ装置では、PMD補償をPMD補償素子という１個の光学素子で行うため、従来の波長モニタ装置のように２個の複屈折素子を使用せずにPMD補償を行うことが出来る。よって、PMD補償に伴う光学系の組立を容易化することが可能となる。
【００２７】
このため、回折格子に入射する２つの偏光成分の偏光方向を同一方向にすることにより、２つの偏光成分が回折格子において回折する際に、常に一定の回折角度で回折させることが出来る。更に本発明の波長モニタ装置では、２つの偏光成分を回折格子の同一の溝部又は凸部で回折させる。以上により、回折後の２つの回折光成分間における光路長差を０にすることが可能になる。
【００２８】
更に、前記溝部又は凸部に２つの偏光成分が入射する時点で、２つの偏光成分の偏光方向を共に溝部又は凸部の形成方向に対し平行にすることにより、回折後の回折光成分に他方向の偏光成分がノイズとして混入することを防止できるため、波長モニタ装置の波長分解能を向上させることが可能となる。
【００２９】
又、分離させた偏光成分の偏光方向を同一方向に調整した上で、回折格子の格子面に２つの偏光成分を入射させるため、偏光成分毎に回折角度が変化すること無く、同一な回折角度でリニアイメージセンサの受光部に２つの回折光成分のスペクトル像を受光させることが可能である。従って、リニアイメージセンサの１つの受光部に２つの同一次数の回折光成分のスペクトル像を受光させることが可能になり、リニアイメージセンサの異なる受光部に同一周波数・同一次数の２つの回折光成分のスペクトル像が受光されることが防止出来るため、波長モニタ装置の波長分解能を向上させることが可能となる。
【００３０】
又、２つの偏光成分の偏光方向が同一方向で且つその偏光方向が溝部又は凸部の形成方向に対し平行になっているので、回折格子の格子面で回折される偏光成分が全てリニアイメージセンサで検出される。従って、リニアイメージセンサで測定される入射光信号のパワー低減が防止されるので、強度測定のS/N比が悪化して、入射光信号の強度測定を正確に行うことが可能となる。
【００３１】
従って、リニアイメージセンサの複数の受光部毎に特性バラツキがあっても、同一周波数の２つのスペクトル像を同一の受光部に受光させられるので、その影響を受けることが防止出来る。
【００３２】
更に、回折格子の直前に従来の波長モニタ装置のように、リロートレンズと云ったレンズ部品を配置しない光学系で波長モニタ装置を形成することが可能となる。これにより光学系を構成する光学素子の大型化が防止されるため、波長モニタ装置の大型化を防止することも出来る。
【００３３】
更に、レンズ部品を配置しないため、WDM装置から入射される光信号の波長が変化しても、回折格子をその都度駆動させること無く、リニアイメージセンサの受光部に受光させることが出来るので、波長モニタ装置の部品点数の削減による小型化、低コスト化と、波長モニタ装置の駆動制御の容易化を実現することが可能となる。又、レンズ部品を廃止するのでレンズ部品の位置決め工程を皆無にでき、光学系の組立を容易化することが可能であると共に、レンズ部品の偏光依存性に伴う偏光変換の問題を解消することが出来る。
【００３４】
又、レンズ部品を廃止することにより、フレアやレンズ部品の非点収差による各スペクトル像の広がりを防止することが出来るので、光学部品と光学系の大型化やコストの上昇を防止することが可能となる。
【００３５】
更に、補償素子を屈折率3.484のSi基板で構成すると共に、その厚さを185〜190μm付近に設定するのが２つの偏光成分のPMDの低減化（補償）において望ましく、高い屈折率を有するSi基板を用いることにより、所望のPMD補償特性を達成させるための補償素子の厚さを薄くすることが可能になり、光学系と構成部品の小型化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の波長モニタ装置に係る第１の実施の形態を、図１〜図６を参照して説明する。図１は第１の実施形態の波長モニタ装置を模式的に示す概略斜視図であり、図２は図１の波長モニタ装置を、図１中の矢印aで示す平面方向から見たときの概略平面図であり、図３は図１〜図２の波長モニタ装置が組み込まれるWDM装置を模式的に示す構成図であり、図４(a)〜(c)は、それぞれ図２における破線(a)〜(c)で示した各断面における、ｚ軸方向に見た光信号の偏光面を表わす図であり、図５は第１の実施形態の波長モニタ装置を構成する回折格子とリニアイメージセンサのみを示す概略部分斜視図であり、図６はリニアイメージセンサに受光される２つのスペクトル像の受光状態を模式的に示す状態図であり、図７は図２のファラデー回転子の拡大図である。なお、図１、図２、図５、図７の二点鎖線は光路を示し、比較的細線で描かれている光路部は、光学系の構成部品内を伝搬していることを示している。
【００３７】
図１、図２及び図５に示すように、第１の実施形態の波長モニタ装置１は、１個の複屈折素子２と、２個のファラデー回転子3a、3bと、回折格子４、コリメートレンズ５、PMD補償素子18（以下、補償素子18と記す）及びリニアイメージセンサ６とを有して構成される。
【００３８】
次に図３より、前記波長モニタ装置１が光学的に接続されるWDM装置７を説明する。WDM装置７は、光信号を送信する図示しない光源を備える複数の光送信器８と、その光送信器８から送信された複数チャンネルの光信号を波長多重化する合波器９と、その合波器９により波長多重化された光信号を増幅中継するために複数段に接続される光増幅器10と、光増幅器10により増幅された光信号を各チャンネル毎に波長分離する分波器11と、その分波器11により波長分離された各光信号を受信する複数の光受信器12とから構成される。
【００３９】
送信側では、異なる波長を有する複数の光送信器８の光源から出射された光信号を合波器９により波長軸上に多重化し、多重化した光信号を単一の光ファイバ13で受信側に送信する。受信側では波長軸上に多重化された光信号を分波器11により各波長毎に分離し、光受信器12で受光する。光ファイバ13で受信側に光信号が送信される際、カプラ14で光信号の一部は光ファイバ15へと分岐される。分岐の比率としては、例えば5：95等が挙げられる。95%の光は，光ファイバ13に導かれて受信側に送られ、5%の光信号は光ファイバ15を経由して波長モニタ装置１に導かれる。
【００４０】
光ファイバ15は、例えばシングルモード光ファイバであり、コアの直径は例えば10μｍである。光ファイバ15から光信号s1が入射されると、光信号s1は複屈折素子２で偏光方向が互いに直交する常光線s2と異常光線s3の２つの偏光成分に分離される（以下、必要に応じて、s2を「偏光成分」か「常光線」、s3を、「偏光成分」か「異常光線」と記載し分けることにする）。光信号s1の偏光面を図４(a)に示す。
【００４１】
複屈折素子２はルチル等の複屈折結晶で構成され、光学面2aにおける結晶軸X1方向は、水平方向であるx軸方向に対して平行となるように０度に設定され、厚さ方向における結晶軸X2方向は、光学面2aから45度の角度を呈するように、それぞれ設定されている。又、複屈折素子２の厚さTb（図２参照）は入射された光信号s1が常光線s2と異常光線s3に完全に分離される程に設定される。このように構成された複屈折素子２は、コリメートレンズ５の直後に配置され、コリメートレンズ５に入射されてコリメートされた前記光信号s1を２つの偏光成分s2、s3に分離する。
【００４２】
前記の通りに結晶軸X1とX2とが設定されているので、複屈折素子２内部で、常光線s2はそのままz軸方向に直進し、異常光線s3はz軸方向に対しては角度φをなす斜め方向に、x軸方向に対しては平行な方向へと屈折し、伝搬する。
【００４３】
そして、図４(b)に示すように２つの偏光成分s2、s3に分離された状態で複屈折素子２から出射され、常光線として出射された偏光成分s2のみを後段に配置するファラデー回転子3a、3bに透過させる。２枚のファラデー回転子3a、3bはそれぞれ45度の回転角を有し、回転方向は偏光成分s2の伝搬方向から見たときに同一方向となるように設置されている。従って、ファラデー回転子3a、3bは合わせて90度の回転角度を有していることになる。又、ファラデー回転子3a、3bは図２に示されるように、隣接して配置されたマグネットMによって磁気飽和されている（図１では図示を省略）。
【００４４】
一方、複屈折素子２から異常光線として出射された偏光成分s3は、後段に配置されている補償素子18を透過する。補償素子18は、複屈折素子２での入射光の複屈折によって発生する常光線s2に対する異常光線s3の光路長差と、ファラデー回転子3a、3bを透過することによって発生する異常光線s3に対する常光線s2の光路長差によって、２つの偏光成分s2、s3間で発生するPMDを補償するための光学素子であり、高い屈折率を有すると共に厚さTh（図２参照）を調整することより、偏光成分s3の伝搬速度を遅らせることで偏光成分s2に対する光路長差を減少させて前記PMDを補償するものである。その材料としては、Si基板又はガラス基板などが挙げられるが、Si基板の方がより高い屈折率を有していることから、所望の補償特性を達成させるための厚さThをより薄くすることが可能になり、光学系と構成部品の小型化の点で望ましい。
【００４５】
偏光成分s2が２枚のファラデー回転子3a、3b内部を透過すると、その偏光方向は合計で90度回転されて図４(c)に示すように、偏光成分s3の偏光方向と同一方向に設定されて、２つの偏光成分s2、s3の偏光方向は同一方向となる。このようにして２つの偏光成分s2、s3の偏光方向が揃えられると共に、PMD補償が補償素子18によって行われた状態で、偏光成分s2、s3は更に後段に配置されている回折格子４の格子面に入射される。
【００４６】
回折格子４は反射型の回折格子であり、その格子面には、図５に示すようにｘ軸方向に細長い多数の溝部4aが互いに平行に１次元形成されたものである。
【００４７】
このように構成された回折格子４を前記複屈折素子２側から重ねて見た場合、図１に示すように、複屈折素子２内部における異常光線s3の分離方向と、回折格子４の各々の溝部４ａの形成方向（x軸方向）とが同一方向に平行となるように、結晶軸X1とX2の方向と、回折格子４の位置とが決定されることが分かる。この格子面に入射した２つの偏光成分s2、s3は、格子面によって反射、回折され、２つの回折光成分s21、s31に変換される。
【００４８】
回折格子４から回折された２つの回折光成分s21、s31は、図５に示すようにリニアイメージセンサ６に向けて伝搬され、リニアイメージセンサ６の受光面上に、２つの回折光成分s21、s31によるスペクトル像sp1、sp2が完全に分離された状態で受光される。完全に分離された状態とは、２つのスペクトル像sp1、sp2の間に重なり部分が無い状態である。なお、図１及び図２ではリニアイメージ６は省略されている。
【００４９】
図１〜図７では、光ファイバ15で伝搬される光信号s1が単色光（任意の単一の波長を有する光）の場合を想定し、スポット状のスペクトル像sp1、sp2を図示した。光信号s1が単色光ではなく、例えば、波長の異なる２種類の光を含む場合、２つのスペクトル像sp1、sp2は、受光面における波長分散方向（z軸方向）に沿って広がった状態となる。更に、多種類の波長を含む光信号s1が入射された場合は、前記波長分散方向に沿ってスポット状のスペクトル像が離散的に多数配列された状態となる。前記波長分散方向は、２つのスペクトル像sp1、sp2の分離方向（x軸方向）に直交する。
【００５０】
２つのスペクトル像sp1、sp2の中心間の分離距離D1（図６参照）は、複屈折素子２の厚さTbに比例する。本実施形態の波長モニタ装置１では、２つのスペクトル像sp1、sp2が完全に分離された状態となるように、且つ、一方の偏光成分s2のみがファラデー回転子3a、3bに透過可能となる分離距離となるように、複屈折素子２の厚さTbを設定する必要がある。
【００５１】
リニアイメージセンサ６はその受光面にスペクトル像sp1、sp2の分離方向であるx軸方向に細長い多数の受光部6aを有すると共に、これらの受光部6aが前記波長分離方向に沿って１次元配列された受光素子である。各々の受光部6aは、細長い短冊状である。各々の受光部6aの分離方向（x軸方向）の大きさは、２つのスペクトル像sp1、sp2を同時に受光可能な大きさに設定されており、例えば、２つのスペクトル像sp1、sp2の分離距離D1と、各々のスペクトル像sp1、sp2のx軸方向の大きさD2との合計より大きく設定される。
【００５２】
また、各々の受光部6aの分離方向の大きさは、スペクトル像sp1、sp2の分離距離D1と前記大きさD2との合計より小さく設定することも出来る。この場合、スペクトル像sp1、sp2が部分的にケラレることになるが、各々の受光部6aの中心に分離距離D1の中心が合うようにリニアイメージセンサ６を配置すれば、スペクトル像sp1、sp2の各々のケラレ量を等しくすることが出来る。
【００５３】
更に、各々の受光部6aのz軸方向の大きさは、スペクトル像sp1、sp2の測定に必要な波長分解能に応じて設定される。又、受光部6aの数は、スペクトル像sp1、sp2の測定に必要な波長範囲に応じて、その波長範囲を漏れなく受光可能なように設定される。なお、リニアイメージセンサ６としては、各々の受光部6aの受光感度が均一なもの（又は、少なくとも２つのスペクトル像sp1、sp2の受光位置で受光感度が等しいもの）を用いることが好ましい。
【００５４】
リニアイメージセンサ６で２つのスペクトル像sp1、sp2を同時に受光するとき、２つのスペクトル像sp1、sp2の間に重なり部分が存在すると、この重なり部分で干渉が発生してしまい、重なり部分に光信号s1の元々の偏光状態に類似した偏光状態が現れてしまう。即ち、重なり部分での偏光状態が、入射される光信号s1の偏光状態に応じて変化してしまう。このため、リニアイメージセンサ６の受光感度が何らかの偏光依存性を持っている場合には、スペクトル像sp1、sp2の重なり部分での偏光状態に応じてリニアイメージセンサ６の出力が変化してしまう。又、干渉の結果、重なり部分での像強度が変化する場合にも、リニアイメージセンサ６の出力が変化してしまう。
【００５５】
しかし、本実施形態の波長モニタ装置１では、２つのスペクトル像sp1、sp2は完全に分離された状態でリニアイメージセンサ６に受光される。その結果、リニアイメージセンサ６は、常に２つのスペクトル像sp1、sp2の強度和を出力することが可能となる。
【００５６】
従って、WDM装置７において、光送信器８から出射される光信号の波長毎の強度特性（強度和）をモニタすることが可能となる。本実施形態の波長モニタ装置１による測定結果を光送信器８にフィードバックすることで、光送信器８から出射される光信号の強度を波長毎に一定に保つことができ、安定した光通信が可能となる。
【００５７】
次に、複屈折素子２での複屈折と、ファラデー回転子3a、3bの屈折率と厚さとに基づいて発生する、偏光成分s2とs3のPMDの低減化手段について説明する。まず、複屈折素子２における異常光線s3の実効屈折率nne1は、数１で表される。
【００５８】
【数１】
2006242876.tif 000003
【００５９】
但し、noは常光線屈折率、neは異常光線屈折率をそれぞれ表し、no：2.453、ne：2.709とする。又、数１からも分かるようにnne1は、複屈折素子２の結晶軸と異常光線波面法線方向とのなす角度θrに依存する。複屈折素子２の素子表面法線厚Tbを3520μｍとすると、Tb分の厚さを有する複屈折素子２を常光線s2が透過したときの、複屈折板素子２の素子表面法線からの常光線s2の分離幅So1は、数２で表される。
【００６０】
【数２】
2006242876.tif 000004
【００６１】
ここで、θoは常光線s2の実効光線角度（常光線s2の光線方向と前記素子表面法線とのなす角度）であり、
【００６２】
【数３】
2006242876.tif 000005
【００６３】
と表される。ここで、α：複屈折素子２の傾斜角度と設定する。αは、x軸方向に対する複屈折素子２の傾斜角度であり、20度と設定する。更に、β：（α/10）であり、２度に設定される。
【００６４】
又、Tb分の厚さを有する複屈折素子２を異常光線s3が透過したときの、前記素子表面法線からの異常光線s3の分離幅Se1は、
【００６５】
【数４】
2006242876.tif 000006
【００６６】
と表される。ここで、θe1は異常光線s3の光線方向と前記素子表面法線とのなす角度であり、
【００６７】
【数５】
2006242876.tif 000007
【００６８】
で表される。なお、θecは異常光線s3と、その異常光線s3が入射する複屈折素子２の結晶軸とのなす角度であり、
【００６９】
【数６】
2006242876.tif 000008
【００７０】
と表される。前記θrは、
【００７１】
【数７】
2006242876.tif 000009
【００７２】
と表される。なお、数７中の係数a、b、cは、
【００７３】
【数８】
2006242876.tif 000010
【００７４】
【数９】
2006242876.tif 000011
【００７５】
【数１０】
2006242876.tif 000012
【００７６】
と表される。θ1は複屈折素子２の、素子表面法線と結晶軸との角度を表し（図１、図２の結晶軸X2方向に該当）、47.8度が素子表面法線方向厚Tbを最小厚に抑えつつ、後述の分離幅Soe1を最大にすることが可能となるので最適である。従って、複屈折素子２の、入射光信号光線方向に対する常光線s2と異常光線s3の分離幅の合計Soe1は、
【００７７】
【数１１】
2006242876.tif 000013
【００７８】
と表される。
【００７９】
更に、異常光線波面法線方向と前記素子表面法線方向とのなす角度θed1は、
【００８０】
【数１２】
2006242876.tif 000014
【００８１】
と表される。従って、複屈折素子２によって発生する常光線s2と異常光線s3の光路長差d1は、
【００８２】
【数１３】
2006242876.tif 000015
【００８３】
と表される。更に、この光路長差d1によって生ずる複屈折素子２の偏波分散PMD1は、
【００８４】
【数１４】
2006242876.tif 000016
【００８５】
と表される。vは光速で、v：299792458m/sとする。
【００８６】
次に、ファラデー回転子3a、3bの屈折率nfを、nf：2.3と設定すると共に、ファラデー回転子3aと3bの各々の厚さT3a、T3bの合計の厚さTfを360.2μｍに設定すると（図７参照）、Tf分の厚さを有するファラデー回転子3a、3bを常光線s2が透過したときの、ファラデー回転子3a、3bの偏波分散PMD2は、
【００８７】
【数１５】
2006242876.tif 000017
【００８８】
と表される。d2はファラデー回転子3a及び3bを透過するときの、常光線s2の光路長であり、
【００８９】
【数１６】
2006242876.tif 000018
【００９０】
と表される。nは空気の屈折率で、n：１である。
【００９１】
次に、補償素子18の屈折率nhを、nh：3.484とすると共に、厚さTh（μｍ）に設定すると、Th分の厚さを有する補償素子18を異常光線s3が透過したときの、補償素子18の偏波分散PMD3は、
【００９２】
【数１７】
2006242876.tif 000019
【００９３】
と表される。d3は補償素子18を透過するときの、異常光線s3の光路長であり、
【００９４】
【数１８】
2006242876.tif 000020
【００９５】
と表される。
【００９６】
本発明において、偏光成分s2、s3間のPMDを所望の数値レベルまで低減化させる手段は、最も大きな偏波分散である、PMD2からPMD1とPMD3を差し引き、差し引いたPMD2値が波長モニタ装置１として実用上、十分な数値まで減少するようにPMD3を設定し、設定したPMD3から厚さThを決定することである。従って、本発明の波長モニタ装置のPMD補償は、
【００９７】
【数１９】
2006242876.tif 000021
【００９８】
で行われる。これにより、複屈折素子２での入射光の複屈折によって発生する、常光線s2に対する異常光線s3の光路長差と、ファラデー回転子3a、3bを透過することによって発生する、異常光線s3に対する常光線s2の光路長差によって、２つの偏光成分s2、s3間で発生するPMDを、補償素子18に偏光成分s3を透過させることで所望の数値レベルまで低減化させられる。なお、PMDthが、所望のPMD補償値を表す。
【００９９】
数１９を用いて、補償素子18の厚さThを可変させた場合の、PMD3とPMD補償値PMDthとを求め、その結果の一部を表１に表す。但し、PMD1を1.578（ｐｓ）、PMD2を3.122（ｐｓ）に設定した。
【０１００】
【表１】
2006242876.tif 000022
【０１０１】
表１より、補償素子18をSi基板（nh：3.484）で構成すると共に、その厚さThを185〜190μm付近に設定するのがPMDthの低減化（波長モニタ装置１のPMD補償）において望ましいことが分かる。
【０１０２】
偏光成分s2とs3とのPMDが補償されることにより、偏光成分s2とs3とのPDL低減効果も図れるため、受光部6aにおけるスペクトル像sp1、sp2のピント状態が改善され、光信号s1の強度測定を正確に行うことが可能となる。
【０１０３】
又、PDLが低減されることにより、受光部6aにおける、スペクトル像sp1とsp2の各ビーム径の差を低減することが可能となる。スペクトル像sp1、sp2のビーム径のバラツキが低減されることに伴い、リニアイメージセンサ６の各々の受光部6aのz軸方向の大きさを小型化を図りながらその大きさを一義的に決定することが出来る。
【０１０４】
更に、本発明の波長モニタ装置１では、補償素子18という１個の光学素子でPMD補償を行うため、従来の波長モニタ装置100のように２個の複屈折素子を使用せずにPMD補償を行うことが出来る。よって、PMD補償を伴う光学系の組立を容易化することが可能となる。
【０１０５】
又、周知の通り、回折格子４に入射する光信号（ここでは２つの偏光成分s2とs3）の偏光方向が変化すると、同一波長の偏光成分同士であっても、格子面上での反射角度が変化してしまう。しかし、本実施形態の波長モニタ装置１では、前記のように回折格子４に入射する２つの偏光成分s2、s3の偏光方向が、光ファイバ15から出射する光信号s1の偏光状態に関わらず同一にすることが出来る。即ち、光信号s1の偏光状態が変化しても、２つの偏光成分s2、s3の偏光方向を同一方向に保つことが可能である。
【０１０６】
このため、回折格子４に入射する２つの偏光成分s2、s3は、回折格子４において回折する際、常に一定の反射角度で回折させられるため、回折後の２つの回折光成分s21、s31間における光路長差を０にすることが可能になる。更に、溝部4aに入射する時点で、偏光成分s2とs3の偏光方向は、溝部４ａの形成方向に対し平行になっている。従って、回折後の回折光成分s21、s31に他方向の偏光成分がノイズとして混入することを防止できるため、波長モニタ装置１の波長分解能を向上させることが可能となる。
【０１０７】
更に、２つの偏光成分s2、s3の偏光方向が同一方向の状態で、偏光成分s2、s3を同一の溝部（例えば、図１と図５の例では斜線を引いた溝部）4aで回折することにより、回折後の２つの回折光成分s21とs31との間における光路長差を０にすることが可能になる。なお、回折格子４を回折後の２つの回折光成分s21、s31の強度比は、回折格子４入射前の２つの偏光成分s2、s3の強度比と等しい。
【０１０８】
又、２つの偏光成分s2、s3の偏光方向が同一方向で且つその偏光方向が溝部４ａの形成方向に対し平行になっているので、回折格子４の格子面で反射・回折される偏光成分s2、s3が全てリニアイメージセンサ６で検出される。従って、リニアイメージセンサ６で測定される光信号s1のパワー低減が防止されるので、強度測定のS/N比が悪化して、光信号s1の強度測定を正確に行うことが可能となる。
【０１０９】
更に、分離させた偏光成分s2、s3の偏光方向を同一方向に調整した上で、回折格子４の格子面に偏光成分s2、s3を入射させるため、偏光成分s2及びs3毎に回折角度が変化すること無く、同一な回折角度でリニアイメージセンサ６の受光部6aに２つの回折光成分s21、s31のスペクトル像sp1、sp2を受光させることが可能である。従って、リニアイメージセンサ６の１つの受光部6aに２つの同一次数の回折光成分のスペクトル像を受光させることが可能になり、異なる受光部に同一周波数で同一次数の２つの回折光成分のスペクトル像が受光されることが防止出来るため、波長モニタ装置１の波長分解能を向上させることが可能となる。
【０１１０】
又、リニアイメージセンサ６の複数の受光部毎に、若干の特性バラツキがあっても、同一周波数の２つのスペクトル像を同一の受光部に受光させられるので、その影響を受けることが無い。
【０１１１】
更に、波長モニタ装置１の光学系が、コリメートレンズ５、複屈折素子２、ファラデー回転子3a、3b、回折格子４、補償素子18、及び、リニアイメージセンサ６で構成されるため、回折格子４の直前に従来の波長モニタ装置のように、リロートレンズと云ったレンズ部品を配置しない光学系を形成することが可能となる。これにより光学系を構成する光学素子の大型化が防止されるため、波長モニタ装置１の大型化を防止することも出来る。
【０１１２】
更に、レンズ部品を配置しないため、光信号s1の波長が変化しても回折格子４をその都度駆動させること無く、リニアイメージセンサ６の受光部に受光させることが出来るので、波長モニタ装置１の部品点数の削減による小型化、低コスト化と、波長モニタ装置１の駆動制御の容易化を実現することが可能となる。又、レンズ部品を廃止するのでレンズ部品の位置決め工程を皆無にでき、光学系の組立を容易化することが可能であると共に、レンズ部品の偏光依存性に伴う偏光変換の問題を解消することが出来る。
【０１１３】
又、レンズ部品を廃止することにより、フレアやレンズ部品の非点収差によるスペクトル像sp1、sp2の広がりを防止することが出来るので、光学部品と光学系の大型化やコストの上昇を防止することが可能となる。
【０１１４】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の波長モニタ装置に係る第２の実施の形態を、図８〜図１０を参照して説明する。図８は第２の実施形態の波長モニタ装置を模式的に示す概略斜視図であり、図９は第２の実施形態の波長モニタ装置を構成する回折格子とリニアイメージセンサのみを示す概略部分斜視図であり、図１０は図９を矢印b方向から見たときの、回折格子とリニアイメージセンサの概略部分側面図である。なお、前記第１の実施の形態と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明は省略、若しくは簡略化して記述する。図８、図９、図１０の二点鎖線は光路を示し、比較的細線で描かれている光路部は、光学系の構成部品内を伝搬していることを示している。
【０１１５】
第２の実施形態の波長モニタ装置16が、第１の実施形態の波長モニタ装置１と異なる点は、回折格子17に透過型のものを用いている点である。その格子面には、図１０に示すように矩形波状に多数の凸部17aが、x軸方向に細長く互いに平行に１次元形成されている。
【０１１６】
このように構成された回折格子17を前記複屈折素子２側から重ねて見た場合、図８に示すように、複屈折素子２内部における異常光線s3の分離方向と、回折格子17の各々の前記凸部17aの形成方向（x軸方向）とが同一方向に平行となるように、結晶軸X1とX2の方向と、回折格子17の位置とが決定されている。この格子面に入射した２つの偏光成分s2、s3は、格子面に透過されて凸部17aで同一な回折角度で回折され、図９に示すように２つの回折光成分s21、s31に変換される。なお、図８〜図１０では簡略化のため、０次の回折光成分のみを表している。
【０１１７】
本実施形態の波長モニタ装置16でも、前記波長モニタ装置１の同様、回折格子17に入射する２つの偏光成分s2、s3の偏光方向を、光ファイバ15から出射する光信号s1の偏光状態に関わらず同一にすることが出来る。即ち、光信号s1の偏光状態が変化しても、２つの偏光成分s2、s3の偏光方向を同一方向に保つことが可能である。
【０１１８】
更に、凸部17aに入射する時点で、偏光成分s2とs3の偏光方向を、凸部17aの形成方向に対し平行にすることが出来る。従って、回折後の回折光成分s21、s31に他方向の偏光成分がノイズとして混入することを防止できるため、波長モニタ装置16の波長分解能を向上させることが可能となる。
【０１１９】
更に、２つの偏光成分s2、s3の偏光方向が同一方向の状態で、偏光成分s2、s3を同一の凸部17aで回折することにより、回折後の２つの回折光成分s21とs31との間における光路長差を０にすることが可能になる。なお、回折格子17を回折後の２つの回折光成分s21、s31の強度比は、回折格子17入射前の２つの偏光成分s2、s3の強度比と等しい。
【０１２０】
回折格子17から回折された２つの回折光成分s21、s31は、図９に示すようにリニアイメージセンサ６に向けて伝搬され、リニアイメージセンサ６の受光面上に、２つの回折光成分s21、s31によるスペクトル像sp1、sp2が完全に分離された状態で受光される。図８〜図１０では、光ファイバ15で伝搬される光信号s1が単色光（任意の単一の波長を有する光）の場合を想定し、スポット状のスペクトル像sp1、sp2を図示した。本実施形態の波長モニタ装置16では、２つのスペクトル像sp1、sp2は完全に分離された状態でリニアイメージセンサ６に受光される。その結果、リニアイメージセンサ６は、常に２つのスペクトル像sp1、sp2の強度和を出力することが可能となる。
【０１２１】
従って、図３で示すWDM装置７において、光送信器８から出射される光信号の波長毎の強度特性（強度和）をモニタすることが可能となる。本実施形態の波長モニタ装置16による測定結果を光送信器８にフィードバックすることで、光送信器８から出射される光信号の強度を波長毎に一定に保つことができ、安定した光通信が可能となる。
【０１２２】
波長モニタ装置16にも補償素子18が設けられており、前記数１９で示すPMD補償により偏光成分s2、s3間のPMD補償とPDLの減少を実現することが出来る。
【０１２３】
なお、その他の効果の詳細な説明に関しては、波長モニタ装置16が波長モニタ装置１と同様の効果を有し、前述のように記載内容が重複するため、省略する。
【０１２４】
本実施形態はその技術的思想に基づいて種々変更可能であり、透過型の回折格子17の格子面に形成する凸部の形状を、前述の矩形波状に変えて、例えば三角波状の凸部に形成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明の波長モニタ装置は、WDM装置の個別のチャンネルの波長毎における強度特性（強度和）用モニタ装置はもとより、光スペクトルアナライザ、或いは分光器としても使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の第１の実施形態の波長モニタ装置を模式的に示す概略斜視図。
【図２】図１の波長モニタ装置を図１中の矢印a方向から見た概略平面図。
【図３】図１〜図２の波長モニタ装置が組み込まれるWDM装置の構成図。
【図４】図２における破線(a)〜(c)で示した各断面においてｚ軸方向から見た光信          号の偏光面を表わす状態図。
【図５】第１の実施形態の波長モニタ装置を構成する回折格子とリニアイメージセ          ンサのみを示す概略部分斜視図。
【図６】リニアイメージセンサに受光される２つのスペクトル像の受光状態を模式          的に示す状態図。
【図７】図２のファラデー回転子の拡大図。
【図８】第２の実施形態の波長モニタ装置を模式的に示す概略斜視図。
【図９】第２の実施形態の波長モニタ装置を構成する回折格子とリニアイメージセ          ンサのみを示す概略部分斜視図。
【図１０】図９を矢印b方向から見たときの回折格子とリニアイメージセンサの概            略部分側面図。
【図１１】従来の波長モニタ装置の一例を示す斜視図。
【図１２】図１１の波長モニタ装置の複屈折素子102a、102bの外観図。
【図１３】複屈折素子102a、102bによる光信号の分離を説明する図。
【図１４】図１１の波長モニタ装置を側方（仮想平面Pに平行な方向）から見た図。
【図１５】図１４の光学系においてリトローレンズの光軸が仮想平面Pから外れた            状態を示す図。
【図１６】リニアイメージセンサ105に受光される２つのスペクトル像の受光状態            を模式的に示す状態図。
【図１７】複屈折素子102a、102bと回折格子104とを重ねて見た図。
【符号の説明】
【０１２７】
１、16              波長モニタ装置
２                  複屈折素子
3a、3b              ファラデー回転子
４、17              回折格子
５                  コリメートレンズ
６                  リニアイメージセンサ
７                  WDM装置
８                  光送信器
９                  合波器
10                  光増幅器
11                  分波器
12                  光受信器
13、15              光ファイバ
14                  カプラ
18                  PMD補償素子
【図１】
2006242876.tif 000023
【図２】
2006242876.tif 000024
【図３】
2006242876.tif 000025
【図４】
2006242876.tif 000026
【図５】
2006242876.tif 000027
【図６】
2006242876.tif 000028
【図７】
2006242876.tif 000029
【図８】
2006242876.tif 000030
【図９】
2006242876.tif 000031
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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