(57)【要約】【課題】偏光解析装置および光スペクトラムアナライザを簡易で安価に構成する。【解決手段】被測定光Ｒを一端面で受けて偏光方向が互いに直交する２つの光Ｒ１、Ｒ２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、複屈折素子２２から出射された２つの光Ｒ１、Ｒ２を受け、その偏光方向を揃えて出射する偏光子２４と、偏光子２４から出射された２つの光Ｒ１′、Ｒ２′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、その干渉領域の両側で２つの光Ｒ１′、Ｒ２′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、これら干渉領域および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、光強度分布検出器３０が取得した光強度分布から２つの光Ｒ１、Ｒ２の強度と位相差を求め、それらの値から被測定光ＲのストークスパラメータやＯＳＮＲを算出する演算処理部（４０）とを備えている。【選択図】図１
2018124202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定光の偏光状態を解析する偏光解析装置および光スペクトラムアナライザを、簡易で安価に構成するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速光通信システムでは、伝送信号光の偏光方向による光ファイバ内での光の伝搬スピードの違いによって発生する偏波モード分散が伝送信号を劣化させる。また、伝送装置を構成する各光学部品のＰＤＬ（Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｌｏｓｓ：偏波依存性損失）特性も、伝送信号の劣化要因となる。
【０００３】
従って、伝送信号光の偏光度（ＤＯＰ：Ｄｅｇｒｅｅ  Ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）や偏波状態（ＳＯＰ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）、および、伝送線路である光ファイバや伝送装置を構成する光学部品の偏波特性を測定・把握することは、光通信にとって非常に重要な項目の１つである。
【０００４】
また、光増幅器を含む伝送線路においては、光増幅器から出力される増幅された自然放出光（ＡＳＥ）が信号品質を劣化させる。信号光は偏光した光であるのに対し、このＡＳＥ光は一般に無偏光であるため、偏光した光パワーと無偏光な光パワーの比から、光伝送信号光の品質を示す別の指標であるＯＳＮＲ（optical signa1-to-noise ratio）が計算される（例えば、米国特許７１０６４４３号参照）。
【０００５】
光の偏光状態を解析する従来技術として、図１７の偏光解析装置１０が知られている。この偏光解析装置１０は、被測定光Ｒを、レンズ１１により平行光Ｒ′にして、ビームスプリッタ１２ａ〜１２ｃとミラー１２ｄからなる光分岐部１２により、４つの光Ｒａ〜Ｒｄに分け、そのうちの光Ｒａをレンズ１３ａで集光して光検出器１４ａに入射して被測定光Ｒの全パワーＰ０を求め、別の光Ｒｂを方位角０度の偏光子１５に入射して０度の直線偏光成分を抽出し、レンズ１３ｂで集光して光検出器１４ｂに入射して、その０度の直線偏光成分のパワーＰ１を求める。
【０００６】
また、別の光Ｒｃを方位角４５度の偏光子１６に入射して４５度の直線偏光成分を抽出し、レンズ１３ｃで集光して光検出器１４ｃに入射し、その４５度の直線偏光成分のパワーＰ２を求め、別の光Ｒｄを、主軸方位４５度のλ／４板１７に入射し、その出射光を方位角９０度の偏光子１８に入射して、被測定光Ｒの右回り円偏光成分を抽出し、その右回り円偏光成分のパワーＰ３を求める。
【０００７】
この構成の偏光解析装置１０では、前記光パワーＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３から、被測定光ＲのストークスパラメータＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、以下の式にて計算される。
【０００８】
Ｓ０＝Ｐ０
Ｓ１＝２Ｐ１−Ｐ０
Ｓ２＝２Ｐ２−Ｐ０
Ｓ３＝２Ｐ３−Ｐ０
【０００９】
また、全光パワーのうち偏光している光パワーの割合を表す指標となる偏光度（ＤＯＰ）は次式にて計算される。
ＤＯＰ＝｛√（Ｓ１２＋Ｓ２２＋Ｓ３２）｝／Ｓ０
【００１０】
さらに、被測定光のＯＳＮＲは、次式にて算出される。
ＯＳＮＲ＝Ｓ０×ＤＯＰ／｛Ｓ０（１−ＤＯＰ）｝＝ＤＯＰ／（１−ＤＯＰ）
【００１１】
なお、上記のように、被測定光を複数の光に分岐し、それぞれについて偏光子を用いた偏光成分の抽出を行い、それぞれを光検出器に入射させて、各偏光成分のパワーを求め、被測定光の偏光状態を表すストークスパラメータを測定する技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−１８３３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記した偏光解析装置１０では、被測定光を光分岐部１２で４分岐して、その３つに対して偏光子を用いた偏光成分の抽出を行い、それぞれをレンズで集光して光検出器に入射させる構成であるため、多くの光学部品を要し、高額となり、また小型化が困難であった。
【００１４】
また、上記構成の偏光解析装置１０は、被測定光が特定波長の信号光だけの場合には有効であるが、例えば、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing  ：波長分割多重）方式や、ＷＤＭとパス管理の技術を組み合わせたＲＯＡＤＭ（reconfigurable optical add/drop multiplexer）方式等で、一つの伝送路に伝送される複数の異なる波長の信号光（チャネル光）を被測定光として解析することができない。
【００１５】
これを実現するためには、上記偏光解析装置の構成に、波長選択機能を付加し、各波長ごとの光強度と偏光状態を求めることができる光スペクトラムアナライザとする必要があるが、装置全体の構成がさらに大掛かりとなり、高額となる。
【００１６】
本発明は、この課題を解決して、簡易で安価に構成できる偏光解析装置および光スペクトラムアナライザを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の偏光解析装置は、
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。
【００１８】
また、本発明の請求項２の偏光解析装置は、請求項１記載の偏光解析装置において、
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。
【００１９】
また、本発明の請求項３の偏光解析装置は、請求項１記載の偏光解析装置において、
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。
【００２０】
また、本発明の請求項４の偏光解析装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の偏光解析装置において、
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。
【００２１】
また、本発明の請求項５の光スペクトラムアナライザは、
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。
【００２２】
また、本発明の請求項６の光スペクトラムアナライザは、請求項５記載の光スペクトラムアナライザにおいて、
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。
【００２３】
また、本発明の請求項７の光スペクトラムアナライザは、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において、
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。
【発明の効果】
【００２４】
このように、本発明の偏光解析装置は、最小限の光学系として、複屈折素子、偏光方向変換手段および光強度分布検出器だけで構成することができ、従来装置に比べて格段に簡易に且つ安価に構成することができる。
【００２５】
また、本発明の光スペクトラムアナライザは、上記偏光解析装置の構成に、光学系として波長成分抽出部を付加しただけで簡易に且つ安価に構成でき、波長が異なる複数の信号光が含まれる被測定光についてのスペクトラム解析だけでなく、各信号光のストークスパラメータおよびＯＳＮＲを容易に算出できる。
【００２６】
また、波長成分抽出部として、回折格子を用いた場合、回折格子の溝に平行な偏光成分と溝に垂直な偏光成分の回折効率が異なることを利用することで偏光方向変換手段を兼ねることができ、光スペクトラムアナライザとしての構成をさらに簡単化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の偏光解析装置の実施形態の構成図
【図２】実施形態の光強度分布検出器に照射されるビームの位置と干渉縞の発生原理を示す図
【図３】実施形態の光強度分布検出器で取得される強度分布の一例を示す図
【図４】偏光子と光強度分布検出器の間に集光用のレンズを挿入した構成図
【図５】レンズによるビームの収束例を示す図
【図６】本発明の偏光解析装置の別の実施形態の構成図
【図７】本発明の光スペクトラムアナライザの実施形態の構成図
【図８】波長成分抽出部の構成例を示す図
【図９】図８の波長成分抽出部の動作を説明するための図
【図１０】波長成分抽出部の別の構成例を示す図
【図１１】図１０の波長成分抽出部の動作を説明するための図
【図１２】波長成分抽出部の別の構成例を示す図
【図１３】波長成分抽出部の別の構成例を示す図
【図１４】波長成分抽出部の回折格子を偏光方向変換手段として用いた場合の構成例を示す図
【図１５】波長の異なる複数の信号光を含む被測定光に対する測定結果の一例を示すスペクトラム図
【図１６】波長成分抽出部と光強度分布検出器の間に、集光用のレンズを挿入した構成図
【図１７】従来の偏光解析装置の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
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。
【００２９】
この偏光解析装置２０は、ＳＭ（single mode）型の光ファイバ１の一端側から出射される被測定光Ｒをコリメートレンズ２１により平行光Ｒ′にしてから、複屈折素子２２の一端面に入射する。なお、ここでは、被測定光Ｒの入射方向（各光学素子の並び方向）をＺ、それに直交する方向をＸ（水平方向）、Ｙ（垂直方向）として説明するが、光学素子による反射、屈折、回折等により変化する場合がある。
【００３０】
複屈折素子２２は、例えば二つの楔形状の人工水晶をその光学軸２２ａ、２２ｂが互いに直交するように貼り合わせた素子であり、一端面に入射された被測定光Ｒを、偏光方向が互いに直交する第１の光Ｒ１と第２の光Ｒ２に分離し、所定（微小）の分離角（光軸が成す角）δを持って他端面から出射する。なお、ここでは、複屈折素子２２の一端面側の光学軸２２ａがＸ方向、他端面側の光学軸２２ｂがＹ方向とし、分離された一方の光Ｒ１の偏光方向はＸ（水平）方向、他方の光Ｒ２の偏光方向はＹ（垂直）方向となり、これら２つの光の光軸がＸＺ平面内で分離角δを成す（Ｚ軸に対して±δ／２の角度を成す）ように僅かに拡がって出射される。
【００３１】
複屈折素子２２から出射される２つの光Ｒ１、Ｒ２は、この実施形態の偏光方向変換手段としての偏光子２４によって偏光方向が同一となるように揃えられて出射される。ここで、偏光子２４として光学軸２４ａがＸ軸に対して＋４５度傾いたものを用いれば、偏光方向がＸ方向の光Ｒ１のうちＸ軸に対して＋４５°の偏光成分Ｒ１′が出射され、偏光方向がＹ方向の光Ｒ２のうちＸ軸に対して＋４５゜の偏光成分Ｒ２′が出射される。
【００３２】
偏光子２４で偏光方向が同一に変換された２つの光Ｒ１′、Ｒ２′のビームは、複屈折素子２２から離間するほど互いに離れ、所定距離以上離れるとビーム同士が完全に分離してしまうが、所定距離以内の特定位置Ｚ＝ｚ０におけるＸＹ平面上に、図２の（ａ）に示しているように、２つの光Ｒ１′、Ｒ２′のビームの一部が重なり合った状態で照射されることになる。
【００３３】
この特定位置において２つの光Ｒ１′、Ｒ２′が互いに重なる領域Ｑａは、偏光方向が同一の光が互いに干渉する干渉領域となる。また、その干渉領域Ｑａの両側の２つの領域Ｑｂ、Ｑｃは、２つの光Ｒ１′、Ｒ２′のビームが重ならず、干渉が起きない非干渉領域となる。なお、厳密には、各光のビームの強度分布に拡がりがあって、一方の光のビームの分布の裾の部分（強度が低い部分）が他方の光のビームに重なり合うが、その場合でも一方の光の強度が他方に対して十分低いので、干渉の影響を無視できるものとする。
【００３４】
この特定位置における干渉領域Ｑａでは、比較的強度が高い光同士が互いの光軸に傾きのある状態で入射されるので、図２の（ｂ）のように、一方の光の等位相面（ここでは平面波とする）と他方の光の等位相面が同相で交わる位置と逆位相で交わる位置が、Ｘ方向に交互に生じる。このため、図２の（ｃ）のように、干渉領域Ｑａでは、明部と暗部が交互に並ぶ干渉縞が発生し、ビームが重ならない非干渉領域Ｑｂ、Ｑｃでは明部のみが生じる。
【００３５】
本発明の実施形態の偏光解析装置２０は、この特定位置における干渉領域Ｑａと非干渉領域Ｑｂ、Ｑｃの明暗の光強度分布情報に基づいて、被測定光Ｒの偏光状態を解析するものであり、そのための光強度分布検出器３０が特定位置に配置されている。この光強度分布検出器３０は、干渉領域Ｑａとそれを挟む２つの非干渉領域Ｑｂ、Ｑｃの並び方向（図１の例ではＸ方向）に光電変換素子が並んだ１次元フォトダイオードアレイや、光電変換素子が２次元に配置されたＣＣＤ（撮像素子）等で構成され、少なくとも、干渉領域Ｑａおよび２つの非干渉領域Ｑｂ、Ｑｃの特定位置の光強度を取得する。図３は、光強度分布検出器３０としてＣＣＤを用いた場合に実際に得られた光強度分布の例を示している。
【００３６】
演算処理部４０は、光強度分布検出器３０が取得した各領域の光強度の情報から、第１の光Ｒ１と第２の光Ｒ２の強度とそれらの位相差を求める第１の演算手段４１と、これらの値から被測定光ＲのストークスパラメータやＯＳＮＲを算出する第２の演算手段４２によって構成される。
【００３７】
次に、この演算処理部４０が行なう計算の一例について説明する。
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。
【００３８】
このビームを、光学軸が水平および垂直の楔角６０°の人工水晶を張り合わせた複屈折素子２２に入射した場合、水平（Ｘ）および垂直（Ｙ）な偏光成分に分離された第１の光Ｒ１と第２の光Ｒ２は、Ｚ軸を挟んで互いに１°４０′の分離角δだけ傾いた方向へ分離される。
【００３９】
これらの２つの光Ｒ１、Ｒ２は、光学軸が４５°の偏光子２４により、共に方位４５°の直線偏光Ｒ１′、Ｒ２′に変換されて、複屈折素子２２から所定距離の位置に配置された光強度分布検出器３０の受光面に照射される。
【００４０】
ここで、２つの光Ｒ１′、Ｒ２′のビームが分離角δ＝１°４０′で、例えば距離３５ｍｍ進むと、そのビーム間距離は約１ｍｍとなるがビーム半径はほぼ変わらず、図２に示したように、この位置に配置した光強度分布検出器３０の受光面上で両方のビームが重なり合う干渉領域Ｑａが生じ、その両側にはビームが重ならない非干渉領域Ｑｂ、Ｑｃが生じ、干渉領域Ｑａ内に、図３に示したような干渉縞が例えば所定間隔ｄｘで生じる。
【００４１】
次に、この干渉縞の強度（明るさ）について検討する。
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
【００４２】
また、非干渉領域Ｑｂ、Ｑｃの光強度分布からは、第１の光Ｒ１と第２の光Ｒ２のそれぞれの光パワーＰｒ１、Ｐｒ２に比例した信号（Ｉｘ、Ｉｙ）を得ることができる。
Ｉｘ∝Ｐｒ１∝Ｐｘ＋Ｐｎ／２
Ｉｙ∝Ｐｒ２∝Ｐｙ＋Ｐｎ／２
【００４３】
前述したように、本実施例の場合、被測定光ＲはＳＭ型の光ファイバ１により導入されるため、２つの光のＲ１、Ｒ２（Ｒ１′、Ｒ２′も同様）は共に強度分布が０次のガウシアンビームとなっている。
【００４４】
０次ガウシアンビームの電界Ｅは、ビームウエスト位置を原点とし、光の伝搬方向をＺ軸方向に座標軸をとると、
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。
【００４５】
ここで、Ｐはビームのパワー、
ｗ(z)＝ｗ０√［１＋（λｚ／πｗ０２）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。
【００４６】
また、
Ｒ(z)＝ｚ［１＋（πｗ０２／λｚ）２］
は、波面（等位相面）の曲率半径、
φ(z)＝tan−１［λｚ／πｗ０２］
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。
【００４７】
２つの分離された光Ｒ１′、Ｒ２′は、ＸＺ平面内でＺ軸に対して±δ／２傾いているため、前述の電界Ｅの式に対して、次の座標変換、
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。
【００４８】
また、前記数値例では、ビームウエストのサイズが０．５ｍｍと大きく、ビームウエスト位置から僅か３．５ｍｍ離れた位置においては、２つの光Ｒ１′、Ｒ２′は、ほぼ平面波と見なすことができるため、上記電界Ｅの式のＡのうち、波面曲率半径に関する位相項−ｊ（ｋ／２Ｒ(z)）（ｘ２＋ｙ２）は省略できる。
【００４９】
さらに、Ａのうち、Ｚ軸上における平面波からの位相ずれ量に関する項ｊφ(z)は、２つの光に共通の位相であるため、考慮しなくてよい。
【００５０】
また、ここでは、光強度分布検出器３０の受光面のＸ軸上に並んだピクセル（各光電変換素子）に照射される光パワーを考えればよいので、ｙ＝０とおける。
【００５１】
したがって、Ｘ軸上の一方の光Ｒ１′の電界Ｅ１と、他方の光Ｒ２′の電界Ｅ２は、次のように表される。
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
【００５２】
ただし、ｚ０は、複屈折素子２２（ビームウエスト位置）から光強度分布検出器３０までの距離であり、
ｗ＝ｗ０√｛１＋［λ（ｘ（±δ／２）＋ｚ０）／πｗ０２］２｝
≒ｗ０√｛１＋［λｚ０／πｗ０２］２｝≒ｗ０
【００５３】
ここで、θは、被測定光Ｒに含まれる信号光の２つの直交成分の位相差、αは複屈折素子２２により分離されてから光強度分布検出器３０の受光面までに至る間の光路差に起因する位相差（機器固有の既知量）である。
【００５４】
また、θnx、θnyは、被測定光Ｒに含まれる無偏光成分（ノイズ成分）のＸ偏光成分の位相およびＹ偏光成分の位相である。
【００５５】
したがって、光強度分布検出器３０の受光面のＸ軸上の位置ｘにおける光強度Ｉ（ｘ）は、
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。
【００５６】
なお、θnx、θnyは、時間の経過とともにランダムに変化するため、無偏光成分間のビート成分（干渉）は発生しない。上記ｔ、ｓは、位置ｘが決まれば決定される係数であり、波長λの値は、予め測定者が指定した値を用いたり、干渉縞間隔ｄｘからλ＝ｄｘ×δの計算により、求めることができる既知の値である。
【００５７】
したがって、第１の演算手段４１は、光強度分布検出器３０によって検出される強度分布の情報から、複数の位置ｘにおける光の強度Ｉ（ｘ）を抽出し、その結果を上記式（１）に代入することで、未知数である被測定光Ｒに含まれる信号光の偏光成分のパワーＰｘ、Ｐｙ、位相差θおよび無偏光成分のパワーＰｎを算出する。また、第２の演算手段４２は、第１の演算手段４１で得られた値を用いて、被測定光のストークスパラメータやＯＳＮＲを算出することになる。
【００５８】
次に３つの位置ｘにおける観測結果から、上記値を算出する例を示す。
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。
【００５９】
（ａ）ｘ＝＋ｚ０δ／２−ｗ＝１ｍｍの場合
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。
【００６０】
したがって、ｔはｓに対して十分（３０００倍）大きく、ｓの項を無視できるので、ｋをある定数とすると、
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。
【００６１】
（ｂ）ｘ＝＋ｚ０δ／２−ｗ＝−１ｍｍの場合
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。
【００６２】
（ｃ）ｘ＝０近辺で、最も明るい位置ｘ０の場合
この場合、cos γ≒１となり、
Ｉ（ｘ０）
＝ｋ｛ｔ０２Ｐｘ＋ｓ０２Ｐｙ＋２ｔ０ｓ０√（ＰｘＰｙ）＋（ｔ０２＋ｓ０２）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。
【００６３】
ここで、
上記Ｉｘ、Ｉｙの式を次のように変形し、
ｋｔ０２（Ｐｘ＋Ｐｎ／２）＝Ｉｘ・ｅ２ｔ０２
ｋｓ０２（Ｐｙ＋Ｐｎ／２）＝Ｉｙ・ｅ２ｓ０２
これらを、上記Ｉｘｙから減算すると、
Ｉｘｙ−（Ｉｘ・ｅ２ｔ０２＋Ｉｙ・ｅ２ｓ０２）＝２ｋｔ０ｓ０√（ＰｘＰｙ）
となり、
ｋ√（ＰｘＰｙ）
＝｛Ｉｘｙ−（Ｉｘ・ｅ２ｔ０２＋Ｉｙ・ｅ２ｓ０２）｝／２ｔ０ｓ０
＝ａ
が得られる。
【００６４】
また、
Ｉｘ−Ｉｙ＝ｋ（Ｐｘ−Ｐｙ）ｅ−２
から、
ｋ（Ｐｘ−Ｐｙ）＝（Ｉｘ−Ｉｙ）ｅ−２
＝ｂ
が得られる。
【００６５】
上記ａ、ｂは、測定あるいは計算によって求めることができる既知量であり、これらを使うとＰｘ、Ｐｙの比率ｕを次式によって計算できる。
ｕ＝Ｐｙ／Ｐｘ＝｛−ｂ＋√（４ａ２＋ｂ２）｝／｛ｂ＋√（４ａ２＋ｂ２）｝
【００６６】
さらに、
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）
【００６７】
これを、Ｉｘの式に代入すると、
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。
【００６８】
次に、被測定光Ｒに含まれる信号光の直交偏光成分間の位相差θを計算する。
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
【００６９】
以上をまとめると、被測定光Ｒに含まれる信号光の直交偏光成分のパワーＰｘ、Ｐｙと位相差θ、および無偏光成分（ノイズ成分）のパワーＰｎが、次の４つの式で表される。
Ｐｘ＝ｅ−２Ｉｘ／ｋ（１＋ｖ／２）
Ｐｙ＝ｕＰｘ
θ＝（２π／λ）ｘ０δ−α
Ｐｎ＝ｖＰｘ
【００７０】
また、それらの演算に必要なパラメータは、次のように求められる。
ｕ＝｛−ｂ＋√（４ａ２＋ｂ２）｝／ｂ＋√（４ａ２＋ｂ２）
ｖ＝２（−ｕＩｘ＋Ｉｙ）／（Ｉｘ−Ｉｙ）
ａ＝｛Ｉｘｙ−（Ｉｘ・ｅ２ｔ０２＋Ｉｙ・ｅ２ｓ０２）｝／２ｔ０ｓ０
ｂ＝（Ｉｘ−Ｉｙ）ｅ−２
ｔ０＝ｅＬ，    Ｌ＝−［（ｘ０−ｚ０δ／２）／ｗ］２
ｓ０＝ｅＭ，    Ｍ＝−［（ｘ０＋ｚ０δ／２）／ｗ］２
【００７１】
上記演算を行なうことで、被測定光Ｒに含まれる信号光の直交偏光成分のパワーＰｘ、Ｐｙと位相差θ、および、無偏光成分（ノイズ成分）のパワーＰｎが得られるから、これらを用いて、被測定光Ｒの偏光状態を表す４種類のストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を以下のように得ることができる。
【００７２】
Ｓ０＝Ｐｘ＋Ｐｙ＋Ｐｎ    （全パワー）
Ｓ１＝Ｐｘ−Ｐｙ
Ｓ２＝２√（ＰｘＰｙ）cos θ
Ｓ３＝２√（ＰｘＰｙ）sin θ
【００７３】
また、被測定光ＲのＯＳＮＲを次の計算によって求めることができる。
ＯＳＮＲ＝（Ｐｘ＋Ｐｙ）／Ｐｎ
【００７４】
このように、実施形態の偏光解析装置２０は、複屈折素子２２、偏光子２４、光強度分布検出器３０という極めて小規模な光学系の構成で、小型に且つ安価に、被測定光Ｒの偏光状態およびＯＳＮＲをリアルタイムに測定することができる。
【００７５】
なお、演算処理部４０による上記Ｘ軸上の３つの位置における光強度Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｘｙを用いた計算方法は一例に過ぎず、他にもさまざまな計算方法が考えられる。
【００７６】
また、測定する位置ｘについても、前述の例にとどまらず、様々な位置でも計算可能であり、また、測定位置の数も３つ以上の複数の測定結果から最小二乗法等により計算する事で、精度良く偏光状態を特定できる。
【００７７】
また、Ｘ軸上の光強度のみならず、センサに照射されているすべての２次元の光強度を使って計算する事で、更に精度のよい偏光状態計算を求めることが可能である。
【００７８】
前記実施形態では、偏光方向変換手段としての偏光子２４を通過した２つの光Ｒ１′、Ｒ２′を、分離角δを維持したまま光強度分布検出器３０の受光面に照射しているが、図４に示す偏光解析装置２０′のように、偏光子２４と光強度分布検出器３０の間に、集光用の凸型のレンズ２６を配置し、このレンズ２６から出射される光Ｒ１″、Ｒ２″を、光強度分布検出器３０の受光面に照射してもよい。
【００７９】
この場合、レンズ２６は、その収束作用により、Ｚ軸に対してそれぞれ±δ／２の角度の入射光軸で入射された光Ｒ１′、Ｒ２′を、それぞれの出射光軸が、Ｚ軸に対して分離角δの１／２より小さい角度となる光Ｒ１″、Ｒ２″として出射する。
【００８０】
ここで、レンズ２６の焦点距離を選ぶことにより、光Ｒ１″、Ｒ２″を、図５のように、互いの光軸が近づくように出射できる。この場合、レンズ２６の中心からＺ軸方向にほぼ焦点距離進んだ位置Ｆで２つの光のビーム径が最小（スポット状）となり、その位置Ｆを過ぎるとビーム径が拡がることになる。したがって、レンズ２６から同一偏光方向で出射される２つの光Ｒ１″、Ｒ２″のビームの一部が重なり合う干渉領域とビームが重ならない非干渉領域の強度分布を検出するための光強度分布検出器３０は、位置Ｆより近い任意の位置Ｚ１と、位置Ｆより遠い任意の位置Ｚ２のいずれにも設定することができる。図４は、位置Ｆより遠いＺ２の位置に配置した例を示している。なお、出射する光Ｒ１″、Ｒ２″の光軸が平行（Ｚ軸に平行）になると、図２の（ｂ）からわかるように、２つ光の等位相面（波面）の交わりが生じなくなって干渉が生じなくなってしまう。
【００８１】
このように、偏光子２４と光強度分布検出器３０の間に集光手段としてのレンズ２６を配置して、光強度分布検出器３０に入射する光の光軸が近づくようにすることで、光強度分布検出器３０の配置できる位置の自由度が増し、光強度分布検出器３０の受光面の大きさや、光電変換素子のピッチ等に適した位置を選択できる利点がある。
【００８２】
なお、このようにレンズ２６を用いた場合には、その収束作用によるビーム径の変化や光路長の変化等を考慮して前記演算処理を行なう必要があるが、基本的には、前記した式（１）と同等に、光強度分布検出器３０の出力Ｉ（ｘ）が、被測定光Ｒに含まれる信号光の直交偏光成分のパワーＰｘ、Ｐｙ、その位相差θ、無偏光成分（ノイズ成分）のパワーＰｎを未知数とする式で表すことができ、それに対して光強度分布検出器３０が取得する光強度分布の情報のうち、複数の異なる位置の光強度、即ち、２つの非干渉領域の光強度（明るさ）、干渉領域の最も明るい位置の光強度（明るさ）等を代入して演算を行なうことで、Ｐｘ、Ｐｙ、θ、Ｐｎを求めることができ、それらの値から、被測定光ＲのストークスパラメータおよびＯＳＮＲを算出できる。
【００８３】
また、前記実施形態では、偏光方向変換手段として偏光子２４を用い、複屈折素子２２から出射された光Ｒ１、Ｒ２の偏光方向を揃えて、一つの光強度分布検出器３０に入射させていたが、図６に示す偏光解析装置２０″のように、偏光方向変換手段として偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２５を用い、複屈折素子２２から出射された光Ｒ１、Ｒ２を、それぞれ偏光方向が直交する２つの光に分け、偏光方向が揃った光同士を互いに異なる方向へ出射させ、２つの光強度分布検出器３１、３２に照射する構成も考えられる。
【００８４】
この場合、例えば、複屈折素子２２としては、＋４５°と−４５°の光学軸の素子を組合せたものを用い、被測定光ＲをＸ軸に対して偏光方向が＋４５°の光Ｒ１と、−４５°の光Ｒ２に分離してＰＢＳ２５に入射する。
【００８５】
ＰＢＳ２５は、光Ｒ１を偏光方向が水平方向（Ｘ）の光Ｒ１ｘと垂直方向（Ｙ）の光Ｒ１ｙに分け、光Ｒ２を偏光方向が水平方向（Ｘ）の光Ｒ２ｘと垂直方向（Ｙ）の光Ｒ２ｙに分け、偏光方向が水平方向の光Ｒ１ｘ、Ｒ２ｘを第１の方向（例えばＺ軸方向）に分離角δを維持したまま出射させ、偏光方向が垂直方向の光Ｒ１ｙ、光Ｒ２ｙを第１の方向と直交する第２の方向（例えばＸ軸方向）に分離角δを維持したまま出射させて、それぞれ光強度分布検出器３１、３２に照射し、各光強度分布検出器３１、３２の受光面上で偏光方向が揃った２つの光の一部同士を干渉させる。
【００８６】
このように構成した場合、２つの光強度分布検出器３１、３２上に生じる干渉部分の明暗は、互いに相補の関係となる。したがって、演算処理部４０′の第１の演算手段４１において、光強度分布検出器３１、３２の信号Ｉ（ｘ）、Ｉ（ｘ）′の差分をとると、干渉による項、
２ｔ０ｓ０√（ＰｘＰｙ）
のみが残る。
【００８７】
また、光強度分布検出器３１、３２の信号Ｉ（ｘ）、Ｉ（ｘ）′の和をとると、干渉によらない項、
ｔ０２Ｐｘ＋ｓ０２Ｐｙ＋（ｔ０２＋ｓ０２）Ｐｎ／２
のみが残る。
【００８８】
これらにより、光強度分布検出器３１、３２のオフセット成分や迷光等の雑音の影響を抑え、干渉光成分および非干渉光成分の精度良い測定が可能となり、ひいては、被測定光Ｒの偏波状態を更に高精度に特定することが可能となる。
【００８９】
なお、この実施形態についても、偏光方向変換手段としてのＰＢＳ２５と二つの光強度分布検出器３１、３２の間に、それぞれ集光手段としてのレンズ２６を配置してもよい。
【００９０】
次に、上記偏光解析装置の構成に波長抽出機能を持たせた光スペクトラムアナライザについて説明する。図７は、この光スペクトラムアナライザ５０の全体構成図である。
【００９１】
この光スペクトラムアナライザ５０は、図１に示した偏光解析装置２０の偏光方向変換手段としての偏光子２４と光強度分布検出器３０の間に、波長成分抽出部５１を配置したものである。なお、後述するように、偏光方向変換手段として波長成分抽出部５１の回折格子を兼用すれば、偏光子２４を省略した構成とすることができる。
【００９２】
波長成分抽出部５１は、偏光子２４から出射された光Ｒ１′、Ｒ２′に含まれる波長成分を、所定の波長範囲に渡って所定の分解能で順次抽出する。この波長範囲は、被測定光Ｒが、例えばＷＤＭ方式のように、波長が異なる複数の信号光（チャネル光）が含まれた光の場合、その複数のチャネル光が存在する範囲全体をカバーするように設定される。
【００９３】
この波長成分抽出部５１としては、一面側に回折用の溝が微細な間隔で設けられている回折格子の分光作用、即ち、所定入射角で回折面に入射される光に含まれる波長成分を、その波長に応じた出射角で出射させる作用を利用したものが一般的である。
【００９４】
その具体的な構造例の一つは、図８に示すように、回折格子５２に対する光Ｒ１′、Ｒ２′の入射角αを、回折格子５２を回動させる回動装置５３（波長掃引手段）により可変させ、その回折光のうち、出射角βの特定方向の出射光がシリンドリカルレンズ７０により集光されてスリット５５を通過する光Ｒ１′（λ）、Ｒ２′（λ）の波長を可変させる方式である。
【００９５】
この場合、回折格子５２は、その回折用の溝の長さ方向が、入射する２つの光Ｒ１′Ｒ２′の光軸の並び方向（Ｙ方向）と一致する向きで配置され、その溝に平行な軸で回動され、シリンドリカルレンズ７０は、図９のように、回折された光の分散方向（Ｘ軸）のみを、スリット５５の入射面位置にて集光させるように、向き、および、スリット５５までの距離が調整されて配置され、スリット５５を通過する光の波長が所定範囲内で連続的に変化するように、各部が配置されているものとする。回動装置５３は、抽出波長λと回折格子５２の回転角（入射角α）との関係を予め記憶しているコントローラ５４とともに波長選択手段を形成するものであり、抽出波長λに対応した回転角αの情報を回動装置５３に与えるとともに、その抽出波長λの情報を演算処理部６０に与える。スリット５５を通過した光Ｒ１′（λ）、Ｒ２′（λ）は、前記同様に、両者のビームの一部が重なり合う位置に配置した光強度分布検出器３０に入射する。
【００９６】
上記例では、スリット５５を通過する光の波長を、回折格子５２を回転させることで変化させているが、図１０に示すように、スリット５５は使わずにスリット５５の位置に光強度分布検出器３０を直接配置し、回動装置５３を有せず回折格子５２は固定されている構成でも良い。
【００９７】
この場合、光強度分布検出器３０上には図１１に示すように、被測定光Ｒの異なる波長成分λ−△λ、λ、λ＋△λがそれぞれが細長く集光されＸ軸方向に波長順に並んで照射される。高さ方向（Ｙ軸方向）には、分散された各光Ｒ１′、Ｒ２′は集光されない状態で、互いの一部の光が重なり合った状態で照射される干渉領域Ｑａと、その上下に互いの光が重なり合わずに照射される非干渉領域Ｑｂ、Ｑｃとを形成して照射される。
【００９８】
第１の演算手段６１は、光強度分布検出器３０のあるＸ位置におけるＹ軸方向の光強度分布を基に前述の演算を行う事で、被測定光Ｒに含まれる波長λにおける直交偏光成分Ｐｘ（λ）、Ｐｙ（λ）とそれらの位相差θ（λ）および無偏光成分Ｐｎ（λ）を計算し、この演算をＸ軸方向に沿って順に行う事で、被測定光Ｒの直交偏光成分Ｐｘ、Ｐｙとそれらの位相差θおよび無偏光成分Ｐｎの値を波長毎に演算する。
【００９９】
この場合、回動装置５３およびコントローラ５４を必要としないことから装置を小型・低価格とする事ができると共に、回折格子５２を回転させる必要が無いため、被測定光Ｒの各波長ごとのＰｘ、Ｐｙ、θおよびＰｎをリアルタイムで得る事が出来る。
【０１００】
この構成の場合、分析可能な被測定光Ｒの波長範囲は、光強度分布検出器３０のＸ軸方向の素子幅等により大きく制限されるが、回動装置５３による回折格子５２の回転制御も合わせて行う事で、広い波長範囲における分析も可能とする事が出来る。
【０１０１】
さらに、前述の例では回折格子５２として平面形状のものを使用しているが、図１２に示すように格子の長さ方向と垂直な方向が曲面形状であるシリンドリカル凹面格子５２′を使う事で、集光用のシリンドリカルレンズ７０は使用する必要が無く、装置構成がさらに簡単でコンパクトにすることが出来る。
【０１０２】
また、波長成分抽出部５１の別の構造例を図１３に示す。この波長成分抽出部５１では、固定された回折格子５２に一定の入射角で光Ｒ１′、Ｒ２′を入射させ、その回折光を反射体５６に出射する。反射体５６は、回折格子５２の回折用の溝の長さ方向に対して±４５度の傾きを持つ反射面５６ａ、５６ｂが互いに直交し、回折格子５２側に向かって開くように一体化され、回動装置５７により、回折格子５２の溝と平行な軸で回動される。
【０１０３】
回折格子５２に入射された光Ｒ１′、Ｒ２′の回折光はそれぞれの波長に応じた出射角で反射体５６側に出射され、反射体５６の上側の反射面５６ａおよび下側の反射面５６ｂを経由して回折格子５２に再入射し、２度目の回折を受けることになる。
【０１０４】
この２度目の回折を受けた光のうち、特定方向に出射される光の波長が、回折格子５２に対する反射体５６の角度αによって連続的に変化するように各部が配置されている。したがって、この特定方向に出射されてシリンドリカルレンズ７０によって集光されスリット５９を通過した光Ｒ１′（λ）、Ｒ２′（λ）の波長λを、反射体５６の角度αにより連続的に可変できる。前記同様に回動装置５７は、抽出波長λと反射体５６の角度αとの関係を予め記憶しているコントローラ５８とともに波長選択手段を形成するものであり、抽出波長λに対応した回転角αの情報を回動装置５７に与えるとともに、その抽出波長λの情報を演算処理部６０に与える。
【０１０５】
図１３に示した波長成分抽出部５１の構成は、所望波長の光を抽出するために、回折格子５２の分光作用を２度利用しているので、高い波長分解能が得られる。
【０１０６】
この図１３に示した波長成分抽出部５１も、前述の図１０のように、スリット５９を使用せず、直接光強度分布検出器３０にて受光する構成（この場合、回動装置５７およびコントローラ５８も省略してもよい）や、前述の図１２のように回祈格子５２をシリンドリ力ル凹面格子５２′とすることでシリンドリカルレンズ７０を省略する構成とする事もできる。
【０１０７】
なお、上記波長成分抽出部５１に用いられる回折格子５２（シリンドリ力ル凹面格子５２′も含む：以下同様）の回折作用は、光波長、入射角、溝形状や溝表面材質、および、入射光偏波状態に依存して変化する。したがって、特定の溝形状や溝表面材質、入射角を選ぶことにより、所望の波長範囲において、例えば、回折格子の溝に直交する偏光成分に対して回折効率が最大となり、逆に、溝に平行な偏光成分に対しては回折効率が最小（理諭的には０）とする事が出来る。
【０１０８】
したがって、前記構成のように、波長成分抽出部５１の前段に偏光子２４を用いる場合、２つの光Ｒ１′、Ｒ２′の偏光方向を、回折格子５２の回折用の溝に直交する状態に変換してやればよい。
【０１０９】
また、回折格子５２の回折作用は、回折用の溝に直交する偏光成分に対して現れるので、回折面の溝に対して、偏光方向が＋４５度傾いた光と−４５度傾いた光を回折格子５２に入射した場合に、回折格子５２から出射される回折光の偏光方向は、回折用の溝に直交する方向に揃えられることになる。
【０１１０】
つまり、回折格子５２は、偏光方向が互いに直交する２つの光を、偏光が揃った２つの光（回折光）に変換する偏光方向変換手段の機能を有していることになる。
【０１１１】
よって、図１４に示す光スペクトラムアナライザ５０′のように、偏光子２４を省略し、複屈折素子２２から、波長成分抽出部５１の回折格子５２の溝に対して偏光が±４５度となる光Ｒ１、Ｒ２を入射させる構成も可能である。このようにすれば、装置全体をより簡易に構成できる。
【０１１２】
なお、光スペクトラムアナライザ５０、５０′の演算処理部６０の第１の演算手段６１は、上記したように抽出した波長成分毎の光についての干渉領域と非干渉領域の光強度分布の情報から、各波長毎に、前記した直交偏光成分のパワーＰｘ（λ）、Ｐｙ（λ）、位相差θ（λ）、無偏光成分（ノイズ成分）のパワーＰｎ（λ）を求め、第２の演算手段６２は、第１の演算手段６１で得られた波長毎の値から波長毎のストークスパラメータ、および、ＯＳＮＲを算出する。ただし、単純に被測定光Ｒのスペクトラム波形を得て、これを表示する場合には、被測定光Ｒの全パワー（＝Ｐｘ＋Ｐｙ＋Ｐｎ）を波長毎に求め、例えば、図１５のように、波長軸上に表示すれぱよい。
【０１１３】
また、ストークスパラメータやＯＳＮＲは、被測定光Ｒに含まれる信号光（チャネル光）について求める場合が多いので、図１５の（ａ）のように得られたスペクトラム波形のうちそのパワーが極大となる波長（あるいは既知の信号光波長）λ１、λ２、λ３、λ４についての各測定値から、各信号光についてのストークスパラメータおよびＯＳＮＲを算出すればよく、これらの算出値の表示方法等は任意である。
【０１１４】
なお、実施形態の光スペクトラムアナライザ５０、５０′では、各波長毎に直交偏光成分のパワーＰｘ（λ）、Ｐｙ（λ）、位相差θ（λ）、無偏光成分（ノイズ成分）のパワーＰｎ（λ）を求め、それに基づいてＯＳＮＲを算出しているから、図１５の（ａ）のように、全ての信号光のノイズレベルがほぼ同一の場合だけでなく、図１５の（ｂ）のように、異なる伝送経路を伝搬して合波されたことにより、信号光毎のノイズレベルが異なるような場合であっても、各信号光のＯＳＮＲを正確に算出できる。
【０１１５】
上記光スペクトラムアナライザ５０、５０′においては、回折格子５２を用いた波長成分抽出部５１により、複屈折素子２２から光強度分布検出器３０までの光路長が長くなり、それによって、分離角δの２つの光Ｒ１、Ｒ２のビーム間の距離が大きくなって、互いに重なり合う干渉領域が狭くなる場合がある。この場合には、図１６に示すように、波長成分抽出部５１と光強度分布検出器３０の間に集光用の凸型のレンズ２６を配置して、波長成分抽出部５１から出射される２つの光の光軸を近づけて、光強度分布検出器３０の受光面上で互いのビームが重なり合う範囲が狭くならないようにすればよい。
【符号の説明】
【０１１６】
２０、２０′、２０″……偏光解析装置、２１……コリメートレンズ、２２……複屈折素子、２４……偏光子、２５……偏光ビームスプリッタ、２６……レンズ、３０、３１、３２……光強度分布検出器、４０、６０……演算処理部、４１、６１……第１の演算手段、４２、６３……第２の演算手段、５０、５０′……光スペクトラムアナライザ、５１……波長成分抽出部、５２……回折格子、５２′……シリンドリカル凹面格子、５３、５７……回動装置、５４、５８……コントローラ、５５、５９……スリット、５６……反射体、７０……シリンドリカルレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【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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