(57)【要約】      （修正有）【課題】シングルモード光ファイバ及び各種光デバイスの偏波分散を測定し、その偏波分散を補償する、分散解析方法並びに偏波分散補償装置を提供する。【解決手段】コヒーレント光源１と、恒温槽１５と、偏光回転機構２と、被測定光媒質３に入射された前記偏光回転機構２からの信号光を第一の偏光分離素子５に入射させるレンズ４と、半透明ミラー８及び可動式半透明ミラー９と、透過した信号光をそれぞれ受光する受光器１０、１１と、反射した信号光の偏波面をそれぞれ９０回転させるファラデー回転素子６，７と、前記第一の偏光分離素子５に反射され干渉した干渉光を分離する前記第一の偏光分離素子５の固有偏光軸と４５度の相対方位差を有する第二の偏光分離素子１２と、該第二の偏光分離素子１２により分離された２つの固有偏光をそれぞれ受光する受光器１３、１４とから構成して成り、前記可動式半透明ミラー９の位置により偏波分散を測定する。【選択図】  図１
2004271277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長を変化できる手段を備えたコヒーレント光源からの出射光を偏光回転機構を介して被測定光媒質に入射させ、該被測定光媒質からの出射光を第一の偏光分離素子に入射させ、該第一の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光の一部を半透明ミラー及び可動式半透明ミラーで透過させてそれぞれ受光器で受光し、前記半透明ミラー及び可動式半透明ミラーで反射した信号光の偏波面をそれぞれ９０度回転させて前記第一の偏光分離素子に戻してマイケルソン干渉系を構成し、前記第一の偏光分離素子を透過した干渉光を該第一の偏光分離素子の固有偏光軸と４５度の相対方位差を有する第二の偏光分離素子に入射させ、該第二の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光をそれぞれ受光器で受光するように構成して、前記コヒーレント光源の波長及び前記偏光回転機構を回転させて前記被測定光媒質の直交偏波モードの位相差を時間的に変化させ、前記第一の偏光分離素子により分離された出射光の偏光消光比の時間変化を計測し、その変化が最も小さく且つ値が最大となるように前記第一の偏光分離素子の方位を決め、前記第二の偏光分離素子により分離された出射光の偏光度が最大になるように前記可動式半透明ミラーの位置を調整し、その調整した光路長から前記被測定光媒質の偏波分散を測定することを特徴とする偏波分散解析方法。
【請求項２】
コヒーレント光源と、該コヒーレント光源の波長を変化させる手段と、前記コヒーレント光源からの出射光の偏光を回転する偏光回転機構と、被測定光媒質に入射された前記偏光回転機構からの信号光を第一の偏光分離素子に入射させるレンズと、前記第一の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光の一部を透過又は残りを前記第一の偏光分離素子に反射させる半透明ミラー及び可動式半透明ミラーと、該半透明ミラー及び可動式半透明ミラーを透過した信号光をそれぞれ受光する受光器と、前記半透明ミラー及び可動式半透明ミラーで反射した信号光の偏波面をそれぞれ９０度回転させるファラデー回転素子と、前記第一の偏光分離素子に反射され干渉した干渉光を分離する前記第一の偏光分離素子の固有偏光軸と４５度の相対方位差を有する第二の偏光分離素子と、該第二の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光をそれぞれ受光する受光器とから構成して成り、前記可動式半透明ミラーの位置により偏波分散を測定することを特徴とする偏波分散解析装置。
【請求項３】
波長及び直線偏光の方位を変化できるコヒーレントな光源からの出射光を被測定光媒質に入射し該被測定光媒質からの出射光を第一の偏光分離素子に入射させ、該第一の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光の一部を等しい位置に設置された半透明ミラーで透過させてそれぞれ受光器で受光し、前記半透明ミラーで反射した信号光の偏波面を９０度回転させて前記第一の偏光分離素子に戻してマイケルソン干渉系を構成し、前記第一の偏光分離素子を透過した干渉光を該第一の偏光分離素子の固有偏光軸と４５度の相対方位差を有する第二の偏光分離素子に入射させ、該第二の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光をそれぞれ受光器で受光するように構成して、前記コヒーレントな光源の波長及び偏光面を回転させて前記被測定光媒質の直交偏波モードの位相差を時間的に変化させ、前記第一の偏光分離素子により分離された出射光の偏光消光比の時間変化を計測し、その変化が最も小さく且つ値が最大となるように前記第一の偏光分離素子の方位を決め、前記第二の偏光分離素子によって分離された出射光の偏光度を測定し光源のコヒーレンシから被測定光媒質の偏波分散を推定することを特徴とする偏波分散解析方法。
【請求項４】
前記第一の偏光分離素子と前記被測定光媒質のとの間に、偏光制御器を挿入して、前記第一の偏光分離素子を回転しなくても良いように構成して成ることを特徴とする請求項２記載の偏波分散解析装置。
【請求項５】
被偏波分散補償光媒質に入射された前記コヒーレント光源からの信号光を第一の偏光分離素子に入射させるレンズと、前記第一の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光の一部を透過又は残りを前記第一の偏光分離素子に反射させる半透明ミラー及び可動式半透明ミラーと、該半透明ミラー及び可動式半透明ミラーを透過した信号光をそれぞれ受光する受光器と、前記半透明ミラー及び可動式半透明ミラーで反射した信号光の偏波面をそれぞれ９０度回転させるファラデー回転素子と、前記第一の偏光分離素子に反射され干渉した干渉光を分離するビームスプリッタと、該ビームスプリッタによりスプリットされた信号光の偏波を制御する偏光制御器と、該偏光制御器を透過した信号光を分離する第二の偏光分離素子と、該第二の偏光分離素子により分離した２つの固有偏光をそれぞれ受光する受光器と、前記ビームスプリッタを透過した信号光を受光する受光器とから構成して成り、前記可動式半透明ミラーの位置により偏波分散を補償して成ることを特徴とする偏波分散補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波分散解析方法及びその装置並びに偏波分散補償装置に関するものである。更に詳しく詳述すれば、本発明は、高速伝送システムの伝送特性に重要な影響を与えるシングルモード光ファイバ及び各種光デバイスの偏波分散を測定し、その偏波分散を補償して高速伝送システムの検査費用の低減や高速伝送システムの経済的な実現を図った偏波分散解析方法及びその装置並びに偏波分散補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シングルモード光ファイバ（ＳＭＦと省略する）を用いた高速光伝送システムに於いては、伝送ビットレートと伝送距離が今後益々増大する傾向にあり、光信号の伝送路であるＳＭＦや光デバイスの分散が伝送品質を決定する重要な特性になっている。分散の内でも波長分散については、分散補償ファイバや分散補償デバイスによって波長分散を補償することができるが、ＳＭＦ伝送路の偏波分散（ＰＭＤと省略する）は、２つの縮退した直交偏光モードがＳＭＦ伝送路に加わる温度変化や振動、側圧などの環境変化によってランダムに結合するので統計的取り扱いが必要であり、正確に測定したり補償することは難しい現状である。
【０００３】
特に、伝送速度が４０Ｇｂ／ｓで伝送距離が数１００ｋｍ以上の高速光伝送システム或いは高密度波長多重（ＤＷＤＭ）伝送システムでは、伝送路のＳＭＦとシステムに使用される光デバイスのＰＭＤを予め正確に測定しておく必要がある。
【０００４】
通常、光伝送路のＰＭＤは、十分なビットエラーレートを確保するために伝送ビット周期の１／３以下にする必要がある。例えば、伝送速度が４０Ｇｂ／ｓでは伝送路のＰＭＤを総合で凡そ７乃至８ｐｓ以下にする必要がある。最近の光ファイバのＰＭＤは０．１ｐｓ／√（ｋｍ）以下であるので、１０００ｋｍの伝送距離の場合は凡そ３−４ｐｓとなりＰＭＤを補償する必要はない。
【０００５】
しかし、現在迄既に世界中に大量に敷設されたＳＭＦのＰＭＤは１ｐｓ／√（ｋｍ）以上のものがかなり多数存在するので、敷設されたＳＭＦを用いて広帯域・長距離の光伝送を行なう場合にはＰＭＤ補償装置を用いないと十分な伝送品質を得ることができない。従って、伝送システムを運用する前に補償すべき平均的なＰＭＤを正確に測定しておく必要がある。
【０００６】
ここで、以下にＳＭＦにＰＭＤが生じる原因について詳述する。まず、ＳＭＦのＰＭＤは光信号を伝送するコア部が完全に真円でないため、縮退した２つの直交する偏光モードが存在し、それらのランダムなモード変換によって発生する現象である。
【０００７】
長距離通信用光源のコヒーレンス長は長いので、ＳＭＦ内の２つの直交偏光成分のモード結合によって発生する全てのモード（姿態）は干渉可能である。ここで、ｍ→ｉｎを入射偏光状態ベクトル、即ち光源の偏光状態とすると、出射偏光状態、ｍ→ｏｕｔ（ω、ｍ→ｉｎ）は、入射偏光状態ベクトルと光周波数ω（波長）に依存する。線形なシステムで、２つの偏光モードの損失が等しいという仮定の基では、出射偏光状態がωに対して１次近似で依存しない安定な２つの入射偏光状態が存在し、それをプリンシパル偏光状態ＰＳＰ（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）と呼ぶ。即ち、ＰＳＰに対しては次式が成立する。
【数５】
2004271277.tif 000003
【０００８】
プリンシパル偏光状態ＰＳＰはω（従って波長λ）に依存し、ＦａｓｔｅｓｔモードとＳｌｏｗｅｓｔモードの２つのモードが存在する。入射偏光状態がＰＳＰに一致すると１次のＰＭＤは零となる。このように、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）では波長を決めると２つの固有偏光モード（ＰＳＰ）が定義でき、それらの偏光の方位をＦａｓｔ軸、Ｓｌｏｗ軸と称している。
【０００９】
図８は、従来のＰＭＤ補償装置の基本構成図を示す。コヒーレント光源１よりの信号光は、ここではＳＭＦである被測定光媒質３に入射する。被測定光媒質３からの出射光は偏光制御装置２６に入射され、補償用逆偏波分散媒質２７（通常は偏波面保存光ファイバ：ＰＭＦ）を経て、受光器２５に入る。その光の一部はカプラ３０で取り出され、偏光度モニター２８でモニターされ、同時に偏光度ＤＯＰを最大にするために偏光制御器２６を駆動するためのエラー信号２９を発生させている。
【００１０】
偏光度モニター２８は、偏光子を０度、９０度方位に設定したときの透過光強度、偏光子を４５度方位に設定したときの透過光強度、４５度方位の偏光子の前に１／４波長板を０度方位に設定して挿入したときの透過光強度の４つを計測し偏光度ＤＯＰを計算で求めるものである。尚、偏光度ＤＯＰ（Ｄｅｇｒｅｅ  Ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）は、偏光成分の割合を示し、完全偏光（直線偏光、円偏光）のＤＯＰは１、ランダム偏光（不偏光）のＤＯＰは０である。
【００１１】
従って、従来のＰＭＤ補償装置では、偏光制御器２６によって伝送路のＰＳＰのＦａｓｔ軸（Ｓｌｏｗ軸）をＰＭＤ補償用の逆偏波分散媒質２７（多くの場合、偏波面保存光ファイバであり、ＰＭＦと略する）のＳｌｏｗ軸（Ｆａｓｔ軸）に一致させることで、ＰＭＤを補償することができる。
【００１２】
しかしながら、この方法ではコヒーレント光源１からの直線偏光方位と被測定光媒質３のＰＳＰとの偏差角度αが零の場合には、言い換えれば、コヒーレント信号光がＳＭＦの固有偏光軸（Ｆａｓｔ軸又はＳｌｏｗ軸）に入射した場合は、常に偏光度が１となるので偏光度をフィードバック信号に使えないという問題点があった。また、偏光制御器２６が複雑であること、加えて偏光度モニター２８の構造も複雑であるという難点がある。
【００１３】
尚、ＳＭＦ及び光デバイスのＰＭＤの測定方法に関しては、大別して時間領域と周波数領域の測定が検討されており、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合電気通信標準化部門）では周波数領域での測定法であるストークス法が基準測定法（ＲＴＭ）として標準化させている。また、ＳＯＰ法、固定アナライザ法や時間領域の測定法である干渉法が代替測定法（ＡＴＭ）として標準化されている（例えば、非特許文献１参照）。
【００１４】
ＳＭＦ伝送路のＰＭＤ測定は主に干渉法が用いられている。しかしながら、干渉法ではインコヒーレントな光源が使われ、広帯域な波長範囲に於ける平均的ＰＭＤしか測定できないという問題がある。
【００１５】
ストークス法は波長可変レーザを用い２波長におけるＪｏｎｅｓ行列間の固有値解析を行なうＪｏｎｅｓ行列法とポアンカレ球上の２波長間の偏光状態の変化を求めるポアンカレ球法がある。これらの方法では入射部でストークスパラメータを求めるために４種類の偏光状態を作り出す偏光制御器が必要であることなどから、従来のＰＭＤ測定器の価格はフィールド用のＳＭＦ用で５００万円以上、光デバイス用で１、０００万円以上と非常に高価であった。
【００１６】
一方、ＳＭＦに対するＰＭＤ補償装置は、これまで多くの方式が検討されてきたが（例えば、非特許文献２）、前述したようにＰＭＤがランダムに変化する現象であり統計的な処理を必要とすることなどから、現在までに決定的な方式は無い。ＩＴＵ−Ｔでも２００２年５月に標準化が必要であることが合意されたところである。
【００１７】
【非特許文献１】
波平編、「ＤＷＤＭ光測定技術」、第８章、（株）オプトロニクス社、平成１３年３月１０日発行。
日本電信電話（株）高橋哲也他、「光伝送システムにおける偏波モード分散とその測定技術」、Ｏ  ｐｌｕｓ  Ｅ  ２００２年９月号、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．９、ｐ．９９９−１００５．
【非特許文献２】
Ｈｅｎｒｉｃ  Ｓｕｎｎｅｒｕｄ  ｅｔａｌ．“Ｏｕｔａｇｅ  ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓ  ｉｎ  ＰＭＤ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ”、２７  ＥＣＯＣ  ＴｕＡ．３．１．
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、以上で説明した従来の偏波分散測定方法及び偏波分散補償装置の問題点を解決し、装置全体が小型で安価な偏波分散測定方法及び偏波分散補償装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る偏波分散解析方法は、恒温槽に設置した波長を変化できるコヒーレント光源からの出射光を偏光回転機構を介して被測定光媒質に入射させ、該被測定光媒質からの出射光を第一の偏光分離素子に入射させ、該第一の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光の一部を半透明ミラー及び可動式半透明ミラーで透過させてそれぞれ受光器で受光し、前記半透明ミラー及び可動式半透明ミラーで反射した信号光の偏波面をそれぞれ９０度回転させて前記第一の偏光分離素子に戻してマイケルソン干渉系を構成し、前記第一の偏光分離素子を透過した干渉光を該第一の偏光分離素子の固有偏光軸と４５度の相対方位差を有する第二の偏光分離素子に入射させ、該第二の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光をそれぞれ受光器で受光するように構成して、前記コヒーレント光源の波長及び前記偏光回転機構を回転させて前記被測定光媒質の直交偏波モードの位相差を時間的に変化させ、前記第一の偏光分離素子により分離された出射光の偏光消光比の時間変化を計測し、その変化が最も小さく且つ値が最大となるように前記第一の偏光分離素子の方位を決め、前記第二の偏光分離素子により分離された出射光の偏光度が最大になるように前記可動式半透明ミラーの位置を調整し、その調整した光路長から前記被測定光媒質の偏波分散を測定することを特徴とする。
【００２０】
従って、被測定光媒質のＳＭＦ又は光デバイスの出力端で、固有偏光モード（プリンシパル偏光モード：ＰＳＰ）が容易に検出されることとなった。即ち、ＰＳＰの検出方法として、被測定媒質の直交偏光モードの出射光電力を回転機構付きの偏光分離素子で分離し、偏光消光比（ＰＥＲ）の時間変動特性を偏光分離素子の方位の関数として測定する方法を採用した。このようにして、偏光分離素子を透過する被測定光媒質の出射光の偏光消光比（ＰＥＲ）及び偏光度（ＤＯＰ）を測定して被測定光媒体のＰＭＤを求めることが可能となった。
【００２１】
上記の目的を達成するために、本発明に係る偏波分散解析装置は、コヒーレント光源と、該コヒーレント光源の波長を変化させる手段と、前記コヒーレント光源からの出射光の偏光を回転する偏光回転機構と、被測定光媒質に入射された前記偏光回転機構からの信号光を第一の偏光分離素子に入射させるレンズと、前記第一の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光の一部を透過又は残りを前記第一の偏光分離素子に反射させる半透明ミラー及び可動式半透明ミラーと、該半透明ミラー及び可動式半透明ミラーを透過した信号光をそれぞれ受光する受光器と、前記半透明ミラー及び可動式半透明ミラーで反射した信号光の偏波面をそれぞれ９０度回転させるファラデー回転素子と、前記第一の偏光分離素子に反射され干渉した干渉光を分離する前記第一の偏光分離素子の固有偏光軸と４５度の相対方位差を有する第二の偏光分離素子と、該第二の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光をそれぞれ受光する受光器とから構成して成り、前記可動式半透明ミラーの位置により偏波分散を測定することを特徴とする。
【００２２】
従って、装置全体が小型で安価な偏波分散解析装置を提供することが可能となった。
【００２３】
上記の目的を達成するために、本発明に係る偏波分散解析方法は、波長及び直線偏光の方位を変化できるコヒーレントな光源からの出射光を被測定光媒質に入射し該被測定光媒質からの出射光を第一の偏光分離素子に入射させ、該第一の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光の一部を等しい位置に設置された半透明ミラーで透過させてそれぞれ受光器で受光し、前記半透明ミラーで反射した信号光の偏波面を９０度回転させて前記第一の偏光分離素子に戻してマイケルソン干渉系を構成し、前記第一の偏光分離素子を透過した干渉光を該第一の偏光分離素子の固有偏光軸と４５度の相対方位差を有する第二の偏光分離素子に入射させ、該第二の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光をそれぞれ受光器で受光するように構成して、前記コヒーレントな光源の波長及び偏光面を回転させて前記被測定光媒質の直交偏波モードの位相差を時間的に変化させ、前記第一の偏光分離素子により分離された出射光の偏光消光比の時間変化を計測し、その変化が最も小さく且つ値が最大となるように前記第一の偏光分離素子の方位を決め、前記第二の偏光分離素子によって分離された出射光の偏光度を測定し光源のコヒーレンシから被測定光媒質の偏波分散を推定することを特徴とする。
【００２４】
上記の目的を達成するために、本発明に係る偏波分散解析装置は、請求項２記載の偏波分散解析装置に於いて、前記第一の偏光分離素子と前記被測定光媒質のとの間に、偏光制御器を挿入して、前記第一の偏光分離素子を回転させなくても良いように構成して成ることを特徴とする。
【００２５】
前記第一の偏光分離素子と前記第二の偏光分離素子とに回転機構を備えて固有偏光軸が回転できるように構成したり、或いは前記第一の偏光分離素子と前記被測定光媒質のとの間に偏光制御器を挿入して前記第一の偏光分離素子を回転させなくても良いように構成したりすることは、被測定媒質や装置全体を考えて任意に選択することができる。
【００２６】
上記の目的を達成するために、本発明に係る偏波分散補償装置は、コヒーレント光源と、被測定光媒質に入射された前記コヒーレント光源からの信号光を第一の偏光分離素子に入射させるレンズと、前記第一の偏光分離素子により分離された２つの固有偏光の一部を透過又は残りを前記第一の偏光分離素子に反射させる半透明ミラー及び可動式半透明ミラーと、該半透明ミラー及び可動式半透明ミラーを透過した信号光をそれぞれ受光する受光器と、前記半透明ミラー及び可動式半透明ミラーで反射した信号光の偏波面をそれぞれ９０度回転させるファラデー回転素子と、前記第一の偏光分離素子に反射され干渉した干渉光を分離するビームスプリッタと、該ビームスプリッタによりスプリットされた信号光の偏波を制御する偏光制御器と、該偏光制御器を透過した信号光を分離する第二の偏光分離素子と、該第二の偏光分離素子により分離した２つの固有偏光をそれぞれ受光する受光器と、前記ビームスプリッタを透過した信号光を受光する受光器とから構成して成り、前記可動式半透明ミラーの位置により偏波分散を補償して成ることを特徴とする。
【００２７】
従って、装置全体が小型で安価な偏波分散補償装置を提供することが可能となった。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面に基づいて説明する。尚、本発明は以下に具体的に記述する各実施例の形態に限定されるものではなく、特許請求範囲に記載した本発明の技術思想の範囲内において種々の変更が可能でる。
【００２９】
図１は、本発明の偏波分散解析方法の一実施例を示した基本構成図である。恒温槽１５内に設置されたコヒーレント光源１からの直線偏光の出射光は、偏光回転機構２である１／２波長板を介して、被測定光媒質（ＤＵＴ）３に入射される。ＤＵＴ３からの出射光はレンズ４を介して第一偏光分離素子５に入射される。信号光は、第一偏光分離素子５で直交偏光成分に分離され、それぞれ４５度ファラデー回転素子６、７と半透明ミラー８、９を介して受光器１０、１１に導かれる。但し、半透明ミラー９は位置が可変できるものである。
【００３０】
半透明ミラー８、９で反射された光は４５度ファラデー回転子６、７で偏光方位を９０度回転され、前記の第一偏光分離素子５を再び透過して、第二偏光分離素子１２に導かれる。第二偏光分離素子１２の固有偏光軸は、前記第一偏光分離素子５と４５度の相対方位差を持つように設定されており、受光器１３、１４で直交偏光モードの光電力が計測され演算器１６で偏光度（ＤＯＰ）が演算される。
【００３１】
次に、ＰＳＰについて説明する。第一偏光分離素子５で分離され受光器１０、１１で検出された光電力をＰｘ、Ｐｙとする。演算器１６によって偏光消光比ＰＥＲが次式によって計算される。
【数１】
2004271277.tif 000004
【００３２】
一般に、波長を固定するとＳＭＦ伝送路には固有偏光軸ＰＳＰなる固有の偏光モードが存在する。図２は、偏波面保存光ファイバ（ＰＭＦ）に対する入出射偏光方位角度の定義を示した説明図である。ＤＵＴ３がＰＡＮＤＡ型のＰＭＦ１７とした場合について説明している。尚、ＳＭＦ伝送路とＰＡＮＤＡ型ＰＭＦとの違いは、ＳＭＦの場合にはＰＳＰの大きさと方位が時間的に変化するということである。即ち、ＳＭＦはＰＡＮＤＡ型ＰＭＦの固有偏光方位と長さが時間的に変化するようなモデルで近似できる。
【００３３】
図２で、コヒーレント光源１からの出射光の直線偏光方位１８とパンダ型ファイバのＰＳＰ１９との偏差角度をα、パンダ型ファイバのＰＳＰ１９と第一偏光分離素子５の固有偏光方位２０との偏差角度をβと定義する。
【００３４】
図３は、偏光分離素子を回転させた場合の偏光消光比（ＰＥＲ）の変化を示した説明図である。恒温槽１５によってコヒーレント光源１の波長を変化させ、第一偏光分離素子５を回転させて消光比ＰＥＲを測定した場合の、βとＰＥＲの関係を示す。横軸はβ、縦軸はＰＥＲである。恒温槽１５の温度を変える代わりに駆動電流を変化させても同様である。つまり、温度や駆動電流を変えるとコヒーレント光源１の発振波長が変化し、同時に出射光の偏光度、偏光方位などが変化する。
【００３５】
さて、α＝０の場合には、直線偏光がファイバの固有偏光軸ＰＳＰに入射されているのでＰＭＦが温度変化で伸縮してもβ＝０、即ちＰＭＦのＰＳＰモードの光電力を計測するので消光比の時間的変化は小さく且つ消光比は最も大きくなる。曲線が２本あるのは、時間的変化の最大、最小を示している。次にαが零でない場合、例えばα＝４５度の場合には、図３（ｂ）に示すようにβ＝４５度のときにＰＥＲの変動幅（直交する２つの偏波モード間の差）が最大となる。このようにして、第一偏光分離素子５を回転し、受光器１０、１１の光電力を計測してＰＥＲをβの関数で求めることによってαとβを被測定光媒質３、ここではＳＭＦ伝送路の出力端で検出することができることとなる。
【００３６】
ここで、αが零の場合にはβの如何にかかわらずＰＥＲの時間変化が小さいのでＰＥＲが最大となるように第一偏光分離素子５の角度を制御することでβ＝０を探索することができる。つまり、ＰＥＲの時間変化が最小でＰＥＲが最大となるように第一偏光分離素子５を回転制御することによって、β＝０の状態を追尾することができる。
【００３７】
上に述べた手順ではαとβは求められるが、偏波分散ＰＭＤは求められない。即ちα＝０の場合にはＰＭＤの影響が現れないので検出が難しい。従って、何らかの方法でα＝４５度を実現させる必要がある。被測定光媒質３がＳＭＦ伝送路の場合には、ＰＳＰの方位が時間的に回転するのでαは自然に変化する。しかし伝送路の環境によってはα＝４５度が測定時間内に実現できない特殊な状態が発生する場合がある。
【００３８】
そこで、コヒーレント光源１と被測定媒質３との間に偏光回転機構２を挿入した。偏光回転機構２は、直線偏光の方位の１／２波長板を信号処理速度より十分遅く且つ被測定光媒質３のＰＳＰの変化より速い一定の速度で回転させるものである。そのようにしながら偏光度ＤＯＰを計測した。尚、ＳＭＦを用いた伝送システムに於いては、伝送路は数１０ｋｍから数１００ｋｍと長くため、長さが温度変動で変わったり側圧などが加わったりして、伝送路のＰＳＰの方位とＰＭＤの大きさが自然に変化するので出力光の偏光状態も連動して変化し、ＰＥＲの時間的変動が発生するので、第一偏光分離素子５を被測定媒質３のＰＳＰに合わせる過程でコヒーレント光源１を恒温槽１５に入れて温度を変えなくても良い場合がある。
【００３９】
次に、ＰＭＤを求める方法について述べる。始めに、コヒーレント光源１の偏光方位を固定しておき、上に述べた方法で第一偏光分離素子５の方位をＤＵＴ３のＰＳＰの方位に合わせた状態で、第二偏光分離素子１２からの光出力Ｐｘ４５とＰｙ４５をそれぞれ受光器１３、１４とで計測し、次式で消光比ＰＥＲ４５を計算する。この計算は演算器１６で行なうことができる。
【数２】
2004271277.tif 000005
【００４０】
第一偏光分離素子５と被測定媒質３の固有偏光方位は一致している状態なのでＰｘ４５、Ｐｙ４５から計算されるＰＥＲは、図３（ａ）のβ＝４５度の場合のＰＥＲである。ここでコヒーレント光源１の波長を変化させると図３（ｂ）のようにＰＥＲは変化するがα＝４５度の場合に最大となる。この状態は、被測定媒質３に４５度方位の直線偏光が入射されたことを意味し、被測定媒質３のＰＭＤが零であれば直線偏光になるので偏光度が最大になる。
【００４１】
一般に、被測定媒質３のＰＭＤは零では無いので、楕円偏光になり所定の偏光消光比が計測される。ここで、前記のＰｘ４５、Ｐｙ４５の値から次式で偏光度を定義する。
◎
【数３】
2004271277.tif 000006
【００４２】
偏波分散ＰＭＤが零の場合には、Ｄ＝１又は−１となるが、ＰＭＤが零で無い場合には１より小さい値となる。ＰＭＤが非常に大きい場合、ＰＳＰの光路差が光源のコヒーレンス長より長い場合にはデポラライズされ、Ｐｘ４５＝Ｐｙ４５となり、Ｄ＝０となる。
【００４３】
偏光度ＤＯＰはコヒーレント光源１の偏光度と入射偏光状態と被測定光媒質３のＰＭＤに依存する。図４は、４５度の方位でＰＭＦに直線偏光を入射した場合のＰＭＤとＤＯＰの一般的な関係を示したものである。横軸はＰＭＤ、縦軸はＤＯＰで、パラメータは光源のコヒーレンシである。このような関係は予めＰＭＤの分かっている偏波面保存光ファイバと測定に用いる光源を使って予め求めておくことができる。
【００４４】
このようにαを変化させ第二偏光分離素子１２によって計測されたＰＥＲの変動幅が最も大きい場合で且つＰＥＲが最大になったとき、すなわちα＝４５度の場合の偏光度Ｄを求め、図４の校正カーブを使いて偏光度の測定値から被測定光媒質３のＰＭＤを求めることができる。
【００４５】
ここで、第二の偏光分離素子１２は第一の偏光分離素子５と相対偏光方位が４５度ずれているので、ＰＥＲの変動幅が最大となった場合がα＝４５度の場合であるので、このときの偏光度を求めＰＭＤを求めることができる。
【００４６】
図４に示したように、ＤＯＰとＰＭＤとの関係を用いてＰＭＤを求める方法は、計測される偏光度は使用するコヒーレント光源１のコヒーレンシに依存するので、予め図４に示したような校正データを取っておく必要があり、また直接ＰＭＤが求められないという難点があるが、可動式半透明ミラーが必要無いので構成が簡単になると言う特徴がある。
【００４７】
そこで、以下に図１で示した基本構成図にて、ＰＭＤを直接求める方法について述べる。消光比ＰＥＲと偏光度ＤＯＰを上述した手順によって測定する。即ち、第一偏光分離素子５で分離された信号光のＰＥＲの変動幅が最小でその値が最大になるように第一偏光分離素子５の方位を保つ。この状態で第二偏光分離素子１２で分離された信号光のＰＥＲの変動幅が最大で且つＰＥＲが最大となる状態を追尾するフィードバック制御系を構成する。この系に於いて偏光度ＤＯＰが最大になるように可動式半透明ミラー９の位置を調整する。調整された可動式半透明ミラー９の変位量ｄからＣを光速として次式でＰＭＤが正確に求められる。
◎
【数４】
2004271277.tif 000007
【００４８】
尚、第二偏光分離素子１２を回転させる代わりに、この第二偏光分離素子１２の前に１／２波長板を挿入して信号光の方を回転させても同様の効果が得られることは言うまでも無い。被測定媒質３がＳＭＦ伝送路の場合には、ＰＳＰの方位が時間的に回転するのでαは変化する。図１では恒温槽１５を用いてコヒーレント光源１の波長を意識的に変化させたが、被測定媒質３がＳＭＦ伝送路の場合には伝送路は数１０ｋｍから数１００ｋｍと長く、伝送路の長さが温度変動で変わり、伝送路のＰＳＰの方位とＰＭＤの大きさが変化するので、出射光の偏光状態が変化しＰＥＲに時間的変動が発生するので、コヒーレント光源１を恒温槽１５に入れて温度を変え無くても良い場合がある。
【００４９】
図５は、本発明の偏波分散補償装置の一実施例を示した基本構成図である。凡そ図１と同じ構成になっているが、第二偏光分離素子２２の前にビームスプリッタ２１を設け、全光電力の５％を偏光度計測用の受光器２３、２４に分岐する構造になっている。図１ともう一つの違いは半透明ミラー８、９の透過光と反射光の分岐比である。図５では５％程度が受光器１０、１１に受光されるように設定した。このようにしてＰＭＤを求めたときと同じアルゴリズムで可動式半透明ミラー９の位置をフィードバック制御した。
【００５０】
ＰＭＤを補償する図５とＰＭＤを求める図１との大きな相違点は、コヒーレント光源１にある。つまり、ＰＭＤを補償するのであるから、コヒーレント光源１は伝送システムに使われる信号伝送用レーザであって、その波長と偏光方位はともに自由に変化させることができないという点である。しかし、一般に伝送距離は数１００ｋｍ以上であるので、直交するＰＳＰモード間の位相差は常に変化していると考えることができる。また、ＰＳＰの方位も絶えず変化していることが既に実験報告により明らかである。従って、図５の系では光源の波長を意識的に変化させなくてもＰＳＰを求めるアルゴリズムは実質的に機能することになる。
【００５１】
次に、ＰＭＤを求め補償する場合のαについてであるが、実際の伝送システムでαは伝送路のＰＳＰが絶えず変化するので光源出射の方位が一定でも絶えず変化している。従来のＰＭＤ補償装置では、前述したようにαが零の場合には常に偏光度が１となるので偏光度をフィードバック信号に使えないという問題点と、偏光制御器が複雑であること、偏光度モニターの構造が複雑であるという難点があったが、図５のＰＭＤ補償装置では、α＝０の場合には受光器１０、１１で検出されるＰＥＲが最大となるという条件でα＝０が検出し制御することができる。また、検出系も比較的簡単である。
【００５２】
図１のＰＭＤ測定方法の一実施例で説明したように、α＝４５度の場合がもっとも効率的にＰＭＤを補償するための偏光度信号を得ることができることは明らかである。α＝０ならＰＳＰのうちの一つが受光器２５に到達するので可動式半透明ミラー９の位置を制御する必要はない。問題となるのは、αが０と４５度の間または４５度と９０度の間の任意の値をとる場合である。
【００５３】
その場合の一つの方法は、図１で説明したＰＭＤ測定方法によって被補償対象である光伝送路のＰＤＭを補償するような可動式半透明ミラー９の位置の最適位置を求め、図５の可動式半透明ミラー９の位置をそれと同じ位置に固定することが考えられる。即ち、数回に亘りＰＭＤを測定してその平均的なＰＭＤを補償することになる
【００５４】
図６は、本発明の偏波分散解析装置のその他第一の実施例を示した基本構成図である。基本的には、図１と変わらないが、第一の偏光分離素子５を回転させる代わりに、レンズ４と第一の偏光分離素子５の前に偏光制御器（例えば、１／２波長板）２６を挿入し、この偏光制御器２６を回転させている点が異なる。図６では、図１に示されている４５度ファラデー回転素子６、７、半透明ミラー８、可動式半透明ミラー９、第二偏光分離素子１２、受光器１３、１４、演算器１６は省略している。偏光制御器２６を回転させても図１と同様の機能と作用を有し、同様の効果が得られるので説明は省略する。
【００５５】
図７は、本発明の偏波分散解析装置のその他第二の実施例を示した基本構成図である。基本的には、図１と変わらないが、被測定光媒質３がファイバブラッググレーティング３１であり、そのためにサーキュレータ３０が用いられている以外は同様である。図７では、図１に示されている４５度ファラデー回転素子６、７、半透明ミラー８、可動式半透明ミラー９、第二偏光分離素子１２、受光器１３、１４、演算器１６は省略している。図７の偏光分散測定方法でも図１と同様の機能と作用を有し、同様の効果が得られるので説明は省略する。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成と計測アルゴリズムによって被測定媒質であるＳＭＦ及び光デバイスのＰＭＤを簡便に測定でき、また補償できることが示された。従って、１０Ｇｂ／ｓ以上の高速光伝送システムの検査費用の低減や高速伝送システムの経済的な実現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏波分散解析装置の一実施例を示した基本構成図である。
【図２】ＰＭＦに対する入出射偏光方位角度の定義を示した説明図である。
【図３】偏光分離素子を回転させた場合の偏光消光比の変化を示した説明図である。
【図４】偏波分散と偏光度の関係を示した説明図である。
【図５】本発明の偏波分散補償装置の一実施例を示した基本構成図である。
【図６】本発明の偏波分散解析装置のその他第一の実施例を示した基本構成図である。
【図７】本発明の偏波分散解析装置のその他第二の実施例を示した基本構成図である。
【図８】従来の偏波分散償装置の基本構成図である。
【符号の説明】
１  コヒーレント光源
２  偏光回転機構
３  被測定光媒質
４  レンズ
５  第一偏光分離素子
６  ４５度ファラデー回転素子
７  ４５度ファラデー回転素子
８  半透明ミラー
９  可動式半透明ミラー
１０  受光器
１１  受光器
１２  第二偏光分離素子
１３  受光器
１４  受光器
１５  恒温槽
１６  演算器
１７  パンダ型偏波面保存光ファイバ
１８  入射偏光方位
１９  パンダ固有偏光軸
２０  偏光分離素子の固有偏光方位
２１  ビームスプリッタ
２２  第二偏光分離素子
２３  受光器
２４  受光器
２５  受光器
２６  偏光制御器
２７  逆偏波分散媒質
２８  偏光度モニター
２９  エラー信号
３０  カプラ
α  入射直線偏光方位と被測定媒質のＰＳＰとの偏差角度
β  被測定媒質のＰＳＰと第一偏光分離素子の固有偏光方位との偏差角度
【図１】
2004271277.tif 000008
【図２】
2004271277.tif 000009
【図３】
2004271277.tif 000010
【図４】
2004271277.tif 000011
【図５】
2004271277.tif 000012
【図６】
2004271277.tif 000013
【図７】
2004271277.tif 000014
【図８】
2004271277.tif 000015