(57)【要約】【課題】光デバイスから出射する場の測定が正確かつ時間期間を短縮して行なえる光デバイスの偏光分解散乱パラメータの割り出し方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明による光デバイスの散乱パラメータの割り出し方法は、少なくとも二つの偏光状態を有する刺激場を用いて光デバイス（３４）のポート（４０，４２）を刺激するステップを含む。ポートから出射する光学場はそこで振幅と位相を測定され、測定値を用いて散乱パラメータが計算される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスの散乱パラメータ割り出し方法であって、
少なくとも二つの異なる偏光状態を有する刺激場を用いて光デバイスの一つのポートを刺激するステップと、
ポートから出射する光学場の振幅と位相を測定するステップと、
測定値を用いて散乱パラメータを計算するステップを含む方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記少なくとも二つの偏光状態は二つの直交偏光状態を含む方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、
前記測定ステップは、ポートから出射する場の偏光成分に対する刺激場の寄与の同時測定を含む方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、
前記光デバイスは二つのポートを備えており、一つのポートの刺激ステップと当該ポートから出射する光学場の測定ステップは各ポートごとに実行し、前記計算ステップは各ポートから出射する光学場の測定値を用いた散乱パラメータの計算を含む方法。
【請求項５】
光デバイスの散乱パラメータ割り出し装置であって、
光源と、
前記光源から前記光デバイスのポートへの光路内にあって、少なくとも二つの偏光状態をもった刺激場を用いて前記ポートを刺激する偏光合成器と、
前記ポートから出射する光学場の振幅と位相を測定する受信器で、前記散乱パラメータが前記測定値を用いて計算可能な前記受信器を備える装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置であって、
前記偏光合成器は二つの直交偏光状態を有する刺激場を用いて前記ポートを刺激する装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置であって、
前記偏光合成器は、前記光源からの入力信号を第１及び第２の信号へ分割するスプリッタと、該第１及び第２の信号をそれぞれ第１及び第２の周波数で強度変調して第１及び第２の被変調信号を供給する第１及び第２の変調器と、前記第１及び第２の変調器の一方の出力端にて前記第１及び第２の被変調信号が互いに直交するようにさせる９０度スプライサと、前記第１及び第２の被変調信号を結合して前記刺激場を供給する結合器を含む装置。
【請求項８】
請求項６記載の装置であって、
前記受信器は、前記ポートから出射する場に結合されて結合信号を供給するＬＯ偏光ビームと、結合された信号を第１及び第２の直交信号に分割するビームスプリッタと、第１及び第２の直交信号を入射場の寄与に起因する成分信号に分離するフィルタと、前記成分信号の振幅を検出する検出器と、前記成分信号の位相を検出する周波数カウンタと、各成分信号の振幅と位相を測定する信号処理回路を含む装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置であって、
前記ビームスプリッタは結合された信号を第１及び第２の直交光信号に分割し、前記受信器はさらに前記第１及び第２の直交光信号を第１及び第２の電気信号へ変換する第１及び第２のフォトダイオードを含み、前記フィルタが前記第１及び第２の電気信号を前記成分信号へ分離する装置。
【請求項１０】
請求項５記載の装置であって、
前記偏光合成器は、前記光デバイスの第１のポートを少なくとも二つの偏光状態を有する刺激場を用いて刺激する第１の偏光合成器を備え、前記装置はさらに前記光デバイスの第２のポートを少なくとも二つの偏光状態を有する刺激場を用いて刺激する第２の偏光合成器を備え、さらに前記受信器は前記第１のポートから出射する場を測定する第１の受信器を備え、前記装置はさらに前記第２のポートから出射する場を測定する第２の受信器を備え、前記散乱パラメータは前記第１及び第２の受信器からの測定値を用いて計算する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概ね光測定分野に関する。より詳しくは、本発明は光デバイスの偏光分解散乱パラメータ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ）の割り出し方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コヒーレント周波数掃引ヘテロダイン網解析は、公知の光デバイスの特性測定用技術である。例えば、群遅延や損失や偏光依存損失（ＰＤＬ）などの特性は全てヘテロダイン網解析を用いて得ることができる。偏光分解散乱パラメータが光デバイスの最も一般的かつ完全な特性をもたらすことも知られている。特に、光デバイスの全偏光分解散乱パラメータを一旦割り出してしまえば、群遅延やＰＤＬなどの他の全ての測定可能なデバイスパラメータは直ちに計算することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
デバイスから出射する場の測定が正確にしかも時間期間を短縮して行なえる光デバイスの偏光分解散乱パラメータを割り出す技術に対する必要性が存在する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による実施形態は、光デバイスから出射する場の測定が正確かつ時間期間を短縮して行なえる光デバイスの偏光分解散乱パラメータの割り出し方法及び装置を提供するものである。
【０００５】
本発明による光デバイスの散乱パラメータの割り出し方法は、少なくとも二つの偏光状態を有する刺激場を用いて光デバイスのポートを刺激するステップを含む。ポートから出射する光学場はそこで振幅と位相を測定され、測定値を用いて散乱パラメータが計算される。
【０００６】
光デバイスの一ポートを少なくとも二つの異なる偏光状態を有する刺激場を用いて刺激することにより、そのポートを掃引光源の１回の掃引だけでもって刺激することにより光デバイスの散乱パラメータの割り出しに必要な測定が行なえることが分かっている。その結果、掃引間での掃引光源の光周波数の設定における再現性欠如から生ずる問題は無くなる。さらにまた、少なくとも二つの偏光状態に関するポートにおける出射場の測定に掃引光源の掃引は１回しか必要ないので、時間期間を短縮して測定手順全体を完了することができる。
【０００７】
さらに、本発明は上記に加え或いは上記に代えて他の特徴と利点を備えた実施形態を提供するものである。これらの特徴と利点の多くは、以下の図面を参照して下記の説明から明らかにされる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
散乱行列（Ｓ行列）は光デバイス内で出射場を入射場へ関連付けており、図１，２を参照して理解することができる。特に図１，２は、２ポート光被測定デバイス（ＤＵＴ）１０と、当該デバイスのポート１２，１４における入射場と出射場を概略示すブロック線図であり、光学場ａ１，ａ２がそれぞれポート１２，１４へ入射し、光学場ｂ１，ｂ２がそれぞれポート１２，１４から出射する。入射場と出射場は、以下の散乱行列により互いに関連付けられる。
【０００９】
【数１】
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【００１０】
偏光分解散乱行列（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ｍａｔｒｉｘ）は出射場を入射場へ関連付けており、場の偏光を考慮する。かくして、図２に示す如く、場ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２はｘ方向とｙ方向の成分に分解され、場の偏光状態の完全な記述をもたらす。
【００１１】
図２に例示した分解入射場ならびに出射場は、以下の一般的な偏光分解散乱行列により互いに関連付けられる。
【００１２】
【数２】
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【００１３】
この一般的偏光分解散乱行列が４個の４行４列の部分行列で出来上がっていることに注意されたい。従って、一般的な偏光分解散乱行列は、偏光分解部分行列群として考えることができる。これらの部分行列はそれぞれ、伝送特性すなわちＤＵＴ１０の反射特性を表わす。
【００１４】
光ＤＵＴの偏光分解散乱行列を割り出すため、ＤＵＴを偏光分解測定装置内に配置する必要がある。測定装置はＤＵＴに対し光学的刺激を印加し、ＤＵＴからの出力の振幅と位相を測定する。図３は、本発明を説明しやすくする偏光分解Ｓ行列測定装置を概略示すブロック線図である。
【００１５】
図３に示す如く、概ね参照符号３０で示す測定装置は偏光合成器３６，３８を介してＤＵＴ３４へ刺激信号を供給する掃引光源３２を含む。偏光合成器３６，３８は、ＤＵＴの入力ポート４０と出力ポート４２へそれぞれ印加した刺激信号の偏光状態を制御する。ＤＵＴ３４のポート４０，４２からの出射場は、受信器４４，４６を用いてそれぞれ測定される。受信器は偏光感応型であり、各受信器は３個の出力を有する。各受信器（Ｒ１ｘ又はＲ２ｘ）からの出力の一つがｘ方向の出射場の成分を表わし、各受信器（Ｒ１ｙ又はＲ２ｙ）からの第２の出力がｙ方向の出射場の成分を表わし、各受信器（Ｒ１ｄ又はＲ２ｄ）からの第３の出力が偏光分岐出力を表わす。光スイッチ４５は、ＤＵＴ３４のポート４０，４２のいずれが刺激信号を受信するかを決めるよう作動可能である。
【００１６】
図３は、ＤＵＴの入力ポート４０と出力ポート４２のそれぞれにおける基準面４８，５０を示してもいる。当業者が知っているように、偏光分解散乱行列はこれらの基準面において割り出される。
【００１７】
光デバイスの散乱パラメータ（Ｓパラメータ）を測定する技術は、完全に位相整合してはいない。このことは、一部の散乱パラメータに関する位相基準が他の散乱パラメータに関する位相基準とは異なることを意味している。その結果、全てのデバイス特性が散乱パラメータから直接計算できるとは限らない。
【００１８】
光デバイスの偏光分解散乱マトリクスの割り出し手順では、一度に４行４列の部分行列の一つが割り出される。特定の部分行列を割り出すのに、一度に一つ光デバイスのポートを刺激する。加えて、部分行列の四つ成分全てを割り出すには、光デバイスの各ポートを入射場の各偏光状態ごとに個別に刺激し、出射場の振幅と位相を各偏光状態ごとに個別測定する。
【００１９】
各偏光状態ごとの一ポートにおける出射場の測定は、可調整偏光合成器を用いてなされる。例えば、通常の測定手順では、二つのポートを有するＤＵＴの第１のポートに関連する偏光合成器は第１の偏光状態に設定し、掃引光源を作動させ第１の偏光状態に関する第１のポートにおける出射場の振幅と位相が測定できるようにする。そこで偏光合成器は第２の偏光状態へ調整し、掃引光源を再作動させ第２の偏光状態に関する第１のポートにおける出射場の振幅と位相が測定できるようにする。そこでＤＵＴの第２のポートに関連する偏光合成器を用いてこの手順を反復し、第２のポートから出射する光学場を測定する。
【００２０】
各散乱パラメータは、（振幅と位相をもった）複素数である。受信器は、局部増幅ＬＯ（図３参照）の振幅と位相に対する振幅と位相を測定する。しかしながら、光周波数では光学場の位相は測定基準面の厳密な位置の非常に強力な関数となる。例えば、光波長が一つだけの基準面の遷移が、位相遷移を３６０度だけ変化させる。また、図３に示す如く、掃引光源３２の出力はスプリッタ５４によりＤＵＴを介する受信器への光路とＬＯ光路へ分割される。ＬＯ光路を介する光路長に比べ掃引光源３２とＤＵＴを介する受信器の間の光路長に少しでも相違がある場合は、位相遷移は光周波数の強力な関数となる。例えば、光路長の相違が１００ｃｍである場合、３ＧＨｚの光周波数における変化が位相遷移を３６０度変えることになる。この効果は、再現可能で整合性をもった測定にとって、光周波数が高度に再現可能でなければならないことを示している。
【００２１】
実際の測定システムにあっては、１００ｃｍ以上の光路長は普通である。同時に、３６０度の位相遷移（すなわち位相の不確かさ）は高精度測定器では受容できないものである。一般に、０．１度以内の不確かさが求めらる。位相測定における０．１度の不確かさのためには、周波数の不確かさは１ＭＨｚ未満である必要がある。
【００２２】
掃引光源の光周波数の設定に関する不確かさが、部分行列の４個のＳパラメータの正確な割り出しを困難なものにしている。これらの困難は、４個のＳパラメータが同じ位相基準によって規定されるという事実に基づくものである。掃引光源を各入力偏光状態ごとに一回測定範囲に亙って掃引した場合、掃引光源の再現性は掃引間で約１ＭＨｚよりも良好なものでなければならない。代替的に、光源を測定範囲全体に歩進させた場合は、光源の再現性要件は緩和することができる。歩進周波数測定は光源の再現性に関する要件を少なくするが、周波数歩進測定（ｓｔｅｐｐｅｄ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）は光源を連続的に掃引すべきホモダイン網解析システムでは非実用的である。
【００２３】
二つの偏光状態における出射場を測定するように、掃引間の光周波数の設定における必要レベルの再現性をもたらす能力を掃引光源がもたないと、光デバイスの散乱パラメータを割り出すための測定に不正確さを招くことがある。加えて、入射場の二つの偏光状態における出射場を測定するのに掃引光源の二度の掃引が必要があるため、測定の完了に必要な全時間は相当に増大する。
【００２４】
前述の如く、光デバイスの偏光分解散乱行列の偏光分解散乱パラメータを割り出すのに、少なくとも二つの偏光状態を有する入射場について光デバイスのポートにて出射光学場の振幅と位相を測定する必要がある。様々な入力偏光状態を測定に用いることができる。例えば、従来技術に公知である二つの偏光状態の単純かつ有効な組み合わせは、ｘ及びｙ方向における直線偏光である。偏光分解Ｓ行列測定装置における受信器出力のｘ及びｙ成分を測定することで、原理上はＤＵＴの偏光分解散乱行列の４行４列の部分行列の四つの要素全てを割り出すことができる。
【００２５】
代替的な手法は、ＤＵＴの各ポートにおける三つの異なる偏光状態を用いるものである。この手法は、Ｒ．Ｃ．Ｊｏｎｅｓにより最初に紹介された技術に基づくものである。この技術を用いることで、受信器の出力比が各光周波数において計算され、その比から基準となる振幅及び位相に対する偏光分解散乱行列の部分行列内の全ての要素を計算することができる。この代替的な手法のさらなる詳細は、本願と同時並行して出願済みの「ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ　ＯＦ　ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ−ＲＥＳＯＬＶＥＤ　ＯＰＴＩＣＡＬ　ＳＣＡＴＴＥＲＩＮＧ　ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ」と題する共通に譲渡された米国特許出願［社内整理番号第１００１１０９７−１号］に記載されており、その開示はここに参照用に組み込むものとする。本発明は、少なくとも二つの偏光状態を有する光学的刺激場をＤＵＴに印加する実施形態を包含することを意図するものである。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態による光デバイスの散乱パラメータを割り出す偏光分解Ｓ行列測定装置１００を概略示すブロック線図である。先ず、測定装置１００は、測定装置３０の光スイッチ４５をスプリッタ１０６で置き換えてある点で図３に示した測定装置３０とは異なる。特に、図４に示したように、スプリッタ１０６はスプリッタ５４を介して掃引光源３２から信号を受信し、分割された信号を偏光合成器１１０，１１２へ導く。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも二つの偏光状態をＤＵＴの一つのポートへ同時に印加し、出射場のｘ成分とｙ成分に対する刺激場の寄与を同時に測定する。後述する如く、異なる偏光状態を有する刺激場を用いて同時に刺激と測定を行なうことで、掃引間での掃引光源の光周波数の設定における再現性の欠如により引き起こされる問題は取り除かれ、さらに加えて測定手順は著しく高速化される。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、図３の測定装置３０における調整可能偏光合成器３６，３８を「デュアルモード」偏光合成器１１０，１１２で置き換え、かつ測定装置３０内の受信器４４，４６を「デュアルモード」受信器１２０，１２２で置き換えることで、二つの偏光状態をＤＵＴ３４の一つのポートへ同時に印加することができる。図４に示す如く、デュアルモード偏光合成器１１０とデュアルモード受信器１２０はＤＵＴ３４の入力ポート４０に関連し、デュアルモード偏光合成器１１２とデュアルモード受信器１２２はＤＵＴの出力ポート４２に関連している。
【００２９】
各デュアルモード偏光合成器１１０，１１２は、偏光合成器１１０に関して図４に例示した如く、ＤＵＴの個々のポートにおいてｘ及びｙ方向に二つの直交偏光状態を同時に生成する。各デュアルモード受信器はその個々のポートにおいて出射場を検出し、検出場を二つの直交（ｘ，ｙ）成分へ分解する。加えて、各デュアルモード受信器は、ＤＵＴの入射場におけるｘ，ｙ成分から生ずるｘ，ｙ方向における出射場の部分を分解する。例えば、図４では、デュアルモード受信器のＲＭ１ＸＸ出力は入射場のｘ成分から生ずるｘ方向の受信場である。一般項では、ＲＭｉｊｋは入射場のｋ成分から生ずるｊ方向の受信場である。
【００３０】
デュアルモード偏光合成器１１０と１１２は同一であり、デュアルモード受信器１２０と１２２は同一である。従って、デュアルモード偏光合成器１１０とデュアルモード受信器１２０のみを詳細に説明する。特に、図５はデュアルモード偏光合成器１１０の詳細を示し、図６はデュアルモード受信器１２０の詳細を示す。
【００３１】
図５を参照するに、デュアルモード偏光合成器１１０はパイロットトーン多重技術を用い、そこへの光入力内の二つの直交偏光をそれぞれ識別する。特に、掃引光源３２（図４参照）から偏光合成器１１０への入来光は先ず偏光子１３０を用いて直線偏光化され、そこでこの直線偏光はスプリッタ１３６により二つの光路１３２，１３４へ分割される。光路１３２，１３４内の光は、そこでそれぞれ変調器１４０，１４２を用いそれぞれ周波数ｆ１，ｆ２で強度変調される。これらの周波数は、後で説明するようにデュアルモード受信器１２０内で信号を識別するのに用いる。エイリアシングにより生ずる受信器１２０内のサンプリング問題を回避するため、周波数ｆ１，ｆ２は一般に受信器のサンプリング周波数の最低２倍はなければならない。また、パイロットトーン変調の変調深さは正確に制御しなければならない。
【００３２】
二つの変調器の一方の出力端、例えば図５の変調器１４２の出力端には、９０度スプライサ１５０が存在する。９０度スプライサは、二つの被変調場が互い（ｘ方向とｙ方向）に直交することを保証するものである。図５に例示した実施形態では、ｘ方向の場の成分は周波数ｆ１で変調され、ｙ方向の場の成分は周波数ｆ２で変調される。これら二つの直行被変調場はそこで結合器１５２により結合され、ＤＵＴ３４のポート４０を刺激する二つの偏光状態を有する刺激場をもたらす。
【００３３】
デュアルモード受信器１２０が、図６により詳細に図解してある。図示の如く、ＤＵＴ３４のポート４０からの出射場と受信器１２０への入力は、先ずＬＯ偏光ビーム１６０に結合される。結合されたビームはビームスプリッタ１６２へ導かれ、これが結合ビームをｘ成分とｙ成分に分割する。ＬＯ偏光ビーム１６０は、ビームスプリッタ軸に対し４５度をなす。ビームスプリッタ１６２からのｘ成分信号はフォトダイオード１６４を通過し、またｙ成分信号はフォトダイオード１６６を通過し、光信号を電気信号へ変換する。ｘ成分電気信号とｙ成分電気信号はそこで帯域フィルタ対１７０，１７２と１７４，１７６をそれぞれ通過し、ポート４０に入射する場のｘ，ｙ成分に起因する成分を分離する。包絡線（振幅）検出器１８０，１８２，１８４，１８６が、信号処理回路１９０への四つの入力端のそれぞれに配置してある。包絡線検出器はパイロットトーン周波数ｆ１，ｆ２における信号振幅を検出し、これらの振幅信号を信号処理回路１９０へ入力する。
【００３４】
各場成分の位相は、信号処理回路１９０に結合した周波数カウンタ１９２により検出される。図６に示したように、各偏光状態におけるＤＵＴのポート４０からの出射信号の各成分の振幅と位相はこうして測定され、信号ＲＭ１ｘｘ，ＲＭ１ｘｙ，ＲＭ１ｙｘ，ＲＭ１ｙｙとして信号処理回路１９０から出力される。これらの信号ならびにＤＵＴの出力ポート４２に関連するデュアルモード受信器１２２から出力される対応信号から、ＤＵＴ３４の全ての散乱パラメータを計算することができる。
【００３５】
図７は、本発明の一実施形態により偏光分解散乱パラメータを割り出す方法３００のステップを示すフローチャートである。図７に示す如く、先ず光ＤＵＴの一ポートを少なくとも二つの偏光状態を有する刺激場を用いて刺激（ステップ３０２）する。次に、ポートから出射する光学場の各成分の振幅と位相を測定（ステップ３０４）し、測定した出射場からＤＵＴの散乱パラメータを計算（ステップ３０６）する。
【００３６】
これまでの説明内容は本発明の例示的実施形態を構成するものであるが、本発明がその範囲から逸脱することなく多くの仕方で変形できることは言うまでもない。例えば、上記の如く、ここでの実施形態は二つの異なる偏光場を有する刺激場を用いた光デバイスの一つのポートの刺激を説明したが、本発明をそのように限定することは意図していない。二つを超える偏光状態例えば三つの偏光状態を有する刺激場を用いることもできる。本発明は多くの仕方で変形できるため、本発明が特許請求の範囲が要求する範囲においてのみ限定さるべきであることは言うまでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明しやすくするように偏光依存散乱行列により表わした被測定デバイス（ＤＵＴ）の入射場と出力場を概略示すブロック線図である。
【図２】本発明をさらに説明しやすくするように偏光分解散乱行列により表わしたＤＵＴの入射場と出力場を概略示すブロック線図である。
【図３】本発明をさらに説明しやすくするように偏光分解Ｓ行列測定装置を概略示すブロック線図である。
【図４】本発明の一実施形態による偏光分解Ｓ行列測定装置を概略示すブロック線図である。
【図５】図４のデュアルモード偏光合成器をより詳細に概略図示したブロック線図である。
【図６】図４のデュアルモード受信器をより詳細に概略図示したブロック線図である。
【図７】本発明の別の実施形態による光デバイスの散乱パラメータを割り出す方法のステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２　光学場
１０　２ポート光学的被測定デバイス（ＤＵＴ）
１２，１４　ポート
３０　測定装置
３２　掃引光源
３４　ＤＵＴ
３６，３８　偏光合成器
４０　入力ポート（第１のポート）
４２　出力ポート（第２のポート）
４４，４６　受信器
１００　偏光分解Ｓ行列測定装置
１０６　スプリッタ
１１０，１１２　偏光合成器
１２０，１２２　受信器
１３０　偏光子
１３２，１３４　光路
１３６　スプリッタ
１４０　第１の変調器
１４２　第２の変調器
１５０　９０度スプライサ
１５２　結合器
１６０　ＬＯ偏光ビーム
１６２　ビームスプリッタ
１６４，１６６　フォトダイオード
１７０，１７２，１７４，１７６　帯域フィルタ
１８０，１８２，１８４，１８６　包絡線（振幅）検出器
１９０　信号処理回路
１９２　周波数カウンタ
【図１】
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【図２】
2004020567.tif 000006
【図３】
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【図４】
2004020567.tif 000008
【図５】
2004020567.tif 000009
【図６】
2004020567.tif 000010
【図７】
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