(57)【要約】【課題】偏波測定装置の小型化、集積化を可能にする。【解決手段】入射光を、４本以上のあらかじめ定められた間隔の平行ビームに分割する光分割手段と、前記光分割手段で分割した各平行ビームを個別に受光する４個以上の受光面を有する受光素子と、前記各受光面で受光した平行ビームの出力から前記入射光の偏波状態を算出する算出手段とを備え、前記光分割手段は、ハーフミラー及び全反射ミラー、ならびに１／４波長板、直線偏光子、旋光子のいずれか１つもしくは２つ以上を有する偏波測定装置である。【選択図】        図１
2004212322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を、４本以上のあらかじめ定められた間隔の平行ビームに分割する光分割手段と、
前記光分割手段で分割した各平行ビームを個別に受光する４個以上の受光面を有する受光素子と、
前記各受光面で受光した平行ビームの出力から前記入射光の偏波状態を算出する算出手段とを備え、
前記光分割手段は、ハーフミラー及び全反射ミラー、ならびに１／４波長板、直線偏光子、旋光子のいずれか１つもしくは２つ以上を有することを特徴とする偏波測定装置。
【請求項２】
前記光分割手段は、ファラデー素子、偏光分離素子のいずれか１つもしくは両方を有することを特徴とする請求項１に記載の偏波測定器。
【請求項３】
前記光分割手段は、前記ハーフミラー、全反射ミラー、前記１／４波長板、前記直線偏光子、及びファラデー素子を有し、
前記ハーフミラー及び前記全反射ミラーは、前記入射光が前記ファラデー素子を通りながら多重反射をして４本以上の平行ビームに分割される位置に配置され、
前記１／４波長板は、前記分離した平行ビームのうちの１本が通過する位置に配置され、
前記直線偏光子は、前記分離した各平行ビームが通過する位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏波測定装置。
【請求項４】
前記ファラデー素子は、ガーネット結晶であることを特徴とする請求項３に記載の偏波測定装置。
【請求項５】
前記光分割手段は、前記ハーフミラー、前記全反射ミラー、前記１／４波長板、前記直線偏光子、及び前記偏光分離素子を有し、
前記ハーフミラー及び前記全反射ミラーは、前記入射光が３本以上の平行ビームに分割される位置に配置され、
前記偏光分離素子は、前記分離した３本以上の平行ビームのうちの１本を、２本の平行ビームに分離する位置に配置され、
前記直線偏光子は、前記分離した平行ビームの残りの２本が通過する位置に配置され、
前記１／４波長板は、前記直線偏光子を通過する平行ビームのうちの１本が通過する位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏波測定装置。
【請求項６】
前記偏光分離素子は、方解石であることを特徴とする請求項５に記載の偏波測定装置。
【請求項７】
前記光分割手段は、前記ハーフミラー、前記全反射ミラー、前記１／４波長板、前記直線偏光子、前記偏光分離素子、及び前記ファラデー素子または前記旋光子を有し、
前記ハーフミラー及び前記全反射ミラーは、前記入射光が３本以上の平行な光ビームに分割される位置に配置され、
前記偏光分離素子は、前記分離した３本以上の平行ビームのうちの１本を、２本の平行ビームに分割する位置に配置され、
前記１／４波長板及び前記直線偏光子は、前記分離した平行ビームの残りの２本が通過する位置に配置され、
前記ファラデー素子又は前記旋光子は、前記１／４波長板及び前記直線偏光子を通過する平行ビームのうちの１本が通過する位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏波測定装置。
【請求項８】
前記光分割手段は、前記ハーフミラー、前記全反射ミラー、前記１／４波長板、前記直線偏光子、及び前記ファラデー素子または前記旋光子を有し、
前記ハーフミラー及び前記全反射ミラーは、前記入射光が４本以上の平行ビームに分離される位置に配置され、
前記直線偏光子は、前記分離された平行ビームのうちの３本が通過する位置に配置され、
前記ファラデー素子または前記旋光子は、前記直線偏光子を通過するビームのうちの２本が通過する位置に配置され、
前記１／４波長板は、前記ファラデー素子を通過するビームのうちの１本が通過する位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏波測定装置。
【請求項９】
前記光分割手段と前記受光素子の間に、前記分割された各平行ビームが通るスリットが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の偏波測定装置。
【請求項１０】
前記スリットと前記受光素子の間に、アレイ状のレンズが配置されていることを特徴とする請求項９に記載の偏波測定装置。
【請求項１１】
前記受光素子の受光面は、二次元格子状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の偏波測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波測定装置に関し、光ファイバや導波路内を進行する光の偏波状態を測定する装置に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コヒーレント通信では、偏波の制御が重要であり、偏波制御器（素子）が必要とされている。前記偏波制御器は、例えば、近年の４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の超高速通信における偏波分散補償に用いられている。また、数Ｔｂｉｔ／ｓ以上の超大容量伝送では、波長多重に加えて偏波多重技術が用いられており、偏波の制御がよりいっそう重要になってくる。
【０００３】
前記偏波制御器は、偏波を制御する必要がある位置での光の偏波状態を正確に測定する必要がある。またこのとき、ファイバ等の光路上を通過する信号光に対して偏波が変化しないようにする必要がある。
【０００４】
前記光の偏波状態を測定する方法としては、例えば、ファイバ等の光路上に設けられたカプラ部で信号光の一部を分離し、分離した光をファイバあるいは導波路を介して受光素子（以下、ディテクタと称する）で受光し、光の偏波状態を測定する方法が考えられるが、この方法では、前記カプラ部、前記ファイバあるいは導波路部で光の偏波状態が変化してしまう。そのため、光の偏波状態を正確に測定することができない。
【０００５】
以上のようなことから、ファイバ上を通過する信号光の偏波状態を正確に測定するためには、偏波状態を制御する位置で同時に偏波状態を測定（モニタ）する必要がある。
【０００６】
従来の偏波状態を測定する装置（以下、偏波測定装置と称する）は、例えば、図９に示すように、第１ハーフミラー１４ａ、第２ハーフミラー１４ｂ、第３ハーフミラー１４ｃ、第１全反射ミラー１５ａ、第２全反射ミラー１５ｂ、第１偏光ビームスプリッタ１６ａ、第２偏光ビームスプリッタ１６ｂ、第３偏光ビームスプリッタ１６ｃ、プリズム１７、０度方向の１／４波長板１８、第１ディテクタ１９ａ、第２ディテクタ１９ｂ、第３ディテクタ１９ｃ、第４ディテクタ１９ｄにより構成されている。また、前記第１ハーフミラー１４ａ、前記第２ハーフミラー１４ｂ、前記第３ハーフミラー１４ｃはそれぞれ、例えば、反射率が１０％、７０％、５０％のハーフミラーを用いている。
【０００７】
前記偏波測定装置で光の偏波状態を測定するときには、まず、光ファイバ７を伝送する信号光６をコリメートレンズ１３で空間ビームとし、前記第１ハーフミラー１４ａで前記空間ビームの一部を分離する。このとき、前記空間ビームは、偏波の状態がミラーの反射によって変化しないように、ミラーに対してほぼ垂直に入るようにする。
【０００８】
このとき分離した光ビーム６ａは、例えば、第２ハーフミラー１４ｂを用いて、２本の光ビームに分離する。このとき、前記第２ハーフミラー１４ｂを通過した光ビーム６ｂは、例えば、第１全反射ミラー１５ａで反射させ、第１偏光ビームスプリッタ１６ａでさらに２本に分離し、前記第１偏光ビームスプリッタで反射した光ビーム６ｃを第１ディテクタ１９ａで受ける。また、前記第１偏光ビームスプリッタ１６ａを透過した光ビーム６ｄは、プリズム１７で反射させて第２ディテクタ１９ｂで受ける。
【０００９】
また、前記第２ハーフミラー１４ｂで反射した光ビーム６ｅは、第３ハーフミラー１４ｃを用いて、２本に分離し、前記第３ハーフミラー１４ｃを透過した光ビーム６ｆは、第２偏光ビームスプリッタ１６ｂを通過させて第３ディテクタ１９ｃで受ける。また、前記第３ハーフミラー１４ｃで反射した光ビーム６ｇは第２全反射ミラー１５ｂで反射させ、１／４波長板１８及び第３偏光ビームスプリッタ１６ｃを通過させて第４ディテクタ１９ｄで受ける。
【００１０】
このとき、前記各ディテクタ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄで受けた光ビーム６ｃ，６ｄ，６ｆ，６ｇの強度Ｉは、例えば、Ｉ（０，０），Ｉ（０，９０），Ｉ（λ／４，４５），Ｉ（λ／４，１３５）であり、これらの強度値をＡＤコンバータでコンピュータに取り込み、ストークスパラメータを計算して出力する。ここで、前記光の強度Ｉ（ｘ，ｙ）において、ｘは各光ビームの位相、ｙは各光ビームの偏光子の方向（角度）である。
【００１１】
前記偏波測定装置を用いて、光の偏波状態を正確に測定するためには、偏波を制御する位置で同時に偏波状態を測定する必要がある。そのため、前記偏波測定器は、小型であるとともにファイバあるいは導波路に集積化が可能であることが好ましい。
【００１２】
また、前記ファイバや導波路は、アレイ状であることが多い。前記ファイバや導波路がアレイ状である場合には、前記アレイ状のファイバや導波路を伝送する複数の光の偏波状態を同時に測定する必要がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、前記偏波測定装置は、必要な光学部品のサイズが大きく、かつ、数が多い。また、従来の前記ディテクタは１チャンネル、すなわち、受光面が１つなので、図９に示したように、４本の光を受光するためには４つのディテクタ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが必要である。また、前記各光学部品は光路上に個別に配置されている。以上のようなことから、従来の偏波測定装置は、小型化、集積化が難しいという問題があった。
【００１４】
また、従来の偏波測定装置は、大型であるので、ファイバに接続し、その後偏波制御部、前記ディテクタ等を接続するまでにファイバの中で偏波状態が変化してしまうという問題があった。そのため、従来の偏波測定装置では、測定したい場所の正確な偏波状態を測定することが難しいという問題があった。
【００１５】
また、前記偏波測定装置に用いる各光学部品が高価であるため、前記偏波測定装置が非常に高価になるという問題があった。
【００１６】
また、従来の偏波測定装置は、必要な光学部品の数が多く、かつ、前記各光学部品が個別に配置されている。そのため、光学系の調整（アライメント）に手間がかかるという問題があった。
【００１７】
また、以上のような問題から、前記偏波測定装置のアレイ化、言い換えると、アレイ状のファイバや導波路を伝送する複数の光の偏波状態を同時に測定することができる偏波測定装置の作製が難しいという問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、偏波測定装置の小型化、集積化が可能な技術を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、偏波測定装置を安価にすることが可能な技術を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、偏波測定装置の光学系の調整を容易にすることが可能な技術を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、偏波測定装置のアレイ化を容易にすることが可能な技術を提供することにある。
【００２２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明の概要を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【００２４】
すなわち、入射光を、４本以上のあらかじめ定められた間隔の平行ビームに分割する光分割手段と、前記光分割手段で分割した各平行ビームを個別に受光する４個以上の受光面を有する受光素子と、前記各受光面で受光した平行ビームの出力から前記入射光の偏波状態を算出する算出手段とを備え、前記光分割手段は、ハーフミラー及び全反射ミラー、ならびに１／４波長板、直線偏光子、旋光子のいずれか１つもしくは２つ以上を有する偏波測定装置である。
【００２５】
前記偏波測定装置によれば、前記ハーフミラー及び前記全反射ミラーを利用して、前記入射光を多重反射させることで、４本以上の平行ビームを容易に得ることができる。またこのとき、前記光分割手段に必要な光学部品のサイズを小さくできるとともに、数を少なくすることができる。また、前記４個以上の受光面を有する受光素子を用いることで、前記受光素子も小型化することができる。そのため、前記偏波測定装置の小型化、集積化が容易である。
【００２６】
また、前記偏波測定装置の小型化、集積化が容易なので、偏波状態を測定したい位置に設置することができる。そのため、前記入射光の偏波状態を正確に測定することができる。
【００２７】
また、前記偏波測定装置では、等間隔、あるいは最小間隔の整数倍の間隔の平行ビームを容易に得ることができ、かつ、必要な光学部品の数が少ないので、光学系の調整が容易である。また、前記光分割手段の各光学部品を、例えば、接着剤で接着して一体化（ブロック化）しておけば、光学系の調節がさらに容易になる。
【００２８】
また、前記光分割手段は、前記各光学部品に加えて、ファラデー素子、偏光分離素子のいずれか１つもしくは両方を有することが好ましい。前記ファラデー素子あるいは前記偏光分離素子は、近年、安価で入手することができるようになった。また、前記４つ以上の受光面を有する受光素子も、近年、安価で入手することができるようになった。そのため、前記偏波測定装置を安価にすることができる。
【００２９】
またこのとき、前記光分割手段は、前記ハーフミラー、全反射ミラー、前記１／４波長板、前記直線偏光子、及び前記ファラデー素子を有し、前記ハーフミラー及び前記全反射ミラーは、前記入射光が前記ファラデー素子を通りながら多重反射をして４本以上の平行ビームに分割される位置に配置され、前記１／４波長板は、前記分離した平行ビームのうちの１本が通過する位置に配置され、前記直線偏光子は、前記分離した各平行ビームが通過する位置に配置されていることが好ましい。このような配置にすることで、位相及び偏光面の方向が異なる４本の平行ビームを容易に得ることができる。
【００３０】
また、前記ファラデー素子は、ガーネット結晶であることが好ましい。前記ガーネット結晶は、安価で入手しやすいだけでなく、近年では、外部磁場を印加しなくても磁気光学効果が得られる自己磁化ガーネット結晶を入手することができるようになった。そのため、前記偏波測定装置の大型化を防ぐことができる。
【００３１】
また、前記光分割手段は、前記ハーフミラー、前記全反射ミラー、前記１／４波長板、前記直線偏光子、及び前記偏光分離素子を有し、前記ハーフミラー及び前記全反射ミラーは、前記入射光が３本以上の平行ビームに分割される位置に配置され、前記偏光分離素子は、前記分離した３本以上の平行ビームのうちの１本を、２本の平行ビームに分離する位置に配置され、前記直線偏光子は、前記分離した平行ビームの残りの２本が通過する位置に配置され、前記１／４波長板は、前記直線偏光子を通過する平行ビームのうちの１本が通過する位置に配置されていてもよい。この場合も、位相及び偏光面の方向が異なる４本の平行ビームを容易に得ることができる。
【００３２】
また、前記偏光分離素子として、容易に入手することができる方解石を用いることで、前記偏波測定装置が高価になるのを防ぐことができる。
【００３３】
また、前記光分割手段は、前記ハーフミラー、前記全反射ミラー、前記１／４波長板、前記直線偏光子、前記偏光分離素子、及び前記ファラデー素子または前記旋光子を有し、前記ハーフミラー及び前記全反射ミラーは、前記入射光が３本以上の平行な光ビームに分割される位置に配置され、前記偏光分離素子は、前記分離した３本以上の平行ビームのうちの１本を、２本の平行ビームに分割する位置に配置され、前記１／４波長板及び前記直線偏光子は、前記分離した平行ビームの残りの２本が通過する位置に配置され、前記ファラデー素子又は前記旋光子は、前記１／４波長板及び前記直線偏光子を通過する平行ビームのうちの１本が通過する位置に配置されていてもよい。この場合も、位相及び偏光面の方向が異なる４本の平行ビームを容易に得ることができる。
【００３４】
また、前記光分離素子や前記ファラデー素子、前記旋光子は安価で入手することができるので、偏波測定装置が高価になるのを防ぐことができる。
【００３５】
また、前記光分割手段は、前記ハーフミラー、前記全反射ミラー、前記１／４波長板、前記直線偏光子、及び前記ファラデー素子または前記旋光子とを有し、前記ハーフミラー及び前記全反射ミラーは、前記入射光が４本以上の平行ビームに分離される位置に配置され、前記直線偏光子は、前記分離された平行ビームのうちの３本が通過する位置に配置され、前記ファラデー素子または前記旋光子は、前記直線偏光子を通過するビームのうちの２本が通過する位置に配置され、前記１／４波長板は、前記ファラデー素子を通過するビームのうちの１本が通過する位置に配置されていてもよい。この場合も、位相及び偏光面の方向が異なる４本の平行ビームを容易に得ることができる。
【００３６】
また、前記ファラデー素子や前記旋光子は安価で入手することができるので、偏波測定装置が高価になるのを防ぐことができる。
【００３７】
また、前記偏波測定装置は、前記光分割手段と前記受光素子の間に、前記分割された各平行ビームが通るスリットが配置されていてもよい。前記スリットを配置することにより、前記平行ビーム間での干渉や、外部からの光によるノイズを除去することができる。そのため、前記入射光の偏波状態の測定精度を高くすることができる。
【００３８】
またこのとき、前記スリットと前記受光素子の間に、アレイ状のレンズを配置しておけば、前記各受光面で前記各平行ビームを効率よく受光することができる。そのため、前記入射光の偏波状態の測定精度をさらに高くすることができる。
【００３９】
また、前記受光素子の受光面は、二次元格子状に配置されていてもよい。このとき、例えば、前記受光面が４×ｎ（ｎは整数）の格子状に配置されていれば、ｎ本の入射光の偏波状態を同時に測定することができる。そのため、前記偏波測定装置のアレイ化が容易であり、アレイ状のファイバや導波路を伝送する複数の信号光の偏波状態を同時に測定することができる。
【００４０】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
【００４１】
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明による実施例１の偏波測定装置の概略構成を示す模式図である。
【００４３】
本実施例１の偏波測定器は、図１に示すように、入射光１を、第１ビーム１ａ，第２ビーム１ｂ，第３ビーム１ｃ，第４ビーム１ｄの４本の等間隔な平行ビームに分割する光分割手段２と、前記光分割手段２で分離した前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを受光する第１受光面３０１ａ，第２受光面３０１ｂ，第３受光面３０１ｃ，第４受光面３０１ｄを有する受光素子（以下、ディテクタアレイと称する）３と、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光した各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの出力から前記入射光１の偏波状態を算出する算出手段（図示しない）により構成されている。
【００４４】
また、前記光分割手段２は、図１に示したように、ファラデー素子２０１と、前記ファラデー素子２０１を挟むように設けられたハーフミラー２０２及び全反射ミラー２０３と、０度方向の１／４波長板２０４と、４５度回転の直線偏光子２０５とを有する。
【００４５】
このとき、入射光１は、前記全反射ミラー２０３が設けられた面側から前記ファラデー素子２０１に入射させるものとする。またこのとき、前記ハーフミラー２０２と前記全反射ミラー２０３は、前記入射光１が多重反射するように配置する。また、前記入射光１は、前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが、前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの間隔ｄと同じ間隔になる角度から入射させる。
【００４６】
また、前記ファラデー素子２０１は、ファラデー効果（磁気光学効果）を持つ素子であり、例えば、ガーネット結晶を用いる。前記ガーネット結晶などのファラデー素子２０１は、磁場を印加すると、通過する光の偏光面を回転させる効果が生じる。前記ガーネット結晶の場合、３００μｍ程度の厚さで、π／４回転の旋光能を持つ。また、前記ファラデー効果は非可逆的であり、ガーネット結晶を通過したθ旋光の光をミラーで反射させ、再びガーネット結晶を通過させると、光の偏光面は２θ回転することになる。本実施例１では、前記ガーネット結晶の厚さを、光の偏光面がπ／８回転する厚さにし、π／８回転の旋光子として用いる。また、前記ガーネット結晶を前記π／８回転の旋光子として用いる場合、結晶が非常に薄く、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３との間に隙間が出来てしまう。そのため、ガラス板２０６で挟んで補強するとともに厚くしてもよい。
【００４７】
また、前記１／４波長板２０４は、前記光分割手段２で分割する光ビームのうちの１本、例えば、第１ビーム１ａだけが通過するように配置する。また、前記直線偏光子２０５は、前記光分割手段２で分割した各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが通過するように配置する。
【００４８】
またこのとき、前記各光学部品の屈折率がマッチングしない場合には、例えば、ＡＲコートを用いて屈折率を調整する。
【００４９】
前記偏波測定装置を用いて入射光の偏波状態を測定するときには、図１に示したように、前記ファラデー素子（ガーネット結晶）２０１に磁場を印加した状態で、前記ガーネット結晶２０１に入射光１を入射する。このとき、例えば、磁石（図示しない）などを用いて、前記ガーネット結晶２０１に、図１に示したような方向の外部磁場を印加する。またこのとき、前記ガーネット結晶自身が磁化されているならば、前記外部磁場は不要である。
【００５０】
前記ガーネット結晶２０１を通過した入射光１は、前記ハーフミラー２０２で、透過する第１ビーム１ａと反射する第１反射ビーム１ｅに分割される。
【００５１】
前記第１反射ビーム１ｅは、前記ガーネット結晶２０１を通り前記全反射ミラー２０３で反射した後、再び前記ガーネット結晶２０１を通り前記ハーフミラー２０２に達し、透過する第２ビーム１ｂと反射する第２反射ビーム１ｆに分割される。
【００５２】
また、前記第２反射ビーム１ｆは、前記ガーネット結晶２０１を通り前記全反射ミラー２０３で反射した後、再び前記ガーネット結晶２０１を通り前記ハーフミラー２０２に達し、透過する第３ビーム１ｃと反射する第３反射ビーム１ｇに分割される。
【００５３】
また、前記第３反射ビーム１ｇは、前記ガーネット結晶２０１を通り前記全反射ミラー２０３で反射した後、再び前記ガーネット結晶２０１を通り前記ハーフミラー２０２に達し、透過する第４ビーム１ｄと反射する第４反射ビームに分離される。
【００５４】
このように、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３を利用して前記入射光１を多重反射させることにより、前記第１ビーム１ａ、前記第２ビーム１ｂ、前記第３ビーム１ｃ、前記第４ビーム１ｄの４本の平行ビームに分割することができる。またこのとき、前記入射光１の入射角度を調節することにより、前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの間隔を、前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの間隔ｄと一致させることができる。また、前記入射光１が前記ガーネット結晶２０１を通りながら多重反射しているので、前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの偏光面の方向はπ／４ずつ異なっている。
【００５５】
前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３を利用して前記入射光１を４本の平行ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに分割した後、前記第１ビーム１ａは、図１に示したように、０度方向の１／４波長板２０４及び４５度回転した直線偏光子２０５を通過し、前記ディテクタアレイ３の第１受光面３０１ａで受光される。このとき、前記第１受光面３０１ａで受光した前記第１ビーム１ａの出力をＯＵＴ１とする。
【００５６】
また、残りの前記第２ビーム１ｂ、前記第３ビーム１ｃ、前記第４ビーム１ｄは、図１に示したように、４５度回転した直線偏光子２０５のみを通過し、前記ディテクタアレイ３の第２受光面３０１ｂ、第３受光面３０１ｃ、第４受光面３０１ｄのそれぞれで受光される。このとき、前記第２受光面３０１ｂで受光した前記第２ビーム１ｂの出力をＯＵＴ２、前記第３受光面３０１ｃで受光した前記第３ビーム１ｃの出力をＯＵＴ３、前記第４受光面３０１ｄで受光した前記第４ビーム１ｄの出力をＯＵＴ４とする。
【００５７】
前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを受光したら、前記算出手段（図示しない）において、その出力（強度）ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４から、前記入射光１の偏波状態を表すストークスベクトル（ｗ，ｘ，ｙ、ｚ）を求める。以下、前記ストークスベクトルの求め方を説明するが、ここでは、説明を簡単にするために、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３の反射率やロスによる補正は無視することにする。
【００５８】
まず、前記０度方向の１／４波長板２０４のミュラー行列Ｍ１、前記４５度方向の直線偏光子２０５のミュラー行列Ｍ２、θ旋光する前記ファラデー素子（ガーネット結晶）２０１のミュラー行列Ｍ３は、下記数式１乃至数式３で表される。
【００５９】
【数１】
2004212322.tif 000003
【００６０】
【数２】
2004212322.tif 000004
【００６１】
【数３】
2004212322.tif 000005
【００６２】
前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光した各ビームの出力（強度）ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４は、前記数式１乃至数式３から、下記数式４乃至数式７のように表すことができる。なお、前記ファラデー素子２０１の旋光角θはπ／８として計算する。
【００６３】
【数４】
2004212322.tif 000006
【００６４】
【数５】
2004212322.tif 000007
【００６５】
【数６】
2004212322.tif 000008
【００６６】
【数７】
2004212322.tif 000009
【００６７】
また、前記数式５乃至数式７から、下記数式８乃至数式１１が得られる。
【００６８】
【数８】
2004212322.tif 000010
【００６９】
【数９】
2004212322.tif 000011
【００７０】
【数１０】
2004212322.tif 000012
【００７１】
【数１１】
2004212322.tif 000013
【００７２】
一方、ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄでは、受光した前記各ビームの出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４を数値で得ることができる。そのため、まず、前記数式９及び数式１１から、前記ストークスベクトルのｘ成分及びｙ成分が求まる。前記ｘ成分及びｙ成分が求まれば、得られた値と、前記数式８あるいは数式１０から、前記ストークスベクトルのｗ成分が求まる。また、前記ｗ成分が求まれば、得られた値と前記数式４から、前記ストークスベクトルのｚ成分が求まる。以上の手順により、前記入射光１のストークスベクトル（ｗ，ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができ、前記偏波測定装置をストークスアナライザとして用いることができる。
【００７３】
なお、前記数式４乃至数式７の導出では、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３の反射率やロスによる補正を無視している。実際のストークスベクトルを求めるときには、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３の反射率やロスを考慮した補正係数を入れて求める。
【００７４】
図２は、本実施例１の偏波測定装置の設置例を説明するための模式図である。
【００７５】
本実施例１の偏波測定装置は、例えば、ファイバ中の信号光の偏波状態を測定するとき用いる。このとき、前記偏波測定装置は、例えば、図２に示すように、固定板４上に設けられた傾斜台５に前記光分割手段２及び前記ディテクタアレイ３を設置する。またこのとき、前記固定板４には、前記信号光６を伝送するファイバ７が通っている。
【００７６】
また、前記傾斜台５に設置する前記偏波測定装置の光分割手段２は、前記光分割手段２を構成する前記ファラデー素子２０１、前記ハーフミラー２０２、前記全反射ミラー２０３、前記１／４波長板２０４、前記直線偏光子２０５は、例えば、接着剤を用いて１つのブロック状の部品にして設置しても良いし、個別に空間を空けて設置しても良い。
【００７７】
また、前記固定板４には、図２に示したように、前記ファイバ７を切断する深さの溝４Ａを設けておき、前記溝４Ａに、例えば、前記ファイバ７を伝送する信号光６を分離するハーフミラー８を挿入しておく。このとき、前記溝４Ａは、例えば、前記ハーフミラー８が２２．５度傾くように設ける。またこのとき、前記ハーフミラー８で分割した光の一方は、前記偏波測定装置に入射される。
【００７８】
またこのとき、前記固定板４に挿入したハーフミラー８と前記偏波測定装置（光分割手段２）の間には、図２に示したように、前記光分割手段２に入射する光１の入射角度を調節するプリズム９、及び入射光１をコリメートビームとするためのレンズ１０を設けておく。
【００７９】
本実施例１の偏波測定装置において、前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの間隔ｄが０．５ｍｍであるとすると、前記光分割手段２の大きさは、５ｍｍ×７ｍｍ×２ｍｍ程度にすることができる。そのため、前記光分割手段２の近くに偏波制御素子を設置することができ、偏波状態の測定と同時に制御をすることができる。  
また、前記ファイバ７内の信号光６の一部を、偏波状態を変化させずに外部に取り出すときには、図２に示したような方法に限らず、例えば、従来のように、ファイバコリメータを対向させて、光ファイバ内の信号光６を空間ビームとし、その間にハーフミラーを置いて、前記空間ビームの一部を取り出してもよい。
【００８０】
以上説明したように、本実施例１の偏波測定装置によれば、前記光分割手段２で分割した４本の平行ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを、４個の受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄを有する受光素子（ディテクタアレイ）３を用いて受光することにより、従来の偏波測定装置と比べて、使用する光学部品を少なくすることができる。そのため、前記偏波測定装置の小型化、集積化が容易である。
【００８１】
また、前記偏波測定装置の小型化、集積化が容易であるため、図２に示したように、ファイバや導波路を伝送する信号光から分離された光がディテクタアレイ３の受光面に到達するまでの距離を短くすることができる。
【００８２】
また、ファラデー素子２０１及び前記ディテクタアレイ３は、近年、安価で入手することが可能になってきている。そのため、前記偏波測定装置を安価にすることができる。
【００８３】
また、前記偏波測定装置では、前記ファラデー素子２０１を挟んだ前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３で、前記入射光１を多重反射させるので、平行であり、かつ、等間隔あるいは最小間隔の整数倍の光ビームを容易に得ることができる。そのため、従来の偏波測定装置に比べて、使用する光学部品の数を少なくすることができ、光学系の調整が容易である。
【００８４】
また、本実施例１で説明した偏波測定装置では、前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの干渉、前記光学部品中あるいは光路上における光の散乱や反射によって、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光する各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにノイズが入ることがある。そのため、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの前に、所望の光のみを通過させるスリットを設けることで、より正確な偏波状態の測定が可能となる。
【００８５】
図３は、前記実施例１の応用例を説明するための模式図である。
【００８６】
前記実施例１では、図１及び図２に示したように、１本の入射光（信号光）１の偏波状態を測定する偏波測定装置について説明したが、これに限らず、複数の入射光（信号光）の偏波状態を同時に測定する偏波測定装置に適用することもできる。この場合、例えば、図３に示すように、受光面が二次元格子状に配置されたディテクタアレイ（以下、二次元ディテクタと称する）３’を用いればよい。このとき、図３に示したように、４×４個の受光面が配置された二次元ディテクタ３’を用いれば、４本の入射光１０１，１０２，１０３，１０４のそれぞれを、前記実施例１で説明したように４本の平行な光ビームに分割することができる。そのため、例えば、第４入射光１０４は、図３に示したように、前記光分割手段２で４本の平行ビームの分割した後、前記二次元ディテクタ３’の受光面３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄで受光され、前記第４入射光１０４の偏波状態を測定することができる。
【００８７】
また、図３に示したような偏波測定装置を用いて、例えば、４本のファイバや導波路を伝送する４本の信号光の偏波状態を測定する場合には、前記偏波測定装置を、図２に示したような傾斜台５上に配置すればよい。またこのとき、前記ハーフミラー８で分割した光は、プリズム９やレンズ１０などで、前記二次元ディテクタ３’の受光面の間隔と同じ間隔になるようにする。
【００８８】
また、前記二次元ディテクタ３’は、図３に示したような４×４に限らず、４×ｎ（ｎは整数）の二次元ディテクタを用いることで、ｎ本の入射光（信号光）の偏波状態を同時に測定することができる。またこのとき、前記偏波測定装置は、前記ディテクタアレイ３を二次元ディテクタ３’に変えるだけでよく、前記光分割手段２の各光学部品の構成や配置を変える必要はない。そのため、前記偏波測定装置のアレイ化及び光学系の調整が容易である。
【００８９】
（実施例２）
図４は、本発明による実施例２の偏波測定装置の概略構成を示す模式図である。
【００９０】
本実施例２の偏波測定装置は、図４に示すように、入射光１を、第１ビーム１ａ，第２ビーム１ｂ，第３ビーム１ｃ，第４ビーム１ｄの４本の等間隔な平行ビームに分割する光分割手段２と、前記光分割手段２で分離した前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを受光する第１受光面３０１ａ，第２受光面３０１ｂ，第３受光面３０１ｃ，第４受光面３０１ｄを有する受光素子（以下、ディテクタアレイと称する）３と、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光した各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの出力から前記入射光１の偏波状態を算出する算出手段（図示しない）により構成されている。
【００９１】
また、前記光分割手段２は、図４に示したように、偏光分離素子２０７と、ガラスブロック２０８中に設けられた第１ハーフミラー２０２ａ及び第２ハーフミラー２０２ｂと、前記ガラスブロック２０８の傾斜面に設けられた全反射ミラー２０３と、０度方向の１／４波長板２０４と、４５度方向の面型偏光子２０９とを有する。
【００９２】
このとき、前記入射光１は、前記全反射ミラー２０３が設けられた面側から前記ガラスブロック２０８中に入射させるものとする。またこのとき、前記第１ハーフミラー２０２ａ及び第２ハーフミラー２０２ｂ、ならびに全反射ミラー２０３は、前記入射光１を３本の平行ビームに分割するように配置する。また、前記偏光分離素子２０７は、前記３本の平行ビームのうちの１本を、２本の平行ビーム、すなわち、前記第１ビーム１ａと第２ビーム１ｂに分離させるように配置する。
【００９３】
前記偏光分離素子２０７は、入射光を角度θでｐ偏光とｓ偏光に分離する素子であり、例えば、カルサイト（方解石）を用いる。このとき、前記第１ハーフミラー２０２ａ及び第２ハーフミラー２０２ｂ、ならびに前記全反射ミラー２０３は、例えば、前記偏光分離素子２０７の光の入射面に対してθ／２度傾くように配置しておく。またこのとき、前記第１ハーフミラー２０２ａ及び第２ハーフミラー２０２ｂ、ならびに前記全反射ミラー２０３の位置を調節することで、前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを等間隔にすることができる。
【００９４】
前記偏光分離素子２０７として方解石を用いた場合、１．５５μｍ帯において、入射した光を角度θ＝５．７５２度でｐ偏光とｓ偏光に分離することができる。そのため、前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの間隔ｄが０．５ｍｍのときには、前記方解石２０７の長さＬ１を４．９６３ｍｍとすれば、前記方解石２０７で分離した各ビーム１ａ，１ｂを前記各受光面３０１ａ，３０１ｂで受光することができる。またこのとき、前記第１ハーフミラー２０２ａと前記第２ハーフミラー２０２ｂの距離Ｌ２を（Ｌ１／ｃｏｓθ）・ｃｏｓ（θ／２）とし、前記第１ハーフミラー２０２ａと前記全反射ミラー２０３の距離Ｌ３を２・Ｌ２とすれば、前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを等間隔にすることができ、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄのそれぞれで受光することができる。
【００９５】
また、前記１／４波長板２０４は、前記４本のビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうちの１本、例えば、第４ビーム１ｄのみが通過するように配置する。また、前記面型偏光子２０９は、前記４本のビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうちの２本、例えば、第３ビーム１ｃ及び第４ビーム１ｄが通過するように配置する。
【００９６】
本実施例２の偏波測定装置を用いて入射光１の偏波状態を測定するときには、図４に示すように、前記全反射ミラー２０３が設けられた面側から、前記ガラスブロック２０８に光を入射する。
【００９７】
前記ガラスブロック２０８に入射した入射光１は、前記第１ハーフミラー２０２ａで第１反射ビーム１ｅと第１透過ビーム１ｆに分離される。
【００９８】
前記第１反射ビーム１ｅは、図４に示したように、前記全反射ミラー２０３で反射した後、前記偏光分離素子（方解石）２０７で、ｐ偏光の第１ビーム１ａとｓ偏光の第２ビーム１ｂに分離される。前記偏光分離素子２０７で分離した第１ビーム１ａは、前記ディテクタアレイ３の第１受光面３０１ａで受光され、前記第２ビーム１ｂは、前記ディテクタアレイ３の第２受光面３０１ｂで受光される。このとき、前記第１受光面３０１ａで受光した第１ビーム１ａの出力をＯＵＴ１とし、前記第２受光面３０１ｂで受光したビーム１ｂの出力をＯＵＴ２とする。
【００９９】
一方、前記第１透過ビーム１ｆは、前記ガラスブロック２０８を通り、前記第２ハーフミラー２０２ｂで第２反射ビーム１ｇと第２透過ビーム（第４ビーム）１ｄに分離される。
【０１００】
前記第２反射ビーム１ｇは、図３に示したように、前記第１ハーフミラー２０２ａで第３透過光（図示しない）と第３反射ビーム（第３ビーム）１ｃに分離される。前記第３ビーム１ｃは、前記面型偏光子２０９を通り、前記ディテクタアレイ３の第３受光面３０１ｃで受光される。このとき、前記第３受光面３０１ｃで受光した第３ビーム１ｃの出力をＯＵＴ３とする。
【０１０１】
また、前記第２透過ビーム（第４ビーム）１ｄは、前記１／４波長板２０４及び前記面型偏光子２０９を通り、前記ディテクタアレイ３の第４受光面３０１ｄで受光される。このとき、前記第４受光面３０１ｄで受光した第４ビーム１ｄの出力をＯＵＴ４とする。
【０１０２】
前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを受光したら、前記算出手段（図示しない）において、その出力（強度）ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４から、前記入射光１の偏波状態を表すストークスベクトル（ｗ，ｘ，ｙ、ｚ）を求める。以下、前記ストークスベクトルの求め方を説明するが、本実施例２でも、説明を簡単にするために、前記各ハーフミラー２０２ａ，２０２ｂ、及び前記全反射ミラー２０３の反射率やロスによる補正は無視することにする。
【０１０３】
まず、前記偏光分離素子（方解石）２０７で分離された光ビームの状態、すなわち、ｐ偏光の第１ビーム１ａの状態を表すストークスベクトルＳ１と、ｓ偏光の第２ビーム１ｂの状態を表すストークスベクトルＳ２は、下記数式１２及び数式１３で表される。
【０１０４】
【数１２】
2004212322.tif 000014
【０１０５】
【数１３】
2004212322.tif 000015
【０１０６】
また、前記第１受光面３０１ａで受光した第１ビーム１ａの出力ＯＵＴ１、及び前記第２受光面３０１ｂで受光した光の出力ＯＵＴ２は、前記数式１２及び数式１３から、下記数式１４及び数式１５のように表すことができる。
【０１０７】
【数１４】
2004212322.tif 000016
【０１０８】
【数１５】
2004212322.tif 000017
【０１０９】
前記第１ビーム１ａ及び第２ビーム１ｂの出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は数値で与えられるので、前記数式１４及び前記数式１５から、前記入射光のストークスベクトルのｗ成分と、ｘ成分が求まる。
【０１１０】
一方、前記面型偏光子２０９のミュラー行列Ｍ４は、例えば、下記数式１６で表され、前記面型偏光子２０９を通過して前記第３受光面３０１ｃで受光した第３ビーム１ｃのストークスベクトルＳ３は、下記数式１７で表される。
【０１１１】
【数１６】
2004212322.tif 000018
【０１１２】
【数１７】
2004212322.tif 000019
【０１１３】
さらに、前記１／４波長板２０４及び前記面型偏光子２０９を通過して前記第４受光面３０１ｄで受光した第４ビーム１ｄのストークスベクトルＳ４は、下記数式１８で表される。
【０１１４】
【数１８】
2004212322.tif 000020
【０１１５】
前記第３受光面３０１ｃで受光した第３ビーム１ｃの出力ＯＵＴ３、及び前記第４受光面３０１ｄで受光した第４ビーム１ｄの出力ＯＵＴ４は、前記数式１６乃至数式１８から、下記数式１９及び数式２０のように表すことができる。
【０１１６】
【数１９】
2004212322.tif 000021
【０１１７】
【数２０】
2004212322.tif 000022
【０１１８】
前記各ビーム１ｃ，１ｄの出力ＯＵＴ３，ＯＵＴ４は数値で与えられるので、前記数式１９及び前記数式２０から、前記入射光１のストークスベクトルのｙ成分と、ｚ成分が求まる。
【０１１９】
以上の手順により、前記入射光１のストークスベクトル（ｗ，ｘ，ｙ，ｚ）が得られる。そのため、前記偏波測定装置をストークスアナライザとして用いることができる。
【０１２０】
なお、前記数式１４及び数式１５、ならびに数式１９及び数式２０の導出では、前記各ハーフミラー２０２ａ，２０２ｂ及び全反射ミラー２０３の反射率やロスを無視している。実際のストークスベクトルを求めるときには、前記各ハーフミラー２０２ａ，２０２ｂ及び全反射ミラー２０３の反射率やロスを考慮した補正係数を入れて求める。
【０１２１】
図５は、本実施例２の偏波測定装置の設置例を説明するための模式図である。
【０１２２】
本実施例２の偏波測定装置は、例えば、ファイバ中の信号光の偏波状態を測定するとき用いる。このとき、前記偏波測定装置は、例えば、図２に示すように、固定板４上に設けられた傾斜台５に前記光分割手段２及び前記ディテクタアレイ３を設置する。またこのとき、前記固定板４には、前記信号光６を伝送するファイバ７が通っている。
【０１２３】
また、前記傾斜台５に設置する前記光分割手段２は、前記光分割手段２を構成する前記偏光分離素子（方解石）２０７、前記ガラスブロック２０８、前記各ハーフミラー２０２ａ，２０２ｂ、前記全反射ミラー２０３、前記１／４波長板２０４、前記面型偏光子２０９は、例えば、接着剤を用いて１つのブロック状の部品にして設置しても良いし、個別に空間を空けて設置しても良い。
【０１２４】
また、前記固定板４には、図５に示したように、前記ファイバ７を切断する深さの溝４Ａを設けておき、前記溝４Ａに、例えば、前記ファイバ７を伝送する信号光６を分離するハーフミラー８を挿入しておく。このとき、前記ハーフミラー８で分離した光の一方（入射光１）は、前記偏波測定装置に入射される。
【０１２５】
またこのとき、前記ハーフミラー８と前記偏波測定装置の間には、図５に示したように、前記光分割手段２に入射する入射光１の入射角度を調整するプリズム９、及び入射光１をコリメートビームとするためのレンズ１０を設けておく。
【０１２６】
また、本実施例２の偏波測定装置のように、偏光分離素子２０７として方解石を用いた場合、前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの間隔が０．５ｍｍであるとすると、前記光分割手段２の大きさは、１５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ程度にすることができる。そのため、前記偏波測定装置の近くに偏波制御器（素子）を設置することができ、偏波状態の測定と同時に制御をすることができる。
【０１２７】
また、前記ファイバ７内の信号光６を、偏波状態を変化させずに外部に取り出すときには、図５に示したような方法に限らず、例えば、従来のように、ファイバコリメータを対向させて、光ファイバ内の信号光６を空間ビームとし、その間にハーフミラーを置いて、前記空間ビームの一部を取り出してもよい。
【０１２８】
以上説明したように、本実施例２の偏波測定装置によれば、前記光分割手段２で分割した４本の平行ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを、４個の受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄを有する受光素子（ディテクタアレイ）３を用いて受光することにより、従来の偏波測定装置と比べて、使用する光学部品を少なくすることができる。そのため、前記偏波測定装置の小型化、集積化が容易である。
【０１２９】
また、前記偏波測定装置の小型化、集積化が容易であるため、図５に示したように、ファイバや導波路を伝送する信号光から分離された光がディテクタアレイ３の受光面に到達するまでの距離を短くすることができる。
【０１３０】
また、偏光分離素子２０７及び前記ディテクタアレイ３は、安価で入手することが可能なので、前記偏波測定装置を安価にすることができる。
【０１３１】
また、前記偏波測定装置では、使用する光学部品の数を少なくすることができるので、光学系の調整が容易である。
【０１３２】
また、本実施例２で説明した偏波測定装置では、前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの干渉、前記光学部品中あるいは光路上における光の散乱や反射によって、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光する各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにノイズが入ることがある。そのため、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの前に、所望の光のみを通過させるスリットを設けることで、より正確な偏波状態の測定が可能となる。
【０１３３】
また、本実施例２の偏波測定装置でも、前記実施例１で説明したように、前記ディテクタアレイ３として、前記二次元ディテクタ３’を用いれば、複数の入射光の偏波状態を同時に測定することができる。そのため、前記偏波測定装置のアレイ化が容易である。
【０１３４】
（実施例３）
図６は、本発明による実施例３の偏波測定装置の概略構成を示す模式図である。
【０１３５】
本実施例３の偏波測定装置は、図６に示すように、入射光１を、第１ビーム１ａ，第２ビーム１ｂ，第３ビーム１ｃ，第４ビーム１ｄの４本の等間隔な平行ビームに分割する光分割手段２と、前記光分割手段２で分離した前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを受光する第１受光面３０１ａ，第２受光面３０１ｂ，第３受光面３０１ｃ，第４受光面３０１ｄを有する受光素子（以下、ディテクタアレイと称する）３と、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光した各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの出力から前記入射光１の偏波状態を算出する算出手段（図示しない）により構成されている。
【０１３６】
また、前記光分割手段２は、図６に示したように、偏光分離素子２０７と、ガラスブロック２０８中に設けられたハーフミラー２０２と、前記ガラスブロック２０８の傾斜面に設けられた全反射ミラー２０３と、４５度方向の１／４波長板２０４’と、０度方向の直線偏光子と、ファラデー素子２１０とを有する。
【０１３７】
このとき、前記入射光１は、前記全反射ミラー２０３が設けられた面側から前記ガラスブロック２０８に入射させるものとする。またこのとき、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３は、前記入射光１を３本の平行ビームに分割するように配置する。また、前記偏光分離素子２０７は、前記３本の平行ビームのうちの１本を、２本の平行ビーム、すなわち、前記第１ビーム１ａと第２ビーム１ｂに分離させるように配置する。
【０１３８】
前記偏光分離素子２０７は、入射光を角度θでｐ偏光とｓ偏光に分離する素子であり、例えば、カルサイト（方解石）を用いる。このとき、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３は、例えば、前記偏光分離素子２０７の光の入射面に対してθ／２度傾くように配置しておく。またこのとき、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３の位置を調節することで、前記平行ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを等間隔にすることができる。
【０１３９】
前記偏光分離素子２０７として方解石を用いた場合、１．５５μｍ帯において、入射した光を角度θ＝５．７５２度でｐ偏光とｓ偏光に分離することができる。そのため、前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの間隔ｄが０．５ｍｍのときには、前記方解石２０７の長さＬ１を４．９６３ｍｍとすれば、前記方解石２０７で分離した各ビーム１ａ，１ｂを前記各受光面３０１ａ，３０１ｂで受光することができる。またこのとき、前記ハーフミラー２０２と前記全反射ミラー２０３の距離Ｌ４を（Ｌ１／ｃｏｓθ）・ｃｏｓ（θ／２）とすれば、前記平行ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを等間隔にすることができ、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄのそれぞれで受光することができる。
【０１４０】
また、前記１／４波長板２０４’及び前記直線偏光子２０５’は、前記４本のビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうちの２本、例えば、第３ビーム１ｃと第４ビーム１ｄが通過するように配置する。また、前記ファラデー素子２１０は、前記４本のビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうちの１本、例えば、第４ビーム１ｄのみが通過するように配置する。またこのとき、前記ファラデー素子２１０は、光の偏光面を４５度（π／４）回転させる旋光子として用いる。前記ファラデー素子２１０として、例えば、ガーネット結晶を用いる場合は、前記第４ビーム１ｄの通過方向の厚さを４００μｍ程度にする。
【０１４１】
本実施例３の偏波測定装置を用いて入射光１の偏波状態を測定するときには、図６に示すように、前記全反射ミラー２０３が設けられた面側から、前記ガラスブロック２０８に光を入射する。
【０１４２】
前記ガラスブロック２０８に入射した入射光１は、前記ハーフミラー２０２で第１反射ビーム１ｅと第１透過ビーム（第４ビーム）１ｄに分離される。
【０１４３】
前記第１反射ビーム１ｅは、図５に示したように、前記全反射ミラー２０３で反射した後、前記ハーフミラー２０２で再び、第２反射ビーム１ｆと第２透過ビーム（第３ビーム）１ｃに分離される。
【０１４４】
前記第２反射ビーム１ｆは、前記全反射ミラーで反射した後、前記偏光分離素子（方解石）２０７で、ｐ偏光の第１ビーム１ａとｓ偏光の第２ビーム１ｂに分離される。前記偏光分離素子２０７で分離した第１ビーム１ａは、前記ディテクタアレイ３の第１受光面３０１で受光され、前記第２ビーム１ｂは、前記ディテクタアレイ３の第２受光面３０２で受光される。このとき、前記第１受光面３０１ａで受光した第１ビーム１ａの出力をＯＵＴ１とし、前記第２受光面３０１ｂで受光したビーム１ｂの出力をＯＵＴ２とする。
【０１４５】
一方、前記第２透過ビーム（第３ビーム）１ｃは、前記４５度方向の１／４波長板２０４’と前記０度方向の直線偏光子２０５’を通過して、前記ディテクタアレイ３の第３受光面３０１ｃで受光される。このとき、前記第３受光面３０１ｃで受光した第３ビーム１ｃの出力をＯＵＴ３とする。
【０１４６】
また、前記第１透過ビーム（第４ビーム）１ｄは、前記４５度方向の１／４波長板２０４、前記π／４回転のファラデー素子２１０、前記０度方向の直線偏光子２０５’を通り、前記ディテクタアレイ３の第４受光面３０１ｄで受光される。このとき、前記第４受光面３０１ｄで受光した第４ビーム１ｄの出力をＯＵＴ４とする。
【０１４７】
前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを受光したら、前記算出手段（図示しない）において、その出力（強度）ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４から、前記入射光１の偏波状態を表すストークスベクトル（ｗ，ｘ，ｙ，ｚ）を求める。前記ストークスベクトルは、前記実施例１及び実施例２で説明した方法と同様の方法で計算すればよいので、詳細な説明は省略する。本実施例３の偏波測定装置の場合、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３の反射率やロスを無視すると、前記各受光素子３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光した各ビームの出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４は、下記数式２１乃至数式２４のように表すことができる。
【０１４８】
【数２１】
2004212322.tif 000023
【０１４９】
【数２２】
2004212322.tif 000024
【０１５０】
【数２３】
2004212322.tif 000025
【０１５１】
【数２４】
2004212322.tif 000026
【０１５２】
前記光の出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４は数値で与えられるので、前記数式２１乃至数式２４から、前記入射光１のストークスベクトル（ｗ，ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができる。
【０１５３】
また、本実施例３の偏波測定装置は、例えば、前記実施例２で説明した偏波測定装置と同様であり、図５に示したように、ファイバあるいは導波路を伝送する信号光の偏波状態を測定するのに用いることができる。
【０１５４】
以上説明したように、本実施例３の偏波測定装置によれば、前記光分割手段２で分割した４本の平行ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを、４個の受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄを有する受光素子（ディテクタアレイ）３を用いて受光することにより、従来の偏波測定装置と比べて、使用する光学部品を少なくすることができる。そのため、前記偏波測定装置の小型化、集積化が容易である。
【０１５５】
また、本実施例３の偏波測定装置のように、前記入射光１を、１組のハーフミラー２０２及び全反射ミラー２０３で３本の平行ビームに分割させる場合、前記実施例２で説明した方法に比べて、前記ガラスブロック２０８を小型化することができ、前記偏波測定装置をさらに小型化することができる。
【０１５６】
また、前記偏波測定装置の小型化、集積化が容易であるため、前記実施例２で説明した偏波測定装置と同様に、ファイバや導波路を伝送する信号光の偏波状態を測定する際に、偏波状態が変化するのを防ぐことができる。そのため、前記信号光の偏波状態を正確に測定することができる。
【０１５７】
また、偏光分離素子２０７素子及び前記ディテクタアレイ３は、安価で入手することが可能なので、前記偏波測定装置を安価にすることができる。
【０１５８】
また、前記偏波測定装置では、使用する光学部品の数を少なくすることができるので、光学系の調整が容易である。
【０１５９】
また、本実施例３で説明した偏波測定装置では、前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの干渉、前記光学部品中あるいは光路上における光の散乱や反射によって、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光する各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにノイズが入ることがある。そのため、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの前に、所望の光のみを通過させるスリットを設けることで、より正確な偏波状態の測定が可能となる。
【０１６０】
また、本実施例３で説明した偏波測定装置では、前記ファラデー素子２１０は、光の偏光面をπ／４回転させるために用いている。そのため、前記ファラデー素子２１０の代わりに、例えば、水晶などの旋光子を用いても、同様の効果を得ることができる。
【０１６１】
また、本実施例３の偏波測定装置でも、前記実施例１で説明したように、前記ディテクタ３として、前記二次元ディテクタ３’を用いれば、複数の入射光の偏波状態を同時に測定することができる。そのため、前記偏波測定装置のアレイ化が容易である。
【０１６２】
（実施例４）
図７は、本発明による実施例４の偏波測定装置の概略構成を示す模式図である。
【０１６３】
本実施例４の偏波測定装置は、図７に示すように、入射光１を、第１ビーム１ａ，第２ビーム１ｂ，第３ビーム１ｃ，第４ビーム１ｄの４本の等間隔な平行ビームに分割する光分割手段２と、前記光分割手段２で分離した前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを受光する第１受光面３０１ａ，第２受光面３０１ｂ，第３受光面３０１ｃ，第４受光面３０１ｄを有する受光素子（以下、ディテクタアレイと称する）３と、前記光分割手段２と前記ディテクタアレイ３の間に配置されたスリット１１と、前記スリット１１と前記ディテクタアレイ３の間に配置されたレンズアレイ１２と、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光した各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの出力から前記入射光１の偏波状態を算出する算出手段（図示しない）により構成されている。
【０１６４】
また、前記光分割手段２は、例えば、図６に示したように、ガラス板２０６を挟むように設けられたハーフミラー２０２及び全反射ミラー２０３と、ファラデー素子２１０と、４５度方向の１／４波長板２０４’と、０度方向の直線偏光子２０５’とを有する。
【０１６５】
このとき、入射光は、前記全反射ミラー２０３が設けられた面側から前記ガラスブロック２０８に入射させるもとのする。またこのとき、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３は、前記入射光１を４本の平行ビームに分割するように配置する。
【０１６６】
また、前記ファラデー素子２１０は、例えば、ガーネット結晶を用いる。このとき、前記ファラデー素子２１０は、前記第１ビーム１ａと第２ビーム１ｂだけが通るように配置する。またこのとき、前記ファラデー素子２１０は、光の偏光面を４５度（π／４）回転させるために用いており、前記ガーネット結晶の場合には、厚さが４００μｍ程度のものを用いる。
【０１６７】
また、前記１／４波長板２０４’は、前記第１ビーム１ａのみが通るように配置する。また、前記直線偏光子２０５’は前記第１ビーム１ａ、第２ビーム１ｂ、第３ビーム１ｃが通るように配置する。
【０１６８】
本実施例４の偏波測定装置は、前記実施例１乃至前記実施例３で説明した偏波測定装置と異なり、図７に示したように、前記ハーフミラー２０２及び全反射ミラー２０３を貼り付けたガラス板２０６で、前記入射光１を多重反射させて平行ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに分離させた後、前記ファラデー素子２１０、前記１／４波長板２０４’、前記直線偏光子２０５’を用いて、各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの位相及び偏光面の方向を変えるようにする。
【０１６９】
本実施例４の偏波測定装置を用いて入射光１の偏波状態、言い換えると、入射光のストークスベクトル（ｗ，ｘ，ｙ，ｚ）は、前記実施例１乃至実施例３で説明したのと同様の考え方で求められる。すなわち、前記各ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが通る、前記各光学部品のミュラー行列を用いて、前記各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光した光の出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵＴ３，ＯＵＴ４のそれぞれを、入射光１のストークスベクトル（ｗ，ｘ，ｙ，ｚ）の関数で表し、前記各成分を求めればよい。
【０１７０】
図８は、本実施例４の偏波測定装置の設置例を説明するための模式図である。
【０１７１】
本実施例４の偏波測定装置は、例えば、ファイバ中の信号光の偏波状態を測定するときに用いる。このとき、前記偏波測定装置は、例えば、図８に示すように、固定板４上に設けられた傾斜台５に前記光分割手段２、前記スリット１１、前記レンズアレイ１２、前記ディテクタ３を設置する。このとき、前記固定板４には、前記信号光６を伝送するファイバ７が通っている。
【０１７２】
また、前記傾斜台５に設置する前記光分割手段２は、前記光分割手段２を構成する前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３を貼り付けた前記ガラス板２０６、前記ファラデー素子２１０、前記１／４波長板２０４’、前記直線偏光子２０５’は、例えば、接着剤を用いて１つのブロック状の部品にして設置しても良いし、個別に空間を空けて設置しても良い。
【０１７３】
また、前記固定板４には、図８に示したように、前記ファイバ７を切断する深さの溝４Ａを設けておき、前記溝４Ａに、例えば、前記ファイバ７を伝送する信号光を分離するハーフミラー８を挿入しておく。このとき、前記ハーフミラー８で分離した光の一方（入射光１）は、前記光分割手段２に入射される。
【０１７４】
またこのとき、前記ハーフミラー８と前記偏波測定装置の間には、図８に示したように、前記光分割手段２に入射する光１の入射角度を調節するためのプリズム９、及び前記入射光１をコリメートビームとするためのレンズ１０を設けておく。
【０１７５】
本実施例４の偏波測定装置では、前記ディテクタアレイ３の受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄの間隔ｄが０．５ｍｍであるとすると、前記光分割手段２の大きさは、５ｍｍ×７ｍｍ×２ｍｍ程度にすることができる。そのため、前記偏波測定装置の近くに偏波制御器（素子）を設けることができ、偏波状態の測定と同時に制御をすることができる。
【０１７６】
以上説明したように、本実施例４の偏波測定装置によれば、前記光分割手段２で分割した４本の平行ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを、４個の受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄを有する受光素子（ディテクタアレイ）３を用いて受光することにより、従来の偏波測定装置と比べて、使用する光学部品を少なくすることができる。そのため、前記偏波測定装置の小型化、集積化が容易である。
【０１７７】
また、前記偏波測定器の小型化、集積化が容易であるため、図８に示したように、ファイバや導波路を伝送する信号光から分離された光がディテクタ３に到達するまでの距離を短くすることがでる。
【０１７８】
また、ファラデー素子２１０及び前記ディテクタアレイ３は、安価で入手することが可能なので。前記偏波測定装置を安価にすることができる。
【０１７９】
また、前記偏波測定装置では、前記ガラス板２０６にハーフミラー２０２及び全反射ミラー２０３を張り合わせ、前記入射光１を多重反射させるので、平行であり、かつ、等間隔あるいは最小間隔の整数倍の光ビームを容易に得ることができる。そのため、従来の偏波測定器に比べて、使用する光学部品の数を少なくすることができ、光学系の調整が容易である。
【０１８０】
また、本実施例４で説明した偏波測定装置のように、スリット１１及びレンズアレイ１２を設けることで、前記ディテクタアレイ３の各受光面３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄで受光する光のクロストークを低減し、より正確な偏波状態の測定が可能となる。
【０１８１】
また、本実施例４で説明した偏波測定装置では、前記ファラデー素子２１０は、光の偏光面をπ／４回転させるために用いている。そのため、前記ファラデー素子１０の代わりに、例えば、水晶などの旋光子を用いても、同様の効果を得ることができる。
【０１８２】
また、本実施例４の偏波測定装置でも、前記実施例１で説明したように、前記ディテクタアレイ３として、前記二次元ディテクタ３’を用いれば、複数の入射光の偏波状態を同時に測定することができる。そのため、前記偏波測定装置のアレイ化が容易である。
【０１８３】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。
【０１８４】
例えば、前記１／４波長板２０４、前記直線偏光子２０５、面型偏光子２０９、旋光子などの光学部品は、前記各実施例で説明した位置、順番に限らず、前記各光学部品の位置、順番を入れ替えても、前記各実施例で説明した偏波測定装置と同様の効果を得ることができる。
【０１８５】
また、前記各実施例では、前記ハーフミラー２０２及び前記全反射ミラー２０３を利用して前記入射光１を多重反射させて、４本の平行ビーム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに分割したが、これに限らず、例えば、偏光ビームスプリッタで分離して平行ビームに分割してもよい。
【０１８６】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
（１）偏波測定装置の小型化、集積化が可能である。
（２）偏波測定装置を安価にすることができる。
（３）偏波測定装置の光学系の調整を容易にすることができる。
（４）偏波測定装置のアレイ化を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例１の偏波測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本実施例１の偏波測定装置の設置例を説明するための模式図である。
【図３】前記実施例１の応用例を説明するための模式図である。
【図４】本発明による実施例２の偏波測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】本実施例２の偏波測定装置の設置例を説明するための模式図である。
【図６】本発明による実施例３の偏波測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】本発明による実施例４の偏波測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】本実施例４の偏波測定装置の設置例を説明するための模式図である。
【図９】従来の偏波測定装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１…入射光、１ａ…第１ビーム、１ｂ…第２ビーム、１ｃ…第３ビーム、１ｄ…第４ビーム、２…光分割手段、２０１，２１０…ファラデー素子、２０２，２０２ａ，２０２ｂ…ハーフミラー、２０３…全反射ミラー、２０４，２０４’…１／４波長板、２０５，２０５’…直線偏光子、２０６…ガラス板、２０７…偏光分離素子、２０８…ガラスブロック、２０９…面型偏光子、３…受光素子（ディテクタアレイ）、３’…二次元ディテクタ、３０１ａ…第１受光面、３０１ｂ…第２受光面、３０１ｃ…第３受光面、３０１ｄ…第４受光面、４…固定板、５…傾斜台、６…信号光、７…ファイバ、８…ハーフミラー、９…プリズム、１０…レンズ、１１…スリット、１２…レンズアレイ、１３…コリメートレンズ、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…ハーフミラー、１５ａ，１５ｂ…全反射ミラー、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…偏光ビームスプリッタ、１７…プリズム、１８…１／４波長板、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ…１チャンネルのディテクタ。
【図１】
2004212322.tif 000027
【図２】
2004212322.tif 000028
【図３】
2004212322.tif 000029
【図４】
2004212322.tif 000030
【図５】
2004212322.tif 000031
【図６】
2004212322.tif 000032
【図７】
2004212322.tif 000033
【図８】
2004212322.tif 000034
【図９】
2004212322.tif 000035