(57)【要約】【課題】光学システムの所望の光学パラメータを迅速かつ正確に測定可能な測定手段を提供する。【解決手段】被測定対象デバイスについて干渉計及び偏光計の組み合わせ測定を行うことにより、偏光計のみまたは偏光分析器のみによって実施されるデバイスの特性解明における相対的な位相の不確実性が除去される。これにより、被測定デバイスの一定オフセットの範囲内までの群遅延と、色分散とを求めることができる。【選択図】図１ａ
2004004085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定デバイスに対する測定を実施するための干渉計・偏光計組み合わせシステムであって、
第１の端部と第２の端部を備える第１の干渉計アームと、
第１の端部と第２の端部を備える第２の干渉計アームと、
前記第１の干渉計アームの前記第１の端部及び前記第２の干渉計アームの前記第１の端部に光学的に結合される、光ビームを発生するための可調レーザ源と、前記第２の干渉計アームの前記第２の端部に光学的に結合されて、前記光ビームの第２の部分を受光し、前記第１の干渉計アームの前記第２の端部に選択的に光学的に結合されて、前記光ビームの第１の部分を選択的に受光する偏光計
を備え、
前記偏光計が、前記第２の干渉計アームの前記第１の端部と前記第２の端部の間に前記被測定デバイスが挿入されると、前記光ビームの前記第１の部分及び前記第２の部分の検出から生じる強度信号に対応する電気信号を発生するように構成されることを特徴とする、システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光関連システムにおける光学的パラメータの測定システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の高速通信システムは、波長の関数として、あるデバイス（装置または素子の場合もある。以下同様）の群遅延を正確に知ることを必要とする。多くの光学デバイスは、入射偏光状態によって決まる群遅延を生じる。これらの光学デバイスは、事実上、偏光依存群遅延を生じる。偏光計によって測定を実施しても、高速偏光入射状態と低速偏光入射状態との群遅延差を求めることしかできない。この限界を反映して、偏光計では、高速偏光入射状態と低速偏光入射状態の個別群遅延を測定することは不可能である。
【０００３】
典型的な偏光計は、光学デバイスのジョーンズ行列を決定することが可能である。ジョーンズ行列に含まれる情報は、群遅延時間差（ＤＧＤ）、偏光モード分散（ＰＭＤ）、及び、偏光依存損失（ＰＤＬ）といった、２ポート光学デバイスの多くの伝送特性を決定するのに十分である。あいにく、ジョーンズ行列によって得られる情報は、主偏光状態（偏光の主状態。Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　Ｓｔａｔｅｓ　ｏｆ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）の色分散（ＣＤ）及び群遅延（ＧＤ）を決定するには不十分である。色分散は、波長による光波信号の伝搬速度の変動であり、群遅延は、異なる波長における走行時間（ｔｒａｎｓｉｔ　ｔｉｍｅ）の差である。しかし、偏光分析器で測定可能なのは、２つの主偏光状態間における相対的群遅延、すなわち、ＤＧＤだけである。
【０００４】
下記非特許文献１には、偏光分析器をｒｆ変調移相技法に基づく色分散分析器と共に用いる測定手順が開示されている。この測定手順の場合、２つの計器を一緒に用いて、ＤＧＤ、ＰＭＤ、ＰＤＬ、ＧＤ、及び、ＣＤが求められる。この測定手順には、被測定デバイス（ＤＵＴ。または被測定物）の測定のために互いに独立して使用される、比較的高価で、複雑な２つの計器が必要になる。ＤＵＴは、２つの完全に別個の測定システムによって、別個の時間に測定しなければならないが、これによって、測定プロセスにエラーが導入される可能性もある。
【０００５】
群遅延時間差（ＤＧＤ）を求めるための偏光測定の場合、１０フェムト秒の精度が実証されている（下記非特許文献２を参照）が、群遅延時間差（ＤＧＤ）を求めるための干渉測定では、一般に、精度が１桁劣ることになる。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許出願第１０／０９９，４８０号明細書
【特許文献２】
米国特許出願第１０／００６，４９０号明細書
【非特許文献１】
Ｓｉｍｏｖａらによる、「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　Ｆｉｂｅｒ　Ｇｒａｔｉｎｇｓ」、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ、１９９９年、第４８巻、第５号、ｐ．９３９−９４３
【非特許文献２】
Ｈｅｆｆｎｅｒ著、ＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ、１９９２年、第４巻、第９号
【非特許文献３】
Ｄ．Ｄｅｒｉｃｋｓｏｎ著、「Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃｓ，Ｔｅｓｔ　ａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ、１９９８年
【非特許文献４】
Ｐ．Ｙ．Ｋｔｏｎａｓ及びＮ．Ｐａｐｐ著、「Ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ　ｅｎｖｅｌｏｐｅ　ａｎｄ　ｐｈａｓｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｒｅａｌ　ｓｉｇｎａｌｓ：ｔｈｅｏｒｙ，ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ａｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　ＥＥＧ　ａｎａｌｙｓｉｓ」、Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、１９８０年、第２巻、第４号、ｐ．３７３−３８５
【非特許文献５】
Ｂａｎｅｙ他著、「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　Ａｎａｌｙｚｅｒ」、ＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００２年３月１４日、３５５号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ＤＧＤ、ＰＭＤ、ＰＤＬ、ＧＤ、及び、ＣＤといった、所望の光学パラメータを迅速に、容易に、しかも、正確に測定することが可能な、光通信コンポーネントにとって望ましい測定システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、アジレント社（Ａｇｉｌｅｎｔ）の　８５０９Ｂのような典型的な偏光計または偏光分析器と干渉計を組み合わせて、干渉計・偏光計組み合わせシステムを形成することによって、ＤＵＴを繰り返し切り離したり再接続することなく、比較的短時間で、被測定デバイス（ＤＵＴ）に関連したＤＧＤ、ＰＭＤ、ＰＤＬ、ＧＤ、及び、ＣＤといった所望の光学パラメータの迅速かつ正確な決定が可能になり、従って、所望の光学パラメータの迅速かつ正確な測定の要求が満たされることになる。ＤＵＴは、光ファイバのような非能動素子または光増幅器のような能動素子とすることが可能である。さらに、本発明による干渉計・偏光計組み合わせシステムによれば、低コストな手段で、偏光分析器または偏光計だけを利用して実施することが可能な測定を拡張することが可能になる。こうした組み合わせシステムは、高速及び低速群遅延及び色分散を求めるための現在の完全に干渉計によるシステムに比較して有利である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
被測定光デバイスのジョーンズ行列
【数１】
2004004085.tif 000003
は、典型的な偏光分析器を用いて容易に決定することが可能である。ジョーンズ行列
【数２】
2004004085.tif 000004
は、複素定数Ｃの範囲内だけでしか決定されない。ここで、Ｃは、その位相が被測定光デバイスの入射光と出射光との位相差であり、その大きさが被測定光デバイスの透過率に関連しているところの複素定数である。この複素定数は、典型的な偏光計だけを用いて決定することはできない。伝達行列
【数３】
2004004085.tif 000005
は、次のように表される。
【００１０】
【数４】
2004004085.tif 000006
【００１１】
ジョーンズ行列の要素ｕｉｊは、偏光計による測定から決定することが可能であるが、Ｃを決定することはできない。被測定デバイス（ＤＵＴ）の伝達行列は、ＤＵＴへの入射光とＤＵＴからの出射光との関係を表わすものである。数学的に、この関係は次のように表わすことが可能である。
【００１２】
【数５】
2004004085.tif 000007
【００１３】
ここで、
【数６】
2004004085.tif 000008
は単位ベクトルである。
【００１４】
【数７】
2004004085.tif 000009
が、主偏光状態（ＰＳＰ）に対応する場合、高速偏光軸または低速偏光軸に対応することになるが、これは、
【数８】
2004004085.tif 000010
の偏光が、入射光の周波数の変化に応じて変化しないことを表わしている。定義により、
【数９】
2004004085.tif 000011
であるが、ここで、
【数１０】
2004004085.tif 000012
は、それぞれ、高速ＰＳＰ及び低速ＰＳＰを表わしている。ωに関して式（２）の両辺の導関数をとって、ＰＳＰの周波数独立性を考慮すると、次のようになる。
【００１５】
【数１１】
2004004085.tif 000013
【００１６】
ここで、
【数１２】
2004004085.tif 000014
である。式（３）は、特性方程式であり、
【数１３】
2004004085.tif 000015
の虚部が、主偏光状態に関連した高速及び低速群遅延に対応することを示している。式（３）に式（１）を代入し、プライム記号（′）がωに関する微分を表わすことに注目すると、下記のようになる。
【００１７】
【数１４】
2004004085.tif 000016
【００１８】
高速及び低速群遅延値について、Ｃを
【数１５】
2004004085.tif 000017
と書き直すと、次のようになる。
【００１９】
【数１６】
2004004085.tif 000018
ここで、固有値｛　｝は、括弧でくくられた引数の２つ固有値を表わしている。偏光計では、量ｄφｃ／ｄωを求めることはできないが、式（５）及び（６）から明らかなように、典型的な偏光計による測定だけを利用して、群遅延時間差（ＤＧＤ）を得ることが可能である。
【数１７】
2004004085.tif 000019
群遅延項を求めるには、ｄφｃ／ｄωを決定することが必要になる。
【００２０】
図１ａには、偏光計１７０を利用して、ジョーンズ行列の非干渉法による決定を可能にする、本発明によるＤＵＴ１２３の透過率測定システムの１実施態様が示されているが、一定のオフセット範囲内まで群遅延項τｇ±を求めることができるようにする干渉測定機能も含まれている。一定のオフセット範囲内まで群遅延を決定すれば、実際のネットワーク用途には十分である。被測定デバイス（ＤＵＴ）１２３は、図１ａに示すシステムを利用して、ＤＧＤ、ＰＭＤ、ＰＤＬ、ＧＤ、及び、ＣＤといった所望の光学パラメータが測定される、取り外し可能な光学コンポーネントである。本発明によれば、光接続は、一般に、光ファイバ、または、バルク光学素子のような光を導くために用いられる他の手段とすることが可能である。
【００２１】
図１ａには、本発明による１実施態様の略ブロック図が示されている。アジレント社の８１６４０Ｂのような可調レーザ源（ＴＬＳ。チューナブルレーザ源ともいう）１１０は、被掃引周波数光ビームを生じる局部発振器の働きをし、偏光の調整を可能にする偏光コントローラ（Ｐ．Ｃ．）１１５に光学的に接続されている。偏光コントローラ１１５は、ＴＬＳ１１０からの光ビームを分割して、干渉計アーム１３１及び１３２に送り込む、一般に、溶融ファイバ・カプラ（ｆｕｓｅｄ　ｆｉｂｅｒ　ｃｏｕｐｌｅｒ）である、光分割デバイス１２６に光学的に接続している。光分割デバイス１２６は、一般に、コンポーネントのテスト中に容易に挿入及び取り外しが行えるようにするコネクタ付きのピグテール（リード線）を用いて、被測定デバイス（ＤＵＴ）１２３に光学的に接続しており、また、一般には、溶融ファイバ・カプラである光分割デバイス１２７に光学的に接続している。ＤＵＴ１２３は、当業者には明らかなように、光ファイバとバルク光学素子の組み合わせ、あるいは、バルク光学素子だけを使用して、光分割デバイス１２６に光学的に接続することも可能である。ＤＵＴ１２３及び光分割デバイス１２７は、それぞれ、ＤＵＴ干渉計１９０の一部である、２つの独立した干渉計アーム１３１及び１３２上に位置している。光分割デバイス１２７は、波長基準ユニット（ＷＲＵ）１８０及び光スイッチ１２２に光学的に接続している。光スイッチ１２２は、一般に、溶融ファイバ・カプラである光結合デバイス１２８に光学的に接続している。ＷＲＵ１８０は、それ自体が、ＴＬＳ１１０からの被掃引周波数光を正確にモニタする働きをし、モニタした被掃引周波数光を表わす電気信号をプロセッサ１９９に対して出力する干渉計である。
【００２２】
ＤＵＴ１２３は、やはり、コンポーネントのテスト中に容易に挿入及び取り外しが行えるようにするコネクタ付きのピグテールを用いて、一般には、溶融ファイバ・カプラである結合デバイス１２８に光学的に接続している。ＤＵＴ１２３は、やはり、当業者には明らかなように、光ファイバとバルク光学素子の組み合わせ、あるいは、バルク光学素子だけを使用して、光結合デバイス１２８に光学的に接続することも可能である。結合デバイス１２８は、典型的な偏光計１７０の４方向分割器（４−ウェイ・スプリッタ）１５０に光学的に接続している。４方向分割器１５０は、光を分割して、光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４に送り込む。光スイッチ１２２が閉位置にある場合、光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４は、干渉計アーム１３１と１３２の光路差による干渉信号を検出する。４方向分割器１５０は、０°直線偏光子１６０、４５°直線偏光子１６１、右円偏光子１６２に光学的に接続し、光検出器１７４に直接接続している。０°直線偏光子１６０、４５°直線偏光子１６１、及び、右円偏光子１６２は、それぞれ、光検出器１７１、１７２、及び、１７３と光学的に接続している。光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４は、光信号を検出して、電気信号に変換し、プロセッサ１９９に伝送する。本発明によれば、光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４は、一般に、帯域幅が数百キロヘルツ（ｋＨｚ）以上である。プロセッサ１９９は、偏光計１７０に電気的に接続されており、光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４の出力を利用して、ＤＵＴ１２３の光学パラメータを求めるように構成されている。
【００２３】
図１ｂには、偏光計１７０を利用して、ジョーンズ行列の非干渉法による決定を可能にする、本発明によるＤＵＴ１２３の反射率測定システムの１実施態様が示されているが、一定のオフセット範囲内まで群遅延項τｇ±を求めることができるようにする干渉測定機能も含まれている。一定のオフセット範囲内まで群遅延を決定すれば、実際のネットワーク用途には十分であり、一定のオフセット範囲内までの群遅延が、対象とする光学パラメータである。被測定デバイス（ＤＵＴ）１２３は、図１ｂに示すシステムを利用して、ＤＧＤ、ＰＭＤ、ＰＤＬ、ＧＤ、及び、ＣＤといった所望の光学パラメータが測定される、取り外し可能な光学コンポーネントである。本発明によれば、光接続は、一般に、光ファイバ、または、バルク光学素子のような光を導くために用いられる他の手段とすることが可能である。
【００２４】
図１ｂには、本発明による１実施態様の略ブロック図が示されている。アジレント社の８１６４０Ｂのような可調レーザ源（ＴＬＳ）１１０は、被掃引周波数光ビームを生じる局部発振器の働きをし、一般には溶融ファイバ・カプラである光分割デバイス１１４に光学的に接続されている。光分割デバイス１１４は、偏光の調整を可能にする偏光コントローラ（Ｐ．Ｃ．）１１５、及び、波長基準ユニット（ＷＲＵ）１８０に光学的に接続している。ＷＲＵ１８０は、それ自体が、ＴＬＳ１１０からの被掃引周波数光を正確にモニタする働きをし、モニタした被掃引周波数光を表わす電気信号をプロセッサ１９９に対して出力する干渉計である。偏光コントローラ１１５は、一般には溶融ファイバ・カプラである、光カプラ１２９に光学的に接続している。光結合デバイス１２９は、ＴＬＳ１１０からの光ビームを分割して、干渉計アーム１３３及び１３４に送り込む。光結合デバイス１２９は、それぞれ、２つの独立した干渉計アーム１３３及び１３４上に位置する、ＤＵＴ１２３及び光スイッチ１２２に光学的に接続している。光スイッチ１２２は、光路長の調整のため、移動させることが可能なミラー１４５に光学的に接続している。光結合デバイス１２９は、偏光計１７０の４方向分割器１５０にも光学的に接続している。４方向分割器１５０は、光を分割して、光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４に送り込む。光スイッチ１２２が閉位置にある場合、光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４は、干渉計アーム１３３と１３４の光路差による干渉信号を検出する。４方向分割器１５０は、０°直線偏光子１６０、４５°直線偏光子１６１、右円偏光子１６２に光学的に接続し、光検出器１７４に直接接続している。０°直線偏光子１６０、４５°直線偏光子１６１、及び、右円偏光子１６２は、それぞれ、光検出器１７１、１７２、及び、１７３と光学的に接続している。光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４は、光信号を検出して、電気信号に変換し、プロセッサ１９９に伝送する。本発明によれば、光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４は、一般に、帯域幅が数百キロヘルツ（ｋＨｚ）以上である。プロセッサ１９９は、偏光計１７０に電気的に接続されており、光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４の出力を使用して、ＤＵＴ１２３の光学パラメータを求めるように構成されている。
【００２５】
典型的な偏光計１７０は、当業者には周知のように、反射率、透過率、ＰＭＤ、ＰＤＬ、及び、ＤＧＤを求めるために利用可能である。例えば、非特許文献３を参照されたい。尚、この文献の内容は参照により本明細書に組み込むものとする。スイッチ１２２は、ＤＵＴ１２３を通過した後の偏光測定といった偏光測定の実施時には、開位置のままである。しかし、一定のオフセット範囲内まで群遅延を求めるには、干渉測定が必要であり、この場合、スイッチ１２２を閉じて、結合デバイス１２８（図１ａ参照）またはミラー１４５（図１ｂ参照）に対する第２の光接続を完成させる。ＴＬＳ１１０によって発生する周波数掃引された光ビームは、光分割デバイス１２６によって２つの光ビームに分割されて、それぞれ、図１ａのＤＵＴ干渉計１９０の干渉計アーム１３１及び干渉計アーム１３２に入射するか、あるいは、光カプラ１２９によって２つの光ビームに分割されて、それぞれ、図１ｂのＤＵＴ干渉計１９１の干渉計アーム１３３及び干渉計アーム１３４に入射する。干渉計アーム１３１における光ビームは、ＤＵＴ１２３を通過して、光結合デバイス１２８に達し、干渉計アーム１３２における光ビームは、光スイッチ１２２を通過して、光結合デバイス１２８に達し、両方の光ビームとも、偏光計１７０に対して出射される（図１ａ参照）。干渉計アーム１３３における光ビームの一部は、ＤＵＴ１２３から光結合デバイス１２８に反射され、干渉計アーム１３２における光ビ−ムは、光スイッチ１２２を通過して、ミラー１４５に達して、光結合デバイス１２８に反射され、両方の光ビームとも、偏光計１７０に対して出射される（図１ｂ参照）。偏光計１７０は、次に、偏光に応じて、光を成分、一般には、０°、４５°、及び、右円偏光をそれぞれ有する３つの偏光成分、及び、非偏光成分に分割する。可調レーザ源１１０の偏光に関係なく、一般に、光検出器１７１、１７２、及び、１７３の少なくとも１つにおいて、波長の関数として、２つの光ビーム間の位相差φＤを測定するのに十分な干渉信号が存在する。測定精度を最高にするため、一般に、プロセッサ１９９によって、２つの光ビーム間の位相差に関して、最大の干渉信号の分析が実施される。当業者には明らかなように、図１ａ及び図１ｂに示す本発明による実施態様を組み合わせて、例えば、図１ａにおけるＤＵＴ干渉計アーム１３１にもう１つの光スイッチを追加することによって、本発明による実施態様の１つを容易に得ることが可能である。
【００２６】
本発明による実施態様の１つでは、
【数１８】
2004004085.tif 000020
を用いる一例が示される。これは、一般に、偏光コントローラ１１５を適切に調整して、ＴＬＳ１１０からの被掃引周波数光ビームの偏光を制御することによって実現可能である。簡略化のため、やはり、偏光計１７０の光検出器１７１において最も強度が高い干渉信号が測定されるものと仮定する。しかし、当業者には容易に理解されるように、本発明に従って、光検出器１７２または１７３及び任意の既知の入射偏光を利用することが可能である。光検出器１７１ではなく、光検出器１７２または１７３において最も強度が高い干渉信号が測定される場合には、光検出器１７２または１７３に入射する光の偏光における相違を考慮して、本明細書で提示する分析に関する細部に修正が施される。一般に、その結果には、ジョーンズ行列の要素ｕ１１、ｕ１２、ｕ２１、ｕ２２の組み合わせが含まれることになる。ＤＵＴ１２３に関するジョーンズ行列の要素は、例えば、非特許文献３に記載されているように、３つの既知の入射偏光に応答して、３つの出力ジョーンズ・ベクトルまたは出射偏光から求めることが可能である。
【００２７】
一般に、３つの既知の入射偏光は、０°直線偏光、９０°直線偏光、及び、４５°直線偏光である。光ビームの３つの入射偏光は、一般に、偏光コントローラ１１５を利用して、ＴＬＳ１１０からの光ビームの偏光を制御することによって選択される。この測定に関するＴＬＳ１１０からの光ビームは、被掃引周波数、または、より一般的には、階段状に変化する周波数を有するものとすることが可能であるという点に留意されたい。次に、０°直線偏光、９０°直線偏光、及び、４５°直線偏光の入射に対応する光ビームのそれぞれの出射偏光が、偏光計１７０を用いて決定される。この測定に関して、光が干渉計アーム１３２を通って進行するのを阻止するために、光スイッチ１２２は開位置にあるという点に留意されたい。例えば、０°直線入射偏光に対応する出力ジョーンズ・ベクトルが（Ｘ１、Ｙ１）であり、９０°直線入射偏光に対応する出力ジョーンズ・ベクトルが（Ｘ２、Ｙ２）であり、４５°直線入射偏光に対応する出力ジョーンズ・ベクトルが（Ｘ３、Ｙ３）であるとすると、ジョーンズ行列の要素を決定する比率を下記のように規定することが可能である。
ｋ１＝Ｘ１／Ｙ１；ｋ２＝Ｘ２／Ｙ２；ｋ３＝Ｘ３／Ｙ３；及び、ｋ４＝（ｋ３−ｋ２）／（ｋ１−ｋ３）
ｋ１、ｋ２、及びｋ３は、それぞれの測定された出射偏光に関して、対応するストークス・パラメータｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３によって表わすことが可能である点に留意されたい。従って、ｊ＝１、２、３について、
【００２８】
【数１９】
2004004085.tif 000021
である。
【００２９】
ここで、ｊは、ｋｊに対応するｊ番目のストークス・パラメータ群を表わしている。ジョーンズ行列の要素は、次の通りである。
ｕ１１＝ｋ１ｋ４　　　　　　　　　　　　　　　　　（８ａ）
ｕ１２＝ｋ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８ｂ）
ｕ２１＝ｋ４　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８ｃ）
ｕ２２＝１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（８ｄ）
さらに、複素定数Ｃの大きさＣ０は、ＤＵＴ１２３の透過率ＴＲを測定することによって決定される。透過率ＴＲは、ＤＵＴ１２３を所定位置に配置した状態で受光器１７４で測定された強度と、干渉計アーム１３１においてＤＵＴ１２３を事実上ゼロ損失のパッチ・コード（不図示）により再配置した状態で受光器１７４で測定された強度との比をとることによって求めることが可能である。従って、
【数２０】
2004004085.tif 000022
となる。
【００３０】
ＤＵＴ１２３及び偏光子１６０を通過する光の電界
【数２１】
2004004085.tif 000023
は、
【数２２】
2004004085.tif 000024
を利用すると、式（１０）を用いて求めることが可能である点に留意されたい。
【００３１】
【数２３】
2004004085.tif 000025
【００３２】
干渉計アーム１３１を通って進行する光ビームの電界
【数２４】
2004004085.tif 000026
は、干渉計アーム１３２を通って進行する光ビームの電界
【数２５】
2004004085.tif 000027
と干渉する。従って、τｔｌｓは、光ビームが可調レーザ源１１０から干渉計アーム１３２を通って、光検出器１７１、光検出器１７２、光検出器１７３、または、光検出器１７４上で干渉が生じる位置に達するのに要する時間である。光検出器１７１に入射する２つの光ビームによる電界は、
【数２６】
2004004085.tif 000028
の和によって得られる。光検出器１７１によって測定される強度は、次のように表わされる。
【数２７】
2004004085.tif 000029
ここで、ｕ１１は
【数２８】
2004004085.tif 000030
として表わされ、Ｃは
【数２９】
2004004085.tif 000031
として表わされる。式（１１）における余弦（コサイン）の引数である位相φＤは、標準的な位相検出アルゴリズムを用いて求めることが可能であり、
φＤ＝φＣ＋φ１１−ωτｔｌｓ　　　　　　　　　　　　　（１２）
である。この測定では、τｔｌｓが一般に既知の量ではないため、実際にはφＣは求められない。τｔｌｓのこの不確実性のため、群遅延に一定のオフセットが生じることになる。しかし、φ１１は、例えば、偏光計１７０によって測定されるストークス・パラメータｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３の偏光計１７０による測定結果から求めることが可能である。測定されたストークス・パラメータによれば、次のようになる。
【数３０】
2004004085.tif 000032
ここで、
【００３３】
【数３１】
2004004085.tif 000033
であり、ａ１、ａ２は、それぞれ、光のｘ偏光成分及びｙ偏光成分の振幅である。
【００３４】
式（１２）を用いると、次のようになる。
φＤ−φ１１＝φＣ−ωτｔｌｓ　　　　　　　　　　　　（１４）
これは、測定量φＤ−φ１１が、周波数ωの関数として線形である位相オフセットを有することを表しており、この測定量を利用して、一定のオフセット範囲内まで群遅延を求めることが可能である。従って、伝達行列
【数３２】
2004004085.tif 000034
は、次のように表わすことが可能である。
【００３５】
【数３３】
2004004085.tif 000035
【００３６】
式（５）に関連して、次に、一定のオフセット範囲で、所望の高速及び低速群遅延を求めることが可能である。
【００３７】
【数３４】
2004004085.tif 000036
【００３８】
ここで、プライム記号（′）は、ωに関する微分を表わしている。φＣ及びωτｔｌｓに関して式（１６）を書き直すと、高速及び低速群遅延に関する一定オフセット項τｔｌｓが、下記のように明確に示される。
【００３９】
【数３５】
2004004085.tif 000037
【００４０】
従って、本発明の１実施態様によれば、ジョーンズ行列を決定する典型的な偏光計１７０と、単一偏光状態を利用して、干渉測定を行うＤＵＴ干渉計１９０を含むハイブリッド・システムによって、プロセッサ１９９を用いて、一定オフセット項τｔｌｓの範囲内までＤＵＴ１２３の高速及び低速群遅延を解明することが可能になる。さらに、ＤＵＴ１２３については、一般に、偏光計１７０によって決定される光学パラメータと共に、それぞれ、上述の高速及び低速群遅延の波長に関する導関数に対応する高速及び低速色分散（ＣＤ）を求めることが可能になる。
【００４１】
図２には、本発明に従って高速及び低速群遅延を求めるために、図１ａのプロセッサ１９９または図４及び５のプロセッサ４９９において行われる典型的な処理が示されている。プロセッサ１９９及び４９９は、光ビームの周波数掃引が行われる際、ＷＲＵ１８０からの電気信号を介して、ＴＬＳ１１０からの光ビームの周波数を追跡する。ステップ２１０では、被掃引周波数範囲における光検出器１７１、１７２、及び、１７３からの干渉信号が、入力としてプロセッサ１９９または４９９によって受信され、例えば、最も強い干渉信号が、一般に、分析のために選択される。位相φＤを求める方法は、周知のところである。例えば、上記非特許文献４を参照されたい。
【００４２】
次の３ステップにおいて、ステップ２１０で選択された干渉信号の分析信号が計算される。ステップ２２０では、選択された干渉信号（時系列）が、一般には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）手順を利用して、数値的に、時間領域から周波数領域にフーリエ変換される。ステップ２２５では、周波数領域における干渉信号の全ての負の周波数が、ゼロに設定される。ステップ２３０では、ステップ２２５の結果に数値的逆ＦＦＴを施して、時間領域における選択された干渉信号の分析信号が求められる。
【００４３】
ステップ２３５では、ステップ２３０において求められた分析信号の位相φＤが、各データ・ポイント毎に、分析信号の実部で割った、分析信号の虚部の逆正接（ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ。アークタンジェント）を用いて、時間の関数として数値的に求められる。ステップ２３５において分析信号の位相φＤが決まると、ステップ２４０では、必要があれば、例えば、ＭＡＴＬＡＢ「アンラップ（ｕｎｗｒａｐ）」数値関数または同様のそうした関数または手順を利用して、位相φＤの数値的アンラッピングが行われることになる。「アンラップ」手順が実施されるのは、逆正接関数が、特定の範囲−π〜πにおいてのみ変動するためである。アンラップ手順によって、連続した位相項の変化がπを超える毎に、２πの倍数が加算される。時間の関数として、ＴＬＳ１１０の周波数調整に関する正確な知識を提供する働きをするＷＲＵ１８０からのデータを用いて、位相を時間補正して、正確な周波数結合（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ。または周波数連関）を得る。
【００４４】
ステップ２４５では、位相φＤ、及び、偏光計１７０からの偏光計による測定データから、周波数依存オフセット範囲内までφＣが計算される。
【数３６】
2004004085.tif 000038
を用いる場合は、ステップ２４５は式（１４）に対応する。φＣに関する計算の細部は、上述のように、光検出器１７１、１７２、１７３のうちのどれが選択されるかによって異なることになる。φＣが周波数依存オフセット範囲内まで計算されると、ステップ２５０では、一定のオフセット範囲内まで、τ±、すなわち、高速群遅延（ｆａｓｔ　ｇｒｏｕｐ　ｄｅｌａｙ）及び低速群遅延（ｓｌｏｗ　ｇｒｏｕｐ　ｄｅｌａｙ）が求められる。
【数３７】
2004004085.tif 000039
を用いる場合は、ステップ２５０は、プロセッサ１９９及び４９９における上記式（１６）の数値的評価（例えば、数値演算）に対応する。主偏光状態の色分散は、高速及び低速群遅延項の波長に関する導関数を用いて求めることが可能である。これらの結果から、平均をとることによって、偏光独立群遅延（偏光非依存群遅延。ＧＤ）（一定のオフセット範囲内までの）及び色分散（ＣＤ）を求めることが可能である。
【００４５】
図１、４、及び、５に示すように、本発明による実施態様における群遅延の決定は、いくつかのノイズ源によって損なわれる可能性がある。すなわち、振動及び音響ノイズは、一般に、干渉計アーム１３１及び１３２の光路長を変動させる可能性がある。光路長が変動すると、群遅延に関する測定データが変動することになる。光パターンをモニタし、モニタした光パターンに基づいて補正することにより、補正を施すことが可能である。例えば、「Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｎｏｉｓｅ　Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｎ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　ｓｙｓｔｅｍ」と題する上述の特許文献１（代理人整理番号１００１０７４９−１）を参照されたい。尚、この文献の内容は参照により本明細書に組み込むものとする。
【００４６】
干渉測定におけるもう１つの典型的なノイズ源は、可調レーザ源（ＴＬＳ）１１０からの位相ノイズである。量子効果のため、可調レーザ源１１０の線幅は有限である。従って、ある任意の時間に生じる光は、時間間隔がＴＬＳ１１０のコヒーレンス時間を超えると、後の時間に生じる光とコヒーレントであることができず、このため、出射光に位相変動が生じる。出射光の位相が変動すると、群遅延τｇの測定エラーに直結することになる。例えば、「Ｐｈａｓｅ　ＮｏｉｓｅＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｎ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ」と題する上記特許文献２（代理人整理番号１００１０７５０−１）を参照されたい。尚、この文献の内容は参照により本明細書に組み込むものとする。
【００４７】
上述のノイズ源である、干渉アーム長の変動及び位相変動は、両方とも、ランダム・プロセスであるため、平均をとることによって測定に対するノイズの影響を軽減することができる。群遅延τｇの反復測定結果は、一般に、図１ａのプロセッサ１９９または図４及び５のプロセッサ４９９によって平均される。従って、Ｎの平方根だけノイズが低減される。ここで、Ｎは、実施される測定数である。
【００４８】
図３には、ある周波数範囲にわたるＴＬＳ１１０の掃引時に、ＴＬＳ１１０の被掃引周波数を追跡するために用いられる典型的なＷＲＵ１８０の詳細が示されている。ＷＲＵ１８０は、一般に、測定された周波数に対応する電気信号をプロセッサ１９９または４９９に送信する。ＷＲＵ１８０は、２つのファラデー・ミラー１８３及び１８４を備えており、２つの干渉アーム１９２及び１９３が、光検出器１８５と共に設けられている。光ビームは、光接続１９１によってＷＲＵ１８０に入射し、ファイバ・カプラ１９５によって２つの光ビームに分割されて、それぞれ、光接続１９２及び１９３に送り込まれる。２つの光ビームは、ファラデー・ミラー１８３及び１８４からの反射後、光検出器１８５において干渉する。光干渉信号は、光検出器１８５によって測定され、図１ａのプロセッサ１９９または図４及び５のプロセッサ４９９に対して電気信号として出力される。
【００４９】
図１ａを参照すると、ＴＬＳ１１０は、一般に、２つの干渉計、すなわち、アーム１３１及び１３２を備えたＷＲＵ１８０及びＤＵＴ干渉計１９０に光を送り込む。ＤＵＴ干渉計１９０は、ＤＵＴ１２３に関する群遅延データを測定する。一定のオフセット範囲内まで群遅延τｇを正確に求めるには、一般に、時間の関数としてＴＬＳ１１０の周波数同調（周波数調整）を行うことが必要になる。ＷＲＵ１８０は、時間の関数としての周波数調整に関する正確な知識を提供する働きをする。一般に、ＤＵＴ干渉計１９０及びＷＲＵ１８０に関連した光路長は、同じではない。例えば、ＤＵＴ干渉計１９０のアーム１３１及び１３２は、ＷＲＵ１８０のアーム１９２及び１９３よりも長くすることが可能である。この状況では、群遅延の決定が、ＷＲＵ１８０によって測定されるＴＬＳ１１０の周波数調整の速度に依存しているので、ＤＵＴ１２３に関連した群遅延τｇの決定にエラーが導入されることになる。
【００５０】
ＴＬＳ１１０がその周波数を線形的（または直線的）に同調（調整）しない場合は、光路長の不一致は、とりわけ、有害である。現行の可調レーザ・テクノロジでは、一般に、レーザの周波数掃引の完全な線形同調は不可能である。ＴＬＳ１１０の同調範囲には、周波数が急速に変化する部分もあれば、周波数が緩やかに変化する部分もあり得る。ＤＵＴ干渉計１９０及びＷＲＵ１８０の光路長が異なる場合には、非線形周波数同調によってかなりのエラーを生じることになる。本発明による実施態様の１つでは、一般には、プロセッサ１９９（図１ａ参照）または４９９（図４及び５参照）のハードウェアまたはソフトウェアにおいて、実験的に求められた時間遅延を適用することにより、光路長の不一致を補正することが可能になる。
【００５１】
上述のように、光路長の不一致は、一般に、計算された時間遅延を適用することによって補正可能である。利用に適した時間遅延は、下記の分析によって示される。
【００５２】
ＴＬＳ１１０または他の典型的な可調レーザ源によって発生する光角振動数は、一般に次のように表わされる。
ω（ｔ）＝２π［ν０＋γｔ＋χ（ｔ）］　　　　　　　　　　（１８）
ここで、ν０は掃引開始時における光周波数であり、γは線形掃引速度であり、ｔは時間であり、χ（ｔ）は掃引速度の非線形成分を表わしている。従って、光検出器１７１、１７２、１７３、または、１７４に対する入射強度Ｉｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｊは、下記に比例する。
【数３８】
2004004085.tif 000040
ここで、Ｉは信号の強度であり、ＰＬＯは干渉計アーム１３２（図１ａ）または１３４（図１ｂ）から受けるパワー（または電力）であり、ＰＤＵＴは干渉計アーム１３１（図１ａ）または１３３（図１ｂ）から受けるパワーであり、φＤｊは干渉の位相であり、全ての量は、ｊ＝１７１、１７２、１７３、または、１７４について、光検出器ｊにおいて評価される。量τｍは、光が、ＴＬＳ１１０から、それぞれ、干渉計アーム１３２または干渉計アーム１３４を介して、ＤＵＴ干渉計１９０（図１ａ）または１９１（図１ｂ）における光検出器１７１、１７２、１７３、または、１７４の任意の１つまで進む時間を表わしている。ＤＵＴ干渉計１９０または１９１におけるビート信号の位相は、一般に、次のように表わされる。
φＤ（ｔ＋τｍ）＝２π［ν０＋γｔ−γτ１＋χ（ｔ−τ１／２）］τ１＝ω（ｔ−τ１／２）τ１＝ω１τ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２０）
ここで、掃引速度の非線形成分χ（ｔ）は、τ１のオーダーの時間スケールで緩やかに変動するものと仮定する。τ１が、一般に、１０−８秒のオーダーであって、ＤＵＴ干渉計１９０（図１ａ）の干渉計アーム１３１と１３２との間における光路長差、または、ＤＵＴ干渉計１９１の干渉計アーム１３３と１３４との間における光路長差に関連した時間遅延であるため、この仮定は有効であるという点に留意されたい。周波数ω１は、時間（ｔ−τ１／２）において評価される、式（１８）からの周波数ωである。ＷＲＵ１８０において測定されるビート信号の位相は、同様に、下記に示すように求められる。
φＲ（ｔ＋τｍ＋τｄ）＝２π［ν０＋（γ＋χ）（ｔ−τ２／２）］τ２＝ω（ｔ−τ２／２）τ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２１）
【００５３】
時間遅延τｄは、干渉計外部における追加的な光路長によって被る遅延に相当する。例えば、図１ａの干渉計１９０の場合、光分割デバイス１２７からＷＲＵ１８０までの光路長と、光結合デバイス１２８から偏光計１７０までの光路長によって、干渉計外部の追加的な光路長が導入されることになる。時間遅延τ２は、ＷＲＵ１８０の光路長１９２と１９３との差に関連した時間遅延である。実験では、ＷＲＵ１８０の位相は、ＤＵＴ干渉計１９０または１９１の位相と同時に測定される。従って、式（２１）は、以下のように整理することができる。
φＲ（ｔ＋τｍ）＝ω（ｔ−τ２／２−τｄ）τ２＝ω２τ２　　　（２２）
ω２がＴＬＳ１１０によって時間（ｔ−τ２／２−τｄ）に放出される光角振動数である点に留意されたい。ＤＵＴ干渉計１９０及びＷＲＵ１８０を利用すると、ＴＬＳ１１０によって掃引される周波数範囲にわたるＤＵＴ１２３の群遅延は、φＲ及びφＤの開方（または、発展または展開。ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）から正確に求めることが可能である。群遅延は次のように表わされる。
【数３９】
2004004085.tif 000041
実験的には、φＤは、周波数ではなく、時間の関数として測定されるので、式（２３）が測定データを用いて直接評価されることはない。τ１が周波数の関数であるため、ω１の開方を位相φＤの開方から求めることはできない。しかし、ω２の開方は、ＷＲＵ１８０から求めることが可能であり、τ２は定数であるため、φＲ／τ２によって与えられる。下記について認識しておくことが重要である。
【００５４】
【数４０】
2004004085.tif 000042
φＤをω２に関して書き直すと次のようになる。
【００５５】
【数４１】
2004004085.tif 000043
【００５６】
ω２に関して微分すると、次のようになる。
【００５７】
【数４２】
2004004085.tif 000044
これは、明らかに、下記によって表わされる群遅延ではない。
【数４３】
2004004085.tif 000045
式（２６）における最後の２つの追加的な項は、エラー項である。典型的な条件下では、第２のエラー項は、第１のエラー項に比べると、無視できるほど小さい。エラー項は、式（２２）において、
【数４４】
2004004085.tif 000046
という変化を生じさせる（ω１は、時間（ｔ−τ１／２）におけるＴＬＳ１１０の周波数ωである）、
【数４５】
2004004085.tif 000047
という変換を施すことにより除去することが可能であり、従って、プロセッサ１９９（図１ａ参照）またはプロセッサ４９９（図４及び５参照）によって、ＷＲＵ１８０からの周波数データを用いて、正確な群遅延が得られるようにすることが可能になる。
【００５８】
実際には、正確な時間遅延を求めるプロセスは、本発明による１実施態様の場合、例えば、被測定デバイスの代わりに典型的な２メートルの単モード光ファイバ・パッチ・コード（不図示）を導入することによって実施することができる。よって、２メートルの単モード光ファイバ・バッチ・コード（不図示）は、図１ａ及び１ｂのＤＵＴ１２３又は図４及び５のＤＵＴ４２３に取って代わるものである。この場合、一般的には、所望の周波数範囲にわたって、ＴＬＳ１１０の同調が行われ、群遅延データに適用される時間遅延範囲の間、群遅延データがモニタされる。その範囲が含まれる（大きさの）程度は、２メートルの単モード光ファイバの光路長を真空内における光の速度で割ることによって推定可能である。２メートルの単モード光ファイバのパッチ・コードに関する予測群遅延は、上述のように導き出される正確な時間遅延が実験的に選択される場合には、周波数の関数として一定であることが分っている。一般に、プロセッサ１９９（図１ａ参照）またはプロセッサ４９９（図４及び５参照）に実験的に入力される時間遅延は、群遅延が光ファイバ・パッチ・コードについて一定になるまで、変動する。２メートルのパッチ・コードに関して、時間遅延が決定すると、任意のＤＵＴ１２３（図１ａ及び１ｂ参照）またはＤＵＴ４２３（図４及び５参照）に適用する必要のある時間遅延は、一般に、干渉周波数を調べることによって求められる。例えば、ＤＵＴ１２３が、１０メートルの光ファイバであれば、適用する必要のある時間遅延は、追加光路長の１／２を真空内における光の速度で割った値だけ増すことになる。この１／２という因子は、式（２２）に施される変換によって組み込まれるという点に留意されたい。これらの補正は、一般に、あらかじめ決められており、ユーザが気づかないように、プロセッサ１９９または４９９に組み込まれる。
【００５９】
被測定能動デバイス（ＤＵＴ）のＤＧＤ、ＰＭＤ、ＰＤＬ、ＧＤ、及び、ＣＤといった光学パラメータの測定が対象になる場合がある。一般に、能動ＤＵＴは、光ファイバ増幅器または半導体光増幅器である。光増幅器のテスト及び測定の詳細については、例えば、上記非特許文献３に記載されている。図４に示す本発明による１実施態様では、ジョーンズ行列の非干渉測定が可能になるが、干渉測定機能によって、能動ＤＵＴ４２３について、一定のオフセット範囲内まで低速及び高速群遅延を求めることも可能になる。図４の本発明による実施態様は、図１の本発明による実施態様に類似しているが、偏光計４７０に平衡受光器４７１、４７２、４７３、及び、４７４を含んでいて、飽和トーン発生器４０５から能動ＤＵＴ４２３に飽和トーンを導入する。
【００６０】
図４は、光増幅器のような能動デバイスの特性解明を可能にする、本発明による実施態様の１つに関する略ブロック図である。図４を参照すると、可調レーザ源（ＴＬＳ）１１０は、被掃引周波数光ビームを発生する局部発振器の働きをし、偏光コントローラ（Ｐ．Ｃ．）１１５に光学的に接続されている。飽和トーン発生器４０５は、偏光スクランブラ（Ｐ．Ｓ．）４０６に光学的に接続されている。偏光スクランブラ４０６は、光結合デバイス４２９に光学的に接続している。光結合デバイス４２９は、一般に溶融ファイバ・カプラであり、ＤＵＴ干渉計４９０の干渉計アーム４３１の一部をなしている。偏光コントローラ１１５は、ＴＬＳ１１０からの光ビームを分割して、干渉計アーム４３１及び４３２に送り込む光分割デバイス４２６に接続している。光分割デバイス４２６は、一般に、溶融ファイバ・カプラである。光分割デバイス４２６は、それぞれ、ＤＵＴ干渉計４９０の干渉計アーム４３１及び４３２の一部をなす、光結合デバイス４２９及び光分割デバイス４２７に接続している。
【００６１】
光結合デバイス４２９は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４７５に光学的に接続されている能動ＤＵＴ４２３に光学的に接続している。ＤＵＴ４２３に対する光学接続は、一般に、コンポーネントのテスト中に、容易に挿入及び取り外しが行えるようにするコネクタ付きのピグテールを用いて行われる。ＤＵＴ４２３は、当業者には明らかなように、光ファイバとバルク光学素子の組み合わせ、あるいは、バルク光学素子だけを利用して、光結合デバイス４２９及びＢＰＦ４７５に光学的に接続することも可能である。光分割デバイス４２７は、光スイッチデバイス４２２に光学的に接続し、ＷＲＵ１８０に光学的に接続している。ＷＲＵ１８０は、ＴＬＳ１１０からの光の周波数を正確にモニタする働きをして、ＴＬＳ１１０の被掃引周波数光を表わす電気信号をプロセッサ４９９に対して出力する。光結合デバイス４２８は、干渉計アーム４３２中の光スイッチ４２２に接続する。ＢＰＦ４７５は、一般に溶融ファイバ・カプラである光結合デバイス４２８にも光学的に結合している。光結合デバイス４２８は、光を分割して、４つの平衡受光器４７１、４７２、４７３、及び、４７４に送り込む偏光計４７０の４方向分割器４５０に接続している。平衡受光器４７１、４７２、４７３、及び、４７４は、干渉計アーム４３１と４３２の光路差による干渉信号を検出する。平衡受光器４７１、４７２、４７３及び４７４の各々は、光検出器４８６及び４８７もそなえている。４方向分割器４５０は、０°直線偏光子４６０、４５°直線偏光子４６１、右円偏光子４６２に光学的に接続し、平衡受光器４７４にも直接接続している。０°直線偏光子４６０、４５°直線偏光子４６１、及び、右円偏光子４６２は、それぞれ、平衡受光器４７１、４７２、及び、４７３と光学的に接続している。偏光計４７０は、プロセッサ４９９に電気的に接続されており、本発明に従って、平衡受光器４７１、４７２、４７３、及び、４７４からの出力を利用して、ＤＵＴ１２３の光学パラメータを求めるように構成されている。
【００６２】
能動デバイスの特性は、一般に、いくつかの変数の関数である。これらの変数には、一般に、能動デバイスに入る全パワー、能動デバイスに入射する光の周波数、及び、能動デバイスに入射する周波数の特定の組み合わせが含まれる。従って、一般には、例えば、エルビウムをドープしたファイバ増幅器のような光増幅器である、被測定能動デバイス（能動ＤＵＴ）４２３の特性解明時に、これらの変数を明らかにすることが重要になる。飽和トーン発生器４０５（図４及び５参照）は、能動ＤＵＴ４２３に入射する全パワー及び特定周波数の変更を可能にする。飽和トーンによるＤＵＴ４２３の光学的刺激によって、所望のネットワーク動作条件下において能動ＤＵＴ４２３の光学パラメータを測定することが可能になる。例えば、特定の波長分割多重化（ＷＤＭ）ネットワークにおいて、特定タイプの能動ＤＵＴ４２３の動作特性を解明することが望まれる場合がある。飽和トーン発生器４０５を利用して、ＷＤＭネットワークにおいて能動ＤＵＴ４２３が受けることになる動作条件をシミュレートすることが可能になり、従って、こうしたネットワークにおける能動ＤＵＴ４２３の性能について特性解明することが可能になる。飽和トーン発生器４０５は、一般に、能動ＤＵＴ４２３が用いられることになる特定のＷＤＭネットワークにとって望ましいそれぞれに異なる周波数におけるレーザのアレイを備えている。偏光スクランブラ４０６は、飽和トーン発生器４０５からの飽和トーンの入射偏光を変化させる機能を果たし、一般に、能動ＤＵＴ４２３における偏光ホール・バーニング（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｈｏｌｅ　ｂｕｒｎｉｎｇ）のような望ましくない効果を阻止する働きをする。偏光ホール・バーニングは、典型的な光増幅器から得ることが可能な利得を制限する。
【００６３】
飽和トーン発生器４０５に用いられるレーザの数及びそのそれぞれの周波数は、一般に、能動ＤＵＴ４２３が動作することになるネットワーク環境から決定され、飽和トーン発生器４０５が、能動ＤＵＴ４２３を光学的に刺激する。図４に示す実施態様に従って、選択された周波数範囲において能動ＤＵＴ４２３に関する干渉測定を実施するため、ＴＬＳ１１０によって掃引される周波数範囲において１つまたは複数のレーザが一般にオフにされる。次に、ＴＬＳ１１０が、作動し、所望の周波数範囲内の被掃引周波数光を発生する。能動ＤＵＴ４２３の非干渉測定の場合、飽和トーン発生器４０５の全てのレーザは、一般に、オンのままである。一般に、図４のＢＰＦ４７５が作動して、飽和トーン発生器４０５によって発生した飽和トーンをフィルタリングして除去し、飽和トーンが偏光計４７０に達するのを阻止するという点に留意されたい。従って、ＢＰＦ４７５は、飽和トーンによって、ＴＬＳ１１０からの被掃引周波数を用いた測定手順が悪影響を受けないようにする働きをする。図４のＢＰＦ４７５の有効な利用は、測定中にＴＬＳ１１０によって生じる被掃引周波数光の周波数が、飽和トーン発生器４０５によって生じる飽和トーンのどれとも明確に異なり、これらの周波数が、ＢＰＦ４７５を通過する、とみなすことにある。ＢＰＦ４７５は、飽和トーン発生器４０５によって導入される飽和トーンが平衡受光器４７１、４７２、４７３、及び、４７４に達するのを阻止するために利用されるので、図４の本発明による実施態様の動作、及び、能動ＤＵＴ４２３に関する詳細な測定分析は、図１ａ及びＤＵＴ１２３に関して上述したところに従うことになる。
【００６４】
一般に、図１ａ及び１ｂに示す単一光検出器１７１、１７２、１７３、及び、１７４の代わりに、図４及び５に示す平衡受光器４７１、４７２、４７３、及び、４７４を利用するのは、図４に示す飽和トーン発生器４０５の使用に関連したノイズ源のため、重要である。例えば、帯域通過フィルタ４７５では、一般に、飽和トーン発生器４０５からの飽和トーンに関連した全ての光を除去するのは不可能である。残りのわずかな量の飽和トーンでも、一般に、平衡受光器４７１、４７２、４７３、及び、４７４の光検出器４８６及び４８７の両方にノイズを生じさせるのに十分である。幸いにも、ノイズは、ＴＬＳ１１０からの検出光信号における強度変動によるものであって、検出光干渉信号によるものではないので、光検出器４８６及び４８７の両方において同相である。一方、検出光干渉信号は、光検出器４８６及び４８７において位相が１８０°ずれている。従って、光検出器４８６及び４８７における信号の差を求めることによって、受光器４７１、４７２、４７３、及び、４７４は同相ノイズを除去し、一方、検出光干渉信号を倍加することが可能になる。平衡受光器のより詳細な説明については、例えば、上記非特許文献５を参照されたい。尚、この文献の内容は参照により本明細書に組み込むものとする。
【００６５】
能動ＤＵＴ４２３に対して、ＴＬＳ１１０によって掃引されることになる周波数範囲において、飽和トーン発生器４０５による飽和トーンの影響を考慮した測定を実施するのが望まれる場合がある。図５には、本発明による適切な１実施態様が示されている。図５に示す実施態様は、図４に示す実施態様とは異なっている。図５の場合、干渉計５９０の干渉計アーム５３１は、帯域通過フィルタ４７５が省略されているが、他の点では干渉計アーム４３１と同様である。干渉計アーム５３２は、干渉計アーム４３２と同様である。ただし、飽和トーン発生器４０５からの飽和トーンがＤＵＴ４２３に達するのを選択的に阻止するため、偏光スクランブラ４０６と光コンバイナ４２９の間には、光スイッチ５０７が挿入されている。光スイッチ５０７のゲート動作によって、飽和トーンが能動ＤＵＴ４２３に到達できなくなる時点において、ＴＬＳ１１０を使用した能動ＤＵＴ４２３の測定が実施される。従って、プロセッサ４９９は、光スイッチ５０７が開位置になった時点からデータ処理を行うことになる。一般に、これは、プロセッサ４９９から、光スイッチのゲート動作を制御することによって実施される。図５に示す本発明による実施態様では、一般に、能動ＤＵＴ４２３の利得回復が生じる前に、能動ＤＵＴ４２３の測定が必要になる。この実施態様の場合、プロセッサ４９９によって光スイッチ５０７が操作されるゲート周波数は、ＴＬＳ１１０の掃引速度によって制限される。本発明による代替実施態様の場合、光スイッチ５０７は、受光器４７１、４７２、４７３、及び、４７４によって実施される測定と光スイッチ５０７との同期がとれるように、一般に、数メガヘルツの周波数で動作することが可能である。これについては、例えば、非特許文献３を参照されたい。従って、測定データのサンプリング時には、光スイッチ５０７は、必ず開位置にあり、飽和トーンは能動ＤＵＴ４２３に達しない。本発明による実施態様を用いる能動ＤＵＴ４２３の光学パラメータの測定中における飽和トーンの影響を軽減する他の方法については、本明細書での説明から、当業者には明らかになるであろう。
【００６６】
特定の実施態様に関連して本発明を説明したが、当業者にとっては、以上の説明に鑑みて、多くの代替、修正、及び、変更態様が自明であろう。従って、本発明には、特許請求の範囲に記載された発明の思想及び範囲内にあるこうした他の全ての代替、修正、及び、変更態様が包含される。
【００６７】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．被測定デバイスに対する測定を実施するための干渉計・偏光計組み合わせシステムであって、
第１の端部と第２の端部を備える第１の干渉計アームと、
第１の端部と第２の端部を備える第２の干渉計アームと、
前記第１の干渉計アームの前記第１の端部及び前記第２の干渉計アームの前記第１の端部に光学的に結合される、光ビームを発生するための可調レーザ源と、前記第２の干渉計アームの前記第２の端部に光学的に結合されて、前記光ビームの第２の部分を受光し、前記第１の干渉計アームの前記第２の端部に選択的に光学的に結合されて、前記光ビームの第１の部分を選択的に受光する偏光計
を備え、
前記偏光計が、前記第２の干渉計アームの前記第１の端部と前記第２の端部の間に前記被測定デバイスが挿入されると、前記光ビームの前記第１の部分及び前記第２の部分の検出から生じる強度信号に対応する電気信号を発生するように構成されることを特徴とする、システム。
２．さらに、前記可調レーザ源からの前記光ビームの偏光を調整可能にする偏光コントローラを備えることを特徴とする、上項１に記載のシステム。
３．さらに、前記偏光計に電気的に結合されたプロセッサを備えており、前記プロセッサが、前記偏光計から前記電気信号を受信して、前記電気信号に基づいて、前記被測定デバイスの光学パラメータを求めるように構成されることを特徴とする、上項１に記載のシステム。
４．前記光学パラメータが主偏光状態の色分散であることを特徴とする、上項３に記載のシステム。
５．さらに、前記可調レーザ源に光学的に結合されて、前記可調レーザ源からの前記光ビームの周波数をモニタ可能にする波長基準ユニットを含むことを特徴とする、上項３に記載のシステム。
６．前記プロセッサが、前記波長基準ユニットに電気的に結合されて、光路長の不整合を数値的に補正できるようになっていることを特徴とする、上項５に記載のシステム。
７．前記偏光計によって選択的に受光される前記光ビームの前記第１の部分は、受光されるようには選択されないことを特徴とする、上項１に記載のシステム。
８．前記偏光計が、前記光ビームの前記第２の部分の偏光に対応する電気信号を発生することを特徴とする、上項７に記載のシステム。
９．前記偏光計が４つの光検出器を備えることを特徴とする、上項１に記載のシステム。
１０．前記偏光計が、０°直線偏光子、４５°直線偏光子、及び、右円偏光子を備えることを特徴とする、上項１に記載のシステム。
１１．前記被測定デバイスが、被測定能動デバイスであることを特徴とする、上項１に記載のシステム。
１２．被測定能動素子に対する測定を実施するための干渉計・偏光計組み合わせシステムであって、
第１の端部と第２の端部を備える第１の干渉計アームと、
第１の端部と第２の端部を備える第２の干渉計アームと、
前記第１の干渉計アームの前記第１の端部及び前記第２の干渉計アームの前記第１の端部に光学的に結合される、光ビームを発生するための可調レーザ源と、飽和トーンを発生するための飽和トーン発生器であって、前記飽和トーンを受けて、前記被測定能動デバイスが光学的に刺激を受けるように前記被測定能動デバイスに送り込むための前記第２の干渉計アームの前記第１の端部に光学的に結合される、飽和トーン発生器と、
前記第２の干渉計アームの前記第２の端部に光学的に結合されて、前記光ビームの第２の部分を受光し、前記第１の干渉計アームの前記第２の端部に選択的に光学的に結合されて、前記光ビームの第１の部分を選択的に受光する偏光計
を備え、
前記偏光計が、前記第２の干渉計アームの前記第１の端部と前記第２の端部の間に前記被測定能動デバイスが挿入されると、前記光ビームの前記第１の部分及び前記第２の部分の検出から生じる強度信号に対応する電気信号を発生するように構成されることを特徴とする、システム。
１３．さらに、前記偏光計に電気的に結合されたプロセッサを備え、前記プロセッサが、前記偏光計から前記電気信号を受信して、前記電気信号に基づいて、前記被測定能動デバイスの光学パラメータを求めるように構成されることを特徴とする、上項１２に記載のシステム。
１４．さらに、前記可調レーザ源に光学的に結合されて、前記可調レーザ源からの前記光ビームの周波数をモニタする波長基準ユニットを備えることを特徴とする、上項１３に記載のシステム。
１５．プロセッサが、前記波長基準ユニット及び前記偏光計に電気的に結合されて、光路長の不整合を数値的に補正することを特徴とする、上項１４に記載のシステム。
１６．前記飽和トーン発生器が、前記第２の干渉計アームの前記第１の端部に選択的に光学的に結合され、これにより、前記飽和トーンが前記被測定能動デバイスに選択的に送り込まれて、前記飽和トーンが前記被測定能動デバイスに入力されていない時間に、前記プロセッサによる前記光学パラメータの決定が行えるようになっていることを特徴とする、上項１３に記載のシステム。
１７．前記光学パラメータが主偏光状態の色分散であることを特徴とする、上項１３に記載のシステム。
１８．前記偏光計に、同相ノイズを低減するための４つの平衡受光器が含まれることを特徴とする、上項１２に記載のシステム。
１９．さらに、前記可調レーザ源に光学的に結合されて、前記光ビームの偏光を調整可能にする偏光コントローラを備えることを特徴とする、上項１２に記載のシステム。
２０．さらに、前記飽和トーン発生器及び前記被測定能動デバイスに光学的に結合されて、前記被測定能動デバイスにおける偏光ホール・バーニングを阻止する偏光スクランブラを備えることを特徴とする、上項１２に記載のシステム。
２１．前記第２の干渉計アームが、前記被測定能動デバイスに光学的に結合されて、前記飽和トーンが前記光学組み合わせデバイスに達するのを阻止する帯域通過フィルタを備えることを特徴とする、上項１２に記載のシステム。
２２．前記偏光計によって選択的に受光される前記光ビームの前記第１の部分は、受光されるようには選択されないことを特徴とする、上項１２に記載のシステム。
２３．前記偏光計が、前記被掃引周波数光の前記第２の部分の偏光に対応する電気信号を発生することを特徴とする、上項２２に記載のシステム。
２４．被測定デバイスに対する干渉・偏光組み合わせ測定を行う方法であって、
第１の端部と第２の端部を備える第１の干渉計アームを設けるステップと、
第１の端部と第２の端部を備える第２の干渉計アームを設けるステップと、
前記第１の干渉計アームの前記第１の端部及び前記第２の干渉計アームの前記第１の端部に、光ビームを発生するための可調レーザ源を光学的に結合するステップと、
前記第２の干渉計アームの前記第２の端部に偏光計を光学的に結合して、前記光ビームの第２の部分を受光し、前記第１の干渉計アームの前記第２の端部に対して選択的な光学的結合を施して、前記光ビームの第１の部分を選択的に受光するステップ
を含み、
前記偏光計が、前記第２の干渉計アームの前記第１の端部と前記第２の端部の間に前記被測定デバイスが挿入されると、前記光ビームの前記第１の部分及び前記第２の部分の検出から生じる強度信号に対応する電気信号を発生するように構成されることを特徴とする、方法。
２５．さらに、偏光コントローラを設けて、前記可調レーザ源からの前記光ビームの偏光を調整可能にするステップを含むことを特徴とする、上項２４に記載の方法。
２６．さらに、前記偏光計に電気的に結合されるプロセッサを設けるステップを含み、前記プロセッサが、前記偏光計から前記電気信号を受信し、前記電気信号に基づいて、前記被測定デバイスの光学パラメータを求めるように構成されることを特徴とする、上項２４に記載の方法。
２７．前記光学パラメータが、主偏光状態の色分散であることを特徴とする、上項２６に記載の方法。
２８．さらに、前記可調レーザ源に光学的に結合されて、前記可調レーザ源からの前記光ビームの周波数をモニタできるようにする波長基準ユニットを設けるステップを含むことを特徴とする、上項２６に記載のシステム。
２９．前記プロセッサが、前記波長基準ユニットに電気的に結合されて、光路長の不整合を数値的に補正できるようになっていることを特徴とする、上項２８に記載の方法。
３０．前記偏光計によって選択的に受光される前記被掃引周波数光の前記第１の部分は、受光されるようには選択されないことを特徴とする、上項２４に記載の方法。
３１．前記偏光計が、前記被掃引周波数光の前記第２の部分の偏光に対応する電気信号を発生することを特徴とする、上項３０に記載の方法。
３２．前記偏光計が、０°直線偏光子、４５°直線偏光子、及び、右円偏光子を備えることを特徴とする、上項２４に記載の方法。
３３．被測定デバイスに対する測定を実施するための干渉計・偏光計組み合わせシステムであって、
光ビームを発生するための可調レーザ源と、
前記可調レーザ源に光学的に結合された第１の光路と、
前記可調レーザ源に光学的に結合された第２の光路と、
前記第２の光路に光学的に結合されて、前記光ビームの第２の部分を受光し、前記第１の光路に選択的に光学的結合を施されて、前記光ビームの第１の部分を選択的に受光する偏光計
を備え、
前記偏光計が、前記第２の光路に前記被測定デバイスが光学的に結合されると、前記光ビームの前記第１の部分及び前記第２の部分の検出から生じる強度信号に対応する電気信号を発生するように構成されることを特徴とする、システム。
３４．さらに、前記可調レーザ源からの前記光ビームの偏光を調整可能にする偏光コントローラを備えることを特徴とする、上項３３に記載のシステム。
３５．さらに、前記偏光計に電気的に結合されたプロセッサを備え、前記プロセッサが、前記偏光計から前記電気信号を受信して、前記電気信号に基づいて、前記被測定デバイスの光学パラメータを求めるように構成されることを特徴とする、上項３３に記載のシステム。
３６．前記光学パラメータが主偏光状態の色分散であることを特徴とする、上項３５に記載のシステム。
３７．さらに、前記可調レーザ源に光学的に結合されて、前記可調レーザ源からの前記光ビームの周波数をモニタ可能にする波長基準ユニットを備えることを特徴とする、上項３３に記載のシステム。
３８．前記プロセッサが、前記波長基準ユニットに電気的に結合されて、光路長の不整合を数値的に補正できるようになっていることを特徴とする、上項３７に記載のシステム。
３９．前記偏光計によって選択的に受光される前記光ビームの前記第１の部分は、受光されるようには選択されないことを特徴とする、上項３３に記載のシステム。
４０．前記偏光計が、前記光ビームの前記第２の部分の偏光に対応する電気信号を発生することを特徴とする、上項３９に記載のシステム。
４１．前記偏光計が４つの光検出器を備えることを特徴とする、上項３３に記載のシステム。
４２．前記偏光計が、０°直線偏光子、４５°直線偏光子、及び、右円偏光子を備えることを特徴とする、上項３３に記載のシステム。
４３．被測定デバイスに対して干渉・偏光組み合わせ測定を行うための方法であって、
可調レーザ源を設けるステップと、
偏光計を設けるステップと、
前記被測定デバイスを含む第１の光路を設けて、前記偏光計に前記可調レーザ源を光学的に結合するステップと、
前記偏光計に前記可調レーザ源を光学的に結合するために第２の光路を選択的に設けるステップであって、前記第２の光路が設けられると、前記偏光計による光学的干渉測定の実施が可能になるようにするステップ
を含む、方法。
４４．被測定デバイスに対する測定を行うための干渉計・偏光計組み合わせシステムであって、
可調レーザ源と、
偏光計と
第１の光路であって、前記被測定デバイスが前記第１の光路の一部をなす場合に、前記偏光計に前記可調レーザ源を光学的に結合する、第１の光路と、
前記偏光計に対する前記可調レーザ源の光学的結合を選択的に施す第２の光路を備え、
前記可調レーザ源が、前記第２の光路によって前記偏光計に光学的に結合される場合、及び、前記被測定デバイスが、前記第１の光路の一部をなす場合には、前記偏光計による光学的干渉測定の実施が可能になることを特徴とする、システム。
【００６８】
本発明によれば、被測定対象デバイスについて干渉を利用した測定と偏光を利用した測定との組み合わせ測定を行うことにより、偏光計のみまたは偏光分析器のみによって実施されるデバイスの特性解明における相対的な位相の不確実性が除去される。これにより、被測定デバイスの一定オフセットの範囲内までの群遅延と、色分散とを求めることができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、光関連システムにおける所望の光学パラメータを迅速かつ正確に測定することが可能な測定システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明による１実施態様の略ブロック図である。
【図１ｂ】本発明による１実施態様の略ブロック図である。
【図２】本発明による高速及び低速群遅延を求めるための流れ図である。
【図３】本発明の１実施態様による波長基準ユニットの詳細図である。
【図４】本発明による１実施態様の略ブロック図である。
【図５】本発明による１実施態様の略ブロック図である。
【符号の説明】
１１０　可調レーザ源
１２３　ＤＵＴ
１３１、１３２　干渉計アーム
１７０　偏光計
１９０、１９１　ＤＵＴ干渉計
１９９　プロセッサ
【図１ａ】
2004004085.tif 000048
【図１ｂ】
2004004085.tif 000049
【図２】
2004004085.tif 000050
【図３】
2004004085.tif 000051
【図４】
2004004085.tif 000052
【図５】
2004004085.tif 000053