(57)【要約】  【課題】複数の受光素子が近接して配置される光学系であっても入力信号光の偏光状態を高い精度で測定することができる小型の偏光状態測定装置を提供する。  【解決手段】本偏光状態測定装置は、入力信号光ＬINを３段構成の光カプラ１Ａ〜１Ｃで４つの信号光に分岐し、各分岐光路Ｐ1〜Ｐ4上に配置した複数の光学素子によって各信号光にそれぞれ相違した偏光および位相差を与え、各々の信号光パワーを対応する受光素子４1〜４4で検出し、その検出結果を基にストークスパラメータを演算して入力信号光ＬINの偏光状態を測定する装置について、同一の分岐光路上の隣り合う素子間で干渉系が形成されないように各素子を傾けて配置すると共に、それらの素子間で発生する迷光が他の分岐光路上の受光素子に到達しないように遮光壁５を設けたことを特徴とする。  【選択図】図１
2005140585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号光を複数の信号光に分岐する光分岐部と、
該光分岐部によって分岐された各信号光がそれぞれ伝搬する複数の分岐光路上に配置され、前記各信号光に対してそれぞれ相違した偏光および位相差を与える複数の光学素子と、
前記各分岐光路をそれぞれ伝搬した信号光を受光して各々のパワーを検出する複数の受光素子と、を備えた偏光状態測定装置であって、
同一の分岐光路上に配置された前記光学素子および前記受光素子のうちの隣り合う素子について、前段に位置する素子の光出射面と後段に位置する素子の光入射面とが実質的に平行とならないように傾けて配置されると共に、
該光入出射面が傾けて配置された素子間での反射によって発生する迷光が、当該分岐光路とは異なる他の分岐光路上に位置する前記受光素子に到達するのを阻止する遮光部を備えて構成されたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光状態測定装置であって、
前記光分岐部は、入力信号光を第１〜第４の信号光に分岐し、
前記複数の光学素子は、第１の信号光が伝搬する第１の分岐光路上に順に配置される、１／４波長板および予め設定した基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す第１の偏光子と、第２の信号光が伝搬する第２の分岐光路上に配置される、前記基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す第２の偏光子と、第３の信号光が伝搬する第３の分岐光路上に配置される、前記基準面に対して平行または垂直な偏光成分のみを通す第３の偏光子と、を有し、
前記複数の受光素子は、前記１／４波長板および前記第１の偏光子を通過した第１の信号光を受光する第１の受光素子と、前記第２の偏光子を通過した第２の信号光を受光する第２の受光素子と、前記第３の偏光子を通過した第３の信号光を受光する第３の受光素子と、前記光分岐部で分岐され第４の分岐光路を伝搬した第４の信号光を受光する第４の受光素子と、を有し、
前記１／４波長板の光出射面および前記第１の偏光子の光入射面と、前記第１の偏光子の光出射面および前記第１の受光素子の光入射面と、前記第２の偏光子の光出射面および前記第２の受光素子の光入射面と、前記第３の偏光子の光出射面および前記第３の受光素子の光入射面と、がそれぞれ実質的に平行とならないように傾けて配置されたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の偏光状態測定装置であって、
前記光分岐部は、入力信号光を１：３の分岐比で反射光および透過光に分岐する１段目の光カプラと、該１段目の光カプラからの透過光を１：２の分岐比で反射光および透過光に分岐する２段目の光カプラと、該２段目の光カプラからの透過光を１：１の分岐比で反射光および透過光に分岐する３段目の光カプラと、を有し、該１〜３段目の光カプラに与えられる各信号光の入射角が、ブリュースター角から離れた所定の角度に設定されていることを特徴とする偏光状態測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の偏光状態測定装置であって、
前記１段目の光カプラの反射光が前記第４の分岐光路を伝搬し、前記２段目の光カプラの反射光が前記第２の分岐光路および前記第３の分岐光路のうちの一方を伝搬し、前記３段目の光カプラの反射光が前記第１の分岐光路を伝搬し、前記３段目の光カプラの透過光が前記第２の分岐光路および前記第３の分岐光路のうちの他方を伝搬することを特徴とする偏光状態測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の偏光状態測定装置であって、
前記光分岐部、前記複数の光学素子および前記複数の受光素子が同一の基板上に実装されると共に、該基板の温度を一定に制御する温度制御部を備えたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号光の偏光状態をストークスパラメータ等の測定によって検出する偏光状態測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムでは、伝送容量を増大させるための１つの手段として、１チャンネル当りの通信速度を上げることが挙げられる。しかし、信号光のビットレートが１０Ｇｂｐｓ（ギガビット／秒）或いは４０Ｇｂｐｓを超える領域になってくると、信号光のパルス幅が数十ｐｓ（ピコ秒）となり、様々な要因で発生する波形歪みによって、各ビットの「０」レベルと「１」レベルの判別が困難となる。このような波形歪みは、システム長等の主要な仕様を決定する要因となるため、システム設計時には、波形歪みを補償する部品を配置するなどの措置を講じている。
【０００３】
信号光の波形歪みを発生させる要因として、偏光分散（Polarization Mode Dispersion；ＰＭＤ）がある。このＰＭＤは、例えば、光伝送路として用いられる光ファイバのコアの楕円化や側圧、部分的な温度変化などによって、２つの直交する偏光モード間に群遅延差（Differential Group Delay；ＤＧＤ）が生じるために起こる分散である。例えば、鉄道脇の振動等が印加される場所などに光ファイバが敷設されている場合、ＰＭＤ変化は非常に早く、その変化の速さは数ＫＨｚ程度といわれている。
【０００４】
上記のようなＰＭＤを補償するためのＰＭＤ補償器（以下、ＰＭＤＣとする）が近年各社で開発されている。公知のＰＭＤＣの構成は、基本的には信号光の波形歪みをモニタし、そのモニタ結果に応じてＰＭＤの補償量を制御するループバック系となる。しかし、波形歪みの状態や発生した分散量を直接定量的にモニタすることは難しく、その代替手段としては、偏光度（Degree of Polarization；ＤＯＰ）をモニタする方法が一般的であり、また、ビット誤り率（Bit Error Rate；ＢＥＲ）を測定する例や、電気的なスペクトル・ホール・バーニングを測定する例も知られている。
【０００５】
ＤＯＰは、偏光状態測定装置（偏光計）を使用して測定することが可能である。従来の偏光状態測定装置としては、例えば、偏光状態を表す４つのストークスパラメータの測定を行うものが知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。
図７は、上記のような従来の偏光状態測定装置の基本的な光学系の構成を示した図である。この光学系では、まず、入力信号光が光カプラ（ＣＰＬ）１で２５％ずつ４つに分岐される。そして、第１の分岐光は、１／４波長板（ＱＷＰ）２および予め設定した基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す偏光子（ＰＯＬ）３1を通過して、受光素子（ＰＤ）４1に入射される。第２の分岐光は、上記の基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す偏光子３2を通過して、受光素子４2に入射される。第３の分岐光は、上記の基準面に対して平行（または垂直）な偏光成分のみを通す偏光子３3を通過して、受光素子４3に入射される。第４の分岐光は、そのまま受光素子４4に入射される。
【０００６】
各受光素子４1，４2，４3，４4で光電変換されて出力される電気信号をＤQ，Ｄ45，Ｄ0，ＤTとすると、４つのストークスパラメータＳ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3は、次の（１）式に示す関係で表される。
【０００７】
【数１】
2005140585.tif 000003
ここで、Ｓ0は入力信号光の強度を表し、Ｓ1は水平直線偏光成分（０°）を表し、Ｓ2は４５°傾いた直線偏光成分を表し、Ｓ3は右旋円偏光成分を表している。上記のようなストークスパラメータＳ0〜Ｓ3を用いることにより、測定したいＤＯＰは次の（２）式の関係に従って表されるようになる。
【０００８】
【数２】
2005140585.tif 000004
【特許文献１】特開平６−１８３３２号公報
【特許文献２】特開平９−７２８２７号公報
【特許文献３】特表２００１−５２０７５４号公報
【特許文献４】特表２００３−５０８７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような従来の偏光状態測定装置については、次のような問題点がある。
（ａ）装置サイズの大型化
従来の偏光状態測定装置は、図７の光学系に示したように、光カプラ１、１／４波長板２、偏光子３1〜３3および受光素子４1〜４4といった多数の光学素子を所要の位置に配置しなければならないため、装置全体のサイズが大きくなってしまう傾向がある。
【００１０】
（ｂ）各光学素子で生じる反射光による測定精度の劣化
一般に、屈折率の変化する光学素子の光入射面等では入射光の一部が反射される。この反射光の発生を抑えるために、光学素子の光入射面等に反射防止膜を形成することが通常行われるが、反射防止膜によって反射光の発生を完全に無くすことは困難である。図７に示した光学系では、光カプラ１、１／４波長板２、偏光子３1〜３3および受光素子４1〜４4の各々の光入射面で反射光が生じる可能性があり、反射面となり得る箇所が多く存在する。これらの反射面の幾つかが前段の光学素子の光出射面に対して平行かまたはそれに近い状態にある場合には、例えば図８に示すように光の多重反射が発生して干渉系が形成されるようになる。このため、受光素子で検出される信号光のパワーが時間的に変動したり、透過特性が波長依存性を持つようになったりして測定精度が劣化してしまう。また、各光学素子の光入出射面で反射された光の一部は迷光となる可能性もあり、装置を小型化するために受光素子等の部品を近接配置した光学系では、上記の迷光が本来入射する受光素子とは異なる他の受光素子に入射して光の漏れ込み（クロストーク）を発生させ、測定精度の劣化を招いてしまう。
【００１１】
（ｃ）ｐ／ｓ波の間の位相ずれによる測定精度の劣化
従来の偏光状態測定装置では、４つのストークスパラメータＳ0〜Ｓ3を得るために入力信号光が光カプラ１により４つに分岐される。この光カプラ１として例えば誘電体多層膜を利用したものを使用した場合、その光カプラ１による分岐光（特に透過光）のｐ波（ｐ偏光）およびｓ波（ｓ偏光）の間で位相ずれが発生することが知られている。このようなｐ／ｓ波間の位相ずれの発生は、光パワーを分岐する機能としては問題ないが、光カプラ１を通過したことで偏光状態が変わってしまうため、光カプラ１の後段に偏光子等の光学素子が存在する場合、その偏光子等を透過する信号光のパワーに影響を及ぼすことになり、測定精度の劣化の要因になってしまう。
【００１２】
（ｄ）温度変動による測定精度の劣化
従来の偏光状態測定装置は、図７に示したように多数の光学素子から構成されるため、温度変動で各光学素子の特性が変化して測定精度が劣化してしまう。また、入力信号光を４分割した上で各光学素子を透過させるため、実装面積が大きくなって温度変動による光軸ずれの影響を受けやすくなってしまう。
【００１３】
本発明は、上記の（ａ）〜（ｄ）に示したような問題点に着目してなされたもので、複数の受光素子が近接して配置される光学系であっても入力信号光の偏光状態を高い精度で測定することができる小型の偏光状態測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため本発明の偏光状態測定装置は、入力信号光を複数の信号光に分岐する光分岐部と、該光分岐部によって分岐された各信号光がそれぞれ伝搬する複数の分岐光路上に配置され、前記各信号光に対してそれぞれ相違した偏光および位相差を与える複数の光学素子と、前記各分岐光路をそれぞれ伝搬した信号光を受光して各々のパワーを検出する複数の受光素子と、を備えるものであって、同一の分岐光路上に配置された前記光学素子および前記受光素子のうちの隣り合う素子について、前段に位置する素子の光出射面と後段に位置する素子の光入射面とが実質的に平行とならないように傾けて配置されると共に、該光入出射面が傾けて配置された素子間での反射によって発生する迷光が、当該分岐光路とは異なる他の分岐光路上に位置する前記受光素子に到達するのを阻止する遮光部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、上記偏光状態測定装置の１つの態様として、前記光分岐部は、入力信号光を第１〜第４の信号光に分岐し、前記複数の光学素子は、第１の信号光が伝搬する第１の分岐光路上に順に配置される、１／４波長板および予め設定した基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す第１の偏光子と、第２の信号光が伝搬する第２の分岐光路上に配置される、前記基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す第２の偏光子と、第３の信号光が伝搬する第３の分岐光路上に配置される、前記基準面に対して平行または垂直な偏光成分のみを通す第３の偏光子と、を有し、前記複数の受光素子は、前記１／４波長板および前記第１の偏光子を通過した第１の信号光を受光する第１の受光素子と、前記第２の偏光子を通過した第２の信号光を受光する第２の受光素子と、前記第３の偏光子を通過した第３の信号光を受光する第３の受光素子と、前記光分岐部で分岐され第４の分岐光路を伝搬した第４の信号光を受光する第４の受光素子と、を有し、前記１／４波長板の光出射面および前記第１の偏光子の光入射面と、前記第１の偏光子の光出射面および前記第１の受光素子の光入射面と、前記第２の偏光子の光出射面および前記第２の受光素子の光入射面と、前記第３の偏光子の光出射面および前記第３の受光素子の光入射面と、がそれぞれ実質的に平行とならないように傾けて配置されるようにしてもよい。
【００１６】
さらに、前記光分岐部は、入力信号光を１：３の分岐比で反射光および透過光に分岐する１段目の光カプラと、該１段目の光カプラからの透過光を１：２の分岐比で反射光および透過光に分岐する２段目の光カプラと、該２段目の光カプラからの透過光を１：１の分岐比で反射光および透過光に分岐する３段目の光カプラと、を有し、該１〜３段目の光カプラに与えられる各信号光の入射角が、ブリュースター角から離れた所定の角度に設定されているようにしてもよい。
【００１７】
加えて、上記偏光状態測定装置については、前記１段目の光カプラの反射光が前記第４の分岐光路を伝搬し、前記２段目の光カプラの反射光が前記第２の分岐光路および前記第３の分岐光路のうちの一方を伝搬し、前記３段目の光カプラの反射光が前記第１の分岐光路を伝搬し、前記３段目の光カプラの透過光が前記第２の分岐光路および前記第３の分岐光路のうちの他方を伝搬するような構成とするのが好ましい。
【００１８】
また、上述した偏光状態測定装置の具体的な構成としは、前記光分岐部、前記複数の光学素子および前記複数の受光素子が同一の基板上に実装されると共に、該基板の温度を一定に制御する温度制御部を備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の偏光状態測定装置によれば、同一の分岐光路上に存在する隣り合う素子の対向する入出射面が傾けて配置されることにより反射光の多重反射による干渉系が形成されることが回避されると共に、それらの入出射面が傾けて配置された素子間で発生する迷光が遮光部によって遮られることで他の分岐光路上の受光素子に入射して受光されることが防止されるようになる。これにより、入力信号光の偏光状態を非常に高い精度で安定して測定することが可能になる。
【００２０】
また、光分岐部として３段構成の光カプラを用い、各々への信号光の入射角をブリュースター角から離れた所定の角度に設定するようにしたことで、各光カプラでの分岐光のｐ／ｓ波間に生じる位相ずれを低減することが可能になり、より高い測定精度を実現できる。
さらに、３段構成の光カプラで分岐された信号光を伝搬させる分岐光路を、各々の光路長差を考慮して適切に設定することによって、光部品の実装面積を最も小さくすることが可能になる。
【００２１】
加えて、同一の基板上に光部品を実装し、その基板の温度制御を行うようにしたことで、基板上の各光部品の温度が一定になるため、温度変動による光学特性の変化や光軸ずれなどを抑えることができ、入力信号光の偏光状態をより一層高い精度で測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の偏光状態測定装置を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明の一実施形態による偏光状態測定装置の光学系の構成を示す上面図である。
【００２３】
図１において、本偏光状態測定装置は、上述の図７に示した従来の基本的な光学系における光カプラ１に対応する具体的な構成として、例えば平板に誘電体多層膜を形成した３つの光カプラ１Ａ，１Ｂ，１Ｃを備える。各光カプラ１Ａ〜１Ｃは、入力信号光ＬINが１段目の光カプラ１Ａに入射され、その光カプラ１Ａの透過光が２段目の光カプラ１Ｂに入射され、さらに、光カプラ１Ｂの透過光が３段目の光カプラ１Ｃに入射される、３段構成となっている。各光カプラ１Ａ〜１Ｃにおける入射光の分岐比（反射光パワー：透過光パワー）は、１段目が１：３、２段目が１：２、３段目が１：１に設定されており、これにより、入力信号光ＬINが光カプラ１Ａの反射光と、光カプラ１Ｂの反射光と、光カプラ１Ｃの反射光および透過光とに各々等しいパワーで分岐される。また、各光カプラ１Ａ〜１Ｃは、信号光の入射角がブリュースター角から離れた角度となるように、各々の光入射面が入力信号光ＬINの伝搬方向に対して傾けられている。ここでは、後述するように装置全体の小型化に最も有効な配置を考慮して、各光カプラ１Ａ〜１Ｃの入射角がそれぞれ２２．５°となるように設定されている。ただし、各光カプラ１Ａ〜１Ｃの入射角が上記の値に限定されることを意味するものではない。
【００２４】
光カプラ１Ａで反射された分岐光は、ここではそのまま受光素子４4に入射される。また、光カプラ１Ｂで反射された分岐光は、予め設定した基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す偏光子３2を通過して、受光素子４2に入射される。なお、上記の基準面としては、例えば本装置の後述するようなパッケージの底面などの任意の面を設定することが可能である。偏光子３2は、その光出射面と受光素子４3の受光面とによって干渉系が形成されないように、受光素子４2の受光面に対して所定の角度だけ傾けて配置されている。
【００２５】
光カプラ１Ｃで反射された分岐光は、１／４波長板２および上記基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す偏光子３1を通過して、受光素子４1に入射される。また、光カプラ１Ｃを透過した分岐光は、上記基準面に対して平行（または垂直）な偏光成分のみを通す偏光子３3を通過して、受光素子４3に入射される。各偏光子３1、３3は、前述した偏光子３2の場合と同様に、各々の光出射面と対向する受光素子４1、４3の各受光面とによって干渉系が形成されないように、受光素子４1、４3の各受光面に対して所定の角度だけ傾けて配置されている。また、１／４波長板２についても、その光出射面と偏光子３1の光入射面とによって干渉系が形成されないように、偏光子３1の光入射面に対して所定の角度だけ傾けて配置されている。
【００２６】
さらに、本偏光状態測定装置は、各光カプラ１Ａ，１Ｂ，１Ｃで反射された分岐光がそれぞれ伝搬する各分岐光路Ｐ4，Ｐ2，Ｐ1上に配置された隣り合う光学素子間で発生する迷光が、異なる分岐光路上の受光素子に向けて伝搬するのを遮る遮光壁５を具備する。この遮光壁５は、ここでは例えば光カプラ１Ｂの反射光に対応した分岐光路Ｐ2の両脇に沿うような略「コ」の字形の断面形状を有する部材を使用している。ただし、遮光壁５の形状は上記の一例に限られるものではなく、後述するように迷光の伝搬方向を考慮して適宜に設計することが可能である。
【００２７】
各受光素子４1〜４4で受光された信号光のパワーを示す電気信号ＤQ，Ｄ45，Ｄ0，ＤTは、後述するように光学系を収容するパッケージのリード線等を介して外部に接続される演算部（ここでは図示を省略）に送られ、その演算部において上述した（１）式および（２）式の関係に従って、ストークスパラメータＳ0〜Ｓ3およびＤＯＰが演算される。
加えて、本偏光状態測定装置は、例えば図２に示す入力信号光ＬINの光軸に沿った断面図にあるように、上記の各光学素子（光カプラ１Ａ〜１Ｃ、１／４波長板２、偏光子３1〜３3、受光素子４1〜４4および遮光壁５）が上面に配置される単一の基板６と、その基板６の下面に接して設けられたペルチェ７とを備える。基板６は、配置される各光学素子の線膨張係数にできるだけ近い線膨張係数を有する金属等の材料が用いられる。ペルチェ７は、同一の基板６上に配置された各光学素子の温度に変化が生じないように基板６の温度を制御する。なお、ペルチェ７によって制御される基板６の温度は場所によって差が生じていてもよく、その温度分布に変化が生じないようにペルチェ７による温度が行われる。
【００２８】
次に、上記のような構成を備えた偏光状態測定装置の動作について説明する。
本偏光状態測定装置では、偏光状態の測定対象である入力信号光ＬINが３段構成の光カプラ１Ａ〜１Ｃに順に入射されることで、互いに等しいパワーを有する４つの信号光に分岐される。この際、各光カプラ１Ａ〜１Ｃの光入射面に対して信号光が２２．５°の入射角で与えられることにより、その透過光および反射光のｐ／ｓ波間に生じる位相ずれが低減される。具体的には、通常、誘電体多層膜を用いた光カプラを利用して信号光を分岐する場合、配置の容易さなどの点から図３（Ａ）に示すように入射光に対して反射光が９０°の方向に出射されるように光カプラの配置が設計されることが多い。この４５°の入射角で信号光が与えられる光カプラの配置と比較して、図３（Ｂ）に示すようにブリュースター角からより離れた２２．５°の入射角で信号光が与えられる光カプラの配置を採用することにより、光カプラで分岐される信号光のｐ／ｓ波間に生じる位相ずれを１／３倍程度に低減することができるようになる。
【００２９】
３段構成の光カプラ１Ａ〜１Ｃにより入力信号光ＬINの入射方向に対して４５°の方向に反射された３つの信号光および光カプラ１Ｃを透過した信号光は、上述した（１）式の関係で表される４つのストークスパラメータＳ0〜Ｓ3を得るために、１／４波長板２、偏光子３1および受光素子４1が配置された第１の分岐光路Ｐ1、偏光子３2および受光素子４2が配置された第２の分岐光路Ｐ2、偏光子３3および受光素子４3が配置された第３の分岐光路Ｐ3、並びに、受光素子４4が配置された第４の分岐光路Ｐ4のうちのいずれか１つをそれぞれ伝搬する。第１〜第４の分岐光路Ｐ1〜Ｐ4は、信号光が光カプラで分岐されてから受光素子で受光されるまでの間に通過する素子の数が、第１の分岐光路Ｐ1で２個、第２，３の分岐光路Ｐ2，Ｐ3で１個、第４の分岐光路Ｐ4で０個となるため、各々について必要となる光路長に差が生じる。このため、光カプラ１Ａ〜１Ｃで分岐された４つの信号光を第１〜第４の分岐光路Ｐ1〜Ｐ4のいずれに送るようにするかによって、本装置の実装面積が違ってくる。そこで、本実施形態では、最小の実装面積を実現するために、上記の光路長差を考慮して、１段目の光カプラ１Ａの反射光が第４の分岐光路Ｐ4に送られ、２段目の光カプラ１Ｂの反射光が第２の分岐光路Ｐ2に送られ、３段目の光カプラ１Ｃの反射光が第１の分岐光路Ｐ1に送られ、３段目の光カプラ１Ｃの透過光が第３の分岐光路Ｐ3に送られるようにしている。なお、第２の分岐光路Ｐ2の光路長と第３の分岐光路Ｐ3の光路長とは同等になるので、２段目の光カプラ１Ｂの反射光が第３の分岐光路Ｐ3に送られ、３段目の光カプラ１Ｃの透過光が第２の分岐光路Ｐ2に送られるようにしてもよい。上記のような光学系の配置のことを、ここでは通過する光学素子の数を入力側から順に表した「０１２１」型として記述するようにする。小さな実装面積を実現可能する他の光学系の配置としては、ここでは図示を省略するが「０１１２」型も有用である。
【００３０】
第１〜第４の分岐光路Ｐ1〜Ｐ4を伝搬する信号光は、各々の分岐光路上に配置された光学素子に入射する際にその一部が反射され、その反射面が前段の光学素子の光出射面に対して平行かまたはそれに近い状態にあると、上述の図８に示したように干渉系が形成されて多重反射が生じることになる。具体的に、図１に示した光学系の配置において干渉系が形成される可能性のある箇所は、第１の分岐光路Ｐ1上の１／４波長板２と偏光子３1の間および偏光子３1と受光素子４1の間、第２の分岐光路Ｐ2上の偏光子３2と受光素子４2の間、第３の分岐光路Ｐ3上の偏光子３3と受光素子４3の間となる。そこで、本実施形態では上記の各箇所について、図４に示すように、前段の光学素子の光出射面が後段の光学素子の光入射面に対して傾いた状態（略「ハ」の字形）となるように各光学素子が配置されている。なお、対向する光入出射面の傾き角は、各光学素子の特性および通過する信号光のビーム径を考慮して実質的な多重反射が発生しないように設計するのが望ましい。このような略「ハ」の字形の配置とすることによって干渉系が形成されるのを回避することが可能になる。しかし、図４に示したように反射光が迷光となって、他の分岐光路上の受光素子に入射してしまう可能性がある。このため、ここでは上記のような迷光の伝搬を防ぐために、遮光壁５が設けられている。
【００３１】
図５は、上記のような干渉系の形成と迷光の伝搬を考慮した各光学素子の具体的な配置例を示す上面図である。ただし、本発明における光学系の配置はこの一例に限定されるものではない。
図５の配置例では、本装置の各光学素子が内部に収容されるパッケージの一側面（図５では上側面）を配置角度の基準面として、入力信号光ＬINが基準面に平行に入射され、各光カプラ１Ａ〜１Ｃで４５°の方向に反射された分岐光を受ける各受光素子４1，４2，４4の受光面が基準面に対して４１°傾けられ、光カプラ１Ｃを透過した分岐光を受ける受光素子４3の受光面が基準面に対して９４°傾けられている。
【００３２】
また、第１の分岐光路Ｐ1上に位置する１／４波長板２の光出射面が基準面に対して４２°傾けられ、偏光子３1の光入出射面が基準面に対して４３°傾けられている。これにより１／４波長板２と偏光子３1の間および偏光子３1と受光素子４1の間の各光入出射面は非平行となり図４に示すような状態となる。偏光子３1と受光素子４1の間で発生する迷光は第２の分岐光路Ｐ2側に伝搬するようになるが、この迷光は第１および第２の分岐光路Ｐ1，Ｐ2間に位置する遮光壁５で遮られ、受光素子４2で受光されることはない。なお、１／４波長板２と偏光子３1の間で発生する迷光は、第２の分岐光路Ｐ2側とは反対側に伝搬するが、この方向には他の分岐光路の受光素子が存在しないため、この迷光を遮る遮光壁をここでは特に設けていない。ただし、パッケージ側面での迷光の反射を考慮する必要がある場合には、１／４波長板２および偏光子３1の近傍に遮光壁を設けて迷光の伝搬を遮るようにしてもよい。
【００３３】
さらに、第２の分岐光路Ｐ2上に位置する偏光子３2の光入出射面も基準面に対して４３°傾けられている。これにより偏光子３2と受光素子４2の間の各光入出射面は非平行となり図４に示すような状態となる。偏光子３2と受光素子４2の間で発生する迷光は第４の分岐光路Ｐ4側に伝搬するようになるが、この迷光は第２および第４の分岐光路Ｐ2，Ｐ4間に位置する遮光壁５で遮られ、受光素子４4で受光されることはない。加えて、第３の分岐光路Ｐ3上に位置する偏光子３3の光入出射面は基準面に対して９２°傾けられている。これにより偏光子３3と受光素子４3の間の各光入出射面は非平行となり図４に示すような状態となる。
【００３４】
なお、上記のような位置に各光学素子を実際に配置する際には、その位置精度を例えば画像処理等の手法を利用して検証するのが好ましい。このような検証を行うことで、製造誤差による測定精度の劣化を低減することが可能になる。
上記の図５中に示した括弧付の数値は、各光学素子の寸法を示している。本実施形態で使用される各光学素子の寸法を幅×高さ×奥行（ｍｍ）として例示しておくと、光カプラ１Ａ〜１Ｃは２×２×１、１／４波長板２は２×２×１．５、偏光子３1〜３3は２×２×０．５、受光素子４1〜４3は１．６×２．５５×１である。上記のような寸法の各光学素子と前述したような「０１２１」型の光学系を適用することにより、例えば、縦×横の内寸が９．５×２０（ｍｍ）のパッケージ内に光学系を収容することが可能となる。
【００３５】
図６は、上記のようなパッケージに収容された偏光状態測定装置の外観を例示した図である。ただし、ここではパッケージ内の様子が分かるようにパッケージ上面のキャップを省略している。このように、本偏光状態測定装置は非常に小型なバタフライ型の汎用パッケージを使用することが可能である。また、ここでは、パッケージの一方の側に位置するリード端子より、各受光素子４1〜４4から出力される信号ＤQ，Ｄ45，Ｄ0，ＤTを取り出し、パッケージの他方の側に位置するリード端子に、ペルチェ７の温度制御端子などの大電流が流れる制御系端子を集めるようにすることで、モニタ信号ＤQ，Ｄ45，Ｄ0，ＤTに雑音が入り難くなるようにしている。このような実装を行うことで、ストークスパラメータＳ0〜Ｓ3やＤＯＰをより高い精度で測定することができるようになる。これに加えて、ここでは特に図示していないが、パッケージ内の各受光素子４1〜４4に繋がる回路と、その他の回路とをできるだけ離して配置するようにすれば、雑音の影響をより効果的に低減することが可能になる。
【００３６】
上記のように本実施形態の偏光状態測定装置によれば、同一の分岐光路上の隣り合う光学素子を互いに傾けて配置して干渉系の形成を回避すると共に、その傾けて配置した光学素子間で発生する迷光を遮光壁５によって遮り他の分岐光路上の受光素子に到達するのを防ぐようにしたことで、各光学素子４1〜４4において信号光パワーを正確かつ安定して検出することができるため、ストークスパラメータやＤＯＰを非常に高い精度で測定することが可能になる。また、３段構成の光カプラ１Ａ〜１Ｃへの信号光の入射角をブリュースター角から離すようにしたことで、分岐光のｐ／ｓ波間に生じる位相ずれが低減されるため、入力信号光の偏光状態をより高い精度で測定することが可能になる。さらに、光学系の配置を「０１２１」型または「０１１２」型としたことによって、装置全体の小型化を図ることができる。加えて、上記の光学系を構成する各光学素子を同一の基板６上に配置し、その基板６の温度をペルチェ７により制御するようにしたことで、温度変動による測定精度の劣化を軽減することが可能になる。また、信号系端子と制御系端子をパッケージの相対する側のリード端子に分けて配置するようにしたことで、雑音の影響を受け難くなるため、入力信号光の偏光状態をより一層高い精度で測定することが可能になる。このように優れた測定精度をもつ小型の偏光状態測定装置は、例えばＰＭＤＣ（偏光分散補償器）において補償量を決定するのに用いられるモニタ部などのように信号光の偏光状態を精度良く高速に検出することが求められる各種測定器の高性能化および小型化に有用である。
【００３７】
なお、上記の実施形態では、第１〜第４の分岐光路Ｐ1〜Ｐ4について、配置される光学素子の数に応じて必要となる光路長に差が生じるものとして説明を行ったが、光路長差による測定精度の劣化が問題となるような場合には、各々の分岐光路で時間的に位相が合うように光学系の構成を改良するのが望ましい。具体的には、例えば、最も長い光路長を必要とする第１の分岐光路Ｐ1の光路長に合わせて他の分岐光路Ｐ2〜Ｐ4の受光素子４2〜４4の配置を遠ざけたり、または、各分岐光路Ｐ1〜Ｐ4上に複屈折結晶などの遅延素子を挿入して各々の実効光路長を等しくしたりすればよい。
【００３８】
また、各受光素子４1〜４4で検出される信号ＤQ，Ｄ45，Ｄ0，ＤTを用いて（１）式の関係に従い各ストークスパラメータＳ0〜Ｓ3を算出するようにしたが、各光学素子の特性や配置等のばらつきを補正するための行列式を事前に求めておき、その行列式および実測したＤQ，Ｄ45，Ｄ0，ＤTの値を用いて各ストークスパラメータＳ0〜Ｓ3を算出するようにしてもよい。このような補正処理を施すことにより、製造誤差などによる測定精度の劣化を効果的に低減することが可能になる。
【００３９】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００４０】
（付記１）入力信号光を複数の信号光に分岐する光分岐部と、
該光分岐部によって分岐された各信号光がそれぞれ伝搬する複数の分岐光路上に配置され、前記各信号光に対してそれぞれ相違した偏光および位相差を与える複数の光学素子と、
前記各分岐光路をそれぞれ伝搬した信号光を受光して各々のパワーを検出する複数の受光素子と、を備えた偏光状態測定装置であって、
同一の分岐光路上に配置された前記光学素子および前記受光素子のうちの隣り合う素子について、前段に位置する素子の光出射面と後段に位置する素子の光入射面とが実質的に平行とならないように傾けて配置されると共に、
該光入出射面が傾けて配置された素子間での反射によって発生する迷光が、当該分岐光路とは異なる他の分岐光路上に位置する前記受光素子に到達するのを阻止する遮光部を備えて構成されたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【００４１】
（付記２）付記１に記載の偏光状態測定装置であって、
前記光分岐部は、入力信号光を第１〜第４の信号光に分岐し、
前記複数の光学素子は、第１の信号光が伝搬する第１の分岐光路上に順に配置される、１／４波長板および予め設定した基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す第１の偏光子と、第２の信号光が伝搬する第２の分岐光路上に配置される、前記基準面に対して４５°傾いた偏光成分のみを通す第２の偏光子と、第３の信号光が伝搬する第３の分岐光路上に配置される、前記基準面に対して平行または垂直な偏光成分のみを通す第３の偏光子と、を有し、
前記複数の受光素子は、前記１／４波長板および前記第１の偏光子を通過した第１の信号光を受光する第１の受光素子と、前記第２の偏光子を通過した第２の信号光を受光する第２の受光素子と、前記第３の偏光子を通過した第３の信号光を受光する第３の受光素子と、前記光分岐部で分岐され第４の分岐光路を伝搬した第４の信号光を受光する第４の受光素子と、を有し、
前記１／４波長板の光出射面および前記第１の偏光子の光入射面と、前記第１の偏光子の光出射面および前記第１の受光素子の光入射面と、前記第２の偏光子の光出射面および前記第２の受光素子の光入射面と、前記第３の偏光子の光出射面および前記第３の受光素子の光入射面と、がそれぞれ実質的に平行とならないように傾けて配置されたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【００４２】
（付記３）付記２に記載の偏光状態測定装置であって、
前記光分岐部は、入力信号光を１：３の分岐比で反射光および透過光に分岐する１段目の光カプラと、該１段目の光カプラからの透過光を１：２の分岐比で反射光および透過光に分岐する２段目の光カプラと、該２段目の光カプラからの透過光を１：１の分岐比で反射光および透過光に分岐する３段目の光カプラと、を有し、該１〜３段目の光カプラに与えられる各信号光の入射角が、ブリュースター角から離れた所定の角度に設定されていることを特徴とする偏光状態測定装置。
【００４３】
（付記４）付記３に記載の偏光状態測定装置であって、
前記ブリュースター角から離れた所定の角度が、２２．５°であることを特徴とする偏光状態測定装置。
【００４４】
（付記５）付記３に記載の偏光状態測定装置であって、
前記１段目の光カプラの反射光が前記第４の分岐光路を伝搬し、前記２段目の光カプラの反射光が前記第２の分岐光路および前記第３の分岐光路のうちの一方を伝搬し、前記３段目の光カプラの反射光が前記第１の分岐光路を伝搬し、前記３段目の光カプラの透過光が前記第２の分岐光路および前記第３の分岐光路のうちの他方を伝搬することを特徴とする偏光状態測定装置。
【００４５】
（付記６）付記３に記載の偏光状態測定装置であって、
前記１段目の光カプラの反射光が前記第４の分岐光路を伝搬し、前記２段目の光カプラの反射光が前記第２の分岐光路および前記第３の分岐光路のうちの一方を伝搬し、前記３段目の光カプラの反射光が前記第２の分岐光路および前記第３の分岐光路のうちの他方を伝搬し、前記３段目の光カプラの透過光が前記第１の分岐光路を伝搬することを特徴とする偏光状態測定装置。
【００４６】
（付記７）付記３に記載の偏光状態測定装置であって、
前記遮光部は、前記１段目の光カプラの反射光が伝搬する分岐光路および前記２段目の光カプラの反射光が伝搬する分岐光路の間に位置し、かつ、前記１段目の光カプラの反射光を受光する受光素子の近傍から、前記２段目の光カプラの反射光が伝搬する分岐光路上で前記光入出射面が傾けて配置された素子の近傍まで延設された第１の部分と、前記２段目の光カプラの反射光が伝搬する分岐光路および前記３段目の光カプラの反射光が伝搬する分岐光路の間に位置し、かつ、前記２段目の光カプラの反射光を受光する受光素子の近傍から、前記３段目の光カプラの反射光が伝搬する分岐光路上で前記光入出射面が傾けて配置された素子の近傍まで延設された第２の部分と、を少なくとも有する遮光壁を備えたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【００４７】
（付記８）付記１に記載の偏光状態測定装置であって、
前記光分岐部、前記複数の光学素子および前記複数の受光素子が同一の基板上に実装されると共に、該基板の温度を一定に制御する温度制御部を備えたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【００４８】
（付記９）付記８に記載の偏光状態測定装置であって、
前記複数の受光素子から出力される信号を前記演算部に伝える信号線路が、前記温度制御部の駆動信号を供給する信号線路から遠ざけて配置されたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【００４９】
（付記１０）付記２に記載の偏光状態測定装置であって、
前記第１〜第４の分岐光路は、各々の光路長が実質的に等しいことを特徴とする偏光状態測定装置。
【００５０】
（付記１１）付記１に記載の偏光状態測定装置であって、
前記各受光素子でそれぞれ検出される信号光パワーに基づいてストークスパラメータを演算して入力信号光の偏光状態に関する情報を得る演算部を備えたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【００５１】
（付記１２）付記１に記載の偏光状態測定装置であって、
一方の端部に前記各受光素子の出力端子を設け、他方の端部には他の出力端子を設けたことを特徴とする偏光状態測定装置。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態による偏光状態測定装置の光学系の構成を示す上面図である。
【図２】図１の光学系における入力信号光の光軸に沿った断面図である。
【図３】上記実施形態における光カプラの配置を説明するための図である。
【図４】上記実施形態において同一の分岐光路上で隣り合う光学素子の配置を示す図である。
【図５】上記実施形態について各光学素子の具体的な配置例を示す上面図である。
【図６】上記実施形態の偏光状態測定装置の外観を例示した図である。
【図７】従来の偏光状態測定装置の基本的な光学系の構成を示した図である。
【図８】従来の偏光状態測定装置において隣り合う光学素子間で干渉系が形成される様子を説明する図である。
【符号の説明】
【００５３】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…光カプラ
２…１／４波長板
３1，３2，３3…偏光子
４1，４2，４3，４4…受光素子
５…遮光壁
６…基板
７…ペルチェ
ＬIN…入力信号光
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4…分岐光路
【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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