(57)【要約】【課題】光通信システムの作業チャネルの偏波モード分散を迅速かつ正確に測定する方法及び装置を提供する。【解決手段】光信号の一組の周波数分解された偏光状態（ＳＯＰ）を測定する本発明の装置は、ローカル発信器（ＬＯ）と偏光スクランブラと偏光スクランブル信号を光信号と混合して無線周波数（ＲＦ）成分を有するヘテロダイン信号を生成するカプラと固定偏光成分を透過してＲＦ成分から偏光と周波数とを分解するアナライザとを備える。本装置は、光遠隔通信システムの作業チャネルの偏波モード分散（ＰＭＤ）を測定し、モニタし、または補正するのに用いられる。光信号の周波数分解されたＳＯＰを測定する方法は、ローカル発振器（ＬＯ）を同調・偏光スクランブルするステップとスクランブル生成されたＬＯ信号を光信号と混合するステップと得られたＲＦ信号を周波数と偏光について分解するステップとを含む。本方法は、作業チャネルのＰＭＤを測定し、モニタし、そして前記ＰＭＤを動的に補正するのに適用される。【選択図】図２ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の一組の周波数分解された偏光状態を測定する装置であって、
初期偏光状態を含むローカル発信器と、
ローカル発信器の初期偏光状態で変調して偏光スクランブル信号を生成する偏光スクランブラと、
偏光スクランブル信号を光信号の少なくとも一部とミキシングして無線周波数信号成分を含むヘテロダイン信号を生成するカプラと、
光信号の少なくとも一部の固定偏光成分を透過し、この固定偏光成分周波数を無線周波数信号成分を用いて分解するアナライザと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記アナライザが更に、
固定偏光成分を透過する偏光アナライザと、
無線周波数信号成分の固定出力状態を検出して電気信号に変換する光検出器と、
電気信号周波数の無線周波数成分をサンプリングする周波数アナライザと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記周波数アナライザが無線周波数スペクトルアナライザを備えることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
前記無線周波数スペクトルアナライザの解析時間が、偏光スクランブラがポアンカレ球をカバーするに必要な時間より長いことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項２に記載の装置において、
前記周波数アナライザが一組の無線周波数帯域パスフィルタを備えることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、
前記ローカル発信器が光信号の少なくとも２倍の帯域幅に等しいビート周波数を生成するように同調されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
光通信システムの作業光チャネルから光信号の前記少なくとも一部を少し取り出す光アウトカプラを更に備えることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、
前記光アウトカプラが、光格子、エタロン、ビームスプリッタ、および光カプラの内の少なくとも一つを含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
少なくとも二つの入力偏光状態の各々に対して少なくとも二組の周波数分解された偏光状態を光デバイスの出力で測定する際に、光デバイスに送られる光信号の少なくとも一部の少なくとも二つの入力偏光状態を順次に生成するように設定する偏光コントローラと、
プロセッサであって、光信号の前記少なくとも二組の周波数分解された偏光状態から光信号を伝送する光デバイスの偏波モード分散を計算するプロセッサと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、
前記光デバイスが作業光チャネルであって、作業光チャネルの偏波モード分散が、光信号の前記少なくとも二組の周波数分解された偏光状態から計算されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
補正システムを更に備え、その際に前記プロセッサが作業光チャネルにフィードバックする補正値を決定し、前記補正システムが前記補正値を受信し、光信号を修正して前記偏波モード分散値を補正することを特徴とする装置。
【請求項１２】
光信号の一組の周波数分解された偏光状態を測定する方法において、
ローカル発信器を第１ローカル発信器周波数に同調して第１ローカル発信器周波数を生成するステップと、
前記第１ローカル発信器の初期偏光状態で偏光変調して偏光スクランブル信号を生成するステップと、
前記偏光スクランブル信号を光信号の少なくとも一部と混合してヘテロダイン信号を生成するステップであって、前記ヘテロダイン信号が第１ビート周波数に中心を有する無線周波数信号成分を含み、前記第１ビート周波数が第１ローカル発信器周波数と光信号の搬送波周波数との間の差に等しいステップと、
無線周波数信号成分の周波数成分と偏光成分を解析するステップと、
前記周波数成分と偏光成分から第１組の周波数分解された偏光状態を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記解析ステップが更に、
前記ヘテロダイン信号の固定偏光成分を固定位置に設定された調節可能偏光アナライザに透過するステップと、
前記ヘテロダイン信号の固定偏光成分を電気信号に変換するステップと、
前記固定偏光成分の周波数成分を分解するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記ヘテロダイン信号を電気信号に変換するステップが前記ヘテロダイン信号を高感度光検出器で検出するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、
前記調節可能偏光アナライザが、少なくとも３個の固定位置を備え、更にその際に前記透過する、変換する、分解する諸ステップが少なくとも３回、前記少なくとも３個の固定位置各々に対して１回行われ、少なくとも３個の固定偏光成分の周波数分解測定値を生成することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
前記少なくとも３個の固定偏光成分が、水平と垂直の直線偏光状態の内の一つ、４５°と１３５°の直線偏光状態の内の一つ、および円偏光状態を含み、前記少なくとも３個の固定偏光成分の少なくとも３個の周波数分解測定値を生成することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記第１組の周波数分解された偏光状態を生成するステップが、前記少なくとも３個の固定偏光成分の前記少なくとも３個の周波数分解された測定値から一組の周波数分解されたストークスパラメータを計算するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載の方法において、
ローカル発信器を第２ローカル発信器周波数に同調して第２ローカル発信器周波数を生成するステップと、
前記第２ローカル発信器の初期偏光状態で偏光変調して第２偏光スクランブル信号を生成するステップと、
前記偏光スクランブル信号を光信号の少なくとも一部と混合して第２ヘテロダイン信号を生成するステップであって、前記第２ヘテロダイン信号が第２ビート周波数に中心を有する第２無線周波数信号成分を含み、前記第２ビート周波数が第２ローカル発信器周波数と光信号の搬送波周波数との間の差に等しいステップと、
前記第２無線周波数信号成分の第２組の周波数成分と偏光成分を解析するステップと、
前記第２組の周波数成分と偏光成分から第２組の周波数分解された偏光状態を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
第１組の周波数分解された偏光状態を第２組の周波数分解された偏光状態と合流し、合流組みを作成するステップと、
前記合流組みのノイズ成分を平滑化するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１２に記載の方法において、
前記光信号が光遠隔通信システムの作業チャネルから送られることを特徴とし、前記方法が、前記作業チャネルから光信号の前記少なくとも一部を取り出して偏光スクランブル信号と混合するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
光デバイスの偏波モード分散を測定する方法において、
（ａ）ローカル発信器をローカル発信器周波数に同調してローカル発信器信号を生成するステップと、
（ｂ）前記ローカル発信器信号の初期偏光状態で偏光変調して偏光スクランブル信号を生成するステップと、
（ｃ）光信号の少なくとも一部を、少なくとも二つの入力偏光状態の一つを生成するように設定された偏光コントローラに透過するステップと、
（ｄ）光信号の少なくとも一部を偏光コントローラに通すステップの後に、この光信号を光デバイスに伝送するステップと、
（ｅ）前記偏光スクランブル信号を光信号の前記少なくとも一部と混合してヘテロダイン信号を生成するステップであって、前記ヘテロダイン信号が、ビート周波数に中心を有する無線周波数信号成分を含み、前記ビート周波数が、前記ローカル発信器周波数と光信号の搬送波周波数との間の差に等しいことを特徴とするステップと、
（ｆ）前記無線周波数信号成分の周波数成分と偏光成分を解析するステップと、
（ｇ）少なくとも二つの入力偏光状態の一つに対応する周波数成分と偏光成分とから一組の周波数分解された偏光状態を生成するステップと、
（ｈ）少なくとも２個の入力偏光状態各々に対してステップ（ａ）〜（ｇ）を反復して、少なくとも２個の入力偏光状態に対応する少なくとも２組の周波数分解された偏光状態を生成するステップと、
（ｉ）前記少なくとも２組の周波数分解された偏光状態から光デバイスの偏波モード分散を計算するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
前記光デバイスが光遠隔通信システムの作業チャネルを含むことを特徴とし、前記方法が更に、前記作業チャネルから光信号の前記少なくとも一部を取り出して偏光スクランブル信号と混合するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、
作業光チャネルの偏波モード分散を補正する補正ファクタを決定するステップと、前記補正ファクタを光信号に適用し、作業チャネルにおける偏波モード分散を補正するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法において、
前記偏光コントローラが前記少なくとも２個の入力偏光状態を時間的に交互に提供することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、
前記少なくとも２個の入力偏光状態が少なくとも３個の入力偏光状態であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速光通信システムの分野に関し、特に使用中の（すなわち、サービス提供中の）光通信チャネルの周波数分解された偏光状態を測定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムで信号伝送に用いられる光導波路または光ファイバは、ある程度、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）のベクトル特性によって特徴付けられる。偏波モード分散（ＰＭＤ）は、光ファイバの複屈折の結果として起こる。また、複屈折は、光ファイバの構造自体に存在する物理的非対称性によって、あるいは光ファイバに加えられた応力、歪み、または他の外力によって起こり得る。光ファイバは屈折率に異方性を有し、その屈折率は光ファイバに沿った位置の関数として、そして時間の関数として変化する。更に、ランダムに偏光カップリングも起こり得、時間で変化する複屈折の統計量が現れる。従って、光信号の相異なる偏光成分が相異なる速度で伝搬し、偏光成分間に群遅延差（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｇｒｏｕｐ  Ｄｅｌａｙ：ＤＧＤ）が生じ、長距離の光ファイバを伝搬する光パルスに顕著な広がりを引き起こしてしまう。
【０００３】
偏波モード分散（ＰＭＤ）は、高速光通信システムの潜在的な制約因子として認識されている。特に、偏波モード分散（ＰＭＤ）は、環境条件に応じて時間的に変化する統計量である。従って、群遅延差（ＤＧＤ）の影響を軽減し、群遅延差（ＤＧＤ）の増大または不良な偏光状態（Ｓｔａｔｅｓ  Ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｃａｔｉｏｎ：ＳＯＰ）の発生によるサービス利用不能を防止するためには、偏波モード分散（ＰＭＤ）がシステムに与える影響をモニタするのは勿論のこと、偏波モード分散（ＰＭＤ）自体をもモニタすることが重要である。このタイプの測定は、出射光の偏光状態を相異なる周波数にて測定することを伴う。この測定は、一般に、ダークファイバに結合されている波長可変レーザをスキャンし、前記ファイバから出射される光信号の偏光を周波数の関数として特性化することによって行われる。ダークファイバとは、光通信システムに設置されてはいるが、情報の搬送手段としては現在用いられていない光ファイバのことである。従来の偏波モード分散（ＰＭＤ）の測定は、ダークファイバで行われている。そうせずに、使用中の（すなわち、サービス中の）光チャネルに波長可変レーザによる偏波モード分散（ＰＭＤ）測定法を導入すれば、サービスの中断が必要になる。
【０００４】
所与の時間と周波数で光通信システムの性能を正確に特性化するには、ダークファイバでなく、むしろアクティブに使用中の光チャネルにおける偏波モード分散（ＰＭＤ）を測定するのが好ましい。使用中の高速光通信システムで偏波モード分散（ＰＭＤ）を測定する方法が提唱されているが、それはプローブとして、トランスミッタの変調信号の光スペクトルを用い、アクティブなチャネル、又は、光ファイバの出力側に光周波数フィルタを適用して偏波モード分散（ＰＭＤ）を特性化するというものである。しかし、現在用いられている通常の１０Ｇｂ／sシステムは、比較的狭域の変調スペクトルで特性化されている。従来の手段を用いては、適切な光周波数分解能にて偏波モード分散（ＰＭＤ）を測定することは、困難であり、しかも、一般に利用可能な光周波数フィルタの分解能に制約される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、サービスの中断を起こさずにアクティブな光ファイバチャネルで偏波モード分散（ＰＭＤ）を迅速かつ正確に測定する方法と装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、従来の方法では満たされないニーズに対処し、一組の周波数分解された偏光状態を迅速かつ正確に測定する方法と装置に関する。
【０００７】
光信号の一組の周波数分解された偏光状態を測定する装置は、ローカル発信器と、その後に接続される偏光スクランブラを備える。偏光スクランブラは、ローカル発信器の初期偏光状態で偏光変調し、偏光スクランブル信号を生成する。前記装置は更に、光信号の少なくとも一部と偏光スクランブル信号を混合し、ヘテロダイン信号を生成するカプラを備える。前記ヘテロダイン信号は無線周波数信号成分を含む。前記装置は更に、光信号の少なくとも一部の固定偏光成分を透過し、この固定偏光成分を無線周波数信号成分を用いて周波数分解するアナライザを備える。
【０００８】
別の実施の形態では、本発明の装置は、ローカル発信器と、その後に接続される偏光スクランブラとを備える。偏光スクランブラは、ローカル発信器の初期偏光状態で変調し、偏光スクランブル信号を生成する。前記装置は、偏光コントローラを更に備える。偏光コントローラは、光デバイスから伝送される光信号の少なくとも一部に係わる少なくとも２個の入射偏光状態を順次に生成するように設定される。前記装置はまた、光デバイスの出力側の光信号の少なくとも一部と偏光スクランブル信号を混合し、ヘテロダイン信号を生成するカプラを備える。前記ヘテロダイン信号は無線周波数信号成分を含む。前記装置は更に、光信号の少なくとも一部の固定偏光成分を透過し、この固定偏光成分を無線周波数信号成分を用いて周波数分解するアナライザを備える。一組の周波数分解された偏光状態が、前記少なくとも２個の入射偏光状態各々に対して生成される。前記装置は更に、少なくとも二組の周波数分解された偏光状態から光デバイスの偏波モード分散を計算するプロセッサを備える。
【０００９】
好ましい実施の形態では、前記光デバイスは光遠隔通信システムの作業光チャネルであり、このファイバリンクの偏波モード分散は前記少なくとも二組の周波数分解された偏光状態から測定される。
【００１０】
光信号の一組の周波数分解された偏光状態を測定する本発明の方法の一つは、ローカル発信器を第１ローカル発信器周波数に同調して第１ローカル発信器周波数を生成するステップとローカル発信器の初期偏光状態で偏光変調して偏光スクランブル信号を生成するステップとを含む。前記方法は更に、光信号の少なくとも一部と偏光スクランブル信号を混合してヘテロダイン信号を生成するステップを含む。前記ヘテロダイン信号は、第１ビート周波数に中心を有する無線周波数信号成分を含む。前記第１ビート周波数は、第１ローカル発信器周波数と前記光信号の搬送波周波数との間の差に等しい。
【００１１】
前記方法は更に、無線周波数信号成分の周波数成分と偏光成分を解析するステップとヘテロダイン信号の周波数成分と偏光成分から第１組の周波数分解された偏光状態を生成するステップを含む。上記解析ステップは、固定位置に設定された調節可能偏光アナライザにヘテロダイン信号の固定偏光成分を透過するステップと前記ヘテロダイン信号の固定偏光成分を電気信号に変換するステップと固定偏光成分の周波数成分を分解するステップとを含み得る。
【００１２】
前記ヘテロダイン信号を電気信号に変換するステップは、ヘテロダイン信号を高感度光検出器で検出するステップを含み得る。
【００１３】
光デバイスの偏波モード分散を測定する方法の一つは、（ａ）ローカル発信器をローカル発信器周波数に同調してローカル発信器信号を生成するステップと（ｂ）ローカル発信器信号の初期偏光状態で偏光変調して偏光スクランブル信号を生成するステップとを含む。前記方法は更に（ｃ）少なくとも２個の入力偏光状態の一つを生成するように位置された偏光コントローラに光信号の少なくとも一部を透過するステップと（ｄ）この光信号を光デバイスに伝送するステップとを含む。前記方法は更に（ｅ）偏光スクランブル信号を光信号の少なくとも一部と混合してヘテロダイン信号を生成するステップを含む。前記ヘテロダイン信号は、ビート周波数に中心に有する無線周波数信号成分を含む。前記ビート周波数は、第１ローカル発信器周波数と光信号の搬送波周波数との間の差に等しい。
【００１４】
前記方法は更に（ｆ）無線周波数信号成分の周波数成分と偏光成分を解析するステップと（ｇ）少なくとも２個の入力偏光状態の一つに対応する周波数成分と偏光成分から一組の周波数分解された偏光状態を生成するステップとを備える。前記方法は更に（ｈ）少なくとも２個の入力偏光状態各々に対してステップ（ａ）〜（ｇ）を反復して少なくとも二組の周波数分解された偏光状態を生成するステップを含む。前記方法はまた（ｉ）少なくとも二組の周波数分解された偏光状態の測定値から光デバイスの偏波モード分散を計算するステップを含む。
【００１５】
好ましい実施の形態では、前記光デバイスは、光遠隔通信システムの作業チャネルである。この場合、前記方法は更に、作業チャネルから光信号の前記少なくとも一部を取り出して偏光スクランブル信号と混合するステップを含む。
【００１６】
好ましくは、前記少なくとも２個の入力偏光状態は、前記偏光コントローラで時間的に交互に提供され得る。
【００１７】
更に、前記作業光チャネルのＰＭＤは、補正システムにフィードバックする補正ファクタを決定するのに用い得る。
【００１８】
本発明の他の目的と機能とは、添付図面に関連して考慮される以下の詳細な説明から明快になるであろう。しかし、図面は説明のためのみであり、本発明の限界を定めるものでないことが理解されねばならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。「偏光の状態」は、光波または光信号の偏光状態を完全に特性化するのに用い得る一連のベクトルとこれに対応するベクトル係数とで表示することができる。当業者に周知なように、偏光の状態は、４つの成分からなるストークスパラメータから導かれる３成分のストークスベクトルで特性化される（ストークスパラメータの４成分のうちの１つは、被試験光波の全強度を示すものなので、残りの３つの係数を規準化するのに用いる）。また、当業者には周知であるが、ストークスベクトルは、光波または光信号の偏光を表示するのに用いる、いわゆる「ポアンカレ球（Ｐｏｉｎｃａｒｅ  Ｓｐｈｅｒｅ）」上の単位ベクトルである。
【００２０】
光通信ネットワークでは、一本の光ファイバの光チャネルを多重にして搬送するのが一般的である。この一本の光ファイバが多数集合して光ファイバリンクを構成するが、光伝送線に沿う２個の接続点またはノード間には光ファイバの他に光増幅器や他の光学部品が含まれる。各光チャネルは、光ファイバ中を、例えば、相異なる波長で動作することができる。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に基づいて形成された装置１００のブロック図を示す。装置１００は、無線周波数領域（ＲＦ領域）で周波数分解された偏光状態を測定する。この実施の形態では、装置１００は、高分解能広帯域偏光計として用いることができる。更に、装置１００は、周波数分解された偏光状態を測定する実験室測定とシミュレーションに用いられるスタンドアローン装置としても用いることができる。
【００２２】
図１に示される装置の実施の形態の一つとして、偏光子つまり偏光コントローラを光源の後、かつ被測定物（Ｄｅｖｉｃｅ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｅｓｔ：ＤＵＴ）１０４の前に追加することができる。こうすれば、偏光子つまり偏光コントローラを被測定物（ＤＵＴ）１０４への入射光の偏光状態のコントロールに用いることができる。２波またはそれ以上の相異なる波数の入射偏光に対応して、被測定物（ＤＵＴ）１０４から出射される複数の周波数分解された偏光状態を計測することによって被測定物（ＤＵＴ）１０４の偏波モード分散（ＰＭＤ）を測定し得る。
【００２３】
装置１００は、被測定物（ＤＵＴ）１０４から出射された光信号を受容するようにしてあるのが好ましい。装置１００は、ローカル発振器１０６と、これに結合している偏光スクランブラ１０８とを備える。偏光スクランブラ１０８は、更に光ミキサ１１０の入力端に結合される。光ミキサ１１０の第２入力端は、解析すべき光信号を受容する。光ミキサ１１０の出力端は、ＲＦ領域で動作するアナライザ１１２に結合される。アナライザ１１２は、一組の周波数分解された偏光状態を生成する。
【００２４】
操作により、ローカル発振器１０６は、初期偏光状態によって特性化された信号を偏光スクランブラ１０８に入力する。この初期偏光状態は、偏光スクランブラ１０８によって変調され、偏光スクランブル信号が生成される。偏光スクランブル信号は、被測定物（ＤＵＴ）１０４から出射される光信号と光ミキサ１１０によってミキシングされる。ローカル発振器１０６は、同調可能（ｔｕｎａｂｌｅ）であるものが好ましく、前記ミキサはＲＦ領域に周波数分解可能なヘテロダイン信号を生成する。得られたヘテロダイン信号は、光信号搬送波の周波数とローカル発振器１０６の周波数との差に等しい周波数に中心を有する。この周波数差は、通常ビート周波数と称される。次いで、ヘテロダイン周波数の出力偏光状態が、周波数分解を行う偏光アナライザ１１２を用いてＲＦ領域で解析される。
【００２５】
被測定物（ＤＵＴ）１０４は、偏光測定を所望する光信号を透過するものなら何でもよく、例えば、どんな光デバイスでも光素子でも光材料でも差し支えない。実施の形態の一つとして、被測定物（ＤＵＴ）１０４は、光源から光が入射された光ファイバケーブルであり、光はデータが変調されていてもよく、信号としては光ファイバケーブルを伝搬した後の光信号でもよい。実施の形態の一つとして、本発明に基づいて形成された装置１００で解析される光信号は、光ファイバケーブルで伝搬された光の波長部分を選択しても差し支えない。
【００２６】
好ましい実施の形態では、被測定物（ＤＵＴ）１０４は、光通信システムの使用中のチャネルのファイバリンクであり、光源はデータ変調されたものである（図２を参照のこと）。
【００２７】
ローカル発振器（ＬＯ）１０６は、同調可能なＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザであるのが好ましいが、被試験光信号とミキシングすると周波数分解可能なヘテロダイン信号が発生し得る光源なら何でもよい。最も好ましいのは、光信号の帯域幅Ｂを２倍にするに等しいビート周波数を発生する周波数にローカル発振器（ＬＯ）１０６を同調することである。そうすれば、発生したビート周波数は、ゼロに中心を有するベース帯域の信号と重複しないからである。
【００２８】
偏光スクランブラ１０８は、ローカル発振器（ＬＯ）１０６の初期偏光状態を変調し、すべての偏光状態（ＳＯＰ）が、好ましくはＲＦ分解測定に要する時間より短いタイムスケールで生成され得る機器ならば何でも差し支えない。当業者に周知なように、この完全偏光スクランブル処理は、一般に、「ポアンカレ球完全カバー処理（Ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ  Ｃｏｖｅｒｉｎｇ  ａ  Ｐｏｉｎｃａｒｅ  Ｓｐｈｅｒｅ）」と称され、偏光状態（ＳＯＰ）がポアンカレ球の表面を完全にカバーする処理である。実施の形態の一つでは、市販の４ＭＨｚ偏光スクランブラを用いるのが好ましい。
【００２９】
光ミキサ１１０は、ローカル発振器信号と被試験光信号とでビート発生可能で、無線周波数領域で解析し得るヘテロダイン信号を生成し得る機器なら何でもよい。好ましくは、光ミキサ１１０としては、光カプラであり、最も好ましくは３ｄＢ光カプラ、またはビームスプリッタである。
【００３０】
アナライザ１１２は、ヘテロダイン信号の偏光成分と周波数成分とを解析可能な機器なら何でもよい。そのような機器として、このアナライザは偏光アナライザ兼周波数アナライザであり、両者を一つの機器に一体化したものでも、あるいは２基の別個の機器を並置したものでもよい。
【００３１】
好ましくは、上記アナライザとしては、偏光アナライザの後に、ヘテロダイン信号を電気信号に変換する高感度な光検出器（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＤ）を設けたものがある。次ぎに、この電気信号を周波数アナライザ、好ましくはＲＦ領域のスペクトルアナライザ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＲＦＳＡ）でＲＦ領域で解析する。最も好ましくは、ＲＦＳＡの解析時間は、ポアンカレ球をカバーするのに必要な時間より長いことである。
【００３２】
ＲＦＳＡの範囲は、周波数をサンプル化したビート周波数またはＲＦヘテロダイン信号をカバーするに十分な帯域であることが好ましい。好ましくは、この範囲は少なくとも３Ｂ／２である。ここでＢは光信号の帯域幅である。本発明の実施の形態に基づいて測定することができる周波数分解された偏光状態のセットは、ＲＦＳＡの周波数範囲または高感度光検出器（ＰＤ）の周波数帯域幅のどちらか狭い方によって上端に限定され得る。測定は、ローカル発振器１０６を入力信号の帯域幅の少なくとも２倍に同調し、ベース帯域信号とビート周波数に中心を有するヘテロダイン信号との重複を避ける能力によって下方周波数端に限定することができる。
【００３３】
別の実施の形態では、幾つかのヘテロダイン測定を連続的に行いることができる。各ヘテロダイン周波数はシフトされたローカル発振器（ＬＯ）１０６の周波数に中心を有し、各々ポアンカレ球にいわゆる「偏光の紐（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｔｒｉｎｇ）」を形成する。偏光測定を行い得る周波数の範囲を拡大するには、ローカル発振器（ＬＯ）１０６を順次的に近傍の等間隔の中心周波数に同調し、対象とする周波数範囲をカバーすることが好ましい。数組の好ましくは重複するヘテロダイン測定を、周波数をシフトして、行うと、周波数分解された偏光状態（ＳＯＰ）の全部の組の測定が行われる。
【００３４】
更に別の実施の形態では、電気信号は一組のＲＦ帯域パスフィルタまたはＲＦアレイ導波格子のいずれかを用いて解析される。ＲＦフィルタを用いて周波数測定を１０〜１５回連続的に行うのが好ましい。約１５ＧＨｚの範囲でサンプルするのが好ましく、測定は約１〜約１．５ＧＨｚの周波数サンプルに対応してなされる。
【００３５】
偏光アナライザは、アナライザ１１２の一部を構成するものであるが、ヘテロダイン信号のＲＦ成分の出力偏光状態を解析可能の機器、計測器、または機器の組み合わせならば何でも差し支えない。上記偏光アナライザは、入射光界または光信号の偏光成分を測定可能の装置ならば何でもよい。測定された偏光成分はその光界の偏光状態を生成するのに用い得る。
【００３６】
当業者に周知の典型的な偏光アナライザとしては、少なくとも偏光子と１／４波長板、別称１／４波長リターダ（１／４−Ｗａｖｅ  Ｒｅｔａｒｄｅｒ）がある。上記アナライザは、偏光子と１／４波長板とをある固定位置に回転することによって、入射光信号の固定偏光成分を透過することが可能である。本発明は本明細書に記載の典型的な偏光アナライザに関して記載されているけれども、本発明に係わる装置は何ら特定の偏光アナライザに限定されない。
【００３７】
本発明に係わる装置の偏光アナライザは少なくとも３箇所の固定位置を備えるのが好ましい。各固定位置は光信号の固定偏光成分を透過するように設定される。アナライザの固定位置を伝送した光の強度は光検出器で検出・記録される。当業者に周知なように、ストークスパラメータは、全強度の測定値と伝送強度の３測定値とから生成される。なお、伝送強度のこれら３測定値は光信号の偏光成分の３測定値：例えば、水平または垂直直線偏光（θ＝０°または９０°）、４５°または１３５°直線偏光（θ＝４５°または１３５°）および右（または左）回り円偏光に各々対応するものである。
【００３８】
高感度光検出器で測定された各固定偏光成分に対応するＲＦスペクトルを記録することによって、一組の周波数分解された固定偏光成分を生成し、これらから一組の周波数分解された偏光状態を測定するのが好ましい。
【００３９】
本発明の図２ａに図示の別の実施の形態の装置２００では、被測定物（ＤＵＴ）１０４として光通信システムで使用しているチャネル２０２を用いている。この実施の形態が備える装置１００は、チャネルの光信号に対応する一組の周波数分解された偏光状態を測定するのに用いられる。装置２００は、光通信システムで使用しているチャネル２０２がアクティブのままでその偏波モード分散（ＰＭＤ）を測定するのに適用するのが好ましい（図２ｂを参照のこと）。
【００４０】
この実施の形態の装置２００は、該システムのレシーバ２０６の前に配置された光アウトカプラ２０４を備えるのが好ましい。光アウトカプラ２０４は、チャネル２０２の出力の箇所の光信号の一部を少し取り出すことが可能な機器なら何でもよい。前記光アウトカプラ２０４は、光格子、エタロン、ビームスプリッタ、および光カプラの組み合わせなら何でも差し支えない。装置２００はプロセッサ２０８を更に備え、プロセッサ２０８は計算し、データ記憶を行い、光信号ωの関数として偏光状態ＳＯＰ(ω)を記憶する。なお、偏光状態ＳＯＰ(ω)は本明細書では単に偏光状態ＳＯＰと称する。
【００４１】
図２ａでは、光信号は、光通信システムで使用しているチャネル２０２にトランスミッタ２１０で入射されたデータ変調光信号２１２である。伝送された光信号２１２のごく一部２１４が光アウトカプラ２０４を用いて取り出され、光ミキサ１１０の入力に供給される。一組の周波数分解された偏光成分が、アナライザ１１２で計測され、使用中のチャネルまたはアクティブファイバ２０２の一組の周波数分解された出力偏光状態ＳＯＰが測定される。
【００４２】
他の実施の形態の一つである図２ｂを参照する。本発明に基づいて構成された装置２５０は、偏光コントローラ２１３を備える。偏光コントローラ２１３は、光通信システムにあるマルチプレクサ（図示せず）の下流側に配置するのが好ましい。トランスミッタ２１０からの光信号の少なくともごく一部が偏光コントローラ２１３を透過する。偏光コントローラ２１３は、少なくとも２個の入力偏光状態を順次に生成するために少なくとも２位置の間に変位し、相異なる時間に使用中チャネルに少なくとも２個の入力偏光状態を伝送する。測定精度を改良するには、偏光コントローラ２１３は、少なくとも３位置の間に変位し、少なくとも３個の入力偏光状態を順次に生成するのが好ましい。時間的に隔てられた各入力偏光状態に対して、一組の周波数分解された偏光状態ＳＯＰが前記のよう得られる。すなわち、伝送された光信号２１２のごく一部２１４が取り出され、光ミキサ１１０に供給され、周波数分解された偏光成分がアナライザ１１２を用いて計測され、周波数分解された偏光状態ＳＯＰが、得られた偏光成分から計算される。
【００４３】
当業者には周知なように、次ぎに周波数の関数としての偏波モード分散（ＰＭＤ）の計算は、少なくとも２個の入力偏光状態に対応する少なくとも２組の周波数分解された偏光状態ＳＯＰから求めることができる。周波数ωの関数としてのすべての偏波モード分散（ＰＭＤ）の計算は、少なくとも２個の入力偏光状態に対応する複数の周波数分解された偏光状態ＳＯＰから偏波モード分散（ＰＭＤ）を計算する当業者に既知の方法を適用することによって、プロセッサ２０８の機能に従って行うことができる。これらの測定値を使用すれば、使用中の光通信システムの動作状況をモニタし、サービスが停止する確率を測定し、増大した偏波モード分散（ＰＭＤ）の作用によるサービスの中断を防止可能である。
【００４４】
少なくとも２個の偏光状態を作業チャネルに入射するために偏光コントローラ２１３を用いることについては、文献「Ｍ.Ｂｏｒｏｄｉｔｓｋｙ，ｅｔ ａｌ．，“Ｉｎ−Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ-Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ Ｂｉｔ−Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ”，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔ.Ｔｅｃｈ.Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．4，ｐｐ．５７２−５７４(Ａｐｒｉｌ(２００３)」に記載されているので、これを参考文献として本明細書に引用する。
【００４５】
トランスミッタ２１０は、データ変調光信号を伝送可能のものならば何でもよい。大抵の使用中の通信システムに用いられるトランスミッタ２１０の光源は、レーザダイオードである。伝送された信号２１２は多重された使用中光通信チャネルに結合するのが好ましい。伝送された信号２１２から分岐される小さな信号２１４は、光ファイバケーブル束に沿って伝送される使用中光通信チャネル単線から抽出または分岐される小部分であることが好ましい。
【００４６】
各光チャネルを伝送される信号は一般に情報を搬送するように変調されている。従来のシステムでは、例えば、ＯＣ−１９２システムでは、変調速度は約１０Ｇｂ／ｓである。この比較的狭い変調スペクトルでは、ファイバまたはアクティブチャネルの出力の周波数分解状態を特性化し、更に偏波モード分散（ＰＭＤ）を特性化するのに必要な光フィルタ処理は難しい。従来の装置では、測定分解能は、光周波数フィルタの帯域幅、通常３０ＧＨｚ超で制約されるのが一般である。
【００４７】
この制約を光領域で回避するため、本発明の方法と装置では、ヘテロダイン法を有利に適用して、偏波モード分散（ＰＭＤ）の測定を無線周波数（ＲＦ）領域に変換して測定しようとするものである。光域とは対照的に、ＲＦのフィルタとスペクトルの分解能はＭＨｚのオーダーであり、ＲＦＳＡ操作範囲は一般に２０ＧＨｚを超える。この範囲は、約１５ＧＨｚの好ましいビート周波数を中心に有する約７ＧＨｚの帯域幅に対応する普通のデータ変調光信号を操作するのに必要な周波数範囲をカバーする。好ましいビート周波数は、データ変調光信号の帯域幅に２倍より少し大きい値である。本発明の方法を用いると、出力信号の偏光状態ＳＯＰの紐、すなわち、一連の周波数分解された偏光状態ＳＯＰを迅速に測定することによって、光信号を作業チャネルに伝送する際に生じる脱偏光作用を迅速かつ正確に特性化することが可能である。
【００４８】
ヘテロダイン測定に関する既知の問題は、電界のベクトル上の性質によって、ヘテロダイン信号のビート周波数（ωＳ−ωＬＯ）の箇所のＲＦ成分が信号の電界ベクトルＥＳとローカル発振器（ＬＯ）の電界ベクトルＥＬＯの相互配置に依存することで、ミキシングされた信号の全強度Ｉｔｏｔは：
【数１】
2005304048.tif 000003
で表示される。式中、ωＳとωＬＯはそれぞれ信号周波数とローカル（ＬＯ）周波数を表し、ｔは時間を表す。
【００４９】
式（１）のベクトルＥＳとベクトルＥＬＯの乗算項は、対象とする信号成分で、解析中の偏光状態ＳＯＰの周波数分解された測定値を表す。このベクトルＥＳとベクトルＥＬＯの乗算項は、本明細書では、式（１）で表されるヘテロダイン信号のビート周波数信号成分または無線周波数信号成分と称される。従来配置の信号を最適化するため、偏光の相対配位であるベクトルＥＳとベクトルＥＬＯの乗算項は、光信号すべてに対してビート周波数信号成分を最大化するように調節されるのが好ましい。本発明に基づけば、この大きな不便さは、ＬＯ信号の高速偏光スクランブルを採用することによって回避される。ＲＦアナライザの測定時間がポアンカレ球をカバーするに必要な時間より長い限り、ＬＯ信号のスクランブルを行えば、ベクトルＥＳとベクトルＥＬＯの乗算項に本質的な測定の偏光角依存性は、完全配置の偏光に相対的な信号強度２倍を犠牲にして、無くなる。
【００５０】
更に、ローカル発振器の偏光が急速に変われば、ある偏光状態で偏光アナライザの後にビート周波数｜ωＳ−ωＬＯ｜の箇所に検出され、｜ｘ＞で示される平均ＲＦ強度は、両電界ベクトルＥＳとベクトルＥＬＯの２乗と、アナライザ軸｜＜ｘ｜ｓ（ω）＞｜２に平行な信号の偏光成分とに比例する。ここに、｜ｓ（ω）＞は信号の対象とするスペクトル成分の偏光状態である。従って、本発明の実施の形態に基づく装置は、高分解能広帯域偏光計として好ましく機能する。
【００５１】
本発明の方法では、図２ｂに示される装置２５０で測定される偏光状態ＳＯＰの紐から得られるデータは、作業チャネルの偏波モード分散（ＰＭＤ）の測定に用いられる。このようなデータは、また、システム性能に与える偏波モード分散（ＰＭＤ）の影響を、例えば、図２ｂに基づく装置２５０をファイバ路に沿って数点設けることによって直接にモニタするのに用いられる。前記ファイバ路は、データの光伝送の両終端の間の全アクティブファイバまたはチャネルとして定義される。更に、本発明に基づいて構成される装置と方法は、図３に示されるように、フィードバック信号を与える場合にも用いることができる。
【００５２】
図３は本発明に基づいて構成される光通信システム３００を示す。この実施の形態はアクティブな偏波モード分散（ＰＭＤ）の緩和または補正に用いられるフィードバックシステム３０２を備える。操作では、使用中の通信システムが、データ変調光信号２１２の少なくとも２個の入力偏光状態をシステム３００のアクティブチャネル２０２に、好ましくは、時間的入力偏光状態を、偏光コントローラ２１３を用いて、変えることによって、入射する。伝送された光信号２１２のごく少ない部分２１４が光アウトカプラ２０４を用いて取り出され、図１に示される装置１００に供給される。１組の周波数分解された偏光状態が、各入力偏光状態に対して装置１００から導かれ、当業者に周知の手段で時間的にデータを分解する。少なくとも２組の周波数分解された偏光状態ＳＯＰをプロセッサ２０８で用いて、周波数ωの関数としてアクティブなファイバ２０２の偏波モード分散（ＰＭＤ）をすべて算出する。これら全ての偏波モード分散（ＰＭＤ）の計算は、補正システム３０２へのフィードバックとして用いられ、次いで、伝送されたデータ変調光信号２１２を、使用中の通信システム３００にあるレシーバ２０６に送られる前に、修正することによって、偏波モード分散（ＰＭＤ）の作用を補正するのに更に用いられる。
【００５３】
補正システム３０２は、技術に既知の従来の補正システムなら何でも差し支えない。
【００５４】
図２ｂと図３に基づく、好ましくはプロセッサ２０８による全ての偏波モード分散（ＰＭＤ）の計算は、少なくとも２個の偏光状態に対して得られたストークスパラメータの測定値から遂行される。本発明はストークスパラメータを測定することに関して議論されているけれども、本発明の装置と方法は、偏光スクランブルされたＬＯ信号を解析すべき光信号でヘテロダイン処理する技法を含むもので、周波数の関数としてどんな組みの偏光成分と偏光ベクトルの組とを測定するのに用い得るものである。
【００５５】
偏波モード分散（ＰＭＤ）は、ベクトル量τ（ω）で完全に特性化され、群遅延差（ＤＧＤ）はベクトル｜τ（ω）｜の大きさである。記号から分かるように、偏波モード分散（ＰＭＤ）と群遅延差（ＤＧＤ）は光周波数ωの関数である。入力偏光状態はどんなものでも、２個の直交する主偏光状態（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  Ｓｔａｔｅｓ  ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＰＳＰ）に沿った方向成分に分解することができる。群遅延差（ＤＧＤ）はと言えば、ある長さのファイバを通過した後の主偏光状態（ＰＳＰ）間の時間的分離を示す。ファイバを伝搬する各光周波数または波長に対して、二本の主偏光状態（ＰＳＰ）が存在し、偏波モード分散（ＰＭＤ）故に広がるパルスは、ＰＳＰが１個だけしか存在しなければ、消滅する。ファイバの偏波モード分散（ＰＭＤ）は、一般に、相異なる周波数に対応する主偏光状態（ＰＳＰ）間の群遅延差（ＤＧＤ）の平均を使用して特性化され、周波数、温度、および外部変動の一次に独立である。
【００５６】
全ての偏波モード分散（ＰＭＤ）を周波数の関数として導出するためには、少なくとも２個の好ましくは独立の入力偏光状態の周波数分解測定が、対象とする光信号上で行われる。本発明に基づけば、ストークスパラメータ測定を好ましく行って、本明細書に記載のように偏光アナライザを通った周波数分解コンポーネント測定値を用いて出力偏光状態（ＳＯＰ）を特性化する。これら偏光コンポーネントは好ましくは水平直線偏光、４５°直線偏光、および円偏光に対応する。
【００５７】
偏光状態（ＳＯＰ）の最も普通のストークスパラメータのセットを偏波モード分散（ＰＭＤ）の測定値に変換するのに用い得る技法は幾つか存在する。どの入力偏光状態（ＳＯＰ）を用いるのか、そして測定された偏光状態（ＳＯＰ）のセットをどのように処理するのかで、技法は相異なる。しかし、結果は同じで、解析される周波数の関数として偏波モード分散（ＰＭＤ）のベクトル、すなわち、群遅延差（ＤＧＤ）と主偏光状態（ＰＳＰ）双方の測定になる。いわゆるポアンカレ球解析法（Ｐｏｉｎｃａｒｅ  Ｓｐｈｅｒｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＰＳＡ）およびジョーンズマトリクス解析法（Ｊｏｎｅｓ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｅｉｇｅｎａｎａｌｙｓｉｓ：ＪＭＥ）については、詳細に、例えば、文献「Ｎｏｒｍａｎｄ  Ｃｙｒ，Ａｎｄｒｅ  Ｇｉｒａｒｄ，ａｎｄ  Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｗ．Ｓｃｈｉｎｎ，“Ｓｔｏｋｅｓ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ  Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｅｄ Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ＰＭＤ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”，ＮＦＯＥＣ‘９９ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ（Ｃｈｉｃａｇｏ，Ｉｌｌ．１９９９）」に記載されているので、これを参考文献として本明細書に引用する。
【００５８】
ポアンカレ球解析法（ＰＳＡ）とジョーンズマトリクス解析法（ＪＭＥ）とでは同じ測定手順が必要とされる。両方とも、生のパラメトリックデータから周波数の関数として主偏光状態（ＰＳＰ）と群遅延差（ＤＧＤ）とを求める。得られた生のパラメトリックデータは、特定の入力偏光状態に対して光周波数の関数として、ファイバの出力の箇所の規準化されたストークスベクトルに変換される。規準化されたストークスベクトルはポアンカレ球の上に位置としてプロットされる。両方法とも、ポアンカレ球上の２個の隣接光周波の箇所のストークスベクトルの位置測定から周波数分解された偏光状態（ＳＯＰ）のローカル「角速度（角速度の時間は実際の光周波数で）」を測定する。ポアンカレ球解析法（ＰＳＡ）は、直接「ストークス空間」で行われる、すなわち、ポアンカレ球解析法（ＰＳＡ）は偏光状態（ＳＯＰ）のストークスパラメータ表示上で直接行われる。ジョーンズマトリクス解析法（ＪＭＥ）は、ストークスベクトルが規準化ジョーンズベクトル表示に変換された後にジョーンズベクトルで行われる。
【００５９】
いわゆるミュラーマトリクス解析法（Ｍｕｌｌｅｒ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｍｅｔｈｏｄ：ＭＭＭ）技法はポアンカレ球解析法（ＰＳＡ）とジョーンズマトリクス解析法（ＪＭＥ）との組み合わせである。ＭＭＭ法は、文献「Ｒ．Ｍ．Ｊｏｐｓｏｎ，Ｌ．Ｅ．Ｎｅｌｓｏｎ，ａｎｄ Ｈ．Ｋｏｇｅｌｎｉｋ，“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｅｃｏｎｄ−Ｏｒｄｅｒ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ”，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．９，ｐｐ．１１５３−５５（Ｓｅｐｔ．（１９９９））」に記載されている。ポアンカレ球解析法（ＰＳＡ）とジョーンズ解析法（ＪＭＥ）のように、ミュラーマトリクス解析法（ＭＭＭ）は、２個の入力偏光状態に対応する角周波数ωの箇所の出力ストークスベクトルを決定する必要がある。しかし、ポアンカレ球解析法（ＰＳＡ）とは異なって、ミュラーマトリクス解析法（ＭＭＭ）は、ストークス空間内に完全に留まりながらも、ファイバの回転マトリクスを決定する能力がある。ミュラーマトリクス解析法（ＭＭＭ）は２個の入力直線偏光間の相対角に独立という利点がある。
【００６０】
これらの技法は、偏波モード分散（ＰＭＤ）を導出するのに用いられる方法の例として示されているだけであって、本発明の範囲を限定するものではない。技術に既知の方法なら何でも本発明の方法と装置に関して用い、周波数分離された偏光状態のセットを周波数の関数としての全ての偏波モード分散（ＰＭＤ）に変換し得る。
【００６１】
図４は、被測定物のファイバを透過した後の典型的な光データ伝送信号の周波数分解された偏光状態（ＳＯＰ）を測定するのに用いられる本発明に基づいて構成される測定装置４００の好ましい実施の形態を示す。この好ましい実施の形態のローカル発振器（ＬＯ）４０２は、同調可能なＣＷレーザと、その後に好ましく設けられる４ＭＨｚ偏光スクランブラ４０４とを備えるのが好ましい。４ＭＨｚ偏光スクランブラ４０４は、ニュージャージー州ホルムデル(Ｈｏｌｍｄｅｌ)のファイバコントロール社（Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から部品番号ＰＳ−７００として入手できる。トランスミッタ４０６は、１０Ｇｂ／ｓデータ変調伝送信号を被測定ファイバ４０８に入射するのが好ましい。３ｄＢカプラ４１０を用いてＬＯ信号を被測定ファイバ４０８からの光信号出力とミキシングする。
【００６２】
装置４００を用いれば、光ファイバまたはどんな光部品の周波数分解された偏光状態（ＳＯＰ）のセットを実験室規模で測定することができる。また装置４００を用いれば、トランスミッタ４０６の後に偏光子（図示せず）を挿入することによって、どんな光部品の偏波モード分散（ＰＭＤ）をも測定し得る。そうすれば、２個の好ましくは顕著に異なる入力偏光に対して２個のデータセットが得られる。光遠隔通信システムでアクティブのまま作業チャネルを動的にモニタするのに用いるとき、伝送信号のごく一部を、図２ａに示されるようにレシーバの前で抽出または取り出し、カプラに入力するのが好ましい。
【００６３】
被測定物として用いられる光部品としては、光放射線を伝播または生成する部品またはエレメントなら何でもよい。好ましい実施の形態では、この光部品は光ファイバまたは光ファイバの作業光チャネルである。
【００６４】
この好ましい実施の形態４００のアナライザは、偏光アナライザ４１２と高感度光検出器４１４とＲＦスペクトルアナライザ（ＲＦＳＡ）４１６とを備える。偏光アナライザ４１２は、少なくとも調節可能偏光子と１／４波長板とを備えるのが好ましい。ＲＦＳＡ４１６の走査または解析時間は、偏光スクランブラ４０４がポアンカレ球をカバーするに必要な時間より長いのが好ましい。
【００６５】
単一の「紐」測定は、先ずＬＯ４０２を中央の周波数に同調するステップと、入射信号の３個の固定偏光成分に対応する偏光アナライザ４１２の３個の固定位置に対するＲＦＳＡトレースを取るステップから成ることが好ましい。得られたデータを処理し、ストークスベクトルを得て、これらをポアンカレ球の表面上にトレースとしてプロットする。ＬＯ４０２は、好ましくは搬送周波数から約１５ＧＨｚ（１０Ｇｂ／ｓデータ変調伝送信号の約７ＧＨｚ帯域幅の２倍よりも少し広い）離れるように同調し、約１５ＧＨｚに中心があるビート周波数信号成分が光カプラ４１０に生成されるようにする。偏光子と波長板の３位置各々は、水平と垂直の直線偏光の一つと、４５°と１３５°の直線偏光の一つと、左と右の円偏光の一つとに対応するのが好ましい。偏光アナライザ４１２の後に配置された好ましくは高感度の光検出器４１４により、光信号を電気信号に変換し、対象であるビート周波数信号成分を周波数アナライザ、好ましくはＲＦＳＡで解析することができる。
【００６６】
各固定偏光成分に対して、ヘテロダイン信号のビート周波数成分の全周波数範囲をカバーするＲＦＳＡトレースを発生させるのが好ましい。各固定偏光成分に対応する周波数分解光強度がトレースのＲＦスペクトルに記録される。こうすると、３個のトレース、すなわち、３個の偏光成分測定値各々に対してそれぞれ１個が発生される。これらの測定値から、好ましくはストークスパラメータを周波数の関数として計算し、結果を単位ポアンカレ球に規準化する。これらの結果は、例えば、図２ｂに示されるようにプロセッサを用いて処理するのが好ましい。
【００６７】
図４に示される装置に備えられるＲＦＳＡから導出された典型的なトレースは、図５にプロットされる。これらのトレースを生成する測定は、１０Ｇｂ／ｓの外部変調ＮＲＺ信号を用いて図４に示される装置で行われた。これらのトレースは、次の３個の偏光配位位置、すなわち、水平５０２、直線４５°５０４、および右円５０６に対して生成された。ベースバンド信号の相対強度は、変調信号に相対的にローカル発振器のパワーを上昇させることによって抑えた（式（１）を参照のこと）。予測通り、低周波数範囲の測定精度は、この実施例ではゼロ周波数の周りに中心があるベースバンド信号と重複することによって限定される。各トレースの高周波数端では、同精度は、この実施例では計器の周波数応答、このケースでは、ＲＦＳＡと光検出器の操作範囲によって限定される。これらの限定内であっても、約１５ＧＨｚに中心がある周波数分解された測定値のセットは少なくとも１０ＧＨｚの範囲をカバーする。
【００６８】
従って、隣接する搬送波周波数に中心があるヘテロダイン測定を幾つか好ましくは用いれば、ＰＭＤを周波数の関数として完全に特性化し得る。
【００６９】
図６は、幾つかの搬送波周波数ωに対するストークスパラメータ測定値のプロット図であり、図示のストークスパラメータは、図５にプロットされ、光周波数領域にプロットされた偏光コンポーネント測定値から導出されたものである。Ｓ１６０２は水平直線の偏光状態（ＳＯＰ）の測定値に対応し、Ｓ２６０４は４５°直線ＳＯＰの測定値に対応し、Ｓ３６０６は右円の偏光状態（ＳＯＰ）の測定値に対応する。各々の偏光状態（ＳＯＰ）に対して、５個のヘテロダイン測定値を、ＬＯ周波数を約６ＧＨｚ離れた間隔の５個の相異なる周波数に同調することによって生成した。すなわち、ＣＷレーザ波長は、１,５５０〜１,５５０．２ｎｍ範囲の全幅０．２ｎｍ（約２４ＧＨｚ）の範囲でスキャンした。測定の結果、同調されたＬＯ中心周波数に中心を有する各ヘテロダイン信号のＲＦまたはビート周波数とオーバーラップするＲＦスペクトルが得られた。上記５個のヘテロダイン測定値各々は、ポアンカレ球７００上に偏光紐を示す（図７ａを例えば、参照のこと）。紐の間に少しは連続性が欠けているのが見られるが、これは測定値間の偏光ドリフトと伝送レーザの周波数の約１ＧＨｚドリフト双方に起因する。
【００７０】
本発明に基づいて形成された装置と方法の操作は、図４に示された装置で採取された測定値を参照ファイバに対して商業計器から得られた測定値と比較することによって確かめられた。既知の群遅延差（ＤＧＤ）２５ピコ秒（ｐｓ）を有する偏波保持（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ：ＰＭ）ファイバの一部を参照ファイバとして用いた。出力偏光状態（ＳＯＰ）は、従来の偏光アナライザを用いて２個の相異なる入力偏光に対して光周波数の関数として測定された。偏光状態（ＳＯＰ）の測定値の周波数依存性は、無線周波数スペクトル解析で得られたが、偏光子の後の箇所で光学フィルタ処理することによっても等価に得られた。ＰＭファイバから予測された通り、この測定結果により、図７ａに示されるようにポアンカレ球上に２本の円状アークが得られた。１本のアーク７０２は、任意の入力偏光状態に対する偏光状態（ＳＯＰ）の周波数との曲線関係をプロットするものであり、第２のアーク７０４は、相異なる任意の入力偏光状態に対する偏光状態（ＳＯＰ）の周波数との曲線関係のプロットである。
【００７１】
図７ｂは、同じファイバから得られた結果であって、図４に示される装置の実施の形態４００を用い、図７ａと同じ２個の入力偏光状態に対して測定された同じ出力偏光状態（ＳＯＰ）に対する結果を示す。これらのデータは、各々約１０ＧＨｚ帯域幅をカバーし、０．０５ｎｍ間隔に、すなわち、１，５５０ｎｍ、１，５５０．０５ｎｍ、１，５５０．１０ｎｍ、１，５５０．１５ｎｍおよび１，５５０．２０ｎｍに中心を有する５個の重複する周波数領域を一緒に合わせて得られた。４次多項式近似法を用いて、第１入力偏光状態７０６と第２入力偏光状態７０８とに対応するアーク測定値（実線）に測定ノイズ円滑化を施し、これらを一緒に合わせて第１入力偏光状態に対する一本の連続アーク７１０と第２入力偏光状態に対する一本の連続アーク７１２を得た。図４に示される本発明の装置４００向けの参照フレームにシフトしたこととは別にして、従来の偏光計と比較して、図７ｂと図７ａそれぞれの結果は、形状とそれぞれのトレースの配位位置に関して極めて近い。
【００７２】
本発明に基づいて構成された装置４００と方法の操作について、図４に用いたファイバ４０８の代わりに、既知の平均群遅延差（ＤＧＤ）３０ｐｓを有する高偏波モード分散（ＰＭＤ）ファイバを用いて試験を行った。上記のように、所与の入力偏光状態に対する周波数の関数としての一本の偏光状態（ＳＯＰ）の軌跡を、商業的偏光計と２５ＧＨｚ周波数範囲に同調可能のレーザとで測定した。得られた偏光状態（ＳＯＰ）測定値８０２はポアンカレ球７００上に図８ａに図示のように示される。図８ｂは、同じファイバから得られた結果であって、本発明に基づいて構成された装置の好ましい実施の形態４００を用いて測定された同じ出力偏光状態（ＳＯＰ）に対する結果８０４を示す。これらのデータは、各々約１０ＧＨｚ帯域幅をカバーし、０．０５ｎｍ間隔に、すなわち、１，５５０ｎｍ、１，５５０．０５ｎｍ、１，５５０．１０ｎｍ、１，５５０．１５ｎｍおよび１，５５０．２０ｎｍに中心を有する５個の重複する周波数領域を一緒に合わせて得られた。４次多項式近似法を用いて、測定ノイズ円滑化を施した。図８ｂに示されるトレースは、図８ｂに示されるものと実質的に同じであり、相違は測定装置に用いられた参照フレームの回転だけであった。
【００７３】
以上、本発明の図示の実施の形態については、添付の図面を参照して説明したが、本発明は、それらの正確な実施の形態に限定されないこと、また当業者には本発明の範囲と精神に逸脱することなく、多岐にわたる他の変更や部分的修正もそれらの実施の形態に加えることが可能であることが、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に基づいて形成された装置の実施の形態のブロック図である。
【図２ａ】遠隔通信システムに組み入れられた図１の装置のブロック図である。
【図２ｂ】作業光チャネルの偏波モード分散（ＰＭＤ）をモニタするために遠隔通信システムに組み入れられた本発明に基づいて形成された装置のブロック図である。
【図３】ＰＭＤ補正のために遠隔通信システムに組み入れられた図２ｂの装置のブロック図である。
【図４】本発明の方法と装置に基づいた試験装置セットアップのブロック図である。
【図５】図４の試験装置セットアップから得られた無線周波数スペクトル図である。
【図６】図５にプロットされた実験データから抽出された３個のストークスパラメータのプロット図である。
【図７ａ】光ファイバのＰＭＤを測定する従来の装置を用いて採取した実験データから求められたポアンカレ球上のプロット図である。
【図７ｂ】図７ａをプロットするのに用いられたものと同じ光ファイバに対して図６にプロットされた実験データから求められたポアンカレ球上のプロット図である。
【図８ａ】高ＰＭＤ光ファイバから出力偏光状態（ＳＯＰ）を測定する従来の装置を用いて実験データから求められたポアンカレ球上のプロット図である。
【図８ｂ】図８ａをプロットするのに用いられたものと同じ高ＰＭＤ光ファイバに対して図４の試験セットアップで測定された出力ＳＯＰのポアンカレ球上のプロット図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００，２００，２５０，４００  偏光状態の測定装置、３００  光通信システム、１０４  被測定物（ＤＵＴ）、１０６，４０２  ローカル発振器、１０８，４０４  偏光スクランブラ、１１０  光ミキサ、１１２，４１２  アナライザ，２０２  作業チャネル、２０４，４１０  光アウトカプラ、２０６  レシーバ、２０８  プロセッサ、２１０  トランスミッタ、２１２  光信号、２１３  偏光コントローラ、２１４  分岐光信号、３０２  フィードバック補正システム、４０４  ４ＭＨｚ偏光スクランブラ、４０６  トランスミッタ、４０８  被測定ファイバ、４１４  光検出器、４１６  ＲＦスペクトルアナライザ（ＲＦＳＡ）、５０２  水平直線偏光のＲＦ、５０４  ４５°直線偏光のＲＦ、５０６  右回り円偏光のＲＦ、６０２  水平直線ＳＯＰストークスパラメータ、６０４  ４５°直線ＳＯＰストークスパラメータ、６０６  右回り円ＳＯＰストークスパラメータ、７００  ポアンカレ球、７０２，７０４，７０６，７０８，７１０，７１２，８０２，８０４  ＳＯＰアーク。
【図１】
2005304048.tif 000004
【図２ａ】
2005304048.tif 000005
【図２ｂ】
2005304048.tif 000006
【図３】
2005304048.tif 000007
【図４】
2005304048.tif 000008
【図５】
2005304048.tif 000009
【図６】
2005304048.tif 000010
【図７ａ】
2005304048.tif 000011
【図７ｂ】
2005304048.tif 000012
【図８ａ】
2005304048.tif 000013
【図８ｂ】
2005304048.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月18日(2005.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の一組の周波数分解された偏光状態を測定する装置であって、
初期偏光状態を含むローカル発信器と、
ローカル発信器の初期偏光状態で変調して偏光スクランブル信号を生成する偏光スクランブラと、
偏光スクランブル信号を光信号の少なくとも一部とミキシングして無線周波数信号成分を含むヘテロダイン信号を生成するカプラと、
光信号の少なくとも一部の固定偏光成分を透過し、この固定偏光成分周波数を無線周波数信号成分を用いて分解するアナライザと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記アナライザが更に、
固定偏光成分を透過する偏光アナライザと、
無線周波数信号成分の固定出力状態を検出して電気信号に変換する光検出器と、
電気信号周波数の無線周波数成分をサンプリングする周波数アナライザと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記周波数アナライザが無線周波数スペクトルアナライザを備えることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、
前記無線周波数スペクトルアナライザの解析時間が、偏光スクランブラがポアンカレ球をカバーするに必要な時間より長いことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項２に記載の装置において、
前記周波数アナライザが一組の無線周波数帯域パスフィルタを備えることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、
前記ローカル発信器が光信号の少なくとも２倍の帯域幅に等しいビート周波数を生成するように同調されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
光通信システムの作業光チャネルから光信号の前記少なくとも一部を少し取り出す光アウトカプラを更に備えることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、
前記光アウトカプラが、光格子、エタロン、ビームスプリッタ、および光カプラの内の少なくとも一つを含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
光デバイスに送られる光信号の少なくとも一部の少なくとも二つの入力偏光状態を順次に生成するように設定され、さらに、前記少なくとも二つの入力偏光状態各々に対して一組の周波数分解された偏光状態が、光デバイスの出力で測定される偏光コントローラと、
プロセッサであって、光信号の前記少なくとも二組の周波数分解された偏光状態から光信号を伝送する光デバイスの偏波モード分散を計算するプロセッサと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、
前記光デバイスが作業光チャネルであって、作業光チャネルの偏波モード分散が、光信号の前記少なくとも二組の周波数分解された偏光状態から計算されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
補正システムを更に備え、その際に前記プロセッサが作業光チャネルにフィードバックする補正値を決定し、前記補正システムが前記補正値を受信し、光信号を修正して前記偏波モード分散値を補正することを特徴とする装置。
【請求項１２】
光信号の一組の周波数分解された偏光状態を測定する方法において、
ローカル発信器を第１ローカル発信器周波数に同調して第１ローカル発信器周波数を生成するステップと、
前記第１ローカル発信器の初期偏光状態で偏光変調して偏光スクランブル信号を生成するステップと、
前記偏光スクランブル信号を光信号の少なくとも一部と混合してヘテロダイン信号を生成するステップであって、前記ヘテロダイン信号が第１ビート周波数に中心を有する無線周波数信号成分を含み、前記第１ビート周波数が第１ローカル発信器周波数と光信号の搬送波周波数との間の差に等しいステップと、
無線周波数信号成分の周波数成分と偏光成分を解析するステップと、
前記周波数成分と偏光成分から第１組の周波数分解された偏光状態を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
前記解析ステップが更に、
前記ヘテロダイン信号の固定偏光成分を固定位置に設定された調節可能偏光アナライザに透過するステップと、
前記ヘテロダイン信号の固定偏光成分を電気信号に変換するステップと、
前記固定偏光成分の周波数成分を分解するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記ヘテロダイン信号を電気信号に変換するステップが前記ヘテロダイン信号を高感度光検出器で検出するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、
前記調節可能偏光アナライザが、少なくとも３個の固定位置を備え、更にその際に前記透過する、変換する、分解する諸ステップが少なくとも３回、前記少なくとも３個の固定位置各々に対して１回行われ、少なくとも３個の固定偏光成分の周波数分解測定値を生成することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
前記少なくとも３個の固定偏光成分が、水平と垂直の直線偏光状態の内の一つ、４５°と１３５°の直線偏光状態の内の一つ、および円偏光状態を含み、前記少なくとも３個の固定偏光成分の少なくとも３個の周波数分解測定値を生成することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記第１組の周波数分解された偏光状態を生成するステップが、前記少なくとも３個の固定偏光成分の前記少なくとも３個の周波数分解された測定値から一組の周波数分解されたストークスパラメータを計算するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載の方法において、
ローカル発信器を第２ローカル発信器周波数に同調して第２ローカル発信器周波数を生成するステップと、
前記第２ローカル発信器の初期偏光状態で偏光変調して第２偏光スクランブル信号を生成するステップと、
前記偏光スクランブル信号を光信号の少なくとも一部と混合して第２ヘテロダイン信号を生成するステップであって、前記第２ヘテロダイン信号が第２ビート周波数に中心を有する第２無線周波数信号成分を含み、前記第２ビート周波数が第２ローカル発信器周波数と光信号の搬送波周波数との間の差に等しいステップと、
前記第２無線周波数信号成分の第２組の周波数成分と偏光成分を解析するステップと、
前記第２組の周波数成分と偏光成分から第２組の周波数分解された偏光状態を生成するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、
第１組の周波数分解された偏光状態を第２組の周波数分解された偏光状態と合流し、合流組みを作成するステップと、
前記合流組みのノイズ成分を平滑化するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１２に記載の方法において、
前記光信号が光遠隔通信システムの作業チャネルから送られることを特徴とし、前記方法が、前記作業チャネルから光信号の前記少なくとも一部を取り出して偏光スクランブル信号と混合するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
光デバイスの偏波モード分散を測定する方法において、
（ａ）ローカル発信器をローカル発信器周波数に同調してローカル発信器信号を生成するステップと、
（ｂ）前記ローカル発信器信号の初期偏光状態で偏光変調して偏光スクランブル信号を生成するステップと、
（ｃ）光信号の少なくとも一部を、少なくとも二つの入力偏光状態の一つを生成するように設定された偏光コントローラに透過するステップと、
（ｄ）光信号の少なくとも一部を偏光コントローラに通すステップの後に、この光信号を光デバイスに伝送するステップと、
（ｅ）前記偏光スクランブル信号を光信号の前記少なくとも一部と混合してヘテロダイン信号を生成するステップであって、前記ヘテロダイン信号が、ビート周波数に中心を有する無線周波数信号成分を含み、前記ビート周波数が、前記ローカル発信器周波数と光信号の搬送波周波数との間の差に等しいことを特徴とするステップと、
（ｆ）前記無線周波数信号成分の周波数成分と偏光成分を解析するステップと、
（ｇ）少なくとも二つの入力偏光状態の一つに対応する周波数成分と偏光成分とから一組の周波数分解された偏光状態を生成するステップと、
（ｈ）少なくとも２個の入力偏光状態各々に対してステップ（ａ）〜（ｇ）を反復して、少なくとも２個の入力偏光状態に対応する少なくとも２組の周波数分解された偏光状態を生成するステップと、
（ｉ）前記少なくとも２組の周波数分解された偏光状態から光デバイスの偏波モード分散を計算するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
前記光デバイスが光遠隔通信システムの作業チャネルを含むことを特徴とし、前記方法が更に、前記作業チャネルから光信号の前記少なくとも一部を取り出して偏光スクランブル信号と混合するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、
作業光チャネルの偏波モード分散を補正する補正ファクタを決定するステップと、前記補正ファクタを光信号に適用し、作業チャネルにおける偏波モード分散を補正するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法において、
前記偏光コントローラが前記少なくとも２個の入力偏光状態を時間的に交互に提供することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法において、
前記少なくとも２個の入力偏光状態が少なくとも３個の入力偏光状態であることを特徴とする方法。