(57)【要約】【課題】光入力において受信光を光出力において３つ以上の出力光ビームにほぼ同時に分離する受動光学システムを提供すること。【解決手段】光出力ビームは、ストークス空間の四面体基底集合の３つ以上の基底ベクトル上への受信光の光投影の強度に比例する強度を有することが可能である。システムは、複数の部分偏光スプリッタまたは複数の光学干渉計を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一偏光の光を第１光出力および第２光出力に透過させ、直交偏光の光をほぼ前記第２光出力のみに透過させる第１部分偏光スプリッタと、
一偏光の光を第３光出力および第４光出力に透過させ、直交偏光の光をほぼ前記第４光出力のみに透過させ、前記第２光出力から光を受信するように配置される光入力を有する第２部分偏光スプリッタと、
一偏光の光を第５光出力に透過させ、直交偏光の光を第６光出力に透過させ、前記第４光出力から光を受信するように配置される光入力を有する従来の偏光スプリッタとを備える、装置。
【請求項２】
前記第１部分偏光スプリッタおよび前記第２偏光スプリッタが、異なる方向に沿って光の直交偏光を分離する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第４光出力と前記従来の偏光スプリッタの前記光入力との間に配置される４分の１波長プレートをさらに備え、
前記従来の偏光スプリッタおよび前記第２部分偏光スプリッタが、異なる方向に沿って光の直交偏光を分離する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１光出力から光強度を測定するように構成される第１光強度検出器と、
前記第３光出力から光強度を測定するように構成される第２光強度検出器と、
前記第５光出力から光強度を測定するように構成される第３光強度検出器とをさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１部分偏光スプリッタにおいて入力光を受信するのに応答して、前記第１スプリッタが、第１ベクトル上への前記入力光の投影の強度に比例する強度を有する光を前記第１光出力に透過させ、前記第２部分偏光スプリッタが、第２ベクトル上への前記入力光の投影の強度に強度がほぼ比例する光を前記第３光出力に透過させ、前記従来のスプリッタが、第３ベクトル上への前記入力光の投影の強度に強度がほぼ比例する光を前記第５光出力に透過させ、前記第１ベクトル、前記第２ベクトル、および前記第３ベクトルが、四面体基底集合の基底ベクトルである、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
光を第一偏光成分および第２直交偏光成分に分離する偏光スプリッタと、
別々の光入力において前記スプリッタから前記第一偏光成分および前記第２偏光成分の光を受信するように結合され、かつ前記第一偏光成分の前記光の一部と前記第２偏光成分の前記光の一部とを干渉させるように構成される第１光学干渉計と、
別々の光入力において前記スプリッタから前記第一偏光成分および前記第２偏光成分の光を受信するように結合され、かつ前記第一偏光成分の前記光の一部と前記第２偏光成分の前記光の一部とを干渉させるように構成される第２光学干渉計とを備え、
前記第２光学干渉計が、２つの偏光成分の干渉する光の間において、前記第１光学干渉計とは異なる相対位相を生成するように構成される、装置。
【請求項７】
前記第２干渉計が、前記２つの偏光成分の前記光の一部を、大きさが最高で３６０度の整数倍である１２０度±１０度の相対位相シフトで干渉させるように構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１干渉計が、前記２つの偏光成分の前記光の一部を、大きさが最高で３６０度の整数倍である約１０度未満の相対位相シフトで干渉させるように構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記干渉計が、前記第一偏光成分の前記光と前記第２偏光成分の前記光との間において光干渉を生成するように、前記スプリッタから受信される前記光の一部の偏光を回転させるように構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記第一偏光成分および前記第２偏光成分の一方の光強度を測定するように配置される第１光強度検出器と、
前記第１干渉計において干渉された光の強度を測定するように配置される第２光強度検出器と、
前記第２干渉計において干渉された光の強度を測定するように配置される第３光強度検出器とをさらに備える、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームの偏光依存特性を分析する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームは、波長、振幅、位相、および偏光によって記述される。従来の光通信システムは、デジタル情報およびアナログ情報を送信する方式の基盤として、光ビームの振幅および位相変調の両方を使用した。光ビームの偏光は、アナログ情報またはデジタル情報を搬送するように変調することができる追加の特性を提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
情報を搬送するために変調された偏光について、光通信システムは、受信光ビームの偏光依存特性を測定するように構成される受信器を有さなければならない。偏光依存特性の従来の光分析装置は、通常、複雑な光分析装置を使用し、または偏光光ビームの情報容量を低減するような方式で動作した。複雑な光分析装置は、多くの光学構成要素を有し、製造に関連する費用が高いので、所望されない。偏光ビームの情報容量を低減することも望ましくないが、その理由は、この結果、偏光変調が光通信システムにおいて潜在的に提供する主な利点を無効にすることがあるからである。これらの理由のために、偏光依存特性の従来の光分析装置は、偏光依存特性から情報を抽出するように構成される光受信器では所望されない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、装置は、第１部分偏光スプリッタ、第２部分偏光スプリッタ、および従来の偏光スプリッタを含む。第１部分偏光スプリッタは、一偏光の光を第１光出力および第２光出力に透過させ、直交偏光の光をほぼ第２光出力にのみ透過させる。第２部分偏光スプリッタは、一偏光の光を第３光出力および第４光出力に透過させ、直交偏光の光をほぼ第４光出力にのみ透過させる。第２部分偏光スプリッタは、第２光出力からの光を受信するための光入力を有する。従来の偏光スプリッタは、一偏光の光を第５光出力に透過させ、直交偏光の光を第６光出力に透過させる。従来の偏光スプリッタは、第４光出力から光を受信するための光入力を有する。
【０００５】
他の態様では、装置は、偏光スプリッタ、第１光学干渉計、および第２光学干渉計を含む。偏光スプリッタは、光を第一偏光成分および直交第２偏光成分に分離する。第１光学干渉計は、別々の光入力においてスプリッタから第一偏光成分および第２偏光成分の光を受信するように結合され、かつ、第一偏光成分の光の一部と第２偏光成分の光の一部とを干渉させるように構成される。第２光学干渉計は、別々の光入力において偏光スプリッタから第１光成分および第２光成分の光を受信するように結合され、かつ、第一偏光成分の光の一部と第２偏光成分の光の一部とを干渉させるように構成される。第２光学干渉計は、第１光学干渉計とは異なる相対位相を、２つの偏光成分の干渉する光の間に生成するように構成される。
【０００６】
いくつかの実施形態は、受信光の複数の偏光依存特性をほぼ同時に測定することができる光分析装置を特徴とする。光分析装置は、光入力において受信光を光出力において３つ以上の出力光ビームにほぼ同時に分離する受動光学システムを含む。出力光ビームは、ストークス空間の四面体基底集合（ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ  ｂａｓｉｓ  ｓｅｔ）の３つ以上の基底ベクトルの上に光投影される受信光の強度に比例する強度を有することが可能である。システムは、複数の部分偏光スプリッタまたは複数の光学干渉計を含む。
本明細書において、同じ参照符合は、機能的に類似の要素を指す。
【０００７】
例示的な実施形態は、添付の図および詳細な記述を参照して、より完全に記述される。しかし、本発明は、様々な形態において実現されることが可能であり、本明細書において記述される実施形態に限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
様々な実施形態は、強度が、ストークス・ベクトル空間の四面体基底集合の基底ベクトルに沿って光投影される受信光ビームの強度に比例する出力光ビームをほぼ同時に生成する受動光分析装置に関する。これらの光投影は、受信光ビームの偏光成分の大きさおよび相対位相を決定する。１組の四面体基底ベクトル上への光投影を実施することによって、新しい光分析装置は、簡単な設計を維持し、より複雑な光分析装置とほぼ同じ量の情報をしばしば依然として抽出する。
【０００９】
光投影を記述するために、複素２次元ベクトル、すなわちＳ＝（ｘ，ｙ）ｔの形態のベクトルで光ビームの偏光成分を表すことが好都合である。ここで、ｘおよびｙは、ベクトルＳの直交座標であり、複素数とすることが可能である。ここで、上付き文字「ｔ」は、転置作業を表す。複素ベクトルＳのｘ成分およびｙ成分は、ビームの電場の直交線形偏光状態に対応する。ｘ成分およびｙ成分の振幅および位相は、電場の関連偏光成分の振幅および位相を表す。
【００１０】
この表現では、ストークス・ベクトル空間の四面体基底は、過剰完全基底集合を形成する１組の４つの複素２成分ベクトルを含む。本明細書において、ストークス・ベクトル空間の１組の四面体基底ベクトルは、ｕ１、ｕ２、ｕ３、およびｕ４と呼ばれる。基底ベクトルｕ１、ｕ２、ｕ３、およびｕ４は、四面体基底集合と呼ばれるが、その理由は、互いの上への投影が、等しい絶対値であるからである。具体的には、基底ベクトルが、ｕｉ†・ｕｉ＝１、ｉ＝１〜４であるように正規化される場合、様々な投影ｕｉ†・ｕｊは、ｊ≠ｉであるようなすべての対（ｉ，ｊ）について同じ大きさを有する。ここで、上付き文字「†」は、エルミート共役を表す。例示的な正規化四面体基底集合は、ｕ１＝（１，０）ｔ、
【数１】
2005283585.tif 000003
、および
【数２】
2005283585.tif 000004
によって与えられる。この例示的な集合では、ｕ１、ｕ２に沿い、かつｕ３またはｕ４に沿った任意のベクトルの投影は、電場の偏光成分の大きさおよび前記成分間の相対位相を決定する。
【００１１】
図１は、ストークス空間の四面体基底集合の基底ベクトルに沿って事前選択波長の受信光の光投影をほぼ同時に測定する光検出器１０を示す。光検出器１０は、光プロジェクタ１２、光電子倍増管またはフォトダイオードなどの光強度検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４、ならびに電子データ・プロセッサ１４を含む。光プロジェクタ１２は、光入力１６において光ビーム入力の光を受信して、受信光を３つまたは４つの光出力２０、２１、２２、２３に透過される出力光ビームに分離する受動光学装置である。
【００１２】
光出力２０、２１、２２、２３において、事前選択波長の光の強度は、それぞれの四面体ベクトルｕ１、ｕ２、ｕ３、およびｕ４に沿って光入力１６において受信された光の光投影の光強度に比例する。具体的には、Ｓが光入力１６において受信された光を表す場合、光強度検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４は、強度が、それぞれの光投影ｕ１†・Ｓ、ｕ２†・Ｓ、ｕ３†・Ｓ、およびｕ４†・Ｓの光強度に比例する偏光を光プロジェクタ１２から受信する。光強度検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４は、それぞれの基底ベクトルｕ１、ｕ２、ｕ３、およびｕ４に沿って、受信光のこれらの光投影の強度を測定する。光強度検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４は、測定されたそれぞれの光強度を表す電気信号を電子データ・プロセッサ１４に送信する。
【００１３】
測定強度から、プロセッサ１４は、光入力１６において受信された光に関する振幅、位相、および偏光の情報、すなわち図１のＤＡＴＡを決定する。例示的な情報は、光の偏光成分の大きさ、および光の偏光成分間の相対位相を含む。光検出器１０のいくつかの例示的な実施形態は、たとえば、ｕ１＝（１，０）ｔ、
【数３】
2005283585.tif 000005
、および
【数４】
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の上への光投影の強度を測定するために、３つの光強度検出器Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３のみを有する。そのような実施形態は、光入力１６において受信された光の２つの偏光成分に関する振幅および相対位相を提供することもできる。しかし、４つの検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４を有する他の実施形態は、情報容量に関して利点を有することが可能である。
【００１４】
光のＮ光子パケットの偏光方向について事前に知識を有していない状況では、ｋの光検出器を有する検出器の相互情報量Ｍが、量ｐ（ｎ）およびｐ（ｎ｜Π）から計算される。量ｐ（ｎ）＝∫ｐ（ｎ｜Π）ｄΩΠであり、∫ｄΩΠは、ポアンカレ球上での一様積分である。量ｐ（ｎ｜Π）は、設定された確率｛ｐ（ｉ｜Π）｝から確定され、ｐ（ｉ｜Π）は、偏光状態Πの光子が検出器「ｉ」に到着する確率である。Ｎの光子状態では、偏光状態Πにおいてそれぞれの検出器１、２、・・・、ｋに到達するｎ１、ｎ２、・・・、ｎｋ光子の確率ｐ（ｎ｜Π）は、以下によって与えられる。
【数５】
2005283585.tif 000007
ここで、ｎ＝（ｎ１，ｎ２，・・・，ｎｋ）は、ｋ次元のベクトルであり、その成分は、対応する検出器に到達する光子の数である。たとえば、ｎｉは、検出器「ｉ」に到達する光子の数である。ｐ（ｎ｜Π）およびｐ（ｎ）に関して、相互情報量Ｍは、以下によって与えられる。
Ｍ＝−Σｎｐ（ｎ）ｌｏｇ［ｐ（ｎ）］＋∫［Σｎｐ（ｎ｜Π）ｌｏｇ［ｐ（ｎ｜Π）］］ｄΩΠ
相互情報量Ｍによって測定される際に、４つの光検出器Ｄ１〜Ｄ４、および図３または５の光プロジェクタ１２Ａ、１２Ｂを有するいくつかの光検出器１０は、より多くの複雑な従来の光検出器と同程度の情報能力を有することが可能である。
【００１５】
様々な実施形態において、光プロジェクタ１２は、光入力１６において受信された光の投影を光出力２０、２１、２２、２３にほぼ同時に光学的に透過させるように構成される。これらの異なる光投影は、ほぼ同時であるが、その理由は、光プロジェクタ１２は、光入力１６から受信された光を、光出力２０〜２３に向けられる複数の出力ビームに受動的に分離するからである。光プロジェクタ１２において、光出力２０〜２３に向けられる異なる光投影は、共にかつほぼ同時に生成される。異なる光出力２０〜２３への光投影間のタイム・ラグは、光入力１６と様々な光出力２０〜２３との間の様々な光路に沿った伝播時間の差に関係する。対照的に、いくつかの他のタイプの光分析装置は、受信光の光投影を順次実施する。これらの他の光分析装置は、異なる光投影を生成するために、内部において光学要素を動的に再構成する。光プロジェクタ１２において実施される光の受動分離は、光学要素の動的再構成が異なる光投影の測定間に必要とされる順次分析より迅速である。
【００１６】
図２は、図１の光検出器１０を動作する方法２５を示す。方法２５は、光入力１６において事前選択波長の光ビームを受信することを含む（工程２６）。方法２５は、事前選択波長の受信光ビームを光学的に分離し、それにより、受信光から複数の出力光ビームをほぼ同時に生成するように、光プロジェクタ１２を動作することを含む（工程２７）。各出力光ビームの強度は、ストークス基底の四面体基底集合の基底ベクトル上への受信光ビームの光投影の１つの強度に比例する。各出力光ビームは、集合の四面体基底ベクトルの異なる１つの上への光投影に比例する。方法２５は、様々な出力光ビームの光強度の平行測定を実施することと、様々な測定光強度を表すデータを平行して電子データ・プロセッサ１４に送信することとを含む（工程２８）。方法２５は、光入力１６において受信された光ビームの偏光依存特性を決定するために、出力光ビームの測定強度を使用することを含む（工程２９）。方法２５は、光入力１６において受信された光ビームの平行光学分析を含むので、方法２５は、偏光依存情報が高データ率において光ビームから抽出されなければならない光受信器（図示せず）に適切である。
【００１７】
図３および５は、図１の光プロジェクタ１２の代替実施形態１２Ａ、１２Ｂを示す。光プロジェクタ１２Ａおよび１２Ｂは、偏光の部分偏光スプリッタおよび光学干渉計にそれぞれ基づく。
【００１８】
図３は、経路セグメント３２、３３に沿って分布する一連の受動光学要素によって形成される例示的な光プロジェクタ１２Ａを示す。受動光学要素は、部分偏光スプリッタ３４、３５、従来の偏光スプリッタ３６、４５°偏光回転子３７、３８、および４分の１波長プレート３９を含む。
【００１９】
本明細書において、部分偏光スプリッタおよび従来の偏光スプリッタの両方とも、平行偏光成分および直交偏光成分が沿って分離される光学軸を有し、第１光出力および第２光出力をも有する。両方のタイプの偏光スプリッタは、スプリッタの光学軸に平行な偏光成分の光を第１光出力のみに透過させる。通常、この成分の強度の９０％以上、好ましくは９５％以上、より好ましくは９９％以上が、第１光出力に透過される。偏光スプリッタは、スプリッタの光学軸に垂直に配向される偏光成分のすべてまたは一部を、第２光出力に透過させる。本明細書において、スプリッタ３４、３５などの部分偏光スプリッタは、スプリッタの光学軸に垂直に配向された偏光成分の光を部分的にのみ分離する。具体的には、部分偏光スプリッタは、直交配向偏光成分の一部を光出力のそれぞれに透過させる。対照的に、本明細書において、従来の偏光スプリッタ、すなわち通常のスプリッタ３６は、スプリッタの光学軸に直交する偏光成分の光を第２光出力にのみ透過させる。たとえば、直交偏光成分の９０％以上、好ましくは９５％以上、より好ましくは９９％以上が、第２光出力に透過される。
【００２０】
従来の偏光スプリッタおよび部分偏光スプリッタは、当技術分野では周知である。従来の偏光スプリッタは、市場で容易に入手可能である。いくつかの部分偏光スプリッタも、市販されている。たとえば、垂直偏光成分についていくつかの分割比を有する部分偏光スプリッタが、ＣＶＩレーザ、ＬＬＣ、コーポレート・ヘッドクォーターズ（Ｃｏｒｐｏｒａｔｅ  Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓ）［米国ニュー・メキシコ州８７１２３、アルバカーキ、ドラド・プレイスＳＥ２００所在］（ウェブサイト：ｗｗｗ．ｃｖｉｌａｓｅｒ．ｃｏｍ）から入手可能である。たとえば、ＣＶＩレーザの偏光装置およびビーム分割キューブ製品を参照されたい。他の部分偏光スプリッタは、以下の図４Ａ〜４Ｂにおいて記述されるように製造することができる。
光プロジェクタ１２Ａは、受信光を、基底ベクトルがｕ１＝（１，０）ｔ、
【数６】
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、および
【数７】
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、および
【数８】
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である四面体基底集合の上に投影する。これらの光投影が実施される方式の以下の記述では、光入力１６において受信された元の光は、複素２成分ベクトルＳによって表される。
【００２１】
光入力１６において、部分偏光スプリッタ３４は、スプリッタの光学軸に直交して配向される偏光成分、すなわち図３の水平偏光成分の１／２±５％を光強度検出器Ｄ１に透過させる。したがって、光強度検出器Ｄ１は、強度が、光入力１６から第１四面体基底ベクトル上への光の投影の強度、すなわち
【数９】
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の強度に比例する偏光を受信する。部分偏光スプリッタ３４は、光の残りを光入力１６から経路セグメント３２へ反射する。この残りは、スプリッタの光学軸に直交する偏光成分の強度の１／２±５％、およびスプリッタの光学軸に平行な偏光成分、すなわち図２の垂直偏光成分の全強度を含む。
【００２２】
経路セグメント３２に沿って、光は、約４５°だけ偏光の有効回転を受ける。有効回転により、部分偏光スプリッタ３４の光学軸に平行な偏光成分は、部分偏光スプリッタ３５の光学軸に関して、約４５°回転される。いくつかの実施形態では、偏光スプリッタ３４、３５の光学軸は位置合わせされ、偏光回転子３７が、経路セグメント３２上において４５°の有効回転を生成する。この偏光回転のために、第１部分偏光スプリッタ３４および第２部分偏光スプリッタ３５は、異なる直交座標に沿って、光の直交偏光成分に分離する。例示的な偏光回転子３７は、偏光回転を生成するために、１対の斜め配向ミラー、光学活性媒体、または適切に配向された１／２波長プレートを使用する。他の実施形態では、２つの部分偏光スプリッタ３４、３５の光学軸は、４５°だけ相対的に回転される。この相対回転のために、部分偏光スプリッタ３４、３５は、異なる直交方向に沿って、光の直交偏光成分を分離する。
【００２３】
部分偏光スプリッタ３５は、経路セグメント３２上を伝播する光の偏光成分を部分的に分離する。具体的には、部分偏光スプリッタ３５は、光学軸に直交する偏光成分の強度の約２／３±５％の強度を光強度検出器Ｄ２に透過させる。したがって、光強度検出器Ｄ２は、強度が、光入力１６から第２四面体基底ベクトル上への光の投影の強度、すなわち
【数１０】
2005283585.tif 000012
の強度に比例する線形偏光を受信する。部分偏光スプリッタ３５は、光の残りを経路セグメント３２から経路セグメント３３に反射する。この残りは、スプリッタの光学軸に直交して配向する偏光成分の約１／３の強度、およびスプリッタの光学軸に平行に配向する偏光成分、すなわち図３の経路セグメント３３に沿った垂直偏光成分の全強度を含む。
【００２４】
経路セグメント３３上において、部分偏光スプリッタ３５によって反射された光は、４分の１波長プレート３９に遭遇し、偏光回転子３８において約４５°だけ第２有効偏光回転を受ける。４分の１波長プレート３９は、部分偏光スプリッタ３５の光学軸に平行に偏光した光を、前記光の直交偏光成分に関して±π／２＋Ｎπの位相だけ遅延させる。ここで、「Ｎ」は任意の整数である。一部には４分の１波長プレート３９のために、光プロジェクタ１２Ａは、残りの四面体基底ベクトルに沿って事前選択波長の光を投影する。偏光回転子３８は、経路セグメント３３上を伝播する光の偏光を約±４５度だけ回転させる。偏光回転および相対位相シフトのために、部分偏光スプリッタ３５および従来の偏光スプリッタ３６は、異なる方向に沿って光の直交偏光を分離する。例示的な偏光回転子３８は、１対の斜め配向ミラー、ある容積の光学活性媒体、または適切に配向された１／２波長プレートを含むことが可能である。
【００２５】
代替実施形態（図示せず）では、約４５°の有効偏光回転は、部分偏光スプリッタ３５の光学軸に関して４５°の経路セグメント３３の回りの相対回転を有する従来の偏光スプリッタ３６の光学軸の結果である。光学軸の相対回転のために、部分偏光スプリッタ３５および従来の偏光スプリッタ３６は、異なる方向に沿って光の直交偏向を再び分離する。
【００２６】
４分の１波長プレート３９および偏光回転子３８の後、従来の偏光スプリッタ３６は、経路セグメント３３から光の偏光成分を分離する。従来の偏光スプリッタ３６は、光学軸に平行に配向された偏光成分、すなわち図２の垂直偏光を光強度検出器Ｄ３に反射し、光学軸に直交に配向された成分、すなわち図２の水平偏光を光強度検出器Ｄ４に透過させる。これらの理由のために、光強度検出器Ｄ３は、強度が、光入力１６から第３四面体基底ベクトル上への光の投影の強度、すなわち
【数１１】
2005283585.tif 000013
の強度に比例する偏光を受信する。同様に、光強度検出器Ｄ４は、強度が、光入力１６から第４四面体基底ベクトル上への光の投影の強度、すなわち
【数１２】
2005283585.tif 000014
の強度に比例する偏光を受信する。
他の実施形態では、部分偏光スプリッタ３４、３５は、光学軸に直交して偏光された光の異なる割合を偏光出力２０、２１に透過させることが可能である。
【００２７】
いくつかの実施形態では、光路３２、３３の前端部は、部分偏光スプリッタ３４、３５の偏光依存相対遅延を補償する構造（図示せず）をも含む。構造は、そのような遅延効果を低減し、それにより、光は、前記光路３２、３３の前端部において、楕円偏光ではなく線形偏光される。そのような補償構造は、１／４波長プレート、１／２波長プレート、または両方のシリーズを含むことが可能である。
【００２８】
図４Ａおよび４Ｂは、たとえば図３の部分偏光スプリッタ３４、３５である、部分偏光スプリッタの１つの構造４を示す。構造４は、誘電率ε１を有する誘電体層５および誘電率ε２を有する誘電体層６の交互シーケンスを含む。スタックの第１層および最終層５、層６、５が、それぞれ交互の厚さｄ１およびｄ２を有すると予期する。したがって、層５、６のスタックは、誘電率がジャンプを有する平行境界面のシーケンスを形成する。層５、６の数は、構造４の強度分割比を決定する。構造４は、入力光が、以下で記述されるように、ブルースタ角度において層５、６間の第１境界面に入射する場合、一偏光成分を表面７に透過させ、偏光成分の混合を表面８に透過させる。
【００２９】
図４Ａを参照すると、入射面において偏光された光ビーム９Ａが、θをブルースタ角度として、角度θで層５、６間の第１境界面に入射する。光ビーム９Ａがブルースタ角度で入射するので、境界面は、反射せずに、光ビーム９Ａを透過させる。同様に、光ビーム９Ａは、スタックの他の境界面によって反射されずに、透過される。したがって、構造４は、入力光ビーム９Ａから表面８において単一出力光ビームを生成する。
【００３０】
図４Ｂを参照すると、入射面に垂直に偏光された光ビーム９Ｂも、層５、６間の第１境界面において、入射角度θを作成する。光ビーム９Ｂは、入射面において偏光されていないので、第１境界面は、光ビーム９Ｂの一部を反射し、残りを透過させる。同様に、残りの光ビーム９Ｂは、スタックの各境界面において部分的に透過され、かつ部分的に反射される。反射部分は、層の厚さｄ１およびｄ２が適切に選択される場合、強め合って干渉する。したがって、光ビーム９Ｂは、出力表面８に部分的に透過され、出力表面７に部分的に反射される。
【００３１】
図５は、従来の偏光スプリッタ４０、９０°偏光回転子４２、部分的に銀めっきされたミラーなどの部分反射ミラー４４、４６、４８、５０、および４分の１波長プレート５２を含む代替光プロジェクタ１２Ｂを示す。例示的な９０°偏光回転子４２は、半波プレートであり、その光学軸は、従来の偏光スプリッタ４０によって経路セグメント５８に透過された光の偏光に関して、４５°だけ回転される。
光プロジェクタ１２Ｂは、第１光学干渉計および第２光学干渉計において、事前選択波長を有し、かつ光入力において受信される光の直交偏光成分と干渉する１６。第１光学干渉計は、部分反射ミラー４４、４６、４８、９０°偏光回転子４２を含む。第１光学干渉計は、受動光学要素を互いに、および偏光スプリッタ４０に結合する経路セグメント５６、５８、６６、６０をも含む。第２光学干渉計は、部分反射ミラー４４、４６、４８、５０、９０°偏光回転子４２、および４分の１波長プレート５２を含む。第２光学干渉計は、受動光学要素を互いに、および偏光スプリッタ４０に結合する経路セグメント５６、５８、６６、６０、６２、６４をも含む。第２干渉計は、２つの別々の干渉パターンを生成し、このパターンは、それぞれ、光強度検出器Ｄ３および光強度検出器Ｄ４に向けられる。２つのパターンにおいて、２つのアーム６２、６４の光には、異なる相対位相が付加される。
【００３２】
光プロジェクタ１２Ｂにおいて、光は、光入力１６において受信され、従来の偏光スプリッタ４０が、受信光を直交偏光成分に分離する。以下において、光入力１６からの受信光は、複素２成分ベクトルＳによって表される。偏光スプリッタ４０は、受信光の垂直偏光成分を経路セグメント５６に反射し、受信光の水平偏光成分を別の経路セグメント５８に透過させる。垂直偏光成分および水平偏光成分は、互いに干渉性であり、十分に確定された相対位相を有する。経路セグメント５８は、経路セグメント５６において受信された光の偏光に平行であるように、内部において光の偏向を回転させる９０°偏光回転子４２を含む。この回転により、ほぼ平行な偏光が生成され、それにより、従来の偏光スプリッタ４０からの当初直交偏光成分の光は、光プロジェクタ１２Ｂの２つの光学干渉計において干渉することができる。
【００３３】
経路セグメント５８上において、部分反射ミラー４４が、光強度の１／２を光強度検出器Ｄ１に部分反射し、光強度の残りの１／２を経路セグメント６６に透過させる。光強度検出器Ｄ１は、強度が、光入力１６からストークス基底の第１四面体基底ベクトル上への光の投影の強度、すなわち
【数１３】
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の強度に比例する偏光を受信する。
【００３４】
経路セグメント６６の端部において、部分反射ミラー４６が、光強度の１／２を経路セグメント６６から経路セグメント６０に反射し、光強度の残りの１／２を経路セグメント６４に透過させる。反射光は、部分反射ミラー４６において位相シフトを受けない。透過光は、経路セグメント６４の４分の１波長プレート５２において、π／２の位相シフトを受ける。
【００３５】
部分反射ミラー４８が、経路セグメント５６から反射された偏光と、経路セグメント６０から透過された偏光とを干渉させる。具体的には、部分反射ミラー４８は、光強度の１／３を経路セグメント５６から光強度検出器Ｄ２に反射し、この光強度の残りの２／３を経路セグメント６２に透過させる。部分反射ミラー４８も、光強度の２／３を経路セグメント６０から光強度検出器Ｄ２に透過させ、この光強度の残りの１／３を経路セグメント６２に反射する。経路セグメント５６からの光の反射には、位相シフトがなく、経路セグメント６０からの光の反射には、πの位相シフトがある。
【００３６】
部分反射ミラー４８は、光プロジェクタ１２Ｂの第１光学干渉計について光干渉を生成する。部分反射ミラー４８と従来の偏光スプリッタ４０との間において、２つの異なる光路が、最高で波長の整数倍である事前選択波長において、等しい全光路長を有するように構成される。２つの光路長が等しいことにより、光入力１６からの２つの当初直交偏光成分の光が、同相干渉を受けることが保証される。２つの直交偏光成分の光によってトラバースされる異なる光路は、事前選択波長を有する光について等しい光路長を有することが好ましい。同相干渉条件では、光強度検出器Ｄ２は、強度が、光入力１６から第２四面体基底ベクトル上への光の投影、すなわち
【数１４】
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の強度に比例する線形偏光を受信する。
【００３７】
部分反射ミラー５０は、経路セグメント６２および経路セグメント６４からの偏光を干渉的に組み合わせることによって、光プロジェクタ１２Ｂの第２光学干渉計について光干渉を生成する。部分反射ミラー５０は、光強度検出器Ｄ３およびＤ４において別々の干渉パターンを生成する。具体的には、部分反射ミラー５０は、光強度の約１／２を経路セグメント６２から光強度検出器Ｄ３に反射し、光強度の残りの１／２を光強度検出器Ｄ４に透過させる。同様に、同じ部分反射ミラー５０は、光強度の約１／２を経路セグメント６４から光強度検出器Ｄ４に反射し、光強度の残りの１／２を経路セグメント６４から光強度検出器Ｄ３に透過させる。部分反射ミラー６２は、移送シフトせずに、光を経路セグメント６２から反射し、πの位相シフトを有して光を経路セグメント６４から反射する。
【００３８】
部分反射ミラー５０と偏光スプリッタ４０との間において、様々な光路は、全光路長に関する条件も満たす。この条件は、セグメント６２を含む経路の全光路長を、セグメント６４を含む経路の全光路長に関係付ける。セグメント６２を含む光路および６４を含む光路は、事前選択波長の±１／４倍から最高で事前選択波長の整数倍だけ違う光路長を有するように設計される。そのような相対位相では、光強度検出器Ｄ３において受信される偏光は、光入力１６から第３四面体基底ベクトル上への光の投影の強度、すなわち
【数１５】
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の強度に比例する強度を有する。また、光強度検出器Ｄ４において受信される偏光強度は、光入力１６から第４四面体基底ベクトル上への光の投影の強度、すなわち
【数１６】
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の強度に比例する強度を有する。
【００３９】
光プロジェクタ１２Ｂにおいて、第１干渉計および第２干渉計は、異なる相対位相を有する従来の偏光スプリッタ４０からの２つの当初直交偏光成分の光を干渉させるように構成される。光強度検出器Ｄ２において、第１干渉計は、大きさが１０度未満である、好ましくは５度未満である、より好ましくは１度未満である相対位相シフトを有するこれらの２つの偏光成分の光を干渉させる。光強度検出器Ｄ３およびＤ４において、第２干渉計は、大きさが１２０±１０度、好ましくは１２０±５度、より好ましくは１２０±１度である相対位相シフトを有する同じ２つの当初偏光成分の光を干渉させる。上述した相対位相は、最高で３６０度の整数倍である。
本発明の他の実施形態が、本出願の明細書、図面、および請求項を考慮すると、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】受信光をストークス空間の四面体基底集合の基底ベクトルの上に投影する光分析装置を有する光検出器を示す図である。
【図２】図１の光検出器を動作する方法を示すフロー・チャートである。
【図３】２つの部分偏光スプリッタおよび１つの従来の偏光スプリッタを含む図１の光プロジェクタの実施形態を示す図である。
【図４Ａ】１つのタイプの部分偏光スプリッタが、入射面において偏光を有する光を処理する方式を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの部分偏光スプリッタが、偏光が入射面に垂直である光を処理する方式を示す図である。
【図５】複数の光学干渉計を含む図１の光プロジェクタの他の実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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