(57)【要約】【課題】同一波長の直交する偏波が多重化された偏波多重信号光の各偏光を分離し、各信号光の特性を評価できるようにする。【解決手段】光入射部２１に入射され可変波長光フィルタ２２を透過した光を前処理部２３で受けて、偏波状態の変更、位相変化から振幅変化への変換を行い、偏光ビームスプリッタ２６に入射し、偏光ビームスプリッタ２６で分離された一方の偏光成分の強度を第１受光部３０で検出し、他方の強度を第２受光部３１で検出する。また、分離された両偏光成分を差動バランス型の第３受光部３３に入射し、両偏光成分の差分信号の強度を検出し、その振幅を振幅検出部３４で検出する。評価処理部４０は、可変波長光フィルタ２２と前処理部２３を制御しつつ、第１受光部３０、第２受光部３１、振幅検出部３４の出力を受けて、光入射部２１に入射された偏波多重信号光の評価に必要な各特性を求める。【選択図】図１
2012068031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する偏波成分がそれぞれ位相変調されている偏波多重信号光を入射させるための光入射部（２１）と、
前記光入射部に入射された偏波多重信号光を受け、所望波長の光を抽出する可変波長光フィルタ（２２）と、
入力光の偏波状態を変化させて出射する偏波コントローラ（２４）および入力光の位相変化を振幅変化に変換するＰＭ−ＡＭ変換部（２５）を有し、前記可変波長光フィルタの出射光に対する偏波状態の変更および位相変化から振幅変化への変換の処理を行う前処理部（２３）と、
前記前処理部を通過した光を、互いに直交する偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタ（２６）と、
前記偏光ビームスプリッタによって分離された一方の偏光成分を２分岐する第１ビームスプリッタ（２７）と、
前記偏光ビームスプリッタによって分離された他方の偏光成分を２分岐する第２ビームスプリッタ（２８）と、
前記第１ビームスプリッタで分岐された一方の光を受けて前記一方の偏光成分の強度を検出する第１受光部（３０）と、
前記第２ビームスプリッタで分岐された一方の光を受けて前記他方の成分の強度を検出する第２受光部（３１）と、
前記第１ビームスプリッタで分岐された他方の光と前記第２ビームスプリッタで分岐された他方の光を、順方向直列接続された１対の受光素子でそれぞれ受け、その接続点の信号を検出する差動バランス型に構成され、前記一方の偏光成分と他方の偏光成分の差分信号の強度を検出する第３受光部（３３）と、
前記第３受光部の出力信号の振幅を検出する振幅検出部（３４）と、
前記可変波長光フィルタおよび前記前処理部を制御しつつ、前記第１受光部、第２受光部および振幅検出部の出力を受けて、前記光入射部に入射された偏波多重信号光の評価に必要な特性を求める評価処理部（４０）とを備えた偏波多重信号解析装置。
【請求項２】
前記評価処理部は、
前記振幅検出部で検出される振幅が最大となるように前記偏波コントローラを制御した状態で、前記可変波長光フィルタの波長を変化させながら前記第１受光部と第２受光部の出力を取得することで、前記解析対象の偏波多重信号光の偏光成分毎のスペクトラム特性を測定することを特徴とする請求項１記載の偏波多重信号解析装置。
【請求項３】
前記評価処理部は、
前記振幅検出部で検出される振幅が最大となるように前記偏波コントローラを制御した時の前記第１受光部と第２受光部の出力値、前記振幅検出部で検出される振幅が最小となるように前記偏波コントローラを制御した時の前記第１受光部と第２受光部の出力値を求め、これらの値から前記解析対象の偏波多重信号光の偏光直交度のずれを算出することを特徴とする請求項１記載の偏波多重信号解析装置。
【請求項４】
前記評価処理部は、
前記偏波コントローラを可変制御した時の前記第１受光部、第２受光部、振幅検出部の各出力に基づいて得られた前記一方の偏光成分と他方の偏光成分の強度比と、前記波長可変光フィルタの波長を変化させながら前記第１受光部と第２受光部の出力を取得して測定した各偏光成分の光スペクトラムと、該光スペクトラムで解析対象の偏波多重信号光の近傍で異なる二つの波長における前記第１受光部と第２受光部の出力とから、ＡＳＥノイズレベルを算出し、該ＡＳＥノイズレベルと偏波多重信号光のパワーとからその光信号ノイズ比を求めることを特徴とする請求項１記載の偏波多重信号解析装置。
【請求項５】
前記前処理部には、入射光に含まれる２つの偏光成分の強度に差を与える偏波依存性損失発生部（５０）が設けられていることを特徴とする請求項４記載の偏波多重信号解析装置。
【請求項６】
解析対象の偏波多重信号光の偏光成分を位相変調光から強度変調光に変換して偏光分離処理を行う段階と、
前記偏光分離された光の差分信号を求める段階と、
解析対象の偏波多重信号光の偏波状態を可変して前記差分信号の振幅が最大となる偏波状態に設定する段階と、
前記差分信号の振幅が最大となる偏波状態に設定した後に、入射される解析対象の偏波多重信号光に対する波長掃引処理を行い、該偏波多重信号光の両偏光成分のスペクトラム特性を求める段階とを含む偏波多重信号解析方法。
【請求項７】
解析対象の偏波多重信号光の偏光成分を位相変調光から強度変調光に変換して偏光分離処理を行う段階と、
前記偏光分離された光の差分信号を求める段階と、
解析対象の偏波多重信号光の偏波状態を可変して前記差分信号の振幅が最大となる偏波状態に設定し、該偏波状態における前記偏光分離された光の強度を検出する段階と、
解析対象の偏波多重信号光の偏波状態を可変して前記差分信号の振幅が最小となる偏波状態に設定し、該偏波状態における前記偏光分離された光の強度を検出する段階と、
前記検出した光強度の値から解析対象の偏波多重信号光の偏光直交度のずれを算出する段階とを含む偏波多重信号解析方法。
【請求項８】
解析対象の偏波多重信号光の偏光成分を位相変調光から強度変調光に変換して偏光分離処理を行う段階と、
前記偏光分離された光の差分信号を求める段階と、
解析対象の偏波多重信号光の偏波状態を可変したときの前記偏光分離された光の強度、前記差分信号の大きさに基づいて偏波多重信号光の一方の偏光成分と他方の偏光成分の強度比を求める段階と、
偏波多重信号光のスペクトラム特性を求める段階と、
前記スペクトラム特性で解析対象の偏波多重信号光の近傍の第１波長における偏光分離された光の強度と、偏波多重信号光の近傍で前記第１波長と異なる第２波長の偏光分離された光の強度とを求め、該各強度と前記強度比とからＡＳＥノイズレベルを算出する段階と、
前記ＡＳＥノイズレベルと偏波多重信号光のパワーとから光信号ノイズ比を求める段階とを含む偏波多重信号解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波多重信号光の特性を評価するための偏波多重信号解析装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の大容量化に伴い、近年では１００Ｇｂｐｓ／チャンネルクラスの長距離伝送が要求されている。
【０００３】
これを実現するために、光ファイバの分散や波長フィルタリングに対する耐力確保のために、１つの信号（シンボル上）に複数データを乗せる多値変調技術や、偏波面を利用して搬送路を増やす偏波多重技術を用いて大容量伝送することが必要になっている。
【０００４】
偏波多重技術は、伝送する光の水平偏波および垂直偏波にデータ情報をもたせ同時に伝送することで、情報量を２倍にすることができる。
【０００５】
例えば、直交２偏波多重と、４値変調であるＱＰＳＫを組合せた偏波多重ＱＰＳＫ方式は、２５［Ｇ／シンボル］の信号で、その４倍の１００Ｇｂｐｓクラスの伝送を行うことが可能であり、大きな注目を集めている。
【０００６】
このような新たな多重方式の通信の評価を行うために偏波解析技術が必要となる。
従来の偏波解析技術として、ストークスパラメータをポアンカレ球に表示する方法が知られている。
【０００７】
この方法は、偏波状態を球面上に表すもので、赤道上の位置は直線偏波状態、北極と南極は円偏波状態、その他のエリアは楕円偏波状態を表し、右回りの偏光状態は北半球、左回りの偏光状態は南半球に表示される。
【０００８】
ストークスパラメータとは、光の全光量Ｓ０、ｘ偏光とｙ偏光の光量差Ｓ１、４５度偏光と１３５度偏光の光量差Ｓ２、右回り偏光と左回り偏光の光量差Ｓ３を表しており、例えば、図１３のように、入力光の全光量Ｉtotalを検出する受光器１１、入力光のうち０度偏光子１２を透過した光量Ｉ０を検出する受光器１３、入力光のうち４５度偏光子１４を透過した光量Ｉ４５を検出する受光器１５、入力光のうちλ／４板１６および０度偏光子１７を透過した光量Ｉｑ０を検出する受光器１８からなるモニタ１０を用い、得られた４種類の光量から次の演算によって求めることができる。
【０００９】
Ｓ０＝Ｉtotal
Ｓ１＝２・Ｉ０−Ｉtotal
Ｓ２＝２・Ｉ４５−Ｉtotal
Ｓ３＝２・Ｉｑ０−Ｉtotal
【００１０】
なお、このようなストークスパラメータによる偏波解析技術は、例えば次の特許文献１、２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−２８４３９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−００２１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記した従来の偏波解析方法は、１チャンネル（１波長）の偏波多重信号光の偏波を分離して解析することができず、両偏光の平均偏光として測定されるため、偏波多重信号光の両偏光を分離して信号光の特性を評価することはできなかった。
【００１３】
本発明は、この問題を解決し、同一波長の直交する偏波が多重化された偏波多重信号光の各偏光を分離し、各信号光の特性を評価することができる偏波多重信号解析装置および方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の偏波多重信号解析装置は、
直交する偏波成分がそれぞれ位相変調されている偏波多重信号光を入射させるための光入射部（２１）と、
前記光入射部に入射された偏波多重信号光を受け、所望波長の光を抽出する可変波長光フィルタ（２２）と、
入力光の偏波状態を変化させて出射する偏波コントローラ（２４）および入力光の位相変化を振幅変化に変換するＰＭ−ＡＭ変換部（２５）を有し、前記可変波長光フィルタの出射光に対する偏波状態の変更および位相変化から振幅変化への変換の処理を行う前処理部（２３）と、
前記前処理部を通過した光を、互いに直交する偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタ（２６）と、
前記偏光ビームスプリッタによって分離された一方の偏光成分を２分岐する第１ビームスプリッタ（２７）と、
前記偏光ビームスプリッタによって分離された他方の偏光成分を２分岐する第２ビームスプリッタ（２８）と、
前記第１ビームスプリッタで分岐された一方の光を受けて前記一方の偏光成分の強度を検出する第１受光部（３０）と、
前記第２ビームスプリッタで分岐された一方の光を受けて前記他方の成分の強度を検出する第２受光部（３１）と、
前記第１ビームスプリッタで分岐された他方の光と前記第２ビームスプリッタで分岐された他方の光を、順方向直列接続された１対の受光素子でそれぞれ受け、その接続点の信号を検出する差動バランス型に構成され、前記一方の偏光成分と他方の偏光成分の差分信号の強度を検出する第３受光部（３３）と、
前記第３受光部の出力信号の振幅を検出する振幅検出部（３４）と、
前記可変波長光フィルタおよび前記前処理部を制御しつつ、前記第１受光部、第２受光部および振幅検出部の出力を受けて、前記光入射部に入射された偏波多重信号光の評価に必要な特性を求める評価処理部（４０）とを備えている。
【００１５】
また、本発明の請求項２の偏波多重信号解析装置は、請求項１記載の偏波多重信号解析装置において、
前記評価処理部は、
前記振幅検出部で検出される振幅が最大となるように前記偏波コントローラを制御した状態で、前記可変波長光フィルタの波長を変化させながら前記第１受光部と第２受光部の出力を取得することで、前記解析対象の偏波多重信号光の偏光成分毎のスペクトラム特性を測定することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項３の偏波多重信号解析装置は、請求項１記載の偏波多重信号解析装置において、
前記評価処理部は、
前記振幅検出部で検出される振幅が最大となるように前記偏波コントローラを制御した時の前記第１受光部と第２受光部の出力値、前記振幅検出部で検出される振幅が最小となるように前記偏波コントローラを制御した時の前記第１受光部と第２受光部の出力値を求め、これらの値から前記解析対象の偏波多重信号光の偏光直交度のずれを算出することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項４の偏波多重信号解析装置は、請求項１記載の偏波多重信号解析装置において、
前記評価処理部は、
前記偏波コントローラを可変制御した時の前記第１受光部、第２受光部、振幅検出部の各出力に基づいて得られた前記一方の偏光成分と他方の偏光成分の強度比と、前記波長可変光フィルタの波長を変化させながら前記第１受光部と第２受光部の出力を取得して測定した各偏光成分の光スペクトラムと、該光スペクトラムで解析対象の偏波多重信号光の近傍で異なる二つの波長における前記第１受光部と第２受光部の出力とから、ＡＳＥノイズレベルを算出し、該ＡＳＥノイズレベルと偏波多重信号光のパワーとからその光信号ノイズ比を求めることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項５の偏波多重信号解析装置は、請求項４記載の偏波多重信号解析装置において、
前記前処理部には、入射光に含まれる２つの偏光成分の強度に差を与える偏波依存性損失発生部（５０）が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項６の偏波多重信号解析方法は、
解析対象の偏波多重信号光の偏光成分を位相変調光から強度変調光に変換して偏光分離処理を行う段階と、
前記偏光分離された光の差分信号を求める段階と、
解析対象の偏波多重信号光の偏波状態を可変して前記差分信号の振幅が最大となる偏波状態に設定する段階と、
前記差分信号の振幅が最大となる偏波状態に設定した後に、入射される解析対象の偏波多重信号光に対する波長掃引処理を行い、該偏波多重信号光の両偏光成分のスペクトラム特性を求める段階とを含んでいる。
【００２０】
また、本発明の請求項７の偏波多重信号解析方法は、
解析対象の偏波多重信号光の偏光成分を位相変調光から強度変調光に変換して偏光分離処理を行う段階と、
前記偏光分離された光の差分信号を求める段階と、
解析対象の偏波多重信号光の偏波状態を可変して前記差分信号の振幅が最大となる偏波状態に設定し、該偏波状態における前記偏光分離された光の強度を検出する段階と、
解析対象の偏波多重信号光の偏波状態を可変して前記差分信号の振幅が最小となる偏波状態に設定し、該偏波状態における前記偏光分離された光の強度を検出する段階と、
前記検出した光強度の値から解析対象の偏波多重信号光の偏光直交度のずれを算出する段階とを含んでいる。
【００２１】
また、本発明の請求項８の偏波多重信号解析方法は、
解析対象の偏波多重信号光の偏光成分を位相変調光から強度変調光に変換して偏光分離処理を行う段階と、
前記偏光分離された光の差分信号を求める段階と、
解析対象の偏波多重信号光の偏波状態を可変したときの前記偏光分離された光の強度、前記差分信号の大きさに基づいて偏波多重信号光の一方の偏光成分と他方の偏光成分の強度比を求める段階と、
偏波多重信号光のスペクトラム特性を求める段階と、
前記スペクトラム特性で解析対象の偏波多重信号光の近傍の第１波長における偏光分離された光の強度と、偏波多重信号光の近傍で前記第１波長と異なる第２波長の偏光分離された光の強度とを求め、該各強度と前記強度比とからＡＳＥノイズレベルを算出する段階と、
前記ＡＳＥノイズレベルと偏波多重信号光のパワーとから光信号ノイズ比を求める段階とを含んでいる。
【発明の効果】
【００２２】
上記のように構成されているため、本発明の請求項１の偏波多重信号解析装置は、偏波多重信号光の各偏光を分離し、各信号光の特性を評価することができ、従来では困難であった偏波多重信号光に対する正確な評価が行える。
【００２３】
また、請求項２、６では、偏波コントローラの制御により振幅検出部の出力が最大となるように設定することで、入射光の偏光成分を偏光ビームスプリッタで正しく分離することができ、両偏光成分のスペクトラム特性を正しく測定できる。
【００２４】
また、請求項３、７では、偏波コントローラの制御により振幅検出部の出力が最大および最小となるように設定したときの第１受光部、第２受光部の出力値から解析対象の偏波多重信号光の偏光直交度のずれを正確に算出することができる。
【００２５】
また、請求項４、８では、偏波コントローラを可変制御して得られた両偏光成分の強度比と、可変波長光フィルタの制御によって得られた偏波多重信号光のスペクトラム特性と、そのスペクトラムで偏波多重信号光の近傍で異なる波長における第１受光部と第２受光部の出力とから、ＡＳＥノイズレベルを算出することができ、それにより光信号ノイズ比を容易に算出することができる。
【００２６】
また、請求項５では、前処理部に、入射光に含まれる２つの偏光成分の強度に差を与える偏波依存性損失発生部を設けたので、２つの偏光成分の強度が等しい場合であっても、ＡＳＥノイズレベルおよびＯＳＮＲの算出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態の全体構成図
【図２】実施形態の要部の構成図
【図３】スペクトラム測定処理の手順を示すフローチャート
【図４】スペクトラム測定図
【図５】入射光の偏波成分と、偏光分離の結果を示す図
【図６】入射光と偏光分離の軸が一致した状態を示すベクトル図
【図７】入射光と偏光分離の軸が一致していない状態を示すベクトル図
【図８】直交度ずれ測定処理の手順を示すフローチャート
【図９】直交度ずれ有りで入射光と偏光分離の一方の軸が一致した状態を示すベクトル図
【図１０】直交度ずれ有りで入射光と偏光分離の両方の軸が一致しない状態を示すベクトル図
【図１１】ＯＳＮＲ測定処理の手順を示すフローチャート
【図１２】偏波依存性損失発生部を含む実施形態の全体構成図
【図１３】従来の偏波解析技術の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した偏波多重信号解析装置２０の構成を示している。
【００２９】
この偏波多重信号解析装置２０は、直交する偏波成分がそれぞれ位相変調されている解析対象の偏波多重信号光Ｐｉｎを光入射部２１から入射させる。
【００３０】
光入射部２１は、ファイバ接続可能なコネクタ２１ａやコリメート２１ｂ等を含み、偏波多重信号光Ｐｉｎを装置内に入射させる。
【００３１】
光入射部２１に入射された偏波多重信号光Ｐｉｎは可変波長光フィルタ２２に入射される。この可変波長光フィルタ２２は、例えばエタロンなどにより構成され、解析対象の偏波多重信号光Ｐｉｎの波長を含む所定波長範囲から所望波長の成分（実際には通過帯域をする）を抽出する。この波長は、後述する評価処理部４０によって可変制御される。
【００３２】
可変波長光フィルタ２２の出射光Ｐｉｎ（λ）は前処理部２３に入射される。前処理部２３は、入力光の偏波状態を変化させて出射する偏波コントローラ２４および入力光の位相変化を振幅変化に変換するＰＭ−ＡＭ変換部２５を有しており、可変波長光フィルタ２２の出射光Ｐｉｎ（λ）に対する偏波状態の変更および位相変化から振幅変化への変換の処理を行う。なお、ここでは、偏波コントローラ２４による偏波状態を変化処理を先に行ってからＰＭ−ＡＭ変換処理を行っているが、この順序は逆でもよい。
【００３３】
ＰＭ−ＡＭ変換部２５は、入力光を分岐器２５ａで２分岐し、その一方の分岐光に遅延器２５ｂにより１ビットの整数倍分の遅延を与えて、他方の分岐光と合波器２５ｃで合波する構造を有している。例えば入力光がＱＰＳＫのような位相変調光の場合、前後のシンボルの位相が同相であれば両者が互いに強めあって最大強度（理論的に２倍）となり、逆相であれば両者が互いに弱めあって最小強度（理論的に０）になり、前後のシンボルの位相差９０度であればその間の強度（理論的に√２倍）となり、位相変調が強度変調に変換されることになる。
【００３４】
前処理部２３を通過した光Ｐｉｎ（λ）′は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２６に入射され、互いに直交する偏光成分Ｐｐ、Ｐｓに分離される。
【００３５】
偏光ビームスプリッタ２６によって分離された一方の偏光成分Ｐｐは、第１ビームスプリッタ（ＢＳ１）２７に入射されて２分岐され、他方の偏光成分Ｐｓも同様に第２ビームスプリッタ（ＢＳ２）２８に入射されて２分岐される。
【００３６】
第１ビームスプリッタ２７で分岐された一方の光Ｐｐ１は第１受光部３０の受光器３０ａに入射される。受光器３０ａの出力はローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０ｂに入力され、ローパスフィルタ３０ｂからは、一方の偏光成分Ｐｐの強度に対応した信号Ｓｐが出力される。
【００３７】
また、第２ビームスプリッタ２８で分岐された一方の光Ｐｓ１は第２受光部３１の受光器３１ａに入射される。受光器３１ａの出力はローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１ｂに入力され、ローパスフィルタ３１ｂからは、他方の偏光成分Ｐｓの強度に対応した信号Ｓｓが出力される。
【００３８】
さらに、第１ビームスプリッタ２７で分岐された他方の光Ｐｐ２と第２ビームスプリッタ２８で分岐された他方の光Ｐｓ２は第３受光部３３に入射される。
【００３９】
第３受光部３３は、順方向に直列接続された１対の受光素子３３ａ、３３ｂで、光Ｐｐ２、Ｐｓ２をそれぞれ受け、その受光素子３３ａ、３３ｂの接続点ｃの信号を検出するバランス型のものであって、一方の偏光成分Ｐｐと他方の偏光成分Ｐｓの強度の差分に対応した差分信号ｄを検出する。なお、符号３３ｃは抵抗、符号３３ｄは増幅器である。
【００４０】
第３受光部３３の出力信号ｄは、振幅検出部３４に入力され、差分信号ｄの振幅Ａ（ｄ）が検出される。ここで、振幅検出部３４は、例えば図２に示すように、入力信号ｄを、ローカル発振器３４ａ、ミキサ３４ｂおよびＢＰＦ３４ｃにより中間周波数帯に変換し、その中間周波数帯の信号を包絡線検波器３４ｄで検波してその検波出力をＬＰＦ３４ｅにより平均化することにより、振幅を検出する。
【００４１】
第１受光部３０の出力Ｓｐ、第２受光部３１の出力Ｓｓおよび振幅検出部３４の出力Ａ（ｄ）は、それぞれＡ／Ｄ変換器３６、３７、３８によって所定サンプリング周期でサンプリングされて、デジタルの時系列データに変換されて、評価処理部４０に入力される。
【００４２】
評価処理部４０は、可変波長光フィルタ２２および前処理部２３を制御しつつ、第１受光部３０、第２受光部３１および差分信号振幅検出部３４の出力を受けて、光入射部２１に入射された偏波多重信号光の評価に必要な特性を求める。
【００４３】
ここで、評価処理部４０は、偏波多重信号光評価に必要な特性として、光スペクトラム、偏光直交度ずれ、光信号ノイズ比（In Band OSNR）の測定を行う。
【００４４】
評価処理部４０によるスペクトラム測定の手順を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００４５】
始めに、可変波長光フィルタ２２で偏波多重信号光の波長を含む任意の波長範囲を可変しながら、波長毎の第１受光部３０の出力Ｓｐ、第２受光部３１の出力Ｓｓを取得し、図４のように、その和と波長の関係を表す偏波多重信号光の光スペクトラムを測定する（Ｓ１）。
【００４６】
次に、上記測定した偏波多重信号光の光スペクトラム中の任意の波長λ０（例えばレベル最大の波長）可変波長光フィルタ２２を設定する（Ｓ２）。
【００４７】
ここで、偏波多重信号光の直交する２つの偏光（位相変調光）は、ＰＭ−ＡＭ変換部２５に入射されて、例えば図５の（ａ）（ｂ）のように、それぞれ異なるパターンの強度変調光に変換される。
【００４８】
この強度変調光は、偏光ビームスプリッタ２６により２つの偏光成分に分離され、同一長の光路を経て、第３受光部３３の１対の受光素子３３ａ、３３ｂにそれぞれ入射され、その差分成分の振幅が検出される。
【００４９】
この状態で、差分成分の振幅が最大となるように偏波コントローラ２４が制御される（Ｓ３）。この差分成分が最大の状態は、図６のように、偏光ビームスプリッタ２６に入射される光の偏光軸Ｓ１、Ｓ２（Ｓ１を主軸とする）が、偏光ビームスプリッタ２６の出力Ｐｓ、Ｐｐの光軸に一致した状態を表し、この状態であれば、入射光の偏光軸Ｓ１の成分は、そのまま偏光成分Ｐｓとして出射され、入射光の偏光軸Ｓ２の成分もそのまま偏光成分Ｐｐとして出射される。
【００５０】
つまり、図５の（ｃ）、（ｄ）のように、入射光に含まれる一方の偏光成分Ｓ１に対して偏光ビームスプリッタ２６からは、Ｐｓの軸方向にＳ１、Ｐｐの軸方向に０が出力されることになる。また、入射光に含まれる他方の偏光成分Ｓ２に対して偏光ビームスプリッタ２６からは、Ｐｓの軸方向に０、Ｐｐの軸方向にＳ２が出力されることになる。
【００５１】
したがって、図６のように偏光ビームスプリッタ２６のＰｓの軸方向にはＳ１のみ、Ｐｐの軸方向にはＳ２のみが出射され、両者が完全分離状態となる。
【００５２】
そして、この完全分離状態であれば、偏光ビームスプリッタ２６の両出力Ｐｓ、Ｐｐは、元の入力光の二つの偏波成分を強度変調光に変換したものであるから、互いに非相関であり、その非相関な信号同士の差分の平均値は一定で最大となる。
【００５３】
これに対し、図７のように、入射光の偏光軸Ｓ１、Ｓ２が、偏光ビームスプリッタ２６のＰｓ、Ｐｐの軸に対して４５度傾いていると、入射光の偏光軸Ｓ１に沿った成分は、偏光ビームスプリッタ２６のＰｓ、Ｐｐの軸にそれぞれ沿った均等な２成分に別れ、同様に、入射光の偏光軸Ｓ２に沿った成分も偏光ビームスプリッタ２６のＰｓ、Ｐｐの軸にそれぞれ沿った均等な２成分に別れる。
【００５４】
つまり、図５の（ｅ）、（ｆ）のように、偏光ビームスプリッタ２６のＰｓ側出力には、Ｓ１、Ｓ２それぞれの均等に別れた成分同士が現れ、同様にＰｐ側出力にも、Ｓ１、Ｓ２それぞれの均等に別れた成分同士が現れて、Ｐｓ側出力とＰｐ側出力は等しくなり、その差分は理論上０となる。
【００５５】
なお、ここでは傾き４５度の場合を示したが、上記完全分離状態以外の場合には、必ず２つの軸に沿った光には両方の偏光成分が含まれてしまい、互いに振幅相関の強い光となるので、その差分は、両者が非相関の場合と比べて小さくなる。
【００５６】
このように、偏波コントローラ２４によって、差分信号の振幅が最大となるように設定することで、入射光の直交偏波成分を偏光ビームスプリッタ２６で完全分離することができる状態に設定できる。
【００５７】
そして、この状態から、波長可変光フィルタ２２の波長を変化させながら、第１受光部３０、第２受光部３１の信号強度をそれぞれ求め、波長毎の信号強度を記憶すれば、偏波多重光の偏光成分毎の光スペクトラムのデータを正確に得ることができる（Ｓ４）。
【００５８】
このように、差分信号の振幅が最大となるように、偏光ビームスプリッタ２６に入射される光の偏波を制御しているので、長距離を伝搬して直交する偏光成分の偏光状態が崩れている場合でも正しく分離が行え、偏光毎の光スペクトラムの特性を正しく測定することができる。
【００５９】
図８は、偏光直交度ずれ測定の手順を示すフローチャートである。
始めに、波長可変光フィルタ２２の波長を入力光の波長λ０に設定し、前記同様に、偏波コントローラ２４を制御して、差分信号の振幅が最大となるように設定し、そのときの第１受光部３０の出力ＰＤ１maxと第２受光部３１の出力ＰＤ２maxを求める（Ｓ１１〜Ｓ１３）。
【００６０】
また、差分信号の振幅が最小となるように設定し、そのときの第１受光部３０の出力ＰＤ１minと第２受光部３１の出力ＰＤ２minを求める（Ｓ１４、Ｓ１５）。なお、処理Ｓ１２、Ｓ１３と処理Ｓ１４、Ｓ１５の順序は逆でもよい。
【００６１】
そして、次の演算によって、偏波多重信号光の直交度のずれαを求める（Ｓ６）。
α＝arctan [(ＰＤ１min−ＰＤ２min)／（２×ＰＤ２max）]……（１）
【００６２】
次に上式（１）の導出について説明する。
入力光の２つの偏光成分のパワーをＳ１、Ｓ２（Ｓ１≧Ｓ２）とする。
図９のように、一方の偏光Ｓ２がＰｐの軸に対してα傾いて第３受光部３３の出力が最大となる場合のＰｓ側とＰｐ側の光パワーは、それぞれ以下のようになる。
【００６３】
Ｐｓ側    ＰＤ１max＝Ｓ１＋Ｓ２・sin２(α)  ……（２）
Ｐｐ側    ＰＤ２max＝Ｓ２・cos２(α)        ……（３）
【００６４】
また、その状態から図１０のように入力光の偏光軸が４５度傾いて、差分信号の振幅が最小となる場合のＰｓ側とＰｐ側の光パワーは、それぞれ以下のようになる。ここでＰｓ側とＰｐ側の偏光は直線偏光とした。
【００６５】
（Ｐｓ側）
ＰＤ１min＝Ｓ１・sin２(４５)＋Ｓ２・sin２(４５＋α)……（４）
（Ｐｐ側）
ＰＤ２min＝Ｓ１・cos２(４５)＋Ｓ２・cos２(４５＋α)……（５）
【００６６】
中間式は省略するが、式（４）−式（５）により、
ＰＤ１min−ＰＤ２min＝２・Ｓ２・cos(α)・sin(α)……（６）
が得られる。
【００６７】
また、式（６）／式（３）により、
tan(α)＝（ＰＤ１min−ＰＤ２min）／（２×ＰＤ２max）……（７）
が得られ、これから、上式（１）が得られる。
【００６８】
つまり、差分信号の振幅が最大となるように偏波コントローラ２４を制御した時の第１受光部３０、第２受光部３１の出力を求めて、そのうちの小さい方を選び、差分信号の振幅が最小となる時の第１受光部３０、第２受光部３１の出力を求めて、上記式（１）に代入すれば、入射した偏波多重信号光の直交度のずれαを算出することができる。
【００６９】
次に、光信号ノイズ比（In Band OSNR）の測定手順を、図１１のフローチャートに基づいて説明する。
【００７０】
始めに、可変波長光フィルタ２２の波長を所定波長λ０に設定し、偏波コントローラ２４を制御したときの受光部３０、３１および差分信号の振幅に基づいて、入力光の一方の偏光成分と他方の偏光成分の強度比Ｒを求める（Ｓ２１、Ｓ２２）。
【００７１】
ここで、強度比Ｒは、偏波コントローラ２４を制御して第１受光部３０の出力が最大となる時の出力値（Ｐｙ）、第２受光部３１の出力が最大となる時の出力値（Ｐｘ）から、Ｐｘ／Ｐｙ＝Ｒによって求める。あるいは、偏波コントローラ２４を制御して差分信号の振幅が最大となる時の第１受光部３０の出力値（Ｐｙ）、第２受光部３１の出力値（Ｐｘ）から、Ｐｘ／Ｐｙ＝Ｒによって求める。
【００７２】
また、前記スペクトラム測定手順と同様に、波長可変光フィルタ２２の波長を変化させながら第１受光部３０と第２受光部３１の出力を取得して、入射光の各偏光成分の光スペクトラムを測定し、そのスペクトラムから入射光パワーＰsigを求める(Ｓ２３、Ｓ２４)。
【００７３】
上記強度比Ｒと、解析対象の偏波多重信号光のピーク波長近傍の第１波長（λｍ１）の時の第１受光部３０の出力ＰＤ１[λｍ１]と第２受光部３１の出力ＰＤ２[λｍ１]、第１波長λｍ１と僅かに異なる第２波長λｍ２に設定したときの第１受光部３０の出力ＰＤ１[λｍ２]と第２受光部３１の出力ＰＤ２[λｍ２]とから、ＡＳＥノイズレベルＰaseを算出する（Ｓ２５）。なお、両波長についての各受光部の出力は、前記スペクトラム測定で得られているものを使えばよい。
【００７４】
そして、このＡＳＥノイズＰaseと入射光パワーＰsigから光信号ノイズ比（In Band OSNR）を求める(Ｓ２６)。
【００７５】
次に、上記処理の演算について説明する。
上記以外のパラメータとして、波長可変光フィルタ２２の帯域幅をＢ０、信号光の偏波成分の分離比率をβとする。
【００７６】
強度比Ｒの検出方法は、偏波コントローラ２４による最大パワーＰｘを検出し、それと９０度回転させた位置での光パワーＰｙを検出して、その比Ｒ（≒Ｐｘ／Ｐｙ）を求める。この場合、２つの偏光成分の間には、Ｐｓ２≒Ｐｓ１・Ｒの関係が成り立つ。
【００７７】
また、偏波コントローラ２４で入力光の偏波状態を可変したときの第１受光部３０または第２受光部３１の出力が最大となるときの第１受光部の出力（Ｐｙ）および第２受光部の出力（Ｐｘ）から比Ｒは求まる。なお、直交する偏光成分の同じパワーに調整されている場合には、Ｒ＝１とする。
【００７８】
ここで、二つの偏光成分Ｐｓ１とＰｓ２の偏光主軸が直交していることを前提にすると、下記の演算により、ＯＳＮＲを求めることができる。
【００７９】
ＰＤ１[λｍ１]＝Ｐｓ１[λｍ１]（１−β）
＋Ｐｓ２[λｍ１]・β＋Ｐase Ｂ０／２    ……（８）
ＰＤ２[λｍ１]＝Ｐｓ１[λｍ１]・β
＋Ｐｓ２[λｍ１]（１−β）＋Ｐase Ｂ０／２  ……（９）
ＰＤ１[λｍ２]＝Ｐｓ１[λｍ２]（１−β）
＋Ｐｓ２[λｍ２]・β＋Ｐase Ｂ０／２    ……（１０）
ＰＤ２[λｍ２]＝Ｐｓ１[λｍ２]・β
＋Ｐｓ２[λｍ２]（１−β）＋Ｐase Ｂ０／２  ……（１１）
【００８０】
上式（８）〜（１１）に、Ｐｓ２＝Ｐｓ１・Ｒを適用すると、
ＰＤ１[λｍ１]＝Ｐｓ１[λｍ１]（１−β＋Ｒ・β）
＋Ｐase Ｂ０／２                  ……（８′）
ＰＤ２[λｍ１]＝Ｐｓ１[λｍ１]｛β＋Ｒ（１−β）｝
＋Ｐase Ｂ０／２                  ……（９′）
ＰＤ１[λｍ２]＝Ｐｓ１[λｍ２]（１−β＋Ｒ・β）
＋Ｐase Ｂ０／２                  ……（１０′）
ＰＤ２[λｍ２]＝Ｐｓ１[λｍ２]｛β＋Ｒ（１−β）｝
＋Ｐase Ｂ０／２                  ……（１１′）
となる。
【００８１】
式（８′）−式（１０′）より、
ＰＤ１[λｍ１]−ＰＤ１[λｍ２]
＝（１−β＋Ｒ・β）（Ｐｓ１[λｍ１]−Ｐｓ１[λｍ２]）  ……（１２）
式（９′）−式（１１′）より、
ＰＤ２[λｍ１]−ＰＤ２[λｍ２]
＝｛β＋Ｒ（１−β）｝（Ｐｓ１[λｍ１]−Ｐｓ１[λｍ２]）  ……（１３）
【００８２】
式（１２）／式（１３）から、
（ＰＤ１[λｍ１]−ＰＤ１[λｍ２]）／（ＰＤ２[λｍ１]−ＰＤ２[λｍ２]）
＝（１−β＋Ｒ・β）／｛β＋Ｒ（１−β）｝  ……（１４）
【００８３】
（ＰＤ１[λｍ１]−ＰＤ１[λｍ２]）／（ＰＤ２[λｍ１]−ＰＤ２[λｍ２]）をＡとおいて、上式（１４）を展開し、βについて解くと、
β＝（１−Ａ・Ｒ）／（Ａ−Ａ・Ｒ＋１−Ｒ）    ……（１５）
が得られる。
【００８４】
一方、式（８′）×｛β＋Ｒ（１−β）｝と式（９′）×（１−β＋Ｒ・β）との差から、
｛β＋Ｒ（１−β）｝ＰＤ１[λｍ１]−（１−β＋Ｒ・β）ＰＤ２[λｍ１]
＝｛（β＋Ｒ−Ｒ・β）−（１−β＋Ｒ・β）｝Ｐase Ｂ０／２
＝（２・β＋Ｒ−１）Ｐase Ｂ０／２      ……（１６）
が得られる。
【００８５】
よって、ＡＳＥノイズレベルＰase は、以下の演算で求めることができる。
【００８６】
Ｐase 
＝（２／Ｂ０）｛｛β＋Ｒ（１−β）｝ＰＤ１[λｍ１]
−（１−β＋Ｒ・β）ＰＤ２[λｍ１]｝／（２・β＋Ｒ−１−２Ｒ・β）
……（１７）
ただし、
β＝（１−Ａ・Ｒ）／（Ａ−Ａ・Ｒ＋１−Ｒ）
Ａ＝（ＰＤ１[λｍ１]−ＰＤ１[λｍ２]）
／（ＰＤ２[λｍ１]−ＰＤ２[λｍ２]）
【００８７】
このようにして、得られたＡＳＥノイズのパワーＰase に対し、ＯＳＮＲは、
ＯＳＮＲ＝（Ｐsig−Ｐase）／Ｐase
により算出できる。
【００８８】
ここで、Ｐsigは、各偏波成分の任意の波長範囲のスペクトラムを積分することで得られるパワーもしくはピークパワーとする。
【００８９】
また、トータルスペクトラム（各偏波成分の和）を強度比Ｒで分配することで、各偏波成分のスペクトラムを求めてもよい。また、実際の演算には、測定値の平均化処理あるいはフィッティング処理によって求めたＡＳＥノイズレベルＰaseを用いることでより正確な値を得ることができる。
【００９０】
上記したように、実施形態の偏波多重信号解析装置２０は、各偏波成分のスペクトラム、直交度のずれおよび光信号ノイズ比（ＯＳＮＲ）の測定が可能である。
【００９１】
なお、前記したＡＳＥノイズの測定において、二つの直交する偏波成分の強度が等しい（Ｒ＝１）場合、例えば、β＝（１−Ａ・Ｒ）／（Ａ−Ａ・Ｒ＋１−Ｒ）の分母が０となってしまい、計算不能となる。
【００９２】
そのような場合に対応するために、図１２に示すように、前処理部２３に偏波依存損失発生部５０を設け、二つの直交する偏波成分に異なる損失を与え、直交する偏波成分の強度に差を与えるようにする。
【００９３】
ここで、偏波依存損失発生部５０としては、音響光学素子、回折格子、ＥＡ変調器等が使用できる。
【００９４】
また、この場合、可変波長光フィルタ２４の出力を分岐器５１で分岐し、分岐した光の一方を偏波依存損失発生部５０に入射させ、他方を第４受光部５５の受光器５５ａに入射しその出力をＬＰＦ５５ｂに与えて、入射光のトータルスペクトラム（Ｐsig）を求めることができるようにしている（符号３９は、ＬＰＦ５５ｂの出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器である）。
【符号の説明】
【００９５】
２０……偏波多重信号解析装置、２１……光入射部、２２……可変波長光フィルタ、２３……前処理部、２４……偏波コントローラ、２５……ＰＭ−ＡＭ変換部、２６……偏光ビームスプリッタ、２７……第１ビームスプリッタ、２８……第２ビームスプリッタ、３０……第１受光部、３０ａ……受光器、３０ｂ……ＬＰＦ、３１……第２受光部、３１ａ……受光器、３１ｂ……ＬＰＦ、３３……第３受光部、３４……振幅検出部、４０……評価処理部、５０……偏波依存損失発生部、５５……第４受光部
【図１】
2012068031.tif 000003
【図２】
2012068031.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012068031.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2012068031.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012068031.tif 000011
【図１０】
2012068031.tif 000012
【図１１】
2012068031.tif 000013
【図１２】
2012068031.tif 000014
【図１３】
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