(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象である被測定光を該被測定光の進行方向に対して直交する方向に分岐する光と直進する方向に透過する光との2方向に分ける第１、第２、第３及び第４の分岐手段と、
被測定光の偏光面を回転させる第１及び第２の偏光面回転手段と、
１つの1/4波長板と、
光パワーを検出する第１、第２、第３及び第４の光検出手段と
を具え、
該第１乃至第４の分岐手段のそれぞれは、分岐及び透過した双方の光の進行方向に平行な面に対して垂直の方向に偏光した直線偏光の成分の一部の光パワーを分岐し、かつ残りの光パワーを透過させる機能を有しており、及び
前記第１の分岐手段、前記第１の偏光面回転手段、前記第２の分岐手段、前記第２の偏光面回転手段、前記第３の分岐手段、前記1/4波長板及び前記第４の分岐手段のそれぞれが被測定光の進行方向に対してこの順に共通の直線上に配置され、分岐される光の進行方向が同一平面内で平行になるように構成されており、
かつ前記第１乃至第４の光検出手段がそれぞれ前記第１乃至第４の分岐手段からの分岐光を受光できるように配置され、
監視対象である被測定光が前記第１の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第1偏光として前記第１の光検出手段で受光され、透過された被測定光が第1透過光として前記第１の偏光面回転手段を通過しその偏光面が45°回転され、
該第１の偏光面回転手段を通過した被測定光が第１回転透過光として前記第２の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第２偏光として前記第２の光検出手段で受光され、透過された被測定光が第２透過光として前記第２の偏光面回転手段を通過しその偏光面が45°回転され、
該第２の偏光面回転手段を通過した被測定光が第２回転透過光として前記第３の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第３偏光として前記第３の光検出手段で受光され、透過された被測定光が第３透過光として前記1/4波長板を通過し、
該1/4波長板を通過した被測定光が1/4波長板透過光として前記第４の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第４偏光として前記第４の光検出手段で受光されるように、前記分岐手段、前記偏光面回転手段、前記1/4波長板及び前記光検出手段が設定されて構成されていることを特徴とする偏光状態監視装置。
【請求項２】
監視対象である被測定光を該被測定光の進行方向に対して直交する方向に分岐する光と直進する方向に透過する光との２方向に分ける第１、第２及び第３の分岐手段と、
被測定光の偏光面を回転させる1つの偏光面回転手段と、
１つの1/4波長板と、
光パワーを検出する第１、第２及び第３及び第４の光検出手段と
を具え、
前記第１乃至第３の分岐手段のそれぞれは、分岐及び透過した双方の光の進行方向に平行な面に対して垂直の方向に偏光した直線偏光の成分の一部の光パワーを分岐し、かつ残りの被測定光パワーを透過させる機能を有しており、及び
前記第１の分岐手段、前記偏光面回転手段、前記第２の分岐手段、前記1/4波長板及び前記第３の分岐手段のそれぞれが被測定光の進行方向に対してこの順に共通の直線上に配置され、かつ前記第１乃至第３の光検出手段がそれぞれ前記第１乃至第３の分岐手段からの分岐光を受光できるように配置され、分岐される光の進行方向が同一平面内で平行になるように構成されており、
前記第４の光検出手段が前記第３の分岐手段を透過した被測定光を受光できるように配置され、
監視対象である被測定光が前記第１の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第１偏光として前記第１の光検出手段によって受光され、透過された被測定光が第１透過光として前記第１の偏光面回転手段を通過しその偏光面が45°回転され、
該第１の偏光面回転手段を通過した被測定光が第１回転透過光として前記第２の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第２偏光として前記第２の光検出手段で受光され、透過された被測定光が第２透過光として前記1/4波長板を通過し、
該1/4波長板を通過した被測定光が1/4波長板透過光として前記第３の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第３偏光として前記第３の光検出手段で受光され、透過された被測定光が第３透過光として第４の光検出手段で受光されるように、前記分岐手段、前記偏光面回転手段、前記1/4波長板及び前記光検出手段が設定されて構成されていることを特徴とする偏光状態監視装置。
【請求項３】
進行方向が同一の方向に平行に揃えられた複数の監視対象である被測定光を、該複数の被測定光が平行に揃えられている面に対して直交する方向に分岐する光と直進する方向に透過する光との２方向に分ける第１、第２、第３及び第４の分岐手段と、
該被測定光の偏光面を回転させる第１及び第２の偏光面回転手段と、
１つの1/4波長板と、
光パワーを検出する第１、第２、第３及び第４の光検出手段と
を具え、
該第１乃至第４の光検出手段のそれぞれは、進行方向が同一の方向に平行に揃えられた被測定光の数と同数の光検出手段が直線状にアレイ化されて構成されており、
前記第１乃至第４の分岐手段のそれぞれは、分岐及び透過した双方の光の進行方向に平行な面に対して垂直の方向に偏光した直線偏光の成分の一部の光パワーを分岐し、かつ、残りの被測定光の光パワーを透過させる機能を有しており、
前記第１の分岐手段、前記第１の偏光面回転手段、前記第２の分岐手段、前記第２の偏光面回転手段、前記第３の分岐手段、前記1/4波長板及び前記第４の分岐手段のそれぞれが、複数の被測定光の進行方向に対してこの順に配置されており、
かつ前記第１乃至第４の光検出手段がそれぞれ前記第１乃至第４の分岐手段からの分岐光を受光できるように配置され、
監視対象である被測定光が前記第１の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第1偏光として前記第１の光検出手段で受光され、透過された被測定光が第1透過光として前記第１の偏光面回転手段を通過しその偏光面が45°回転され、
該第１の偏光面回転手段を通過した被測定光が第1回転透過光として前記第２の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第２偏光として前記第２の光検出手段で受光され、透過した被測定光が第２透過光として前記第２の偏光面回転手段を通過しその偏光面が45°回転され、
該第２の偏光面回転手段を通過した被測定光が第２回転透過光として第３の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第３偏光として前記第３の光検出手段で受光され、透過された被測定光が第３透過光として1/4波長板を通過し、
該1/4波長板を通過した被測定光が1/4波長板透過光として前記第４の分岐手段によって分岐され、分岐された分岐光が第４偏光として前記第４の光検出手段で受光されるように、前記分岐手段、前記偏光面回転手段、前記1/4波長板及び前記光検出手段が設定されて構成されていることを特徴とする偏光状態監視装置。
【請求項４】
進行方向が同一の方向に平行に揃えられた複数の監視対象である被測定光を、該複数の被測定光が平行に揃えられている面に対して直交する方向に分岐する光と直進する方向に透過する光との２方向に分ける第１、第２及び第３の分岐手段と、
被測定光の偏光面を回転させる１つの偏光面回転手段と、
１つの1/4波長板と、
光パワーを検出する第１、第２及び第３及び第４の光検出手段と
を具え、
該第１乃至第４の光検出手段のそれぞれは、進行方向が同一の方向に平行に揃えられた被測定光の数と同数の光検出手段が直線状にアレイ化されて構成されており、
前記第１乃至第３の分岐手段のそれぞれは、分岐及び透過した双方の光の進行方向に平行な面に対して垂直の方向に偏光した直線偏光の一部の光パワーを分岐し、かつ、残りの被測定光の光パワーを透過させる機能を有しており、及び
前記第１の分岐手段、前記偏光面回転手段、前記第２の分岐手段、前記1/4波長板及び前記第３の分岐手段のそれぞれが、複数の被測定光の進行方向に対してこの順に配置されており、
かつ前記第１乃至第3の光検出手段がそれぞれ前記第１乃至第３の分岐手段からの分岐光を受光できるように配置され、前記第４の光検出手段が前記第３の分岐手段を透過した被測定光を受光できるように配置され、
監視対象である被測定光が前記第１の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第１偏光として前記第１の光検出手段で受光され、透過した被測定光が第１透過光として前記偏光面回転手段を通過しその偏光面が45°回転され、
該偏光面回転手段を通過した被測定光が第１回転透過光として前記第２の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第２偏光として前記第２の光検出手段で受光され、透過した被測定光が第２透過光として前記1/4波長板を通過し、
該1/4波長板を通過した被測定光が1/4波長板透過光として前記第３の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第３偏光として前記第３の光検出手段で受光され、透過した被測定光が第３透過光として前記第４の光検出手段で受光されるように、前記分岐手段、前記偏光面回転手段、前記1/4波長板及び前記光検出手段が配置され構成されていることを特徴とする偏光状態監視装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の偏光状態監視装置において、前記分岐手段の分岐率は3％以下であり、分岐されない他の光パワーは透過することを特徴とする偏光状態監視装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の偏光状態監視装置において、
光パワーを検出する光検出手段の直前に狭帯域フィルタを挿入して構成されていることを特徴とする偏光状態監視装置。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の偏光状態監視装置において、
前記偏光面回転手段は、旋光性物質であることを特徴とする偏光状態監視装置。
【請求項８】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の偏光状態監視装置において、
前記偏光面回転手段は、ファラデー回転子であることを特徴とする偏光状態監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ通信等の分野において、偏光状態を測定・解析して偏光状態を監視する偏光状態監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバを伝播する光の偏光状態を測定・解析する装置として、分波器によって解析対象であるレーザ光を分岐させ、分岐されたレーザ光のそれぞれを種々の偏光素子に通し、各偏光素子を通過した出射光の強度を検出することにより、被測定レーザ光の偏光状態を観測する装置がある（例えば、特許文献１参照）。またこれら観測結果に基づき被測定レーザ光の偏光状態を解析するためのアルゴリズムが考えられている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００３】
上述した分波器には、光ファイバのコア部分に、光ファイバの光の伝播方向に平行な中心軸の方向から45°傾いた方向に実効屈折率の大きさを周期的に変化させて形成される、光ファイバ傾斜回折格子（例えば、特許文献１参照）が使われている。また、半透鏡によるビームスプリッタ（例えば、特許文献２参照）等も使われている。
【０００４】
【特許文献１】
特開2001-337299号公報
【特許文献２】
特開平8-201175号公報
【特許文献３】
特開平9-72787号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の偏光状態の測定装置においては、被測定レーザ光を被測定レーザ光の進行方向に対して直交する方向であって、かつ相異なる45°ごとの角度に分割された４つの方向に複数箇所で分岐して取り出さなければならない（例えば、特許文献１参照）。あるいは、レーザ光を複数箇所で分岐した後、光検出器で受光する前に偏光子をそれぞれ通過させる必要がある。これは、レーザ光の偏光状態を確定するためには、少なくともストークスパラメータに相当する観測値、すなわち、水平直線偏光優越分、45°直線優越分、右回り円偏光優越分及び被測定レーザ光パワーのそれぞれに対応する観測値を必要とするからである。
【０００６】
その結果、従来の偏光状態観測装置にあっては、装置をコンパクトに構成することが難しかった。また、複数本の並列した光ファイバをそれぞれ個別に伝播した複数のレーザ光の偏光状態を同時に測定することが出来る装置を製造することが困難であった。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、コンパクト化が可能であり、また、複数本の並列した光ファイバをそれぞれ個別に伝播した複数のレーザ光の偏光状態を同時に測定することが出来る装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明の偏光状態監視装置は、下記のような構成上の特徴を有する。すなわち、監視対象である被測定光をこの被測定光の進行方向に対して直交する方向に分岐する光と直進する方向に透過する光との２方向に分ける４つの分岐手段と、被測定光の偏光面（光の進行方向と光電場ベクトルの振動方向とを含む面）を回転させる２つの偏光面回転手段と、１つの1/4波長板と、光パワーを検出する４つの光検出手段とを具えている。そして、この発明によれば、分岐手段、偏光面回転手段及び1/4波長板を共通の直線上に配置させ、分岐される光の進行方向が同一方向となる構成となっている。
【０００９】
被測定光の分岐手段のそれぞれは、分岐及び透過した双方の光の進行方向に平行な面に対して垂直の方向に偏光した直線偏光の成分の一部の光パワーを分岐し（以後「偏光分離機能」ということもある。）及び残りの光パワーを透過させる機能を有する。
【００１０】
また、この発明の偏光状態監視装置は、以下のように構成される。まず、監視対象である被測定光が第１の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐された分岐光が第１偏光として第１の光検出手段で受光され、透過された被測定光が第１透過光として第１の偏光面回転手段を通過しその偏光面が45°回転される。この第１の偏光面回転手段を通過した被測定光が第１回転透過光として第２の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐されたこの分岐光が第２偏光として第２の光検出手段で受光され、かつ透過された被測定光が第２透過光として第２の偏光面回転手段を通過しその偏光面が45°回転される。また、この第２の偏光面回転手段を通過した被測定光が第２回転透過光として第３の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐されたこの分岐光が第３偏光として第３の光検出手段で受光され、かつ透過された被測定光が第３透過光として1/4波長板を通過し、この1/4波長板を通過した被測定光が1/4波長板透過光として第４の分岐手段によって分岐及び透過され、分岐されたこの分岐光が第４偏光として第４の光検出手段で受光される。
【００１１】
この発明に係る偏光状態監視装置によれば、２つの偏光面回転手段を用いることにより４つの光検出手段を一直線上に配列することが可能となり、しかも分岐手段の有する偏光分離機能によって分岐された光を分岐手段から光検出手段に導くまでの間に偏光子等の光学素子を配置する必要がなくなる。従って、この発明に係る偏光状態監視装置はコンパクトに形成することが出来る。
【００１２】
また、この発明に係る偏光状態監視装置は、４つの光検出手段を一直線上に配列することが出来るため、複数本の並列した光ファイバを伝播したレーザ光の偏光状態を同時に測定することが出来る。すなわちこの発明の特徴は、被測定光の分岐手段、偏光面回転手段、1/4波長板を共通の直線上に配列可能であり、かつ光検出手段を一直線上に配列することが出来ることにある。
【００１３】
なお、説明の便宜上これまでの説明では、被測定光としてレーザ光を取り上げたが、この発明に係る偏光状態監視装置は、レーザ光の偏光状態の監視にとどまらず、自然放出光を対象にしても適用可能であることは明らかである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図１４を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明が理解出来る程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、従って、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成成分については同一の番号を付して示し、それらの機能等に関して、その重複する説明を省略することもある。なお、「分岐手段によって分岐及び透過され」と表現すべきところを簡潔のために、単に「分岐手段によって分岐され」と表現することもある。このように表現した場合は、必要に応じて分岐光を一方の分岐光、透過光を他方の分岐光等と、両者の区別に疑義が生じないように表記する。
【００１５】
図１を参照して偏光状態監視装置の原理を説明する。偏光状態監視装置に入射する被測定光である入射光線12は、第１の無偏光ビームスプリッタ14によって複屈折性結晶18へ向かう光線と第２の無偏光ビームスプリッタ16へ向かう光線とに分岐される。複屈折性結晶18に入射した光線は常光線32と異常光線34とに分岐され、それぞれ第１の光検出器24及び第３の光検出器28でその光パワーが測定される。
【００１６】
一方、第１の無偏光ビームスプリッタ14で透過され第２の無偏光ビームスプリッタ16に入射する光線は、更に1/4波長板20へ進む光線と45°偏光子22へ進む光線に分けられ、それぞれ1/4波長板20、45°偏光子22を通過して、第４の光検出器30及び第２の光検出器26によってその光パワーが測定される。第１の光検出器乃至第４の光検出器でそれぞれ測定された光パワーＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4から偏光状態を確定するために必要なパラメータが算出でき、被測定光の偏光状態を知ることが出来る。
【００１７】
しかしながら、以上説明した方法をそのまま適用して偏光状態監視装置を製作すると、既に説明したように、複屈折性結晶、1/4波長板、偏光子等の光学素子の配置が複雑となり、これら光学素子の回転角の設定等を精度よく行なうことが容易でない上、装置そのもののサイズが大きくなる。そこで、この発明では以下に説明する実施の形態を採ることで、これらの問題を解決した。
【００１８】
＜第１の実施の形態＞
図２を参照して、この発明の第１の実施の形態に係る偏光状態監視装置につき説明する。
【００１９】
図２に示すこの実施の形態の偏光状態監視装置74は、光線を分岐する４つの分岐手段（40a乃至40d）、２つの偏光面回転手段（42a、42b）と１つの1/4波長板44と、４つの光検出手段（46a乃至46d）を具えた構成である。
【００２０】
一例として、配列順序が、出射側レンズ52a側から第１の分岐手段40a、第１の偏光面回転手段42a、第２の分岐手段40b、第２の偏光面回転手段42b、第３の分岐手段40c、1／4波長板44、第４の分岐手段40dとなっている場合について説明する。もちろん、二つの偏向面回転手段42a及び42bと1/4波長板44の出射側レンズ52a側からの配列順序は、必ずしも、第１の偏光面回転手段42a、第２の偏光面回転手段42b、1／4波長板44、とする必要はない。適宜この配列順序は変更しても良い。以下第２の実施の対応乃至第５の実施の対応においても、同様に、偏向面回転手段と1/4波長板の配列順序は、一例であって、必ずしも例示の通りの順序の配列にする必要はない。
【００２１】
以後説明の便宜のために、被測定光の進行方向をｚ軸にとり、紙面に垂直に表面から裏面に向かう方向にｘ軸を、ｘ軸及びｚ軸に垂直で右手系座標系となるようにｙ軸をとる。すなわちｙ軸は図面上で上向きにとる。
【００２２】
分岐手段は、監視対象である被測定光をそれが進行する方向（ｚ軸方向）と、直交する方向（ｙ軸方向）との２方向に分岐する機能を有する。またこの分岐手段は、分岐された双方の光の進行方向に平行な面に対して垂直の方向（ｘ軸方向）に偏光した直線偏光成分の一部をｙ軸方向に分岐し、残りの光パワーを透過させる機能を有する。以後、分岐された双方の光の進行方向に平行な面に対して垂直の方向（ｘ軸方向）に偏光した直線偏光を単に「ｓ偏光」ということもある。すなわちこの直線偏光の光の電場ベクトルの振動面（直線偏光の電場ベクトルの先端が三次元空間に描く軌跡を含む面）は図２の紙面に対して垂直の関係にある。
【００２３】
図２に示す実施の形態は、光ファイバを伝播する光の偏光状態を監視するための構成である。出射側光ファイバケーブル48aを伝播してきた光は、出射側光ファイバの先端50aを出て、出射側レンズ52aによって平行光線束56に変換される。すなわち出射側レンズ52aは出射側コリメータ系54aを形成する。
【００２４】
平行光線束56はこの発明の偏光状態監視装置74を通過して平行光線束72となり、入射側レンズ52bによって入射側光ファイバの先端50bに集光され、出射側光ファイバケーブル48bに入射する。すなわち入射側レンズ52bは入射側集光系54bを形成する。図中矢印のついた直線は、被測定光線束の伝播方向と被測定光線束の中心の軌跡を示す。また、以後「被測定光線束」を単に「被測定光」と省略して表現することもある。
【００２５】
この発明の第１の実施の形態として示す偏光状態監視装置は、光ファイバケーブルの中間地点に挿入して、その光ファイバを伝播している光の偏光状態を監視することを目的とするものである。すなわち光ファイバを出射側光ファイバケーブル48aと入射側光ファイバケーブル48bとに分けて、この２つの光ファイバケーブル間に偏光状態監視装置74が挿入される形となっている。
【００２６】
次に、第１の実施の形態の動作原理を説明する。監視対象である被測定光が第１の分岐手段40aによって分岐され、分岐された一方の被測定光58が第１の光検出手段46aで受光される。第１の光検出手段46aで検出される光58は、被測定光56の第１の分岐手段40aで分岐された第１偏光、すなわちｓ偏光である。またこの第１の分岐手段40aを透過する光60を第１透過光と称する。
【００２７】
ここで入射光に含まれるｓ偏光成分に対する分岐光の光パワーの割合を分岐率と定義する。この分岐率は、好ましくは、３％程度とするのが良い。この程度の分岐率であれば、光検出手段において測定精度を十分に確保できる程度のＳ／Ｎ比をもって測定が出来る上、後述するように、被測定光のこの測定による強度の低下を実用上問題とならない程度に留めることが出来るからである。今後、光検出手段の性能が向上し、より小さなＳ／Ｎ比であっても測定精度を十分確保できるようになれば、この分岐率は、３％に止まらず、より小さな分岐率でもよい。それによってこの測定のために被測定光の光パワーが減衰する割合をいっそう小さく出来、偏光状態監視装置としての性能はそれだけ高まることになる。すなわち、この分岐率は、光検出器において十分なＳ／Ｎ比を確保できる以上の大きさであって、かつ被測定光のこの測定による強度の低下を実用上問題とならない程度に留めることが出来る大きさ以下に定めればよい。
【００２８】
以後説明する、第２、第３、第４の分岐手段のいずれも第１の分岐手段と同一の構造と特性を有する。すなわち、入射光に含まれるｓ偏光成分の強度の３％程度に当たる光パワーをｓ偏光として分岐し、それ以外の光パワーを透過させる特性を有する。そして、第１、第２、第３及び第４の分岐手段40b、40c及び40dのそれぞれで分岐されたｓ偏光を第２、第３及び第４偏光と称すると共に、これら分岐手段を透過する光を第２、第３及び第４透過光64、68及び72とそれぞれ称する。
【００２９】
第１の分岐手段40aを透過した被測定光、すなわち第１透過光60は、第１の偏光面回転手段42aを通過しその偏光面が45°回転（ｘ-ｙ平面内でｚ軸の正の方向に向かって左回りに45°回転）される。この45°だけ偏光面が回転した被測定光を第１回転透過光と称する。この第１の偏光面回転手段42aを通過した第１回転透過光、すなわち被測定光が第２の分岐手段40bによって分岐され、分岐された被測定光の一方の第２偏光62が第２の光検出手段46bで受光される。第２の光検出手段46bで受光される光62も、上記同様に偏光面を45°回転（ｘ-ｙ平面内でｚ軸の正の方向に向かって左回りに45°回転）された被測定光60の第２の分岐手段40bで分岐された第２偏光、すなわちｓ偏光である。
【００３０】
第２の分岐手段40bによって分岐されたもう一方の被測定光、すなわち第2透過光64は、第２の偏光面回転手段42bを通過しその偏光面が更に45°回転（ｘ-ｙ平面内でｚ軸の正の方向に向かって左回りに45°回転）されて、第２回転透過光となる。この第２の偏光面回転手段42bを通過した第２回転透過光、すなわち被測定光が第３の分岐手段40cによって分岐され、分岐された被測定光、すなわち第３偏光66が第３の光検出手段46cで受光される。第３の光検出手段46cで受光される光は、第２の偏光面回転手段42bによってその偏光面が45°回転（ｘ-ｙ平面内でｚ軸の正の方向に向かって左回りに45°回転）された被測定光の第３の分岐手段40cで分岐された第3偏光、すなわちｓ偏光である。
【００３１】
第３の分岐手段40cを通過した被測定光、すなわち第３透過光68は、1/4波長板44を通過し、この1/4波長板44を通過した被測定光（1/4波長板透過光）が第４の分岐手段40dによって分岐され、分岐されたこの被測定光の一方の第４偏光70が第４の光検出手段46dで受光される。第４の光検出手段46dで受光される光は、1/4波長板44を透過した被測定光の第４の分岐手段40dに対するｓ偏光である。1/4波長板44はその進相軸（波長板においてより早い位相速度をもつ直線偏光の振動方向と平行に設定された軸を言う。）を、ｓ偏光の振動面（ｘ軸に平行な面）に対して、被測定光の進行方向（ｚ軸の正の方向）に向かって右回りに45°回転させて設定する。
【００３２】
以上の説明においては、偏光面回転手段42a及び42bによって被測定光の偏光面が、ｘ-ｙ平面内でｚ軸の正の方向に向かって左回りに45°回転される場合を説明した。また、1/4波長板の進相軸に対しては、ｘ軸に平行な面に対して、ｚ軸の正の方向に向かって右回りに45°回転させて設定する場合を説明した。しかし、これらの設定とは異なる以下に説明する設定方法をとっても、良いことは明らかである。すなわち、被測定光の偏光面が、ｘ-ｙ平面内でｚ軸の正の方向に向かって右回りに45°回転するよう、偏光面回転手段42a及び42bを設定し、1/4波長板の進相軸をｘ軸に平行な面に対して、ｚ軸の正の方向に向かって左回りに45°回転させて設定する。
【００３３】
上述した、偏光面回転手段により回転される偏光面の回転方向、及び1/4波長板の進相軸の設定方法についは、第２乃至第５の実施の形態においても、事情は同じである。したがって、以後は、偏光面の回転方向について、左回りあるいは右回り等の限定を付けずに表現する。
【００３４】
以上説明したように、第１乃至第４の光検出手段46a、46b、46c及び46dによって、被測定光の偏光状態を確定するために必要なパラメータはすべて得られる。すなわち、第１乃至第４の光検出手段において測定された光パワー（光のエネルギー）を、それぞれＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4とすると、
水平直線偏光優越分：Ｓ1＝（水平直線偏光パワー）−（垂直直線偏光パワー）、
45°直線偏光優越分：Ｓ2＝（45°直線偏光パワー）−（135°直線偏光パワー）、
右回り円偏光優越分：Ｓ3＝（右回り円偏光パワー）−（左回り円偏光パワー）は、
Ｓ1＝Ｐ2/（Ｐ1+Ｐ3）、
Ｓ2＝Ｐ3/（Ｐ1+Ｐ3）、
Ｓ3＝Ｐ4/（Ｐ1+Ｐ3）
と求められる。これで、被測定光のパワーは分岐手段の正確な分岐率がわかれば求められるので、この入射光パワーとＳ1 、Ｓ2 及び Ｓ3 とによって、被測定光の偏光状態は確定される。以後、被測定光のパワーを反映するパラメータＳ0と、Ｓ1
、Ｓ2 及び Ｓ3 をストークスパラメータということもある。
【００３５】
偏光状態監視装置74において、偏光状態の監視のために必要なデータが取られた後、第４透過光としての被測定光は偏光状態監視装置74を通過して、平行光線束72として、この偏光状態監視装置74を出射する。出射した平行光線束72は、入射側レンズ52bによって構成される集光系54bによって、入射側光ファイバケーブル48bの入射先端50bに集光され、入射側光ファイバケーブル48bに導かれる。
【００３６】
この発明の第１の実施の形態によれば、上述したように被測定光の偏光状態を規定するために必要となるパラメータをすべて測定できるので、被測定光の偏光状態を監視出来る。また、偏光状態監視装置を、ｓ偏光のみを選択的に分岐する各分岐手段と各偏光面回転手段とを導入して構成したことによって、各光検出手段を同一の平面上に設置することが出来る。このために、装置そのもののサイズをコンパクトに設計出来る。
【００３７】
また、従来のこの種の偏光状態監視装置では、光検出手段を同一平面上に設置できない構成(特許文献１参照)であったり、分岐手段、偏光面回転手段、1/4波長板等の構成要素を一直線上には設置できない構成(特許文献２、特許文献３参照)であった。しかし、この発明の偏光状態監視装置によれば、分岐手段、偏光面回転手段、1/4波長板等の構成要素をほぼ共通の直線上に一直線に配列出来るので、光学系のアライメントが容易である。
【００３８】
次に、この発明の偏光状態監視装置を構成する光検出手段、偏光面回転手段及び分岐手段につき簡単に説明する。
【００３９】
＜光検出手段＞
光検出手段は、フォトダイオードあるいは他の光電変換器等の、設計に応じた任意好適な光検出器をもって実現出来る。
【００４０】
＜偏光面回転手段＞
また、偏光面回転手段には、旋光性物質（光学活性物質）あるいは磁気光学結晶を用いたファラデー回転子等を用いることが出来る。
【００４１】
旋光性物質すなわち光学活性になり得る結晶では、対称中心のない点群に属する結晶系に属する結晶に限られ、実際に光学活性が認められている結晶には、水晶、Bi12SiO20、TiO2、Pb5Ge3O11 等がある。偏光面の回転角の大きさは光が通過する結晶の長さに比例するので、偏光面の回転角が45°となるよう、これら旋光性結晶の厚みを調整すればよい。
【００４２】
旋光性結晶の単位長さ当たりの偏光面の回転角（旋光能）ρは、
ρ＝(π/λ)(nr−nl)
で与えられる。ここに、λは被測定光の波長、nrは右回り円偏光屈折率、nlは左回り円偏光屈折率である。偏光面回転手段として用いる旋光性結晶の材料と被測定光の波長が与えられれば、ρは計算出来るので、これを元に偏光面を45°回転するに必要な結晶の厚みは容易に計算出来る。
【００４３】
磁気光学結晶を用いたファラデー回転子として利用される結晶は、ガーネット構造を有する結晶が知られている。代表的な結晶は、YIG(Y3Fe5O12:Yttrium Iron Garnet) YAG(Y3Al5O12:Yttrium Aluminum Garnet)等である。
【００４４】
磁場中に置かれた磁気光学結晶中を直線偏光の光が磁場と平行に伝播するとき、偏光面が次式で与えられる角度θだけ回転する。
【００４５】
θ＝ＶlＨ
ここに、Ｖはベルデ定数で被測定光の波長に依存する。ｌは磁気光学結晶の厚み、Ｈは磁場の強さである。偏光面回転手段として用いる磁気光学結晶材料と被測定光の波長が与えられればＶが決まるので、θ＝45°となるための磁気光学結晶の厚みｌと必要な磁場の強さＨが容易に計算出来る。
【００４６】
＜分岐手段＞
この発明に使われる分岐手段は、被測定光からｓ偏光のみを選択的に取り出す機能が備わっており、かつこのｓ偏光の取り出しによって被測定光の強度に実質的に影響を与えないことが必要である。そこでこの発明の発明者は、入射角45°で、被測定光のｓ偏光の分岐率が3％であり、被測定光のｐ偏光の分岐率が0％となる半透鏡を作製した。ここで、ｐ偏光とは、ｓ偏光の偏光方向に対してその偏光方向が直交する方向に偏光した直線偏光をいう。
【００４７】
図３に入射角45°における被測定光のｓ偏光の分岐率が３％であり、被測定光のｐ偏光の分岐率が０％である半透鏡の断面構造図を示す。また表１にこの半透鏡を構成する誘電体多層膜の素材、屈折率及び膜厚（μｍ単位）を示す。屈折率は波長1.55μｍの光に対する値である。表1における左欄に示す層番号（1から10及び半透鏡の基板材料である溶融石英基板11）は、図３の図中に付された番号と対応する。
【００４８】
【表１】
0004116410.tif 000002
【００４９】
表１に示すように、半透鏡を形成する誘電体多層膜は、SiO2、 Ta2O5及びAl2O3を積層させた10層から成る構造である。この構造は、溶融石英基板11上に酸素とアルゴンとの混合ガス雰囲気中でイオンアシスト蒸着法により形成した。
【００５０】
図４に表１に示した構成の半透鏡の分岐率特性を、波長1500ｎｍから波長1640ｎｍの範囲で示す。図４の横軸は半透鏡に入射する光の波長をｎｍ単位で目盛り、及び縦軸は分岐率を％で目盛ってある。図中、ｐ偏光と表示してある破線で示す曲線（横軸に平行にほぼ直線となっている。）がｐ偏光の分岐率、及びｓ偏光と表示してある実線で示す曲線（こちらも横軸に平行にほぼ直線である。）がｓ偏光の分岐率をそれぞれ示す。波長1500ｎｍから波長1640ｎｍの範囲でｓ偏光の分岐率は３％、及びｐ偏光の分岐率は0％であることが分かる。ここで例示した半透鏡を分岐手段として用いれば、この発明の偏光状態監視装置が構成出来ることが分かる。
【００５１】
ここでは、分岐手段として半透鏡を例に説明したが、半透鏡にとどまらず被測定光からｓ偏光を分離できるものであれば、いずれの光学素子をも利用できることは明らかである。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
図５を参照して、この発明の第２の実施の形態に係る偏光状態監視装置につき説明する。図５においても図２において設定したｘ-ｙ-ｚ座標軸をとることとする。
【００５３】
上述した第１の実施の形態は、光ファイバを出射側光ファイバケーブルと入射側光ファイバケーブルとに分けて、この２つの光ファイバケーブル間に偏光状態監視装置が挿入される形となっている。これに対して、第２の実施の形態は、１本の光ファイバケーブルからの出射光の全てを用いて偏光状態を検出する構成となっている。
【００５４】
すなわち、第２の実施の形態では、第１、第２及び第３の分岐手段（90a乃至90c）と偏光面回転手段92と、1／4波長板94と、第４の光検出手段96dとが、共通の直線上に配列されている。この配列順序は、コリメータレンズ86側から、第１の分岐手段90a、偏光面回転手段92、第２の分岐手段90b、1／4波長板94及び第４の光検出手段94dとなっている。第２の実施の形態によれば、光ファイバ等を伝播してきた光の全光量（被測定光の総パワー）と偏光状態を確定するために必要なパラメータをすべて直接観測出来る。
【００５５】
図５に示す第２の実施の形態の偏光状態監視装置80は、被測定光を２方向に分岐する第１、第２及び第３の３つの分岐手段と、１つの偏光面回転手段と、１つの1/4波長板と、第１乃至第４の４つの光検出手段とを具えた構成である。これらの機能は第１の実施の形態における偏光状態監視装置と同様である。
【００５６】
光ファイバケーブル82の光ファイバ先端84から出射する監視対象である被測定光がコリメータレンズ86から成るコリメータ88で平行光線束98に変換される点は、第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
平行光線束98は第１の分岐手段90aよって分岐され、分岐された被測定光の一方の第1偏光100が第１の光検出手段96aで受光される。第１の分岐手段90aを透過した被測定光、すなわち第１透過光102は、偏光面回転手段92を通過しその偏光面がｘ-ｙ平面内でｚ軸の正の方向に向かって、左回りに45°回転されて第１回転透過光となる。偏光面回転手段92を通過した被測定光が第２の分岐手段90bによって分岐され、分岐されたこの被測定光の一方の第２偏光104が第２の光検出手段96bで受光される。
【００５８】
第２の分岐手段90bを透過した被測定光、すなわち第２透過光106が1/4波長板94を通過し、この1/4波長板94を通過した被測定光が第３の分岐手段90cによって分岐される。分岐された被測定光の一方の第３偏光108が第３の光検出手段96cで受光される。もう一方の被測定光である第３透過光110が第４の光検出手段96dで受光される。
【００５９】
第２の実施の形態においても、1/4波長板94は、その進相軸を、ｓ偏光の振動面（ｘ軸方向に平行な面）に対して、被測定光の進行方向（ｚ軸方向）に向かって右回りに45°回転させて設定する。また、偏光面回転手段92は、被測定光の偏光面をｚ軸の正の方向に向かってｘ-ｙ平面内で左回りに45°回転する点も、第１の実施の形態と同じである。
【００６０】
第２の実施の形態の偏光状態監視装置によれば、第１の実施の形態と同様に装置のコンパクト化が可能であること及びアライメントが容易であるという利点がある。また、第２の実施の形態によれば、第１、第２、第３及び第４の光検出手段96a、96b、96c及び96dによって、被測定光の全光量が正確に測定出来るので、第１の実施の形態による偏光状態監視装置による以上に正確な偏光状態の監視が可能である。
【００６１】
＜第３の実施の形態＞
図６を参照して、この発明の第３の実施の形態に係る偏光状態監視装置につき説明する。第３の実施の形態は、第１の実施の形態に係る偏光状態監視装置を、同一平面上に一列に平行に設置した構成となっており、この構成は複数本の光ファイバケーブルを伝播する被測定光の偏光状態を、一括して監視することが出来る形態である。
【００６２】
第３の実施の形態において使われる光検出手段は、複数の光検出手段が一直線上にアレイ化されて配列された構成である。この点が第１の実施の形態と異なる点である。分岐手段、偏光面回転手段及び1/4波長板のそれぞれは、複数の被測定光毎に別々に用意する必要はなく、必要箇所（分岐手段は4箇所、偏光面回転手段は２箇所、1/4波長板は１箇所）にそれぞれ１つずつ配置することで、複数本の光ファイバケーブルを伝播する被測定光を一括して処理出来る。
【００６３】
第３の実施の形態に係る偏光状態監視装置は、複数の被測定光を一括分岐する第１、第２、第３及び第４の４つの分岐手段124a、124b、124c及び124dと、この複数の被測定光の偏光面を一括して回転させる第１及び第２の２つの偏光面回転手段126a及び126bと、１つの1/4波長板128と、光パワーを一括して検出する第１、第２、第３及び第４の４つの光検出手段130a、130b、130c及び130dとを具える。分岐手段124a、124b、124c及び124d、偏光面回転手段126a及び126b、及び1/4波長板128は、複数の被測定光の進行方向と平行な平面を共通の平面としてこの面内に配置される。
【００６４】
図６に示す第３の実施の形態は、進行方向が同一の平面上に平行に揃えられた複数の監視対象である被測定光の偏光状態を一括して監視するための構成である。すなわち同一平面上に一列に平行に設置された複数本の光ファイバアレイ120aを伝播する被測定光を、出射側コリメータアレイ122aによって、一括して平行光線束に変換する。
【００６５】
光検出手段130a、130b、130c及び130dは、進行方向が平行に揃えられた被測定光の数と同数の光検出手段が直線状にアレイ化されて構成されている。また、分岐手段124a、124b、124c及び124dは、分岐された双方の被測定光の進行方向に平行な面に対して垂直の方向に偏光した直線偏光として分岐し、残りの被測定光パワーを透過させる機能を有している点は、第１乃至第２の実施の形態で説明したとおりである。
【００６６】
監視対象である複数の被測定光が以下に説明するように一括して処理され、その偏光状態が一括監視される。まず、第１の分岐手段124aによって被測定光が分岐され、分岐されたこの被測定光の一方が第１偏光（すなわちｓ偏光）として第１の光検出手段130aで受光される。もう一方の透過した被測定光が第１透過光として第１の偏光面回転手段126aを通過し、その偏光面が45°回転される。
【００６７】
第１の偏光面回転手段126aを通過した被測定光が第１回転透過光として第２の分岐手段124bによって分岐され、分岐された被測定光の一方が第２偏光(すなわちｓ偏光)として第２の光検出手段130bで受光される。もう一方の透過した被測定光は第２透過光として第２の偏光面回転手段126bを通過し、その偏光面が45°回転されて、第２回転透過光となる。
【００６８】
第２の偏光面回転手段126bを通過した第２回転透過光である被測定光が第３の分岐手段124cによって分岐される。分岐された被測定光の一方が第３偏光(すなわちｓ偏光)として第３の光検出手段130cで受光される。もう一方の透過した被測定光が1/4波長板透過光として1/4波長板128を通過して、1/4波長板128を通過した被測定光が第４の分岐手段124dによって分岐され、分岐された被測定光の一方が第４偏光(すなわちｓ偏光)として第４の光検出手段アレイ130dで受光されるように配置され構成される。
【００６９】
第３の実施の形態の利点は、複数本の光ファイバからなる光ファイバアレイを伝播する複数の被測定光を一括してその偏光状態を監視することが出来る点である。ｓ偏光のみを選択的に分岐する分岐手段と偏光面回転手段とを導入して構成したこと及び光検出手段を同一の平面状に設置することが出来る構成としたことで、はじめて光ファイバアレイを伝播する複数の被測定光を一括してその偏光状態を監視することが出来ることとなった。
【００７０】
なお、従来のこの種の偏光状態監視装置の偏光状態の測定方式（特許文献１、特許文献２、特許文献３）では、その幾何学的制約から、複数本の光ファイバからなる光ファイバアレイを伝播する複数の被測定光を一括してその偏光状態を監視することが出来る装置として、コンパクトにしかもアライメントが容易である構成とすることは出来ない。
【００７１】
また、分岐手段124a、124b、124c及び124d、偏光面回転手段126a及び126b、及び1/4波長板128は、第１乃至第２の実施の形態において使われたものと同一のものを使うことが出来る。そのため被測定光ごとに別々の分岐手段、偏光面回転手段及び1/4波長板を使う場合に比べて、素子の特性のばらつきを考慮する必要がないという利点がある。
【００７２】
＜第４の実施の形態＞
図７を参照して、この発明の第４の実施の形態に係る偏光状態監視装置につき説明する。第４の実施の形態は、第２の実施の形態に係る偏光状態監視装置を、同一平面上に一列に平行に設置した構成となっており、この構成は、複数本の光ファイバアレイ140を伝播する被測定光を、コリメータアレイ142によって、平行光線束に変換し、一括してその偏光状態を監視することが出来るように変形した形態である。
【００７３】
第４の実施の形態において使われる光検出手段は、複数の光検出手段が一直線上に配列されたアレイ構成である。分岐手段、偏光面回転手段及び1/4波長板はそれぞれ必要箇所（分岐手段は３箇所、偏光面回転手段は１箇所、1/4波長板は１箇所）に１つずつ配置することで、複数本の光ファイバケーブルを伝播する被測定光を同時に監視出来る。この点が第２の実施の形態と異なる点である。また、図７に示す第４の実施の形態は、進行方向が同一平面上に平行に揃えられた複数の監視対象である被測定光の偏光状態を一括して監視するための構成である点で第３の実施の形態と共通する。
【００７４】
第４の実施の形態は、第１、第２及び第３の３つの分岐手段144a、144b及び144cと、１つの偏光面回転手段146と、１つの1/4波長板148と、４つの光検出手段150a、150b、150c及び150dとを具える偏光状態監視装置である。また、分岐手段144a、144b及び144c、偏光面回転手段146、及び1/4波長板148は、複数の被測定光の進行方向と平行な平面を共通の平面としてこの面内に配置される。
【００７５】
光検出手段150a、150b、150c及び150dは、第３の実施の形態と同様に、進行方向が平行に揃えられた被測定光の数と同数の光検出手段が直線状にアレイ化されて形成されている。分岐手段144a、144b及び144cは、被測定光を、分岐された双方の光の進行方向に平行な面に対して垂直の方向に偏光した直線偏光として分岐し、残りの光パワーを透過させる機能を有している。
【００７６】
第４の実施の形態では、監視対象である複数の被測定光が以下に説明するように一括して処理され、その偏光状態が一括監視される。
【００７７】
監視対象である被測定光が第１の分岐手段144aによって分岐され、分岐された被測定光の一方が第１偏光（すなわちｓ偏光）として第１の光検出手段150aで受光される。もう一方の透過した被測定光が第１透過光として偏光面回転手段146を通過しその偏光面が45°回転される。偏光面回転手段146を通過した被測定光は第１回転透過光として第２の分岐手段144bによって分岐され、分岐された被測定光の一方が第２偏光（すなわちｓ偏光）として第２の光検出手段150bで受光される。
【００７８】
第２の分岐手段144bによって分岐されたもう一方の透過した被測定光が1/4波長板透過光として1/4波長板148を通過し、1/4波長板148を通過した1/4波長板透過光である被測定光が第３の分岐手段144cによって分岐され、分岐された被測定光の一方が第３偏光（すなわちｓ偏光）として第３の光検出手段150cで受光される。第３の分岐手段144cによって分岐されたもう一方の透過した被測定光が第３透過光として、第４の光検出手段150dで受光される。
【００７９】
第１乃至第３の分岐手段144a、144b及び144c、第１乃至第４の光検出手段150a、150b、150c及び150dの構成及び機能は第３の実施の形態におけるものと同一である。また、偏光面回転手段146、1/4波長板148の構成及び機能も第３の実施の形態のものと同一である。
【００８０】
第４の実施の形態の偏光状態監視装置によれば、第１、第２、第３及び第４の光検出手段150a、150b、150c及び150dによって、被測定光の全光量が正確に測定出来るので、第３の実施の形態による偏光状態監視装置による以上に正確な偏光状態の監視が出来る。また、分岐手段144a、144b及び144c、偏光面回転手段146及び1/4波長板148は、第１乃至第２の実施の形態において使われたものと同一のものを使うことが出来る。そのため被測定光毎に別々の分岐手段、偏光面回転手段及び1/4波長板を使う場合に比べて、素子の特性のばらつきを考慮する必要がないという利点がある点について、第３の実施の形態と同様である。
【００８１】
なお、第３及び第４の実施の形態において、光ファイバアレイのアレイ化された光ファイバの本数が４本の場合を例にして説明したが、４本に限らず何本でも対応可能であることは明らかである。
【００８２】
＜第５の実施の形態＞
図８を参照して、この発明の第５の実施の形態に係る偏光状態監視装置につき説明する。図８に示すように、この実施の形態では、狭帯域フィルタ160が、光パワーを検出する光検出手段46a、46b、46c及び46dの直前に挿入されている点が第１の実施の形態と相違している。この点以外においては、第１の実施の形態と同一である。図８において、第１の実施の形態の説明に供する図２と共通する構成要素については同一の符号を付してある。また、第１の実施の形態と動作原理が共通する部分については、その説明を省略する。
【００８３】
狭帯域フィルタ160を挿入することにより、特定の波長帯域の光のみの偏光状態を選択して監視することが出来る。すなわち、例えば、波長分割多重伝送（ＷＤＭ：wavelength division multiplexing）において、特定のチャンネルの伝送を受け持つ波長帯域についてのみ選択的に偏光状態を監視出来ることを意味する。ＷＤＭにおいては、１つの光ファイバ内を波長の異なる複数の伝送波が伝播しているので、この光ファイバ内を伝播する光の偏光状態を監視するには波長ごとに別々に分けて観測する必要がある。そのためには狭帯域フィルタを用いて観測すべき波長を選択する必要がある。したがって、ＷＤＭにおける偏光状態監視には、狭帯域フィルタを挿入して測定することが必須であり、この発明に係る偏光状態監視装置によれば、このフィルタリングが簡便にしかも高精度で行なえることになる。
【００８４】
狭帯域フィルタ160を図８に示すように、光検出手段の直前に単一の構成要素として挿入することが出来るのは、光検出手段として受光面が一直線状にアレイ化された素子を利用出来る形態であるためである。このことにより、被測定光の全てに対して狭帯域フィルタの透過特性を同一に揃えることが出来るという利点がある。すなわち、１枚の狭帯域フィルタで一括して被測定光の波長フィルタリングが出来るので、従来の測定装置のように、複数の光検出手段毎に、あるいは複数の被測定光毎に別々に、同一のフィルタリング特性を備えた狭帯域フィルタを揃えることに比べれば、はるかに容易に狭帯域フィルタの透過特性を同一にすることが出来る。
【００８５】
＜偏光状態監視装置により被測定光が受ける影響の大きさ＞
この発明に係る偏光状態監視装置により、被測定光が受ける影響の大きさについて検討する。第１の実施の形態で開示した偏光状態監視装置においては、測定が終了した被測定光は再び光ファイバに取り込まれ、情報の伝送を担うこととなる。したがってこの発明に係る偏光状態監視装置による測定をした結果、光の強度はもちろん、偏光状態に大きな変動が発生しては、実用上この監視装置は使用できないことになる。
【００８６】
まず、被測定光の強度の減衰量について、偏光依存性を考慮せずに検討する。この発明において、分岐手段は図２を参照して既に説明したように４枚必要である。したがってこの発明に係る偏光状態監視装置を透過した被測定光は、これら４枚の分岐手段によって約10％強度が減少する。なぜならば、１枚の分岐手段からの透過率が97％であるから、４枚の分岐手段を透過する被測定光の透過率は、(0.97)4≒0.885≒0.90  となるからである。偏光状態監視装置におけるこの程度の被測定光のパワー減少は、実用上問題とならない。なお、この減少量は、被測定光の偏光の状態には関わりなく、単に分岐手段によって分岐されるために発生する、被測定光のパワー減少量である。
【００８７】
次に偏光状態監視装置を透過したために被測定光の偏光状態がどの程度影響を受けるかについて、図９から図１４を参照して説明する。
【００８８】
図９は、偏光状態監視装置74を通過する被測定光がこの監視装置に入射する前後でその偏光状態にどのような変動を受けるかをシミュレーションする方法を説明するための図である。
【００８９】
被測定光の進行方向をｚ軸正の方向にとり、ｘ軸及びｙ軸を右手系ｘ-ｙ-ｚ座標系を形成するように取る。すなわちこの図面の表面から裏面に向かう方向にｘ軸、及びｘ軸に垂直に図面上向きにｙ軸のそれぞれの正の方向にとる。偏光状態監視装置74に入射する被測定光の偏光状態が、ストークスパラメータ（Ｓ0, Ｓ1, Ｓ2, Ｓ3）で表されるものとし、また、出射する被測定光の偏光状態が、ストークスパラメータ（Ｓ0’, Ｓ1’, Ｓ2’, Ｓ3’）で表されるものとする。
【００９０】
入射光の偏光状態を連続的に変化させるために1/4波長板と1/2波長板を図９に示すように、1/4波長板161を最初にその後に1/2波長板162を挿入する。1/4波長板161には、ストークスパラメータ（１,１,０,０）で表されるｘ軸方向に振動する直線偏光を入射させ、最初は1/4波長板161の進相軸をｘ軸正の向きに対して-45°（または45°）に設定し、及び1/2波長板162の進相軸を0°（ｘ軸に平行）に設定する。すなわち入射光の偏光状態の最初は、（Ｓ0, Ｓ1, Ｓ2, Ｓ3）＝（１,０,０,１）、すなわち円偏光からシミュレーションをスタートする。また、入射光の強度を表すパラメータＳ0を１に規格化しておくこととする。
【００９１】
偏光状態を1/4波長板161と1/2波長板162とを回転させることにより、偏光状態監視装置74への入射光の偏光状態を、スタートの状態（Ｓ0, Ｓ1, Ｓ2, Ｓ3）＝（１,０,０,１）から、変化させる。シミュレーションでは、1/2波長板を1621ステップ１°、及び1/4波長板161を１ステップ0.1°の割合で、正の方向（ｘ軸からｙ軸に向かう方向）に回転させて入射光の偏光状態（Ｓ0, Ｓ1, Ｓ2, Ｓ3）を変化させた。すなわち１ステップ目は、1/2波長板162が１°回転し、かつ1/4波長板161が0.1°回転した状態である。このように変化させた状態の１ステップ毎を、以後「偏光パラメータ」と呼ぶこととする。このようにして偏光パラメータを1800ステップ進めると、1/4波長板161の進相軸をｘ軸に対して-45°から45°まで、あるいは45°から-45°まで回転することになる。以上説明したことから明らかなように1800ステップで、1/4波長板161及び1/2波長板162それぞれの進相軸は最初の設定位置に戻る。すなわち、シミュレーションは1800ステップまでの偏光パラメータに対して行なえばよいことになる。
【００９２】
ここでのシミュレーションにおける偏光状態監視装置74に入射させる光の偏光状態を表す偏光パラメータを表示するために、図１０に示すポアンカレ球を用いる。図１０に示すポアンカレ球には、参考のために、ポアンカレ球上の各点に対応する偏光状態を、直線または楕円及び矢印を用いて示した。このシミュレーションにおける、偏光状態監視装置74に入射させる光の偏光状態のスタートポイントはＳ3軸と球面の交点Ａである。上述したように、第１ステップに相当するこの点Ａからスタートし、1/4波長板及び1/2波長板によって、ポアンカレ球のＳ3軸上方から下方に向かって偏光パラメータを変化させていく。この偏光パラメータの変化を、偏光パラメータを表すポアンカレ球上の点の軌跡として見ると、この軌跡は、Ｓ3軸上方からみて左回りに螺旋状に回転しつつＳ1-Ｓ2面（ポアンカレ球の赤道に相当する面）の方向に向かい、やがてＳ1-Ｓ2面とポアンカレ球との交線（赤道に相当する。）を横切りＳ3軸上の点Ａと原点に対して対称の位置にあるＢ点に達する。
【００９３】
この軌跡に沿って変化する偏光状態の光を偏光状態監視装置に入射させ、この軌跡に沿って１ステップごとに、偏光状態監視装置74から出射する、被測定光の偏光状態を表すストークスパラメータ（Ｓ0’, Ｓ1’, Ｓ2’, Ｓ3’）をシミュレートした。すなわち、偏光状態監視装置に入射させる被測定光の偏光状態を表すストークスパラメータを（Ｓ0, Ｓ1, Ｓ2, Ｓ3）を１ステップ毎に変化させ、これに対応する偏光状態監視装置から出射する被測定光の偏光状態を表すストークスパラメータ（Ｓ0’, Ｓ1’, Ｓ2’, Ｓ3’）を計算した。
【００９４】
図１１に測定によるＳ1の変動量を縦軸に、偏光パラメータを横軸にとって、シミュレーション結果を示す。縦軸に表された「Ｓ1の変動量」とは、Ｓ1-Ｓ1’で与えられる量である。横軸は、偏光パラメータを１ステップ単位（グラフの１点に対応する。）で図１０に示すポアンカレ球上で示される軌跡にしたがって変化していく方向に目盛ったものである。図中Ａと表示した点はポアンカレ球の北極に相当し、ストークスパラメータでは（１,０,０,１）に対応する。一方、図中Ｂと表示した点は、偏光パラメータがスタートから1800ステップ進んだ点であり、ストークスパラメータでは（１,０,０,-１）に対応する。
【００９５】
この図からわかるようにストークスパラメータＳ1の、偏光状態監視装置74による測定を原因とする変動量は±0.02程度（±2％程度）と、実用上問題のない大きさであることが分かる。
【００９６】
図１２及び図１３にそれぞれ偏光状態監視装置74による測定を原因とするＳ2及びＳ3の変動量についてのシミュレーション結果を示す。縦軸は図１２及び図１３において、それぞれ測定によって発生するＳ2及びＳ3の変動量を図１１と同様に表示した。すなわち、図１２及び図１３の縦軸はそれぞれ、Ｓ2-Ｓ2’及びＳ3-Ｓ3’を示す。横軸は両図共に図１１の横軸目盛りと同じである。測定によるＳ2及びＳ3の変動量についても、±0.02程度（±2％程度）と、実用上問題のない大きさであることが分かる。
【００９７】
図１４は、偏光依存性ロス変動を図１１から図１３と同様に、偏光パラメータに対してシミュレーションした結果を表している。偏光依存性ロス変動とは、被測定光の自然光成分を除いた直線偏光について、偏光状態監視装置を通過したために発生するパワー損失を意味する。すなわち、図１４の縦軸は、
（Ｓ1’2 +Ｓ2’2 +Ｓ3’2）1/2 /（Ｓ12 +Ｓ22 +Ｓ32）1/2
を表す。このシミュレーションでは、自然光成分の強度は０としているので、結局縦軸は、Ｓ0’/Ｓ0を表す。横軸は、図１１の横軸目盛りと同じである。図１４から分かるように、偏光依存性ロス変動も0.92以上の範囲に収まっている（偏光状態監視装置による損失量が0.08すなわち8％以下の範囲に収まっている。）。すなわち、偏光依存性ロス変動の大きさについても、実用上問題とならない大きさである。
【００９８】
偏光依存性ロス変動の大きさは、被測定光に自然光成分が含まれていない場合は、被測定光の測定に基づくパワー損失に相当する。図１１から図１４に示すシミュレーションの結果は、被測定光に自然光成分が含まれていない場合を仮定して求められたものである。したがって被測定光に自然光成分が含まれていない場合には、被測定光の偏光の状態には関わりのない、単に分岐手段によって分岐されるために発生する被測定光のパワー減少量についての評価をするまでもなく、この発明に係る偏光状態監視装置による観測によって、被測定光が受けるパワー損失の大きさは実用上問題とならないといえる。
【００９９】
しかし、被測定光に自然光成分が含まれている場合には、図１４に示す偏光依存性ロス変動の値と共に、被測定光の偏光の状態には関わりのない、単に分岐手段によって分岐されるために発生する被測定光のパワー減少量についての評価もあわせて行なう必要がある。上述したように、被測定光の偏光の状態には関わりのない、単に分岐手段によって分岐されるために発生する被測定光のパワー減少量も、高々10％程度である。したがって、被測定光に自然光成分が含まれている場合にも、この発明に係る偏光状態監視装置による測定のために被測定光が受けるパワー損失及び偏光状態の変化は、実用上問題とならない大きさであることが分かる。
【０１００】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の偏光状態監視装置によれば、偏光面回転手段を用いることにより４つの光検出手段を一直線上に配列することが可能となる。しかも分岐手段によって分岐された光を分岐手段から光検出手段に導くまでの間に偏光子等の光学素子を配置する必要がない。
【０１０１】
従って、この発明に係る偏光状態監視装置はコンパクトに形成することが出来る。また、この発明に係る偏光状態監視装置は、４つの光検出手段を一直線上に配列することが出来るため、複数本の並列した光ファイバを伝播したレーザ光の偏光状態を、同時に同一の条件下で、測定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  偏光状態監視装置の動作原理の説明に供する図である。
【図２】  第１の実施の形態の説明に供する図である。
【図３】  ３％Ｓ偏光反射鏡の断面構造図である。
【図４】  ３％Ｓ偏光反射鏡の分岐率を示す図である。
【図５】  第２の実施の形態の説明に供する図である。
【図６】  第３の実施の形態の説明に供する図である。
【図７】  第４の実施の形態の説明に供する図である。
【図８】  第５の実施の形態の説明に供する図である。
【図９】  偏光依存性ロス変動のシミュレーションの方法の説明に供する図である。
【図１０】  偏光パラメータを説明するためのポアンカレ球を示す図である。
【図１１】  ストークスパラメータＳ1の測定変動量を表す図である。
【図１２】  ストークスパラメータＳ2の測定変動量を表す図である。
【図１３】  ストークスパラメータＳ3の測定変動量を表す図である。
【図１４】  偏光依存性ロス変動を表す図である。
【符号の説明】
１２：被測定光（入射光線）
１４：第１の無偏光ビームスプリッタ
１６：第２の無偏光ビームスプリッタ
１８：複屈折性結晶
２０、４４、９４、１２８、１４８、１６１：1/4波長板
２２：45°偏光子
２４：第１の光検出器
２６：第２の光検出器
２８：第３の光検出器
３０：第４の光検出器
３２：常光線
３４：異常光線
４０a、９０a、１２４a、１４４a：第１の分岐手段
４０b、９０b、１２４b、１４４b：第２の分岐手段
４０c、９０c、１２４c、１４４c：第３の分岐手段
４０d、１２４ｄ：第４の分岐手段
４２a、１２６a：第１の偏光面回転手段
４２b、１２６b：第２の偏光面回転手段
４６a、９６a、１３０a、１５０a：第１の光検出手段
４６b、９６b、１３０b、１５０b：第２の光検出手段
４６c、９６c、１３０c、１５０c：第３の光検出手段
４６d、９６d、１３０d、１５０d：第４の光検出手段
４８a：出射側光ファイバケーブル
４８b：入射側光ファイバケーブル
５０a：出射側光ファイバ先端
５０b：入射側光ファイバ先端
５２a：出射側レンズ
５２b：入射側レンズ
５４a：出射側コリメータ系
５４b：入射側集光系
５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８、７０、７２、１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０：被測定光
７４、８０：偏光状態監視装置
８２：光ファイバケーブル
８４：光ファイバ先端
８６：コリメータレンズ
８８：コリメータ
９２、１４６：偏光面回転手段
１２０a：出射側光ファイバアレイ
１２０b：入射側光ファイバアレイ
１２２a：出射側コリメータアレイ
１２２b：入射側集光系アレイ
１４０：光ファイバアレイ
１４２：コリメータアレイ
１６０：狭帯域フィルタ
１６２：１/2波長板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図４】
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