JP2004170382A - 光スペクトラム測定器および偏波状態測定器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ファイバアレイ・導波路に斜めに溝1−4を形成し、当該溝1−4内に、通過する光の偏波状態に影響を与えないように設計したハーフミラー1−1を挿入固定して、その反射された光のアレイを、プリズム状に加工したマイクロレンズ1−5により、コリメートして、機械的に回転する偏光子、フィルタ、波長板、あるいは電気的に屈折率を変化させる電気光学素子などに垂直に通過させて、その出力をディテクタ、ディテクタアレイ1−6で受けることにより、ファイバ内を通過する偏波の状態、光スペクトルの状態、その他光の状態をアレイで安価にモニタする。
【選択図】 図1(a)
Description
偏波モード分散補償を行うためには、偏波状態を測定し、偏光度を求めるのが有効である。このためには、ファイバ、ファイバアレイ、導波路内の光の偏波状態を通過する光の偏波に影響を及ぼすことなく、偏波状態をモニタする必要が生じている。しかも、多数のファイバ内の偏波状態を高速で、同時に測定する必要がある。
また、数Tbit/s以上の超大容量伝送には、波長多重に加えて偏波多重技術が用いられているが、偏波多重した信号を偏波分離するためには、ファイバ内の直線偏波を分離して、その強度をモニタする必要が在る。しかもアレイで同時に高速にモニタする必要がある。
即ち、カップラで分離して、ファイバあるいは導波路を介して偏波を測定すると、カップラ部、ファイバ部、導波路部で偏波状態は変化してしまう。このような制約があるため、偏波測定器はファイバ、導波路に集積化が可能で小型である必要がある。
さらに、ファイバや導波路はアレイ状であることが多く、複数の光の偏波状態を同時に測定する必要がある。しかし、光ファイバ内の偏波状態に変化を与えることなく、アレイ状で偏波状態を測定する技術はなかった。
従来の偏波測定器は、バルクのプリズムや偏光ビームスプリッタ、波長板、などを組み合わせた空間ビーム系を用いるタイプが多く、小型集積化に不向きであった。さらに、各光学部品が高価で、アライメントに労力を要するため、数10万円から数100万円と高価であった。
光伝送においては、1:1の幹線系の通信、1:Nの局から家庭・オフィース、N×Nの光スイッチ・ルーティングなど種々の形態がある。
ファイバ内の波長多重された光のスペクトルを監視して、それぞれの波長ピークの強度が同じになるように補正したり、波長のずれがないかチェックする必要がある。このため、ファイバアレイあるいは導波路内の光のスペクトルを監視測定する必要が生じている。しかもアレイで高速に測定する必要がある。
しかし、ファイバ内の光スペクトルを通過する光に影響を及ぼすことなく、光スペクトルを測定する装置はなく、またアレイ状態でモニタできるものもなかった。
最近になって、ファイバ、ファイバアレイ内、導波路の光強度をモニタするタップ型のディテクタアレイが開発されている。
これは導波路内に分岐を設け、分岐した部分にマイクロピラミッドミラーとディテクタアレイを張り付けるという方法で行われたり(下記非特許文献1参照)、2本の同一方向を向いたファイバからの入射光をミラーで反射させて出射側ファイバヘカップリングし、ミラーから通過した一部の光をディテクタで受けるタップ型モニタ(下記非特許文献2参照)、導波路に斜めに溝を掘ってハーフミラーを挿入して反射光をディテクタで受けるというインライン形パワーモニタ(下記非特許文献3参照)がある。
NEC、小田、古宇田、北条、金子、花田、他「マイクロピラミッドミラーを用いたアレイ光導波路モニタチップ」、2002年電情報通信学会総合大会C−3−16、p.148 サンテック(株) カタログ、タップPDモニタ 住友電工、佐々木、小宮、藤村、塩崎、瀬村、山林、西村「小型多チャンネル光信号強度モニタの開発」 SEIテクニカルレビュー 第159号(23)2001年9月
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ファイバ内を通過する光の偏波状態、スペクトル状態をアレイで安価にモニタすることが可能な技術を提供することにある。
本発明では、ファイバアレイ・導波路に斜めに溝を形成し、当該溝内に、通過する光の偏波状態に影響を与えないように設計したハーフミラーを挿入固定して、その反射された光のアレイを、プリズム状に加工したマイクロレンズにより、コリメートして、機械的に回転する偏光子、フィルタ、波長板、あるいは電気的に屈折率を変化させる電気光学素子などに垂直に通過させて、その出力をディテクタ、ディテクタアレイで受けることにより、ファイバ内を通過する偏波の状態、光スペクトルの状態、その他光の状態をアレイで安価にモニタする。
本発明における、導波路に斜めに溝を形成し、ハーフミラーを挿入して反射光をディテクタアレイで受けるという手法は、前述の非特許文献3に開示されているインライン形パワーモニタに類似している。
即ち、本発明は、光取出手段により、ファイバあるいは導波路内の信号光の少なくとも一部を外部に取り出し、プリズムマイクロレンズアレイなどの光コリメート手段により、前記光取出手段で取り出された信号光をコリメートし、その後、可変波長フィルタ、電気光学効果素子、偏光子、波長板などに垂直に通過させ、ディテクタアレイで受け、光ファイバ内を伝送する光信号に影響を与えることなく、その内部の光のスペクトル、偏波状態、偏波の一部の強度、選択された波長の強度あるいはそれらを組み合わせたものを1チャンネル以上同時に測定する機能を持つことを特徴とする偏波状態、光スペクトラム測定器である。
(一)液晶素子、PLZTなど電気光学セラミクス等の大きな電気光学効果を有する位相制御素子の作製技術が進展し、民生用のディスプレイ、写真プリンタなどに用いられ、価格が大幅に低下してきた。
(二)通信用の1300nm、1550nm帯半導体レーザが普及し、さらにその半分の波長の光のレーザ(660nm、780nmの半導体レーザ)は民生用に普及し、特に後者のレーザの価格が大幅に低下した。
さらに、発光ダイオードの価格はさらに低下し、650nmから660nm、780から800nnmの発光ダイオードは数10円であり、またディテクタもSiのフォトダイオードが非常に安価に入手できるようになった。
(三)ファイバアレイ、導波路アレイの技術の進展とともに、ディテクタアレイが比較的安価に入手可能になった。
(1)本発明によれば、1本ないしアレイ・テープ・リボンファイバ内あるいは導波路アレイ内の偏波の状態、スペクトルの状態をアレイ一括で高速に容易にモニタすることが可能となる。
(2)本発明によれば、従来の偏波状態測定器に比べて、安価であるとともに、小型化、かつ、アレイ化が可能な偏波状態測定器を提供することが可能となる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
[実施例1]
本発明の実施例1として、光スペクトルアナライザについて説明する。
本実施例のインライン型光スペクトルアナライザの基本構造を図1(a)〜図1(c)に示す。
図1(a)において、1−1はハーフミラー、1−2はファイバアレイを固定するV溝アレイ、1−3はテープファイバ、1−4は斜めに形成された30〜40μm幅の溝であり、ここでは溝(1−4)の角度は、テープファイバ(1−3)の延長方向に垂直な直線に対して、22.5度とされる。
1−5は、平面マイクロレンズアレイを45度の頂角を持つプリズム状に加工したプリズムマイクロレンズアレイ、1−6はディテクタアレイ、1−7はファイバからの信号光をハーフミラーで反射された光をマイクロレンズアレイでコリメートしたビームアレイ、1−8はファイバコア、1−9はプリズム面に形成されたARコートである。
1−11はファイバアレイとディテクタアレイを固定するジグ、1−12はディスクフィルタの位置をモニタするセンサ部、1−13は円周上に設けたマーカであり、このマーカ(1−13)の数をカウントすることにより、その透過スペクトル波長を決定する。
本実施例では、プリズムマイクロレンズアレイ(1−5)として、イオン拡散によってガラス表面に屈折率分布を持たせてレンズとした平面マイクロレンズアレイを例に挙げて説明しているが、通常の凸形のレンズアレイでも構わない。
溝の角度は22.5度を代表とし、出射角度は45度が望ましいが、溝(1−4)の角度は、0度以上90度以下であれば、反射光は上に取り出すことができる。
マイクロレンズアレイは種々開発されている。ガラス表面、プラスチック表面を凸あるいは凹状に加工したものが代表的である。
このマイクロレンズアレイをプリズム状に加工してもよいが、凹凸があるため、加工が比較的難しい。そこで、屈折率分布をもった平面マイクロレンズを用いるのが最もよい。
平面マイクロレンズは、日本板硝子が開発したレンズアレイであり、代表的には250μmピッチで焦点距離は約0.65mmであり、石英硝子にマスクを塗って、屈折率が高くなるイオン中に浸してイオンを拡散させることによって作製される。
拡散させると表面が凸状になるが、研磨して平坦化している。液晶ディスプレイや通信用レンズとして広く使われている。
この平面マイクロレンズを図3(a)に示すように、表面のレンズ面を底辺とするように、プリズム状に加工する。
図3(a)において、3−1は平面マイクロレンズアレイ基板(通常250μmピッチで配列)、3−2はレンズ面を底辺に持つようにプリズム状に切断研磨したプリズムマイクロレンズアレイ、3−3はファイバ、3−4はハーフミラー、3−5はプリズム形マイクロレンズアレイでコリメートされたビームアレイである。
このプリズムマイクロレンズアレイ(3−2)の頂点から底辺までの距離を0.8mm程度として、ファイバ(3−3)(あるいは、導波路)に22.5°に形成した溝にハーフミラー(3−4)を挿入して光を反射させた上に、プリズムマイクロレンズアレイ(3−2)を屈折率が一致した接着剤で固定すると、反射点がちょうど平面マイクロレンズアレイの焦点(ガラス中では焦点距離は0.65mm×1.45=0.94mm)になり、光はコリメートされる。
ファイバの外直径が125μmとすると、45°プリズムの場合、一辺の長さは1.27mmに設定すると焦点距離の所にファイバとミラーの反射点が来る。
平面マイクロレンズアレイは250μmピッチが標準であり、さらにはファイバアレイのピッチも250μmが標準であるので、250μmピッチのビームアレイを45°方向に出射できる。
通常、テープファイバ(3−3)のアレイ数は4、8、12、16、32とあるが、平面マイクロレンズ(3−1)のアレイ数はそれ以上に対応できている。
また、図3(b)に示すように、平面マイクロレンズアレイ(3−1)を100μmから200μm程度に薄く研磨し、市販のプリズム(3−7)に張り付けてもよい。
図3(b)において、3−6は薄く研磨された平面マイクロレンズアレイ、3−7はプリズムである。図3(b)に示す方法では、市販のプリズムを適用できるメリットがある。
後者では、半値幅の限界は0.1nmで可変波長範囲は150nm程度であり、消光比は40dB以上、ロスは1dB程度である。
ここでは、図1に示すように、後者のフィルタ(本明細書では、ディスクフィルタという)を用いた場合について説明する。
250μmピッチのファイバアレイ(1−3)をV溝に固定して、ハーフミラー(1−1)で反射させて、プリズムマイクロレンズアレイ(1−5)でコリメートビームアレイを形成し、ディスクフィルタ(1−10)を通過させて、ディテクタアレイ(1−6)に入射させる。
ディスクフィルタ(1−10)の外周には破線のマーカ(1−13)が形成されており、このマーカ(1−13)に光を透過させることにより、ディスクフィルタ(1−10)を通過しているビームの光の波長の絶対値を読むことが可能である。
入射側のファイバは、ディスクフィルタ直近に来るため、図1(b)に示すように、ディスクフィルタ(1−10)に接触しないように若干曲げている。
本ディスクフィルタ(1−10)を毎秒1000回転で回転させると、1msで150nmの操引を分解能0.lnmで行い、ディテクタアレイ(1−6)からの出力をADコンバータで1MHz以上の速度で取り込むことにより、多チャンネルのインライン型の光スペクトラムアナライザを実現できる。
波長スイッチ、レベルイコライザなどにおいて、各波長のチャンネルの波長の絶対値、ピークパワーなどを常にモニタして、異常があった場合、パソコンからエラーを出すようにプログラムを組むことが可能となる。
ディスクフィルタ(1−10)は、機械回転式であるので信頼性が落ちるという欠点がある。そこでメカニカル部分のない、液晶可変波長光フィルタを用いてインライン型スペクトラムアナライザを構成する構造を、図2(a)、(b)、(c)に示す。
図2(a)は、λ/4板(2−7)とミラー(2−6)を用いて偏波依存性を解消するタイプの液晶可変波長フィルタを示す図、図2(b)は、偏光分離により偏波依存性を解消するタイプの液晶可変波長フィルタを示す図である。
図2(c)は、液晶可変波長フィルタの正面を示す図である。
図2(a)、(b)、(c)において、2−1は2列のディテクタアレイ、2−2は平坦なガラス、2−3は透明電極、2−4は誘電体ミラー、2−5はネマチック液晶、2−6はミラー、2−7はλ/4板、2−8は入射する光ビーム、2−9は三角支持台、2−10は平面マイクロレンズをプリズム状に加工したプリズムマイクロレンズアレイ、2−11は方解石(カルサイト)を代表とする偏光分離素子、2−12はλ/2板、2−13は液晶フィルタを通過する光ビームアレイ、2−14は容量をモニタするための分割された透明電極パターン、2−15は液晶フィルタを駆動するための透明電極パターンである。
但し、ディテクタで直接受けるため、偏光分離した2本のビームを再度1本のビームに戻す必要はなく、2列のディテクタアレイ(2−1)に分離した2列の光ビームアレイをディテクタアレイ(2−1)に入射させればよい。
偏光分離の方法は、図2(b)に示すように、偏光分離素子(カルサイトあるいは偏光ビームスプリッタ+プリズム)(2−11)によって、2本のp、s偏波に分離し、片方のビームをλ/2板(2−12)で90°回転させて、2本とも液晶の配向と同じ偏光方向にして液晶可変波長フィルタを通過させる方法と、図2(a)に示すように、液晶可変波長フィルタの入射側にλ/4板(2−7)とミラー(2−6)を張り付け、入射した光の内、透過された光以外の波長を反射させこれをλ/4板(2−7)とミラー(2−6)によって再度液晶可変波長フィルタに入射させる方法がある。
液晶可変波長フィルタは、配向膜/誘電体ミラー(2−4)/透明電極(2−3)/ガラス基板(2−2)でネマチック液晶(2−5)を挟んだ液晶エタロンの構造を持ち、誘電体ミラー(2−4)の平行度を高精度に調整したものであり、数V電圧を印加するだけで波長は150nm以上変化する。フィネスは150程度であるので、分解能は1nmとディスクフィルタに比べると低い。
ディテクタアレイ(2−1)は2列のアレイであり、2本に分離した1対の光ビームが入射する。電気に変換された後、2つの電気出力をパソコン上で足し算することによって偏波無依存化することが可能である。
前述のディスクフィルタ(1−10)と同様にスペクトラムアナライザアレイを実現できる。
しかし、液晶可変波長フィルタは面内で少し波長分布を持ち、また温度によって透過波長が変化する。
このため、図2(c)に示すように、光が通過する近傍に数カ所ITOをパターニングすることにより、透明電極パターン(2−14)を形成して、□のコンデンサを作り、コンデンサの容量を常にモニタすることにより、温度、外部応力等によってギャップや屈折率が変化しても、常にその位置の正確な波長をモニタして、光スペクトラムアナライザを実現できる(特願平7−147472号「液晶可変波長フィルタの駆動電源装置」参考)。
2本のビームは偏光分離の場合と同様に2列のディテクタアレイ(2−1)に入射させることによって、偏波無依存のインライン形のスペクトラムアナライザを実現できる。
このように、本実施例では、ファイバアレイ、導波路アレイ内の光信号のスペクトルをアレイで測定することができる。
本発明の実施例2として、インライン型偏波状態測定器について説明する。
光の偏光状態を測定するためには、λ/4板あるいはλ/2板、旋光子、直線偏光子を組み合わせ、その通過した4つの出力から偏光状態を知ることができる。
例えば、図4に示すように、円盤の上に0°方向の偏光子、λ/4板+90°方向の偏光子、90°方向の偏光子、および45°方向の偏光子を張り合わせる。
図4において、4−1は直線偏光子、4−2は、45°方向の偏光子、4−3は上側に配置した0°方向の直線偏光子、4−4はλ/4板、4−5は90°方向の直線偏光子、4−6は回転式円盤、4−7は破線マーカである。
4−8は、破線マーカで円盤の回転角度をモニタする部分であり、4−9はディテクタアレイ、4−10は溝に挿入したハーフミラー、4−11はテープファイバであり、テープファイバ(4−11)は、円盤(4−6)に接触しないように、さらに偏波の状態を変化させない程度に曲げられている。4−12はプリズム台、4−13は出射側テープファイバである。
これらの4つの部品を通過した光のパワーを測定することにより、ストークスベクトルを計算できる。この計算方法については後述する。
円盤(4−6)には、1組以上の該偏光子と波長板の組み合わせを張り合わせ、高速で回転させることにより、高速にストークスベクトルを計算できる。
ファイバアレイからの出力を、平面マイクロレンズをプリズム状に加工したプリズムマイクロレンズアレイでコリメートビームアレイにして、円盤(4−6)を回転しながら、ディテクタアレイ(4−9)で出力をモニタして、その出力をADコンバータでパソコンヘ転送することにより、1ms以下の速度で16ch以上のファイバアレイ内の偏波状態を同時に測定できる。
また、円盤上に乗せる波長板、偏光子の組み合わせはこれ以外にも複数あり、種々の組み合わせからストークスベクトルを計算して出力することができる。
本発明の実施例3として、インライン型直線偏波モニタについて説明する。
インライン型の直線偏波モニタは、その前段に、偏波制御素子アレイを付けて、(1)ファイバアレイ内の偏波を常に直線偏波に変換するためのモニタとして用いたり、(2)偏波モード分散制御において直線偏光子を通過した高速に変調された光信号の高次モードの電気RFパワーをモニタしてそのパワーを最大にするように制御することにより、偏波モード分散制御する(参考文献:M.Hayashi,H.Tanaka,and M.Suzuki,"40Gb/s demonstration of wide range PMD-compensation using a polarizer" OECC2001,48-49,2001)ために用いられる。
従来、1本でコリメータとして、その間に偏光ビームスプリッタを付けることによって、直線偏波成分をモニタしていたが、多チャンネルのコリメータがないため多チャンネル化ができなかった。
本発明では多チャンネル化が可能である。固定の偏光子をディテクタの前に配置する際、コリメートレンズを付けた場合と付けない場合について説明する。
図5(a)に示すように、ハーフミラーから反射された光をコリメートレンズを付けずに偏光子を通してディテクタアレイで受けてもよい。
図5(a)において、5−1はハーフミラー、5−2はディテクタアレイ、5−3はV溝アレイを形成したガラス基板、5−4は斜めに形成した溝、5−5はテープファイバ、5−6は直線偏光子であり、5−7は直線偏光子の偏光軸の方向を示す。
一般に、偏光子は、通常その面に垂直に光を通過させた場合に最も消光比が高くなるように設計されている。
図5(a)のように、光ビームが偏光子に対して約45°の角度で入射すると消光比は低下する。ポーラコア(コーニング製直線偏光子)を用いた場合には、長波長側の特性が低下する。200μm厚の偏光子ポーラコアは本来60dB程度の消光比を持つが45°傾けているため、長波長側で消光比が20dB程度と低下する。
ここでは、偏光子の偏光軸をファイバと平行に配置しているが、直交させて配置するとさらに消光比は低下してしまう。
1550nm以下であれば消光比は18dB程度得られるため、コリメートレンズを挿入する必要はないが、図5(b)に示すように、平面マイクロレンズをプリズム状に加工したプリズムマイクロレンズアレイ(5−8)を配置して、45°方向に光を反射させて光が垂直に入射するように直線偏光子(5−6)とディテクタアレイ(5−2)を配置することにより、消光比を劣化させることなく、直線偏波成分をファイバを通過する光に何ら影響を及ぼすことなくモニタすることが可能となり、(1)偏波安定化、(2)偏波モード分散制御のアレイ化に非常に有効である。
先の例では、直線偏光子(5−6)の向きは決まっていたため、決まった方向の直線偏波成分しかモニタできなかった。
本例では、前述の実施例1で示したように、円盤型に直線偏光子を加工し、平面マイクロレンズをプリズム状に加工したプリズムマイクロレンズアレイとディテクタアレイの間に配置し、円盤状の偏光子を回転させることにより、その直線偏光子の方向を任意に変えることにより、任意の方向の直線偏波の成分をアレイでモニタすることが可能となる。図6にその構造を示す。
図6において、6−1は円盤状に加工した直線偏光子、6−2はその周図に付けた偏光子の軸の方向をモニタするためのマーカ、6−3はディテクタアレイ、6−4はマーカモニタ、6−5はファイバアレイを固定したV溝ガラス基板、6−6は溝に挿入したハーフミラー、6−7は平面マイクロレンズをプリズム状に加工したプリズムマイクロレンズアレイ、6−8はファイバアレイから反射されてコリメートされた光ビームアレイ、6−9はこれらの部品を支持する固定ジグである。
直線偏光子(6−1)を回転させ、マーカ(6−2)の数をカウントすることにより、その直線偏光子(6−1)の角度を読みとり、その角度の直線偏光成分をディテクタアレイ(6−3)でモニタすることが可能となる。
このため、任意の角度の直線偏波を得るために、このインライン形のディテクタアレイを用いると、その強度を最大あるいは最小にすることにより、所望の方向の直線偏波に制御することが可能となる。
本発明の実施例4として、ハーフミラーの反射率の偏波依存性を解消する方法を説明する。
ストークスベクトルを正確に求める場合、ハーフミラー(図1の1−1)で反射された光の偏波および通過する光の偏波は同じであり、また位相差が生じないようにする必要がある。このため、ハーフミラーを構成する誘電体ミラーの層構成を最適設計する必要がある。
ハーフミラーの角度、反射率を設定して、誘電体ミラーの高屈折率層と低屈折率層の膜厚を振って、ある波長領域でp、s偏波に対する反射率を計算し、その偏波依存性が最低になるようにシミュレーションする。その結果、最低20層以上の膜を形成することにより、計算および実験結果からほぼ偏波依存性のない反射率を得られることがわかった。
Ta2O5/SiO2多層膜とし、それらの厚さをλ/4からλ/2近くの厚さにして、その層数を25層として、反射率の計算値と実測値および位相差の計算値の結果を図7に示す。
本実施例の誘電体ミラーでは、溝の角度が22.5°で反射率が15%になり、位相差が最低になり、p、s偏波の反射率が15%になるように設計した。
層の総数は25層であり、約6μmの厚さがある。実際の測定値も図7に示す。このようにミラーの層厚を20層以上とし、それぞれの膜厚を調整することによって、反射率のp、s偏波依存性がなく、位相差が生じない誘電体ミラーを形成できる。
本発明の実施例5として、誘電体ミラーの層構成、溝へ挿入固定の接着剤の屈折率マッチィングについて説明する。
誘電体ミラー(図1の1−1)を、Ta2O5/SiO2多層膜とし、それらの厚さをλ/4からλ/2近くの厚さにして、その層数を25層として研磨後、屈折率がファイバの屈折率1.45と一致した接着剤で、溝に挿入して接着した。透過の偏波依存性は0.06dBであり、反射の偏波依存性は0.02dBであった。
これに対して、接着剤が1.5の物を用いると、透過の偏波依存性は0.2dB、反射の偏波依存性も0.5dB以上と大きくなった。このため、偏波依存性がなく、位相差が生じない誘電体ミラーは、層の数は20層以上で、溝に挿入−固定する際の接着剤はファイバ−導波路の屈折率に一致していることが必要となる。
本発明の実施例6として、回折格子を持つ光スペクトラムアナライザについて説明する。
先の実施例では、円盤形可変波長フィルタ、液晶可変波長フィルタを用いたが、回折格子(グレーティング)でも同様に光スペクトルを測定することができる。図8にその構造を示す。
図8において、8−1はグレーティング、8−2はレンズ、8−3は2次元ディテクタアレイ、8−4はプリズムレンズアレイ、8−5はハーフミラー、8−6はテープファイバ、8−7は分光した光である。
ハーフミラー(8−5)で反射した光はグレーティング(8−1)によって回折されて、分光され、2次元のディテクタアレイ(8−3)に入射し、ディテクタアレイ(8−3)で光スペクトルを測定できる。
なお、図8では、固定のグレーティングを記載しているが、回転形グレーティングを用いると、1次元のディテクタアレイを配置することにより、光スペクトラムアナライザアレイを実現することができる。
本発明の実施例6として、先の実施例3で作製したインライン形固定偏光子付きディテクタアレイを用いて、ファイバアレイ内の偏波を常にTE偏波に変換して、光導波路に入力する系を図9に示す。
図9では、液晶偏波制御素子により、ファイバアレイ内の偏波を制御している。(特願2002−068880号「導波路型光素子及びその作製方法」参照)
図9において、9−1は光導波路の光導入部であり、9−2は実施例3で作製したインライン形偏光子付きディテクタアレイである。
9−3はファイバアレイに固定したファイバアレイに2本の溝を形成して薄い液晶偏波制御素子を挿入した偏波制御回路であり、インライン形偏光子付きディテクタアレイ(9−2)の直線偏光子を通過した光のパワーを最小にするようにフィードバックをかけることにより、常に導波路に入力する偏波がTE偏波になる。
導波路自体は大きな複屈折を持つため、TE偏波が入力されるとTE偏波のままで導波路内を伝搬するので、導波路の偏波依存性がなくなるという大きなメリットがある。
先の実施例1から実施例6までは、ファイバアレイ・導波路アレイ内の光の偏波状態、スペクトル状態をアレイでモニタするものについて説明した。
これらの光アレイの状態をモニタした後、その結果を持って制御をする必要が出てくる。例えば、偏波状態をモニタした場合には、その結果を基に偏波制御する。フィードフォワード方式において、偏波をモニタした位置での偏波を制御する必要がある。
具体的には、コヒーレント通信におけるフィードフォワード偏波制御、あるいは偏波モード分散補償がこれに当たる。
しかし、偏波状態モニタの後、テープファイバで偏波制御器を接続すると、ファイバが固定されていないため、偏波状態が変化してしまっている。
そこで、本実施例の偏波状態測定器を作製したファイバ基板・導波路の同一基板上に偏波制御器を設置することが必要である。
そのためには、本実施例の偏波測定器、光スペクトラム測定器を作製した時と同様に、同一基板上のファイバ・導波路アレイに溝を形成して、アクティブ面型素子(例えば、液晶の偏波制御器アレイあるいは薄いPLZT偏波制御器アレイなどの偏波制御器)を挿入すればよい。(参考文献:K.Hirabayashi, and C.Amamo, "Liquid-Crystal Polarization Controller Arrays on Planar Waveguide Circuits," IEEE PTL vol.14,No.4,April p.504-506,2002、K.Hirabayashi,and C.Amano, "Variable and Rotatable Waveplates of PLZT Electro-Optic Ceramic Material on Planar Waveguide Circuits,"IEEE PTL vol.14,No.7,July, p.956-958,2002)
このようにすることにより、偏波をモニタした箇所で直接偏波制御が可能となる。また、スペクトル状態をモニタした場合には、薄型の可変減衰器などのアクティブ面型素子を溝に挿入することにより、選択された波長の強度を制御することができる。
図10は、本発明の実施例9の偏波状態測定器を示す図であり、同図(a)は正面図、同図(b)は斜視図、同図(c)は偏波測定部のみの外観図、同図(d)は偏波測定部の側面図である。
同図において、11−1は位相制御素子を構成する電気光学セラミクス、11−2は電気光学セラミクス(11−1)を挟む2つの電極、11−3はファイバあるいは導波路を固定する固定板、11−4はファイバあるいは導波路のコア、11−5は固定板(11−3)に形成された溝に挿入される誘電体ミラー、11−6はプリズム、11−7は平面マイクロレンズ、11−8は偏光分離素子、11−9は2個のディテクタ、11−10は電気光学セラミクス(11−1)を乗せる三角形状の台、11−11は入出力ファイバ、11−12は誘電体ミラーで反射された光ビーム、11−13はモニタ光を作るコリメータ付きレーザダイオード、11−14はモニタビーム、11−15はモニタ光用ディテクタ、11−16はモニタ光用の45°の方向を向いた直線偏光子、11−17はモニタ光用の−45°の方向を向いた直線偏光子、11−18は電気光学セラミクス(11−1)に電圧を印加するパルス電源である。
なお、本実施例では、電気光学セラミクス(11−1)として、PLZTを使用している。
また、平面マイクロレンズ(11−7)は、通常のマクロレンズでもよく、さらに、偏光分離素子(11−8)は直交方向に分離するタイプもので、方解石などの異方性光学結晶、あるいは偏光ビームスプリッタが使用される。
また、平面マイクロレンズ(11−7)とプリズム(11−6)に代えて、前述のプリズムマイクロレンズアレイを使用することもできる。
また、電気光学セラミクス(11−1)の後段に、p偏波とs偏波の2つに分離する偏光分離素子(11−8)を配置し、p偏波とs偏波の出力を2個のディテクタ(11−9)で検出するようになし、電気光学セラミクス(11−1)に、0Vと1/4波長電圧(位相がπ/2)、半波長電圧(位相がπ)を印加し、そのときの2個のディテクタ(11−9)の出力からストークスパラメータを算出する。
ファイバあるいは導波路の光を外部に取り出す際、誘電体ミラー(11−5)によって偏波が変化しないように、誘電体ミラー(11−5)を挿入する溝の角度は30°以下が望ましく(この角度を、22.5°に設定すると、反射した光は45°の角度になり、プリズムなど、汎用品をそのまま用いることが可能である)、さらに、誘電体ミラー(11−5)における誘電体多層膜の膜構成を最適に設計しておく必要がある。
なお、本実施例において、電気光学セラミクス(11−1)に代えて、ニオブ酸リチウムなどの電気光学結晶や、平行配向の液晶素子を用いても構わない。
PLZTのカー定数は、R=7×10−3(μm/V)2で与えられ、その屈折率変化は、下記(1)式で与えられる。
ここで、Eは印加される電界である。
通常、PLZT基板は0.5mm厚研磨品が標準であるので、本実施例では、これを長さ10mmに切断し、この基板の両側に電極を蒸着で付け、1.55μmの光信号を光ビーム(ビーム直径200−300μm)として通過させる。
その際、光ビームの位相シフト量が、0、π/4、π/2、πシフトする電圧は、0V、40.9V、58.8V、81.8Vとなる。
高耐圧のオペアンプを用いることによって、電圧を印加するが、電流は流れないので、1個数万円のオペアンプで電源を作製でき、電源の価格が高くなることはない。
さらに、PLZTの長さを20mmにすれば、それぞれの電圧は、これらの半分の値になり、より安価なオペアンプを使用できる。
なお、図10では、1本の光ビームしか図示していないが、ファイバあるいは導波路からの反射光をレンズアレイにより、コリメートビームアレイとし、そのピッチを0.25mmから1mmピッチとして、8チャンネル、あるいは16チャンネルのディテクタアレイで受けても、モジュールの大きさはほぼ1チャンネルと同じである。
但し、PLZTは、位相一電圧特性にヒステリシスを持つ場合があるので、電圧を上昇させた場合と下降させた場合で、数Vの差が生じる。
したがって、本実施例のように、正確に位相量を変化させる必要がある場合には、印加電圧は上昇時のみ、あるいは下降時のみの電圧を印加した場合の、ディテクタの出力を読む必要がある。
計算を簡単にするために、絶対座標に対して、電気光学セラミクス(ここでは、PLZT)からなる位相制御素子が、任意の方向(本実施例では、固定板の法線方向)に対して22.5°傾いており、偏光分離素子(11−8)の方向が0°と90°であるとする。
本実施例の偏光測定部では、作製上の都合から、電気光学セラミクス(PLZT基板)(11−1)の軸(PLZT基板に印加する電界方向)が、固定板の法線方向と同一方向(固定板の法線方向に対して0°方向)、偏光分離素子(11−8)が、固定板の法線方向に対して22.5°傾いている。
従って、本計算で得られたストークスベクトルは、本来のストークスベクトルに変換するために、固定板の法線方向に対して−22.5度回転座標変換させる必要がある。
入力光のストークスベクトルを(w、x、y、z)とすると、位相Δが0の時の2個のディテクタ(11−9)の出力1、2は下記(2)式の通りとなる。なお、w=√(x2+Y2+z2)である。
[数2]
出力1(Δ=0):−w/2+x/2
出力2(Δ=0):w/2+x/2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (2)
[数3]
{(w/2−y/2)、(−w/2+y/2)、0、0}
{(w/2+y/2)、(w/2+y/2)、0、0}
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (3)
従って、位相がπの時の2個のディテクタ(11−9)の出力1、2は、下記(4)式の通りとなる。
[数4]
出力1(Δ=π):−w/2+y/2
出力2(Δ=π):w/2+y/2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (4)
位相π/2の時の2個のディテクタ(11−9)の出力1、2のストークスベクトルは、それぞれ下記(5)式の通りとなる。
従って、位相がπ/2の時の2個のディテクタ(11−9)の出力1、2は、それぞれ下記(6)式の通りとなる。
図11(a)に示すように、モニタ光を信号光と同じ波長とすると、クロスニコルの状態で、0Vで光ビームの位相シフト量は0であり、電圧を印加させていくとモニタ光の出力はsin2(Θ)のカーブに乗る。
出力が最大になるように電圧を調整した時の電圧(計算では81.8V)が半波長電圧(位相π)となる。
1/4波長シフトの電圧(π/2)は出力がsin2(Θ)に載ることから、最大値の半分の値になる時の電圧値(計算では58.8V)を求めればよい。
また、モニタ光が、測定する信号光の波長の半分の波長の光、例えば、1.55μmの波長が信号光であれば、780nmのレーザ光をモニタ光とする。780nmのレーザは非常に安価に入手可能である。
信号光が1300nmであれば、さらに安価な赤のレーザポインタ用の650nmの半導体レーザがモニタ光として使用可能である。さらに安価な発光ダイオードを用いてもよい。
この場合には、図11(b)に示すように、出力が最大になる時が1/4波長(π/2)電圧、さらに電圧を上げて出力が最低になるときの電圧が1/2波長電圧(π)となる。
PLZTは、応答測度が非常に速く、nsで応答するが、電源やADコンバータの速度が1μs程度であるので、1MHz程度のクロックで測定し、約100kHzで偏波状態を算出できる。
なお、本実施例では、位相制御素子として、電気光学セラミクス(PLZT)を用いたが、位相制御素子としては、ネマチック平行配向液晶を代表とする液晶素子でも、あるいはニオブ酸リチウムを代表とする電気光学結晶を使用してもよい。
液晶素子を用いると、さらに低電圧化できるが、応答測度がms程度であるので、高速な偏波測定はできず、約100Hzでの偏波状態を出力できる。
また、位相制御素子の方向、分離偏光素子の方向は、前述の説明以外に種々の組み合わせがあるが、ここではその1例を示したのみで、本発明は全ての組み合わせを包含する。また光ビームは1本としたが、複数であっても、ディテクタアレイで受けることによって一括で偏波状態を知ることが可能である。
図13は、本発明の実施例10の偏波状態測定器を示す図であり、同図(a)は偏波測定部のみの外観図、同図(b)は偏波測定部の側面図、同図(c)は斜視図である。
同図において、12−1はそれぞれ配向方向が±22.5°の2枚の平行配向液晶素子、12−2は入射光ビーム、12−3は0°方向の直線偏光子、12−4はディテクタ、12−5はモニタ光用の67.5°の方向を向いた直線偏光子、12−6はモニタ光用の−22.5°の方向を向いた直線偏光子、12−7はモニタ用レーザあるいは発光ダイオード、12−8はパルス電源、11−5は固定板(11−3)に形成された溝に挿入される誘電体ミラー、11−6はプリズム、11−7は平面マイクロレンズまたは平面マイクロレンズアレイ、11−10は偏波測定部を乗せる三角形状の台、11−11は入出力ファイバである。
本実施例において、光信号は、液晶素子1あるいは液晶素子2の両方を通過し、モニタ光は、液晶素子1あるいは液晶素子2のそれぞれ1つしか通過しないように配置する。
液晶素子1および液晶素子2の2枚の液晶素子(12−1)板のそれぞれの液晶の配向方向を固定板の法線方向に対して、±22.5°に設定し、その後ろに、固定板の法線方向に対して0°方向に設定した直線偏光子(12−3)を配置し、その後ろに、ディテクタ(12−4)を配置する。
この際、液晶素子1および液晶素子2による光ビームの位相シフト量(Δ,Φ)を、0、π/2、πに設定することにより、その組み合わせの出力から偏波状態を測定することができる。
入力される信号光のストークスベクトルを(w、x、y、z)とし、液晶素子1および液晶素子2による光ビームの位相シフト量(Δ,Φ)を、0、π/2、πに設定すると、その時に、信号光を受光するディテクタ(12−4)の出力は下記(7)式の通りとなる。
[数7]
OUT1+OUT6=w
OUT1−OUT6=x
OUT3−OUT5=y
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (8)
また、x、yが分かれば、OUT2とOUT4とからzを求めることができる。その他の組み合わせでも、ストークスベクトル(w,x,y,z)を求めることが可能である。
モニタ光を信号光と同じ波長に設定した場合には、光ビームの位相シフト量0、および位相シフト量がπのときの電圧は、クロスニコル状態に配置される直線偏光子(12−5,12−6)からの出力を受光するモニタ光用ディテクタ(12−4)の出力が、最小値、最大値になった電圧であり、最大値の1/2の値になる電圧が1/4波長電圧となる。
モニタ光の波長を信号光の半分に設定した場合、例えば、信号光が1.55μmの場合、780nmの安価なレーザ、あるいはさらに安価な発光ダイオードを用い、クロスニコル状態に配置される直線偏光子(12−5,12−6)からの出力を、モニタ光用ディテクタ(12−4)として、安価なSiフォトダイオードを使用して受光することができる。
特に、液晶素子は薄いため、発光ダイオードにレンズを付けただけでコリメートビームを作ることが可能である。
液晶素子の場合には、飽和電圧を印加すると位相シフト量が0に近くなる。
平行配向液晶は、そのギャップと充填する液晶のΔnによって、位相変化量を調整できる。
約10μmのギャップで、Δnが約0.25の液晶を充填すると位相シフト(変化)量は約2.2πとなり、本発明のように、0からπ変化させるには十分である。
電圧を十分印加(約10V)してモニタ出力が最低になった時の電圧を飽和電圧とし、次に、ここから電圧を下げて、モニタ出力が最大になる電圧が1/4波長電圧(位相π/2)、さらに電圧を下げて出力が0になるときの電圧が1/2波長電圧(位相π)である。
さらに電圧を低下させて、再度出力が0になったときの電圧が位相2πあるいは0の電圧である。
このように手動で3つの電圧を設定し、この3つの電圧を繰り返し印加することによって、その組み合わせの出力から偏波状態をモニタすることが可能となる。
液晶の駆動電圧は通常5V程度であり、飽和電圧も10V程度であるので、これらの電圧を電源に記憶させて繰り返し電圧印加できる電源は、非常に安価である。
液晶の応答速度は数msであるので、ADコンバータも低速のものを用いることが可能である。
通常、ノートパソコンなどに接続できるUSBタイプのADコンバータのデータ取り込み速度は、10チャンネルから20チャンネルのもので1ms程度であるので、これらの安価なADコンバータを用いれば十分である。
但し、液晶素子の場合にはヒステリシスがでることがないので、印加電圧は上昇時でも下降時でも、電圧−位相特性は同じになる。
その方法を以下に説明する。この方法は、液晶可変波長フィルタの波長(位相)とキャパシタンスが1:1に対応することを応用したものである。(K.Hirabayashi "Relationship between optical and electrics properties of LC optical devices," Opt.Lett.,21(1996)pp.1484-1486参照)
液晶素子中の液晶分子を、図15(a)のように示すと、入射光の感じる屈折率は、p偏波、s偏波それぞれに対して、下記(9)式の通りとなる。
[数8]
p:ne=一Δn×sin2(φ)+ηo
s:no
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (9)
さらに、液晶素子の誘電率は、印加電界に対して、下記(10)式の通りとなる。
[数9]
εe=Δε×cos2(φ)+εo
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (10)
従って、下記(11)式のように表される。
[数10]
(−(ne−no)/Δmax+(εe−εo)/Δmax)=1
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (11)
液晶素子のキャパシタンスCは、C=εeS/dで表される。ここで、dはセルギャップ、Sは面積である。
従って、キャパシタンスの変化ΔCと位相の変化Δnは下記(12)式の関係で表される。
[数11]
Δn=−(Δnmax/ΔCmax)ΔC+Δnmax
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (12)
従って位相Δは、下記(13)式のように簡単な式で表される。
[数12]
Δ=(−(Δnmax/ΔCmax)ΔC+Δnmax)×(d/nλ)
Δ=a×C+b
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (13)
予め、液晶素子の位相シフト量とキャパシタンスを実測して、図16の関係を求めて置けば、aとbの値がわかり、キャパシタンスを測定するのみで、位相を求めることができる。この関係は温度が変化しても有効に成り立つ。
液晶素子のキャパシタンスは数nFであるので、温度依存性が少なく正確にキャパシタンスがわかっているコンデンサを液晶素子に直列に接続し、液晶とこのコンデンサに印加される印加電圧を測定することによって、キャパシタンスを実測できる。
この位相シフト量が、0、π/2、π/4になる電圧に設定し、この電圧を繰り返して液晶素子1、2に印加して、その時のディテクタの出力から偏波状態を算出することができる。
図17では、4チャンネルの場合を図示しているが、市販のADコンバータは8チャンネル、16チャンネルのものが安価で市販されており、また、ディテクタアレイ(12−9)は40チャンネルのものも市販されているので、それらのADコンバータを用いることにより、8チャンネル、16チャンネルの偏波モニタを実現することが可能である。
以上説明したように、本実施例の偏波状態測定器によれば、電気光学効果を持つ位相制御素子(例えば、ニオブ酸リチウムを代表とする電気光学結晶、PLZTを代表とする電気光学セラミクス、液晶素子)による光ビームの位相シフト量を、モニタ光を用いることにより、正確に0、π/2、πに繰り返し設定して、その後ろに設けた偏光子付きのディテクタの出力から偏波状態を計算するようにしたので、従来の偏波状態測定器に比べて、安価であるとともに、小型化、かつ、アレイ化が可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
1−2 ファイバアレイを固定するV溝アレイ
1−3 テープファイバ
1−4 溝
1−5 プリズムマイクロレンズアレイ
1−6 ディテクタアレイ
1−7 プリズムマイクロレンズアレイでコリメートされたビームアレイ
1−8 ファイバコア
1−9 プリズム面に形成されたARコート
1−10 ディスクフィルタ
1−11 ファイバアレイとディテクタアレイを固定するジグ
1−12 ディスクフィルタの位置をモニタするセンサ部
1−13 円周上に設けたマーカ
2−1 2列のディテクタアレイ
2−2 平坦なガラス
2−3 透明電極
2−4 誘電体ミラー
2−5 ネマチック液晶
2−6 ミラー
2−7 λ/4板
2−8 入射する光ビーム
2−9 三角支持台
2−10 プリズム状に加工されたレンズアレイ
2−11 偏光分離素子
2−12 λ/2板
2−13 液晶フィルタを通過する光ビームアレイ
2−14 容量をモニタするための分轄された透明電極パターン
2ー15 液晶フィルタを駆動するための透明電極パターン
3−1 平面マイクロレンズアレイ基板
3−2 プリズムマイクロレンズアレイ
3−3 ファイバ
3−4 ハーフミラー
3−5 プリズムマイクロレンズアレイでコリメートされたビームアレイ
3−6 薄く研磨された平面マイクロレンズアレイ
3−7 プリズム
4−1 直線偏光子
4−2 45°方向の直線偏光子
4−3 上側に配置した直線偏光子
4−4 下側に配置したλ/4板
4−5 90°方向の直線偏光子
4−6 回転式円盤
4−7 破線マーカ
4−8 破線マーカで円盤の回転角度をモニタする部分
4−9 ディテクタアレイ
4−10 ハーフミラー
4−11 テープファイバ
4−12 プリズム台
4−13 出射側テープファイバ
5−1 ハーフミラー
5−2 ディテクタアレイ
5−3 V溝アレイを形成したガラス基板
5−4 溝
5−5 テープファイバ
5−6 直線偏光子
5−7 直線偏光子の偏光軸の方向
5−8 プリズムマイクロレンズアレイ
6−1 円盤状に加工した直線偏光子
6−2 偏光子の軸の方向をモニタするためのマーカ
6−3 ディテクタアレイ
6−4 マーカモニタ
6−5 ファイバアレイを固定したV溝ガラス基板
6−6 ハーフミラー
6−7 プリズムマイクロレンズアレイ
6−8 ファイバアレイから反射されてコリメートされた光ビームアレイ
6−9 固定ジグ
8−1 グレーティング
8−2 レンズ
8−3 2次元ディテクタアレイ
8−4 プリズムレンズアレイ
8−5 ハーフミラー
8−6 テープファイバ
8−7 分光した光
9−1 光導波路の光導入部
9−2 実施例3で作製したインライン形偏光子ディテクタアレイ
9−3 偏波制御回路
10 コリメートレンズ
11−1 電気光学セラミクス(PLZT)
11−2 電極
11−3 導波路あるいはファイバを固定する固定板
11−4 導波路あるいはファイバのコア
11−5 誘電体ミラー
11−6 プリズム
11−7 平面マイクロレンズ(またはマクロレンズ)
11−8 偏光分離素子(方解石あるいは偏光ビームスプリッタ)
11−9 ディテクタ
11−10 三角形状の台
11−11 入出力ファイバ
11−12 誘電体ミラーで反射された光ビーム
11−13 モニタ光を作るコリメータ付きレーザダイオード
11−14 モニタビーム
11−15 ディテクタ
11−16 直線偏光子
11−17 直線偏光子
11−18 パルス電源
11 入出力ファイバ
12−1 平行配向液晶素子
12−2 入射光ビーム
12−3 直線偏光子
12−4 ディテクタ
12−5 直線偏光子
12−6 直線偏光子
12−7 モニタ用レーザあるいは発光ダイオード
12−8 パルス電源
12−9 ディテクタアレイ
Claims (26)
- ファイバあるいは導波路内の信号光の少なくとも一部を外部に取り出す光取出手段と、
前記光取出手段で取り出された信号光をコリメートして光ビームとする光コリメート手段と、
前記光ビームが垂直に入射される可変波長フィルタ手段と、
前記可変波長フィルタ手段を通過、あるいは反射した光が入射されるディテクタアレイとを有することを特徴とする光スペクトラム測定器。 - 前記光取出手段は、ファイバあるいは導波路内の光を通過する部分を切断するように、前記ファイバあるいは導波路の延長方向に垂直な直線に対して、0°以上90°以下の角度で斜めに、前記ファイバあるいは導波路に設けられた第1の溝と、
当該第1の溝内に挿入されるハーフミラーとを有し、
前記光コリメート手段は、前記ハーフミラーで反射された光を、コリメートして出射するプリズム状のレンズアレイを有することを特徴とする請求項1に記載の光スペクトラム測定器。 - 前記プリズム状のレンズアレイは、斜め側面がレンズアレイとされたプリズムマイクロレンズアレイ、あるいは、斜め側面にマイクロレンズアレイを有するプリズムであることを特徴とする請求項2に記載の光スペクトラム測定器。
- 前記ハーフミラーは、斜めから入射するp、s偏波に対して同じ反射率を持つように、ガラス基板上に、高屈折率膜と低屈折率膜が20層以上形成された誘電体ミラーであり、
当該誘電体ミラーは、前記第1の溝に、前記ファイバあるいは導波路と同じ屈折率の接着剤で固定されることを特徴とする請求項2に記載の光スペクトラム測定器。 - 前記可変波長フィルタ手段は、誘電体ミラーで挟んだエタロン内部に封入される液晶を有する液晶可変波長フィルタ、あるいは、円盤上の円周方向に透過波長が変化する分布を持ち、回転機構を持った円盤状の可変波長フィルタであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の光スペクトラム測定器。
- 前記可変波長フィルタ手段は、固定あるいは回転型の回折格子であり、
前記回析格子で分光された光が入射されるディテクタアレイは、1次元あるいは2次元のディテクタアレイであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の光スペクトラム測定器。 - 前記ファイバあるいは導波路内の光を通過する部分を切断するように、前記ファイバあるいは導波路に設けられる第2の溝と、
前記第2の溝に挿入されるアクティブ面型素子とを有することを特徴とする請求項2ないし請求項6のいずれか1項に記載の光スペクトラム測定器。 - ファイバあるいは導波路内の信号光の少なくとも一部を外部に取り出す光取出手段と、
前記光取出手段で取り出された信号光をコリメートして光ビームとする光コリメート手段と、
前記光ビームが垂直に入射される偏波制御手段と、
前記偏波制御手段を通過した光が入射されるディテクタアレイとを有することを特徴とする偏波状態測定器。 - 前記光取出手段は、ファイバあるいは導波路内の光を通過する部分を切断するように、前記ファイバあるいは導波路の延長方向に垂直な直線に対して、0°以上90°以下の角度で斜めに、前記ファイバあるいは導波路に設けられる第1の溝と、
当該第1の溝内に挿入されるハーフミラーとを有し、
前記光コリメート手段は、前記ハーフミラーで反射された光を、コリメートして出射するプリズム状のレンズアレイを有することを特徴とする請求項8に記載の偏波状態測定器。 - 前記プリズム状のレンズアレイは、斜め側面がレンズアレイとされたプリズムマイクロレンズアレイ、あるいは、斜め側面にマイクロレンズアレイを有するプリズムであることを特徴とする請求項9に記載の偏波状態測定器。
- 前記ハーフミラーは、斜めから入射するp、s偏波に対して同じ反射率を持つように、ガラス基板上に、高屈折率膜と低屈折率膜が20層以上形成された誘電体ミラーであり、
当該誘電体ミラーは、前記第1の溝に、前記ファイバあるいは導波路と同じ屈折率の接着剤で固定されることを特徴とする請求項9に記載の偏波状態測定器。 - 前記偏波制御手段は、回転機構を持つ円盤と、
前記円盤上に設けられる、0°方向の偏光子、45°方向の偏光子、λ/4板+90°方向の偏光子、および90°方向の偏光子、あるいは任意の方向の直交する偏光子2枚および波長板を備えた偏光子を有することを特徴とする請求項8ないし請求項11のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。 - 前記偏波制御手段は、直線偏光子、あるいは、直線偏光子を円盤型に加工した回転型偏光子であることを特徴とする請求項8ないし請求項11のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。
- 前記ファイバあるいは導波路内の光を通過する部分を切断するように、前記ファイバあるいは導波路に設けられる第2の溝と、
前記第2の溝に挿入されるアクティブ面型素子とを有することを特徴とする請求項9ないし請求項13のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。 - 前記偏波制御手段は、前記光ビームが入射される位置に、軸がある任意の方向になるように配置され、m、nを整数とするとき、通過する光ビームの位相を、2nπ+mπ/4だけシフトさせる位相制御素子と、
前記位相制御素子の後段に配置され、p偏波とs偏波に分離する偏光分離素子とを有し、
前記ディテクタアレイは、前記偏光分離素子の前記2つの偏波の出力部に配置される2個のディテクタであり、
前記mを3つ以上ふって、前記位相制御素子を通過する光ビームの位相をシフトさせた時の前記2個のディテクタの出力に基づき、光ビームの偏光状態を測定する測定手段とを備えることを特徴する請求項8または請求項9に記載の偏波状態測定器。 - 前記偏光分離素子は、軸が前記任意の方向に対してθだけ傾けて配置されることを特徴とする請求項15に記載の偏波状態測定器。
- 前記偏波制御手段は、前記光ビームが入射される位置に、それぞれの軸がある任意の方向に対して±θ方向となるように配置され、k、l、m、nを整数とするとき、通過する光ビームの位相を、2nπ+mπ/4、および、2lπ+kπ/4だけシフトさせる第1および第2の位相制御素子と、
前記第1および第2の位相制御素子の後段に、軸が前記任意の方向となるように配置される直線偏光子とを有し、
前記ディテクタアレイは、前記直線偏光子の後段に配置されるディテクタであり、
前記k、mをそれぞれ3つ以上ふって、前記第1および第2の位相制御素子を通過する光ビームの位相をシフトさせたときの、前記第1の位相制御素子を通過する光ビームの位相シフト量と前記第2の位相制御素子を通過する光ビームの位相シフト量との組み合わせの中の少なくとも6つの組み合わせの時の、前記ディテクタの出力に基づき、光ビームの偏光状態を測定する測定手段とを備えることを特徴する請求項8または請求項9に記載の偏波状態測定器。 - 前記直線偏光子は、シート状の偏光子であることを特徴とする請求項17に記載の偏波状態測定器。
- 前記ファイバあるいは導波路を固定する固定板を備え、
前記任意の方向は、前記固定板の第1の面の法線方向であり、
前記位相制御素子は、前記固定板の第1の面上に配置されることを特徴とする請求項15ないし請求項18のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。 - 前記θの値は、22.5°×n(nは整数)であることを特徴とする請求項16ないし請求項19のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。
- 前記位相制御素子の前記光ビームが通過する以外の部分に、前記光ビームに平行なモニタ光を通過させるモニタ光源と、
前記モニタ光を受光するモニタ光用ディテクタと、
前記位相制御素子のモニタ光の入射面および出射面に配置されるクロスニコル状態の偏光子とを備え、
前記位相制御素子は、印加電圧により位相シフト量を変化させる位相制御素子であり、
前記モニタ光は、前記信号光と同じ波長あるいはその半分の波長の光であり、
前記測定手段は、前記モニタ光ディテクタの出力が、最大あるいは最小となる印加電圧を、前記位相制御素子を通過する光ビームの位相シフト量が、2nπ+mπ/4となる電圧として記憶しておき、前記記憶した電圧を前記位相制御素子に印加し、前記位相制御素子を通過する光ビームの位相をシフトさせて、光ビームの偏光状態を測定することを特徴とする請求項15ないし請求項20のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。 - 前記モニタ光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項21に記載の偏波状態測定器。
- 前記位相制御素子は、電気光学結晶板であり、
前記位相制御素子の軸は、前記電気光学結晶板の結晶軸方向であることを特徴とする請求項15ないし請求項22のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。 - 前記位相制御素子は、電気光学セラミクス板であり、
前記位相制御素子の軸は、前記電気光学セラミクス板に印加する電界方向であることを特徴とする請求項15ないし請求項22のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。 - 前記位相制御素子は、液晶素子であり、
前記位相制御素子の軸は、前記液晶素子の液晶分子の配向方向であることを特徴とする請求項15ないし請求項22のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。 - 前記位相制御素子は、液晶素子であり、
前記液晶素子のキャパシタンスを測定する測定手段を備え、
前記測定手段の測定結果に基づき、前記位相制御素子を通過する前記光ビームの位相シフト量を、2nπ+mπ/4に制御することを特徴とする請求項15ないし請求項22のいずれか1項に記載の偏波状態測定器。
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