JP6622734B2 - 偏光解析装置および光スペクトラムアナライザ - Google Patents
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Description
S1=2P1−P0
S2=2P2−P0
S3=2P3−P0
DOP={√(S12+S22+S32)}/S0
OSNR=S0×DOP/{S0(1−DOP)}=DOP/(1−DOP)
入射される光を偏光方向が互いに直交し且つ出射光軸が所定の分離角を成す2つの光に分離させて出射する複屈折素子が、入射光軸に沿って順に複数n(nは3以上)配置され、該複数の複屈折素子のうち、被測定光が最初に入射される第1の複屈析素子以外の複屈折素子は、直前の複屈折素子から入射される直交した2つの偏光方向以外の方向の直交2偏光成分へ分離するよう互いの光学軸が成す角度が調整されており、前記第1の複屈折素子に入力された前記被測定光を2のn乗個の光に分離して最終の第nの複屈折素子から出射するように構成され、前記第nの複屈折素子から出射される2のn乗個の光のうち、前記第1の複屈折素子により分離された第1の光を基に分離された2の(n−1)乗個の光のいずれかと、前記第1の複屈折素子により分離されたもう一方の第2の光を基に分離された2の(n−1)乗個の光のいずれかとの組み合わせのうち、互いの出射光軸が平行となる組合せが複数個生じるように、前記複数の複屈折素子のそれぞれの分離角および分離方向が設定されている光分離部(22)と、
前記光分離部から出射された2のn乗個の光を受け、その全ての偏光方向を揃えてそれぞれ出射する偏光方向変換手段(24)と、
前記偏光方向変換手段から出射される2のn乗個の光のうち、前記出射光軸が平行となる光同士を合波して同一の位置である組合せ光集光位置にそれぞれ集光させ、それ以外の光を互いに独立した位置である単独光集光位置にそれぞれ集光させる集光手段(26)と、
前記組合せ光集光位置と単独光集光位置に集光された光の強度を検出する光強度検出手段(30)と、
前記光強度検出手段が検出した光の強度から、前記第1の光と第2の光の強度およびそれらの位相差を求める演算処理部(40)とを備えている。
前記光分離部は3つの複屈折素子(22a〜22c)により構成されており、それぞれの複屈折素子は入力される入射光光軸方向と出射光光軸方向が全てある同一平面に対し平行となるように配置され、前記第1の複屈析素子の分離角が、残りのいずれかの複屈折素子の分離角と等しくなるように設定されていることを特徴とする。
前記偏光方向変換手段が、偏光子(24)であることを特徴とする。
前記偏光方向変換手段が、
前記光分離部から出射された2のn乗個の光を受け、偏光方向が特定方向に揃えられた2のn乗個の光と、偏光方向が前記特定方向と直交する方向に揃えられた2のn乗個の光とに分けて、異なる方向に出射する偏光ビームスプリッタ(80)により形成され、
前記集光手段は、
前記偏光ビームスプリッタから偏光方向が前記特定方向に揃えられて出射される2のn乗個の光のうち、前記出射光軸が平行となる光同士を合波して同一の位置である組合せ光集光位置にそれぞれ集光させ、それ以外の光を互いに独立した位置である単独光集光位置にそれぞれ集光させる第1集光手段(26)と、前記偏光ビームスプリッタから偏光方向が前記特定方向と直交する方向に揃えられて出射される2のn乗個の光のうち、前記出射光軸が平行となる光同士を合波して同一の位置である組合せ光集光位置にそれぞれ集光させ、それ以外の光を互いに独立した位置である単独光集光位置にそれぞれ集光させる第2集光手段(26′)とを含み、
前記光強度検出手段は、前記第1集光手段および前記第2集光手段によって前記組合せ光集光位置と単独光集光位置に集光された光の強度を検出するように構成されていることを特徴とする。
入射される光を偏光方向が互いに直交し且つ出射光軸が所定の分離角を成す2つの光に分離させて出射する複屈折素子が、入射光軸に沿って順に複数n(nは3以上)配置され、該複数の複屈折素子のうち、被測定光が最初に入射される第1の複屈析素子以外の複屈折素子は、直前の複屈折素子から入射される直交した2つの偏光方向以外の方向の直交2偏光成分へ分離するよう互いの光学軸が成す角度が調整されており、前記第1の複屈折素子に入力された前記被測定光を2のn乗個の光に分離して最終の第nの複屈折素子から出射するように構成され、前記第nの複屈折素子から出射される2のn乗個の光のうち、前記第1の複屈折素子により分離された第1の光を基に分離された2の(n−1)乗個の光のいずれかと、前記第1の複屈折素子により分離されたもう一方の第2の光を基に分離された2の(n−1)乗個の光のいずれかとの組み合わせのうち、互いの出射光軸が平行となる組合せが複数個生じるように、前記複数の複屈折素子のそれぞれの分離角および分離方向が設定されている光分離部(22)と、
前記光分離部から出射された2のn乗個の光を受け、その全ての偏光方向を揃えてそれぞれ出射する偏光方向変換手段(24)と、
前記偏光方向変換手段から出射された2のn乗個の光に含まれる波長成分を、所定波長範囲で抽出する波長成分抽出部(51)と
前記波長成分抽出部から出射される2のn乗個の光の波長成分のうち、前記出射光軸が平行となる光の波長成分同士を合波して同一の位置である組合せ光集光位置にそれぞれ集光させ、それ以外の光の波長成分を互いに独立した位置である単独光集光位置にそれぞれ集光させる集光手段(26)と、
前記組合せ光集光位置と単独光集光位置に集光された光の波長成分の強度を検出する光強度検出手段(30)と、
前記光強度検出手段が検出した光の波長成分の強度から、波長毎の前記第1の光と第2の光の強度およびそれらの位相差を求める演算処理部(60)とを備えている。
前記光分離部は3つの複屈折素子(22a〜22c)により構成されており、それぞれの複屈折素子は入力される入射光光軸方向と出射光光軸方向が全てある同一平面に対し平行となるように配置され、前記第1の複屈析素子の分離角が、残りのいずれかの複屈折素子の分離角と等しくなるように設定されていることを特微とする。
前記波長成分抽出部は、
回折用の溝が形成された回折面で入射光を受け、該入射光に含まれる波長成分を、波長に応じた出射角で出射させる回折格子(52)を含んでおり、
前記波長成分抽出部の前記回折格子が、前記光分離部から出射された光の偏光方向を揃えて出射する前記偏光方向変換手段を兼ねていることを特徴とする。
図1は、本発明を適用した偏光解析装置20の基本構成図である。
∠R7=φ1+φ2+φ3
∠R8=φ1+φ2−φ3
∠R9=φ1−φ2+φ3
∠R10=φ1−φ2−φ3
となる。
∠R11=−φ1+φ2+Φ3
∠R12=−φ1+φ2−φ3
∠R13=−φ1−φ2+φ3
∠R14=−φ1−φ2−φ3
となる。
∠R7=4・φ1
∠R8=2・φ1
∠R9=0
∠R10=−2・Φ1
となり、光R2から分離された光R11〜R14については、
∠R11=2・φ1
∠R12=0
∠R13=−2・φ1
∠R14=−4・φ1
となる。
Ptotal =Psig +Pn=Px+Py+Pn
となり、この被測定光Rが、第1の複屈折素子22に入射されて互いに直交する偏光成分に分けられるので、偏光した信号光パワーはPxとPyに、無偏光成分Pnは、等しいパワーに等分されるので、第1の複屈折素子22aから出射される光R1、R2のパワーPr1、Pr2は、
Pr1=Px+Pn/2
Pr2=Py+Pn/2
となる。
Pr3=Pr4=Px/2+Pn/4
Pr5=Pr6=Py/2+Pn/4
となる。
Pr7=Pr8=Pr9=Pr10=Px/4+Pn/8
Pr11=Pr12=Pr13=Pr14=Py/4+Pn/8
となる。
Pr7′=Pr8′=Pr9′=Pr10′=Px/8+Pn/16
Pr11′=Pr12′=Pr13′=Pr14′=Py/8+Pn/16
となる。
Ix=Px+Pn/2 ……(1)
Iy=Py+Pn/2 ……(2)
となる。
Ixy1=Px+Py+Pn+2√(Px×Py)cos (θ+Δ1)
……(3)
Ixy2=Px+Py+Pn+2√(Px×Py)cos (θ+Δ2)
……(4)
と表される。
Ixy3=Px+Py+Pn+2√(Px×Py)cos (θ+Δ3)
……(5)
と表される。
例えば、式(3)、(4)を位相差θについて解き、下記を得る。
θ=arctan(x0,y0)+kπ
x0=(Ix+Iy−Ixy1)sin△2−(Ix+Iy−Ixy2)sin△1
y0=(Ix+Iy−Ixy1)cos△2−(Ix+Iy−Ixy2)cos△1
k={0:0<sin(△1−△2)、1:0>sin(△1−△2)}
ここで、arctan(x0,y0)は、象限を考慮した逆正接関数である。
Py=−c+√(c2+d)
c=(Ix−Iy)/2
d={(Ixy1−Ixy2)/[2cos(θ+△1)−2cos(θ+△2)]}2
Pn=2(Ix−Px)
S1=Px−Py
S2=2√(PxPy)cos θ
S3=2√(PxPy)sin θ
OSNR=(Px+Py)/Pn
φ1に対するφ2、φ3の倍率をM、Nとすると、Z軸に対する各光R7〜R14の光軸の角度∠R7〜∠R14は、
∠R7=(1+M+N)φ1
∠R8=(1+M−N)φ1
∠R9=(1−M+N)φ1
∠R10=(1−M−N)φ1
∠R11=(−1+M+N)φ1
∠R12=(−1+M−N)φ1
∠R13=(−1−M+N)φ1
∠R14=(−1−M−N)φ1
となる。
(1+M−N)φ1=(−1+M+N)φ1
から、N=1が得られる。つまり、N=1であれば、Mに関わらず、光R8、R11の組が平行となり、その対称性から光R10、R13の組も平行となる。
∠R9=(2−M)・φ1
∠R12=−(2−M)・φ1
となり、M=2で両者が等しくなる。この条件、N=1、M=2は、前記実施例の場合を表している。
(1−M+N)φ1=(−1+M+N)φ1
から、M=1が得られる。つまり、M=1であれば、Nに関わらず、光R9、R11の組が平行となり、その対称性から光R10、R12の組も平行となる。
∠R7=3・φ1
∠R8=φ1
∠R9=φ1
∠R10=−φ1
∠R11=φ1
∠R12=−φ1
∠R13=−φ1
∠R14=−3・φ1
となる。
Pa=(Px/4+Pn/8)(1+cos△a)
となる。
Ixya=2(1+cos△a)Px+Py+Pn(3/2+cos△a)
+2√[2(1+cos△a)Px・Py]cos(θ+△a′)……(3a)
を得る。
Ixyb=Px+2(1+cos△b)Py+Pn(3/2+cos△b)
+2√[Px・2(1+cos△b)Py]cos(θ+△b′)……(3b)
を得る。
Iy=ly′+Iy″=Py+Pn/2 ……(2′)
Ixyl=Ixy1′−Ixy1″
=4√(Px・Py)cos(θ+△1)…(3′)
Ixy2=Ixy2′−Ixy2″
=4√(Px・Py)cos(θ+△2)…(4′)
Ixy3=Ixy3′−Ixy3″
=4√(Px・Py)cos(θ+△3)…(5′)
Claims (7)
- 入射される光を偏光方向が互いに直交し且つ出射光軸が所定の分離角を成す2つの光に分離させて出射する複屈折素子が、入射光軸に沿って順に複数n(nは3以上)配置され、該複数の複屈折素子のうち、被測定光が最初に入射される第1の複屈析素子以外の複屈折素子は、直前の複屈折素子から入射される直交した2つの偏光方向以外の方向の直交2偏光成分へ分離するよう互いの光学軸が成す角度が調整されており、前記第1の複屈折素子に入力された前記被測定光を2のn乗個の光に分離して最終の第nの複屈折素子から出射するように構成され、前記第nの複屈折素子から出射される2のn乗個の光のうち、前記第1の複屈折素子により分離された第1の光を基に分離された2の(n−1)乗個の光のいずれかと、前記第1の複屈折素子により分離されたもう一方の第2の光を基に分離された2の(n−1)乗個の光のいずれかとの組み合わせのうち、互いの出射光軸が平行となる組合せが複数個生じるように、前記複数の複屈折素子のそれぞれの分離角および分離方向が設定されている光分離部(22)と、
前記光分離部から出射された2のn乗個の光を受け、その全ての偏光方向を揃えてそれぞれ出射する偏光方向変換手段(24)と、
前記偏光方向変換手段から出射される2のn乗個の光のうち、前記出射光軸が平行となる光同士を合波して同一の位置である組合せ光集光位置にそれぞれ集光させ、それ以外の光を互いに独立した位置である単独光集光位置にそれぞれ集光させる集光手段(26)と、
前記組合せ光集光位置と単独光集光位置に集光された光の強度を検出する光強度検出手段(30)と、
前記光強度検出手段が検出した光の強度から、前記第1の光と第2の光の強度およびそれらの位相差を求める演算処理部(40)とを備えた偏光解析装置。 - 前記光分離部は3つの複屈折素子(22a〜22c)により構成されており、それぞれの複屈折素子は入力される入射光光軸方向と出射光光軸方向が全てある同一平面に対し平行となるように配置され、前記第1の複屈析素子の分離角が、残りのいずれかの複屈折素子の分離角と等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項1記載の偏光解析装置。
- 前記偏光方向変換手段が、偏光子(24)であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の偏光解析装置。
- 前記偏光方向変換手段が、
前記光分離部から出射された2のn乗個の光を受け、偏光方向が特定方向に揃えられた2のn乗個の光と、偏光方向が前記特定方向と直交する方向に揃えられた2のn乗個の光とに分けて、異なる方向に出射する偏光ビームスプリッタ(80)により形成され、
前記集光手段は、
前記偏光ビームスプリッタから偏光方向が前記特定方向に揃えられて出射される2のn乗個の光のうち、前記出射光軸が平行となる光同士を合波して同一の位置である組合せ光集光位置にそれぞれ集光させ、それ以外の光を互いに独立した位置である単独光集光位置にそれぞれ集光させる第1集光手段(26)と、前記偏光ビームスプリッタから偏光方向が前記特定方向と直交する方向に揃えられて出射される2のn乗個の光のうち、前記出射光軸が平行となる光同士を合波して同一の位置である組合せ光集光位置にそれぞれ集光させ、それ以外の光を互いに独立した位置である単独光集光位置にそれぞれ集光させる第2集光手段(26′)とを含み、
前記光強度検出手段は、前記第1集光手段および前記第2集光手段によって前記組合せ光集光位置と単独光集光位置に集光された光の強度を検出するように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の偏光解析装置。 - 入射される光を偏光方向が互いに直交し且つ出射光軸が所定の分離角を成す2つの光に分離させて出射する複屈折素子が、入射光軸に沿って順に複数n(nは3以上)配置され、該複数の複屈折素子のうち、被測定光が最初に入射される第1の複屈析素子以外の複屈折素子は、直前の複屈折素子から入射される直交した2つの偏光方向以外の方向の直交2偏光成分へ分離するよう互いの光学軸が成す角度が調整されており、前記第1の複屈折素子に入力された前記被測定光を2のn乗個の光に分離して最終の第nの複屈折素子から出射するように構成され、前記第nの複屈折素子から出射される2のn乗個の光のうち、前記第1の複屈折素子により分離された第1の光を基に分離された2の(n−1)乗個の光のいずれかと、前記第1の複屈折素子により分離されたもう一方の第2の光を基に分離された2の(n−1)乗個の光のいずれかとの組み合わせのうち、互いの出射光軸が平行となる組合せが複数個生じるように、前記複数の複屈折素子のそれぞれの分離角および分離方向が設定されている光分離部(22)と、
前記光分離部から出射された2のn乗個の光を受け、その全ての偏光方向を揃えてそれぞれ出射する偏光方向変換手段(24)と、
前記偏光方向変換手段から出射された2のn乗個の光に含まれる波長成分を、所定波長範囲で抽出する波長成分抽出部(51)と
前記波長成分抽出部から出射される2のn乗個の光の波長成分のうち、前記出射光軸が平行となる光の波長成分同士を合波して同一の位置である組合せ光集光位置にそれぞれ集光させ、それ以外の光の波長成分を互いに独立した位置である単独光集光位置にそれぞれ集光させる集光手段(26)と、
前記組合せ光集光位置と単独光集光位置に集光された光の波長成分の強度を検出する光強度検出手段(30)と、
前記光強度検出手段が検出した光の波長成分の強度から、波長毎の前記第1の光と第2の光の強度およびそれらの位相差を求める演算処理部(60)とを備えた光スペクトラムアナライザ。 - 前記光分離部は3つの複屈折素子(22a〜22c)により構成されており、それぞれの複屈折素子は入力される入射光光軸方向と出射光光軸方向が全てある同一平面に対し平行となるように配置され、前記第1の複屈析素子の分離角が、残りのいずれかの複屈折素子の分離角と等しくなるように設定されていることを特微とする請求項5記載の光スペクトラムアナライザ。
- 前記波長成分抽出部は、
回折用の溝が形成された回折面で入射光を受け、該入射光に含まれる波長成分を、波長に応じた出射角で出射させる回折格子(52)を含んでおり、
前記波長成分抽出部の前記回折格子が、前記光分離部から出射された光の偏光方向を揃えて出射する前記偏光方向変換手段を兼ねていることを特徴とする請求項5または請求項6記載の光スペクトラムアナライザ。
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