JPH04265834A - 偏波独立型光コヒーレンス領域反射測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は光測定および測定機
器の分野に一般的に関連し、特に光システムの特性測定
用反射計に関連するものである。

【０００２】

【従来の技術】反射計測定を行うための伝統的手法は、
光時間領域反射測定（ＯＴＤＲ）として知られている。 これは光システムの解析および診断用の重要な非破壊技
術であり、それは光システムの解析および診断用の重要
な非破壊技術であり、それは光ファイバシステムの製造
、設置、および保守において特に役立つ。手短に言えば
、その手法はファイバ内への光の短い強烈なパルスの射
出および時間に依存した後方散乱光信号の測定から成る
。この測定された信号は、温度、機械的歪および電界お
よび磁界のような光伝搬に影響を与えるファイバの不連
続性、欠陥、および異常の位置、種類、および大きさに
関する情報を含んでいる。本技術はレーダおよびソナー
に及ぶ技術に本質的に類似しているが、光周波数におけ
る電磁放射線に対して実行される。この技術の価値は光
システムが単一アクセスポイント（例えば、光ファイバ
の入力端）から調査可能であるという事実に大きく依存
している。この利点はシステムの分解の必要性を除去し
、長い光ファイバのような非常に大きなシステムを人が
診断する場合それは極度に重要となる。この技術につい
てはピーター・ヒーレイ（Ｐｅｔｅｒ　Ｈｅａｌｅｙ）
が文書にしている。その記事は「長い波長単一モード光
ファイバ反射測定技術に関する再吟味（Ｒｅｖｉｅｗ　
ｏｆ　Ｌｏｎｇ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｓｉｎｇｌｅ
−Ｍｏｄｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｏｍｅｔｒｙ）」と題されて、光波技術ジャーナル
ＬＴ−３巻、Ｎｏ．４（１９８５年８月、ＰＰ．８７６
−８８６）で発行された。

【０００３】従来のＯＴＤＲ技術がより小さな光システ
ムへ適用される場合、その有用性は減少する。なぜなら
ば、この技術に固有の測定分解能に限界があるからであ
る。分解能は射出された光パルスの長さによって定義さ
れる。このパルス長の減少は、平均パルスエネルギの減
少またはピーク電力の増加のいずれかを当然のこととし
て含む。それらの両方はある一定の限界内に拘束される
。さらに、より短いパルスはパルスのより大きな帯域幅
を必要とする。それらもまた任意の与えられたシステム
に対して制限される。一般的に、ＯＴＤＲ測定により得
られた分解能は１０メートルの位であり、実際に、この
技術の分解能限界は約１メートルである。〔「ファイバ
および集積光システムのためのＯＦＤＲ診断（ＯＦＤＲ
　Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ　ｆｏｒ　Ｆｉｂｒｅ　ａｎ
ｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ−Ｏｐｔｉｃ　Ｓｙｓｅｍｓ
）」；エス・エイ・キングスレイ（Ｓ．　Ａ．　Ｋｉｎ
ｇｓｌｅｙ）およびディ・イー・エヌ・デービス（Ｄ．
Ｅ．　Ｎ．　Ｄａｖｉｅｓ）、電子レター第２１巻、Ｎ
ｏ．１０（１９８５年３月、ｐｐ．４３４−４３５）〕
。明らかに、従来のＯＴＤＲ手法は集積光回路のような
小さなシステムの解析においては役に立たず、またはフ
ァイバに沿った短いインタバルでの応力測定のような高
分解能光ファイバ検出に対して有用ではない。

【０００４】改良された分解能は「光周波数領域反射計
（ＯＦＤＲ）」と名付けられた、またはＦＭＣＷ（周波
数変調連続波）反射計として一般的にもまた参照される
手法により得られる。この手法はキングスレイ（Ｋｉｎ
ｇｓｌｅｙ）およびデービス（Ｄａｖｉｅｓ）により書
かれた上記の参照記事、およびダブリュ・アイクホフ（
Ｗ．　Ｅｉｃｋｈｏｆｆ）およびアール・ウルリッヒ（
Ｒ．　Ｕｌｒｉｃｈ）が書いた「単一モードファイバに
おける光周波数領域反射測定（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔ
ｒｙ　ｉｎ　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒ）」
と題されている論文（応用物理学レター３９（９）、１
９８１年１１月１日、ｐｐ．６９３−６９５で発行）内
に記述されている。この技術は光システム内への光の高
単色ビームの射出、時間線形掃引によるゆっくりした周
波数の変化、および後方錯乱信号の検知から成る。この
検知は後方錯乱信号が基準入力信号によりコヒーレント
に混合されるヘテロダイン手法により実現される。ビー
ト周波数が測定され、ファイバ内で反射点の位置を提供
する。 ビート信号の振幅もまた反射光に対する後方錯乱因数お
よび減衰因数を決定する。上記で引用されたキングスレ
イ（Ｋｉｎｇｓｌｅｙ）およびデービス（Ｄａｖｉｅｓ
）により書かれた記事において、この手法により得られ
た約３ミリメートルの分解能が報告され、これは既存の
技術により約１ｍｍへ改良可能であると見積られている
。

【０００５】明らかに、ＯＦＤＲ手法は従来のＯＴＤＲ
技術と比較して改良された分解能能力を提供する。ＯＦ
ＤＲ手法は後方錯乱信号および基準信号間の可干渉測定
であるため、それはまたより大きなダイナミックレンジ
および反射信号電力の標準ＯＴＤＲ測定を超える改良さ
れたＳ／Ｎ比を提供する。ＯＦＤＲ手法は低光入力信号
電力のみを必要とするので、ファイバにおける光伝送の
非線形効果が減少される。しかしながら、ＯＦＤＲ技術
にはある欠点も存在する。その手法は高単色源を必要と
するだけでなく、それはまた周波数掃引非直線性に対し
ても敏感であり、そしてそれは周波数掃引範囲により制
限される。

【０００６】ヘテロダイン検知はまたは非常に短いパル
スを持つＯＴＤＲシステム内で使用され、マイクロメー
タ範囲内で分解能を実現する。この種のシステムはアー
ル・ピー・ノヴァーク（Ｒ．　Ｐ．　Ｎｏｖａｋ）、エ
イチ・エイチ・グリーゲン（Ｈ．　Ｈ．　Ｇｉｌｇｅｎ
）、およびアール・ピー・サラーテ（Ｒ．　Ｐ．　Ｓａ
ｌａｔｈｅ）により書かれた「平衡ヘテロダイン検知を
持つＯＴＤＲシステムを用いてのマイクロメータ範囲に
おける光構成要素に関する調査（Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔ
ｉｏｎ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ
　ｉｎ　Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ　Ｒａｎｇｅ　Ｕｓｉｎ
ｇ　ａｎ　ＯＴＤＲ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ
　Ｂａｌａｎｃｅｄ　Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　Ｄｅｔｅ
ｃｔｉｏｎ）」と題される論文内で、およびピー・ベア
ウド（Ｐ．　Ｂｅａｕｄ）、ジェー・シュッツ（Ｊ．　
Ｓｃｈｕｅｔｚ）、ダブリュ・ホーデル（Ｗ．　Ｈｏｄ
ｅｌ）、エイチ・ピー・ウェーバー（Ｈ．　Ｐ．　Ｗｅ
ｂｅｒ）、エイチ・エイチ・ギルゲン（Ｈ．　Ｈ．　Ｇ
ｉｌｇｅｎ）、およびアール・ピー・サラーテ（Ｒ．　
Ｐ．　Ｓａｌａｔｈｅ）により書かれた「集積光機器に
関する調査のための高分解能光時間領域反射測定（Ｈｉ
ｇｈ　Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｌ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔ
ｉｍｅ　ＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ　ｆ
ｏｒ　ｔｈｅ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉ
ｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄｅｖｉｃｅｓ
）」（光技術のＩＥＥＥジャーナル、第２５巻、１９８
９年　　ｐｐ．７５５−７５９）と題される論文内で記
述されている。より正確に言うと、この技術は「コヒー
レンスＯＴＤＲ」と名付けられる可能性がある。これら
の著者たちは、極超短パルスを使用することにより、Ｏ
ＴＤＲ手法は大気中で約６０μｍの分解能を実現可能で
あると報告している。　　分解能におけるさらに一層の
改良は、「光コヒーレンス領域反射測定」（ＯＣＤＲ）
として知られる別の技術により得られた。この手法は以
下の３つの記事内で記述される。

【０００７】（１）　「光コヒーレンス領域反射測定：
新しい光評価技術（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｈｅｒｅｎｃ
ｅ−Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ　：　
Ａ　Ｎｅｗ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　
Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）」ロバート・シー・ヤングクイス
ト（Ｒｏｂｅｒｔ　Ｃ．Ｙｏｕｎｇｑｕｉｓｔ）、サリ
ー・カー（Ｓａｌｌｙ　Ｃａｒｒ）、およびディー・イ
ー・エヌ・デービス（Ｄ．　Ｅ．　Ｎ．　Ｄａｖｉｅｓ
）著、光学レター、第１２巻　　Ｎｏ．３（１９８７年
　３月　　ｐｐ．１５８−１６０）（２）　「干渉技術
に基づいた光導波管における故障位置に関する新しい測
定システム（Ｎｅｗ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓ
ｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｆａｕｌｔ　Ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｉｎ
　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅ
ｔｒｉｃ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）」、ケー・タカダ（Ｋ
．　Ｔａｋａｄａ）、アイ・ヨコハマ（Ｉ．　Ｙｏｋｏ
ｈａｍａ）、アイ・チダ（Ｉ．　Ｃｈｉｄａ）、および
ジェー・ノダ（Ｊ．　Ｎｏｄａ）、応用光学、第２６巻
　　Ｎｏ．９（１９８７年３月１日　　ｐｐ．１６０３
−１６０６） （３）　「マイクロメータ解像度による導波反射測定（
Ｇｕｉｄｅｄ−Ｗａｖｅ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ
　ｗｉｔｈ　Ｍｉｃｏｒｏｍｅｔｅｒ　Ｒｅｓｏｌｕｔ
ｉｏｎ）」ビー・エル・ダニエルソン（Ｂ．　Ｌ．　Ｄ
ａｎｉｅｌｓｏｎ）およびシー・ディー・ウィッテンベ
ルク（Ｃ．　Ｄ．　Ｗｈｉｔｔｅｎｂｅｒｇ）応用光学
、第２６巻、Ｎｏ．１４（１９８７年６月１５日　　ｐ
ｐ．２８３６−２８４２） ＯＣＤＲ手法は、パルス光源の代わりに、短いコヒーレ
ンス長を持つ広帯域連続波源を使用するコヒーレンスＯ
ＴＤＲ技術とは異なる。源ビームは１つのアームが可動
鏡を持ち（この鏡からの反射光が基準ビームを提供し）
、そして他のアームは試験される光システムを含んでい
る干渉計に入る。２つのアームからのコヒーレントに混
合された反射光内の干渉信号は通常のヘテロダイン手法
により検知され、光システムに関する所望情報をもたら
す。

【０００８】本質的に、領域が光位相がコヒーレントに
関連されるビームのある１つの部分として定義される場
合、ＯＣＤＲ技術はビームパルスを広帯域連続ビームに
おける「コヒーレンス領域」により置き換える。これら
の部分の平均の大きさは「コヒーレンス長」と名付けら
れ、以下のような次数である。

【０００９】

【数１】

【００１０】ここで、ｃ　は光の速度であり、Δνは光
源の周波数広がりである。〔光学の原理　　第４版　　
エム・ボーン（Ｍ．　Ｂｏｒｎ）およびイー・ウルフ（
Ｅ．　Ｗｏｌｆ）：ペルガモン・プレス（Ｐｅｒｇａｍ
ｏｎ　Ｐｒｅｓｓ）ニューヨーク（１９７０年）、第７
．５．８　節〕。後方散乱「領域」のヘテロダイン検知
は「白光干渉測定」の手法により遂行される。その手法
は、ビームが干渉計の２つのアームへ分割され、調整可
能な鏡および後方散乱部位により反射され、そしてコヒ
ーレントに再び結合されるというものである。この手法
は、２つのアーム間の光路長における差異がビームのコ
ヒーレンス長ｌｃ　未満である場合にのみ、干渉縞が再
結合ビーム内に現れるという事実を利用している。 上記の参考文献（１）および（３）内で記述されるＯＣ
ＤＲシステムはこの原理を使用し、参考文献（３）は調
整可能な鏡の掃引および再結合信号の強度の測定により
得られた試験システムにおけるファイバギャップのイン
ターフェログラムを示している。参考文献（１）はまた
、基準アーム内の鏡が制御された周波数および振幅で発
振し、その結果基準信号内で時変ドプラシフトを引き起
こす原因となり、そして再結合信号が濾過回路へ送られ
、ビート周波数信号を検知するという変更手法を記述し
ている。

【００１１】この技術のもう一つのバリエーションを参
考文献（２）で図解する。参考文献（２）は基準アーム
鏡が固定位置であり、２つのアーム内の光路長における
差異がコヒーレンス長を超過する可能性がある場合であ
る。結合信号は、次に、２つの鏡（１つは所定の位置に
固定されており、もう１つは可動状態となっている）の
付いた第二ミッケルソン干渉計内へ導入される。この可
動鏡は走査され、第二干渉計のアーム間の路長における
差異は、散乱部位に対応している鏡の離散位置における
後方散乱および基準信号間の遅延を補正する。実際に、
明らかな周波数における振動位相変化は、この部位へ導
いているファイバ内の圧電変換器変調器（ＰＺＴ）によ
り、後方散乱部位からの信号に課せられる。ミッケルソ
ン干渉計からの出力信号はロックイン増幅器へ送られる
。ロックイン増幅器は、ＰＺＴ変調および走査線の動き
により引き起こされるドプラシフトの両方から発生する
ビート周波数信号を検知する。この技術はわずか１５μ
ｍの分解能を持つガラス導波管内の不規則性を測定する
ために用いられた。〔「１，３−μｍ波長超発光ダイオ
ードを用いている干渉測定光時間領域反射測定システム
を持つシリカベースの導波管の特性決定（Ｃｈａｒａｃ
ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃａ−Ｂａｓｅ
ｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ　ｗｉｔｈ　ａｎ　Ｉｎｔｅ
ｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ−
Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ　Ｓｙｓｔ
ｅｍ　Ｕｓｉｎｇ　ａ１．３−μｍ−Ｗａｖｅｌｅｎｇ
ｔｈＳｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ　Ｄｉｏｄｅ）
）」、ケー・タカダ（Ｋ．　Ｔａｋａｄａ）、エヌ・タ
カト（Ｎ．Ｔａｋａｔｏ）、ジェー・ノダ（Ｊ．　Ｎｏ
ｄａ）、およびワイ・ノグチ（Ｙ．　Ｎｏｇｕｃｈｉ）
、光学レター、第１４巻、Ｎｏ．１３、（１９８９年７
月１日　　ｐｐ．７０６−７０８）〕要約すれば、ＯＣ
ＤＲ技術はコヒーレンス反射測定のその他の利点と共に
、光システムの高分解能測定能力を提供するということ
である。この技術により得ることができるダイナミック
レンジは、電力対数目盛り上で１００ｄＢを超過可能で
あり、１フェムトワットの次数の反射光を発生させてい
る１０−５の屈折率不連続性を当然のこととして含んで
いる。分解能に関する基本的な限界は源帯域幅において
対応する増分を持つ光源のコヒーレンス長であり、それ
は数ミクロンへ減少可能である。

【００１２】ＯＣＤＲ、ＯＦＤＲ、およびコヒーレンス
ＯＴＤＲ技術すべては、光ビームの偏光性質から発生す
る共通した問題を共有する。この問題は光の２つのビー
ム間の干渉は、両方のビームが同一の偏光状態を持つ場
合にのみ発生可能であるという事実に基づいている。さ
らに正確に述べれば、２つの光ビームの干渉信号は、２
つの直交偏光状態におけるビーム構成要素からの干渉信
号のコヒーレンス合計である。例えば、１つのビームが
水平方向に線形に偏光され、もう一方のビームが垂直方
向に線形に偏光される場合、如何なる干渉も発生しない
であろう。もちろん、理想的には、入って来るビームが
干渉計の２つのアームに分割され、反射され、そしてコ
ヒーレントに再結合される場合、ビーム偏光は変化しな
い。上記で議論された参考文献（２）は、この必要条件
を実施するため、最初の干渉計の入口および出口ファイ
バにおいて相互に一列に並べられた偏波器および分析器
を含む。実際に、任意の実際のファイバはそれにより移
動する光の偏光のある一定量の歪を引き起こすであろう
。 さらにこの偏光歪は時間に依存するものである可能性が
ある。ファイバ内の偏光雑音およびクロストークは、機
械的、熱的、および電磁的効果からの内部および外部摂
動により引き起こされる可能性があり、インターフェロ
グラムにおいて観察される縞のフェージングまたは減少
された可視性を発生させる可能性がある。さらに、与え
られた後方散乱部位の標示は、複屈折ファイバにおける
２つの偏光固有モード間のグループ遅延差異により複雑
化される可能性がある。

【００１３】この問題はその技術に堪能な人々により認
識され、文献の中で繰り返し述べられた。例えば、以下
を参照：「コヒーレンスＯＴＤＲにおけるフェージング
速度（Ｆａｄｉｎｇ　Ｒａｔｅｓ　ｉｎ　Ｃｏｈｅｒｅ
ｎｔ　ＯＴＤＲ）」、ピー・ヒーレイ（Ｐ．　Ｈｅａｌ
ｅｙ）、電子レター、第２０巻、Ｎｏ．１１、（１９８
４年３月２４日　　ｐｐ．４４３−４４４）；「高複屈
折単一モードファイバにおける複屈折および偏光分散測
定（Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｐｏｌａｒ
ｉｚａｔｉｏｎ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｍｅａｓｕｒ
ｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｈｉｇｈ−Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅ
ｎｃｅ　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒｓ）」、
エム・モネリー（Ｍ．　Ｍｏｎｅｒｉｅ）およびエフ・
アラード（Ｆ．　Ａｌａｒｄ）、電子レター、第２３巻
、ｐ．１９８　（１９８７年）。事実、ＯＣＤＲおよび
干渉計技術はファイバ内の偏光歪を測定するため幅広く
使用された。例えば、次の例を参照：「新しい検知手法
による複屈折偏光維持ファイバにおけるモード連結の空
間分散に関する測定（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　
Ｓｐａｔｉａｌ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍ
ｏｄｅ　Ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｉｎ　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇ
ｅｎｔＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍａｉｎｔａｉｎｉ
ｎｇ　Ｆｉｂｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｎｅｗ　Ｄｅｔｅｃｔｉ
ｏｎ　Ｓｃｈｅｍｅ）」、ケー・タカダ（Ｋ．　Ｔａｋ
ａｄａ）、ジェー・ノダ（Ｊ．　Ｎｏｄａ）、およびケ
ー・オカモト（Ｋ．　Ｏｋａｍｏｔｏ）、光学レター、
第１１巻、Ｎｏ．１０、（１９８６年１０月　　ｐｐ．
６８０−６８２）；「ミッケルソン干渉計における位相
差のスペクトル掃引による短信号モードファイバ内の色
分散特性決定（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉ
ｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｓｈ
ｏｒｔ　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒｓ　ｂｙ
　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｏｆ　Ｐｈａ
ｓｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ａ　Ｍｉｃｈｅｌ
ｓｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）」、ジェー・
ピレイヨ（Ｊ．　Ｐｅｌａｙｏ）、ジェー・パニエロ（
Ｊ．　Ｐａｎｉｅｌｌｏ）、およびエフ・ビルエンダス
（Ｆ．　Ｖｉｌｌｕｅｎｄａｓ）光波技術ジャーナル、
第６巻、Ｎｏ．１２、（１９８８年１２月　　ｐｐ．１
８６１−１８６５）；「干渉技術を実現するための３つ
の方法：色分散、複屈折、および非線形磁化率の測定へ
の適用（Ｔｈｒｅｅ　Ｗａｙｓ　ｔｏＩｍｐｌｅｍｅｎ
ｔ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｉａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕ
ｅｓ　：　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏＭｅａｓｕｒ
ｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ　Ｄｉｓｐｅ
ｒｓｉｏｎ，　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ，　ａｎｄ
　Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｉ
ｅｓ）」、ピー・エル・フランソワ（Ｐ．−Ｌ．Ｆｒａ
ｎｃｏｉｓ）、エム・モネリー（Ｍ．　Ｍｏｎｅｒｉｅ
）、シー・バサロ（Ｃ．　Ｖａｓｓａｌｌｏ）、ワイ・
ドルテステ（Ｙ．　Ｄｕｒｔｅｓｔｅ）、およびエフ・
アール・アラド（Ｆ．　Ｒ．　Ａｌａｒｄ）光波技術ジ
ャーナル、第７巻、Ｎｏ．３、（１９８９年３月　　ｐ
ｐ．５００−５１３）；「偏光維持ファイバにおけるモ
ード連結および消滅比に関する測定（Ｍｅａｓｕｒｅｍ
ｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｏｄｅ　Ｃｏｕｐｌｉｎｇｓ　ａｎｄ
　Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ　Ｒａｔｉｏｓ　ｉｎ　Ｐｏｌ
ａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ　Ｆｉｂ
ｅｒｓ）」、エム・ツボカワ（Ｍ．　Ｔｓｕｂｏｋａｗ
ａ）、ティ・ヒガシ（Ｔ．　ｈｉｇａｓｈｉ）、および
ワイ・ササキ（Ｙ．　Ｓａｓａｋｉ）光波ジャーナル、
第７巻、Ｎｏ．１（１９８９年１月　　ｐｐ．４５−５
０） この問題に関する拡張議論は次の記事中で提供される。 ：ヘテロダインまたはホモダイン光ファイバ通信のため
の偏光状態制御手法（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｓｔ
ａｔｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｃｈｅｍｅｓ　ｆｏｒ　Ｈ
ｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　ｏｒ　Ｈｏｍｏｄｙｎｅ　Ｏｐｔ
ｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ
）」、ティー・オーコシ（Ｔ．　Ｏｋｏｓｈｉ）、光波
技術ジャーナル、第ＬＴ−３巻、Ｎｏ．６（１９８５年
１２月　　ｐｐ．１２３２−１２３７）。この論文にお
いて、偏光維持ファイバの使用は理論的にはその問題に
対する完全な解法であるが、この解放は、実際的な理由
に対しては不満足であるということが認められる。著者
は２つの別の手法について述べている。つまり、ａ）　
規準信号偏光を試験信号のそれに適合する偏光状態制御
装置の使用、および　ｂ）　結合信号の２つの直交構成
要素が別々に検知され、適切な位相補正後に後に追加さ
れる偏光ダイバーシチ受信機（ＰＤＲ）の使用である。 著書は手法　ｂ）　に関する如何なる追加記述もなしに
、ａ）　手法実現のための様々な手法に関する議論を続
ける。これらの偏光状態制御手法の１つ以上において発
生するいくつかの問題が記述される。つまり以下のよう
である。

【００１４】ａ）　挿入損失（Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ　Ｌ
ｏｓｓ）。偏光制御装置の挿入は所望される反射測定信
号を減衰させる可能性がある。

【００１５】ｂ）　制御における無限性（Ｅｎｄｌｅｓ
ｓｎｅｓｓ　ｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）。システムの偏光状
態歪は未知の範囲を超えて変動する可能性があり、従っ
て制限範囲の制御装置は周期的に「リセット」を行う必
要がある可能性がある。

【００１６】ｃ）　一時応答（Ｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｒｅ
ｓｐｏｎｓｅ）。偏光状態未知の迅速さで変動する可能
性がある。装置の手動制御は適切でない場合がある。自
動制御フィードバック手法は応答時間が非常に長すぎて
、それらの変動を正確に追跡できない可能性を持つ。

【００１７】ｄ）　機械的摩耗の有無（Ｐｒｅｓｅｎｃ
ｅ　ｏｒ　Ａｂｓｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａ
ｌ　Ｆａｔｉｇｕｅ）。偏光変動に対応し機械的構成要
素の移動を含むすべての手法は、機械的摩耗の可能性を
被っている。

【００１８】オーコシ（Ｏｋｏｓｈｉ）により書かれた
記事において記述される各々の技術は、少なくとも如何
なる上記の欠点も持たない。本論文の結論は、如何なる
熟考される手法も完全に満足のいくものではなく、より
いっそうの努力が必要とされるということである。

【００１９】上記のＯｋｏｓｈｉ論文は、ヘテロダイン
またはホモダイン光ファイバ通信の状況において、ＰＤ
Ｒ技術の使用のみに関連している。ＰＤＲは任意の偏光
状態を持つ信号を検知する光ヘテロダイン受信機であり
、次の記事中で記述されている。：「偏光独立コヒーレ
ンス光受信機（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｉｎｄｅｐ
ｅｎｄｅｎｔ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｒ
ｅｃｅｉｖｅｒ）」、ビー・グランス（Ｂ．　Ｇｌａｎ
ｃｅ）、光波技術ジャーナル、第ＬＴ−５巻、Ｎｏ．２
（１９８７年２月　　ｐｐ．２７４−２７６）、ＰＤＲ
技術に関する追加議論は次の記事内に提示されている。 ：「偏光ダイバーシチを使用しているコヒーレンスＦＳ
Ｋ伝送システムの偏光非敏感動作（Ｐｏｌａｒｉｓａｔ
ｉｏｎ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
　ｏｆ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ＦＳＫ　Ｔｒａｎｓｍｉｓ
ｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｕｓｉｎｇ　Ｐｏｌａｒｉｓ
ａｔｉｏｎ　Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）」エス・リュー（Ｓ
．　Ｒｙｕ）、エス・ヤマモト（Ｓ．　Ｙａｍａｍｏｔ
ｏ）、およびケー・モチズキ（Ｋ．　Ｍｏｃｈｉｚｕｋ
ｉ）、電子レター、第２３巻、Ｎｏ．２５（１９８７年
１２月３日　　ｐｐ．１３８２−１３８４）；「偏光ダ
イバーシチを使用しているＦＳＫヘテロダイン光伝送シ
ステムの最初の海での試行（Ｆｉｒｓｔ　Ｓｅａ　Ｔｒ
ｉａｌ　ｏｆ　ＦＳＫ　Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　Ｏｐｔ
ｉｃａｌ　ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍＵｓ
ｉｎｇ　Ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ　Ｄｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ）」、エス・リュー（Ｓ．　Ｒｙｕ）、エス・ヤマモ
ト（Ｓ．　Ｙａｍａｍｏｔｏ）、ワイ・ナミヒラ（Ｙ．
　Ｎａｍｉｈｉｒａ）、ケー・モチズキ（Ｋ．　Ｍｏｃ
ｈｉｚｕｋｉ）、およびエイチ・ワカバヤシ（Ｈ．　Ｗ
ａｋａｂａｙａｓｈｉ）、電子レター、第２４巻、Ｎｏ
．７（１９８８年３月３１日　　ｐｐ．３９９−４００
）；「コヒーレンス光ファイバ通信システム用の新しい
位相および偏光非敏感受信機（Ｎｅｗ　Ｐｈａｓｅａｎ
ｄ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖ
ｅ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ　ｆｏｒ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　
Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｒｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ
ｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）」、エヌ・シング（Ｎ．　Ｓｉ
ｎｇｈ）、エイチ・エム・グプタ（Ｈ．　Ｍ．　Ｇｕｐ
ｔａ）、およびブイ・ケー・ジェイン（Ｖ．　Ｋ．　Ｊ
ａｉｎ）光および量子電子、第２１巻（１９８９年　　
ｐｐ．３４３−３４６）；「コヒーレンス光ファイバ通
信のための適合可能な偏光ダイバーシチ受信機構成（Ａ
ｄａｐｔｉｖｅ　Ｐｏｌａｒｉｓａｔｉｏｎ　Ｄｉｖｅ
ｒｓｉｔｙ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔ
ｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｏｐｔｉｃａｌ　
Ｆｉｂｒｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）」、エイ
・ディ・カーシー（Ａ．　Ｄ．　Ｋｅｒｓｅｙ）、エム
・ジェー・マローネ（Ｍ．　Ｊ．　Ｍａｒｒｏｎｅ）、
およびエイ・ダンドリッジ（Ａ．　Ｄａｎｄｒｉｄｇｅ
）、電子レター、第２５巻、Ｎｏ．４（１９８９年２月
１６日　　ｐｐ．２７５−２７７）。これらの記事すべ
ては、ファイバ偏光歪の問題を除去するため、光信号の
ヘテロダイン受信のためのＰＤＲ技術の使用を議論して
いる。如何なる提案も、コヒーレンス反射測定における
光ファイバの偏光歪処理に関する可能な手段としてのこ
のＰＤＲ技術に関して行われない。

【００２０】本技術の技術的状況を要約すると、反射測
定システムにおいて改良された分解能およびＳ／Ｎ比は
コヒーレンス検知手法を使用することにより得られるこ
とが知られている。すなわち、それは反射信号が基準信
号とコヒーレントに混合され、結果的に生じた干渉信号
が検知されるという光反射測定システムである。さらに
、分解能の観点からの最適なコヒーレンス検知手法はＯ
ＣＤＲである。ＯＣＤＲは分解能が光源のコヒーレンス
長により決定されるというものである。この分解能は広
帯域源を使用することにより、非常に小さくできる。

【００２１】すべての光コヒーレンス検知手法のような
このコヒーレンス検知手法が、システムによる光伝送の
偏光安定性に依存することもまた知られている。光ビー
ム間の干渉は同一偏光状態を持つ信号によってのみ発生
可能である。干渉測定計の１つのアーム内の信号の偏光
における変化、または両方のアーム内の非相関変化は、
結果的に生じた干渉信号を悪化させるであろう。偏光に
おけるこれらの変化は、内外部の両方の原因から発生可
能である。外部原因という観点からさらに詳しくみれば
、ビーム偏光における変化は、環境条件における変動に
より時間に依存する可能性がある。

【００２２】偏光安定性の問題は光コヒーレンス反射測
定システムだけに限られるものではない。それはコヒー
レンス検知手法を使用している光通信システムにおいて
もまた発生する。この状況において、解放が次の２つの
一般的なものとして提案された。すなわち、直接偏光制
御器および偏光ダイバーシチ受信機である。ＰＤＲシス
テムはこの状況のために特定に設計された。

【００２３】反射測定状況において、干渉計の注意深い
設計および組み立てにより、偏光安定性の問題を部分的
に除去可能である。偏光維持ファイバは使用可能であり
、機器はそれを環境的な摂動から十分に隔離するためハ
ウジング内へ収納可能である。これは部分的な解放のみ
である。なぜならば、動作において、機器は（多分、光
ファイバまたは他の伝送手段により）試験されるべき装
置へ接続されていなければならず、偏光歪はこれらの外
部ファイバまたは信号電線管内で発生する可能性がある
。さらに、試験下のシステムはそれ自身で、反射または
反射部位における反射測定信号の偏光において、または
システム内の光電線管において変化を作り出す可能性が
ある。これらの摂動は元々環境的なものである場合があ
り、本質的には制御不可能な方法で時間の経過と共に変
動する可能性がある。従って、光コヒーレンス反射計に
おいて、試験下の装置へ接続されている干渉計のアーム
内で伝送および受信されつつある光信号の観点から、偏
光不安定性の問題は常に存在している。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本願の発明の
目的は、光ファイバ、反射計システム、および試験下の
装置の偏光歪効果とは独立に反射測定信号を測定する光
コヒーレンス領域反射計を提供することである。

【００２５】発明の第二の目的は、偏光に対し独立な反
射測定信号を提供するため、容易に較正および調整可能
な光コヒーレンス領域反射計を提供することである。

【００２６】発明のもう一つの目的は、光源のコヒーレ
ンス領域の偏光および源の異なる偏光構成要素間の干渉
とは独立に、反射測定信号を測定する光コヒーレンス領
域反射計を提供することである。

【００２７】発明の別の目的は、光ファイバ、反射計シ
ステム、および試験下の装置の偏光歪効果とは独立に光
コヒーレンス領域反射測定信号を測定するための手法を
提供することである。

【００２８】発明のもう一つの目的は、偏光に対し独立
な反射測定信号を提供するため、光コヒーレンス領域反
射計を容易に較正および調整するための手法を提供する
ことである。

【００２９】発明のさらなる目的は、光源のコヒーレン
ス領域の偏光および源の異なる偏光構成要素間の干渉と
は独立に、光コヒーレンス領域反射測定信号を測定する
ための手法を提供することである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本願の発明はコヒーレン
ス光反射測定システムであり、それは偏光ダイバーシチ
受信機技術から採られた手法により、光ファイバおよび
システム構成要素における偏光変化および歪に関する問
題を克服する。特に、広帯域光源を提供するための発光
ダイオード、および基準光ビームを提供するため１つの
アームが光システムまたは試験下の装置（ＤＵＴ）を含
み、もう一方のアームが走査鏡を含んでいる干渉計を持
つ光コヒーレンス領域反射計が開示されている。反射計
はコヒーレントに再結合された反射光が向けられる偏光
ダイバーシチ受信機（ＰＤＲ）を含む。走査鏡は固定速
度で駆動され、ドプラシフト基準光信号を提供する。基
準アームはＰＤＲ内のハンドパスフィルタにより効果的
に検知可能な周波数で干渉信号を提供するため、基準信
号の位相を変調する圧電変換器（ＰＺＴ）を含む。この
方法で、ＰＺＴは周波数シフタの動きをシミュレートす
る。基準アームではまた、反射基準信号が線形に偏光さ
れるように、回転調整可能な偏波器を含む。等価基準ビ
ーム電力がＰＤＲの２つの直交偏光検知器回路内で提供
されるよう、反射計を校正するため光軸の回りで偏光軸
が回転される可能性がある。この偏光の追加の微制御は
干渉計のＤＵＴアーム内で偏光制御器（ＰＣ）により提
供可能であるが、このことは必要ではない。

【００３１】この反射計の上記バージョンは偏光されて
いない光源を利用する。発明の別のバージョンにおいて
、光源はＬＥＤであり、その後に偏光光を提供する偏波
器が続く。このバージョンにおいて、基準ビームアーム
内の線形偏波器は、波プレートまたは偏光制御器のよう
な調整可能な複屈折要素により置き換えられる。ＰＤＲ
の検知器回路において基準ビーム電力を平衡化するため
、反射計は複屈折要素を調整することにより較正される
。

【００３２】反射計のさらに別のバージョンは、干渉計
基準アームまたはビーム出力チャンネルにおいて、また
はその両方において追加偏光制御器を含む。これらのＰ
Ｃにより、光偏光に影響を及ぼすシステム内の摂動に対
して補正を行うため、反射計の追加の微同調調整および
較正が可能となる。

【００３３】本願の発明に関するこれらおよび他の目的
、利点、特性、および特徴は、提出される実施例の明細
書と共に以下の図面を調べることにより、より良く理解
することができる。

【００３４】

【実施例】図１を参照する。光コヒーレンス領域反射計
が広いスペクトルを生成する光源１を持った状態で提供
されている。この源は発光ダイオード（ＬＥＤ）または
類似した手段を一部として含んでいる可能性がある。こ
の源に関する不可欠な必要条件は、光のコヒーレンス長
が反射計の所望される分解能を実現するよう、十分に短
くなければならないことである。

【００３５】この源からの光は干渉計の入力チャンネル
を形成する光ファイバ２に入る。この干渉計は半銀めっ
き鏡または他のビーム分割手段がファイバカプラにより
置き換えられるミッケルソンタイプのものである。従っ
て、図１において、光の伝送モードが干渉計の基準アー
ムファイバ４および試験アームファイバ５との間で等し
く分割されるように、ファイバ２は光を３ｄＢ単一モー
ドファイバ（ＳＭＦ）カプラ３へ導く。基準アームファ
イバ４における光は、光信号の位相を変調する圧電変換
器（ＰＺＴ）６を通過する。ＰＺＴを離れていく光の位
相がその変調されない値周辺で時間依存振動性の手法で
変化するよう、ＰＺＴは与えられた周波数で発振器７に
より駆動される。

【００３６】ＰＺＴから離れていく光信号は、視準レン
ズ８および線形偏波器９により伝送される。この偏波器
は光ビームの光軸周辺を回転可能で、線形偏光の任意の
所望される方向を選択する。偏波器９からの現われる線
形に偏光された光は通常走査鏡１０に影響を与え、反射
される。この鏡１０はこの鏡が制御された方法でビーム
軸に沿って動かされる可能性がある機構上に取り付けら
れている（図面内では示されていない）。機構は鏡の動
きに関する十分な範囲、速度、および制御を可能にする
任意の従来のタイプ（例えば、ねじ機械、ばねソレノイ
ド等）である可能性がある。鏡１０からの反射光は偏波
器９、レンズ８、ＰＺＴ６、およびファイバカプラ３へ
のファイバ４により後ろへ移動する。

【００３７】干渉計の試験アーム５における光は、それ
を通して通過している任意の完全にまたは部分的に偏光
された光の偏光状態を変えるため、減速波プレートとし
て働くファイバベースの偏光制御器１１（ＰＣ）を通っ
て通過する。ＰＣから、ビームは試験下の光機器（ＤＵ
Ｔ）１２へ向けられる。ＤＵＴは反射計により測定され
ているシステムである。ＤＵＴからの反射光はＰＣおよ
び試験アーム５の光ファイバを通して戻る。この反射光
および基準アーム４からの反射は、ファイバカプラ３へ
入り、再組合せされる。可逆的なＳＭＦカプラは、この
再結合ビームの一部を出力ファイバ１３内へ向ける。こ
の出力ファイバ１３は、図１内で点線で囲まれている回
路である偏光ダイバーシチ受信機（ＰＤＲ）１４の入力
部分へ光を運ぶ。

【００３８】図１内で示されるＰＤＲは、通信チャンネ
ル内で通常使用される符号化信号よりむしろ、干渉信号
を検知するために適合される。ＰＤＲ入力ファイバ１３
からのビームは、偏光ビームスプリッタ１６（ＰＢＳ）
上へ焦点レンズ１５により向けられ、図中「Ｖ」（垂直
）および「Ｈ」（水平）によって示される偏光の直交方
向を持つ２つの線形に偏光された構成要素へビームを分
離する。通常の規則に従って、これらの指定は光信号に
おける電界の方向に関連する。各々の構成要素は、図解
される実施例内のホトダイオードである光検知機により
別々に測定される。従って、ビームの垂直に偏光された
構成要素はホトダイオード１７ｖに影響を与え、それに
より吸収され、水平に偏光された構成要素は第二のホト
ダイオード１７ｈに到達する。これらのホトダイオード
１７ｖ、１７ｈにより作られる電流は、ビームの垂直お
よび水平に偏光された構成要素の輝度にそれぞれ比例す
る。

【００３９】各々のホトダイオードの出力端子は帯域フ
ィルタ（ＢＰＦ）の入力へ接続され、図中で１８ｖ、１
８ｈとしてそれぞれ指定されている。これらのＢＰＦは
直流分およびホトダイオード信号の高周波数搬送波を濾
過により取り除く。各々のＢＰＦの出力は包絡線検知器
（ＥＤ）の入力端子へ接続され、図１中１９ｖおよび１
９ｈでそれぞれ示される。各々のＥＤ回路の出力は「二
乗回路」（Ｘ２）へ接続され、それぞれ２０ｖ、２０ｈ
とラベル付けされる。二乗回路は入力信号の二乗に比例
する出力信号を生成する。最後に、二乗回路からの出力
信号は「加算器回路」（＋）の入力端子（２１と指定さ
れている）へ接続される。加算器回路は二乗回路２０ｖ
、２０ｈからの信号の合計に比例する読み出し信号を発
生する。

【００４０】ＢＰＦ、ＥＤ、＋、およびＸ２回路は、図
１内においてブロック図形式で簡略に示されている。こ
れらの構成要素は従来の電子回路である。従って、それ
らの設計および電力およびバイアス供給のような補助構
成要素に関する詳細は、その図から省かれている。これ
らの構成要素間で伝送される電子信号は、電圧または電
流パルスである可能性がある。理解を明確にするため、
以下においてこれらの信号は電流パルスであると仮定す
る。

【００４１】干渉計の動作は光信号における電界の観点
から記述される可能性がある。ＬＥＤにより生成され、
入力ファイバ２内でＡとラベル付けされた位置で評価さ
れる与えられたコヒーレンス領域のための電界は、時間
関数として以下のように記述される可能性がある。

【００４２】

【数２】

【００４３】ここで、ω＝２πνは領域内の光の角搬送
波周波数であり、Ｅ０はゼロ位相における電界の振幅お
よび方向を表わしているベクトルであり、θＡ　は電界
が観察されるシステム内の位置に依存する位相の部分で
あり、そしてφ（ｔ）は位相への統計的貢献度を定義し
、コヒーレンス時間および領域の限界を決定する関数で
ある。図５は時間に対して作図される関数φ（ｔ）の概
略スケッチを示している。ここで、領域は時間ゼロで放
出されると仮定される。ｔがゼロを超過し、コヒーレン
ス時間未満であり、τｃ　により示される場合、φは本
質的に一定である。この範囲以外の時間値に対して、φ
はランダムに変化する時間関数である。従って、電界は
その範囲に対してのみそのコヒーレンスを保持する。

【００４４】

【数３】

【００４５】最後に、コヒーレンス時間は以前に議論さ
れたコヒーレンス長に関連する。

【００４６】

【数４】

【００４７】ここで、ｃは真空中における光の速度であ
り、ｎはファイバにおける反射指数である。

【００４８】光ビームにおけるコヒーレンス領域に関す
るこの記述は、完全には正確ではない。その記述におい
て、ランダムに変化する関数として範囲〔ｏ　，τｃ〕
外の電解を記述し、一方それは統計的変数である。さら
に、方程式（３）　により定義されるコヒーレンス範囲
外の電界の偏光もまた統計的変数である。ここで示す我
々の記述モデルにおいて、方程式２内の項

【００４９】

【数５】

【００５０】によりこの変数を置き換える。この項はコ
ヒーレンス範囲内で消え、そしてこの範囲外でランダム
かつ迅速に変化する時間関数である。ベクトル

【００５
１】

【数６】

【００５２】は

【００５３】

【数７】

【００５４】に垂直に交わるように選択され、従って電
界

【００５５】

【数８】

【００５６】は次数の時間変化によりランダムに変化す
る偏光を持つ。

【００５７】最後に、電界に関して複雑な提示がここで
使用されている。実際の電界は前の式の実数部分である
。指数式において、「ｉ」は−１の平方根を表わす。 さらに、ある与えられたコヒーレンス領域内の電界をあ
る固定周波数νにあるとして記述している。事実、周波
数の広がりが存在し、それは方程式（１）内において帯
域幅Δνにより表わされる。

【００５８】基準アームファイバ４に入っていく電界の
部分は、位置Ｂにおいて以下のように書くことができる
。

【００５９】

【数９】

【００６０】次に、この信号はＰＺＴを通過する。ＰＺ
Ｔは以下の項を追加することにより、信号の位相を変調
する。

【００６１】

【数１０】

【００６２】ここでωｍ＝２πνｍ　は発振器７がＰＺ
Ｔを駆動する角周波数である。次に、信号は偏波器９を
通って進み、鏡１０により反射される。この鏡は速度Ｖ
ｍで動くと仮定される。これは位相貢献により与えられ
た反射信号においてドプラシフトを導入する。

【００６３】

【数１１】

【００６４】ここで

【００６５】

【数１２】

【００６６】これはドプラ周波数シフトに関するよく知
られている式である。ここで、　　は光の波長である。 鏡が全体的に反射的であるとさらに仮定する場合、ファ
イバ４内の位置Ｃにおける反射光の電界は以下のように
記述可能である。

【００６７】

【数１３】

【００６８】ここで、Ｅｒは鏡１０からの反射後、偏波
器９により伝送された電界フィールドベクトルである。 類似した方法で、試験アームファイバ５に入ってくる光
信号の部分は、以下のように記述可能な位置Ｄにおいて
１つの電界を持つ。

【００６９】

【数１４】

【００７０】しばらく、ＰＣ１１の効果を無視すること
にする。この信号は次にＤＵＴ１２内へ進む。そしてあ
る部分はＤＵＴにおいて与えられた反射部位で反射され
、反射係数Ｒにより特性決定される。ＤＵＴにおいて如
何なる偏光の歪も存在しない場合、戻ってきた信号は次
にＥにおいてその値を持つ。

【００７１】

【数１５】

【００７２】しかしながら、一般的にこれは真実ではな
く、Ｅにおける戻り信号界は以下のように記述されるべ
きである。

【００７３】

【数１６】

【００７４】ここで、現在の

【００７５】

【数１７】

【００７６】は反射信号電界の方向および振幅であり、
そして

【００７７】

【数１８】

【００７８】は

【００７９】

【数１９】

【００８０】に比例する。

【００８１】干渉計の２つのアームからの反射信号は、
カプラ３において再結合され、再結合された信号電力の
半分は出力ファイバ１３内へ向けられる。位置Ｆ（ＰＤ
Ｒへの入口）において結果的に生じた信号は、以下のよ
うに記述可能な電界を持つ。

【００８２】

【数２０】

【００８３】ここで、

【００８４】

【数２１】

【００８５】および

【００８６】

【数２２】

【００８７】はそれぞれ、

【００８８】

【数２３】

【００８９】および

【００９０】

【数２４】

【００９１】に直交する偏光を持つ位置Ｆにおける界の
統計的構成要素である。これはＰＤＲ１４内へ送られる
信号である。簡略化のために、電界ＥＦ　に関する式を
以下のように記述する。

【００９２】

【数２５】

【００９３】ここで、下付文字である　ｒ　および　Ｓ
　はそれぞれ、基準アームおよび試験アームから発生す
る項に関連する。

【００９４】実際の使用において、基準信号

【００９５
】

【数２６】

【００９６】が水平および垂直線形偏光の等しい構成要
素を持つよう、等しい基準ビーム電力がＰＤＲの各々の
分岐へ向けられるよう、反射計は最初に較正される。こ
のことは、Ｒが無視可能なような最初にＤＵＴを切り離
し、次に線形偏波器９を回転させることにより実施され
る。この回転効果を図２において図解する。図２は通常
のポアンカレ球体に関する図である。この図において、
点ＶおよびＨは垂直および水平偏光状態を表わし、Ｆお
よびＮは角度４５度における線形偏光状態を表わし、そ
してＲおよびＬは左右円形偏光をそれぞれ表わしている
。 水平および垂直偏光の等しい輝度を持つすべての状態を
含む大きな円Ｌ、Ｅ、Ｒ、Ｎ上にある偏光を持つ基準信
号

【００９７】

【数２７】

【００９８】を作成することが所望される。

【００９９】偏波器９における反射基準ビーム信号は線
形に偏光される。従って、それは線形偏光のすべての状
態を含んでいる大きな円Ｖ、Ｆ、Ｈ、Ｎ上に落ちる。偏
波器からＰＤＲ入力ポートＦへの移動において、基準ビ
ームはファイバ内でいくらかの偏光歪を受ける可能性が
ある。任意のそのような歪は、球体の中心を通る軸周辺
でポアンカレ球体上のすべての点の回転として記述可能
である。図２において、この歪は軸

【０１００】

【数２８】

【０１０１】周辺の角Ωによる回転として表わされる。

【０１０２】この図から、与えられた回転

【０１０３】

【数２９】

【０１０４】に対して、示されるように、円Ｌ、Ｅ、Ｒ
、Ｎ上の点Ｑへ回転により運ばれる円Ｖ、Ｆ、Ｈ、Ｎ上
の点Ｐを見つけだすことは常に可能であることが瞬時に
明らかとなる。従って、偏光状態Ｐを作成するため、偏
波器９は人の手により常に調整可能である。偏光状態Ｐ
は垂直および水平偏光輝度の等しい構成要素を持つＰＤ
Ｒにおいて偏光Ｑを結果的に生じる。

【０１０５】ここで図３を参照する。干渉計の２つのア
ームから到達するビーム内の位置Ｆにおける電界は、異
なる偏光を持っている可能性がある。上記の較正後、基
準界

【０１０６】

【数３０】

【０１０７】は４５度の角度（図２の点ＦまたはＮ）で
線形偏光である可能性がある。さらに、その周波数スペ
クトルは方程式（１３）内で記述されたドプラシフトお
よびＰＺ位相シフトの両方によりシフトされる可能性が
ある。 図４は信号ＥｒおよびＥＳのスペクトルを概略的に示し
ており、このグラフは縮尺で描かれていない。

【０１０８】図３において、試験アーム信号は同一の偏
光歪を受けたものと仮定される。なぜならば、伝送ファ
イバの複屈折により、水平および垂直偏光構成要素は互
いに位相がずれるからである。従って、これらの構成要
素を再度複雑な表現で、以下のように表わすことができ
る。

【０１０９】

【数３１】

【０１１０】

【数３２】

【０１１１】量δＨ，　δＶは、このファイバ複屈折に
より引き起こされた位相変更を表わす。この複屈折の効
果は、方程式（１４）は

【０１１２】

【数３３】

【０１１３】により

【０１１４】

【数３４】

【０１１５】を置き換えるよう修正されるべきであると
いうことである。ここで、

【０１１６】

【数３５】

【０１１７】は方程式（１５）および（１６）により与
えられた水平および垂直偏光構成要素を持つ。ＰＤＲへ
の実際の入力信号は次の通りである。

【０１１８】

【数３６】

【０１１９】ホトダイオード１７ｖ、１７ｈは、ＥＰＤ
Ｒの垂直および水平偏光構成要素の輝度に比例する電流
を生成する。（量子効率等を取り入れている）全体的な
正規化定数を無視しながら、ホトダイオード１７ｈによ
り生成される光電流は下記の通りである。

【０１２０】

【数３７】

【０１２１】この電流はＢＰＦ１８ｈを通過する。ＢＰ
Ｆ１８ｈは周波数のウィンドウのみを伝送し、信号の直
流および高周波数構成要素をブロックする。従って、こ
のＢＰＦにより作成された電流信号は、方程式（１８）
からの干渉項のみを含む。

【０１２２】

【数３８】

【０１２３】位相差ΔθＦ　＝θＦＲ　−θＦＳ　は、
基準アーム内の信号および試験アーム内の信号間の光路
長における差異から発生する。ＢＰＦはコヒーレンス領
域の範囲外の電界を含んでいる干渉信号において発生す
る高周波数を伝送できないため、干渉信号が生成される
ためにこの差異はコヒーレンス長ｌＣ　未満でなければ
ならない。 この理由のために、Ｅ１Ｆ界はＩ１８ｈ　へ貢献しない
。

【０１２４】電流Ｉ１８ｈ　はドプラ周波数ωＤにおい
て１つのスペクトル構成要素を、そして周波数ωＤ＋ω
Ｍ，　ωＤ＋２ωＭ，…，（ここで角周波数として参照
している）においてもまた構成要素を持っている。従っ
て、鏡１０はある一定の速度で走査する可能性があり、
次にこれらの構成要素周波数の一つがＢＰＦ１８ｈの伝
送ウィンドウ内に落ちるよう、発振器７を調整可能であ
る。この方法で、走査線の速度へ対応するよう発振器７
の周波数を調整することにより、反射計は固定周波数通
過帯域で動作可能である。明らかに、ＰＺＴが省かれる
場合、ＢＰＦの周波数通過帯域は鏡速度と相関させられ
るべきである。

【０１２５】鏡が与えられた反射部位に対する光路長差
がコヒーレンス長以内であるインタバルを通って移動す
る場合、信号は次に帯域通過フィルタ１８ｈにより生成
されるであろう。図６は時間関数としての本信号の概略
作図である。通過帯域フィルタにより伝送され、この図
中点線で示される包絡線関数により変調されるスペクト
ル構成要素に対応しているうなり周波数において、電流
は時間の振動性関数である。この包絡線関数はコヒーレ
ンス時間に等しい十分な幅を持っている。この電流は包
絡線検知器回路１９ｈの入力内へ送られる。包絡線検知
器回路１９ｈは信号の振動性部分を除去し、包絡線の大
きさに比例する電流Ｉ１９ｈを生成する。正規化因数を
省くと以下のようになる。

【０１２６】

【数３９】

【０１２７】図１を引続き参照する。信号の垂直に偏光
された構成要素に対する包絡線検知器１９ｖにより、類
似した信号が生成される。

【０１２８】

【数４０】

【０１２９】

【数４１】

【０１３０】そして従って、ＰＤＲの読み出し信号はＥ
ｒ２　ＥＳ２　により与えられ、θ，とは独立である。 従って、この機器はＤＵＴからの反射信号において偏光
歪に対して敏感である。

【０１３１】図７および８は前の説明に従って構築され
た反射計に対する鈍感さを図解している。図７において
、測定された反射率は、ほとんどのＤＵＴ反射信号をＰ
ＤＲの唯一の分岐のみへ向けるよう偏光制御器１１を調
整した状態で、走査鏡の位置の関数として作図される。 各々の分岐内で測定された反射率は、それらの合計同様
、この図において作図される。明らかに、このシステム
の分解能は約１０μｍである。

【０１３２】ＰＣ１１がほぼ等しい信号輝度をＰＤＲ回
路の各々の分岐内へ向けるように調整される場合、図８
は同じの作図を示す。総反射率もまた作図される。この
曲線は図８における曲線とほぼ同一の幅を持ち、ピーク
反射率は約０．５ｄＢｏｐｔだけの図７のピーク反射率
以下である。従って、偏光歪による反射計システム信号
変化は、本実施例においてせいぜい０．５ｄＢである。 手短に言えば、反射計信号はＤＵＴにおける偏光効果と
は全く無関係である。

【０１３３】この記述から、偏光制御器１１はＤＵＴに
おける任意の大きな系統的な一定の偏光効果の影響を十
分に削減するよう調整可能であることが明らかである。 それはまた、他の系統的な偏光歪影響に対して補正を行
うため、干渉計のその他の分岐内にＰＣを含むことがで
きる。基準アーム内のＰＣは安定性の改良により、線形
偏波器９の回転効果を再現可能である。干渉計構造全体
は時間依存外部条件が偏光に影響を与えることを防ぐた
めに容器内に収められる可能性がある。そのために、結
果として偏光歪に対する機器の鈍感さが増す。

【０１３４】ＬＥＤが偏波器を持つＬＥＤ源のような偏
光光の源２２により置き換えられる反射計の別のバージ
ョンを、図９において示す。この場合、図１の偏波器は
複屈折波プレート２３により置き換えられる。この波プ
レートは以前に記憶されたものと同様な方法で、ＰＤＲ
の分岐に対して基準ビーム入力を平衡化するために回転
可能である。

【０１３５】このシステムはＯＣＤＲに対して制限され
ないが、それはまたコヒーレンス信号検知手段を持つ他
の反射計のために使用可能であることがさらに明白とな
る。ここで開示されるＰＤＲ回路は、すべてのそのよう
なコヒーレンス反射計信号をこれらの信号の任意の偏光
歪とは別に検知するために適応される。

【０１３６】発明の提出される実施例に関する前の記述
は、説明の目的のために提出された。開示される正確な
書類に対して発明を包括したり制限することを意図する
ものではない。たくさんの変更およびバリエーションが
上記の技術を考慮して可能である。その技術に熟練した
他の人々が種々の実施例において、および考慮される特
別な使用に適当なように種々の変更によりその発明を最
善に利用することができるように本願の発明の原理およ
びその実際的なアプリケーションについて最良の説明を
行うために、実施例が選択され、記述されている。本願
の精神および範囲は特許請求の範囲を参照することによ
り定義されるべきである。

【０１３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光ファイ
バ、反射計システム、および試験下の装置の偏光歪効果
とは独立に反射測定信号を測定する光コヒーレンス領域
反射計が提供される。さらに、本発明によれば、偏光に
対し独立な反射測定信号を提供するため、容易に較正お
よび調整可能な光コヒーレンス領域反射計が提供される
。さらに、本発明によれば、光源のコヒーレンス領域の
偏光および源の異なる偏光構成要素間の干渉とは独立に
、反射測定信号を測定する光コヒーレンス領域反射計が
提供される。さらに、本発明によれば、光ファイバ、反
射計システム、および試験下の装置の偏光歪効果とは独
立に光コヒーレンス領域反射測定信号を測定するための
手法が提供される。さらに、本発明によれば、偏光に対
し独立な反射測定信号を提供するため、光コヒーレンス
領域反射計を容易に較正および調整するための手法が提
供される。さらに、本発明によれば、光源のコヒーレン
ス領域の偏光および源の異なる偏光構成要素間の干渉と
は独立に、光コヒーレンス領域反射測定信号を測定する
ための手法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の発明の反射計の簡略な光および電子回路
図であり、干渉計および偏光ダイバーシチ受信機（ＰＤ
Ｒ）を示している。

【図２】干渉計の基準ビームアームからの反射光の偏光
上で、図１内の偏波器の回転効果を図解しているポアン
カレ球体図である。

【図３】ＰＤＲの入力における基準アームおよびＤＵＴ
アームからの光反射信号における電界のベクトル図であ
り、２つの信号間の干渉を記述するために使用されるパ
ラメータを示している。

【図４】ＤＵＴアームおよび干渉計の基準アームからの
光反射のスペクトル分布に関する簡略スケッチである。

【図５】関数φ（ｔ）の時間依存に関する簡略グラフで
ある。

【図６】帯域フィルタを通して通過する干渉計信号の水
平偏光構成要素を検知しているＰＤＲ回路の分岐におけ
る、光電流の時間依存に関する概略グラフを示している
。

【図７】図１における反射計の測定された光反射率に関
するグラフであり、おおむね垂直な線形偏光のＤＵＴ反
射信号を作り出すためにＰＣを調整した状態で、走査鏡
の一つの関数としてのＰＤＲおよび総出力信号の２つの
分岐の貢献を示している。

【図８】ほぼ等しい垂直および水平偏光構成要素を持つ
ＤＵＴ信号を作り出すようＰＣを調整した状態での、図
７に類似する反射計の測定された光反射率に関するグラ
フである。

【図９】偏光光源を持っている発明の別のバージョンに
おける干渉計の略図である。

【符号の説明】

２　　　　光ファイバ ４　　　　基準アームファイバ ５　　　　試験アームファイバ ６　　　　圧電変換器 ７　　　　発信器 ８　　　　視準レンズ ９　　　　線形偏波器 １０　　走査鏡 １１　　偏光制御器 １２　　供試装置 １３　　出力光ファイバ １４　　偏光ダイバーシチ受信機 １５　　焦点レンズ １６　　偏光ビームスプリッタ １７　　ホトダイオード １８　　帯域フィルタ １９　　包絡線検知器 ２０　　二乗回路 ２１　　加算器回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】供試装置の光学パラメータを測定するため
   の光学反射測定装置であって：基準信号発生手段と；供
   試装置に試験信号を加え、前記供試装置から応答信号を
   受信するための手段と；極性の異なる光学信号に応答し
   て基準及び応答信号を受信するための複数の光学センサ
   と；センサの応答のバランスをとるために基準信号の偏
   向を制御するための出力手段と；前記センサに応答して
   、供試装置の光学パラメータを示す出力信号であって、
   前記センサ応答が偏光制御手段によりバランスされた場
   合に前記応答信号の偏向歪みに実質的に独立である出力
   信号を発生するための出力手段と；から成ることを特徴
   とする装置。