偏波モード分散ストレス発生方法および装置
【課題】複雑な制御が不要で低コストに任意のＰＭＤを発生させる。
【解決手段】光入射部２１に入射された光信号を偏波分離手段２３により二つの直交偏波成分に分離し、その一方を第１遅延手段２５に与え、他方を第２遅延手段２６に与え、両遅延手段２５、２６によって遅延された直交偏波成分を偏波合波手段２８によって合波し、光出射部２９から出射させる。少なくとも一方の遅延手段（第２遅延手段２６）は、偏波分離された光をその幅方向に分けてそれぞれ受けて折り返す複数の直交ミラー５０が一体化されたミラーアレー５１を回動装置５２により回動させ、各直交ミラー５０によりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させつつ伝搬させて、偏波合波手段２８で合波された光の偏波成分の群遅延時間差を変化させる。
【解決手段】光入射部２１に入射された光信号を偏波分離手段２３により二つの直交偏波成分に分離し、その一方を第１遅延手段２５に与え、他方を第２遅延手段２６に与え、両遅延手段２５、２６によって遅延された直交偏波成分を偏波合波手段２８によって合波し、光出射部２９から出射させる。少なくとも一方の遅延手段（第２遅延手段２６）は、偏波分離された光をその幅方向に分けてそれぞれ受けて折り返す複数の直交ミラー５０が一体化されたミラーアレー５１を回動装置５２により回動させ、各直交ミラー５０によりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させつつ伝搬させて、偏波合波手段２８で合波された光の偏波成分の群遅延時間差を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速光通信において問題となる光の偏波モード分散（PMD：Polarization Mode
Dispersion）に対する光伝送システム、光部品などの耐力測定に必要な偏波モード分散ストレス発生装置に関し、特に、低コストに任意のＰＭＤが設定できるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムに対するＰＭＤ耐力試験に用いる装置として従来からＰＭＤエミュレータが用いられており、このＰＭＤエミュレータで試験対象に入射する光にＰＭＤストレスを加え、試験対象から出射される光信号についてのビット誤り率（ＢＥＲ）の測定を行い、加えるＰＭＤストレスの大きさとＢＥＲとの関連付けにより耐力評価を行っている。
【０００３】
なお、ＰＭＤは光信号が光コンポーネントを通過する際の直交する２つの偏波間における伝達速度の差と定義され、ＰＭＤについて議論するとき、実際に信号劣化に影響を及ぼすのは特定波長におけるある時間での二つの偏波間の群遅延時間差ＤＧＤ（Differential Group Delay ）であり、ＰＭＤは波長と時間に対するＤＧＤの平均値となる。
【０００４】
ＰＭＤは、光の直交偏波成分間の速度差であり、これを発生させる方式としてこれまでに以下に示す３つの方式が提案されている。
【０００５】
第１方式は、特許文献１に開示されているように、光路に対して直列に並んだ複数の複屈折素子の間に偏波コントローラを配置し、それらの偏波コントローラにより通過する光の偏波をランダムに変化させて、直交する偏波成分にＤＧＤを与えて、ＰＭＤを発生させる方式である。この方式は、複屈折素子の数を増やしていくことで、ＤＧＤの分布を理想とされるマクスウェル分布に近づけることができ、また高次ＰＭＤの発生も可能である。
【０００６】
しかし、この第１方式では、ＤＧＤの量が複屈折素子で与えられる位相差によって決まるため、任意のＤＧＤを与えることが難しい。また、瞬時変化するＤＧＤを発生させることが難しく、さらに、複数の複屈折素子と偏波コントローラが必要となることから、小型化および低コスト化が困難である。
【０００７】
また、第２方式としては、特許文献２（特に図１０）に開示されているように、光路に対して直列に並んだ複数の複屈折素子を機械的に回転させて、各複屈折素子によって位相差を変化させることで、ＰＭＤを発生させるものであり、この方式も高次ＰＭＤの発生が可能である。
【０００８】
しかし、第１方式同様に、任意のＰＭＤ量を与えることが難しく、複数の複屈折素子およびこれらを回転させる機構が必要となり、小型化および低コスト化が困難であった。
【０００９】
また、第３方式としては、特許文献３に開示されているように、光を直交偏波成分に分離してその一方の光を可変遅延器で遅延させて、他方の光と合波することで、ＰＭＤ（ＤＧＤ）を発生させるものであり、この方式は、可変遅延器の遅延量に対応した任意で且つ正確なＤＧＤを発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０９８６３０号公報
【特許文献２】特開２００６−０８６９５５号公報
【特許文献３】特開２００３−１４３０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記第３方式は、原理的に高次ＰＭＤを発生させることができない。また、第３方式の構成で、ＤＧＤを経時変化させる場合、可変遅延器の遅延量を周期関数（例えば一定振幅の正弦関数）で変化させることが想定されるが、その場合のＤＧＤ発生分布は、図１１のように両端の発生確率が高く、中央部が低い凹型分布となり、凸型のマクスウェル分布に程遠くなってしまう。つまり、可変遅延器を用いてマクスウェル分布に近い発生確率でＤＧＤを発生させるためには、可変遅延器に対して極めて複雑な遅延量可変制御が必要となり、実現が困難である。
【００１２】
本発明は、上記事情を鑑みて、複雑な制御が不要で低コストに任意のＰＭＤを発生させることができる偏波モード分散ストレス発生方法および装置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】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の偏波モード分散ストレス発生方法は、
偏波モード分散の付与対象となる光信号を二つの直交偏波成分に分離し、
前記分離された一方の直交偏波成分を第１の光路を伝搬させ、他方の直交偏波成分を第２の光路を伝搬させるととともに、前記第１の光路と第２の光路のうち少なくとも一方の光路に、偏波分離された光をその幅方向に分けて複数の直交ミラー（５０）でそれぞれ受けて折り返す折り返し光路を形成して幅方向で異なる遅延を与え、前記複数の直交ミラーを該直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させることで、各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させて伝搬させ、
前記第１の光路と第２の光路を伝搬した直交偏波成分を合波して、互いに直交する偏波成分の群遅延時間差が、前記複数の直交ミラーの回動角に応じて変化する光を生成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項２の偏波モード分散ストレス発生装置は、
偏波モード分散の付与対象となる光信号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光信号を二つの直交偏波成分に分離する偏波分離手段（２２、２３）と、
前記二つの直交偏波成分の一方を受けて第１の光路を経由させ、該第１の光路の長さ相当の遅延を与えて出射する第１遅延手段（２５）と、
前記二つの直交偏波成分の他方を受けて第２の光路を経由させ、該第２の光路の長さ相当の遅延を与えて出射する第２遅延手段（２６）と、
前記第１遅延手段によって遅延された一方の直交偏波成分と、前記第２遅延手段によって遅延された他方の直交偏波成分を合波する偏波合波手段（２２、２８）と、
前記偏波合波手段で合波された光を外部へ出射するための光出射部（２９）と備え、
前記第１遅延手段と第２遅延手段の少なくとも一方は、
偏波分離された光をその幅方向に分けてそれぞれ受けて折り返す複数の直交ミラー（５０）と、該複数の直交ミラーを該直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させる回動装置（５２）とを含み、前記各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させつつ伝搬させて、前記偏波合波手段で合波された光の偏波成分の群遅延時間差を、前記複数の直交ミラーの回動角に応じて変化させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項３の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
単一の偏光ビームスプリッタ（２２）が、前記偏波分離手段と前記偏波合波手段とを兼ね、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１遅延手段との間および前記偏光ビームスプリッタと前記第２遅延手段との間に、それぞれ１／４波長板（３１、３２）が挿入されており、
前記第１遅延手段と第２遅延手段は、前記偏光ビームスプリッタで分離された直交偏波成分を前記各１／４波長板を介して受けてこれを同一光軸で逆向きに折り返して再度前記１／４波長板に入射させて、分離時と偏光方向がそれぞれ９０度異なる直交偏波成分に変えて分離時と同一光軸で前記偏光ビームスプリッタに戻し、それらを直交成分とする光を、前記偏光ビームスプリッタに対する前記光信号の入射光軸と直交する光軸に沿って出射させることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項４の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記偏波分離手段と前記偏波合波手段は、それぞれ個別の偏光ビームスプリッタ（２３、２８）によって構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項５の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２〜４のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記複数の直交ミラーに入射される光のビーム幅を広げるビームエキスパンダ（５３）を、前記偏波分離手段と前記複数の直交ミラーの間に配置したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項６の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２〜５のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記光入射部には、入射光のビーム幅を広げて平行光にするコリメータ（２１ｂ）が設けられ、前記光出射部には、合波光を集光するための集光レンズ（２９ａ）が設けられており、
前記光入射部のコリメータと前記光出射部の集光レンズが、ビーム幅拡張方向が互いに直交する二組のシリンドリカルレンズによってそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項７の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２〜５のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記光入射部には、入射光の偏波状態をランダム化する偏波スクランブラ（２１ｃ）が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項８の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２〜６のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記偏波合波手段によって合波されて前記光出射部に出射される光の一部を分岐する分岐器（５６）と、
前記分岐器によって分岐された光から両偏波成分を取り出すように、両偏光方向に対して偏光軸を４５度傾けた検光子（５７）と、
前記検光子によって検出された両偏波成分を受光する受光器（５８）と、
前記第１遅延手段と第２遅延手段の少なくとも一方に含まれる光反射手段（２５ａ）を、その入射光軸と平行な方向にスライド移動させて該光反射手段によって折り返される光路長を均一に変化させるスライド駆動手段（２５ｂ）とを含み、
前記光入射部から広帯域光源を入射させて、前記複数のミラーの角度を所定角度に固定した状態で、前記スライド駆動手段を制御したときの前記受光器の出力に基づいて、前記第１遅延手段と第２遅延手段の光路長合わせを行い、該光路長が合った状態から前記複数のミラーを前記所定角度から回動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
このように、本発明は、偏波モード分散の付与対象となる光信号を二つの直交偏波成分に分離し、その一方の直交偏波成分を第１の光路を伝搬させ、他方の直交偏波成分を第２の光路を伝搬させるととともに、両光路のうち少なくとも一方に、偏波分離された光をその幅方向に分けて複数の直交ミラー（５０）でそれぞれ受けて折り返す折り返し光路を形成し、その複数の直交ミラーを直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させることで、各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させて伝搬させ、第１の光路と第２の光路を伝搬した直交偏波成分を合波して、互いに直交する偏波成分の群遅延時間差が、複数の直交ミラーの回動角に応じて変化する光を生成している。
【００２２】
このため、複数の直交ミラーの回動角に基づいて任意のＤＧＤを与えることができ、また、シングルモード光ファイバによって光を入射した場合、光ファイバから出射される光強度がガウス分布であるため、ガウス分布をもったＤＧＤを発生させることができる。
【００２３】
さらに、装置として機械的に駆動される部分は、複数の直交ミラーを一体的に回動させる機構だけなので、小型化および低コストが可能である。
【００２４】
また、複数の直交ミラーに入射される光のビーム幅を広げるビームエキスパンダ（５３）を、偏波分離手段と複数の直交ミラーの間に配置した場合、小型の光学系で、より大きな遅延時間差を付与することができる。
【００２５】
また、光入射部のコリメータと光出射部の集光レンズが、ビーム幅拡張方向が互いに直交する二組のシリンドリカルレンズによってそれぞれ形成されている場合も、より大きな遅延時間差を付与することができる。
【００２６】
また、光入射部に偏波スクランブラを設けたものでは、入射光の偏波依存性を排除できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の基本構成図
【図２】偏波成分に幅方向に異なる遅延時間差を付与するための説明図
【図３】本発明の第１実施形態の構成図
【図４】ビームエキスパンダを用いた第２実施形態の構成図
【図５】ビームエキスパンダの構成例を示す図
【図６】シリンドリカルレンズを用いた第３実施形態の構成図
【図７】第１遅延手段２５にスライド駆動装置２５ｂを設けた第４実施形態の構成図
【図８】偏波分離手段と偏波合波手段を独立したＰＢＳで構成した第５実施形態の構成図
【図９】光入射部に偏波スクランブラを設けた第６実施形態の構成例を示す図
【図１０】両方の遅延手段にミラーアレーによる折り返し光路を設けた第７実施形態の構成例を示す図
【図１１】ＤＧＤ発生分布の例を示す図
【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、本発明の偏波モード分散ストレス発生装置２０の基本構成図である。
【００２９】
図１において、光入射部２１は、偏波モード分散の付与対象となる光信号Ｐｉｎ（ここでは直線偏光とする）を入射させるためのものであり、一般的に光ファイバにより入射させる場合には、その光ファイバ接続用のコネクタやコネクタから入射された光を平行光にするコリメータレンズ等が含まれる。
【００３０】
光入射部２１に入射された光信号Ｐｉｎは、偏波分離手段２３に入射され、二つの直交偏波成分（Ｐ波、Ｓ波）Ｐｐ、Ｐｓに分離される。この偏波分離手段２３としては主に偏光ビームスプリッタが用いられる。
【００３１】
分離された直交偏波成分の一方Ｐｐは第１遅延手段２５に入射され、他方Ｐｓは第２遅延手段２６に入射される。第１遅延手段２５と第２遅延手段２６は、入射光を受けてそれぞれ第１の光路、第２の光路を経由させ、その光路長相当の遅延を与えて出射するものである。
【００３２】
ただし、第１遅延手段２５と第２遅延手段２６の少なくとも一方（この図では第２遅延手段２６）は、光路内に遅延時間差を与え、且つその遅延時間差が変動するように制御している。
【００３３】
それを実現するために、第２遅延手段２６には、ミラーアレー５１とそれを回動する回動装置５２を含んでいる。
【００３４】
図２に示すように、ミラーアレー５１は、互いに直交する一対の反射面５０ａ、５０ｂをもち、その一方の反射面に入射された光を他方の反射面を介して入射光軸と平行な光軸で折り返して出射する直交ミラーユニット５０が、偏波分離手段２３からの光Ｐｓの幅の寸法内に複数段連続的に平行に並ぶ状態で一体的に形成されたものであり、回動装置５２は、各直交ミラーユニット５０を形成する一対の反射面が交わる境界線に平行な軸Ａ（紙面に直交する軸）を中心にミラーアレー５１全体を回動させて、ミラーアレー５１に対する光の入射角を変動させる。
【００３５】
第２遅延手段２６には、このミラーアレー５１による折り返し光路が含まれており、偏波分離手段２３からの光をその幅方向に分けてミラーアレー５１の複数の直交ミラーユニット５０でそれぞれ受けて折り返すことになる。
【００３６】
ここで、図２に示すように、ミラーアレー５１に対する光の入射角度をθ、隣あう直交ミラーユニット間の光路差をｄとすると、ｎ個離れた直交ミラーユニット間に生じる光路差は、ｎｄ＝２×Ｗ×sin θとなり、この光路差を回動装置５２により変動させることで、折り返された光Ｐｓ′の幅方向の各成分に変動する遅延時間差が付与され、後述する偏波合波手段２８で合波された光の偏波成分の群遅延時間差を変化させることができる。
【００３７】
第１遅延手段２５によって遅延された一方の直交偏波成分Ｐｐ′と、第２遅延手段２６によって遅延された他方の直交偏波成分Ｐｓ′は、偏波合波手段２８によって一つの光の直交成分として合波される。この偏波合波手段２８は、偏波分離手段２３と同様に偏光ビームスプリッタで構成される。
【００３８】
偏波合波手段２８で合波された光Ｐｏｕｔは、光出射部２９を介して出射される。この光出射部２９としては、出射用のコネクタや偏波合波手段２８から平行光で出射された光をコネクタの入射部に収束する集光レンズ等が含まれる。
【００３９】
制御部３０は、第１遅延手段２５と第２遅延手段２６のうち、前記したようにミラーアレー５１と回動装置５２を含む遅延手段の回動装置５２の制御を行い、所定の初期角度、回動振幅でミラーアレー５１を回動させて、偏波合波手段２８で合波された光Ｐｏｕｔの偏波成分の群遅延時間差を変化させる。
【００４０】
このような基本構成を有する偏波モード分散ストレス発生装置２０では、偏波分離された二つの直交偏波成分Ｐｐ、Ｐｓを、それぞれの遅延手段２５、２６に入射させてその少なくとも一方の遅延手段に入射された光の幅方向成分にミラーアレー５１の回動による遅延時間差を付与して、他方と合波して出射する構造であるので、そのミラーアレー５１の回動量に応じた任意のＤＧＤ（即ち、その平均値としての任意のＰＭＤ）を与えることができる。
【００４１】
また、少なくとも一方の偏波成分の光を幅方向に分けてそれぞれ異なる遅延時間差を付与する方式であるから、一方の偏波成分全体の遅延時間を一律に且つ正弦的に変動させる方式に比べて、より複雑な遅延時間変動を実現することができ、ミラーアレー５１に入射される光の強度分布に応じて所望分布（例えばマックスウェル分布やガウス分布のような）のＤＧＤを発生させることができる。
【００４２】
さらに、機械的に駆動される部分は遅延手段２５、２６の少なくとも一方だけで、しかも基本的にミラーアレー５１を回動させるだけなので、小型化および低コスト化が可能である。
【００４３】
（第１実施形態）
次に、より具体的な構成の第１実施形態を、図３を用いて説明する。
図３の偏波モード分散ストレス発生装置２０は、光入射部２１が、光信号Ｐｉｎを入射させるためのコネクタ２１ａと、入射した光を平行光にするコリメートレンズ２１ｂにより構成され、その光入射部２１から出射された光をＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２２で受ける。
【００４４】
この偏波モード分散ストレス発生装置２０は、一つのＰＢＳ２２が前記した偏波分離手段２３と偏波合波手段２８とを兼ねた所謂マイケルソン型干渉計の構造を有しており、入射した光信号Ｐｉｎを二つの直交偏波成分Ｐｐ、Ｐｓに分け、その一方Ｐｐを第１遅延手段２５に入射し、他方Ｐｓを第２遅延手段２６に入射し、それらの出射光Ｐｐ′、Ｐｓ′をＰＢＳ２２に戻して合波する構成となっている。
【００４５】
ここで、第１遅延手段２５は、入射光をその入射光軸と一致する出射光軸に沿って折り返すための直交ミラー２５ａによって構成されている。ただし、直交ミラー２５ａで折り返された光は入射時と同一偏波状態であるから、折り返された光をそのままＰＢＳ２２に戻すと、ＰＢＳ２２の可逆性により入射光Ｐｉｎ側に戻ってしまい、入射光との分離が困難になる。
【００４６】
そこで、ＰＢＳ２２と第１遅延手段２５の間に、１／４波長板３１を設けている。この１／４波長板３１をその光軸が入射する光の偏波方向に対して４５度となるように配置する。
【００４７】
これにより、ＰＢＳ２２から出射された偏波成分Ｐｐは、１／４波長板３１により円偏光となり、直交ミラー２５ａで折り返されて再び１／４波長板３１に反対向きに入射されるので、１／４波長板３１からＰＢＳ２２に対しては、元の偏波成分Ｐｐに対して９０度偏波方向が回転した偏波成分Ｐｐ′が出射されることになる。そして、この偏波成分Ｐｐ′がＰＢＳ２２に再入射するが、分離時の偏波方向と９０度異なるから光信号Ｐｉｎの入射方向には戻らず、それに直交する方向（図で下方）に出射される。
【００４８】
また、第２遅延手段２６は、前記したように複数の直交ミラーユニット５０の反射面がが一面側に連続的に形成されて一体化されているミラーアレー５１とそれを回動する回動装置５２を含んでいて、ＰＢＳから出射された他方の偏波成分Ｐｓに幅方向に異なり且つ変動する遅延時間差を付与して折り返す構造を有している。
【００４９】
ただしこの場合も、ミラーユニット５１で折り返される光の偏波状態は変わらないので、折り返された光をそのままＰＢＳに戻すと、入射光Ｐｉｎ側に戻ってしまい、一方の偏波成分Ｐｓ′との合波が行えない。
【００５０】
したがって、図のようにＰＢＳ２２と第２遅延手段２６の間にも１／４波長板３２を配置する。この場合も前記同様に１／４波長板３２の光軸が、入射光の偏波方向に対して４５度となるように配置する。
【００５１】
これによって、ＰＢＳ２２から出射された偏波成分Ｐｐは、１／４波長板３２により円偏光となり、ミラーアレー５１で折り返されて再び１／４波長板３２に反対向きに入射されるので、１／４波長板３２からＰＢＳ２２に対しては、元の偏波成分Ｐｓに対して９０度偏波方向が回転した偏波成分Ｐｓ′が出射されることになる。そして、この偏波成分Ｐｓ′がＰＢＳ２２に再入射するが、分離時の偏波方向と９０度異なるから光信号Ｐｉｎの入射方向には戻らず、それに直交する方向（図で下方）に出射される。
【００５２】
これらの遅延手段から折り返された光Ｐｐ′、Ｐｓ′は、それぞれ分離時と９０度異なる偏光面で再びＰＢＳ２２に互いに直交する向きで同一位置に入射されるので、ＰＢＳ２２の特性により、光信号Ｐｉｎの入射光軸と直交する共通の光軸（図で下方に向かう光軸）上でそれらを直交成分とする光Ｐｏｕｔに合波されて、光出射部２９を介して外部に出射される。
【００５３】
なお、光出射部２９はＰＢＳ２２で合波された光を、集光レンズ２９ａによって出射用のコネクタ２９ｂに収束させ、そのコネクタ２９ｂから外部へ出射させる。
【００５４】
制御部３０は、二つの遅延手段２５、２６の一方（この場合は第２遅延手段２６）の回動装置５２を制御して、ミラーアレー５１を予め設定された初期角度、回動振幅で回動させ、出射光Ｐｏｕｔの直交偏波成分間の群遅延時間差ＤＧＤを変動させ、所望の発生確率分布を与える。
【００５５】
なお、上記実施形態の第１遅延手段２５は、直交ミラー２５ａで入射光を折り返していたが、平面ミラーで折り返してもよい。これは後述の実施形態においても同様である。
【００５６】
（第２実施形態）
また、図４に示すように、第２遅延手段２６の入射部にビームエキスパンダ５３を設け、ミラーアレー５１に入射する光の幅を拡大してもよい。このようにすることで、小型の光学系で、より大きな遅延時間差を付与することができる。このビームエキスパンダ５３は、偏波分離手段としてのＰＢＳ２２からミラーアレー５１の間の任意の位置に配置できる。
【００５７】
なお、ビームエキスパンダ５３としては、図５の（ａ）のように、凹レンズ５３ａと凸レンズ５３ｂを組合せたものや、図５の（ｂ）のように、三角柱プリズム５３ｃ、５３ｄを組合せたものが使用できる。
【００５８】
（第３実施形態）
また、図６のように光入射部２１のコリメータ２１ｂおよび光出射部２９の集光レンズ２９ａを、それぞれビーム幅を広げる方向が互いに直交する二組のシリンドリカルレンズ２１ｂ′、２１ｂ″、２９ａ′、２９″をそれぞれ用いて、その間を伝搬する光のビーム幅を２次元方向に広げて、より大きな遅延時間差を付与することもできる。
【００５９】
（第４実施形態）
また、干渉計の両アームの光路長が一致する位置を基準として一方のアーム側の遅延時間を変動させるために、図７に示すように、光出射部２９の前段に設けた分岐器５６で出射光を分岐して両偏光方向に対して偏光軸を４５度に傾けた検光子５７に与え、その検光子５７から出射される光（両偏波を含む光）を受光器５８に入射してその強度を検出して制御部３０に与える。また、第１遅延手段２５の直交ミラー２５ａの位置をスライド駆動装置２５ｂによりスライドさせて、ＰＢＳ２２からの距離を可変できる構造にし、制御部３０は、第２遅延手段２６のミラーアレー５１の角度を所定角度に固定した状態で、光入射部２１から広帯域光源を入射させ、第１遅延手段２５の直交ミラー２５ａを移動させて、受光器５８に入射される光の強度が最大となる位置（干渉計の両アームの光路長が一致する位置）を決定し、この位置を基準にし、ミラーアレー５１を所定角度から回動駆動する。
【００６０】
なお、この例では第１遅延手段２５の光反射手段としての直交ミラー２５ａをスライド駆動装置２５ｂによってスライドさせ、第１遅延手段２５の光路長を均一に変化させているが、第２遅延手段２６のミラーアレー５１を回動だけでなくスライド駆動させても同様の作用が得られる。
【００６１】
（第５実施形態）
前記第１の実施形態では、単一のＰＢＳ２２が偏波分離手段２３と偏波合波手段２８を兼ねた構成（マイケルソン型干渉計）を示したが、図８のように、それらを互いに独立したＰＢＳで構成した、所謂マッハツェンダー型干渉計の構成を採用することもできる。
【００６２】
即ち、光入射部２１から入射された光を、偏波分離手段としてのＰＢＳ２３により、二つの直交偏波成分Ｐｐ、Ｐｓに分け、第１遅延手段２５と第２遅延手段２６にそれぞれ出射する。
【００６３】
第１遅延手段２５は、入射する偏波成分ＰｐをＰＢＳ６１で受けて９０度方向を変えて出射する光を１／４波長板３１を通過させ、直交ミラー２５ａで折り返し、１／４波長板３１およびＰＢＳ６１を介して、偏波合波手段としてのＰＢＳ２８に入射する。
【００６４】
また、第２遅延手段２６は、ＰＢＳ２３からの偏波成分ＰｓをＰＢＳ６２で受けて、これを通過させ、１／４波長板３２を介してミラーアレー５１に入射し、その折り返し光を、１／４波長板３２およびＰＢＳ６２を介してＰＢＳ２８に入射する。
【００６５】
なおここで、４つのＰＢＳ２３、６１、６２、２８は、長方形をなすように直交配置される。また、１／４波長板３１、３２の作用は、前記同様で偏波方向を変換するためのものである。
【００６６】
これによって、第２遅延手段２６に入射された偏波成分Ｐｓには、前記同様に、ミラーアレー５１によって折り返される光路において、幅方向に異なり且つ変動する遅延時間差が付与され、他方の偏波成分Ｐｐ′とともにＰＢＳ２８に出射され、前記同様に光Ｐｏｕｔに合波されて、光出射部２９を介して外部に出射される。
【００６７】
（第６実施形態）
上記各実施形態では、入射する光信号Ｐｉｎを直線偏波とし、偏波分離手段２２を構成するＰＢＳ２２、２３で分離される二つの直交偏波成分の大きさがほぼ等しくなるような偏光面で入力させて両偏波成分の遅延量に有効な変動を与えるようにしているが、各実施形態において、図９のように、光入射部２１に偏波スクランブラ２１ｃを設け、これを制御部３０によって制御し、入射する光信号Ｐｉｎの偏波をランダムに変化させることで、光信号Ｐｉｎの偏波方向を意識しないでも出射光Ｐｏｕｔの偏波成分間の遅延量に有効な変動を与えることができる。
【００６８】
（第７実施形態）
また、前記各実施形態では、第１遅延手段２５と第２遅延手段２６のうちの一方に（ここでは第２遅延手段２６）に、ミラーアレー５１による折り返し光路を設けていたが、図１０のように、両方の遅延手段にミラーアレー５１と回動装置５２を設けて、両者を同時に駆動する（ただし回動の周期、振幅、位相の少なくとも一つは異なるようにする）ことで、両偏波成分にの間により複雑な変動を与えることも可能である。この場合、前記した図３のマイケルソン型で第１遅延手段２５を第２遅延手段２６と同等の構成としたり、前記した図８のマッハツェンダー型のいずれにも適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
２０……偏波モード分散ストレス発生装置、２１……光入射部、２２……偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、２３……偏波分離手段（ＰＢＳ）、２５……第１遅延手段、２５ａ……直交ミラー、２５ｂ……スライド駆動装置、２６……第２遅延手段、２８……偏波合波手段（ＰＢＳ）、２９……光出射部、３０……制御部、３１、３２……１／４波長板、５０……直交ミラーユニット、５１……ミラーアレー、５２……回動装置、５３……ビームエキスパンダ、５６……分岐器、５７……検光子、５８……受光器、６１、６２……ＰＢＳ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速光通信において問題となる光の偏波モード分散（PMD：Polarization Mode
Dispersion）に対する光伝送システム、光部品などの耐力測定に必要な偏波モード分散ストレス発生装置に関し、特に、低コストに任意のＰＭＤが設定できるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムに対するＰＭＤ耐力試験に用いる装置として従来からＰＭＤエミュレータが用いられており、このＰＭＤエミュレータで試験対象に入射する光にＰＭＤストレスを加え、試験対象から出射される光信号についてのビット誤り率（ＢＥＲ）の測定を行い、加えるＰＭＤストレスの大きさとＢＥＲとの関連付けにより耐力評価を行っている。
【０００３】
なお、ＰＭＤは光信号が光コンポーネントを通過する際の直交する２つの偏波間における伝達速度の差と定義され、ＰＭＤについて議論するとき、実際に信号劣化に影響を及ぼすのは特定波長におけるある時間での二つの偏波間の群遅延時間差ＤＧＤ（Differential Group Delay ）であり、ＰＭＤは波長と時間に対するＤＧＤの平均値となる。
【０００４】
ＰＭＤは、光の直交偏波成分間の速度差であり、これを発生させる方式としてこれまでに以下に示す３つの方式が提案されている。
【０００５】
第１方式は、特許文献１に開示されているように、光路に対して直列に並んだ複数の複屈折素子の間に偏波コントローラを配置し、それらの偏波コントローラにより通過する光の偏波をランダムに変化させて、直交する偏波成分にＤＧＤを与えて、ＰＭＤを発生させる方式である。この方式は、複屈折素子の数を増やしていくことで、ＤＧＤの分布を理想とされるマクスウェル分布に近づけることができ、また高次ＰＭＤの発生も可能である。
【０００６】
しかし、この第１方式では、ＤＧＤの量が複屈折素子で与えられる位相差によって決まるため、任意のＤＧＤを与えることが難しい。また、瞬時変化するＤＧＤを発生させることが難しく、さらに、複数の複屈折素子と偏波コントローラが必要となることから、小型化および低コスト化が困難である。
【０００７】
また、第２方式としては、特許文献２（特に図１０）に開示されているように、光路に対して直列に並んだ複数の複屈折素子を機械的に回転させて、各複屈折素子によって位相差を変化させることで、ＰＭＤを発生させるものであり、この方式も高次ＰＭＤの発生が可能である。
【０００８】
しかし、第１方式同様に、任意のＰＭＤ量を与えることが難しく、複数の複屈折素子およびこれらを回転させる機構が必要となり、小型化および低コスト化が困難であった。
【０００９】
また、第３方式としては、特許文献３に開示されているように、光を直交偏波成分に分離してその一方の光を可変遅延器で遅延させて、他方の光と合波することで、ＰＭＤ（ＤＧＤ）を発生させるものであり、この方式は、可変遅延器の遅延量に対応した任意で且つ正確なＤＧＤを発生させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０９８６３０号公報
【特許文献２】特開２００６−０８６９５５号公報
【特許文献３】特開２００３−１４３０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記第３方式は、原理的に高次ＰＭＤを発生させることができない。また、第３方式の構成で、ＤＧＤを経時変化させる場合、可変遅延器の遅延量を周期関数（例えば一定振幅の正弦関数）で変化させることが想定されるが、その場合のＤＧＤ発生分布は、図１１のように両端の発生確率が高く、中央部が低い凹型分布となり、凸型のマクスウェル分布に程遠くなってしまう。つまり、可変遅延器を用いてマクスウェル分布に近い発生確率でＤＧＤを発生させるためには、可変遅延器に対して極めて複雑な遅延量可変制御が必要となり、実現が困難である。
【００１２】
本発明は、上記事情を鑑みて、複雑な制御が不要で低コストに任意のＰＭＤを発生させることができる偏波モード分散ストレス発生方法および装置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】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の偏波モード分散ストレス発生方法は、
偏波モード分散の付与対象となる光信号を二つの直交偏波成分に分離し、
前記分離された一方の直交偏波成分を第１の光路を伝搬させ、他方の直交偏波成分を第２の光路を伝搬させるととともに、前記第１の光路と第２の光路のうち少なくとも一方の光路に、偏波分離された光をその幅方向に分けて複数の直交ミラー（５０）でそれぞれ受けて折り返す折り返し光路を形成して幅方向で異なる遅延を与え、前記複数の直交ミラーを該直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させることで、各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させて伝搬させ、
前記第１の光路と第２の光路を伝搬した直交偏波成分を合波して、互いに直交する偏波成分の群遅延時間差が、前記複数の直交ミラーの回動角に応じて変化する光を生成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項２の偏波モード分散ストレス発生装置は、
偏波モード分散の付与対象となる光信号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光信号を二つの直交偏波成分に分離する偏波分離手段（２２、２３）と、
前記二つの直交偏波成分の一方を受けて第１の光路を経由させ、該第１の光路の長さ相当の遅延を与えて出射する第１遅延手段（２５）と、
前記二つの直交偏波成分の他方を受けて第２の光路を経由させ、該第２の光路の長さ相当の遅延を与えて出射する第２遅延手段（２６）と、
前記第１遅延手段によって遅延された一方の直交偏波成分と、前記第２遅延手段によって遅延された他方の直交偏波成分を合波する偏波合波手段（２２、２８）と、
前記偏波合波手段で合波された光を外部へ出射するための光出射部（２９）と備え、
前記第１遅延手段と第２遅延手段の少なくとも一方は、
偏波分離された光をその幅方向に分けてそれぞれ受けて折り返す複数の直交ミラー（５０）と、該複数の直交ミラーを該直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させる回動装置（５２）とを含み、前記各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させつつ伝搬させて、前記偏波合波手段で合波された光の偏波成分の群遅延時間差を、前記複数の直交ミラーの回動角に応じて変化させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項３の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
単一の偏光ビームスプリッタ（２２）が、前記偏波分離手段と前記偏波合波手段とを兼ね、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１遅延手段との間および前記偏光ビームスプリッタと前記第２遅延手段との間に、それぞれ１／４波長板（３１、３２）が挿入されており、
前記第１遅延手段と第２遅延手段は、前記偏光ビームスプリッタで分離された直交偏波成分を前記各１／４波長板を介して受けてこれを同一光軸で逆向きに折り返して再度前記１／４波長板に入射させて、分離時と偏光方向がそれぞれ９０度異なる直交偏波成分に変えて分離時と同一光軸で前記偏光ビームスプリッタに戻し、それらを直交成分とする光を、前記偏光ビームスプリッタに対する前記光信号の入射光軸と直交する光軸に沿って出射させることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項４の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記偏波分離手段と前記偏波合波手段は、それぞれ個別の偏光ビームスプリッタ（２３、２８）によって構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項５の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２〜４のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記複数の直交ミラーに入射される光のビーム幅を広げるビームエキスパンダ（５３）を、前記偏波分離手段と前記複数の直交ミラーの間に配置したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項６の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２〜５のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記光入射部には、入射光のビーム幅を広げて平行光にするコリメータ（２１ｂ）が設けられ、前記光出射部には、合波光を集光するための集光レンズ（２９ａ）が設けられており、
前記光入射部のコリメータと前記光出射部の集光レンズが、ビーム幅拡張方向が互いに直交する二組のシリンドリカルレンズによってそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項７の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２〜５のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記光入射部には、入射光の偏波状態をランダム化する偏波スクランブラ（２１ｃ）が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項８の偏波モード分散ストレス発生装置は、請求項２〜６のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置において、
前記偏波合波手段によって合波されて前記光出射部に出射される光の一部を分岐する分岐器（５６）と、
前記分岐器によって分岐された光から両偏波成分を取り出すように、両偏光方向に対して偏光軸を４５度傾けた検光子（５７）と、
前記検光子によって検出された両偏波成分を受光する受光器（５８）と、
前記第１遅延手段と第２遅延手段の少なくとも一方に含まれる光反射手段（２５ａ）を、その入射光軸と平行な方向にスライド移動させて該光反射手段によって折り返される光路長を均一に変化させるスライド駆動手段（２５ｂ）とを含み、
前記光入射部から広帯域光源を入射させて、前記複数のミラーの角度を所定角度に固定した状態で、前記スライド駆動手段を制御したときの前記受光器の出力に基づいて、前記第１遅延手段と第２遅延手段の光路長合わせを行い、該光路長が合った状態から前記複数のミラーを前記所定角度から回動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
このように、本発明は、偏波モード分散の付与対象となる光信号を二つの直交偏波成分に分離し、その一方の直交偏波成分を第１の光路を伝搬させ、他方の直交偏波成分を第２の光路を伝搬させるととともに、両光路のうち少なくとも一方に、偏波分離された光をその幅方向に分けて複数の直交ミラー（５０）でそれぞれ受けて折り返す折り返し光路を形成し、その複数の直交ミラーを直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させることで、各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させて伝搬させ、第１の光路と第２の光路を伝搬した直交偏波成分を合波して、互いに直交する偏波成分の群遅延時間差が、複数の直交ミラーの回動角に応じて変化する光を生成している。
【００２２】
このため、複数の直交ミラーの回動角に基づいて任意のＤＧＤを与えることができ、また、シングルモード光ファイバによって光を入射した場合、光ファイバから出射される光強度がガウス分布であるため、ガウス分布をもったＤＧＤを発生させることができる。
【００２３】
さらに、装置として機械的に駆動される部分は、複数の直交ミラーを一体的に回動させる機構だけなので、小型化および低コストが可能である。
【００２４】
また、複数の直交ミラーに入射される光のビーム幅を広げるビームエキスパンダ（５３）を、偏波分離手段と複数の直交ミラーの間に配置した場合、小型の光学系で、より大きな遅延時間差を付与することができる。
【００２５】
また、光入射部のコリメータと光出射部の集光レンズが、ビーム幅拡張方向が互いに直交する二組のシリンドリカルレンズによってそれぞれ形成されている場合も、より大きな遅延時間差を付与することができる。
【００２６】
また、光入射部に偏波スクランブラを設けたものでは、入射光の偏波依存性を排除できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の基本構成図
【図２】偏波成分に幅方向に異なる遅延時間差を付与するための説明図
【図３】本発明の第１実施形態の構成図
【図４】ビームエキスパンダを用いた第２実施形態の構成図
【図５】ビームエキスパンダの構成例を示す図
【図６】シリンドリカルレンズを用いた第３実施形態の構成図
【図７】第１遅延手段２５にスライド駆動装置２５ｂを設けた第４実施形態の構成図
【図８】偏波分離手段と偏波合波手段を独立したＰＢＳで構成した第５実施形態の構成図
【図９】光入射部に偏波スクランブラを設けた第６実施形態の構成例を示す図
【図１０】両方の遅延手段にミラーアレーによる折り返し光路を設けた第７実施形態の構成例を示す図
【図１１】ＤＧＤ発生分布の例を示す図
【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、本発明の偏波モード分散ストレス発生装置２０の基本構成図である。
【００２９】
図１において、光入射部２１は、偏波モード分散の付与対象となる光信号Ｐｉｎ（ここでは直線偏光とする）を入射させるためのものであり、一般的に光ファイバにより入射させる場合には、その光ファイバ接続用のコネクタやコネクタから入射された光を平行光にするコリメータレンズ等が含まれる。
【００３０】
光入射部２１に入射された光信号Ｐｉｎは、偏波分離手段２３に入射され、二つの直交偏波成分（Ｐ波、Ｓ波）Ｐｐ、Ｐｓに分離される。この偏波分離手段２３としては主に偏光ビームスプリッタが用いられる。
【００３１】
分離された直交偏波成分の一方Ｐｐは第１遅延手段２５に入射され、他方Ｐｓは第２遅延手段２６に入射される。第１遅延手段２５と第２遅延手段２６は、入射光を受けてそれぞれ第１の光路、第２の光路を経由させ、その光路長相当の遅延を与えて出射するものである。
【００３２】
ただし、第１遅延手段２５と第２遅延手段２６の少なくとも一方（この図では第２遅延手段２６）は、光路内に遅延時間差を与え、且つその遅延時間差が変動するように制御している。
【００３３】
それを実現するために、第２遅延手段２６には、ミラーアレー５１とそれを回動する回動装置５２を含んでいる。
【００３４】
図２に示すように、ミラーアレー５１は、互いに直交する一対の反射面５０ａ、５０ｂをもち、その一方の反射面に入射された光を他方の反射面を介して入射光軸と平行な光軸で折り返して出射する直交ミラーユニット５０が、偏波分離手段２３からの光Ｐｓの幅の寸法内に複数段連続的に平行に並ぶ状態で一体的に形成されたものであり、回動装置５２は、各直交ミラーユニット５０を形成する一対の反射面が交わる境界線に平行な軸Ａ（紙面に直交する軸）を中心にミラーアレー５１全体を回動させて、ミラーアレー５１に対する光の入射角を変動させる。
【００３５】
第２遅延手段２６には、このミラーアレー５１による折り返し光路が含まれており、偏波分離手段２３からの光をその幅方向に分けてミラーアレー５１の複数の直交ミラーユニット５０でそれぞれ受けて折り返すことになる。
【００３６】
ここで、図２に示すように、ミラーアレー５１に対する光の入射角度をθ、隣あう直交ミラーユニット間の光路差をｄとすると、ｎ個離れた直交ミラーユニット間に生じる光路差は、ｎｄ＝２×Ｗ×sin θとなり、この光路差を回動装置５２により変動させることで、折り返された光Ｐｓ′の幅方向の各成分に変動する遅延時間差が付与され、後述する偏波合波手段２８で合波された光の偏波成分の群遅延時間差を変化させることができる。
【００３７】
第１遅延手段２５によって遅延された一方の直交偏波成分Ｐｐ′と、第２遅延手段２６によって遅延された他方の直交偏波成分Ｐｓ′は、偏波合波手段２８によって一つの光の直交成分として合波される。この偏波合波手段２８は、偏波分離手段２３と同様に偏光ビームスプリッタで構成される。
【００３８】
偏波合波手段２８で合波された光Ｐｏｕｔは、光出射部２９を介して出射される。この光出射部２９としては、出射用のコネクタや偏波合波手段２８から平行光で出射された光をコネクタの入射部に収束する集光レンズ等が含まれる。
【００３９】
制御部３０は、第１遅延手段２５と第２遅延手段２６のうち、前記したようにミラーアレー５１と回動装置５２を含む遅延手段の回動装置５２の制御を行い、所定の初期角度、回動振幅でミラーアレー５１を回動させて、偏波合波手段２８で合波された光Ｐｏｕｔの偏波成分の群遅延時間差を変化させる。
【００４０】
このような基本構成を有する偏波モード分散ストレス発生装置２０では、偏波分離された二つの直交偏波成分Ｐｐ、Ｐｓを、それぞれの遅延手段２５、２６に入射させてその少なくとも一方の遅延手段に入射された光の幅方向成分にミラーアレー５１の回動による遅延時間差を付与して、他方と合波して出射する構造であるので、そのミラーアレー５１の回動量に応じた任意のＤＧＤ（即ち、その平均値としての任意のＰＭＤ）を与えることができる。
【００４１】
また、少なくとも一方の偏波成分の光を幅方向に分けてそれぞれ異なる遅延時間差を付与する方式であるから、一方の偏波成分全体の遅延時間を一律に且つ正弦的に変動させる方式に比べて、より複雑な遅延時間変動を実現することができ、ミラーアレー５１に入射される光の強度分布に応じて所望分布（例えばマックスウェル分布やガウス分布のような）のＤＧＤを発生させることができる。
【００４２】
さらに、機械的に駆動される部分は遅延手段２５、２６の少なくとも一方だけで、しかも基本的にミラーアレー５１を回動させるだけなので、小型化および低コスト化が可能である。
【００４３】
（第１実施形態）
次に、より具体的な構成の第１実施形態を、図３を用いて説明する。
図３の偏波モード分散ストレス発生装置２０は、光入射部２１が、光信号Ｐｉｎを入射させるためのコネクタ２１ａと、入射した光を平行光にするコリメートレンズ２１ｂにより構成され、その光入射部２１から出射された光をＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）２２で受ける。
【００４４】
この偏波モード分散ストレス発生装置２０は、一つのＰＢＳ２２が前記した偏波分離手段２３と偏波合波手段２８とを兼ねた所謂マイケルソン型干渉計の構造を有しており、入射した光信号Ｐｉｎを二つの直交偏波成分Ｐｐ、Ｐｓに分け、その一方Ｐｐを第１遅延手段２５に入射し、他方Ｐｓを第２遅延手段２６に入射し、それらの出射光Ｐｐ′、Ｐｓ′をＰＢＳ２２に戻して合波する構成となっている。
【００４５】
ここで、第１遅延手段２５は、入射光をその入射光軸と一致する出射光軸に沿って折り返すための直交ミラー２５ａによって構成されている。ただし、直交ミラー２５ａで折り返された光は入射時と同一偏波状態であるから、折り返された光をそのままＰＢＳ２２に戻すと、ＰＢＳ２２の可逆性により入射光Ｐｉｎ側に戻ってしまい、入射光との分離が困難になる。
【００４６】
そこで、ＰＢＳ２２と第１遅延手段２５の間に、１／４波長板３１を設けている。この１／４波長板３１をその光軸が入射する光の偏波方向に対して４５度となるように配置する。
【００４７】
これにより、ＰＢＳ２２から出射された偏波成分Ｐｐは、１／４波長板３１により円偏光となり、直交ミラー２５ａで折り返されて再び１／４波長板３１に反対向きに入射されるので、１／４波長板３１からＰＢＳ２２に対しては、元の偏波成分Ｐｐに対して９０度偏波方向が回転した偏波成分Ｐｐ′が出射されることになる。そして、この偏波成分Ｐｐ′がＰＢＳ２２に再入射するが、分離時の偏波方向と９０度異なるから光信号Ｐｉｎの入射方向には戻らず、それに直交する方向（図で下方）に出射される。
【００４８】
また、第２遅延手段２６は、前記したように複数の直交ミラーユニット５０の反射面がが一面側に連続的に形成されて一体化されているミラーアレー５１とそれを回動する回動装置５２を含んでいて、ＰＢＳから出射された他方の偏波成分Ｐｓに幅方向に異なり且つ変動する遅延時間差を付与して折り返す構造を有している。
【００４９】
ただしこの場合も、ミラーユニット５１で折り返される光の偏波状態は変わらないので、折り返された光をそのままＰＢＳに戻すと、入射光Ｐｉｎ側に戻ってしまい、一方の偏波成分Ｐｓ′との合波が行えない。
【００５０】
したがって、図のようにＰＢＳ２２と第２遅延手段２６の間にも１／４波長板３２を配置する。この場合も前記同様に１／４波長板３２の光軸が、入射光の偏波方向に対して４５度となるように配置する。
【００５１】
これによって、ＰＢＳ２２から出射された偏波成分Ｐｐは、１／４波長板３２により円偏光となり、ミラーアレー５１で折り返されて再び１／４波長板３２に反対向きに入射されるので、１／４波長板３２からＰＢＳ２２に対しては、元の偏波成分Ｐｓに対して９０度偏波方向が回転した偏波成分Ｐｓ′が出射されることになる。そして、この偏波成分Ｐｓ′がＰＢＳ２２に再入射するが、分離時の偏波方向と９０度異なるから光信号Ｐｉｎの入射方向には戻らず、それに直交する方向（図で下方）に出射される。
【００５２】
これらの遅延手段から折り返された光Ｐｐ′、Ｐｓ′は、それぞれ分離時と９０度異なる偏光面で再びＰＢＳ２２に互いに直交する向きで同一位置に入射されるので、ＰＢＳ２２の特性により、光信号Ｐｉｎの入射光軸と直交する共通の光軸（図で下方に向かう光軸）上でそれらを直交成分とする光Ｐｏｕｔに合波されて、光出射部２９を介して外部に出射される。
【００５３】
なお、光出射部２９はＰＢＳ２２で合波された光を、集光レンズ２９ａによって出射用のコネクタ２９ｂに収束させ、そのコネクタ２９ｂから外部へ出射させる。
【００５４】
制御部３０は、二つの遅延手段２５、２６の一方（この場合は第２遅延手段２６）の回動装置５２を制御して、ミラーアレー５１を予め設定された初期角度、回動振幅で回動させ、出射光Ｐｏｕｔの直交偏波成分間の群遅延時間差ＤＧＤを変動させ、所望の発生確率分布を与える。
【００５５】
なお、上記実施形態の第１遅延手段２５は、直交ミラー２５ａで入射光を折り返していたが、平面ミラーで折り返してもよい。これは後述の実施形態においても同様である。
【００５６】
（第２実施形態）
また、図４に示すように、第２遅延手段２６の入射部にビームエキスパンダ５３を設け、ミラーアレー５１に入射する光の幅を拡大してもよい。このようにすることで、小型の光学系で、より大きな遅延時間差を付与することができる。このビームエキスパンダ５３は、偏波分離手段としてのＰＢＳ２２からミラーアレー５１の間の任意の位置に配置できる。
【００５７】
なお、ビームエキスパンダ５３としては、図５の（ａ）のように、凹レンズ５３ａと凸レンズ５３ｂを組合せたものや、図５の（ｂ）のように、三角柱プリズム５３ｃ、５３ｄを組合せたものが使用できる。
【００５８】
（第３実施形態）
また、図６のように光入射部２１のコリメータ２１ｂおよび光出射部２９の集光レンズ２９ａを、それぞれビーム幅を広げる方向が互いに直交する二組のシリンドリカルレンズ２１ｂ′、２１ｂ″、２９ａ′、２９″をそれぞれ用いて、その間を伝搬する光のビーム幅を２次元方向に広げて、より大きな遅延時間差を付与することもできる。
【００５９】
（第４実施形態）
また、干渉計の両アームの光路長が一致する位置を基準として一方のアーム側の遅延時間を変動させるために、図７に示すように、光出射部２９の前段に設けた分岐器５６で出射光を分岐して両偏光方向に対して偏光軸を４５度に傾けた検光子５７に与え、その検光子５７から出射される光（両偏波を含む光）を受光器５８に入射してその強度を検出して制御部３０に与える。また、第１遅延手段２５の直交ミラー２５ａの位置をスライド駆動装置２５ｂによりスライドさせて、ＰＢＳ２２からの距離を可変できる構造にし、制御部３０は、第２遅延手段２６のミラーアレー５１の角度を所定角度に固定した状態で、光入射部２１から広帯域光源を入射させ、第１遅延手段２５の直交ミラー２５ａを移動させて、受光器５８に入射される光の強度が最大となる位置（干渉計の両アームの光路長が一致する位置）を決定し、この位置を基準にし、ミラーアレー５１を所定角度から回動駆動する。
【００６０】
なお、この例では第１遅延手段２５の光反射手段としての直交ミラー２５ａをスライド駆動装置２５ｂによってスライドさせ、第１遅延手段２５の光路長を均一に変化させているが、第２遅延手段２６のミラーアレー５１を回動だけでなくスライド駆動させても同様の作用が得られる。
【００６１】
（第５実施形態）
前記第１の実施形態では、単一のＰＢＳ２２が偏波分離手段２３と偏波合波手段２８を兼ねた構成（マイケルソン型干渉計）を示したが、図８のように、それらを互いに独立したＰＢＳで構成した、所謂マッハツェンダー型干渉計の構成を採用することもできる。
【００６２】
即ち、光入射部２１から入射された光を、偏波分離手段としてのＰＢＳ２３により、二つの直交偏波成分Ｐｐ、Ｐｓに分け、第１遅延手段２５と第２遅延手段２６にそれぞれ出射する。
【００６３】
第１遅延手段２５は、入射する偏波成分ＰｐをＰＢＳ６１で受けて９０度方向を変えて出射する光を１／４波長板３１を通過させ、直交ミラー２５ａで折り返し、１／４波長板３１およびＰＢＳ６１を介して、偏波合波手段としてのＰＢＳ２８に入射する。
【００６４】
また、第２遅延手段２６は、ＰＢＳ２３からの偏波成分ＰｓをＰＢＳ６２で受けて、これを通過させ、１／４波長板３２を介してミラーアレー５１に入射し、その折り返し光を、１／４波長板３２およびＰＢＳ６２を介してＰＢＳ２８に入射する。
【００６５】
なおここで、４つのＰＢＳ２３、６１、６２、２８は、長方形をなすように直交配置される。また、１／４波長板３１、３２の作用は、前記同様で偏波方向を変換するためのものである。
【００６６】
これによって、第２遅延手段２６に入射された偏波成分Ｐｓには、前記同様に、ミラーアレー５１によって折り返される光路において、幅方向に異なり且つ変動する遅延時間差が付与され、他方の偏波成分Ｐｐ′とともにＰＢＳ２８に出射され、前記同様に光Ｐｏｕｔに合波されて、光出射部２９を介して外部に出射される。
【００６７】
（第６実施形態）
上記各実施形態では、入射する光信号Ｐｉｎを直線偏波とし、偏波分離手段２２を構成するＰＢＳ２２、２３で分離される二つの直交偏波成分の大きさがほぼ等しくなるような偏光面で入力させて両偏波成分の遅延量に有効な変動を与えるようにしているが、各実施形態において、図９のように、光入射部２１に偏波スクランブラ２１ｃを設け、これを制御部３０によって制御し、入射する光信号Ｐｉｎの偏波をランダムに変化させることで、光信号Ｐｉｎの偏波方向を意識しないでも出射光Ｐｏｕｔの偏波成分間の遅延量に有効な変動を与えることができる。
【００６８】
（第７実施形態）
また、前記各実施形態では、第１遅延手段２５と第２遅延手段２６のうちの一方に（ここでは第２遅延手段２６）に、ミラーアレー５１による折り返し光路を設けていたが、図１０のように、両方の遅延手段にミラーアレー５１と回動装置５２を設けて、両者を同時に駆動する（ただし回動の周期、振幅、位相の少なくとも一つは異なるようにする）ことで、両偏波成分にの間により複雑な変動を与えることも可能である。この場合、前記した図３のマイケルソン型で第１遅延手段２５を第２遅延手段２６と同等の構成としたり、前記した図８のマッハツェンダー型のいずれにも適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
２０……偏波モード分散ストレス発生装置、２１……光入射部、２２……偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、２３……偏波分離手段（ＰＢＳ）、２５……第１遅延手段、２５ａ……直交ミラー、２５ｂ……スライド駆動装置、２６……第２遅延手段、２８……偏波合波手段（ＰＢＳ）、２９……光出射部、３０……制御部、３１、３２……１／４波長板、５０……直交ミラーユニット、５１……ミラーアレー、５２……回動装置、５３……ビームエキスパンダ、５６……分岐器、５７……検光子、５８……受光器、６１、６２……ＰＢＳ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波モード分散の付与対象となる光信号を二つの直交偏波成分に分離し、
前記分離された一方の直交偏波成分を第１の光路を伝搬させ、他方の直交偏波成分を第２の光路を伝搬させるととともに、前記第１の光路と第２の光路のうち少なくとも一方の光路に、偏波分離された光をその幅方向に分けて複数の直交ミラー（５０）でそれぞれ受けて折り返す折り返し光路を形成して幅方向で異なる遅延を与え、前記複数の直交ミラーを該直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させることで、各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させて伝搬させ、
前記第１の光路と第２の光路を伝搬した直交偏波成分を合波して、互いに直交する偏波成分の群遅延時間差が、前記複数の直交ミラーの回動角に応じて変化する光を生成することを特徴とする偏波モード分散ストレス発生方法。
【請求項２】
偏波モード分散の付与対象となる光信号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光信号を二つの直交偏波成分に分離する偏波分離手段（２２、２３）と、
前記二つの直交偏波成分の一方を受けて第１の光路を経由させ、該第１の光路の長さ相当の遅延を与えて出射する第１遅延手段（２５）と、
前記二つの直交偏波成分の他方を受けて第２の光路を経由させ、該第２の光路の長さ相当の遅延を与えて出射する第２遅延手段（２６）と、
前記第１遅延手段によって遅延された一方の直交偏波成分と、前記第２遅延手段によって遅延された他方の直交偏波成分を合波する偏波合波手段（２２、２８）と、
前記偏波合波手段で合波された光を外部へ出射するための光出射部（２９）と備え、
前記第１遅延手段と第２遅延手段の少なくとも一方は、
偏波分離された光をその幅方向に分けてそれぞれ受けて折り返す複数の直交ミラー（５０）と、該複数の直交ミラーを該直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させる回動装置（５２）とを含み、前記各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させつつ伝搬させて、前記偏波合波手段で合波された光の偏波成分の群遅延時間差を、前記複数の直交ミラーの回動角に応じて変化させることを特徴とする偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項３】
単一の偏光ビームスプリッタ（２２）が、前記偏波分離手段と前記偏波合波手段とを兼ね、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１遅延手段との間および前記偏光ビームスプリッタと前記第２遅延手段との間に、それぞれ１／４波長板（３１、３２）が挿入されており、
前記第１遅延手段と第２遅延手段は、前記偏光ビームスプリッタで分離された直交偏波成分を前記各１／４波長板を介して受けてこれを同一光軸で逆向きに折り返して再度前記１／４波長板に入射させて、分離時と偏光方向がそれぞれ９０度異なる直交偏波成分に変えて分離時と同一光軸で前記偏光ビームスプリッタに戻し、それらを直交成分とする光を、前記偏光ビームスプリッタに対する前記光信号の入射光軸と直交する光軸に沿って出射させることを特徴とする請求項２記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項４】
前記偏波分離手段と前記偏波合波手段は、それぞれ個別の偏光ビームスプリッタ（２３、２８）によって構成されていることを特徴とする請求項２記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項５】
前記複数の直交ミラーに入射される光のビーム幅を広げるビームエキスパンダ（５３）を、前記偏波分離手段と前記複数の直交ミラーの間に配置したことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項６】
前記光入射部には、入射光のビーム幅を広げて平行光にするコリメータ（２１ｂ）が設けられ、前記光出射部には、合波光を集光するための集光レンズ（２９ａ）が設けられており、
前記光入射部のコリメータと前記光出射部の集光レンズが、ビーム幅拡張方向が互いに直交する二組のシリンドリカルレンズによってそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項７】
前記光入射部には、入射光の偏波状態をランダム化する偏波スクランブラ（２１ｃ）が設けられていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項８】
前記偏波合波手段によって合波されて前記光出射部に出射される光の一部を分岐する分岐器（５６）と、
前記分岐器によって分岐された光から両偏波成分を取り出すように、両偏光方向に対して偏光軸を４５度傾けた検光子（５７）と、
前記検光子によって検出された両偏波成分を受光する受光器（５８）と、
前記第１遅延手段と第２遅延手段の少なくとも一方に含まれる光反射手段（２５ａ）を、その入射光軸と平行な方向にスライド移動させて該光反射手段によって折り返される光路長を均一に変化させるスライド駆動手段（２５ｂ）とを含み、
前記光入射部から広帯域光源を入射させて、前記複数のミラーの角度を所定角度に固定した状態で、前記スライド駆動手段を制御したときの前記受光器の出力に基づいて、前記第１遅延手段と第２遅延手段の光路長合わせを行い、該光路長が合った状態から前記複数のミラーを前記所定角度から回動させることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項１】
偏波モード分散の付与対象となる光信号を二つの直交偏波成分に分離し、
前記分離された一方の直交偏波成分を第１の光路を伝搬させ、他方の直交偏波成分を第２の光路を伝搬させるととともに、前記第１の光路と第２の光路のうち少なくとも一方の光路に、偏波分離された光をその幅方向に分けて複数の直交ミラー（５０）でそれぞれ受けて折り返す折り返し光路を形成して幅方向で異なる遅延を与え、前記複数の直交ミラーを該直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させることで、各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させて伝搬させ、
前記第１の光路と第２の光路を伝搬した直交偏波成分を合波して、互いに直交する偏波成分の群遅延時間差が、前記複数の直交ミラーの回動角に応じて変化する光を生成することを特徴とする偏波モード分散ストレス発生方法。
【請求項２】
偏波モード分散の付与対象となる光信号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光信号を二つの直交偏波成分に分離する偏波分離手段（２２、２３）と、
前記二つの直交偏波成分の一方を受けて第１の光路を経由させ、該第１の光路の長さ相当の遅延を与えて出射する第１遅延手段（２５）と、
前記二つの直交偏波成分の他方を受けて第２の光路を経由させ、該第２の光路の長さ相当の遅延を与えて出射する第２遅延手段（２６）と、
前記第１遅延手段によって遅延された一方の直交偏波成分と、前記第２遅延手段によって遅延された他方の直交偏波成分を合波する偏波合波手段（２２、２８）と、
前記偏波合波手段で合波された光を外部へ出射するための光出射部（２９）と備え、
前記第１遅延手段と第２遅延手段の少なくとも一方は、
偏波分離された光をその幅方向に分けてそれぞれ受けて折り返す複数の直交ミラー（５０）と、該複数の直交ミラーを該直交ミラーを形成する一対の直交反射面が交わる境界線に平行な軸で一体的に回動させる回動装置（５２）とを含み、前記各直交ミラーによりそれぞれ折り返された光成分に付与される遅延時間差を変動させつつ伝搬させて、前記偏波合波手段で合波された光の偏波成分の群遅延時間差を、前記複数の直交ミラーの回動角に応じて変化させることを特徴とする偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項３】
単一の偏光ビームスプリッタ（２２）が、前記偏波分離手段と前記偏波合波手段とを兼ね、
前記偏光ビームスプリッタと前記第１遅延手段との間および前記偏光ビームスプリッタと前記第２遅延手段との間に、それぞれ１／４波長板（３１、３２）が挿入されており、
前記第１遅延手段と第２遅延手段は、前記偏光ビームスプリッタで分離された直交偏波成分を前記各１／４波長板を介して受けてこれを同一光軸で逆向きに折り返して再度前記１／４波長板に入射させて、分離時と偏光方向がそれぞれ９０度異なる直交偏波成分に変えて分離時と同一光軸で前記偏光ビームスプリッタに戻し、それらを直交成分とする光を、前記偏光ビームスプリッタに対する前記光信号の入射光軸と直交する光軸に沿って出射させることを特徴とする請求項２記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項４】
前記偏波分離手段と前記偏波合波手段は、それぞれ個別の偏光ビームスプリッタ（２３、２８）によって構成されていることを特徴とする請求項２記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項５】
前記複数の直交ミラーに入射される光のビーム幅を広げるビームエキスパンダ（５３）を、前記偏波分離手段と前記複数の直交ミラーの間に配置したことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項６】
前記光入射部には、入射光のビーム幅を広げて平行光にするコリメータ（２１ｂ）が設けられ、前記光出射部には、合波光を集光するための集光レンズ（２９ａ）が設けられており、
前記光入射部のコリメータと前記光出射部の集光レンズが、ビーム幅拡張方向が互いに直交する二組のシリンドリカルレンズによってそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項７】
前記光入射部には、入射光の偏波状態をランダム化する偏波スクランブラ（２１ｃ）が設けられていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【請求項８】
前記偏波合波手段によって合波されて前記光出射部に出射される光の一部を分岐する分岐器（５６）と、
前記分岐器によって分岐された光から両偏波成分を取り出すように、両偏光方向に対して偏光軸を４５度傾けた検光子（５７）と、
前記検光子によって検出された両偏波成分を受光する受光器（５８）と、
前記第１遅延手段と第２遅延手段の少なくとも一方に含まれる光反射手段（２５ａ）を、その入射光軸と平行な方向にスライド移動させて該光反射手段によって折り返される光路長を均一に変化させるスライド駆動手段（２５ｂ）とを含み、
前記光入射部から広帯域光源を入射させて、前記複数のミラーの角度を所定角度に固定した状態で、前記スライド駆動手段を制御したときの前記受光器の出力に基づいて、前記第１遅延手段と第２遅延手段の光路長合わせを行い、該光路長が合った状態から前記複数のミラーを前記所定角度から回動させることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の偏波モード分散ストレス発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−５４６７３（Ｐ２０１２−５４６７３Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９４００７（Ｐ２０１０−１９４００７）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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