光干渉計
【課題】光の波長の変化による位相のずれを補償し、位相の観測・位相の検出に適した光干渉計を実現する。
【解決手段】外部入力光を２つの光路の光に分ける第１のビームスプリッタ１０と、一方の光路に挿入したファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器１２と、２つの光路に分けた光を再度重ね合わせる第２のビームスプリッタ１４を具備している。可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する第１の四分の一波長板２０と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子２２と、それを透過した円偏光を直線偏光に変換して出力する第２の四分の一波長板２４を備え、この第２の四分の一波長板から出力する光の位相を、可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とする。そして、第２のビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の光と前記可変光位相器の透過光とを重ね合わせて外部出力光とする。
【解決手段】外部入力光を２つの光路の光に分ける第１のビームスプリッタ１０と、一方の光路に挿入したファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器１２と、２つの光路に分けた光を再度重ね合わせる第２のビームスプリッタ１４を具備している。可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する第１の四分の一波長板２０と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子２２と、それを透過した円偏光を直線偏光に変換して出力する第２の四分の一波長板２４を備え、この第２の四分の一波長板から出力する光の位相を、可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とする。そして、第２のビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の光と前記可変光位相器の透過光とを重ね合わせて外部出力光とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファラデー効果を利用した可変光位相器を一方の光路に組み込んだ光干渉計に関するものである。この技術は、例えば光ファイバ通信や光計測などの分野における光位相を応用した技術などに有用である。
【背景技術】
【０００２】
光干渉計は、外部入力光を複数の光に分け、異なる光路を進んだ光を再び重ね合わせて干渉を起こさせる光学系であり、得られた干渉光の強度を解析することにより様々な物理量を測定する装置などに利用されている。光干渉計には、光学系の構成により、マッハ・ツェンダ干渉計やマイケルソン干渉計などがある。
【０００３】
マッハ・ツェンダ干渉計は、外部入力光を２つに分けて、別々の光路を通してから再度重ね合わせて外部出力光とする方式であり、マイケルソン干渉計は、外部入力光を２つに分けて、それぞれの光を反射鏡で折り返して重ね合わせて外部出力光とする方式である。これらの光干渉計では、２つに分けた光の位相差が干渉光の強度として観測される。このことは、光の波長の変化を計測する場合には都合がよいが、光の位相を観測する場合には不都合を生じる。
【０００４】
例えば、光ファイバ通信では、情報を伝送するための変調方式として、高速化（ワイドバンド化）に適しているという点から、情報を位相に乗せる位相変調方式が有望視されている。この位相変調では、位相を変化させる位相変調器や位相の変化を検出する位相復調器が必要となる。この場合、光の波長の変化による位相のずれを補償できなければ、位相の変化を正しく検出することができない。
【０００５】
ところで、光通信や光測定の分野では、光スイッチや光減衰器などの光デバイスが使用されるが、これらの中にはマッハ・ツェンダ型干渉計などに可変光位相器（位相シフタ）を組み合わせて構成されるものもある。例えば、特許文献１には、マッハ・ツェンダ干渉計と位相シフタを用いた差分４位相偏移変調の技術が開示されている。
【０００６】
従来、光の位相を制御する可変光位相器としては、導波路構造を用いた熱光学位相シフタ、導波路構造の電気光学結晶を用いた電気光学位相シフタ、液晶を用いた液晶光学位相シフタが知られている。しかし、熱光学位相シフタの場合、熱光学効果を利用しているため、応答速度が遅く、雰囲気温度の影響を受け易い。電気光学位相シフタの場合には、電気光学結晶と光ファイバの屈折率差が大きいため、損失（特に挿入損失）が大きくなる。液晶光学位相シフタの場合は、液晶を利用しているため、応答速度が遅いことが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、光の波長の変化による位相のずれを補償し、位相の観測・位相の検出に適した光干渉計を提供することである。本発明が解決しようとする他の課題は、外部温度などの影響を受け難くし、応答速度を速めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、外部入力光を２つの光路の光に分ける第１のビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器と、２つの光路に分けた光を再度重ね合わせる第２のビームスプリッタを具備し、前記可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する第１の四分の一波長板と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子と、該可変ファラデー回転子を透過した円偏光を直線偏光に変換して出力する第２の四分の一波長板を備え、この第２の四分の一波長板から出力する光の位相を、前記可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とし、前記第２のビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の光と前記可変光位相器の透過光とを重ね合わせて外部出力光とするようにしたことを特徴とする光干渉計である。
【００１０】
この場合、前記可変光位相器は、その入力側に、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離する第１の偏光子を、その出力側に、互いに直交する２つの直線偏光を偏光合成して出力光とする第２の偏光子を備えた構造とし、それによって偏波無依存型としてもよい。
【００１１】
また本発明は、外部入力光を２つの光路の光に分けるビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した反射型の可変光位相器と、２つに分けた他方の光路の光を折り返す反射鏡を具備し、前記可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する四分の一波長板と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子と、該可変ファラデー回転子を透過した円偏光を反射して光路を逆進させる反射体を備え、前記四分の一波長板を逆進して出力する光の位相を、前記可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とし、前記ビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の戻り光と前記可変光位相器の戻り光とを重ね合わせて外部出力光とするようにしたことを特徴とする光干渉計である。
【００１２】
この場合、前記可変光位相器は、その入出力側に、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離すると共に、互いに直交する２つの直線偏光を偏光合成して出力光とする偏光子を備えた構造とし、それによって偏波無依存型としてもよい。
【００１３】
なお、外部から光干渉計への光入出力には、光コリメータを使用するのがよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光干渉計は、２つに分けた一方の光路に可変光位相器を挿入し、該可変光位相器で光の位相を調整するものであるから、温度など周囲環境の変化に伴う光路の伸縮や光の波長の変化による位相のずれを補償することができる。本発明は光路長を物理的に変えるものではないので、装置全体を温調器に収容して更に温度制御を行うといった従来の大掛かりな設備が不要となり、省電力化並びに応答性の改善が可能となる。これによって、光の位相を観測したり光の位相を検出するのに適した光干渉計が得られる。
【００１５】
また本発明は、可変光位相器で位相を変える方式であるから、一つ前の信号光の位相と次の信号光の位相との差を検出する差動の光干渉計が実現できる。また、可変光位相器で干渉計の出力を制御することも可能となる。
【００１６】
しかも本発明ではファラデー効果を利用した可変光位相器を用いているので、高速制御が可能であり、しかも温度等の環境条件による影響も受け難い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る光干渉計の一実施例を示す説明図。
【図２】その可変光位相器の動作説明図。
【図３】それに用いる透過型の可変光位相器の他の例を示す説明図。
【図４】本発明に係る光干渉計の他の実施例を示す説明図。
【図５】その可変光位相器の動作説明図。
【図６】それに用いる反射型の可変光位相器の他の例を示す説明図。
【図７】本発明に係る光干渉計の更に他の実施例を示す説明図。
【図８】その可変光位相器の電流値と光強度の関係を示す説明図。
【実施例】
【００１８】
（第１実施例）
本発明に係る光干渉計の第１実施例を図１に示す。これは、透過型の可変光位相器を用いるマッハ・ツェンダ型の例である。外部入力光を２つの光路の光に分ける第１のビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器１２と、２つの光路に分けた光を再度重ね合わせる第２のビームスプリッタ１４を具備している。ここでは外部入力光として直線偏光を想定しており、ビームスプリッタとしては例えばハーフミラーを用いる。第１のビームスプリッタ１０によって外部入力光を２つの光路の光に分け、該第１のビームスプリッタ１０の透過光は第１の反射鏡１６で反射されて、第２のビームスプリッタ１４に導かれる。他方、第１のビームスプリッタ１０の反射光は、第２の反射鏡１８で反射されて、可変光位相器１２を透過して第２のビームスプリッタ１４に導かれる。このようにして第２のビームスプリッタ１４に達した２つの光は、偏光方向が同じ状態で合波されて外部出力光となる。
【００１９】
ここでは可変光位相器１２は、入力した直線偏光を円偏光に変換する第１の四分の一波長板２０と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子２２と、該可変ファラデー回転子２２を透過した円偏光を直線偏光に変換して出力する第２の四分の一波長板２４を備えている。可変ファラデー回転子２２は、ファラデー素子（磁気光学結晶）と、それに外部磁界を印加する電磁石などの外部磁界印加手段からなり、印加する外部磁界の方向と強度によって透過光のファラデー回転角を任意に変えることができる構造である。前方からの入力光は、第１の四分の一波長板２０、可変ファラデー回転子２２、第２の四分の一波長板２４を順次透過した後、後方への出力光となる。可変ファラデー回転子２２によるファラデー回転角に応じて、第２の四分の一波長板２４から出力する光の位相を変化させ、出力光とする。そして、前記第２のビームスプリッタ１４は、可変光位相器１２を通る下側光路の光と、可変光位相器１２を通らない上側光路の光を重ね合わせて外部出力光とする。
【００２０】
この可変光位相器の動作を図２により説明する。同図のＡとＢは、同じ可変光位相器１２であって、位相制御状態だけが異なる。Ａは、ファラデー回転角が０度の場合を示しており、Ｂは、ファラデー回転角が９０度の場合を示している。
【００２１】
この場合、入力光は直線偏光であって、第１の四分の一波長板２０は、その直線偏光の偏光方向に対して、光学軸が面内で４５度回転していることにより、その直線偏光を円偏光に変換する。この変換は可逆である。可変ファラデー回転子２２は、第１の四分の一波長板２０にて直線偏光から変換された円偏光を透過させる。この可変ファラデー回転子２２は、例えば同図のＡとＢに示すように、ファラデー回転角を４５度＋０度から４５度＋９０度まで無段階で変化させることができ、円偏光が透過する場合は円偏光の位相を＋０度から＋９０度まで無段階で変化させることができる。この位相の変化は、ファラデー素子への印加磁界の方向と強度によって操作することができ、その印加磁界は電磁石への通電電流によって制御することができる。可変ファラデー回転子２２を透過した円偏光は、第２の四分の一波長板２４で直線偏光に変換される。このとき、可変ファラデー回転子２２にて偏光面の相対的な方向が制御された円偏光は、第２の四分の一波長板２４でその偏光面の方向に対応した位相で直線偏光に変換される。従って、可変ファラデー回転子２２のファラデー回転角を変化させることにより、円偏光から直線偏光に変換された出力光の位相を変化させることができる。例えば、同図のＡとＢとでは９０度の位相差が生じているが、この位相差は可変ファラデー回転子２２の回転角に応じて連続的に変化する。
【００２２】
このように出力光の位相変化は、可変ファラデー回転子２２でのファラデー回転角の変化によってもたらされる。前述のように、可変ファラデー回転子２２のファラデー回転角は、印加磁界の方向と強度によって連続的に可変させることができるが、その印加磁界の方向と強度は励磁コイルの通電電流によって任意の大きさに高速で可変制御することができる。これによって、光位相の連続可変と高速制御が可能であるとともに、温度等の環境条件からの影響を受け難い可変光位相器１２を構成することができる。
【００２３】
可変光位相器を備えていない通常のマッハ・ツェンダ型光干渉計では、上側光路の光路長Ｌ１と下側光路の光路長Ｌ２が等しい（Ｌ１＝Ｌ２）場合、同位相で合成されるので光は強め合って出力される。Ｌ１−Ｌ２＝λ×ｎ（波長の整数倍）の場合も、同様に、光は強め合って出力される。一方、Ｌ１−Ｌ２＝λ／２（波長の半分）の場合は、逆位相で合成されるので出力する光は弱め合う。更に、Ｌ１−Ｌ２＝λ／２＋λ×ｎ（ｎ：整数）の場合も、光は弱め合って出力する。ここで、波長λが変化した場合は、光路長Ｌ１とＬ２の関係が変わらなくても、λ×ｎ、λ／２＋λ×ｎが変化するため、光の出力は変化する（但し、Ｌ１＝Ｌ２の場合は除く）。即ち、波長の変化が、重ね合わせでの位相のずれになる。そこで、図１に示すように、一方の光路に可変光位相器を挿入することにより、破線で示す位相状態を実線で示す位相状態に変化させることができ、光の波長の変化による位相のずれを補償することができる。
【００２４】
なお、図１に示す実施例において、外部入力光が直線偏光ではない場合には、偏光分離型のビームスプリッタを用いると共に、一方の光路（例えば、第１のビームスプリッタと第１の反射鏡との間）に二分の一波長板を挿入する。第１のビームスプリッタによって外部入力光を互いに直交する２つの直線偏光に分け、該第１のビームスプリッタの透過光は二分の一波長板で偏光方向を直交した方向に変換され、第１の反射鏡で反射されて第２のビームスプリッタに導かれる。他方、第１のビームスプリッタの反射光は、第２の反射鏡で反射されて、可変光位相器を透過して第２のビームスプリッタに導かれる。このようにして第２のビームスプリッタに達した２つの光は偏光方向が揃い、合波されて外部出力光となる。挿入した二分の一波長板は、偏光方向を変える機能を果たしている。
【００２５】
図３は、本発明の光干渉計に用いることができる透過型の可変光位相器の他の例を示している。光干渉計は、図１に示すようなマッハ・ツェンダ型を前提としている。図１で用いた可変光位相器との主たる相違点は、入力光を直交する２つの直線偏光に偏光分離する第１の偏光子２６と、直交する２つの直線偏光を偏光合成する第２の偏光子２８を備えている点である。これにより可変光位相器は偏波無依存型となる。光干渉計における第１及び第２のビームスプリッタはハーフミラーなどでよい。
【００２６】
Ａに示す例は、第１の偏光子２６、第１の四分の一波長板３０、可変ファラデー回転子３２、第２の四分の一波長板３４、第２の偏光子２８を、その順に配列した構成である。第１の偏光子２６は、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離する。第１の四分の一波長板３０は、偏光分離された２つの直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する。この第１の四分の一波長板３０は、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。可変ファラデー回転子３２は、２つの円偏光をそれぞれその位相を変化させながら透過させる。第２の四分の一波長板３４は、可変ファラデー回転子３２を透過した２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換する。この第２の四分の一波長板３４も、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。第２の偏光子２８は、第２の四分の一波長板３４から出力する２つの直線偏光を偏光合成する。この第２の偏光子２８にて偏光合成される出力光の位相が、上記可変ファラデー回転子３２の回転角に応じて変化することになる。
【００２７】
Ｂに示す例は、第１の偏光子２６、第１の補償素子３６、第１の四分の一波長板３０、可変ファラデー回転子３２、第２の四分の一波長板３４、第２の補償素子３８、第２の偏光子２８を、その順に配列した構成である。前記Ａとの相違点は、このＢに示す例では、第１の偏光子２６の偏光分離出光路に、該第１の偏光子２６にて発生する偏波モード分散を補償する第１の補償素子（複屈折結晶）３６を、また第２の偏光子２８の偏光合成入光路に、該第２の偏光子２８にて発生する偏波モード分散を補償する第２の補償素子（複屈折結晶）３８を介在させている点である。
【００２８】
偏波モード分散は偏光モード間で光の群速度が異なることにより生じるが、複屈折によって偏光の分離・合成を行う偏光子では、偏光モード（偏波成分軸方向）の違いによる光の伝播速度差によって偏波モード分散が生じる。前記Ｂの構成では、この偏波モード分散を、光の伝播速度が遅い偏波成分軸である遅軸と、速い偏波成分軸である速軸に対して、上記遅軸には速軸、上記速軸には遅軸がそれぞれ配されるように設置した補償素子（複屈折結晶）によって補償している。
【００２９】
（第２実施例）
本発明に係る光干渉計の第２実施例を図４に示す。これは、反射型の可変光位相器を用いるマイケルソン型の例である。外部入力光を２つの光路の光に分けるビームスプリッタ５０と、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した反射型の可変光位相器５２と、２つに分けた他方の光路の光を折り返す反射鏡５４を具備している。ここでは外部入力光として直線偏光を想定しており、ビームスプリッタとしては例えばハーフミラーを用いる。ビームスプリッタ５０によって外部入力光を互いに直交する２つの光路の光に分け、該ビームスプリッタ５０の反射光は反射鏡５４で反射して光路を逆進し、前記ビームスプリッタ５０に達する。ビームスプリッタ５０の透過光は、可変光位相器５２に入り、その終端で反射され折り返して前記ビームスプリッタ５０に達する。このようにして、ビームスプリッタに達したこれら２つの光は、偏光方向が同じ状態で合波されて外部出力光となる。
【００３０】
可変光位相器５２は、入力した直線偏光を円偏光に変換する四分の一波長板６０と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子６２と、該可変ファラデー回転子６２を透過した円偏光を反射する反射鏡６４を備えている。可変ファラデー回転子６２は、ファラデー素子（磁気光学結晶）と、それに外部磁界を印加する電磁石の組み合わせなどからなり、透過光のファラデー回転角を任意に変えることができる構造である。前方からの入力光は、四分の一波長板６０、可変ファラデー回転子６２を順次透過した後、反射鏡６４で反射され、再び可変ファラデー回転子６２、四分の一波長板６０を逆進して出力光となる。可変ファラデー回転子６２のファラデー回転角に応じて、四分の一波長板６０から出力する光の位相を変化させ、出力光とする。ビームスプリッタ５０は、可変光位相器５２を通って折り返す光と、可変光位相器５２を通らない光を重ね合わせて外部出力光とする。
【００３１】
ところで、可変光位相器を備えていない通常のマイケルソン型光干渉計では、入力光の波長がλ１の場合、上側の往復光路長をＬ１、右側の往復光路長をＬ２としたとき、Ｌ１−Ｌ２＝λ１×ｎとなるように構成されており、強め合った光が出力される。しかし、入力光の波長がλ２に変化すると、Ｌ１−Ｌ２≠λ２×ｎとなるため、光干渉計からは強め合った光は出力されなくなる。ここで、一方の光路に可変光位相器を挿入して光の位相を（λ２／λ１×２π×ｎ）シフトさせると、見掛け上の光路長差をＬ１−Ｌ２＝λ２×ｍとすることができ、光干渉計からは強め合った光が出力される。なお、位相は周期性を有するので、λ２／λ１×２π×ｎは−π〜０〜＋πの位相に置き換えることができ、そのため可変光位相器の位相シフト量も−π〜０〜＋πで十分となる。
【００３２】
なお、図４に示す実施例において、外部入力光が直線偏光ではない場合には、偏光分離型のビームスプリッタを用いると共に、一方の光路（例えば、反射鏡で反射される光路）に四分の一波長板を挿入する。ビームスプリッタによって外部入力光を互いに直交する２つの光路の光に分け、ビームスプリッタの反射光は、四分の一波長板を透過し、反射鏡で反射して光路を逆進し、再び四分の一波長板を透過して前記ビームスプリッタに達する。ビームスプリッタの反射光は、四分の一波長板を往復する過程で偏光方向を直交した方向に変換される。ビームスプリッタの透過光は、可変光位相器に入り、その終端で反射され折り返して前記ビームスプリッタに達する。このようにして、ビームスプリッタに達したこれら２つの光は偏光方向が揃い、合波されて外部出力光となる。上記の四分の一波長板は、偏光方向を変える機能を果たしている。
【００３３】
図５は、本発明の光干渉計に用いる反射型の可変光位相器の他の例を示している。光干渉計は、図４に示すようなマイケルソン型を前提としている。図４で用いた可変光位相器との相違点は、これらの可変光位相器は、入力光を直交する２つの直線偏光に偏光分離・合成する偏光子を備えている点である。これにより可変光位相器は偏波無依存型となり、そのため光干渉計におけるビームスプリッタはハーフミラーなどでよい。
【００３４】
Ａに示す例は、偏光子７０、四分の一波長板７２、可変ファラデー回転子７４、反射鏡７６を、その順に配列した構成である。偏光子７０は、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離する。四分の一波長板７２は、偏光分離された２つの直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する。この四分の一波長板７２は、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。可変ファラデー回転子７４は、２つの円偏光をそれぞれ位相を変化させながら透過させ、各透過光は反射鏡７６に達して反射する。戻り光（２つの円偏光）は、可変ファラデー回転子７４でそれぞれ位相を変化させながら透過し、四分の一波長板７２で２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換し、偏光子７０で２つの直線偏光を偏光合成する。この偏光子７０にて偏光合成する出力光の位相が、上記可変ファラデー回転子７４の回転角に応じて変化することになる。
【００３５】
Ｂに示す例が、前記Ａに示す例と異なる点は、偏光子７０と四分の一波長板７２との間に、補償素子（複屈折結晶）７８を介在させている点である。即ち、偏光子７０、補償素子７８、四分の一波長板７２、可変ファラデー回転子７４、反射鏡７６を、その順に配列した構成である。補償素子（複屈折結晶）７８は、偏光子７０にて発生する偏波モード分散を補償する機能を果たしている。
【００３６】
図６は、本発明の光干渉計に用いる反射型の可変光位相器の他の例を示している。光干渉計は、図４に示すようなマイケルソン型を前提としている。これらの可変光位相器は、入力光を直交する２つの直線偏光に偏光分離・合成する偏光子を備えている。これにより可変光位相器は偏波無依存型となる。光干渉計におけるビームスプリッタはハーフミラーなどでよい。
【００３７】
Ａに示す例は、偏光子７０、第１の四分の一波長板７２、可変ファラデー回転子７４、第２の四分の一波長板８０、プリズム８２を、その順に配列した構成である。偏光子７０は、入力光を互いに直交する２つのの直線偏光に偏光分離する。第１の四分の一波長板７２は、偏光分離された２つの直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する。この第１の四分の一波長板７２は、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。可変ファラデー回転子７４は、２つの円偏光をそれぞれ位相を変化させながら透過させ、第２の四分の一波長板８０は、２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換する。そしてプリズム８２で上段光路と下段光路を入れ替え、戻り光とする。戻り光は、第２の四分の一波長板８０で直線偏光を円偏光に変換し、２つの円偏光は可変ファラデー回転子７４でそれぞれ位相を変化させながら透過し、第１の四分の一波長板７２で２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換し、偏光子７０で２つの直線偏光を偏光合成する。この偏光子７０にて偏光合成される出力光の位相が、前記可変ファラデー回転子７４の回転角に応じて変化する。
【００３８】
Ｂに示す例は、偏光子７０、四分の一波長板７２、可変ファラデー回転子７４、レンズ８４、反射鏡７６を、その順に配列した構成である。偏光子７０は、入力光を互いに直交する２つのの直線偏光に偏光分離する。四分の一波長板７２は、偏光分離された２つの直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する。この四分の一波長板７２は、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。可変ファラデー回転子７４は、２つの円偏光をそれぞれ位相を変化させながら透過させ、レンズ８４で向きを変え、該レンズ８４の焦点に位置する反射鏡７６で反射して上段光路と下段光路を入れ替え、戻り光とする。戻り光（２つの円偏光）は、可変ファラデー回転子７４でそれぞれ位相を変化させながら透過し、四分の一波長板７２で２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換し、偏光子７０で２つの直線偏光を偏光合成する。この偏光子７０にて偏光合成される出力光の位相が、前記可変ファラデー回転子７４の回転角に応じて変化する。
【００３９】
これら図６のＡ及びＢに示す構成では、往路と復路で光路を入れ替えるため、本質的に偏波モード分散が生じることはなく、補償素子を組み込む必要はなくなる。
【００４０】
図４に示すように、マイケルソン型光干渉計の場合、反射型の可変光位相器を組み込むと、その内部の反射部材が利用できるため、反射鏡は１個で済む。しかし、反射型ではなく、透過型の可変光位相器を用いることも可能である。その場合は、当然のことながら、両方の光路にそれぞれ反射鏡を設けることになる。
【００４１】
図７は、透過型の可変光位相器を用いるマイケルソン型光干渉計の例を示している。外部入力光を２つの光路の光に分けるビームスプリッタ５０と、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器８６と、２つに分けた両方の光路の光をそれぞれ折り返す反射鏡５４，８８を具備している。光源９０からの光を光ファイバ９２で導き、レンズ９４で平行光束にして外部入力光とし、ビームスプリッタ５０に入力する。該ビームスプリッタ５０から得られる外部出力光は、光パワー受光器９６で検出される。
【００４２】
この光干渉計は、可変光位相器を構成している可変ファラデー回転子の電磁石への通電電流により、図８に示すような光強度特性を呈する。この特性から、可変光位相器によって光干渉計の光出力強度を制御できることが確認できる。このことは、可変光位相器で光の位相をシフトさせて、光の波長の変化を補償した光干渉計が実現できることを示している。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 第１のビームスプリッタ
１２ 可変光位相器
１４ 第２のビームスプリッタ
１６，１８ 反射鏡
２０ 第１の四分の一波長板
２２ 可変ファラデー回転子
２４ 第２の四分の一波長板
５０ ビームスプリッタ
５２ 可変光位相器
５４ 反射鏡
６０ 四分の一波長板
６２ 可変ファラデー回転子
６４ 反射鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファラデー効果を利用した可変光位相器を一方の光路に組み込んだ光干渉計に関するものである。この技術は、例えば光ファイバ通信や光計測などの分野における光位相を応用した技術などに有用である。
【背景技術】
【０００２】
光干渉計は、外部入力光を複数の光に分け、異なる光路を進んだ光を再び重ね合わせて干渉を起こさせる光学系であり、得られた干渉光の強度を解析することにより様々な物理量を測定する装置などに利用されている。光干渉計には、光学系の構成により、マッハ・ツェンダ干渉計やマイケルソン干渉計などがある。
【０００３】
マッハ・ツェンダ干渉計は、外部入力光を２つに分けて、別々の光路を通してから再度重ね合わせて外部出力光とする方式であり、マイケルソン干渉計は、外部入力光を２つに分けて、それぞれの光を反射鏡で折り返して重ね合わせて外部出力光とする方式である。これらの光干渉計では、２つに分けた光の位相差が干渉光の強度として観測される。このことは、光の波長の変化を計測する場合には都合がよいが、光の位相を観測する場合には不都合を生じる。
【０００４】
例えば、光ファイバ通信では、情報を伝送するための変調方式として、高速化（ワイドバンド化）に適しているという点から、情報を位相に乗せる位相変調方式が有望視されている。この位相変調では、位相を変化させる位相変調器や位相の変化を検出する位相復調器が必要となる。この場合、光の波長の変化による位相のずれを補償できなければ、位相の変化を正しく検出することができない。
【０００５】
ところで、光通信や光測定の分野では、光スイッチや光減衰器などの光デバイスが使用されるが、これらの中にはマッハ・ツェンダ型干渉計などに可変光位相器（位相シフタ）を組み合わせて構成されるものもある。例えば、特許文献１には、マッハ・ツェンダ干渉計と位相シフタを用いた差分４位相偏移変調の技術が開示されている。
【０００６】
従来、光の位相を制御する可変光位相器としては、導波路構造を用いた熱光学位相シフタ、導波路構造の電気光学結晶を用いた電気光学位相シフタ、液晶を用いた液晶光学位相シフタが知られている。しかし、熱光学位相シフタの場合、熱光学効果を利用しているため、応答速度が遅く、雰囲気温度の影響を受け易い。電気光学位相シフタの場合には、電気光学結晶と光ファイバの屈折率差が大きいため、損失（特に挿入損失）が大きくなる。液晶光学位相シフタの場合は、液晶を利用しているため、応答速度が遅いことが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、光の波長の変化による位相のずれを補償し、位相の観測・位相の検出に適した光干渉計を提供することである。本発明が解決しようとする他の課題は、外部温度などの影響を受け難くし、応答速度を速めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、外部入力光を２つの光路の光に分ける第１のビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器と、２つの光路に分けた光を再度重ね合わせる第２のビームスプリッタを具備し、前記可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する第１の四分の一波長板と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子と、該可変ファラデー回転子を透過した円偏光を直線偏光に変換して出力する第２の四分の一波長板を備え、この第２の四分の一波長板から出力する光の位相を、前記可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とし、前記第２のビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の光と前記可変光位相器の透過光とを重ね合わせて外部出力光とするようにしたことを特徴とする光干渉計である。
【００１０】
この場合、前記可変光位相器は、その入力側に、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離する第１の偏光子を、その出力側に、互いに直交する２つの直線偏光を偏光合成して出力光とする第２の偏光子を備えた構造とし、それによって偏波無依存型としてもよい。
【００１１】
また本発明は、外部入力光を２つの光路の光に分けるビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した反射型の可変光位相器と、２つに分けた他方の光路の光を折り返す反射鏡を具備し、前記可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する四分の一波長板と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子と、該可変ファラデー回転子を透過した円偏光を反射して光路を逆進させる反射体を備え、前記四分の一波長板を逆進して出力する光の位相を、前記可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とし、前記ビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の戻り光と前記可変光位相器の戻り光とを重ね合わせて外部出力光とするようにしたことを特徴とする光干渉計である。
【００１２】
この場合、前記可変光位相器は、その入出力側に、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離すると共に、互いに直交する２つの直線偏光を偏光合成して出力光とする偏光子を備えた構造とし、それによって偏波無依存型としてもよい。
【００１３】
なお、外部から光干渉計への光入出力には、光コリメータを使用するのがよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光干渉計は、２つに分けた一方の光路に可変光位相器を挿入し、該可変光位相器で光の位相を調整するものであるから、温度など周囲環境の変化に伴う光路の伸縮や光の波長の変化による位相のずれを補償することができる。本発明は光路長を物理的に変えるものではないので、装置全体を温調器に収容して更に温度制御を行うといった従来の大掛かりな設備が不要となり、省電力化並びに応答性の改善が可能となる。これによって、光の位相を観測したり光の位相を検出するのに適した光干渉計が得られる。
【００１５】
また本発明は、可変光位相器で位相を変える方式であるから、一つ前の信号光の位相と次の信号光の位相との差を検出する差動の光干渉計が実現できる。また、可変光位相器で干渉計の出力を制御することも可能となる。
【００１６】
しかも本発明ではファラデー効果を利用した可変光位相器を用いているので、高速制御が可能であり、しかも温度等の環境条件による影響も受け難い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る光干渉計の一実施例を示す説明図。
【図２】その可変光位相器の動作説明図。
【図３】それに用いる透過型の可変光位相器の他の例を示す説明図。
【図４】本発明に係る光干渉計の他の実施例を示す説明図。
【図５】その可変光位相器の動作説明図。
【図６】それに用いる反射型の可変光位相器の他の例を示す説明図。
【図７】本発明に係る光干渉計の更に他の実施例を示す説明図。
【図８】その可変光位相器の電流値と光強度の関係を示す説明図。
【実施例】
【００１８】
（第１実施例）
本発明に係る光干渉計の第１実施例を図１に示す。これは、透過型の可変光位相器を用いるマッハ・ツェンダ型の例である。外部入力光を２つの光路の光に分ける第１のビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器１２と、２つの光路に分けた光を再度重ね合わせる第２のビームスプリッタ１４を具備している。ここでは外部入力光として直線偏光を想定しており、ビームスプリッタとしては例えばハーフミラーを用いる。第１のビームスプリッタ１０によって外部入力光を２つの光路の光に分け、該第１のビームスプリッタ１０の透過光は第１の反射鏡１６で反射されて、第２のビームスプリッタ１４に導かれる。他方、第１のビームスプリッタ１０の反射光は、第２の反射鏡１８で反射されて、可変光位相器１２を透過して第２のビームスプリッタ１４に導かれる。このようにして第２のビームスプリッタ１４に達した２つの光は、偏光方向が同じ状態で合波されて外部出力光となる。
【００１９】
ここでは可変光位相器１２は、入力した直線偏光を円偏光に変換する第１の四分の一波長板２０と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子２２と、該可変ファラデー回転子２２を透過した円偏光を直線偏光に変換して出力する第２の四分の一波長板２４を備えている。可変ファラデー回転子２２は、ファラデー素子（磁気光学結晶）と、それに外部磁界を印加する電磁石などの外部磁界印加手段からなり、印加する外部磁界の方向と強度によって透過光のファラデー回転角を任意に変えることができる構造である。前方からの入力光は、第１の四分の一波長板２０、可変ファラデー回転子２２、第２の四分の一波長板２４を順次透過した後、後方への出力光となる。可変ファラデー回転子２２によるファラデー回転角に応じて、第２の四分の一波長板２４から出力する光の位相を変化させ、出力光とする。そして、前記第２のビームスプリッタ１４は、可変光位相器１２を通る下側光路の光と、可変光位相器１２を通らない上側光路の光を重ね合わせて外部出力光とする。
【００２０】
この可変光位相器の動作を図２により説明する。同図のＡとＢは、同じ可変光位相器１２であって、位相制御状態だけが異なる。Ａは、ファラデー回転角が０度の場合を示しており、Ｂは、ファラデー回転角が９０度の場合を示している。
【００２１】
この場合、入力光は直線偏光であって、第１の四分の一波長板２０は、その直線偏光の偏光方向に対して、光学軸が面内で４５度回転していることにより、その直線偏光を円偏光に変換する。この変換は可逆である。可変ファラデー回転子２２は、第１の四分の一波長板２０にて直線偏光から変換された円偏光を透過させる。この可変ファラデー回転子２２は、例えば同図のＡとＢに示すように、ファラデー回転角を４５度＋０度から４５度＋９０度まで無段階で変化させることができ、円偏光が透過する場合は円偏光の位相を＋０度から＋９０度まで無段階で変化させることができる。この位相の変化は、ファラデー素子への印加磁界の方向と強度によって操作することができ、その印加磁界は電磁石への通電電流によって制御することができる。可変ファラデー回転子２２を透過した円偏光は、第２の四分の一波長板２４で直線偏光に変換される。このとき、可変ファラデー回転子２２にて偏光面の相対的な方向が制御された円偏光は、第２の四分の一波長板２４でその偏光面の方向に対応した位相で直線偏光に変換される。従って、可変ファラデー回転子２２のファラデー回転角を変化させることにより、円偏光から直線偏光に変換された出力光の位相を変化させることができる。例えば、同図のＡとＢとでは９０度の位相差が生じているが、この位相差は可変ファラデー回転子２２の回転角に応じて連続的に変化する。
【００２２】
このように出力光の位相変化は、可変ファラデー回転子２２でのファラデー回転角の変化によってもたらされる。前述のように、可変ファラデー回転子２２のファラデー回転角は、印加磁界の方向と強度によって連続的に可変させることができるが、その印加磁界の方向と強度は励磁コイルの通電電流によって任意の大きさに高速で可変制御することができる。これによって、光位相の連続可変と高速制御が可能であるとともに、温度等の環境条件からの影響を受け難い可変光位相器１２を構成することができる。
【００２３】
可変光位相器を備えていない通常のマッハ・ツェンダ型光干渉計では、上側光路の光路長Ｌ１と下側光路の光路長Ｌ２が等しい（Ｌ１＝Ｌ２）場合、同位相で合成されるので光は強め合って出力される。Ｌ１−Ｌ２＝λ×ｎ（波長の整数倍）の場合も、同様に、光は強め合って出力される。一方、Ｌ１−Ｌ２＝λ／２（波長の半分）の場合は、逆位相で合成されるので出力する光は弱め合う。更に、Ｌ１−Ｌ２＝λ／２＋λ×ｎ（ｎ：整数）の場合も、光は弱め合って出力する。ここで、波長λが変化した場合は、光路長Ｌ１とＬ２の関係が変わらなくても、λ×ｎ、λ／２＋λ×ｎが変化するため、光の出力は変化する（但し、Ｌ１＝Ｌ２の場合は除く）。即ち、波長の変化が、重ね合わせでの位相のずれになる。そこで、図１に示すように、一方の光路に可変光位相器を挿入することにより、破線で示す位相状態を実線で示す位相状態に変化させることができ、光の波長の変化による位相のずれを補償することができる。
【００２４】
なお、図１に示す実施例において、外部入力光が直線偏光ではない場合には、偏光分離型のビームスプリッタを用いると共に、一方の光路（例えば、第１のビームスプリッタと第１の反射鏡との間）に二分の一波長板を挿入する。第１のビームスプリッタによって外部入力光を互いに直交する２つの直線偏光に分け、該第１のビームスプリッタの透過光は二分の一波長板で偏光方向を直交した方向に変換され、第１の反射鏡で反射されて第２のビームスプリッタに導かれる。他方、第１のビームスプリッタの反射光は、第２の反射鏡で反射されて、可変光位相器を透過して第２のビームスプリッタに導かれる。このようにして第２のビームスプリッタに達した２つの光は偏光方向が揃い、合波されて外部出力光となる。挿入した二分の一波長板は、偏光方向を変える機能を果たしている。
【００２５】
図３は、本発明の光干渉計に用いることができる透過型の可変光位相器の他の例を示している。光干渉計は、図１に示すようなマッハ・ツェンダ型を前提としている。図１で用いた可変光位相器との主たる相違点は、入力光を直交する２つの直線偏光に偏光分離する第１の偏光子２６と、直交する２つの直線偏光を偏光合成する第２の偏光子２８を備えている点である。これにより可変光位相器は偏波無依存型となる。光干渉計における第１及び第２のビームスプリッタはハーフミラーなどでよい。
【００２６】
Ａに示す例は、第１の偏光子２６、第１の四分の一波長板３０、可変ファラデー回転子３２、第２の四分の一波長板３４、第２の偏光子２８を、その順に配列した構成である。第１の偏光子２６は、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離する。第１の四分の一波長板３０は、偏光分離された２つの直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する。この第１の四分の一波長板３０は、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。可変ファラデー回転子３２は、２つの円偏光をそれぞれその位相を変化させながら透過させる。第２の四分の一波長板３４は、可変ファラデー回転子３２を透過した２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換する。この第２の四分の一波長板３４も、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。第２の偏光子２８は、第２の四分の一波長板３４から出力する２つの直線偏光を偏光合成する。この第２の偏光子２８にて偏光合成される出力光の位相が、上記可変ファラデー回転子３２の回転角に応じて変化することになる。
【００２７】
Ｂに示す例は、第１の偏光子２６、第１の補償素子３６、第１の四分の一波長板３０、可変ファラデー回転子３２、第２の四分の一波長板３４、第２の補償素子３８、第２の偏光子２８を、その順に配列した構成である。前記Ａとの相違点は、このＢに示す例では、第１の偏光子２６の偏光分離出光路に、該第１の偏光子２６にて発生する偏波モード分散を補償する第１の補償素子（複屈折結晶）３６を、また第２の偏光子２８の偏光合成入光路に、該第２の偏光子２８にて発生する偏波モード分散を補償する第２の補償素子（複屈折結晶）３８を介在させている点である。
【００２８】
偏波モード分散は偏光モード間で光の群速度が異なることにより生じるが、複屈折によって偏光の分離・合成を行う偏光子では、偏光モード（偏波成分軸方向）の違いによる光の伝播速度差によって偏波モード分散が生じる。前記Ｂの構成では、この偏波モード分散を、光の伝播速度が遅い偏波成分軸である遅軸と、速い偏波成分軸である速軸に対して、上記遅軸には速軸、上記速軸には遅軸がそれぞれ配されるように設置した補償素子（複屈折結晶）によって補償している。
【００２９】
（第２実施例）
本発明に係る光干渉計の第２実施例を図４に示す。これは、反射型の可変光位相器を用いるマイケルソン型の例である。外部入力光を２つの光路の光に分けるビームスプリッタ５０と、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した反射型の可変光位相器５２と、２つに分けた他方の光路の光を折り返す反射鏡５４を具備している。ここでは外部入力光として直線偏光を想定しており、ビームスプリッタとしては例えばハーフミラーを用いる。ビームスプリッタ５０によって外部入力光を互いに直交する２つの光路の光に分け、該ビームスプリッタ５０の反射光は反射鏡５４で反射して光路を逆進し、前記ビームスプリッタ５０に達する。ビームスプリッタ５０の透過光は、可変光位相器５２に入り、その終端で反射され折り返して前記ビームスプリッタ５０に達する。このようにして、ビームスプリッタに達したこれら２つの光は、偏光方向が同じ状態で合波されて外部出力光となる。
【００３０】
可変光位相器５２は、入力した直線偏光を円偏光に変換する四分の一波長板６０と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子６２と、該可変ファラデー回転子６２を透過した円偏光を反射する反射鏡６４を備えている。可変ファラデー回転子６２は、ファラデー素子（磁気光学結晶）と、それに外部磁界を印加する電磁石の組み合わせなどからなり、透過光のファラデー回転角を任意に変えることができる構造である。前方からの入力光は、四分の一波長板６０、可変ファラデー回転子６２を順次透過した後、反射鏡６４で反射され、再び可変ファラデー回転子６２、四分の一波長板６０を逆進して出力光となる。可変ファラデー回転子６２のファラデー回転角に応じて、四分の一波長板６０から出力する光の位相を変化させ、出力光とする。ビームスプリッタ５０は、可変光位相器５２を通って折り返す光と、可変光位相器５２を通らない光を重ね合わせて外部出力光とする。
【００３１】
ところで、可変光位相器を備えていない通常のマイケルソン型光干渉計では、入力光の波長がλ１の場合、上側の往復光路長をＬ１、右側の往復光路長をＬ２としたとき、Ｌ１−Ｌ２＝λ１×ｎとなるように構成されており、強め合った光が出力される。しかし、入力光の波長がλ２に変化すると、Ｌ１−Ｌ２≠λ２×ｎとなるため、光干渉計からは強め合った光は出力されなくなる。ここで、一方の光路に可変光位相器を挿入して光の位相を（λ２／λ１×２π×ｎ）シフトさせると、見掛け上の光路長差をＬ１−Ｌ２＝λ２×ｍとすることができ、光干渉計からは強め合った光が出力される。なお、位相は周期性を有するので、λ２／λ１×２π×ｎは−π〜０〜＋πの位相に置き換えることができ、そのため可変光位相器の位相シフト量も−π〜０〜＋πで十分となる。
【００３２】
なお、図４に示す実施例において、外部入力光が直線偏光ではない場合には、偏光分離型のビームスプリッタを用いると共に、一方の光路（例えば、反射鏡で反射される光路）に四分の一波長板を挿入する。ビームスプリッタによって外部入力光を互いに直交する２つの光路の光に分け、ビームスプリッタの反射光は、四分の一波長板を透過し、反射鏡で反射して光路を逆進し、再び四分の一波長板を透過して前記ビームスプリッタに達する。ビームスプリッタの反射光は、四分の一波長板を往復する過程で偏光方向を直交した方向に変換される。ビームスプリッタの透過光は、可変光位相器に入り、その終端で反射され折り返して前記ビームスプリッタに達する。このようにして、ビームスプリッタに達したこれら２つの光は偏光方向が揃い、合波されて外部出力光となる。上記の四分の一波長板は、偏光方向を変える機能を果たしている。
【００３３】
図５は、本発明の光干渉計に用いる反射型の可変光位相器の他の例を示している。光干渉計は、図４に示すようなマイケルソン型を前提としている。図４で用いた可変光位相器との相違点は、これらの可変光位相器は、入力光を直交する２つの直線偏光に偏光分離・合成する偏光子を備えている点である。これにより可変光位相器は偏波無依存型となり、そのため光干渉計におけるビームスプリッタはハーフミラーなどでよい。
【００３４】
Ａに示す例は、偏光子７０、四分の一波長板７２、可変ファラデー回転子７４、反射鏡７６を、その順に配列した構成である。偏光子７０は、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離する。四分の一波長板７２は、偏光分離された２つの直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する。この四分の一波長板７２は、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。可変ファラデー回転子７４は、２つの円偏光をそれぞれ位相を変化させながら透過させ、各透過光は反射鏡７６に達して反射する。戻り光（２つの円偏光）は、可変ファラデー回転子７４でそれぞれ位相を変化させながら透過し、四分の一波長板７２で２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換し、偏光子７０で２つの直線偏光を偏光合成する。この偏光子７０にて偏光合成する出力光の位相が、上記可変ファラデー回転子７４の回転角に応じて変化することになる。
【００３５】
Ｂに示す例が、前記Ａに示す例と異なる点は、偏光子７０と四分の一波長板７２との間に、補償素子（複屈折結晶）７８を介在させている点である。即ち、偏光子７０、補償素子７８、四分の一波長板７２、可変ファラデー回転子７４、反射鏡７６を、その順に配列した構成である。補償素子（複屈折結晶）７８は、偏光子７０にて発生する偏波モード分散を補償する機能を果たしている。
【００３６】
図６は、本発明の光干渉計に用いる反射型の可変光位相器の他の例を示している。光干渉計は、図４に示すようなマイケルソン型を前提としている。これらの可変光位相器は、入力光を直交する２つの直線偏光に偏光分離・合成する偏光子を備えている。これにより可変光位相器は偏波無依存型となる。光干渉計におけるビームスプリッタはハーフミラーなどでよい。
【００３７】
Ａに示す例は、偏光子７０、第１の四分の一波長板７２、可変ファラデー回転子７４、第２の四分の一波長板８０、プリズム８２を、その順に配列した構成である。偏光子７０は、入力光を互いに直交する２つのの直線偏光に偏光分離する。第１の四分の一波長板７２は、偏光分離された２つの直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する。この第１の四分の一波長板７２は、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。可変ファラデー回転子７４は、２つの円偏光をそれぞれ位相を変化させながら透過させ、第２の四分の一波長板８０は、２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換する。そしてプリズム８２で上段光路と下段光路を入れ替え、戻り光とする。戻り光は、第２の四分の一波長板８０で直線偏光を円偏光に変換し、２つの円偏光は可変ファラデー回転子７４でそれぞれ位相を変化させながら透過し、第１の四分の一波長板７２で２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換し、偏光子７０で２つの直線偏光を偏光合成する。この偏光子７０にて偏光合成される出力光の位相が、前記可変ファラデー回転子７４の回転角に応じて変化する。
【００３８】
Ｂに示す例は、偏光子７０、四分の一波長板７２、可変ファラデー回転子７４、レンズ８４、反射鏡７６を、その順に配列した構成である。偏光子７０は、入力光を互いに直交する２つのの直線偏光に偏光分離する。四分の一波長板７２は、偏光分離された２つの直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する。この四分の一波長板７２は、各光路について光学軸の向きが異なる２枚を並置した構造である。可変ファラデー回転子７４は、２つの円偏光をそれぞれ位相を変化させながら透過させ、レンズ８４で向きを変え、該レンズ８４の焦点に位置する反射鏡７６で反射して上段光路と下段光路を入れ替え、戻り光とする。戻り光（２つの円偏光）は、可変ファラデー回転子７４でそれぞれ位相を変化させながら透過し、四分の一波長板７２で２つの円偏光をそれぞれ直線偏光に変換し、偏光子７０で２つの直線偏光を偏光合成する。この偏光子７０にて偏光合成される出力光の位相が、前記可変ファラデー回転子７４の回転角に応じて変化する。
【００３９】
これら図６のＡ及びＢに示す構成では、往路と復路で光路を入れ替えるため、本質的に偏波モード分散が生じることはなく、補償素子を組み込む必要はなくなる。
【００４０】
図４に示すように、マイケルソン型光干渉計の場合、反射型の可変光位相器を組み込むと、その内部の反射部材が利用できるため、反射鏡は１個で済む。しかし、反射型ではなく、透過型の可変光位相器を用いることも可能である。その場合は、当然のことながら、両方の光路にそれぞれ反射鏡を設けることになる。
【００４１】
図７は、透過型の可変光位相器を用いるマイケルソン型光干渉計の例を示している。外部入力光を２つの光路の光に分けるビームスプリッタ５０と、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器８６と、２つに分けた両方の光路の光をそれぞれ折り返す反射鏡５４，８８を具備している。光源９０からの光を光ファイバ９２で導き、レンズ９４で平行光束にして外部入力光とし、ビームスプリッタ５０に入力する。該ビームスプリッタ５０から得られる外部出力光は、光パワー受光器９６で検出される。
【００４２】
この光干渉計は、可変光位相器を構成している可変ファラデー回転子の電磁石への通電電流により、図８に示すような光強度特性を呈する。この特性から、可変光位相器によって光干渉計の光出力強度を制御できることが確認できる。このことは、可変光位相器で光の位相をシフトさせて、光の波長の変化を補償した光干渉計が実現できることを示している。
【符号の説明】
【００４３】
１０ 第１のビームスプリッタ
１２ 可変光位相器
１４ 第２のビームスプリッタ
１６，１８ 反射鏡
２０ 第１の四分の一波長板
２２ 可変ファラデー回転子
２４ 第２の四分の一波長板
５０ ビームスプリッタ
５２ 可変光位相器
５４ 反射鏡
６０ 四分の一波長板
６２ 可変ファラデー回転子
６４ 反射鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部入力光を２つの光路の光に分ける第１のビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器と、２つの光路に分けた光を再度重ね合わせる第２のビームスプリッタを具備し、前記可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する第１の四分の一波長板と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子と、該可変ファラデー回転子を透過した円偏光を直線偏光に変換して出力する第２の四分の一波長板を備え、この第２の四分の一波長板から出力する光の位相を、前記可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とし、前記第２のビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の光と前記可変光位相器の透過光とを重ね合わせて外部出力光とするようにしたことを特徴とする光干渉計。
【請求項２】
前記可変光位相器は、その入力側に、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離する第１の偏光子を、その出力側に、互いに直交する２つの直線偏光を偏光合成して出力光とする第２の偏光子を備え、偏波無依存型とした請求項１記載の光干渉計。
【請求項３】
外部入力光を２つの光路の光に分けるビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した反射型の可変光位相器と、２つに分けた他方の光路の光を折り返す反射鏡を具備し、前記可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する四分の一波長板と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子と、該可変ファラデー回転子を透過した円偏光を反射して光路を逆進させる反射体を備え、前記四分の一波長板を逆進して出力する光の位相を、前記可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とし、前記ビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の戻り光と前記可変光位相器の戻り光とを重ね合わせて外部出力光とするようにしたことを特徴とする光干渉計。
【請求項４】
前記可変光位相器は、その入出力側に、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離すると共に、互いに直交する２つの直線偏光を偏光合成して出力光とする偏光子を備え、偏波無依存型とした請求項３記載の光干渉計。
【請求項５】
外部から光干渉計への光入出力に光コリメータを使用する請求項１乃至４のいずれかに記載の光干渉計。
【請求項１】
外部入力光を２つの光路の光に分ける第１のビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した透過型の可変光位相器と、２つの光路に分けた光を再度重ね合わせる第２のビームスプリッタを具備し、前記可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する第１の四分の一波長板と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子と、該可変ファラデー回転子を透過した円偏光を直線偏光に変換して出力する第２の四分の一波長板を備え、この第２の四分の一波長板から出力する光の位相を、前記可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とし、前記第２のビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の光と前記可変光位相器の透過光とを重ね合わせて外部出力光とするようにしたことを特徴とする光干渉計。
【請求項２】
前記可変光位相器は、その入力側に、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離する第１の偏光子を、その出力側に、互いに直交する２つの直線偏光を偏光合成して出力光とする第２の偏光子を備え、偏波無依存型とした請求項１記載の光干渉計。
【請求項３】
外部入力光を２つの光路の光に分けるビームスプリッタと、２つに分けた一方の光路に挿入されるファラデー効果を利用した反射型の可変光位相器と、２つに分けた他方の光路の光を折り返す反射鏡を具備し、前記可変光位相器は、入力した直線偏光を円偏光に変換する四分の一波長板と、その円偏光を、偏光面を回転させながら透過させる可変ファラデー回転子と、該可変ファラデー回転子を透過した円偏光を反射して光路を逆進させる反射体を備え、前記四分の一波長板を逆進して出力する光の位相を、前記可変ファラデー回転子のファラデー回転角に応じて変化させる構造とし、前記ビームスプリッタは、２つに分けた他方の光路の戻り光と前記可変光位相器の戻り光とを重ね合わせて外部出力光とするようにしたことを特徴とする光干渉計。
【請求項４】
前記可変光位相器は、その入出力側に、入力光を互いに直交する２つの直線偏光に偏光分離すると共に、互いに直交する２つの直線偏光を偏光合成して出力光とする偏光子を備え、偏波無依存型とした請求項３記載の光干渉計。
【請求項５】
外部から光干渉計への光入出力に光コリメータを使用する請求項１乃至４のいずれかに記載の光干渉計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３６６２（Ｐ２０１２−１３６６２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５３３３２（Ｐ２０１０−１５３３３２）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００２３７７２１）ＦＤＫ株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
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