遅延干渉計
【課題】小型でビットレート、光位相とも変更可能な１ビット遅延干渉計を提供する。
【解決手段】本発明の遅延干渉計は、分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、駆動部と、それぞれの頂角が同じであるくさび型光学素子及びくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、駆動部による駆動を受けたくさび型光学素子が、対向するくさび型光学素子に平行に移動することにより、第１の光路及び又は第２の光路を進行する光の光路長の粗調及び微調を行う粗動調整手段及び微動調整手段と、微動調整手段による微動調整、粗動調整手段による粗動調整が行われた、第１の光路を進行する第１の光線及び第２の光路を進行する第２の光線を分岐し、第１の光線及び第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段とを備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明の遅延干渉計は、分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、駆動部と、それぞれの頂角が同じであるくさび型光学素子及びくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、駆動部による駆動を受けたくさび型光学素子が、対向するくさび型光学素子に平行に移動することにより、第１の光路及び又は第２の光路を進行する光の光路長の粗調及び微調を行う粗動調整手段及び微動調整手段と、微動調整手段による微動調整、粗動調整手段による粗動調整が行われた、第１の光路を進行する第１の光線及び第２の光路を進行する第２の光線を分岐し、第１の光線及び第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遅延干渉計に関するものであり、例えば、光伝送システムに用いる１ビット遅延干渉計に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、マイケルソン干渉計の光路長を制御する方法として、特許文献１のような手法が知られている。図２は、従来のマイケルソン干渉計の光路長を制御する方式を説明する説明図である。図２において、入力ポートコリメータ２１から入力された光は、ハーフミラー２３で２分岐され、一方の光は全反射ミラー２４側に進行し、他方の光はアクチュエータ２５により駆動される全反射ミラー２６側に進行する。そして、ハーフミラー２３に再度戻ってきた２つの反射光を結合して干渉光（干渉信号）が生成され、干渉光が出力ポートコリメータ２２に出力する。
【０００３】
従来の方式は、図２に示されるように、上記他方の光路の全反射ミラー２６にアクチュエータ２５を取り付け、アクチュエータ２５の駆動により全反射ミラー２６の位置を移動させることで光路長を調整するというものである。
【０００４】
例えば、マイケルソン干渉計を高速光通信システムに用いる場合、非特許文献１の記載の技術のように、マイケルソン干渉計の光路長を変化させ、干渉する光の位相を制御する用い方（微動調整（微調））と、ビット周期に相当する比較的大きな光路長を調整する用い方（粗動調整（粗調））との２通りを同時に行うことが想定される。このとき、特許文献１や非特許文献１の方式で、微調と粗調を行うためには、例えば、大きなステッピングモータや、アクチュエータが必要になる。
【０００５】
一般的に、小型のアクチュエータの１つとして、ＰＺＴアクチュエータと呼ばれる、圧電素子を用いたアクチュエータが知られている。ＰＺＴアクチュエータには積層された圧電素子に電界を印加したときに生じる伸縮を利用する「積層型」と、電界印加時の伸縮の大きさや符号が異なる素子を張り合わせ、電界印加時に生じるそりを利用した「バイモルフ型」や「モノモルフ型」等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−２４３４６１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Yoshihiro Kanda.Hitoshi Murai.Masatoshi Kagawa.Kozo Fujii,”Highly Stable 160-Gb/s Field Transmission Employing Adaptive PMD Compensator with Ultra High Time-Resolution Variable DGD Generator”,ECOC 2008,September 2008,Bryssels,Belguim,We.3.E.6,Vol.3-p.207-p.208
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、積層型アクチュエータは、非常に精度が高い反面、ダイナミックレンジが比較的狭いため、微調に適しているが、粗調には適していない。
【０００９】
これに対して、バイモルフ型やモノモルフ型のアクチュエータの伸縮動作を利用した場合には、圧電素子に付帯した冶具上にステージをのせ、パルス状に電界印加することで生じる振動により、そのステージを駆動させることで直線動作を得る。しかしながら、この場合は、細かいステップで動作できないために、光の位相を制御することができないという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、小型でビットレート、光位相とも変更可能な１ビット遅延干渉計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するために、第１の本発明の遅延干渉計は、（１）入力された光線を２分岐する分岐手段と、（２）分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、第１の駆動部と、それぞれの頂角が同じである第１のくさび型光学素子及び第２のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、第１の駆動部による駆動を受けた第２のくさび型光学素子が、対向する第１のくさび型光学素子に平行に移動することにより、第１の光路及び又は第２の光路を進行する光の光路長の粗動調整を行う粗動調整手段と、（３）分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、第２の駆動部と、それぞれの頂角が同じである第３のくさび型光学素子及び第４のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、第２の駆動部による駆動を受けた第４のくさび型光学素子が、対向する第３のくさび型光学素子に平行に移動することにより、第１の光路及び又は第２の光路を進行する光の光路長の微動調整を行う微動調整手段と、（４）微動調整手段による微動調整、粗動調整手段による粗動調整が行われた、第１の光路を進行する第１の光線及び第２の光路を進行する第２の光線を分岐し、第１の光線及び第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第２の本発明の遅延干渉計は、（１）入力された光線を２分岐する分岐手段と、（２）反射型液晶素子に傾きを持たせ、分岐手段により分岐された一方の第１の光路を進行する光線を反射型液晶素子で反射させて、当該光線の光位相の制御を行う光位相制御手段と、（３）分岐手段と光位相制御手段との間に介在し、駆動部と、それぞれの頂角が同じである第１のくさび型光学素子及び第２のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、駆動部による駆動を受けた第２のくさび型光学素子が、対向する第１のくさび型光学素子に平行に移動することにより、分岐手段からの光線及び光位相手段により反射され戻ってきた光線の光路長の粗動調整を行う粗動調整手段と、（４）分岐手段により分岐された他方の第２の光路を進行する光線を全反射する反射手段と、（５）反射手段により反射された第１の光線及び粗動調整手段から出力された第２の光線を分岐し、第１の光線及び第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型でビットレート、光位相とも変更可能な１ビット遅延干渉計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。
【図２】従来のマイケルソン干渉計の光路長を制御する方法を説明する説明図である。
【図３】アクチュエータに駆動されるくさび型光学素子と固定されたくさび型光学素子との配置関係を説明する説明図である。
【図４】第１の実施形態のハーフミラーにおける光の干渉の様子を説明する説明図である。
【図５】第１の実施形態の微調用遅延素子のウェッジ角と分解能を示す図である。
【図６】第１の実施形態のアクチュエータの移動量と光学的な遅延量との関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。
【図８】第３の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。
【図９】第４の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。
【図１０】くさび型光学素子に垂直に光線が入射するときの構成例を示す犢図である。
【図１１】くさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光が進行するように入射角を選定した場合の構成例を示す構成図である。
【図１２】くさび型光学素子内で、くさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光が進行するように入射角を選定した場合の構成例を示す構成図である。
【図１３】第５の実施形態の２個のくさび型光学素子の構造及びその周辺の構成を示す構成図である。
【図１４】第５の実施形態の動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る遅延干渉計の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
第１の実施形態では、例えば変調方式としてＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）を採用した光通信システムにおける１ビット遅延干渉計に本発明を適用する場合を例示して説明する。
【００１７】
（Ａ）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態の遅延干渉計１Ａの構成を示す構成図である。図１において、第１の実施形態の遅延干渉計１Ａは、入力ポートコリメータ１０１、２個の出力ポートコリメータ１０２及び１０３、２個のハーフミラー１０４及び１０５、２個のプリズム１０６及び１０７、２個のアクチュエータ１０８及び１０９、アクチュエータ１０８及び１０９が駆動させる２個のくさび（ウェッジ）型光学素子１１０及び１１１、固定されたくさび型光学素子１１２及び１１３を有して構成される。
【００１８】
アクチュエータ１０８及び１０９は、小型のアクチュエータ（マイクロアクチュエータ）である。アクチュエータ１０８及び１０９は、可動式のアームを備えており、そのアームにくさび型光学素子１１０及び１１１が固定されており、アームを稼働させることによりくさび型光学素子１１０及び１１１を押し出したり又は引き込んだりする駆動部として機能するものである。これにより、アクチュエータ１０８及び１０９に固定されたくさび型光学素子１１０及び１１１を移動させることができる。
【００１９】
くさび型光学素子１１０及び１１１は、アクチュエータ１１０及び１１１１に固定されたくさび型の形状をした光学素子である。くさび型光学素子１１０及び１１１は、アクチュエータ１０８及び１０９の駆動により、位置を移動させることができる。
【００２０】
くさび型光学素子１１２及び１１３は、所定の位置に固定されたくさび型の形状の光学素子である。
【００２１】
ここで、この実施形態では、アクチュエータ１０８に固定されたくさび型光学素子１１０とくさび型光学素子１１３が、光路長を微動調整する微動調整手段として機能する。一方、アクチュエータ１０９に固定されたくさび型光学素子１１１とくさび型光学素子１１２が、光路長を粗動調整する粗動調整手段として機能する。
【００２２】
微調用として機能するくさび型光学素子１１０及び１１３は、それぞれ、向かい合う斜辺が平行となるように設置されている。また、くさび型光学素子１１０及び１１３のウェッジ角は、共に等しく、粗調用として機能するくさび型光学素子１１１及び１１２のウェッジ角が小さい。
【００２３】
粗調用として機能するくさび型光学素子１１１及び１１２は、それぞれ、向かい合う斜辺が平行となるように設置されている。また、くさび型光学素子１１１及び１１２のウェッジ角は、共に等しく、微調用として機能するくさび型光学素子１１０及び１１３のウェッジ角が大きい。
【００２４】
なお、くさび型光学素子１１０及び１１３を１組とする微動調整手段と、くさび型光学素子１１１及び１１２を１組とする粗動調整手段とは、それぞれ、ハーフミラー１０４により分岐された２つの光路のいずれか又は双方に配置するようにしてもよい。
【００２５】
例えば、図１では、微動調整手段と粗動調整手段とを並べて配置した場合を例示しているが、ハーフミラー１０４からハーフミラー１０５までの２つの光路上のいずれであれば、微動調整手段と粗動調整手段の配置位置は特に限定されるものではない。例えば、ハーフミラー１０４とプリズム１０６との間に、微動調整手段と粗動調整手段のいずれか一方を配置させ、ハーフミラー１０４とプリズム１０７との間に、他方を配置させてもよい。
【００２６】
また例えば、後述するように光路長の変化はくさび型光学素子の頂角に依存するので、ハーフミラー１０４により分岐された２つの光路の両方に、微動調整手段、粗動調整手段を配置するようにしてもよい。
【００２７】
プリズム１０６及びプリズム１０７は、入射光を全反射する全反射部である。この実施形態では、入射した光線の入射位置と、反射した光線の反射位置とが異なる位置となるようにするために、全反射部としてプリズムを適用する場合を例示するが、これに限定されるものではない。例えば、複数のミラー等を組み合わせた全反射部を構成するようにしてもよい。
【００２８】
入力ポートコリメータ１０１は、遅延干渉計１Ａの入力ポートから入力された入力光を平行光線にするものである。
【００２９】
出力ポートコリメータ１０２及び１０３は、ハーフミラー１０５から出射された出射光線を遅延干渉計１Ａの出力ポートに出力するものである。
【００３０】
ハーフミラー１０４は、入力ポートコリメータ１０１からの光線を２分岐して、一方の光線をプリズム１０６側（図１の上方）に出射し、他方の光線をプリズム１０７側（図１の右方）に進行させるものである。
【００３１】
ハーフミラー１０５は、プリズム１０６からの反射光線と、プリズム１０７の反射光線がくさび型光学素子１１０〜１１３を通過して遅延された光線とを入射し、これら反射光線及び遅延された光線を分岐及び結合して干渉光を生成するものである。
【００３２】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の遅延干渉計１Ａの動作を、図１、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００３３】
まず、図１において、図示しない入力ポートから遅延干渉計１Ａに入力された光は、入力ポートコリメータ１０１を通過することにより平行光線となり、第１のハーフミラー１０４に入力される。
【００３４】
第１のハーフミラー１０４に入力された光線は、２分岐される。一方の１系統は、プリズム１０６側に進行し、他方の１系統は、図面での右側へ進行する。
【００３５】
一方の１系統の光線は、プリズム１０６に入力し、プリズム１０６で２回全反射を繰り返す。これにより、光線はプリズム１０６に入力した入力位置からわずかに異なる位置から出力する。プリズム１０６から出力した出射光線は、第２のハーフミラー１０５に入力される。
【００３６】
他方の１系統の光線は、固定されたくさび型光学素子（第１のくさび型光学素子）１１３を通過し、さらにアクチュエータ１０８に固定されたくさび型光学素子（第２のくさび型光学素子）１１０を通過する。
【００３７】
ここで、図３は、くさび型光学素子１１３及び１１０の配置関係を説明する説明図である。図３を用いて、くさび型光学素子１１３及び１１０の配置関係について説明する。なお、図３の例では、入力光線の進行方向に対いて、くさび型光学素子１１０及び１１３の斜辺が垂直となるように配置した場合を示す。
【００３８】
図３に示すように、アクチュエータ１０８に駆動されて移動可能なくさび型光学素子１１０は、斜辺が平行に移動するように設定されている。
【００３９】
例えば、図３（Ａ）は、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を遠くに押し込んだときの配置関係を示し、図３（Ｂ）は、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を近くに引き込んだときの配置関係を示す。
【００４０】
アクチュエータ１０８は、くさび型光学素子１１０の斜辺が平行になるように位置移動させるので、図３（Ａ）に示す状態から図３（Ｂ）に示す状態に移動させる場合、対向する固定されたくさび形光学素子１１３の斜辺と平行のまま移動する。
【００４１】
また、図３（Ａ）に示すように、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を押し込んだときに対して、図３（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を若干引き込んだときの方が、光線がくさび型光学素子１１０内を進行する時間が短く、光線の光路長は短くなる。
【００４２】
例えば、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を移動させる移動距離を「Ｌ」とする。また、図３（Ａ）のくさび型光学素子１１０を進行する光の光路長を「ｌ１」とし、図３（Ｂ）のくさび型光学素子１１０を進行する光の光路長を「ｌ２」とする。
【００４３】
この場合、移動距離Ｌに対して、その光路長差（ｌ１−ｌ２）は、Ｌｓｉｎθ／（ｎ−１）で表される。ここで、ｎは屈折率である。θはくさび型光学素子１１０及びくさび型光学素子１１３のウェッジ角であり、第１の実施形態では、例えばウェッジ角θ＝１°とする場合を例示する。
【００４４】
図１において、くさび型光学素子１１０を通過した光線は、くさび型光学素子（第３のくさび型光学素子）１１１を通過し、さらにくさび型光学素子（第４のくさび型光学素子）１１２を通過する。くさび型光学素子１１１及び１１２の配置関係も、図３に例示した、くさび型光学素子１１３及び１１０の場合と同じである。
【００４５】
ただし、ウェッジ角が異なる。微調用として機能するくさび型光学素子１１３及び１１０の場合、ウェッジ角を例えば１°したのに対して、粗調用として機能するくさび型光学素子１１１及び１１２のウェッジ角は、例えばθ＝３０°と設定するものとする。
【００４６】
第４のくさび型光学素子１１２を通過した光線は、第２のプリズム１０７に入力する。光線は、プリズム１０７で２回の全反射が行われ、プリズム１０７に入力した位置に対して、わずかに異なる位置から出力される。
【００４７】
プリズム１０７から出射された光線は、さらに、第４のくさび型光学素子１１２及び第３のくさび型光学素子１１１、第２のくさび型光学素子１１０及び第１のくさび型光学素子１１３を通過する。そして、第１のくさび型光学素子１１３を通過した光線は、第２のハーフミラー１０５に入力される。
【００４８】
ハーフミラー１０５には、プリズム１０６から出射された光線と、第１のくさび型光学素子１１３から出射された光線とが入力される。
【００４９】
図４は、ハーフミラー１０５における光の干渉の様子を説明する説明図である。図４において、ハーフミラー１０５には、プリズム１０６からの光線（１）と、第１のくさび型光学素子１１３からの光線（２）とが入力する。また、光線（３）〜（６）がハーフミラー１０５から出力する。
【００５０】
第１のくさび型光学素子からの光線（１）は、ハーフミラー１０５に入力されると、光線（３）及び光線（４）に分岐される。また、プリズム１０６からの光線（２）は、ハーフミラー１０５に入力されると、光線（５）及び光線（６）に分岐される。
【００５１】
そのため、光線（３）及び光線（６）がそれぞれ干渉し、出力ポートコリメータ１０３側に進行する。また、光線（４）及び光線（５）がそれぞれ干渉し、出力ポートコリメータ１０２側に進行する。
【００５２】
このとき、光線（３）の位相は、光線（１）の位相と同相であるが、光線（４）の位相は、光線（１）の位相に対してπ／２の位相シフトが生じる。また、光線（５）の位相は、光線（２）の位相と同相であるが、光線（６）の位相は、光線（２）の位相に対してπ／２の位相シフトが生じる。
【００５３】
図４において、光線（１）の位相が「０」であり、光線（２）の位相が「π／２」であるとする。光線（１）及び光線（２）の位相差がπ／２で、ハーフミラー１０５に結合するとする。
【００５４】
この場合、光線（３）の位相「０」及び光線（６）の位相「０」であるから、位相差が「０」で再結合する。また、光線（４）の位相「π/２」及び光（５）の位相「−π／２」であるから、位相差が「π」で再結合する。
【００５５】
よって、出力ポートコリメータ１０２側からの出力が、Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｒｔに対応する。また、出力ポートコリメータ１０３側からの出力がＤｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｒｔに対応する。
【００５６】
（Ａ−３）実施例
次に、第１の実施形態の遅延干渉計１Ａによる効果について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
アクチュエータ１０８及び１０９のくさび型光学素子１１０及び１１１を伸縮する１ステップの分解能が分かれば、アクチュエータ１０８及び１０９の１ステップで可変できる光学長は、くさび型光学素子１１０及び１１１のウェッジ角で定まる。
【００５８】
図５は、微調用遅延素子のウェッジ角と分解能を示す図である。図５において、くさび型光学素子のウェッジ角（Angle）を横軸に、可変できる最小の光学長を縦軸に記載した図を示す。
【００５９】
図５において、光線が１方向に進行した場合の光学長分解能を点線で、往復したときの分解能を実線で示した。第１の実施形態では往復させているので、実線で示した分解能で光学長を変化させることができる。
【００６０】
第１のくさび型光学素子１１３、第２のくさび型光学素子１１０の角度（ウェッジ角）は１°であるため、アクチュエータ１０８の１ステップで可変できる光学長は０．０１７μｍとなる。よって、１波長に相当する長さに達するには９０ステップを要する。これは、波長の１／９０の分解能で位相を制御することができることを意味する。
【００６１】
また、アクチュエータ１０８及び１０９の最大移動量を４ｍｍとしたとき、どの程度の距離を可変できるかについて説明する。
【００６２】
図６は、アクチュエータ１０８及び１０９の移動量（横軸）と光学的な遅延量（縦軸）との関係を示す。図６では、くさび型光学素子１１０及び１１１のウェッジ角を３０°としてある。実線は１組のくさび型光学素子を利用した場合で、点線は２組、破線は３組用いた例である。
【００６３】
図６において、移動量が０の場合に遅延量が５ｐｓであるとしてある。これは、２００Ｇｂ／ｓのビットレートに相当する。アクチュエータ１０８及び１０９の移動量が４ｍｍの場合、１組では遅延量は１２．５ｐｓまで変化するため、可変量は２００Ｇｂ／ｓから８０Ｇｂ／ｓまで対応できるビットレート可変、１ビット遅延干渉計となる。
【００６４】
２組では２０ｐｓとなるため、２００Ｇｂ／ｓから５０Ｇｂ／ｓまで対応可能なビットレート可変、１ビット遅延干渉計となる。さらに、３組用いた場合には、３０ｐｓ程度まで遅延量が増やせるため、４０Ｇｂ／ｓにも対応できる１ビット遅延干渉計となる。
【００６５】
（Ａ−４）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、従来よりも、より小さい構造でビットレート、及び位相可変のマイケルソン型１ビット遅延干渉計を構成することができる。
【００６６】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の遅延干渉計の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６７】
第１の実施形態では、アクチュエータを２組使用した場合の構成を例示した。第２の実施形態では、第１の実施形態の構成よりも、さらに小型化を実現する構成である。
【００６８】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図７は、第２の実施形態の遅延干渉計１Ｂの構成を示す構成図である。図７において、第２の実施形態の遅延干渉計１Ｂは、入力ポートコリメータ２０１、２個の出力ポートコリメータ２０２及び２０３、２個のハーフミラー２０４及び２０５、プリズム２０６、アクチュエータ２０７、アクチュエータ２０７により駆動されるくさび型光学素子２０８、固定されたくさび型光学素子２０９、反射型液晶素子２１０、くさび型光学素子２１１で構成されるものである。
【００６９】
アクチュエータ２０７は、第１の実施形態と同様の駆動部である。第１の実施形態では、２組のアクチュエータを備える場合を例示したが、第２の実施形態では、１組のアクチュエータを備えるものとする。これにより、遅延干渉計をより小型化にすることができる。
【００７０】
くさび型光学素子２０８及びくさび型光学素子２０９のウェッジ角は等しく、それぞれの斜辺が平行となるように配置されている。
【００７１】
反射型液晶素子２１０は、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などのように、反射型の液晶素子である。反射型液晶素子２１０は、印加する電界により液晶の配向が変化する。すなわち、電界を印加して、入射される光に対して所定の角度をもたせる状態に液晶を変化させる。これにより、入力光が反射型液晶素子２１０の液晶に反射することで、当該入力光の位相状態が制御される。
【００７２】
くさび型光学素子２１１は、反射型液晶素子２１０からの反射光線を、反射型液晶素子２１０に入力する光線と平行となるように調整するものである。
【００７３】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態の遅延干渉計１Ｂの動作を、図７及び図３を参照しながら説明する。
【００７４】
図７の紙面に平行に振動する電界を持つ光が遅延干渉計１Ｂに入力し、入力された光は、入力ポートコリメータ２０１により平行光線となる。また、入力ポートコリメータ２０１からの平行光線は、ハーフミラー２０４に入力される。
【００７５】
ハーフミラー２０４では光線が２分岐される。１系統はプリズム２０６側に進行し、もう一方の１系統はくさび型光学素子２０９側に進行する。
【００７６】
プリズム２０６側に進行した光線は、プリズム２０６により２回全反射を繰り返し、プリズム２０６に入力した位置に対し、わずかに異なる位置から出力される。プリズム２０６からの出射光線は、ハーフミラー２０５に入力される。
【００７７】
また、くさび型光学素子２０９側に進行した光線は、固定されたくさび型光学素子２０９を通過し、さらにアクチュエータ２０７に固定されたくさび型光学素子２０８を通過する。くさび型光学素子２０９及び２０８は、粗調遅延素子として機能するものであり、例えば、ウェッジ角度を３０°とするものを適用することができる。
【００７８】
なお、くさび型光学素子２０９及び２０８の配置関係については、図３に例示したように、くさび型光学素子２０８の相互の斜辺が平行に動くように設置されているものとする。この動作は、第１の実施形態と同様である。
【００７９】
くさび型光学素子２０８から出射された光線は、反射型液晶素子２１０に入射する。反射型液晶素子２１０では、印加する電界に応じて液晶の配向が変化し、この状態によって出力する光の位相状態を制御する。
【００８０】
ここで、反射型液晶素子２１０は、光の入射に対して、若干の角度を持たせるように設置されている。反射型液晶素子２１０では、入力光が、わずかな角度を持つ液晶に反射する。この液晶に光が反射することで、光の位相は変化する。すなわち、光の位相を微調することができる。その反射した光が反射型液晶素子２１０から出射される。
【００８１】
反射型液晶素子２１０により位相が調整された反射光は、くさび型光学素子２１１に与えられる。くさび型光学素子２１１は、反射型液晶素子２１０から出力された光線が、反射型液晶素子２１０の入力光線と平行となるようにするものである。そのため、反射型液晶素子２１０に反射された光線は、くさび型光学素子２１１を通過すると、入力光線と平行に進行する光線にされる。
【００８２】
そして、再度、光線は、くさび型光学素子２０８及びくさび型光学素子２０９を通解して、ハーフミラー２０５に入力する。
【００８３】
ハーフミラー２０５では、プリズム２０６からの光線と、くさび型光学素子２０９からの光線とが入力し、これら光が分岐し、さらに光の干渉を行う。このハーフミラー２０５での光の分岐及び干渉に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００８４】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ハーフミラーによって、２出力（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ、Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ）を出力することができる。また、第２の実施形態によれば、反射型液晶素子を用いて光の位相の微調を行うことができるので、光の位相の粗調を行うアクチュエータを１組とすることができ、構成規模を小さくすることができる。さらに、ハーフミラーでの光の分岐及び干渉を行うために、くさび型光学素子により平行光線の進行方向をわずかに変えることで実現できる。
【００８５】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明の遅延干渉計の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８６】
第２の実施形態では、反射型液晶素子を用いた実施形態を説明した。しかし、液晶素子は、光の偏光を利用した素子であるため、例えば光信号の受信のようにあらゆる偏光状態で光が入力する可能性のある装置に利用することが困難である。そこで、第３の実施形態では、偏波面ダイバーシティを行い、あらゆる入力偏波面に対応する構成について説明する。
【００８７】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
図８は、第３の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。図８において、第３の実施形態の遅延干渉計１Ｃは、入力ポートコリメータ３０１、２個の出力ポートコリメータ３０２及び３０３、分光用偏波面ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３０４、２個のハーフミラー３０５及び３０６、プリズム３０７、アクチュエータ３０８、アクチュエータ３０８により駆動されるくさび型光学素子３０９、固定されたくさび型光学素子３１０、２個の１／２波長板３１１及び３１２、反射型液晶素子３１３、くさび型光学素子３１４、光路調整用素子３１５、２個の集光用偏波面ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３１６及び３１７で構成される。
【００８８】
向かい合わせになったくさび型光学素子３１０及び３１１は、ウェッジ角が等しい。
【００８９】
（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態の遅延干渉計１Ｃの動作を図８及び図３を参照して説明する。
【００９０】
入力ポートより遅延干渉計１Ｃに入力された光は、入力ポートコリメータ３０１により平行光線となる。入力ポートコリメータ３０１からの平行光線は、偏波面ビームスプリッタ３０４に入力される。
【００９１】
分光用偏波面ビームスプリッタ３０４では、光が、直行する２つの軸（図８では、紙面に平行な面上で光の進行方向に直行する軸、及び、紙面に垂直な面上で光の進行方向に直行する軸）で電界が振動する２つの光線に分離される。
【００９２】
ここでは、偏波面が直行する２つの光線を光線（１）、光線（２）と呼ぶ。光線（１）及び光線（２）は、分光用偏波面ビームスプリッタ３０４により分離され、若干の位置ずれを持って出力される。この位置ずれの距離は、特に限定されるものではなく、実験的に求めることができる。
【００９３】
分光用偏波面ビームスプリッタ３０４から出力された２つの光線（１）及び光線（２）は、ハーフミラー３０５に入力される。
【００９４】
光線（１）は、ハーフミラー３０５により２分岐される。ここでは、一方の１系統を光線（１−１）、他方の１系統を光線（１−２）と呼ぶ。光線（１−１）はプリズム３０７側に進行し、光線（１−２）はくさび型光学素子３１０側に進行する。
【００９５】
光線（２）も、同様に、ハーフミラー３０５により２分岐される。ここでは、一方の１系統の光線（２−１）はプリズム３０７側に進行し、他方の１系統の光線（２−２）はくさび型光学素子３１０側に進行する。
【００９６】
プリズム３０７に入力された光線（１−１）及び光線（２−１）はそれぞれ、プリズム３０７により２回全反射を繰り返し、プリズム３０７に入力した入力位置からわずかに異なる位置から出力される。プリズム３０７からの出射された光線（１−１）及び光線（２−１）は、ハーフミラー３０６に入力される。
【００９７】
一方、光線（１−２）及び光線（２−２）は、固定されたくさび型光学素子３１０を通過し、さらに、アクチュエータ３０８に固定されたくさび型光学素子３０９を通過する。
【００９８】
なお、アクチュエータ３０８に固定されたくさび型光学素子３０９とくさび型光学素子３１０との配置関係については、図３に例示したように、くさび型光学素子３０９及び３１０の斜辺が平行に動くように設置されている。また、くさび型光学素子３０９及び３１０は、粗調用の光学素子として機能するものである。
【００９９】
くさび型光学素子３０９から出射した光線のうち、図８の紙面に垂直な振動する偏波を持った光線（２−２）は、１／２波長板３１１に入力する。１／２波長板３１１を通過することで、図８の紙面に平行な偏波を持つ光線（２−２）’となる。そして、光線（２−２）’は、反射型液晶素子３１３に入力する。
【０１００】
一方、くさび型光学素子３０９から出射した光線（１−２）はそのまま、反射型液晶素子３１３に入力する。
【０１０１】
反射型液晶素子３１３では、第２の実施形態と同様に、印加する電界に応じて液晶の配向が変化し、この状態によって出力する光の位相状態を制御する。また、反射型液晶素子３１３は、図８の紙面に平行に振動する偏波を持つ光線の位相だけ変化させることができる。つまり、反射型液晶素子３１３に入射した光線（１−２）及び光線（２−２）’はそれぞれ、光の入射に対して所定の角度を持った液晶素子に反射し、反射型液晶素子３１３から出射される。
【０１０２】
反射型液晶素子３１３により位相が調整された光線（１−２）及び光線（２−２）’はそれぞれ、くさび型光学素子３１４を通過し、反射型液晶素子３１３に入力する光線と平行に進行する光線となる。
【０１０３】
ここで、くさび型光学素子３１４から出力された光線（２−２）’は、１／２波長板３１２に入力する。１／２波長板３１２は、再度、図８の紙面に垂直に振動する偏波を持った光線とするものである。従って、１／２波長板３１２を光線（２−２）’が通過することにより、出力光線は紙面に垂直に振動する光線となる。この出力光線を光線（２−２）”と呼ぶ。
【０１０４】
光線（１−２）及び光線（２−２）”は、くさび型光学素子３０９及び３１０を通過した後、ハーフミラー３０６に入力される。なお、この間、光線（１−２）は、光線（２−２）”との光路長調整のため、光路長調整用素子３１５を通過する。
【０１０５】
ハーフミラー３０６では、それぞれ同じ偏波面を持つ、光線（１−１）と光線（１−２）とが干渉し、光線（２−１）と光線（２−２）”とが干渉する。そのため、図８のハーフミラー３０６に示すように、ハーフミラー３０６では光の干渉が２箇所で生じる。
【０１０６】
ハーフミラー３０６の左側から出力された２つの光線は、集光用偏波面ビームスプリッタ３１６で集光され、出力ポートコリメータ３０２で結合されて出力される。また、ハーフミラー３０６の下方から出力された２つの光線は、集光用偏波面ビームスプリッタ３１７で集光され、出力ポートコリメータ３０３で結合されて出力される。
【０１０７】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上のように、第３の実施形態によれば、入力する入力信号の偏波面に拘らず、反射型液晶素子を用いた小型の遅延干渉計の動作を実現させることができる。
【０１０８】
（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明の遅延干渉計の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０９】
第１の実施形態では、変調方式としてＤＰＳＫを採用した光通信システムに適用する遅延干渉計について説明した。
【０１１０】
一方、検討が進められているＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）を採用した高速光通信システムでは、２台の１ビット遅延干渉計を用いる方式が適用されている。この場合、第１の実施形態で説明した１ビット遅延干渉計を２台用いることになるが、省スペース化の観点から、１台の１ビット遅延干渉計で実現することが望まれる。
【０１１１】
そこで、第４の実施形態では、ＤＱＰＳＫ変調方式の信号にも対応可能な１台の１ビット遅延干渉計について説明する。
【０１１２】
（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
図９は、第４の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。図９において、第４の実施形態の遅延干渉計１Ｄは、２個の入力ポートコリメータ４０１及び４０２、４個の出力ポートコリメータ４０３、４０４、４０５及び４０６、２個のハーフミラー４０７及び４０８、２個の光位相調整素子４０９及び４１０、２個のプリズム４１１及び４１２、２個のアクチエエータ４１３及び４１４、各アクチュエータ４１３及び４１４によって駆動されるくさび型光学素子４１５及び４１６、固定された２個のくさび型光学素子４１７及び４１８で構成される。
【０１１３】
くさび型光学素子４１５及び４１８は、それぞれの斜辺が向かい合わせに配置されており、それぞれのウェッジ角は等しい。同様に、くさび型光学素子４１６及び４１７は、それぞれの斜面が向かい合わせに配置されており、それぞれのウェッジ角は等しい。
【０１１４】
（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
次に、第４の実施形態の遅延干渉計１Ｄの動作について図９及び図３を参照しながら説明する。
【０１１５】
遅延干渉計１Ｄは、２個の入力ポートコリメータ４０１及び４０２を備え、２入力の構成をとる。そのため、各入力ポートから遅延干渉計１Ｄに入力した２つの光はそれぞれ、入力ポートコリメータ４０１及び４０２により平行光線となる。そして、入力ポートコリメータ４０１及び４０２からの各平行光線は、ハーフミラー４０７に入力する。
【０１１６】
入力ポートコリメータ４０１からの光線は、ハーフミラー４０７により２分岐され、一方の１系統はプリズム４１１側に進行し、他方の１系統はくさび型光学素子４１８側に進行する。
【０１１７】
また、ハーフミラー４０７とプリズム４１１との間には、光位相調整素子４１０が配置されており、ハーフミラー４０７からプリズム４１１側に進行した光線は、光位相調整素子４１０に入力する。光位相調整素子４１０は、光の位相を−π／４だけ調整するものであり、光位相調整素子４１０に入力した光線は、光の位相が−π／４だけずれて、プリズム４１１に入力される。
【０１１８】
一方、入力ポートコリメータ４０２からの光線も、ハーフミラー４０７により、プリズム４１１側とくさび型光学素子４１８側に２分岐される。
【０１１９】
また、ハーフミラー４０７とプリズム４１１との間には、光位相調整素子４０９が配置されており、ハーフミラー４０７からプリズム４１１側に進行した光は、光位相調整素子４０９に入力する。光位相調整素子４０９は、光の位相をπ／４だけ調整するものであり、光位相調整素子４０９に入力した光線は、光の位相がπ／４だけずれて、プリズム４１１に入力される。
【０１２０】
プリズム４１１に入力された各光線は、プリズム４１１により２回反射されて、それぞれの光線の入力位置からわずかにずれた位置から出力し、ハーフミラー４０８に進行する。
【０１２１】
一方、ハーフミラー４０７からくさび型光学素子４１８に進行した２個の光線は、くさび型光学素子４１８を通過し、さらにアクチュエータ４１３に固定されるくさび型光学素子４１５を通過する。さらに、くさび型光学素子４１５を通過した２個の光線は、アクチュエータ４１４に固定されたくさび型光学素子４１７を通過し、くさび型光学素子４１６を通過して、プリズム４１２に入力する。
【０１２２】
プリズム４１２に入力された各光線は、プリズム４１２により２回反射されて、それぞれの光線の入力位置からわずかにずれた位置から出力する。プリズム４１２から出力された各光線は、くさび型光学素子４１６、４１７、４１５及び４１８を通過して、ハーフミラー４０８に入力する。
【０１２３】
ハーフミラー４０８では、プリズム４１１から出射された２個の光線と、くさび型光学素子４１８を通過してきた２個の光線とが入力され、第１の実施形態と同様に、それぞれの光線について光の分岐及び干渉が行われる。
【０１２４】
ここで、ハーフミラー４０８では、４個の光の干渉信号が得られる。１つは、入力ポートコリメータ４０１からの入力光信号と光位相調整素子４１０で−π／４だけ位相がずれた信号との干渉信号、２つは、入力ポートコリメータ４０１からの入力光信号と光位相調整素子４０９でπ／４だけ位相がずれた信号との干渉信号、３つは、入力ポートコリメータ４０２からの入力光信号と光位相調整素子４１０で−π／４だけ位相がずれた信号との干渉信号、４つは、入力ポートコリメータ４０２からの入力光信号と光位相調整素子４０９でπ／４だけ位相がずれた信号との干渉信号である。
【０１２５】
ハーフミラー４０８から出力される４つの干渉信号はそれぞれ、出力ポートコリメータ４０３〜４０６に与えられ平行光線として出力される。
【０１２６】
このように、従来、ＤＱＰＳＫ信号の復調では、第１の干渉計ではπ／４の位相差で干渉させ、もう一方の干渉計では−π／４の位相差で干渉させることが必要であったが、第４の実施形態によれば、光位相調整素子４０９及び４１０を備え、それぞれ２つの入力信号と干渉させることで、同様の動作を実現することができる。
【０１２７】
（Ｄ−３）第４の実施形態の効果
以上のように、第４の実施形態によれば、ＤＱＰＳＫの復調を行うモデジュレータを１つの干渉計で実現することができる。
【０１２８】
（Ｅ）第５の実施形態
次に、本発明の遅延干渉計の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１２９】
第５の実施形態は、第１〜第４の実施形態で説明したくさび型光学素子の設置態様に関するものである。
【０１３０】
一般的に、遅延干渉計の精度は、干渉させる光が明るい方がよい。くさび型光学素子は、通常反射防止膜（ＡＲ膜）がコーティングされているので、入射された光は反射が起こらないように設計されている。そのため、明るさを維持して干渉信号を得ることができる。
【０１３１】
しかし、くさび型光学素子の光学特性は、光の入射角度が変わると変化し得る。特に、入射角が３０°を超えて、光が入射されると、その偏光波であるＴＥ波及びＴＭ波の反射率が大きく変わってくる。
【０１３２】
このことから、粗調用のくさび型光学素子に入射する光の偏光状態によっては、反射率が変わり、出射光に損失が生じ、遅延干渉計の精度も悪くなるおそれが生じ得る。
【０１３３】
上記のような問題を回避するために、（１）入射角に合わせた反射防止膜を製膜する方法や、（２）多層膜を構成し、入射角依存を小さくするという方法等が考えられる。しかし、（１）の方法は、入射角に対する依存性が大きくなり、実装時の誤差に対応する許容性が小さくなるという課題が生じ得る。また（２）の方法は、製膜のコストが高くなるという問題が生じ得る。くさび型光学素子の反射防止膜に特別な処置を施すことなく、反射、透過特性の問題を解決することが望まれる。
【０１３４】
そこで、第５の実施形態では、くさび型光学素子への光の入射角を極力小さくして損失を極力小さくする実施形態を例示する。
【０１３５】
（Ｅ−１）第５の実施形態の構成
第５の実施形態では、固定されたくさび型光学素子と、アクチュエータに固定されたくさび型光学素子との設置構成に特徴がある。そのため、２個のくさび型光学素子との設置構成を中心に説明する。それ以外の構成については、第１〜第４の実施形態で説明した構成と同様である。つまり、第５の実施形態で説明する２個のくさび型光学素子の設置構成を、第１〜第４の実施形態にも適用することができる。
【０１３６】
図１０は、くさび型光学素子に垂直入射するときの構成例を示す構成図である。図１０において、くさび型光学素子６０１は、図示しないアクチュエータの駆動により移動するものである。図１０において、一点鎖線はくさび型光学素子６０１の移動前の位置を示し、実線は移動後の位置を示す。
【０１３７】
なお、くさび型光学素子６０１及びくさび型光学素子６０２の向かい合う面は平行であり、ウェッジ角は共に等しく、各面の屈折率ｎは共に１．５とする。
【０１３８】
くさび型光学素子６０１の第１面に入射する光線は垂直に入射する。光線がくさび型光学素子６０１から出射するとき、光線が第２面に入射するくさび型光学素子６０１内の角度は３０°となる。このとき、くさび型光学素子６０１とくさび型光学素子６０２との間の空気中では４８．６°であり、およそ４９°となるため、非常に大きな角度となる。なお、空気中での角度はくさび型光学素子６０２の第１面に入射する角度となる。このように、くさび型光学素子６０１及び６０２の各面への入射角度は大きくなるので、反射・透過特性による損失も大きくなり得る。
【０１３９】
そこで、第５の実施形態では、図１１に例示するように、くさび型光学素子６１１及び６１２の頂角を２分する面に垂直に光が進行するように、入射角を選定する。
【０１４０】
図１１は、くさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光が進行するように入射角を選定した場合の構成例を示す構成図である。図１１において、破線が、頂角を２分する面を示す。
【０１４１】
図１１において、くさび型光学素子６１１の第１面に入射する光線の入射角度が１５°であり、第１面からの出射する角度が１０°となる。また、光線がくさび型光学素子６１１の第２面に入射する角度が２５°であり、第２面から空気中に出射する角度は３９°となる。図１１の例の場合、図１０の例に比べれば、くさび型光学素子への入射角度を小さくすることができる。
【０１４２】
図１２は、くさび型光学素子内で、くさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光を進行させるように入射角を選定した場合の構成例を示す構成図である。
【０１４３】
図１２において、くさび型光学素子６２１の第１面に入射する光線の入射角度が２３°であり、１５°の角度で出射する。くさび型光学素子６２１の素子内において、光線は、くさび型光学素子６２１の頂角を２分する面に垂直に進行する。そして、くさび型光学素子６２１の第２面への光線の入射角は１５°となり、空気中への出射角度は２３°となる。
【０１４４】
図１１の例の場合、最大の入射角が３９°であるのに対して、図１２の例の場合、最大の入射角が２３°であり、図１１の例の場合よりも小さい。図１１の場合も効果的に出射光の損失を抑えているが、図１２の場合の方が、より効果的に出射光の損失を抑えていることが分かる。
【０１４５】
しかし、図１１及び図１２の場合、光線が、プリズム６１３及び６２３に反射し、再度くさび型光学素子に戻ってきて通過し、くさび型光学素子から出射するとき、光線の光線軸が、くさび型光学素子６１１及び６１２の移動に伴い、平行に移動してしまう（図１１及び図１２の「Ａ」参照）。
【０１４６】
光ファイバに再結合することを考慮すると、このような光線軸の移動があると、光ファイバに再結合することができなくなるという問題や、損失が大きくなる等といった問題が生じ得る。また、図１１及び図１２のように、プリズム６１３及び６２３を用いると、光線が反転してしまうという問題もある。
【０１４７】
図１３は、第５の実施形態の２個のくさび型光学素子の構造及びその周辺の構成例を示す構成図である。図１３に示す構成例は、図示しないアクチュエータにより駆動されるくさび型光学素子５０１、固定されたくさび型光学素子５０２、反射部５０３〜５０５を少なくとも有する。
【０１４８】
くさび型光学素子５０１及びくさび型光学素子５０２は、光学素子内で、光線が頂角を２分する面に垂直に進行するように入射角を選定した配置構成である。くさび型光学素子５０１及びくさび型光学素子５０２の頂角は等しく、向かい合う斜辺は平行である。
【０１４９】
反射部５０３〜５０５は、くさび型光学素子５０２の第２面から出射された光線を、複数の反射部を一組として、くさび型光学素子５０２に折り返すものである。図１３では、３個の反射部５０３〜５０５を一組とする場合を例示しているが、反射部の数は特に限定されるものではない。
【０１５０】
（Ｅ−２）第５の実施形態の動作
次に、第５の実施形態の動作について図面を参照しながら説明する。図１４は、第５の実施形態の動作を説明する説明図である。図１４では、一点鎖線で表された位置にあるくさび型光学素子５０１が移動し、実線で表された位置にくさび型光学素子５０１が移動する場合を例示する。
【０１５１】
光線（１）は、くさび型光学素子５０１の第１面に入射する。移動前の一点鎖線の位置にくさび型光学素子５０１が位置する場合、光線（１）は第１面に入射し、光学素子内を光線（２）が進行する。光線（２）は、くさび型光学素子５０１の第２面に入射し、空気中に出射し、光線（４）の光路をたどって、くさび型光学素子５０２の第２面を出射する。
【０１５２】
一方、移動後の実線の位置にくさび型光学素子５０１が位置する場合、光線（１）は、第１面に入射し、光学素子内を光線（３）が進行する。光線（３）は、くさび型光学素子５０１の第２面に入射し、空気中に出射し、光線（５）の光路をたどって、くさび型光学素子５０２の第２面を出射する。
【０１５３】
このとき、光線（４）と光線（５）では、くさび型光学素子５０１の位置の移動に伴い、進行する光路の位置が変化している。
【０１５４】
次に、光線（４）及び光線（５）は、反射部５０３に向けて進行し、反射部５０３に反射し、反射部５０４に向けて進行する。さらに、光線（４）及び光線（５）は、反射部５０４に反射し、反射部５０５に向けて進行する。反射部５０５に反射された光線（６）及び光線（７）は、くさび型光学素子５０２に向けて進行する。
【０１５５】
上記のように、３個の反射部５０３〜５０５を用いて、光線（４）及び光線（５）の進行方向を反転させる。この反射によって、２つの光線（４）及び光線（５）との間の位置関係及び距離は変わらないものとなる。
【０１５６】
つまり、くさび型光線素子５０２の第２面から出射される光線（４）及び光線（５）と、反射部５０５に反射された光線（６）及び光線（７）とが平行となる。また、くさび型光学素子５０２の第２面から出射される光線（４）と光線（５）との間の距離と、反射部５０５に反射されてくさび型光学素子５０２の第２面に入射する光線（６）と光線（７）との間の距離は同じである。
【０１５７】
そのため、光線（４）及び光線（５）がくさび型光学素子５０２の第２面から出射する角度と、光線（６）及び光線（７）がくさび型光学素子５０２の第２面に入射する角度とが等しくなる。
【０１５８】
従って、光線（６）及び（７）が、図１４に示す光路をたどり、くさび型光学素子５０１の第１面から出射する角度と、光線（２）及び光線（３）がくさび型光学素子５０１の第１面に入射する角度とが等しくなる。その結果、くさび型光学素子５０１の移動前の光線軸と移動後の光線軸とが同じとなる。
【０１５９】
ここで、反射部５０３〜５０５は、光線（４）及び光線（５）と光線（６）及び光線（７）とが平行にすることが必要である。反射部５０３〜５０５の設置角度は、光線（４）及び光線（５）と光線（６）及び光線（７）とが平行にすることができれば、広く適用することができる。
【０１６０】
例えば、図１４において、反射部５０３の設置角度をα、反射部５０４の設置角度をβ、反射部５０５の設置角度をγとする。なお、反射部５０３〜５０５は、くさび型光学素子５０１の頂角を２分する面内にあるものとする。この場合、β＋γ＝α＋８°の関係を満たすように反射部５０３〜５０５を設置する。
【０１６１】
（Ｅ−３）第５の実施形態の効果
以上のように、第５の実施形態によれば、図１４に示す光線（６）及び光線（７）は、プリズムの反射による上下関係の反転を回避することができる。また、光路間の距離は、入射角が同じであれば、図１４に示した「ｘ」で決まる。図１４において、光線（１）と光線（６）及び光線（７）との入射の位置が異なるので、光線の進行するくさび型光学素子の厚さが異なる。
【０１６２】
しかしながら、ｘは、入射の位置や、移動前後のくさび型光学素子の厚みの違いに依存しないため、光学素子通過後に光線（６）と光線（７）の光路は接近し、同一となる。よって、反射部５０３〜５０５の設置により、光ファイバ端面に実装されたコリメータレンズに結合することができる。
【０１６３】
（Ｆ）他の実施形態
上述した第１〜第５の実施形態で示した遅延干渉計の構成は一例であり、第１〜第５の実施形態で説明した光の遅延干渉を行うことができれば、その構成は広く適用することができる。
【０１６４】
例えば、第１〜第５の実施形態では、アクチュエータに固定されたくさび型光学素子と、固定されたくさび型光学素子とを向かい合わせに配置した場合を例示した、複数のくさび型光学素子をアクチュエータに固定して、それぞれのくさび型光学素子を移動させることができるようにしてもよい。
【０１６５】
また例えば、第２の実施形態では、図７に示すハーフミラー２０４により分岐された２つの光路の一方の光路（図７では右方に進行する光路）に、２個のくさび型光学素子からなる１組の粗動調整手段と、反射型液晶素子を備える場合を例示している。しかし、上述したように、くさび型光学素子の頂角に応じて光路長を調整することができるので、遅延干渉計の装置規模は大きくなるが、２つの光路の双方に粗動調整手段と反射型液晶素子を備える構成としてもよい。
【０１６６】
上述した第１〜第５の実施形態では、マイケルソン型干渉計に本発明を適用する場合を例示したが、本発明はマイケルソン型干渉計に限定されるものではない。例えば、複数のくさび型光学素子を１組とする遅延手段を、マッハツェンダ型の干渉計に適用するようにしてもよい。
【０１６７】
第１〜第５の実施形態では、光通信システムに利用する干渉計を想定して説明したが、光通信システムに利用される干渉計に限定されるものではなく、広く干渉計に適用することができる。
【符号の説明】
【０１６８】
１０１…入力ポートコリメータ、１０２及び１０３…出力ポートコリメータ、１０４及び１０５ハーフミラー、１０６及び１０７…プリズム、１０８及び１０９…アクチュエータ、１１０及び１１１…くさび型光学素子、１１２及び１１３…くさび型光学素子、
２０１…入力ポートコリメータ、２０２及び２０３…出力ポートコリメータ、２０４及び２０５…ハーフミラー、２０６…プリズム、２０７…アクチュエータ、２０８…くさび型光学素子、２０９…くさび型光学素子、２１０…反射型液晶素子、２１１…くさび型光学素子２１１、
３０１…入力ポートコリメータ、３０２及び３０３…出力ポートコリメータ、３０４…偏波面ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、３０５及び３０６…ハーフミラー、３０７…プリズム、３０８…アクチュエータ、３０９…くさび型光学素子、３１０…くさび型光学素子、３１１及び３１２…１／２波長板、３１３…反射型液晶素子、３１４…くさび型光学素子、３１５…光路調整用素子、３１６及び３１７…集光レンズ３１６、
４０１及び４０２…入力ポートコリメータ、４０３〜４０６…出力ポートコリメータ、４０７及び４０８…ハーフミラー、４０９及び４１０…光位相調整素子、４１１および４１２…プリズム、４１３及び４１４…アクチュエータ、４１５及び４１６…くさび型光学素子、４１７及び４１８…くさび型光学素子、５０１…くさび型光学素子、５０２…くさび型光学素子、
１Ａ〜１Ｄ…遅延干渉計。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遅延干渉計に関するものであり、例えば、光伝送システムに用いる１ビット遅延干渉計に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、マイケルソン干渉計の光路長を制御する方法として、特許文献１のような手法が知られている。図２は、従来のマイケルソン干渉計の光路長を制御する方式を説明する説明図である。図２において、入力ポートコリメータ２１から入力された光は、ハーフミラー２３で２分岐され、一方の光は全反射ミラー２４側に進行し、他方の光はアクチュエータ２５により駆動される全反射ミラー２６側に進行する。そして、ハーフミラー２３に再度戻ってきた２つの反射光を結合して干渉光（干渉信号）が生成され、干渉光が出力ポートコリメータ２２に出力する。
【０００３】
従来の方式は、図２に示されるように、上記他方の光路の全反射ミラー２６にアクチュエータ２５を取り付け、アクチュエータ２５の駆動により全反射ミラー２６の位置を移動させることで光路長を調整するというものである。
【０００４】
例えば、マイケルソン干渉計を高速光通信システムに用いる場合、非特許文献１の記載の技術のように、マイケルソン干渉計の光路長を変化させ、干渉する光の位相を制御する用い方（微動調整（微調））と、ビット周期に相当する比較的大きな光路長を調整する用い方（粗動調整（粗調））との２通りを同時に行うことが想定される。このとき、特許文献１や非特許文献１の方式で、微調と粗調を行うためには、例えば、大きなステッピングモータや、アクチュエータが必要になる。
【０００５】
一般的に、小型のアクチュエータの１つとして、ＰＺＴアクチュエータと呼ばれる、圧電素子を用いたアクチュエータが知られている。ＰＺＴアクチュエータには積層された圧電素子に電界を印加したときに生じる伸縮を利用する「積層型」と、電界印加時の伸縮の大きさや符号が異なる素子を張り合わせ、電界印加時に生じるそりを利用した「バイモルフ型」や「モノモルフ型」等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−２４３４６１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Yoshihiro Kanda.Hitoshi Murai.Masatoshi Kagawa.Kozo Fujii,”Highly Stable 160-Gb/s Field Transmission Employing Adaptive PMD Compensator with Ultra High Time-Resolution Variable DGD Generator”,ECOC 2008,September 2008,Bryssels,Belguim,We.3.E.6,Vol.3-p.207-p.208
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、積層型アクチュエータは、非常に精度が高い反面、ダイナミックレンジが比較的狭いため、微調に適しているが、粗調には適していない。
【０００９】
これに対して、バイモルフ型やモノモルフ型のアクチュエータの伸縮動作を利用した場合には、圧電素子に付帯した冶具上にステージをのせ、パルス状に電界印加することで生じる振動により、そのステージを駆動させることで直線動作を得る。しかしながら、この場合は、細かいステップで動作できないために、光の位相を制御することができないという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、小型でビットレート、光位相とも変更可能な１ビット遅延干渉計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するために、第１の本発明の遅延干渉計は、（１）入力された光線を２分岐する分岐手段と、（２）分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、第１の駆動部と、それぞれの頂角が同じである第１のくさび型光学素子及び第２のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、第１の駆動部による駆動を受けた第２のくさび型光学素子が、対向する第１のくさび型光学素子に平行に移動することにより、第１の光路及び又は第２の光路を進行する光の光路長の粗動調整を行う粗動調整手段と、（３）分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、第２の駆動部と、それぞれの頂角が同じである第３のくさび型光学素子及び第４のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、第２の駆動部による駆動を受けた第４のくさび型光学素子が、対向する第３のくさび型光学素子に平行に移動することにより、第１の光路及び又は第２の光路を進行する光の光路長の微動調整を行う微動調整手段と、（４）微動調整手段による微動調整、粗動調整手段による粗動調整が行われた、第１の光路を進行する第１の光線及び第２の光路を進行する第２の光線を分岐し、第１の光線及び第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第２の本発明の遅延干渉計は、（１）入力された光線を２分岐する分岐手段と、（２）反射型液晶素子に傾きを持たせ、分岐手段により分岐された一方の第１の光路を進行する光線を反射型液晶素子で反射させて、当該光線の光位相の制御を行う光位相制御手段と、（３）分岐手段と光位相制御手段との間に介在し、駆動部と、それぞれの頂角が同じである第１のくさび型光学素子及び第２のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、駆動部による駆動を受けた第２のくさび型光学素子が、対向する第１のくさび型光学素子に平行に移動することにより、分岐手段からの光線及び光位相手段により反射され戻ってきた光線の光路長の粗動調整を行う粗動調整手段と、（４）分岐手段により分岐された他方の第２の光路を進行する光線を全反射する反射手段と、（５）反射手段により反射された第１の光線及び粗動調整手段から出力された第２の光線を分岐し、第１の光線及び第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型でビットレート、光位相とも変更可能な１ビット遅延干渉計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。
【図２】従来のマイケルソン干渉計の光路長を制御する方法を説明する説明図である。
【図３】アクチュエータに駆動されるくさび型光学素子と固定されたくさび型光学素子との配置関係を説明する説明図である。
【図４】第１の実施形態のハーフミラーにおける光の干渉の様子を説明する説明図である。
【図５】第１の実施形態の微調用遅延素子のウェッジ角と分解能を示す図である。
【図６】第１の実施形態のアクチュエータの移動量と光学的な遅延量との関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。
【図８】第３の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。
【図９】第４の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。
【図１０】くさび型光学素子に垂直に光線が入射するときの構成例を示す犢図である。
【図１１】くさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光が進行するように入射角を選定した場合の構成例を示す構成図である。
【図１２】くさび型光学素子内で、くさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光が進行するように入射角を選定した場合の構成例を示す構成図である。
【図１３】第５の実施形態の２個のくさび型光学素子の構造及びその周辺の構成を示す構成図である。
【図１４】第５の実施形態の動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る遅延干渉計の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
第１の実施形態では、例えば変調方式としてＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）を採用した光通信システムにおける１ビット遅延干渉計に本発明を適用する場合を例示して説明する。
【００１７】
（Ａ）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態の遅延干渉計１Ａの構成を示す構成図である。図１において、第１の実施形態の遅延干渉計１Ａは、入力ポートコリメータ１０１、２個の出力ポートコリメータ１０２及び１０３、２個のハーフミラー１０４及び１０５、２個のプリズム１０６及び１０７、２個のアクチュエータ１０８及び１０９、アクチュエータ１０８及び１０９が駆動させる２個のくさび（ウェッジ）型光学素子１１０及び１１１、固定されたくさび型光学素子１１２及び１１３を有して構成される。
【００１８】
アクチュエータ１０８及び１０９は、小型のアクチュエータ（マイクロアクチュエータ）である。アクチュエータ１０８及び１０９は、可動式のアームを備えており、そのアームにくさび型光学素子１１０及び１１１が固定されており、アームを稼働させることによりくさび型光学素子１１０及び１１１を押し出したり又は引き込んだりする駆動部として機能するものである。これにより、アクチュエータ１０８及び１０９に固定されたくさび型光学素子１１０及び１１１を移動させることができる。
【００１９】
くさび型光学素子１１０及び１１１は、アクチュエータ１１０及び１１１１に固定されたくさび型の形状をした光学素子である。くさび型光学素子１１０及び１１１は、アクチュエータ１０８及び１０９の駆動により、位置を移動させることができる。
【００２０】
くさび型光学素子１１２及び１１３は、所定の位置に固定されたくさび型の形状の光学素子である。
【００２１】
ここで、この実施形態では、アクチュエータ１０８に固定されたくさび型光学素子１１０とくさび型光学素子１１３が、光路長を微動調整する微動調整手段として機能する。一方、アクチュエータ１０９に固定されたくさび型光学素子１１１とくさび型光学素子１１２が、光路長を粗動調整する粗動調整手段として機能する。
【００２２】
微調用として機能するくさび型光学素子１１０及び１１３は、それぞれ、向かい合う斜辺が平行となるように設置されている。また、くさび型光学素子１１０及び１１３のウェッジ角は、共に等しく、粗調用として機能するくさび型光学素子１１１及び１１２のウェッジ角が小さい。
【００２３】
粗調用として機能するくさび型光学素子１１１及び１１２は、それぞれ、向かい合う斜辺が平行となるように設置されている。また、くさび型光学素子１１１及び１１２のウェッジ角は、共に等しく、微調用として機能するくさび型光学素子１１０及び１１３のウェッジ角が大きい。
【００２４】
なお、くさび型光学素子１１０及び１１３を１組とする微動調整手段と、くさび型光学素子１１１及び１１２を１組とする粗動調整手段とは、それぞれ、ハーフミラー１０４により分岐された２つの光路のいずれか又は双方に配置するようにしてもよい。
【００２５】
例えば、図１では、微動調整手段と粗動調整手段とを並べて配置した場合を例示しているが、ハーフミラー１０４からハーフミラー１０５までの２つの光路上のいずれであれば、微動調整手段と粗動調整手段の配置位置は特に限定されるものではない。例えば、ハーフミラー１０４とプリズム１０６との間に、微動調整手段と粗動調整手段のいずれか一方を配置させ、ハーフミラー１０４とプリズム１０７との間に、他方を配置させてもよい。
【００２６】
また例えば、後述するように光路長の変化はくさび型光学素子の頂角に依存するので、ハーフミラー１０４により分岐された２つの光路の両方に、微動調整手段、粗動調整手段を配置するようにしてもよい。
【００２７】
プリズム１０６及びプリズム１０７は、入射光を全反射する全反射部である。この実施形態では、入射した光線の入射位置と、反射した光線の反射位置とが異なる位置となるようにするために、全反射部としてプリズムを適用する場合を例示するが、これに限定されるものではない。例えば、複数のミラー等を組み合わせた全反射部を構成するようにしてもよい。
【００２８】
入力ポートコリメータ１０１は、遅延干渉計１Ａの入力ポートから入力された入力光を平行光線にするものである。
【００２９】
出力ポートコリメータ１０２及び１０３は、ハーフミラー１０５から出射された出射光線を遅延干渉計１Ａの出力ポートに出力するものである。
【００３０】
ハーフミラー１０４は、入力ポートコリメータ１０１からの光線を２分岐して、一方の光線をプリズム１０６側（図１の上方）に出射し、他方の光線をプリズム１０７側（図１の右方）に進行させるものである。
【００３１】
ハーフミラー１０５は、プリズム１０６からの反射光線と、プリズム１０７の反射光線がくさび型光学素子１１０〜１１３を通過して遅延された光線とを入射し、これら反射光線及び遅延された光線を分岐及び結合して干渉光を生成するものである。
【００３２】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の遅延干渉計１Ａの動作を、図１、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００３３】
まず、図１において、図示しない入力ポートから遅延干渉計１Ａに入力された光は、入力ポートコリメータ１０１を通過することにより平行光線となり、第１のハーフミラー１０４に入力される。
【００３４】
第１のハーフミラー１０４に入力された光線は、２分岐される。一方の１系統は、プリズム１０６側に進行し、他方の１系統は、図面での右側へ進行する。
【００３５】
一方の１系統の光線は、プリズム１０６に入力し、プリズム１０６で２回全反射を繰り返す。これにより、光線はプリズム１０６に入力した入力位置からわずかに異なる位置から出力する。プリズム１０６から出力した出射光線は、第２のハーフミラー１０５に入力される。
【００３６】
他方の１系統の光線は、固定されたくさび型光学素子（第１のくさび型光学素子）１１３を通過し、さらにアクチュエータ１０８に固定されたくさび型光学素子（第２のくさび型光学素子）１１０を通過する。
【００３７】
ここで、図３は、くさび型光学素子１１３及び１１０の配置関係を説明する説明図である。図３を用いて、くさび型光学素子１１３及び１１０の配置関係について説明する。なお、図３の例では、入力光線の進行方向に対いて、くさび型光学素子１１０及び１１３の斜辺が垂直となるように配置した場合を示す。
【００３８】
図３に示すように、アクチュエータ１０８に駆動されて移動可能なくさび型光学素子１１０は、斜辺が平行に移動するように設定されている。
【００３９】
例えば、図３（Ａ）は、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を遠くに押し込んだときの配置関係を示し、図３（Ｂ）は、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を近くに引き込んだときの配置関係を示す。
【００４０】
アクチュエータ１０８は、くさび型光学素子１１０の斜辺が平行になるように位置移動させるので、図３（Ａ）に示す状態から図３（Ｂ）に示す状態に移動させる場合、対向する固定されたくさび形光学素子１１３の斜辺と平行のまま移動する。
【００４１】
また、図３（Ａ）に示すように、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を押し込んだときに対して、図３（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を若干引き込んだときの方が、光線がくさび型光学素子１１０内を進行する時間が短く、光線の光路長は短くなる。
【００４２】
例えば、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、アクチュエータ１０８がくさび型光学素子１１０を移動させる移動距離を「Ｌ」とする。また、図３（Ａ）のくさび型光学素子１１０を進行する光の光路長を「ｌ１」とし、図３（Ｂ）のくさび型光学素子１１０を進行する光の光路長を「ｌ２」とする。
【００４３】
この場合、移動距離Ｌに対して、その光路長差（ｌ１−ｌ２）は、Ｌｓｉｎθ／（ｎ−１）で表される。ここで、ｎは屈折率である。θはくさび型光学素子１１０及びくさび型光学素子１１３のウェッジ角であり、第１の実施形態では、例えばウェッジ角θ＝１°とする場合を例示する。
【００４４】
図１において、くさび型光学素子１１０を通過した光線は、くさび型光学素子（第３のくさび型光学素子）１１１を通過し、さらにくさび型光学素子（第４のくさび型光学素子）１１２を通過する。くさび型光学素子１１１及び１１２の配置関係も、図３に例示した、くさび型光学素子１１３及び１１０の場合と同じである。
【００４５】
ただし、ウェッジ角が異なる。微調用として機能するくさび型光学素子１１３及び１１０の場合、ウェッジ角を例えば１°したのに対して、粗調用として機能するくさび型光学素子１１１及び１１２のウェッジ角は、例えばθ＝３０°と設定するものとする。
【００４６】
第４のくさび型光学素子１１２を通過した光線は、第２のプリズム１０７に入力する。光線は、プリズム１０７で２回の全反射が行われ、プリズム１０７に入力した位置に対して、わずかに異なる位置から出力される。
【００４７】
プリズム１０７から出射された光線は、さらに、第４のくさび型光学素子１１２及び第３のくさび型光学素子１１１、第２のくさび型光学素子１１０及び第１のくさび型光学素子１１３を通過する。そして、第１のくさび型光学素子１１３を通過した光線は、第２のハーフミラー１０５に入力される。
【００４８】
ハーフミラー１０５には、プリズム１０６から出射された光線と、第１のくさび型光学素子１１３から出射された光線とが入力される。
【００４９】
図４は、ハーフミラー１０５における光の干渉の様子を説明する説明図である。図４において、ハーフミラー１０５には、プリズム１０６からの光線（１）と、第１のくさび型光学素子１１３からの光線（２）とが入力する。また、光線（３）〜（６）がハーフミラー１０５から出力する。
【００５０】
第１のくさび型光学素子からの光線（１）は、ハーフミラー１０５に入力されると、光線（３）及び光線（４）に分岐される。また、プリズム１０６からの光線（２）は、ハーフミラー１０５に入力されると、光線（５）及び光線（６）に分岐される。
【００５１】
そのため、光線（３）及び光線（６）がそれぞれ干渉し、出力ポートコリメータ１０３側に進行する。また、光線（４）及び光線（５）がそれぞれ干渉し、出力ポートコリメータ１０２側に進行する。
【００５２】
このとき、光線（３）の位相は、光線（１）の位相と同相であるが、光線（４）の位相は、光線（１）の位相に対してπ／２の位相シフトが生じる。また、光線（５）の位相は、光線（２）の位相と同相であるが、光線（６）の位相は、光線（２）の位相に対してπ／２の位相シフトが生じる。
【００５３】
図４において、光線（１）の位相が「０」であり、光線（２）の位相が「π／２」であるとする。光線（１）及び光線（２）の位相差がπ／２で、ハーフミラー１０５に結合するとする。
【００５４】
この場合、光線（３）の位相「０」及び光線（６）の位相「０」であるから、位相差が「０」で再結合する。また、光線（４）の位相「π/２」及び光（５）の位相「−π／２」であるから、位相差が「π」で再結合する。
【００５５】
よって、出力ポートコリメータ１０２側からの出力が、Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｒｔに対応する。また、出力ポートコリメータ１０３側からの出力がＤｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｐｏｒｔに対応する。
【００５６】
（Ａ−３）実施例
次に、第１の実施形態の遅延干渉計１Ａによる効果について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
アクチュエータ１０８及び１０９のくさび型光学素子１１０及び１１１を伸縮する１ステップの分解能が分かれば、アクチュエータ１０８及び１０９の１ステップで可変できる光学長は、くさび型光学素子１１０及び１１１のウェッジ角で定まる。
【００５８】
図５は、微調用遅延素子のウェッジ角と分解能を示す図である。図５において、くさび型光学素子のウェッジ角（Angle）を横軸に、可変できる最小の光学長を縦軸に記載した図を示す。
【００５９】
図５において、光線が１方向に進行した場合の光学長分解能を点線で、往復したときの分解能を実線で示した。第１の実施形態では往復させているので、実線で示した分解能で光学長を変化させることができる。
【００６０】
第１のくさび型光学素子１１３、第２のくさび型光学素子１１０の角度（ウェッジ角）は１°であるため、アクチュエータ１０８の１ステップで可変できる光学長は０．０１７μｍとなる。よって、１波長に相当する長さに達するには９０ステップを要する。これは、波長の１／９０の分解能で位相を制御することができることを意味する。
【００６１】
また、アクチュエータ１０８及び１０９の最大移動量を４ｍｍとしたとき、どの程度の距離を可変できるかについて説明する。
【００６２】
図６は、アクチュエータ１０８及び１０９の移動量（横軸）と光学的な遅延量（縦軸）との関係を示す。図６では、くさび型光学素子１１０及び１１１のウェッジ角を３０°としてある。実線は１組のくさび型光学素子を利用した場合で、点線は２組、破線は３組用いた例である。
【００６３】
図６において、移動量が０の場合に遅延量が５ｐｓであるとしてある。これは、２００Ｇｂ／ｓのビットレートに相当する。アクチュエータ１０８及び１０９の移動量が４ｍｍの場合、１組では遅延量は１２．５ｐｓまで変化するため、可変量は２００Ｇｂ／ｓから８０Ｇｂ／ｓまで対応できるビットレート可変、１ビット遅延干渉計となる。
【００６４】
２組では２０ｐｓとなるため、２００Ｇｂ／ｓから５０Ｇｂ／ｓまで対応可能なビットレート可変、１ビット遅延干渉計となる。さらに、３組用いた場合には、３０ｐｓ程度まで遅延量が増やせるため、４０Ｇｂ／ｓにも対応できる１ビット遅延干渉計となる。
【００６５】
（Ａ−４）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、従来よりも、より小さい構造でビットレート、及び位相可変のマイケルソン型１ビット遅延干渉計を構成することができる。
【００６６】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の遅延干渉計の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６７】
第１の実施形態では、アクチュエータを２組使用した場合の構成を例示した。第２の実施形態では、第１の実施形態の構成よりも、さらに小型化を実現する構成である。
【００６８】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図７は、第２の実施形態の遅延干渉計１Ｂの構成を示す構成図である。図７において、第２の実施形態の遅延干渉計１Ｂは、入力ポートコリメータ２０１、２個の出力ポートコリメータ２０２及び２０３、２個のハーフミラー２０４及び２０５、プリズム２０６、アクチュエータ２０７、アクチュエータ２０７により駆動されるくさび型光学素子２０８、固定されたくさび型光学素子２０９、反射型液晶素子２１０、くさび型光学素子２１１で構成されるものである。
【００６９】
アクチュエータ２０７は、第１の実施形態と同様の駆動部である。第１の実施形態では、２組のアクチュエータを備える場合を例示したが、第２の実施形態では、１組のアクチュエータを備えるものとする。これにより、遅延干渉計をより小型化にすることができる。
【００７０】
くさび型光学素子２０８及びくさび型光学素子２０９のウェッジ角は等しく、それぞれの斜辺が平行となるように配置されている。
【００７１】
反射型液晶素子２１０は、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などのように、反射型の液晶素子である。反射型液晶素子２１０は、印加する電界により液晶の配向が変化する。すなわち、電界を印加して、入射される光に対して所定の角度をもたせる状態に液晶を変化させる。これにより、入力光が反射型液晶素子２１０の液晶に反射することで、当該入力光の位相状態が制御される。
【００７２】
くさび型光学素子２１１は、反射型液晶素子２１０からの反射光線を、反射型液晶素子２１０に入力する光線と平行となるように調整するものである。
【００７３】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態の遅延干渉計１Ｂの動作を、図７及び図３を参照しながら説明する。
【００７４】
図７の紙面に平行に振動する電界を持つ光が遅延干渉計１Ｂに入力し、入力された光は、入力ポートコリメータ２０１により平行光線となる。また、入力ポートコリメータ２０１からの平行光線は、ハーフミラー２０４に入力される。
【００７５】
ハーフミラー２０４では光線が２分岐される。１系統はプリズム２０６側に進行し、もう一方の１系統はくさび型光学素子２０９側に進行する。
【００７６】
プリズム２０６側に進行した光線は、プリズム２０６により２回全反射を繰り返し、プリズム２０６に入力した位置に対し、わずかに異なる位置から出力される。プリズム２０６からの出射光線は、ハーフミラー２０５に入力される。
【００７７】
また、くさび型光学素子２０９側に進行した光線は、固定されたくさび型光学素子２０９を通過し、さらにアクチュエータ２０７に固定されたくさび型光学素子２０８を通過する。くさび型光学素子２０９及び２０８は、粗調遅延素子として機能するものであり、例えば、ウェッジ角度を３０°とするものを適用することができる。
【００７８】
なお、くさび型光学素子２０９及び２０８の配置関係については、図３に例示したように、くさび型光学素子２０８の相互の斜辺が平行に動くように設置されているものとする。この動作は、第１の実施形態と同様である。
【００７９】
くさび型光学素子２０８から出射された光線は、反射型液晶素子２１０に入射する。反射型液晶素子２１０では、印加する電界に応じて液晶の配向が変化し、この状態によって出力する光の位相状態を制御する。
【００８０】
ここで、反射型液晶素子２１０は、光の入射に対して、若干の角度を持たせるように設置されている。反射型液晶素子２１０では、入力光が、わずかな角度を持つ液晶に反射する。この液晶に光が反射することで、光の位相は変化する。すなわち、光の位相を微調することができる。その反射した光が反射型液晶素子２１０から出射される。
【００８１】
反射型液晶素子２１０により位相が調整された反射光は、くさび型光学素子２１１に与えられる。くさび型光学素子２１１は、反射型液晶素子２１０から出力された光線が、反射型液晶素子２１０の入力光線と平行となるようにするものである。そのため、反射型液晶素子２１０に反射された光線は、くさび型光学素子２１１を通過すると、入力光線と平行に進行する光線にされる。
【００８２】
そして、再度、光線は、くさび型光学素子２０８及びくさび型光学素子２０９を通解して、ハーフミラー２０５に入力する。
【００８３】
ハーフミラー２０５では、プリズム２０６からの光線と、くさび型光学素子２０９からの光線とが入力し、これら光が分岐し、さらに光の干渉を行う。このハーフミラー２０５での光の分岐及び干渉に関しては、第１の実施形態と同様である。
【００８４】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ハーフミラーによって、２出力（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅ、Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ）を出力することができる。また、第２の実施形態によれば、反射型液晶素子を用いて光の位相の微調を行うことができるので、光の位相の粗調を行うアクチュエータを１組とすることができ、構成規模を小さくすることができる。さらに、ハーフミラーでの光の分岐及び干渉を行うために、くさび型光学素子により平行光線の進行方向をわずかに変えることで実現できる。
【００８５】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明の遅延干渉計の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８６】
第２の実施形態では、反射型液晶素子を用いた実施形態を説明した。しかし、液晶素子は、光の偏光を利用した素子であるため、例えば光信号の受信のようにあらゆる偏光状態で光が入力する可能性のある装置に利用することが困難である。そこで、第３の実施形態では、偏波面ダイバーシティを行い、あらゆる入力偏波面に対応する構成について説明する。
【００８７】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
図８は、第３の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。図８において、第３の実施形態の遅延干渉計１Ｃは、入力ポートコリメータ３０１、２個の出力ポートコリメータ３０２及び３０３、分光用偏波面ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３０４、２個のハーフミラー３０５及び３０６、プリズム３０７、アクチュエータ３０８、アクチュエータ３０８により駆動されるくさび型光学素子３０９、固定されたくさび型光学素子３１０、２個の１／２波長板３１１及び３１２、反射型液晶素子３１３、くさび型光学素子３１４、光路調整用素子３１５、２個の集光用偏波面ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３１６及び３１７で構成される。
【００８８】
向かい合わせになったくさび型光学素子３１０及び３１１は、ウェッジ角が等しい。
【００８９】
（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態の遅延干渉計１Ｃの動作を図８及び図３を参照して説明する。
【００９０】
入力ポートより遅延干渉計１Ｃに入力された光は、入力ポートコリメータ３０１により平行光線となる。入力ポートコリメータ３０１からの平行光線は、偏波面ビームスプリッタ３０４に入力される。
【００９１】
分光用偏波面ビームスプリッタ３０４では、光が、直行する２つの軸（図８では、紙面に平行な面上で光の進行方向に直行する軸、及び、紙面に垂直な面上で光の進行方向に直行する軸）で電界が振動する２つの光線に分離される。
【００９２】
ここでは、偏波面が直行する２つの光線を光線（１）、光線（２）と呼ぶ。光線（１）及び光線（２）は、分光用偏波面ビームスプリッタ３０４により分離され、若干の位置ずれを持って出力される。この位置ずれの距離は、特に限定されるものではなく、実験的に求めることができる。
【００９３】
分光用偏波面ビームスプリッタ３０４から出力された２つの光線（１）及び光線（２）は、ハーフミラー３０５に入力される。
【００９４】
光線（１）は、ハーフミラー３０５により２分岐される。ここでは、一方の１系統を光線（１−１）、他方の１系統を光線（１−２）と呼ぶ。光線（１−１）はプリズム３０７側に進行し、光線（１−２）はくさび型光学素子３１０側に進行する。
【００９５】
光線（２）も、同様に、ハーフミラー３０５により２分岐される。ここでは、一方の１系統の光線（２−１）はプリズム３０７側に進行し、他方の１系統の光線（２−２）はくさび型光学素子３１０側に進行する。
【００９６】
プリズム３０７に入力された光線（１−１）及び光線（２−１）はそれぞれ、プリズム３０７により２回全反射を繰り返し、プリズム３０７に入力した入力位置からわずかに異なる位置から出力される。プリズム３０７からの出射された光線（１−１）及び光線（２−１）は、ハーフミラー３０６に入力される。
【００９７】
一方、光線（１−２）及び光線（２−２）は、固定されたくさび型光学素子３１０を通過し、さらに、アクチュエータ３０８に固定されたくさび型光学素子３０９を通過する。
【００９８】
なお、アクチュエータ３０８に固定されたくさび型光学素子３０９とくさび型光学素子３１０との配置関係については、図３に例示したように、くさび型光学素子３０９及び３１０の斜辺が平行に動くように設置されている。また、くさび型光学素子３０９及び３１０は、粗調用の光学素子として機能するものである。
【００９９】
くさび型光学素子３０９から出射した光線のうち、図８の紙面に垂直な振動する偏波を持った光線（２−２）は、１／２波長板３１１に入力する。１／２波長板３１１を通過することで、図８の紙面に平行な偏波を持つ光線（２−２）’となる。そして、光線（２−２）’は、反射型液晶素子３１３に入力する。
【０１００】
一方、くさび型光学素子３０９から出射した光線（１−２）はそのまま、反射型液晶素子３１３に入力する。
【０１０１】
反射型液晶素子３１３では、第２の実施形態と同様に、印加する電界に応じて液晶の配向が変化し、この状態によって出力する光の位相状態を制御する。また、反射型液晶素子３１３は、図８の紙面に平行に振動する偏波を持つ光線の位相だけ変化させることができる。つまり、反射型液晶素子３１３に入射した光線（１−２）及び光線（２−２）’はそれぞれ、光の入射に対して所定の角度を持った液晶素子に反射し、反射型液晶素子３１３から出射される。
【０１０２】
反射型液晶素子３１３により位相が調整された光線（１−２）及び光線（２−２）’はそれぞれ、くさび型光学素子３１４を通過し、反射型液晶素子３１３に入力する光線と平行に進行する光線となる。
【０１０３】
ここで、くさび型光学素子３１４から出力された光線（２−２）’は、１／２波長板３１２に入力する。１／２波長板３１２は、再度、図８の紙面に垂直に振動する偏波を持った光線とするものである。従って、１／２波長板３１２を光線（２−２）’が通過することにより、出力光線は紙面に垂直に振動する光線となる。この出力光線を光線（２−２）”と呼ぶ。
【０１０４】
光線（１−２）及び光線（２−２）”は、くさび型光学素子３０９及び３１０を通過した後、ハーフミラー３０６に入力される。なお、この間、光線（１−２）は、光線（２−２）”との光路長調整のため、光路長調整用素子３１５を通過する。
【０１０５】
ハーフミラー３０６では、それぞれ同じ偏波面を持つ、光線（１−１）と光線（１−２）とが干渉し、光線（２−１）と光線（２−２）”とが干渉する。そのため、図８のハーフミラー３０６に示すように、ハーフミラー３０６では光の干渉が２箇所で生じる。
【０１０６】
ハーフミラー３０６の左側から出力された２つの光線は、集光用偏波面ビームスプリッタ３１６で集光され、出力ポートコリメータ３０２で結合されて出力される。また、ハーフミラー３０６の下方から出力された２つの光線は、集光用偏波面ビームスプリッタ３１７で集光され、出力ポートコリメータ３０３で結合されて出力される。
【０１０７】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上のように、第３の実施形態によれば、入力する入力信号の偏波面に拘らず、反射型液晶素子を用いた小型の遅延干渉計の動作を実現させることができる。
【０１０８】
（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明の遅延干渉計の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０９】
第１の実施形態では、変調方式としてＤＰＳＫを採用した光通信システムに適用する遅延干渉計について説明した。
【０１１０】
一方、検討が進められているＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）を採用した高速光通信システムでは、２台の１ビット遅延干渉計を用いる方式が適用されている。この場合、第１の実施形態で説明した１ビット遅延干渉計を２台用いることになるが、省スペース化の観点から、１台の１ビット遅延干渉計で実現することが望まれる。
【０１１１】
そこで、第４の実施形態では、ＤＱＰＳＫ変調方式の信号にも対応可能な１台の１ビット遅延干渉計について説明する。
【０１１２】
（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
図９は、第４の実施形態の遅延干渉計の構成を示す構成図である。図９において、第４の実施形態の遅延干渉計１Ｄは、２個の入力ポートコリメータ４０１及び４０２、４個の出力ポートコリメータ４０３、４０４、４０５及び４０６、２個のハーフミラー４０７及び４０８、２個の光位相調整素子４０９及び４１０、２個のプリズム４１１及び４１２、２個のアクチエエータ４１３及び４１４、各アクチュエータ４１３及び４１４によって駆動されるくさび型光学素子４１５及び４１６、固定された２個のくさび型光学素子４１７及び４１８で構成される。
【０１１３】
くさび型光学素子４１５及び４１８は、それぞれの斜辺が向かい合わせに配置されており、それぞれのウェッジ角は等しい。同様に、くさび型光学素子４１６及び４１７は、それぞれの斜面が向かい合わせに配置されており、それぞれのウェッジ角は等しい。
【０１１４】
（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
次に、第４の実施形態の遅延干渉計１Ｄの動作について図９及び図３を参照しながら説明する。
【０１１５】
遅延干渉計１Ｄは、２個の入力ポートコリメータ４０１及び４０２を備え、２入力の構成をとる。そのため、各入力ポートから遅延干渉計１Ｄに入力した２つの光はそれぞれ、入力ポートコリメータ４０１及び４０２により平行光線となる。そして、入力ポートコリメータ４０１及び４０２からの各平行光線は、ハーフミラー４０７に入力する。
【０１１６】
入力ポートコリメータ４０１からの光線は、ハーフミラー４０７により２分岐され、一方の１系統はプリズム４１１側に進行し、他方の１系統はくさび型光学素子４１８側に進行する。
【０１１７】
また、ハーフミラー４０７とプリズム４１１との間には、光位相調整素子４１０が配置されており、ハーフミラー４０７からプリズム４１１側に進行した光線は、光位相調整素子４１０に入力する。光位相調整素子４１０は、光の位相を−π／４だけ調整するものであり、光位相調整素子４１０に入力した光線は、光の位相が−π／４だけずれて、プリズム４１１に入力される。
【０１１８】
一方、入力ポートコリメータ４０２からの光線も、ハーフミラー４０７により、プリズム４１１側とくさび型光学素子４１８側に２分岐される。
【０１１９】
また、ハーフミラー４０７とプリズム４１１との間には、光位相調整素子４０９が配置されており、ハーフミラー４０７からプリズム４１１側に進行した光は、光位相調整素子４０９に入力する。光位相調整素子４０９は、光の位相をπ／４だけ調整するものであり、光位相調整素子４０９に入力した光線は、光の位相がπ／４だけずれて、プリズム４１１に入力される。
【０１２０】
プリズム４１１に入力された各光線は、プリズム４１１により２回反射されて、それぞれの光線の入力位置からわずかにずれた位置から出力し、ハーフミラー４０８に進行する。
【０１２１】
一方、ハーフミラー４０７からくさび型光学素子４１８に進行した２個の光線は、くさび型光学素子４１８を通過し、さらにアクチュエータ４１３に固定されるくさび型光学素子４１５を通過する。さらに、くさび型光学素子４１５を通過した２個の光線は、アクチュエータ４１４に固定されたくさび型光学素子４１７を通過し、くさび型光学素子４１６を通過して、プリズム４１２に入力する。
【０１２２】
プリズム４１２に入力された各光線は、プリズム４１２により２回反射されて、それぞれの光線の入力位置からわずかにずれた位置から出力する。プリズム４１２から出力された各光線は、くさび型光学素子４１６、４１７、４１５及び４１８を通過して、ハーフミラー４０８に入力する。
【０１２３】
ハーフミラー４０８では、プリズム４１１から出射された２個の光線と、くさび型光学素子４１８を通過してきた２個の光線とが入力され、第１の実施形態と同様に、それぞれの光線について光の分岐及び干渉が行われる。
【０１２４】
ここで、ハーフミラー４０８では、４個の光の干渉信号が得られる。１つは、入力ポートコリメータ４０１からの入力光信号と光位相調整素子４１０で−π／４だけ位相がずれた信号との干渉信号、２つは、入力ポートコリメータ４０１からの入力光信号と光位相調整素子４０９でπ／４だけ位相がずれた信号との干渉信号、３つは、入力ポートコリメータ４０２からの入力光信号と光位相調整素子４１０で−π／４だけ位相がずれた信号との干渉信号、４つは、入力ポートコリメータ４０２からの入力光信号と光位相調整素子４０９でπ／４だけ位相がずれた信号との干渉信号である。
【０１２５】
ハーフミラー４０８から出力される４つの干渉信号はそれぞれ、出力ポートコリメータ４０３〜４０６に与えられ平行光線として出力される。
【０１２６】
このように、従来、ＤＱＰＳＫ信号の復調では、第１の干渉計ではπ／４の位相差で干渉させ、もう一方の干渉計では−π／４の位相差で干渉させることが必要であったが、第４の実施形態によれば、光位相調整素子４０９及び４１０を備え、それぞれ２つの入力信号と干渉させることで、同様の動作を実現することができる。
【０１２７】
（Ｄ−３）第４の実施形態の効果
以上のように、第４の実施形態によれば、ＤＱＰＳＫの復調を行うモデジュレータを１つの干渉計で実現することができる。
【０１２８】
（Ｅ）第５の実施形態
次に、本発明の遅延干渉計の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１２９】
第５の実施形態は、第１〜第４の実施形態で説明したくさび型光学素子の設置態様に関するものである。
【０１３０】
一般的に、遅延干渉計の精度は、干渉させる光が明るい方がよい。くさび型光学素子は、通常反射防止膜（ＡＲ膜）がコーティングされているので、入射された光は反射が起こらないように設計されている。そのため、明るさを維持して干渉信号を得ることができる。
【０１３１】
しかし、くさび型光学素子の光学特性は、光の入射角度が変わると変化し得る。特に、入射角が３０°を超えて、光が入射されると、その偏光波であるＴＥ波及びＴＭ波の反射率が大きく変わってくる。
【０１３２】
このことから、粗調用のくさび型光学素子に入射する光の偏光状態によっては、反射率が変わり、出射光に損失が生じ、遅延干渉計の精度も悪くなるおそれが生じ得る。
【０１３３】
上記のような問題を回避するために、（１）入射角に合わせた反射防止膜を製膜する方法や、（２）多層膜を構成し、入射角依存を小さくするという方法等が考えられる。しかし、（１）の方法は、入射角に対する依存性が大きくなり、実装時の誤差に対応する許容性が小さくなるという課題が生じ得る。また（２）の方法は、製膜のコストが高くなるという問題が生じ得る。くさび型光学素子の反射防止膜に特別な処置を施すことなく、反射、透過特性の問題を解決することが望まれる。
【０１３４】
そこで、第５の実施形態では、くさび型光学素子への光の入射角を極力小さくして損失を極力小さくする実施形態を例示する。
【０１３５】
（Ｅ−１）第５の実施形態の構成
第５の実施形態では、固定されたくさび型光学素子と、アクチュエータに固定されたくさび型光学素子との設置構成に特徴がある。そのため、２個のくさび型光学素子との設置構成を中心に説明する。それ以外の構成については、第１〜第４の実施形態で説明した構成と同様である。つまり、第５の実施形態で説明する２個のくさび型光学素子の設置構成を、第１〜第４の実施形態にも適用することができる。
【０１３６】
図１０は、くさび型光学素子に垂直入射するときの構成例を示す構成図である。図１０において、くさび型光学素子６０１は、図示しないアクチュエータの駆動により移動するものである。図１０において、一点鎖線はくさび型光学素子６０１の移動前の位置を示し、実線は移動後の位置を示す。
【０１３７】
なお、くさび型光学素子６０１及びくさび型光学素子６０２の向かい合う面は平行であり、ウェッジ角は共に等しく、各面の屈折率ｎは共に１．５とする。
【０１３８】
くさび型光学素子６０１の第１面に入射する光線は垂直に入射する。光線がくさび型光学素子６０１から出射するとき、光線が第２面に入射するくさび型光学素子６０１内の角度は３０°となる。このとき、くさび型光学素子６０１とくさび型光学素子６０２との間の空気中では４８．６°であり、およそ４９°となるため、非常に大きな角度となる。なお、空気中での角度はくさび型光学素子６０２の第１面に入射する角度となる。このように、くさび型光学素子６０１及び６０２の各面への入射角度は大きくなるので、反射・透過特性による損失も大きくなり得る。
【０１３９】
そこで、第５の実施形態では、図１１に例示するように、くさび型光学素子６１１及び６１２の頂角を２分する面に垂直に光が進行するように、入射角を選定する。
【０１４０】
図１１は、くさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光が進行するように入射角を選定した場合の構成例を示す構成図である。図１１において、破線が、頂角を２分する面を示す。
【０１４１】
図１１において、くさび型光学素子６１１の第１面に入射する光線の入射角度が１５°であり、第１面からの出射する角度が１０°となる。また、光線がくさび型光学素子６１１の第２面に入射する角度が２５°であり、第２面から空気中に出射する角度は３９°となる。図１１の例の場合、図１０の例に比べれば、くさび型光学素子への入射角度を小さくすることができる。
【０１４２】
図１２は、くさび型光学素子内で、くさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光を進行させるように入射角を選定した場合の構成例を示す構成図である。
【０１４３】
図１２において、くさび型光学素子６２１の第１面に入射する光線の入射角度が２３°であり、１５°の角度で出射する。くさび型光学素子６２１の素子内において、光線は、くさび型光学素子６２１の頂角を２分する面に垂直に進行する。そして、くさび型光学素子６２１の第２面への光線の入射角は１５°となり、空気中への出射角度は２３°となる。
【０１４４】
図１１の例の場合、最大の入射角が３９°であるのに対して、図１２の例の場合、最大の入射角が２３°であり、図１１の例の場合よりも小さい。図１１の場合も効果的に出射光の損失を抑えているが、図１２の場合の方が、より効果的に出射光の損失を抑えていることが分かる。
【０１４５】
しかし、図１１及び図１２の場合、光線が、プリズム６１３及び６２３に反射し、再度くさび型光学素子に戻ってきて通過し、くさび型光学素子から出射するとき、光線の光線軸が、くさび型光学素子６１１及び６１２の移動に伴い、平行に移動してしまう（図１１及び図１２の「Ａ」参照）。
【０１４６】
光ファイバに再結合することを考慮すると、このような光線軸の移動があると、光ファイバに再結合することができなくなるという問題や、損失が大きくなる等といった問題が生じ得る。また、図１１及び図１２のように、プリズム６１３及び６２３を用いると、光線が反転してしまうという問題もある。
【０１４７】
図１３は、第５の実施形態の２個のくさび型光学素子の構造及びその周辺の構成例を示す構成図である。図１３に示す構成例は、図示しないアクチュエータにより駆動されるくさび型光学素子５０１、固定されたくさび型光学素子５０２、反射部５０３〜５０５を少なくとも有する。
【０１４８】
くさび型光学素子５０１及びくさび型光学素子５０２は、光学素子内で、光線が頂角を２分する面に垂直に進行するように入射角を選定した配置構成である。くさび型光学素子５０１及びくさび型光学素子５０２の頂角は等しく、向かい合う斜辺は平行である。
【０１４９】
反射部５０３〜５０５は、くさび型光学素子５０２の第２面から出射された光線を、複数の反射部を一組として、くさび型光学素子５０２に折り返すものである。図１３では、３個の反射部５０３〜５０５を一組とする場合を例示しているが、反射部の数は特に限定されるものではない。
【０１５０】
（Ｅ−２）第５の実施形態の動作
次に、第５の実施形態の動作について図面を参照しながら説明する。図１４は、第５の実施形態の動作を説明する説明図である。図１４では、一点鎖線で表された位置にあるくさび型光学素子５０１が移動し、実線で表された位置にくさび型光学素子５０１が移動する場合を例示する。
【０１５１】
光線（１）は、くさび型光学素子５０１の第１面に入射する。移動前の一点鎖線の位置にくさび型光学素子５０１が位置する場合、光線（１）は第１面に入射し、光学素子内を光線（２）が進行する。光線（２）は、くさび型光学素子５０１の第２面に入射し、空気中に出射し、光線（４）の光路をたどって、くさび型光学素子５０２の第２面を出射する。
【０１５２】
一方、移動後の実線の位置にくさび型光学素子５０１が位置する場合、光線（１）は、第１面に入射し、光学素子内を光線（３）が進行する。光線（３）は、くさび型光学素子５０１の第２面に入射し、空気中に出射し、光線（５）の光路をたどって、くさび型光学素子５０２の第２面を出射する。
【０１５３】
このとき、光線（４）と光線（５）では、くさび型光学素子５０１の位置の移動に伴い、進行する光路の位置が変化している。
【０１５４】
次に、光線（４）及び光線（５）は、反射部５０３に向けて進行し、反射部５０３に反射し、反射部５０４に向けて進行する。さらに、光線（４）及び光線（５）は、反射部５０４に反射し、反射部５０５に向けて進行する。反射部５０５に反射された光線（６）及び光線（７）は、くさび型光学素子５０２に向けて進行する。
【０１５５】
上記のように、３個の反射部５０３〜５０５を用いて、光線（４）及び光線（５）の進行方向を反転させる。この反射によって、２つの光線（４）及び光線（５）との間の位置関係及び距離は変わらないものとなる。
【０１５６】
つまり、くさび型光線素子５０２の第２面から出射される光線（４）及び光線（５）と、反射部５０５に反射された光線（６）及び光線（７）とが平行となる。また、くさび型光学素子５０２の第２面から出射される光線（４）と光線（５）との間の距離と、反射部５０５に反射されてくさび型光学素子５０２の第２面に入射する光線（６）と光線（７）との間の距離は同じである。
【０１５７】
そのため、光線（４）及び光線（５）がくさび型光学素子５０２の第２面から出射する角度と、光線（６）及び光線（７）がくさび型光学素子５０２の第２面に入射する角度とが等しくなる。
【０１５８】
従って、光線（６）及び（７）が、図１４に示す光路をたどり、くさび型光学素子５０１の第１面から出射する角度と、光線（２）及び光線（３）がくさび型光学素子５０１の第１面に入射する角度とが等しくなる。その結果、くさび型光学素子５０１の移動前の光線軸と移動後の光線軸とが同じとなる。
【０１５９】
ここで、反射部５０３〜５０５は、光線（４）及び光線（５）と光線（６）及び光線（７）とが平行にすることが必要である。反射部５０３〜５０５の設置角度は、光線（４）及び光線（５）と光線（６）及び光線（７）とが平行にすることができれば、広く適用することができる。
【０１６０】
例えば、図１４において、反射部５０３の設置角度をα、反射部５０４の設置角度をβ、反射部５０５の設置角度をγとする。なお、反射部５０３〜５０５は、くさび型光学素子５０１の頂角を２分する面内にあるものとする。この場合、β＋γ＝α＋８°の関係を満たすように反射部５０３〜５０５を設置する。
【０１６１】
（Ｅ−３）第５の実施形態の効果
以上のように、第５の実施形態によれば、図１４に示す光線（６）及び光線（７）は、プリズムの反射による上下関係の反転を回避することができる。また、光路間の距離は、入射角が同じであれば、図１４に示した「ｘ」で決まる。図１４において、光線（１）と光線（６）及び光線（７）との入射の位置が異なるので、光線の進行するくさび型光学素子の厚さが異なる。
【０１６２】
しかしながら、ｘは、入射の位置や、移動前後のくさび型光学素子の厚みの違いに依存しないため、光学素子通過後に光線（６）と光線（７）の光路は接近し、同一となる。よって、反射部５０３〜５０５の設置により、光ファイバ端面に実装されたコリメータレンズに結合することができる。
【０１６３】
（Ｆ）他の実施形態
上述した第１〜第５の実施形態で示した遅延干渉計の構成は一例であり、第１〜第５の実施形態で説明した光の遅延干渉を行うことができれば、その構成は広く適用することができる。
【０１６４】
例えば、第１〜第５の実施形態では、アクチュエータに固定されたくさび型光学素子と、固定されたくさび型光学素子とを向かい合わせに配置した場合を例示した、複数のくさび型光学素子をアクチュエータに固定して、それぞれのくさび型光学素子を移動させることができるようにしてもよい。
【０１６５】
また例えば、第２の実施形態では、図７に示すハーフミラー２０４により分岐された２つの光路の一方の光路（図７では右方に進行する光路）に、２個のくさび型光学素子からなる１組の粗動調整手段と、反射型液晶素子を備える場合を例示している。しかし、上述したように、くさび型光学素子の頂角に応じて光路長を調整することができるので、遅延干渉計の装置規模は大きくなるが、２つの光路の双方に粗動調整手段と反射型液晶素子を備える構成としてもよい。
【０１６６】
上述した第１〜第５の実施形態では、マイケルソン型干渉計に本発明を適用する場合を例示したが、本発明はマイケルソン型干渉計に限定されるものではない。例えば、複数のくさび型光学素子を１組とする遅延手段を、マッハツェンダ型の干渉計に適用するようにしてもよい。
【０１６７】
第１〜第５の実施形態では、光通信システムに利用する干渉計を想定して説明したが、光通信システムに利用される干渉計に限定されるものではなく、広く干渉計に適用することができる。
【符号の説明】
【０１６８】
１０１…入力ポートコリメータ、１０２及び１０３…出力ポートコリメータ、１０４及び１０５ハーフミラー、１０６及び１０７…プリズム、１０８及び１０９…アクチュエータ、１１０及び１１１…くさび型光学素子、１１２及び１１３…くさび型光学素子、
２０１…入力ポートコリメータ、２０２及び２０３…出力ポートコリメータ、２０４及び２０５…ハーフミラー、２０６…プリズム、２０７…アクチュエータ、２０８…くさび型光学素子、２０９…くさび型光学素子、２１０…反射型液晶素子、２１１…くさび型光学素子２１１、
３０１…入力ポートコリメータ、３０２及び３０３…出力ポートコリメータ、３０４…偏波面ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、３０５及び３０６…ハーフミラー、３０７…プリズム、３０８…アクチュエータ、３０９…くさび型光学素子、３１０…くさび型光学素子、３１１及び３１２…１／２波長板、３１３…反射型液晶素子、３１４…くさび型光学素子、３１５…光路調整用素子、３１６及び３１７…集光レンズ３１６、
４０１及び４０２…入力ポートコリメータ、４０３〜４０６…出力ポートコリメータ、４０７及び４０８…ハーフミラー、４０９及び４１０…光位相調整素子、４１１および４１２…プリズム、４１３及び４１４…アクチュエータ、４１５及び４１６…くさび型光学素子、４１７及び４１８…くさび型光学素子、５０１…くさび型光学素子、５０２…くさび型光学素子、
１Ａ〜１Ｄ…遅延干渉計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光線を２分岐する分岐手段と、
上記分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、第１の駆動部と、それぞれの頂角が同じである第１のくさび型光学素子及び第２のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、上記第１の駆動部による駆動を受けた上記第２のくさび型光学素子が、対向する上記第１のくさび型光学素子に平行に移動することにより、上記第１の光路及び又は上記第２の光路を進行する光の光路長の粗動調整を行う粗動調整手段と、
上記分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、第２の駆動部と、それぞれの頂角が同じである第３のくさび型光学素子及び第４のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、上記第２の駆動部による駆動を受けた上記第４のくさび型光学素子が、対向する上記第３のくさび型光学素子に平行に移動することにより、上記第１の光路及び又は上記第２の光路を進行する光の光路長の微動調整を行う微動調整手段と、
上記微動調整手段による上記微動調整、上記粗動調整手段による粗動調整が行われた、上記第１の光路を進行する第１の光線及び上記第２の光路を進行する第２の光線を分岐し、上記第１の光線及び上記第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段と
を備えることを特徴とする遅延干渉計。
【請求項２】
上記分岐手段は、２つの光線が入力され、各光線を２分岐するものであり、
上記分岐手段と上記分岐再結合手段との間に配置され、上記２つの光線のうち一方の光線についての上記第１の光線の光位相を、π／４だけ調整する第１の移相調整手段と、
上記分岐手段と上記分岐再結合手段との間に配置され、上記２つの光線のうち他方の光線についての上記第１の光線の光位相を、−π／４だけ調整する第１の移相調整手段と
をさらに備え、
上記分岐再結合手段が、上記微動調整手段による上記微動調整、上記粗動調整手段による粗動調整が行われた上記各光線についての上記各第２の光線に対して、上記第１の移相調整手段及び上記第２の位相調整手段からの各光線を用いてπ／４及び−π／４の位相差で干渉させるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の遅延干渉計。
【請求項３】
入力された光線を２分岐する分岐手段と、
反射型液晶素子に傾きを持たせ、上記分岐手段により分岐された一方の第１の光路を進行する光線を上記反射型液晶素子で反射させて、当該光線の光位相の制御を行う光位相制御手段と、
上記分岐手段と上記光位相制御手段との間に介在し、駆動部と、それぞれの頂角が同じである第１のくさび型光学素子及び第２のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、上記駆動部による駆動を受けた上記第２のくさび型光学素子が、対向する上記第１のくさび型光学素子に平行に移動することにより、上記分岐手段からの光線及び上記光位相手段により反射され戻ってきた光線の光路長の粗動調整を行う粗動調整手段と、
上記分岐手段により分岐された他方の第２の光路を進行する光線を全反射する反射手段と、
上記反射手段により反射された第１の光線及び上記粗動調整手段から出力された第２の光線を分岐し、上記第１の光線及び上記第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段と
を備えることを特徴とする遅延干渉計。
【請求項４】
上記分岐手段の前段に、入力される光線を、偏波面の直行する２つの平行光線に分離する偏波光線分離手段を備え、
上記分岐手段が、上記偏波光線分離手段からの上記各平行光線を２分岐するものであり、
上記分岐再結合手段が、上記各平行光線についての上記第１の光線及び上記各平行光線についての上記第２の光線を用いて、上記各平行光線について別々に干渉させるものである
ことを特徴とする請求項３に記載の遅延干渉計。
【請求項５】
上記第１のくさび型光学素子及び上記第２のくさび型光学素子が、上記第１のくさび型光学素子及び上記第２のくさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光線が入射し、上記第１のくさび型光学素子及び上記第２のくさび型光学素子への光線の入射角が最小となるように配置されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遅延干渉計。
【請求項６】
上記第１のくさび型光学素子及び上記第２のくさび型光学素子から出射された光線を、複数の反射部を用いて光路のずれを補正する光路補正手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の遅延干渉計。
【請求項１】
入力された光線を２分岐する分岐手段と、
上記分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、第１の駆動部と、それぞれの頂角が同じである第１のくさび型光学素子及び第２のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、上記第１の駆動部による駆動を受けた上記第２のくさび型光学素子が、対向する上記第１のくさび型光学素子に平行に移動することにより、上記第１の光路及び又は上記第２の光路を進行する光の光路長の粗動調整を行う粗動調整手段と、
上記分岐手段により分岐された光線の第１の光路及び又は第２の光路に配置されたものであり、第２の駆動部と、それぞれの頂角が同じである第３のくさび型光学素子及び第４のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、上記第２の駆動部による駆動を受けた上記第４のくさび型光学素子が、対向する上記第３のくさび型光学素子に平行に移動することにより、上記第１の光路及び又は上記第２の光路を進行する光の光路長の微動調整を行う微動調整手段と、
上記微動調整手段による上記微動調整、上記粗動調整手段による粗動調整が行われた、上記第１の光路を進行する第１の光線及び上記第２の光路を進行する第２の光線を分岐し、上記第１の光線及び上記第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段と
を備えることを特徴とする遅延干渉計。
【請求項２】
上記分岐手段は、２つの光線が入力され、各光線を２分岐するものであり、
上記分岐手段と上記分岐再結合手段との間に配置され、上記２つの光線のうち一方の光線についての上記第１の光線の光位相を、π／４だけ調整する第１の移相調整手段と、
上記分岐手段と上記分岐再結合手段との間に配置され、上記２つの光線のうち他方の光線についての上記第１の光線の光位相を、−π／４だけ調整する第１の移相調整手段と
をさらに備え、
上記分岐再結合手段が、上記微動調整手段による上記微動調整、上記粗動調整手段による粗動調整が行われた上記各光線についての上記各第２の光線に対して、上記第１の移相調整手段及び上記第２の位相調整手段からの各光線を用いてπ／４及び−π／４の位相差で干渉させるものである
ことを特徴とする請求項１に記載の遅延干渉計。
【請求項３】
入力された光線を２分岐する分岐手段と、
反射型液晶素子に傾きを持たせ、上記分岐手段により分岐された一方の第１の光路を進行する光線を上記反射型液晶素子で反射させて、当該光線の光位相の制御を行う光位相制御手段と、
上記分岐手段と上記光位相制御手段との間に介在し、駆動部と、それぞれの頂角が同じである第１のくさび型光学素子及び第２のくさび型光学素子とを有して構成されるものであって、上記駆動部による駆動を受けた上記第２のくさび型光学素子が、対向する上記第１のくさび型光学素子に平行に移動することにより、上記分岐手段からの光線及び上記光位相手段により反射され戻ってきた光線の光路長の粗動調整を行う粗動調整手段と、
上記分岐手段により分岐された他方の第２の光路を進行する光線を全反射する反射手段と、
上記反射手段により反射された第１の光線及び上記粗動調整手段から出力された第２の光線を分岐し、上記第１の光線及び上記第２の光線の各分岐光に基づいて再結合して出力する分岐再結合手段と
を備えることを特徴とする遅延干渉計。
【請求項４】
上記分岐手段の前段に、入力される光線を、偏波面の直行する２つの平行光線に分離する偏波光線分離手段を備え、
上記分岐手段が、上記偏波光線分離手段からの上記各平行光線を２分岐するものであり、
上記分岐再結合手段が、上記各平行光線についての上記第１の光線及び上記各平行光線についての上記第２の光線を用いて、上記各平行光線について別々に干渉させるものである
ことを特徴とする請求項３に記載の遅延干渉計。
【請求項５】
上記第１のくさび型光学素子及び上記第２のくさび型光学素子が、上記第１のくさび型光学素子及び上記第２のくさび型光学素子の頂角を２分する面に垂直に光線が入射し、上記第１のくさび型光学素子及び上記第２のくさび型光学素子への光線の入射角が最小となるように配置されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遅延干渉計。
【請求項６】
上記第１のくさび型光学素子及び上記第２のくさび型光学素子から出射された光線を、複数の反射部を用いて光路のずれを補正する光路補正手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の遅延干渉計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２０３２２１（Ｐ２０１２−２０３２２１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７９６４（Ｐ２０１１−６７９６４）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【出願人】（５０２０６８３９９）株式会社アルネアラボラトリ (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【出願人】（５０２０６８３９９）株式会社アルネアラボラトリ (12)
【Ｆターム（参考）】
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