JIS C 61300-3-32:2013 光ファイバ接続デバイス及び光受動部品―基本試験及び測定手順―第３－３２部：光受動部品の偏波モード分散測定 | ページ 7

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                     偏光子   λ/2板
                                       ビームスプリッタ
                                                                               ミラー
        光源
                                              ミラー
                                                                                ビームスプリッタ
                                                可動形反射コーナー               λ/2板
       コンピュータ                        解析装置          供試品
                                                                               ミラー
                        受光装置
                        b) マッハツェンダ干渉計を用いた従来分析法(TINTY)
                                                                                  マイケルソン干渉計
                                                                                    ミラー
                                                                                        可動ミラー
                 偏光子                                              検光子
    広帯域                     偏光                      偏光
                                           供試品
     光源                     制御器                    制御器
                                                                            ビームスプリッタ
                                                                        偏光ビームスプリッタ
                                                                    偏光ダイバシティ受光装置
                                                                                          Py(τ)
                                                                           干渉データ Px(τ)
                                                                                 Px(τ)   Py(τ)
                                                                                    コンピュータ
                      c) マイケルソン干渉計を用いた一般化した分析法(GINTY)
                                 図11−干渉法の測定系(続き)
9.1.1  光源
  広帯域光源は,LED又はスーパールミネッセント光源のように,所望の測定波長域で光を出力するもの
を使う。TINTYでは,発光の自己相関特性に影響を与えるリップルがないガウシアン形のスペクトル分布
をもつ光源が必要である。GINTYでは,光源のスペクトル分布に対する要求仕様はない。式(23)で定める
コヒーレンス時間tcを計算するために,光源の線幅Δλの値が必要である。
                              2
                              0
                        tc        (23)
                              c
                      ここに,     c :  真空中での光速
                                  λ0 :  中心波長
9.1.2  解析装置
  検光子は,光源の全波長範囲において偏光状態をもつのが望ましい。GINTYでは,検光子は初期の偏光
方向から直交方向まで偏光を回転する機能をもたなければならない。
9.1.3  ビームスプリッタ
  干渉計のビームスプリッタは,入力偏光を,二つの干渉アームに分岐するために用いる。ビームスピリ
ッタとして,光ファイバカプラ又はブロック形ビームスプリッタを用いることができる。
9.1.4  干渉計
  干渉計は,空間ビーム形又は光ファイバ形がある。具体的には,マイケルソン干渉計又はマッハツェン

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ダ干渉計があり,供試品の光源側又は受光装置側に設置する。例えば,四分の一波長板を用いて,干渉計
の自己相関のピーク応答を取り除くことができる。
9.1.5  偏光制御器
  図11 c)において,偏光制御器によって,供試品のいかなる入力SOP及び出力SOPをも選択することが
できる。偏光ビームスプリッタによって,二つの互いに直交する偏光成分をもつ検光子を設置して,同時
に受光することができる。供試品への様々な入力SOPの選択,及び供試品からの出力における様々な検光
子の設定という偏光制御器の機能は,他の手段によっても実現することができる。
9.1.6  受光装置
  供試品からの出力光は,測定に最適なSN比をもつ受光装置に接続する。受光装置は,チョッパ及びロ
ックインアンプ又はそれらに相当する方法で同期した受光装置を含んでもよい。
9.1.7  コンピュータ
  干渉パターンを分析するため,適切なソフトウェアを具備したコンピュータを使わなければならない。

9.2 測定手順

9.2.1  TINTYの手順
  偏光特性をもった光を出力する光源に,供試品の片端を接続する。もう片端は,干渉計の入力に接続す
る。これら接続には,標準的な光ファイバコネクタ,融着又は光ファイバアライメント装置のいずれかを
使用することができる。光ファイバアライメント装置を用いる場合,端面における屈折率不整合による反
射を抑えるため,屈折率整合材を用いる。
  光源からの出力光パワーを,使用する受光装置の特性に合わせて調整する。十分な干渉のコントラスト
が得られるよう,干渉計の両光路における光パワーを同一レベルにしなければならない。TINTYの測定手
順は,次による。
− 干渉計内のミラーを動かし,光強度を記録することによって,最初のデータを取得する。
− 干渉の結果から,τが0のときに得られた結果を減算して, P~   を得る。 P~ の絶対値は,干渉包絡
    線E(τ)である。後述するように,あるSOPにおいて得られる干渉パターンから,PMDによる遅延時
    間を求めることができる。モード結合が無視できる場合及びランダムなモード結合の場合における干
    渉パターンの典型例を,図12に示す。
  TINTYによって得られる干渉包絡線は,相互相関関数と自己相関関数との結合によるものである。相互
相関による部分を分離するアルゴリズムを用いなければならない。

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                                  a) モード結合が無視できる場合
                                  b) ランダムなモード結合の場合
                                  図12−TINTYでの測定結果例
  モード結合が無視できる場合又はPMD値が小さい場合,全てのSOPに対する平均的な結果を得るため,
異なるSOPで繰り返し測定を行うか又はSOPを変化させて測定を行うのがよい。
  供試品の透過特性によって,光源のスペクトルが削られると測定誤差の原因となるため,そのようなこ
とがないことを確認しなければならない。
9.2.2  TINTYの計算
  この計算は,次に規定するとおり,モード結合が無視できる場合とランダムなモード結合の場合とに分
かれる。いずれの場合においても,中央部分のピークを無視して,この干渉波形の広がりを特性として表
す。
a) モード結合が無視できる場合 モード結合が無視できる場合,PMDによる遅延は,供試品のDGD特

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    性によって現れる二つのコヒーレンスのサテライトピークの中心からの分離度合で決まる。この場合,
    PMDによる遅延は,DGDと等価である。式(24)によってPMDを求める。
                               <      2 L
                         PMD       >       (24)
                                        c
                      ここに,   ΔL :  光路における二つの付随コヒーレンスピーク間のミラーの作
                                       動距離
                                  c :  真空中の光速
b) ランダムなモード結合の場合 ランダムなモード結合の場合,干渉パターン出力波形の包絡線から
    PMDによる遅延を求める。PMDによる遅延PMDRMSは,受信した光(干渉包絡線の出力波形)の相
    互相関関数の二次モーメント(RMS幅)を用い,式(25)によって求める。
                                         1
                                      2       3
                         PMDRMS   <   >2        ε (25)
                                              4
                      ここに,    σε :  相互相関の包絡線のRMS幅
      式(25)は,次の仮定の下で,DGDのRMS値に適用する。詳細は,IEC/TR 61282-9に記載している。
  − モード結合は,理想的にランダムに発生する
  − 光源は,リップルのない理想的なガウシアン状のスペクトル特性をもつ
  − エルゴード状態
  − PMD>>σ0(ここで,σ0は自己相関の包絡線のRMS幅である。)
      平均DGDを定義するために,別の係数が必要となることがある。測定した干渉包絡線からσεを算
    出するアルゴリズムの詳細は,IEC/TR 61282-9に記載している。
9.2.3  GINTYの手順
  特定の入力偏光子の設定と互いに直交する一対の検光子との組合せを,入力及び出力偏光状態と呼ぶ。
二つの干渉波形から直流成分を減算して,互いに直交する干渉波形~P   及び ~P  を求める。
                                                             x         y
  相互相関及び自己相関干渉包絡線であるEx(τ)及びE0(τ)を,式(26)で求める。
                               ~     ~    ,E      ~     ~
                         Ex    Px    Py       0    Px    Py    (26)
  計算によって干渉状態を求め,表示するため,これらの関数は二乗して表す。二乗した相互相関の計算
結果の例を,図13に示す。TINTYにみられた自己相関によるピークが現れていないことに注意する。

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                                                                  二乗平均包絡線
                                           遅延(ps)
                                  a) ランダムなモード結合の場合
                                           遅延(ps)
                                  b) モード結合が無視できる場合
                                                                    二乗平均包絡線
                                           遅延(ps)
                                   c) モード結合が混在する場合
   図13−入力及び出力偏光状態のスクランブリングを用いたGINTYによって得られる干渉パターン

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