(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-18
(54)【発明の名称】偏光計、および入射光線の偏光状態を判定する方法
(51)【国際特許分類】
G01J 4/04 20060101AFI20220810BHJP
【ＦＩ】
G01J4/04 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021573345
(86)(22)【出願日】2020-06-08
(85)【翻訳文提出日】2022-02-08
(86)【国際出願番号】 CA2020050786
(87)【国際公開番号】W WO2020248046
(87)【国際公開日】2020-12-17
(31)【優先権主張番号】62/859,827
(32)【優先日】2019-06-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/930,629
(32)【優先日】2019-11-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＦＲＡＭ
(71)【出願人】
【識別番号】517094323
【氏名又は名称】ラヴァル大学
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】リン ゾンジン
(72)【発明者】
【氏名】シ ウェイ
(57)【要約】
基板１０２と、入射光線１０を光線に偏光分離する基板上の偏光スプリッタ１０４と、光線から偏光成分を形成する基板上の干渉測定回路１０６と、偏光成分を出力する出力導波路１２０とを全体的に有する偏光計１００が説明される。干渉測定回路は、光線の１つを第１の位相遅延導波路１１６ａと第２の位相遅延導波路１１６ｂに分離する第１のパワースプリッタ１１４ａ、光線の別の１つを第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路に対して非対称の第３の位相遅延導波路１１６ｃと第４の位相遅延導波路１１６ｄに分離する第２のパワースプリッタ１１４ｂ、第１の位相遅延導波路と第３の位相遅延導波路を互いに結合する第１の偏光カプラ１１８ａ、および、第２の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路を互いに偏光結合する第２の第１の偏光カプラ１１８ｂを有し、偏光成分の強度および干渉測定回路の干渉測定パターンは入射光線の偏光状態を示す性質をもつ。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
偏光計であって、基板と、
入射光線を受け取り、前記入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する前記基板上の偏光スプリッタと、
前記基板上の干渉測定回路であって、
前記第１の光線を第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路にパワー分離する第１のパワースプリッタ、および前記第２の光線を、前記第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路に対して非対称の第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路にパワー分離する第２のパワースプリッタ、
前記第１の位相遅延導波路と第３の位相遅延導波路を互いに偏光結合して第３の偏光成分を形成する第１の偏光カプラ、および前記第２の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路を互いに偏光結合して第４の偏光成分を形成する第２の第１の偏光カプラ
を有する、干渉測定回路と、
前記偏光成分を出力する複数の出力導波路であって、前記偏光成分の強度および前記干渉測定回路の干渉測定パターンが入射光線の偏光状態を示す性質をもつ、複数の出力導波路と
を備えることを特徴とする、偏光計。
【請求項2】
請求項１に記載の偏光計であって、前記偏光成分の各成分をそれぞれ受け取り、前記強度を示す性質をもつ第１、第２、第３、および第４の信号の各信号を生成する、前記基板上の第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットをさらに備えることを特徴とする、偏光計。
【請求項3】
請求項２に記載の偏光計であって、前記第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットが、前記偏光成分の所与のスペクトル成分の強度を測定する、前記基板上の光検知器をそれぞれ有することを特徴とする、偏光計。
【請求項4】
請求項２に記載の偏光計であって、前記第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットに通信連結されたコントローラであって、プロセッサと、前記プロセッサによって実行されると、前記第１、第２、第３、および第４の信号および前記干渉測定パターンに基づいて、前記入射光線の前記偏光状態を判定することを行うステップを実施する命令を格納したメモリとを有する、コントローラをさらに備えることを特徴とする、偏光計。
【請求項5】
請求項４に記載の偏光計であって、前記判定することが、前記入射光線の複数のスペクトル成分の各成分にそれぞれ関連付けられた複数の偏光状態を判定することを含むことを特徴とする、偏光計。
【請求項6】
請求項５に記載の偏光計であって、前記第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットが、前記偏光成分の前記複数のスペクトル成分の強度を測定する光スペクトル解析器をさらに有することを特徴とする、偏光計。
【請求項7】
請求項６に記載の偏光計であって、前記光スペクトル解析器が、前記スペクトル成分のうちの所与の成分を、前記スペクトル成分のうちの前記選択された成分の強度を測定する光検知器に向けるように調整可能な調整可能フィルタを有することを特徴とする、偏光計。
【請求項8】
請求項１に記載の偏光計であって、前記第１、第２、第３、および第４の位相遅延導波路が、対応するサブ波長回折格子を有することを特徴とする、偏光計。
【請求項9】
請求項１に記載の偏光計であって、前記第１の光線が第１の電場成分を有し、前記第２の光線が、前記第１の電場成分に対して直角の第２の電場成分を有し、前記第１、第２、第３、および第４の偏光成分が、前記第１の電場成分と第２の電場成分との線形結合であることを特徴とする、偏光計。
【請求項10】
請求項９に記載の偏光計であって、前記干渉測定パターンが、前記線形結合を示す性質をもつことを特徴とする、偏光計。
【請求項11】
請求項１に記載の偏光計であって、前記第１、第２、第３、および第４の位相遅延導波路が、第１、第２、第３、および第４の位相遅延θ１、θ２、θ３、およびθ４のうちの各位相遅延を有し、少なくとも前記第１の位相遅延θ１と第４の位相遅延θ４が互いに異なることを特徴とする、偏光計。
【請求項12】
請求項１１に記載の偏光計であって、前記第１の偏光成分の強度Ｉ１が、前記第１の光線の強度を示す性質をもち、前記第２の偏光成分の強度Ｉ２が、前記第２の光線の強度を示す性質をもち、強度Ｉ３が、前記第３の偏光成分の強度を示し、強度Ｉ４は、前記第４の偏光成分の強度を示すことを特徴とする、偏光計。
【請求項13】
請求項１２に記載の偏光計であって、前記干渉測定パターンが合成行列Ｗ１によって表され、前記入射光線の前記偏光状態Ｓが、以下の等式に比例した等式を使用して判定可能であり、Ｓ＝Ｗ１・Ｉ
Ｓが、前記入射光線の前記偏光状態（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）Ｔを示すベクトルであり、Ｉが、前記強度（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）Ｔを示すベクトルである、
ことを特徴とする、偏光計。
【請求項14】
請求項１３に記載の偏光計であって、前記合成行列Ｗ１が、以下の行列に等しい行列によって与えられることを特徴とする、偏光計。【数1】
【請求項15】
請求項１に記載の偏光計であって、前記偏光スプリッタが、前記第１の光線をそれぞれ出力する第１のスプリッタ出力と第２のスプリッタ出力、ならびに前記第２の光線をそれぞれ出力する第３のスプリッタ出力と第４のスプリッタ出力を有し、前記第１のスプリッタ出力と第２のスプリッタ出力の１つが、前記第１のパワースプリッタに光結合され、第３のスプリッタ出力と第４のスプリッタ出力の１つが、前記第２のパワースプリッタに光結合されることを特徴とする、偏光計。
【請求項16】
請求項１に記載の偏光計であって、前記干渉測定回路が、第１の干渉測定回路であり、前記偏光計が、前記第１の光線と第２の光線との線形結合として前記第１の偏光成分と第２の偏光成分を形成する前記基板上の第２の干渉測定回路をさらに備えることを特徴とする、偏光計。
【請求項17】
請求項１１に記載の偏光計であって、前記第１の光線を、前記第１の干渉測定回路の前記第１のパワースプリッタおよび前記第２の干渉測定回路の第１のパワースプリッタに向かってパワー分離する第１の非対称パワースプリッタ、ならびに前記第２の光線を、前記第１の干渉測定回路の前記第２のパワースプリッタおよび前記第２の干渉測定回路の前記第２のパワースプリッタに向かってパワー分離する第２の非対称パワースプリッタをさらに備え、前記第１および第２の非対称パワースプリッタが、結合係数ＰＲを有する前記第２の干渉測定回路に向かって結合し、ＰＲ’＝１－ＰＲの相補結合係数を有する前記第１の干渉測定回路に向かって結合することを特徴とする、偏光計。
【請求項18】
請求項１７に記載の偏光計であって、前記干渉測定パターンが、以下の行列に等しい合成行列Ｗ２によって表され、【数2】
ことを特徴とする、偏光計。
【請求項19】
請求項１から１８のいずれか１項に記載の偏光計であって、前記第１および第２のパワースプリッタが、約５０％の分割比を有することを特徴とする、偏光計。
【請求項20】
請求項１から１９のいずれか１項に記載の偏光計であって、前記出力導波路が、前記基板に沿って前記基板の共通エリアに向かって延びることを特徴とする、偏光計。
【請求項21】
請求項１から２０のいずれか１項に記載の偏光計であって、前記偏光スプリッタが表面格子であることを特徴とする、偏光計。
【請求項22】
入射光線の偏光状態を判定する方法であって、前記入射光線が、偏光スプリッタを有する基板に衝突するステップと、
前記偏光スプリッタが、前記入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離するステップと、
前記基板上に延びる導波路を有する干渉測定回路の全体に前記第１の光線と第２の光線を伝搬させるステップと、
前記干渉測定回路が、干渉測定パターンに従って前記第１の光線と第２の光線を互いに干渉させるステップであって、第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成するために前記第１の光線と第２の光線を互いに対して非対称に位相遅延させるステップを含み、前記偏光成分が前記入射光線の前記偏光状態を十分に判定する、ステップと、
前記偏光成分の強度を同時に測定するステップと、
コントローラを使用して、前記測定された強度および前記干渉測定パターンに基づいて前記偏光状態を判定するステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項23】
請求項２２に記載の方法であって、前記第１の光線が第１の電場成分を有し、前記第２の光線が、前記第１の電場成分に対して直角の第２の電場成分を有し、前記第１、第２、第３、および第４の偏光成分が、前記第１の電場成分と第２の電場成分との線形結合であることを特徴とする、方法。
【請求項24】
偏光撮像装置であって、基板と、対応する間を空けられた入射光線を受け取るために前記基板上で互いに間を空けられた複数の偏光スプリッタであって、前記複数の間を空けられた入射光線のうちの各入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する、偏光スプリッタと、前記偏光スプリッタの１つ以上に光結合された複数の干渉測定回路であって、前記第１の光線と第２の光線を互いに干渉させて少なくとも第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成し、前記偏光成分が前記間を空けられた入射光線のそれぞれの偏光状態を十分に定義する、干渉測定回路と、前記入射光線の前記偏光成分を出力する複数の出力導波路とを備え、前記偏光成分の強度および前記干渉測定回路の干渉測定パターンが、前記入射光線の前記偏光状態を示す性質をもつことを特徴とする、偏光撮像装置。
【請求項25】
請求項２４に記載の偏光撮像装置であって、各干渉測定回路が、前記第１の光線を第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路にパワー分離する第１のパワースプリッタ、および前記第２の光線を、前記第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路に対して非対称の第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路にパワー分離する第２のパワースプリッタ、前記第１の位相遅延導波路と第３の位相遅延導波路を互いに偏光結合して前記第３の偏光成分を形成する第１の偏光カプラ、および前記第２の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路を互いに偏光結合して前記第４の偏光成分を形成する第２の第１の偏光カプラを有する前記基板上の干渉測定回路を有することを特徴とする、偏光撮像装置。
【請求項26】
請求項２４に記載の偏光撮像装置であって、前記入射光線の前記偏光成分の各成分をそれぞれ受け取り、前記強度を示す性質をもつ第１、第２、第３、および第４の信号の各信号を生成する前記基板上の検出器ユニットをさらに備えることを特徴とする、偏光撮像装置。
【請求項27】
請求項２６に記載の偏光撮像装置であって、前記第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットに通信連結されたコントローラであって、プロセッサと、前記プロセッサによって実行されると、前記第１、第２、第３、および第４の信号および前記干渉測定パターンに基づいて、前記入射光線の前記偏光状態を判定し、前記偏光状態に基づいて偏光イメージを生成することを行うステップを実施する命令を格納したメモリとを有する、コントローラをさらに備えることを特徴とする、偏光撮像装置。
【請求項28】
偏光計であって、基板と、
前記基板上の偏光スプリッタであって、所与の偏光状態を有する入射光線を受け取り、前記入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する、偏光スプリッタと、
前記基板上の干渉測定回路であって、前記第１および第２の偏光成分のうちの各偏光成分を受け取る第１および第２の位相遅延導波路、前記第１および第２の偏光成分を互いに結合し、第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路に向かって前記偏光成分を分離するマルチモード干渉カプラ、ならびに、前記第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路を互いに結合し、これにより前記第１の偏光成分と第２の偏光成分の干渉に基づいて第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成するマルチモードカプラを有し、少なくとも前記第１の位相遅延導波路と第３の位相遅延導波路が互いに非対称である、干渉測定回路と、
前記偏光成分を出力する出力導波路であって、前記偏光成分の強度および前記干渉測定回路の干渉測定パターンが、前記入射光線のスペクトル的に分解された偏光状態を示す性質をもつ、出力導波路と
を備えることを特徴とする、偏光計。
【請求項29】
請求項２８に記載の偏光計であって、前記出力導波路に光結合され、複数のスペクトル成分における前記偏光成分の強度を測定する光スペクトル解析器をさらに備えることを特徴とする、偏光計。
【請求項30】
請求項２９に記載の偏光計であって、前記光スペクトル解析器に通信連結されたコントローラであって、プロセッサと、前記プロセッサによって実行されると、前記測定された強度および前記干渉測定パターンに基づいて前記入射光線の前記スペクトル的に分解された偏光状態を判定することを行うステップを実施する命令を格納したメモリとを有する、コントローラをさらに備えることを特徴とする、偏光計。
【請求項31】
分光偏光測定を実施する方法であって、スペクトル的に変動する偏光状態を有する入射光線を受け取るステップと、
前記入射光線をそれぞれの偏光成分を有する複数の光線に偏光分離するステップと、
前記それぞれの偏光成分がそれぞれの時間的遅延に遭遇する干渉測定パターンに従って前記複数の光線を互いに干渉させるステップと、
前記複数の光線の光スペクトルを測定するステップであって、前記光スペクトルがスペクトル的に間を空けられた強度値を有する、ステップと、
前記干渉測定パターンおよび前記測定された光スペクトルに基づいて、前記入射光線の前記スペクトル的に変動する偏光状態を判定するステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項32】
請求項３１に記載の方法であって、前記光スペクトルをスペクトルドメイン表現から時間ドメイン表現に変換し、これにより対応する時間的遅延における前記偏光成分を示す時間的に間を空けられた強度値を取得するステップをさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項33】
請求項３２に記載の方法であって、前記偏光成分を互いに絶縁して、前記このように絶縁された偏光成分を前記時間ドメインから前記スペクトルドメインに変換し、これにより前記偏光成分に関連付けられた個々の光スペクトルを取得するステップをさらに含むことを特徴とする、方法。
【請求項34】
請求項３１に記載の方法であって、前記光スペクトルをスペクトルドメイン表現から時間ドメイン表現に変換する前記ステップが、前記光スペクトルの逆フーリエ変換を実施するステップを含むことを特徴とする、方法。
【請求項35】
請求項３１に記載の方法であって、前記このように絶縁された偏光成分を前記時間ドメインから前記スペクトルドメインに変換する前記ステップが、前記このように絶縁された偏光成分のフーリエ変換を実施するステップを含むことを特徴とする、方法。
【請求項36】
偏光計であって、基板と、
入射光線を受け取り、前記入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する前記基板上の偏光スプリッタと、
前記基板上にあり、前記第１の光線と第２の光線を互いに干渉させ、これにより第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成する干渉測定回路であって、前記偏光成分が前記入射光線の偏光状態を十分に定義する、干渉測定回路と、
前記偏光成分を出力する複数の出力導波路と、
前記基板上の光スペクトル解析器であって、前記複数の出力導波路に光結合され、前記偏光成分の複数のスペクトル成分の強度を測定し、前記測定された強度が、前記入射光線のスペクトル的に分解された偏光状態を示す性質をもつ、光スペクトル解析器と
を備えることを特徴とする、偏光計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本改善は一般に偏光計、すなわち偏光検出器（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）に関し、より詳細にはオンチップ偏光計に関する。
【背景技術】
【0002】
光線は、光線が軸に沿って伝搬しながら振動する常に互いに垂直の電場および磁場から成る。
【0003】
偏光は一般に、光線の伝搬軸上にいる観察者に向かって光線が伝搬するときに場が作る形状のことを言う。光線の偏光状態を知ることは、量子通信および標準的な通信、リモートセンシング、天文学、ならびに生物医学診断法など、非常に多くの用途で重要になり得る。慣例により、偏光のタイプは、基準として機能する電場によって判定される。例えば、線形タイプの偏光は、観察者の視点で見ると１つの方向の中で電場が振動していることを示す。円形または長円形のタイプの偏光では、電場は、それぞれ円形または長円形の形状で回転する。回転は、右手の法則を使用して認識可能な２つの考え得る方向を有することができる。光線は、電場の回転方向が右手の法則による光線の伝搬方向に関するものである場合、右回転して偏光される。そうではなく、電場の回転方向が左手の法則による光線の伝搬方向に関するものである場合、光線は左回転して偏光される。
【0004】
入射光線の偏光状態の数量化は、一般に、任意の所与のタイプの偏光を伴ってふるまう光線部分の相対的重要性を測定可能な偏光計を使用して実施される。言い換えれば、偏光計は光線をその主な偏光成分に分割し、これらを別々に測定する。既存の偏光計はある程度満足のいくものであったが、改善の余地が残っている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
業界には、自由空間伝搬および成分を回避する基板統合型偏光計の必要性があることがわかった。１つの態様では、偏光スプリッタ、干渉測定回路、および出力導波路を有し、これら全てが基板上に収容される基板ベースの偏光計が説明される。このような基板ベースの偏光計は、フットプリントとコストを最小限にしつつ、堅牢性を著しく改善することができる。入射光線を受け取ると、偏光スプリッタは、入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する。例えば、第１の光線は第１の電場成分Ｅｘであることが可能であり、その一方で第２の光線は、第１の電場成分に対して直角の第２の電場成分Ｅｙであることが可能である。干渉測定回路を使用して第１の偏光成分と第２の偏光成分を互いに干渉させ、入射光線の偏光状態をまとめて十分に定義可能な第１、第２、第３、および第４の偏光成分を形成する。そうするために干渉測定回路は、第１の光線を第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路にパワー分離する第１のパワースプリッタ、および、第２の光線を第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路にパワー分離する第２のパワースプリッタを有する。干渉測定回路は、第１の位相遅延導波路と第３の位相遅延導波路を互いに偏光結合して第３の偏光成分を形成する第１の偏光カプラ、および、第２の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路を互いに偏光結合して第４の偏光成分を形成する第２の第１の偏光カプラを有する。第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路は、第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路に対して非対称なので、第３の偏光成分と第４の偏光成分は互いに相補的である。したがって、偏光計は、そのように分離された偏光成分の各成分をそれぞれ出力する基板ベースの出力導波路を有する。偏光成分の強度を測定し、干渉測定回路の干渉測定パターンを考慮すると、入射光線の偏光状態を十分に判定することができる。
【0006】
本開示の第１の態様によれば、偏光計が提供され、基板と、入射光線を受け取り、前記入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する前記基板上の偏光スプリッタと、前記基板上の干渉測定回路であって、前記第１の光線を第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路にパワー分離する第１のパワースプリッタ、および前記第２の光線を、前記第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路に対して非対称の第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路にパワー分離する第２のパワースプリッタ、前記第１の位相遅延導波路と第３の位相遅延導波路を互いに偏光結合して第３の偏光成分を形成する第１の偏光カプラ、および前記第２の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路を互いに偏光結合して第４の偏光成分を形成する第２の第１の偏光カプラを有する、干渉測定回路と、前記偏光成分を出力する複数の出力導波路であって、前記偏光成分の強度および前記干渉測定回路の干渉測定パターンが入射光線の偏光状態を示す性質をもつ、複数の出力導波路とを備える。
【0007】
さらに本開示の第１の態様によれば、偏光計は、例えば、前記偏光成分の各成分をそれぞれ受け取り、前記強度を示す性質をもつ第１、第２、第３、および第４の信号の各信号を生成する、前記基板上の第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットをさらに備えることができる。
【0008】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットは、例えば、偏光成分の所与のスペクトル成分の強度を測定する、基板上の光検知器をそれぞれ有することができる。
【0009】
さらに本開示の第１の態様によれば、偏光計は、例えば、前記第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットに通信連結されたコントローラであって、プロセッサと、前記プロセッサによって実行されると、前記第１、第２、第３、および第４の信号および前記干渉測定パターンに基づいて、前記入射光線の偏光状態を判定することを行うステップを実施する命令を格納したメモリとを有する、コントローラをさらに備えることができる。
【0010】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記判定することは、例えば、入射光線の複数のスペクトル成分の各成分にそれぞれ関連付けられた複数の偏光状態を判定することを含むことができる。
【0011】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットは、例えば、偏光成分の複数のスペクトル成分の強度を測定する光スペクトル解析器をさらに有することができる。
【0012】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記光スペクトル解析器は、例えば、前記スペクトル成分のうちの所与の成分を、前記スペクトル成分のうちの選択された成分の強度を測定する光検知器に向けるように調整可能な調整可能フィルタを有することができる。
【0013】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記第１、第２、第３、および第４の位相遅延導波路は、例えば、対応するサブ波長回折格子を有することができる。
【0014】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記第１の光線は、例えば、第１の電場成分を有することができ、前記第２の光線は、前記第１の電場成分に対して直角の第２の電場成分を有し、前記第１、第２、第３、および第４の偏光成分は、前記第１の電場成分と第２の電場成分との線形結合である。
【0015】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記干渉測定パターンは、例えば、前記線形結合を示す性質をもつことが可能である。
【0016】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記第１、第２、第３、および第４の位相遅延導波路が、例えば、第１、第２、第３、および第４の位相遅延θ１、θ２、θ３、およびθ４のうちの各位相遅延を有することができ、少なくとも前記第１の位相遅延θ１と第４の位相遅延θ４は互いに異なる。
【0017】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記第１の偏光成分の強度Ｉ１は、例えば、前記第１の光線の強度を示す性質をもつことが可能であり、前記第２の偏光成分の強度Ｉ２は、前記第２の光線の強度を示す性質をもち、強度Ｉ３は、前記第３の偏光成分の強度を示し、強度Ｉ４は、前記第４の偏光成分の強度を示す。
【0018】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記干渉測定パターンは、例えば、合成行列Ｗ１によって表されることが可能であり、前記入射光線の前記偏光状態Ｓは、以下の等式に比例した等式を使用して判定可能である。
【0019】
Ｓ＝Ｗ１・Ｉ
【0020】
Ｓは、前記入射光線の前記偏光状態（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）Ｔを示すベクトルであり、Ｉは、前記強度（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）Ｔを示すベクトルである。
【0021】
さらに本開示の第１の態様によれば、合成行列Ｗ１は、例えば、以下の行列に等しい行列によって与えられることが可能である。
【0022】
【数1】
【0023】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記偏光スプリッタは、例えば、前記第１の光線をそれぞれ出力する第１のスプリッタ出力と第２のスプリッタ出力、ならびに前記第２の光線をそれぞれ出力する第３のスプリッタ出力と第４のスプリッタ出力を有することができ、前記第１のスプリッタ出力と第２のスプリッタ出力の１つが、前記第１のパワースプリッタに光結合され、第３のスプリッタ出力と第４のスプリッタ出力の１つが、前記第２のパワースプリッタに光結合される。
【0024】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記干渉測定回路は、例えば、第１の干渉測定回路を有することができ、前記偏光計は、前記第１の光線と第２の光線との線形結合として前記第１の偏光成分と第２の偏光成分を形成する前記基板上の第２の干渉測定回路をさらに備える。
【0025】
さらに本開示の第１の態様によれば、偏光計は、例えば、前記第１の光線を、前記第１の干渉測定回路の前記第１のパワースプリッタおよび前記第２の干渉測定回路の第１のパワースプリッタに向かってパワー分離する第１の非対称パワースプリッタ、ならびに第２の光線を、前記第１の干渉測定回路の前記第２のパワースプリッタおよび前記第２の干渉測定回路の前記第２のパワースプリッタに向かってパワー分離する第２の非対称パワースプリッタをさらに備えることができ、第１および第２の非対称パワースプリッタは、結合係数ＰＲを有する第２の干渉測定回路に向かって結合し、ＰＲ’＝１－ＰＲの相補結合係数を有する第１の干渉測定回路に向かって結合する。
【0026】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記干渉測定パターンは、例えば、以下の行列に等しい合成行列Ｗ２によって表されることが可能である。
【0027】
【数2】
【0028】
τは、ＰＲ／（１－ＰＲ）を示す。
【0029】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記第１および第２のパワースプリッタは、例えば、約５０％の分割比を有することができる。
【0030】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記出力導波路は、例えば、前記基板に沿って前記基板の共通エリアに向かって延びることができる。
【0031】
さらに本開示の第１の態様によれば、前記偏光スプリッタは、例えば、表面格子が可能である。
【0032】
本開示の第２の態様によれば、入射光線の偏光状態を判定する方法が提供され、方法は、前記入射光線が、偏光スプリッタを有する基板に衝突することと、前記偏光スプリッタが、前記入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離することと、前記基板上に延びる導波路を有する干渉測定回路の全体に前記第１の光線と第２の光線を伝搬させることと、前記干渉測定回路が、干渉測定パターンに従って前記第１の光線と第２の光線を互いに干渉させることであって、第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成するために前記第１の光線と第２の光線を互いに対して非対称に位相遅延させることを含み、前記偏光成分が前記入射光線の前記偏光状態を十分に判定する、干渉させることと、前記偏光成分の強度を同時に測定することと、コントローラを使用して、前記測定された強度および前記干渉測定パターンに基づいて前記偏光状態を判定することとを含む。
【0033】
さらに本開示の第２の態様によれば、前記第１の光線は、例えば、第１の電場成分を有することができ、前記第２の光線は、前記第１の電場成分に対して直角の第２の電場成分を有し、前記第１、第２、第３、および第４の偏光成分は、前記第１の電場成分と第２の電場成分との線形結合である。
【0034】
本開示の第３の態様によれば、偏光撮像装置が提供され、基板と、対応する間を空けられた入射光線を受け取るために基板上で互いに間を空けられた複数の偏光スプリッタであって、前記複数の間を空けられた入射光線のうちの各入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する、偏光スプリッタと、偏光スプリッタの１つ以上に光結合された複数の干渉測定回路であって、第１の光線と第２の光線を互いに干渉させて少なくとも第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成し、偏光成分が前記間を空けられた入射光線のそれぞれの偏光状態を十分に定義する、干渉測定回路と、前記入射光線の前記偏光成分を出力する複数の出力導波路とを備え、前記偏光成分の強度および前記干渉測定回路の干渉測定パターンが、前記入射光線の前記偏光状態を示す性質をもつ。
【0035】
さらに本開示の第３の態様によれば、各干渉測定回路は、例えば、前記基板上の干渉測定回路であって、前記第１の光線を第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路にパワー分離する第１のパワースプリッタ、および前記第２の光線を、前記第１の位相遅延導波路と第２の位相遅延導波路に対して非対称の第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路にパワー分離する第２のパワースプリッタ、前記第１の位相遅延導波路と第３の位相遅延導波路を互いに偏光結合して第３の偏光成分を形成する第１の偏光カプラ、および前記第２の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路を互いに偏光結合して第４の偏光成分を形成する第２の第１の偏光カプラを有する、干渉測定回路を有することができる。
【0036】
さらに本開示の第３の態様によれば、偏光撮像装置は、例えば、前記入射光線の前記偏光成分の各成分をそれぞれ受け取り、前記強度を示す性質をもつ第１、第２、第３、および第４の信号の各信号を生成する前記基板上の検出器ユニットをさらに備えることができる。
【0037】
さらに本開示の第３の態様によれば、偏光撮像装置は、例えば、前記第１、第２、第３、および第４の検出器ユニットに通信連結されたコントローラであって、プロセッサと、前記プロセッサによって実行されると、前記第１、第２、第３、および第４の信号および前記干渉測定パターンに基づいて、前記入射光線の偏光状態を判定し、前記偏光状態に基づいて偏光イメージを生成することを行うステップを実施する命令を格納したメモリとを有する、コントローラをさらに備えることができる。
【0038】
本開示の第４の態様によれば、偏光計が提供され、基板と、前記基板上の偏光スプリッタであって、所与の偏光状態を有する入射光線を受け取り、前記入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する、偏光スプリッタと、前記基板上の干渉測定回路であって、前記第１および第２の偏光成分のうちの各偏光成分を受け取る第１および第２の位相遅延導波路、前記第１および第２の偏光成分を互いに結合し、第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路に向かって偏光成分を分離するマルチモード干渉カプラ、ならびに、第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路を互いに結合し、これにより第１の偏光成分と第２の偏光成分の干渉に基づいて第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成するマルチモードカプラを有し、少なくとも第１の位相遅延導波路と第３の位相遅延導波路が互いに非対称である、干渉測定回路と、偏光成分を出力する出力導波路であって、前記偏光成分の強度および前記干渉測定回路の干渉測定パターンが、入射光線のスペクトル的に分解された偏光状態を示す性質をもつ、出力導波路とを備える。
【0039】
さらに本開示の第４の態様によれば、偏光計は、例えば、出力導波路に光結合され、複数のスペクトル成分における偏光成分の強度を測定する光スペクトル解析器をさらに備えることができる。
【0040】
さらに本開示の第４の態様によれば、偏光計は、例えば、前記光スペクトル解析器に通信連結されたコントローラであって、プロセッサと、前記プロセッサによって実行されると、測定された強度および前記干渉測定パターンに基づいて前記入射光線のスペクトル的に分解された偏光状態を判定することを行うステップを実施する命令を格納したメモリとを有する、コントローラをさらに備えることができる。
【0041】
本開示の第５の態様によれば、分光偏光測定を実施する方法が提供され、方法は、スペクトル的に変動する偏光状態を有する入射光線を受け取ることと、入射光線をそれぞれの偏光成分を有する複数の光線に偏光分離することと、前記それぞれの偏光成分がそれぞれの時間的遅延に遭遇する干渉測定パターンに従って複数の光線を互いに干渉させることと、複数の光線の光スペクトルを測定することであって、光スペクトルがスペクトル的に間を空けられた強度値を有する、測定することと、干渉測定パターンおよび測定された光スペクトルに基づいて、入射光線のスペクトル的に変動する偏光状態を判定することとを含む。
【0042】
さらに本開示の第５の態様によれば、方法は、例えば、光スペクトルをスペクトルドメイン表現から時間ドメイン表現に変換し、これにより対応する時間的遅延における偏光成分を示す時間的に間を空けられた強度値を取得することをさらに含むことができる。
【0043】
さらに本開示の第５の態様によれば、方法は、例えば、偏光成分を互いに絶縁して、このように絶縁された偏光成分を時間ドメインからスペクトルドメインに変換し、これにより偏光成分に関連付けられた個々の光スペクトルを取得することをさらに含むことができる。
【0044】
さらに本開示の第５の態様によれば、前記光スペクトルをスペクトルドメイン表現から時間ドメイン表現に変換することは、例えば、光スペクトルの逆フーリエ変換を実施することを含むことができる。
【0045】
さらに本開示の第５の態様によれば、このように絶縁された偏光成分を時間ドメインからスペクトルドメインに前記変換することは、例えば、このように絶縁された偏光成分のフーリエ変換を実施することを含むことができる。
【0046】
本開示の第６の態様によれば、偏光計が提供され、基板と、入射光線を受け取り、前記入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する前記基板上の偏光スプリッタと、前記基板上にあり、第１の光線と第２の光線を互いに干渉させ、これにより第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成する干渉測定回路であって、偏光成分が入射光線の偏光状態を十分に定義する、干渉測定回路と、前記偏光成分を出力する複数の出力導波路と、前記基板上の光スペクトル解析器であって、複数の出力導波路に光結合され、偏光成分の複数のスペクトル成分の強度を測定し、測定された強度が、入射光線のスペクトル的に分解された偏光状態を示す性質をもつ、光スペクトル解析器とを備える。
【0047】
本改善に関する多くのさらなる特徴およびその組合せが、本開示を読んだ後、当業者には見えてくるであろう。
【0048】
図では、
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】１つ以上の実施形態による、基板にマウントされた偏光計の第１の例の概略図であり、偏光スプリッタ、干渉測定回路、検出器ユニット、およびコントローラを示す。
【図2】１つ以上の実施形態による、入射光線の偏光状態を判定するための方法の例のフローチャートである。
【図4】１つ以上の実施形態による、基板にマウントされた偏光計の第２の例の概略図であり、θ１、θ２、θ３、およびθ４が、各位相遅延導波路の位相遅延を示し、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、およびＩ４が、各導波路出力における強度を示す。
【図5A】１つ以上の実施形態による、基板ベースの偏光スプリッタの例の斜視図であり、その自由空間の対応するものとは対照的に示されている。
【図5B】１つ以上の実施形態による、基板ベースの偏光カプラスプリッタの例の斜視図であり、その自由空間の対応するものとは対照的に示されている。
【図5C】１つ以上の実施形態による、基板ベースの位相遅延導波路の例の斜視図であり、その自由空間の対応するものとは対照的に示されている。
【図12】１つ以上の実施形態による、第１および第２の干渉測定回路につながる非対称パワースプリッタを用いて示された偏光計の第３の例の概略図である。
【図16】１つ以上の実施形態による、偏光スプリッタローテイタに光結合されたエッジカプラの形で提供された偏光スプリッタを用いて示された偏光計の第４の例の上面図である。
【図17】１つ以上の実施形態による、各位相遅延導波路の一部として非対称サブ波長回折格子を用いて示された偏光計の第５の例の概略図である。
【図22】１つ以上の実施形態による、調整可能フィルタおよび光検知器アセンブリをそれぞれ有する光スペクトル解析器の形で提供された検出器ユニットを用いて示された偏光計の第６の例の概略図である。
【図26】１つ以上の実施形態による、対応するピクセル素子としてそれぞれ機能する、機能する複数の偏光計を組み込む基板ベースの偏光撮像装置の例の概略図である。
【図27】１つ以上の実施形態による、マルチモード干渉計および光スペクトル解析器を組み込む干渉測定回路を用いて示された分光偏光計の別の例の概略図である。
【図29】１つ以上の実施形態による、分光偏光測定を実施する方法の例のフローチャートである。
【図30A】１つ以上の実施形態による、スペクトル的に間を空けられた強度値を示す光スペクトルの例の図である。
【図30C】１つ以上の実施形態による、種々の偏光成分と関連付けられた例示的な個々の光スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0050】
図１は、本開示による偏光計１００の第１の例を示す。図示のように、偏光計１００は基板ベースである。言い換えれば偏光計１００は、互いに光結合された種々の光学構成要素を基板１０２上に有する。例えば光学構成要素は、基板１０２上に永久に固定されること、統合されること、スタックされること、置かれること、またはそうでなければサポートされ得る。基板１０２は、フォトニック集積回路（ＰＩＣ：ｐｈｏｔｏｎｉｃ－ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）で一般に使用される材料などの様々な材料から形成され得る。このような材料の例は、リン化インジウム、ケイ素、窒化ケイ素、およびゲルマニウムを含むがこれらに限定されず、導波路は、電磁スペクトルの可視光領域から遠赤外線領域までの光を誘導する。より具体的には、光学構成要素は、この特定の実施形態では、偏光スプリッタ１０４、干渉測定回路１０６、検出器ユニット１０８、およびコントローラ１１０を含むことができるがこれらに限定されない。下記で説明されるように、偏光計１００は未知の偏光状態［Ｓ０
＊，Ｓ１
＊，Ｓ２
＊，Ｓ３
＊］を有する入射光線１０を受け取り、次に、入射光線１０の所与の偏光状態［Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３］を判定するために入射光線１０を処理する。
【0051】
図示のように、偏光計１００は偏光スプリッタ１０４を基板１０２上に有する。偏光スプリッタ１０４は入射光線１０を受け取り、入射光線１０を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線１２と第２の偏光成分を有する第２の光線１４に偏光分離する。
【0052】
偏光計１００は、偏光スプリッタ１０４に光結合された干渉測定回路１０６を有する。干渉測定回路１０６は、偏光スプリッタ１０４から第１の光線１２と第２の光線１４を受け取る。受け取ると干渉測定回路１０６は、干渉測定パターン１１２に従って第１の光線１２と第２の光線１４の干渉を実施し、これにより入射光線１０の偏光状態［Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３］を十分に定義する４つの別個の偏光成分を生ずる。
【0053】
より具体的には、干渉測定回路１０６は、第１の光線１２を第１の位相遅延導波路１１６ａと第２の位相遅延導波路１１６ｂにパワー分離する第１のパワースプリッタ１１４ａ、および第２の光線１４を第３の位相遅延導波路１１６ｃと第４の位相遅延導波路１１６ｄにパワー分離する第２のパワースプリッタ１１４ｂを有する。第１のパワースプリッタ１１４ａおよび第２のパワースプリッタ１１４ｂは、この例では約５０％の分離比を有することができる。干渉測定回路１０６は、第１の位相遅延導波路１１６ａと第３の位相遅延導波路１１６ｃを互いに偏光結合して第３の偏光成分を形成する第１の偏光カプラ１１８ａ、および第２の位相遅延導波路１１６ｂと第４の位相遅延導波路１１６ｄを互いに偏光結合して第４の偏光成分を形成する第２の第１の偏光カプラ１１８ｂを有する。図示のように、第３の位相遅延導波路１１６ｃと第４の位相遅延導波路１１６ｄは、第１の位相遅延導波路１１６ａと第２の位相遅延導波路１１６ｂに対して非対称である。位相遅延導波路のこれらの２つのペアの間で非対称であることにより、第３の偏光成分と第４の偏光成分は、第１の偏光成分と第２の偏光成分との２つの異なる線形結合であり、これにより入射光線１０の偏光状態［Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３］を十分に定義する。
【0054】
したがって、偏光計１００は、干渉測定回路１０６に光結合された出力導波路１２０を有し、これにより偏光成分を出力する。下記で論じられるように、偏光成分の強度は、干渉測定回路１０６の干渉測定パターン１１２を知っている状態で処理されたとき、入射光線の偏光状態１０を示す性質をもつ。
【0055】
本具体例では、偏光計１００は、第１、第２、第３、および第４の検出器ユニット１２２を基板１０２上に有する。検出器ユニット１２２のそれぞれが、出力導波路１２０によって出力された偏光成分の各成分を受け取り、偏光成分の強度を示す性質をもつ第１、第２、第３、および第４の信号の各信号を生成する。この例では検出器ユニット１２２が基板１０２上に示されているが、検出器ユニット１２２は基板１０２上にある必要はないことに留意されたい。いくつかの実施形態では、検出器ユニット１２２は出力導波路１２０に光結合されるが、基板１０２上にはない。例えば、出力導波路１２０は、検出器ユニット１２２が光結合されたエッジカプラにつながっていてもよい。これらの実施形態では、出力導波路１２０は、基盤の共通エリアに向かって（例えばエッジカプラまたは他の任意のタイプの出力構成要素に向かって）基板に沿って延びていてもよい。それでも、他のいくつかの実施形態では、検出器ユニット１２２は基板１０２の共通エリアを共有しなくてもよい。したがって、少なくともいくつかの実施形態では、検出器ユニット１２２は基板１０２から離れていることが可能である。
【0056】
さらに図１を参照すると、偏光計１００は、検出器ユニット１２２に通信連結された基板ベースのコントローラ１１０を有する。コントローラ１１０は、プロセッサと、プロセッサによって実行されると、第１、第２、第３、および第４の信号、ならびに干渉測定回路１０６の干渉測定パターン１１２に基づいて、入射光線１０の偏光状態［Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３］を判定することができる命令を格納した非一時メモリとを有する。この例で概略的に示されたように、測定された強度に基づいて入射光線１０の偏光状態［Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３］を判定する際に使用するために、干渉測定パターン１１２に関する情報１２４がコントローラ１１０のメモリに格納され得る。コントローラ１１０は基板１０２上にある必要はない。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、いくつかの実施形態では基板１０２から離れている。
【0057】
入射光線の偏光状態を判定する方法２００のフローチャートを示す図２への参照がここで行われる。
【0058】
ステップ２０２において、所与の偏光状態を有する入射光線が、基板ベースの偏光スプリッタで受け取られる。
【0059】
いくつかの実施形態では、偏光スプリッタは、２つ、４つ、またはそれより多いスプリッタ出力を有する表面格子の形で提供される。これらの実施形態では、入射光線は一般に、基板に対して斜めまたは垂直に衝突する。他のいくつかの実施形態では、偏光スプリッタは、エッジカプラおよび偏光スプリッタローテイタを備えるアセンブリの形で提供される。このような実施形態では、入射光線は、入射光線がエッジカプラに衝突するとき、基板の表面に実質的に平行である。偏光スプリッタローテイタは、種々の導波路構造を有することができる。例えば、いくつかの実施形態では、偏光スプリッタローテイタは入射光を受け取る入力導波路を有し、入射光は、基本的な準横電（ＴＥ０）モード（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｑｕａｓｉ－ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ－ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍｏｄｅ）と基本的な準横磁（ＴＭ０）モード（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｑｕａｓｉ－ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ－ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｏｄｅ）に分解される。次に偏光スプリッタローテイタは、これらのモードを、複合偏光（ｈｙｂｒｉｄ－ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）モードをサポートする非対称光カプラを通じて伝搬させる。非対称光カプラはＴＭ０モードを別の導波路に結合し、これをＴＥ０モードに同時にコンバートする。他のいくつかの実施形態では、ＴＥ０モードとＴＭ０モードは、非対称光カプラの前にあるマルチモード複合偏光導波路を通じて伝搬される。マルチモード複合偏光導波路は、ＴＭ０モードを２次準横電モード（ＴＥ１）にコンバートし、その一方で非対称光カプラは、ＴＥ１モードを別の導波路におけるＴＥ０モードに結合し、これにより入射光線を偏光分離する。例えば偏光依存性レスポンスを有するナノ粒子または誘電体構造を使用した他のタイプの偏光スプリッタが同様に使用され得る。
【0060】
ステップ２０４において、基板ベースの偏光スプリッタは、入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する。
【0061】
いくつかの実施形態では、第１の偏光成分と第２の偏光成分は互いに直角であることが可能である。これらの実施形態では、第１の偏光成分は０°で偏光されること、すなわち水平線形偏光が可能であり、その一方で第２の偏光成分は９０°で偏光されること、すなわち垂直線形偏光が可能である。同様に、第１の偏光成分は第１の電場成分Ｅｘから成ることが可能であり、その一方で第２の偏光成分は第１の電場成分Ｅｘに対して直角の第２の電場成分Ｅｙから成ることが可能である。
【0062】
上述のように、偏光スプリッタは、入射光線から分離された第１の光線と第２の光線を出力するいくつかのスプリッタ出力を有することができる。いくつかの実施形態では、偏光スプリッタは４つのスプリッタ出力を有し、スプリッタ出力のうちの２つが第１の光線を出力し、スプリッタ出力のうちの他の２つが第２の光線を出力する。いくつかの実施形態では、偏光は、第１の光線と第２の光線の各光線をそれぞれ出力する２つのスプリッタ出力を有する。このような２方向または４方向の偏光スプリッタを有する偏光計の例が下記で説明される。
【0063】
ステップ２０６において、第１の光線と第２の光線は、基板上に延びる導波路を有する基板ベースの干渉測定回路の全体に伝搬される。
【0064】
４方向偏光スプリッタを有する実施形態では、第１の光線と第２の光線を伝搬させるスプリッタ出力のうちの２つは、それほど干渉することなく、各出力導波路に直接つなげることができる。これらの実施形態では、第１の偏光成分と第２の偏光成分は、第１の光線と第２の光線からそれぞれ成る。スプリッタ出力のうちの他の２つは干渉測定回路につながり、第１の光線と第２の光線が互いに干渉されて第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成する。２方向偏光スプリッタを有する実施形態では、第１の光線と第２の光線は２つ以上の干渉測定回路を使用して干渉され、入射光線の偏光状態を十分に定義する４つの異なる偏光成分を提供することができる。
【0065】
ステップ２０８において、第１の光線と第２の光線は干渉測定パターンに従って互いに干渉され、これは、第１の光線と第２の光線を互いに対して非対称に位相遅延させ、これによりさらなる偏光成分を形成することを含む。
【0066】
このステップでは、第１の光線と第２の光線が対称の干渉測定パターンに従って互いに干渉されたとすると、第３の偏光成分と第４の偏光成分は互いに等しくなるはずであり、これは入射光線の偏光状態を部分的にしか定義しないはずである。非対称の干渉測定パターンを組み込むことによって、ステップ２０８は、第３の偏光成分と第４の偏光成分が入射光線の偏光状態の異なる態様を有する方式で第１の光線と第２の光線とが互いに干渉されることを保証する。したがって、入射光線の偏光状態は、第１、第２、第３、および第４の偏光成分によって十分に判定され得る。
【0067】
ステップ２１０において、偏光成分の強度が測定される。測定された強度は、いくつかの実施形態では、対応する信号のピーク強度であることが可能であり、その一方で、測定された強度は、他のいくつかの実施形態では、対応する信号の曲線の下の面積であることが可能である。強度は、（対応する導波路出力と光結合され、対応する偏光成分の強度を測定する）フォトダイオード（ＰＤ）などのそれぞれの光検知器を使用して測定されることが可能である。これらの実施形態では、光検知器は、所与の単色スペクトル帯域内の強度を測定してもよい。したがって、入射光線の偏光状態は、ただ１つのスペクトル成分または帯域と関連付けられてよい。それでも、他のいくつかの実施形態では、検出器ユニットは、偏光成分のそれぞれについての複数のスペクトル成分における強度を測定する光スペクトル解析器を有することができる。これらの実施形態では、入射光線の偏光状態は、入射光線のスペクトル成分の各成分とそれぞれ関連付けられた複数の偏光状態を含むことができる。言い換えれば、検出器ユニットの構造に応じて、偏光計は、入射光線のスペクトル的に分解された偏光状態を判定する分光偏光計であることが可能である。
【0068】
ステップ２１２において、入射光線の偏光状態が、ステップ２０８の測定された強度と干渉測定パターンに基づいて判定される。
【0069】
上述のように、第１の光線は第１の電場成分を有することができ、その一方で第２の光線は、第１の電場成分に直角の第２の電場成分を有することができる。これらの実施形態では、第１、第２、第３、および第４の偏光成分は、第１の電場成分と第２の電場成分との線形結合であることが可能である。これにより、干渉測定パターンはこれらの線形結合を示す性質をもつ。例えば、Ｓが入射光線の偏光状態（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）Ｔを示し、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３がストークスパラメータ（すなわち任意の所与の偏光状態を数量化する典型的な方式）を表し、Ｉが、検出器ユニットを使用して測定された第１、第２、第３、および第４の偏光成分の強度（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）Ｔを示し、Ｗが、干渉測定パターンを表す行列を示すと仮定する。入射光線の偏光状態Ｓは、以下の等式に等しい等式を使用して判定され得る。
【0070】
Ｓ∝Ｗ・Ｉ （１）
【0071】
したがって、行列Ｗによって表される干渉測定回路の干渉測定パターンを知っている状態で、測定された強度（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）Ｔに基づいて入射光線の偏光状態を抽出することができる。行列Ｗの他の例が下記で説明される。
【0072】
入射光線の偏光状態を判定するために実施される計算は、コントローラによって実施されることが可能である。計算は、いくつかの実施形態では強度が測定されると同時に準リアルタイムに発生してよく、その一方で他のいくつかの実施形態では、測定された強度は、その後の計算のためにコントローラのメモリに格納されることが可能である。コントローラは、ハードウェア構成要素とソフトウェア構成要素との組合せとして提供されることが可能である。ハードウェア構成要素はコンピューティングデバイス３００の形で実装されることが可能であり、コンピューティングデバイス３００の例が、図３を参照しながら説明される。
【0073】
図示のように、コンピューティングデバイス３００は、プロセッサ３０２、メモリ３０４、およびＩ／Ｏインターフェース３０６を有することができる。入射光線の偏光状態を判定するための命令３０８はメモリ３０４に格納され、プロセッサ３０２によってアクセス可能であることが可能である。例えば、行列Ｗで表現される干渉測定パターンはメモリ３０４に格納され、プロセッサ３０２によってアクセス可能であることが可能である。
【0074】
プロセッサ３０２は、例えば、汎用マイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラ、デジタル信号処理（ＤＳＰ）プロセッサ、集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、再構成可能プロセッサ、プログラマブルリードオンリメモリ（ＰＲＯＭ）、またはこれらの任意の組合せが可能である。
【0075】
メモリ３０４は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤＲＯＭ）、電気光学メモリ、光磁気メモリ、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ）、および電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、強誘電体ＲＡＭ（ＦＲＡＭ）など、内部または外部にあるコンピュータ可読メモリの任意のタイプの適切な組合せを含むことができる。干渉測定パターンはメモリ３０４に格納され、プロセッサ３０２によってアクセス可能であることが可能である。
【0076】
各Ｉ／Ｏインターフェース３０６は、コンピューティングデバイス３００が、１つ以上の入力デバイス（１つ以上の光検出器、キーボード、マウス、ポインタなど）、または１つ以上の出力デバイス（ディスプレイ、リモートネットワークなど）と相互接続することを可能にする。
【0077】
各Ｉ／Ｏインターフェース３０６は、（インターネット、イーサネット、基本電話サービス（ＰＯＴＳ）線、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、サービス総合デジタル網（ＩＳＤＮ）、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、同軸ケーブル、光ファイバ、衛星、モバイル、ワイヤレス（例えばＷｉ－Ｆｉ、ＷｉＭＡＸ）、ＳＳ７シグナリングネットワーク、固定回線、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク等を含み、これらの任意の組合せを含む）データを搬送可能なネットワーク（または複数のネットワーク）に接続することによって、コントローラが他の構成要素と通信すること、他の構成要素とデータを交換すること、ネットワークリソースにアクセスし接続すること、アプリケーションをサーブすること、および、他のコンピューティングアプリケーションを実施することを可能にする。
【0078】
上記で説明されたコンピューティングデバイス３００は、単なる例であることを意図している。当業者には明らかなように、コントローラの他の適切な実施形態も提供されることが可能である。
【0079】
図４は、基板にマウントされた偏光計４００の第２の例の概略図である。図示のように、位相遅延導波路４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃ、および４１６ｄは、各位相遅延θ１、θ２、θ３、およびθ４を有し、導波路出力４２０は、対応する検出器ユニットを使用して測定されることになる強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、およびＩ４につながる。この例では、偏光計４００は、ＣＭＯＳ互換のフォトニック製作プロセスを使用したシリコンフォトニック（ＳｉＰ）４光検知器（ＰＤ）振幅分割偏光計（４ＰＤ－ＤＯＡＰ：ｆｏｕｒ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ（ＰＤｓ） ｄｉｖｉｓｉｏｎ－ｏｆ－ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ）である。偏光計４００のデザインは、光学構成要素の数を最小限にすることを目標にしている。
【0080】
図示のように、偏光計４００は、基板４０２、基板４０２上の偏光スプリッタ４０４、および（基板４０２上に延び、第１、第２、第３、および第４の偏光成分を出力する）出力導波路４２０を有する。この例では、基板４０２は、標準的な厚さ２２０ｎｍのシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハのためにデザインされる。
【0081】
偏光スプリッタ４０４は所与の偏光状態を有する入射光線１０を受け取り、入射光線１０を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線１２と第２の偏光成分を有する第２の光線１４に偏光分離する。
【0082】
この例では、偏光スプリッタ４０４は、４つのスプリッタ出力を有する４方向偏光スプリッタである。図示のように、スプリッタ出力のうちの２つは、第１の光線１２と第２の光線１４をそれほど干渉させずに、それぞれの出力導波路４２０に直接伝搬させる。スプリッタ出力のうちの他の２つは干渉測定回路４０６につながり、第１の光線１２と第２の光線１４を互いに干渉させて第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成する。
【0083】
干渉測定回路４０６は、第１の光線１２を第１の位相遅延導波路４１６ａと第２の位相遅延導波路４１６ｂにパワー分離する第１のパワースプリッタ４１４ａ、およびさらに、第２の光線１４を第３の位相遅延導波路４１６ｃと第４の位相遅延導波路４１６ｄにパワー分離する第２のパワースプリッタ４１４ｂを有する。干渉測定回路４０６は、第１の位相遅延導波路４１６ａと第３の位相遅延導波路４１６ｃを互いに偏光結合して第３の偏光成分を形成する第１の偏光カプラ４１８ａ、および、第２の位相遅延導波路４１６ｂと第４の位相遅延導波路４１６ｄを互いに偏光結合して第４の偏光成分を形成する第２の第１の偏光カプラ４１８ｂも有する。
【0084】
認識され得るように、偏光計４００の構成要素は、本具体例では次のように互いに光結合される。偏光スプリッタは、第１の光線を出力する第１と第２のスプリッタ出力、および第２の光線を出力する第３と第４のスプリッタ出力を有する。この例では、第１と第３のスプリッタ出力は、それぞれの検出器ユニットにつながる対応する出力導波路に光結合される。第２のスプリッタ出力は第１のパワースプリッタにつながり、その一方で第４のスプリッタ出力は、対応する導波路を介して第２のパワースプリッタにつながる。上述のように、第１のパワースプリッタは第２のスプリッタ出力からの第１の光線を受け取り、第１と第２の位相遅延導波路を出力する。第２のパワースプリッタは第４のスプリッタ出力からの第２の光線を受け取り、第３と第４の位相遅延導波路を出力する。第１の偏光カプラは第１と第３の位相遅延導波路を受け取り、これにより第１の光線と第２の光線を互いに結合し、対応する出力導波路につなげる。同様に、第２の偏光カプラは第２と第４の位相遅延導波路を受け取り、これにより第１の光線と第２の光線を互いに非対称に結合し、対応する出力導波路につなげる。
【0085】
上述のように、第３の位相遅延導波路４１６ｃと第４の位相遅延導波路４１６ｄは、第１の位相遅延導波路４１６ａと第２の位相遅延導波路４１６ｂに対して非対称である。より具体的には、この例では、第１、第２、第３、および第４の位相遅延導波路４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃ、および４１６ｄは、第１、第２、第３、および第４の位相遅延θ１、θ２、θ３、およびθ４のうちの各位相遅延を有し、少なくとも第１の位相遅延θ１と第４の位相遅延θ４は互いに異なる。
【0086】
図示のように、出力導波路４２０は、偏光成分の強度が測定されることが可能な基板４０２の共通部分４０２ａに向かって第１、第２、第３、および第４の偏光成分を出力する。この例で示されるように、第１の偏光成分の強度Ｉ１は第１の光線１２の強度を示す性質をもち、第２の偏光成分の強度Ｉ２は第２の光線１４の強度を示す性質をもち、強度Ｉ３は、第１の光線１２と第２の光線１４の線形結合から生じた第３の偏光成分の強度を示し、強度Ｉ４は、第１の光線１２と第２の光線１４との異なる線形結合から生じた第４の偏光成分の強度を示す。
【0087】
偏光計４００は、最適な状態に保たれた偏光計の完全解析行列を生成することができる。具体的には、偏光計４００は、高速同時測定のために入射光線をいくつかの光線に分離する振幅分割偏光計（ＤＯＡＰ：ｄｉｖｉｓｉｏｎ－ｏｆ－ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ）である。ストークスベクトルの完全再現は原則として４つの強度測定しか必要としないので、偏光計４００の干渉測定回路４０６は、入射光線の完全偏光状態（ＳｏＰ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を再現可能な４つの偏光成分を提供する方式で入射光線１０を分離する。
【0088】
上述のように、ＳｏＰは典型的には、４×１ストークスベクトルによって特徴付けられる。したがって、ＳｏＰの完全再現は最低４つの別個の測定を必要とし、最低４つの別個の測定は、偏光計のミュラー行列（解析行列）によって判定された４つ以上の解析状態にストークスベクトルを投影することによって実現され得る。伝統的な自由空間光学システムでは、この動作は、回転する偏光子を介して、または固定偏光子を組み合わせたリターダを介して実現され得る。ＰＩＣでは、これは、機械可動部品のない導波路干渉計を通じて実現され得る。例えば図５Ａ～図５Ｃは、自由空間ストークス偏光計で一般に使用されるいくつかの自由空間光学構成要素５００’のＰＩＣの複製５００を示す。ＳＰＳは、逆方向に誘導する２つの単一モード導波路に（理想的には等しいパワーで）それぞれが結合する、２つの直交Ｅ－フィールド成分（ＥｘおよびＥｙ）を分解することができる。図５Ａに示したように、ＳＰＳは、従来の自由空間光学システムにおける偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）と半波長板（ＨＷＰ：ｈａｌｆ－ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）とを結合したものとして機能する。オンチップビーム結合器（すなわち３－ｄＢのＹ－分岐）は、図５Ｂに示されているように、ＥｘとＥｙを一致させて結合し（自由空間内では直交しているが、２つの導波路では同じモードに結合する）、４５°の線形偏光子に等しい
を出力する。図５Ｃは、異なる長さの２つの導波路によるリターダとして機能する２つの位相遅延導波路を示し、ＥｘとＥｙの間の位相差を導入することができる。
【数3】
【0089】
偏光計４００は、ＰＤによって検出可能な一連の強度にストークスベクトルを変換する。解析行列Ｗは変換を以下のように定義する。
【0090】
Ｉ＝Ｗ・Ｓ＋ｎ （２）
【0091】
ここで、Ｓ＝（Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）Ｔは入力されたストークスベクトルであり、Ｉ＝（Ｉ１，Ｉ２，…，ＩＮ）Ｔは測定された強度を表すＮ次元ベクトルであり、単位行列と混同されるべきではない。ＰＤのノイズ寄与はｎである。推定されるストークスベクトル
は、以下によって与えられる。
【数4】
【0092】
【数5】
【0093】
ここで、Ｗ†は、合成行列としても知られるＷの一般逆行列を示す。ここで、Ｎ＝４のケースだけが考慮され、その結果Ｗ†＝Ｗ－１である。推定されるストークスベクトルの誤差は、以下によって取得されることが可能である。
【0094】
【数6】
【0095】
等式（４）は、推定誤差がノイズレベルおよび合成行列による影響を受けることを示す。ノイズｎについて、共分散行列Γを用いて予想を行い、以下を取得することができる。
【0096】
【数7】
【0097】
加算性白色ガウスノイズ（ＡＷＧＮ：ａｄｄｉｔｉｖｅ ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｎｏｉｓｅ）の存在下で、また、各ＰＤにおけるノイズがゼロ平均であり、分散
で等しく分布されるとき、以下を有することができる。
【数8】
【0098】
【数9】
【0099】
条件数κ＝｜｜Ｗ｜｜・｜｜Ｗ－１｜｜は、偏光計の性能を評価するためにしばしば使用される性能指数であり、ここで｜｜＊｜｜は、（この例の全体にわたってＬ２ノルムとして取られる）行列形式である。検出ＳＮＲは、条件数が最小限にされるとき最大化される。
【0100】
ショットノイズ（例えばポアソンノイズ）の存在下では、各ＰＤにおける独立したノイズを仮定すると、ノイズ共分散行列は、ｉ番目の検出信号電力に比例したｉ番目のエントリによる対角線である。行列Ａのｉ，ｊ要素を示すＡｉｊについて、これは以下を意味する。
【0101】
Γｉ，ｊ∝（ＷＳ）ｉ，ｊ （７）
【0102】
したがって、ストークス推定の分散は、ポアソンノイズによって決まるＳｏＰである。信号電力はＰＤの両端間で変化するので、ポアソンノイズは等しく分布しない（ＡＷＧＮとは異なる）。最善の性能のために、偏光計４００はノイズ分散を均一にするはずである。
【0103】
したがって行列Ｑは以下によって定義される。
【0104】
【数10】
【0105】
ここで、ｕｉ＝（Ｑｉ１，Ｑｉ２，Ｑｉ３）Ｔであり、Ｐは偏光の度合いである。ポアソン分散はＳによって決まるので、
の各成分は、この成分と関連付けられたいくつかの最大分散
および最小分散
を有することになる。これらの極値Δγの間の平均変位は以下によって与えられる。
【数11】
【数12】
【数13】
【0106】
【数14】
【0107】
すなわち、偏光計４００はゼロ変位のノイズを均一にすることができ、最大ノイズ分散
は各ストークスベクトル成分上の最小ノイズ分散
に等しい。したがって光学的構造は、条件数κと分散差Δγを最小限にすることを求められる。
【数15】
【数16】
【0108】
したがって入射光は、４方向偏光スプリッタによって４つの導波路に分離される。４つの導波路（例えば、
、
、
、
）内を伝搬する光波は、入射光のＳｏＰについての完全な情報を搬送する。光路のうちの２つは、２つの５０：５０パワースプリッタによって４つの経路に分離され、次に、これらは、一意のθｉ位相遅延導波路を別々に通過し、５０：５０偏光カプラを使用してクロスカップリングされる。
【数17】
【数18】
【数19】
【数20】
【0109】
第１の位相遅延導波路４１６ａと第３の位相遅延導波路４１６ｃを通過する第１の光線１２と第２の光線１４は構造によって互いに干渉性であり、これらは強度Ｉ２をもたらすように結合する。第２の位相遅延導波路４１６ｂと第４の位相遅延導波路４１６ｄを通過する第１の光線１２と第２の光線１４も干渉性であり、Ｉ３をもたらす。偏光計４００のこのセクションは、クロスコヒーレント解析器（ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ａｎａｌｙｚｅｒ）と呼ばれる。
【0110】
この例では、残りの導波路４２６は、どの構成要素も通過せず、強度Ｉ１およびＩ２をそれぞれもたらす。４つの出力（強度Ｉ１からＩ４）の間で等しく非偏光を分散させるために、３－ｄＢ光減衰器がＰＤの前に追加される。上述のように、第１および第２の位相遅延導波路４１６ａおよび４１６ｂと第３および第４の位相遅延導波路４１６ｃおよび４１６ｄとの間の非対称性は、位相遅延導波路の２つのペアの間の差である位相遅延によって提供される。例えば、いくつかの実施形態では、第１、第２、第３、および第４の位相遅延導波路４１６ａ、４１６ｂ、４１６ｃ、および４１６ｄは、第１、第２、第３、および第４の位相遅延θ１、θ２、θ３、およびθ４のうちの各位相遅延を有する。例えば、非対称性は、少なくとも第１の位相遅延θ１と第４の位相遅延θ４が互いに異なること（θ１≠θ４）を保証することによって取得され得る。
【0111】
偏光計４００の解析行列Ｗ１は、したがって以下の通りである。
【0112】
【数21】
【0113】
図６は偏光計４００の条件数κを示し、（θ１－θ３）と（θ４－θ２）の関数としてプロットされている。最小条件数κｍｉｎは、以下のとき取得されることが可能である。
【0114】
（θ１－θ３＋θ４－θ２）＝（２ｍ±０．３６５）π （１１）
【0115】
ここで、ｍは任意の整数である。
【0116】
偏光計４００は、Δγを最小限にすること、すなわち
を最小限にすることによって、次に改善されることが可能である。等式（１１）のθｕｐに伴う
の変形形態が図７に描写されている。ｍ＝０の場合、最小値
は、（θ１－θ３）＝０．１８２５πまたは０．３１７５πで観察される。このデザインのために、０．１８２５πになるように（θ１－θ３）が選択されている（図７の矢印参照）。偏光計４００の実験的特性評価は以下の段落で論じられる。解析行列Ｗａは以下の通りである。
【数22】
【数23】
【数24】
【0117】
【数25】
【0118】
偏光計４００は、シリコンおよび酸化被膜の厚さがそれぞれ２２０ｎｍおよび２μｍのＳＯＩプラットフォーム上の電子ビームリソグラフィを用いるＣＭＯＳ互換プロセスを使用して製作された。偏光計４００の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像が図８Ａに提示されている。ストリップ導波路のサイズは５００ｎｍ×２２０ｎｍである。偏光スプリッタは、（図８Ａの挿入図に示されているような）６９５ｎｍの間隔Λおよび４４０ｎｍの孔径Ｄを有する（シリコンを通じて完全にエッチングされた）円筒孔の３０×３０アレイを使用して形成される。ＳＰＳの数値効率は図８Ｂに示されており、その３－ｄＢ帯域幅が３５ｎｍであること、および中心波長が１５５０ｎｍであることを示す。
【0119】
偏光計４００をテストするための実験装備が図９に示されている。線形偏光された光線は、波長可変レーザを使用して生成される。ＳｏＰは、偏光子（６５０～２０００ｎｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）、ＨＷＰ（１５５０ｎｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）、および４分の１波長板（ＱＷＰ、１５５０ｎｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）によって制御される。偏光子の方向は、Ｘ軸に対して０°に固定される。ＨＷＰおよびＱＷＰを回転させると、任意のＳｏＰの生成を可能にすることができる。２つのステッピングモータの回転（Ｋ１０ＣＲ１／Ｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）が、ＨＷＰとＱＷＰの角度を制御するために別々に使用される。偏光計４００の４つの出力導波路は、光ファイバを通じてオフチップ光検知器を使用して読み取られる。
【0120】
ＨＷＰとＱＷＰの回転を通じて、一連のＳｏＰがポアンカレ球体の表面にわたって広く拡散できるように、一連のＳｏＰが生成され得る。偏光計４００は、種々の入射光線の複数のＳｏＰを測定するために使用された。測定結果および対応する入力ＳｏＰが図１０に描写されている。入力ＳｏＰと測定ＳｏＰとの間に十分な一致が観察される。偏光計４００はパッケージ化されていないので、実験装備の振動はほぼ０．８－ｄＢの強度測定相対誤差を生じるはずであり、これは、ＳｏＰ測定のほぼ０．１１４の二乗平均平方根（ＲＭＳ）誤差をもたらすはずである。したがって、ストークスベクトルの再現のＲＭＳ誤差は非常に高く、この例では０．１４７に達する。ＲＭＳ誤差は、チップ上の統合型ＰＤをパッケージ化するか、使用した後、著しく低減され得る。
【0121】
偏光計４００は、複数のスペクトル成分（例えば波長）に反応する。したがって、ＨＷＰおよびＱＷＰの方向はＸ軸に対して２０°および６０°にそれぞれ固定され、１５４０ｎｍから１５６５ｎｍまで、入射光線のスペクトル成分の調整を可能にする。波長に応じた入力ＳｏＰは、図１１の断続線で示されている。図１１の誤差の棒を伴うドットは偏光計４００の測定結果である。測定結果は、他の波長における対応する入力ＳｏＰによく一致することが観察され得る。
【0122】
図４を参照しながら説明された偏光計４００の条件数は、
であり、これは、フルストークス偏光計の理論上の最小値より高い。各ストークス要素推定のノイズ分散は、信号依存ポアソンショットノイズの存在下では、入射ＳｏＰの影響を受けやすい。
【数26】
【0123】
図１２は、基板にマウントされた偏光計１２００の第３の例の概略図である。この例では、偏光計１２００は、ＣＭＯＳ互換のフォトニック製作プロセスを使用したシリコンフォトニック（ＳｉＰ）４光検知器（ＰＤ）振幅分割偏光計（４ＰＤ－ＤＯＡＰ）の別の例である。偏光計１２００のデザインのデザインは、測定に最適なフレームを実現するために、わずかにより複雑な回路デザインを使用し、この測定フレームは、加算性白色ガウスノイズと信号依存ショットノイズの両方の存在下で、推定分散を最小限かつ均一にする。ストークス偏光計に最適な測定フレーム内で、４つのＰＤを有するＤＯＡＰが、より多くのＰＤを有するＤＯＡＰに比べて、最低限の等しく重みをつけられた分散を有することを、さらなる理論的検討が明らかにしている。我々が知る限りでは、これは、チップスケールの十分な証明であり、最適な測定フレームを有するソリッドステートフルストークス偏光計が、各ストークスチャネル上の最低限かつ均一なノイズ分散をもたらす。
【0124】
図示のように、偏光計１２００は、基板１２０２、基板１２０２上の偏光スプリッタ１２０４、ならびに、（基板１２０２上に延び、第１、第２、第３、および第４の偏光成分を出力する）出力導波路１２２０を有する。基板１２０２は、標準的な厚さ２２０ｎｍのシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハのためにデザインされる。
【0125】
偏光スプリッタ１２０４は所与の偏光状態を有する入射光線１０を受け取り、入射光線１０を少なくとも第１の光線１２と第２の光線１４に偏光分離する。
【0126】
この例では、偏光スプリッタ１２０４は、２つのスプリッタ出力を有する２方向偏光スプリッタである。図示のように、スプリッタ出力の第１の出力は、第１の光線１２を第１の非対称スプリッタ１２２８ａに向かって伝搬させ、その一方でスプリッタ出力の第２の出力は、第２の光線１４を第２の非対称スプリッタ１２２８ｂに向かって伝搬させる。第１の非対称スプリッタ１１２８ａと第２の非対称スプリッタ１２２８ｂのうちの１つの分岐が第１の干渉測定回路１２０６ａにつながるので、その他の分岐は第２の干渉測定回路１２０６ｂにつながる。図示のように、第１の非対称スプリッタ１１２８ａと第２の非対称スプリッタ１２２８ｂは、結合係数ＰＲで第２の干渉測定回路１２０６ｂに向かって結合し、ＰＲ’＝１－ＰＲの相補結合係数で第１の干渉測定回路１２０６ａに向かって結合する。
【0127】
第１の干渉測定回路１２０６ａと第２の干渉測定回路１２０６ｂのそれぞれは、図４に示された偏光計４００の干渉測定回路４０６と同様の構造を有する。図１２を再び参照すると、第１の非対称パワースプリッタ１２２８ａは、第１の光線１２を、第１の干渉測定回路の第１のパワースプリッタおよび第２の干渉測定回路の第１のパワースプリッタに向かってパワー分離する。同様に、第２の非対称パワースプリッタ１２２８ｂは、第２の光線１４を、第１の干渉測定回路の第２のパワースプリッタおよび第２の干渉測定回路の第２のパワースプリッタに向かってパワー分離する。
【0128】
認識され得るように、偏光計１２００の構成要素は、本具体例では次のように互いに光結合される。偏光スプリッタは、第１と第２の光線を出力する第１と第２のスプリッタ出力をそれぞれ有する。第１および第２の光線は第１および第２の非対称パワースプリッタを介して、第１および第２の干渉測定回路のそれぞれの干渉測定回路に向かって非対称に両方分離される。したがって第１の光線は第１の干渉測定回路の第１のパワースプリッタに向かって、また第２の干渉測定回路の第１のパワースプリッタに向かって伝搬される。同様に第２の光線は第１の干渉測定回路の第２のパワースプリッタに向かって、また第２の干渉測定回路の第２のパワースプリッタに向かって伝搬される。したがって第１の干渉測定回路の第１の偏光カプラは第１の偏光成分につながり、第１の干渉測定回路の第２の偏光カプラは第２の偏光成分につながり、第２の干渉測定回路の第１の偏光カプラは第３の偏光成分につながり、第２の干渉測定回路の第２の偏光カプラは第４の偏光成分につながる。
【0129】
図示のように、第１の干渉測定回路１２０６ａの第１、第２、第３、および第４の位相遅延導波路１２１６ａ、１２１６ｂ、１２１６ｃ、および１２１６ｄは、第１、第２、第３、および第４の位相遅延θ１’、θ３’、θ２’、およびθ４’のそれぞれの位相遅延を有し、その一方で第２の干渉測定回路１２０６ｂの第１、第２、第３、および第４の位相遅延導波路１２１６ａ、１２１６ｂ、１２１６ｃ、および１２１６ｄは、前記第４、第３、第２、および第１の位相遅延θ４’、θ２’、θ３’、およびθ１’のそれぞれの位相遅延を有し、少なくとも前記第１の位相遅延θ１’と第４の位相遅延θ４’は互いに異なる。
【0130】
したがって偏光計１２００は、２つの干渉測定回路１２０６ａおよび１２０６ｂを有し、それぞれが、それぞれのクロスコヒーレント解析器および２つの非対称パワースプリッタ（ＡＰＳ）１２２８ａおよび１２２８ｂを有する。ＡＰＳ１２２８ａおよび１２２８ｂは、偏光スプリッタ１２０４と干渉測定回路１２０６ａおよび１２０６ｂとの間にある。図１３は、非対称パワースプリッタの例を示す。ＡＰＳの弱い方の出力電力比および比較的長い方の出力電力比の値が、ＰＲおよび（１－ＰＲ）でそれぞれ示されている。この例では、ＡＰＳの分離領域の長さ（Ｌ）および幅（２ｗ）は、２．３２μｍおよび１．４μｍにそれぞれ等しい。ＡＰＳの非対称を制御することによって、出力電力比ＰＲが制御され得る。その上、２－ポートＳＰＳが、４－ポートＳＰＳを置き替えるためにデザインされている。２－ポートＳＰＳの効率を向上させるために、２つの分布ブラッグ反射（ＤＢＲ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）回折格子がＳＰＳの２つの非稼働ポートに追加されている。ＤＢＲ回折格子は、光を反射して所望の導波路に戻すことができる。
【0131】
この例では、偏光計１２００は、入射光線の偏光状態Ｓが等式Ｓ＝Ｗ２・Ｉを使用して判定可能な合成行列Ｗ２で表された干渉測定パターンを有し、ここで、Ｓは入射光線の前記偏光状態（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）Ｔを示すベクトルであり、Ｉは偏光成分の強度（Ｉ１’、Ｉ２’、Ｉ３’、Ｉ４’）Ｔを示すベクトルである。合成行列Ｗ２は、以下の行列に等しい行列によって与えられる。
【0132】
【数27】
【0133】
ここで、τはＰＲ／（１－ＰＲ）によって表された結合係数の比を示す。
およびΔγ＝０の性質を有する（任意の行の順列内に）２つの解析行列しかない。２つの解析行列ＷｂおよびＷｂ’は以下の公式を有する。
【数28】
【0134】
【数29】
【0135】
【数30】
【0136】
ここで、Ａは正の値（０＜Ａ≦１／２）であり、ここでＡ＝１／４である。等式（１３）を等式（１４）および（１５）と比較すると、
のとき、偏光計の条件数が光学性能を達成する可能性を有するはずであることを得ることができる。
のとき、（θ１’－θ３’）および（θ４’－θ２’）の関数としての条件数が図１４に提示されており、図１４は、（θ１’－θ３’）＝２ｎπ±π／４かつ（θ４’－θ２’）＝２ｎπ±３π／４（ここでｎは整数）のとき、光学的条件数（
）が取得され得ることを示す。解析Ｗｂは、（θ１’－θ３’）＝３π／４かつ（θ４’－θ２’）＝π／４のときに達成され得る。
【数31】
【数32】
【数33】
【0137】
（θ１’－θ３’）＝３π／４、（θ４’－θ２’）＝π／４、および
の構造は、製作され、実験的に示されるように選ばれた。この例では、偏光計１２００は３５０×４６０μｍ２のフットプリントを有する。ＤＢＲは、いくつかの実施形態では、シリコンと二酸化ケイ素の８つの互層（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）から成ることが可能である。シリコン層の幅、および格子間隔は、それぞれ１６０ｎｍおよび３６０ｎｍである。偏光計１２００は一連のＳｏＰを測定するために使用され、対応する結果が図１５に描写されている。測定結果は入力ＳｏＰとよく一致する。測定結果のＲＭＳ誤差はほぼ０．０８１であり、これは、実験装備の振動によって引き起こされた同じ０．８－ｄＢの強度測定相対誤差の下での偏光計１２００のＲＭＳ誤差より４４％低い。
【数34】
【0138】
偏光計１２００は、入力ストークスベクトルを測定の強度ベクトルに投影するプロジェクタとみなすことができる。簡略化のために、
になるように解析行列Ｗを正規化し、ここでｉは行列のｉ番目の行を意味する。したがって、換算されたベクトルｗｉ１＝（ｗｉ２，ｗｉ３，ｗｉ４）のエンドポイントはポアンカレ球体の表面上にある。測定フレーム（すなわちベクトル｛ｗ１｝のセット）は、換算されたベクトルｗｉのエンドポイントによって頂点が定義される多面体によって記述され得る。プラトン多面体が最小条件数を達成できることが示されてきた。測定フレームが非正４面体（ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ）の偏光計１２００は最小条件数を有していない。正４面体は、ポアソンノイズの存在下で、２つの特定の方向を除いて、ノイズ分散の均一化を実現できないと証明されてきたＮ＝４の球体の２－デザインである。それでも、この限界は、最も単純な球体の３－デザインである正８面体によって破られることが可能である。正８面体は、別の方向に回転されたとき、依然としてこのような性質のままであるという１つの例である。
【数35】
【0139】
いくつかの多面体は最低限かつ均一なポアソンノイズ分散を実現することができるが、異なる加算性ガウスノイズを受ける恐れがある。ここで、（等しく重みをつけられた分散（ＥＷＶ）と呼ばれる）４つのストークスチャネルの全分散に対する検出数Ｎのインパクトを検査する。プラトン多面体のケースを考察する。各ＰＤによって受け取られた光電力はＳ０／Ｎに比例する（すなわちＤＯＡＰ、および、「光子不足（ｐｈｏｔｏｎ－ｓｔａｒｖｅｄ）」のシナリオで使用される時分割偏光計（ＤＯＴＰ：ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｉｍｅ ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ））。これらのケースでは、解析行列Ｗは以下の性質を有する。
【0140】
【数36】
【0141】
および
【0142】
【数37】
【0143】
ここで、ＷＴはＷの転置である。ＡＷＧＮについて、ＥＷＶａｄｄが以下によって与えられる。
【0144】
【数38】
【0145】
ここで、
は加算性ノイズの分散であり、Ｔｒ（＊）は、＊の主対角線（左上から右下への対角線）上の要素の合計を意味する。等式（１５）および（１６）に基づいて、以下を得ることができる。
【数39】
【0146】
【数40】
【0147】
ポアソンノイズについて、ＥＷＶＰｏｉは以下の式を有する。
【0148】
ＥＷＶＰｏｉ＝Ｗ１１・Ｓ０・Ｔｒ［（ＷＴＷ）－１］ （２０）
【0149】
等式（１６）、（１７）、および（２０）に基づいて、以下を得ることができる。
【0150】
ＥＷＶＰｏｉ＝１０Ｓ０ （２１）
【0151】
等式（１９）から、加算性ノイズの存在下では、ＥＷＶａｄｄはＮを増加させることがわかる。したがって、２つの特定の方向の正４面体が最善のアーキテクチャである。その一方で等式（２０）は、ＥＷＶＰｏｉがＰＤの数に無関係であることを示す。全般的に４ＰＤ－ＤＯＡＰが信号処理において比較的低コストであるだけでなく、ＳｏＰの再現時のノイズによる影響をあまり受けない。結論は、パワー分離が必要でなく、ＳｏＰが比較的低スピードで検出されるＤＯＴＰの逆になり得ることに留意されたい。このケースでは、人々は通常、ノイズを抑制するために、より多くの測定を行う。
【0152】
上記の段落は、ガウスノイズとポアソンノイズ両方の存在下で光学フレームを有するチップスケールのソリッドステートフルストークス偏光計の実証を論じている。２つの超小型フルストークス偏光計４００および１２００は、最小数の検出器ユニットおよびＣＭＯＳ互換製造プロセスを有する。これらの偏光計のデザインは、条件数と推定される分散の両方を考慮して最適化された。最小条件数（
）およびポアソンショットノイズ均一化（Δγ＝０）を伴う光学的４ＰＤ－ＤＯＡＰ解析行列（ＷｂおよびＷｂ’）の偏光計アーキテクチャはＰＩＣにおいて実現されてきた。みごとな一致が、偏光計４００および１２００と卓上の市販計器とを使用した測定結果の間で示されてきた。ストークス偏光計の光学フレーム内で、パワー分割を通じて４つを超えて検出数を増加させることは、加算性ガウスノイズを高くする一方で、ポアソンショットノイズは影響を受けないことが示された。したがって、４ＰＤ－ＤＯＡＰは、論理的に光学的なＤＯＡＰデザインを提供する。偏光計４００および１２００は、窒化ケイ素、ならびに可視および中赤外線の範囲のためのゲルマニウムなどの、他の材料プラットフォームに拡張されることがさらに可能である。さらに、これらの小型の偏光計４００および１２００は、包括的な光学ベクトル解析がさらに広い用途のために単一のチップ上で実現され得るように、分光計などの他のシリコンフォトニックデバイスと容易に統合されることが可能である。
【数41】
【0153】
上述のように、偏光スプリッタは、エッジカプラおよび偏光スプリッタローテイタを備えるアセンブリの形で提供されることが可能である。図１６は、このような偏光スプリッタを備える偏光計１６００の第３の例の上面図を示している。図示のように、偏光計１６００は、上面および少なくとも外側面またはエッジを有する基板を有する。上記で説明されたものなどの干渉測定回路も基板上にある。
【0154】
図示のように、偏光スプリッタは、基板の外側面またはエッジ上に配置されたエッジカプラを有する。このようにして、基板の上面に平行に入射する光線は、エッジカプラを介して偏光計１６００の導波路内に注入されることになる。入射光線の偏光を分離するために、偏光スプリッタは、入射光線を第１の光線と第２の光線に偏光分離する偏光スプリッタローテイタを有する。いくつかの実施形態では、偏光スプリッタローテイタは、入射光線の２つの直交線形偏光成分（すなわちＴＥおよびＴＭモード）を、干渉測定回路の第１のパワースプリッタと第２のパワースプリッタにそれぞれ向けられた２つの導波路に分離する。入射光線のＴＭモードは、これによりＴＥモードに回転される。
【0155】
偏光計は、第１、第２、第３、および第４の偏光成分を受け取るために干渉測定回路に光結合されたフォトダイオードなどの、間を空けられた光検知器の形で提供された検出ユニットを有する。図示のように、フォトダイオードは、偏光成分を受け取り、センサに電気的に結合された導電性パッドでピックアップされ得る対応する信号を生成するセンサを有する。本実施形態では、検出器ユニットは、有線接続を介してコントローラに通信結合されることが可能である。他のいくつかの実施形態では、信号はワイヤレスでも通信されることが可能である。
【0156】
いくつかの実施形態では、偏光成分が十分に伝搬可能なスペクトル帯域を増加させることが好ましくなり得る。図１７は偏光計１７００の第４の例を示している。偏光計１２００と同様であるが、偏光計１７００の位相遅延導波路は波長に無関係である。第１および第２の非対称パワースプリッタについて、弱い方の経路と比較的強い方の経路の出力電力比が、ＰＲおよび（１－ＰＲ）によってそれぞれ示されている。２つの経路における位相偏移はそれぞれφｗおよびφｓである。クロスコヒーレント解析器は、サブ波長回折格子（ＳＷＧ）の形で提供された位相遅延導波路から成り、この例が図１８に示されている。図１９は、所与のスペクトル帯域にわたる図１８の２つのＳＷＧの間の位相差を示す。４つのＳＷＧ導波路の位相偏移は、θ１、θ２、θ３、およびθ４とそれぞれ表される。
【0157】
上述のように、（θ１－θ３）－（φｗ－φｓ）＝２ｎπ±π／４かつ（θ４－θ２）＋（φｗ－φｓ）＝２ｎπ±３π／４、または、（θ１－θ３）－（φｗ－φｓ）＝２ｎπ±３π／４かつ（θ４－θ２）＋（φｗ－φｓ）＝２ｎπ±π／４（ここでｎは整数）のとき、ガウスノイズおよびポアソンショットノイズの存在下で最適な偏光計を得ることができる。ここで、（θ１－θ３）－（φｗ－φｓ）＝π／４および（θ４－θ２）＋（φｗ－φｓ）＝３π／４のパラメータは、ブロードバンドの最適な偏光計をデザインするための例として選択される。最適な偏光計は、本具体例では
も必要とする。
【数42】
【0158】
図２０は、波長に応じた非対称パワースプリッタのＰＲ／（１－ＰＲ）および（φｗ－φｓ）を示す。ＰＲ／（１－ＰＲ）の変動は、１．４５μｍから１．６５μｍまでの波長範囲にわたって０．０５未満である。（φｗ－φｓ）の平均および変動は、それぞれ１２．８１°および８．２８°である。（φｗ－φｓ）を補償するために、（θ１－θ３）の平均および変動はそれぞれ５７．８１°および８．２８°のはずである。Ｗ１＝１．５μｍ、Ｗ３＝１．３μｍ、ＬＴ１＝ＬＴ３＝５．４μｍ、およびＮｐ１＝Ｎｐ３＝１１の非対称ＳＷＧ ＰＳが、このような位相偏移を実現するために選択された。図２１に示されているように、（θ１－θ３）－（φｗ－φｓ）の変動は補償後４°まで減少する。同様に、（θ４－θ２）の平均および変動は、それぞれ１２２．１９°および－８．２８°のはずである。－８．２８°の変動を達成するために、図１７に示されているように、２つのＳＷＧ ＰＳを共にカスケードした。２つのＳＷＧ ＰＳの構造パラメータは、Ｗ２１＝１．３μｍ、Ｗ４１＝１．５μｍ、ＬＴ２１＝ＬＴ４１＝３μｍ、Ｎｐ２１＝Ｎｐ４１＝１０８、およびＷ２２＝１．５μｍ、Ｗ４２＝１．３μｍ、ＬＴ２２＝ＬＴ４２＝６．８μｍ、Ｎｐ２２＝Ｎｐ４２＝０であった。波長に応じた（θ４－θ２）＋（φｗ－φｓ）が図２１に提示されている。
【0159】
図２２は、別の実施形態による、偏光計２２００の第５の例を示す。図示のように、偏光計２２００は、第１、第２、第３、および第４の偏光成分の各成分をそれぞれ搬送する出力導波路につながる偏光スプリッタおよび干渉測定回路を有する。認識され得るように、本実施形態の偏光スプリッタおよび干渉測定回路は、図４の偏光計４００を参照しながら説明されたものと同様である。
【0160】
説明されるように、偏光計２２００は、入射光線のスペクトル的に変動する偏光状態を判定するのに適している。より具体的には、検出器ユニットのそれぞれは、対応する偏光成分の複数のスペクトル成分における強度を測定することができる光スペクトル解析器を有する。各光スペクトル解析器は、選択されたスペクトル成分における強度を測定する対応するフォトダイオードに向かって所与のスペクトル成分を向けるように調整可能な調整可能フィルタを有する。所与のスペクトル帯域にわたって調整可能フィルタを通過することによって、複数のスペクトル成分における強度測定は連続的に測定され得る。光スペクトル解析器の構造は、実施形態によって異なる可能性がある。それでも、この特定の実施形態では、各光スペクトル解析器または分光計は、入射偏光成分から所与のスペクトル成分をピックアップするためのフィルタとして機能することができるマイクロリング共振器の形で提供される。図示のように、各マイクロリング共振器は、加熱要素を使用してマイクロリング共振器の温度を加減することによって調整され得る。マイクロリングを縮小または拡大することによって、結合状態が変化することになり、これにより調整可能フィルタとして機能する。４つの出力スペクトルＩ１（λ）からＩ４（λ）は、上述のように線形行列操作を通じて波長依存ストークスパラメータを再現するために最後に使用される。
【0161】
偏光計２２００は、これにより、スペクトルドメインと偏光ドメイン両方における物質と光の相互作用を測定するために、ブロードバンドソースまたは光周波数コムと組み合わせて使用されることが可能な分光偏光計の例である。図示のように、光スペクトル解析器は干渉測定回路から偏光成分を受け取り、複数のスペクトル的に間を空けられたチャネルに向かって偏光成分の方向を変える。スペクトル的に間を空けられたチャネルのそれぞれは、所与のスペクトル成分または波長を有する。図示のように、この例では、光スペクトル解析器は、スペクトル的に間を空けられたチャネルの方向を複数の光検出器（例えばフォトダイオード）に変えるマイクロリング共振器を有する。したがって、光検出器はマイクロリング共振器のドロップポートに少なくとも光結合され、複数のスペクトル的に間を空けられたチャネルから対応する強度値を測定する。コントローラは、この例では基板から離れており、測定された強度値および干渉測定回路の干渉測定パターンに基づいて入射光線のスペクトル的に分解された偏光状態を判定するように構成されることが可能である。
【0162】
いくつかの実施形態では、偏光計２２００は、２μｍの埋設酸化被膜および３μｍの酸化物クラッド法を用いて標準的な厚さ２２０ｎｍのシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハに基づいてデザインされ得る。偏光スプリッタは、任意の偏光状態を２つの直交線形偏光成分（ＥｘおよびＥｙ）に投影し、直交線形偏光成分（ＥｘおよびＥｙ）を異なる導波路に結合するために使用される、表面偏光スプリッタ（ＳＰＳ：ｓｕｒｆａｃｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）の形で提供され得る。次に干渉測定回路は、２つの直交Ｅ－フィールド成分を４つの偏光成分にコンバートする。各偏光成分のスペクトルは、熱的に調整可能なシリコンデュアルマイクロリング共振器およびＧｅ－ＰＤから成る光スペクトル解析器を使用して測定される。４つのスペクトル測定は、これにより、入力光のストークススペクトルが行列操作を介して最後に抽出され得る波長依存偏光の完全な情報をキャプチャする。図２２に描写されているように、黒い矢印は光の伝搬方向を指す。
【0163】
ＳＰＳは、この例ではＳｉ基板上のサブ波長円筒孔の２Ｄアレイから成るナノアンテナ構造を使用する。ナノアンテナは、光ファイバまたは自由空間からの光の両方の直交線形偏光成分が平面導波路の基本的なＴＥモードに結合されるようにデザインされる。同時に、ＳＰＳは、図２２に示されているような逆の方向の２つのスプリッタ出力に各直交成分を等しく分解する。
【0164】
干渉測定回路は、３－ｄＢブロードバンド指向性カプラ（ＢＤＣ）、３－ｄＢパワー分離／組合せのための３つのＹ字路、および少量の遅延線から成る。ＳＰＳの出力を利用して、ＰＡは、入射光のストークスベクトルを、干渉動作を通じた４つの強度チャネル（
および
それぞれの直接検出からのＩ１およびＩ４、
と
との間の干渉からのＩ２、
と
との間の干渉からのＩ３）に投影する。ここで、入射偏光は、波長（λ）依存ストークスベクトル（Ｓ（λ）＝（Ｓ０（λ）、Ｓ１（λ）、Ｓ２（λ）、Ｓ３（λ））Ｔ）で示され、ここで（Ｙ）Ｔは行列（Ｙ）の転置を意味する。波長依存強度ベクトル（Ｉ（λ）＝（Ｉ１（λ）、Ｉ２（λ）、Ｉ３（λ）、Ｉ４（λ））Ｔ）を定義すると、Ｉ（λ）とＳ（λ）との間の関係は以下によって示され得る。
Ｓ（λ）∝ＭＳ（λ）Ｉ（λ） （２２）
ここでＭＳ（λ）はＰＡの合成行列である。提案された分光偏光計デザインで使用されるＢＤＣは、１００ｎｍを超える広い帯域幅を有する。したがって合成行列ＭＳ（λ）は実質的に、この例で考慮されるスペクトル範囲で影響を受けない波長である可能性があり、以下の式で書かれることが可能である。
【数43】
【数44】
【数45】
【数46】
【数47】
【数48】
Ｓ（λ）∝ＭＳ（λ）Ｉ（λ） （２２）
ここでＭＳ（λ）はＰＡの合成行列である。提案された分光偏光計デザインで使用されるＢＤＣは、１００ｎｍを超える広い帯域幅を有する。したがって合成行列ＭＳ（λ）は実質的に、この例で考慮されるスペクトル範囲で影響を受けない波長である可能性があり、以下の式で書かれることが可能である。
【0165】
【数49】
【0166】
ＰＡ回路に続いて、４つのシリコンデュアルマイクロリング共振分光計（Ｓｉ－ＤＭＲＳ）が、強度チャネルのスペクトルを測定するために使用される。各Ｓｉ－ＤＭＲＳは、ＳＤＭＲおよびＧｅ－ＰＤから成る。ＳＤＭＲ内のＭＲは、わずかに異なるＦＳＲを有する。バーニア効果により、カスケード型アーキテクチャは、ウエハ規模の製作にとって挑戦的な超小型ＭＲを使用しなくても、大きく拡張されたＦＳＲを実現することができる。ＳＤＭＲの拡張されたＦＳＲは、以下によって与えられる。
【0167】
【数50】
【0168】
ここで、ＦＳＲ１（２）、Ｄ１（２）、およびｎｇ１（２）は、それぞれ単一のＭＲのＦＳＲ、直径、および群指数であり、下付き文字１（２）は第１（第２）のＭＲを示す。２つのリングの直径が非常に近いとき、ｎｇ１≒ｎｇ２であることに留意されたい。等式６．３によれば、ＳＤＭＲの拡張されたＦＳＲは、直径の差を減少させることによって増加させることができる。各ＭＲの温度を個別に変化させるために、各ＭＲの最上部で金属ヒータが使用される。ＭＲに加えられる火力（ＨＰ）を調整して、各強度チャネルの波長Ｉｉ（λ）は連続的にスイープされ、その後、Ｇｅ－ＰＤによって検出され得る。この例で示されているように、製作されたシリコンフォトニックチップは、プリント回路基板（ＰＣＢ）の中心に位置する。製作されたシリコンフォトニックチップのフットプリントは、約１×０．６ｍｍ２以下のフットプリントであることが可能である。いくつかの実施形態では、チップは１６個の電気Ｉ／Ｏポートを含む。
【0169】
フルストークス分光計を用いた実験の前に、同じチップ上のＧｅ－ＰＤと統合された単一のＳｉ－ＤＭＲＳが最初に特徴付けられた。本具体例では、２つのＭＲの直径は、それぞれ、大きい方のマイクロリングについて２６μｍ、および、小さい方のマイクロリングについて２２μｍが可能である。ドープされたＧｅまたはＧｅ金属接点のないＧｅ－ＰＤデザインが偏光計２２００に採用された。ゲルマニウム格子はこの例ではドーパントまたは金属接点に擾乱されないので、背景損失、帯域幅、および暗電流におけるより良い性能を可能にすることができる。Ｇｅ－ＰＤは、１５５０ｎｍ波長において、－４Ｖ反転バイアスにおいて、１．１２Ａ／Ｗの応答、および約１５ｎＡの暗電流を有するように測定された。
【0170】
図２３は、大きい方のマイクロリング（赤いドット）および小さい方のマイクロリング（青い正方形）のヒータ上の共振波長と火力との間の関係を示す。大きい方と小さい方のマイクロリングに適用されたＨＰに応じた中心波長は、波長可変レーザを使用して各チャネルに対して校正された。校正結果が図２３に示されている。調整効率は、大きい方および小さい方のマイクロリングに対してそれぞれ約１０ｍＷ／ｎｍおよび約１１ｍＷ／ｎｍである。バーニア効果により、大きい方および小さい方のマイクロリングに対して拡張されたＦＳＲ全体をカバーするのに必要な最大ＨＰは、それぞれ約７０ｍＷおよび約１００ｍＷだけである。偏光計２２００の安定性を検証するために、いくつかの測定が、同じＨＰ校正を使用して１週間以内に実施された。測定結果は６日間にわたってみごとな一致を示し、偏光計２２００の非常に安定した動作を示している。
【0171】
図２４および図２５に示されているように、製作されたＳＤＭＲのドロップポートの伝送スペクトルは、ほぼ１５６１ｎｍの共振波長を有することができる。図２４で最もよくわかるように、２０－ｄＢの線幅が、この例ではほぼ０．９ｎｍになり得る。信号対雑音比（ＳＮＲ）を増加させるために、バイモーダルフィルタ形状が、フィルタのエッジでロールオフがシャープになるようにデザインされた。図２５に示されているものなどの、５０ｎｍの拡張されたＦＳＲが測定される。
【0172】
実例の実験では、偏光計２２００は、キラル物質（すなわちコレステリック液晶（ＣＬＣ）スラブ）の偏光を特徴付けるために使用された。キラル物質は、機械的なねじれ力を有するキラル分子から成り、機械的なねじれ力は、巨視的ならせん状の自己組織化（ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｈｅｌｉｃｏｉｄａｌ ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）を課す。結果として、長分子軸の局所平均方向はレイヤからレイヤへと周期的に回転しており、自然分子らせん（すなわち「構造的キラリティ（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈｉｒａｌｉｔｙ）」）を形成する。分子混合パラメータを正しく選ぶことにより、ＣＬＣスラブは、左（または右）円偏光だけが通過できる所望のスペクトル範囲でスペクトル共振フィルタ（例えばロッキングフィルタ）のように機能する。最も複雑な挙動は、偏光の影響を受けやすい反射、および（強いばらつきを伴う）強い偏光回転が存在する共振波長範囲のエッジで発生する。提案された分光偏光計の効力を示すために、１５５０ｎｍに近い共振範囲のエッジを有するＣＬＣサンプルが製作された。
【0173】
前のセクションで説明された同じ手順に従って４つのＳｉ－ＤＭＲＳ全てが校正された。ＰＡの波長依存合成行列Ｍｓ（λ）も、４つの既知の独立した偏光状態を使用して校正された。結果は、線形偏光入力（Ｓ１＝１）を伴うＣＬＣサンプル後のストークススペクトルを示す。偏光計２２００と市販の卓上計器との間の測定結果にみごとな一致が観察される。製作されたＣＬＣ材料の共振範囲は１．５２μｍ未満であることがわかった。共振範囲では、左円偏光だけがＣＬＣを通過することができ、Ｓ３は－１に向かって展開し、その一方でＳ１とＳ２は、波長が減少するにつれてゼロに近づく。一方で、非共振範囲（１．５８μｍを上回る）では、ＣＬＣ材料は入力偏光状態を変化させない。したがってＳ１は、波長を０から１に向かって徐々に増加させることがわかった一方で、Ｓ３は、非共振範囲内で－１から０まで増加する。
【0174】
コンパクトであるにも関わらず、偏光計２２００は、ストークススペクトルの高い解像度（１ｎｍ）および広範な帯域幅（５０ｎｍ）により高性能のままであるが、偏光計２２００はその限界にまだ達していない。例えば、等式２４によれば、大きい方のマイクロリングの直径を２４μｍまで増加させることによって１００ｎｍの帯域幅が取得され得る。これに加えて、偏光計２２００のスペクトル解像度は、重大な損失を持ち込むことなく、２つのマイクロリングの間のクロスカップリング係数を減少させることによって、もう１桁だけ（０．１ｎｍまで）さらに証明され得る。
【0175】
Ｓｉ－ＤＭＲＳの使用により、エネルギー消費量は著しく低減される。偏光計２２００は、ストークススペクトルの１つの測定を完了させるためにほぼ３．６Ｊのエネルギーを浪費することがわかった。従来の機器に比べて、この値は数桁の改善に相当し得る。その上、偏光計２２００のエネルギー消費量は、ＭＲの近くに熱の分離溝を追加すること（＞１０倍）、および、ＨＰの通過周波数を増加させること（＞１００倍）によって、著しく改善され得る。実験装備の限界により、通過周波数は５Ｈｚだけである。マイクロリングの熱反応時間が４μｓ未満である間、通過周波数２５０ｋＨｚが考えられることを示す。（現在の実験における５０に対する）多くのスペクトル通過ステップ１，０００に対するより高い通過周波数５ｋＨｚを仮定すると、偏光計２２００の総エネルギー消費量は、約７２ｍＪだけであると推定される。このケースでは、ストークススペクトルの１つの測定が０．２ｓ内で達成され得る。
【0176】
シリコンフォトニックチップ上に偏光計２２００などの統合型偏光計を実現することは、高速で手頃なフルストークス分光法への道を開く。デバイスのコストとサイズを減少させるために、従来のソリューションは、分光成分の数の低減、および必然的に、測定スピードとストークススペクトル解像度の妥協を伴う。対照的に、この例での偏光計２２００は、フットプリントおよびコストをほとんど増加させずに、Ｓｉ－ＤＭＲＳ全てが単一のチップ上に統合され得るので、高速と高解像度の同時実現を可能にする。偏光計２２００は、確立された大型ウエハ製造設備を使用した大量生産へのより簡単な経路を示す、業界標準のシリコン光子鋳造プロセスを使用して製作される。動作周波数範囲は、同じアーキテクチャ以外の他のＣＭＯＳ互換材料（例えばＳｉＮおよびＧｅ）を使用することによって可視領域および中赤外線領域に容易に拡張され得る。スケールの節約およびシリコンＰＩＣ統合の長所を活用して、偏光計２２００は、モノのインターネット、製剤分析、天文学などの分野での利用にとって巨大な可能性を有する。
【0177】
デバイスは、シンガポールのＩＭＥ（現在はＡＭＦ Ｐｔｅ Ｌｔｄ）における１９３ｎｍ深ＵＶリソグラフィを用いる市販のＣＭＯＳ互換ＳＯＩプロセスを使用して製作された。デバイスはその後、実験室でパッケージ化された。電気接続は、Ｗｅｓｔｂｏｎｄの７４００Ａ Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄｅｒを使用して実現された。プラスチックカバーシェルは、３Ｄプリンタ（Ｕｌｔｉｍａｋｅｒ Ｓ５）を使用して製作された。
【0178】
サンプル製作。使用されるＣＬＣ材料は、市販のＮｅｍａｔｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ（ＮＬＣ）２０６０８（Ｑｉｎｇｄａｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）とキラル分子ＣＢ１５（Ｍｅｒｃｋ）との混合である。これらの比率（７５：２５ｗｔ％比）は、近ＩＲ領域内の選択的反射帯域を有するＣＬＣが取得され得るように調節された。ＣＬＣ混合は透明点（等方相転移）を超えて熱せられ、毛細管法によって厚さ９．６μｍのＬＣセルに充填され、その後、室温までゆっくり冷やされた。セルは、基板表面に平行にＣＬＣ分子を整列させた配向層でコートされた２つのインジウムスズ酸化物／ＩＴＯ／コートされた透明ガラス基板から成る。
【0179】
本文に記述されたＨＰの校正は、光電力約３ｄＢｍの波長可変レーザソース（Ａｇｉｌｅｎｔ ８１６００Ｂ）を使用して実施された。Ｇｅ－ＰＤからの光電流はＫｅｉｔｈｌｅｙ２６１２Ｂソースメータで読み取られた。ヒータのＨＰは、Ｋｅｙｓｉｇｈｔ Ｅ３６３１Ａ電源を使用して駆動された。高出力広帯域のＥｒｂｉｕｍ ＡＳＥソース（ＩＮＯ）からの光は、Ｓｉ－ＤＭＲＳを特徴付けるために使用された。市販の光スペクトル解析器（ＯＳＡ：ｏｐｔｉｃａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｚｅｒ、Ｙｏｋｏｇａｗａ ＡＱ６３７０Ｄ）は、その光のスペクトルを測定するために使用された。提案された分光偏光計の合成行列は、偏光子（６５０－２０００ｎｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）、ＨＷＰ（１５５０ｎｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）、および４分の１波長板（ＱＷＰ、１５５０ｎｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）によって校正された。２つのステッピングモータローテイタ（Ｋ１０ＣＲ１／Ｍ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ）は、ＨＷＰおよびＱＷＰの角度を別々に制御するために使用された。
【0180】
図２６は、実施形態による、偏光撮像装置２６００の例を示している。図示のように、偏光撮像装置は、基板、対応する間を空けられた入射光線を受け取るために基板上で互いに間を空けられた複数の偏光スプリッタを有する。偏光スプリッタは、入射光線のそれぞれを、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する。偏光撮像装置は、偏光スプリッタの１つ以上に光結合された干渉測定回路を有する。干渉測定回路は、他の偏光計の例を用いて上記で論じられたものなど、少なくとも第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成するために第１の光線と第２の光線との間で干渉させる。より具体的には、この例では、偏光撮像装置は入射光線の偏光成分を出力する出力導波路を有し、前記偏光成分の強度および干渉測定回路の干渉測定パターンは前記入射光線の偏光状態を示す性質をもつ。偏光成分は間を空けられた入射光線のそれぞれの偏光状態を十分に定義するので、偏光イメージは偏光成分の強度に基づいて生成され得る。
【0181】
本具体例では、偏光撮像装置は、入射光線を受け取るための基板上のアレイに配置されたいくつかの偏光計を有する。いくつかの実施形態では、偏光計は、上記で説明されたものと同様である。図示のように、偏光撮像装置は、基板上で互いに光結合された複数の偏光スプリッタおよび複数の干渉測定回路を有する。いくつかの実施形態では、偏光スプリッタと同等、または偏光スプリッタより少ない数の干渉測定回路があることが可能である。後者のケースでは、偏光スプリッタと干渉測定回路を互いに連続的に結合するために光スイッチが使用されてよい。図２６Ａに最もよく示されているように、偏光スプリッタは、本実施形態では２方向偏光スプリッタが可能である。図２６Ｂは、偏光スプリッタが、シリコンを通じて完全にエッチングされた円筒孔のアレイを有する表面偏光スプリッタであることをさらに示している。いくつかの実施形態では、干渉測定回路は上記で説明されたものと同様である。図示のように、偏光撮像装置は、干渉測定回路からの対応する強度値を測定するための、干渉測定回路から入射してくる出力導波路に結合された複数の検出器ユニットを有する。いずれのケースでも、偏光撮像装置は、測定された強度値に基づいてアレイの偏光スプリッタのそれぞれと関連付けられた偏光状態を判定し、入射光線の判定された偏光状態に基づいて偏光イメージを出力するコントローラを有する。
【0182】
この例では、偏光撮像装置はコンパクトなフットプリントを有することができ、これにより比較的大きい曲線因子を実現する。既に述べたように、いくつかの偏光スプリッタは、各ＳＰＳによって受け取られた偏光状態が時系列に解析され得るように、オンチップ光スイッチを通じて光干渉測定回路と統合型ＰＤの１つのセットを共有することができる。各偏光スプリッタＰＳは、２つのオンチップ光スイッチを通じてバス導波路と接続する。偏光スプリッタのオンチップ光スイッチがオンになると、入射光の２つの直交電場成分は、対応する偏光スプリッタから２つのバス導波路にそれぞれ伝搬することができる。次に、入射光の２つの直交電場成分が、光干渉測定回路に注入される。光干渉測定回路の出力ポートの光強度を測定して、対応する偏光スプリッタの入射光の偏光状態を再現することができる。この例では、これらの偏光スプリッタが１つずつオンになると、偏光イメージが取得され得る。
【0183】
この例では、分光偏光解析が論じられる。例えば、ストークスパラメータをチャネルドスペクトルに変調可能なチャネルドスペクトルモジュレータ（ＣＳＭ：ｃｈａｎｎｅｌｌｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、および、チャネルドスペクトルを取得するためのオンチップ光スペクトル解析器（ＯＳＡ）の原理が提供される。
【0184】
図２７は、別の実施形態による、偏光計２７００の別の例を示す。図示のように、偏光計２７００は、基板、偏光スプリッタ、干渉測定回路、および出力導波路を有する。
【0185】
より具体的には、偏光スプリッタは、所与の偏光状態を有する入射光線を受け取る。次に偏光スプリッタは、入射光線を、少なくとも、第１の偏光成分を有する第１の光線と第２の偏光成分を有する第２の光線に偏光分離する。
【0186】
図示のように、干渉測定回路は、前記第１および第２の偏光成分のうちの各偏光成分を受け取る第１および第２の位相遅延導波路を有する。第１の偏光成分と第２の偏光成分を互いに結合し、その後、第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路に向かって偏光成分を分離するために、マルチモード干渉カプラが提供される。干渉測定回路は、第３の位相遅延導波路と第４の位相遅延導波路を互いに結合し、これにより第１の偏光成分と第２の偏光成分との干渉に基づいて第３の偏光成分と第４の偏光成分を形成するマルチモードカプラを有する。図示のように、少なくとも第１の位相遅延導波路と第３の位相遅延導波路は、互いに対して非対称である。このようにして、そのように形成された偏光成分は、入射光線の偏光状態を十分に判定する。
【0187】
この例では、出力導波路は、複数のスペクトル成分の偏光成分の強度を測定する光スペクトル解析器に向かって偏光成分を出力する。したがって、コントローラで処理すると、測定された強度、および同様に干渉測定回路の干渉測定パターン（例えば各位相遅延導波路の位相遅延）に基づいて、入射光線のスペクトル的に分解された偏光状態を判定することができる。
【0188】
この例で示されているように、偏光カプラは、入射光線を光の２つの直交偏光成分に分離する表面偏光スプリッタの形で提供される。この分離の後、偏光成分は、ストークスパラメータをチャネルドスペクトルに変調可能な干渉測定回路（例えばチャネルドスペクトルモジュレータ（ＣＳＭ））を通過する。最後に、光はオンチップ光スペクトル解析器（ＯＳＡ）に供給される。チャネルドスペクトルモジュレータは、スプリッタ出力に光結合され、第１の干渉計出力につながる第１の干渉計要素、第１の干渉計出力に光結合されたマルチモード干渉計、および、マルチモード干渉計に光結合され、第２の干渉計出力につながる第２の干渉計を有することができる。認識され得るように、チャネルドスペクトルモジュレータは、互いに干渉し、スペクトル的に分解された偏光成分を有する光線を含む、変調された光線を出力することができる。
【0189】
図示のように、オンチップＯＳＡは、ＣＳＭから偏光成分を受け取り、複数のスペクトル的に間を空けられたチャネルに偏光成分の方向を変える分光計回路を有し、スペクトル的に間を空けられたチャネルのそれぞれは、偏光成分の所与のスペクトル成分を有する。したがって、スペクトル的に依存する強度値を抽出するために、間を空けられたチャネルのそれぞれが解析される。いくつかの実施形態では、オンチップＯＳＡは、空間的に多重化された手法で強度値を検出する複数の光検出器を有することができる。それでも、他のいくつかの実施形態では、オンチップＯＳＡは、時間的に多重化された手法で強度値を検出する単一の光検出器を有することができる。
【0190】
図２７に示されているように、各波数σ（波長λの逆数）について、光の２つの直交成分（Ｅｘ（σ）およびＥｙ（σ））は、ＳＰＳによって２つの導波路にそれぞれ結合されることになる。ＣＳＭでは、光がマルチモード干渉（ＭＭＩ）を通過する前後で、上り経路と下り経路との間の長さの相違がそれぞれＬ１およびＬ２である場合、ＣＳＭから出てくる光の電場Ｅ（σ）は、以下によって与えられることが可能である。
【0191】
【数51】
【0192】
【数52】
【0193】
ここで、ｎｅｆｆ（σ）は、導波路内を伝搬する波数σの光の実効屈折率を示す。ブロードバンドスペクトルを有する光の偏光状態（ＳｏＰ）は、ストークスパラメータＳ０（σ）、Ｓ１（σ）、Ｓ２（σ）、およびＳ３（σ）で記述されることが多い。ストークスパラメータと光の２つの直交成分（Ｅｘ（σ）およびＥｙ（σ））との間の関係は、以下によって書かれることが可能である。
【0194】
Ｓ０（σ）＝｜Ｅｘ（σ）｜２＋｜Ｅｙ（σ）｜２、
【0195】
Ｓ１（σ）＝｜Ｅｘ（σ）｜２－｜Ｅｙ（σ）｜２、
【0196】
Ｓ２（σ）＝２Ｒｅ（Ｅｘ（σ）・Ｅｙ（σ）＊）、
【0197】
Ｓ３（σ）＝－２Ｉｍ（Ｅｘ（σ）・Ｅｙ（σ）＊） （２６）
【0198】
ここで、Ｒｅ（＊）およびＩｍ（＊）は、＊の実数成分および虚数成分である。等式（３．１）および（３．２）に基づいて、チャネルドスペクトル（Ｐ（σ））は、以下の通り取得され得る。
【0199】
【数53】
【0200】
【数54】
【0201】
【数55】
【0202】
ここで、Ｓ２３（σ）＝Ｓ２（σ）－ｉＳ３（σ）である。Ｐ（σ）は、Ｓ０（σ）、Ｓ１（σ）、およびＳ２３（σ）についての情報をそれぞれ搬送する３つの準コサイン成分を含む。したがって、チャネルドスペクトルＰ（σ）を復調すると、波長と共に変化するＳｏＰが取得され得る。
【0203】
図２７をさらに参照すると、光スペクトル解析器は、リング共振器、光位相アレイ、および線形フォトダイオードアレイを有する。各リング共振器は、往復長Ｌおよび自己結合係数τをそれぞれ有する。リング共振器の自由スペクトル領域（ＦＳＲ）は波長λに応じて変化し、以下によって与えられることが可能である。
【0204】
【数56】
【0205】
ここでｎｇは群指数である。共振スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は、以下によって与えられることが可能である。
【0206】
【数57】
【0207】
ここで、ａは単一パス振幅透過であり、リングにおける伝搬損失とカプラにおける損失の両方を含む。
【0208】
図２８Ａは、文字ｄで示されているような、出力経路間の距離を示す。（１＋ｉ）番目の出力導波路の長さは、ｉ番目の出力導波路の長さよりΔＬ長い。θの方向における電場は、以下によって与えられることが可能である。
【0209】
【数58】
【0210】
ここで、Ｎは出力経路の数である。図２８Ｂに示されているように、最大強度は以下のとき現れる。
【0211】
【数59】
【0212】
ここで、ｍは順序番号である。また、最小強度は以下のとき現れる。
【0213】
【数60】
【0214】
Δλ＝λ１－λ２をセットすると、等式（３１）引く等式（３２）が以下を取得することができる。
【0215】
【数61】
【0216】
中心（すなわちθ＝０）において、等式（３１）および（３３）に基づいて、スペクトルの解像度は、以下によって与えられることが可能である。
【0217】
【数62】
【0218】
等式（３４）は、周期数Ｎおよび経路の長さの差ΔＬを増加させることによって、結果として生じる分光偏光計の解像度を増加させ得ることを示す。この分光偏光計について、ＦＳＲは、高解像度を実現するための光位相アレイ分光計の解像度に等しい。したがって、分光偏光計の解像度は、リング共振器のＦＷＨＭによって判定され得る。
【0219】
図２９は、分光偏光測定を実施する方法２９００の例のフローチャートを示す。方法２９００は、上記で説明された分光偏光計によって実施されることが可能である。
【0220】
ステップ２９０２において、スペクトル的に変動する偏光状態を有する入射光線が受け取られる。
【0221】
ステップ２９０４において、入射光線は、各偏光成分を有する複数の光線に偏光分離される。
【0222】
ステップ２９０６において、光線は、各偏光成分がそれぞれの時間的遅延に遭遇する干渉測定パターンに応じて互いに干渉される。
【0223】
ステップ２９０８において、光スペクトルがスペクトル的に間を空けられた強度値を有するように、光線部分の光スペクトルが測定される。光スペクトルの例が図３０Ａに示されている。
【0224】
ステップ２９１０において、光スペクトルは、スペクトルドメイン表現から時間ドメイン表現に変換され、これにより、図３０Ｂに示されているものなどの、対応する時間的遅延における偏光成分を示す時間的に間を空けられた強度値を取得する。このステップでは、変換は逆フーリエ変換を含むことができる。ステップ２９１２において、偏光成分は互いに絶縁され、次に、このように絶縁された偏光成分は時間ドメインからスペクトルドメインに変換され、これにより偏光成分に関連付けられた個々の光スペクトルを取得し、この例が図３０Ｃに示されている。このステップでは、変換はフーリエ変換を含むことができる。ステップ２９１０および２９１２は、いくつかの実施形態では任意選択でよいことに留意されたい。
【0225】
ステップ２９１４において、入射光線のスペクトル的に変動する偏光状態は、干渉測定パターンおよび個々の光スペクトルに基づいて判定される。
【0226】
理解できるように、上記で説明され、図示された例は例示であることのみ意図されている。例えば、表現「パワースプリッタ」または「パワーカプラ」は、指向性カプラ、Ｙ－接点、マルチモード干渉計（ＭＭＩ）、および、光電力をその偏光に関わらず分離または結合可能な他の任意の光学構成要素を包含するように広く解釈されるためのものである。範囲は、添付の特許請求の範囲によって示される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図26A-26B】
【図27】
【図28A】
【図28B】
【図29】
【図30A】
【図30B】
【図30C】
【国際調査報告】