CN103608717A - 波长区分型偏振控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够对多波长成分信号的偏光面按照波长成分的不同进行调整并且不会使各成分之间在时间上产生偏差的波长区分型偏振控制器。该波长区分型偏振控制器具有：远心光学系统（11），多波长成分光信号入射到该远心光学系统（11）中；偏振控制器（12），其调整从所述远心光学系统（11）输出的光的偏振面；输出光学系统（13），其用于将所述偏振控制器输出的光输入到光路中。所述远心光学系统（11）具有：第1衍射光栅（15），多波长成分光信号入射到该第1衍射光栅（15）中；第1聚光透镜（16），其使经过了所述第1衍射光栅（15）的多波长成分光信号聚光。所述偏振控制器（12）具有多个相位调制器（21、22、23）。

Description

波长区分型偏振控制器

技术领域

本发明涉及一种波长区分型偏振控制器，使用该波长区分型偏振控制器能对由多种不同波长的光波信号以任意的偏光状态复合在一起而形成的多波长成分（光波分复用）信号进行偏振控制时，不对激光束进行分离也能够针对各波长成分分别进行偏振控制。

背景技术

在光波分复用通信技术中，有一种控制多波长成分信号的相位以及强度的装置，作为该装置而言，人们公知有一种频带可变频谱整形器（VBS）。例如，在日本发明专利公开公报特开2008-310190号（下述专利文献1）中公开有一种VBS。

另外，现有技术中有一种针对每一波长成分进行偏振调整、输出偏振面得到调整的具有多个波长成分的光信号的装置，作为该装置而言，人们公知有一种多输入多输出偏振光控制器。例如，在日本发明专利公开公报特开平8-262394号（下述专利文献2）中公开有一种多输入多输出偏振控制器。该多输入多输出偏振控制器对多波长成分信号按照波长的不同进行分离，调整各个波长成分的偏振面，之后，进行合波（复合），如此，能够控制多波长成分信号中含有的各个波长成分的偏振面。

现有技术文献

专利文献1：日本发明专利公开公报特开2008-31-190号

专利文献2：日本发明专利公开公报特开平8-262394号

然而，上述的VBS，不能对多波长成分信号的偏光进行控制。

而上述多输入多输出偏振控制器，在对多个波长成分进行合波时，各个成分间在时间上会产生偏差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种能够对多波长成分信号的偏光面按照波长对不同波长成分分别进行调整并且不会使各成分之间在时间上产生偏差的波长区分型偏振控制器。

上述目的可以由本发明提供的下述波长区分型偏振控制器达成。本发明的波长区分型偏振控制器能够对多波长成分光信号进行偏振控制，并且在偏振控制时不会进行激光分离也能够对各波长成分分别进行偏振控制。本发明的波长区分型偏振控制器具有：衍射光栅与聚光透镜、偏振控制器与输出光学系统，其中，衍射光栅与聚光透镜构成远心光学系统；偏振控制器对远心光学系统输出的光进行偏振控制（调整），并且在调整时，在光束内，各波长成分按照波长的不同并排排列；输出光学系统用于将偏振控制器输出的光输入到（规定的）光路中。本发明基本上是基于以下认识作出的，即，由远心光学系统使一个光束的多波长成分光信号被调整（分散）为各波长成分在光束内按照波长的不同并排排列的光束，由偏振控制器对各波长成分进行偏振调整，从而不必使多波长成分光信号分离也能够对各波长成分进行偏振面调整。

本发明第1方面涉及一种波长区分型偏振控制器。该波长区分型偏振控制器包括：远心光学系统（11），多波长成分光信号入射到该远心光学系统（11）中；偏振控制器（12），其调整从所述远心光学系统（11）输出的光的偏振面；输出光学系统（13），其用于将所述偏振控制器输出的光输入到光路中。

所述远心光学系统（11）包括：第1衍射光栅（15），多波长成分光信号入射到该第1衍射光栅（15）中；第1聚光透镜（16），其使经过了所述第1衍射光栅（15）的多波长成分光信号聚光。所述远心光学系统（11）将多波长成分光信号传输到偏振控制器12中，并且，在传输时，使一个光束内的多波长成分光信号的各波长成分分散而并排排列。

所述偏振控制器（12）包括多个相位调制器（21、22、23）。作为多个相位调制器（21、22、23）的构成例，例如可以是包括依次排列的0度的第1相位调制器、45度的第2相位调制器、0度的第3相位调制器，所述偏振控制器（12）对从所述远心光学系统（11）输出的所述多波长成分光信号的各波长成分进行偏振面控制。

作为多个相位调制器（21、22、23）的另一构成例，例如可以是包括依次排列的90度的第1相位调制器、135度的第2相位调制器、90度的第3相位调制器。即，如后面所说明的，可以用90度的相位调制器代替0度的相位调制器，另外，同样地，可以用135度的相位调制器代替45度的相位调制器。

输出光学系统（13）例如可以是与远心光学系统（11）对称的结构，在光线被反射而返回时，可以就是远心光学系统（11）本身。所述输出光学系统（13）包括：第2聚光透镜（31），从所述偏振控制器（12）输出的光入射到该第2聚光透镜（31）中；第2衍射光栅（32），经过了所述第2聚光透镜（31）的光入射到该第2衍射光栅（32）中。

本发明的效果

采用本发明，能够提供一种能够对多波长成分信号的偏光面按照波长对不同波长成分分别进行调整并且不会使各成分之间在时间上产生偏差的波长区分型偏振控制器。

附图说明

图1为用于说明本发明的波长（成分）区分型偏振控制器的结构框图；

图2为用于说明由0度的相位调制器、45度的相位调制器、0度的相位调制器进行光偏振调制的示意图；

图3所示为构成偏振控制器的液晶单元的一例；

图4为表示实施例1的波长区分型偏振控制器的结构示意图；

图5为表示实施例2的波长区分型偏振控制器的结构示意图；

图6表示的是本发明第3实施例涉及的波长区分型偏振控制器、其使用不受偏振状态影响的波长色散元件的，其中，图6中A是从能够看到多个波长成分相分离的方向观察装置得到的附图，图6中B是从垂直于图6中A的方向观察装置所得到的附图；

图7所示为本发明实施例4涉及的波长区分型偏振控制器，其使用受偏振状态影响的波长色散元件，其中，图7中A是从能够看到多个波长成分相分离的方向观察装置得到的附图，图7中B是从垂直于图7中A的方向观察装置所得到的附图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行说明。图1为用于说明本发明的波长（成分）区分型偏振控制器的结构框图。如图1所示，该波长区分型偏振控制器具有远心（telecentric）光学系统11、偏振控制器12与输出光学系统13，其中，多波长成分光信号入射到远心光学系统11中，偏振控制器12用于对从远心光学系统11输出的光的偏振面进行调整，输出光系统13用于将来自于偏振控制器12的光输出到规定的光路中。

波长区分型偏振控制器是用于对多波长成分光信号中所含有的各波长成分进行偏振面调整的装置。

远心光学系统11具有第1衍射光栅15与第1聚光透镜16，其中，多波长成分光信号入射到第1衍射光栅15中，第1聚光透镜16使经过了第1衍射光栅15的多波长成分光信号聚光。远心光学系统是可以认为光轴与主光轴平行的光学系统。远心光学系统11中可以还具有包含偏振面调整器、偏光板以及反射板在内的光学元件。衍射光栅可以是阵列波导光栅（AWG）。多波长成分光信号例如可以是从单模光纤或保偏光纤输出、输入到远心光学系统中的信号。

远心光学系统11是用于将多波长成分光信号传输到偏振控制器12中的系统，并且，在传输时，使一个光束内的多波长成分光信号的各波长成分（在光束内）被分散而并排排列。即，多波长成分光信号入射到第1衍射光栅15中，于是，由第1衍射光栅15使多波长成分光信号的各波长成分分散，由第1聚光透镜16使分散的多波长成分光信号聚光，于是，能够得到在一个光束内各波长成分并排排列的多波长成分光信号，并且，在一个光束内各波长成分并排排列的多波长成分光信号向偏振控制器12输出。即，第1聚光透镜16配置在，能够将在一个光束内各波长成分并排排列的多波长成分光信号输出到偏振控制器12中的位置。

偏振控制器12具有多个相位调制器21、22、23。多个相位调制器21、22、23为通过所施加的电压或所施加的电场对调制量进行控制的波导型调制器。作为这样的波导型调制器的例子，例如可以是LN（lithium niobate）相位调制器。另外，可以针对多波长成分光信号的各波长成分分别设置相位调制器21、22、23。如此，由于针对各波长成分都设置有相对应的偏振控制器12，因而能够针对一个光束中所含有的各波长成分分别进行偏振面调整。并且，本发明的波长区分型偏振控制器是对一个光束（光线）进行偏振面调整，因而，在调整各波长成分的偏振面时，各个波长成分之间不会产生时间上的偏差。

作为多个相位调制器21、22、23的例子，例如这三者可以依次为，0度的第1相位调制器、45度的第2相位调制器、0度的第3相位调制器。“0度的相位调制器”是指，在x轴方向与y轴方向上相位的偏差可以在0度到360度的范围内变化的相位调制器。“45度的相位调制器”是指，在相对于x轴的角度为45度与135度的位置上，相位的偏差可以在0度到360度的范围内变化的相位调制器。相位调制器是公知的装置，可以适当地采用公知的相位调制器。

图2为用于说明由0度的相位调制器、45度的相位调制器、0度的相位调制器进行光偏振调制的示意图。在上述的例子中，液晶LC的配向依次为0度、45度、0度。

其中，通过使用0度的相位调制器与45度的相位调制器，能够控制直线偏光的偏振面。使光线以被调整了偏振面的状态返回光纤中，从而能够得到直线偏光状态的多波长成分光信号。另外，本发明的波长区分型偏振控制器中，可以在将偏振面调整为直线偏光状态后，使用相位调制器将光线调整为任意的偏振状态。如上面所说明的，多个相位调制器21、22、23也可以依次为90度的第1相位调制器、135度的第2相位调制器、90度的第3相位调制器。即，可以用90度的相位调制器代替0度的相位调制器，另外，可以用135度的相位调制器代替45度的相位调制器。

另外，可以利用相位调制器的控制量求得入射的各波长成分的偏振状态。从而，使本发明的波长区分型偏振控制器还具有对偏振状态进行监测的监测器的功能。具体而言，波长区分型偏振控制器可以具有计算机等的控制装置。并且，控制装置与各相位调制器相连接。控制装置接收来自于相位调制器的有关控制量的信息，将其存储在存储部中。控制装置接收主存储器中存储的控制程序的指令，从存储部中读取出有关控制量的信息，由运算部进行计算以求得偏振量。控制装置可以适当地将计算结果存储在存储部中，此外，将计算结果输出给监测器等的输出部。如此，能够使本发明的波长区分型偏振控制器还具有对偏振状态进行监测的监测器的功能。

图3所示为构成偏振控制器的液晶单元（liquid crystal cell，液晶盒）的一例。如图3所示，偏振控制器12可以是具有排列成线状或者矩阵状的多个液晶单元的结构。液晶单元例如分别具有液晶物质以及隔着液晶物质配置的电极。该电极可以是透明电极，也可以是设置在单元的周围的任意位置的金属电极。作为具体的结构例，例如可以将3片具有10μm～40μm的间距的液晶元件接合在一起，将接合后构成的物体配置在玻璃基板上。另外，上述晶格间距是决定单元（sell）的尺寸大小重要因素。另外，可以在相邻的液晶单元之间设置间隙。

上述液晶单元中，位于聚光透镜侧的液晶元件上的聚光直径越小的话，所得到的带宽的宽度也越小，因而，本发明优选，上述液晶单元中，位于聚光透镜侧的液晶元件上的聚光直径较小。从这样的观点来看，聚光直径可以为20μm以上80μm以下，较佳的是30μm以上70μm以下。另外，液晶单元的尺寸可以是10μm以上40μm以下，较佳的是15μm以上30μm以下，也可以是15μm以上25μm以下。如此，由于使用的是非常微小的液晶单元（像素），因而能够形成具有10GHz间隔的带宽。另外，由于波长越大则聚光直径越大，因而，可以设计成由两个液晶单元接收一个短波长成分的光，由3个液晶单元接收一个长波长成分的光。另外，聚光直径是指，由聚光透镜所汇集的多个光能够在液晶单元上成像时的光的直径。

远心光学系统11具有第2聚光透镜31与第2衍射光栅32，其中，从偏振控制器12输出的光入射到第2聚光透镜31中，经过第2聚光透镜31后的光入射到第2衍射光栅32中。聚光透镜31与衍射光栅32可以采用之前所说明的结构。另外，在波长区分型偏振控制器具有反射器时，第1聚光透镜与第1衍射光栅可以分别被用作第2聚光透镜与第2衍射光栅。输出光学系统13例如可以为与远心光学系统11对称的结构，或者，在波长区分型偏振控制器为光束被反射而返回的结构时，可以由远心光学系统11构成输出光学系统13。此时，可以设置公知的反射器或者反射镜，将偏振面被调整后的光束返回光路，这样，偏振面被调整后的光束作为一个多波长成分信号输出。

实施例

图4为表示实施例1的波长区分型偏振控制器的结构示意图。在图4中，IN表示入射的多波长成分信号，PMF表示保偏光纤，AL表示聚光透镜，Pol表示偏振面调整器，光栅就是衍射光栅，空间调制器表示偏振控制器，QWP表示1/4波长板，MR表示反射镜，SMF表示单模光纤，OUT表示输出信号。

从PMF输出的光线入射到聚光透镜上的偏离中心的位置，该光线作为准直光沿斜向前进，沿斜向前进的光经过衍射光栅入射到聚光透镜中，由聚光透镜汇聚的光入射到偏振调整器中，由偏振调整器调整了偏振面后的光入射到聚光透镜中，从聚光透镜射出的光作为准直光经过1/4波长板以及反射镜，其偏振面被旋转45度，之后，偏振面发生旋转的光再度入射到偏振调整器中，沿着与入射时相对称的光路从SMF输出。

实施例2

图5为表示实施例2的波长区分型偏振控制器的结构示意图。按照图5所示的方式，与实施例1相同，也能够提供一种波长区分型偏振控制器。

实施例3

图6表示的是本发明第3实施例涉及的、使用不受偏振状态影响的多波长成分分散元件的波长区分型偏振控制器。其中，图6中A是从能够看到多个波长成分相分离的方向观察装置得到的附图，图6中B是从垂直于图6中A的方向观察装置所得到的附图。图中，611为聚光透镜，612为光输出光纤，621为准直透镜，622为聚光透镜，63为波长成分分散元件，641、644为液晶配向为0度的液晶单元，642、643为液晶配向为45度的液晶单元，65为光束分离器，66为全反射镜，67为偏振分离元件，681、682为受光元件，691为A/D变换器，692为运算处理电路。另外，虽然没有图示，不过，除了上述各部件之外，波长区分型偏振控制器还具有以存储数据的存储功能以及运算处理电路的数据为基础对液晶单元的动作进行控制的计算机。下面说明本实施例的波长区分型偏振控制器的动作进行说明。

从光纤611输入的多波长成分信号光被透镜621准直化，输入到波长分散元件63中，从而，按照波长被调整（光路）角度，之后，输入到透镜622中。光纤611、光纤612、透镜621、透镜622构成对称远心光学系统，信号光在主光线与透镜622的光轴平行的状态下，其各个波长成分被透镜622聚光，被聚光的信号光输入到液晶单元641、642。在液晶单元641、642中，在波长成分分离方向上配置着数量为信号光的波长成分数量以上的单元，不同波长成分所入射的液晶单元也不同。经过了液晶单元642的信号光输入到光束分离器65中，一部分透过该光束分离器65，一部分被反射。

首先，对透过光束分离器65的信号光（下面称为监测光）进行说明。监测光被偏振分离元件分离为P偏振光与S偏振光成分。被分离的各偏振光成分被输入受光元件681、682。在受光元件681、682中，在波长成分分离方向上配置着数量为信号光的波长成分数量以上的受光元件，能够获取监测光的各波长成分的各偏振成分的光强度。由受光元件681、682所取得的光强度被A/D变换器数字化后，由具有对各光强度进行比较的功能运算处理电路692进行比较计算。另外，虽然没有图示，不过，通常是由适当的透镜对监测光进行传输使其输入到受光元件681、682中。通过调整液晶单元641、642的相位量，使受光元件681（或者682）所接收到的光强度为最大，受光元件682（或者681）接收到的光强度为0，从而，能够将各波长成分的监测光全部调整为直线偏振光，从而，能够将液晶642输出的信号光调整为直线偏光。此时，可以利用琼斯矩阵法，根据液晶单元641与642的相位控制量的值算出信号光的各波长成分的偏振状态。

另一方面，被光束分离器66反射的信号光，如上所述地被调整为直线偏光，以直线偏振光的状态被全反射镜66反射。信号光以直线偏振光的状态输入到液晶单元644、643中。在液晶单元644、643中，在波长成分分离的方向上配置着数量为信号光的波长成分数量以上的液晶单元，不同的波长成分所入射的液晶单元也不同。由于信号光以相对于液晶的配向（轴）呈45度的直线偏振光状态入射，因而能够通过分别对液晶单元643、644的相位量进行控制，从而将信号光的各波长成分调整为任意的偏振状态。被实行了偏振控制的信号光被透镜622准直化，入射到波长分散元件中，使相分离的各波长成分合波。各波长成分被进行偏振控制之后被合波的信号光被透镜621聚光，由光纤612输出。

在本实施例中，作为对信号光的偏振状态进行监测的监测器，例示了使用偏振光分离元件与受光元件的结构，然而，也可以用能够测量偏振光状态的其他光学系统来实现。由于这是公知的内容因而本说明书中没有详细说明，不过，例如可以采用由光束分离器、偏振光分离元件、固定相位差元件、检偏器、受光元件、A/D变换器、运算处理电路构成的一般的斯托克斯（stokes）参数测量光学系统。

实施例4

图7所示为本发明实施例4涉及的使用受偏振状态影响的波长成分分散元件的波长区分型偏振控制器。图7中A是从能够看到多个波长成分相分离的方向观察装置得到的附图，图7中B是从垂直于图7中A的方向观察装置所得到的附图。在图7中，611～66（611、612、621…63、65、66等）所示的部件与上述实施例相同，不过，波长成分分散元件63具有显著的受偏振光状态影响的特性。711～714为偏振光分离元件，721～724为1/2波长板（半波片），73为偏振状态有影响波长成分分散元件，741～744为光路长度与1/2波长板721～724的光路长度相同的光路长度补偿板。另外，虽然没有具体的图示，不过，实施例4也具有由图6中的67～692所构成的监测部。

从光纤611输入的多波长成分信号光被偏振光分离元件711分离为P偏振光成分与S偏振光成分。其中一方的偏振光成分经过补偿板741之间入射到透镜621中，另一方的偏振光成分入射到光轴相对于输入偏振光倾斜45度的1/2波长板721中，其偏振面被旋转90度，即，被调整为与上述一方的偏振光相同的偏振光而射向透镜621。偏振面相同的两个信号光被透镜621准直化，输入波长成分分散元件73中，按照波长被改变（光线的）角度，输入透镜622中，从而被聚光。信号光中的其中一方经过补偿板742输入偏振分离元件712中，另一方的信号光输入光学轴相对于输入偏振光倾斜45度的1/2波长板722中，其偏振面被旋转90度，即，被调整为垂直于上述一方的信号光的偏振光，之后输入偏振光分离元件712中。由偏振光分离元件712分离为两部分的信号光被偏振合波后，被输出。被聚光的信号光被输入到液晶单元641、642中，在液晶单元641、642中，在波长成分分离方向上配置着数量为信号光的波长成分数量以上的单元，不同波长成分所入射的液晶单元也不同。经过了液晶单元642的信号光输入到光束分离器65中，一部分透过，一部分被反射。之后，直至到达液晶单元643，信号光的传输都与实施例3的动作相同，从而，能够使液晶单元643输出的信号光的各波长成分被调整为任意的偏振状态。被实行了偏振控制的信号光由偏振光分离元件713分离为P偏振光成分与S偏振光成分。一方的偏振光成分经由补偿板743入射到透镜622中。另一方的偏振光成分入射到光学轴相对于输入偏振光倾斜45度的1/2波长板723中，偏振面被旋转90度，即，被调整为与上述一方的偏振光相同的偏振光，之后，输入透镜622中。被进行了偏振控制后被分离的两个信号光被透镜622准直化，输入到波长分散元件73中，各波长成分被合波。各波长成分被合波后的一方的信号光被透镜621聚光，输入到光学轴相对于输入偏振光倾斜45度的1/2波长板724中，从而，其偏振面被旋转90度，之后输入偏振光分离元件714中。被偏振分离的两部分信号光由偏振分离元件713进行偏振合波，被调整为按照波长成分被进行了偏振控制（调整）的一个信号光，由光纤612输出。

产业上的可利用性

本发明可以应用于光信息通信领域。

附图标记说明

11、远心光学系统；12、偏振控制器；13、输出光学系统；15、第1衍射光栅；16、第1聚光透镜；21、22、23、相位调制器；31、第2聚光透镜；32、第2衍射光栅；611、光输入光纤；612、光输出光纤；621、准直透镜；622、聚光透镜；63、偏振状态无影响波长成分分散元件；641、644、配向轴为0度的液晶；642、643、配向轴为45度的液晶；65、光束分离器；66、全反射镜；67、偏振分离元件；681、682、受光元件；691、A/D变换器；692、运算处理电路；711、712、713、714、偏振光分离元件；721、722、723、724、1/2波长板；73、偏振光状态有影响波长成分分离元件；741、742、743、744、光路长度调整板。

Claims (3)

1.一种波长区分型偏振控制器，其特征在于，

包括：

远心光学系统（11），多波长成分光信号入射到该远心光学系统（11）中；

偏振控制器（12），其调整从所述远心光学系统（11）输出的光的偏振面；

输出光学系统（13），其用于将所述偏振控制器输出的光输入到光路中，

所述远心光学系统（11）包括：

第1衍射光栅（15），多波长成分光信号入射到该第1衍射光栅（15）中；

第1聚光透镜（16），其使经过了所述第1衍射光栅（15）的多波长成分光信号聚光，

所述远心光学系统（11）用于将多波长成分光信号传输到偏振控制器12中，并且，在传输时，使一个光束内的多波长成分光信号的各波长成分分散而并排排列，

所述偏振控制器（12）包括多个相位调制器（21、22、23），

所述偏振控制器（12）对从所述远心光学系统（11）输出的所述多波长成分光信号的各波长成分进行偏振面控制，

所述输出光学系统（13）包括：

第2聚光透镜（31），从所述偏振控制器（12）输出的光入射到该第2聚光透镜（31）中；

第2衍射光栅（32），经过了所述第2聚光透镜（31）的光入射到该第2衍射光栅（32）中。

2.根据权利要求1所述的波长区分型偏振控制器，其特征在于，所述多个相位调制器（21、22、23）包括依次排列的0度的第1相位调制器、45度的第2相位调制器、0度的第3相位调制器。

3.根据权利要求1所述的波长区分型偏振控制器，其特征在于，所述多个相位调制器（21、22、23）包括依次排列的90度的第1相位调制器、135度的第2相位调制器、90度的第3相位调制器。

Images