JP2001522481A - 光繊維偏光スクランブラー及びその駆動パラメータ入力方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力光の偏光状態に関係なく出力光の偏光変調が効率よくできるようにする光繊維偏光スクランブラー及びその駆動パラメータ入力方法を提供すること。本発明の光繊維偏光スクランブラーは、少なくとも２つ以上の中空円筒体形状の圧電素子（１０，１１）と、これらの外壁周りに断絶なくそれぞれ巻き付けられた光繊維（３０）からなる光繊維復屈折変調器と、前記光繊維復屈折変調器毎に交流電圧を印加することにより、復屈折変調を誘導する交流電圧源を備えた光繊維偏光スクランブラーにおいて、前記圧電素子の外壁周りに巻き付けられた光繊維部分はその部分における円形復屈折の誘導を防止するように前記光繊維軸方向に対する捩り無しに巻き付けられ、入力光の偏光面が隣接復屈折変調器のうち前のものの主軸方向と並んでいる場合、前記偏光面が後の復屈折変調器の主軸方向に対して４５±９０ｎ°（ｎは整数）で入力されるために、隣接した復屈折変調器同士の捩りによって誘導される円形復屈折の影響に対する補償手段が設けられたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 光繊維偏光スクランブラー及びその駆動パラメータ入力方法 発明の属する技術分野 本発明は偏光スクランブラーに係り、特に少なくとも２個以上の光繊維復屈折 変調器を用いて効率的に出力光の偏光度を低める光繊維偏光スクランブラーに関 する。 本発明は光繊維偏光スクランブラーの駆動パラメータ入力方法に関し、さらに 詳しくは前記光繊維偏光スクランブラーを効率よく駆動させるためにパラメータ としての変調周波数及び変調振幅などを実験によって予め設定した値に入力する 、駆動パラメータ入力方法に関する。 従来の技術 偏光スクランブラーは一定の入力光の偏光状態（ＳＯＰ）を変調させ、出力光 のあらゆる偏光状態を経験するようにすることで、出力光を一定時間観察する時 に前記出力光がまるで偏光されていないかの如く変換させる装置である。 光の偏光がどれほど行われているかを示す指数を偏光度（ＤＯＰ）とする。完 全に偏光されている光の偏光度は１００％であり、全く偏光されていない光の偏 光度は０％である。偏光スクランブラーはこのような偏光度を低める役をする。 理想的な偏光スクランブラーは１００％の偏光度を有する入力光を変換させて出 力光の偏光度が０％となるようにするものである。 偏光状態に応じて光出力が変わる素子または光システムでこのような偏光スク ランブラーを用いると、安定な光出力を得ることができるので、光繊維素子の測 定システム、光繊維センサ、そして長距離光通信で偏光スクランブラーを用いて 雑音対信号比を向上させることができる。 一定に偏光されている入力光は、復屈折媒質、特に光繊維に沿って進む場合、 復屈折の大きさと復屈折軸の角度によって出力光の偏光状態が決定される。しか し、数メートル以上の長い光繊維を伝播した光は、光繊維に加えられた復屈折の 流動のために出力光の偏光状態が一定でなく、その予測や調整も難しい。しかし 、 復屈折の大きさまたは復屈折軸の角度を変化または変調させることにより、出力 光の偏光状態を変化または変調させることもできる。従って、人為的に偏光状態 を一定に変調させて出力光の偏光度を０に近づけることにより、出力光の揺動を 防止することができる。 もし入力光の偏光方向が復屈折変調器の復屈折軸方向と一致する場合は、復屈 折の大きさのみで出力光の偏光状態の変化を誘導することができなくなる。従っ て、復屈折の振幅変調を用いて入力偏光の状態に関係なく出力光の偏光変調を誘 導するためには、少なくとも２つの偏光変調器を互いに復屈折軸が４５°を成す ようにしなければ、最も大きい偏光変調効果を期待することができない。 従来では直接光学回路、例えばリチウムニオブ酸塩（ＬｉＮｂＯ₃）光導波路 に復屈折変調を誘導して偏光スクランブラーを具現したが、このような偏光スク ランブラーは効率が悪く、２つ以上の復屈折変調器を連結し難く、且つ連結時の 光損失が大きいとう短所があった。 光繊維を用いた偏光スクランブラーに関する技術は、米国特許第４，９２３， ２９０号にその基本概念が開示されている。しかし、これを実施する装置を具現 するに当たって、光繊維に直接圧力を加える方法でスクランブラーを具現するた めに、復屈折を誘導し得る装置の効率が非常に悪く、スクランブルする周波数も 数百Ｈｚ以下と低すぎるとともに、復屈折軸が変わり易くて優れた性能の偏光ス クランブラーを具現することが相当難しかった。なお、光繊維の捩りによって誘 発される円形復屈折に対する影響を防止しようとする如何なる考慮も行われなか った。 一方、韓国特許出願第９４−３６４３２号には、中空円筒体圧電素子を用いた 光繊維復屈折変調器によって入力光の偏光状態に関係なく出力光の偏光変調を行 う技術が開示されている。しかし、ここでも、隣接した光繊維復屈折変調器間の 捩り角度を４５°と規定していて、光繊維の捩りによって誘発される円形復屈折 の影響を補償するための手段が全く考慮されていないことが分かる。また、光繊 維偏光スクランブラーを駆動する際、必ず必要な駆動パラメータの調節、例えば 前記光繊維復屈折変調器に対する変調周波数及び変調振幅をどのように入力させ るべきかに対する具体的な説明がなかったので、効率よく光繊維偏光スクランブ ラーを駆動することが難しいという問題点がある。 発明の開示 従って、本発明の目的は、入力光の偏光状態に関係なく出力光の偏光変調が効 率よくできるようにする光繊維偏光スクランブラー及びその駆動パラメータ入力 方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、数百ＫＨｚ〜数ＭＨｚ帯の変調周波数を有する、向上し た光繊維復屈折変調器を用いて、損失が少なくて入力偏光に関係なく安定な性能 を有する光繊維偏光スクランブラー及びその駆動パラメータ入力方法を提供する ことにある。 本発明のまた他の目的は、隣接した復屈折変調器の間にある光繊維の捩りによ って誘発される円形復屈折の影響を相殺させることのできる構造をもった光繊維 偏光スクランブラーを提供するとともに、これを最も効率的に駆動するための駆 動パラメータの入力方法を提供することにある。 前記目的を達成するために、本発明の光繊維偏光スクランブラーは、少なくと も２つ以上の中空円筒体形状の圧電素子と、これらの外壁周りに断絶なくそれぞ れ巻き付けられた光繊維からなる光繊維復屈折変調器と、前記光繊維復屈折変調 器毎に交流電圧を印加することにより、復屈折変調を誘導する交流電圧源を備え た光繊維偏光スクランブラーにおいて、前記圧電素子の外壁周りに巻き付けられ た光繊維部分はその部分における円形復屈折の誘導を防止するように前記光繊維 軸方向に対する捩り無しに巻き付けられ、入力光の偏光面が隣接復屈折変調器の うち前のものの主軸方向と並んでいる場合、前記偏光面が後の復屈折変調器の主 軸方向に対して４５±９０ｎ°（ｎは整数）で入力されるために、隣接した復屈 折変調器同士の捩りによって誘導される円形復屈折の影響に対する補償手段が設 けられたことを特徴とする。 本発明において、前記光繊維復屈折変調器それぞれの圧電素子の厚さモード共 鳴周波数が互いに異なるように前記中空円筒体形状の圧電素子それぞれの内壁と 外壁間の厚さを相互異にして構成することができる。 また、前記円形復屈折の影響に対する補償手段は、隣接した前記復屈折変調器 の復屈折軸間の角度の８％に該当する角度で隣接した前記復屈折変調器に捩りを さらに与えるもので、隣接した前記復屈折変調器間の捩りは１.０８×（４５± ９０ｎ）の角度（ｎは整数）を成すのが好ましい。 前記光繊維には線形固有復屈折の量が５×１０^-6以下の単一モード光繊維を用 いることが好ましい。 また、前記圧電素子に巻き付ける時の光繊維の張力及び前記圧電素子の外壁曲 率半径による光繊維の折曲によって誘導される線形復屈折の量が前記光繊維の固 有復屈折の大きさより３０倍以上を維持するようにし、前記巻き付けられた光繊 維は円形復屈折の影響を取り除くように熱処理することがさらに好ましい。 そして、前記圧電素子の外壁周りに前記光繊維軸方向に対する捩り無しに巻き 付けられるようにするために、前記光繊維は断面Ｄ型であり、前記光繊維の扁平 な面を前記圧電素子の外壁周りに沿って巻き付けることもできる。 一方、本発明の光繊維偏光スクランブラーは、前記復屈折変調器の温度を測定 する温度測定手段と、前記温度測定手段によって感知された温度に該当する変調 振幅を決定する手段とをさらに備えることができ、前記復屈折変調器の温度を一 定に維持する恒温維持手段を更に備えることもできる。 本発明の光繊維偏光スクランブラーの他の構成は、少なくとも２つ以上の中空 円筒体形状の圧電素子と、これらの外壁周りにそれぞれ巻き付けられた光繊維か らなる光繊維復屈折変調器と、前記光繊維復屈折変調器毎に交流電圧を印加する ことにより、復屈折変調を誘導する交流電圧源を備えた光繊維偏光スクランブラ ーにおいて、前記復屈折変調器の隣接したものの間に偏光調節器を挿入したこと を特徴とする。 このような構成においても、前記光繊維復屈折変調器それぞれの圧電素子の厚 さモード共鳴周波数が互いに異なるように前記中空円筒体形状の圧電素子それぞ れの内壁・外壁間の厚さを相互異にすることができる。 前記偏光調節器としては電光繊維インライン偏光調節器を使用するのが好まし い。 また、本構成においても、前記復屈折変調器の温度を測定する温度測定手段と 、前記温度測定手段によって感知された温度に該当する変調振幅を決定する手段 とをさらに備えることができ、前記復屈折変調器の温度を一定に維持する恒温維 持 手段をさらに備えることもできる。 本発明の光繊維偏光スクランブラーの駆動パラメータ入力方法は、少なくとも ２つ以上の中空円筒体形状の圧電素子と、断切なく円形復屈折の誘導を防止する ように前記光繊維軸方向に対する捩り無しに前記圧電素子の外壁周りにそれぞれ 巻き付けられた光繊維からなる光繊維復屈折変調器と、前記光繊維復屈折変調器 毎に交流電圧を印加することにより、復屈折変調を誘導する交流電圧源を備えた 光繊維偏光スクランブラーの駆動パラメータ入力方法において、前記それぞれの 復屈折変調器に印加される交流電圧は互いに異なる周波数の正弦波電圧となるよ うにし、前記交流電圧の振幅は、光源からの光が入力偏光調節器、前記光繊維偏 光スクランブラー、出力偏光調節器及び偏光による損失の大きい光学素子を順次 経由した後、光検出器で検知された出力光信号から測定される偏光度が最小とな る値に設定することを特徴とする。 ここで、前記復屈折変調器の復屈折変調量を効果的に発生させるため、前記偏 光度が５％以内の値を示すようにする、前記圧電素子の厚さモード共鳴周波数近 くの値を復屈折変調周波数として用いるのが好ましい。 一方、前記光繊維復屈折変調器それぞれの復屈折変調振幅を第１次ベッセル関 数の解となる値から選択されたいずれか一つで駆動するようにすることができる 。 なお、前記光繊維復屈折変調器中のいずれか一つの復屈折変調振幅を、第１次 ベッセル関数の解となる値から選択されたいずれか一つより１０％以内に小さく 駆動し、前記光繊維復屈折変調器中のもう一つの復屈折変調振幅を、第１次ベッ セル関数の解となる値から選択されたいずれか一つより１０％以内に大きく駆動 するようにすることにより、入力光の波長による偏光度の依存性を大きく減らす こともできる。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の偏光スクランブラーの構成に核心的な素子としての光繊維複 屈折変調器の基本構成図である。 図２は、本発明の実施例に用いられた中空円筒体形圧電素子の周波数に対する インピーダンス測定結果を示すグラフである。 図３は、一段型偏光スクランブラーの特性を調査するための装置の構成図であ る。 図４は、一段型偏光スクランブラーの駆動周波数による印加電圧の温度依存性 を測定したグラフである。 図５は、一段型偏光スクランブラーの温度による偏光度の変化を示すグラフで ある。 図６は、他の大きさをもつ中空円筒体形圧電素子の厚さモードに対して共鳴周 波数の近くで測定したインピーダンスを示すグラフである。 図７は、共鳴周波数と反共鳴周波数との間の幾つかの周波数に対して偏光スク ランブラーで動作させるために必要な電圧を温度に対して測定した結果グラフで ある。 図８は、２つの復屈折変調器からなる二段型偏光スクランブラーの基本構成図 である。 図９は、入射偏光に関係なく偏光スクランブラーで動作するために必要とする 復屈折変調器間の角度を測定したグラフである。 発明の実施の形態 以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。 図１は本発明の偏光スクランブラーの構成に核心的な素子としての光繊維復屈 折変調器を示す図である。図１を参照すると、ＰＺＴ(Piezoelectric transduce r)などの中空円筒体形状の圧電素子１０の外壁周りに単一モード光繊維３０が、 円形復屈折の誘導を防止するように、光繊維３０の軸方向に対する捩り無しに巻 き付けられている。このような捩りを防止するために、光繊維３０の断面形状が Ｄ型のものを使用し、その扁平な面を圧電素子１０の外壁周りに沿って巻き付け てもよい。一方、交流電圧源４０から圧電素子３０に特定の振幅の電圧信号が正 弦波形で印加されると、光繊維３０を進行する光に対して位相変調のみならず復 屈折変調まで誘導する。この際、円筒の軸に平行の方向２１とこれに垂直、即ち 円筒面に垂直の方向２２が復屈折軸となり、復屈折変調の大きさは次の数式１と なる。 φ_m＝Ｖ_mαｓｉｎ（ω_mｔ） （１） 数式１において、Ｖ_mとω_mはそれぞれ圧電素子に印加する電圧信号の振幅と角 周波数(angular frequency)に該当し、αは光繊維に対する圧電素子の復屈折変 調係数を意味する。この係数は圧電素子の大きさと光繊維の種類のみならず、特 に印加電圧信号の周波数にも大きく依存する。 このような復屈折誘導は、前記印加した電圧信号の周波数の自乗に比例すると 知られている。しかし、任意の周波数では充分な大きさの復屈折変調が難しいた め、本発明の方法では円筒形圧電素子の壁厚に該当する共鳴周波数の近くで復屈 折変調を行うことにより、前記復屈折変調器の印加電圧に対する効率を向上させ ることができた。前記共鳴周波数は概ね圧電素子の物質系によって異なるが、大 抵次の数式２のように示される。 ｆ・Ｔ＝２００［ｋＨｚ・ｃｍ］ （２） 従って、壁厚１ｍｍ〜５ｍｍの中空円筒体形状の圧電素子を用いると、４００ ｋＨｚ〜２ＭＨｚの間の共鳴周波数を復屈折変調周波数で活用することができる 。 一方、図１の構成を有する復屈折変調器が偏光スクランブラーで作動するため には、入力偏光が直線偏光でなければならなく、偏光面は復屈折軸２１及び２２ に対して４５°の角度で合わせなければならない。数式１のように変調されてい いる復屈折変調器の復屈折軸に４５°傾いた方向の線形偏光を有する入力光に対 して変調周期より充分長い時間の平均である出力光の偏光度が０となるためには 次の数式３を満足しなければならない。 Ｊ₀（Ｖmα）＝０ （３） ここで、Ｊ₀は第１次ベッセル関数を意味する。従って、復屈折変調振幅Ｖ_mα が第１次ベッセル関数の解とならなければならなく、このような解には２.４０ ５、４.５５、・・・・・などがある。復屈折変調係数の大きい周波数を電圧信号の周 波数として設定し、変調振幅はＶ_mαが２.４０５または４.５５などとなるよう に調整しなければならない。 一方、通常の通信用単一モード光繊維を前記圧電素子に巻き付ける時、なるべ く線形性の復屈折が前記光繊維に誘導されるようにすべきが、このために本実施 例は光繊維自体の復屈折ができる限り小さい光繊維を用いるために、単一モード 光繊維として、スパン光繊維(spun optical fiber)を使用した。そして、線形性 の復屈折軸がよく調整されるように引長券線を施した後、約１００℃で熱処理を 行った。 前記引長券線は、圧電素子に巻き付ける時の光繊維の張力及び前記圧電素子の 外壁曲率半径による光繊維の折曲によって誘導される線形復屈折の量が前記光繊 維の固有復屈折の大きさより３０倍以上を維持するようにする条件で行われた。 図２は本発明の実施例に用いられた中空円筒体形圧電素子（直径：１.８”、 厚さ：０.１”、長さ：０.９”）の周波数に対するインピーダンス測定結果を示 すグラフである。図２を参照すると、約７７０ｋＨｚの共鳴周波数４５付近でイ ンピーダンスが一番低く、約８７５ｋＨｚの反共鳴周波数４６付近でインピーダ ンスが一番高いことが明らかである。 このような周波数に対するインピーダンス特性を圧電素子に光繊維を約４０回 引長券線を施した一つの復屈折変調器からなる１段型偏光スクランブラーの特性 を調べた。 図３はこのような１段型偏光スクランブラーの特性を調べるための装置の構成 図である。図３を参照すると、光源１は１.５５μｍ波長の偏光された光出力を 有するレーザダイオードである。入力偏光調節器５２は入力光の偏光状態を調節 するためのもので、復屈折変調器の主軸方向に対して入力光の偏光状態が０°、 ９０°または４５°である直線偏光を作るためのものである。復屈折変調器の主 軸方向に対してを０°または９０°の直線偏光を有する入力光を入射する場合、 復屈折変調効果は無くなる。復屈折変調効果を最も大きくするために主軸方向に 対して４５°の傾きとなるように直線偏光を作って復屈折変調器に入力させる。 出力光の偏光度は出力偏光調節器５３と偏光器５４を通過した光を光検出器５５ で電気信号に変換させて直流成分をオシロスコープ５６で測定する。この時、出 力偏光調節器５３を調節することにより直流成分の大きさ変化の最大値から偏光 度を測定する。従って、出力光の偏光度を最小となるように復屈折変調器に印加 する正弦波形の電圧振幅を調節することにより、最適の電圧振幅を決定すること ができる。このような方法によって、光繊維偏光スクランブラーの最適化された 駆動パラメータを入力することができる。 その後、図３による実験装置で出力光の偏光度が最小となるように復屈折変調 器に印加すべき正弦波形電圧信号の振幅を知るために温度を変化させながら、共 鳴周波数（約７７０ｋＨｚ）と反共鳴周波数（約８７５ｋＨｚ）付近の幾つかの 周波数８００.８、８０８.６、８３５.９、８５５.５、８７１.１、８９０.６ｋ Ｈｚに対して測定した結果を図４に示した。図４は１段型偏光スクランブラーの 駆動周波数による印加電圧の温度依存性を測定したグラフである。図４を参照す ると、共鳴周波数の近くに近付けるほど電圧信号の振幅が最小となり、反共鳴周 波数に近接するほど振幅は増加しなければならないことを示す。そして、このよ うな範囲の周波数の外では復屈折変調量が小さくて出力偏光度を５％未満に維持 することが難しかった。また、復屈折変調器の外部温度が増加すれば、電圧信号 の振幅は減少させなければならないことが分かった。 したがって、図４に示した結果から明らかなように、光繊維偏光スクランブラ ーの駆動パラメータを入力するに当たって、圧電素子の厚さモード共鳴周波数を 復屈折変調周波数として用いることが好ましい。しかし、復屈折変調周波数が必 ず一つの共鳴周波数値に限られず、共鳴周波数付近の値を選択するが、出力偏光 度が５％以内の値を維持する範囲の値を用いてもよい。 図５は１段型偏光スクランブラーの温度による偏光度の変化を示すグラフであ る。図５の結果を得るために、常温で偏光度が最小となるようにそれぞれの周波 数で電圧信号の振幅を調整した後、復屈折変調器の温度を変化させながら偏光度 を測定した。図４から分かるように、印加電圧が一定の場合、温度が増加するほ ど復屈折変調量が２.４０５より大きくなって偏光度が増加した。０℃〜６０℃ の範囲で偏光度を１０％未満に維持するには、前記印加電圧信号の振幅を温度に 対して補償する必要がある。これを線形に近似させて温度に対して補償すること により、広い温度範囲で低い偏光度を維持することができた。 一方、駆動電圧を温度に対して補償を行わない場合には、共鳴周波数における 駆動が反共鳴周波数における駆動よりさらに広い温度で偏光度を低く維持するこ とができる。このような温度の補償は、前記復屈折変調器の温度を測定する温度 測定手段と、前記温度測定手段によって感知された温度に該当する変調振幅を決 定する手段とから具現することができる。 このような温度補償の他にも、前記復屈折変調器の温度を一定に維持する恒温 維持手段を用いて温度変化による偏光度の劣化を防止することができる。 図６は異なる大きさの中空円筒体型圧電素子（直径：１"、厚さ：０.０６"、 長さ：０.５"）の厚さモードに対して共鳴周波数の近くで測定したインピーダン ス結果を示すグラフである。 図７は共鳴周波数と反共鳴周波数との間の幾つかの周波数１.２、１.２５、１ .３、１.３５、１.４、１.４５、１.５、１.５５、１.６ＭＨｚに対して偏光ス クランブラーで動作させるために必要な電圧を温度に対して測定した結果である 。ここからも明らかなように、共鳴周波数１.２５ＭＨｚで偏光スクランブラー によって動作させる時が温度に対する性能の低下を防止することができる。共鳴 周波数は円筒形圧電素子の厚さによって決定され、このような特性を用いて温度 補償がなくても温度に対して安定し、電気的効率の高い偏光スクランブラーを製 作することができる。 一方、１段型偏光スクランブラーは、入力偏光の状態に応じてその性能が大き く劣化するという短所があるので、入力偏光状態に関係ない偏光スクランブラー を製作するためには復屈折変調器を２つ以上用いる必要がある。それぞれの復屈 折変調器の復屈折軸は互いに４５°の角度を成すべきである。即ち、１次復屈折 変調器の復屈折軸と並んでいる方向の直線偏光を有する入力光が入ってくる場合 、前記１次復屈折変調器は前記入力光に何の効果も与えないので、前記直線偏光 に対して復屈折軸が４５°の角度を成す２次復屈折変調器を通過しながら、偏光 スクランブリングの効果を有する。 正弦波形の電圧信号で復屈折変調を生じさせると、入力偏光の状態に関係なく 出力光の偏光度を０に維持するためには、それぞれの復屈折変調振幅は次の数式 ４を満足しなければならない。 Ｊ₀（Ｖ_m1α₁）＝Ｊ₀（Ｖ_m2α₂）＝０ （４） ここで、Ｊ₀は第１次ベッセル関数であり、復屈折変調振幅Ｖ_m1α₁とＶ_m2α₂ は第１次ベッセル関数の解とならなければならなく、このような解は２.４０５ 、４.５５、・・・・・・・・・等がある。復屈折変調係数の大きい厚さモードの共鳴周波 数を電圧信号の周波数として設定するが、２つの周波数の差異は出力信号の帯域 幅より充分小さくなるべきであり、振幅はＶ_mαが第１次ベッセル関数の解、例 えば２.４０５または４.５５の値を有するように調整しなければならない。 図８は２つの復屈折変調器からなる２段型偏光スクランブラーの基本構成図を 示す。２つの復屈折変調器を結ぶ光繊維は断絶なく一体となるように構成し、そ れらの間の角度は光繊維を捩ることにより角度を調整した。一方、光繊維を捩っ た場合には光繊維に円形復屈折が誘導され、偏光面は捩れた角度（２２°〜２４ °の間の角度）の約８％程度を回転する。勿論、このような回転度が成立するた めには、それぞれの復屈折変調器に巻き付けられた光繊維部分は、光繊維軸方向 に対する自体の捩りがあればいけない。 従って、隣接した２つの復屈折変調器に断絶なくそれぞれ巻き付けられた光繊 維からなる偏光スクランブラーにおいて、入力光の偏光面が１次復屈折変調器の 主軸方向と並んでいる場合、２次復屈折変調器の主軸方向に対して４５°で入力 されるためには、２つの復屈折変調器間の捩りは、４５°の角度に円形復屈折の 誘導による偏光面の回転効果を補償するための角度を加えて行われるべきである 。 即ち、１次復屈折変調器の復屈折軸に並んでいる偏光面が２次復屈折変調器に ４５°で入力するためには、２つの復屈折変調器が約４９°の角度（４５＋４５ ×０.０８）を成すべきである。 図９はこのような条件を検査した結果として、入射偏光に関係なく偏光スクラ ンブラーで動作するために必要とする復屈折変調器間の角度（図８の２２°〜２ ４°の角度）を測定したものである。この結果を線形関数で表すと、次の数式５ となる。 Ｙ＝Ｘ＋０.０８Ｘ＝１.０８Ｘ （５） ここで、Ｘは４５±９０ｎを意味し、これは２次復屈折変調器に入射される直 線偏光の前記条件を示す。Ｙは隣接した２つの復屈折変調器間の実際角度、即ち 捩れた光繊維の角度を示す。従って、±４９、±１４６、±２４３、±３４０… …などの角度を用いることができる。特に、±３４０の角度を用いると、捩れた 状態にある２つの復屈折変調器の高さが減ってしまうので、全体的に小型化され た偏光スクランブラーを具現することができる。 そして、円形復屈折の他に別途の偏光調節器を隣接した２つの復屈折変調器の 間に置くことにより、復屈折変調器の角度を任意的に設定することもできる。こ こに用いられる偏光調節器としては、韓国特許出願第９７−２００５６号に開示 された、電光繊維インライン偏光調節器を使用することが好ましい。 以上説明したように、本発明の光繊維偏光スクランブラーは円筒形圧電素子の 厚さに対する振動モード共鳴周波数を用いて復屈折変調を効率よく印加すること ができる。 本発明によれば、光繊維偏光スクランブラーを構成する隣接復屈折変調器の間 にある光繊維の捩りによって誘発される円形復屈折の影響を補償することのでき る構造をもった光繊維偏光スクランブラーが提供されると共に、これを最も効率 的に駆動するための駆動パラメータの入力方法が提供される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イエオ ユン バエ 大韓民国 703―014 タエジョン セオ― ク ピエオングリ ４―ドン 1199―49 (72)発明者 キム ビョウン ユーン 大韓民国 305―335 タエジョン ユソン ―ク クン―ドン ダエドン ビレッジ シー２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも２つ以上の中空円筒体形状の圧電素子と、これらの外壁周りに 断絶なくそれぞれ巻き付けられた光繊維からなる光繊維復屈折変調器と、 前記光繊維復屈折変調器毎に交流電圧を印加することにより、復屈折変調を誘 導する交流電圧源を備えた光繊維偏光スクランブラーにおいて、 前記圧電素子の外壁周りに巻き付けられた光繊維部分は、その部分における円 形復屈折の誘導を防止するように前記光繊維軸方向に対する捩り無しに巻き付け られ、 入力光の偏光面が隣接復屈折変調器のうち前のものの主軸方向と並んでいる場 合、前記偏光面が後の復屈折変調器の主軸方向に対して４５±９０ｎ°（ｎは整 数）で入力されるために、隣接した復屈折変調器同士の捩りによって誘導される 円形復屈折の影響に対する補償手段が設けられたことを特徴とする光繊維偏光ス クランブラー。 ２． 前記光繊維復屈折変調器それぞれの圧電素子の厚さモード共鳴周波数が互 いに異なるように前記中空円筒体形状の圧電素子それぞれの内壁と外壁間の厚さ が互いに異なることを特徴とする請求項１記載の光繊維偏光スクランブラー。 ３． 前記円形復屈折の影響に対する補償手段は、隣接した前記復屈折変調器の 復屈折軸間の角度の８％に該当する角度で、隣接した前記復屈折変調器に捩りを さらに与えるもので、隣接した前記復屈折変調器間の捩りは１.０８×（４５± ９０ｎ）の角度（ｎは整数）を成すことを特徴とする請求項１記載の光繊維偏光 スクランブラー。 ４． 前記光繊維は線形固有復屈折の量が５×１０^-6以下の単一モード光繊維で あることを特徴とする請求項１記載の光繊維偏光スクランブラー。 ５． 前記圧電素子に巻き付ける時の光繊維の張力及び前記圧電素子の外壁曲率 半径による光繊維の折曲によって誘導される線形復屈折の量が前記光繊維の固有 復屈折の大きさより３０倍以上を維持するようにし、前記巻き付けられた光繊維 は円形復屈折の影響を取り除くように熱処理したことを特徴とする請求項１〜請 求項４のいずれかに記載の光繊維偏光スクランブラー。 ６． 前記光繊維は断面Ｄ型であり、前記圧電素子の外壁周りに前記光繊維軸方 向に対する捩り無しに巻き付けられるようにするため、前記光繊維の扁平な面を 前記圧電素子の外壁周りに沿って巻き付けたことを特徴とする請求項１記載の光 繊維偏光スクランブラー。 ７． 前記復屈折変調器の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段に よって感知された温度に該当する変調振幅を決定する手段とをさらに備えること を特徴とする請求項１記載の光繊維偏光スクランブラー。 ８． 前記復屈折変調器の温度を一定に維持する恒温維持手段をさらに備えるこ とを特徴とする請求項１記載の光繊維偏光スクランブラー。 ９． 少なくとも２つ以上の中空円筒体形状の圧電素子と、これらの外壁周りに それぞれ巻き付けられた光繊維からなる光繊維復屈折変調器と、 前記光繊維復屈折変調器毎に交流電圧を印加することにより、復屈折変調を誘 導する交流電圧源を備えた光繊維偏光スクランブラーにおいて、 前記復屈折変調器の隣接したものの間に偏光調節器を挿入したことを特徴とす る光繊維偏光スクランブラー。 １０． 前記光繊維復屈折変調器それぞれの圧電素子の厚さモード共鳴周波数が 互いに異なるように前記中空円筒体形状の圧電素子それぞれの内壁と外壁間の厚 さが互いに異なることを特徴とする請求項９記載の光繊維偏光スクランブラー。 １１． 前記偏光調節器としては電光繊維インライン偏光調節器であることを特 徴とする請求項９記載の光繊維偏光スクランブラー。 １２． 前記復屈折変調器の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段 によって感知された温度に該当する変調振幅を決定する手段とをさらに備えるこ とを特徴とする請求項９記載の光繊維偏光スクランブラー。 １３． 前記復屈折変調器の温度を一定に維持する恒温維持手段をさらに備える ことを特徴とする請求項９記載の光繊維偏光スクランブラー。 １４． 少なくとも２つ以上の中空円筒体形状の圧電素子と、断切なく円形復屈 折の誘導を防止するように前記光繊維軸方向に対する捩り無しに前記圧電素子の 外壁周りにそれぞれ巻き付けられた光繊維からなる光繊維復屈折変調器と、前記 光繊維復屈折変調器ごとに交流電圧を印加することにより、復屈折変調を誘導す る交流電圧源を備えた光繊維偏光スクランブラーの駆動パラメータ入力方法にお いて、 前記それぞれの復屈折変調器に印加される交流電圧は互いに異なる周波数の正 弦波電圧となるようにし、 前記交流電圧の振幅は、光源からの光が入力偏光調節器、前記光繊維偏光スク ランブラー、出力偏光調節器及び偏光による損失が大きい光学素子を順次経由し た後、光検出器で検知された出力光信号から測定される偏光度が最小となる値に 設定することを特徴とする光繊維偏光スクランブラーの駆動パラメータ入力方法 。 １５． 前記圧電素子の厚さモード共鳴周波数をそれぞれ復屈折変調周波数とし て用いることを特徴とする請求項１４記載の光繊維偏光スクランブラーの駆動パ ラメータ入力方法。 １６． 前記光繊維復屈折変調器それぞれの復屈折変調振幅を、第１次ベッセル 関数の解となる値から選択されたいずれか一つで駆動することを特徴とする請求 項１４記載の光繊維偏光スクランブラーの駆動パラメータ入力方法。 １７．前記光繊維復屈折変調器中のいずれか一つの復屈折変調振幅を第１次ベッ セル関数の解となる値から選択されたいずれか一つより１０％以内に小さく駆動 し、前記光繊維復屈折変調器中のもう一つの復屈折変調振幅を、第１次ベッセル 関数の解となる値から選択されたいずれか一つより１０％以内に大きく駆動する ことを特徴とする請求項１４記載の光繊維偏光スクランブラーの駆動パラメータ 入力方法。