JP2002525647A

JP2002525647A - 光回路の円偏光ファイバ

Info

Publication number: JP2002525647A
Application number: JP2000570619A
Authority: JP
Inventors: エヌイスラム，モハメド; エイノーラン，ダニエル
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2002-08-13
Also published as: CN1406342A; CA2344682A1; EP1145056A2; EP1145056A3; WO2000016139A2; TW459148B; AU6137899A; WO2000016139A3

Abstract

(57)【要約】円偏光単一モード導波路ファイバ（ＣＰＦ）及びこのファイバを用いる高データレートの多重化通信システム。円偏光導波路ファイバはそのような高性能伝送リンクに存在する非線形効果を弱める。特に、自己位相変調が３０％超まで低減され、４光波混合は本質的に排除される。隣接するファイバが互いに逆まわりの円偏光を有するように配置された複数本の円偏光導波路ファイバから多重化リンクがつくられている場合には４光波混合が生じないから、後者の効果は生じない。円偏光ファイバは、伝送リンクに付帯する光スイッチング素子に利用できる特性である、相互位相変調（ＸＰＭ）の非線形効果を強める。さらに、ＣＰＦにおけるＸＰＭの大きさは、信号パルス及ぶ制御パルスの相対偏光状態に依存しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】関連出願の説明本出願は、１９９８年９月１７日に出願された米国仮特許出願第６０/１００,
７５７号及び１９９８年９月２２日に出願された米国仮特許出願第６０/１０１,
２８２号の恩典を主張する。

【０００２】発明の背景１．発明の分野本発明は概ね光ファイバ及び光ファイバ成分を用いるシステムに関し、特に円
偏光導波路ファイバを含むそのようなシステムに関する。

【０００３】２．技術的背景光波伝送システムに影響を与える光学的非直線性は、２つの概括的なカテゴリ
ーに分けられる。第１のカテゴリーには誘導ブリリュアン散乱及び誘導ラマン散
乱のような誘導散乱現象がある。これらの効果は伝送材料における光信号とフォ
ノンの相互作用である。フォノン周波数により、生じる散乱のタイプが定まる。
第２のカテゴリーでは、非線形屈折率が３つの効果、自己位相変調（ＳＰＭ），
相互位相変調（ＸＰＭ）及び４光波混合（４ＷＭ）を生じさせる。長距離／多重
波長システムの研究に基づくと、第２のカテゴリーの非線形相互作用は、波長分
割多重化（ＷＤＭ）システム、特に約５０ｋｍをこえる間隔で電子式再生中継器
を有するＷＤＭシステムに対して最も有害である。この第２のカテゴリーの非線
形効果が本出願の課題である。

【０００４】ＳＰＭにおいては、パルス強度に依存する非線形屈折率により、閾値強度より
強いパルスの位相変調がおこる。閾値強度は導波路に用いられる材料に依存する
が、一般には１０ｍＷ程度である。ＳＰＭの結果の１つは、信号パルスがファイ
バを伝搬するにつれて、そのスペクトル幅が徐々に広がることである。導波路の
ゼロ分散波長近くでの動作に関しては、信号のスペクトル幅拡大はシステム性能
を劣化させない。しかし群速度分散が十分大きければ、ＳＰＭによるスペクトル
幅拡大はパルスの時間的拡大を生じさせる。あるいは、チャネル間隔が密なＷＤ
Ｍシステムにおいては、スペクトル幅拡大が拡げられた信号を隣接するチャネル
に重なり合わせてそれらのチャネルに出現させるのに十分な大きさであれば、ク
ロストークが生じる。

【０００５】ＷＤＭシステムでは、１つのチャネルの強度変動がＸＰＭにより他のチャネル
に影響を及ぼし得る。直線偏光ファイバではＸＰＭの効果の大きさを示すＸＰＭ
係数がＳＰＭ係数の約２倍である。ＸＰＭはパルス間の相互作用がおこる導波路
長に依存し、よって群速度分散によるチャネル間隔の変化（ウォークオフ）は相
互作用長、したがってＸＰＭ量に影響する。十分長いシステムでは、様々なチャ
ネルの群速度がチャネル間の完全なウォークスルーを生じさせるであろう。すな
わち無損失条件の下では、ＸＰＭによるスペクトル幅拡大は事実上排除される。

【０００６】４光波混合も非線形屈折率により生じるが、ＳＰＭ及びＸＰＭとは異なり、４
ＷＭには位相整合条件がある。相異なる２つの波長の信号に対して、導波路のビ
ート周波数における強度変調が屈折率を変調し、よって２つの信号の差周波数に
おいて位相変調がおこる。したがって、４ＷＭにおいては、側帯周波数が原周波
数±差周波数で発生する（低周波数側の側帯はストークス周波数とよばれ、高周
波数側の側帯は反ストークス周波数とよばれる）。位相整合条件とは、屈折率ま
たは２つの信号波長における屈折率すなわち速度がストークスまたは反ストーク
ス波の屈折率すなわち速度と一致しなければならないことを意味する。したがっ
て、４ＷＭは全分散に強く依存する。高全分散に対しては、相異なる周波数にお
ける伝搬速度の差が大きく、４ＷＭの効率は低い。信号波長近くにゼロ分散波長
をもつファイバでは、屈折率及び速度が全波長でほぼ一致し、４ＷＭ過程の効率
が極めて高くなり得る。ＷＤＭシステムにおいて、４ＷＭは２つの有害な効果を
有する。第１は、信号波長から混合派生波長へのパワーの消耗である。第２に、
等間隔信号チャネルを有するシステムにおいては、ストークス及び反ストークス
周波数が既存のチャネルと一致し、クロストークを生じさせる。また混合派生周
波数が、信号の相対位相に依存して既存のチャネルと強め合うかまたは弱め合う
ように干渉し得る。

【０００７】したがって高性能伝送システムにおいては、ゼロ分散波長近くで動作すること
ができ、よって線形分散損失を最小化できるが、それでも非線形効果、特に４Ｗ
Ｍが制限される、特定のタイプの光導波路ファイバを含むことができるシステム
構成が必要とされる。

【０００８】用語の定義以下の用語は技術上普通の用法にしたがって定義される。

【０００９】 −４分の１波長リターダ（ＱＷＲ）は直線偏光を円偏光に、また円偏光を直線偏
光に変換する。効率最適化のため、直線偏光はＱＷＲの速い軸に対し右または左
に４５°の偏光軸をもってＱＷＲに入射する。

【００１０】 −半波長リターダ（ＨＷＲ）は直線偏光の偏光方向を９０°回転させる。効率最
適化のため、直線偏光はＨＷＲの速い軸に対し右または左に４５°の偏光軸をも
ってＨＷＲに入射する。ＨＷＲは右回りの円偏光（ＲＨＣ）を左回りの円偏光（
ＬＨＣ）に変換し、またＬＨＣをＲＨＣに変換する。

【００１１】したがって、円偏光単一モードファイバ（ＣＰＦ）の入力及び出力にＱＷＲを
配置すれば、ＣＰＦが用いられる用途にいかなる直線偏光光学系も用いることが
可能になる。

【００１２】 −ファイバＱＷＲ及びファイバＨＷＲは、ファイバを互いに逆回りの多くのルー
プに巻くことにより実施される。ファイバＨＷＲは、図７に３３で簡略に示され
る。ファイバがループに巻かれることにより誘起される複屈折が、光の偏光状態
を数学的に定める２つの場ベクトルの間の位相遅延を与える。

【００１３】発明の概要本発明の一態様は円偏光単一モードファイバ（ＣＰＦ）である。ＣＰＦは、少
なくとも若干の複屈折及びＣＰＦ長に沿って実質的に連続する軸ツイストを有す
る。軸ツイストのピッチは、ＣＰＦの円偏光効果が直線偏光効果に比して大きく
なるように、ＣＰＦのビート長より小さい。ビート長はある与えられた偏光状態
の繰返しの間のファイバ長である。

【００１４】ＣＰＦは、光の投射方向がファイバの偏光モードに整合していれば、伝搬する
円偏光を円偏光状態に保持することから、そのようによばれる。本出願を通して
そのような投射条件になっているとする。ＣＰＦは、ＣＰＦに投射される円偏光
の（右回りまたは左回りの円偏光のいずれであっても）円偏光状態を維持する。

【００１５】ＣＰＦの一実施形態において、複屈折のΔｎは約１０^−５であり、ここでΔｎ
は導波路の直交する２本の偏光軸における屈折率の差である。技術上既知のいく
つかの方法のいずれかにより、複屈折をもたせたファイバをつくることができる
。例えば、コアの断面を楕円形にすることができ、あるいは非一様な半径方向応
力をコアに印加することができる。

【００１６】ＣＰＦの別の実施形態において、施されるツイストはファイバ長のある部分で
はピッチが右回りであり、別の部分ではピッチが左回りである。

【００１７】別の態様において、本発明は高データレート／多重化システムのための光伝送
リンクを含む。リンクは、高パワー信号を用いるかあるいは多重波長チャネルを
利用するシステムで生じる非線形効果を抑制するためにＣＰＦを利用する。伝送
リンクは互いに光結合された複数本のＣＰＦで形成される。リンクの最初のＣＰ
Ｆは多重波長送信器モジュールに光結合され、リンクの最後のＣＰＦは多重波長
受信器モジュールに光結合される。チャネルを変えるためにピッチを右回りの偏
光から左回りの偏光に変えることにより、多重化システムにおいて、信号パワー
損失及びチャネル間クロストークを生じさせる非線形効果である、４光波混合が
効率的に排除される。

【００１８】伝送リンクの一実施形態において、所望の信号対雑音比を維持するために１台
以上の光増幅器がリンクに光結合される。伝送リンクは局在型または分布型光増
幅器を利用でき、増幅器間には適切ないかなる距離もとり得る。

【００１９】送信器モジュールまたは受信器モジュールの所望の構成を含む、本発明の実施
形態が以下に論じられる。

【００２０】本発明の別の実施形態において、特定の光スイッチ回路または遅延回路を伝送
リンクに付加することができる。これらの回路はいくつかの有用な構成に信号を
導くかまたは切り換える能力を伝送リンクに与える。特に、非線形光ループミラ
ー（ＮＯＬＭ）または偏光感応型結合器を用いる偏光制御型システム（ＰＣＳ）
における相互位相変調の使用が以下で詳細に説明される。これらの回路の特徴は
、少なくとも制御信号と光信号が相互作用する回路部分にかけてＣＰＦが用いら
れることである。ＣＰＦは２つのパルスの間の相互位相変調相互作用を強め、よ
って用いられる制御パルスのパワーをより小さくするかあるいは用いられるファ
イバの相互作用長をより短くすることができる。ＸＰＭを利用する光成分にＣＰ
Ｆを用いることの利点は、ＸＰＭが相互作用する信号の円または直線偏光を含む
相対的な偏光状態に依存しないことである。ＸＰＭの非偏光依存性の恩恵を享受
するためには、ＣＰＦへの信号の投射は上に開示された投射条件にしたがい、Ｃ
ＰＦでサポートされる固有モードとするべきである。

【００２１】本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明で述べられ、当業者には、
ある程度はその説明から容易に明らかであろうし、あるいは以下の詳細な説明、
特許請求の範囲及び添付図面を含む本明細書に説明されるように本発明を実施す
ることにより認められるであろう。

【００２２】上述の一般的説明及び以下の詳細な説明はいずれも本発明の典型例にすぎず、
特許請求される本発明の性質及び特徴を理解するための概観ないし枠組を与える
ことに向けられていることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を与
えるために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部を構成する。図
面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明
に役立つ。

【００２３】発明の詳細な説明ここでは、本発明の好ましい実施形態を提示するため、添付図面に示される実
施例を詳細に参照する。可能な限り全図面を通して同じ参照数字を同じかまたは
同様の要素を示すために用いる。本発明のＣＰＦ回路の例示的実施形態を図１に
示す。本実施形態においては、多重波長送信器モジュール２が波長分割多重化（
ＷＤＭ）信号パルスを第１の長さの円偏光ファイバ４に投射する（ＷＤＭネット
ワークに現在適する波長分割マルチプレクサ及びデマルチプレクサデバイスは、
波長依存回折格子ルータ、リトロー回折格子、あるいはファブリー−ペローまた
はマッハ−ツェンダー干渉計に基づくものとすることができる）。ＷＤＭパルス
は第１の長さのＣＰＦ４を通って進行した後に、必要に応じて光増幅器６で増幅
されて第２の長さのＣＰＦ８に送られる。ＷＤＭパルスは、ＷＤＭデマルチプレ
ックス操作を行って信号を目的地に配布する多重波長受信器モジュール１０に到
達するまで、必要に応じて光増幅器６が間に入る、第１の長さのＣＰＦ４及び第
２の長さのＣＰＦ８を交互に通って進み続ける。

【００２４】図１の光回路は、４ＷＭによる信号損失を受けることなく、信号波長に近いゼ
ロ分散波長λ_０を有するＣＰＦを含むことができる。ＣＰＦを用いることにより
ＳＰＭ分散を低減できる。この回路は非ゼロ復帰、ゼロ復帰及びソリトン方式で
動作させることができる。

【００２５】本発明の一実施形態において、送信器モジュールは図２に１２で示されるＮ個
のレーザ１２を含む。レーザはＷＤＭデバイス１４のＮ個のポートに直線偏光を
投射する。直線偏光の向きを９０°変えるために、ＨＷＲ１８がレーザとＷＤＭ
１４との間の光路１６に１つおきに挿入される。偏光はＷＤＭデバイス１４を通
して保持され、よってＱＷＲ２０を通過すると隣接するチャネルの信号は互いに
逆回りの円偏光となってＣＰＦに投射され、４ＷＭ損失が最小限に抑えられる。
隣接チャネル間での４ＷＭはないであろうが、それでも１つおきのチャネル間の
４ＷＭはある程度あり得る。しかし、相互作用する波長チャネルの波長間隔がさ
らに大きくなるので、位相整合及び相互作用長がより小さくなる。すなわち、チ
ャネル密度はチャネル間相互作用の弱化とトレードオフの関係になり得る。

【００２６】別の送信器モジュールの実施形態が図３に示される。本実施形態においては、
直線偏光レーザ光を円偏光に変換するＱＷＲ２２を介して、Ｎ個のレーザ１２が
ＷＤＭデバイス１４のポートに接続される。１つおきのＱＷＲの速い軸を隣のＱ
ＷＲに対して９０°回転させてあるので、隣接するチャネルの信号の円偏光は互
いに逆の向きになる。この結果、ＣＰＦリンクに投射される多重波長信号は図２
に示される信号と実質的に同じである。波長範囲が広ければ、図３の構成を用い
る方が図２の構成を用いるより有利になり得る。図２のＱＷＲは、全波長を投射
するのに十分な広い帯域をとることができない。図２及び図３の構成の実用上の
利点は、いずれにおいてもＱＷＲが光放射体（例えばレーザダイオード）とそれ
に続く光学系からの反射との間を隔離することである。

【００２７】ＱＷＲ及びＨＷＲはバルク型光学板または技術上既知のその他のデバイスとす
ることができる。しかし好ましい実施形態は、ＱＷＲ及びＨＷＲが互いに逆回り
のループにつくられた光ファイバを含む実施形態である。ファイバデバイスは光
回路への導入がより容易であり、反射損失及び吸収損失が最小限に抑えられる。

【００２８】タイプの異なる受信器モジュールの実施形態を図４，５及び６に簡略に示す。
図４の実施形態において、光はリンクの最終ＣＰＦ２４からＷＤＭデマルチプレ
クサ１４の入力ポートに入る。分波された信号は導波路１６を介して帯域通過フ
ィルタ２６に結合される。フィルタはＮ個の信号の内のそれぞれの１つをそれぞ
れの受信器２８に送る。

【００２９】図５の実施形態は、信号対雑音比をさらに向上させるために偏光感応型受信器
２８を利用する。円偏光ははＷＤＭデマルチプレクサ１４に入る前にＱＷＲ２０
を通過する。すなわち、円偏光信号が直線偏光信号に変換される。ＨＷＲ１８が
フィルタ２６と偏光感応型受信器２８との間の光路に１つおきに配置される。こ
のＨＷＲは偏光軸を９０°回転させ、よって隣接するチャネルは互いに直交する
直線偏光を有する。

【００３０】図６の実施形態の受信器モジュールは、フィルタ２６と偏光感応型受信器２８
との間の光路にＱＷＲを利用する。隣接する光路のＱＷＲの速い軸は互いに対し
て９０°回転させられている。すなわち、１つおきの受信器が互いに逆回りの円
偏光を有する信号を受信するので、受信器間のチャネルクロストークがさらに抑
えされる。

【００３１】送信器モジュールの実施形態の議論で述べたように、図５及び６の受信器モジ
ュール構成では伝送線路と受信器との間の隔離が与えられるという利点がさらに
得られる。

【００３２】ＮＯＬＭを用いるスイッチング素子を図７に簡略に示す。全ファイバ構成のＮ
ＯＬＭは、図１の伝送リンクに特に適している。ＮＯＬＭは本質的に伝送リンク
に沿うどの点においても選択された波長をスイッチングするために用いることが
できる。

【００３３】ＮＯＬＭは、一方の側にある２つのポート３２がファイバ３４のループに接続
された、４ポート方向性結合器からなる。ＮＯＬＭはループをまわる互いに逆の
伝搬方向に対応する２つのアームを有する干渉計として作用する。この構成は、
いずれのアームも正確に同じ光路を含むので非常に安定である。

【００３４】結合器が入力信号３６を等しく分割すると、ＮＯＬＭは完全ミラーとして作用
する。周波数または偏光が直交する制御信号３８を加えることにより、ＮＯＬＭ
は３端子スイッチとしても作用する。特に、制御信号３８は結合器４０によりＮ
ＯＬＭに結合され、一方向にしかＮＯＬＭをまわって伝搬しない。制御信号３８
は非線形ＸＰＭにより前記方向に進行する入力信号３６の位相をシフトさせる。
したがって、制御パルス及び信号パルスの位相が結合器において一致すれば、Ｎ
ＯＬＭから出力が得られる。この出力はＸＰＭによる位相シフト量がπのときに
最大である。出力は位相シフト角の三角関数の二乗として変化することがわかっ
ている。ＮＯＬＭの効率は、少なくとも制御パルスと信号パルスが相互作用する
ループ部分にＣＰＦ４４を用いることにより高められる。上で論じたように、Ｘ
ＰＭ効果はＣＰＦで強化され、この強化はＣＰＦで相互作用するそれぞれの信号
の偏光の相対関係に依存しない。すなわち、ループ長をより短くするか、または
制御パルスの振幅をより小さくすることができる。

【００３５】図１の伝送リンクに適合するスイッチの別の実施形態を図８に示す。直線偏光
信号パルス３６は、ＣＰＦ４への投射の前に、ＱＷＲ２０により円偏光に変換さ
れる。ＣＰＦはこの偏光状態を保持し、よって偏光感応型結合器４６に入る前に
第２のＱＷＲ２０がパルス３６を直線偏光に変換する。結合器４６は直線偏光信
号パルス３６を通し、また制御パルス３８から１つの偏光成分を結合する。いず
れのパルスも、結合器４６の下流光路におかれたＱＷＲ２０により円偏光パルス
に変換される。信号パルス及び制御パルスは結合器４６の下流のＣＰＦ４の長さ
にかけてＸＰＦにより相互作用する。信号パルス及び制御パルスの円偏光の向き
は、２つの信号が偏光感応型フィルタ４８の直前のＱＷＲにおいてそれぞれの偏
光軸が互いに直交する直線偏光パルスに変換されるように、互いに逆方向に選ぶ
ことができる。次いで偏光感応型フィルタ４８は、信号パルスを通し、制御パル
スを反射するように選ばれる。ＸＰＭ相互作用の効果は図８の右側の、出力信号
パルス５０を時間軸５２上に示す挿入図により示される。ＸＰＭ相互作用は信号
パルス５０をある特定のクロックウインドウの外に動かし、よってデジタルシス
テムにおいてビット１をビット０に変えるのに十分な強さとすることができる。

【００３６】技術上既知のいくつかの方法のいずれかにより、ＣＰＦ導波路をつくることが
できる。例えば、適切な参考資料はホーク(Hawk)の米国特許出願第０９/１１７,
２８０号であり、この全てが本明細書に参考として含まれる。全般的にこの参考
資料は、中程度の複屈折を有するファイバをつくるために構成されたプリフォー
ムから出発するＣＰＦ作製方法を述べている。線引きプロセス時にプリフォーム
またはファイバ自体をねじることによりファイバにツイストが入れられる。例え
ば線引きトラクターにファイバの長軸のまわりで左右にスピンをかけて、ファイ
バ軸の単一周期のツイストを導入することにより、ファイバにツイストを入れる
ことができる。円偏光複屈折が直線偏光複屈折より支配的であるためには、ツイ
ストピッチがファイバのビート長より短くなければならない。

【００３７】中程度の複屈折を有するファイバはΔｎが約１０^−５のファイバであり、ここ
でΔｎは速い軸と遅い軸との間の屈折率差である。この複屈折レベルは、例えば
、コアをやや楕円形につくるか、非一様な半径方向応力をファイバに印加するこ
とにより容易に誘起される。

【００３８】ツイストファイバを組み込んだＮＯＬＭスイッチの実施例光通信回路及びデバイスにおけるＣＰＦの予測効率を図９に簡略に示すＮＯＬ
Ｍスイッチを用いて試験した。１５３５ｎｍの信号パルス３８を５０/５０結合
器を介して投射し、ループミラーをめぐって互いに逆方向に伝搬させた。制御パ
ルスを偏光化して偏光感応型結合器４０によりループに投射し、下流の偏光感応
型結合器４０により抜き取った。この抜取方法は、信号パルスと制御パルスの相
対偏光状態がＸＰＭ相互作用に影響しないので、最も有用である。制御パルスと
信号パルスはある長さの導波路ファイバ５４を含むループの頂部区間でＸＰＭに
より相互作用した。ＮＯＬＭによりスイッチングされた１５３５ｎｍの出力パル
スの強度を測定することによりスイッチング効率を評価した。上で論じた図７の
３３と同様の、逆まわり多重ループファイバ偏光コントローラ５６を信号出力が
最大になるように調節した。

【００３９】ファイバ５４としてツイストファイバを用いて、次いで非ツイストファイバを
用いて実験を行った。結果を図１０のグラフに示す。曲線５８は、前記長さのフ
ァイバ５４にツイストが入れられている場合の、出力信号強度の変動を入力信号
３６の偏光角の関数として示す。曲線５８は、ツイストファイバを用いたときに
スイッチが偏光角に実質的に依存しないことを示す。０°から２００°までの偏
光角変化にかけてわずか０.６ｄＢの強度変動しか見られなかった。

【００４０】前記長さのファイバ５４が非ツイストファイバである場合には、出力強度は図
１０の曲線６０にしたがうことがわかった。０°から２００°までの偏光角範囲
にわたり、信号出力強度変動は約５ｄＢである。ＣＰＦの使用により、１桁程度
のＮＯＬＭ効率改善が得られる。ＸＰＭの偏光角無依存性はＣＰＦにおける効果
の２倍の強化とともに、光通信リンク及びそのようなリンクに付帯する光回路で
有用である。

【００４１】図１１に示すグラフは、入力信号の偏光状態の変化に対する、ツイストファイ
バ及び非ツイストファイバによる％非線形透過率を示す。偏光状態を、直線偏光
信号については上向き及び下向きの矢印で、また２つのタイプの円偏光について
は右回り及び左回りのループで、グラフの上下に示す。８ターン/ｍのツイスト
を有するＣＰＦは全ての偏光状態に対して約０.０５％の非線形信号透過率変動
を曲線６２で示す。非ツイストファイバについては、約０.３％の変動（図１１
の曲線６４）が同じ入力信号の偏光状態変化に対して測定された。ここでもまた
非ツイストファイバに比較して１桁の偏光不感性改善がＣＰＦにより得られる。

【００４２】図１２の実験データのグラフは、偏光不感性が１ｍ当りの軸ツイスト数に依存
することをデータ点６６で示す。一般に、約６ターン/ｍより大きなツイスト率
で良好な結果が期待できる。

【００４３】非線形現象におけるＣＰＦの有用な特徴に加えて、実用上重要な、ＣＰＦの注
目すべき線形特性も数多い。第１に、ＣＰＦは外乱の多くに対して強いと思われ
るので、ＣＰＤの包装及び梱包がより簡単である。例えばファイバの布設におけ
る経験から、直線偏光複屈折ファイバに比べてＣＰＦに導入される乱れが少ない
ことが分かっている。この特徴は、外囲が小さいときのようにスペースが限られ
ている場合に用いられる光回路で有用であり得る。第２に、ＣＰＦは２つの偏光
モード間のモード結合を導入せずに永久接続できることが、“エレクトロニクス
・レターズ(Electron. Lett.)”誌，第１６巻（１９８０年）９２１ページの、
ヨインホム(Jeunhomme)等の、“偏光保存単一モードケーブルの設計”で示され
ている。特に直線偏光複屈折ファイバでは、高い偏光消光比を維持するために、
接続される２本のファイバの複屈折軸の正確なアライメントが接続部で必要であ
る。永久接続部におけるクロスカップリングは入りファイバの所望の偏光状態と
出ファイバの望ましくない偏光状態との間の重なり積分に正比例する。ＣＰＦに
ついては右回りと左回りの円偏光の間の重なり積分が常にゼロであるから、２本
のファイバがどの向きであっても、接合部におけるクロスカップリングは常にゼ
ロであろう。したがって、永久接続においてファイバの方向合わせを行う必要が
全くなしに、偏光保存伝送線路を様々なＣＰＦ区画で構成することができる。

【００４４】要約すれば、ＣＰＦにより伝送リンク及び付帯する光成分に与えられる利点は
以下のように述べることができる。一方の光波がもう一方の光波に位相シフトを
おこさせる相互作用を非線形屈折率を介して行う相異なる波長の２つの光におけ
る信号に関する全般的問題は、ＣＰＦを用いることで最善に解決される。この非
線形相互作用は、ＸＰＭが、２つの光波の入力偏光状態が平行すなわち同じであ
るとき（ＸＰＭ_||）と２つの光波の入力偏光状態が垂直すなわち直交するとき（
ＸＰＭ_⊥）とで同じであるから、これらの光波の入力偏光状態に依存しない。

【００４５】さらに、非線形相互作用を用いるデバイスが干渉計であれば、出力結合器また
はビームスプリッタにおいて干渉が完了しているためには干渉計のそれぞれのア
ームを通る２本のビームが同じ偏光状態で終わらなければならない。一般には、
１本のビームに、あるいはいずれのビームにも偏光コントローラ（ＰＣ）を用い
ることで上記条件を満足することができる。しかし、ＰＣは環境変化を補償する
ための定期的な調整が必要となり得るから、ＰＣの使用は望ましくない。ＣＰＦ
を用いて干渉計の２つのアームが同じ偏光状態を保持することを保証すれば、Ｐ
Ｃの使用を避けることができる。

【００４６】円偏光導波路ファイバ（ＣＰＦ）の使用により、ＳＰＭ効果が直線偏光ファイ
バに比べ約２/３だけ小さくなることが示された。さらに有利なことには、互い
に逆回りの光波（左回り及び右回りの円偏光）の間には４ＷＭが存在しない。事
実上、互いに逆回りの円偏光を有する投射信号には非線形４ＷＭがない。この場
合、ゼロ分散波長近くでの動作に対する４ＷＭ損失はない。

【００４７】ＣＰＦは偏光保存ファイバであるから偏光モード分散（ＰＭＤ）も減少する。

【００４８】ＣＰＦの使用により、ＸＰＭ効果が直線偏光複屈折ファイバに比べて約２倍に
高められる。ＸＰＭの強化はスイッチングデバイスに有用であるが、ＷＤＭ伝送
リンクにクロストークを生じさせ得る。しかし、そのようなリンクで有害なＸＰ
Ｍは、適切なチャンネル間隔をとることにより、すなわちＸＰＭ分散により互い
に完全にウォークスルーするようにチャネルを配置することで、最小限に抑える
ことができる。

【００４９】ＣＰＦを使用してさらに効率を高めることができるスイッチの例は、非線形光
ループミラーまたはソリトンドラッグ及びソリトントラップ論理ゲートである。
これらのスイッチはスイッチング機能を行うためにＸＰＭを利用するから、これ
らのデバイスにＣＰＦを用いることにより、直線偏光複屈折ファイバを用いて実
施した同じデバイスに比べてスイッチングエネルギーが２分の１あるいは導波路
ファイバ長が２分の１のスイッチングが得られる。

【００５０】ＣＰＦは高性能システムにおいて光−光スイッチに要求されるサブピコジュー
ルのスイッチングエネルギーへの到達を可能にする鍵を握る技術の１つである。

【００５１】当業者には、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明の様々な改変及
び変形がなされ得ることは明らかであろう。よって、本発明の改変及び変形が特
許請求の範囲及びその等価物の範囲内に入るものであれば、本発明はそれ等を含
むとされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＰＦを用いる多重チャネル伝送リンクの略図

【図２】送信器モジュールの構成の略図

【図３】送信器モジュールの別の構成の略図

【図４】受信器モジュールの構成の略図

【図５】受信器モジュールの別の構成の略図

【図６】受信器モジュールのまた別の構成の略図

【図７】ＣＰＦを用いるＮＯＬＭスイッチの略図

【図８】ＣＰＦを用いる偏光結合スイッチの略図

【図９】ＣＰＦを用いるＮＯＬＭスイッチを試験するための実験回路の略図

【図１０】ツイストファイバ（ＣＰＦ）を非ツイストファイバと比較する実験結果のグラ
フ

【図１１】ツイストファイバ（ＣＰＦ）を非ツイストファイバと比較する実験結果のグラ
フ

【図１２】偏光感度対ＣＰＦのツイストピッチのグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者イスラム，モハメドエヌアメリカ合衆国ミシガン州 48103 アンアーバーホリーヨークレイン 2717 (72)発明者ノーラン，ダニエルエイアメリカ合衆国ニューヨーク州 14830 コーニングスカイラインドライヴ 28 Ｆターム(参考） 2H050 AA08 AC09 AC47 AC50 AC73 AC81 AD00 2K002 AA02 AB13 BA02 CA15 DA07 DA08 DA10 HA16 5K002 AA06 BA06 BA33 CA01 DA02 DA31 FA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円偏光単一モード光導波路ファイバにおいて：クラッド層に囲まれ、前記クラッド層に接するコア領域；前記コア領域及び前
記クラッド層は光を導くような形状につくられたそれぞれの屈折プロファイルを
有する；を含み：前記円偏光単一モード導波路ファイバが複屈折及び前記導波路ファイバの長さ
に沿う軸ツイストを有し、前記導波路ファイバのビート長が前記軸ツイストのピ
ッチより大きいことを特徴とする単一モード導波路ファイバ。
【請求項２】前記複屈折が速い軸と遅い軸との間の屈折率差Δｎとして表
され、前記Δｎが約１０^−５であることを特徴とする請求項１記載の単一モード
導波路ファイバ。
【請求項３】前記複屈折を与えるために前記コア領域の断面形状が楕円で
あることを特徴とする請求項１記載の単一モード導波路ファイバ。
【請求項４】前記複屈折を与えるために半径方向に向けられた非対称の応
力が前記コア領域に加えられることを特徴とする請求項１記載の単一モード導波
路ファイバ。
【請求項５】前記軸ツイストの前記ピッチが前記導波路に沿う前もって選
ばれた長さの間隔をもって右回りから左回りに変わることを特徴とする請求項１
記載の単一モード導波路ファイバ。
【請求項６】多重化光信号を伝送するための光伝送リンクにおいて：あるビート長及びその長さに沿う軸ツイストを有する第１の円偏光単一モード
光導波路ファイバ；前記軸ツイストの前記ピッチは前記ビート長より短く、前記
ピッチは前記ファイバの長さに沿って右回りかまたは左回りのいずれかである；前記第１の円偏光導波路ファイバに複数の光信号を投射するために前記第１の
円偏光導波路ファイバに光結合された、光信号を生成するための、送信器モジュ
ール；前記複数の光信号のそれぞれは一意の波長を有する；互いに末端と末端で順次光結合された、追加の複数本の円偏光単一モード光導
波路ファイバ；前記追加の複数本の円偏光ファイバの内の１本は前記第１の円偏
光導波路ファイバに光結合される；ここで、前記追加の複数本の円偏光導波路フ
ァイバはそれぞれのビート長及びそれぞれの長さに沿う軸ツイストを有し、前記
追加の複数本のファイバのそれぞれにおいて前記軸ツイストの前記ピッチは前記
ビート長より短く、それぞれの前記ピッチは前記ファイバの長さに沿って右回り
でも左回りでもある；及び前記追加の複数本の円偏光導波路ファイバの連鎖の最後の円偏光導波路ファイ
バに光結合された、前記複数の光信号を受け取るための、受信器モジュール；前
記信号はそれぞれの波長にしたがって分離される；を含むことを特徴とする光伝送リンク。
【請求項７】前記円偏光導波路ファイバの内の２本の間に挿入されて光結
合された少なくとも１台の光増幅器をさらに含むことを特徴とする請求項６記載
の光伝送リンク。
【請求項８】前記円偏光光導波路ファイバの連鎖の全ての対の間に挿入さ
れて光結合された少なくとも１台の光増幅器をさらに含むことを特徴とする請求
項６記載の光伝送リンク。
【請求項９】前記送信器モジュールは、それぞれが直線偏光を有し、Ｎ本
の信号チャネルを与えるための一意の波長を有する、Ｎ個の光源を含む；Ｎ個の入力ポート及び少なくとも１個の出力ポートを有するＷＤＭを含む；前記Ｎ個の光源のそれぞれを前記Ｎ個のＷＤＭ入力ポートのそれぞれの１つに
光結合するためのＮ本の光ファイバを含む；Ｎ/２個の半波長リターダを含む；前記半波長リターダのそれぞれの１つは、
隣接する導波路チャネルが互いに直交する直線偏光を有するように前記Ｎ本の信
号チャネルの１本おきに配置されて直列に光結合される；及び前記それぞれのチャネルの前記信号の前記直線偏光を円偏光に変えるための、
前記少なくとも１個のＷＤＭ出力ポートから前記光伝送リンクの前記第１の円偏
光導波路ファイバへの４分の１波長板を介した光結合を含む；ことを特徴とする請求項６記載の光伝送リンク。
【請求項１０】前記送信器モジュールはそれぞれが一意の波長を有するＮ
個の光源を含む；及び：Ｎ個の入力ポート及び少なくとも１個の出力ポートを有するＷＤＭ；前記Ｎ個の光源のそれぞれを前記Ｎ個のＷＤＭ入力ポートのそれぞれの１つに
光結合するためのＮ本の光ファイバ；及びそれぞれが前記Ｎ本の光ファイバのそれぞれの１本と直列に配置されて光結合
されたＮ個の４分の１波長リターダ；を含み：隣接する信号波長チャネルの前記４分の１波長リターダの速い軸が互いに直交
する；及び前記少なくとも１個のＷＤＭ出力ポートから前記光伝送リンクの前記第１の円
偏光導波路ファイバへの光結合を含む；ことを特徴とする請求項６記載の光伝送リンク。
【請求項１１】前記受信器モジュールが少なくとも１個の入力ポート及び
Ｎ個の出力ポートを有するＷＤＭデマルチプレクサを含む；前記少なくとも１個
の入力ポートは円偏光ファイバの前記連鎖の最後の円偏光ファイバに光結合され
る；及びそれぞれが第１及び第２の末端を有する第１の組のＮ本の導波路ファイバ；前
記Ｎ本の導波路ファイバのそれぞれの前記第１の末端は前記ＷＤＭデマルチプレ
クサの前記Ｎ個の出力ポートのそれぞれの１つに光結合される；それぞれが前記Ｎ個の信号波長のそれぞれの１つを通過させる、前記Ｎ本の導
波路ファイバのそれぞれの１本に光結合されたＮ個のフィルタ；前記Ｎ個の信号のそれぞれの１つを受け取るためのＮ台の受信器；及び前記Ｎ個のフィルタのそれぞれの１つと前記Ｎ台の受信器のそれぞれの１つと
の間に光結合された第２の組のＮ本の導波路ファイバ；を含むことを特徴とする請求項６記載の光伝送リンク。
【請求項１２】前記受信器モジュールの前記受信器が偏光感応型であり、
前記受信器モジュールが：前記編偏光信号を直線偏光信号に変えるための、前記ＷＤＭデマルチプレクサ
の前記少なくとも１個の入力ポートと円偏光ファイバの前記連鎖の最後の円偏光
ファイバとの間に直列に配置されて光結合された４分の１波長リターダ；及び隣接する波長チャネルの前記信号の前記直線偏光が互いに直交するように、そ
れぞれの１つが前記第２の組のＮ本のファイバの１本おきのそれぞれの１本に直
列に配置されて光結合されたＮ/２個の半波長リターダ；をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の光伝送リンク。
【請求項１３】前記受信器モジュールの前記受信器が偏光感応型であり、
前記受信器モジュールが：それぞれの１つが前記第２の組のＮ本のファイバのそれぞれの１本に直列に配
置されて光結合されたＮ個の４分の１波長リターダ；隣接する波長チャネルの前
記４分の１波長リターダの速い軸の向きは、前記隣接するチャネルの前記信号が
互いに逆方向の円偏光となるような向きである；をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の光伝送路。
【請求項１４】請求項６記載の伝送リンクに用いるための光スイッチにお
いて：前記伝送リンクを伝搬する１つ以上の光信号のそれぞれの位相をシフトするた
めの、前記伝送リンクの円偏光導波路ファイバに光結合された１つ以上の光位相
シフト回路；を含み：相互位相変調により前記光信号の前記位相を変えるために制御信号が用いられ
る；及び前記相互位相変調がある長さの円偏光導波路ファイバでおこる；ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項１５】前記位相シフト回路が、前記相互位相変調がおこる前記前
記円偏光導波路ファイバ長内の前記制御信号及び前記光信号の伝搬に先だって前
記制御信号及び前記光信号に円偏光を付与するための手段をさらに含むことを特
徴とする請求項１４記載の光スイッチ。
【請求項１６】前記位相シフト回路が、前記光信号は通過させ、前記制御
信号は反射するかまたは吸収するための手段をさらに含むことを特徴とする請求
項１４記載の光スイッチ。
【請求項１７】前記位相シフト回路が非線形光ループミラーを含み、前記
非線形光ループミラーの少なくとも一部に前記相互位相変調をおこさせるための
円偏光ファイバを有することを特徴とする請求項１５または１６記載の光スイッ
チ。
【請求項１８】第１の偏光感応型ＷＤＭ結合器が前記非線形光ループミラ
ーに前記制御パルスを挿入するために用いられ、第２の偏光感応型ＷＤＭ結合器
が前記非線形光ループミラーから前記制御パルスを抜き取るために用いられるこ
とを特徴とする請求項１７記載の光スイッチ。
【請求項１９】前記位相シフト回路が：前記制御パルスを伝搬し、前記制御パルスの偏光状態を制御するための制御パ
ルスリンク；前記信号パルスを前記制御パルスリンクに結合するための偏光感応型結合器；ある相互作用長をもつ円偏光導波路ファイバ；前記相互作用長にかけて前記相
互位相変調がおこる；及び前記信号パルスは通過させ、前記制御パルスは反射するための、前記相互作用
長をもつ前記円偏光ファイバの末端に光結合された偏光感応型フィルタ；を含むことを特徴とする請求項１５または１６記載の光スイッチ。
【請求項２０】前記光信号の前記円偏光導波路ファイバにおける前記偏光
状態が前記制御信号の前記円偏光導波路ファイバにおける前記偏光状態に対して
特定の関係にはないことを特徴とする請求項１４記載の光スイッチ。