JP2003043417A - Variable difference time delay line and primary polarization dispersion correcting device - Google Patents

Variable difference time delay line and primary polarization dispersion correcting device

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JP2003043417A
JP2003043417A JP2001231666A JP2001231666A JP2003043417A JP 2003043417 A JP2003043417 A JP 2003043417A JP 2001231666 A JP2001231666 A JP 2001231666A JP 2001231666 A JP2001231666 A JP 2001231666A JP 2003043417 A JP2003043417 A JP 2003043417A
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Japan
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time delay
delay line
crystal
light
axis
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Application number
JP2001231666A
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Japanese (ja)
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Shiro Shichijo
司朗 七条
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Mitsui Chemicals Inc
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Mitsui Chemicals Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable difference time delay line and a primary polarization dispersion correcting device which can be realized with a fewer number of parts and one double refractive crystal without generating a bias group velocity difference due to insertion of the double refractive crystal, is simple in optical axis adjustment and excellent in productivity. SOLUTION: This variable difference time delay line is provided with the double refractive crystal comprising a biaxial optical monocrystal, and is characterized in that the normal light and abnormal light in the directions of optical axes of the double refractive crystal are made to propagate and the difference time delay of the two polarization directions is corrected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送システムに
おける偏波モード分散に起因する群遅延時間差を補正す
るための可変差分時間遅延ラインおよびこれを用いた1
次偏波分散補正装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable differential time delay line for correcting a group delay time difference due to polarization mode dispersion in an optical transmission system, and a variable differential time delay line using the same.
The present invention relates to a secondary polarization dispersion correction device.

【0002】[0002]

【従来の技術】伝送用光ファイバは構造が完全に真円で
はないために10-7〜10-5程度の複屈折が生じる。こ
の複屈折により直交する2つの偏波状態の縮退がとけ、
偏波ごとに群速度が異なる偏波モード分散(Polarizati
on Mode Dispersion:PMD)が生じる。この群速度の
差は非常に小さいが高速変調もしくは長距離伝送では特
性に悪影響を及ぼす事が知られている。
2. Description of the Related Art Since the structure of an optical fiber for transmission is not perfectly round, birefringence of about 10 -7 to 10 -5 occurs. Due to this birefringence, degeneration of two polarization states orthogonal to each other is solved,
Polarization mode dispersion with different group velocity for each polarization (Polarizati
on Mode Dispersion (PMD) occurs. Although this difference in group velocity is very small, it is known that the characteristics are adversely affected by high speed modulation or long distance transmission.

【0003】各光周波数において出力直交偏光状態の光
周波数依存性が最小となるような直交偏光状態が存在
し、この状態はPSP(Principal State of Polarizati
on) と呼ばれている。
At each optical frequency, there exists an orthogonal polarization state in which the optical frequency dependence of the output orthogonal polarization state is minimized. This state is the PSP (Principal State of Polarizati).
on).

【0004】1次のPMDは、厳密には出力PSP間の
差分時間遅延(DGD:DifferentialGroup Delay)で定義
されるが、PSPは温度変化などの外乱によって変化す
るため、PMD値は時間とともに変化する。また、PS
Pに周波数依存性が存在する場合は高次(たとえば2
次)のPMDが生じることが知られている。
Strictly speaking, the first-order PMD is defined by the differential time delay (DGD: Differential Group Delay) between the output PSPs, but the PSP changes due to disturbance such as temperature change, so the PMD value changes with time. . Also, PS
If P has frequency dependence, it has a higher order (for example, 2
The following PMD is known to occur.

【0005】光信号の異なる偏波成分間に生じる大幅な
時間遅延は、受光した時に大きな光パルスの広がりをも
たらす。これは伝送波長チャンネルあたり10 Gbs以上
のビット速度で伝送させるシステムにおいて特に顕著に
なる。たとえば約20psの群遅延差によるパルスの広
がりは、受信電気信号のアイダイヤグラムにおいて0.
5dB程度の閉じを引き起こしビットエラーレート(PER)
の低下をもたらす。高速長距離伝送にはこうした1次の
PMD補償技術の開発が急務である。
The large time delay that occurs between the different polarization components of the optical signal results in a large optical pulse spread when received. This is particularly noticeable in a system that transmits at a bit rate of 10 Gbs or more per transmission wavelength channel. For example, the spread of the pulse due to the group delay difference of about 20 ps is 0.
Bit error rate (PER) that causes closure of about 5 dB
Bring about a decline. The development of such first-order PMD compensation technology is an urgent task for high-speed long-distance transmission.

【0006】光ファイバのPMDによる信号障害を処理
する方法として、PMDにより生じる信号歪の電気的等
化法(文献:IEEE. Photonics Technology Lett. vol.
2,No.8,519,1990)と、受信電気信号における差分時間
遅延の電気的等化法(IEEE. Photonics Technology Let
t.,Vol.9,No1.,121,1997)がある。こうした電気的な等
化機構は、比較的わずかな差分時間遅延DGDを補正でき
るに過ぎない。またこれらの機構は高価な高速回路装置
が必要となる。
As a method of processing a signal failure due to PMD of an optical fiber, an electrical equalization method of signal distortion caused by PMD (reference: IEEE. Photonics Technology Lett. Vol.
2, No. 8, 519, 1990) and an electrical equalization method of the differential time delay in the received electric signal (IEEE. Photonics Technology Let
t., Vol.9, No1., 121, 1997). Such an electrical equalization mechanism can only compensate for the relatively small differential time delay DGD. Also, these mechanisms require expensive high-speed circuit devices.

【0007】一方、光学的に群遅延差を補正する方法も
考えられている。偏波依存性ファイバ(PMF)に入射し温
度依存性を利用して補正する方法も有るが、デバイス長
が大きくなる応答性も遅いといった欠点も有る。
On the other hand, a method of optically correcting the group delay difference has been considered. There is also a method of making incident on a polarization dependent fiber (PMF) and correcting it by utilizing temperature dependence, but it also has a drawback that the device length becomes large and the response is slow.

【0008】また、チャープドファイバブラッググレー
テイング(C-FBG:ChirpedFiber Grating)を用いた方
法がある(S.Lee etal., OFC TuS3-1 p272,2000)。C-FBG
のデメリットとして群遅延特性が波長により波打つ現象
(群遅延リップル)が大きいことが挙げられる。高速に
なるとこのリップルが問題となる。コンパクトで、群遅
延リップルが無く、機械的摺動部が無い偏波モード分散
補償用、可変差分時間遅延ラインが求められている。
There is also a method using chirped fiber Bragg grating (C-FBG: Chirped Fiber Grating) (S. Lee et al., OFC TuS3-1 p272, 2000). C-FBG
One of the disadvantages is that the group delay characteristic has a large wavy phenomenon (group delay ripple) depending on the wavelength. This ripple becomes a problem at higher speeds. There is a need for a variable differential time delay line for polarization mode dispersion compensation that is compact, has no group delay ripple, and has no mechanical sliding parts.

【0009】また、LiNbO3 光導波路を用いてモノ
リシックに集積化されたPMD補正器も報告されている
(R.Noe etal. Electron Lett.,Vol.35, No.8,652,199
9)。これらは集積化、高速応答性などの利点があるが、
数百箇所の制御部分があり構成が複雑であること、偏波
依存性損失(Polarization Dependent Loss :PDL)が大
きいなどの問題がある。
A PMD corrector monolithically integrated using a LiNbO 3 optical waveguide has also been reported.
(R.Noe et al. Electron Lett., Vol.35, No.8,652,199
9). These have advantages such as integration and high-speed response,
There are several problems such as complicated control structure with hundreds of control points and large polarization dependent loss (PDL).

【0010】信号光を2つの直交した変光成分に分離
し、そのうちの一方の変光成分の光のみ行路長を変えて
差分時間遅延を補正する方法が知られている(特開平1
1−196046)。
A method is known in which the signal light is separated into two orthogonal variable components, and only one of the variable components has a different path length to correct the differential time delay (Japanese Patent Laid-Open No. HEI-1).
1-196046).

【0011】図8は、その構成を示したもので、光ファ
イバ120を伝送してきた光は偏波モード分散補正装置
150に入り、補正された光は受信機190により電気
信号に変換される。偏波モード分散補正装置125は、
自動偏波コントローラ130と可変差分時間遅延ライン
150、光タップ185、歪み分析装置170からな
る。
FIG. 8 shows the configuration thereof. The light transmitted through the optical fiber 120 enters the polarization mode dispersion compensator 150, and the compensated light is converted into an electric signal by the receiver 190. The polarization mode dispersion compensator 125
The automatic polarization controller 130, the variable differential time delay line 150, the optical tap 185, and the distortion analyzer 170 are included.

【0012】偏波編成器130でPSPの2つの偏光方
向を可変差分時間遅延ライン150の偏光主軸と一致す
るように調整する。このように、偏波変声期の出力信号
をファイバの2つのPSPに対する2つの直交偏波状態
に分離し、各遅延ライン150を用い可変量τcだけそ
の2つの偏波状態を遅延させることにより光ファイバで
発生した時間遅延差を補正する。
The polarization composer 130 adjusts the two polarization directions of the PSP so that they coincide with the main polarization axes of the variable differential time delay line 150. In this way, the output signal in the polarization changing period is separated into two orthogonal polarization states for the two PSPs of the fiber, and each delay line 150 is used to delay the two polarization states by a variable amount τc. Correct the time delay difference generated in.

【0013】また、光ファイバのPSPは、時間により
変動するためPSPの変動に合わせてこれらを自動的に
補正する必要がある。このため光タップ185で一部の
光をモニタして、歪み分析装置170に結合される。歪
み分析装置170は、光電流の歪みを測定し、歪みに比
例する電圧Vfに変換した電気出力を発生させる。
Further, since the PSP of the optical fiber fluctuates with time, it is necessary to automatically correct these in accordance with the fluctuation of the PSP. Therefore, a part of the light is monitored by the optical tap 185 and is coupled to the strain analyzer 170. The strain analyzer 170 measures the strain of the photocurrent and generates an electric output converted into a voltage Vf proportional to the strain.

【0014】光ファイバ120と補償装置125の遅延
時間差をそれぞれτf,τcとすると、トータルの遅延
時間差は、次式(1)のように表せる。 τtotal = r・(τf^2 + τc^2 + 2τf・τc・Cos(2θ))1/2 …(1) ここで、2θは光ファイバ120のPSPと偏波コント
ローラ130によて直接制御される補償装置125のP
SPとに対する、いわゆるストークスベクトル間の角度
である。
When the delay time difference between the optical fiber 120 and the compensator 125 is τf and τc, respectively, the total delay time difference can be expressed by the following equation (1). τtotal = r · (τf ^ 2 + τc ^ 2 + 2τf · τc · Cos (2θ)) 1/2 (1) where 2θ is directly controlled by the PSP of the optical fiber 120 and the polarization controller 130. P of compensation device 125
It is the angle between the so-called Stokes vectors with respect to SP.

【0015】角度2θが±πの数値にあわせて調整され
る時、いわゆるファイバ120のいわゆる高速PSPと
低速PSPが、それぞれ補償器125のいわゆる高速P
SPと低速PSPに一致するようなとき、差分時間遅延
合計τtotal が|τf―τc|のとき最小であることが明
らかである。
When the angle 2θ is adjusted to a numerical value of ± π, the so-called high-speed PSP of the so-called fiber 120 and the so-called high-speed PSP of the so-called fiber 120 are respectively called the high-speed PSP of the compensator 125.
It is clear that the difference time delay sum τtotal is the smallest when │τf-τc│ when it matches SP and the low speed PSP.

【0016】こうして角度θは電圧Vfが相対最大値に
なるようフィードバック経路171を介して偏波コント
ローラ130を調整する。
Thus, the angle θ adjusts the polarization controller 130 via the feedback path 171 so that the voltage Vf has a relative maximum value.

【0017】同様に、偏波モード分散補償装置125に
おける差分時間遅延τcはτfにほぼ等しくなりそれによ
り、τtotalがゼロに成るようにフィードバック電圧V
fの値に応じて調整することができる。こうして偏波コ
ントローラ130と可変差分時間遅延ライン150とに
よって生成される差分差分時間遅延の方向と量が前記の
方法で調整されれば、PMD補償装置125が出力する
光信号の歪レベルは最小となる。
Similarly, the differential time delay τc in the polarization mode dispersion compensator 125 becomes approximately equal to τf, so that the feedback voltage V becomes zero so that τtotal becomes zero.
It can be adjusted according to the value of f. Thus, if the direction and amount of the differential difference time delay generated by the polarization controller 130 and the variable difference time delay line 150 are adjusted by the above method, the distortion level of the optical signal output by the PMD compensator 125 will be the minimum. Become.

【0018】この特開平11−196046で使用され
る可変差分時間遅延ライン150は、偏光ビームスプリ
ッタを用い、信号光を2つの偏光に空間的に分離、さら
に最終的に合波する必要があり光軸調整等が煩雑であ
る。また、光路長を機械的に変えるため、機械的摺動部
が存在し、高速性や信頼性に問題があり、機械的摺動部
の無い可変差分時間遅延差補正器の開発が望まれてい
る。
The variable differential time delay line 150 used in this Japanese Patent Laid-Open No. 11-196046 uses a polarization beam splitter to spatially separate the signal light into two polarizations and finally to combine them. Axis adjustment is complicated. Further, since the optical path length is mechanically changed, there is a mechanical sliding portion, and there is a problem in high speed and reliability. Therefore, development of a variable differential time delay difference compensator without a mechanical sliding portion is desired. There is.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は複屈折
結晶の挿入によるバイアス群速度差を発生することな
く、より少ない部品点数、一つの複屈折結晶で実現で
き、光軸調整も簡単で生産性に富んだ、可変差分時間遅
延ラインおよび1次偏波分散補正装置を提供することで
ある。
The object of the present invention can be realized with a smaller number of parts and a single birefringent crystal without generating a bias group velocity difference due to the insertion of a birefringent crystal, and the optical axis can be easily adjusted. It is an object of the present invention to provide a highly variable variable differential time delay line and a first-order polarization dispersion compensator.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、2軸性光学単
結晶からなる複屈折結晶を具備し、前記複屈折結晶の光
軸方向の常光、異常光として伝播させ2つの偏光方向の
差分時間遅延を補正することを特徴とする可変差分時間
遅延ラインである。
The present invention comprises a birefringent crystal composed of a biaxial optical single crystal, and propagates the birefringent crystal as an ordinary ray and an extraordinary ray in the optical axis direction. It is a variable differential time delay line characterized by correcting time delay.

【0021】前記複屈折結晶の3軸方向偏光の屈折率を
(na、nb、nc)としてnc<na<nbなる関係の時、b
軸、c軸を含む面内で常光と異常光に対する群速度が一
致する角度θに伝播させることが好ましい。
When the birefringent crystal has a relationship of nc <na <nb where the refractive index of the three-axis polarized light is (na, nb, nc), b
It is preferable to propagate the light at an angle θ at which the group velocities of the ordinary ray and the extraordinary ray match in a plane including the axis and the c-axis.

【0022】さらに前記複屈折結晶の温度を制御する温
度制御手段を備え、温度制御によって差分時間遅延を調
整することが好ましい。ここで結晶端面で光を1回もし
くは複数回反射させる光反射手段を備え、光反射の繰り
返しにより実効的光路長を長くすることが好ましい。
Further, it is preferable that a temperature control means for controlling the temperature of the birefringent crystal is provided, and the differential time delay is adjusted by temperature control. Here, it is preferable to provide a light reflecting means for reflecting the light once or a plurality of times on the crystal end face, and increase the effective optical path length by repeating the light reflection.

【0023】複屈折を有する光学単結晶は、ネオブ酸カ
リウムで形成されることが好ましい。また本発明は、こ
れら可変差分時間遅延ラインと光ファイバを通過する光
の偏光方向を制御するための偏波コントローラ部と、光
パルスの歪を分析するための歪分析装置部とを備えたこ
とを特徴とする1次偏波分散補正装置である。
The optical single crystal having birefringence is preferably formed of potassium neobate. Further, the present invention includes a polarization controller unit for controlling the polarization direction of the light passing through the variable differential time delay line and the optical fiber, and a distortion analyzer unit for analyzing the distortion of the optical pulse. Is a first-order polarization dispersion compensator.

【0024】複屈折結晶の結晶軸方向偏光の屈折率の温
度依存性を利用したものである。第一の複屈折結晶を配
置し、基本的に結晶長Lに比例した群速度差バイアスが
発生する。このため全く同じ長さLの第二の結晶を結晶
軸を直交させて配置しこのバイアス分を相殺する必要が
あった。こうした配置により稼動部がなく、温度だけで
連続的に群速度差を補正することが可能となった。
This utilizes the temperature dependence of the refractive index of the crystal axis direction polarized light of the birefringent crystal. By disposing the first birefringent crystal, a group velocity difference bias that is basically proportional to the crystal length L is generated. Therefore, it was necessary to arrange a second crystal of exactly the same length L with their crystal axes orthogonal to each other to offset this bias component. With this arrangement, there is no moving part, and it becomes possible to continuously correct the group velocity difference only by the temperature.

【0025】本発明に従えば、可変差分時間遅延ライン
としてひとつの結晶の複屈折性を利用する。以下、本発
明の原理について説明する。
According to the invention, the birefringence of one crystal is utilized as the variable differential time delay line. The principle of the present invention will be described below.

【0026】まず、群速度vgに関して、屈折率が分散性
を持つ均一媒質中の平面波を考えると、長さLの媒質中
を伝播する伝播時間τ(λ)は、次式(2)で表され
る。ここで、ωは光の角周波数である。 τ(λ)=L / vg …(2) 群速度vg、分散(dβ/dλ)は、次式(3)(4)で表さ
れる。ここで、βは伝搬定数、kは波数、nは屈折率、
λは波長である。 vg = 1 / (dβ/dλ) …(3) dβ/dk = d( kn)/dk = n ― λ・(dn/dλ) …(4) これらの式(2)〜(4)より、伝播時間τ(λ)は次
式(5)で表される。ここで、cは光速である。 τ(λ) = L・(dβ/dω) = L・(dβ/dk)・(dk/dλ) =(L/c)・(n ― λ・(dn/dλ)) …(5) 2軸性複屈折結晶は3つの結晶軸方向(a軸,b軸,c軸)で
異なる屈折率(na,nb,nc)を示すため、偏光方向により
3つの伝搬時間が定義できる。この際nc<na<nbとする
と、c軸とb軸のなす面内での伝播方向の異常光屈折率
neが、a軸偏光の屈折率naと一致する伝播軸が存在す
る。通常位相速度に対する常光、異常光の屈折率が一致
する方向を光学軸と呼んでいる。 ne(λ)=nb(λ) nc(λ)/√(nb(λ)2 Sin2[θ]+ nc(λ)2 Cos2[θ]) ・・ (6) τe(λ)=(L/c)・(ne― λ・(dne/dλ)) ・・(7) τo(λ)= τa(λ) =(L/c)・(na ― λ・(dna/dλ)) ・・(8) 通常、2つの偏光の遅延時間差は(7)式と(8)式の
差である τe(λ) ―τa (λ)=(L/c)・(ne−na)−λ・(L/c)・(d ne /dλ―d na /dλ) ・・(9) 複屈折結晶の挿入による新たな遅延時間差の増大を生じ
ないためには(9)式は基本的に0となることが望まし
い。式(9)の右辺第1項は特に大きな値となり大きな
バイアス値を生じる。この大きなバイアス値を相殺する
ため同じ結晶長の第二の複屈折結晶を軸方向を90°変
えて挿入する必要があった。しかしながら二軸性光学結
晶の場合、伝播方向を適切に選ぶことによりこの(9)
式で表されるバイアスの遅延時間差が発生しないように
せしめることが可能である。以下にこれを説明する。図
1に二軸性結晶の屈折率楕円体を示す。例としてここで
は屈折率の大きさはnc<na<nbと仮定する。c軸とb軸
を含む面での屈折率楕円体の断面を図2に示す。直交す
るa軸方向の屈折率は伝播軸方向に依存せず図2中の5
の円となり常光となる。最大の屈折率nb(c軸伝播、
b軸偏光)と最小の屈折率nc(b軸伝播、c軸偏光)
との間には中間のnaと一致する伝播軸方向6が存在す
る。通常連続光を考えた場合、常光、異常光の位相速度
が一致する方位を光学軸6と呼んでいる。高速のパルス
でのパルス遅延時間を考える場合、位相速度でなく群速
度で考える必要があるが、連続光の場合と同様に、異常
光の群速度伝播時間τe(λ)と常光の群速度伝播時間τo
(λ)が一致する角度θ方向に伝播させた場合、結晶長に
かかわらず2つの偏波は同じ群速度で伝播することがで
きる。実際に(7)式からτe(λ)を算出するためにne
(λ)とne(λ)を波長λで微分したdne(λ)/dλを求め
る必要がある。
First, regarding the group velocity vg, considering a plane wave in a uniform medium having a dispersive refractive index, the propagation time τ (λ) propagating in a medium of length L is expressed by the following equation (2). To be done. Here, ω is the angular frequency of light. τ (λ) = L / vg (2) Group velocity vg and dispersion (dβ / dλ) are expressed by the following equations (3) and (4). Where β is the propagation constant, k is the wave number, n is the refractive index,
λ is the wavelength. vg = 1 / (dβ / dλ) (3) dβ / dk = d (kn) / dk = n-λ · (dn / dλ) (4) From these equations (2) to (4), The time τ (λ) is expressed by the following equation (5). Here, c is the speed of light. τ (λ) = L ・ (dβ / dω) = L ・ (dβ / dk) ・ (dk / dλ) = (L / c) ・ (n ― λ ・ (dn / dλ))… (5) 2 axes Since the birefringent crystal exhibits different refractive indices (na, nb, nc) in the three crystal axis directions (a axis, b axis, c axis), three propagation times can be defined by the polarization direction. At this time, if nc <na <nb, the extraordinary refractive index in the propagation direction in the plane formed by the c-axis and the b-axis
There is a propagation axis where ne matches the refractive index na of a-axis polarized light. The direction in which the ordinary and extraordinary rays have the same refractive index with respect to the normal phase velocity is called the optical axis. n e (λ) = n b (λ) n c (λ) / √ (n b (λ) 2 Sin 2 [θ] + nc (λ) 2 Cos 2 [θ]) ・ ・ (6) τe (λ) = (L / c) ・ (ne― λ ・ (dne / dλ)) ・ ・ (7) τo (λ) = τa (λ) = (L / c) ・ (na ― λ ・ (dna / dλ))・ ・ (8) Normally, the difference in delay time between the two polarizations is the difference between equations (7) and (8) τe (λ) -τa (λ) = (L / c) ・ (ne-na) -λ・ (L / c) ・ (d ne / dλ-d na / dλ) ・ ・ (9) In order to prevent the increase of the new delay time due to the insertion of the birefringent crystal, the formula (9) is basically 0. Is desirable. The first term on the right side of the equation (9) has a particularly large value, which causes a large bias value. In order to cancel this large bias value, it was necessary to insert a second birefringent crystal having the same crystal length by changing the axial direction by 90 °. However, in the case of a biaxial optical crystal, this (9)
It is possible to prevent the delay time difference of the bias expressed by the equation from occurring. This will be explained below. FIG. 1 shows an index ellipsoid of a biaxial crystal. As an example, it is assumed here that the magnitude of the refractive index is nc <na <nb. FIG. 2 shows a cross section of the index ellipsoid in a plane including the c-axis and the b-axis. The refractive index in the orthogonal a-axis direction does not depend on the propagation axis direction and is 5 in FIG.
It becomes a circle and becomes an ordinary light. Maximum refractive index nb (c-axis propagation,
b-axis polarization) and minimum refractive index nc (b-axis propagation, c-axis polarization)
A propagation axis direction 6 that coincides with the intermediate na exists between and. When considering normal continuous light, the azimuth in which the phase velocities of ordinary light and extraordinary light match is called the optical axis 6. When considering the pulse delay time for a high-speed pulse, it is necessary to consider the group velocity instead of the phase velocity. Time τo
When propagating in the angle θ direction where (λ) coincides, the two polarized waves can propagate at the same group velocity regardless of the crystal length. In order to actually calculate τe (λ) from equation (7), ne
It is necessary to obtain dne (λ) / dλ by differentiating (λ) and ne (λ) by the wavelength λ.

【0027】[0027]

【数1】 [Equation 1]

【0028】・・(10) (10)式を(9)に代入して算出することができる。
ここで nb'[λ]=d nb[λ]/ dλ nc'[λ]=d nc[λ]/ dλ ・・(11) であり屈折率nb、ncの波長分散より計算できる。
.. (10) Equation (10) can be calculated by substituting it into (9).
Here, nb '[λ] = d nb [λ] / dλ nc' [λ] = d nc [λ] / dλ ··· (11), which can be calculated from the wavelength dispersion of the refractive indices nb and nc.

【0029】伝搬時間の温度変化率は、まずa軸偏光方
向に関して、次のように表される。 Δτa(λ) /ΔT = (na −λ・(dna/dλ)・(1/c) ΔL/ΔT + (L/c)・(δna/δT −λ・δ(dna/dλ)/ δT ) =(na−λ・(dna/dλ))(L/c)α + (L/c)(δna/δT−λ・δ(dna/dλ)/δT) ・・(13) ここで、αは線膨張係数で、通常10-7程度で、屈折率
温度変化率δna/δTより2桁以上小さいので(12)式
の第一項を省略すると次のようになる。 Δτa(λ)/ΔT = (L/c)(δna /δT−λδ(dna /dλ)/ δT) ・・(13) 異常光偏光についても同様に、伝搬時間の温度変化率を
算出できる。 Δτe(λ)/ΔT = (L/c)(δne/δT−λδ(dne /dλ)/ δT) ・・(14) 温度をΔT変えた時のa偏光成分と異常光偏光成分の伝播
時間差Δτa−Δτeは、次のようになる。 Δτa−Δτe = (L/c)[(δna/δT ―δne/δT) ―Δ(δ(dna /dλ)/ δT−(dne /dλ)/ΔT)]・ΔT (15) 一方、KNbO3 結晶の屈折率温度係数は10-5のオー
ダーで比較的大きな温度係数を有するだけなく、驚くべ
き事にb軸方向の屈折率温度係数はマイナスの符号を有
するまれな結晶である(δna/δT〜0.2x10-4、
δnb/δT〜−0.35x10-4、δnc/δT〜0.5
5x10-4)。従って、温度変化により2つの偏光方向
での群遅延時間差は大きくなる特徴が有る。
The temperature change rate of the propagation time is expressed as follows with respect to the a-axis polarization direction. Δτa (λ) / ΔT = (na −λ ・ (dna / dλ) ・ (1 / c) ΔL / ΔT + (L / c) ・ (δna / δT −λ ・ δ (dna / dλ) / δT) = (na−λ ・ (dna / dλ)) (L / c) α + (L / c) (δna / δT−λ ・ δ (dna / dλ) / δT) ・ ・ (13) where α is a line The coefficient of expansion is usually about 10 -7, which is smaller than the refractive index temperature change rate δna / δT by two digits or more, so the first term of the equation (12) can be omitted as follows: Δτa (λ) / ΔT = ( L / c) (δna / δT−λδ (dna / dλ) / δT) ··· (13) For extraordinary light polarization, the temperature change rate of the propagation time can be calculated in the same manner: Δτe (λ) / ΔT = (L / c) (δne / δT−λδ (dne / dλ) / δT) (14) The propagation time difference Δτa−Δτe between the a-polarization component and the extraordinary light polarization component when the temperature is changed by ΔT is as follows. Δτa-Δτe = (L / c) [(δna / δT-δne / δT) -Δ (δ (dna / dλ) / δT- (dne / dλ) / ΔT)] ・ ΔT (15) On the other hand, KNbO 3 refractive index temperature coefficient of the crystal is not only has a relatively large temperature coefficient at 10 -5 order of Refractive index temperature coefficient of the b-axis direction surprisingly is a rare crystal having a negative sign (δna / δT~0.2x10-4,
δnb / δT to -0.35x10 -4 , δnc / δT to 0.5
5x10 -4 ). Therefore, there is a feature that the group delay time difference between the two polarization directions becomes large due to the temperature change.

【0030】ここでネオブ酸カリウム(KN:KNbO
3 )結晶の屈折率分散は(例えば:Zysset et.al. J.Op
tical Soc.Am.B, vol9, No3, 380(1992))なとに詳しく
記載されている。
Here, potassium neobate (KN: KNbO)
3 ) The refractive index dispersion of the crystal is (eg: Zysset et.al. J.Op
tical Soc.Am.B, vol9, No3, 380 (1992)).

【0031】これらの屈折率の波長依存性、温度依存性
係数を利用して、複屈折結晶を挿入することにより生じ
る新たな遅延時間差(9)が0となる伝播方位(c軸と
b軸の間の角度θ)を波長λ=1.55μm似対して求
めるとθ=31.0°となる事がわかった。これは位相
速度が一致する条件θ=28.8°(光軸、図2中の
6)に対して1度以上ずれていることがわかった。(図
2中の7)したがって図3に示すようにc軸からθ=3
1.0°方向が長さL方向の軸となるように、幅方向がa
軸方向に一致するように結晶を直方体に切り出す。図中
には示していない偏波コントローラによりPSPの主軸がa
軸、a軸と垂直方向に一致するように結晶に入射する。A
軸と垂直方向の偏光が異常光、a軸方向の変更が常光と
なって結晶10中を伝播する。結晶10は常光と異常光
の群速度が一致する軸と一致しているため結晶10を通
過することによる(9)式で表されるバイアスの遅延時
間差は生じない。ここで結晶に温度制御素子70により
温度を加えると(15)式で表せる量だけ遅延時間をコ
ントロールすることができる。
Utilizing the wavelength dependence and temperature dependence coefficients of these refractive indexes, the propagation azimuth (c-axis and b-axis of the c-axis and b-axis) at which the new delay time difference (9) caused by inserting the birefringent crystal becomes 0 is obtained. It was found that θ = 31.0 ° was obtained by calculating the angle θ) between the wavelengths λ = 1.55 μm. It was found that this is shifted by 1 degree or more with respect to the condition θ = 28.8 ° (optical axis, 6 in FIG. 2) that the phase velocities match. (7 in FIG. 2) Therefore, as shown in FIG. 3, θ = 3 from the c-axis.
The width direction is a so that the 1.0 ° direction is the axis of the length L direction.
The crystal is cut into a rectangular parallelepiped so as to coincide with the axial direction. The main axis of the PSP is a due to the polarization controller not shown in the figure.
It is incident on the crystal so that it is perpendicular to the axis and the a axis. A
The polarized light in the direction perpendicular to the axis becomes extraordinary light, and the change in the a-axis direction becomes ordinary light, and propagates in the crystal 10. Since the crystal 10 coincides with the axis where the group velocities of the ordinary ray and the extraordinary ray coincide with each other, the delay time difference of the bias represented by the equation (9) due to the passage through the crystal 10 does not occur. Here, when the temperature is applied to the crystal by the temperature control element 70, the delay time can be controlled by an amount represented by the equation (15).

【0032】次にθ=31.0度方位に伝播させた場合
λ=1.55μmでの、異常光と、常光(a軸偏光)の
間の伝播遅延時間の差τe−τaの温度依存性を式(1
5)から計算した結果を図4に示す。ここで結晶長L=
20cmである。
Next, when propagating in the azimuth of θ = 31.0 degrees, the temperature dependence of the difference τe−τa in the propagation delay time between the extraordinary light and the ordinary light (a-axis polarized light) at λ = 1.55 μm. The formula (1
The result calculated from 5) is shown in FIG. Where crystal length L =
It is 20 cm.

【0033】KN結晶の温度を室温から180℃まで変
えることにより、0psから4psまで伝播遅延時間の
差τe−τaを変化させることができることがわかった。
It has been found that the propagation delay time difference τe-τa can be changed from 0 ps to 4 ps by changing the temperature of the KN crystal from room temperature to 180 ° C.

【0034】伝送速度のパルス間隔の約10%がDGD補
正として必要であることを考えると40〜100Gbp
sの伝送システムにおいてはこの補正量で光ファイバで
発生する遅延時間差を補正することが可能である。また
結晶伝播軸方位の精度は、θからΔθずれていたとして
も温度範囲でカバーできれば良い。図7にθ=30.0
度とした場合の伝播遅延時間の差τe−τaの温度依存性
を示す。室温での伝播遅延時間の差τe−τaは0でなく
なるが、バイアス温度として100℃加えることにより
0psにすることが可能である。
Considering that about 10% of the pulse interval of the transmission rate is necessary for DGD correction, 40 to 100 Gbp
In the s transmission system, it is possible to correct the delay time difference generated in the optical fiber with this correction amount. Further, the accuracy of the crystal propagation axis direction may be covered in the temperature range even if it is deviated from θ by Δθ. In FIG. 7, θ = 30.0
The temperature dependence of the propagation delay time difference τe−τa is shown. The propagation delay time difference τe−τa at room temperature does not become 0, but can be made 0 ps by adding 100 ° C. as the bias temperature.

【0035】さらにこの補正量を増加させるには結晶長
を長くする方法が考えられるが、現実的には大きなKN
結晶が得られないため、限界がある。これを解決する方
法として結晶中を何回か折り返すことにより、光路長を
長くすることが可能になる。
To increase the correction amount, a method of lengthening the crystal length may be considered, but in reality, a large KN
There is a limit because crystals cannot be obtained. As a method for solving this problem, the optical path length can be increased by folding the crystal several times.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】図5は、本発明の第1形態を示す
構成図である。通常、可変差分時間遅延ラインに光ファ
イバからの信号光を入射する前段で、PSPの方向と可
変差分時間遅延ラインの偏光方向を一致させるため、P
C(Polarization Contorler:偏光制御器)で制御する
必要があるがここでは省略する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 5 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. Normally, in order to match the PSP direction with the polarization direction of the variable differential time delay line before the signal light from the optical fiber is incident on the variable differential time delay line, P
It needs to be controlled by C (Polarization Controller), but it is omitted here.

【0037】ファイバからの光を光サーキュレータ25
の入力ポート20に入射する。サーキュレータ25の出
力ポート21からの出力光をレンズ22によりコリメー
トする。複屈折結晶11として長さ5cmのKNbO3
(Potassium Niobate)のc軸からb軸方向にθ=31°
となる方位が伝播軸となるように切り出し、a軸、a軸と
垂直方向に光ファイバからの(波長1.55μm)出力
光の偏光方向を一致させる。複屈折結晶11の入射面と
反対側面上には波長1.55μmに対して全反射となる
ような光学コーテイングを施して全反射膜50を設けて
ある。
The light from the fiber is passed through the optical circulator 25.
Incident on the input port 20 of. The output light from the output port 21 of the circulator 25 is collimated by the lens 22. 5 cm long KNbO 3 as the birefringent crystal 11
Θ = 31 ° from c axis of (Potassium Niobate) to b axis
Is cut out so that the azimuth becomes the propagation axis, and the polarization direction of the output light from the optical fiber (wavelength 1.55 μm) is made to coincide with the a-axis and the direction perpendicular to the a-axis. An optical coating is provided on the side surface of the birefringent crystal 11 opposite to the incident surface so as to achieve total reflection for a wavelength of 1.55 μm, and a total reflection film 50 is provided.

【0038】全反射膜50により反射された光は、光軸
Qを逆方向に伝播し、再び複屈折結晶中の同一の光路1
0を通って、再度レンズ22によりサーキュレータの出
力ポート21に入射される。光サーキュレータ25の出
力ポート21から入射された光は第3のポート40から
出力される。複屈折結晶11、はペルチエ温度素子70
の上にセットされる。複屈折結晶11を室温から180
℃まで温度変化させることにより遅延時間差は0から2
psまで制御可能になる。
The light reflected by the total reflection film 50 propagates in the opposite direction along the optical axis Q and again has the same optical path 1 in the birefringent crystal.
After passing through 0, the light is again incident on the output port 21 of the circulator by the lens 22. The light incident from the output port 21 of the optical circulator 25 is output from the third port 40. The birefringent crystal 11 is a Peltier temperature element 70.
Set on top of. Birefringent crystal 11 from room temperature to 180
Delay time difference from 0 to 2 by changing the temperature to ℃
It is possible to control up to ps.

【0039】図6は、本発明の第2の実施形態を示す構
成図である。ここでは、応答時間の改善、消費電力の低
減を図るため結晶厚みを薄くし、薄膜ヒータを使用した
例を示す。また、全体構成および結晶配置は実施形態1
と同様であり、図5と比べて温度加熱方法が異なる。重
複を避けるため結晶11について説明する。
FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. Here, an example is shown in which a thin film heater is used to reduce the crystal thickness in order to improve response time and reduce power consumption. The overall structure and crystal arrangement are the same as those in the first embodiment.
5, and the temperature heating method is different from that in FIG. The crystal 11 will be described to avoid duplication.

【0040】長さ5cmのa軸伝播のネオブ酸カリウム
結晶(1mmt×5mm×50mm)を用いて、結晶c軸から
b軸方向にθ=31°となる方位が伝播軸となるように
切り出し、a軸、a軸と垂直方向に光ファイバからの(波
長1.55μm)出力光の偏光方向を一致させる。結晶
0の入射面10aおよび出射面10bの一部には波長
1.55μmに対して全反射となるような薄膜コーティ
ング50が部分的に施されている。光軸に沿って入射面
10aから入射した光は多重反射(図中では4回の全反
射)を繰り返して出射面10bから出射される。
Using an a-axis propagating potassium neobate crystal (1 mmt × 5 mm × 50 mm) having a length of 5 cm, the crystal c-axis was cut out so that the direction of θ = 31 ° in the b-axis was the propagation axis. The polarization direction of the output light from the optical fiber (wavelength 1.55 μm) is made to coincide with the a-axis and the direction perpendicular to the a-axis. Part of the entrance surface 10a and the exit surface 10b of the crystal 0 is partially provided with a thin film coating 50 that causes total reflection at a wavelength of 1.55 μm. The light incident from the incident surface 10a along the optical axis repeats multiple reflections (four total reflections in the figure) and is emitted from the emitting surface 10b.

【0041】結晶10の上面にクロム薄膜ヒータ15を
蒸着等によって形成し、薄膜ヒータ15に通電すること
により温度制御している。結晶の厚みは1mmと薄くす
ることによる熱応答特性の改善を行なうことができる。
図5に示したペルチエ素子の代わりに薄膜ヒータ15を
使用することにより、消費電力の低減を図ることができ
る。
A chromium thin film heater 15 is formed on the upper surface of the crystal 10 by vapor deposition or the like, and the thin film heater 15 is energized to control the temperature. Thermal response characteristics can be improved by reducing the crystal thickness to 1 mm.
By using the thin film heater 15 instead of the Peltier element shown in FIG. 5, power consumption can be reduced.

【0042】以上の説明は一つの複屈折結晶を利用して
遅延時間差を補償する例について説明したが、これらを
さらに直列にして使用することにより差分時間遅延補正
量を増加させることができることはいうまでもない。
In the above description, an example in which one birefringent crystal is used to compensate the delay time difference is explained, but it can be said that the difference time delay correction amount can be increased by further using these in series. There is no end.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、機
械的摺動部が無く、偏光分離、偏光合波器も不要で、一
つの結晶のみで光軸調整が容易でかつ高信頼性、応答性
の良い可変差分時間遅延ラインおよび1次偏波分散補正
装置を実現できる。
As described in detail above, according to the present invention, there is no mechanical sliding portion, neither polarization splitting nor polarization multiplexer is required, and the optical axis adjustment is easy and highly reliable with only one crystal. Thus, it is possible to realize a variable differential time delay line and a first-order polarization dispersion compensator with good response.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】二軸性結晶の屈折率楕円体を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a refractive index ellipsoid of a biaxial crystal.

【図2】二軸性結晶の屈折率楕円体の一断面を示す図。FIG. 2 is a view showing one section of a biaxial crystal index ellipsoid.

【図3】本発明を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating the present invention.

【図4】伝播遅延時間の差τe−τaの温度依存性を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing temperature dependence of a propagation delay time difference τe−τa.

【図5】本発明の一実施形態を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の別の一実施形態を示す図。FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

【図7】伝搬遅延時間差の温度依存性示す図。FIG. 7 is a diagram showing temperature dependence of a propagation delay time difference.

【図8】従来例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 ・・異常光屈折率、 5 ・・常光屈折率 6 ・・光学軸、 7 ・・異常光、常光の群速
度が一致する方向 10,11 ・・複屈折結晶 10a,11a ・・入射面 10b,11b ・・出射面 15 ・・薄膜ヒータ、 20 ・・入力ポー
ト 21 ・・出力ポート、 22 ・・レンズ 25 ・・光サーキュレータ 40 ・・ 第3のポート、 50 ・・反射膜 60,70 ・・温度制御素子
4 ・ ・ Extraordinary light refractive index, 5 ・ ・ Ordinary light refractive index 6 ・ ・ Optical axis, 7 ・ ・ Directions where the group velocities of extraordinary light and ordinary light match 10, 11 ・ ・ Birefringent crystals 10a, 11a ・ ・ Injection surface 10b , 11b ・ ・ Emitting surface 15 ・ ・ Thin film heater, 20 ・ ・ Input port 21 ・ ・ Output port, 22 ・ ・ Lens 25 ・ ・ Optical circulator 40 ・ ・ Third port, 50 ・ ・ Reflective film 60, 70 ・ ・Temperature control element

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2軸性光学単結晶からなる複屈折結晶を具
備し、前記複屈折結晶の光軸方向の常光、異常光として
伝播させ2つの偏光方向の差分時間遅延を補正すること
を特徴とする可変差分時間遅延ライン。
1. A birefringent crystal composed of a biaxial optical single crystal, wherein the birefringent crystal is propagated as ordinary light and extraordinary light in the optical axis direction of the birefringent crystal to correct the difference time delay between two polarization directions. Variable differential time delay line.
【請求項2】前記複屈折結晶の3軸方向偏光の屈折率を
(na、nb、nc)としてnc<na<nbなる関係の時、b
軸、c軸を含む面内で常光と異常光に対する群速度が一
致する角度θに伝播させることを特徴とした請求項1の
可変差分時間遅延ライン。
2. When the birefringent crystal has a relationship of nc <na <nb where the refractive index of polarized light in three axes is (na, nb, nc), b
2. The variable differential time delay line according to claim 1, wherein the variable differential time delay line is propagated at an angle θ at which the group velocities of the ordinary ray and the extraordinary ray coincide with each other in a plane including the axis and the c-axis.
【請求項3】前記複屈折結晶の温度を制御する温度制御
手段を備え、温度制御によって差分時間遅延を調整する
ことを特徴とする請求項1または2記載の可変差分時間
遅延ライン。
3. A variable differential time delay line according to claim 1, further comprising temperature control means for controlling the temperature of said birefringent crystal, wherein the differential time delay is adjusted by temperature control.
【請求項4】 結晶端面で光を1回もしくは複数回反射
させる光反射手段を備え、光反射の繰り返しにより実効
的光路長を長くすることを特徴とする請求項1〜3のい
ずれかに記載の可変差分時間遅延ライン。
4. The light reflecting means for reflecting light once or a plurality of times at the crystal end face, and the effective optical path length is lengthened by repeating light reflection. Variable differential time delay line.
【請求項5】 複屈折を有する光学単結晶は、ネオブ酸
カリウムで形成されることを特徴とする請求項1から4
のいずれかに記載の可変差分時間遅延ライン。
5. The optical single crystal having birefringence is formed of potassium neobate.
A variable differential time delay line according to any one of 1.
【請求項6】 光ファイバを通過する光の偏光方向を制
御するための偏波コントローラ部と、光パルスの歪を分
析するための歪分析装置部と、請求項1から5のいずれ
かに記載の可変差分時間遅延ラインとを備えたことを特
徴とする1次偏波分散補正装置。
6. A polarization controller section for controlling the polarization direction of light passing through an optical fiber, and a distortion analyzer section for analyzing the distortion of an optical pulse, according to any one of claims 1 to 5. And a variable differential time delay line of 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1328623C (en) * 2004-07-28 2007-07-25 哈尔滨工业大学 Controllable laser signal time delay unit

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