JP2003202532A

JP2003202532A - 偏波コントローラ

Info

Publication number: JP2003202532A
Application number: JP2001401029A
Authority: JP
Inventors: Shiro Shichijo; 司朗七条
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構造で生産性が高く、低電圧で駆動可
能な偏波コントローラを提供する。【解決手段】強誘電性基板１２は、光導波路１６と、
該光導波路１６における光の進行方向に沿って複数のド
メイン領域Ｄ１，Ｄ２を配列して成るとともに、隣接す
るドメイン領域Ｄ１，Ｄ２間で分極方向が１８０度反転
しているモード変換部１４とを有する。モード変換部１
４内の光導波路１６に前記進行方向と直交する方向に電
界を印加する一対の平板状電極１７ａ，１７ｂを、強誘
電性基板１２の表面に配置する。偏波コントローラ１１
は、モード変換部１４内の光導波路１６に電界を印加す
ることによって、光導波路１６を通過する光の偏波状態
を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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を補償するための偏波モード分散
補償器（ＰＭＤＣ：Polarization Mode Dispersion Com
pensator）に必要な一部品である偏波コントローラに関
する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信においては、通信量の爆
発的増大に対応するために、１本の光ファイバに多くの
波長の光信号を多重化して伝送させる波長多重通信（Ｗ
ＤＭ）方式が使用されている。さらに、情報量の増大に
対応するために、変調スピードが２．５ＧＨｚから１０
ＧＨｚへと高速化しており、将来的には４０ＧＨｚ、８
０ＧＨｚへとさらなる変調スピードの高速化が進展しよ
うとしている。

【０００３】このような高速変調の光信号を光ファイバ
に入射して伝送させた場合、偏波モード分散（ＰＭＤ：
Polarization Mode Dispersion）が生じることが知られ
ている。通常、伝送用光ファイバは構造（断面形状）が
真円ではないため、１０^-7〜１０^-5程度の複屈折が生じ
る。偏波モード分散とは、伝送用光ファイバに生じる複
屈折によって、直交する２つの偏波状態の縮退がとけ
て、偏波ごとに群速度が異なる現象である。この群速度
の差は非常に小さいが、高速変調（高速通信）もしくは
長距離伝送では、伝送特性に悪影響を及ぼすことが知ら
れている。

【０００４】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 Polarizat
ion）と呼ばれている。この直交偏光状態は、光信号が
伝搬してくる光ファイバの状態、外気温変化、振動等に
よって、刻々と変化する。また、この２つの直交偏光間
では群速度が異なるため、２つのパルス（偏光）の到着
時間に差が生じ、受信信号の波形になまりが生じる。こ
の受信信号の波形なまりは、ビットエラーレート（ＢＥ
Ｒ）の低下をもたらす。

【０００５】１次のＰＭＤは、厳密には出力ＰＳＰにお
ける２つの直交偏光間の差分時間遅延（ＤＧＤ：Differ
ential Group Delay）で定義される。そして、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、ＰＳＰ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。

【０００６】光信号における異なる偏波成分間に生じる
大幅な時間遅延は、光信号を受光したときに大きなパル
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１０Ｇｂｓ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（ＢＥＲ）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補償技術と
してＰＭＤＣの開発が急務である。

【０００７】ＰＭＤＣは、偏波コントローラとＤＧＤ補
正器とを備えて構成される。偏波コントローラ（Polari
zation ControllerもしくはPolarization Transforme
r）は、光ファイバからの刻々と変化する偏波状態（偏
光方向）を、ＤＧＤ補正器に対して最適な状態、たとえ
ばＤＧＤ補正器を構成する基板の屈折率楕円体の主軸方
向と一致させる。また、ＤＧＤ補正器は、直交する２つ
の偏波状態間の群速度の差を補正する。このＰＭＤＣの
中の部品として、偏波コントローラが重要となってい
る。このような偏波コントローラとして、電界印加によ
る屈折率変化のポッケルス効果を利用したニオブ酸リチ
ウム（ＬｉＮｂＯ₃）導波路を利用したものが知られて
いる。

【０００８】図６は、ＵＳＰ４３８４７６０に開示され
ているニオブ酸リチウム結晶を用いた偏波コントローラ
１の構成を示す斜視図である。この偏波コントローラ１
は、ニオブ酸リチウム結晶基板２にｘ軸カット・ｙ軸伝
搬の方位で光導波路３を形成するとともに、この光導波
路３の伝搬方向に沿って上流側からＴＥ−ＴＭ位相シフ
ト部４、ＴＥ−ＴＭモード変換部５、ＴＥ−ＴＭ位相シ
フト部６を構成してなる。この偏波コントローラ１で
は、電気光学定数としてポッケルス定数の非対角項であ
るｒ５１を使用し、ｘ軸方向の電界を印加して、ｘ軸方
向およびｚ軸方向の２つの偏光状態の光に結合が生じる
現象を利用している。

【０００９】ＴＥ−ＴＭモード変換部５は、光導波路３
上で噛み合うように基板２の表面に一対の櫛型電極７
ａ，７ｂを形成して構成される。この櫛型電極７ａ，７
ｂ間に電圧を印加することによって、光導波路３上でｘ
軸方向の電界方向が周期的に反転する。この電界印加に
よって、ＴＥ−ＴＭ変換部５ではＴＥ−ＴＭモードの位
相変化は打ち消されて０になるが、ＴＭ−ＴＥのモード
変換のみが生じる。

【００１０】ＴＥ−ＴＭモード変換部５の前段に配置さ
れているＴＥ−ＴＭ位相シフト部４は、ＴＥ−ＴＭモー
ド変換部５に入射されるＴＥモードとＴＭモード間の位
相を調整する目的で配置されている。ＴＥ−ＴＭ位相シ
フト部４は、基板２の表面に光導波路３を挟んで一対の
平板状電極８ａ，８ｂを形成して構成され、この電極８
ａ，８ｂ間に電圧を印加することによって発生する電界
のうち、ｚ軸方向の電界成分を利用して位相を調整す
る。

【００１１】なお、ＴＥ−ＴＭモード変換部５では、入
射される際の位相差φが±π／２となる場合のみ、変換
後の偏波方向角度を０からπ／２まで、印加電圧に対し
て直線的に変化させることができる。逆に、π／４とな
る場合は、偏波方向の回転は生じないことが数学的に示
されている。したがって、ＴＥ−ＴＭ位相シフト部４で
は、ＴＥモードとＴＭモード間の位相差が±π／２とな
るように電極８ａ，８ｂ間に印加される電圧がコントロ
ールされる。

【００１２】ＴＥ−ＴＭモード変換部５の後段に配置さ
れているＴＥ−ＴＭ位相シフト部６は、基板２の表面に
光導波路３を挟んで一対の平板状電極９ａ，９ｂを形成
して構成され、この電極９ａ，９ｂ間に電圧を印加する
ことによって発生する電界のうち、ｚ軸方向の電界成分
を利用して位相を調整する。ＴＥ−ＴＭ位相シフト部６
は、ＴＥ−ＴＭモード変換部５を通って任意の回転角度
の直線偏光に変換された偏光に任意の位相差を与えて、
任意の楕円偏光もしくは円偏光にする。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した偏波コントロ
ーラ１における櫛型電極構造では、電極７ａと電極７ｂ
が配置されている領域にはｘ方向の電界は直接的には生
じないため、ＴＥ−ＴＭモード変換部５の長さＬ１の約
半分は、ＴＥ−ＴＭモードの結合に必要なｒ５１成分を
利用できていないことになる。このため、長さＬ１に逆
比例して波長許容度が決定され、波長許容度が１ｎｍ程
度の極めて波長依存性の強い偏波コントローラとなって
いる。

【００１４】また、櫛型電極構造のような周期的な電極
構造は、複雑で作製歩留まりが悪いという問題点もあ
る。さらに、周期的な電極構造では、電界と光のオーバ
ーラップ係数が低く、電気光学効果は非周期的な電極構
造の場合の４倍程度もあるにもかかわらず、必要な印加
電圧は非周期的な電極構造の場合と同程度となってい
る。また、周期的な電極構造を用いたｘ軸伝搬の偏波コ
ントローラ（ｒ５１〜２８ｐｍ／Ｖ）の電圧長さ積は、
ＶπＬ〜４０Ｖであり、非周期的な電極構造を用いたｘ
軸伝搬の偏波コントローラ（ｒ６１〜３．４ｐｍ／Ｖ）
と同程度であり、有効に定数が利用できていないという
問題が指摘されている（Fred Heismann;J.Lightwave Te
chnology,Vol.2,No.4,690,1994）。

【００１５】これらのことから、波長許容度が広く、簡
単な電極構造で容易に製造できる偏波コントローラが要
望されている。

【００１６】本発明の目的は、簡単な構造で生産性が高
く、低電圧で駆動可能な偏波コントローラを提供するこ
とである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、光導波路と、
該光導波路における光の進行方向に沿って複数のドメイ
ン領域を配列して成るとともに、隣接するドメイン領域
間で分極方向が１８０度反転しているモード変換部とを
有する強誘電性基板と、前記モード変換部内の光導波路
に、前記進行方向と直交する方向に電界を印加する電界
印加手段とを含み、前記モード変換部内の光導波路に電
界を印加することによって、前記光導波路を通過する光
の偏波状態を変化させることを特徴とする偏波コントロ
ーラである。

【００１８】本発明に従えば、モード変換部が複数のド
メイン領域を配列して構成されており、各ドメイン領域
には光信号の進行方向と直交する方向に電界が印加され
ているので、モード変換部内の光導波路が全長にわたっ
てモード変換に使用される。これによって、従来の構造
に比べて、小型の偏波コントローラを実現することがで
きる。また、モード変換部の全体にわたってモード変換
に寄与する電界が印加されているので、印加する電界を
無駄なくモード変換に利用することができ、従来の構造
に比べて、低電圧で効率よくモード変換を実行すること
ができる。

【００１９】また本発明は、前記強誘電性基板は、並列
に配列される複数の光導波路を有し、各光導波路に異な
る波長の光を通過させ、各波長の光の偏波状態を独立し
て変化させることを特徴とする。

【００２０】本発明に従えば、異なる周波数の波長光が
多重された光信号の場合でも、各波長光ごとに独立して
モード変換を実行することができる。このように１つの
基板上に複数の波長光に対応するモード変換部を集積化
することによって、小型で低コストの偏波コントローラ
を実現することができる。

【００２１】また本発明は、前記電界印加手段は、前記
強誘電性基板の主面上であって、前記モード変換部内の
光導波路を挟んで対向する位置に配置される一対の電極
を含むことを特徴とする。

【００２２】本発明に従えば、光導波路を挟んで対向す
る位置に配置された一対の電極間に電圧を印加すること
によって、モード変換部内の光導波路には、光の進行方
向と直交する方向の電界が印加される。このように強誘
電性基板の主面上にたとえば平板状電極を配置して構成
することができるので、従来の櫛型電極構造の場合に比
べて、簡単な構造で容易に製造することができる。

【００２３】また本発明は、前記モード変換部の前段
に、通過する光の位相を調整する位相調整手段を有する
ことを特徴とする。

【００２４】本発明に従えば、モード変換部に入射され
る光信号は、位相調整手段によってＴＥモードとＴＭモ
ードとの２つのモード間の位相差が調整される。すなわ
ち、ＴＥモードとＴＭモード間の位相差が±π／２とな
るように調整することができる。これによって、モード
変換部において効率よくモード変換を実行することがで
きる。

【００２５】また本発明は、前記モード変換部の前段お
よび後段に、通過する光の位相を調整する位相調整手段
をそれぞれ有することを特徴とする。

【００２６】本発明に従えば、モード変換部に入射され
る光信号は、前段の位相調整手段によってＴＥモードと
ＴＭモードとの２つのモード間の位相差が調整され、モ
ード変換部によってモード変換が実行された後、後段の
位相調整手段によって任意の位相差が与えられる。これ
によって、たとえば入射光と同じ位相差を持つ光信号を
出力させたり、任意の楕円偏光または円偏光を出力させ
たりすることができ、様々な目的に偏波コントローラを
使用することができる。

【００２７】また本発明は、前記強誘電性基板の温度を
制御する温度制御手段を含むことを特徴とする。

【００２８】本発明に従えば、基板の温度を調整するこ
とができる。基板の温度を一定に保つことによって、使
用環境に影響を受けることなく、安定した動作を実現す
ることができる。

【００２９】また本発明は、前記強誘電性基板は、ニオ
ブ酸リチウム結晶またはリチウムタンタレート結晶から
成ることを特徴とする。本発明に従えば、性能のよい偏
波コントローラを実現することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の偏波コントローラは、強
誘電性基板に、光導波路とモード変換部とを形成し、モ
ード変換部内の光導波路に電界を印加することによっ
て、光のＴＥ−ＴＭモード変換を効率的に行うものであ
る。本発明におけるモード変換部とは、光導波路におけ
る光の進行方向に沿って複数のドメイン領域を配列して
成るとともに、隣接するドメイン領域間で分極方向が１
８０度反転している領域である。

【００３１】まず、本発明の偏波コントローラにおい
て、光の偏光状態を制御する原理を説明する。図１は、
本発明の偏波コントローラ１１の基本的構成を示す斜視
図である。偏波コントローラ１１は、基本的には、強誘
電性基板１２に、位相シフト部１３とモード変換部１４
と位相シフト部１５とを、直列に配列して構成される。

【００３２】通常、偏波コントローラでは位相シフト部
とモード変換部とを１つのユニットとして取り扱うが、
１つのユニットで構成された偏波コントローラは、使用
中に何回かのリセットサイクルを必要とし、この際通信
データが損なわれてしまう。これを避けるために、すな
わちリセットフリーにするために、図２に示されるよう
に、位相シフト部１３とモード変換部１４とから成るユ
ニットを複数段接合する構造がとられるが、この構造は
本発明の趣旨とは直接関係するものではなく、また周知
の構造である（たとえばＵＳＰ４９６６４３１に示され
ている。）ので、本実施形態では１段のユニットの場合
を説明する。

【００３３】ところで、光ファイバから偏波コントロー
ラ１１に入力される光信号の偏光状態は、時々刻々変動
する。そのため、この変動に合わせて後段のパルス遅延
量補正器（図示せず）のｆａｓｔ軸およびｓｌｏｗ軸の
方向に合わせて、光信号の偏光状態を回転させることが
必要である。このとき、完全に偏光状態を回転させるた
めには、位相シフト部１３で位相を調整する必要があ
る。光信号の位相を調整するためには、入力される光信
号の偏光状態を時々刻々検出する必要がある。このた
め、通常は、偏波モード分散補償器（偏波コントローラ
１１）の前段に、偏光状態を検出する偏波アナライザ
（図示せず）が設けられている。偏波アナライザについ
ては、「ＤＷＤＭ光測定技術」（オプトエレクトロニク
ス社、波平偏、２００１年）に詳しく述べられてい
る。

【００３４】偏波アナライザは、通過する光信号の偏光
状態を変えることなく、偏光状態を検出するものであ
る。偏光アナライザは、２つの偏光主軸の方向とその位
相差とを検出することができる。時々刻々変動する偏光
状態に合わせて、偏波アナライザからの位相差信号を偏
波コントローラ１１の位相シフト部１３にフィードバッ
クさせることによって、位相シフト部１３において位相
を調整することができる。位相シフト部１３の構成は、
たとえばＵＳＰ４３８４７６０に示されるように既知の
構成で実現するので説明を省略し、モード変換部１４の
構成のみを説明する。なお、最終段の位相シフト部１５
は、モード変換部１４からの出力光の位相を調整する必
要がない場合は、設けなくてもよい。

【００３５】強誘電性基板１２は、その主面が分極軸方
向（ｚ軸方向）に対して垂直となるように構成する。ま
た、光導波路１６は、ｙ軸方向と平行に構成する。モー
ド変換部１４は、光導波路１６における光の進行方向
（ｙ軸方向）に沿って複数のドメイン領域Ｄ１，Ｄ２を
配列して成り、隣接するドメイン領域Ｄ１，Ｄ２間では
分極方向が１８０度反転している。このような構造を、
「周期的１８０度分極反転構造」という。分極方向は、
図面において矢印で示すように強誘電性基板１２の主面
に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）であって、光の進行方
向に対して直交する方向である。さらに、モード変換部
１４の主面上には、一対の平板状電極１７ａ，１７ｂを
配置する。一対の電極１７ａ，１７ｂは、モード変換部
１４内の光導波路１６を挟んで対向する位置に配置され
る。光信号（入射光）は、光導波路１６内を通過し、モ
ード変換部１４においては分極方向が１８０度反転して
いるドメイン領域Ｄ１，Ｄ２を交互に通過する。ここで
は、強誘電性基板１２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ
Ｏ₃）から成るものとする。

【００３６】強誘電性基板１２においては、ｘ軸方向お
よびｙ軸方向の屈折率が常光線の屈折率ｎｏとなり、分
極軸方向（ｚ軸方向）の屈折率が異常光線の屈折率ｎｅ
となるが、両屈折率は異なる値を有する。したがって、
光導波路１６が感じる実効的屈折率については、ｘ軸方
向に偏光している光すなわち常光線（ＴＥモード）は、
ｘ軸方向の屈折率ｎＴＥを感じ、ｚ軸方向に偏光してい
る光すなわち異常光線（ＴＭモード）は、ｚ軸方向の屈
折率ｎＴＭを感じることとなる。つまり、光導波路１６
を伝搬する際の両者の伝搬速度が異なり、これによって
両者に位相差が生じることになる。この位相差が生じた
ままでは、後述する偏光状態の変化を得ることができな
いため、両者の位相速度、パルスの場合は群速度を一致
させること（位相整合）が必要となる。以下、位相整合
の原理を説明する。

【００３７】強誘電性基板１２内の全体にわたって、ｘ
軸方向にのみ均一な電界Ｅｘを発生させる（Ｅｘ≠０、
Ｅｙ＝Ｅｚ＝０）。この電界Ｅｘによって生じる電気光
学効果によって、ドメイン領域Ｄ１，Ｄ２では、図３
（ａ）および図３（ｂ）に示すように、強誘電性基板１
２の屈折率楕円体の主軸方向がｘ−ｚ面内で回転する。
ここで、ドメイン領域Ｄ１とドメイン領域Ｄ２とでは、
両者の結晶軸が１８０度反転しているため、電界印加に
よる主軸の回転方向は互いに反対になり、この回転によ
る主軸のｘ軸方向成分は相加的に結合される。この回転
角θは、公知の次式で与えられる。 θ＝(1／2)tan^-1{2×r51×Ex／(ne-2−no-2)} …（１）（ただし、ｒ５１は電気光学定数である。）

【００３８】この主軸の回転は通常はわずかであるが、
ニオブ酸リチウム結晶は比較的大きな非線形光学定数ｒ
５１を有するため、大きな回転角度を実現できる。すな
わち、印加電界Ｅｘによって屈折率楕円体の主軸が回転
することによって、偏波面が直交する２つの光波（ｘ軸
方向とｚ軸方向の光波）が結合するようになり、これに
よってＴＥ−ＴＭモード変換が起こるようになる。この
結合係数κは、近似的に以下の式で表される。 κ＝（π／λ）×ｎ３×ｒ５１×Ｅｘ …（２）（ただし、λは伝搬光ビームの波長である。）

【００３９】偏波面が直交する両光波は、光導波路１６
中の伝搬定数ｎＴＥ，ｎＴＭが異なるため、両者の相互
作用長が短く、両者の結合はわずかでしかない。しかし
ながら、互いに分極方向が１８０度反転しているドメイ
ン領域Ｄ１とドメイン領域Ｄ２とを交互に繰り返して光
信号の伝搬方向に配置することによって、その繰返し周
期を調整することによって位相整合が可能となる。こう
した繰返し周期構造は、電圧印加時に屈折率も変調され
るため、グレーティングとして機能する。これによっ
て、両偏波光は１００％の結合が可能となる。

【００４０】グレーティングによる両偏波光の間のパワ
ー移行率（位相整合する割合）ηは、公知の次式によっ
て表される。 η＝sin²{(｜κ｜²＋Δ²)(1/2)×Ｌ}／{1＋(Δ²／κ²)} …（３）ここで、 Δ＝π(ｎＴＥ−ｎＴＭ)／λ−(π／Λ) …（４）であり、Λはグレーティング周期である。

【００４１】上記の式（３），（４）から、波長λにお
いてΔ＝０のとき、１００％のパワー移行がなされ、そ
のときの波長λｐは、 λｐ＝Λ(ｎＴＥ−ｎＴＭ) …（５）となる。

【００４２】すなわち、この両偏波光の間のパワー移行
は、設計波長λｐの波長に対して、波長λｐを中心とし
た式（３）で実現できる波長帯域を有し、波長λｐのと
きのみ１００％のパワー移行が可能である。

【００４３】これによって、波長λであれば、光信号が
伝搬していくと、両偏波光が互いにパワー移行するよう
になり、そのときの完全結合長Ｌｐは、Ｌｐ＝π／２｜κ｜ …（６）となり、この長さを伝搬すると、完全なパワー（強度）
移行、すなわち位相整合が起こる。

【００４４】たとえば、光信号がｚ軸方向に偏波面を有
する直線偏光（ＴＭモード）である場合、入射光波長が
λｐであれば（前記式(５)を満たしていれば）、電界Ｅ
ｘがないときにはそのままｚ軸方向の直線偏波光（ＴＭ
モード）が出射されるが、電界Ｅｘが増大すると出射光
は次第に結合するようになり、ｚ軸方向の偏波から直線
偏波を保ったままｘ軸の方へ回転し始め、電界Ｅｘが前
記式(６)を満たす条件になると、出射光はｘ軸方向の偏
波面を有する直線偏光（ＴＥモード）へと変換され、１
００％結合（位相結合）する。また、光信号がｘ軸方向
に偏波面を有する直線偏光（ＴＥモード）である場合
は、出射光はｚ軸方向の偏波面を有する直線偏波（ＴＭ
モード）へと変換される。

【００４５】図４は、結晶長を一定としたときの設計波
長λｐでの変換効率の印加電圧依存性を示すグラフであ
る。ここでは、設計波長λｐ＝１．５６μｍ、モード変
換部１４における分極反転周期（ドメイン領域Ｄ１，Ｄ
２の配列周期）＝２１．２９７μｍ、モード変換部１４
に配置された電極１７ａ，１７ｂ間の距離＝１０μｍ、
強誘電性基板１２の結晶長＝４ｍｍとした。図中におい
て、点ＡがＴＭモードからＴＥモードへ１００％変換さ
れる電界強度であり、さらに電界強度を増加させると、
ＴＥモードからＴＭモードへのモード変換が生じる。そ
の間の電界強度では、ｚ軸とｘ軸の間の方向の偏光を有
する直線偏光の光となる。

【００４６】なお、上述した光信号の位相整合等の偏光
の原理は、「光集積回路」（西原浩等、昭和６０年２月
発行、オーム社）の第６７頁〜第１４３頁を参照した。

【００４７】また、実際の波長多重光ファイバ通信シス
テムにおいては、０．８ｎｍチャンネル間隔で波長の異
なる光が伝搬するが、波長ごとにファイバ経路が異なっ
たりするため、各波長ごとに偏波モード分散状態が異な
る。したがって、実際の波長分散補償に関してはＡＷＧ
（Arrayed Wave Guide）等で波長ごとに光信号を分離し
た後に、１チャンネルごとに個別の偏波コントローラで
独立して制御する必要が出てくる。次に、複数の波長
（波長光成分）を有する光信号を入射光とし、それぞれ
の波長光の偏波面をそれぞれ独立に制御する場合を説明
する。

【００４８】図５は、本発明の他の実施形態である偏波
コントローラ２１の構成を示す平面図である。複数の波
長光を制御する場合は、波長光（チャンネル）の数に対
応した複数の導波路１６ａ〜１６ｄを強誘電性基板１２
上に、並列に作製する必要がある。また、モード変換部
１４におけるグレーティング周期Λは、前記式(５)か
ら、 δλｐ＝δΛΔｎph＋Λδ(Δｎph) Δｎph＝ｎＴＥ−ｎＴＭ δΛ＝(δλｐ−Λδ(Δｎph))／Δｎph となるように設定する必要がある。

【００４９】たとえば、Δλｐ＝０．８ｎｍとすると、
チャンネルが異なるごとに周期をδΛ＝０．０１２μｍ
分だけ変化させていく必要がある。この変化を実現する
ため、分極反転構造のパターンをテーパ構造にして周期
が位置によって変化するように設計する。これによっ
て、導波路１６ａ〜１６ｄの波長チャンネルに対してモ
ード変換部１４では、それぞれ波長間隔が０．８ｎｍず
れた波長でモード変換が実現できる。なお、入射光は図
示しない波長分波器によって各波長チャンネルごとに分
波し、各導波路１６ａ〜１６ｄに結合させる。このよう
に１つの基板１２上に複数の波長に対するモード変換部
１４を集積化することによって、低コストで小型の偏波
コントローラ２１を実現できる。

【００５０】このようにして、光信号の偏光状態を高速
かつ正確に制御でき、しかも光信号を充分な強度でパワ
ー移行できる偏波コントローラ２１を簡便かつ高精度に
作製できる。

【００５１】なお、波長チャンネルの間隔が狭い場合、
偏波コントローラ１１，２１は温度の影響を受けること
になる。こうした温度変動による特性の変化を最小限に
するためには、強誘電性基板１２の温度を制御すること
が望ましい。温度制御は、たとえばペルチエ温度制御素
子上に配置された銅板上に強誘電性基板１２をマウント
し、ペルチエ温度制御素子を用いて行うことが望まし
い。

【００５２】

【実施例】図１を参照しながら、偏波コントローラ１の
実施例を説明する。偏波コントローラ１は、ニオブ酸リ
チウム結晶を厚さ０．５ｍｍでｚ軸方向カットしてなる
強誘電性基板１２を用いて作製した。図１において、ｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸は、それぞれ結晶の軸方位を示す。

【００５３】モード変換部１４は、複数のドメイン領域
Ｄ１，Ｄ２を配列して成るとともに、隣接するドメイン
領域Ｄ１，Ｄ２間では自発分極の方向が互いに１８０度
反転した構造を有している。このような分極反転構造
は、たとえばｚ軸上に櫛型電極を形成し、反対の主面に
は全面電極を形成し、２つの電極間にパルス電界を印加
することによって作製した。

【００５４】このような分極反転構造を有する強誘電性
基板１２上に、厚さ１００ｎｍ、幅８μｍのチタンを帯
状に蒸着し、温度１０２５度で６時間熱拡散することに
よって、ＴＥモードおよびＴＭモードともにシングルモ
ードの光導波路１６を形成した。光導波路１６は、ドメ
イン領域Ｄ１，Ｄ２の配列方向と平行に形成した。

【００５５】さらに、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ₂バッフ
ァ層をＣＶＤ法によって作製して、電極１７ａ，１７ｂ
を形成した。位相シフト部１３の電極１８ａ，１８ｂも
同様である。なお、位相シフト部１５の構造は位相シフ
ト部１３と同様である。モード変換部１４の電極１７
ａ，１７ｂは、電極間の間隔を８μｍとするとともに、
光導波路１６を挟んで対向する位置に形成した。位相シ
フト部１３の電極１８ａ，１８ｂは、電極間の間隔を４
μｍとするとともに、一方の電極１８ｂを光導波路１６
上に形成した。なお、Ｌ１１＝５ｍｍ、Ｌ１２＝４ｍ
ｍ、Ｌ１３＝５ｍｍとした。

【００５６】このような偏波コントローラ１において、
波長１．５５μｍの光を入射した場合、約５Ｖの電圧で
モード変換を行うことができた。

【００５７】本実施例では、強誘電性基板１２の材料と
してニオブ酸リチウムを用いたが、ニオブ酸リチウムに
限らず、ＬｉＴａＯ₃、ＫＴＰ、ＫＮｂＯ₃などを用いる
ことができる。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、モード変
換部内の光導波路が全長にわたってモード変換に使用さ
れるので、従来の構造に比べて、小型の偏波コントロー
ラを実現することができる。また、モード変換部の全体
にわたってモード変換に寄与する電界が印加されている
ので、印加する電界を無駄なくモード変換に利用するこ
とができ、従来の構造に比べて、低電圧で効率よくモー
ド変換を実行することができる。

【００５９】また本発明によれば、１つの基板上に複数
の波長光に対応するモード変換部が集積化されているの
で、小型で低コストの偏波コントローラを実現すること
ができる。

【００６０】また本発明によれば、強誘電性基板の主面
上にたとえば平板状電極を配置して構成することができ
るので、従来の櫛型電極構造の場合に比べて、簡単な構
造で容易に製造することができる。

【００６１】また本発明によれば、モード変換部に入射
される光信号は、位相調整手段によってＴＥモードとＴ
Ｍモード間の位相差が±π／２となるように調整するこ
とができるので、モード変換部において効率よくモード
変換を実行することができる。

【００６２】また本発明によれば、たとえば入射光と同
じ位相差を持つ光信号を出力させたり、任意の楕円偏光
または円偏光を出力させたりすることができ、様々な目
的に偏波コントローラを使用することができる。これに
よって、偏波コントローラの汎用性が向上する。

【００６３】また本発明によれば、強誘電性基板の温度
を一定に保つことによって、使用環境に影響を受けるこ
となく、安定した動作を実現することができる。また本
発明によれば、性能のよい偏波コントローラを実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏波コントローラ１１の基本的構成を
示す斜視図である。

【図２】偏波コントローラ１１の他の構成を示す斜視図
である。

【図３】ドメイン領域Ｄ１，Ｄ２における屈折率楕円体
の主軸方向の回転を示すための図である。

【図４】強誘電性基板１２の結晶長を一定としたときの
設計波長λｐでの変換効率の印加電圧依存性を示すグラ
フである。

【図５】本発明の他の実施形態である偏波コントローラ
２１の構成を示す平面図である。

【図６】従来の技術を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１，２１偏波コントローラ１２強誘電性基板１３，１５位相シフト部１４モード変換部１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ光導波路１７ａ，１７ｂ；１８ａ，１８ｂ；１９ａ，１９ｂ平
板状電極Ｄ１，Ｄ２ドメイン領域Ｌ１モード変換部の長さＬ２，Ｌ３位相シフト部の長さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路と、該光導波路における光の進
行方向に沿って複数のドメイン領域を配列して成るとと
もに、隣接するドメイン領域間で分極方向が１８０度反
転しているモード変換部とを有する強誘電性基板と、前記モード変換部内の光導波路に、前記進行方向と直交
する方向に電界を印加する電界印加手段とを含み、前記モード変換部内の光導波路に電界を印加することに
よって、前記光導波路を通過する光の偏波状態を変化さ
せることを特徴とする偏波コントローラ。
【請求項２】前記強誘電性基板は、並列に配列される
複数の光導波路を有し、各光導波路に異なる波長の光を
通過させ、各波長の光の偏波状態を独立して変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の偏波コントローラ。
【請求項３】前記電界印加手段は、前記強誘電性基板
の主面上であって、前記モード変換部内の光導波路を挟
んで対向する位置に配置される一対の電極を含むことを
特徴とする請求項１または２記載の偏波コントローラ。
【請求項４】前記モード変換部の前段に、通過する光
の位相を調整する位相調整手段を有することを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載の偏波コントローラ。
【請求項５】前記モード変換部の前段および後段に、
通過する光の位相を調整する位相調整手段をそれぞれ有
することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
偏波コントローラ。
【請求項６】前記強誘電性基板の温度を制御する温度
制御手段を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載の偏波コントローラ。
【請求項７】前記強誘電性基板は、ニオブ酸リチウム
結晶またはリチウムタンタレート結晶から成ることを特
徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の偏波コントロ
ーラ。