JP2003215512A

JP2003215512A - 偏波コントローラ

Info

Publication number: JP2003215512A
Application number: JP2002009188A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ikeda; 和浩池田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: JP3977085B2

Abstract

(57)【要約】【課題】任意偏光を任意偏光に変換する新規な偏波コ
ントローラを提供する。【解決手段】偏光の入射側から、変換された偏光の出
射側にかけて、第１のコリメータ、第１の可変偏光回転
子、第１の１／４波長板、第２の可変偏光回転子、第２
の１／４波長板、第３の可変偏光回転子、および第２の
コリメータがこの順序で配置されている偏波コントロー
ラ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は偏波コントローラに
関し、更に詳しくは、低消費電力で駆動し、挿入損失は
小さく、ある任意偏光を別の任意偏光に偏光変換するこ
とができ、光伝送システムにおける偏波モード分散補償
装置の組み立てに用いて有用である新規な偏波コントロ
ーラに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の光伝送システムの進展、普及に伴
い、システムの伝送容量を増大させるために、波長分割
多重（ＷＤＭ）方式による多チャンネル化が進められて
いる。この多チャンネル化と並んで、伝送容量を増大さ
せる方法としては、各チャンネルの光パルスのビットレ
ートを増大させる方法があり、現在では、１０Gbpsの導
入が進んでいる。そして、最近では、今後実用化が期待
されている４０Gbpsの導入が展望されている。

【０００３】このようなハイビットレートの光パルス伝
送においては、その伝送品質の劣化を招くいくつかの要
素がある。その１つが偏波モード分散（Polarization M
ode Dispersion：ＰＭＤ）である。これは、光パルスの
伝送路である光ファイバの中でランダムに発生する複屈
折に基因して、伝送されている光パルスにおいて、本来
は縮退しているべき直交偏波モードが分離してパルス幅
を拡大させるという現象である。このような現象を発現
した光パルスは、もはや、正しい光信号としての機能を
発揮しないことになる。

【０００４】したがって、最近の光ファイバでは、この
ＰＭＤを小さくする努力がなされている。しかしなが
ら、その値は、せいぜい、０.２５ps／km^1/2程度であ
る。そして、そのような光ファイバを用いて４０Gbpsの
ビットレートを採用した場合、光伝送が可能な距離は長
くても９０km程度であり、それ以上の距離の光伝送を実
現することはできない。

【０００５】また、これまでに敷設されてきた古い光フ
ァイバのＰＭＤは１ps／km^1/2程度であるため、ビット
レートを１０Gbpsにするとその光伝送可能な距離は１７
０km程度であり、ましてや、ビットレートを４０Gbpsに
すると１０km程度までしか光伝送を実現することができ
ない。このように、既設の光ファイバを用いた光伝送シ
ステムにおいて、ビットレートを１０Gbpsに高める場合
や、次世代光伝送システム用に新たな光ファイバを敷設
してそのビットレートを４０Gbps以上で運転しようとす
る場合には、ＰＭＤの影響が顕著に現れ、その結果、伝
送容量が大きく、実用的な光伝送システムの構築が困難
になる。

【０００６】そのため、ＰＭＤを補償する各種の装置が
提供されている。ここで、代表的な装置を例示し、その
機能について説明する。まず、Electron, Lett., vol.3
0, No.4, pp.384〜349，1994や、OFC'99, Technical Di
gest 86/WE5-1などの文献に記載されている装置につい
て説明する。このＰＭＤ補償装置は、伝送路を伝搬して
きた光信号の主偏光（Principal States of Polarizati
on：ＰＳＰ）と呼ばれ、分離した２本の直交偏光成分の
それぞれを、群遅延時間（Differential Group Delay：
ＤＧＤ）付与部として機能する偏波保持光ファイバ（Po
larization Maintain Fiber：ＰＭＦ）における直交す
る２個の固有偏光（Eigen States of Polarization：Ｅ
ＳＰ）のそれぞれに偏光変換する偏波コントローラと、
ＤＧＤ付与部としての上記ＰＭＦと、伝搬してきた光パ
ルスのＰＭＤによる波形歪みをモニタとするモニタ手段
と、このモニタ手段からの制御信号で上記偏波コントロ
ーラの運転を制御する制御装置を備えている。

【０００７】この装置の場合、送信信号を周波数変調
し、その偏光状態（State of Polarization：ＳＯＰ）
の周波数依存性を受信側で間接的に検知する。そして、
送信信号のＳＯＰと伝送路におけるＰＳＰが一致してい
るか否かを確認しながら、送信器端に設けられている上
記偏波コントローラを制御し、伝送路への入射信号のＳ
ＯＰをＰＳＰに追随させるという態様で運転される。

【０００８】また、J of Lightwave Technology, vol.1
2, No.15, pp891〜898, 1994や、OFC'99, paper TuS4,
1999などの文献には次のような装置が記載されている。
この装置は、送信器端から受信器端に至る伝送路全体の
系のＰＳＰを、送信器から発振している光のＳＯＰに一
致させるように運転される。具体的には、偏波コントロ
ーラと伝送路で発生するＰＭＤの量よりも大きいＰＭＤ
を有する固定ＤＧＤ付与部（例えばＰＭＦ）を受信器の
前に配置し、ここで偏光度（Degree of Polarization：
ＤＯＰ）をモニタし、このＤＯＰが最大値を示すように
全体の系を運転制御することにより、全体の系のＰＳＰ
を送信信号のＳＯＰに一致させている。

【０００９】なお、上記した説明において、あるＤＧＤ
が与えられている２個のＰＳＰ間の当該ＤＧＤが、一般
に、ＰＭＤと呼ばれている。厳密にいえば、送信信号の
スペクトル内における各波長間のＤＧＤの平均値であ
る。また、上記したＰＳＰは、ある伝送路に入射した送
信信号のＳＯＰを周波数に対して無依存としたときに、
その伝送路からの出射偏光は周波数に対して１次のオー
ダで無依存であることを条件にして求められた偏光状態
であるとしている。この状態は、送信信号のスペクトル
幅が充分に狭いことと、ＰＭＤが極端に大きくなってい
ないということを前提にして求められている。

【００１０】ところで、これらのＰＭＤ補償装置に組み
込まれるＤＧＤ付与部としては、図１１で示したよう
に、偏光成分を分離する偏光分離素子を備え、分離され
たそれぞれの偏光成分の伝搬距離を可動鏡により空間的
に変化させて各偏光成分間のＤＧＤをゼロ化する可変タ
イプのものがある。このＤＧＤ付与部は、変換の対象で
ある変更が直線偏光である場合にのみ機能することがで
きる。

【００１１】また、ＤＧＤ付与部としては、図１２で示
したように、τ₁のＤＧＤを与えるＰＭＦのような一軸
性複屈折媒質と、τ₂のＤＧＤを与える別のＰＭＦのよ
うな一軸性複屈折媒質の間に偏光回転子が配置された固
定タイプのものもある。この固定タイプのＤＧＤ付与部
は、変換の対象である偏光が直線偏光である場合に限ら
ず、例えば楕円偏光を含む任意偏光に対しても機能する
ことができる。

【００１２】ところで、ＰＭＤの補償とは、送信器−伝
送路−偏波コントローラ−ＤＧＤ付与部−受信器で構成
される系において、伝送路から出射したＳＯＰ状態の送
信信号におけるＰＳＰ間のＤＧＤがＤＧＤ付与部を出力
した時点でゼロになるということである。このようなＰ
ＭＤの補償方法としては次のような２種類の方法が知ら
れている。

【００１３】その説明を進めるに当たり、まず、ストー
クス空間を想定する。このストークス空間とは、その直
交基底が０°直線偏光成分の強度Ｓ₁、４５°直線偏光
成分の強度Ｓ₂、および右回り円偏光の強度Ｓ₃である３
次元空間であり、その空間内の単位円がポアンカレ球に
相当する。Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃はストークスパラメータと呼
ばれる。

【００１４】そして、このストークス空間内において、
変調直後の伝送路への送信信号のＳＯＰを示すベクトル
をＳ_in、伝送路で発生するＰＭＤのベクトルをΩ_t、偏
波コントローラが備える偏光変換をＴ₁，ＤＧＤ付与部
におけるＰＭＤのベクトルをΩ_Cとして想定する。ここ
で、ＰＭＤのベクトル（Ω_t）は、その単位ベクトルが
遅いＰＳＰを表すものとする。そして、ベクトルの向き
はＰＳＰの向きと同じであり、ベクトルの大きさは２個
のＰＳＰの間の長さ、すなわちＤＧＤで与えられる。

【００１５】以上の表示規定を踏まえて、最初に、ＰＭ
Ｄの補償に関する第１の方法を図１３に示す。この方法
は、図１１で示したＤＧＤ付与部を含む系に適用され、
伝送路で発生したＰＭＤを直接補償する方法である。こ
の方法では、伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰ
であるベクトルＳ_inには、伝送路を伝搬する過程でベク
トルΩ_tのＰＭＤが与えられる。このベクトルΩ_tは、伝
送路の状態（例えば外部から圧力が加わっているなど）
に応じて、その大きさと方向が常に変化している。

【００１６】そして、ＤＧＤ付与部が有するＰＭＤのあ
る一定値のベクトルΩ_cが、偏波コントローラによって
ベクトルΩ_tと逆向きのベクトルΩ_c・Ｔ₁となるように
偏光変換される。このとき、偏光変換Ｔ₁、ＰＭＤのベ
クトルΩ_cを調整することによりベクトルΩ'_c・Ｔ₁と
し、Ω'_c・Ｔ₁の大きさとベクトルΩ_tの大きさを等しく
する。その結果、ベクトルΩ_tとベクトルΩ'_c・Ｔ₁とが
打ち消しあい、ここに、ベクトルΩ_tの補償が実現す
る。

【００１７】なお、上記した補償方法では、ＤＧＤ付与
器として、図１１で示したような可動タイプのものを用
いてベクトルΩ_cを変化させているが、図１２で示した
固定タイプのＤＧＤ付与器を用いる場合は、伝送路で発
生するＰＭＤベクトルの大きさ｜Ω_t｜よりも小さい値
のベクトル｜Ω_c｜を設定し、偏光変換Ｔ₁を調整して同
様の補償を行うことができる。

【００１８】次に、ＰＭＤの補償に関する第２の方法を
図１４に示す。この方法は、図１２で示した固定タイプ
のＤＧＤ付与部に適用される。この方法では、伝送路に
よって送信信号に与えられたベクトルΩ_tと、偏光変換
Ｔ₂によって変換されたＤＧＤ付与部のＰＭＤのベクト
ルΩ_c・Ｔ₂の和が、伝送路の入射端における送信信号の
ＳＯＰであるベクトルＳ_inと同じ方向を向くように設定
される。

【００１９】伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰ
のベクトルＳ_inと、伝送路、偏波コントローラ、および
ＤＧＤ付与部から成る系全体のＰＭＤのベクトル（Ω_t
＋Ω_c・Ｔ₂）とが同じ方向を向いているということは、
送信信号が系全体のＰＳＰに入射されていることを意味
する。そしてこのＰＳＰは、前記したように、１次のオ
ーダでは、ＰＭＤを発生しない伝送状態なっている。そ
の理由は、ＰＭＤは２個の直交ＰＳＰ間のＤＧＤである
から、一方のＰＳＰに入射した送信信号（光パルス）の
分離は起こり得ないからである。

【００２０】この第２の方法において、ＰＳＰによる伝
送を実現するためにＤＧＤ付与部に要求される特性とし
ては、系全体のＰＭＤのベクトル和（Ω_t＋Ω_c・Ｔ₂）
が必ず入射ＳＯＰのベクトルＳ_inの方向に向く条件のみ
を備えていればよい。具体的には、｜Ω_t｜≦｜Ω_c｜の
みが成立していればよい。すなわち、ＤＧＤ付与部にお
けるＤＧＤ｜Ω_c｜は固定値になっていてもよいのであ
る。

【００２１】したがって、この第２の方法は第１の方法
に比べて実施が容易であり、しかも、前記した１次のオ
ーダが成立していれば、ＰＭＤは完全に補償されること
になる。第１の方法において、ＰＭＤ補償を制御する方
法としては、一般的にいって、系全体の最終的なＰＭＤ
量、すなわち、｜Ω＋Ω'_c・Ｔ₁｜量と相関のある、強
度変調されている送信信号の特定周波数（通常は送信信
号のビットレートの半周波数が採用される）の光強度In
をモニタする。このモニタ動作は、送信信号のパルス広
がりを直接観察していることに相当する。

【００２２】したがって、この光強度Inが最大であると
きには、系全体のＰＭＤ量が最小（パルスが最も広がら
ない状態）になっているため、光強度Inの最大値制御を
行って、系全体の最終的なＰＭＤ量がモニタされる（El
ectron, Lett., vol.30, No.4, pp.384〜349，1994や、
OFC'99, Technical Digest 86/WE5-1などを参照）。一
方、第２の方法の場合は、ＰＳＰで伝送する送信信号は
１次のオーダではＰＭＤを受けない。すなわちＰＭＤ＝
０であるため、ＤＯＰの劣化は起こらない。

【００２３】したがって、第２の方法においては、ＤＯ
Ｐをモニタしてその最大値制御を行うことにより、ＰＭ
Ｄ補償制御が実施される（OFC'99, paper TuS4, 199
9）。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、ＰＭ
Ｄ補償を実施するためには、偏波コントローラが必須の
要素として系の中に組み込まれる。その場合、用いる偏
波コントローラには次のような機能が要求される。図１
１で示したような可変直線複屈折を創出する可変ＤＧＤ
付与部を用いる前記した第１のＰＭＤ補償方法を実施す
る場合、ＤＧＤから与えられるＰＳＰは常に直線偏光に
なっている（すなわち、ベクトルΩ_cは直線偏光であ
る）。

【００２５】したがって、可変ＤＧＤ付与部の上流側に
配置される偏波コントローラから出射するＳＯＰは常に
直線偏光になっていればよい。換言すれば、偏波コント
ローラは任意偏光を直線偏光に偏光変換できる機能を備
えていればよい。しかしながら、第２のＰＭＤ補償方法
を実施する場合には、可変ＤＧＤ付与部でもそのＰＳＰ
が変化するので、用いる偏波コントローラは、出射する
ＳＯＰを任意偏光に偏光変換できる機能を備えていなけ
ればならない。

【００２６】図１４で示した第２のＰＭＤ補償方法にお
いては、系全体のＰＭＤのベクトル（Ω_t＋Ω_c・Ｔ）が
入射端のＳＯＰのベクトルＳ_inと同じ向きにするのみで
あるため、この系で用いる偏波コントローラからの出射
ＳＯＰは特定のＳＯＰに限定されなくてもよい。すなわ
ち、偏波コントローラとしては、任意偏光を任意偏光に
偏光変換できる機能を備えていればよい。

【００２７】任意偏光を任意偏光に偏光変換する偏波コ
ントローラとしては、例えば、光ファイバに側圧を与え
ることによって発生する光弾性効果を利用するタイプの
ものや、リチウムナイオベート導波路を用いることによ
り電気光学効果を利用するタイプのものが知られてい
る。しかしながら、前者のタイプのものは、圧電素子な
どの大規模な装置を必要とし、またその消費電力も大き
いという問題があり、後者のタイプのものは、系に組み
込んだときの挿入損失が大きく、また偏光依存性が大き
いなどの問題がある。

【００２８】本発明は、任意偏光を任意偏光に偏光変換
する従来の偏波コントローラにおける上記した問題を解
決し、構造は簡素であり、系への組み込み時における損
失は小さく、低消費電力で安定動作する新規な偏波コン
トローラの提供を目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、可変偏光回転子と１／４波
長板を備え、かつ任意偏光を任意偏光に偏光変換する偏
波コントローラであって、変換後の偏光状態が、変換前
の偏光状態に対して、ポアンカレ球上で、次式：（Ｓ₁，Ｓ_S，Ｓ₃）＝（cos２（φ−π／４），sin２
（φ−π／４），０）（ただし、Ｓ₁，Ｓ_S，Ｓ₃はストークスパラメータを表
し、φは１／４波長板の軸方位の相対角度（rad）を表
す）で示されるベクトル軸を中心とした円軌跡を描いて
変化した偏光状態になることを特徴とする偏波コントロ
ーラが提供される。

【００３０】具体的には、偏光の入射側から、変換され
た偏光の出射側にかけて、第１のコリメータ、第１の可
変偏光回転子、第１の１／４波長板、第２の可変偏光回
転子、第２の１／４波長板、第３の可変偏光回転子、お
よび第２のコリメータがこの順序で配置されていること
を特徴とする偏波コントローラ（以後、偏波コントロー
ラＡという）が提供され、また、一端に入力ポートと出
力ポートを備えたサーキュレータの他端には、コリメー
タ、第１の可変偏光回転子、１／４波長板、第２の可変
偏光回転子、および全反射ミラーがこの順序で配置され
ていることを特徴とする偏波コントローラ（以後、偏波
コントローラＢという）が提供される。

【００３１】

【発明の実施の形態】まず、偏波コントローラＡの基本
的な構造例を図１に示す。この偏波コントローラＡは、
３個の偏光回転子と２枚の１／４波長板で構成されてい
て、第１の可変偏光回転子と第２の可変偏光回転子の間
に第１の１／４波長板が介装され、また第２の可変偏光
回転子と第３の可変偏光回転子の間にも第２の１／４波
長板が介装されている。そして２枚の１／４波長板とそ
れに挟まれた第２の可変偏光回転子で、機能的には、後
述する可変位相子（図の破線で囲った部分）が形成され
ている。

【００３２】この偏波コントローラＡでは、光ファイバ
を伝送してきた送信信号（光パルス）は第１のコリメー
タによってビームに変換され、その変換ビームが、第１
の可変偏光回転子、第１の１／４波長板、第２の可変偏
光回転子、第２の１／４波長板、第３の可変偏光回転子
をこの順番で通過し、その過程で後述するような偏光変
換を実現したのち、第２のコリメータによって光ファイ
バに結合される。

【００３３】最初に、第１の１／４波長板と第２の可変
偏光回転子と第２の１／４波長板で形成されている要素
Ａ₀の機能について説明する。この要素Ａ₀のジョーンズ
マトリクスＶＲ（θ₂，φ）は次式で示される。なお、
第１の１／４波長板の遅い軸方位を０rad、第２の１／
４波長板の遅い軸方位をφ、第２の可変偏光回転子の偏
光回転角度をθ₂とする。

【００３４】ＶＲ（θ₂，φ）＝Ｑ（φ）・Ｔ（θ₂）・Ｑ（０）・・・（１）ここで、

【００３５】

【数１】

【００３６】である。このマトリクスの固有値および固
有ベクトルを解析すると、φ＝π／２（rad）であると
きに、固有ベクトルはθ₂に対して無依存になる。この
ときの固有値ｅν₁（θ₂）、ｅν₂（θ₂）と、固有ベク
トルＥ₁，Ｅ₂は、次式で示される。

【００３７】

【数２】

【００３８】したがって、φ＝π／２（rad）に設定す
ると、この要素Ａ₀は、４５°直線偏光と−４５°直線
偏光の間に位相差：２×θ₂radを与える直線位相子とし
て機能する。そして、θ₂は可変であるので、この要素
Ａ₀は可変直線位相子になっている。図２に、上記した
位相子における偏光変換作用をポアンカレ球上に示す。

【００３９】図２で示したように、位相子に入射した変
換前の偏光は、進相軸方位であるＲ方向を軸として右回
りに２×θ₂（rad）だけ回転して偏光変換する。なお、
図中のＲは式Ｅ₂のストークス表示によるベクトルであ
り、４５°直線偏光の方向を向いている。したがって、
図１の偏波コントローラにおいて、第１の可変偏光回転
子の回転角度と第３の可変偏光回転子の回転角度を等し
くし、かつ互いの方向を逆転させれば、ポアンカレ球上
のＲ軸を任意の方向に向けることができる。すなわち、
この偏波コントローラＡの場合、この要素に入射する任
意偏光を他の任意偏光に変換することの可能性が推定で
きる。

【００４０】今、第１の可変偏光回転子と第３の可変偏
光回転子の回転角度を、いずれも、θ₁であるとする
と、図１で示した偏波コントローラのジョーンズマトリ
クスは、次式で示される。ＰＣ₁（θ₁，θ₂，φ）＝Ｔ（−θ₁）・ＶＲ（θ₂，φ）・Ｔ（θ₁）・・・（２）ここで、φ＝π／２（rad）とした状態で、θ₁を０〜π
／２（rad）、θ₂を０〜π（rad）の範囲において、π
／２０（rad）の角度間隔で逆方向に変化させたとき
に、入射端でランダムに選んだＳＯＰのベクトルＳ_in＝
（−０.１７，０.７４８，−０.６４）を偏光変換した
後におけるＳＯＰ（θ₁，θ₂が可変）を図３に示す。

【００４１】図３におけるワイヤーフレームの交点がデ
ータ点である。図３から明らかなように、変換後の偏光
はポアンカレ球上の全体に広がっている。このポアンカ
レ球上の広がりは、Ｓ_inがどのような偏光であっても実
現されており、したがって、この偏波コントローラは任
意偏光を任意偏光に変換できることを示している。

【００４２】その場合、θ₁とθ₂のダイナミックレンジ
が、θ₁＝０〜π／２，θ₂＝０〜π、，またはθ₁＝０
〜π、θ₂＝０〜π／２であれば、この偏波コントロー
ラは全ての偏光をカバーして上記した偏光変換を実現す
ることができる。上記した説明は、第１の可変偏光回転
子と第３の可変偏光回転子の回転角度が互いに逆の場合
に関するものであるが、この偏波コントローラＡは、第
１の可変偏光回転子と第３の可変回転偏光子の回転方向
が同じであっても、任意偏光を任意偏光に変換すること
ができる。以下にそのことを説明する。

【００４３】この場合のジョーンズマトリクスは、次式
のようになる。ＰＣ₂（θ₁，θ₂，φ）＝Ｔ（θ₁）・ＶＲ（θ₂，φ）・Ｔ（θ₁）・・・（３）そして、φ＝π／２（rad）とした状態で、θ₁を０〜π
／２（rad）、θ₂を０〜π（rad）の範囲においてπ／
２０の角度間隔で同方向に変化させたときに、入射端で
ランダムに選んだＳＯＰのベクトルＳ_in＝（−０.１
７，０.７４８，−０.６４）を偏光変換したのちのＳＯ
Ｐは図４のようになる。

【００４４】図３と対比して明らかなように、この場合
には、変換の経路が異なるのでデータ点の位置は異なっ
ている。しかし、変換後の偏光はポアンカレ球上の全体
に広がっている。すなわち、この場合も、任意偏光を任
意偏光に変換している。そして、そのために必要な
θ₁，θ₂のダイナミックレンジは、図３の場合と同じよ
うに、θ₁＝０〜π／２，θ₂＝０〜π、，またはθ₁＝
０〜π、θ₂＝０〜π／２である。

【００４５】ところで、これまでの説明は第２の１／４
波長板の方位角度φがπ／２である場合についてのもの
であるが、本発明の偏波コントローラは、φ≠π／２の
場合であっても、任意偏光の任意偏光への偏光変換が可
能である。そのことを以下に説明する。今、図１で示し
た要素Ａ₀における固有偏光と固有値について考える。

【００４６】まず、φ＝０，φ＝π／８，φ＝π／４，
φ＝３π／８，φ＝π／２のそれぞれの場合における上
記した２つの固有値の偏角の差、すなわち位相差Δδの
θ₂依存性を図５に示す。また、同じφ値における固有
偏光のθ₂依存性を図６に示す。図５と図６から次のこ
とがわかる。

【００４７】まず、φ＝π／２の場合は、固有偏光はθ
₂に依存せず、±４５°直線偏光として一定であり、そ
の固有値の差、すなわち固有偏光間に与えられている位
相差Δδは、図５で示されているように、θ₂がπ変化
すると２πの変化幅を有した状態で連続的に変化してお
り、既に説明した可変直線位相子として機能している。

【００４８】しかしながら、φ値が０，π／８，π／
４，３π／８の場合は、固有偏光は変動し、また位相差
Δδも複雑に変化している。例えば、φ＝０の場合（図
６（ａ）の場合）、固有偏光はＳ₂の面内で円を描くよ
うに変化し、かつ、与えられる位相差Δδは、図５から
明らかなように、θ ₂に無依存でその値はπである。

【００４９】そして、前記した可変直線位相子（φ＝π
／２の場合）における偏光変換作用を想起すると、入射
した偏光は、各θ₂のときの固有偏光を軸にして右回り
にπ回転して偏光変換するため、θ₂の変化に対して円
軌跡を描くものと考えられる。ここで、φ＝０，π／
８，π／４，３π／８，π／２のそれぞれにおいて、式
（１）でランダムに選択したＳＯＰのＳ_in＝（−０.１
７，０.７４８，−０.６４）の変換作用を図７に示す。

【００５０】図７から明らかなように、変換後のＳＯＰ
は、次式：（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（cos２（φ−π／４），sin２φ−π／４），０）・・・（４）で示されるポアンカレ球上の軸を回転軸として円を描い
ている。このように、この要素Ａ₀は、φ≠π／２であ
っても、直線位相子の場合と同じように、ポアンカレ球
上で、緯度方向への偏光変換作用を行う。

【００５１】したがって、この要素Ａ₀と、経度方向へ
の偏光変換作用を実現できる第１の可変偏光回転子と第
３の可変偏光回転子を組み合わせることによって構成さ
れた、図１で示した偏波コントローラＡは任意偏光を任
意偏光に変換することができる。例えば、φ＝π／４の
１／４波長板を用い、θ₁＝０〜π／２，θ₂＝０〜πま
たはθ₁＝０〜π，θ₂＝０〜π／２の可変幅で、ＳＯＰ
のベクトルＳ_in＝（−０.１７，０.７４８，−０.６
４）を、式（２）で示したＰＣ₁（θ₁，θ₂，π／
４）、式（３）で示したＰＣ₂（θ₁，θ₂，π／４）に
基づいて偏光変換したときのＳＯＰを図８と図９にそれ
ぞれ示す。

【００５２】図８（ａ）、図９（ａ）からも明らかなよ
うに、図３や図４で示した変換とは異なる態様になって
いるが、この場合も、ポアンカレ球の全体で変換可能に
なっている。しかし、図８（ｂ）、図９（ｂ）で示した
変換の場合は、ポアンカレ球の一部しかカバーしていな
い。また、ＰＣ₁，ＰＣ₂に基づく変換のいずれにおいて
も、任意偏光を任意偏光に変換するためには、θ₁，θ₂
は、θ₁＝０〜π／２，θ₂＝０〜πに設定すべきである
ことがわかる。

【００５３】このように、偏波コントローラＡの場合、
２個の１／４波長板の遅い軸方位の相対角度がどのよう
な角度であったとしても、その偏波コントローラは任意
偏光を任意偏光に変換することができる。なお、偏波コ
ントローラＡは可変偏光回転子として例えば可変ファラ
デー回転子や液晶を用いることができるので、構造は簡
素であり、非機械式であるため高信頼性を有し、また高
速応答が可能である。

【００５４】図１０は本発明の他の偏波コントローラの
例Ｂを示す。この偏波コントローラＢは、第２の可変偏
光回転子の直後に全反射ミラーが配置された構造になっ
ている。この偏波コントローラＢでは、サーキュレータ
の入力ポートに入射した送信信号はサーキュレータを通
り、コリメータでビームに変換され、その変換ビーム
が、第１の可変偏光回転子、１／４波長板、第２の可変
偏光回転子を順次通過して全反射ミラーで反射し、再び
第２の可変偏光回転子、１／４波長板、第１の可変偏光
回転子を順次通過し、この過程で、偏波コントローラＡ
の場合と同じような偏光変換する。そして、コリメータ
で光ファイバに結合されたのち、サーキュレータにより
出力ポートから出射される。

【００５５】この偏波コントローラＢは、偏波コントロ
ーラＡに比べると同じ素子の使用点数を少なくすること
ができるので生産性に優れ、安価であり、しかも形状を
小型にすることができる。また、第２の可変偏光回転子
に要求されるダイナミックレンジも偏波コントローラＡ
の場合に比べれば半分でよい。すなわち、θ₁＝０〜π
／２，θ₂＝０〜π／２であればよい。

【００５６】ただし、この偏波コントローラＢの場合、
第２の可変偏光回転子は可変ファラデー回転子に限定さ
れる。液晶を用いると、液晶では、往路の偏光回転の方
向と復路の偏光回転の方向が反転するため、往復の過程
で、入射した偏光は偏光変換したとしても出射時に元の
偏光に戻ってしまうからである。一方、第１の可変偏光
回転子としては、可変ファラデー回転子と液晶のいずれ
をも使用することができる。その場合、可変ファラデー
回転子を用いると、変換は式（３）で示したＰＣ₂の態
様となり、液晶を用いると変換は式（２）で示したＰＣ
₁の態様になる。

【００５７】なお、この偏波コントローラＢにおいて
は、コリメータとして２芯コリメータを用いればサーキ
ュレータの配置を省略することができ、挿入損失をより
低くすることができる。その場合には、光路の折り返し
手段としては全反射ミラーに限定されるものではなく、
２芯コリメータの種類に応じて、２芯コリメータ内の光
ファイバへのへ結合方法は適宜に選択することができ
る。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
偏波コントローラは、任意偏光を任意偏光に変換する偏
波コントローラとしては非常に簡単な機構であるため小
型化が可能であり、、しかも挿入損失や消費電力も小さ
く、安定動作をする。したがって、この偏波コントロー
ラは、ＰＭＤ補償装置に組み込むことにより、ハイビッ
トレートの光伝送システムに用いてその工業的価値は大
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏波コントローラの１例Ａを示す構成
図である。

【図２】ポアンカレ球上における可変直線位相子の変換
作用を示す説明図である。

【図３】ＳＯＰＳ_in＝（−０.１７，０.７４８，−０.
６４）の変換後におけるＳＯＰ（θ₁，θ₂は可変）を示
すグラフである。

【図４】偏波コントローラＡにおいて、式（３）で示さ
れるＰＣ₂（θ₁，θ₂，θ）に基づく変換後のＳＯＰ分
布を示すグラフである。

【図５】位相差Δδのθ₂依存性を示すグラフである。

【図６】各φ値における固有偏光のθ₂依存性を示すグ
ラフである。

【図７】各φ値において、式（１）で示されるＶＲ（θ
₂，φ）によるＳＯＰＳ_in＝（−０.１７，０.７４８，
−０.６４）の変換後におけるＳＯＰ（θ₁，θ₂は可
変）を示すグラフである。

【図８】Ｓ_in（−０.１７，０.７４８，−０.６４）
の、式（２）で示したＰＣ₁（θ₁，θ₂，π／４）によ
る変換後のＳＯＰ分布を示すグラフである。

【図９】Ｓ_in（−０.１７，０.７４８，−０.６４）
の、式（３）で示したＰＣ₂（θ₁，θ₂，π／４）によ
る変換後のＳＯＰ分布を示すグラフである。

【図１０】本発明の別の偏波コントローラの１例Ｂを示
す構成図である。

【図１１】ＤＧＤ付与部の１例を示す概略図である。

【図１２】他のＤＧＤ付与部の１例を示す概略図であ
る。

【図１３】ＰＭＤ補償の第１の方法を説明するためのベ
クトル図である。

【図１４】ＰＭＤ補償の第２の方法を説明するためのベ
クトル図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可変偏光回転子と１／４波長板を備え、
かつ任意偏光を任意偏光に偏光変換する偏波コントロー
ラであって、変換後の偏光状態が、変換前の偏光状態に対して、ポア
ンカレ球上で、次式：（Ｓ₁，Ｓ_S，Ｓ₃）＝（cos２（φ−π／４），sin２
（φ−π／４），０）（ただし、Ｓ₁，Ｓ_S，Ｓ₃はストークスパラメータを表
し、φは１／４波長板の軸方位の相対角度（rad）を表
す）で示されるベクトル軸を中心とした円軌跡を描いて
変化した偏光状態になることを特徴とする偏波コントロ
ーラ。
【請求項２】偏光の入射側から、変換された偏光の出
射側にかけて、第１のコリメータ、第１の可変偏光回転
子、第１の１／４波長板、第２の可変偏光回転子、第２
の１／４波長板、第３の可変偏光回転子、および第２の
コリメータがこの順序で配置されていることを特徴とす
る偏波コントローラ。
【請求項３】一端に入力ポートと出力ポートを備えた
サーキュレータの他端には、コリメータ、第１の可変偏
光回転子、１／４波長板、第２の可変偏光回転子、およ
び全反射ミラーがこの順序で配置されていることを特徴
とする偏波コントローラ。