JP2003287717A - 偏光制御装置と偏光制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設定された任意の偏光状態になるように常に
制御できかつ長期に渡り所望の一定の偏光状態に継続的
に制御でき、楕円偏光等についても制御でき、偏光制御
の高速化を図れる偏光制御装置と偏光制御方法を提供す
る。 【解決手段】 光源１１と光伝送路１３，１４を含む装
置に適用され、伝送路中に配置され、入力される光を、
設定された任意の偏光状態に変換する変換部（２３，２
４，２５）を有する偏光コントローラ１２と、偏光コン
トローラから出力される出力光の一部を取り出す光分岐
部１５と、一部の光から出力光における少なくとも楕円
偏光の回転方向を判別する偏光解析器１６と、偏光解析
器からの測定値を用いて偏光コントローラの変換部の変
換機能を決める制御信号を出力する演算部１７と、演算
部の制御信号に基づいて偏光コントローラの変換部を調
整する駆動部２０とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は偏光制御装置と偏光
制御方法に関し、特に、光通信システムにおける光源本
体や光伝送系に起因して光の偏光状態に変化が生じても
その出力光の偏光状態を所望の状態にかつ長期にわたっ
て安定して制御できる偏光制御装置と偏光制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の偏光制御装置の一般的な構成を図
７に示す。光源装置または光伝送系１００では、光源１
０１から出力された光は光ファイバ１０２を通って偏光
コントローラ１０３に入り、ここで互いに直交する２つ
の偏光成分の位相差を調整され、さらにその後光ファイ
バ１０４を通って出力されるように構成されている。線
１０５は装置ケースの境界を示し、１０６は出力部であ
る。偏光コントローラ１０３には、入力端部のコリメー
ト部１０７、光軸上に配置された１／４波長板１０８お
よび１／２波長板１０９と、出力端部の集光部１１０と
が設けられている。偏光制御を行う時には、出力部１０
６の直後の位置に、破線で示されるごとくストークスパ
ラメータ測定部１１１を配置し、ストークスパラメータ
測定部１１１で取り出した出力光を演算部１１２に送
る。演算部１１２では、制御のための所定の演算を行
い、駆動部１１３を介して偏光コントローラ１０３の１
／４波長板１０８と１／２波長板１０９のそれぞれの回
転角を調整し、互いに直交する２つの偏光成分の位相差
の制御を行う。駆動部１１３は、偏光コントローラ１０
３には１／４波長板１０８と１／２波長板１０９のそれ
ぞれを回転させる回転駆動機構を含む。

【０００３】上記の構成によれば、出力部１０６の直後
に配置されたストークスパラメータ測定部１１１を用い
て、偏光コントローラ１０３から出力される光の偏光状
態（State of polarization）を測定し、測定された偏
光状態に基づいて演算部１１２と駆動部１１３は、偏光
コントローラ１０３から出力される光が所望の偏光状態
になるように偏光コントローラ１０３の状態を変化させ
る。偏光状態に関する制御が終了した後には、ストーク
スパラメータ測定部１１１は光源装置等１００から外さ
れる。以上の動作に基づき出力部１０６の光出力は所望
の偏光状態に制御される。これによって光ファイバでの
応力や熱に起因する偏光状態の変化を補償し、安定した
偏光状態を維持する。

【０００４】図８に従来の他の偏光制御装置の構成を示
す。図８において、図７で説明した要素と実質的に同一
の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。この偏
光制御装置による偏光コントローラ２０１にはコリメー
ト部２０２と１／４波長板２０３と１／２波長板２０４
が設けられる。集光部２０５は偏光コントローラ２０１
の外側に設けられている。１／２波長板２０４と集光部
２０５の間の光伝送部分には光源装置等１００の内部に
固定された状態で偏光分離部２０６が配置されている。
偏光分離部２０６では、例えば水平偏光成分の光を集光
部２０５に送り、垂直偏光成分の光を光検出器２０７の
側へ取り出す。光検出器２０７で検出された光成分は、
演算部１１２および駆動部１１３を経由して１／４波長
板２０３と１／２波長板２０４の調整に用いられ、水平
偏光成分と垂直偏光成分の位相差の整合が行われる。集
光部２０５にはさらに光ファイバ２０８が接続され、こ
の光ファイバ２０８の先端から光が出力される。

【０００５】上記の偏光制御装置によれば、出力部の直
前に偏光分離部２０６を置くことにより出力光を偏光分
離し垂直偏光成分の光を光検出器２０７で受光してい
る。偏光分離部２０６は、入力された光を互いに直交す
る２つの偏光成分に損失なく分離する特性を持ってい
る。従ってこの構成により、光検出器２０７の受光電力
が最小になる、すなわち出力側の光電力が最大になるよ
うに、演算部１１２によって駆動部１１３を通じて偏光
コントローラ２０１を制御し、偏光分離部２０６に入射
する光の偏光状態を制御する。以上の動作に基づき、偏
光分離部２０６に入る光の偏光状態が変化しても、長期
間にわたって集光部２０５から出力される光を一定の偏
光状態に保つことができる。

【０００６】さらに他の従来技術として特開平８−１８
４７８８号公報に開示された偏光制御装置を挙げること
ができる。この偏光制御装置では、偏光制御の対象であ
る光を２つの直交する方向の偏波に係る光成分に分離
し、分離された２つの光成分の各々について、その振幅
を調整し、光の位相差を調整し、その後に２つの光成分
を合流することにより、上記光を所望の偏光状態に変換
するように構成されている。上記公開公報の図５と図６
に示された構成例では、出力光の偏光状態を検出する光
検出機構が設けられる。また自由度が最も高い図６の構
成例では、直線偏光のみではなく円偏光や楕円偏光の２
つの軸方向の光強度を検出し、制御部によって偏光制御
をすることにより所望の円偏光や楕円偏光を得られるよ
うにしている。以上の構成に基づいて、波長板を使用す
る場合の可動部分を不要とし、光の偏光状態が短時間で
変化する場合にも対応でき、小型に作ることのできる偏
光制御装置を実現している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】最初に説明した従来の
偏光制御装置によれば、偏光制御を行うたびに出力部１
０６にストークスパラメータ測定部１１１を接続しなけ
ればならない。一度偏光状態を設定した後に、所望の偏
光状態を再度設定したい場合、ストークスパラメータ測
定部１１１を再度接続する必要がある。従ってこの従来
の偏光制御装置の場合は、光ファイバのつなぎ替えを必
要とし、制御作業が煩雑であり、自動化の際に障害とな
る。通常、光源１０１の偏光状態が変動してしまうと、
出力光の偏光状態が変動する。この従来の偏光制御装置
は、その構成上、常に偏光制御を行うことができないの
で、長期間にわたって所望の一定の偏光状態を保つこと
ができないという問題を有している。

【０００８】第２の従来の偏光制御装置によれば、出力
側に取り出される光の偏光状態は、集光部の直前に配置
された偏光分離部２０６の特性によって決定される。図
８で示された偏光制御装置では、唯一の直線偏光しか設
定できないという問題を有している。

【０００９】前述した公開公報に開示された偏光制御装
置によれば、波長板や偏光子を固定してしまう構成であ
るので、所望の偏光状態を任意に設定することはできな
い。所望の偏光状態を再設定したい場合には、検出部の
波長板や偏光子を回転させる機構が必要になる。また従
来から求められている偏光制御の高速化に対応すること
ができないという問題もある。ここで「偏光制御の高速
化」とは、光源から出力される光の偏光状態が変化した
ときにどの程度速く元の所望の偏光状態に戻すことがで
きるかという速度である。さらに、この偏光制御装置の
構成によれば、所望の偏光状態の長軸角度が既知の状態
で楕円偏光の長軸および短軸の光強度（電界振幅）を測
定する構成を有しているが、楕円の回転方向（右回りで
あるかまたは左回りであるか）を測定することができな
いという問題を有している。

【００１０】本発明の目的は、上記の問題に鑑み、設定
された任意の偏光状態になるように常に制御できかつ長
期に渡り所望の一定の偏光状態に継続的に制御すること
ができ、直線偏光に加え、楕円の回転方向を測定して楕
円偏光等についても制御でき、偏光制御の高速化を図る
ことができる偏光制御装置および偏光制御方法を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
偏光制御装置と偏光制御方法は、上記目的を達成するた
め、次のように構成される。

【００１２】第１の偏光制御装置（請求項１に対応）
は、光源と光伝送系を含む装置（光源装置や光通信シス
テム）に適用されるものであって、光伝送系の伝送路中
に配置され、入力される光を、設定された任意の偏光状
態に変換する変換部を有する偏光制御部（偏光コントロ
ーラ）と、偏光制御部から出力される出力光の一部を取
り出す光分岐部と、光分岐部から取り出された一部の光
から出力光における少なくとも楕円偏光の回転方向を判
別する偏光解析部と、偏光解析部からの測定値を用いて
偏光制御部の変換部の変換機能を決める制御信号を出力
する演算部と、演算部の制御信号に基づいて偏光制御部
の変換部を調整する駆動部と、から構成されている。

【００１３】上記の構成によれば、偏光制御部によって
出力光の偏光状態を任意の所望の状態に設定することが
でき、かつ、出力部の手前で光分岐部で出力光の一部を
取り出し、偏光解析部で出力光の偏光状態を監視して偏
光状態に係る測定値を取得し、当該測定値を利用して制
御信号を生成して、偏光状態の変化が生じたときには偏
光制御部の変換部の状態を調整して設定された所望の偏
光状態に制御する。常に測定系および制御系が作用する
ように設けられているので、所望の偏光状態に長期に渡
り一定に保つことが可能である。なお偏光状態を指定す
るデータを入力出きる入力部を設けることによって、設
定される偏光状態を容易に変更できるように構成するこ
とも可能である。

【００１４】第２の偏光制御装置（請求項２に対応）
は、上記の構成において、好ましくは、光分岐部と他の
部分との間の光伝送路として偏光依存性の少ない媒質が
用いられる。出力光の一部を取り出す光分岐部として
は、この光分岐部が設けられた構成に起因して偏光状態
が変化しないようにするため、偏光依存性の少ない媒質
が用いられる。通常、空間領域が望ましい。

【００１５】第３の偏光制御装置（請求項３に対応）
は、上記の構成において、好ましくは、偏光解析部はス
トークスパラメータ測定部である。ストークスパラメー
タ測定部は、ストークスアナライザ、ストークスメー
タ、また単に偏光計、偏光解析器などいくつかの呼称が
ある。ここでは、ストークスパラメータを求める測定手
段を総称して「ストークスパラメータ測定部」と呼ぶこ
ととする。ストークスパラメータ測定部を利用すること
によって、偏光状態に係る測定値としてストークスパラ
メータが用いられ、さらに演算部ではこれらに基づき基
準化ストークスパラメータが計算される。ストークスパ
ラメータと基準化ストークスパラメータの変化をモニタ
することにより、偏光制御部の変換部の状態を制御す
る。

【００１６】第４の偏光制御装置（請求項４に対応）
は、上記の構成において、好ましくは、偏光制御部の変
換部は偏光子と位相制御素子から成ることを特徴とす
る。偏光子を用いることにより、偏光制御部の前段部分
に起因する偏光状態の変化に対する制御が行われる。位
相制御素子は、偏光子よりも後段側部分の起因する偏光
状態の変化に対する制御を行う。この構成は、出力光に
おいて測定者が偏光状態の変化を望まない場合に適して
いる。

【００１７】第５の偏光制御装置（請求項５に対応）
は、上記の構成において、好ましくは、偏光制御部の変
換部は位相制御素子のみから成ることを特徴とする。こ
の構成は、出力光において測定者が光パワーの変化を望
まない場合に適している。

【００１８】第６の偏光制御装置（請求項６に対応）
は、上記の構成において、好ましくは、位相制御素子は
１／４波長板と１／２波長板で構成される。

【００１９】第７の偏光制御装置（請求項７に対応）
は、上記の構成において、好ましくは、偏光制御部と光
分岐部の間に光伝送系として任意の長さの光ファイバが
設けられることを特徴とする。ユーザにおいて光通信シ
ステム等で偏光制御部の後段側の光伝送路で任意の長さ
の光ファイバを用いる場合に、本発明に係る偏光制御装
置によれば、偏光状態を所望の状態に一定に保つことが
可能となる。

【００２０】第１の偏光制御方法（請求項８に対応）
は、伝送される光を設定された任意の偏光状態に変換す
る偏光子と１／４波長板と１／２波長板を有する偏光制
御部と、出力光の一部からストークスパラメータを常に
測定するストークスパラメータ測定部とを含む偏光制御
装置に適用される方法である。この偏光制御方法は、ス
トークスパラメータＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃を測定するステ
ップと、ストークスパラメータＳ₀〜Ｓ₃を用いて基準化
ストークスパラメータｓ₁，ｓ₂，ｓ₃を演算するステッ
プと、Ｓ₀が最大になるように偏光子の回転角を制御す
るステップと、ｓ₃が偏光状態に対応する値になるよう
に１／４波長板の回転角を制御するステップと、ｓ₁ま
たはｓ₂を偏光状態に対応する値になるように１／２波
長板の回転角を制御するステップとから成る。

【００２１】第２の偏光制御方法（請求項９に対応）
は、伝送される光を設定された任意の偏光状態に変換す
る１／４波長板と１／２波長板を有する偏光制御部と、
出力光の一部からストークスパラメータを常に測定する
ストークスパラメータ測定部とを含む偏光制御装置に適
用される方法である。この偏光制御方法は、ストークス
パラメータＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₃を測定するステップと、スト
ークスパラメータＳ₁〜Ｓ ₃を用いて基準化ストークスパ
ラメータｓ'₁，ｓ'₂，ｓ'₃を演算するステップと、ｓ'₃
が前記偏光状態に対応する値になるように１／４波長板
の回転角を制御するステップと、ｓ'₁またはｓ'₂が偏光
状態に対応する値になるように１／２波長板の回転角を
制御するステップとから成る。

【００２２】第３の偏光制御方法（請求項１０に対応）
は、上記の第１と第２の方法において、好ましくは、偏
光制御装置は出力光の一部を取り出すための光分岐部を
含み、さらに、光分岐部での入力から出力部への偏光特
性と、入力からストークスパラメータ測定部への偏光特
性を求めるステップと、ストークスパラメータ測定部で
測定された偏光状態と、求められた２つの偏光特性とに
基づいて、出力光の偏光状態を推定するステップを含
む、ことで特徴づけられる。光分岐部それ自体の偏光特
性が無視できないとき補正をかけることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。

【００２４】図１は本発明に係る偏光制御装置の第１実
施形態を示し、基本的な構成を概念的に示すブロック図
である。この偏光制御装置は、例えば光源装置や光通信
システムに適用され、伝送されまたは出力される光の偏
光状態が変化したときに、予め設定された所望の偏光状
態になるように制御する装置である。

【００２５】図１において、光源１１から出力された光
は偏光コントローラ１２を経由して出力部の側（Ｐ）へ
伝送される。線１３，１４は光伝送路を示している。光
伝送路１３，１４は一般的には光ファイバであるが、光
が伝送できる伝送媒体であれば任意のものを使用でき、
光ファイバに限定されない。偏光コントローラ１２から
出力された光は、装置の出力部に向かう。この出力部の
直前に光分岐部１５が配置される。光分岐部１５は出力
光のうちの一部を取り出す。光分岐部１５で取り出され
た一部の出力光は偏光解析器１６に入力される。

【００２６】偏光解析器１６によって出力光の偏光状態
が測定される。測定される出力光の偏光状態は楕円偏光
の回転方向を含むものとする。偏光解析器１６は、偏光
状態を完全に測定できるものであれば、いかなる装置で
あってもよい。偏光解析器１６の例としては、例えば楕
円偏光の長軸角度、長軸・短軸の電界振幅強度、楕円の
回転方向を測定するもの、水平軸、垂直軸の電界振幅強
度とこれらの位相差を測定する装置などである。

【００２７】偏光解析器１６で測定された偏光状態に係
る測定値は演算部１７に入力される。演算部１７は所定
の演算機能を有すると共にメモリ１８を備え、さらに入
力部１９を備えている。演算部１７は入力部１９を介し
て所望の偏光状態を指定するデータを入力され、当該デ
ータをメモリ１８に格納している。メモリ１８は演算部
１７に内蔵される構成であってもよい。入力部１９は設
定データの書換え手段として用いることができるが、必
ず必要というものではない。演算部１７は、偏光解析器
１６から与えられた出力光の偏光状態に係る測定値のデ
ータと所望の偏光状態に係るデータとを比較し、それら
の間の差異を算出する。さらに演算部１７は、当該差異
に基づいて、この差異を０にするための制御信号を生成
する。この制御信号は、偏光コントローラ１２の中に含
まれている１／４波長板等の調整素子の回転角を所望の
値に制御するための信号である。制御信号は駆動部２０
に与えられる。駆動部２０は、制御信号に基づき、偏光
コントローラ１２内の１／４波長板等を所要角度だけ回
転させる。このようにして、偏光解析器１６で測定され
た出力光の偏光状態と所望の偏光状態との差異を補正す
るように、演算部１７と駆動部２０を通じて偏光コント
ローラ１２の動作状態が制御される。

【００２８】上記の偏光コントローラ１２と駆動部２０
の構成は、任意の偏光状態の光を出力することができる
ものであれば、どのような構成でも採用できる。

【００２９】図１に示された構成以外の部分は任意に構
成することができる。また演算部１７に付設されたメモ
リ１８に保持されている所望の偏光状態に係るデータ
は、その後において、入力部１９によって書き換えるこ
とができる。

【００３０】偏光解析器１６へ入力される一部の出力光
の偏光状態と、出力部（Ｐ）での出力光の偏光状態との
間に差異が生じると、制御対象である光の偏光状態にお
いて誤差が必然的に生じる。従って少なくとも光分岐部
１５より後段は空間または偏光依存性が少なく安定した
媒質で構成することが望ましい。さらに偏光状態を完全
に検出する装置の一例としてストークスパラメータ測定
装置が望ましい。

【００３１】上記の構成によれば、出力光の偏光状態を
任意に設定することができ、偏光コントローラ１２の前
段あるいは後段で光の偏光状態が変化しても、設定され
た出力光の偏光状態を長期間に渡り一定に保つことがで
きる。特に後段側に接続される偏光解析器１６は常に接
続された状態にあり、これを外すことなく用いることが
でき、さらに設定される所望の偏光状態を入力部１９に
よる書き換えによって変更することができる。

【００３２】次に図２と図３を参照して本発明に係る偏
光制御装置の第２実施形態を説明する。第２実施形態の
構成は、第１実施形態の基本的構成を具現化した例であ
る。図２は構成図であり、この図で第１実施形態で説明
した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付して
いる。図３は本発明に係る偏光制御方法の一例を示すフ
ローチャートである。

【００３３】図２において、光源１１と偏光コントロー
ラ１２との間は光ファイバ２１で接続されている。偏光
コントローラ１２の内部には、入力端部であるコリメー
ト部２２と、偏光子２３と、１／４波長板２４と、１／
２波長板２５と、出力端部である集光部２６が設けられ
ている。偏光コントローラ１２に入った光は、コリメー
ト部２２、偏光子２３、１／４波長板２４、１／２波長
板２５、集光部２６の順序で伝送される。偏光子２３と
１／４波長板２４と１／２波長板２５はそれぞれその軸
回りに独立に回転できるように設けられており、駆動部
２０がこれらの光素子を独立に回転させる。偏光コント
ローラ１２から出力された光は光ファイバ２７を通って
コリメート部２８に伝送される。コリメート部２８の先
は、例えば空間（空気媒質等）であり、そこに光分岐部
１５が配置されている。図２で、２９は空間領域を示
し、当該空間領域２９において線３０は光伝送ルートを
示している。光分岐部１５の出力側（図中右方）には集
光部３１が設けられている。集光部３１は出力部（Ｐ）
となっている。光分岐部１５では出力光の一部を取り出
し、ストークスパラメータ測定部３２の側に提供する。

【００３４】上記の光分岐部１５が配置された領域２
９、あるいは少なくとも光分岐部１５の後段側は偏光状
態の変化が起きない箇所として設定されることが望まし
い。すなわち、領域２９は空間または偏光依存性が少な
い安定した媒質で構成されることが望ましい。また光分
岐部１５自体も、分岐比の偏光依存性損失や複屈折性を
持たない手段であることが望ましい。

【００３５】ストークスパラメータ測定部３２では、光
分岐部１５で取り出された一部の出力光について、その
ストークスパラメータが測定され、その変化が監視され
る。ストークスパラメータ測定部３２は、光源１１の偏
光状態を表すストークスパラメータＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃
が測定できるものであれば、任意の構成を採用すること
ができる。ストークスパラメータ測定部３２で測定され
たストークスパラメータに係る測定値は演算部１７に与
えられる。演算部１７では、メモリ１８に格納される計
算プログラムおよび制御プログラム、データ、あるいは
入力部１９から与えられる指示に従って、ストークスパ
ラメータの変化を監視し、必要な演算を行い、制御の目
的または条件に応じて偏光コントローラ１２内に設けら
れた偏光子２３の回転角（θ₁）、１／４波長板２４の
回転角（θ₂）、１／２波長板２５の回転角（θ₃）を適
宜に制御するための制御信号を生成する。この制御信号
は駆動部２０に与えられる。駆動部２０は、制御信号に
基づいて偏光コントローラ１２の状態を制御する。すな
わち偏光子２３と１／４波長板２４と１／２波長板２５
のそれぞれは独立して駆動部２０によってその回転角が
調整される。

【００３６】次に、図２と図３を参照して、ストークス
パラメータの内容およびその測定、と制御方法とについ
て説明する。

【００３７】ストークスパラメータ測定部３２により出
力光に関してストークスパラメータＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃
が測定される。これらのストークスパラメータＳ₀〜Ｓ₃
は下記の（数１）に示される式に基づいて決定される。
（数１）で明らかなように、ストークスパラメータ
Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃は、水平直線偏光強度（Ｉｘ）、垂
直直線偏光強度（Ｉｙ）、４５°直線偏光強度
（Ｉ_45°）、−４５°直線偏光強度（Ｉ_-135°）、右回
り円偏光強度（Ｉ_Q,45°）、左回り円偏光強度（Ｉ
_Q,135°）に基づいて求められ、さらに電界の水平成分
振幅（Ａｘ）および垂直成分振幅（Ａｙ）と、電界の水
平成分および垂直成分の位相差（δ）の正弦値および余
弦値とに基づいて求められる。ストークスパラメータに
よれば、光の平均パワーのみを測定することにより完全
な偏光状態を知ることができる。上記のストークスパラ
メータは偏光子２３の回転角（θ₁）の制御に用いられ
る。

【００３８】

【数１】

【００３９】また上記のストークスパラメータを用いる
ことにより（数２）に示されるように偏光度ＤＯＰを計
算することができる。この偏光度ＤＯＰによれば、完全
偏光のときにはＤＯＰ＝１すなわちＳ₀ ²＝Ｓ₁ ²＋Ｓ₂ ²＋
Ｓ₃ ²となり、部分偏光のときには０＜ＤＯＰ＜１すなわ
ちＳ₀ ²＞Ｓ₁ ²＋Ｓ₂ ²＋Ｓ₃ ²となる。従って、ストークス
パラメータに基づいて偏光度ＤＯＰを計算し、この値の
状態を調べることで完全偏光状態かまたは部分偏光状態
かを知ることができる。演算部１７は、必要に応じて、
入力されたストークスパラメータＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃を
用いて、かつメモリ１８に用意された計算プログラムに
基づき偏光度を計算する。

【００４０】

【数２】

【００４１】さらに、演算部１７では（数３）の式に基
づいて基準化ストークスパラメータｓ₁，ｓ₂，ｓ₃を計
算する。これらの基準化ストークスパラメータは、１／
４波長板２４と１／２波長板２５の回転角（θ₂，θ₃）
の制御に用いられる。

【００４２】

【数３】

【００４３】ここで、ミューラ行列に基づく偏光変換表
示を説明する。偏光変換表示をミューラ行列で行うと
き、（数４）に示されるように、回転を表す行列
［Ｔ_θ］、位相差を与える行列［Ｃ₀］、部分偏光を与
える行列［Ｐ₀］が用いられる。行列［Ｔ_θ］で「θ」
は偏光の基準とする軸、一般的には水平軸と偏光子の透
過軸とのなす角度であり、行列［Ｃ₀］で「γ」は位相
板が与える位相差であり、行列［Ｐ₀］で「ｐ₁」は偏光
子の透過軸の透過率、「ｐ₂」は上記透過軸と直交する
軸の透過率である。

【００４４】

【数４】

【００４５】偏光子２３について、現在の技術では、５
０ｄＢ以上の消光比を得ることができる。偏光子２３の
偏光変換表示を示すと、上記においてｐ₁＝１、ｐ₂＝０
とするとき、（数５）に示すごとくなる。

【００４６】

【数５】

【００４７】以上により、偏光子から出力される光の基
準化ストークスパラメータｓ_1out，ｓ_2outは、偏光子２
３の角度（回転角）θ₁によってのみ決定され、またｓ
_3outは常に０となる。光源の偏光状態が変化しても、ｓ
_1out，ｓ_2out，ｓ_3outは変化せず、光ファイバ２７に外
乱が加わらない限り、演算部１７で測定される基準化ス
トークスパラメータｓ₁，ｓ₂，ｓ₃は変化しない。従っ
てＳ₀のみが変化した場合には光源１１の偏光状態が変
わったことを示している。この場合には、出力光の偏光
状態は保持されるが光のパワーが低下する。

【００４８】次に１／４波長板２４による偏光状態の変
化を説明する。この波長板では偏光依存性損失が無視で
きると仮定している。従って行列［Ｃ₀］は（数６）の
ごとく表示される。また１／４波長板２４の偏光変換表
示を示すと、（数７）に示すごとくなる。

【００４９】

【数６】

【００５０】

【数７】

【００５１】（数７）の式においてＳ’_0in〜Ｓ’_3inは
偏光子２３の出力と一致している。従ってＳ’_3inは０
である。またＳ’_0out＝Ｓ’_0in＝Ｓ_0outであり、Ｓ₀は
変化しない。また下記に説明するように、後段の１／２
波長板２５ではＳ”_3out＝−Ｓ”_3in、となり、Ｓ₃に関
しては１／２波長板２５の角度θ₃によらず、一定であ
る。従ってＳ’_3outについては、（数８）に示すよう
に、式変換を行って求められる。（数８）で明らかなよ
うに、角度θ₁を決めて固定すれば、Ｓ₃は１／４波長板
２４の回転角θ₂のみによって決められる。

【００５２】

【数８】

【００５３】次に１／２波長板２５による偏光状態の変
化を説明する。この波長板の行列［Ｃ₀］は（数９）の
ごとく表示される。また１／２波長板２５の偏光変換表
示を示すと、（数１０）に示すごとくなる。

【００５４】

【数９】

【００５５】

【数１０】

【００５６】（数１０）の式に基づいてＳ”_3out＝−
Ｓ”_3in＝−sin（２θ₂＋２θ₁）となる。このため、１
／４波長板２４の後段に１／２波長板２５を設置して
も、Ｓ₃は１／２波長板２５の回転角θ₃に依存しないこ
とがわかる。

【００５７】さらに光ファイバ２１，２７に関して、外
力、温度変化、振動などの外乱が加わると、その偏光状
態はランダムに変化し、予想を行うことは困難である。
しかしながら、光ファイバに外力や振動が加わらなけれ
ば、偏光状態は変化しにくいという特性を有している。
他方、偏光状態が変化したときには、偏光コントローラ
１２で制御を行うようにする。またＳ₀の変化は偏光子
２３による変化に比べて無視できるほど小さい。

【００５８】以上に基づいて、ストークスパラメータＳ
₀が変化したときには偏光コントローラ１２の前段の変
化が対応しており、基準化ストークスパラメータｓ₁，
ｓ₂，ｓ₃が変化したときには偏光子２３より後段の変化
が対応している。従って基準化ストークスパラメータｓ
₁〜ｓ₃が変化したときには偏光子２３を動かす必要はな
い。

【００５９】次に、上記の原理に基づき、ストークスパ
ラメータ測定部３２での測定と演算部１７で実行される
制御方法を図３のフローチャートに従って説明する。

【００６０】ステップＳ１１では、ストークスパラメー
タ測定部３２によってストークスパラメータＳ₀，Ｓ₁，
Ｓ₂，Ｓ₃を測定する。演算部１７はこれらの測定値を取
り込み、ストークスパラメータＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃を用
いて基準化ストークスパラメータｓ₁，ｓ₂，ｓ₃を演算
する（ステップＳ１２）。次にＳ₀，ｓ₁，ｓ₂，ｓ₃が変
化したか否かを判断する（ステップＳ１３）。これらの
値がいずれも変化しないとき（ＮＯ）には上記ステップ
Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を繰り返す。

【００６１】ステップＳ１３でＳ₀，ｓ₁，ｓ₂，ｓ₃のい
ずれかの値が変化したと判断されたとき（ＹＥＳ）に
は、次の判断ステップＳ１４でＳ₀が変化したか否かが
判断される。Ｓ₀が変化したときにはＳ₀が最大になるよ
うに回転角θ₁を変化させる（ステップＳ１５）。その
後上記のごとく測定と計算でＳ₀，ｓ₁，ｓ₂，ｓ₃を取得
してＳ₀を確認し（ステップＳ１６）、Ｓ₀が最大か否か
が判断される（ステップＳ１７）。判断ステップＳ１７
においてＮＯであるときにはＳ₀が最大になるまでステ
ップＳ１５，Ｓ１６を繰り返し、ＹＥＳであるときには
ステップＳ１８に移る。以上によって、演算部１７は、
ストークスパラメータＳ₀が変化したときには、ストー
クスパラメータＳ₀が最大値になるように偏光子２３の
回転角θ₁を駆動部２０を通じて制御する。ストークス
パラメータＳ₀の変化は光源１１の偏光状態が変化した
ことに対応しており、この場合には、偏光子２３を制御
して光源１１から出射される光の電界振動方向と偏光子
２３の透過軸とが一致するようにする。

【００６２】判断ステップＳ１４でＮＯと判断されたと
き、あるいは判断ステップＳ１７でＹＥＳと判断された
ときに、ステップＳ１８が実行される。ステップＳ１８
ではｓ₃が所望の値になるように１／４波長板２４の回
転角θ₂を変化させる。その後、上記と同様にしてＳ₀，
ｓ₁，ｓ₂，ｓ₃を取得してｓ₃を確認し（ステップＳ１
９）、ｓ₃が所望の値になった否かが判断される（ステ
ップＳ２０）。判断ステップＳ２０においてＮＯである
ときにはｓ₃が所望の値になるまでステップＳ１８，Ｓ
１９を繰り返し、ＹＥＳであるときにはステップＳ２１
に移る。以上によって、演算部１７は、ストークスパラ
メータＳ₀が変化しないときには、ｓ₃が所望の値になる
ように１／４波長板２４の回転角θ₂を駆動部２０を通
じて制御する。

【００６３】判断ステップＳ２０でＹＥＳと判断された
ときにステップＳ２１が実行される。このステップＳ２
１では、ｓ₁またはｓ₂が所望の値になるように１／２波
長板２５の回転角θ₃を変化させる。その後、上記と同
様にしてＳ₀，ｓ₁，ｓ₂，ｓ₃を取得してｓ₁またはｓ₂を
確認し（ステップＳ２２）、ｓ₁またはｓ₂が所望の値に
なった否かが判断される（ステップＳ２３）。判断ステ
ップＳ２３においてＮＯであるときにはｓ₁またはｓ₂が
所望の値になるまでステップＳ２１，Ｓ２２を繰り返
し、ＹＥＳであるときには最初のステップＳ１１に移
る。以上によって、演算部１７は、ストークスパラメー
タＳ₀が変化しないときには、ｓ₁またはｓ₂が所望の値
になるように、１／２波長板２５の回転角θ₃を駆動部
２０を通じて制御する。

【００６４】上記のごとくステップＳ１４〜Ｓ１７に基
づいて偏光コントローラ１２における偏光子２３の制御
が完了すると、基準化ストークスパラメータｓ₁，ｓ₂，
ｓ₃が変化する。また、Ｓ₀が変化せず、基準化ストーク
スパラメータｓ₁，ｓ₂，ｓ₃のみが変化した場合は、偏
光コントローラ１２と光分岐部１５の間にある後段の光
ファイバ２７が原因となって光分岐部１５へ入力される
光の偏光状態が変化したことに対応している。そこで、
基準化ストークスパラメータｓ₁，ｓ₂，ｓ₃が変化した
ときには、最初にｓ₃が所望の値になるように１／４波
長板２４の回転角を制御し、次いでストークスパラメー
タ測定部３２でストークスパラメータを測定することに
基づき算出されるｓ₁またはｓ₂が所望の値になるように
１／２波長板２５の回転角を制御する。このようにして
光ファイバ２７に起因して変化した出力光の偏光状態を
所望の偏光状態に戻すようにする。

【００６５】上記の第２実施形態の構成によれば、前述
の第１実施形態の作用・効果に加えて、偏光コントロー
ラ１２の前段部分が原因で偏光状態が所望の偏光状態か
ら変化したときには、ストークスパラメータＳ₀の変化
でモニタし、偏光子２３の回転角を調整することで制御
を行い、偏光子２３よりも後段部分が原因で偏光状態が
所望の偏光状態から変化したときには、基準化ストーク
スパラメータｓ₁，ｓ₂，ｓ₃の変化をモニタし、１／４
波長板２４と１／２波長板２５の回転角を調整すること
で制御を行うことができる。

【００６６】なお第２実施形態の構成において、偏光コ
ントローラ１２で偏光子２３は必ずしも必要とせず、位
相制御用の光素子だけで構成することもできる。位相制
御用光素子としては、２枚の波長板を回転させて制御す
るもの、光ファイバにかける応力を変化させ位相差を制
御するもの、スクイーザのように位相差を直接制御する
もの、電界や磁界をかけ偏光を制御するものなどが考え
られる。演算部１７は、光出力の偏光状態と所望の偏光
状態を比較し、所望の偏光状態になるように駆動部２０
に制御信号を出力するものであれば、演算の過程は任意
のものを採用することができる。例えばストークスパラ
メータを求めて計算すること、ポアンカレ球上に写像を
行って計算すること、ストークスパラメータをジョーン
ズベクトルに変換して計算すること等が考えられる。

【００６７】次に図４を参照して本発明に係る偏光制御
装置の第３実施形態を説明する。第３実施形態は、例え
ば第２実施形態において、光分岐部１５での分岐比の偏
光依存性損失や複屈折性が無視できない場合における取
扱いに関するものである。前述の実施形態の説明では、
光分岐部１５は分岐比の偏光依存性損失や複屈折性を持
たないことを前提としていた。しかしながら、そうでな
い場合には、図４に示すごとく、出力光として透過する
偏光特性Ａと、分岐して取り出される一部の出力光の偏
光特性Ａ’とを求める。図４ではコリメート部２８に入
る手前側Ｐ’での光のストークスパラメータをＳ_inと
し、集光部３１から出る箇所Ｐでの光のストークスパラ
メータをＳ_outとし、ストークスパラメータ測定部３２
が測定する箇所Ｑでの光のストークスパラメータをＳ’
_outとしている。集光部３１から出る箇所Ｐとストーク
スパラメータ測定部３２の箇所Ｑとの偏光状態が一致し
ないときには、次の（数１１）のように表示される。

【００６８】

【数１１】

【００６９】従って、上記の関係式に基づき、求めた偏
光特性Ａ，Ａ’を利用して、ストークスパラメータ測定
部３２による測定値から箇所Ｐでの偏光状態を計算し、
推定することが可能となる。

【００７０】なお偏光特性Ａ，Ａ’について、ストーク
スパラメータを演算に用いるときにはミューラ行列が求
められ、ジョーンズベクトルを演算に用いるときにはジ
ョーンズ行列を求めておく。

【００７１】次に、図５と図６を参照して本発明に係る
偏光制御装置の第４実施形態を説明する。第４実施形態
は、第２実施形態の構成において、偏光子２３を設けな
い場合の偏光状態の制御方法を説明する。図５は構成図
であり、図６は制御方法のフローチャートである。図５
において、図２で説明した要素と実質的に同一の要素に
は同一の符号を付している。

【００７２】図５に示された構成は、第２実施形態の構
成を示す図２と比較すると、偏光コントローラ４１にお
いて偏光子が設けられていない点だけである。その他の
構成は、制御方法を除いて、第２実施形態の構成と同じ
である。第４実施形態の場合の制御方法を図６を参照し
て説明する。

【００７３】ステップＳ３１では、ストークスパラメー
タ測定部３２によってストークスパラメータＳ₁，Ｓ₂，
Ｓ₃を測定する。演算部１７はこれらの測定値を取り込
み、ストークスパラメータＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₃を用いて下記
の（数１２）に基づいて基準化ストークスパラメータ
ｓ'₁，ｓ'₂，ｓ'₃を演算する（ステップＳ３２）。次に
ｓ'₁，ｓ'₂，ｓ'₃が変化したか否かを判断する（ステッ
プＳ３３）。これらの値がいずれも変化しないときには
（ＮＯ）のときには上記ステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３
３を繰り返す。

【００７４】

【数１２】

【００７５】ステップＳ３３でｓ'₁，ｓ'₂，ｓ'₃のいず
れかの値が変化したと判断されたとき（ＹＥＳ）には、
ステップＳ３４に移る。ステップＳ３４ではｓ'₃が所望
の値になるように１／４波長板２４の回転角θ₂を変化
させる。その後、上記と同様にしてｓ'₁，ｓ'₂，ｓ'₃を
取得してｓ'₃を確認し（ステップＳ３５）、ｓ'₃が所望
の値になった否かが判断される（ステップＳ３６）。判
断ステップＳ３６においてＮＯであるときにはｓ'₃が所
望の値になるまでステップＳ３４，Ｓ３５を繰り返し、
ＹＥＳであるときにはステップＳ３７に移る。以上によ
って、演算部１７は、最初にｓ'₃が所望の値になるよう
に１／４波長板２４の回転角θ₂を駆動部２０を通じて
制御する。

【００７６】判断ステップＳ３６でＹＥＳと判断された
ときにステップＳ３７が実行される。このステップＳ３
７では、ｓ'₁またはｓ'₂が所望の値になるように１／２
波長板２５の回転角θ₃を変化させる。その後、上記と
同様にしてｓ'₁，ｓ'₂，ｓ'₃を取得してｓ'₁またはｓ'₂
を確認し（ステップＳ３８）、ｓ'₁またはｓ'₂が所望の
値になった否かが判断される（ステップＳ３９）。判断
ステップＳ３９においてＮＯであるときにはｓ'₁または
ｓ'₂が所望の値になるまでステップＳ３７，Ｓ３８を繰
り返し、ＹＥＳであるときには最初のステップＳ３１に
移る。以上によって、演算部１７は、ｓ'₁またはｓ'₂が
所望の値になるように、１／２波長板２５の回転角θ₃
を駆動部２０を通じて制御する。

【００７７】上記のごとく、偏光子を備えず、１／４波
長板２４と１／２波長板２５のみから成る偏光コントロ
ーラ４１による偏光状態の制御では、偏光コントローラ
４１をいかなる状態に制御してもストークスパラメータ
Ｓ₀の変化には寄与しない。従って第４実施形態の偏光
制御方法では、偏光状態を制御する目的でストークスパ
ラメータＳ₀の変化は利用しない。ただし実際には、出
力光のストークスパラメータを知る目的でＳ₀は常に監
視される。

【００７８】前述の各実施形態の特徴的な構成を適宜に
組み合せて新たな実施形態を実現することは、本発明の
技術思想の範囲を逸脱しない限りにおいて任意に行うこ
とができるのは勿論である。

【００７９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば次の効果を奏する。

【００８０】請求項１，２，８，９に係る本発明： 出
力光の偏光状態を任意に所望の状態に設定することがで
き、かつ偏光状態が変化したとき、設定された出力光の
偏光状態を長期間に渡り一定の所望の偏光状態に保つこ
とができる。後段に設けた偏光解析部を取り外すことな
く偏光制御を行うことができる。

【００８１】請求項３に係る本発明： 偏光解析部とし
てストークスパラメータ測定部を用いたので、ストーク
スパラメータと基準化ストークスパラメータの変化をモ
ニタすることにより、偏光制御部の変換部の状態を制御
でき、可動部なしで構成することができ、偏光状態の変
化に対して短時間で追従し、制御を行うことができる。

【００８２】請求項４，６に係る本発明： 偏光制御部
の変換部として偏光子と位相制御素子を用いたため、偏
光制御部の前段部分に起因する偏光状態の変化に対する
制御は偏光子で行われ、偏光子よりも後段側部分の起因
する偏光状態の変化に対する制御は位相制御素子で行わ
れる。

【００８３】請求項５に係る本発明： 偏光制御部の変
換部を位相制御素子のみで構成したため、出力光におい
て測定者が光パワーの変化を望まない場合に適してい
る。

【００８４】請求項７に係る本発明： 偏光制御部と光
分岐部の間に光伝送系として任意の長さの光ファイバが
設けられる場合にあっても、偏光状態を所望の状態に一
定に保つことができる。

【００８５】請求項１０に係る本発明： 光分岐部それ
自体の偏光特性が無視できないときには補正をかけるよ
うにしたため、出力部でのストークスパラメータを推定
し、偏光状態の設定誤差を抑えることが可能であり、よ
り精度の高い偏光状態の制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る偏光制御装置の第１実施形態を示
すブロック構成図である。

【図２】本発明に係る偏光制御装置の第２実施形態を示
すブロック構成図である。

【図３】第２実施形態で実施される偏光制御方法を示す
フローチャートである。

【図４】本発明に係る偏光制御装置の第３実施形態を説
明するための一部のブロック構成図である。

【図５】本発明に係る偏光制御装置の第４実施形態を示
すブロック構成図である。

【図６】第４実施形態で実施される偏光制御方法を示す
フローチャートである。

【図７】従来の偏光制御装置の第１例を示すブロック構
成図である。

【図８】従来の偏光制御装置の第２例を示すブロック構
成図である。

【符号の説明】

１１ 光源 １２ 偏光コントローラ １３，１４ 光伝送路 １５ 光分岐部 １６ 偏光解析器 １７ 演算部 １８ メモリ １９ 入力部 ２０ 駆動部 ２１，２７ 光ファイバ ２３ 偏光子 ２４ １／４波長板 ２５ １／２波長板 ３２ ストークスパラメータ測定部 ４１ 偏光コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長島 伸哉 神奈川県横浜市港北区新横浜二丁目15番12 号 共立新横浜ビル４階 アクターナアー ルアンドディー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA06 BA07 BB03 BC25 2H099 AA01 BA17 CA02 CA07 CA08 CA11 5K102 AA13 MB20 MC07 MD01 MD03 PH21 PH24 PH25

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と光伝送系を含む装置に適用される
   偏光制御装置であって、 前記光伝送系の伝送路中に配置され、光を任意の偏光状
   態に変換する変換部を有する偏光制御手段と、 前記偏光制御手段から出力される出力光の一部を取り出
   す光分岐手段と、 前記光分岐手段から取り出された前記一部の光から前記
   出力光における少なくとも楕円偏光の回転方向を判別す
   る偏光解析手段と、 前記偏光解析手段からの測定値を用いて前記偏光制御手
   段の前記変換部の変換機能を決める制御信号を出力する
   演算手段と、 前記演算手段の制御信号に基づいて前記偏光制御手段の
   前記変換部を調整する駆動手段と、 を備えることを特徴とする偏光制御装置。
2. 【請求項２】 前記光分岐手段と他の部分との間の光伝
   送路として偏光依存性の少ない媒質が用いられることを
   特徴とする請求項１記載の偏光制御装置。
3. 【請求項３】 前記偏光解析手段はストークスパラメー
   タ測定手段であることを特徴とする請求項１記載の偏光
   制御装置。
4. 【請求項４】 前記偏光制御手段の前記変換部は偏光子
   と位相制御素子から成ることを特徴とする請求項１記載
   の偏光制御装置。
5. 【請求項５】 前記偏光制御手段の前記変換部は位相制
   御素子のみから成ることを特徴とする請求項１記載の偏
   光制御装置。
6. 【請求項６】 前記位相制御素子は１／４波長板と１／
   ２波長板で構成されることを特徴とする請求項４または
   ５記載の偏光制御装置。
7. 【請求項７】 前記偏光制御手段と前記光分岐手段の間
   に光伝送系として任意の長さの光ファイバが設けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の偏光制御装置。
8. 【請求項８】 伝送される光を設定された任意の偏光状
   態に変換する偏光子と１／４波長板と１／２波長板を有
   する偏光制御手段と、出力光の一部からストークスパラ
   メータを常に測定するストークスパラメータ測定手段と
   を含む偏光制御装置に適用される偏光制御方法であっ
   て、 前記ストークスパラメータＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃を測定す
   るステップと、 前記ストークスパラメータＳ₀〜Ｓ₃を用いて基準化スト
   ークスパラメータｓ₁，ｓ₂，ｓ₃を演算するステップ
   と、 前記Ｓ₀が最大になるように前記偏光子の回転角を制御
   するステップと、 前記ｓ₃が前記偏光状態に対応する値になるように前記
   １／４波長板の回転角を制御するステップと、 前記ｓ₁または前記ｓ₂が前記偏光状態に対応する値にな
   るように前記１／２波長板の回転角を制御するステップ
   と、 から成ることを特徴とする偏光制御方法。
9. 【請求項９】 伝送される光を設定された任意の偏光状
   態に変換する１／４波長板と１／２波長板を有する偏光
   制御手段と、出力光の一部からストークスパラメータを
   常に測定するストークスパラメータ測定手段とを含む偏
   光制御装置に適用される偏光制御方法であって、 前記ストークスパラメータＳ₁，Ｓ₂，Ｓ₃を測定するス
   テップと、 前記ストークスパラメータＳ₁〜Ｓ₃を用いて基準化スト
   ークスパラメータｓ'₁，ｓ'₂，ｓ'₃を演算するステップ
   と、 前記ｓ'₃が前記偏光状態に対応する値になるように前記
   １／４波長板の回転角を制御するステップと、 前記ｓ'₁または前記ｓ'₂が前記偏光状態に対応する値に
   なるように前記１／２波長板の回転角を制御するステッ
   プと、 から成ることを特徴とする偏光制御方法。
10. 【請求項１０】 前記偏光制御装置は前記出力光の一部
    を取り出すための光分岐手段を含み、 前記光分岐手段での入力から出力部への偏光特性と、前
    記入力から前記ストークスパラメータ測定手段への偏光
    特性とを求めるステップと、 前記ストークスパラメータ測定手段で測定された偏光状
    態と求められた前記２つの偏光特性とに基づいて前記出
    力光の偏光状態を推定するステップを含む、 ことを特徴とする請求項８または９記載の偏光制御方
    法。