JP2004294941A

JP2004294941A - 偏光制御器

Info

Publication number: JP2004294941A
Application number: JP2003089625A
Authority: JP
Inventors: Shinji Taniguchi; 眞司谷口; Tadao Nakazawa; 忠雄中澤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】本発明は偏波モード分散の補償に適した偏光制御器に関し、多数の磁区の存在による不都合が生じることのない偏光制御器を提供することが主な課題である。
【解決手段】本発明による偏光制御器は、入力ポート及び出力ポートの間の光路上に設けられる磁気光学結晶１２と、その光路と垂直な方向の磁界を磁気光学結晶に印加する磁界印加手段１３と、その磁界による磁気光学結晶の磁化が飽和した状態でその磁化の方向が回転するように磁界印加手段を制御する制御器２２とを備えている。この構成によると、磁化が飽和した状態で磁化の方向が変化するので、多数の磁区の存在による不都合が生じることのない偏光制御器を提供することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムにおける偏波モード分散の補償に適した偏光制御器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の大容量伝送においては、光ファイバ伝送路における波長分散（色分散）だけでなく、偏波モード分散（ＰＭＤ）を補償又は管理することが重要である。ＰＭＤは、光ファイバのコア形状が僅かに楕円化しているために、二つの直交偏波モード成分間に伝搬時間差を生じ、波形劣化を引き起こす現象のことであり、４０Ｇｂｐｓ超のシステムではＰＭＤ補償は必須とされている。
【０００３】
理想的に軸対称な光ファイバに入射された直線偏光の光信号パルス列は、長距離伝送後も直線偏光のまま光信号パルス列を検出できるが、実際には光ファイバの製造バラツキや敷設環境の時々刻々の変化により光ファイバのコア歪みが生じ、これにより直線偏光は光ファイバ出口では直交する主に２つの偏光成分に分離し、各々の偏光成分に速度差が生じ正常な光信号パルス検出ができなくなる。
【０００４】
ＰＭＤ補償は偏光制御器と可変光遅延回路を用いて行うことができる。偏光制御器は時々刻々変化する光信号の偏光方向を無限追従調整し、可変光遅延回路は前述にあるように光ファイバ伝送中に生じた２つの偏光成分の速度差を相殺するように機能する。
【０００５】
磁気光学結晶を用いた従来の偏光制御器、例えば特開平６−１８６５１４号で開示されている偏波制御装置では、磁気光学結晶のコットン・ムートン効果を用いて、磁気光学結晶内に生じた複屈折を利用して偏光制御を行っている。
【０００６】
コットン・ムートン効果はフォークト効果又は磁気複屈折効果とも称され、光の進行方向と磁界とが垂直な場合に生じる磁気光学効果である。磁界による磁化の無い場合は等方性の物質には複屈折は生じないが、磁化の存在により磁化方向に一軸異方性が誘起され、磁化方向に振動する直線偏光（常光線）と磁化に垂直方向に振動する直線偏光（異常光線）とに対して複屈折を起こす現象である。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１８６５１４号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気光学結晶を用いた偏光制御器では、磁気光学結晶に複屈折を生じさせるときの磁化は可変であるが、一般に印加磁界の大きさが比較的小さい場合には、印加磁界による磁気光学結晶の磁化が飽和状態に達せず、磁気光学結晶内に多数の磁区が存在することになる。飽和磁化以下では磁区の方向が揃わず、不規則な光の散乱が発生して損失を生じ、また大きなヒステリシスを示すなど制御が困難となり実用上の問題が生じる。
【０００９】
よって、本発明の目的は、多数の磁区の存在による不都合が生じることのない偏光制御器を提供することである。本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、入力ポート及び出力ポートの間の光路上に設けられる磁気光学結晶と、その光路と垂直な方向の磁界を磁気光学結晶に印加する磁界印加手段と、その磁界による磁気光学結晶の磁化が飽和した状態でその磁化の方向が回転するように磁界印加手段を制御する制御器とを備えた偏光制御器が提供される。
【００１１】
この構成によると、磁化が飽和した状態で磁化の方向が変化するので、多数の磁区の存在による不都合が生じることのない偏光制御器を提供することができる。
【００１２】
例えば、磁界印加手段は、光路に垂直な平面内の互いに直行する方向に磁界を発生する少なくとも２つの電磁石を含む。
【００１３】
例えば、制御器は、Ｉ_０１及びＩ_０２を最大電流、φを初期位相、Ｉ_Ｓ１及びＩ_Ｓ２を定電流値とするときに、少なくとも２つの電磁石の内の２つにそれぞれ以下の式で与えられる電流Ｉ_１及びＩ_２を供給する。
Ｉ_１＝Ｉ_０１ｓｉｎ（φ）＋Ｉ_Ｓ１
Ｉ_２＝Ｉ_０２ｃｏｓ（φ）＋Ｉ_Ｓ２
望ましくは、光ファイバ伝送路に適合するために、偏光制御器は、入力ポート及び出力ポートをそれぞれ提供する入力側及び出力側光ファイバと、入力側及び出力側光ファイバの間に光路をコリメートビームとして提供するための入力側及び出力側レンズとを更に備える。
【００１４】
望ましくは、制御器は、磁気光学結晶を通過する前後で光の直行する２つの偏光成分の位相差がπ／２の整数倍変化するように磁界印加手段を制御する。
【００１５】
本発明の他の側面によると、入力ポート及び出力ポートの間の光路上に設けられる複数の偏光制御ユニットを備えた偏光制御器が提供される。複数の偏光制御ユニットの各々は、磁気光学結晶と、光路と垂直な方向の磁界を磁気光学結晶に印加する磁界印加手段と、その磁界による磁気光学結晶の磁化が飽和した状態でその磁化の方向が回転するように磁界印加手段を制御する制御器とを含む。
【００１６】
この構成によると、任意の偏光状態から他の任意の偏光状態への変換を容易に行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の望ましい実施形態を添付図面に沿って詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１実施形態を示す偏光制御器の側面図、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。この偏光制御器は、入力ポートＩＮに入力された光の偏光状態を調節して出力ポートＯＵＴから出力する。入力ポートＩＮ及び出力ポートＯＵＴはそれぞれ入力側光ファイバ２及び出力側光ファイバ４によって提供される。
【００１９】
入力側光ファイバ２及び出力側光ファイバ４の間にコリメートビーム６による光路を形成するために、入力側光ファイバ２及び出力側光ファイバ４の端面にそれぞれ対向して凸レンズ８及び１０が設けられている。
【００２０】
コリメートビーム６が通過するように磁気光学結晶１２が設けられている。磁気光学結晶１２としては、Ｂｉ置換イットリウム鉄ガーネットやＢｉ置換希土類鉄ガーネット、Ｃｏ置換イットリウム鉄ガーネット等を用いることができる。
【００２１】
コリメートビーム６の伝搬方向と垂直な平面上の方向に磁気光学結晶１２を磁化させる磁界を磁気光学結晶１２に印加するために、磁界印加手段１３が設けられている。
【００２２】
この実施形態では、磁界印加手段１３は上記平面内の互いに直行する方向の磁界を発生する２組の電磁石１４及び１６から構成され、電磁石１４及び１６にはそれぞれ電流源１８及び２０から電流が供給される。そして、電磁石１４及び１６により印可された合成磁界による磁気光学結晶１２の磁化が飽和した状態でその磁化の方向が回転するように、制御器２２が電流源１８及び２０を制御する。
【００２３】
具体的には、電流源１８及び２０が電磁石１４及び１６のそれぞれによる磁界強度を調整する様に電流印加し、電流値を調整することにより、飽和磁化を光路に直交する面内で無限回転させ、磁気光学結晶１２を通過する前後で光の直交する２つの偏光成分の位相差がπ／２の整数倍、好ましくは、π／２又はπだけ変化させるように、複屈折の大きさに対応する飽和磁化の大きさ、即ち電流値や磁気光学結晶１２の長さが設定される。
【００２４】
ある偏光状態の光信号は、入力側光ファイバ２からレンズ８を通して平行光にコリメートされ、磁気光学結晶１２を通過後、レンズ１０で出力側光ファイバ４に集光され、偏光変換された光信号が伝搬していく。
【００２５】
電磁石１４及び１６による磁界強度の調整は電流変化により行われ、例えば電流を次のように設定することで、磁化方向を任意に設定することができる。即ち、Ｉ_０１及びＩ_０２を最大電流、φを初期位相、Ｉ_Ｓ１及びＩ_Ｓ２を定電流値とするときに、少なくとも２つの電磁石の内の２つにそれぞれ以下の式で与えられる電流Ｉ_１及びＩ_２を供給するようにするのである。
Ｉ_１＝Ｉ_０１ｓｉｎ（φ）＋Ｉ_Ｓ１
Ｉ_２＝Ｉ_０２ｃｏｓ（φ）＋Ｉ_Ｓ２
磁気光学結晶１２の光軸方向の厚さをＬ、飽和磁化により誘起される複屈折Δｎとすると、磁気光学結晶１２を光が通過する前後で光の直交する２つの偏光成分の位相差Γは次のようになる。
Γ＝２πΔｎ・Ｌ／λ_０
ここでλ_０は真空中の波長である。位相差Γをｍπあるいはｍπ／２（ｍは１，３，５，…の奇数で好ましくはｍ＝１）となるように、結晶厚さＬと飽和磁化による複屈折Δｎを決定する。
【００２６】
位相差がπあるいはπ／２である複屈折結晶は、それぞれ１／２波長板、１／４波長板として機能し、回転磁化により光軸に直交する面内で無限に回転する波長板となり無限の偏光制御が可能となる。
【００２７】
この偏光制御器を複数個用いることにより、光ファイバ中を伝搬してきた任意の偏光状態の光信号を任意の偏光状態に変換させる事ができる。
【００２８】
例えば、次のような実験系を設定する。光の進行方向を＋Ｚ軸にとり、光はＸ−Ｙ平面内で振動し、光軸に直交する垂直上方向を＋Ｙ軸に、−Ｚ軸から＋Ｚ軸を見たときの水平右方向を＋Ｘ軸とする。Ｘ−Ｙ平面内で振動し、Ｘ軸及びＹ軸に対して主軸が傾いた楕円偏光は、１／２波長板、１／４波長板及び１／２波長板を順次通過させることにより、任意の偏光に変換させることができる。
【００２９】
図３は本発明の第２実施形態を示す偏光制御器の側面図である。ここでは、入力側の光ファイバ２及びレンズ８と出力側のレンズ１０及び光ファイバ４との間のコリメートビーム６が通過するように３つの偏光制御ユニットＰＣＵ１〜３が直列に設けられている。偏光制御ユニット１〜３はそれぞれ１／２波長板、１／４波長板及び１／２波長板として機能するように設計されており、各々図１に示される偏光制御ユニットＰＣＵ（磁気光学結晶１２、電磁石１４及び１６、電流源１８及び２０並びに制御器２２）と同様の構成を有している。
【００３０】
楕円偏光から直線偏光に変換する場合には、最初の１／２波長板としての偏光制御ユニットＰＣＵ１で任意の楕円偏光からＸ軸又はＹ軸と主軸が一致する楕円偏光への変換が行われ、次の１／４波長板としての偏光制御ユニットＰＣＵ２でその楕円偏光からＸ−Ｙ平面内の主軸が傾いた直線偏光への変換が行われ、最後の１／２波長板としての偏光制御ユニットＰＣＵ３でその直線偏光からＸ軸又はＹ軸に一致する直線偏光への変換が行われる。ここでは最終的に直線偏光に変換する例を説明したが、上記の構成を用いれば任意の偏光変換が可能である。
【００３１】
図４は本発明の第３実施形態を示す偏光制御器の側面図である。この実施形態では、入力側の光ファイバ２及びレンズ８と出力側のレンズ１０及び光ファイバ４との間のコリメートビーム６が通過するように、それぞれ１／４波長板、１／２波長板及び１／４波長板として機能するように設計された偏光制御ユニットＰＵＣ４〜６が設けられている。
【００３２】
この構成によっても、図３に示される実施形態におけるのと同様に、任意の偏光変換が可能になる。
【００３３】
図５は本発明の第４実施形態を示す偏光制御器のブロック図である。光ファイバ伝送路２３を伝搬してきた光信号は光カプラ２４で分配され、一方は偏光モニタ２６に供給され、他方は本発明による偏光制御器３０に供給される。偏光モニタ２６によるモニタリング結果を含む信号は制御回路２８に供給され、制御回路２８は、偏光制御器３０から出力される光信号の偏光状態が一定になるように偏光制御器３０を制御する。
【００３４】
偏光モニタ２６が信号光の偏光状態を識別する方法としては、ストークスパラメータを取得する方法や偏光度のみを取得する方法がある。この実施形態では、光カプラ２４で分配された光信号から偏光状態を識別するようにしているが、偏光制御器３０の入力ポート及び／又は出力ポートからの光信号の偏光状態を識別するようにしてもよい。
【００３５】
以上説明した実施形態によると、機械的駆動部分を含まないで偏光制御器を構成することができるので、長期安定性に優れた偏光制御が可能になる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、多数の磁区の存在による不都合が生じることのない偏光制御器を提供することが可能になるという効果が生じる。また、本発明によると、任意の偏光状態から任意の偏光状態への変換が可能な偏光制御器を提供することができる。更に、機械的な可動部分を持たず信頼性の高い偏光制御器の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施形態を示す偏光制御器の側面図である。
【図２】図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３は本発明の第２実施形態を示す偏光制御器の側面図である。
【図４】図４は本発明の第３実施形態を示す偏光制御器の側面図である。
【図５】図５は本発明の第４実施形態を示す偏光制御器のブロック図である。
【符号の説明】
２入力側光ファイバ
４出力側光ファイバ
６コリメートビーム
８，１０レンズ
１２磁気光学結晶
１３磁界印加手段
１４，１６電磁石
１８，２０電流源
２２制御器

Claims

入力ポート及び出力ポートの間の光路上に設けられる磁気光学結晶と、
前記光路と垂直な方向の磁界を前記磁気光学結晶に印加する磁界印加手段と、
前記磁界による前記磁気光学結晶の磁化が飽和した状態で前記磁化の方向が回転するように前記磁界印加手段を制御する制御器とを備えた偏光制御器。
前記磁界印加手段は、前記光路に垂直な平面内の互いに直行する方向に磁界を発生する少なくとも２つの電磁石を含む請求項１記載の偏光制御器。
前記制御器は、Ｉ_０１及びＩ_０２を最大電流、φを初期位相、Ｉ_Ｓ１及びＩ_Ｓ２を定電流値とするときに、前記少なくとも２つの電磁石の内の２つにそれぞれ以下の式で与えられる電流Ｉ_１及びＩ_２を供給する請求項２記載の偏光制御器。
Ｉ_１＝Ｉ_０１ｓｉｎ（φ）＋Ｉ_Ｓ１
Ｉ_２＝Ｉ_０２ｃｏｓ（φ）＋Ｉ_Ｓ２
前記入力ポート及び前記出力ポートをそれぞれ提供する入力側及び出力側光ファイバと、前記入力側及び出力側光ファイバの間に前記光路をコリメートビームとして提供するための入力側及び出力側レンズとを更に備えた請求項１記載の偏光制御器。
入力ポート及び出力ポートの間の光路上に設けられる複数の偏光制御ユニットを備えた偏光制御器であって、
前記複数の偏光制御ユニットの各々は、
磁気光学結晶と、
前記光路と垂直な方向の磁界を前記磁気光学結晶に印加する磁界印加手段と、
前記磁界による前記磁気光学結晶の磁化が飽和した状態で前記磁化の方向が回転するように前記磁界印加手段を制御する制御器とを含む偏光制御器。