JP2010224346A

JP2010224346A - 偏波無依存型遅延干渉方法及び偏波無依存型遅延干渉計

Info

Publication number: JP2010224346A
Application number: JP2009073274A
Authority: JP
Inventors: Koji Inafune; 浩司稲船; Masatoshi Kagawa; 昌俊賀川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】光通信の技術分野において利用される素子として十分な応答速度で、出力光の偏光状態に変動を与えない偏波無依存動作する。
【解決手段】位相シフタ20が組み込まれた遅延干渉計であり、分波器12、第1反射鏡14、第2反射鏡16、及び合波器18を具えて構成される。入力信号光11は、分波器に入力され第1分岐光13-1と第2分岐光13-2とに分岐される。第1分岐光は、第1反射鏡で反射されて合波器に入力される。一方、第2分岐光13-2は位相シフタに入力されて、位相調整のための時間遅延が与えられて第2分岐信号17に変換されて出力される。合波器で第1分岐光と第2分岐信号とが合波され光信号19-1及び19-2が出力される。
【選択図】図1

Description

この発明は、入力信号光の偏波状態に依存せずに動作する偏波無依存型遅延干渉方法及び偏波無依存型遅延干渉計に関し、特に光ファイバ通信における差動位相変調信号の復調に用いて好適な偏波無依存型遅延干渉計に関する。

光通信の技術分野において、差動位相変調（DPSK: Differentially Phase Shift Keying）方式でコーディングされた光パルス信号を用いる通信形式が注目されている（例えば、非特許文献1参照）。

DPSK方式は、0とπとの2値で光パルス列の変調を行って送信信号を生成して送信し、受信側において受信信号を第1及び第2受信信号に2分割して、第2受信信号に光パルス1つ分（1ビット分）が時間軸上で占める時間だけ時間遅延を与え、この時間遅延が与えられた第2受信信号と第1受信信号とを合波して干渉させ、オンオフキーイング（OOK: On Off Keying）方式の光パルス信号に変換してバランス型受信する方式である。上述した、光パルスを0とπとの2値で変調するとは、光パルスを形成する光搬送波の電場ベクトルの位相（光搬送波としての位相）を、1ビットに対応する時間にある搬送波と同じ状態で通過させるか、π位相シフトさせることを意味する。

遅延干渉計は、受信側においてDPSK方式の光パルス信号をOOK方式の光パルス信号に変換するための復調器として使うことができる。遅延干渉計は、入力信号光を第1分岐光と第2分岐光とに2分岐して、一方の分岐光に対する光路長と他方の分岐光に対する光路長との差が、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に等しい時間遅延を与えるために必要となる長さに設定されている。従って、遅延干渉計には、この位相調整のための位相シフタが具えられている（例えば特許文献1参照）。

入力信号光であるDPSK方式でコーディングされた光パルス信号は、復調するために遅延干渉計に入力されるが、この遅延干渉計に入力されるまでの間光ファイバ伝送路を伝播してきており、光ファイバ伝送路を伝播中にその偏波状態は、光ファイバ伝送路に加わる応力の変化あるいは温度変化等によって変動する。

従って、遅延干渉計に設置されるこの種の位相シフタは偏波状態に依存することなく機能しなければならない。そこで、この位相シフタの偏波無依存動作を実現させるため方法として、例えば、位相シフタに入力される入力信号光を偏波スプリッタでTE(Transverse Electric field）偏波成分とTM(Transverse Magnetic field)偏波成分とに分岐して処理する方法が知られている。すなわち、位相シフタに入力される入力信号光を偏波スプリッタでTE偏波成分とTM偏波成分とに分岐し、TE偏波成分はそのまま位相遅延を付加し、一方TM偏波成分は1/2波長板でTE偏波成分に変換してから位相遅延を付加し再び1/2波長板でTM偏波成分に変換して上述のTE偏波成分と合波することによって、偏波状態に無依存に位相シフトを実現させる方法が知られている（例えば特許文献2参照）。

また、位相シフタの偏波無依存動作を実現するための他の方法として、熱アクチュエータや圧電効果を用いるアクチュエータ等の機械的に駆動する素子を用いて、偏波状態に無依存に位相シフトを実現させる方法も知られている（例えば、特許文献3参照）。あるいは、熱光学効果を利用した素子を用いて偏波状態に無依存に位相シフトを実現させる位相シフタを具えた遅延干渉計も知られている（例えば、特許文献4参照）。

特開2006-217605号公報特開2008-250021号公報特表2008-537652号公報特開2007-306371号公報

R. Ludwig, et al., "160 Gbit/s DPSK-Transmission Technologies and System Impact", Proc. 30th European Conference on Optical Communication ECOC 2004), Tul. 1, 1.

しかしながら、上述の入力信号光を偏波スプリッタでTE偏波成分とTM偏波成分とに分岐して、それぞれの偏波成分に位相遅延を与えてから合波することによって出力光を得るという構成によって、入力信号光の偏波状態に依存せずに入力信号光に対する位相シフトを実現させる方法によれば、合波した後の偏波状態（出力光の偏光状態）が、TE偏波成分とTM偏波成分とに分岐される前の偏波状態（入力信号光の偏波状態）とは異なる偏波状態が再現される可能性がある。すなわち、TE偏波成分とTM偏波成分とを別々の光路に分岐して、それぞれの光路で位相遅延を付加する動作を行っているので、それぞれの光路長の関係が常に等しく保たれている補償がなければ、両光路間の光路長差が変動によって、例えば、直線偏波状態であった入力信号光が円偏波状態の出力光として出力される可能性がある。

従って、上述の入力信号光をTE偏波成分とTM偏波成分とに分岐して、それぞれ別々の光路において遅延を与えてから合波することによって位相シフトを実現させる構成とされた位相シフタを、DPSK方式の光パルス信号をOOK方式の光パルス信号に変換するための遅延干渉計に利用することはできない。

また、熱アクチュエータや圧電効果を用いるアクチュエータ等の機械的に駆動する素子を用いて構成される位相シフタは、長期的安定性（寿命）の点で問題があり、熱光学効果を利用した素子を用いて構成される位相シフタは温度制御の時間も含めると動作速度が遅く、光通信の技術分野において利用される素子として十分な応答速度が得られない。

この発明の発明者は、干渉計の一方の光路に、偏波状態に無依存に光路長を調整する位相シフタを配置し、この位相シフタとして、交流電圧を印加することにより光路長を調整することが可能である液晶素子を採用すれば、十分な応答速度の偏波無依存型遅延干渉計が実現することに思い至った。

更に、位相シフタとして、入力信号光を偏波分離して直交する2成分を別々の光路に分岐してそれぞれに遅延を与えるのではなく、液晶素子2個を用い入力信号光の直交する2成分に対して同一光路上でそれぞれ遅延を与える構成とすることに思い至った。すなわち、2個の液晶素子を同一光路上に配置してそれぞれが入力信号光の直交する2成分に対してそれぞれ位相遅延を与える構成とすれば、位相シフタへの入力信号光と位相シフタからの出力光とが異なった偏波状態とはならず、かつ偏波無依存動作をする位相シフタが実現されるとの結論に至った。

また、上述の2個の液晶素子を同一光路上に配置した構成と同様の動作が、1個の液晶素子と反射鏡付きファラデー回転子とを組み合わせた構成としても実現可能であることに思い至った。

そこで、この発明の目的は、光通信の技術分野において利用される素子として十分な応答速度で、出力光の偏光状態に変動を与えない偏波無依存動作する偏波無依存型遅延干渉方法及び偏波無依存型遅延干渉計を提供することにある。

上述の理念に基づく、この発明の要旨によれば、以下の構成の偏波無依存型遅延干渉方法及び偏波無依存型遅延干渉計が提供される。

この発明の偏波無依存型遅延干渉方法は、入力信号光を第1分岐光と第2分岐光とに分波する分波ステップと、第2分岐光の位相をシフトさせる遅延ステップと、第1分岐光と遅延を与えられ位相をシフトされた第2分岐光とを合波する合波ステップとを含んでいる。ここで、遅延ステップは、交流電圧を印加することにより光路長を調整する液晶素子を具えて構成される位相シフタによって、第2分岐光の偏波状態に無依存にこの第2分岐光に遅延を与える位相シフトステップである。

この発明の偏波無依存型遅延干渉計の基本構成は、入力信号光を第1分岐光と第2分岐光とに分波し、第1及び第2分岐光をそれぞれ別の光路を伝播させて両者を干渉させる干渉計であって、第2分岐光が伝播する光路に、第2分岐光の偏波状態に無依存にこの第2分岐光に遅延を与える位相シフタを具えている。この位相シフタは、交流電圧を印加することにより光路長を調整する液晶素子を具えて構成されている。

上述の遅延ステップは、この発明の偏波無依存型遅延干渉計が具える位相シフタによって実現される。すなわち、この発明の偏波無依存型遅延干渉計によって、上述の偏波無依存型遅延干渉方法が実現される。

この発明の偏波無依存型遅延干渉計は、マッハ・ツェンダー干渉計として構成することが可能であり、この発明の第1の偏波無依存型遅延干渉計はマッハ・ツェンダー干渉計に位相シフタを組み込んで構成される。

すなわち、この発明の第1の偏波無依存型遅延干渉計は、入力信号光を第1分岐光と第2分岐光とに分波する分波器と、第1及び第2分岐光をそれぞれ反射する第1及び第2反射鏡と、第1及び第2反射鏡でそれぞれ反射された第1及び第2分岐光とを合波する合波器とを具えて構成される。第2分岐光が伝播する光路中に挿入される位相シフタが具える液晶素子は、第1液晶素子と第2液晶素子との組み合わせとして構成される。そして、第1液晶素子と第2液晶素子の結晶軸が、第2分岐光の伝播方向に垂直な平面において互いに直交するように配置されて構成されており、第1及び第2液晶素子には、それぞれ交流電圧を印加してこれら第1及び第2液晶素子の光路長が調整される構成とされている。

また、この発明の偏波無依存型遅延干渉計は、マイケルソン干渉計として構成することが可能であり、この発明の第2の偏波無依存型遅延干渉計はマイケルソン干渉計に位相シフタを組み込んで構成される。

すなわち、この発明の第2の偏波無依存型遅延干渉計は、入力信号光を第1分岐光と第2分岐光とに分波し、かつ第1及び第2分岐光がそれぞれ第1及び第2光路を伝播した後両者を合波する半透鏡と、第1分岐光を反射する第1反射鏡と、第2分岐光を反射する第2反射鏡とを具えて構成される。

そして、半透鏡と第1反射鏡との間に第1ファラデー回転子が配置され、半透鏡と第2反射鏡との間に第2ファラデー回転子と液晶素子とが組み合わせられて構成される位相シフタが配置されている。

この発明の第2の偏波無依存型遅延干渉計は、更に、入力信号光が半透鏡に到達するまでの光路中に第1〜第3ポートを具える偏波無依存型光サーキュレータを配置するのがよい。そして、入力信号光が第1ポートに入力され第2ポートから出力されて、第2ポートから出力された出力光が半透鏡に入力され、半透鏡から出力される出力光が第2ポートに入力され第3ポートから出力される構成とするのがよい。

この発明の偏波無依存型遅延干渉方法によれば、遅延ステップが交流電圧を印加することにより光路長を調整することが可能である液晶素子を具える位相シフタによって実行される。液晶素子の応答速度は数ミリ秒程度であり、しかも、この位相シフタは分岐光の偏波状態に無依存に遅延を与えることが可能である。従って、光通信の技術分野において利用される素子として十分な応答速度で、しかも偏波状態に無依存に位相シフト量を調整することが可能である。

この発明の偏波無依存型遅延干渉計は、偏波状態に無依存に遅延を与える位相シフタを具えて構成されており、この位相シフタは交流電圧を印加することにより光路長を調整する液晶素子を具えて構成されているので、上述のこの発明の偏波無依存型遅延干渉方法を実現することが可能である。

この発明の第1の偏波無依存型遅延干渉計は、位相シフタを構成する液晶素子が第1液晶素子と第2液晶素子との組み合わせとして構成され、第1液晶素子と第2液晶素子の結晶軸が、第2分岐光の伝播方向に垂直な平面において互いに直交するように配置されている。このため、この位相シフタは偏波状態に無依存に位相シフト量を調整することが可能である。

この発明の第2の偏波無依存型遅延干渉計は、ファラデー回転子と液晶素子とを組み合わせて位相シフタが構成されているので、2つの液晶素子を具える必要がなく1つの液晶素子だけで偏波無依存動作が可能な位相シフタを構成できる。このことによって、遅延量を制御御するための交流電圧信号が1種類で済み、位相シフタの制御が容易となる。

更に、この発明の第2の偏波無依存型遅延干渉計は、半透鏡と前記半透鏡との間の光路中に第1〜第3ポートを具える偏波無依存型光サーキュレータを配置する構成とすれば、半透鏡及び、偏波無依存型光サーキュレータの第3ポートからそれぞれ出力信号を取り出すことが可能となる。

この発明の実施形態の第1の偏波無依存型遅延干渉計の概略的構成を示す図である。 2つの液晶素子で構成される位相シフタの概略的構成図である。この発明の実施形態の第2の偏波無依存型遅延干渉計の概略的構成を示す図である。液晶素子及びファラデー回転子を組み合わせて構成される位相シフタの概略的構成図であり、(A)は第2分岐光の往路を示す図であり、(B)は第2分岐光の復路を示す図である。液晶素子の光軸を含む平面で切断した概略的断面構造図である。

以下、図1〜図5を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、図1〜図5は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の条件等を用いることがあるが、これらの条件等は好適例の一つに過ぎず、従って、何らこれらに限定されない。また、上述した図1〜図5において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。

＜第1の偏波無依存型遅延干渉計＞
図1を参照して、この発明の実施形態の第1の偏波無依存型遅延干渉計の構成及びその動作について説明する。図1は、この発明の実施形態の第1の偏波無依存型遅延干渉計の概略的構成を示す図である。

この発明の実施形態の第1の偏波無依存型遅延干渉計はマッハ・ツェンダー干渉計に位相シフタ20を組み込んで構成され、分波器12、第1反射鏡14、第2反射鏡16、及び合波器18を具えて構成される。分波器12及び合波器18は、透過光と反射光との強度が1対1に分岐する特性を有する半透鏡である。

以下の説明において、入力信号光11をDPSK方式でコーディングされた光パルス信号である場合を想定して説明する。

入力信号光11は、分波器12に入力され第1分岐光13-1と第2分岐光13-2とに分岐される。第1分岐光13-1は、第1反射鏡14で反射されて合波器18に入力される。一方、第2分岐光13-2は位相シフタ20に入力され、位相調整がされて、第2分岐信号17に変換されて出力される。この時間遅延量は、例えば、入力信号光11のビットレートが40 Gbit/sである場合、光路長に換算してほぼ7.5 mmである。第2分岐信号17は、第2反射鏡16で反射されて合波器18に入力される。

上述の第1反射鏡14で反射された第1分岐光13-1と、第2反射鏡16で反射された第2分岐信号17とは、合波器18で合波されて干渉する。干渉の結果、光パルスの光搬送波としての位相が同位相である光パルス同士が時間軸上で同一の位置を占める場合はその強度が強めあい、光パルスの光搬送波としての位相が反対位相である光パルス同士が時間軸上で同一の位置を占める場合は弱めあう。

このような干渉が起こる結果、合波器18からは、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号である入力信号光11は、そのコーディングの方式がOOK方式である光信号19-1及び19-2に変換される。

上述の位相が反対位相であるとの意味は、光搬送波位相が0である光パルスに対して光搬送波位相がπである光パルスが干渉する関係を意味する。例えば、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号である入力信号光11が、（0、π、π、0、π、0、0、・・・・）である場合を例にとって合波器18において光信号19-1及び19-2に変換される原理を説明する。

第2分岐光13-2は位相シフタ20に入力されて、第2分岐光13-2を構成する光パルスの位相調整がされて、第2分岐信号17に変換されて出力される。その結果、第2分岐信号17は、この第2分岐信号17を構成する全ての光パルスが、1ビット分の時間遅延が与えられるため、（0、π、π、0、π、0、0、・・・・）となる。

すなわち、合波器18において、第1分岐光13-1は（×、0、π、π、0、π、0、0、・・・・）で表され、第2分岐信号17は（0、π、π、0、π、0、0、・・・・）で表される状態となっている。第1分岐光13-1の第1ビット目を×印で示したのは、入力信号光11（0、π、π、0、π、0、0、・・・・）が光パルス1つ分だけ遅れたことを示すためである。従って、合波器18から出力される光信号19-1は、（×+0、0+π、π+π、π+0、0+π、π+0、0+0、・・・・）＝（×、1、0、1、1、1、0、・・・・）と表される2値OOK方式の光信号に変換される。0+πあるいはπ+0は反対位相が足し合わせられるので、「1」、π+πあるいは0+0は同位相が足し合わせられるので、「0」となる。勿論、0+πあるいはπ+0に対して「0」、π+πあるいは0+0に対して「1」と定義してもよい。

また、合波器18から出力される光信号19-2は、（×、0、1、0、0、0、1、・・・・）と表される2値OOK方式の光信号であり、光信号19-1とは、「0」と「1」とが逆になるが、2値デジタル信号としては、同一の意味を持つデータを表す。

入力信号光11は、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号であるから、一つ前の光パルスの位相に対して同位相であれば「0」、反対位相であれば「π」と表すルールであるから、「0」を「0」と対応させ「π」を「1」に対応させることによって、入力信号光11を「0」及び「1」による2値デジタル信号として表すと、（0、π、π、0、π、0、0、・・・・）＝（×、1、0、1、1、1、0、・…）となる。

第1項と第2項とは「0」「π」と続くので反対位相であるから「1」、第2項と第3項とは「π」「π」と同位相であるから「0」、第3項と第4項とは「π」「0」と反対位相であるから「1」、第4項と第5項とは「0」「π」と反対位相であるから「1」、第5項と第6項とは「π」「0」と反対位相であるから「1」、・・・・となるので、（×、1、0、1、1、1、0、・・・・）となり、光信号19-1と合致する。

上述したように、光信号19-1と光信号19-2とは、「0」と「1」が逆になっているが2値デジタル信号としては同一の内容である。光信号19-1においては、「0」を「1」と対応させ「π」を「0」に対応させたことに相当する。

図2を参照して位相シフタ20の構成及びその動作について説明する。図2は2つの液晶素子で構成される位相シフタの概略的構成図である。

第2分岐光13-2が伝播する光路中に挿入される位相シフタ20が具える液晶素子は、第1液晶素子20-1と第2液晶素子20-2との組み合わせとして構成される。そして、第1液晶素子20-1と第2液晶素子20-2の結晶軸が、第2分岐光13-2の伝播方向に垂直な平面において互いに直交するように配置されて構成されており、第1液晶素子20-1及び第2液晶素子20-2には、それぞれ交流電圧源22及び24によって交流電圧が印加されてこれら第1液晶素子20-1及び第2液晶素子20-2の光路長が調整される構成とされている。

図2において、第2分岐光13-2はz軸方向に伝播する光線として扱ってある。また、図2において、第1液晶素子20-1の結晶軸はx軸方向に平行になるように設定されており、第2液晶素子20-2の結晶軸はy軸方向に平行になるように設定されている。

第2分岐光13-2が第1液晶素子20-1を通過すると、結晶軸に平行なx軸方向の偏波成分E_xはこの結晶軸に垂直なy軸方向の偏波成分E_yに比べて遅延される。また、第1液晶素子20-1から出力された第2分岐光13-2dが第2液晶素子20-2を通過すると結晶軸に平行なy軸方向の偏波成分E_yはこの結晶軸に垂直なx軸方向の偏波成分E_xに比べて遅延される。

ここで、第1液晶素子20-1及び第2液晶素子20-2のz軸方向の厚み、及び両者に印加する交流電圧を調整することによって、第1液晶素子20-1によりx軸方向の偏波成分が受ける遅延量と、第2液晶素子20-2によりy軸方向の偏波成分が受ける遅延量とが等しくなるように設定しておけば、第2分岐光13-2が第1液晶素子20-1及び第2液晶素子20-2を通過することによって、y軸方向の偏波成分の遅延量と、x軸方向の偏波成分の遅延量は等しくなる。

図2では、y軸方向の偏波成分をE_y、x軸方向の偏波成分をE_xとして示してある。第2分岐光13-2が第1液晶素子20-1に入力する段階ではE_y成分とE_x成分の位相は合致している。それが第1液晶素子20-1から出力された段階で、E_x成分の位相遅れが生じている。それが第2液晶素子20-2から出力された段階で、今度はE_y成分の位相遅れが生じるため、総合すると第2液晶素子20-2からは、E_y成分とE_ｘ成分とが同位相となる状態で出力される。図2において、破線で模式的に示した波の様子は、第1液晶素子20-1及び第2液晶素子20-2の何れも設置されていない場合を想定した場合の到達波面を示しており、実線で模式的に示した波の様子は、第1液晶素子20-1及び第2液晶素子20-2が設置されている場合の到達波面を示している。

図2に示すように、第1液晶素子20-1及び第2液晶素子20-2を用い位相シフタ20への入力信号光である第2分岐光13-2の直交する2成分に対して同一光路上でそれぞれ遅延を与える構成とすることによって、第2分岐光13-2の偏波状態と、出力光である時間遅延が与えられた第2分岐信号17の偏波状態とが同一の状態となる。また、かつ位相シフタ20を図2に示す構成とすることで、y軸方向の偏波成分の遅延量の調整と、x軸方向の偏波成分の遅延量の調整とが独立に行えるので、入力信号光である第2分岐光13-2の偏波状態には依存しない偏波無依存動作をする位相シフタが実現される。

第1液晶素子20-1及び第2液晶素子20-2のそれぞれに印加する交流電圧V1及びV2の値は、例えば、光信号19-1あるいは光信号19-2のアイパターンをサンプリングオシロスコープ等で観測することによって、このアイパターンが最も広く開く条件に設定すればよい。なお、第1液晶素子20-1及び第2液晶素子20-2のそれぞれに印加する交流電圧の周波数は、10 kHz程度に設定するのが好適である

＜第2の偏波無依存型遅延干渉計＞
図3を参照して、この発明の実施形態の第2の偏波無依存型遅延干渉計の構成及びその動作について説明する。図3は、この発明の実施形態の第2の偏波無依存型遅延干渉計の概略的構成を示す図である。

この発明の実施形態の第2の偏波無依存型遅延干渉計はマイケルソン干渉計に位相シフタ46を組み込んで構成され、偏波無依存型光サーキュレータ32、半透鏡34、第1ファラデー回転子36、第1反射鏡38、液晶素子40、第2ファラデー回転子42及び第2反射鏡44具えて構成される。半透鏡34は、透過光と反射光との強度が1対1に分岐する特性を有する半透鏡である。また、位相シフタ46は、上述の液晶素子40及び第2ファラデー回転子42を組み合わせて構成されている。

入力信号光31は、偏波無依存型光サーキュレータ32のポート1に入力されてポート2から入力信号光33として出力される。入力信号光33は半透鏡34で第1分岐光(反射光)60と第2分岐光(透過光)64とに分岐される。半透鏡34の反射光と透過光の強度比は1対1になるように設定されていることが好適である。

第1分岐光60は第1ファラデー回転子36を透過してその偏波面が回転されて第1分岐光61として出力され、第1反射鏡38で第1分岐光62として反射されて再び第1ファラデー回転子36を透過してその偏波面が回転されて第1分岐光63として出力され半透鏡34に入射される。

一方、第2分岐光64は位相シフタ46に入力されて、第2反射鏡44で反射されて再び位相シフタ46を通過して、第2分岐光64を構成する光パルスに位相調整のための時間遅延が与えられて第2分岐信号70に変換されて出力される。

時間遅延が与えられた第2分岐信号70は、半透鏡34において上述の第1分岐光63と合波されて干渉され、光信号(反射光)71と光信号(透過光)35が生成されて出力される。光信号71はそのまま外部に出力される。一方、光信号35は偏波無依存型光サーキュレータ32を介して光信号29として外部に出力される。すなわち、光信号35は偏波無依存型光サーキュレータ32のポート2から入力されてポート3から光信号29として外部に出力される。

光信号71及び光信号29は、上述のこの発明の第1の偏波無依存型遅延干渉計の光信号19-1及び光信号19-2と同様に、2値OOK方式の光信号であり、「0」と「1」とが逆になるが2値デジタル信号としては、同一の意味を持つデータを表す。

図3では、第2分岐光64が位相シフタ46によって位相遅延が付加される構成が示されているが、第1分岐光60が位相シフタ46によって位相遅延が付加される構成としても同一の効果が得られる。何れの構成とするかは、設計的事項である。

すなわち、図3では、位相シフタ46を第2分岐光64に対して位相遅延を与えることが可能である構成とされているが、第1分岐光60に対して位相遅延を与えることが可能である構成とすることも可能である。この場合は、位相シフタ46を第1ファラデー回転子36と液晶素子40とを組み合わせた構成とすればよい。この場合は、第1分岐光60を第2分岐光64と読み替え、第2分岐光64を第1分岐光60と読み替えれば、上述の説明はそのまま成立する。

すなわち、この発明の実施形態の第2の偏波無依存型遅延干渉計は、図3において位相シフタ46を、第1分岐光60に対して位相遅延を与える構成とするか、第2分岐光64に対して位相遅延を与える構成とするかによって区別されるものではなく、どちらもこの発明の実施形態の第2の偏波無依存型遅延干渉計であると了解されたい。

また、図3では、偏波無依存型光サーキュレータ32が設置されているが、光信号71を得るだけでよいのであれば偏波無依存型光サーキュレータ32を設置する必要はない。偏波無依存型光サーキュレータ32を設置しない場合は、入力信号光31が伝播した光伝送路に、この発明の第2の偏波無依存型遅延干渉計からの反射構成成分が入力されるのを防ぐために、偏波無依存型光サーキュレータ32の代わりに、光アイソレータ（図示を省略してある。）を設置するのが好適である。

図4(A)及び(B)を参照して位相シフタ46の構成及びその動作について説明する。図4(A)及び(B)は、液晶素子及びファラデー回転子を組み合わせて構成される位相シフタの概略的構成図であり、図4(A)は第2分岐光64が液晶素子40に入力され、第2ファラデー回転子42を通過して第2反射鏡44に到達するまでの往路を示す図であり、図4(B)は第2反射鏡44から反射された第2分岐光が再び第2ファラデー回転子42を通過して液晶素子40に入力され第2分岐信号70として出力されるまでの復路を示す図である。図4において、第2分岐光64はz軸方向に伝播する光線として扱ってある。

第2分岐光64が入力されて、第2分岐光64を構成する光パルスの位相調整のための時間遅延が与えられて第2分岐信号70に変換して出力する位相シフタ46は、第2ファラデー回転子42と液晶素子40とが組み合わせられて構成される位相シフタ46が配置されている。

液晶素子40の結晶軸は、第2分岐光64の伝播方向に垂直な平面においてx軸方向に平行となるように配置されて構成されており、液晶素子40には交流電圧源26によって交流電圧が印加されて液晶素子40の光路長が調整される構成とされている。

第2分岐光64が液晶素子40の結晶軸に平行なx軸方向の偏波成分はこの結晶軸に垂直なy軸方向の偏波成分に比べて遅延される。図4においても図2と同様に、y軸方向の偏波成分をE_y、x軸方向の偏波成分をE_xとして示してある。第2分岐光64が液晶素子40に入力する段階ではE_y成分とE_x成分の位相は合致している。それが液晶素子40から第2分岐光65が出力された段階で、E_x成分の位相遅れが生じている。

第2分岐光65は、第2ファラデー回転子42に入力されて偏波面が回転されて出力され、第2反射鏡44で反射されて再び第2ファラデー回転子42に入力されて偏波面が再び回転されて、第2ファラデー回転子42から第2分岐光68として出力される。第2分岐光65と第2分岐光68との偏波面の関係は互いに90°回転された関係となっており、第2分岐光65のE_y成分及びE_x成分は、それぞれ第2分岐光68のE_y成分及びE_x成分となっている。

すなわち、第2分岐光64が液晶素子40に入力されてそのE_x成分の遅延が与えられて第2分岐光65として出力され、偏波面が90°回転された第2分岐光68が液晶素子40に入力されてそのE_y成分の遅延が与えられて第2分岐信号70として出力される。従って、第2分岐光が往路と復路を通過することによって、総合すると液晶素子40からは、E_y成分とE_x成分とが同位相となる状態で出力される。

図4において、破線で模式的に示した波の様子は、図2の場合と同様に、液晶素子40が設置されていない場合を想定した場合の到達波面を示しており、実線で模式的に示した波の様子は、液晶素子40が設置されている場合の到達波面を示している。

図4に示すように、液晶素子40と第2ファラデー回転子42とを用いて位相シフタ46への入力信号光である第2分岐光64の直交する2成分に対して同一光路上でそれぞれ遅延を与える構成とすることによって、出力光である時間遅延が与えられた第2分岐信号70の偏波状態と、合波器34において第2分岐信号70と干渉する第1分岐信号63の偏波状態が同一の状態となる。

また、位相シフタ46は1つの液晶素子40のみを利用して構成されているので、遅延量を調整する制御信号は、液晶素子40に供給する交流電圧信号1つで済む。この交流電圧信号の電圧値（交流電圧信号の振幅の大きさ）は、上述のこの発明の実施形態の第1の偏波無依存型遅延干渉計と同様に、例えば、光信号29あるいは光信号71のアイパターンをサンプリングオシロスコープ等で観測することによって、このアイパターンが最も広く開く条件に設定すればよい。なお、液晶素子40に印加する交流電圧の周波数は、10 kHz程度に設定するのが好適である。

第1ファラデー回転子36と第1反射鏡38とは、一体化構成とされた市販の反射鏡付きファラデー回転子を適宜利用するのが便利である。また、同様に第2ファラデー回転子42と第2反射鏡44とについても、一体化構成とされた市販の反射鏡付きファラデー回転子を適宜利用するのが便利である。一体化構成とされた市販の反射鏡付きファラデー回転子としては、例えば、OZ Optics社の反射鏡付きファラデー回転子を適宜利用できる。

この発明の第1及び第2の実施形態の偏波無依存型遅延干渉計として、自由空間結合構成の干渉計として構成されるマッハ・ツェンダー干渉計及びマイケルソン干渉計を取り上げたが、自由空間結合構成の干渉計として構成される干渉計に限定されない。同一の機能を有する干渉計としてニオブ酸リチウム結晶基板等を用いて平面光波回路（PLC: Planar Lightwave Circuit）構成の干渉計として構成することも可能である。

＜液晶素子の構成＞
図5を参照して、第1液晶素子20-1、第2液晶素子20-2、及び液晶素子40として利用して好適な液晶素子の構成を説明する。図5は、液晶素子の光軸を含む平面で切断した概略的断面構造図である。

液晶58が両側から配向膜56と配向膜60とで挟まれて構成される。配向膜56と配向膜60とによってこの液晶素子を通過する光に対して遅延が付加される偏波面方向が確定される。配向膜56と配向膜60との外側にそれぞれガラス板54とガラス板62とが設置されており、これによって素子としての形状が保たれる。

ガラス板54とガラス板62の更なる外側にそれぞれ透明電極52と透明電極64が設けられ、透明電極52と透明電極64とが交流電圧源50に接続されている。交流電圧源50から、透明電極52と透明電極64に対して交流電圧が印加される構成とされている。透明電極52あるいは透明電極64には、公知のITO（Indium Tin Oxide）等を適宜利用することが可能である。

12：分波器
14、38：第1反射鏡
16、44：第2反射鏡
18：合波器
20、46：位相シフタ
20-1：第1液晶素子
20-2：第2液晶素子
22、24、26、50：交流電圧源
32：偏波無依存型光サーキュレータ
34：半透鏡
36：第1ファラデー回転子
40：液晶素子
42：第2ファラデー回転子
52、64：透明電極
54、62：ガラス板
56、60：配向膜
58：液晶

Claims

入力信号光を第1分岐光と第2分岐光とに分波する分波ステップと、
前記第2分岐光の位相をシフトさせる遅延ステップと、
前記第1分岐光と遅延を与えられ位相をシフトされた第2分岐光とを合波する合波ステップと
を含む遅延干渉方法であって、
前記遅延ステップは、交流電圧を印加することにより光路長を調整する液晶素子を具えて構成される位相シフタによって、前記第2分岐光の偏波状態に無依存に当該第2分岐光に遅延を与える位相シフトステップである
ことを特徴とする偏波無依存型遅延干渉方法。
入力信号光を第1分岐光と第2分岐光とに分波し、該第1及び第2分岐光をそれぞれ別の光路を伝播させて両者を干渉させる干渉計であって、
前記第2分岐光が伝播する光路に、該第2分岐光の偏波状態に無依存に当該第2分岐光に遅延を与える位相シフタを具えており、
該位相シフタは、交流電圧を印加することにより光路長を調整する液晶素子を具えて構成されている
ことを特徴とする偏波無依存型遅延干渉計。
前記干渉計がマッハ・ツェンダー干渉計であって、
前記入力信号光を第1分岐光と第2分岐光とに分波する分波器と、該第1及び第2分岐光をそれぞれ反射する第1及び第2反射鏡と、該第1及び第2反射鏡でそれぞれ反射された第1及び第2分岐光とを合波する合波器とを具えて構成されており、
前記液晶素子が、第1液晶素子と第2液晶素子との組み合わせであって、該第1液晶素子と該第2液晶素子の結晶軸が、前記第2分岐光の伝播方向に垂直な平面において互いに直交するように配置されて構成されており、
前記第1及び第2液晶素子には、それぞれ交流電圧を印加して当該第1及び第2液晶素子の光路長が調整される構成とされている
ことを特徴とする請求項2に記載の偏波無依存型遅延干渉計。
前記干渉計がマイケルソン干渉計であって、
前記入力信号光を第1分岐光と第2分岐光とに分波し、かつ該第1及び第2分岐光がそれぞれ第1及び第2光路を伝播した後両者を合波する半透鏡と、前記第1分岐光を反射する第1反射鏡と、前記第2分岐光を反射する第2反射鏡とを具えて構成されており、
前記半透鏡と前記第1反射鏡との間に第1ファラデー回転子が配置され、前記半透鏡と前記第2反射鏡との間に第2ファラデー回転子と液晶素子とが組み合わせられて構成される位相シフタが配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の偏波無依存型遅延干渉計。
前記入力信号が前記半透鏡に到達するまでの光路中に第1〜第3ポートを具える偏波無依存型光サーキュレータが配置されており、
前記入力信号光が前記第1ポートに入力され前記第2ポートから出力されて、該第2ポートから出力された出力光が前記半透鏡に入力され、
前記半透鏡から出力される出力光が前記第2ポートに入力され前記第3ポートから出力される構成とされている
ことを特徴とする請求項4に記載の偏波無依存型遅延干渉計。