JP2014228832A - 光伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調光のＳ／Ｎ比を改善すること。
【解決手段】光伝送装置１は、光源４１と、連続光Ｌ１を光源４１から光変調器２３に伝搬する偏波保持ファイバＦ１と、光変調器２３と、光変調器２３により変調された変調光Ｌ２を偏光分離素子４２に伝搬する偏波保持ファイバＦ２と、変調光Ｌ２を成分Ｌ２１及び成分Ｌ２２に分離する偏光分離素子４２と、成分Ｌ２１を電気信号Ｓ１に変換する光検出器４３と、成分Ｌ２２を電気信号Ｓ２に変換する光検出器４４と、電気信号Ｓ１，Ｓ２の差分に基づく測定信号Ｓｍを出力する差動回路４５とを備え、偏波保持ファイバＦ１の光変調器２３側の端部のスロー軸と光変調器２３の変調方向との成す角度θ１及び偏波保持ファイバＦ２の光変調器２３側の端部のスロー軸と光変調器２３の変調方向との成す角度θ２が３１．５度以上５８．５度以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送装置に関する。

被測定装置から放射される微弱な電磁波を測定するための電界計測装置等の光伝送装置がある。例えば、特許文献１には、マッハツェンダ型変調器を有するヘッド部と、レーザダイオード及びフォトダイオードを有するコントローラ部と、を備える電界計測装置が記載されている。この電界計測装置では、コントローラ部のレーザダイオードからヘッド部に連続光が供給され、ヘッド部のマッハツェンダ型変調器によって、受信アンテナからの出力信号に基づいて連続光が変調されて変調光がコントローラに送出される。そして、コントローラ部のフォトダイオードによって変調光が電気信号に変換されて測定器へ送出される。

特開２０１２−２０７９４２号公報

電界計測装置のダイナミックレンジを拡大するには光伝送装置のＳ／Ｎ比を向上させる必要があり、そのためには信号成分を大きくする必要がある。マッハツェンダ型変調器では、入射した連続光は２つの分岐導波路に分波され、２つの分岐導波路においてそれぞれ変調される。そして、分岐導波路において変調された光が合波され、変調光及び放射光が生成される。変調光の光強度及び放射光の光強度は、入射した連続光の光強度の半分程度である。変調光及び放射光のうち、放射光は外部に放出され、変調光のみがコントローラ部において検出される。

そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、変調光のＳ／Ｎ比を改善可能な構造を有する光伝送装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る光伝送装置は、連続光を出力する光源と、連続光を変調して変調光を出力する位相変調器と、変調光を第１成分及び第２成分に分離する偏光分離素子と、第１成分を第１電気信号に変換する第１光検出器と、第２成分を第２電気信号に変換する第２光検出器と、第１電気信号及び第２電気信号の差分に基づく出力信号を出力する差動回路と、光源から位相変調器に連続光を伝搬する第１偏波保持ファイバと、位相変調器から偏光分離素子に変調光を伝搬する第２偏波保持ファイバと、を備える。第１偏波保持ファイバの位相変調器側の端部において、第１偏波保持ファイバのスロー軸と位相変調器における変調方向との成す角度が３１．５度以上５８．５度以下であり、第２偏波保持ファイバの位相変調器側の端部において、第２偏波保持ファイバのスロー軸と位相変調器における変調方向との成す角度が３１．５度以上５８．５度以下である。

このような光伝送装置では、第１偏波保持ファイバの位相変調器側の端部において、第１偏波保持ファイバのスロー軸と位相変調器における変調方向とが３１．５度以上５８．５度以下の角度を成している。このため、第１偏波保持ファイバによって伝搬された連続光は、位相変調器において変調方向に沿った成分と変調方向に直交する成分とに分けて考えることができる。ここで、変調方向に沿った成分の光強度と変調方向に直交する成分の光強度との差が小さいほど、偏光分離素子を通過した後の光強度信号のダイナミックレンジ（消光比）が大きくなる。このため、第１偏波保持ファイバのスロー軸と位相変調器における変調方向とが４５度の角度を成すことにより、変調方向に沿った成分の光強度と変調方向に直交する成分の光強度とは略等しくなるので、位相変調器における変調による偏光分離素子を通過した後の光強度信号の感度を最大とすることができる。第１偏波保持ファイバのスロー軸と位相変調器における変調方向とが３１．５度以上５８．５度以下の角度を成していても、位相変調器における変調の感度は最大感度の８０％以上とすることができる。

また、第２偏波保持ファイバの位相変調器側の端部において、第２偏波保持ファイバのスロー軸と位相変調器における変調方向とが３１．５度以上５８．５度以下の角度を成している。このため、変調方向に沿った成分及び変調方向に直交する成分は第２偏波保持ファイバのファスト軸とスロー軸とに対して各々の強度が合成された状態になり、ファスト軸方向及びスロー軸方向の偏光成分にそれぞれ対応する第１成分及び第２成分からなる変調光として第２偏波保持ファイバに入射する。さらに、第２偏波保持ファイバによって伝搬された変調光を、偏光分離素子によって第１成分及び第２成分に分離する。ここで、第１成分及び第２成分は、偏光分離素子によって分離され、各々独立に検出できる状態となることにより、それぞれ互いに相補的な強度変調信号となる。そして、差動回路によって、第１偏光成分を光電変換した第１電気信号及び第２成分を変換した第２電気信号の差分に基づく出力信号を出力する。第１成分及び第２成分は互いに逆相に変化するので、第１成分を光電変換した第１電気信号と第２成分を光電変換した第２電気信号との差分を取ることにより、出力信号の検出感度及びＳ／Ｎ比を向上することが可能となる。ここで、差動回路の出力信号は、第１電気信号の平均信号強度及び第２電気信号の平均信号強度の差が小さいほど高感度である。つまり、差動回路の出力信号は、第１成分の平均光強度及び第２成分の平均光強度の差が小さいほど高感度である。このため、第２偏波保持ファイバのスロー軸と位相変調器における変調方向とが４５度の角度を成し、第１偏波保持ファイバから偏波分離素子までの経路において、変調方向に沿った成分と変調方向に直交する成分とに略９０度のバイアス位相を与えることにより、第１成分の平均光強度と第２成分の平均光強度は略等しくなるので、出力信号の検出感度を最大とすることができる。また、第２偏波保持ファイバのスロー軸と位相変調器における変調方向とが３１．５度以上５８．５度以下の角度を成していても、最大検出感度の８０％以上とすることができる。その結果、マッハツェンダ型の変調器を備えた光伝送装置よりもＳ／Ｎ比を向上することができ、出力信号の検出感度を向上することが可能となる。

本発明の他の側面に係る光伝送装置は、光を反射する反射部と、光路分岐部と、をさらに備えてもよい。第１偏波保持ファイバと第２偏波保持ファイバとは同一の偏波保持ファイバであって、位相変調器の一端に設けられてもよく、反射部は、位相変調器の他端に設けられてもよく、光路分岐部は、光源によって出力された連続光を偏波保持ファイバに出力するとともに、偏波保持ファイバによって伝搬された変調光を偏光分離素子に出力してもよい。この場合、位相変調器の他端に設けられた反射部により、位相変調器の一端から他端に伝搬した連続光を反射して、位相変調器の他端から一端に折り返すことができる。また、光路分岐部により、光源によって出力された連続光を偏波保持ファイバに出力するとともに、偏波保持ファイバによって伝搬された変調光を偏光分離素子に出力する。このため、１本の偏波保持ファイバによって、連続光を搬送するとともに、変調光を搬送することができる。その結果、偏波保持ファイバの数を低減することができる。

本発明の他の側面に係る光伝送装置では、位相変調器は直線導波路を有する。この場合、位相変調器における変調損失を低減することができる。

本発明の他の側面に係る光伝送装置では、位相変調器は、進行波型の位相変調器である。この場合、例えば１ＧＨｚ以上の高速な検出信号に応じた変調が可能となる。

本発明によれば、変調光のＳ／Ｎ比を改善できる。

第１実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。 図１の光伝送装置の動作を説明するための図である。 比較例の光伝送装置の動作を説明するための図である。 第２実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、光伝送装置１は、例えば、被測定装置（不図示）から放射される電磁波（Electro-Magnetic Interference：ＥＭＩ）を測定するための電界計測装置に適用され得る。この光伝送装置１は、ヘッド部２０と、コントローラ部４０と、を備えている。ヘッド部２０は、電磁波を受信するためのアンテナ１０とともに電波暗室に設置され、コントローラ部４０は、測定結果を出力するための測定器（不図示）とともに測定室に設置される。また、被測定装置は電波暗室に設置される。

ここで、電波暗室は、被測定装置から放射される電磁波を検出するためのエリアであって、例えば外部からの電磁波が遮断された空間である。電波暗室は、オープンサイトなどであってもよい。また、本実施形態ではアンテナの設置場所が電波暗室の例で説明するが、これに限定されない。測定室は、電波暗室において検出された電磁波を計測するためのエリアであって、被測定装置から放射される電磁波によって計測に障害が生じないエリアである。測定室は、例えば電波暗室の外部、被測定装置から十分離れた場所、または、被測定装置から放射される電磁波の漏出を遮断した空間などである。

ヘッド部２０には、アンテナ１０が接続されている。アンテナ１０は、被測定装置から放射される電磁波を受信する。アンテナ１０は、受信した電磁波の電界強度に応じた電気信号である検出信号Ｓａをヘッド部２０に出力する。

ヘッド部２０は、検出信号Ｓａに基づいて連続光Ｌ１を変調して変調光Ｌ２をコントローラ部４０に出力する。ヘッド部２０は、アンプ２１と、バッテリー２２と、光変調器２３（位相変調器）と、を備えている。

アンプ２１は、アンテナ１０によって出力される検出信号Ｓａを増幅する回路であって、ＤＣ電源であるバッテリー２２から電力供給を受けて駆動する。アンプ２１は、増幅した検出信号Ｓａを光変調器２３に出力する。

光変調器２３は、検出信号Ｓａを光信号に変換する位相変調器であって、例えば進行波型の位相変調器である。光変調器２３は、検出信号Ｓａに基づいて連続光Ｌ１を変調し、変調した連続光Ｌ１を変調光Ｌ２として出力する。具体的に説明すると、光変調器２３は、コントローラ部４０から出力される連続光Ｌ１を、偏波保持ファイバＦ１（第１偏波保持ファイバ）を介して入力する。また、光変調器２３は、アンプ２１から出力される検出信号Ｓａで連続光Ｌ１を変調し、変調した光である変調光Ｌ２を偏波保持ファイバＦ２（第２偏波保持ファイバ）を介してコントローラ部４０に出力する。光変調器２３は、基板３１と、信号電極３２と、接地電極３３と、を備えている。

基板３１は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）などの電気光学効果を奏する誘電体材料（強誘電体）から構成されている。基板３１は、例えば一方向に沿って延びる板状部材であり、一方向における両端部である端部３１ａ及び端部３１ｂを有している。基板３１は、主面３１ｍ及び主面３１ｍと反対側の裏面３１ｎを有している。誘電体材料の結晶軸方向Ｚは、例えば基板３１の主面３１ｍの法線軸ＮＶ方向に向いている。基板３１は光導波路ＷＧを有している。光導波路ＷＧは、主面３１ｍにおいて端部３１ａから端部３１ｂまで一方向に沿って延びている。光導波路ＷＧは、例えば直線導波路である。なお、本実施形態では、基板３１はいわゆるＺカットの基板であるが、これに限定されない。基板３１は、例えばいわゆるＸカットの基板であってもよい。

信号電極３２は、アンプ２１から出力される検出信号Ｓａを伝送し、検出信号Ｓａに応じた電界を光導波路ＷＧに印加する。信号電極３２は、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。信号電極３２は、基板３１の主面３１ｍに設けられ、例えば光導波路ＷＧ上に配置される。信号電極３２は、一方向に沿って延びており、信号電極３２の端部３１ａ側の端部にアンプ２１から検出信号Ｓａが供給される。

接地電極３３は、接地電位に接続された一対の電極であって、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。接地電極３３は、基板３１の主面３１ｍに設けられ、信号電極３２を挟んで対向配置されている。

コントローラ部４０は、連続光Ｌ１をヘッド部２０に出力するとともに、変調光Ｌ２に基づいて電磁波の電界強度を示す測定信号Ｓｍ（出力信号）を出力する。コントローラ部４０は、光源４１と、偏光分離素子４２と、光検出器４３（第１光検出器）と、光検出器４４（第２光検出器）と、差動回路４５と、を備えている。

光源４１は、連続光Ｌ１を出力する光源であって、例えばレーザダイオードである。光源４１は、偏波保持ファイバＦ１を介して、ヘッド部２０に連続光Ｌ１を出力する。連続光Ｌ１は、一定の光強度を有する直線偏光であり、第１波長を有する。第１波長は例えば１．５５μｍである。

偏光分離素子４２は、ヘッド部２０によって出力される変調光Ｌ２を互いに直交する成分Ｌ２１（第１成分）及び成分Ｌ２２（第２成分）に分離する素子であって、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である。偏光分離素子４２は、斜面４２１を有している。斜面４２１は、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射する。光伝送装置１では、偏光分離素子４２は、斜面４２１によって成分Ｌ２１を反射して光検出器４３に出力し、成分Ｌ２２を透過して光検出器４４に出力する。成分Ｌ２１及び成分Ｌ２２は、互いに逆相に変化する。

光検出器４３は、光信号を電気信号に変換するためのデバイスであって、例えばフォトダイオードである。光検出器４３は、偏光分離素子４２によって分離された成分Ｌ２１の光強度を電気信号Ｓ１（第１電気信号）に変換し、変換した電気信号Ｓ１を差動回路４５に出力する。

光検出器４４は、光信号を電気信号に変換するためのデバイスであって、例えばフォトダイオードである。光検出器４４は、偏光分離素子４２によって分離された成分Ｌ２２の光強度を電気信号Ｓ２（第２電気信号）に変換し、変換した電気信号Ｓ２を差動回路４５に出力する。

差動回路４５は、光検出器４３によって出力された電気信号Ｓ１と、光検出器４４によって出力された電気信号Ｓ２と、の差に比例した測定信号Ｓｍを測定器（不図示）に出力する。このように、光検出器４３、光検出器４４及び差動回路４５によって差動検出器が構成される。

偏波保持ファイバＦ１は、コントローラ部４０とヘッド部２０とを接続する光ファイバであって、偏波保持ファイバ（Polarization Maintaining Fiber：ＰＭＦ）である。偏波保持ファイバＦ１は、コントローラ部４０からヘッド部２０に連続光Ｌ１を伝送する。偏波保持ファイバＦ１の一端は、例えば偏波保持ファイバＦ１のスロー軸ＳＸに沿って連続光Ｌ１が振動するように光源４１に接続される。偏波保持ファイバＦ１の他端は、基板３１の端部３１ａにおいて光変調器２３の光導波路ＷＧの一端と接続される。具体的には、偏波保持ファイバＦ１の他端は、他端におけるスロー軸ＳＸが光変調器２３の変調方向に対して所定の角度θ１で傾斜するように、光導波路ＷＧの一端と接続される。この偏波保持ファイバＦ１のスロー軸ＳＸと光変調器２３の変調方向との成す角度θ１は、例えば３１．５度以上５８．５度以下であり、好ましくは４５度である。ここで、光変調器２３の変調方向とは、光変調器２３において光導波路ＷＧを伝搬する光が変調される方向を意味し、基板３１を構成する誘電体材料の結晶軸方向Ｚと同じである。

偏波保持ファイバＦ２は、コントローラ部４０とヘッド部２０とを接続する光ファイバであって、偏波保持ファイバである。偏波保持ファイバＦ２は、ヘッド部２０からコントローラ部４０に変調光Ｌ２を伝送する。偏波保持ファイバＦ２の一端は、基板３１の端部３１ｂにおいて光変調器２３の光導波路ＷＧの他端と接続される。具体的には、偏波保持ファイバＦ２の一端は、一端におけるスロー軸ＳＸが光変調器２３の変調方向に対して所定の角度θ２で傾斜するように、光導波路ＷＧの他端と接続される。この偏波保持ファイバＦ２のスロー軸ＳＸと光変調器２３の変調方向との成す角度θ２は、例えば３１．５度以上５８．５度以下であり、好ましくは４５度である。偏波保持ファイバＦ２の他端は、他端におけるスロー軸ＳＸが偏光分離素子４２の入射面４２ａ（斜面４２１に対して垂直で、入射光と反射光とを含む面）に対して平行（すなわちｐ成分）で、他端におけるファスト軸ＦＸが偏光分離素子４２の入射面４２ａに対して垂直（すなわちｓ成分）になるように、偏光分離素子４２の入射面４２ａに接続される。

次に、光伝送装置１の動作を説明する。図２の（ａ）は光伝送装置１の動作を説明するための図、図２の（ｂ）は偏波保持ファイバＦ１の一端における断面図、図２の（ｃ）は偏波保持ファイバＦ１の他端における断面図、図２の（ｄ）は偏波保持ファイバＦ２の一端における断面図、図２の（ｅ）は偏波保持ファイバＦ２の他端における断面図である。図３の（ａ）は比較例の光伝送装置１００の動作を説明するための図、図３の（ｂ）は偏波保持ファイバＦ１０１の一端における断面図、図３の（ｃ）は偏波保持ファイバＦ１０１の他端における断面図である。

図３に示されるように、光伝送装置１００では、光源１４１から偏波保持ファイバＦ１０１に、偏波保持ファイバＦ１０１のスロー軸ＳＸに沿って振動するように直線偏光の連続光Ｌ１０１を入力する。偏波保持ファイバＦ１０１を伝搬した連続光Ｌ１０１は、マッハツェンダ型の光変調器１２３に入力する。光変調器１２３では、連続光Ｌ１０１は光導波路の分岐部において成分Ｌ１１１及び成分Ｌ１１２に分岐され、２つの分岐導波路にそれぞれ導入される。成分Ｌ１１１及び成分Ｌ１１２は、各分岐導波路において変調され、光導波路の合波部において合波されて、変調光Ｌ１０２及び放射光Ｌ１０３が生成される。

そして、放射光Ｌ１０３はシングルモードファイバＦ１０２の外へ放射され、変調光Ｌ１０２はシングルモードファイバＦ１０２を介して光検出器１４５に出力される。そして、光検出器１４５は、変調光Ｌ１０２の光強度に応じた測定信号Ｓｍを測定器（不図示）に出力する。ここで、変調光Ｌ１０２の光強度及び放射光Ｌ１０３の光強度は、連続光Ｌ１０１の光強度の半分程度である。このため、光伝送装置１００では、光変調器１２３から出力される光の光強度の５０％程度しか光検出に利用できない。また、光伝送装置１００では、各部のノイズが累積されるので、Ｓ／Ｎ比は各部を構成する部材に依存する。

一方、図２に示されるように、光伝送装置１では、光源４１から偏波保持ファイバＦ１の一端に連続光Ｌ１を入力する。連続光Ｌ１は、例えば偏波保持ファイバＦ１のスロー軸ＳＸに沿って振動するように偏波保持ファイバＦ１に入力される。偏波保持ファイバＦ１を伝搬した連続光Ｌ１は、光変調器２３の光導波路ＷＧの一端に入力する。ここで、図２の（ｃ）に示されるように、偏波保持ファイバＦ１の他端におけるスロー軸ＳＸは、光変調器２３の変調方向に対して角度θ１傾いている。この例では角度θ１は４５度である。このため、光変調器２３の光導波路ＷＧにおいて、連続光Ｌ１の光変調器２３の変調方向に沿った成分Ｌ１１（０度成分）の光強度と連続光Ｌ１の光変調器２３の変調方向に直交する成分Ｌ１２（９０度成分）の光強度とは互いに等しく、連続光Ｌ１の光強度の５０％程度となる。

光変調器２３の光導波路ＷＧでは、アンプ２１から出力された検出信号Ｓａによって成分Ｌ１１が位相変調される。そして、変調された成分Ｌ１１と、成分Ｌ１２とは、光導波路ＷＧの他端から出力され、偏波保持ファイバＦ２の一端に入力する。ここで、図２の（ｄ）に示されるように、偏波保持ファイバＦ２の一端におけるスロー軸ＳＸは、光変調器２３の変調方向に対して角度θ２傾いている。このため、成分Ｌ１１及び成分Ｌ１２は、偏波保持ファイバＦ２のファスト軸ＦＸに沿って振動する成分Ｌ２１と、偏波保持ファイバＦ２のスロー軸ＳＸに沿って振動する成分Ｌ２２とに分解合成され、変調光Ｌ２として偏波保持ファイバＦ２を伝搬する。そして、この例では角度θ２は４５度であるので、偏波保持ファイバＦ１から偏波分離素子４２までの光路において、成分Ｌ１１と成分Ｌ１２とに９０度のバイアス位相差が生じるようにすることにより、成分Ｌ２１の光強度と成分Ｌ２２の光強度とは互いに等しく、連続光Ｌ１の光強度の５０％程度となる。なお、成分Ｌ１１と成分Ｌ１２とのバイアス位相差は、例えば変調器２３（光導波路ＷＧ）の長さを調整したり、光変調器２３にバイアス調整用の電界を印加したり、その他の位相補償器を設けたりすることによって生じさせることができる。

偏波保持ファイバＦ２を伝搬した変調光Ｌ２は、偏光分離素子４２に入力する。偏光分離素子４２において、成分Ｌ２１は斜面４２１によって反射されて光検出器４３に出力され、成分Ｌ２２は斜面４２１を透過して光検出器４４に出力される。そして、光検出器４３によって成分Ｌ２１の光強度は電気信号Ｓ１に変換され、変換された電気信号Ｓ１は差動回路４５に出力される。また、光検出器４４によって成分Ｌ２２の光強度は電気信号Ｓ２に変換され、変換された電気信号Ｓ２は差動回路４５に出力される。そして、差動回路４５において電気信号Ｓ１及び電気信号Ｓ２の差分が演算され、その差分に比例した測定信号Ｓｍが測定器（不図示）に出力される。

以上のように、光伝送装置１では、偏波保持ファイバＦ１の光変調器２３側の端部において、偏波保持ファイバＦ１のスロー軸ＳＸと光変調器２３における変調方向とが角度θ１を成している。このため、偏波保持ファイバＦ１によって伝搬された連続光Ｌ１は、光変調器２３の光導波路ＷＧにおいて成分Ｌ１１及び成分Ｌ１２に分離される。また、偏波保持ファイバＦ２の光変調器２３側の端部において、偏波保持ファイバＦ２のスロー軸ＳＸと光変調器２３における変調方向とが角度θ２を成している。このため、成分Ｌ１１及び成分Ｌ１２は分解合成されていると考えることができ、成分Ｌ２１及び成分Ｌ２２からなる変調光Ｌ２として偏波保持ファイバＦ２に入射する。さらに、光伝送装置１では、偏光分離素子４２は、偏波保持ファイバＦ２によって伝搬された変調光Ｌ２を、成分Ｌ２１及び成分Ｌ２２に分離する。そして、光伝送装置１では、差動回路４５は、成分Ｌ２１を光電変換した電気信号Ｓ１及び成分Ｌ２２を変換した電気信号Ｓ２の差分に基づく測定信号Ｓｍを出力する。成分Ｌ２１及び成分Ｌ２２は互いに逆相に変化するので、成分Ｌ２１を光電変換した電気信号Ｓ１と成分Ｌ２２を光電変換した電気信号Ｓ２との差分を取ることにより、測定信号Ｓｍの検出感度を向上することが可能となる。

ここで、差動回路４５は、電気信号Ｓ１の平均信号強度及び電気信号Ｓ２の平均信号強度の差が小さいほど高感度である。つまり、差動回路４５は、成分Ｌ２１の平均光強度及び成分Ｌ２２の平均光強度の差が小さいほど高感度である。言い換えると、差動回路４５は、成分Ｌ２１の平均光強度及び成分Ｌ２２の平均光強度のうち小さい方の光強度の２倍の光強度を光検出に利用する。このため、角度θ２を４５度とすることにより、成分Ｌ２１の平均光強度と成分Ｌ２２の平均光強度とは略等しくなるので、光検出の感度を最大とすることができる。また、成分Ｌ２１の平均光強度及び成分Ｌ２２の平均光強度は、成分Ｌ１１の平均光強度及び成分Ｌ１２の平均光強度のうち小さい方の光強度程度以下となる。このため、角度θ１を４５度として、成分Ｌ１１と成分Ｌ１２とのバイアス位相差を適切に調整することにより、成分Ｌ１１の平均光強度及び成分Ｌ１２の平均光強度は略等しく、連続光Ｌ１の平均光強度の５０％程度となるので、成分Ｌ２１の平均光強度及び成分Ｌ２２の平均光強度を連続光Ｌ１の平均光強度の５０％程度とすることができる。このように、角度θ１が４５度で角度θ２が４５度の場合、連続光Ｌ１の光強度の略１００％を変調光Ｌ２の光検出に利用することができる。その結果、光伝送装置１００よりも変調光のＳ／Ｎ比を３ｄＢ程度向上することができ、光検出の感度を向上することが可能となる。

角度θ１が３１．５度以上５８．５度以下であっても、変調光Ｌ２の平均光強度は角度θ１が４５度の場合の８０％以上とすることができる。また、角度θ２が３１．５度以上５８．５度以下であっても、変調光Ｌ２の平均光強度は角度θ２が４５度の場合の８０％以上とすることができる。このため、角度θ１が３１．５度以上５８．５度以下で、かつ、角度θ２が３１．５度以上５８．５度以下であっても、変調光Ｌ２の平均光強度を連続光Ｌ１の平均光強度の５０％以上とすることができ、光伝送装置１００よりも変調光のＳ／Ｎ比を向上できる。

また、光変調器２３の光導波路ＷＧは直線導波路である。このため、光変調器２３における変調損失を低減することができる。また、光変調器２３は進行波型の位相変調器である。このため、光変調器２３は例えば１ＧＨｚ以上の高速な検出信号Ｓａに応じた変調が可能となる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。図４に示されるように、光伝送装置１Ａは、ヘッド部２０に代えてヘッド部２０Ａを備える点、コントローラ部４０に代えてコントローラ部４０Ａを備える点、及び、偏波保持ファイバＦ２を備えていない点において光伝送装置１と相違している。ヘッド部２０Ａは、反射部２４をさらに備える点においてヘッド部２０と相違している。コントローラ部４０Ａは、サーキュレータ４６（光路分岐部）をさらに備える点においてコントローラ部４０と相違している。

反射部２４は、入射した光を反射する部材であって、例えばミラーである。反射部２４は、例えば金（Ａｕ）によるコーティングを施した光学ガラスから構成されている。反射部２４は、基板３１の端部３１ｂにおいて光変調器２３の光導波路ＷＧの他端に設けられる。

サーキュレータ４６は、第１端子４６ａ、第２端子４６ｂ及び第３端子４６ｃを有し、第１端子４６ａに入力する光を第２端子４６ｂから出力し、第２端子４６ｂに入力する光を第３端子４６ｃから出力する光学素子である。サーキュレータ４６の第１端子４６ａは光源４１に接続され、サーキュレータ４６の第２端子４６ｂは偏波保持ファイバＦ１に接続され、サーキュレータ４６の第３端子４６ｃは偏光分離素子４２に接続されている。サーキュレータ４６は、光源４１から出力される連続光Ｌ１を第１端子４６ａに入力して第２端子４６ｂから偏波保持ファイバＦ１に出力する。サーキュレータ４６は、偏波保持ファイバＦ１から出力される変調光Ｌ２を第２端子４６ｂに入力して第３端子４６ｃから偏光分離素子４２に出力する。

偏波保持ファイバＦ１は、コントローラ部４０Ａとヘッド部２０Ａとを接続する光ファイバであって、偏波保持ファイバである。偏波保持ファイバＦ１は、コントローラ部４０Ａからヘッド部２０Ａに連続光Ｌ１を伝送するとともに、ヘッド部２０Ａからコントローラ部４０Ａに変調光Ｌ２を伝送する。偏波保持ファイバＦ１の一端は、例えば偏波保持ファイバＦ１のスロー軸ＳＸに沿って連続光Ｌ１が振動するようにサーキュレータ４６の第２端子４６ｂに接続される。偏波保持ファイバＦ１の他端は、基板３１の端部３１ａにおいて光変調器２３の光導波路ＷＧの一端と接続される。具体的には、偏波保持ファイバＦ１の他端は、他端におけるスロー軸ＳＸが光変調器２３の変調方向に対して所定の角度θ１で傾斜するように、光導波路ＷＧの一端と接続される。この偏波保持ファイバＦ１のスロー軸ＳＸと光変調器２３の変調方向との成す角度θ１は、例えば３１．５度以上５８．５度以下であり、好ましくは４５度である。

次に、光伝送装置１Ａの動作を説明する。光伝送装置１Ａでは、光源４１から出力された連続光Ｌ１は、サーキュレータ４６の第１端子４６ａに入力し、第２端子４６ｂから出力される。そして、第２端子４６ｂから出力された連続光Ｌ１は偏波保持ファイバＦ１の一端に入力する。偏波保持ファイバＦ１を伝搬した連続光Ｌ１は、光変調器２３の光導波路ＷＧの一端に入力する。ここで、偏波保持ファイバＦ１の他端におけるスロー軸ＳＸは、光変調器２３の変調方向に対して角度θ１傾いている。この例では角度θ１は４５度である。このため、光変調器２３の光導波路ＷＧにおいて、連続光Ｌ１の光変調器２３の変調方向に沿った成分Ｌ１１（０度成分）の光強度と連続光Ｌ１の光変調器２３の変調方向に直交する成分Ｌ１２（９０度成分）の光強度は互いに等しく、連続光Ｌ１の光強度の５０％程度となる。

光変調器２３の光導波路ＷＧでは、アンプ２１から出力された検出信号Ｓａによって成分Ｌ１１が位相変調される。そして、変調された成分Ｌ１１と、成分Ｌ１２とは、光導波路ＷＧの他端において反射部２４によって反射され、光導波路ＷＧを折り返す。光変調器２３は進行波型位相変調器であるので、変調された成分Ｌ１１と成分Ｌ１２とが光導波路ＷＧの他端から一端に向けて伝搬する際には変調されない。そして、変調された成分Ｌ１１と、成分Ｌ１２とは、光導波路ＷＧの一端から出力され、偏波保持ファイバＦ１の他端に入力する。偏波保持ファイバＦ１の他端におけるスロー軸ＳＸは、光変調器２３の変調方向に対して４５度（角度θ１）傾いているので、成分Ｌ１１及び成分Ｌ１２は、偏波保持ファイバＦ１のファスト軸ＦＸに沿って振動する成分Ｌ２１と、偏波保持ファイバＦ１のスロー軸ＳＸに沿って振動する成分Ｌ２２とに分解合成され、変調光Ｌ２として偏波保持ファイバＦ１を伝搬する。

偏波保持ファイバＦ１を伝搬した変調光Ｌ２は、サーキュレータ４６の第２端子４６ｂに入力し、第３端子４６ｃから出力される。そして、第３端子４６ｃから出力された変調光Ｌ２は偏光分離素子４２に入力する。偏光分離素子４２において、成分Ｌ２１は斜面４２１によって反射されて光検出器４３に出力され、成分Ｌ２２は斜面４２１を透過して光検出器４４に出力される。そして、光検出器４３によって成分Ｌ２１の光強度は電気信号Ｓ１に変換され、変換された電気信号Ｓ１は差動回路４５に出力される。また、光検出器４４によって成分Ｌ２２の光強度は電気信号Ｓ２に変換され、変換された電気信号Ｓ２は差動回路４５に出力される。そして、差動回路４５において電気信号Ｓ１及び電気信号Ｓ２の差分が演算され、その差分に比例した測定信号Ｓｍが測定器に出力される。

以上の第２実施形態の光伝送装置１Ａによっても、上述した第１実施形態の光伝送装置１と同様の効果が奏される。また、光伝送装置１Ａは、光変調器２３の光導波路ＷＧの他端に設けられた反射部２４を備えている。これにより、光導波路ＷＧの一端から他端に伝搬した成分Ｌ１１及び成分Ｌ１２を反射して、光導波路ＷＧの他端から一端に折り返すことができる。さらに、光伝送装置１Ａは、サーキュレータ４６を備えている。これにより、光源４１によって出力された連続光Ｌ１を偏波保持ファイバＦ１に出力するとともに、偏波保持ファイバＦ１によって伝搬された変調光Ｌ２を偏光分離素子４２に出力する。このように、光伝送装置１Ａは反射部２４及びサーキュレータ４６を備えることによって、偏波保持ファイバＦ１は、コントローラ部４０Ａからヘッド部２０Ａに連続光Ｌ１を搬送するとともに、ヘッド部２０Ａからコントローラ部４０Ａに変調光Ｌ２を搬送する。このため、光伝送装置１Ａでは、ヘッド部２０Ａとコントローラ部４０Ａとの間には１本の偏波保持ファイバＦ１が設けられればよく、ヘッド部２０Ａ及びコントローラ部４０Ａの間に設けられた光ファイバの数を低減することができる。

なお、本発明に係る光伝送装置は上記実施形態に限定されない。例えば、光伝送装置１，１Ａは、アンテナで受信した電磁波を検出するものであればよく、例えば衛星用のパラボラアンテナを用いて屋外で受信するシステム及びＲＯＦ（Radio over fiber）システムなど電界計測装置全般に適用され得る。また、光伝送装置１，１Ａは、衛星からの電波を受信するための受信機、及び、電波望遠鏡等に適用され得る。これらの目的で使用する場合、ヘッド部２０，２０Ａは電波暗室等のような室内ではなく、屋外に設置されることもある。

また、上記実施形態では、バッテリー２２はヘッド部２０，２０Ａの内部に設けられているが、ヘッド部２０，２０Ａの外部に設けられてもよい。また、アンプ２１及びバッテリー２２は必須ではなく、適宜省略され得る。

本実施形態によれば、変調光のＳ／Ｎ比を改善可能な光伝送装置を提供できる。

１，１Ａ…光伝送装置、２３…光変調器（位相変調器）、２４…反射部、４１…光源、４２…偏光分離素子、４３…光検出器（第１光検出器）、４４…光検出器（第２光検出器）、４５…差動回路、４６…サーキュレータ（光路分岐部）、Ｆ１…偏波保持ファイバ（第１偏波保持ファイバ）、Ｆ２…偏波保持ファイバ（第２偏波保持ファイバ）、Ｌ１…連続光、Ｌ２…変調光、Ｌ２１…成分（第１成分）、Ｌ２２…成分（第２成分）、Ｓｍ…測定信号（出力信号）、Ｓ１…電気信号（第１電気信号）、Ｓ２…電気信号（第２電気信号）、ＳＸ…スロー軸、Ｚ…結晶軸方向（変調方向）、θ１…角度、θ２…角度。

Claims (4)

1. 連続光を出力する光源と、
   前記連続光を変調して変調光を出力する位相変調器と、
   前記変調光を第１成分及び第２成分に分離する偏光分離素子と、
   前記第１成分を第１電気信号に変換する第１光検出器と、
   前記第２成分を第２電気信号に変換する第２光検出器と、
   前記第１電気信号及び前記第２電気信号の差分に基づく出力信号を出力する差動回路と、
   前記光源から前記位相変調器に前記連続光を伝搬する第１偏波保持ファイバと、
   前記位相変調器から前記偏光分離素子に前記変調光を伝搬する第２偏波保持ファイバと、
   を備え、
   前記第１偏波保持ファイバの前記位相変調器側の端部において、前記第１偏波保持ファイバのスロー軸と前記位相変調器における変調方向との成す角度が３１．５度以上５８．５度以下であり、
   前記第２偏波保持ファイバの前記位相変調器側の端部において、前記第２偏波保持ファイバのスロー軸と前記位相変調器における前記変調方向との成す角度が３１．５度以上５８．５度以下であることを特徴とする光伝送装置。
2. 光を反射する反射部と、
   光路分岐部と、
   をさらに備え、
   前記第１偏波保持ファイバと前記第２偏波保持ファイバとは同一の偏波保持ファイバであって、前記位相変調器の一端に設けられており、
   前記反射部は、前記位相変調器の他端に設けられており、
   前記光路分岐部は、前記光源によって出力された前記連続光を前記偏波保持ファイバに出力するとともに、前記偏波保持ファイバによって伝搬された前記変調光を前記偏光分離素子に出力することを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
3. 前記位相変調器は直線導波路を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光伝送装置。
4. 前記位相変調器は進行波型の位相変調器であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光伝送装置。

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