JP2860322B2 - 光制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、偏光が未知な入射光の光パワーの安定度
を向上する光制御装置についてのものである。

［従来の技術］ 次に、従来技術による光制御装置の構成を第15図によ
り説明する。

第15図の21は電子式光減衰器、22は送出力モニタ、23
は制御部である。

第15図の入射光31には、電子式光減衰器21で適当な減
衰量が与えられ、電子式光減衰器21の出力は光34として
光出力モニタ22に送られ、光出力モニタ22では出射光35
の光パワー変動をモニタした結果を制御部23に送る。

制御部23は、モニタの結果から出射光35を安定化する
のに必要な減衰量を電子式光減衰器21へ送る。

次に、第15図の詳細構成図を第16図により説明する。

第16図の21Aは偏光子、21BはポッケルスセルなどのE/
O変調器、21Cは検光子、22Aはビームスプリッタ、22Bは
光検出器、31は入射光、32は偏光子21Aの透過光、33はE
/O変調器21Bの透過光、34は電子式光減衰器21の出射
光、35は光制御装置の出射光、36は出射光35の光パワー
をモニタするためのモニタ光である。

電子式光減衰器21は偏光子21A、E/O変調器21B及び検
光子21Cで構成されており、光出力モニタ22はビームス
プリッタ22Aと光検出器22Bで構成されている。

第16図の入射光31は、偏光子21Aに入射して直線偏光
となり、透過光32としてE/O変調器21Bに入る。E/O変調
器21Bは制御部11からの信号により、直線偏光である透
過光32の偏光方向に対し45度の方向に位相差を与える。
楕円偏光に変換されたE/O変調器21Bの出力光33は、検光
子21Cに入り、検光子21Cの偏光透過方向の電界成分だけ
が透過光34として電子式光減衰器21から取り出される。

このとき、検光子21Cの偏光透過方向の電界成分の大
きさをE/O変調器21Bで変化させることにより透過光34の
入射光31に対する減衰量を制御する。

次に、入射光31が任意の楕円偏光の場合と偏光子21A
の偏光透過方向の直線偏光の場合の各透過光の偏光状態
を第17図により説明する。

第17図アは入射光31が任意の楕円偏光のときの入射光
の偏光であり、第17図イは入射光31の偏光が偏光子21A
の偏光透過方向の直線偏光の場合の入射光31および透過
光32の偏光である。

第17図ウは入射光31の偏光が任意の楕円偏光のときの
偏光子21Aを透過した後の透過光32の偏光であり、第17
図エは入射光31が任意の楕円偏光のときの偏光子21Aに
よって減衰する電界の大きさである。

第17図オは入射光31が偏光子21Aの偏光透過方向の直
線偏光のときに出射光35の光パワー安定化制御をかけた
場合の透過光33の偏光であり、第17図カは入射光31が任
意の楕円偏光のときに出射光35の光パワー安定化制御を
かけた場合の透過光33の偏光である。

第17図キはE/O変調器で位相差を加える方向である。

第17図クは入射光31が偏光子21Aの偏光透過方向の直
線偏光のときに光パワー安定化制御をかけた場合の出射
光35の偏光であり、第17図ケは入射光31が任意の楕円偏
光のときに出射光35の光パワー安定化制御をかけた場合
の出射光35の偏光である。

第17図では、偏光状態の違う二つの入射光31の偏光状
態がアとイとして示されているが、それぞれ全光パワー
は同じである。

電子式光減衰器21を透過した透過光34は、ビームスプ
リッタ22Aに入り、二波に分岐される。出射光35は、そ
のまま光制御装置の出力光として取り出され、分岐光36
は出射光35の光パワー変動をモニタするために光検出器
22Bに送られる。

光検出器22Bの信号は、制御部23に送られ、制御部23
は、適当な減衰量を与えるような信号をE/O変調器21Bに
送り、出射光35の光パワーを安定化する。

ここで、出射光35の光パワーを安定化させたい値（基
準値）は第３図に示すように、入射光31の光パワー変動
の最小値よりも小さくしなければならない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来技術による第16図の制御方法では、入射光31の偏
光によって出射光35の光パワーを安定化させる基準値
が、例として上げた偏光状態の違うが全光パワーの等し
い二つの入射光31に対し、異なる範囲で設定される。

第17図で説明すれば、全光パワーが等しいのに入射光
31の偏光が第16図の偏光子21Aの偏光透過方向が直線偏
光の場合の方が、安定化の基準値の絶対値を大きく設定
できる。

次に、基準値の設定について第18図により説明する。

第18図アは軸のあった直線偏光の場合であり、第18図
イは任意の楕円偏光の場合である。

第18図ウ・エは分岐32のパワー変動を示し、第18図オ
・カは基準値を示す。

第18図では、検光子21Cの偏光透過方向と偏光方向の
一致した入射では、基準値が任意の楕円偏光の基準値よ
り光パワーが大きいことがわかる。

このように、従来技術では、入射光31の偏光状態によ
って出射光35の光パワーを安定化したときの光パワーの
絶対値が左右されてしまう。

また、入射光31の偏光が任意に変化する場合などで
は、第16図の透過光32の光パワーが入射光31の偏光状態
で変化してしまうので、原理的に制御できない。

例えば、偏光子21Aの偏光透過方向と垂直な直線偏光
が入射した場合、透過光32の光パワーはゼロになってし
まう。したがって、従来技術では、入射光31の偏光が変
化するものは制御することができない。

この発明は、入射光の光パワーの変動を除き、安定な
光パワーを供給するとともに、入射光の偏光状態に依存
した出射光の光パワーの低下をなくすことと、入射光の
偏光状態の変化による出射光の光パワーの変動を除くこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、この発明では、入射光11
の偏光成分を任意の偏光に変換する偏光制御素子１と、
偏光制御素子１の出射光を分岐するビームスプリッタ2A
と、ビームスプリッタ2Aの出射光12を二成分の偏光に分
岐する偏光ビームスプリッタ2Bと、ビームスプリッタ2A
の分岐光14の光パワーを検出する第１の光検出器3Aと、
偏光ビームスプリッタ2Bの分岐光15の光パワーを検出す
る第２の光検出器3Bと、第１の光検出器3Aと第２の光検
出器3Bの出力を入力とし、偏光制御素子１を制御する制
御部４とを備える。

次に、この発明による光制御装置の構成を第１図によ
り説明する。

第１図の１は偏光制御素子、2Aはビームスプリッタ、
2Bは偏光ビームスプリッタ、3Aと3Bは光検出器、４は制
御部である。

また、11は入射光、12はビームスプリッタ2Aの透過
光、13は出射光、14はビームスプリッタ2Aの分岐光、15
は偏光ビームスプリッタ2Bの分岐光である。

偏光制御素子１には、λ/2板とλ/4板を組み合わせた
ものや、バビネソレイユ位相補償器などの可変位相差板
をいくつか組み合わせたものなどを使用することができ
る。

ビームスプリッタ2Aは、偏光状態に影響を与えること
なく、特定の分岐比で光を分岐するものであり、ハーフ
ミラーなどでもよい。

偏光ビームスプリッタ2Bは、偏光している光を二つの
直交した偏光成分に分離するもので、ローションプリズ
ムやウォラストンプリズムなどの偏光プリズムも使用す
ることができる。

［作用］ 次に、偏光ビームスプリッタ2Bの動作を第２図により
説明する。

第２ア図は出射光13の偏光であり、第２図イはモニタ
光15の偏光である。

第１図の透過光12は、Ｘ軸方向の電界成分であるモニ
タ光15とＹ軸方向の電界成分である出射光13とに分岐さ
れる。

ただし、出射光13とモニタ光15の偏光方向はどちらで
もよい。

光検出器3A・3Bは、光パワーを検出するものである。

制御部４は、光検出器3A・3Bの出力を受け、出射光13
の光パワーが適切な値となるように、分岐光12の偏光を
偏光制御素子１で制御するための信号を偏光制御素子１
へ送る。

次に、出射光13の光パワーを安定化させる基準値の設
定を第３図により説明する。

第３図アは入射光11のパワー変動であり、第３図イは
出射光13の光パワーを安定化させたい基準値である。

入射光11の光パワー変動が第３図アのような場合に
は、第３図イの基準値は、入射光11の光パワー変動の最
小値より小さくしなければならない。

したがって、基準値は入射光11の光パワー変動の最小
値から装置内の光学系による損失分だけ低い値に設定さ
れる。

次に、入射光11が任意の偏光として装置に入射した場
合に出射光13の光パワーを基準値とする制御の過程を第
４図により説明する。

第４図アは入射光11の偏光であり、第４図イは偏光制
御素子１で制御した後の分岐光12の偏光である。

第４図ウは安定化した出射光13の電界の大きさであ
り、第４図エは偏光制御素子１で制御した後の出射光13
の偏光である。

入射光11が第４図アのような偏光のときは、光検出器
16の出力より、入射光11の全光パワーがわかり、光検出
器15の出力と入射光11の全光パワーを比較することによ
り、出射光13の光パワーがわかる。

出射光13の光パワーが、基準値となるように偏光制御
素子１で偏光を変化させる。

偏光制御素子１で偏光を変化させられた分岐光12の偏
光が第４図に示すような偏光になった場合、出射光13の
光パワーは分岐光12のＹ成分の大きさと同じなので、出
射光13の光パワーは基準値となる。

次に、出射光13の光パワーを基準値とした後に入射光
11の光が変化した場合の制御を第５図により説明する。

第５図アは入射光11の偏光が変化した場合の分岐光12
の偏光であり、第５図イは光パワーが安定化したいレベ
ルになるように偏光制御素子１で制御した場合の分岐光
12の偏光である。

第５図ウは入射光11の偏光が変化した場合の出射光13
の電界の大きさであり、第５図エは基準値となった場合
の出射光13の電界の大きさである。

第５図は、安定化された状態から入射光11の偏光が変
化した場合の制御の例を示したものであり、入射光11の
偏光が変化した場合は、第５図のように出射光13の光パ
ワーは低下または増加する。

このとき、光検出器3Aの出力は変化せず、光検出器3B
の出力だけが変化する。これにより、制御部４は出射光
13の光パワーが基準値に近づく方向に偏光を変化させる
ような信号を偏光制御素子１に送る。

偏光制御素子１は、制御部４からの信号に対応した偏
光に入射光11を変化させ、光検出器3Bからの出力が出射
光13の光パワーが基準値となったことを示すまで偏光を
変化させる。

次に、入射光11の光パワーが変化した場合の制御につ
いて第６図により説明する。

第６図アは安定化された状態から入射光11の光パワー
が小さくなった場合の分岐光12の偏光であり、第６図イ
は偏光制御素子１の制御が完了した場合の分岐光12の偏
光である。

第６図ウは初めて偏光制御素子１で制御された分岐光
12の偏光である。

第６図エは入射光11の光パワーが小さくなった場合の
出射光13の光パワーの大きさであり、第６図オは基準値
となったときの出射光13の電界の大きさである。

第６図は、安定化された状態から入射光11の光パワー
が減少した場合の制御を示したものである。

入射光11の光パワーが減少すると、出射光13の光パワ
ーも減少する。このとき、光検出器3A・3Bの出力は、同
じ割合で小さくなる。この場合、制御部４は分岐光12の
偏光をＹ軸方向の直線偏光に近づけるような制御信号を
偏光制御素子１へ送る。

偏光制御素子１は、光検出器3Bの出力が出射光13の光
パワーが基準値になるまで分岐光12の偏光をＹ軸方向の
直線偏光に近づけていく。

入射光11の光パワーが増加した場合は、偏光制御素子
１は、Ｘ軸方向の直線偏光へと近づけていく。

［実施例］ 次に、第１図の実施例の構成図を第７図により説明す
る。

第１図の偏光制御素子１は、第７図では位相補償器1A
とファラデー回転子などの偏光回転器を組み合わせたも
ので構成される。

次に、位相補償器1Aの配置を第８図により説明する。

第８図アは位相補償器1Aの位相差付与方向である。第
８図において出射光13の偏光方向はＹ軸方向、分岐光15
の偏光方向はＸ軸方向とする。

位相補償器1Aは、Ｘ軸よりα度だけ傾いている。

次に、第７図の作用を説明する。

入射光11の光パワー変動の最小値より小さい値に基準
値を設定する。続いて、位相補償器1Aで位相差を加えて
ゆく。

次に、透過光12の偏光の変化を第９図により説明す
る。

第９図アは入射光11の偏光であり、第９図イは位相補
償器1Aで分岐光15の光パワーを光検出器3Bで測定し、分
岐光の光パワーが小さくなる方向へ位相補償器1Aで位相
差を与えた場合の分岐光12の偏光である。

第９図ウはイの状態に更に位相補償器1Aで位相差を与
え、光検出器3Bで検出された光パワーが最小になった場
合の透過光12の偏光である。

第10図は、第９図ウの直線偏光を偏光回転器1Bにより
光検出器3Bで検出された光パワーが最小になるように偏
光を回転させた場合の分岐光12の偏光状態を示す図であ
る。

第10図に示すような制御状態であり、入射光11の光パ
ワー変動が最小値となった場合の出射光13の光パワーが
基準値の上限となる。

第11図アは、基準値となった場合の出射光13の電界の
大きさであり、第11図イは基準値となるように偏光回転
器1Bで偏光を回転させた場合の透過光12の偏光である。

第11図によれば、任意の偏光の入射光11に対して、出
射光13の光パワーを基準値へと設定することができる。

次に、入射光11の光パワーが変動した場合を第12図に
より説明する。

第12図アは基準値となった場合の出射光13の電界の大
きさであり、第12図イは任意の偏光の入射光11に対し、
位相補償器1Aで位相差を与え直線偏光とした後に出射光
13が基準値となるよう偏光回転器1Bにより偏光を回転さ
せた場合の分岐光12の偏光である。

第12図ウは、第12図イの状態から入射光11の光パワー
が小さくなった場合の分岐光12の偏光であり、第12図エ
は、第12図ウの状態の場合の出射光13の電界の大きさで
ある。

第12図オは、第12図エの状態の場合において、出射光
13の光パワーが基準値となるように偏光回転器1Bによっ
て第12図エで示した偏光を回転させた場合の分岐光12の
偏光である。

出射光13の光パワーが安定化された状態から入射光11
の光パワーが減少した場合、すなわち、第12図イから第
12図ウへ変化した場合には光検出器3Aと3Bの出力は同じ
割合で変化する。そこで、制御部４は、偏光回転器1Bに
光検出器3Bの出力が減少する方向へ偏光を回転させるよ
うに信号を送る。

第12図では、第12図ウで示した偏光を反時計回りに回
転させる。第12図オのように、出射光13が基準値となる
まで偏光回転器1Bにより偏光を回転させる。また、入射
光11の光パワーが増加した場合には制御部４は光検出器
3Bの出力が増加する方向へ偏光を回転させるような信号
を偏光回転器1Bへ送る。

次に、入射光11の偏光が変化した場合の制御について
第13図を用いて説明する。

第13図アは入射光11の偏光が変化した場合の透過光12
の偏光であり、第13図イは第13図アの状態の場合の出射
光13の電界の大きさである。

第13図ウは基準値となった場合の出射光13の電界の大
きさであり、第13図エは出射光13の光パワーを基準値と
した場合の透過光12の偏光である。

出射光13の光パワーが基準値へ安定化されている状態
から、入射光11の偏光が変化し、第13図アのような偏光
に透過光12が変化したとする。この結果、出射光13の電
界は第13図イのように基準値のときの電界よりも大きく
なってしまう。また、このとき光検出器3Aの出力は変化
せず、光検出器3Bの出力のみが変化する。そこで、制御
部４は、光検出器3Bの出力が増加する方向へ位相差を与
えるような信号を位相補償器1Aに送る。

また、入射光11の偏光の変化の仕方によっては、位相
補償器1Aと偏光回転器1Bの二つを用いた制御をかける場
合がある。

このような場合の例を第14図に示す。

第14図アは入射光11の偏光が変化した場合の透過光12
の偏光であり、第14図イは位相補償器1Aで位相差をあた
えて入った場合に直線偏光となった透過光12の偏光であ
る。

第14図ウは第14図イの偏光を偏光回転器1Bで回転させ
た場合の透過光12の偏光であり、第14図エは基準値とな
った場合の出射光13の電界の大きさである。

制御部４は、第13図アから第13図エへの制御と同様に
光検出器3Bの出力が増加する方向に位相差をあたえるよ
うな信号を位相補償器1Aへ送る。

光検出器3Bの出力は第14図イの場合に最小となり、位
相補償器1Aだけでは出射光13の光パワーを基準値とする
ことができない。

そこで、制御部４は第14図イの状態の偏光を光検出器
3Bの出力が増加する方向へ回転させるような信号を偏光
回転器1Bへ送る。そして、透過光12の偏光が第14図エの
ようになり、光検出器3Aと3Bの出力から、出射光13の光
パワーが基準値と判断されるまで偏光を回転させる。

［発明の効果］ この発明によれば、次のような効果がある。

（ア） 入射光の光パワー及び偏光の変化に関係なく、
光パワーの安定した出射光を得ることができる。

すなわち、光ファイバ光学系などの時間的に偏光の変
化する系にも組み込むことができる。

（イ） 入射光の偏光に関係なく、出射光の光パワーの
基準値を入射光の光パワー変動の最小値とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による光制御装置の構成図、第２図は
偏光ビームスプリツタ2Bの動作説明図、第３図は出射光
13の光パワーを安定化させる基準値の設定説明図、第４
図は入射光11が任意の偏光として装置に入射した場合に
出射光13の光パワーを基準値とする制御過程説明図、第
５図は出射光13の光パワーを基準値とした後に入射光11
の偏光が変化した場合の制御説明図、第６図は入射光11
の光パワーが変化した場合の制御説明図、第７図は第１
図の実施例の構成図、第８図は位相補償器1A・1Bの配置
説明図、第９図は分岐光12の偏光の変化説明図、第10図
は第９図の状態に偏光回転器1Bで分岐光15の光パワーが
最小になるよう偏光を回転させた場合の透過光12の偏光
を示す図、第11図は第10図の状態から、さらに偏光回転
器1Bで偏光を回転させ、分岐光15の光パワーが最小にな
る場合の透過光12の偏光を示す図、第12図は入射光11の
光パワーが変動した場合の説明図、第13図と第14図は入
射光11の偏光が変化した場合の制御説明図、第15図は従
来技術による光制御装置の構成図、第16図は第15図の詳
細構成図、第17図は入射光31が任意の楕円偏光の場合と
偏光子21Aの偏光透過方向の直線偏光の場合の各透過光
の偏光状態を示す図、第18図は基準値設定の説明図であ
る。 １……偏光制御素子、 2A……ビームスプリッタ、 2B……偏光ビームスプリッタ、 3A……光検出器、 3B……光検出器、 ４……制御部、 11……入射光、 12……透過光、 13……出射光、 14……分岐光、 15……分岐光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/01 - 1/09 G02B 26/00,26/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射光（11）の偏光成分を任意の偏光に変
   換する偏光制御素子（１）と、 偏光制御素子（１）の出射光を分岐するビームスプリッ
   タ（2A）と、 ビームスプリッタ（2A）の出射光（12）を二成分の偏光
   に分岐する偏光ビームスプリッタ（2B）と、 ビームスプリッタ（2A）の分岐光（14）の光パワーを検
   出する第１の光検出器（3A）と、 偏光ビームスプリッタ（2B）の分岐光（15）の光パワー
   を検出する第２の光検出器（3B）と、 第１の光検出器（3A）と第２の光検出器（3B）の出力を
   入力とし、偏光制御素子（１）を制御する制御部（４）
   とを備えることを特徴とした光制御装置。