JP3249884B2 - 偏光光信号の変調装置及び方法 - Google Patents
偏光光信号の変調装置及び方法Info
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- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/20—LiNbO3, LiTaO3
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、情報の光伝送に関し、
特に、中継器を用いた長距離光伝送路上での伝送能力の
改善に関する。
特に、中継器を用いた長距離光伝送路上での伝送能力の
改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】光増幅中継器を有する海底又は大陸横断
地上光波伝送システムに用いられるような非常に長い光
ファイバ伝送路は、起こり得る種々の障害によって性能
低下が生じやすい。これらの障害は一般に、光ファイバ
伝送の長さの関数として増大する。
地上光波伝送システムに用いられるような非常に長い光
ファイバ伝送路は、起こり得る種々の障害によって性能
低下が生じやすい。これらの障害は一般に、光ファイバ
伝送の長さの関数として増大する。
【０００３】光増幅器を有する長い光伝送路において
は、これらの障害は、時間と共に変更し、光伝送路の信
号対雑音比（ＳＮ比）に無作意の変更を生じさせる。こ
の信号対雑音比（ＳＮ比）の無作意変更は、信号フェー
ディングとして知られる現象の一因となる。ＳＮ比変動
は又、光伝送路上を伝送中のディジタル信号における平
均ビット誤り率の増加をもたらす。
は、これらの障害は、時間と共に変更し、光伝送路の信
号対雑音比（ＳＮ比）に無作意の変更を生じさせる。こ
の信号対雑音比（ＳＮ比）の無作意変更は、信号フェー
ディングとして知られる現象の一因となる。ＳＮ比変動
は又、光伝送路上を伝送中のディジタル信号における平
均ビット誤り率の増加をもたらす。
【０００４】このような光伝送路上を伝送されるディジ
タル信号のＳＮ比が平均ＳＮ比に対して、許容できない
ほどに低い場合（望ましくないほどにビット誤り率が高
い場合に生じる）、信号対雑音フェーディングが生じた
と称する。信号フェーディング及びＳＮ比変更は、伝送
路内の光ファイバ自体及び／又は他の光構成要素（コン
ポーネント）によって誘導された光の偏波（偏光）に左
右される（以下、偏光依存性という）いくつもの種類の
影響によって生じることが、実験で得られた証拠から判
っている。
タル信号のＳＮ比が平均ＳＮ比に対して、許容できない
ほどに低い場合（望ましくないほどにビット誤り率が高
い場合に生じる）、信号対雑音フェーディングが生じた
と称する。信号フェーディング及びＳＮ比変更は、伝送
路内の光ファイバ自体及び／又は他の光構成要素（コン
ポーネント）によって誘導された光の偏波（偏光）に左
右される（以下、偏光依存性という）いくつもの種類の
影響によって生じることが、実験で得られた証拠から判
っている。
【０００５】特に、これらの影響の１つは今、偏光依存
性ホールバーニング（ＰＤＨＢ）として識別されてお
り、これは、光増幅器の反転分布ダイナミックスに関連
がある。ホールバーニングの説明の一例が、ダグラス
（D.W.Douglas）、 ハース（R.A.Haas）、クルプケ（W.
F.Krupke)及びウェーバ（M.J.Weber）の著文「ネオジム
ガラスレーザにおけるスペクトル及び偏光ホールバーニ
ング」（ＩＥＥＥ量子エレクトロニクスジャーナル、Ｑ
Ｅ−１９巻１１号、１９８３年１１月）に記載されてい
る。
性ホールバーニング（ＰＤＨＢ）として識別されてお
り、これは、光増幅器の反転分布ダイナミックスに関連
がある。ホールバーニングの説明の一例が、ダグラス
（D.W.Douglas）、 ハース（R.A.Haas）、クルプケ（W.
F.Krupke)及びウェーバ（M.J.Weber）の著文「ネオジム
ガラスレーザにおけるスペクトル及び偏光ホールバーニ
ング」（ＩＥＥＥ量子エレクトロニクスジャーナル、Ｑ
Ｅ−１９巻１１号、１９８３年１１月）に記載されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】偏光依存性ホールバー
ニングは、伝送路によって伝送される偏光された１次光
信号の偏光状態に平行な偏光状態を有する信号につい
て、長い光伝送路内の光増幅器の利得を低減させる。し
かし、１次光信号の偏光状態に直交の偏光状態を有する
信号については、これらの光増幅器によって得られる利
得は比較的に影響を受けない状態のままである。単純化
して表現すれば、１次光信号は、１次光信号の偏光状態
に従属する、増幅器の異方性飽和をもたらす。
ニングは、伝送路によって伝送される偏光された１次光
信号の偏光状態に平行な偏光状態を有する信号につい
て、長い光伝送路内の光増幅器の利得を低減させる。し
かし、１次光信号の偏光状態に直交の偏光状態を有する
信号については、これらの光増幅器によって得られる利
得は比較的に影響を受けない状態のままである。単純化
して表現すれば、１次光信号は、１次光信号の偏光状態
に従属する、増幅器の異方性飽和をもたらす。
【０００７】偏光された１次光信号（偏光１次光信号）
は、増幅器内で反転分布のレベルを異方的に低減させ、
結果として、その偏光状態における光信号の利得が低下
する。このことが実際に、増幅器をして、１次光信号の
偏光状態に直交の偏光状態を有する雑音を選択的に高め
させることとなる。そして、この高められた雑音が、伝
送される情報のＳＮ比を下げ、ビット誤り率を増大させ
る。
は、増幅器内で反転分布のレベルを異方的に低減させ、
結果として、その偏光状態における光信号の利得が低下
する。このことが実際に、増幅器をして、１次光信号の
偏光状態に直交の偏光状態を有する雑音を選択的に高め
させることとなる。そして、この高められた雑音が、伝
送される情報のＳＮ比を下げ、ビット誤り率を増大させ
る。
【０００８】信号フェーディングを低減させるための従
来の方法には、光ファイバ伝送路上で２個の直交偏光状
態で情報を伝送するために２波長光源を用いるものがあ
る。この光源は、光ファイバ内のどの２個の直交偏光状
態にも光電力を均等に共用させるので、有害な、偏光依
存性の諸影響は、これら２波長が光ファイバ伝送路に沿
って直交偏光状態に留まる限り低減される。
来の方法には、光ファイバ伝送路上で２個の直交偏光状
態で情報を伝送するために２波長光源を用いるものがあ
る。この光源は、光ファイバ内のどの２個の直交偏光状
態にも光電力を均等に共用させるので、有害な、偏光依
存性の諸影響は、これら２波長が光ファイバ伝送路に沿
って直交偏光状態に留まる限り低減される。
【０００９】
【課題を解決する手段】偏光依存性ホールバーニングと
偏光依存性損失の問題は、本発明に基づき、伝送路に投
入されている光信号の偏光状態を、少なくとも１対の直
交偏光状態の第１及び第２の偏光状態の間で周期的に変
調することによって解決する。好ましくは、偏光状態
は、１／ｔs よりもかなり高いレートで変調される。こ
こに、ｔsは光増幅器の異方性飽和時間である。投入さ
れた変調信号はどの直交偏光状態対についてもその対を
なす両方の偏光状態に同等の時間長さを使用することが
望ましい。
偏光依存性損失の問題は、本発明に基づき、伝送路に投
入されている光信号の偏光状態を、少なくとも１対の直
交偏光状態の第１及び第２の偏光状態の間で周期的に変
調することによって解決する。好ましくは、偏光状態
は、１／ｔs よりもかなり高いレートで変調される。こ
こに、ｔsは光増幅器の異方性飽和時間である。投入さ
れた変調信号はどの直交偏光状態対についてもその対を
なす両方の偏光状態に同等の時間長さを使用することが
望ましい。
【００１０】本発明の一実施例においては、上記投入さ
れた光信号の偏光状態は、その偏光状態がポアンカレー
球面上の大円をたどるように変調する。また、別の実施
例では、光信号の偏光状態はポアンカレー球面上の完全
大円をたどるように変調する。本発明の実施例では、均
一な速度でポアンカレー球面上の完全大円をたどる。
れた光信号の偏光状態は、その偏光状態がポアンカレー
球面上の大円をたどるように変調する。また、別の実施
例では、光信号の偏光状態はポアンカレー球面上の完全
大円をたどるように変調する。本発明の実施例では、均
一な速度でポアンカレー球面上の完全大円をたどる。
【００１１】さらに、偏光依存性損失の影響を減少させ
ることが望ましい場合、偏光状態の変調フリークエンス
は、情報信号クロックの倍数に選択される。
ることが望ましい場合、偏光状態の変調フリークエンス
は、情報信号クロックの倍数に選択される。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明を実現する配置例についての
概略ブロック図を示す。図示のように、本実施例は、光
伝送システム１０４に供給される光信号源１００からの
光情報信号（以下単に、光信号ともいう）の偏光状態を
変調する手段として用いられる偏光変調器１０１を有す
る。
概略ブロック図を示す。図示のように、本実施例は、光
伝送システム１０４に供給される光信号源１００からの
光情報信号（以下単に、光信号ともいう）の偏光状態を
変調する手段として用いられる偏光変調器１０１を有す
る。
【００１３】ここにおいて、光信号１０２が偏光変調器
１０１に投入され、結果として得られる変調された光信
号１０３が伝送システム１０４に供給される。光信号１
０２は、光信号源１００内のレーザ発信器（図示しな
い）によって周知の手法で生成される。具体的には、偏
光変調器１０１に供給される光信号１０２の偏光状態
は、直交偏光状態の複数の対について十分な変調が行え
るような偏光状態である。
１０１に投入され、結果として得られる変調された光信
号１０３が伝送システム１０４に供給される。光信号１
０２は、光信号源１００内のレーザ発信器（図示しな
い）によって周知の手法で生成される。具体的には、偏
光変調器１０１に供給される光信号１０２の偏光状態
は、直交偏光状態の複数の対について十分な変調が行え
るような偏光状態である。
【００１４】図２は、本発明を実現する際に用いて利点
のある、偏光変調器１０１の一実施例を示す。偏光変調
器１０１を光集積デバイスの形で実現した本例は、低複
屈折、ＸカットでＺ伝播のＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチ
ウム）基盤２０１上に形成され、標準のチタン非拡散、
単一モード導波管２０２と共に作動する。これには、基
盤２０１上で導波管２０２の両側に配置された２個の電
極２０３及び２０４が含まれる。
のある、偏光変調器１０１の一実施例を示す。偏光変調
器１０１を光集積デバイスの形で実現した本例は、低複
屈折、ＸカットでＺ伝播のＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチ
ウム）基盤２０１上に形成され、標準のチタン非拡散、
単一モード導波管２０２と共に作動する。これには、基
盤２０１上で導波管２０２の両側に配置された２個の電
極２０３及び２０４が含まれる。
【００１５】図２に示す偏光変調器１０１の実施例は、
入来する光信号１０２の、Ｘ軸に平行な偏光成分（ＴＭ
モード）を、同じく入来する光信号１０２の、Ｙ軸に平
行な偏光成分（ＴＥモード）に対して遅延させる動作を
行う。ＴＥ−ＴＭモード移相（位相シフト）は、平衡駆
動電圧成分（又は単に、駆動電圧）Ｖ（ｔ）及び−Ｖ
（ｔ）を電極２０３及び２０４にかけ、それにより導波
管２０２に電界Ｅy を誘導することにより、電気光学係
数ｒ22及びｒ12（ｒ22＝−ｒ12＝３.４ｘ１０-12ｍ／
Ｖ）を介して誘導される。
入来する光信号１０２の、Ｘ軸に平行な偏光成分（ＴＭ
モード）を、同じく入来する光信号１０２の、Ｙ軸に平
行な偏光成分（ＴＥモード）に対して遅延させる動作を
行う。ＴＥ−ＴＭモード移相（位相シフト）は、平衡駆
動電圧成分（又は単に、駆動電圧）Ｖ（ｔ）及び−Ｖ
（ｔ）を電極２０３及び２０４にかけ、それにより導波
管２０２に電界Ｅy を誘導することにより、電気光学係
数ｒ22及びｒ12（ｒ22＝−ｒ12＝３.４ｘ１０-12ｍ／
Ｖ）を介して誘導される。
【００１６】Ｘ偏光成分とＹ偏光成分との間の総誘導移
相（フェーズシフト）φ（ｔ）は次式で表される。 φ(ｔ) ＝ Γ(ｒ12−ｒ22)(２π／λ)・(Ｖ(ｔ)／Ｇ)・Ｌｎ0 3 （１） ここに、ｔは時間、λは、自由空間波長、Ｇは電極２０
３及び２０４の間の間隙、Ｌは電極２０３及び２０４の
長さ、ｎ0 は普通の屈折率、そしてΓは光界と電界との
間の正規化オーバラップパラメータである。
相（フェーズシフト）φ（ｔ）は次式で表される。 φ(ｔ) ＝ Γ(ｒ12−ｒ22)(２π／λ)・(Ｖ(ｔ)／Ｇ)・Ｌｎ0 3 （１） ここに、ｔは時間、λは、自由空間波長、Ｇは電極２０
３及び２０４の間の間隙、Ｌは電極２０３及び２０４の
長さ、ｎ0 は普通の屈折率、そしてΓは光界と電界との
間の正規化オーバラップパラメータである。
【００１７】光信号１０２は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って等
しい偏光成分を有する偏光変調器１０１の導波管２０２
内へ投入される。２個の電極２０３及び２０４にかけら
れた駆動電圧の変調によって、結果として得られる変調
光信号１０３の偏光状態出力が、ポアンカレー球面上の
極を含む大円（極大円）に沿って移動する。
しい偏光成分を有する偏光変調器１０１の導波管２０２
内へ投入される。２個の電極２０３及び２０４にかけら
れた駆動電圧の変調によって、結果として得られる変調
光信号１０３の偏光状態出力が、ポアンカレー球面上の
極を含む大円（極大円）に沿って移動する。
【００１８】もし電極２０３及び２０４にかけられた駆
動電圧Ｖ（ｔ）及び−Ｖ（ｔ）が、ピークピーク電圧振
幅値が総移相Δφ（ｔ）＝πを誘導するように、周期的
に変調される場合、出力の光信号１０３の偏光状態は、
２個の直交偏光状態の間で周期的に変調される。もし電
極２０３及び２０４にかけられたピーク間電圧振幅値が
総移相Δφ（ｔ）＝２πを誘導するように調整された場
合、変調光信号１０３の偏光状態は、ポアンカレー球面
上の完全大円をたどることとなる。
動電圧Ｖ（ｔ）及び−Ｖ（ｔ）が、ピークピーク電圧振
幅値が総移相Δφ（ｔ）＝πを誘導するように、周期的
に変調される場合、出力の光信号１０３の偏光状態は、
２個の直交偏光状態の間で周期的に変調される。もし電
極２０３及び２０４にかけられたピーク間電圧振幅値が
総移相Δφ（ｔ）＝２πを誘導するように調整された場
合、変調光信号１０３の偏光状態は、ポアンカレー球面
上の完全大円をたどることとなる。
【００１９】本発明の選ばれた一実施例において、偏光
変調器１０１の電極２０３及び２０４にかけられる駆動
電圧は、次式で表される波形の対称鋸歯電圧である。 Ｖ（ｔ）＝Ｖπ（−１）n（４ｆｔ−２ｎ） （２） 但し、２ｎ−１≦４ｆｔ≦２ｎ＋１ ここに、ｔは時間、ｎは任意の整数、１／ｆは鋸歯周
期、そしてＶπは移相Δφ（ｔ）＝πを誘導するための
電圧である。
変調器１０１の電極２０３及び２０４にかけられる駆動
電圧は、次式で表される波形の対称鋸歯電圧である。 Ｖ（ｔ）＝Ｖπ（−１）n（４ｆｔ−２ｎ） （２） 但し、２ｎ−１≦４ｆｔ≦２ｎ＋１ ここに、ｔは時間、ｎは任意の整数、１／ｆは鋸歯周
期、そしてＶπは移相Δφ（ｔ）＝πを誘導するための
電圧である。
【００２０】好ましくは、偏光状態の変調は、１／ｔs
よりもかなり高いレートにおいて行う。ここに、ｔs は
光増幅器の異方性飽和時間（一般に１ｍｓ）である。
よりもかなり高いレートにおいて行う。ここに、ｔs は
光増幅器の異方性飽和時間（一般に１ｍｓ）である。
【００２１】図２に示す例において、偏光変調器１０１
は、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度を成す線形偏光状態を
有する入来光信号１０２を変調する動作を行う。変調器
の電極２０３及び２０４にそれぞれかけられた上記
（２）の式に示す対称鋸歯駆動電圧Ｖ（ｔ）及び−Ｖ
（ｔ）に応答して、偏光変調器１０１からの出力として
現れる光信号１０３の偏光状態は、図２に示すように、
ポアンカレー球面上の完全極大円をたどり、それから始
点へ逆方向に戻る。
は、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度を成す線形偏光状態を
有する入来光信号１０２を変調する動作を行う。変調器
の電極２０３及び２０４にそれぞれかけられた上記
（２）の式に示す対称鋸歯駆動電圧Ｖ（ｔ）及び−Ｖ
（ｔ）に応答して、偏光変調器１０１からの出力として
現れる光信号１０３の偏光状態は、図２に示すように、
ポアンカレー球面上の完全極大円をたどり、それから始
点へ逆方向に戻る。
【００２２】このように、定常的な状態条件下で、光信
号１０３の偏光状態は図に示すような偏光状態列、すな
わち４５度の線形、左まわりの円形、−４５度の線形、
右まわりの円形、４５度の線形、右まわりの円形、−４
５度の線形、左まわりの円形、等の偏光状態列を経て進
む。なお、光信号１０２の偏光状態は、もし望むなら円
形、又は主軸を±４５度とした楕円形でもよい。
号１０３の偏光状態は図に示すような偏光状態列、すな
わち４５度の線形、左まわりの円形、−４５度の線形、
右まわりの円形、４５度の線形、右まわりの円形、−４
５度の線形、左まわりの円形、等の偏光状態列を経て進
む。なお、光信号１０２の偏光状態は、もし望むなら円
形、又は主軸を±４５度とした楕円形でもよい。
【００２３】それから、出力の光信号１０３の偏光状態
の変調が、偏光状態列の別の箇所で始まり、ポアンカレ
ー球面上の大円の周りに移動し、その後この大円に沿っ
て始点に戻る。
の変調が、偏光状態列の別の箇所で始まり、ポアンカレ
ー球面上の大円の周りに移動し、その後この大円に沿っ
て始点に戻る。
【００２４】もし望むなら、次式で示すような平衡正弦
曲線の駆動電圧を変調用に用いてもよい。 Ｖ（ｔ） ＝ Ｖm ｓｉｎ（２πｆｔ） （３） しかし、正弦曲線の駆動電圧を用いることによって、ポ
アンカレー球面上の大円に沿って偏光状態をたどる場合
の速度が不均一となる。
曲線の駆動電圧を変調用に用いてもよい。 Ｖ（ｔ） ＝ Ｖm ｓｉｎ（２πｆｔ） （３） しかし、正弦曲線の駆動電圧を用いることによって、ポ
アンカレー球面上の大円に沿って偏光状態をたどる場合
の速度が不均一となる。
【００２５】Ｖm ＝ Ｖπ の場合、変調光信号１０３
は、ポアンカレー球面上の完全大円をたどるが、各直交
偏光状態における時間消費が均等でなくなる。それにも
拘らず、互いに異なる値のＶm も、正弦曲線の駆動電圧
下でポアンカレー球面上でたどられる大円が不完全又は
過完全にはなるが、偏光状態に対して適切な不均一重み
付けを行うことによって偏光依存性ホールバーニングの
影響を等価化できる。
は、ポアンカレー球面上の完全大円をたどるが、各直交
偏光状態における時間消費が均等でなくなる。それにも
拘らず、互いに異なる値のＶm も、正弦曲線の駆動電圧
下でポアンカレー球面上でたどられる大円が不完全又は
過完全にはなるが、偏光状態に対して適切な不均一重み
付けを行うことによって偏光依存性ホールバーニングの
影響を等価化できる。
【００２６】その場合の概略的な必要事項は、平均偏光
度が１回の変調サイクルの間にゼロになるようにＶm を
選択しなければならないことである。例えばＶm ＝ ０.
７６５５・Ｖπ の場合、 変調光信号１０３は、ポアン
カレ球面上で完全大円の７６％だけをたどるに過ぎない
が、変調光信号１０３は、平均すれば、完全に偏光状態
が解消される。
度が１回の変調サイクルの間にゼロになるようにＶm を
選択しなければならないことである。例えばＶm ＝ ０.
７６５５・Ｖπ の場合、 変調光信号１０３は、ポアン
カレ球面上で完全大円の７６％だけをたどるに過ぎない
が、変調光信号１０３は、平均すれば、完全に偏光状態
が解消される。
【００２７】図３は、本発明を実現する際に用いられ
る、偏光変調器１０１の別の実施例を示す。本例の場合
も、光集積デバイスの形で実現され、低複屈折、Ｘカッ
トでＺ伝播のＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウム）基盤２
０１上に形成され、標準のチタン非拡散、単一モード導
波管２０２と共に作動する。これには、３個の電極が設
けられて、そのうちの２個、すなわち符号２０３及び２
０４は、導波管２０２の両側に配置され、残りの１個は
共通の接地電極で、導波管２０２の上に配置される。
る、偏光変調器１０１の別の実施例を示す。本例の場合
も、光集積デバイスの形で実現され、低複屈折、Ｘカッ
トでＺ伝播のＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウム）基盤２
０１上に形成され、標準のチタン非拡散、単一モード導
波管２０２と共に作動する。これには、３個の電極が設
けられて、そのうちの２個、すなわち符号２０３及び２
０４は、導波管２０２の両側に配置され、残りの１個は
共通の接地電極で、導波管２０２の上に配置される。
【００２８】本例の偏光変調器１０１は、継続的に回転
する半波長板に似た仕方で作動する。すなわち、変更す
る向きで一定の位相遅れ（値π）を生成する。これは、
ＴＥ−ＴＭ位相シフトとＴＥ←→ＴＭモード変換との可
変結合を誘導することによって達成される。
する半波長板に似た仕方で作動する。すなわち、変更す
る向きで一定の位相遅れ（値π）を生成する。これは、
ＴＥ−ＴＭ位相シフトとＴＥ←→ＴＭモード変換との可
変結合を誘導することによって達成される。
【００２９】ＴＥ←→ＴＭモード変換は、平衡駆動電圧
Ｖ（ｔ）＝Ｖ’（ｔ）を電極２０３及び２０４にかけ、
それにより導波管２０２に電界Ｅx を誘導することによ
り、電気光学係数ｒ61（ｒ61＝−ｒ22）を介して達成さ
れる。長さＬの電極部分に誘導されるモード変換につい
ての位相遅れは、次式で表される。 η（ｔ） ＝ Γｒ61(２π／λ)・(Ｖ(ｔ)／Ｇ)・Ｌｎ0 3 （４）
Ｖ（ｔ）＝Ｖ’（ｔ）を電極２０３及び２０４にかけ、
それにより導波管２０２に電界Ｅx を誘導することによ
り、電気光学係数ｒ61（ｒ61＝−ｒ22）を介して達成さ
れる。長さＬの電極部分に誘導されるモード変換につい
ての位相遅れは、次式で表される。 η（ｔ） ＝ Γｒ61(２π／λ)・(Ｖ(ｔ)／Ｇ)・Ｌｎ0 3 （４）
【００３０】ここに、ｔは時間、λは、自由空間波長、
Ｇは接地電極２０５と側部の電極２０３及び２０４との
間の間隙、Ｌは電極２０３、２０４、及び２０５の長
さ、ｎ0 は普通の屈折率、そしてΓは加えられる電界Ｅ
x と光界との間の空間オーバラップである（０≦Γ≦
１）。
Ｇは接地電極２０５と側部の電極２０３及び２０４との
間の間隙、Ｌは電極２０３、２０４、及び２０５の長
さ、ｎ0 は普通の屈折率、そしてΓは加えられる電界Ｅ
x と光界との間の空間オーバラップである（０≦Γ≦
１）。
【００３１】ＴＥ−ＴＭモード移相は、図２に示す偏光
変調器１０１実施例の場合と同様な仕方で、逆駆動電圧
Ｖ（ｔ）＝−Ｖ’（ｔ）を側部の電極２０３及び２０４
にかけることにより誘導される。
変調器１０１実施例の場合と同様な仕方で、逆駆動電圧
Ｖ（ｔ）＝−Ｖ’（ｔ）を側部の電極２０３及び２０４
にかけることにより誘導される。
【００３２】電極２０３及び２０４にそれぞれかけられ
る駆動電圧Ｖ（ｔ）及びＶ’（ｔ）は次式に表される。 Ｖ(ｔ) ＝ Ｖ0 ｓｉｎ(２πｆｔ)＋ Ｖπ ｃｏｓ(２πｆｔ)＋ＶT （５） Ｖ’(ｔ) ＝ Ｖ0 ｓｉｎ(２πｆｔ)− Ｖπ ｃｏｓ(２πｆｔ)−ＶT （６） ここに、Ｖ0 は完全ＴＥ←→ＴＭモード変換（η＝π）
を誘導する電圧、ＶπはＴＥ−ＴＭモード移相π（Δφ
＝π）、そしてＶT は導波管２０２内の残留静的複屈折
をほぼゼロ（０）に低減させる電圧である。
る駆動電圧Ｖ（ｔ）及びＶ’（ｔ）は次式に表される。 Ｖ(ｔ) ＝ Ｖ0 ｓｉｎ(２πｆｔ)＋ Ｖπ ｃｏｓ(２πｆｔ)＋ＶT （５） Ｖ’(ｔ) ＝ Ｖ0 ｓｉｎ(２πｆｔ)− Ｖπ ｃｏｓ(２πｆｔ)−ＶT （６） ここに、Ｖ0 は完全ＴＥ←→ＴＭモード変換（η＝π）
を誘導する電圧、ＶπはＴＥ−ＴＭモード移相π（Δφ
＝π）、そしてＶT は導波管２０２内の残留静的複屈折
をほぼゼロ（０）に低減させる電圧である。
【００３３】式（５）及び（６）の駆動電圧Ｖ（ｔ）及
びＶ’によって駆動された場合に、偏光変調器１０１
は、一定の角速度πｆで回転する回転半波長板のように
作用する。
びＶ’によって駆動された場合に、偏光変調器１０１
は、一定の角速度πｆで回転する回転半波長板のように
作用する。
【００３４】図３に示す例において、Ｘ軸及びＹ軸に対
して任意の向きの線形偏光状態で投入される入来する光
情報信号１０２を変調する動作を行う。上に述べた駆動
電圧に応答して、偏光変調器１０１からの出力の光信号
１０３の偏光状態が、ポアンカレー球面上で全赤道円を
一定の角速度２πｆで連続してたどる。偏光変調器１０
１からの出力の光信号１０３の周期的偏光状態列を図３
に示す。
して任意の向きの線形偏光状態で投入される入来する光
情報信号１０２を変調する動作を行う。上に述べた駆動
電圧に応答して、偏光変調器１０１からの出力の光信号
１０３の偏光状態が、ポアンカレー球面上で全赤道円を
一定の角速度２πｆで連続してたどる。偏光変調器１０
１からの出力の光信号１０３の周期的偏光状態列を図３
に示す。
【００３５】出力光信号１０３は常に、線形の偏光状態
を有し、図に示すような偏光状態列、すなわち４５度の
線形、０度の線形、−４５度の線形、９０度の線形、４
５度の線形、の順にこの状態列を繰り返す。なお、光信
号１０２の偏光状態は、任意の線形とすることができ
る。出力光信号１０３の偏光状態列は、異なる状態から
始まる。
を有し、図に示すような偏光状態列、すなわち４５度の
線形、０度の線形、−４５度の線形、９０度の線形、４
５度の線形、の順にこの状態列を繰り返す。なお、光信
号１０２の偏光状態は、任意の線形とすることができ
る。出力光信号１０３の偏光状態列は、異なる状態から
始まる。
【００３６】加えて、出力光信号１０３の偏光状態列
は、上に述べた状態列を逆方向に経過させることもでき
る。正弦曲線駆動電圧を用いることにより、一定速度で
赤道円をたどる状態が実現でき、これによって、図２の
実施例において必要とされた鋸歯電圧よりもかなり高い
周波数を用いることが可能となる。
は、上に述べた状態列を逆方向に経過させることもでき
る。正弦曲線駆動電圧を用いることにより、一定速度で
赤道円をたどる状態が実現でき、これによって、図２の
実施例において必要とされた鋸歯電圧よりもかなり高い
周波数を用いることが可能となる。
【００３７】図４は偏光変調器１０１の、特に高速変調
に適した別の実施例を示す。光集積デバイスは、高複屈
折、ＺカットのＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウム）基盤
２０１上に形成され、標準のチタン非拡散、単一モード
導波管２０２と共に作動する。これには、縦続配置した
３個の電極部分と、導波管２０２とその上の駆動電極２
０５の両側に配置される２個の接地電極２０３と２０４
が含まれる。
に適した別の実施例を示す。光集積デバイスは、高複屈
折、ＺカットのＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウム）基盤
２０１上に形成され、標準のチタン非拡散、単一モード
導波管２０２と共に作動する。これには、縦続配置した
３個の電極部分と、導波管２０２とその上の駆動電極２
０５の両側に配置される２個の接地電極２０３と２０４
が含まれる。
【００３８】この例において、駆動電極２０５はレジス
タ２０６を介して電極２０４につながる。この変調器１
０１の実施例は、周期的なＴＥ−ＴＭ位相シフトを生成
し、図２の実施例とほぼ同様に作動する。しかしなが
ら、図４の変調器は図２の変調器１０１に比べてｒ33−
ｒ13（ｒ33−ｒ13＝２０・１０-12ｍ／Ｖ）という高い
電気光学係数を利用する。そして、それ故に低い駆動電
圧Ｖπによって駆動され得る。これによって、図２の変
調器１０１よりも実質的に高い変調周波数を使用するこ
とが可能となる。
タ２０６を介して電極２０４につながる。この変調器１
０１の実施例は、周期的なＴＥ−ＴＭ位相シフトを生成
し、図２の実施例とほぼ同様に作動する。しかしなが
ら、図４の変調器は図２の変調器１０１に比べてｒ33−
ｒ13（ｒ33−ｒ13＝２０・１０-12ｍ／Ｖ）という高い
電気光学係数を利用する。そして、それ故に低い駆動電
圧Ｖπによって駆動され得る。これによって、図２の変
調器１０１よりも実質的に高い変調周波数を使用するこ
とが可能となる。
【００３９】変調周波数は、進行波電極をターミネーシ
ョンレジスタ２０６と共に使用することによってさらに
増加することができる。その進行波電極は、例えば、周
知の方法で、高周波数電気変調信号を供給する電気伝送
線の一部となす。
ョンレジスタ２０６と共に使用することによってさらに
増加することができる。その進行波電極は、例えば、周
知の方法で、高周波数電気変調信号を供給する電気伝送
線の一部となす。
【００４０】図４に示す実施例は、出力される光信号１
０３の偏光状態を、情報信号クロックの選択された倍数
である周波数で変調するのに特に適している。これはま
た、偏光依存性損失の影響を減少させる傾向を有する。
０３の偏光状態を、情報信号クロックの選択された倍数
である周波数で変調するのに特に適している。これはま
た、偏光依存性損失の影響を減少させる傾向を有する。
【００４１】本発明の上記説明においては、好ましい設
計として、チタン非拡散導波管のニオブ酸リチウム偏光
変調器を挙げているが、別の導波管形式の使用も考え得
ること、又、例えば半導体材料及びタンタル酸リチウム
を含むがこれに限らない他の基盤も利用可能であるこ
と、は当業者の理解し得るところである。
計として、チタン非拡散導波管のニオブ酸リチウム偏光
変調器を挙げているが、別の導波管形式の使用も考え得
ること、又、例えば半導体材料及びタンタル酸リチウム
を含むがこれに限らない他の基盤も利用可能であるこ
と、は当業者の理解し得るところである。
【００４２】特に述べられてはいないが、光信号源１０
０は、偏光変調器１０１に供給される光信号が所望の偏
光を得るための手段を有する。加えて、変調された光信
号１０３は、典型的には変調器１０１から送り出され、
増幅段階を経て光伝送システム１０４に送られる。
０は、偏光変調器１０１に供給される光信号が所望の偏
光を得るための手段を有する。加えて、変調された光信
号１０３は、典型的には変調器１０１から送り出され、
増幅段階を経て光伝送システム１０４に送られる。
【００４３】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００４４】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、伝
送路に投入されている光信号の偏光状態を、少なくとも
１対の直交偏光状態の第１及び第２の偏光状態の間で周
期的に変調するようにしたので、偏光依存性ホールバー
ニングの影響と偏光依存性損失の影響とを効果的に低減
させることができる。これにより、これらの影響から生
じる信号フェーディング及びＳＮ比の変動が減少し、光
伝送の能力及び効率が改善される。
送路に投入されている光信号の偏光状態を、少なくとも
１対の直交偏光状態の第１及び第２の偏光状態の間で周
期的に変調するようにしたので、偏光依存性ホールバー
ニングの影響と偏光依存性損失の影響とを効果的に低減
させることができる。これにより、これらの影響から生
じる信号フェーディング及びＳＮ比の変動が減少し、光
伝送の能力及び効率が改善される。
【図１】本発明を実現する偏光変調器及び偏光制御器を
含む配置についての概略ブロック図である。
含む配置についての概略ブロック図である。
【図２】図１の偏光変調器に用いられる配置についての
導波管及び電極の構造を示す説明図である。
導波管及び電極の構造を示す説明図である。
【図３】図１の偏光変調器に用いられる、別の導波管及
び電極の構造を示す説明図である。
び電極の構造を示す説明図である。
【図４】図１の偏光変調器に使用され得るさらに別の導
波管及び電極の構造を示す説明図である。
波管及び電極の構造を示す説明図である。
１００ 光信号源 １０１ 偏光変調器 １０２、１０３、光情報信号 １０４ 光伝送システム ２０１ ＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウム）基盤 ２０２ 導波管 ２０３、２０４ 接地電極 ２０５ 駆動電極 ２０６ レジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート エル．ローゼンバーグ アメリカ合衆国、ニュージャージー、フ ェアー ヘブン、ラスティック テラス 90 (56)参考文献 特開 昭63−174435（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−275898（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−36621（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−273833（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−300219（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−78124（ＪＰ，Ａ) ＯＦＣ／ＩＯＯＣ ’93，Ｐｏｓｔｄ ｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ．ＰＯ５ −１，ｐｐ．25−28
Claims (24)
- 【請求項１】 光ファイバ増幅器を用いる光伝送システ
ムにおける偏光依存性ホールバーニングの影響を低減さ
せるために使用される偏光光信号の変調装置において、
該装置は、 所望の波長において偏光光信号を生成する手段と、 前記偏光光信号を変調する手段と、 前記偏光光信号を前記変調手段に供給する手段と、 １変調サイクルにわたる平均の偏光度がほぼ０に等しく
なるように、ある偏光状態の範囲にわたり前記偏光光信
号の偏光状態を周期的に変調することにより、前記偏光
光信号の偏光をほぼ完全に解消する、電気光学的に誘導
された可変性の複屈折を有する導波手段とからなること
を特徴とする偏光光信号の変調装置。 - 【請求項２】 前記装置は、前記偏光光信号を出力とし
て送出する手段をさらに有し、 前記導波手段は、 前記導波手段の線形複屈折の向きを変化させる手段と、 前記光信号の第１および第２の直交偏光状態の間に所定
の位相遅れを導入する手段とを有し、 前記偏光状態のうちの少なくとも一方の偏光状態が前記
線形複屈折の主軸のうちの少なくとも一方の主軸にほぼ
平行であるときに、前記所定の位相遅れがほぼπラジア
ンであることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記向きを変化させる手段は、一定の速
度で前記導波手段の線形複屈折の向きを連続的に回転さ
せる手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の装
置。 - 【請求項４】 前記導波手段は、前記光信号の偏光状態
における前記第１および第２の直交偏光状態の間の位相
遅れを制御可能に変化させる手段を有し、 前記導波手段の誘導された複屈折は、所定の向きである
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】 前記第１および第２の直交偏光状態は、
直線偏光であることを特徴とする請求項４に記載の装
置。 - 【請求項６】 前記光信号は、所定のクロック周波数を
有する情報信号を伝送し、 前記位相遅れを変化させる手段は、前記情報信号のクロ
ック周波数の所定の倍数である周波数で位相遅れを変化
させる手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の装
置。 - 【請求項７】 前記位相遅れは、所定の正と負の値の間
で変化するよう制御されることを特徴とする請求項４に
記載の装置。 - 【請求項８】 前記位相遅れを変化させる手段は、正弦
曲線を描くように位相遅れを変化させる手段を有し、 前記所定の正と負の値は、それぞれ０．７６５５πと−
０．７６５５πであることを特徴とする請求項７に記載
の装置。 - 【請求項９】 前記所定の正と負の値は、それぞれπ／
２と−π／２であることを特徴とする請求項７に記載の
装置。 - 【請求項１０】 前記位相遅れを変化させる手段は、前
記位相遅れを前記所定の正と負の値の間で線形に変化さ
せる手段を含むことを特徴とする請求項７に記載の装
置。 - 【請求項１１】 前記所定の正と負の値は、それぞれπ
と−πであることを特徴とする請求項７に記載の装置。 - 【請求項１２】 前記位相遅れを変化させる手段は、前
記位相遅れを前記所定の正と負の値の間で線形に変化さ
せる手段を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装
置。 - 【請求項１３】 光ファイバ増幅器を用いる光伝送シス
テムにおける偏光依存性ホールバーニングの影響を低減
させるために使用される偏光光信号の変調方法におい
て、該方法は、 所望の波長において偏光光信号を生成するステップと、 前記偏光光信号を送出するステップと、 導波路の可変複屈折を電気光学的に誘導するステップと
からなり、 １変調サイクルにわたる平均の偏光度がほぼ０に等しく
なるように、ある偏光状態の範囲にわたり前記偏光光信
号の偏光状態を周期的に変調することにより、前記偏光
光信号の偏光をほぼ完全に解消することを特徴とする偏
光光信号の変調方法。 - 【請求項１４】 前記方法は、前記偏光光信号を出力と
して送出するステップをさらに有し、 前記可変複屈折を電気光学的に誘導するステップは、 前記導波路の線形複屈折の向きを変化させるステップ
と、 前記光信号の第１および第２の直交偏光状態の間に所定
の位相遅れを導入するステップとを有し、 前記偏光状態のうちの少なくとも一方の偏光状態が前記
線形複屈折の主軸のうちの少なくとも一方の主軸にほぼ
平行であるときに、前記所定の位相遅れがほぼπラジア
ンであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記向きを変化させるステップは、一
定の速度で導波路の線形複屈折の向きを連続的に回転さ
せるステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載
の方法。 - 【請求項１６】 前記可変複屈折を電気光学的に誘導す
るステップは、前記光信号の偏光状態における前記第１
および第２の直交偏光状態の間の位相遅れを制御可能に
変化させるステップを有し、 前記導波路の誘導された複屈折は、所定の向きであるこ
とを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記第１および第２の直交偏光状態
は、直線偏光であることを特徴とする請求項１６に記載
の方法。 - 【請求項１８】 前記光信号は、所定のクロック周波数
を有する情報信号を伝送し、 前記位相遅れを変化させるステップは、前記情報信号の
クロック周波数の所定の倍数である周波数で位相遅れを
変化させるステップを含むことを特徴とする請求項１６
に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記位相遅れは、所定の正と負の値の
間で変化するよう制御されることを特徴とする請求項１
６に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記位相遅れを変化させるステップ
は、正弦曲線を描くように位相遅れを変化させ、 前記所定の正と負の値は、それぞれ０．７６５５πと−
０．７６５５πであることを特徴とする請求項１９に記
載の方法。 - 【請求項２１】 前記所定の正と負の値は、それぞれπ
／２と−π／２であることを特徴とする請求項１９に記
載の方法。 - 【請求項２２】 前記位相遅れを変化させるステップ
は、前記位相遅れを前記所定の正と負の値の間で線形に
変化させることを特徴とする請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２３】 前記所定の正と負の値は、それぞれπ
と−πであることを特徴とする請求項１９に記載の方
法。 - 【請求項２４】 前記位相遅れを変化させるステップ
は、前記位相遅れを前記所定の正と負の値の間で線形に
変化させることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US079437 | 1993-06-18 | ||
| US08/079,437 US5359678A (en) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | Apparatus and method employing fast polarization modulation to reduce effects of polarization hole burning and/or polarization dependent loss |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0713111A JPH0713111A (ja) | 1995-01-17 |
| JP3249884B2 true JP3249884B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=22150539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15818194A Expired - Fee Related JP3249884B2 (ja) | 1993-06-18 | 1994-06-17 | 偏光光信号の変調装置及び方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5359678A (ja) |
| EP (1) | EP0630121A1 (ja) |
| JP (1) | JP3249884B2 (ja) |
| CA (1) | CA2121738C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5739943A (en) * | 1995-08-24 | 1998-04-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Polarization control unit |
| JPH09211398A (ja) * | 1996-02-08 | 1997-08-15 | Nec Corp | 導波路型偏波スクランブラ |
| US5611005A (en) * | 1996-04-26 | 1997-03-11 | Lucent Technologies, Inc. | High-speed polarization scrambler with adjustable chirp |
| US5729641A (en) * | 1996-05-30 | 1998-03-17 | Sdl, Inc. | Optical device employing edge-coupled waveguide geometry |
| US5854864A (en) * | 1996-07-16 | 1998-12-29 | The Regents Of The University Of California | In-line polymeric construct for modulators, filters, switches and other electro-optic devices |
| JPH10206661A (ja) * | 1997-01-28 | 1998-08-07 | Fujitsu Ltd | 偏波スクランブラ及びそれを用いた光集積回路 |
| US5930414A (en) * | 1997-09-16 | 1999-07-27 | Lucent Technologies Inc. | Method and apparatus for automatic compensation of first-order polarization mode dispersion (PMD) |
| US6493473B1 (en) | 1999-08-03 | 2002-12-10 | Uniphase Telecommunciations Products, Inc. | Method and apparatus for providing transformation of the polarization of light |
| US6714695B2 (en) | 2001-09-17 | 2004-03-30 | Dorsal Networks, Inc. | Optical transmission system employing auto-synchronized chirped return-to-zero transmitter |
| JP4683815B2 (ja) * | 2002-08-27 | 2011-05-18 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 偏波スクランブラの制御方法及び駆動回路 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
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Also Published As
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