JP3485226B2 - 偏波スクランブリング方法および偏光変調器 - Google Patents

偏波スクランブリング方法および偏光変調器

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JP3485226B2 JP16171596A JP16171596A JP3485226B2 JP 3485226 B2 JP3485226 B2 JP 3485226B2 JP 16171596 A JP16171596 A JP 16171596A JP 16171596 A JP16171596 A JP 16171596A JP 3485226 B2 JP3485226 B2 JP 3485226B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号光の偏光度を
0にする偏波スクランブリング方法およびその方法の実
現に適する偏光変調器に関する。長距離光増幅中継伝送
系では、受信信号光の過剰な雑音増大を抑圧するため
に、送信部で信号光の偏光状態を高速に変調する偏波ス
クランブリングが有効な技術として注目されている。
【0002】
【従来の技術】光増幅中継伝送系では、雑音増大が伝送
信号の特性劣化の大きな要因である。雑音増大は、光増
幅中継器で発生する自然放出光が原因になっており不可
避の現象であるが、光増幅中継器内に偏光依存性損失が
ある場合にはさらに雑音増大が著しくなり、伝送特性が
過剰に劣化する。すなわち、光増幅中継器内に偏光依存
性が存在し、その損失最大偏光状態と信号光の偏光状態
が一致すると信号光の過剰な損失が生じ、一方で信号光
と偏光状態が直交する自然放出光を過剰に増大させる。
数千キロメートル長の光増幅中継伝送系では、この効果
の累積により過剰な雑音増大が顕著になる。
【0003】このような偏光依存性損失による過剰な雑
音増大の抑圧法としては、図6に示すように、信号光を
1ビットごとに無偏光化する方法(偏波スクランブリン
グ)が有効である(深田 他、"BER fluctuation suppr
ession in optical in-lineamplifier systems using p
olarizasion scrambling technique"、エレクトロニク
スレターズ、1994年 Vol.30, No.5, pp.432-433)。ここ
で、“1”はマーク符号1ビットの信号光の電界を示
し、“0”はスペース符号1ビットの信号光の電界を示
す。この偏波スクランブリングでは、信号光の偏光状態
が高速で変化するので、信号光の偏光状態が損失最大偏
光状態に一致することにより生ずる過剰な雑音増大を抑
圧することができる。
【0004】一般に、信号光の偏光状態は、信号光の伝
搬方向をz方向とすると、信号光電界のx軸成分とy軸
成分の位相の相対的な差異に依存している。したがっ
て、信号光を偏光変調するには、信号光電界のx軸成分
またはy軸成分に位相変調をかければよい。従来の偏光
変調器は、この原理に基づいて構成されている。図7
は、従来の偏光変調器と入力信号光電界の関係を示す。
【0005】図において、偏光変調器には、TMモード
とTEモードの位相変調量に差異がある電気光学結晶1
が用いられる。信号光は、その電界のx軸方向成分およ
びy軸方向成分がそれぞれ電気光学結晶のTMモードお
よびTEモードに一致するように電気光学結晶に入力さ
れる。これにより、信号光はTMモードとTEモードの
双方に同方向の位相変調がかけられる。ただし、代表的
な電気光学結晶であるLiNbO3 では、TMモードはT
Eモードに対して3倍程度大きな位相変調がかかる。し
たがって、信号光の電界は、x軸成分はy軸成分に対し
て3倍程度大きな位相変調量を受けて出力される。その
結果、出力信号光に偏光変調がかかる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の偏光
変調器には、伝送信号の品質に関する2つの問題点があ
った。第1の問題点は、信号光スペクトルの過剰な拡が
りによる受信信号の波形劣化である。上述したように通
常の電気光学結晶では、TMモードに位相変調を行う
と、TEモードにも1/3程度の大きさの位相変調が同
方向にかかる。したがって、TMモードとTEモードの
位相差を大きくするには、TMモードに大きな位相変調
をかける必要がある。しかし、このようにすると信号光
スペクトルは過剰に拡がり、伝送路の波長分散等によっ
て受信信号の波形劣化が生じる。
【0007】第2の問題点は、電気光学結晶の偏波分散
による信号光の波形劣化である。通常、電気光学結晶で
はTMモードとTEモードの屈折率に差異がある。これ
により、TMモードのみを伝搬するx軸方向成分と、T
Eモードのみを伝搬するy軸方向成分の伝搬速度が異な
るという偏波分散が生じる。この偏波分散により、入力
信号光電界のTMモード成分とTEモード成分との間で
伝搬時間が異なり、信号光波形が劣化する。このため、
伝送速度が大きくなると、偏光変調器を用いた偏波スク
ランブリング技術の適用が困難になっていた。
【0008】本発明は、信号光の波形劣化の原因である
信号光スペクトルの過剰な拡がりを抑圧する偏波スクラ
ンブリング方法を提供することを目的とする。また、信
号光スペクトルの過剰な拡がりおよび偏波分散を抑圧す
ることができる偏光変調器を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の偏波スクラン
ブリング方法は、信号光の偏光状態が直交する2つの電
界成分に対して、絶対値が等しく符号が反転した位相変
調を行う。信号光の2つの電界成分の位相変調量の相対
値が増大するに従い、偏波スクランブリングの効果は大
きくなる。一方、2つの電界成分の位相変調量の絶対値
の増大により、信号光スペクトル拡がりが増大して伝送
特性が劣化する。本発明の偏波スクランブリング方法
は、2つの電界成分の位相変調量の相対値を最大にし、
かつ絶対値を最小にすることができる。したがって、偏
波スクランブリング効果を大きくしながら信号光スペク
トルの過剰な拡がりを抑圧することができる。
【0010】本発明の偏波スクランブリング方法は、例
えば請求項2または請求項3の偏光変調器により実現す
ることができる。請求項2の偏光変調器は、電気光学結
晶を信号光の光路上に2つ以上直列に配置し、隣接する
電気光学結晶の間でTMモードとTEモードが入れ替わ
る構成とする。また、請求項3の偏光変調器は、入力信
号光をx軸方向成分とy軸方向成分の2成分に分離し、
2つの電気光学結晶でそれぞれ個別に位相変調して偏波
合成する構成とする。
【0011】このような構成により、信号光の2つの電
界成分にそれぞれ絶対値が等しく符号が反転した位相変
調をかけることができる。これにより、TMモードに過
大な位相変調をかける必要がなく、信号光スペクトルの
過剰な拡がりを抑圧することができる。また、本発明の
偏光変調器では、「信号光電界のx軸方向成分が透過す
るTMモード」と「信号光電界のy軸方向成分が透過す
るTMモード」が等しく、「信号光電界のx軸方向成分
が透過するTEモード」と、「信号光電界のy軸方向成
分が透過するTEモード」が等しくなるように構成され
る。したがって、z軸方向に伝搬する信号光の電界のx
軸方向成分とy軸方向成分の光路長が原理的に等しくな
り、偏波分散を抑圧することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、請求項1の偏波スクラン
ブリング方法の実施形態を示す。図において、(a) は位
相変調を行っていないときの信号光電界のx軸方向成分
とy軸方向成分を表す。(b) と(c) は位相変調を行った
ときのx軸方向成分とy軸方向成分を表す。位相変調を
行うと、x軸方向成分は時間t1 で示されるように位相
が進み、y軸方向成分は時間t2 で示されるように位相
が遅れる。x軸方向成分とy軸方向成分の位相の変化量
1 とt2 は、絶対値が等しく符号(方向)が反対であ
る。位相の変化量の相対値はt3 であり、t1 およびt
2 の2倍の大きさをもつ。
【0013】図2は、請求項2の偏光変調器の第1の実
施形態を示す。なお、簡単のために電気光学結晶の電
極、光コリメート部等は省略している。図において、本
実施形態の偏光変調器は、2つの電気光学結晶1−1,
1−2から構成される。電気光学結晶1−1,1−2の
結晶軸は直交して配置されており、電気光学結晶1−1
のTMモードはx軸と平行であり、電気光学結晶1−2
のTMモードはy軸と平行である。信号光の電界は、x
軸から45度傾いた角度で入力される。
【0014】図3は、請求項2の偏光変調器の第2の実
施形態を示す。なお、簡単のために電気光学結晶の電
極、光コリメート部等は省略している。図において、本
実施形態の偏光変調器は、2つの電気光学結晶1−1,
1−2と、その間に挿入される1/2波長板2から構成
される。電気光学結晶1−1,1−2の結晶軸は平行し
て配置されており、それぞれのTMモードはx軸と平行
である。1/2波長板2の結晶軸はx軸から45度傾いた
角度に配置され、電気光学結晶1−1から出力される信
号光電界のx軸方向成分とy軸方向成分を入れ替える。
信号光の電界は、x軸から45度傾いた角度で入力され
る。
【0015】図4は、請求項2の偏光変調器の第3の実
施形態を示す。なお、簡単のために電気光学結晶の電
極、光コリメート部等は省略している。図において、本
実施形態の偏光変調器は、2つの電気光学結晶1−1,
1−2と、その間に挿入されるファラデー回転子3から
構成される。電気光学結晶1−1,1−2の結晶軸は平
行に配置されており、それぞれのTMモードはx軸と平
行である。ファラデー回転子3は、電気光学結晶1−1
から出力される信号光電界のx軸方向成分とy軸方向成
分を入れ替える。信号光の電界は、x軸から45度傾いた
角度で入力される。
【0016】図5は、請求項3の偏光変調器の実施形態
を示す。なお、簡単のために電気光学結晶の電極、光コ
リメート部等は省略している。図において、本実施形態
の偏光変調器は、信号光をx軸方向成分(紙面と垂直−
黒丸)とy軸方向成分(紙面と平行−上下に矢印をもつ
線)に分離する偏光ビームスプリッタ4−1と、各成分
をそれぞれ個別に位相変調する2つの電気光学結晶1−
1,1−2と、各電気光学結晶から出力される2成分の
信号光を偏波合成する偏波ビームスプリッタ4−2を有
する。ここで、電気光学結晶1−1,1−2の結晶軸は
平行に配置されており、それぞれのTMモードはx軸と
平行である。
【0017】信号光の電界は、x軸方向成分とy軸方向
成分が1:1の比率で偏光変調器に入力される。信号光
のx軸方向成分は全反射鏡5−1を介して電気光学結晶
1−1に入力され、位相変調されたその出力光はファラ
デー回転子3−1で電界方向をy軸方向に回転させて偏
波ビームスプリッタ4−2に入力される。一方、信号光
のy軸方向成分はファラデー回転子3−2で電界方向を
x軸方向に回転させて電気光学結晶1−2に入力され、
位相変調されたその出力光は全反射鏡5−2を介して偏
波ビームスプリッタ4−2に入力される。偏波ビームス
プリッタ4−2では、2経路を透過してきた2つの信号
光成分を偏波合成して出力する。
【0018】以上示した各実施形態により、信号光電界
のx軸方向成分が透過する電気光学結晶1−1のTMモ
ードと、信号光電界のy軸方向成分が透過する電気光学
結晶1−2のTMモードが等しくなる。また、信号光電
界のx軸方向成分が透過する電気光学結晶1−2のTE
モードと、信号光電界のy軸方向成分が透過する電気光
学結晶1−1のTEモードが等しくなる。したがって、
偏波分散は生じない。また、電気光学結晶1−1,1−
2に絶対値が等しく符号が反転した位相変調をかけるこ
とにより、信号光スペクトルの過剰な拡がりを抑圧する
ことができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏波スク
ランブリング方法は、信号光の2つの電界成分に対し
て、絶対値が等しく符号が反転した位相変調を行うこと
により、信号光スペクトルの過剰な拡がりを抑圧するこ
とができる。また、本発明の偏光変調器は、2つ以上の
電気光学結晶を用いることにより、過剰なスペクトル拡
がりと偏波分散を抑圧しながら偏光変調(偏波スクラン
ブリング)を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の偏波スクランブリング方法の実施形
態を示す図。
【図2】請求項2の偏光変調器の第1の実施形態を示す
図。
【図3】請求項2の偏光変調器の第2の実施形態を示す
図。
【図4】請求項2の偏光変調器の第3の実施形態を示す
図。
【図5】請求項3の偏光変調器の実施形態を示す図。
【図6】1ビットごとに無偏光化された信号光の電界を
表す図。
【図7】従来の偏光変調器の構成と入力信号光電界を表
す図。
【符号の説明】
1 電気光学結晶 2 1/2波長板 3 ファラデー回転子 4 偏波ビームスプリッタ 5 全反射鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/152 (56)参考文献 特開 平3−148641(JP,A) 特開 平7−58699(JP,A) 特開 平6−164072(JP,A) 特開 平4−226421(JP,A) 特開 平7−307705(JP,A) 特開 平8−82814(JP,A) 特開 昭62−199136(JP,A) 特開 昭61−279828(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 10/28 G02F 2/00 G02F 1/03

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号光の偏光状態が直交する2つの電界
    成分の各々に対して異なる量の位相変調を周期的に印加
    し、その2つの電界成分の位相差を周期的に変化させて
    信号光の偏光度を0とする偏波スクランブリング方法に
    おいて、 前記2つの電界成分にそれぞれ印加する位相変調量は、
    絶対値が等しく符号が反転していることを特徴とする偏
    波スクランブリング方法。
  2. 【請求項2】 TMモードとTEモードの位相変調量に
    差異がある電気光学結晶を有し、 入力信号光の電界をTMモードとTEモードに分配して
    前記電気光学結晶に入力し、TMモードからの出力光と
    TEモードからの出力光の位相差の変化により入力信号
    光の偏光状態を制御する偏光変調器において、 前記電気光学結晶を信号光の光路上に2つ直列に配置
    し、2つの電気光学結晶の間でTMモードとTEモード
    が入れ替わる構成とし、 前記2つの電気光学結晶を透過する信号光の各電界成分
    に対して、絶対値が等しく符号が反転した位相変調をか
    ける手段を備えた ことを特徴とする偏光変調器。
  3. 【請求項3】 入力信号光をx軸方向成分とy軸方向成
    分の2成分に分離する手段と、 前記2成分の信号光をそれぞれ個別に位相変調する2つ
    の電気光学結晶と、 前記各電気光学結晶から出力される2成分の信号光を偏
    波合成する手段と 前記2つの電気光学結晶を透過する各信号光成分に対し
    て、絶対値が等しく符号が反転した位相変調をかける手
    段を備えた を備えたことを特徴とする偏光変調器。
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