JP3777045B2 - 偏波スクランブラー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光の偏波をスクランブルする偏波スクランブラーに関し、特に、入射される信号光について偏波方向の入射角度等の管理が容易な偏波スクランブラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムの高速化、長距離伝送化が進められているが、これらを実現する上でのキーデバイスの１つに偏波スクランブラーがある。
現在、光通信システムの長距離伝送は、例えば、多数の光ファイバアンプを多段に接続して行なわれている。このような光通信システムでは、光ファイバアンプで発生する雑音光が信号光の偏光状態に依存するために余分雑音光が増大する現象（偏波ホールバーニング、polarization hole burning）が指摘されている。この偏波ホールバーニングにより、信号光対雑音光の比（光ＳＮＲ）の平均値が低下すると同時に光ＳＮＲの揺らぎが増大するため、長距離伝送を行う上で問題になった。また、複数の波長光を多重化して伝送する波長多重（ＷＤＭ）伝送方式の場合には、光伝送路の非線形効果の一つである四光波混合（ＦＷＭ）が発生して伝送特性が劣化する。この四光波混合は、いくつかの信号光の偏光状態が一致する場合にその発生効率が最大になることが知られている。
【０００３】
このような偏波ホールバーニングや四光波混合の影響を低減するための技術として、例えば、送信側において信号光の偏波を積極的に変化させて無偏光状態にする偏波スクランブル（polarization scrambling)などが提案されている。この信号光の偏波をランダムにする手段が偏波スクランブラーである。
従来の偏波スクランブラーとしては、例えば、特開平９−１６２８０９号公報、特開平９−２１１３９１号公報及び特開平９−１１３８５４号公報等で公知のものがある。このような従来の偏波スクランブラーの一例として、電気光学効果を利用したものを図１０に示す。
【０００４】
図１０の偏波スクランブラーは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ：以下ＬＮとする）等の電気光学効果を有する基板に光導波路を形成し、その基板上に電極を設け、光導波路の入出力側に光ファイバを光学結合させたものである。このような構成の偏波スクランブラーでは、図１０(b) に示すように、直線偏波の信号光が、その偏波方向を光導波路の垂直方向に対して４５°傾けて入射されて、直線偏波が垂直成分と水平成分に分解される。このとき光導波路上に設けた電極に正弦波等の変調信号を与えることで、光導波路の垂直成分と水平成分の屈折率が電気光学効果により変化して、光導波路内を伝わる各方向成分の速度が変わる。これにより、信号光の垂直成分と水平成分とに位相差が生じ、図１０(c) に示すように、出射される信号光の偏光状態がランダムになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、偏波スクランブラーの重要な特性の１つに偏光度（ＤＯＰ；degree of polarization）がある。この偏光度は、偏光の程度を表す指標である。即ち、完全に偏光状態にある光成分の強度をＩp とし、偏光状態にない光成分の強度をＩm とするとき、偏光度Ｐは次の(1) 式にように全光量に対する偏光成分の比をもって表される。
【０００６】
Ｐ＝Ｉp ／（Ｉp ＋Ｉm ） …(1)
具体的には、偏光度の値が０に近くなる程ランダム偏光であり、１００に近づく程定偏光であることを表す。
上記の電気光学効果を利用した従来の偏波スクランブラーでは、その偏光度が電極に与える変調信号の電圧や光導波路に入射させる直線偏波の信号光の偏波方向の入射角度に依存する。電極に与える信号の電圧を制御して偏光度を小さくすることは比較的簡易に実現できる。しかしながら、信号光の入射角度を正確に管理することは容易ではない。従来では、偏波スクランブラーの入射側に光ファイバを固定する際に、その光ファイバから出射される信号光の偏波方向の入射角度が光導波路の垂直方向に対して45°±0.5 °となるように調整して、偏光度が最小になるようにしていたが、この調整が非常に難しくて長時間を要するため、製造性が悪いという問題があった。また、光ファイバが偏波スクランブラーに一旦固定されてしまうと、その後の入射角度の調整ができないため、例えば、光学系部品の経時劣化等により偏光度が変化してしまったときの対処が難しいという問題もある。
【０００７】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、入射された直線偏波の信号光の偏波を回転可能として、最小の偏光度が容易に得られるようにした偏波スクランブラーを提供することを目的とする。また、無偏光状態の信号光が入射されても最小の偏光度が得られるようにした偏波スクランブラーを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の偏波スクランブラーの一態様は、直線偏波の入力光の偏波を回転させる偏波回転手段と、該偏波回転手段の出力光の偏波を変調信号に応じてスクランブルさせる偏波スクランブル手段と、該偏波スクランブル手段の出力光の偏光度を検出する偏光度検出手段と、該偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記偏波回転手段による偏波回転角を制御する制御手段と、を備える。さらに、前記偏波回転手段は、音響光学効果を有する基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝わる信号光の波長に対応した周波数の弾性表面波を発生する弾性表面波発生部と、該弾性表面波発生部で発生した弾性表面波を前記光導波路に沿った所定の領域内に閉じ込めておく伝搬制限部と、該弾性表面波を吸収する吸収体と、を有し、前記制御手段は、前記偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記弾性表面波発生部に印加する電圧を制御することで偏波回転角の制御を行うものとする。
また、本発明の偏波スクランブラーの他の態様は、直線偏波の入力光の偏波を回転させる偏波回転手段と、該偏波回転手段の出力光の偏波を変調信号に応じてスクランブルさせる偏波スクランブル手段と、該偏波スクランブル手段の出力光の偏光度を検出する偏光度検出手段と、該偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記偏波回転手段による偏波回転角および前記変調信号を制御する制御手段と、を備える。さらに、前記偏波回転手段は、音響光学効果を有する基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝わる信号光の波長に対応した周波数の弾性表面波を発生する弾性表面波発生部と、該弾性表面波発生部で発生した弾性表面波を前記光導波路に沿った所定の領域内に閉じ込めておく伝搬制限部と、該弾性表面波を吸収する吸収体と、を有し、前記制御手段は、前記偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記弾性表面波発生部に印加する電圧を制御することで偏波回転角の制御を行うものとする。
【０００９】
かかる構成では、直線偏波の信号光が偏波スクランブラーに入射されると、その入力光が偏波回転手段の光導波路に与えられ、該光導波路を伝搬する光の偏波方向が、弾性表面波発生部で発生し伝搬制限部および吸収体により前記光導波路に沿った所定の領域内に閉じ込められたた弾性表面波による音響光学効果を利用して回転されて、偏波スクランブル手段に送られる。偏波スクランブル手段では、偏波回転手段からの出力光の偏波が変調信号に応じてスクランブルされて出射される。そして、偏波スクランブル手段からの出力光の偏光度が偏光度検出手段で検出され、その検出結果に基づき、偏波回転手段の弾性表面波発生部に印加する電圧、または、偏波回転手段の弾性表面波発生部に印加する電圧および変調信号が制御手段によって制御される。これにより、直線偏波の入力光の偏波を偏波回転手段で調整可能にすることで、組立時等に偏波方向の角度調整を高い精度で行なう必要がなくなる。また、偏波回転手段における偏波回転角や偏波スクランブル手段で用いられる変調信号が制御手段によって最適な状態に制御されるようになる。
【００１１】
加えて、前記偏波回転手段及び前記偏波スクランブル手段が、電気光学効果を有する１つの基板上に形成されるようにしてもよい。このようにすることで、偏波スクランブラーの製造が容易となる。
また、上記の偏波スクランブラーについて、入射される任意の偏波状態の信号光を直線偏波の信号光に変換する直線偏波変換手段を備え、該直線偏波変換手段から出力された信号光が前記偏波回転手段に入力される構成としてもよい。
【００１２】
かかる構成によれば、任意の偏波状態で信号光が偏波スクランブラーに入射されると、まず、直線偏波変換手段で直線偏波に変換される。そして、直線偏波の信号光が偏波回転手段に送られて、その偏波が回転された後に偏波スクランブル手段に送られるようになる。これにより、無偏光の信号光等を偏波スクランブラーの入射信号光とすることができるようになる。
【００１３】
さらに、前記直線偏波変換手段の具体的な構成として、信号光を互いに垂直な２つの偏波成分に分離する偏波分離部と、該偏波分離部で分離された一方の偏波成分を他方の偏波成分と同じ偏波に変換する偏波変換部と、該偏波変換部で変換された一方の偏波成分及び前記他方の偏波成分を合波する合波部と、を備えるようにしてもよい。前記偏波変換部としては、音響光学効果や１／２波長板を利用することができる。また、前記偏波分離部としては、信号光をＴＭモード及びＴＥモードに分離する偏光ビームスプリッタや、信号光を常光及び異常光に分離する複屈折部材を用いることが可能である。さらに、偏波分離部に偏光ビームスプリッタを用いる場合には、前記直線偏波変換手段、前記偏波回転手段及び前記偏波スクランブル手段を電気光学効果を有する１つの基板上に形成してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。また、図２は、図１のチップの斜視図である。さらに、図３は、上記チップを実装した偏波スクランブラーモジュールの断面図である。
【００１７】
図において、本偏波スクランブラーモジュールは、チップ１がパッケージ３内に固定され、パッケージ３の開口部がリッド４により気密封止されている。入射側光ファイバ５及び出射側光ファイバ６は、レンズ７及びサファイア窓８を介して光導波路２の入出力端面と光学結合がとられた状態で、パッケージ３に固定されている。なお、本実施形態では、入射側光ファイバ５として、信号光の偏波を一定に保持する定偏波ファイバを使用し、出射側光ファイバ６としては、通常のシングルモードファイバを使用する。
【００１８】
チップ１は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）等の電気光学効果を有する基板が用いられ、入射側（図１で左側）に偏波回転手段としての偏波回転部１０が設けられ、出射側（図１で右側）に偏波スクランブル手段としての偏波スクランブル部２０が設けられている。このチップ１には、長手方向に沿って表面中央部分に光導波路２が形成され、また、偏波回転部１０に位置する表面両端部分（図１で左側の上下部分）に高濃度チタン拡散領域１３が形成されている。この光導波路２及び高濃度チタン拡散領域１３は、例えば、チップ表面に所望の形状でパターニングされたチタン膜を1000℃前後の高温で熱拡散処理することによって予め形成される。
【００１９】
偏波回転部１０は、上記高濃度チタン拡散領域１３の他に、弾性表面波を発生する電極（トランスデューサ）１１、該電極１１に所定のＲＦ信号を印加するＲＦ信号発生器１２及び弾性表面波を吸収する吸収体１４Ａ，１４Ｂを有する。
電極１１は、例えば、光導波路２上の所定の位置に形成された交差指型電極等とする。ＲＦ信号発生器１２は、光導波路２を伝わる信号光の波長に対応した周波数で、かつ、後述するように本偏波スクランブラーから出射される信号光の偏光度に応じた電圧（振幅）Ｖ１のＲＦ信号を発生する。このＲＦ信号が電極１１に印加されることにより、電極１１から弾性表面波が発生する。吸収体１４Ａ，１４Ｂとしては、例えば、テープや接着剤等の音響波を吸収可能なものが使用でき、通信波長に対して透明な弾性体で基板との密着性がよければその材質を問わない。高濃度チタン拡散領域１３では、その周囲に比べて材料が硬くなるので音響波の伝搬速度が速くなる。音響波は速度の遅い部分を伝わる性質を持つため、弾性表面波が光導波路付近に閉じ込められるスロット導波路となっている。したがって、電極１１から発生した弾性表面波は、吸収体１４Ａ，１４Ｂ及び高濃度チタン拡散領域１３に囲まれた領域内を伝搬するようになる。ここでは、吸収体１４Ａ，１４Ｂ及び高濃度チタン拡散領域１３が伝搬制限部として機能する。
【００２０】
偏波スクランブル部２０は、上述した電気光学効果を利用した従来の偏波スクランブラーの構成と同様に、光導波路２に沿って形成された信号電極２１と、該信号電極２１に所定の変調信号を印加する変調信号発生器２２と、信号電極２１を囲むように形成されたアース電極２３と、から構成される。変調信号発生器２２は、後述するように本偏波スクランブラーから出射される信号光の偏光度に応じた電圧（振幅）Ｖ２の変調信号を発生する。
【００２１】
次に、このような構成の偏波スクランブラーの動作について説明する。
まず、本偏波スクランブラーには、入射側の定偏波ファイバ５から直線偏波の信号光ＩＮが入射される。信号光ＩＮは、レンズ７及びサファイア窓８を介して光導波路２の入射端面に送られる。この信号光ＩＮの偏波方向の入射角度は、従来のように光導波路２の垂直方向に対して45°±0.5 °に調整する必要はなく、任意の角度とすることが可能である。
【００２２】
光導波路２に入射された信号光ＩＮは、偏波回転部１０を通過することで偏波が回転される。この偏波回転部１０の具体的な動作は、ＲＦ信号発生器１２からのＲＦ信号が電極１１に印加されることで弾性表面波が電極１１から発生する。この弾性表面波が、吸収体１４Ａ，１４Ｂ及び高濃度チタン拡散領域１３で囲まれた領域内の基板表面を光導波路２に沿って伝搬することで、音響光学効果により光導波路２に変化が生じる。このときの光導波路２の状態は、結晶軸がずれた結晶が周期的に並んだ状態と等価と考えられる。このため、偏波回転部１０を通る直線偏波の信号光ＩＮの偏波が回転されるようになる。このとき、偏波の回転される信号光の波長は、弾性表面波の周波数に依存し、また、偏波の回転角度は、弾性表面波を発生させるＲＦ信号の電圧Ｖ１及び吸収体１４Ａ，１４Ｂの間の距離に依存する。このため、入射される信号光ＩＮの波長に対応した周波数のＲＦ信号を電極に印加し、そのＲＦ信号の電圧Ｖ１を変化させることで、信号光ＩＮの偏波の角度を任意に変えることができる。ＲＦ信号の電圧Ｖ１は、偏波回転部１０から出力される信号光の偏波方向が、光導波路２の垂直方向に対して45°となるように設定される。この電圧Ｖ１の具体的な設定は、例えば、後述するように本偏波スクランブラーから出射される信号光ＯＵＴの偏光度をモニタして、その偏光度を最小にするフィードバック制御等によって決定される。
【００２３】
偏波回転部１０から出力された信号光は、偏波スクランブル部２０を通過することで偏波がスクランブルされる。この偏波スクランブル部２０の具体的な動作は、偏波方向を45°傾けて入射された直線偏波の信号光が、垂直成分と水平成分に分解される。このとき光導波路２上に設けた信号電極２１に変調信号を与えることで、光導波路２の垂直成分と水平成分の屈折率が電気光学効果により変化して、光導波路２内を伝わる各方向成分の速度が変わる。これにより、信号光の垂直成分と水平成分とに位相差が生じて、出射される信号光ＯＵＴの偏光状態がランダムに変化する。
【００２４】
ここで、ＲＦ信号の電圧Ｖ１及び変調信号の電圧Ｖ２のフィードバック制御について説明する。
図４は、偏波スクランブラーモジュールと制御部の構成例を示すブロック図である。
図４において、制御部４０は、偏光度検出手段としての偏光度（ＤＯＰ）検出器４１、制御手段としてのフィードバック回路４２，４３及び光カプラ４４、から構成される。光カプラ４４は、偏波スクランブラーモジュールから出射された信号光ＯＵＴの一部を分岐して偏光度検出器４１に送るものである。偏光度検出器４１は、例えば、光カプラ４４で分岐された信号光を図示しない回転検光子に通し、透過強度の最大値とこれに直角方向の強度の最小値を測定して偏光度を算出しその値を電圧で出力する。フィードバック回路４２，４３は、偏光度検出器４１からの出力に応じて変調信号の電圧Ｖ２及びＲＦ信号の電圧Ｖ１を調整するフィードバック信号を出力する。
【００２５】
このフィードバック制御の方法としては、例えば、ＲＦ信号及び変調信号の各電圧Ｖ１，Ｖ２にそれぞれ弱い振幅変調をかけておき、その振幅変調による偏光度の変動量が０に近づくように、各電圧Ｖ１，Ｖ２の値を順に変更して制御する。これにより、偏波スクランブラーから出射される信号光の偏光度が最小となるように、偏波回転部１０及び偏波スクランブル部２０の動作が制御される。なお、電圧Ｖ１，Ｖ２の制御方法は、上記に限られるものではない。
【００２６】
このように第１の実施形態によれば、偏波スクランブル部２０の前段に偏波回転部１０を設けたことにより、光導波路２に入射される直線偏波の信号光の偏波を任意に回転可能となるため、偏波スクランブラー組立時における直線偏波の入射角度の調整が不要になり、製造性の向上を図ることができる。また、組立後に直線偏波の入射角度を調整することができるため、部品の経時劣化等による偏光度の変化にも柔軟に対処することが可能である。特に、出射された信号光の偏光度を監視してフィードバック制御を行なえば、電圧Ｖ１，Ｖ２を最適値に調整できるので、偏光度が最小となる状態を確実に維持することができる。さらに、偏波回転部１０及び偏波スクランブル部２０を１つの基板上に形成したことで、より製造し易い偏波スクランブラーとなる。
【００２７】
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態の偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。
図５において、本偏波スクランブラーは、第１の実施形態の構成と同様の偏波回転部１０及び偏波スクランブル部２０に加えて、偏波回転部１０の前段に直線偏波変換手段としての直線偏波変換部３０が、１つのチップ１上に形成される。このチップ１は、上述の図３に示した第１の実施形態の場合と同様に、パッケージ３内に実装される。ただし、本実施形態でパッケージ３に固定される入射側光ファイバ５は、定偏波ファイバに代えて、出射側光ファイバ６と同様の通常のシングルモードファイバが用いられる。
【００２８】
直線偏波変換部３０は、入射側端部に交差型導波路の偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳとする）３５が形成される。このＰＢＳ３５には、２つの入力ポートのうちの一方（図５では上側）に信号光ＩＮが入射され、ここでは他方の入力ポートは使用しない。入射された信号光ＩＮは、ＴＭモードとＴＥモードとに分離され、それぞれ別の光導波路２に送られる。図５には、ＴＭモード成分が上側の光導波路２に送られ、ＴＥモード成分が下側の光導波路２に送られる場合が示してある。ＴＥモード成分が伝わる下側の光導波路２部分には、偏波回転部１０と同様な構成の、電極３１、ＲＦ信号発生器３２、高濃度チタン拡散領域３３及び吸収体３４Ａ，３４Ｂが設けられ、電極３１から弾性表面波を発生させる機構が形成されている。ただし、ＲＦ信号発生器３２は、下側の光導波路２を通る信号光の偏波を90°回転させるような電圧（振幅）Ｖ３のＲＦ信号を発生する。この機構による音響光学効果によって、ＴＥモード成分の偏波が９０°回転されてＴＭモードにモード変換される。そして、上側の光導波路２及び下側の光導波路２を伝わる各ＴＭモード成分が、光合波器３６によって合波される。
【００２９】
なお、ここではＴＥモード成分をモード変換させる構成としたが、ＴＭモードをモード変換させる構成であってもよい。また、光合波器３６は、入射側と同様に偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
このように直線偏波変換部３０では、任意の偏波状態で入射される信号光ＩＮがＴＭモードのみの直線偏波に変換されて偏波回転部１０に送られるようになる。直線偏波の信号光が入射された偏波回転部１０は、第１の実施形態の場合と同様に、信号光の偏波方向が光導波路２の垂直方向に対して45°となるように偏波を回転させる。そして、偏波回転部１０から出力された信号光は、偏波スクランブル部２０に送られ、偏波スクランブルされて出射される。なお、ＲＦ信号の電圧Ｖ１及び変調信号の電圧Ｖ２の制御は、上述した第１の実施形態の場合と同様である。
【００３０】
このように第２の実施形態によれば、偏波回転部１０の前段に直線偏波変換部３０を設けたことで、入射される信号光の偏波状態によらずに偏波スクランブルを行なうことができる。これにより、入力偏波無依存性の偏波スクランブラーを実現できる。また、高価な定偏波ファイバに代えてシングルモードファイバを入射側光ファイバ５として使用できるため、偏波スクランブラーの低コスト化が可能である。
【００３１】
次に、第３の実施形態について説明する。
図６は、第３の実施形態の偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。
図６において、本偏波スクランブラーの構成が第２の実施形態の構成と異なる部分は、直線偏波変換部３０に代えて、直線偏波変換部３０’を用いた部分である。これ以外の部分は第２の実施形態の構成と同様である。
【００３２】
直線偏波変換部３０’は、ＴＥモード成分をモード変換させる機構として、第２の実施形態で用いた弾性表面波を発生させる機構の代わりに、図で下側の光導波路２中に結晶軸を４５°傾けた１／２波長板３７を挿入したものである。この１／２波長板３７をＴＥモード成分が通過すると、偏波が90°回転されてＴＭモードに変換される。そして、上側の光導波路２及び下側の光導波路２を伝わる各ＴＭモード成分が、光合波器３６によって合波され、ＴＭモードのみの直線偏波の信号光が偏波回転部１０に送られる。なお、ここでは１／２波長板３７を下側の光導波路２に挿入するようにしたが、１／２波長板３７を上側の光導波路２に挿入してＴＭモード成分をモード変換させるようにしてもよい。
【００３３】
このように第３の実施形態によれば、モード変換を行なう機構として１／２波長板３７を用いても、第２の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。ただし、１／２波長板３７を用いる場合、モード変換できる信号光の波長が１／２波長板３７に依存することに注意する。波長多重信号光を扱うときには、ＲＦ信号の周波数を変えることで任意の波長に対応可能な上述した第２の実施形態の構成とするのが好ましい。１つの波長または１／２波長板３７で対応可能な複数の波長の信号光を扱う場合には、第３の実施形態の構成とすることで、直線偏波変換部３０’での電気的な制御が不要になるという利点がある。また、この場合には、図７に示すように、偏波回転部についても弾性表面波を発生させる機構に代えて、偏波を４５°回転させる１／４波長板１５を用いる構成とする応用も可能である。
【００３４】
次に、第４の実施形態について説明する
図８は、第４の実施形態の偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。
図８において、本偏波スクランブラーの構成が第３の実施形態の構成と異なる部分は、第３の実施形態の直線偏波変換部３０’でチップ１上に形成していたＰＢＳ３５に代えて、複屈折結晶板３８をチップ１の入力側に配置した部分である。これ以外の部分は第３の実施形態の構成と同様である。
【００３５】
複屈折結晶板３８は、入射される任意の偏波状態の信号光ＩＮを常光と異常光に分離して出力する。分離された常光及び異常光は、チップ１上に形成された２つの光導波路２の各入射端面に光学結合される。ここでは、常光が図８の上側の光導波路２に送られ、異常光が下側の光導波路２に送られるものとする。下側の光導波路２の途中には、第３の実施形態の場合と同様に１／２波長板３７が挿入されていて、異常光の偏波が90°回転されて常光に変換される。そして、上側の光導波路２及び下側の光導波路２を伝わる各常光が、光合波器３６によって合波され、常光のみの直線偏波の信号光が偏波回転部１０に送られる。なお、ここでは１／２波長板３７を下側の光導波路２に挿入するようにしたが、１／２波長板３７を上側の光導波路２に挿入して常光を変換させるようにしてもよい。
【００３６】
このように第４の実施形態によれば、複屈折結晶板３８を用いて直線偏波変換部を構成しても、第３の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
次に、第５の実施形態について説明する。
図９は、第５の実施形態の偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。
【００３７】
図９において、本偏波スクランブラーの構成が第４の実施形態の構成と異なる部分は、第４の実施形態でチップ１上の光導波路２に挿入していた１／２波長板３７を複屈折結晶板３８の一方の出力端面に設けた部分である。これ以外の部分は第４の実施形態の構成と同様である。
１／２波長板３７’は、ここでは複屈折結晶板３８の異常光が出射される端面に、結晶軸を45°傾けた状態で固定されるものとする。この１／２波長板３７’により、複屈折結晶板３８から出射された異常光の偏波が90°回転されて常光と同じ状態に変換され、チップ１上の図で下側の光導波路２に送られる。そして、上側の光導波路２及び下側の光導波路２を伝わる各常光が、光合波器３６によって合波され、常光のみの直線偏波の信号光が偏波回転部１０に送られる。なお、ここでは１／２波長板３７’を複屈折結晶板３８の異常光が出射される端面に設けるようにしたが、常光が出射される端面に設けて常光を変換させるようにしてもよい。
【００３８】
このように第５の実施形態によれば、１／２波長板３７’を複屈折結晶板３８の出力端面に設けるようにしても、第４の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。加えて、１／２波長板をチップ１上に設ける必要がないため、チップ１の製造が容易になって歩留が向上する。
なお、第４、５の実施形態では、偏波回転部１０が弾性表面波を発生させる機構を有する場合を図８、９に示したが、上述の図７で示したように、１／４波長板１５を用いた偏波回転部１０’とすることも可能である。
【００３９】
また、上述した各実施形態では、信号光の偏波を回転させる手段として、弾性表面波による音響光学効果を利用したり、１／２波長板を用いる場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ファラデー回転子等を利用してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、偏波スクランブル手段の前段に、光導波路、弾性表面波発生部、伝搬制限部および吸収体を有する音響光学効果を利用した偏波回転手段を設けたことによって、直線偏波の信号光の偏波を任意に回転できるため、組立時に直線偏波の入射角度を高い精度で調整する必要がなくなり、製造性の向上を図ることができる。また、組立後にも直線偏波の入射角度を調整することができるため、部品の経時劣化等による偏光度の変化にも柔軟に対処することが可能である。さらに、偏光度検出手段及び制御手段を設けることで、偏波回転手段における偏波回転角や偏波スクランブル手段で用いられる変調信号を偏波スクランブル手段からの出力光の偏光度に応じて最適な状態に制御することができる。加えて、偏波回転手段及び偏波スクランブル手段を１つの基板上に形成したことで、偏波スクランブラーの製造がより容易なものとなる。
【００４１】
また、偏波回転手段の前段に直線偏波変換手段を設けたことで、入射される信号光の偏波状態によらずに信号光の偏波をスクランブルすることが可能となり、入力偏波無依存性の偏波スクランブラーを実現できる。これにより、入射側光ファイバに通常のシングルモードファイバを使用できるため、偏波スクランブラーの低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図２】同上第１の実施形態のチップの斜視図である。
【図３】同上第１の実施形態の偏波スクランブラーモジュールの断面図である。
【図４】同上第１の実施形態の偏波スクランブラーモジュールと制御部の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図７】同上第３の実施形態に関し、偏波回転部に１／４波長板を用いた場合の他のチップの構成を示す上面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図１０】従来の電気光学効果を利用した偏波スクランブラーの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…チップ
２…光導波路
３…パッケージ
４…リッド
５…入射側光ファイバ
６…出射側光ファイバ
７…レンズ
８…サファイア窓
１０…偏波回転部
１１，３１…電極
１２，３２…ＲＦ信号発生器
１３，３３…高濃度チタン拡散領域
１４Ａ，１４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ…吸収体
１５…１／４波長板
２０…偏波スクランブル部
２１…信号電極
２２…変調信号発生器
２３…アース電極
３０〜３０''' …直線偏波変換部
３５…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
３６…光合波器
３７，３７’…１／２波長板
３８…複屈折結晶板
４０…制御部
４１…偏光度（ＤＯＰ）検出器
４２，４３…フィードバック回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光の偏波をスクランブルする偏波スクランブラーに関し、特に、入射される信号光について偏波方向の入射角度等の管理が容易な偏波スクランブラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムの高速化、長距離伝送化が進められているが、これらを実現する上でのキーデバイスの１つに偏波スクランブラーがある。
現在、光通信システムの長距離伝送は、例えば、多数の光ファイバアンプを多段に接続して行なわれている。このような光通信システムでは、光ファイバアンプで発生する雑音光が信号光の偏光状態に依存するために余分雑音光が増大する現象（偏波ホールバーニング、polarization hole burning）が指摘されている。この偏波ホールバーニングにより、信号光対雑音光の比（光ＳＮＲ）の平均値が低下すると同時に光ＳＮＲの揺らぎが増大するため、長距離伝送を行う上で問題になった。また、複数の波長光を多重化して伝送する波長多重（ＷＤＭ）伝送方式の場合には、光伝送路の非線形効果の一つである四光波混合（ＦＷＭ）が発生して伝送特性が劣化する。この四光波混合は、いくつかの信号光の偏光状態が一致する場合にその発生効率が最大になることが知られている。
【０００３】
このような偏波ホールバーニングや四光波混合の影響を低減するための技術として、例えば、送信側において信号光の偏波を積極的に変化させて無偏光状態にする偏波スクランブル（polarization scrambling)などが提案されている。この信号光の偏波をランダムにする手段が偏波スクランブラーである。
従来の偏波スクランブラーとしては、例えば、特開平９−１６２８０９号公報、特開平９−２１１３９１号公報及び特開平９−１１３８５４号公報等で公知のものがある。このような従来の偏波スクランブラーの一例として、電気光学効果を利用したものを図１０に示す。
【０００４】
図１０の偏波スクランブラーは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ：以下ＬＮとする）等の電気光学効果を有する基板に光導波路を形成し、その基板上に電極を設け、光導波路の入出力側に光ファイバを光学結合させたものである。このような構成の偏波スクランブラーでは、図１０(b) に示すように、直線偏波の信号光が、その偏波方向を光導波路の垂直方向に対して４５°傾けて入射されて、直線偏波が垂直成分と水平成分に分解される。このとき光導波路上に設けた電極に正弦波等の変調信号を与えることで、光導波路の垂直成分と水平成分の屈折率が電気光学効果により変化して、光導波路内を伝わる各方向成分の速度が変わる。これにより、信号光の垂直成分と水平成分とに位相差が生じ、図１０(c) に示すように、出射される信号光の偏光状態がランダムになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、偏波スクランブラーの重要な特性の１つに偏光度（ＤＯＰ；degree of polarization）がある。この偏光度は、偏光の程度を表す指標である。即ち、完全に偏光状態にある光成分の強度をＩp とし、偏光状態にない光成分の強度をＩm とするとき、偏光度Ｐは次の(1) 式にように全光量に対する偏光成分の比をもって表される。
【０００６】
Ｐ＝Ｉp ／（Ｉp ＋Ｉm ） …(1)
具体的には、偏光度の値が０に近くなる程ランダム偏光であり、１００に近づく程定偏光であることを表す。
上記の電気光学効果を利用した従来の偏波スクランブラーでは、その偏光度が電極に与える変調信号の電圧や光導波路に入射させる直線偏波の信号光の偏波方向の入射角度に依存する。電極に与える信号の電圧を制御して偏光度を小さくすることは比較的簡易に実現できる。しかしながら、信号光の入射角度を正確に管理することは容易ではない。従来では、偏波スクランブラーの入射側に光ファイバを固定する際に、その光ファイバから出射される信号光の偏波方向の入射角度が光導波路の垂直方向に対して45°±0.5 °となるように調整して、偏光度が最小になるようにしていたが、この調整が非常に難しくて長時間を要するため、製造性が悪いという問題があった。また、光ファイバが偏波スクランブラーに一旦固定されてしまうと、その後の入射角度の調整ができないため、例えば、光学系部品の経時劣化等により偏光度が変化してしまったときの対処が難しいという問題もある。
【０００７】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、入射された直線偏波の信号光の偏波を回転可能として、最小の偏光度が容易に得られるようにした偏波スクランブラーを提供することを目的とする。また、無偏光状態の信号光が入射されても最小の偏光度が得られるようにした偏波スクランブラーを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明の偏波スクランブラーの一態様は、直線偏波の入力光の偏波を回転させる偏波回転手段と、該偏波回転手段の出力光の偏波を変調信号に応じてスクランブルさせる偏波スクランブル手段と、該偏波スクランブル手段の出力光の偏光度を検出する偏光度検出手段と、該偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記偏波回転手段による偏波回転角を制御する制御手段と、を備える。さらに、前記偏波回転手段は、音響光学効果を有する基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝わる信号光の波長に対応した周波数の弾性表面波を発生する弾性表面波発生部と、該弾性表面波発生部で発生した弾性表面波を前記光導波路に沿った所定の領域内に閉じ込めておく伝搬制限部と、該弾性表面波を吸収する吸収体と、を有し、前記制御手段は、前記偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記弾性表面波発生部に印加する電圧を制御することで偏波回転角の制御を行うものとする。
また、本発明の偏波スクランブラーの他の態様は、直線偏波の入力光の偏波を回転させる偏波回転手段と、該偏波回転手段の出力光の偏波を変調信号に応じてスクランブルさせる偏波スクランブル手段と、該偏波スクランブル手段の出力光の偏光度を検出する偏光度検出手段と、該偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記偏波回転手段による偏波回転角および前記変調信号を制御する制御手段と、を備える。さらに、前記偏波回転手段は、音響光学効果を有する基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝わる信号光の波長に対応した周波数の弾性表面波を発生する弾性表面波発生部と、該弾性表面波発生部で発生した弾性表面波を前記光導波路に沿った所定の領域内に閉じ込めておく伝搬制限部と、該弾性表面波を吸収する吸収体と、を有し、前記制御手段は、前記偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記弾性表面波発生部に印加する電圧を制御することで偏波回転角の制御を行うものとする。
【０００９】
かかる構成では、直線偏波の信号光が偏波スクランブラーに入射されると、その入力光が偏波回転手段の光導波路に与えられ、該光導波路を伝搬する光の偏波方向が、弾性表面波発生部で発生し伝搬制限部および吸収体により前記光導波路に沿った所定の領域内に閉じ込められたた弾性表面波による音響光学効果を利用して回転されて、偏波スクランブル手段に送られる。偏波スクランブル手段では、偏波回転手段からの出力光の偏波が変調信号に応じてスクランブルされて出射される。そして、偏波スクランブル手段からの出力光の偏光度が偏光度検出手段で検出され、その検出結果に基づき、偏波回転手段の弾性表面波発生部に印加する電圧、または、偏波回転手段の弾性表面波発生部に印加する電圧および変調信号が制御手段によって制御される。これにより、直線偏波の入力光の偏波を偏波回転手段で調整可能にすることで、組立時等に偏波方向の角度調整を高い精度で行なう必要がなくなる。また、偏波回転手段における偏波回転角や偏波スクランブル手段で用いられる変調信号が制御手段によって最適な状態に制御されるようになる。
【００１１】
加えて、前記偏波回転手段及び前記偏波スクランブル手段が、電気光学効果を有する１つの基板上に形成されるようにしてもよい。このようにすることで、偏波スクランブラーの製造が容易となる。
また、上記の偏波スクランブラーについて、入射される任意の偏波状態の信号光を直線偏波の信号光に変換する直線偏波変換手段を備え、該直線偏波変換手段から出力された信号光が前記偏波回転手段に入力される構成としてもよい。
【００１２】
かかる構成によれば、任意の偏波状態で信号光が偏波スクランブラーに入射されると、まず、直線偏波変換手段で直線偏波に変換される。そして、直線偏波の信号光が偏波回転手段に送られて、その偏波が回転された後に偏波スクランブル手段に送られるようになる。これにより、無偏光の信号光等を偏波スクランブラーの入射信号光とすることができるようになる。
【００１３】
さらに、前記直線偏波変換手段の具体的な構成として、信号光を互いに垂直な２つの偏波成分に分離する偏波分離部と、該偏波分離部で分離された一方の偏波成分を他方の偏波成分と同じ偏波に変換する偏波変換部と、該偏波変換部で変換された一方の偏波成分及び前記他方の偏波成分を合波する合波部と、を備えるようにしてもよい。前記偏波変換部としては、音響光学効果や１／２波長板を利用することができる。また、前記偏波分離部としては、信号光をＴＭモード及びＴＥモードに分離する偏光ビームスプリッタや、信号光を常光及び異常光に分離する複屈折部材を用いることが可能である。さらに、偏波分離部に偏光ビームスプリッタを用いる場合には、前記直線偏波変換手段、前記偏波回転手段及び前記偏波スクランブル手段を電気光学効果を有する１つの基板上に形成してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。また、図２は、図１のチップの斜視図である。さらに、図３は、上記チップを実装した偏波スクランブラーモジュールの断面図である。
【００１７】
図において、本偏波スクランブラーモジュールは、チップ１がパッケージ３内に固定され、パッケージ３の開口部がリッド４により気密封止されている。入射側光ファイバ５及び出射側光ファイバ６は、レンズ７及びサファイア窓８を介して光導波路２の入出力端面と光学結合がとられた状態で、パッケージ３に固定されている。なお、本実施形態では、入射側光ファイバ５として、信号光の偏波を一定に保持する定偏波ファイバを使用し、出射側光ファイバ６としては、通常のシングルモードファイバを使用する。
【００１８】
チップ１は、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）等の電気光学効果を有する基板が用いられ、入射側（図１で左側）に偏波回転手段としての偏波回転部１０が設けられ、出射側（図１で右側）に偏波スクランブル手段としての偏波スクランブル部２０が設けられている。このチップ１には、長手方向に沿って表面中央部分に光導波路２が形成され、また、偏波回転部１０に位置する表面両端部分（図１で左側の上下部分）に高濃度チタン拡散領域１３が形成されている。この光導波路２及び高濃度チタン拡散領域１３は、例えば、チップ表面に所望の形状でパターニングされたチタン膜を1000℃前後の高温で熱拡散処理することによって予め形成される。
【００１９】
偏波回転部１０は、上記高濃度チタン拡散領域１３の他に、弾性表面波を発生する電極（トランスデューサ）１１、該電極１１に所定のＲＦ信号を印加するＲＦ信号発生器１２及び弾性表面波を吸収する吸収体１４Ａ，１４Ｂを有する。
電極１１は、例えば、光導波路２上の所定の位置に形成された交差指型電極等とする。ＲＦ信号発生器１２は、光導波路２を伝わる信号光の波長に対応した周波数で、かつ、後述するように本偏波スクランブラーから出射される信号光の偏光度に応じた電圧（振幅）Ｖ１のＲＦ信号を発生する。このＲＦ信号が電極１１に印加されることにより、電極１１から弾性表面波が発生する。吸収体１４Ａ，１４Ｂとしては、例えば、テープや接着剤等の音響波を吸収可能なものが使用でき、通信波長に対して透明な弾性体で基板との密着性がよければその材質を問わない。高濃度チタン拡散領域１３では、その周囲に比べて材料が硬くなるので音響波の伝搬速度が速くなる。音響波は速度の遅い部分を伝わる性質を持つため、弾性表面波が光導波路付近に閉じ込められるスロット導波路となっている。したがって、電極１１から発生した弾性表面波は、吸収体１４Ａ，１４Ｂ及び高濃度チタン拡散領域１３に囲まれた領域内を伝搬するようになる。ここでは、吸収体１４Ａ，１４Ｂ及び高濃度チタン拡散領域１３が伝搬制限部として機能する。
【００２０】
偏波スクランブル部２０は、上述した電気光学効果を利用した従来の偏波スクランブラーの構成と同様に、光導波路２に沿って形成された信号電極２１と、該信号電極２１に所定の変調信号を印加する変調信号発生器２２と、信号電極２１を囲むように形成されたアース電極２３と、から構成される。変調信号発生器２２は、後述するように本偏波スクランブラーから出射される信号光の偏光度に応じた電圧（振幅）Ｖ２の変調信号を発生する。
【００２１】
次に、このような構成の偏波スクランブラーの動作について説明する。
まず、本偏波スクランブラーには、入射側の定偏波ファイバ５から直線偏波の信号光ＩＮが入射される。信号光ＩＮは、レンズ７及びサファイア窓８を介して光導波路２の入射端面に送られる。この信号光ＩＮの偏波方向の入射角度は、従来のように光導波路２の垂直方向に対して45°±0.5 °に調整する必要はなく、任意の角度とすることが可能である。
【００２２】
光導波路２に入射された信号光ＩＮは、偏波回転部１０を通過することで偏波が回転される。この偏波回転部１０の具体的な動作は、ＲＦ信号発生器１２からのＲＦ信号が電極１１に印加されることで弾性表面波が電極１１から発生する。この弾性表面波が、吸収体１４Ａ，１４Ｂ及び高濃度チタン拡散領域１３で囲まれた領域内の基板表面を光導波路２に沿って伝搬することで、音響光学効果により光導波路２に変化が生じる。このときの光導波路２の状態は、結晶軸がずれた結晶が周期的に並んだ状態と等価と考えられる。このため、偏波回転部１０を通る直線偏波の信号光ＩＮの偏波が回転されるようになる。このとき、偏波の回転される信号光の波長は、弾性表面波の周波数に依存し、また、偏波の回転角度は、弾性表面波を発生させるＲＦ信号の電圧Ｖ１及び吸収体１４Ａ，１４Ｂの間の距離に依存する。このため、入射される信号光ＩＮの波長に対応した周波数のＲＦ信号を電極に印加し、そのＲＦ信号の電圧Ｖ１を変化させることで、信号光ＩＮの偏波の角度を任意に変えることができる。ＲＦ信号の電圧Ｖ１は、偏波回転部１０から出力される信号光の偏波方向が、光導波路２の垂直方向に対して45°となるように設定される。この電圧Ｖ１の具体的な設定は、例えば、後述するように本偏波スクランブラーから出射される信号光ＯＵＴの偏光度をモニタして、その偏光度を最小にするフィードバック制御等によって決定される。
【００２３】
偏波回転部１０から出力された信号光は、偏波スクランブル部２０を通過することで偏波がスクランブルされる。この偏波スクランブル部２０の具体的な動作は、偏波方向を45°傾けて入射された直線偏波の信号光が、垂直成分と水平成分に分解される。このとき光導波路２上に設けた信号電極２１に変調信号を与えることで、光導波路２の垂直成分と水平成分の屈折率が電気光学効果により変化して、光導波路２内を伝わる各方向成分の速度が変わる。これにより、信号光の垂直成分と水平成分とに位相差が生じて、出射される信号光ＯＵＴの偏光状態がランダムに変化する。
【００２４】
ここで、ＲＦ信号の電圧Ｖ１及び変調信号の電圧Ｖ２のフィードバック制御について説明する。
図４は、偏波スクランブラーモジュールと制御部の構成例を示すブロック図である。
図４において、制御部４０は、偏光度検出手段としての偏光度（ＤＯＰ）検出器４１、制御手段としてのフィードバック回路４２，４３及び光カプラ４４、から構成される。光カプラ４４は、偏波スクランブラーモジュールから出射された信号光ＯＵＴの一部を分岐して偏光度検出器４１に送るものである。偏光度検出器４１は、例えば、光カプラ４４で分岐された信号光を図示しない回転検光子に通し、透過強度の最大値とこれに直角方向の強度の最小値を測定して偏光度を算出しその値を電圧で出力する。フィードバック回路４２，４３は、偏光度検出器４１からの出力に応じて変調信号の電圧Ｖ２及びＲＦ信号の電圧Ｖ１を調整するフィードバック信号を出力する。
【００２５】
このフィードバック制御の方法としては、例えば、ＲＦ信号及び変調信号の各電圧Ｖ１，Ｖ２にそれぞれ弱い振幅変調をかけておき、その振幅変調による偏光度の変動量が０に近づくように、各電圧Ｖ１，Ｖ２の値を順に変更して制御する。これにより、偏波スクランブラーから出射される信号光の偏光度が最小となるように、偏波回転部１０及び偏波スクランブル部２０の動作が制御される。なお、電圧Ｖ１，Ｖ２の制御方法は、上記に限られるものではない。
【００２６】
このように第１の実施形態によれば、偏波スクランブル部２０の前段に偏波回転部１０を設けたことにより、光導波路２に入射される直線偏波の信号光の偏波を任意に回転可能となるため、偏波スクランブラー組立時における直線偏波の入射角度の調整が不要になり、製造性の向上を図ることができる。また、組立後に直線偏波の入射角度を調整することができるため、部品の経時劣化等による偏光度の変化にも柔軟に対処することが可能である。特に、出射された信号光の偏光度を監視してフィードバック制御を行なえば、電圧Ｖ１，Ｖ２を最適値に調整できるので、偏光度が最小となる状態を確実に維持することができる。さらに、偏波回転部１０及び偏波スクランブル部２０を１つの基板上に形成したことで、より製造し易い偏波スクランブラーとなる。
【００２７】
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態の偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。
図５において、本偏波スクランブラーは、第１の実施形態の構成と同様の偏波回転部１０及び偏波スクランブル部２０に加えて、偏波回転部１０の前段に直線偏波変換手段としての直線偏波変換部３０が、１つのチップ１上に形成される。このチップ１は、上述の図３に示した第１の実施形態の場合と同様に、パッケージ３内に実装される。ただし、本実施形態でパッケージ３に固定される入射側光ファイバ５は、定偏波ファイバに代えて、出射側光ファイバ６と同様の通常のシングルモードファイバが用いられる。
【００２８】
直線偏波変換部３０は、入射側端部に交差型導波路の偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳとする）３５が形成される。このＰＢＳ３５には、２つの入力ポートのうちの一方（図５では上側）に信号光ＩＮが入射され、ここでは他方の入力ポートは使用しない。入射された信号光ＩＮは、ＴＭモードとＴＥモードとに分離され、それぞれ別の光導波路２に送られる。図５には、ＴＭモード成分が上側の光導波路２に送られ、ＴＥモード成分が下側の光導波路２に送られる場合が示してある。ＴＥモード成分が伝わる下側の光導波路２部分には、偏波回転部１０と同様な構成の、電極３１、ＲＦ信号発生器３２、高濃度チタン拡散領域３３及び吸収体３４Ａ，３４Ｂが設けられ、電極３１から弾性表面波を発生させる機構が形成されている。ただし、ＲＦ信号発生器３２は、下側の光導波路２を通る信号光の偏波を90°回転させるような電圧（振幅）Ｖ３のＲＦ信号を発生する。この機構による音響光学効果によって、ＴＥモード成分の偏波が９０°回転されてＴＭモードにモード変換される。そして、上側の光導波路２及び下側の光導波路２を伝わる各ＴＭモード成分が、光合波器３６によって合波される。
【００２９】
なお、ここではＴＥモード成分をモード変換させる構成としたが、ＴＭモードをモード変換させる構成であってもよい。また、光合波器３６は、入射側と同様に偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
このように直線偏波変換部３０では、任意の偏波状態で入射される信号光ＩＮがＴＭモードのみの直線偏波に変換されて偏波回転部１０に送られるようになる。直線偏波の信号光が入射された偏波回転部１０は、第１の実施形態の場合と同様に、信号光の偏波方向が光導波路２の垂直方向に対して45°となるように偏波を回転させる。そして、偏波回転部１０から出力された信号光は、偏波スクランブル部２０に送られ、偏波スクランブルされて出射される。なお、ＲＦ信号の電圧Ｖ１及び変調信号の電圧Ｖ２の制御は、上述した第１の実施形態の場合と同様である。
【００３０】
このように第２の実施形態によれば、偏波回転部１０の前段に直線偏波変換部３０を設けたことで、入射される信号光の偏波状態によらずに偏波スクランブルを行なうことができる。これにより、入力偏波無依存性の偏波スクランブラーを実現できる。また、高価な定偏波ファイバに代えてシングルモードファイバを入射側光ファイバ５として使用できるため、偏波スクランブラーの低コスト化が可能である。
【００３１】
次に、第３の実施形態について説明する。
図６は、第３の実施形態の偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。
図６において、本偏波スクランブラーの構成が第２の実施形態の構成と異なる部分は、直線偏波変換部３０に代えて、直線偏波変換部３０’を用いた部分である。これ以外の部分は第２の実施形態の構成と同様である。
【００３２】
直線偏波変換部３０’は、ＴＥモード成分をモード変換させる機構として、第２の実施形態で用いた弾性表面波を発生させる機構の代わりに、図で下側の光導波路２中に結晶軸を４５°傾けた１／２波長板３７を挿入したものである。この１／２波長板３７をＴＥモード成分が通過すると、偏波が90°回転されてＴＭモードに変換される。そして、上側の光導波路２及び下側の光導波路２を伝わる各ＴＭモード成分が、光合波器３６によって合波され、ＴＭモードのみの直線偏波の信号光が偏波回転部１０に送られる。なお、ここでは１／２波長板３７を下側の光導波路２に挿入するようにしたが、１／２波長板３７を上側の光導波路２に挿入してＴＭモード成分をモード変換させるようにしてもよい。
【００３３】
このように第３の実施形態によれば、モード変換を行なう機構として１／２波長板３７を用いても、第２の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。ただし、１／２波長板３７を用いる場合、モード変換できる信号光の波長が１／２波長板３７に依存することに注意する。波長多重信号光を扱うときには、ＲＦ信号の周波数を変えることで任意の波長に対応可能な上述した第２の実施形態の構成とするのが好ましい。１つの波長または１／２波長板３７で対応可能な複数の波長の信号光を扱う場合には、第３の実施形態の構成とすることで、直線偏波変換部３０’での電気的な制御が不要になるという利点がある。また、この場合には、図７に示すように、偏波回転部についても弾性表面波を発生させる機構に代えて、偏波を４５°回転させる１／４波長板１５を用いる構成とする応用も可能である。
【００３４】
次に、第４の実施形態について説明する
図８は、第４の実施形態の偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。
図８において、本偏波スクランブラーの構成が第３の実施形態の構成と異なる部分は、第３の実施形態の直線偏波変換部３０’でチップ１上に形成していたＰＢＳ３５に代えて、複屈折結晶板３８をチップ１の入力側に配置した部分である。これ以外の部分は第３の実施形態の構成と同様である。
【００３５】
複屈折結晶板３８は、入射される任意の偏波状態の信号光ＩＮを常光と異常光に分離して出力する。分離された常光及び異常光は、チップ１上に形成された２つの光導波路２の各入射端面に光学結合される。ここでは、常光が図８の上側の光導波路２に送られ、異常光が下側の光導波路２に送られるものとする。下側の光導波路２の途中には、第３の実施形態の場合と同様に１／２波長板３７が挿入されていて、異常光の偏波が90°回転されて常光に変換される。そして、上側の光導波路２及び下側の光導波路２を伝わる各常光が、光合波器３６によって合波され、常光のみの直線偏波の信号光が偏波回転部１０に送られる。なお、ここでは１／２波長板３７を下側の光導波路２に挿入するようにしたが、１／２波長板３７を上側の光導波路２に挿入して常光を変換させるようにしてもよい。
【００３６】
このように第４の実施形態によれば、複屈折結晶板３８を用いて直線偏波変換部を構成しても、第３の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
次に、第５の実施形態について説明する。
図９は、第５の実施形態の偏波スクランブラーに用いられるチップの構成を示す上面図である。
【００３７】
図９において、本偏波スクランブラーの構成が第４の実施形態の構成と異なる部分は、第４の実施形態でチップ１上の光導波路２に挿入していた１／２波長板３７を複屈折結晶板３８の一方の出力端面に設けた部分である。これ以外の部分は第４の実施形態の構成と同様である。
１／２波長板３７’は、ここでは複屈折結晶板３８の異常光が出射される端面に、結晶軸を45°傾けた状態で固定されるものとする。この１／２波長板３７’により、複屈折結晶板３８から出射された異常光の偏波が90°回転されて常光と同じ状態に変換され、チップ１上の図で下側の光導波路２に送られる。そして、上側の光導波路２及び下側の光導波路２を伝わる各常光が、光合波器３６によって合波され、常光のみの直線偏波の信号光が偏波回転部１０に送られる。なお、ここでは１／２波長板３７’を複屈折結晶板３８の異常光が出射される端面に設けるようにしたが、常光が出射される端面に設けて常光を変換させるようにしてもよい。
【００３８】
このように第５の実施形態によれば、１／２波長板３７’を複屈折結晶板３８の出力端面に設けるようにしても、第４の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。加えて、１／２波長板をチップ１上に設ける必要がないため、チップ１の製造が容易になって歩留が向上する。
なお、第４、５の実施形態では、偏波回転部１０が弾性表面波を発生させる機構を有する場合を図８、９に示したが、上述の図７で示したように、１／４波長板１５を用いた偏波回転部１０’とすることも可能である。
【００３９】
また、上述した各実施形態では、信号光の偏波を回転させる手段として、弾性表面波による音響光学効果を利用したり、１／２波長板を用いる場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ファラデー回転子等を利用してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、偏波スクランブル手段の前段に、光導波路、弾性表面波発生部、伝搬制限部および吸収体を有する音響光学効果を利用した偏波回転手段を設けたことによって、直線偏波の信号光の偏波を任意に回転できるため、組立時に直線偏波の入射角度を高い精度で調整する必要がなくなり、製造性の向上を図ることができる。また、組立後にも直線偏波の入射角度を調整することができるため、部品の経時劣化等による偏光度の変化にも柔軟に対処することが可能である。さらに、偏光度検出手段及び制御手段を設けることで、偏波回転手段における偏波回転角や偏波スクランブル手段で用いられる変調信号を偏波スクランブル手段からの出力光の偏光度に応じて最適な状態に制御することができる。加えて、偏波回転手段及び偏波スクランブル手段を１つの基板上に形成したことで、偏波スクランブラーの製造がより容易なものとなる。
【００４１】
また、偏波回転手段の前段に直線偏波変換手段を設けたことで、入射される信号光の偏波状態によらずに信号光の偏波をスクランブルすることが可能となり、入力偏波無依存性の偏波スクランブラーを実現できる。これにより、入射側光ファイバに通常のシングルモードファイバを使用できるため、偏波スクランブラーの低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図２】同上第１の実施形態のチップの斜視図である。
【図３】同上第１の実施形態の偏波スクランブラーモジュールの断面図である。
【図４】同上第１の実施形態の偏波スクランブラーモジュールと制御部の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図７】同上第３の実施形態に関し、偏波回転部に１／４波長板を用いた場合の他のチップの構成を示す上面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に用いられるチップの構成を示す上面図である。
【図１０】従来の電気光学効果を利用した偏波スクランブラーの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…チップ
２…光導波路
３…パッケージ
４…リッド
５…入射側光ファイバ
６…出射側光ファイバ
７…レンズ
８…サファイア窓
１０…偏波回転部
１１，３１…電極
１２，３２…ＲＦ信号発生器
１３，３３…高濃度チタン拡散領域
１４Ａ，１４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ…吸収体
１５…１／４波長板
２０…偏波スクランブル部
２１…信号電極
２２…変調信号発生器
２３…アース電極
３０〜３０''' …直線偏波変換部
３５…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
３６…光合波器
３７，３７’…１／２波長板
３８…複屈折結晶板
４０…制御部
４１…偏光度（ＤＯＰ）検出器
４２，４３…フィードバック回路
Claims (10)
- 直線偏波の入力光の偏波を回転させる偏波回転手段と、
該偏波回転手段の出力光の偏波を変調信号に応じてスクランブルさせる偏波スクランブル手段と、
該偏波スクランブル手段の出力光の偏光度を検出する偏光度検出手段と、
該偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記偏波回転手段による偏波回転角を制御する制御手段と、を備え、
前記偏波回転手段は、音響光学効果を有する基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝わる信号光の波長に対応した周波数の弾性表面波を発生する弾性表面波発生部と、該弾性表面波発生部で発生した弾性表面波を前記光導波路に沿った所定の領域内に閉じ込めておく伝搬制限部と、該弾性表面波を吸収する吸収体と、を有し、
前記制御手段は、前記偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記弾性表面波発生部に印加する電圧を制御することで偏波回転角の制御を行うことを特徴とする偏波スクランブラー。 - 直線偏波の入力光の偏波を回転させる偏波回転手段と、
該偏波回転手段の出力光の偏波を変調信号に応じてスクランブルさせる偏波スクランブル手段と、
該偏波スクランブル手段の出力光の偏光度を検出する偏光度検出手段と、
該偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記偏波回転手段による偏波回転角および前記変調信号を制御する制御手段と、を備え、
前記偏波回転手段は、音響光学効果を有する基板に形成された光導波路と、該光導波路を伝わる信号光の波長に対応した周波数の弾性表面波を発生する弾性表面波発生部と、該弾性表面波発生部で発生した弾性表面波を前記光導波路に沿った所定の領域内に閉じ込めておく伝搬制限部と、該弾性表面波を吸収する吸収体と、を有し、
前記制御手段は、前記偏光度検出手段の検出結果に基づき、前記弾性表面波発生部に印加する電圧を制御することで偏波回転角の制御を行うことを特徴とする偏波スクランブラー。 - 前記偏波回転手段及び前記偏波スクランブル手段が、電気光学効果を有する１つの基板上に形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の偏波スクランブラー。
- 入射される任意の偏波状態の信号光を直線偏波の信号光に変換する直線偏波変換手段を備え、該直線偏波変換手段から出力された信号光が前記偏波回転手段に入力される構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の偏波スクランブラー。
- 前記直線偏波変換手段が、信号光を互いに垂直な２つの偏波成分に分離する偏波分離部と、該偏波分離部で分離された一方の偏波成分を他方の偏波成分と同じ偏波に変換する偏波変換部と、該偏波変換部で変換された一方の偏波成分及び前記他方の偏波成分を合波する合波部と、を備えたことを特徴とする請求項４記載の偏波スクランブラー。
- 前記偏波変換部が、音響光学効果を利用して前記一方の偏波成分の偏波を９０°回転させることを特徴とする請求項５記載の偏波スクランブラー。
- 前記偏波変換部が、１／２波長板を利用して前記一方の偏波成分の偏波を９０°回転させることを特徴とする請求項５記載の偏波スクランブラー。
- 前記偏波分離部が、信号光をＴＭモード及びＴＥモードに分離する偏光ビームスプリッタを含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の偏波スクランブラー。
- 前記直線偏波変換手段、前記偏波回転手段及び前記偏波スクランブル手段が、電気光学効果を有する１つの基板上に形成されたことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載の偏波スクランブラー。
- 前記偏波分離部が、信号光を常光及び異常光に分離する複屈折部材を含むことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載の偏波スクランブラー。
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