JP4109514B2 - Optical waveguide device for polarization control - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光通信システムにおける偏波コントローラを構成する際に用いて好適の、偏波制御用光導波路デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、複屈折性を有する光ファイバ等の伝送路を伝搬してきた光信号について、偏波コントローラによって偏波状態を元の状態に戻すことが行なわれている。偏波コントローラとは、偏波状態を任意の点から任意の点へ自由に動かすことのできる素子であって、例えば図15に示すような光導波路デバイス600を用いて構成することができるようになっている。
【0003】
ここで、光導波路デバイス600は、x−cutのニオブ酸リチウム(LiNbO3)結晶、即ちいわゆるLN結晶からなる基板上に、y伝搬となるように光導波路601が形成され、更にこの光導波路601における光伝搬方向に沿って両側を挟んで一対をなす3組の電極対611〜613と2組の櫛型電極対621,622とがタンデムかつ交互配置で設けられている。
【0004】
この図15に示すような光導波路デバイス600に図示しない電気信号供給源を接続して、各電極610〜650に対して供給する電気信号(電圧信号)を制御することにより、例えば図16に示すようなポアンカレ球700上の任意の点から任意の点へ自由に偏波の状態を制御することができるようになっている。
なお、図16に示すポアンカレ球700は、全ての偏波状態を球上の位置で示すことができるものである。例えば、S1軸上のA点はTEモード、B点はTMモード、S2軸上のC点は斜め45°の直線偏光であり、赤道E上の各点は直線偏光を示している。又、S3軸上の北極点NPは右回り円偏光、南極点SPは左回り円偏光であり、赤道E上及び極点以外は楕円偏光を示している。
【0005】
まず、電極611〜613の動作について、図17〜図19を用いて以下に説明する。上述したように、各電極対611〜613は、図17の電極対610のように、光導波路601における光伝搬方向の両側を挟むように一対をなすものである。ここで、例えば電極対610に対して電気信号を供給することにより、図18(a)〜図18(c)に示すように偏波状態を変化させることができるようになっている。
【0006】
すなわち、電極対610に印加された電圧信号により、偏波成分のTEとTMとで屈折率変化が異なるために、各偏波成分間に位相差が生じて、偏波状態が変化するのである。例えば図18(a)で示すような偏波が入力された場合において、TE成分とTM成分とで1/4波長分だけ位相がずれた場合には図18(b)に示すような楕円偏光となり、1/2波長分だけずれた場合には図18(c)に示すような直線偏光となり、1波長分だけずれたら元の偏波状態に戻る〔図18(a)参照〕。
【0007】
したがって、上述の電極対610(611〜613)は、光導波路601中を伝搬する光の偏波成分をTE成分およびTM成分とで位相をシフトさせるための位相シフタ用電極として機能している。
上述の偏波状態の変化をポアンカレ球700上で示すと、図19におけるT1のような、S1軸を中心に回転する軌跡となる。換言すれば、光導波路デバイス600の電極対611〜613は、印加される電気信号により、光導波路601を伝搬する光の偏波状態について、ポアンカレ球700のS1軸を中心に回転させることができる。
【0008】
ついで、電極対621,622の動作について、図20〜図22を用いて以下に説明する。電極対621,622は、図20の電極対620に示すように、一対の櫛型電極対620−1,620−2が、互いの歯部620a−1,620a−2の間がかみ合うように形成されてなるものであるが、例えば電極対620に対して電気信号を供給することにより、櫛型の周期(又は間隔)で決まるある波長に対してのみモードコンバータとして機能する。
【0009】
具体的には、光導波路601を伝搬する上述の波長を有する光について、電極対620に電気信号を供給することにより、図21(a)〜図21(c)に示すように偏波状態を変化させることができる。即ち、例えば図21(a)で示すような偏波が入力された場合、偏波状態は図21(b),図21(c)の状態となるように順次変化して元の状態〔図21(a)〕に戻る。これをポアンカレ球700上で示すと、図22のような軌跡T2となる。つまり偏波状態がS3軸を中心に回転していることとなる。
【0010】
上述の偏波状態の変化をポアンカレ球700上で示すと、図22におけるT2に示すような、S3軸を中心に回転する赤道E上の軌跡となる。換言すれば、光導波路デバイス600の電極対621,622は、印加される電気信号により、光導波路601を伝搬する光の偏波状態について、ポアンカレ球600のS3軸を中心に回転させることができるのである。
【0011】
上述のごとき電極対611〜613,621,622を、交互に(即ち、図15に示すように、光導波路601を伝搬する光の入射側から符号611,621,612,622,613が付された電極の順番で)配置していることで、任意の偏波状態を任意の偏波状態に変化させることができるようになっている。これにより、例えば入射光がTE光であった場合においては、最初の電極対611では偏波は変化させることができないものの、後段の電極対612,613において偏波状態を制御することができる。
【0012】
なお、上述の図15に示すもののほか、偏波コントローラを構成するための光導波路デバイスに関連した先行技術には、位相シフタ素子33の両側に楕円率変換素子32,34を接続して構成された偏波状態無限追従可能な偏波制御器がある〔例えば、特開昭63−118709号公報(以下、特許文献1という)の第5図参照〕。
また、特開平05−313109号公報(以下、特許文献2という)の図6に記載された導波路型偏波制御器においては、光伝搬作用を有する光導波路と、該光導波路の光路長を制御する光位相シフタと、該光導波路の複屈折を制御する応力付与膜とからなり、2つの出力光導波路から互いに直交する偏波面を有する直線偏波を出力する光導波路型偏波ビームスプリッタと、この光導波路型偏波ビームスプリッタの2つの出力光導波路に結合する2つの光導波路を有して何れか一方の光導波路を伝搬する直線偏波を直交する他の直線偏波に変換する偏波モード変換器と、前記2つの光導波路の少なくとも一方に設けられて当該光導波路の光路長を制御する光位相シフタと、前記2つの光導波路の光を任意の結合率で結合するチューナブルカプラとをそなえ、光導波路の個別回路ごとの偏波無依存化のためのレーザトリミング作業工程等の低減を図っている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のごとき図15や特許文献1に記載された技術においては、櫛形電極を用いたモードコンバータは櫛型電極の周期で決まるある波長に対してのみ有効であり、その他の波長の光については偏波制御を行なうことができない。又、特許文献2に記載された技術においては、任意の偏波状態の光を一定の直線偏波に変換することはできるが、任意の偏波状態に変換することはできない。
【0014】
近年開発が活発化している波長多重通信システムに適用するためには、広い波長帯の光において、ある偏波状態を任意の偏波状態とする偏波制御を行なうことができるようにすること、換言すれば波長依存性が改善された偏波制御を行なうことができるようなデバイスを開発することが望ましい。
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、波長依存性を改善し、かつ無限追従性のある偏波コントローラを構成しうる偏波制御用光導波路デバイスを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の偏波制御用光導波路デバイスは、電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と、該光導波路の光伝搬方向に沿って設けられ、供給される電気信号に基づきポアンカレ球上において表象される偏波状態点について、上記ポアンカレ球の第1軸を中心として回転しうる電極とをそなえるとともに、該電極に対する上記光伝搬方向下流側の光導波路に、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を所定角度ずらして波長板を配置して、前記第1軸を中心として回転された偏波状態点を、該第1軸に直交する第2軸を中心として回転させたものとすべく構成され、上記の電極および波長板が光伝搬方向に沿って交互に配置されるように電極・波長板対として複数組タンデム配置されるとともに、上記光伝搬方向における最下流に、該光導波路の光伝搬方向に沿って設けられ、供給される電気信号に基づきポアンカレ球上において表象される偏波状態点について、上記ポアンカレ球の第1軸を中心として回転しうる最下流電極をそなえ、上記タンデム配置で隣接する2つの電極・波長板対のうちで一方の電極・波長板対をなす波長板が、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を22.5度程度ずらしてそなえられた1/2波長板により構成される一方、他方の電極・波長板対をなす波長板が、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45度程度ずらしてそなえられた1/4波長板により構成されたことを特徴としている。
【0019】
さらに、この場合においては、該1/2波長板を含んで電極・波長板対をなす電極のうちで、上記光伝搬方向最下流から奇数番目の1/2波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸に直交する第2軸を中心として回転させるための第2軸回転用の電極として構成されるとともに、上記光伝搬方向最下流から偶数番目の1/2波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸を中心として回転させるための第1軸回転用の電極として構成され、かつ、該1/4波長板を含んで電極・波長板対をなす電極のうちで、上記光伝搬方向最下流から奇数番目の1/4波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸に直交する第3軸を中心として回転させるための第3軸回転用の電極として構成されるとともに、上記光伝搬方向最下流から偶数番目の1/4波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸を中心として回転させるための第1軸回転用の電極として構成されたこととしてもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態を説明する。
[A1]第1実施形態の説明
図1は本発明の第1実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイス100を示す模式的上視図である。第1実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイス100は、位相シフタ用電極611〜613(図15参照)として用いられていたものと同様の電極の後方に波長板を挿入することにより、S1軸に直交するS2を中心として偏波状態を回転させる機能をもたせ、更に、これらの電極及び波長板を組み合わせることにより、後述する無限追従性を持たせたものである。
【0021】
ここで、第1実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイス100は、この図1に示すように、電気光学効果を有するx−cutされた(結晶軸のx軸に平行にカットされた)LN結晶からなる基板上にy伝搬となるように(結晶軸のy軸に平行に光が伝搬するように)光導波路101が形成され、更に光導波路101の両側を挟むように対をなした5組の電極対(以下においては、単に電極と記載する)111〜115がタンデム配置されるとともに、各電極対111〜115間には1/2波長板121〜124が介装されている。
【0022】
換言すれば、電極111および波長板121,電極112および波長板122,電極113および波長板123ならびに電極114および波長板124が、それぞれ電極・波長板対131〜134を構成し、これら4組の電極・波長板対131〜134とともに電極115がタンデム配置されることにより、電極111〜115および波長板121〜124が光伝搬方向に沿って交互に配置されるようになっている。
【0023】
また、電極115は、光伝搬方向における最下流に、光導波路101の光伝搬方向に沿って設けられた最下流電極であって、供給される電気信号に基づきポアンカレ球700上において表象される偏波状態点について、ポアンカレ球700(図4参照)の第1軸としてのS1軸を中心として回転しうるものである。
ついで、各電極・波長板対131〜134のように、電極111〜114の光伝搬方向下流側に1/2波長板121〜124を設けたことによる偏波状態点の移動について、説明の便宜のため、図2に示す電極110および波長板120からなる電極・波長板対130を用いて説明する。
【0024】
電極・波長板対130における電極110は、供給される電気信号により、ポアンカレ球上において表象される偏波状態点について、ポアンカレ球の第1軸としてのS1軸(TE点AおよびTM点Bを通過する軸)を中心として回転しうるものである。具体的には、電極110は、印加される電圧に応じて、光導波路101を伝搬する光の偏波成分であるTMおよびTEの位相を変化させるものであって、位相シフタとして機能するようになっている。
【0025】
また、1/2波長板120はそれぞれ、電極110に対する光伝搬方向下流側の光導波路101上に設けられているが、この1/2波長板120は、例えば図3(a),図3(b)に示すように、LN基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を22.5°ずらして配置されている。
すなわち、この図3(a)および図3(b)に示すように、y伝搬の光導波路101におけるLN基板の結晶軸(x軸−z軸)に対して、1/2波長板120の結晶軸(f軸−s軸)を22.5°ずらして配置されている。換言すれば、光導波路101における結晶軸であるz軸と1/2波長板120の結晶軸であるf軸とを22.5°の角度だけずらして配置されている。
【0026】
一般的には、1/2波長板としては、基板を構成するLN結晶の結晶軸に対して結晶軸を45°ずらして配置すると、図4に示すように、ポアンカレ球700上において表象される偏波状態Xは、S2軸とS3軸のなす平面に対して対称な点Bで表象される偏波状態Yに移動するだけである。即ち、図5に示すように、実線で示されたS1軸を中心とした軌跡R3は、点線で示された同一軸(S1軸)上の軌跡R3′に移るのみである。
【0027】
しかし、第1実施形態の場合のごとく、1/2波長板120を、基板を構成するLN結晶の結晶軸に対して結晶軸を22.5°ずらして配置することにより、図4に示すように、偏波状態Xは、S3軸と、S1軸およびS2軸の間で45°の角度をなし赤道E上の点Fを通過するS4軸と、のなす平面に対して対称な点Zに移動する。
【0028】
これにより、図6に示すように、実線で示されたS1軸を中心とした軌跡R3は、点線で示されたS2軸を中心とした軌跡R4に移る。即ち、1/2波長板120の上流側の電極110に電圧を印加することにより、伝搬する光の偏波状態についてS2軸を中心に所望の角度回転させるように制御することができる。
なお、図1に示す電極111〜114については、光伝搬方向下流側において、複数枚の1/2波長板を通過するようになっている。これら電極111〜114についての、ポアンカレ球700上における偏波状態点の回転軸については、後述するように、通過する1/2波長板の枚数によって変化することになる。
【0029】
また、上述の図1に示す偏波制御用光導波路デバイスのように、タンデム配置された電極・波長板対131〜134のうちで、光伝搬方向最下流から奇数段目に配置された電極・波長板対134,132をなす電極114,112を、S2軸回転用の電極とし、光伝搬方向最下流から偶数段目に配置された電極・波長板対133,131をなす電極113,111を、S1軸回転用の電極としている。
【0030】
すなわち、上述の最下流から1段目に配置された電極・波長板対134の電極114と、上述の最下流から3段目に配置された電極・波長板対132の電極112とが、ポアンカレ球700上において表象される偏波状態点をS1軸に直交する直交軸であるS2軸を中心として回転させるための直交軸回転用の電極・波長板対として構成される。
【0031】
さらに、光伝搬方向最下流からから2段目に配置された電極・波長板対133の電極113と、上述の最下流から4段目に配置された電極・波長板対131の電極111とが、ポアンカレ球700上において表象される偏波状態点をS1軸を中心として回転させる第1軸回転用の電極・波長板対として構成される。
前述したように、最下流電極としての電極115に電圧を印加すると、偏波状態はS1軸を中心として回転させることができ、電極114に電圧を印加すると、波長板124から出射された光の偏波状態については、S2軸を中心として回転させることができる。
【0032】
さらに、電極113に電圧を印加した場合には、偏波制御点について第1軸としてのS1軸を中心として回転させることができるようになっている。即ち、電極113を通過した光は、2枚の1/2波長板123,124を通過することになる。電極113に印加された電圧に基づいて図6の軌道R3上に位置している偏波制御点は、1枚目の1/2波長板123により図6中点線で図示された軌道R4上に移り、2枚目の1/2波長板124により図6中実線で図示された軌道(S1軸を中心とする)R3上に戻るのである。
【0033】
また、電極112を通過した光は3枚の1/2波長板122〜124を通過することになる。即ち、電極112に電圧を印加することによる偏波制御点の回転軸軌道についても、上述の電極113の場合に準じて移動し、第2軸としてのS2軸が回転軌道軸となる。換言すれば、電極112は第2軸回転用の電極として機能する。
【0034】
同様に、電極111を通過した光は4枚の1/2波長板121〜124を通過することになる。即ち、電極111に電圧を印加することによる偏波制御点の回転軸軌道は第1軸としてのS1軸が回転軌道軸となる。換言すれば、電極111は第1軸回転用の電極として機能する。
以上から、それぞれの電極111〜115に電圧を印加することにより、各電極・波長板対131〜134をなす電極111〜114および最下流電極115において制御される偏波状態の回転軸はそれぞれ、S1,S2,S1,S2,S1と交互になる。
【0035】
したがって、第1実施形態における偏波制御用光導波路デバイス100においては、前述の図15に示す位相シフタ用電極611〜613と同様の構成の電極111〜115と、波長板121〜124のごとき波長依存性の少ない素子とをタンデムに交互配置することで、図15に示す従来よりの櫛型電極621,622に比して偏波を制御しうる波長の依存性を改善しつつ、ある偏波状態から任意の偏波状態への制御が可能な偏波コントローラを構成することができる。
【0036】
ところで、上述のごとき偏波制御用光導波路デバイス100を偏波コントローラとして適用する場合においては、いわゆる無限追従性が必要となる。即ち、各電極111〜115のいずれかに印加される電圧が、与えうる最大限の電圧となった場合にも、他の電極に印加する電圧を制御することにより、偏波制御を続けて行なうことができるようにする必要がある。
【0037】
この無限追従性のためには、図1に示す偏波制御用光導波路デバイス100のごとく、電極111〜115の配置に対応して、偏波状態の回転軸を互いに直交する2つの回転軸間で交互に制御する場合には、以下に示す理由から少なくとも5つの電極をタンデムに配置すればよい。
偏波コントローラとして、任意の偏波状態を任意の偏波状態に移動させるためには、ポアンカレ球700上の直交する2つの軸を中心として回転させる電極を3段タンデムに交互配置することで足りる。2段以下では、偏波を制御すべき入力光が、最初の電極で回転させるポアンカレ球700上の軸上の点で表象される偏波状態点にある場合には、偏波状態を移すことができないためである。
【0038】
上述のごとき、ある偏波状態から任意の偏波状態に移動させることができる機能に加えて、無限追従性を具備するような偏波コントローラを構成するためには、タンデム配置すべき電極としては、更に2段の電極を追加して配置しておく必要があるのである。
すなわち、偏波コントローラとして適用された偏波制御用光導波路デバイス100において、偏波状態を電極111〜115に印加する電圧により制御するが、ある一定の電圧を加えると元の偏波状態に戻るため、更に偏波状態を変化させるためには更なる電圧を印加することになる。このため、一つの軸について偏波状態の回転制御を行なう電極の組数が少ない場合には、電源や電極そのものの性能等の事由により、印加すべき電圧がデバイス性能ないし電源性能の最大限の印加電圧を越えてしまう(印加すべき電圧に限界が到来する)場合があるのである。
【0039】
すなわち、図1に示すデバイス100のように、電極111〜115のうちのいずれかの電極に印加すべき電圧がデバイス性能ないし電源性能の最大限の印加電圧を越えて、偏波を制御するために電圧を上げることができなくなった場合には、予備の電極で偏波を制御しつつ、当該電極に印加している電圧を下げることができるのである。
【0040】
たとえば、図1に示す偏波制御用光導波路デバイス100を偏波コントローラとして適用した場合において、電極113にかける電圧が限界の場合、電極111,112,114,115で偏波を制御しつつ、電極113に印加している電圧を下げれば良い。
すなわち、電極113以外の電極111,112,114,115による偏波の制御によっても、偏波状態の回転軸をそれぞれS1,S2,S2,S1とすることができるので、任意の偏波状態への制御が可能となる。電極113以外の電極に印加すべき電圧が最大値を越えた場合においても、ポアンカレ球700上の直交する2つの軸を中心として回転させる電極の3段の交互配置を実質的に確保することができる。
【0041】
換言すれば、本実施形態の偏波制御用光導波路デバイス100においては、波長板121〜124を介装しつつ、5つの電極111〜115をタンデム配置することで、偏波コントローラとして構成した場合の偏波制御を行ない得る波長の依存性を改善させながら、無限追従性についても併せ持つことができる。
上述の構成により、本発明の第1実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイス100においては、例えば各電極111〜115に独立した電源(電圧信号供給源)を接続するとともに、各電源に図示しない制御回路を接続することにより、偏波コントローラを構成した場合には、この制御回路により、例えば図7に示すような入力された偏波状態点に応じて所望の偏波状態となるように、各電極111〜115に供給すべき電圧信号を制御する。
【0042】
たとえば、光導波路101に入射された光の偏波状態点が、図7に示すポアンカレ球700におけるM点である場合において、制御回路による制御に基づき各電極111〜115に対して所望の電圧を印加することにより、図7に示す太線の矢印を辿ってN点に偏波状態点を移動させることができる。即ち、図中太線の矢印で示すように、S1軸を中心としたポカンカレ球700上の軸道MMと、S2軸を中心としたポアンカレ球700上の軸道NNとを辿って、M点からN点に偏波状態点を移動させる。
【0043】
このとき、電極・波長板対131〜134を構成する各電極111〜114および最下流電極115に電圧信号を供給することにより、各電極・波長板対131〜134および最下流電極115において制御される偏波状態の回転軸はそれぞれ、S1,S2,S1,S2,S1と交互になる。このようにして、光導波路101に入射される光の偏波状態を、図15の場合よりも波長依存性を改善させながら、所望の偏波状態に制御して出射している。
【0044】
また、電極111〜115のうちのいずれかの電極、例えば電極113にかける電圧が限界の場合、電極111,112,114,115で偏波を制御することで、偏波状態の回転軸をそれぞれS1,S2,S2,S1として、光導波路101に入射された光の偏波状態を任意の偏波状態へ制御している。又、電極113については印加していた電圧を下げていくことにより、再度偏波制御のために電圧を印加することができる状態に戻すことができる。
【0045】
このように、本発明の第1実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイス100によれば、ポアンカレ球700のS1軸を中心として偏波状態点を回転しうる電極をそなえるとともに、基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を22.5°ずらして1/2波長板を配置して、S1軸を中心として回転された偏波状態点を、S1軸に直交するS2軸を中心として回転させたものとすることができるので、この偏波制御用光導波路デバイス100を用いて偏波コントローラを構成すれば、入射される光の波長に対する偏波状態制御の依存性を改善させることができる利点がある。
【0046】
また、電極の配置数を少なくとも5とすることにより、5つの電極111〜115のうちのいずれかの電極に印加すべき電圧がデバイス性能ないし電源性能の最大限の印加電圧を越えて、偏波を制御するために電圧を上げることができなくなった場合においても、残りの電極で偏波を制御しつつ、当該電極に印加している電圧を下げることができるので、無限追従性を確保することができる利点もある。
【0047】
[A2]第1実施形態の変形例の説明
上述の第1実施形態における偏波制御用光導波路デバイス100においては、波長板として1/2波長板121〜124を、デバイス100における図示しないLN基板の結晶軸方向(x軸−z軸)に対して22.5°の角度を持たせて配置している。
【0048】
図8は本発明の第1実施形態の変形例にかかる偏波制御用光導波路デバイス100Aを示す模式的上視図であるが、この図8に示すデバイス100Aは、上述の第1実施形態におけるデバイス100に比して、電極111〜115間に介装される波長板の種類およびその配置されている状態が異なっている。
ここで、125〜128は1/4波長板であり、これらの1/4波長板125〜128はそれぞれ、上述の第1実施形態における1/2波長板121〜124と同様の位置に、かつ図9(a),図9(b)に示すように、LN基板の結晶軸方向(x軸−z軸)に対して45°の角度を持たせて配置されたものである。
【0049】
換言すれば、上述の電極111および波長板125,電極112および波長板126,電極113および波長板127ならびに電極114および波長板128が、それぞれ電極・波長板対141〜144を構成する。
このとき、1/4波長板125〜128はそれぞれ、電極111〜114に対する光伝搬方向下流側の光導波路101上に設けられているが、これらの1/4波長板125〜128は、例えば図9(a),図9(b)に示すように、LN基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45°ずらして配置されている。換言すれば、1/4波長板125〜128は、この図9(a)および図9(b)に示すように、y伝搬の光導波路101における偏波面の結晶軸(x軸−z軸)に対して、結晶軸(f軸−s軸)が45°ずらして配置されている。
【0050】
また、各電極・波長板対141〜144のように、電極111〜114の光伝搬方向下流側にそれぞれ、1/4波長板125〜128を設けたことによる偏波状態点の移動について、前述の図2における1/2波長板120の代わりに1/4波長板120AをLN基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45°ずらして配置した場合を想定して説明する。
【0051】
すなわち、電極110および上述のごとき波長板120Aを通過した光の偏波状態は、電極110に印加される電圧に基づいて、図10,図11に示すように、印加される電圧に基づいてポアンカレ球700におけるS3軸を中心として回転するようになっている。
具体的には図10に示すように、LN基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45°ずらして配置された1/4波長板は、ポアンカレ球700における赤道E上の点Aを、S2軸およびS3軸を通過する軌道上の点Bに移すことができるようになっている。
【0052】
なお、図8に示す電極111〜114についても、光伝搬方向下流側において、複数枚の1/4波長板を通過するようになっている。これら電極111〜114についての、ポアンカレ球700上における偏波状態点の回転軸についても、前述の第1実施形態の場合と同様に、通過する1/4波長板の枚数によって変化することになる。
【0053】
ここで、上述の第1実施形態の場合と同様に、図8に示す偏波制御用光導波路デバイス100Aのように、タンデム配置された電極・波長板対141〜144のうちで、光伝搬方向最下流から奇数段目に配置された電極・波長板対144,142をなす電極114,112を、S3軸回転用の電極とする。又、光伝搬方向最下流の電極115とともに、最下流から偶数段目に配置された電極・波長板対137,135をなす電極113,111を、S1軸回転用の電極とする。
【0054】
具体的には、最下流電極としての電極115に電圧を印加すると、偏波状態はS1軸を中心として回転させることができ、電極114に電圧を印加すると、波長板124から出射された光の偏波状態については、S3軸を中心として回転させることができる。
さらに、電極113に電圧を印加した場合には、偏波制御点について第1軸としてのS1軸を中心として回転させることができるようになっている。即ち、電極113を通過した光は、2枚の1/4波長板127,128を通過することになる。電極113に印加された電圧に基づいて図11の軌道R3上に位置している偏波制御点は、1枚目の1/4波長板127により図11中点線で図示された軌道R5上に移り、2枚目の1/4波長板128により図11中実線で図示された軌道(S1軸を中心とする)R3上に戻るのである。
【0055】
また、電極112を通過した光は3枚の1/4波長板122〜124を通過することになる。即ち、電極112に電圧を印加することによる偏波制御点の回転軸軌道についても、上述の電極113の場合に準じて移動し、第3軸としてのS3軸が回転軌道軸となる。換言すれば、電極112は第3軸回転用の電極として機能する。
【0056】
同様に、電極111を通過した光は4枚の1/2波長板121〜124を通過することになる。即ち、電極111に電圧を印加することによる偏波制御点の回転軸軌道は第1軸としてのS1軸が回転軌道軸となる。換言すれば、電極111は第1軸回転用の電極として機能する。
以上から、それぞれの電極111〜115に電圧を印加することにより、各電極・波長板対141〜144をなす電極111〜114および最下流電極115において制御される偏波状態の回転軸はそれぞれ、S1,S3,S1,S3,S1と交互になる。
【0057】
このような構成により、本発明の第1実施形態の変形例にかかる偏波制御用光導波路デバイス100Aにおいても、前述の第1実施形態の場合と同様、光導波路101に入射される光の偏波状態を、図15の場合よりも波長依存性を改善させながら、所望の偏波状態に制御して出射している。
したがって、本発明の第1実施形態の変形例にかかる偏波制御用光導波路デバイス100Aにおいては、ポアンカレ球700のS1軸を中心として偏波状態点を回転しうる電極をそなえるとともに、基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45°ずらして1/4波長板を配置して、S1軸を中心として回転された偏波状態点を、S1軸に直交するS3軸を中心として回転させたものとすることができるので、前述の第1実施形態の場合と同様の利点を得ることができる。
【0058】
[B]第2実施形態の説明
上述の図1に示す偏波制御用光導波路デバイス100においては、波長板として同一種類の1/2波長板121〜124を配置している。図8に示す偏波制御用光導波路デバイス100Aにおいても、波長板として同一種類の1/4波長板125〜128を配置している点は同様である。
【0059】
図12は本発明の第2実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイス200を示す模式的上視図であるが、この図12に示すデバイス200は、上述の図1又は図8に示すデバイス100,100Aに比して、電極211〜214間に介装される波長板として、複数種類の波長板を配置している点と、タンデム配置される電極数および波長板数が異なっている。
【0060】
ここで、この図12に示す偏波制御用光導波路デバイス200においても、電気光学効果を有するx−cutされたLN結晶からなる基板上にy伝搬となるように光導波路201が形成され、更に光導波路201の両側を挟むように対をなした4組の電極対(以下、単に電極と記載する)211〜214がタンデムに配置されている。
【0061】
さらに、電極211,212間には1/2波長板221が、電極212,213間には1/4波長板222が、電極213,214間には1/2波長板223が、それぞれ介装されている。
換言すれば、電極211および1/2波長板221,電極212および1/4波長板222ならびに電極213および1/2波長板223が、それぞれ電極・波長板対231〜233を構成し、これら3組の電極・波長板対231〜233とともに電極214がタンデム配置されることにより、電極211〜214および波長板221〜223が光伝搬方向に沿って交互に配置されるようになっている。
【0062】
また、電極214は、光伝搬方向における最下流に、光導波路101の光伝搬方向に沿って設けられた最下流電極であって、供給される電気信号に基づきポアンカレ球700上において表象される偏波状態点について、ポアンカレ球700(図13参照)の第1軸としてのS1軸を中心として回転しうるものである。
さらに、1/2波長板221,223は、前述の図3(a),図3(b)の場合と同様に、LN基板の結晶軸方向(x軸−z軸)に対して22.5°の角度を持たせて配置され、1/4波長板222については、前述の図9(a),図9(b)の場合と同様に、LN基板の結晶軸方向(x軸−z軸)に対して45°の角度を持たせて配置されている。
【0063】
すなわち、このタンデム配置で隣接する2組の電極・波長板対231〜233(例えば電極・波長板対231,232)のうちで一方の電極・波長板対(この場合は符号231参照)をなす波長板(符号221参照)が、基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を22.5度程度ずらしてそなえられた1/2波長板により構成される一方、他方の電極・波長板対(符号232参照)をなす波長板(符号222参照)が、基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45度程度ずらしてそなえられた1/4波長板により構成されている。
【0064】
また、1/2波長板223,221を含んで電極・波長板対233,231をなす電極213,211のうちで、上記光伝搬方向最下流から奇数番目(第1番目)の1/2波長板223とで電極・波長板対233をなす電極213が、図13に示すポアンカレ球700上において表象される偏波状態点を、第1軸に直交する第2軸としてのS2軸を中心として回転させるためのS2軸回転用の電極として構成される。
【0065】
また、電極・波長板対232は、光伝搬方向最下流から奇数番目(第1番目)の1/4波長板222を含むものであり、この電極・波長板対232をなす電極212が、図14に示すポアンカレ球700上において表象される偏波状態点を、S1軸に直交する第3軸としてのS3軸を中心として回転させるためのS3軸回転用の電極として構成される。
【0066】
さらに、光伝搬方向最下流から偶数番目(第2番目)の1/2波長板221とで電極・波長板対231をなす電極211が、図14に示すポアンカレ球700上において表象される偏波状態点を、第1軸としてのS1軸を中心として回転させるためのS1軸回転用の電極として構成される。
具体的には、電極・波長板対233をなす電極213に印加される電気信号に基づいて、電極213を通過した光の偏波状態点(例えば図13に示す軌道R3上にある偏波状態点)は、後段の1/2波長板223を通過したときに図13中点線で示す(S2軸を中心とした)軌道R4上の偏波状態点に移る。これは、前述の図1に示すデバイス100における電極114の場合と同様である。
【0067】
さらに、電極・波長板対232をなす電極212に印加される電気信号に基づいて、電極212を通過した光の偏波状態点(例えば図13に示す軌道R3上にある偏波状態点)は、1/4波長板222を通過したときに図14中点線で図示された軌道R5上の偏波状態点に移り、1/2波長板223を通過したときに図14中太線で図示された(S3軸を中心として回転する)軌道R6上の偏波状態点に移る。
【0068】
また、電極211を通過した光については、1/2波長板221,1/4波長板222および1/2波長板223の順で各波長板221〜223を通過する。電極211を通過した光の偏波状態点(例えば図13の軌道R3上にある偏波制御点)は、1/2波長板221を通過することにより、図13中点線で図示された軌道R4上の点に移る。この軌跡は次の1/4波長板222を通過しても変化しないが、最後の1/2波長板223を通過することで再び(S1軸を中心として回転する)軌道R3上の点に戻る。
【0069】
以上から、それぞれの電極211〜214に電圧を印加することにより、各電極・波長板対231〜234および最下流電極214において制御される偏波状態の回転軸はそれぞれ、S1,S3,S2,S1となる。
上述の構成により、本発明の第2実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイス200においても、前述の第1実施形態の場合と同様に、例えば各電極211〜214に独立した電源(電圧信号供給源)を接続するとともに、各電源に図示しない制御回路を接続することにより、偏波コントローラを構成することにより、入力された偏波状態点に応じて所望の偏波状態となるように、各電極111〜115に供給すべき電圧信号を制御する。
【0070】
このとき、各電極211〜214に電圧信号を供給することにより、各電極211〜214において制御される偏波状態の回転軸はそれぞれ、S1,S3,S2,S1と交互になる。このようにして、光導波路101に入射される光の偏波状態を、図15の場合よりも波長依存性を改善させながら、所望の偏波状態に制御して出射している。
【0071】
また、第2実施形態のごとく1/2波長板223,221および1/4波長板222を交互に配置する構成においては、最下流電極214を含む電極のタンデム配置数を少なくとも4とすれば、前述の第1実施形態の場合と同様の無限追従性を確保することができる。
すなわち、電極212(または電極213)に供給すべき電圧が限界の場合、残りの3つの電極211,213,214(又は電極211,212,214)で任意の偏波状態となるように偏波を制御することができる。即ち、電極211,213,214により、それぞれS1,S2,S1軸を中心として偏波状態を回転させることができ、電極211,212,214により、それぞれS1,S3,S1軸を中心として偏波状態を制御することができるのである。
【0072】
また、電極211が限界の場合においても、電極212〜214によりそれぞれS3,S2,S1軸を中心として偏波状態を回転させることができ、電極214が限界の場合においても、電極211〜213によりそれぞれS1,S2,S3軸を中心として偏波状態を回転させることができるので、任意の点に偏波状態を動かすことができる。
【0073】
したがって、本発明の第2実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイス200においても、1/2波長板221,1/4波長板222および1/2波長板223をそなえたことにより、上述の第1実施形態の場合と同様、この偏波制御用光導波路デバイス200を用いて偏波コントローラを構成すれば、入射される光の波長に対する偏波状態制御の依存性を改善させることができる利点があるほか、第1実施形態の場合よりも少ない電極数で、無限追従性のある偏波コントローラを構成することができる利点もある。
【0074】
なお、上述の第2実施形態においては、2つの1/2波長板221,223の間に一つの1/4波長板222が配置されるように構成されているが、本発明によればこれに限定されず、例えば図12に示す2つの1/2波長板221,223が配置されている位置に基板の結晶軸に対して45°の角度で1/4波長板を配置するとともに、1/4波長板222が配置されている位置に基板の結晶軸に対して22.5°の角度で1/2波長板を配置するように構成することも、もちろん可能である。
【0075】
[C]その他
上述の各実施形態においては、5つあるいは4つの電極をタンデム配置した偏波制御用光導波路デバイス100,100A,200について詳述したが、本発明によれば、少なくとも単一の電極と波長板との組み合わせによりデバイスを構成しても差し支えなく、このように構成されたデバイスにあっても、図15のごときモードコンバータとしての櫛型電極よりも波長依存性を大幅に改善させることができる。
【0076】
また、本発明によれば、上述のごとき実施形態以外の態様においても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
たとえば、図1又は図8に示す偏波制御用光導波路デバイス100,100Aにおいて、5つ以上の電極をタンデム配置してデバイスを構成したり、図12に示す偏波制御用光導波路デバイス200において、4つ以上の電極をタンデム配置して構成したりすることが可能である。
【0077】
[D]付記
(付記1) 電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と、
該光導波路の光伝搬方向に沿って設けられ、供給される電気信号に基づきポアンカレ球上において表象される偏波状態点について、上記ポアンカレ球の第1軸を中心として回転しうる電極とをそなえるとともに、
該電極に対する上記光伝搬方向下流側の光導波路上に、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を所定角度ずらして波長板を配置して、前記第1軸を中心として回転された偏波状態点を、該第1軸に直交する第2軸を中心として回転させたものとすべく構成されたことを特徴とする、偏波制御用光導波路デバイス。
【0078】
(付記2) 上記の電極および波長板が光伝搬方向に沿って交互に配置されるように電極・波長板対として複数組タンデム配置されるとともに、
上記光伝搬方向における最下流に、該光導波路の光伝搬方向に沿って設けられ、供給される電気信号に基づきポアンカレ球上において表象される偏波状態点について、上記ポアンカレ球の第1軸を中心として回転しうる最下流電極をそなえて構成されたことを特徴とする、付記1記載の偏波制御用光導波路デバイス。
【0079】
(付記3) 上記タンデム配置された電極・波長板対のうちで、
上記光伝搬方向最下流から奇数段目に配置された電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸に直交する直交軸を中心として回転させるための直交軸回転用の電極として構成され、
上記光伝搬方向最下流から偶数段目に配置された電極・波長板対をなす電極が、ポアンカレ球上において表象される偏波状態点について、上記第1軸を中心として回転させる第1軸回転用の電極として構成されたことを
特徴とする、付記2記載の偏波制御用光導波路デバイス。
【0080】
(付記4) 上記の最下流電極を含む電極の配置数を少なくとも5とすることを特徴とする、付記3記載の偏波制御用光導波路デバイス。
(付記5) 1/2波長板を該波長板として、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を22.5度程度ずらしてそなえられたことを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項記載の偏波制御用光導波路デバイス。
【0081】
(付記6) 1/4波長板を該波長板として、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45度程度ずらしてそなえられたことを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項記載の偏波制御用光導波路デバイス。
(付記7) 上記タンデム配置で隣接する2つの電極・波長板対のうちで一方の電極・波長板対をなす波長板が、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を22.5度程度ずらしてそなえられた1/2波長板により構成される一方、他方の電極・波長板対をなす波長板が、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45度程度ずらしてそなえられた1/4波長板により構成されたことを特徴とする、付記2記載の偏波制御用光導波路デバイス。
【0082】
(付記8) 該1/2波長板を含んで電極・波長板対をなす電極のうちで、上記光伝搬方向最下流から奇数番目の1/2波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸に直交する第2軸を中心として回転させるための第2軸回転用の電極として構成されるとともに、
上記光伝搬方向最下流から偶数番目の1/2波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸を中心として回転させるための第1軸回転用の電極として構成され、
かつ、該1/4波長板を含んで電極・波長板対をなす電極のうちで、
上記光伝搬方向最下流から奇数番目の1/4波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸に直交する第3軸を中心として回転させるための第3軸回転用の電極として構成されるとともに、
上記光伝搬方向最下流から偶数番目の1/4波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸を中心として回転させるための第1軸回転用の電極として構成されたことを
特徴とする、付記7記載の偏波制御用光導波路デバイス。
【0083】
(付記9) 該最下流電極を含む電極の配置数を少なくとも4とすることを特徴とする、付記7記載の光導波路デバイス。
【0084】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の偏波制御用光導波路デバイスによれば、ポアンカレ球の第1軸を中心として偏波状態点を回転しうる電極をそなえるとともに、基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を所定角度ずらして波長板を配置して、第1軸を中心として回転された偏波状態点を、第1軸に直交する第2軸を中心として回転させたものとすることができるので、この偏波制御用光導波路デバイスを用いて偏波コントローラを構成すれば、入射される光の波長に対する偏波状態制御の依存性を改善させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイスを示す模式的上視図である。
【図2】本発明の第1実施形態における電極の光伝搬方向下流側に1/2波長板を設けたことによる偏波状態点の移動について説明するための図である。
【図3】(a),(b)はともに本発明の第1実施形態における1/2波長板が基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を22.5°ずらして配置されていることを説明する図である。
【図4】本発明の第1実施形態における偏波状態の動きを説明するための図である。
【図5】本発明の第1実施形態における偏波状態の動きを説明するための図である。
【図6】本発明の第1実施形態における偏波状態の動きを説明するための図である。
【図7】本発明の第1実施形態における偏波状態の動きを説明するための図である。
【図8】本発明の第1実施形態の変形例にかかる偏波制御用光導波路デバイスを示す模式的上視図である。
【図9】(a),(b)はともに本発明の第1実施形態の変形例における1/4波長板が基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45°ずらして配置されていることを説明する図である。
【図10】本発明の第1実施形態の変形例における偏波状態の動きを説明するための図である。
【図11】本発明の第1実施形態の変形例における偏波状態の動きを説明するための図である。
【図12】本発明の第2実施形態にかかる偏波制御用光導波路デバイスを示す模式的上視図である。
【図13】本発明の第2実施形態における偏波状態の動きを説明するための図である。
【図14】本発明の第2実施形態における偏波状態の動きを説明するための図である。
【図15】光導波路デバイスを示す図である。
【図16】偏波状態の動きを説明するための図である。
【図17】図15に示す光導波路デバイスの電極対について説明するための図である。
【図18】(a)〜(c)はいずれも図15に示す光導波路デバイスの電極対の動作について説明するための図である。
【図19】図15に示す光導波路デバイスの電極対の動作について説明するための図である。
【図20】図15に示す光導波路デバイスの櫛型電極について説明するための図である。
【図21】(a)〜(c)はいずれも図15に示す光導波路デバイスの櫛型電極の動作について説明するための図である。
【図22】図15に示す光導波路デバイスの櫛型電極について説明するための図である。
【符号の説明】
100,100A,200 偏波制御用光導波路デバイス
101,201 光導波路
110〜115,211〜214 電極対(電極)
120〜124,221,223 1/2波長板
120A,125〜128,222 1/4波長板
131〜134,141〜144 電極・波長板対
600 光導波路デバイス
601 光導波路
611〜613 電極対
621,622 櫛型電極
700 ポアンカレ球[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide device for polarization control suitable for use in configuring a polarization controller in an optical communication system, for example.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the polarization state of an optical signal propagating through a transmission line such as an optical fiber having birefringence is returned to the original state by a polarization controller. The polarization controller is an element that can freely move the polarization state from an arbitrary point to an arbitrary point, and can be configured using, for example, an
[0003]
Here, the
[0004]
By connecting an electric signal supply source (not shown) to the
Note that the Poincare
[0005]
First, the operation of the
[0006]
That is, since the refractive index change differs between the polarization components TE and TM due to the voltage signal applied to the
[0007]
Therefore, the electrode pair 610 (611 to 613) described above functions as a phase shifter electrode for shifting the phase of the polarization component of light propagating through the
When the above-described change in the polarization state is shown on the Poincare
[0008]
Next, the operation of the
[0009]
Specifically, with respect to light having the above-mentioned wavelength propagating through the
[0010]
When the change in the polarization state described above is shown on the Poincare
[0011]
As described above, the
[0012]
In addition to the one shown in FIG. 15 described above, the prior art related to the optical waveguide device for configuring the polarization controller is configured by connecting
Further, in the waveguide polarization controller described in FIG. 6 of Japanese Patent Laid-Open No. 05-313109 (hereinafter referred to as Patent Document 2), an optical waveguide having a light propagation action, and an optical path length of the optical waveguide are set. An optical waveguide type polarization beam splitter, which comprises an optical phase shifter to be controlled and a stress applying film for controlling birefringence of the optical waveguide, and outputs linearly polarized waves having polarization planes orthogonal to each other from two output optical waveguides; The optical waveguide type polarization beam splitter has two optical waveguides coupled to the two output optical waveguides, and converts the linearly polarized wave propagating through one of the optical waveguides into another orthogonal linearly polarized wave. A wave mode converter, an optical phase shifter that is provided in at least one of the two optical waveguides to control the optical path length of the optical waveguide, and a tunable cap that couples the light of the two optical waveguides with an arbitrary coupling ratio Includes the door, thereby reducing the laser trimming operation step or the like for the polarization-independent of each individual circuit of the optical waveguide.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique described in FIG. 15 and
[0014]
In order to apply to wavelength division multiplexing communication systems that have been actively developed in recent years, it is possible to perform polarization control to change a certain polarization state to an arbitrary polarization state in light of a wide wavelength band, In other words, it is desirable to develop a device capable of performing polarization control with improved wavelength dependency.
The present invention was devised in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide device for polarization control which can improve the wavelength dependency and can constitute a polarization controller having infinite follow-up property. .
[0015]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the optical waveguide device for polarization control of the present invention is based on an optical waveguide formed on a substrate having an electro-optic effect and an electric signal provided along the light propagation direction of the optical waveguide. The polarization state point represented on the Poincare sphere is provided with an electrode that can rotate about the first axis of the Poincare sphere, and the optical waveguide downstream of the light propagation direction with respect to the electrode.On the roadA wave plate is arranged by shifting the angle of the crystal axis by a predetermined angle with respect to the crystal axis of the substrate, and a polarization state point rotated about the first axis is a second orthogonal to the first axis. Configured to rotate around an axisA plurality of pairs of electrodes and wave plates are arranged in tandem so that the electrodes and wave plates are alternately arranged along the light propagation direction, and the light propagation of the optical waveguide is arranged at the most downstream in the light propagation direction. A polarization state point provided along the direction and represented on the Poincare sphere based on the supplied electrical signal is provided with a most downstream electrode that can rotate around the first axis of the Poincare sphere, and in the tandem arrangement. Among the two adjacent electrode / wave plate pairs, the wave plate forming one electrode / wave plate pair was prepared by shifting the angle of the crystal axis by about 22.5 degrees with respect to the crystal axis of the substrate. The wave plate constituting the other electrode / wave plate pair is composed of a quarter wave plate with the angle of the crystal axis shifted from the crystal axis of the substrate by about 45 degrees. IsIt is characterized byThe
[0019]
Further, in this case, among the electrodes that form the electrode / wave plate pair including the 1/2 wave plate, the electrode / wave plate is the odd-numbered 1/2 wave plate from the most downstream in the light propagation direction. The pair of electrodes is configured as a second axis rotating electrode for rotating a polarization state point represented on the Poincare sphere about a second axis orthogonal to the first axis, The electrode forming the electrode / wave plate pair with the even-numbered half-wave plate from the most downstream in the light propagation direction rotates around the first axis about the polarization state point represented on the Poincare sphere. Among the electrodes that constitute the electrode / wave plate pair including the ¼ wavelength plate, the odd-numbered ¼ from the most downstream in the light propagation direction. The electrode that forms the electrode / wave plate pair with the wave plate is The polarization state point represented on the anchor sphere is configured as a third axis rotation electrode for rotating about the third axis orthogonal to the first axis, and from the most downstream in the light propagation direction. The first axis rotation for rotating the polarization state point represented on the Poincare sphere about the first axis by the electrode forming the electrode / wave plate pair with the even-numbered quarter wave plate It may be configured as an electrode forYes.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[A1] Description of the first embodiment
FIG. 1 is a schematic top view showing a polarization controlling
[0021]
Here, the polarization controlling
[0022]
In other words, the
[0023]
Further, the
Next, for the convenience of explanation, the movement of the polarization state point due to the provision of the half-
[0024]
The electrode 110 in the electrode /
[0025]
The half-
That is, as shown in FIGS. 3A and 3B, the crystal of the half-
[0026]
In general, a half-wave plate is represented on the
[0027]
However, as in the first embodiment, the half-
[0028]
As a result, as shown in FIG. 6, the locus R3 centered on the S1 axis indicated by the solid line moves to the locus R4 centered on the S2 axis indicated by the dotted line. That is, by applying a voltage to the electrode 110 on the upstream side of the half-
The
[0029]
In addition, as in the polarization control optical waveguide device shown in FIG. 1 described above, among the electrode / wave plate pairs 131 to 134 arranged in tandem, the electrodes arranged in the odd-numbered stages from the most downstream in the light propagation direction The
[0030]
That is, the
[0031]
Furthermore, the
As described above, when a voltage is applied to the
[0032]
Further, when a voltage is applied to the
[0033]
Further, the light that has passed through the
[0034]
Similarly, the light that has passed through the
From the above, by applying a voltage to each of the
[0035]
Therefore, in the polarization controlling
[0036]
By the way, when the polarization controlling
[0037]
In order to achieve this infinite follow-up, like the polarization control
As a polarization controller, in order to move an arbitrary polarization state to an arbitrary polarization state, it is sufficient to alternately arrange electrodes that rotate about two orthogonal axes on the
[0038]
As described above, in order to construct a polarization controller having infinite follow-up in addition to the function of moving from a certain polarization state to an arbitrary polarization state, as an electrode to be arranged in tandem, In addition, it is necessary to add two additional electrodes.
That is, in the polarization controlling
[0039]
That is, as in the
[0040]
For example, in the case where the polarization controlling
That is, even by controlling the polarization using the
[0041]
In other words, in the polarization controlling
With the above-described configuration, in the polarization controlling
[0042]
For example, when the polarization state point of the light incident on the
[0043]
At this time, by supplying a voltage signal to each of the
[0044]
In addition, when the voltage applied to any one of the
[0045]
As described above, according to the polarization controlling
[0046]
Also, by setting the number of electrodes to be at least five, the voltage to be applied to any one of the five
[0047]
[A2] Description of Modification of First Embodiment
In the polarization controlling
[0048]
FIG. 8 is a schematic top view showing a polarization controlling
Here, 125 to 128 are quarter-wave plates, and these quarter-
[0049]
In other words, the
At this time, the
[0050]
Further, the movement of the polarization state point by providing the
[0051]
That is, the polarization state of the light that has passed through the electrode 110 and the
Specifically, as shown in FIG. 10, the quarter-wave plate arranged by shifting the angle of the crystal axis by 45 ° with respect to the crystal axis of the LN substrate represents a point A on the equator E in the
[0052]
Note that the
[0053]
Here, as in the case of the first embodiment described above, among the electrode / wavelength plate pairs 141 to 144 arranged in tandem as in the polarization controlling
[0054]
Specifically, when a voltage is applied to the
Further, when a voltage is applied to the
[0055]
The light that has passed through the
[0056]
Similarly, the light that has passed through the
From the above, by applying a voltage to each of the
[0057]
With such a configuration, also in the polarization controlling
Therefore, in the polarization controlling
[0058]
[B] Description of the second embodiment
In the polarization control
[0059]
FIG. 12 is a schematic top view showing a polarization controlling
[0060]
Here, also in the polarization controlling
[0061]
Further, a half-
In other words, the
[0062]
The
Further, the half-
[0063]
That is, one electrode / wave plate pair (see
[0064]
Of the
[0065]
The electrode /
[0066]
Furthermore, an
Specifically, based on the electrical signal applied to the
[0067]
Furthermore, based on the electrical signal applied to the
[0068]
The light that has passed through the
[0069]
From the above, by applying a voltage to each of the
With the above-described configuration, in the polarization controlling
[0070]
At this time, by supplying a voltage signal to each of the
[0071]
In the configuration in which the half-
That is, when the voltage to be supplied to the electrode 212 (or the electrode 213) is the limit, the remaining three
[0072]
Even when the
[0073]
Therefore, in the polarization controlling
[0074]
In the second embodiment described above, one quarter-
[0075]
[C] Other
In each of the above-described embodiments, the polarization control
[0076]
Further, according to the present invention, various modifications other than the above-described embodiments can be implemented without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the polarization controlling
[0077]
[D] Appendix
(Appendix 1) An optical waveguide formed on a substrate having an electro-optic effect;
A polarization state point provided along the light propagation direction of the optical waveguide and represented on the Poincare sphere based on the supplied electric signal is provided with an electrode that can rotate around the first axis of the Poincare sphere. With
A wave plate is disposed on the optical waveguide on the downstream side in the light propagation direction with respect to the electrode by shifting the angle of the crystal axis by a predetermined angle with respect to the crystal axis of the substrate, and the polarization rotated about the first axis is arranged. An optical waveguide device for polarization control, characterized in that the wave state point is rotated about a second axis orthogonal to the first axis.
[0078]
(Supplementary note 2) A plurality of pairs of electrodes and wave plates are arranged in tandem so that the electrodes and wave plates are alternately arranged along the light propagation direction,
The first axis of the Poincare sphere is set at the most downstream side in the light propagation direction along the light propagation direction of the optical waveguide, and the polarization state point represented on the Poincare sphere based on the supplied electric signal. The polarization-controlling optical waveguide device according to
[0079]
(Appendix 3) Among the electrode / wave plate pairs arranged in tandem,
The electrode constituting the electrode / wave plate pair arranged at odd-numbered stages from the most downstream in the light propagation direction is a polarization state point represented on the Poincare sphere with an orthogonal axis orthogonal to the first axis as a center. It is configured as an orthogonal axis rotation electrode for rotation,
A first axis rotation in which the electrodes forming the even-numbered stages from the most downstream in the light propagation direction rotate about the first axis with respect to the polarization state point represented on the Poincare sphere. That was configured as an electrode for
The optical waveguide device for polarization control according to
[0080]
(Supplementary note 4) The polarization controlling optical waveguide device according to
(Supplementary note 5) Any one of
[0081]
(Supplementary note 6) Any one of
(Supplementary note 7) Among the two electrode / wave plate pairs adjacent in the tandem arrangement, the wave plate forming one electrode / wave plate pair has an angle of the crystal axis of 22.5 degrees with respect to the crystal axis of the substrate. The wave plate constituting the other electrode / wave plate pair is formed by shifting the angle of the crystal axis by about 45 degrees with respect to the crystal axis of the substrate. An optical waveguide device for polarization control as set forth in
[0082]
(Supplementary Note 8) Among the electrodes forming the electrode / wave plate pair including the half wave plate, the electrode / wave plate pair is formed by the odd half wave plate from the most downstream in the light propagation direction. The electrode is configured as a second axis rotating electrode for rotating a polarization state point represented on the Poincare sphere about a second axis orthogonal to the first axis;
The electrode forming the electrode / wave plate pair with the even-numbered half-wave plate from the most downstream in the light propagation direction rotates around the first axis about the polarization state point represented on the Poincare sphere. Configured as a first axis rotation electrode for
And among the electrodes forming the electrode / wave plate pair including the quarter wave plate,
The electrode forming the electrode / wave plate pair with the odd-numbered quarter wave plate from the most downstream in the light propagation direction has a polarization state point represented on the Poincare sphere orthogonal to the first axis. It is configured as a third axis rotating electrode for rotating about three axes,
The electrode forming the electrode / wave plate pair with the even-numbered quarter wave plate from the most downstream in the light propagation direction rotates around the first axis about the polarization state point represented on the Poincare sphere. Configured as an electrode for rotating the first axis for
The polarization-controlling optical waveguide device according to appendix 7, which is characterized by the following.
[0083]
(Supplementary note 9) The optical waveguide device according to supplementary note 7, wherein the number of electrodes including the most downstream electrode is at least four.
[0084]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the optical waveguide device for polarization control of the present invention, an electrode that can rotate the polarization state point about the first axis of the Poincare sphere is provided, and the crystal axis of the substrate. The wave plate is arranged with the crystal axis angle shifted by a predetermined angle, and the polarization state point rotated about the first axis is rotated about the second axis orthogonal to the first axis. Therefore, if a polarization controller is configured using this polarization control optical waveguide device, there is an advantage that the dependency of polarization state control on the wavelength of incident light can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic top view showing an optical waveguide device for polarization control according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the movement of a polarization state point by providing a half-wave plate on the downstream side in the light propagation direction of an electrode in the first embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B show that the half-wave plate in the first embodiment of the present invention is arranged with the crystal axis angle shifted by 22.5 ° with respect to the crystal axis of the substrate. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining the movement of the polarization state in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining the movement of the polarization state in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the movement of the polarization state in the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining the movement of the polarization state in the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic top view showing a polarization controlling optical waveguide device according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIGS. 9 (a) and 9 (b) show that a quarter-wave plate in a modification of the first embodiment of the present invention is arranged with the crystal axis angle shifted by 45 ° with respect to the crystal axis of the substrate. It is a figure explaining this.
FIG. 10 is a diagram for explaining the movement of the polarization state in a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining the movement of the polarization state in a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic top view showing an optical waveguide device for polarization control according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram for explaining the movement of the polarization state in the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram for explaining the movement of the polarization state in the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing an optical waveguide device.
FIG. 16 is a diagram for explaining the movement of the polarization state;
17 is a diagram for explaining an electrode pair of the optical waveguide device shown in FIG. 15. FIG.
18A to 18C are views for explaining the operation of the electrode pair of the optical waveguide device shown in FIG.
FIG. 19 is a diagram for explaining the operation of the electrode pair of the optical waveguide device shown in FIG. 15;
20 is a diagram for explaining a comb-shaped electrode of the optical waveguide device shown in FIG. 15;
21A to 21C are diagrams for explaining the operation of the comb-shaped electrode of the optical waveguide device shown in FIG.
22 is a view for explaining a comb-shaped electrode of the optical waveguide device shown in FIG. 15;
[Explanation of symbols]
100, 100A, 200 Polarization control optical waveguide device
101, 201 Optical waveguide
110-115, 211-214 Electrode pairs (electrodes)
120-124,221,223 half-wave plate
120A, 125-128, 222 1/4 wavelength plate
131-134, 141-144 electrode / wave plate pairs
600 Optical waveguide device
601 Optical waveguide
611-613 electrode pair
621,622 Comb electrode
700 Poincare sphere
Claims (2)
該光導波路の光伝搬方向に沿って設けられ、供給される電気信号に基づきポアンカレ球上において表象される偏波状態点について、上記ポアンカレ球の第1軸を中心として回転しうる電極とをそなえるとともに、
該電極に対する上記光伝搬方向下流側の光導波路に、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を所定角度ずらして波長板を配置して、前記第1軸を中心として回転された偏波状態点を、該第1軸に直交する第2軸を中心として回転させたものとすべく構成され、
上記の電極および波長板が光伝搬方向に沿って交互に配置されるように電極・波長板対として複数組タンデム配置されるとともに、
上記光伝搬方向における最下流に、該光導波路の光伝搬方向に沿って設けられ、供給される電気信号に基づきポアンカレ球上において表象される偏波状態点について、上記ポアンカレ球の第1軸を中心として回転しうる最下流電極をそなえ、
上記タンデム配置で隣接する2つの電極・波長板対のうちで一方の電極・波長板対をなす波長板が、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を22.5度程度ずらしてそなえられた1/2波長板により構成される一方、他方の電極・波長板対をなす波長板が、該基板の結晶軸に対して結晶軸の角度を45度程度ずらしてそなえられた1/4波長板により構成されたことを特徴とする、偏波制御用光導波路デバイス。 An optical waveguide formed on a substrate having an electro-optic effect;
A polarization state point provided along the light propagation direction of the optical waveguide and represented on the Poincare sphere based on the supplied electric signal is provided with an electrode that can rotate around the first axis of the Poincare sphere. With
The optical waveguide path of the optical propagation direction downstream side with respect to the electrode, by placing a wave plate by shifting a predetermined angle the angle of the crystal axis with respect to the crystal axis of the substrate, which is rotated about said first axis polarized The wave state point is configured to be rotated about a second axis orthogonal to the first axis ;
A plurality of sets of tandem electrodes and wave plate pairs are arranged so that the electrodes and wave plates are alternately arranged along the light propagation direction,
The first axis of the Poincare sphere is set at the most downstream side in the light propagation direction along the light propagation direction of the optical waveguide, and the polarization state point represented on the Poincare sphere based on the supplied electric signal. With the most downstream electrode that can rotate as the center,
Among the two electrode / wave plate pairs adjacent to each other in the tandem arrangement, the wave plate forming one electrode / wave plate pair is provided by shifting the angle of the crystal axis by about 22.5 degrees with respect to the crystal axis of the substrate. A quarter wave plate comprising the other electrode / wave plate pair, with the angle of the crystal axis shifted by about 45 degrees with respect to the crystal axis of the substrate. An optical waveguide device for polarization control characterized by comprising a wave plate .
上記光伝搬方向最下流から奇数番目の1/2波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸に直交する第2軸を中心として回転させるための第2軸回転用の電極として構成されるとともに、
上記光伝搬方向最下流から偶数番目の1/2波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸を中心として回転させるための第1軸回転用の電極として構成され、
かつ、該1/4波長板を含んで電極・波長板対をなす電極のうちで、
上記光伝搬方向最下流から奇数番目の1/4波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸に直交する第3軸を中心として回転させるための第3軸回転用の電極として構成されるとともに、
上記光伝搬方向最下流から偶数番目の1/4波長板とで上記電極・波長板対をなす電極が、上記ポアンカレ球上において表象される偏波状態点を、上記第1軸を中心として回転させるための第1軸回転用の電極として構成されたことを
特徴とする、請求項1記載の偏波制御用光導波路デバイス。Among the electrodes forming the electrode / wave plate pair including the half-wave plate,
The electrode forming the electrode / wave plate pair with the odd-numbered half-wave plate from the most downstream in the light propagation direction has a polarization state point represented on the Poincare sphere perpendicular to the first axis. It is configured as a second axis rotating electrode for rotating about two axes, and
The electrode forming the electrode / wave plate pair with the even-numbered half-wave plate from the most downstream in the light propagation direction rotates around the first axis about the polarization state point represented on the Poincare sphere. Configured as a first axis rotation electrode for
And among the electrodes forming the electrode / wave plate pair including the quarter wave plate,
The electrode forming the electrode / wave plate pair with the odd-numbered quarter wave plate from the most downstream in the light propagation direction has a polarization state point represented on the Poincare sphere orthogonal to the first axis. It is configured as a third axis rotating electrode for rotating about three axes,
The electrode forming the electrode / wave plate pair with the even-numbered quarter wave plate from the most downstream in the light propagation direction rotates around the first axis about the polarization state point represented on the Poincare sphere. The polarization controlling optical waveguide device according to claim 1 , wherein the optical waveguide device is configured as an electrode for rotating the first axis.
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