JPH03148641A - 偏波スクランブラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光伝送装冒に使用する偏波スクランブラに関
するものである。

（従来の技ｖ＃） 光通信系における光通信路で光波の偏光状態が変動する
と受信機のＳ／Ｎが劣化する。しかし。

例えばヘテロダイン型光通信方式の場合、送信機と光通
信路との間に偏波スクランブラを挿入することにより上
記Ｓ／Ｎ劣化を救済することができ。

しかも受信機の回路構成は極めて簡易なものとなること
が知られている（　ｒＥＬＥｃＴＲＯＮＩｃｓ　ＬＥＴ
ＴＥＲＳＪＶｏｌ、２３　＆１０　（１９８７）　Ｐ、
５１３−５１４）。

第２図は、上記文献に記載されている偏波スクランブラ
の構成図である。第２図において、光入力ポート２９の
光波を光カプラ２１で２分し、一方をシングルモード光
ファイバ２２ａ、偏波制御器２７を通して偏波合成器２
４に入力し、他方をシングルモード光ファイバ２２ｂ、
偏波制御器２６を通して光位相変調器に入力し、Ｏから
πまで光位相変調し、偏波制御器２８．シングルモード
光ファイバ２２ｃを通して偏波合成器２４に入力する。

偏波合成器２４では、これらの光波を直交した偏光成分
として偏波合成して光出力ボート３０へ出力する。この
出力光は、変調信号人力ボート２５から入力される変調
信号の周波数により決まる位相変調の１周期分より十分
長い時間では、光波の偏光がランダムであるとみなされ
、第２図の回路は偏波スクランブラとしての動作をする
。

ここで光位相変調器２３は、例えばＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ
。

（ニオブ酸リチウム）先導波路で構成されており、先導
波路の損失に偏光依存性を有しているため。

入力する光波の偏光状態を偏波制御器２６により調整し
ている。また。偏波合成器２４への２つの入力の光パワ
ーが異なると、出力光に偏光のかたよりが生じ、偏光が
ランダムでなくなる。そこで。

偏波制御器２７で光カプラ２１から偏波合成器２４に至
る光路の偏光状態を調整し、偏波制御器２８で光カプラ
２１から光位相変調器２３を経て偏波合成Ｎ２４に至る
光路の偏光状態を調整することにより光出力ポート３０
からの光波の直交偏光成分の光パワーを等しくしている
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成の偏波スクランブラでは、 （１）３つの偏波制御器２７ａ〜２７ｃを全て調整する
必要があるため調整工数がかかり、しかも。

入力光の偏光状態の変動に追従して調整する必要がある
ため常に最適に調整しておくことは極めて困難である。

（２）偏波スクランブラを構成する各要素間の接続にシ
ングルモード光ファイバ２２ａ〜２２ｃを用いているの
で、該シングルモード光ファイバに振動や温度変動が加
ねると伝搬する光波の偏光状態が変動する。その場合、
光出力ポート３０からの光出力に偏光のかたよりが生じ
て偏波スクランブラとしての機能を果さなくなり、偏波
制御器２７ａ〜２７ｃを再調整する必要が生じる。

（３）一般的に光位相変調器２３には過剰損失（例えば
＋　３ｄｂ）が存在するため、該過剰損失がそのまま偏
波スクランブラの過剰損失となり、従って該偏波スクラ
ンブラを光通信路に接続した場合、中継器の間隔を縮小
する必要かある。

等の問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するため、入力側の光カプ
ラを偏波分離器にし、シングルモード光ファイバを偏光
保持光ファイバにすることにより偏光変動を防止し、偏
波制御器を不要とした実用性、安定性の優れた偏波スク
ランブラを提供すること、光信相変ｔｘｔｍ側の光路に
光増幅器を設けて該光位相変調器の過剰損失を補償し、
挿入損失のない偏波スクランブラを提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するため、入力光の直交偏光
成分を分離して第１と第２の光波を出力する偏波分離器
と、前記第１の光波を位相変調する光位相変調器と、前
記光位相変調器からの第１の光波と前記第２の光波とを
直交した偏光成分として偏波合成する偏波合成器と、前
記偏波分離器。

偏波合成器、光位相変調器の相互間を接続する複数の偏
光保持光ファイバから構成するものである。

ま九、本発明は、前記第１の光波が通る光路に光増幅器
を付加したものである。

更に、本発明は前記第１の光波が通る光路と前記第２の
光波が通る光路との双方に光増幅器を付加したものであ
る。

（作　用） 入力光は偏波分離器により、その直交偏光成分が分離さ
れ、第１、第２の光波として出力される。

第２の光波は偏光保持光ファイバを通って直接偏波合成
器に入力され、第１の光波は偏光保持光ファイバ、光位
相変調器を通って前記偏波合成器に入力され、両光波は
直交した偏光成分として偏波合成されて出力される。こ
の出力光は、第１の光波が前記光位相変調器により０か
らπまでの位相変調を受けるので、前記偏波合成器へ入
力する両光波のパワーが等しい場合には位相変調１周期
分より十分長い時間においてランダム偏光とみなされ、
偏波スクランブラとしての動作をする。ここで、前記各
偏光保持光ファイバは伝搬する光波の偏光状態を保持す
るので、第１．第２の光波は周囲の温度変動や振動によ
り偏光変動を受けることなく安定に伝搬することができ
、従って偏光スクランブラの動作は安定となる。

また、前記第１の光波が通る光路に光増幅器を設けるこ
とにより、更には前記第２の光波が通る光路にも光増幅
器を設けることにより、挿入損失のない、更には利得の
ある偏光スクランブラとしている。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図であって、
■は例えば誘電体多層膜を２つのプリズムの間に配置し
た偏光ビームスプリッタキューブ（例えば、応用光電社
ＩＩ　Ｐ　Ｂ　Ｓ　Ａ１６００）からなる偏波分離器、
２は前記偏波分離器１と同様な構成の偏波合成器、３ａ
は無変調側光路、３ｂ。

３ｃは位相変調側光路、４はコリメートレンズ（例えば
、２．５ｍφ　ＢＫ）球レンズ）、５はＬｉＮｂＯ３光
導波路と電圧印加用電極からなる光位相変調器（例えば
、クリスタルテクノロジー社ＰＭ３１５Ｐ）＋　６は光
位相変調器５に設けられた変調信号入力ボート、７は光
入力ポート、８は光出力ボートである。ここで、無変調
側光路３ａ−位相変調側光路３ｂ、３ｃ、光入方ボート
７等は伝搬する光波の偏光状態を保持する偏光保持光フ
ァイバ（例えば、藤倉電線社製 ＳＭ１３Ｐ）からなり、光出力ポート２８はシングルモ
ード光ファイバからなる。また。これら光ファイバの先
端と偏波分離器ｌまたは偏波合成器２との間には前記コ
リメートレンズ４が光学的に最適に配置されている。

第１図に基づいて、本実施例の動作を以下説明する。光
入力ポート２７から入力された光波は。

コレメートレンズ４ａを介して偏波分離器１に入力され
、その直交偏光成分が分離されて、該偏波分離器ｌから
は偏光軸方向が紙面に水平なＰ波と偏光軸方向が紙面に
垂直なＳ波とが出力される。

前記Ｐ波は、コリメートレンズ４ｂを介して無変調側光
路３ａに入力され、該無変調側光路３ａ中を偏光状態に
変動を受けることなく伝搬し、コリメートレンズを介し
て偏波合成器２に入力する。

一方、前記Ｓ波はーコリメートレンズ４ｃを介して位相
変調側光路３ｂに入力され、該位相変調側光路３ｂ中を
伝搬して光位相変調器５に入力される。光位相変調器５
に入力されたＳ波は、変調信号入カポ−トロから入力さ
れる高周波信号（例えば、２．５６Ｈｚ　１２　Ｖ　ｐ
−ｐの正弦波）によりＯからπの高速位相変調がなされ
、位相変調側光路３ｃへ出力される。出力されたＳ波は
位相変調側光路３ｃ中を伝搬し、コリメートレンズを介
して偏波合成器２に入力される。偏波合成器２に人力さ
れた前記Ｐ波とＳ波は直交した偏光成分として偏波合成
され、コリメートレンズを介して光出力ボート８へ損失
なく出力される。この光出力ポート８は前述したように
シングルモード光ファイバからなっており、シングルモ
ード光ファイバからなる光通信路（図示せず）に接続さ
れる。

このように、光出力ボート８からは、０からπの位相変
調がなされた位相変調光と位相変調がなされない−定位
相光とが互いに直交成分として加算された出力光が得ら
れ、両者の光パワーが等しい場合には位相変ｔ１４１周
期分（例えば、変調信号が２．５ＧＨｚのときは０．４
ｎ秒）より十分長い時間（例えば、１．６ｎ秒）におい
て前記出力光はランダム偏光とみなされ、偏波スクラン
ブラとしての動作をすることとなる。

ところで、偏波スクランブラとして動作するためには、
上述したように前記位相変調光と−定位相光のパワーと
は等しくなければならない、そこで、両者のパワーを等
しくする方法について以下説明する。第５図は第１図に
示す光出力ポートフからの入力光の偏光成分を表わす図
であって、光軸を法線とする平面において、直交するＰ
座標軸とＳ座標軸で表わしたものである。光源としては
。

一般的に半導体レーザ（例えば、波長１．５μ鳳分布帰
還型半導体レーザ）を使用することが多く、この場合の
入力光は第５図の点線で示すようにＰ座標軸に対してθ
の角度を有する直線偏光であるとすることができる。こ
こで、前記入力光のパワーをＰｅとしたとき、偏波分離
器１から無変調側光路３ａへはＰ、ｃｏｓ”θのパワー
が出力され、位相変調側光路３ｂへはＰ、ｓｉｎ”θの
パワーが出力される。そして、前記光位相変調器５の光
透過率をＴ　（０＜Ｔ＜１）としたときに、位相変調側
光路３ｃ八はＴ　Ｐ　、ｓｉｎ”θのパワーが出力され
る。従って、（１）式が成り立つとき偏波スクランブラ
としての動作をすることになる。すなわち、Ｐ、ｃｏｓ
”θ＝　Ｔ　Ｐ　ｓｕｎ”　０　　　　　　　・＝　（
１）（１）式より、前記入力光のＰ座標軸に対する角度
θをｊａｎ”−”Ｊフ〒ラジアンに設定すればよいこと
になる。例えば、光透過率Ｔが０．５のときに、角度０
はＯＪ５５ラジアン（５４，５度）になる。この角度θ
は光源と光入力ポートフとの間の光コネクタを光軸を中
心として回転すること等により調整することができる。

なお、本実施例ではＳ波が伝搬する光路に光位相変調器
を設けているが、Ｐ波は伝搬する光路に設けても同様の
効果が得られる。

また。偏波分離器等の配置の仕方によっては、それらを
接続する偏光保持光ファイバの一部を省略することもで
きる。例えば、第１図に示す偏波分離器１と偏波合成器
２とを隣接して配置することにより無変調側光路３ａを
省略することができ。

これにより構成が簡単となる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す構成図であって、
第２図に示す偏波スクランブラの位相変調側光路３ｂの
途中に光増幅器３１を付加したものである。この光増幅
器３１は、例えば波長１．５μ＋ｉ進行波型半導体レー
ザ増幅器であって、バイアス電流入力ポート３２から供
給する直流電流Ｉ、の大きさを調整することにより、所
定の利得Ｇ、（出力／入力）に設定することができる。

例えば、前記波長１．５ミー進行波型半導体レーザ増幅
器では、直流電流１．が１００■Ａのとき利得Ｇ４は１
０となる。ここで、前記光増幅器３１により位相変調側
光路３ｂからの光源を光増幅し、前記光位相変調器５の
過剰損失分を相殺することにより損入損失のない偏波ス
クランブラを実現している。

このとき、入力光の前記角度θは位相変調器５の過剰損
失に関係なく４５度に一定である。

なお、本実施例では、光増幅器３１を位相変調側光路３
ｂの途中に設けているが、位相変調側光路３ｃの方に設
けてもよい。

第４図は本発明の第３の実施例を示す構成図であって、
第３図に示す温度スクランブラの無変調側光路３ａの途
中に前記光増幅器３１と同等な性能を有する他の光増幅
器４１を付加したものである。本実施例は、光増幅器３
１の利得Ｇ工と光増幅器の利得Ｇ２とを（２）式を満足
するように設定し。

利得Ｇを有する偏波スクランブラを実現している。

なお、（２）式においてＴおよびθ Ｇ、　、　ｃｏｓ”θ＝　０１・Ｔ−ｓｉｎ”　ｔ）　
＝　−−（２）は（１）式におけるＴおよび０と同一の
ものである。

また。前記θは４５度からずれていても、（２）式が満
足されればよい、例えば、θが５０度、Ｔが０．５のと
きに偏−波スクランブラ全体の利得Ｇを１０にしたい場
合には光増幅器の利得Ｇ１を１７．０４に、Ｇ１を１２
．１に設定すればよい。

（発明の効果） 以上、詳細に説明したように本発明によれば、入カーの
直交偏波成分を分離し、偏光保持ファイバにより伝送す
るので伝送中での偏光変動がなく、また。従来必要とさ
れていた偏波制御器も不要となる。従って、偏波スクラ
ンブラの低コスト化。

実用性・安定性の向上を図ることができる。

また、位相変調側光路に光増幅器を設けることにより、
光位相変調器の過剰損失を補償しているので、挿入損失
のない偏波スクランブラを実現することができる。

更に、位相変調側光路と無変調側光路との双方に光増幅
器を設けることにより、利得を有する偏波スクランブラ
を得ることができる。

従って、本発明による偏波スクランブラをコヒーレント
通信系に適用した場合、高品質な光ネットワークの実用
化を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は従来
の偏波スクランブラの構成図、第３図は本発明の第２の
実施例の構成図、第４図は本発明の第３の実施例の構成
図、第５図は入力光の偏波成分の説明図である。 ■・・−偏波分離器、２・−・偏波分離器、３ａ−無変
調側光路＋　３ｂ、３ｃｍ・−位相変調側光路、４・−
・コリメートレンズ、５−光位相変調器、６川変調信号
入力ボート、フー・−光入力ボート、８・・・光出方ポ
ート。 特許出願人　沖電気工業株式会社 本発明４，２の実旌１り１１ 第３図 本発明１邑３のｆ施旬１ 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力光の直交偏光成分を分離して第１と第２の光
   波を出力する偏波分離器と、 前記第１の光波を位相変調する光位相変調器と、前記光
   位相変調器からの第１の光波と前記第２の光波とを直交
   した偏光成分として偏波合成する偏波合成器と、 前記偏波分離器、偏波合成器、光位相変調器の相互間を
   接続する複数の偏光保持光ファイバとからなることを特
   徴とする偏波スクランブラ。
2. （２）前記第１の光波が通る光路に光増幅器を設けた請
   求項（１）記載の偏光スクランブラ。
3. （３）前記第２の光波が通る光路に光増幅器を設けた請
   求項（２）記載の偏光スクランブラ。