JPH04411A - 光制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、偏光が未知な入射光の光パワーの安定度を
向上する光制御装置についてのものである。

［従来の技術］ 次に、従来技術による光制御装置の構成を第１５図によ
り説明する。

第１５図の２１は電子式光減衰器、２２は光出力モニタ
、２３は制御部である。

第１５図の入射光３１には、電子式光減衰器２１で適当
な減衰量が与えられＳ電子式光減衰器２１の出力は九３
４として光出力モニタ２２に送られ、光出力モニタ２２
では出射光３５の光パワー変動をモニタした結果を制御
部２３に送る。

制御部２３は、モニタの結果から出射光３５を安定化す
るのに必要な減衰量を電子式光減衰器２１へ送る。

次に、第１５図の詳細構成図を第１６図により説明する
。

第１６図の２１Ａは偏光子、２１Ｂはポッケルスセルな
どのＥ１０変調器、２１Ｃは検光子、２２Ａはビームス
プリッタ、２２Ｂは光検出器、３１は入射光、３２は偏
光Ｐ２１Ａの透過光、３３はＥ／○変調器２１Ｂの透過
光、３４は電子式光減衰器２１の出射光、３５は光制御
装置の出射光、３６は出射光３５の光パワーをモニタす
るためのモニタ光である。

電子式光減衰器２１は偏光子２１Ａ、Ｅ１０変調器２１
Ｂ及び検光子２１Ｃで構成されており、光出力モニタ２
２はビームスプリッタ２２Ａと光検出器２２Ｂで構成さ
れている。

第１６図の入射光３１は、偏光子２１Ａに入射して直線
偏光となり、透過光３２としてＥ１０変調器２１Ｂに入
る。Ｅ１０変調器２１Ｂは制御部１１からの信号により
、直線偏光である透過光３２の偏光方向に対し４５度の
方向に位相差を与える。楕円偏光に変換されたＥ１０変
調器２１Ｂの出力光３３は、検光子２１Ｃに入り、検光
子２１Ｃの偏光透過方向の電界成分だけが透過光３４と
して電子式光減衰器２１から取り出される。

このとき、検光子２１Ｃの偏光透過方向の電界成分の大
きさをＥ／○変調器２１Ｂで変化させることにより透過
光３４の入射光３１に対する減衰量を制御する。

次に、入射光３１が任、ａの楕円偏光の場合と偏光子２
１Ａの偏光透過方向の直線偏光の場合の各透過光の偏光
状態を第１７図により説明する。

第１７図アは入射光３１が任意の楕円偏光のときの入射
光の偏光であり、第１７図イは入射光３１の偏光が偏光
子２１Ａの偏光透過方向の直線偏光の場合の入射光３１
および透過光３２の偏光である。

第１７図つは入射光３１の偏光が任意の楕円偏光のとき
の偏光子２１Ａを透過した後の透過光３２の偏光であり
、第１７図工は入射光３１が任意の楕円偏光のときの偏
光子２１Ａによって減衰する電界の大きさである。

第１７図才は入射光３１が偏光子２１Ａの偏光透過方向
の直線偏光のときに出射光３５の光パワー安定化制御を
かけた場合の透過光３３の偏光であり、第１７図力は入
射光３１が任意の楕円偏光のときに出射光３５の光パワ
ー安定化制御をかけた場合の透過光３３の偏光である。

第１７図キはＥ１０変調器で位相差を加える方向である
。

第１７図りは入射光３１が偏光子２１Ａの偏光透過方向
の直線偏光のときに光パワー安定化制御をかけた場合の
出射光３５の偏光であり、第１７図ケは入射光３１が任
意の楕円偏光のときに出射光３５の光パワー安定化制御
をかけた場合の出射光３５の偏光である。

＄　１７図では、偏光状態の違う二つの入射光３１の偏
光状態がアとイとして示されているが、それぞれ全光パ
ワーは同じである。

電子式光減衰器２１を透過した透過光３４は、ビームス
プリッタ２２Ａに入り、二波に分岐される。出射光３５
は、そのまま光制御装置の出力光として取り出され、分
岐光３６は出射光３５の光パワー変動をモニタするため
に光検出器２２Ｂに送られる。

光検出器２２Ｂの信号は、制御部２３に送られ、制御部
２３は、適当な減衰量を与えるような信号なＥ１０変調
器２１Ｂに送り、出射光３５の光パワーを安定化する。

ここで、出射光３５の光パワーを安定化させたい値（基
準値）は第３図に示すように、入射光３１の光パワー変
動の最小値よりも小さくしなければならない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来技術による第１６図の制御方法では、入射光３１の
偏光によって出射光３５の光パワーを安定化させる基準
値が、例として上げた偏光状態の違うが全光パワーの等
しい二つの入射光３１に対し、異なる範囲で設定される
。

第１７図で説明すれば、全光パワーが等しいのに入射光
３１の偏光が第１６図の偏光子２１Ａの偏光透過方向が
直線偏光の場合の方が、安定化の基準値の絶対値を大き
く設定できる。

次に、基準値の設定について第１８図により説明する。

第１８図アは軸のあった直線偏光の場合であり、ｊ［１
８図イは任意の楕円偏光の場合である。

第１８図つ・工は分岐３２のパワー変動を示し、第１８
図才・力は基準値を示す。

第１８図では、検光子２１Ｃの偏光透過方向と偏光方向
の一致した入射では、基準値が任意の楕円偏光の基準値
より光パワーが大きいことがわがる。

このように、従来技術では、入射光３１の偏光状態によ
って出射光３５の光パワーを安定化したときの光パワー
の絶対値が左右されてしまう。

また、入射光３１の偏光が任意に変化する場合などでは
、第１６図の透過光３２の光パワーが入射光３１の偏光
状態で変化してしまうので、原理的に制御できない。

例えば、偏光子２ＬＡの偏光透過方向と垂直な直線偏光
が入射した場合、透過光３２の光パワーはゼロになって
しまう。したがって、従来技術では、入射光３１の偏光
が変化するものは制御することができない。

この発明は、入射光の光パワーの変動を除き、安定な光
パワーを供給するとともに、入射光の偏光状態に依存し
た出射光の光パワーの低下をなくすことと、入射光の偏
光状態の変化による出射光の光パワーの変動を除くこと
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、この発明では、入射光１１
の偏光成分を任意の偏光に変換する偏光制御素子１と、
偏光制御素子１の出射光を分岐するビームスプリッタ２
Ａと、ビームスプリッタ２Ａの出射光１２を二成分の偏
光に分岐する偏光ビームスプリッタ２Ｂと、ビームスプ
リッタ２Ａの分岐光１４の光パワーを検出する第１の光
検出器３Ａと、偏光ビームスプリッタ２Ｂの分岐光１５
の光パワーを検出する第２の光検出器３Ｂと、第１の光
検出器３Ａと第２の光検出器３Ｂの出力を入力とし、偏
光制御素子１を制御する制御部４とを備える。

次に、この発明による光制御装置の構成を第１図により
説明する。

第１図の１は偏光ＩＩＩ御素子、２Ａはビームスプリッ
タ、２Ｂは偏光ビームスプリッタ、３Ａと３Ｂは光検出
器、４は制御部である。

また、１１は入射光、１２はビームスプリッタ２人の透
過光、１３は出射光、１４はビームスプリッタ２Ａの分
岐光、１５は偏光ビームスプリッタ２Ｂの分岐光である
。

偏光制御素子１には、λ／２板とλ／４板を組み合わせ
たものや、バビネソレイユ位相補償器などの可変位相差
板をいくつか組み合わせたものなどを使用することがで
きる。

ビームスプリッタ２Ａは、偏光状態に影響を与えること
なく、特定の分岐比で光を分岐するものであり、ハーフ
ミラ−などでもよい。

偏光ビームスプリッタ２Ｂは、偏光している光を二つの
直交した偏光成分に分離するもので、ローションプリズ
ムやウォラストンプリズムなどの偏光プリズムも使用す
ることができる。

［作用］ 次に、偏光ビームスプリッタ２Ｂの動作を第２図により
説明する。

第２図アは出射光１３の偏光であり、第２図イはモニタ
光１５の偏光である。

第１図の透過）’に１２は、Ｘ軸方向の電界成分である
モニタ光１５とＹ軸方向の電界成分である出射光１３と
に分岐される。

ただし、出射光１３とモニタ光１５の偏光方向はどちら
でもよい。

光検出器３Ａ・３Ｂは、光パワーを検出するものである
。

制御部４は、光検出器３Ａ・３Ｂの出力を受け、出射光
１３の光パワーが適切な値となるように、分岐光１２の
偏光を偏光制御素子１で制御するための信号を偏光制御
素子１・＼送る。

次に、出射光１３の光パワーを安定化させる基準値の設
定を１３図により説明する。

第３図アは入射光１１のパワー変動であり、第３図イは
出射光１３の光パワーを安定化させたい基準値である。

入射光１１の光パワー変動が第３図アのような場合には
、第３図イの基準値は、入射光１１の光パワー変動の最
小値より小さくしなければならない。

したがって、基準値は入射光１１の光パワー変動の最小
値から装置内の光学系による損失分だけ低い値に設定さ
れる。

次に、入射光１１が任意の偏光として装置に入射した場
合に出射光１３の光パワーを基準値とする制御の過程を
第４図により説明する。

第４図アは入射光１１の偏光であり、第４図イは偏光制
御素子１で制御した後の分岐光１２の偏光である。

第４図つは安定化した出射光１３の電界の大きさであり
、第４図工は偏光制御素子１で制御した後の出射光１３
の偏光である。

入射光１１が第４図アのような偏光のときは、光検出器
１６の出力より、入射光１１の全光パワーがわかり、光
検出器１５の出力と入射光１１の全光パワーを比較する
ことにより、出射光１３の光パワーがわかる。

出射光１３の光パワーが、基準値となるように偏光制御
素子１で偏光を変化させる。

偏光制御素子１で偏光を変化させられた分岐光１２の偏
光が第４図に示すような偏光になった場合、出射光１３
の光パワーは分岐光１２のＹ成分の大きさと同じなので
、出射光１３の光パワーは基準値となる。

次に、出射光１３の光パワーを基準値とした後に入射光
１１の偏光が変化した場合の制御を第５図により説明す
る。

第５図アは入射光１１の偏光が変化した場合の分岐光１
２の偏光であり、第５図イは光パワーが安定化したいレ
ベルになるように偏光制御素子１で制御した場合の分岐
光１２の偏光である。

第５図つは入射光１１の偏光が変化した場合の出射光１
３の電界の大きさであり、第５図工は基準値となった場
合の出射光１３の電界の大きさである。

第５図は、安定化された状態から入射光１１の偏光が変
化した場合の制御の例を示したものであり、入射光１１
の偏光が変化した場合は、第５図のように出射光１３の
光パワーは低下または増加する。

このとき、光検出器３Ａの出力は変化せず、光検出器３
Ｂの出力だけが変化する。これにより、制御部４は出射
光１３の光パワーが基準値に近づく方向に偏光を変化さ
せるような信号を偏光制御素子１に送る。

偏光制御素子１は、制御部４からの信号に対応した偏光
に入射光１１を変化させ、光検出器３Ｂからの出力が出
射光１３の光パワーが基準値となったことを示すまで偏
光を変化させる。

次に、入射光１１の光パワーが変化した場合の制御につ
いて第６図により説明する。

第６図アは安定化された状態から入射光１１の光パワー
が小さくなった場合の分岐光１２の偏光であり、第６図
イは偏光制御素子１の制御が完了した場合の分岐光１２
の偏光である。

第６図つは初めて偏光制御素子１で制御された分岐光１
２の偏光である 第６図工は入射光１１の光パワーが小さくなつた場合の
出射光１．３の光パワーの大きさであり、第６図才は基
準（１αとなったときの出射光１３の電界の大きさであ
る。

第６図は、安定化さ４した状態から入射光１１の光パワ
ーが減少した場合の制御を示したものである。

入射光１１の）゛０パワーが減少すると、出射光１３の
光パワーも減少する。このとき、光検出器３Ａ・３Ｂの
出力は、同じ割合で小さくなる。

この場合、制御部４は分岐光１２の偏光をＹ軸方向の直
線偏光に近づけるような制御信号を偏光制御素子１へ送
る。

偏光制御素子１は、光検出器３Ｂの出力が出射光１３の
光パワーが基準値になるまで分岐光１２の偏光をＹ軸方
向の直線偏光に近づけていく。

入射光１１の光パワーが増加した場合は、偏光制御素子
１は、Ｘ軸方向の直線偏光へと近づけていく。

［実施例］ 次に、第１図の実施例の構成図を第７図により説明する
。

第１図の偏光制御素子１は、第７図では位相補償器ＩＡ
とファラデー回転子などの偏光回転器を組み合わせたも
ので構成される。

次に、位相補償器ＩＡの配置を第８図により説明する。

第８図アは位相補償器ＩＡの位相差付与方向である。第
８図において出射光１３の偏光方向はＹ軸方向、分岐光
１５の偏光方向はＸ軸方向とする。

位相補償器ＩＡは、Ｘ軸よりα度だけ傾いている。

次に、第７図の作用を説明する。

入射光１１の光パワー変動の最小値より小さい値に基準
値を設定する。続いて、位相補償器ＩＡで位相差を加え
てゆく。

次に、透過光１２の偏光の変化を第９図により説明する
。

第９図アは入射光１１の偏光であり、第９図イは位相補
償器ＩＡで分岐光１５の光パワーを光検出器３Ｂで測定
し、分岐光の光パワーが小さくなる方向へ位相補償器Ｉ
Ａで位相差を与えた場合の分岐光１２の偏光である。

第９図つはイの状態に更に位相補償器ＩＡで位相差を与
え、光検出器３Ｂで検出された光パワーが最小になった
場合の透過光１２の偏光である。

第１０図は、第９図つの直線偏光を偏光回転器ＩＢによ
り光検出器３Ｂで検出された光パワーが最小になるよう
に偏光を回転させた場合の分岐光１２の偏光状態を示す
図である。

第１０図に示すような制御状態であり、入射光１１の光
パワー変動が最小値となった場合の出射光１３の光パワ
ーが基準値の上限となる。

第１１図アは、基準値となった場合の出射光１３の電界
の大きさであり、第１１図イは基準値となるように偏光
回転器ＩＢで偏光を回転させた場合の透過光１２の偏光
である。

第１１図によれば、任意の偏光の入射光１１に対して、
出射光１３の光パワーを基準値へと設定することができ
る。

次に、入射光１１の光パワーが変動した場合を第１２図
により説明する６ 第１２図アは基準値となった場合の出射光１３の電界の
大きさであり、第１２図イは任意の偏光の入射光１１に
対し、位相補償器ＩＡで位相差を与え直線偏光とした後
に出射光１３が基準値となるよう偏光回転器ＩＢにより
偏光を回転させた場合の分岐光１２の偏光である。

第１２図つは、第１２図イの状態から入射光１１の光パ
ワーが小さくなった場合の分岐光１２の偏光であり、第
１２図工は、第１２図つの状態の場合の出射光１３の電
界の大きさである。

第１２図才は、ｊ１１２図工の状態の場合において、出
射光１３の光パワーが基準値となるように偏光回転器Ｉ
Ｂによって第１２図工で示した偏光を回転させた場合の
分岐光１２の偏光である。

出射光１３の光パワーが安定化された状態から入射光１
１の光パワーが減少した場合、すなわち、第１２図イか
ら１１２図ウヘつ化した場合には光検出器３Ａと３Ｂの
出力は同じ割合で変化する。

そこで、制御部４は、偏光回転器ＩＢに光検出器３Ｂの
出力が減少する方向へ偏光を回転させるように信号を送
る。

第１２図では、第１２図つで示した偏光を反時計回りに
回転させる。第１２図才のように、出射光１３が基準値
となるまで偏光回転器ＩＢにより偏光を回転させる。ま
た、入射光１１の光パワーが増加した場合には制御部４
は光検出器３Ｂの出力が増加する方向へ偏光を回転させ
るような信号を偏光回転器ＩＢへ送る。

次に、入射光１１の偏光が変化した場合の制御について
第１３図を用いて説明する。

第１３図アは入射光１１の偏光が変化した場合の透過光
１２の偏光であり、第１３図イは第１３図アの状態の場
合の出射光１３の電界の大きさである。

第１３図つは基準値となった場合の出射光１３の電界の
大きさであり、第１３図工は出射光１３の光パワーを基
準値とした場合の透過光１２の偏光である。

出射光１３の光パワーが基準値へ安定化されている状態
から、入射光１１の偏光が変化し、第１３図アのような
偏光に透過光１２が変化したとする。この結果、出射光
１３の電界は第１３図イのように基準値のときの電界よ
りも大きくなってしまう。また、このとき光検轟器３Ａ
の出力は変化せず、光検出器３Ｂの出力のみが変化する
。そこで、制御部４は、光検出器３Ｂの出力が増加する
方向へ位相差を与えるような信号を位相補償器ＩＡに送
る。

また、入射光１１の偏光の変化の仕方によっては、位相
補償器ＩＡと偏光回転器ＩＢの二つを用いた制御をかけ
る場合がある。

このような場合の例を第１４図に示す。

第１４図アは入射光１１の偏光が変化した場合の透過光
１２の偏光であり、第１４図イは位相補償器ＩＡで位相
差をあたえて入った場合に直線偏光となった透過光１２
の偏光である。

第１４図つは第１４図イの偏光を偏光回転器ＩＢで回転
させた場合の透過光１２の偏光であり、第１４図工は基
準値となった場合の出射光１３の電界の大きさである。

制御部４は、第１３図アから第１３図工への制御と同様
に光検出器３１３の出力が増加する方向に位相差をあた
えるような信号を位相補償器ＩＡへ送る。

光検出器３Ｂの出力は第１４図イの場合に最小となり、
位相補償器ＩＡだけでは出射光１３の光パワーを基準値
とすることができない。

そこで、制御部４は第１４図イの状態の偏光を光検出器
３Ｂの出力が増加する方向へ回転させるような信号を偏
光回転器ＩＢへ送る。そして、透過光１２の偏光が第１
４図工のようになり、光検出器３Ａと３Ｂの出力から、
出射光１３の光パワーが基準値と判断されるまで偏光を
回転させる。

［発明の効果コ この発明によれば、次のような効果がある。

（ア）入射光の光パワー及び偏光の変化に関係なく、光
パワーの安定した出射光を得ることができる。

すなわち、光フアイバ光学系などの時間的に偏光の変化
する系にも組み込むことができる。

（イ）入射光の偏光に関係なく、出射光の光パワーの基
準値を入射光の光パワー変動の最小値とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による光制御装置の構成図、第２図は
偏光ビームスプリッタ２Ｂの動作説明図、第３図は出射
光１３の光パワーを安定化させる基準値の設定説明図、
第４図は入射光１１が任意の偏光として装置に入射した
場合に出射光１３の光パワーを基準値とする制御過程説
明図、第５図は出射光１３の光パワーを基準値とした後
に入射光１１の偏光が変化した場合の制御説明図、第６
図は入射光１１の光パワーが変化した場合の制御説明図
、第７図は第１図の実施例の構成図、第８図は位相補償
器ＩＡ・ＩＢの配置説明図、第９図は分岐光１２の偏光
の変化説明図、第１０図は第９図の状態に偏光回転器１
Ｂで分岐光１５の光パワーが最小になるよう偏光を回転
させた場合の透過光１２の偏光を示す図、第１１図は第
１０図の状態から、さらに偏光回転器ＩＢで偏光を回転
させ、分岐光１５の光パワーが最小になる場合の透過光
１２の偏光を示す図、第１２図は入射光１１の光説明図
、第１５図は従来技術による光制御装置の構成図、第１
６図は第１５図の詳細構成図、第１７図は入射光３１が
任意の楕円偏光の場合と偏光子２１Ａの偏光透過方向の
直線偏光の場合の各透過光の偏光状態を示す図、第１８
図は基準値設定の説明図である。 １・・・・・・偏光制御素子、 ２Ａ・・・・・・ビームスプリッタ、 ２Ｂ・・・・・・偏光ビームスプリッタ、３Ａ・・・・
・・光検出器、 ３Ｂ・・・・・・光検出器、 ４・・・・・・制御部、 １１・・・・・・入射光、 １２・・・・・・透過光、 １３・・・・・・出射光、 １４・・・・・・分岐光、 １５・・・・・・分岐光。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光（１１）の偏光成分を任意の偏光に変換する
   偏光制御素子（１）と、 偏光制御素子（１）の出射光を分岐するビームスプリッ
   タ（２Ａ）と、 ビームスプリッタ（２Ａ）の出射光（１２）を二成分の
   偏光に分岐する偏光ビームスプリッタ（２Ｂ）と、 ビームスプリッタ（２Ａ）の分岐光（１４）の光パワー
   を検出する第１の光検出器（３Ａ）と、偏光ビームスプ
   リッタ（２Ｂ）の分岐光（１５）の光パワーを検出する
   第２の光検出器（３Ｂ）と、第１の光検出器（３Ａ）と
   第２の光検出器（３Ｂ）の出力を入力とし、偏光制御素
   子（１）を制御する制御部（４）とを備えることを特徴
   とした光制御装置。