JPH07162370A - 偏波面変調光の受光方法とそれに用いられる受光装置 - Google Patents

偏波面変調光の受光方法とそれに用いられる受光装置

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JPH07162370A
JPH07162370A JP5339691A JP33969193A JPH07162370A JP H07162370 A JPH07162370 A JP H07162370A JP 5339691 A JP5339691 A JP 5339691A JP 33969193 A JP33969193 A JP 33969193A JP H07162370 A JPH07162370 A JP H07162370A
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analyzer
modulated light
polarization
modulated
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Toshiya Higami
俊哉 樋上
Shoichi Negami
昭一 根上
Matsue Murata
松枝 村田
Shigeaki Nishikawa
重昭 西川
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 検光子を固定しておいても必ず変調出力を検
波できる偏波面変調方法を提供する。 【構成】 請求項1の発明は偏波面変調光を3分岐し、
3分岐された偏波面変調光のうち一つの偏波面変調光は
π/2位相子2を通してから第1の検光子3aを通し、
他の二つの偏波面変調光はπ/2位相子2を通さずに第
2、第3の検光子3b、3cを通し、これら各検光子3
a、3b、3cを通した強度変調光を受光するようにし
た。請求項2の発明は偏波面変調光を受光する受光部4
が、偏波面変調光を分岐する分岐器5a、5bと、分岐
系路6a、6b、6cのうち一つの分岐系路6aに入れ
たπ/2位相子(例えば1/4波長板2)と、同1/4
波長板2の後に入れた検光子3aと、他の2つの分岐系
路6b、6cに入れた検光子3b、3cを備え、1/4
波長板2と第1の検光子3aが互いに45°の角度差を
もって配置され、第2の検光子3bと第3の検光子3c
が互いに45°の角度差をもって配置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバを伝搬する偏
波面変調された光(偏波面変調光)の受光方法とそれに
用いられる受光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信等に使用される光変調方式とし
て、従来は、光源である半導体レーザ素子または発光ダ
イオード等への印加電流を変化させて、その出力光を直
接変調する直接変調方式が一般的であったが、近年は光
ファイバを伝搬する光(直流光源からの光)に光外部変
調器により外部から信号を印加して光を間接的に変調す
る光外部変調方式が開発されている。
【0003】前記のような光外部変調器の一例として音
響光学効果を利用したものが提案されている。この光外
部変調器は図8(a)に示す様に厚さ1mm程度の石英
ガラス基板41の一方の面に光ファイバ1が配置され、
その光ファイバ1が石英ガラス粉末の燒結体からなる接
着剤43によりガラス基板41と一体化され、ガラス基
板41の他方の面に図8(b)に示すように下部電極4
5、圧電膜46、上部電極47が順次積層されて圧電素
子部49が形成されてなるものある。
【0004】この光外部変調器では、圧電素子部49の
下部電極45と上部電極47の間に高周波信号を印加す
ると圧電膜46が駆動して超音波が発生し、発生した超
音波が光ファイバ1に導かれて同光ファイバ1内に部分
的に屈折率の変動をもたらし、この結果、同光ファイバ
1内を伝搬する光の偏波面が印加信号に応じて変化す
る。
【0005】このような光は図9に示したような伝送受
光系で検光子29を介して受光することにより強度変調
光に変換することができる。この際、偏波面変調された
光を強度変調光に変換する効率は検光子29に入射する
偏波の状態に大きく依存するため、偏光子25や検光子
29の角度を最適な状態に調整する必要がある。
【0006】また、従来は、検光子の角度を固定した状
態でも偏波面変調光を効率良く強度変調光に変換できる
方法が開発されており、その例として特開平3−206
413に開示されているものがある。これは図10
(a)(b)に示すように、溶融型の光カプラ70によ
り2分岐された夫々のポートに検光子29を配置するよ
うにしたもの、図10(c)に示す様に一方の検光子2
9の手前に位相差バイアスを与えるための1/4波長板
72を挿入したものであり、このような構成にすること
により、分岐されたいずれかのポートに信号が乗ってい
る確率が高くなるようにしてある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の偏波変
調光処理方法には次のような問題があった。 .前記の偏波変調光処理方法のうち前者(図9)の、
検光子29の角度を最適な状態に調整する方法は、実際
にシステム中で使用するには、変調出力レベルをフィー
ドバックして検光子29を動かさなければならず、その
ようにするとシステムが大型化して実用的でない。 .前記の偏波変調光処理方法のうち後者(図10)の
方法は、検光子や1/4波長板72の適正な角度関係が
記載されておらず、また、この構成だけでは不十分であ
ることが明らかとなった。以下にその点を詳しく説明す
る。
【0008】ファイバ中を伝搬する光の進行軸に垂直な
平面内で、直交する独立な2つの偏光成分を考える。超
音波の伝搬方向をy軸方向に取り、x、y偏光の波の振
幅を夫々Ex 、Ey とすると、2つの偏光は次式のよう
に表すことができる。 Ex =E1 cosθ・expj(ωt−βx z) Ey =E1 sinθ・expj(ωt−βy z+ψ) 前記のE1 は入射偏波の電界を表し、θはEx とEy
位相差ψが0のときの偏光(直線偏光)とx軸がなす角
度である。
【0009】前記式より時間依存項を消去すると次
式が得られる。 [Ex /(E1 cosθ)]2 +[Ey /(E1 sinθ)]2 −2[Ex / (E1 cosθ)][Ey /(E1 sinθ)] ×cos(ψ±Δψ)=sin2 (ψ±Δψ)
【0010】ここでψ+(βx −βy )zをψ±Δψと
した。±Δψが偏光変化分である。更に、これを検光子
で受光したときの電界Eは次式で表される。ここでφ
は、検光子の方向とx軸がなす角度である。 E=E1 {sin2 θ・sin2 φ+sin2θ・sinφ・cosφ ・cos(ψ±Δψ)+cos2 θ・cos2 φ}0.5
【0011】変調出力は前記式のψ±Δψをψ+Δψ
とした電界E2 とψ−Δψとした電界E1 の差として与
えられる。O/E変換部では2乗検波であることを考え
ると変調出力Vは、 V=sin2θ・sin2φ・sinψ・sinΔψ となる。
【0012】前記式より検光子の方向がφ=0,9
0,180°・・・、即ち、超音波が伝搬する方向また
はこれに垂直な方向では偏波面変調光を検波することが
できない。また、偏光が直線偏光を中心として変調がか
かる場合、(ψ=0°)も偏波面変調光を検波すること
ができない。前記式においてθ=0,90,180°
・・・の場合も変調出力が0になるが、これらはいずれ
も超音波の伝搬軸に平行・垂直の直線偏光を表してい
る。
【0013】図10(a)、(b)では伝搬する光を単
に分岐して複数の検光子29で受けているが、検光子2
9の方向が適正な角度に設定されていないと全ての検光
子29の方向がφ=0,90,180°・・・に相当す
る場合があり、その状態では検波できない。この点につ
いては図10(c)ではこの問題について機能する検光
子29は1つであり構成上不十分である。また、偏光の
主軸方向が一定で、直線偏光を中心として変化する偏波
面変調光が入射した場合は図10(a)、(b)では全
ての出力が0となってしまう。
【0014】以上の説明より、これらの偏光状態を検波
できない状態(以後ヌル点と呼ぶ)を解消するために
は、前記した図10のような構成では不十分であること
が明らかである。
【0015】本発明の目的は上記のような課題を解決で
きる光外部変調器後の偏波面変調光の処理方法、即ち、
検光子を固定しておいても必ず変調出力を検波すること
ができる偏波面変調方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項1の
偏波面変調光の受光方法は、図2に示す光ファイバ1内
を伝搬する光の偏波面を変調信号に応じて変化させた偏
波面変調光を3分岐し、3分岐された偏波面変調光のう
ち一つの偏波面変調光はπ/2位相子2を通してから第
1の検光子3aを通し、他の二つの偏波面変調光はπ/
2位相子2を通さずに第2、第3の検光子3b、3cを
通し、これら各検光子3a、3b、3cを通した強度変
調光を受光するようにしたものである。
【0017】本発明のうち請求項2の偏波面変調光の受
光装置は、図2の様に光ファイバ1内を伝搬する光の偏
波面を変調信号に応じて変化させた偏波面変調光を受光
する受光部4に、受光した偏波面変調光を分岐する分岐
器5a、5bと、3つの分岐系路6a、6b、6cのう
ちのいずれか一つの分岐系路6aに設けたπ/2位相子
2と、同π/2位相子2の後に設けた検光子3aと、他
の2つの分岐系路6b、6cに設けた検光子3b、3c
を備え、前記π/2位相子2と第1の検光子3aが互い
に45°の角度差をもって配置され、第2の検光子3b
と第3の検光子3cが互いに45°の角度差をもって配
置されてなるものである。
【0018】ここで、前記した検光子3a、3b、3c
の角度差45°とは空間的な角度差ではなく、偏光に対
して最も感度を有する検光子の方向性のこと(長軸に平
行、光の伝搬方向には垂直)である。
【0019】
【作用】本発明の偏波面変調光の受光方法は偏波面変調
光を3分岐し、3分岐された偏波面変調光のうち一つの
偏波面変調光はπ/2位相子2を通してから第1の検光
子3aを通し、他の二つの偏波面変調光はπ/2位相子
2を通さずに第2、第3の検光子3b、3cを通し、こ
れら各検光子3a、3b、3cを通した強度変調光を受
光するようにしたので、検光子3a、3b、3cを固定
した状態でも常に変調信号を得ることができる。この受
光原理(作用)を図5、6にもとづいて説明する。
【0020】図5はポアンカレ球で伝搬する光の偏光状
態をポアンカレ球表面上で表現したものである。図1の
光外部変調器11において図5アのように偏波面変調が
かかった場合を考える。光外部変調器11から受光部4
に到達する過程で光ファイバ1内での微妙な屈折率変動
や外力、温度変化などにより偏光状態が変化する結果、
図5アの偏波面変調光はポアンカレ球の表面のいろいろ
な場所に移動する。
【0021】例えば、図5イに移動した偏波面変調光を
考える。これは偏光の主軸が0°の方向の楕円偏光であ
り、図6(a)のように表すことができる。この場合、
図6(a)のx軸に対し45°、135°方向に配置し
た検光子(例えば図2の3b)では強度が常に一定とな
り強度変調光を得ることができない。この場合、検光子
はx軸に対して0°、90°の方向で最大の感度を示し
(例えば図2の3c)、この検光子3cを通過した光は
光外部変調器11で印加した信号に応じた強度変調光と
なる。
【0022】次に、例えば、図5ウに移動した偏波面変
調光を考える。これは偏光の主軸が45°の方向の楕円
偏光であり図6(b)のように表すことができる。この
場合は上述の場合とは逆に図2の検光子3bを通過した
光は強度変調光となるが、検光子3cを通過した光には
印加信号成分は表われない。多くの場合は検光子3cと
検光子3bの通過光の両方ともに印加信号成分がのった
強度変調光となる。
【0023】しかしながら、主軸方向は一定で直線偏光
を中心として偏波面変調が生じる図5エの場合{図7
(c)の偏光状態の場合}には、検光子3cや3bを通
過した光に含まれるのは光外部変調器11で印加した信
号の2次成分のみで1次成分は現れない。この場合に
は、例えば主軸角度45°になるように配置したπ/2
位相子(例えば1/4波長板2)を通して図5エの偏波
面変調光を図5オ{図7(d)の偏光状態}に変換して
から検光子3aを通過させると良い。
【0024】図5オは楕円率がほぼ一定で主軸角度が変
動する偏波面変調光であるが、この場合には図4(a)
の場合と同様に検光子の方向は45°、135°では強
度変調光とならない。この場合0°、90°の方向の検
光子3aが望ましい。このように1/4波長板2と検光
子3aは45°の角度差をもって配置する必要がある。
【0025】以上述べたように、検光子3a、3b、3
cに入射する光の偏光状態により生じる偏波面変調光の
検波ができない点(ヌル点)は、上述の受光部4を用い
ることにより解消できることが明らかである。即ち、検
光子3a、3b、3cの方向が光外部変調器11の超音
波が伝搬する方向または垂直な方向(正確にはこの方向
に相当する伝搬光の偏光方向)では偏波面変調光を検波
できないという問題に対しては、検光子3cと3bの少
なくとも一方で必ず検波することができる。
【0026】また、主軸方向は一定で、直線偏光を中心
として偏波面変調がかかった場合は偏波面変調光が検波
できないという問題に対しては、1/4波長板2と検光
子3aで検波することができる。
【0027】本発明のうち請求項2の偏波面変調光の受
光装置では、偏波面変調光を受光する受光部4が、受光
した偏波面変調光を分岐する分岐器5a、5bと、3つ
の分岐系路6a、6b、6cのうちのいずれか分岐系路
6aに設けたπ/2位相子2(例えば1/4波長板2)
と、同1/4波長板2の後に設けた検光子3aと、他の
2つの分岐系路6b、6cに設けた検光子3b、3cを
備え、前記1/4波長板2と第1の検光子3aが互いに
45°の角度差をもって配置され、第2の検光子3bと
第3の検光子3cが互いに45°の角度差をもって配置
されてなるので、検光子3a、3b、3cを固定した状
態でも常に変調信号を得ることができ、構成が簡潔にな
る。
【0028】
【偏波面変調光受光装置の実施例1】本発明の偏波面変
調光の受光装置の一実施例を図1、図2に基づいて詳細
に説明する。図1の20はレーザダイオード(LD)等
の光源、1は光伝搬用の光ファイバ、11は光ファイバ
1内を伝搬する光の偏波面を印加信号(変調信号)f
1 、f2 、f3 に応じて変化させる(偏波面変調する)
第1、第2、第3の光外部変調器、図1の4は第1、第
2、第3の光外部変調器11で偏波面変調された偏波面
変調光を受光する受光部である。
【0029】前記の受光部4には図2に示す様に、受光
した偏波面変調光を分岐する二つの分岐器(例えばミラ
ー)5a,5bと、3つの分岐系路6a、6b、6cの
うち一つの分岐系路6aに設けた1/4波長板2と、こ
の1/4波長板2の後に設けた検光子3aと、他の2つ
の分岐系路6b、6cに設けた検光子3b、3cとを備
えている。しかも、第1の検光子3aの方向は前記1/
4波長板2の主軸角度に対して45°の角度差をもって
配置され、第2の検光子3bと第3の検光子3cが互い
に45°の角度差をもって配置されてなる。
【0030】前記分岐器5a、5bの反射レベルは検光
子3aの手前に配置した1/4波長板2の挿入損失を考
慮して、夫々の検光子3a、3b、3cの手前において
光パワーが同程度になるように決定するのが好ましい。
【0031】図2の14は各分岐系路6a、6b、6c
の出力側と受光部4の入力側に設けられたコリメータレ
ンズ、15は夫々のコリメータレンズ14を通して出力
される光を電気信号に変換するO/E変換器である。
【0032】図1、図2の16は選択回路であり、これ
は前記三つのO/E変換器15からの出力のうち、信号
レベルの最も強い信号を選択するものである。
【0033】図1の17は処理回路であり、これは選択
回路16で選択された信号を処理するためのものであ
る。
【0034】
【偏波面変調光受光装置の実施例2】本発明の偏波面変
調光の受光装置の第2の実施例を図3に示す。図3に示
すものは受光部4内の入射光を分岐する分岐器5として
図2の分岐器5a、5bを構成するハーフミラーの代わ
りに石英ブロック22を用いたものである。この分岐器
5は石英ブロック22の表裏両面に反射用の金属膜(例
えばアルミニウムなど)21a、21bを蒸着により形
成してなる。
【0035】この偏波面変調光の受光装置では、受光部
4への入射光は受光部4の入力側のコリメータレンズ1
4を通して空間光となり、分岐器5の金属膜21aで1
/3の強度の偏波面変調光が反射されて検光子3bに到
達する。残りの偏波面変調光は石英ブロック22による
分岐器5内に入射し、金属膜21bで一部が反射し、一
部が同金属膜21bを透過して夫々検光子3c、3aに
到達する。以後の動作は図2の場合と同様である。
【0036】
【偏波面変調光の受光装置の実施例3】本発明の偏波面
変調光の受光装置の第3の実施例を図4に基づいて詳細
に説明する。図4に示すものは第1、第2の分岐器5
a、5bとして溶融型の光カプラを使用し、それによ
り、光ファイバ1により伝搬されてきた偏波面変調光を
分岐するようにしてある。この光カプラによる第1の分
岐器5aは分岐比1:2、第2の分岐器5bは分岐比
1:1として、各検光子3a、3b、3cの手前におけ
る光強度が3つの分岐系路6a、6b、6cで同程度に
なる様にしてある。
【0037】
【偏波面変調光の受光方法の実施例】本発明の偏波面変
調光の受光方法の一実施例を、図1、図2の偏波面変調
光の受光装置を用いて受光する場合について詳細に説明
する。
【0038】図1の光源20より発せられた光は光ファ
イバ1を伝搬する。このとき光ファイバ1の任意の箇所
に設けられた第1、第2、第3の光外部変調器11の夫
々を変調信号f1 、f2 、f3 で駆動すると、光ファイ
バ1内を伝搬する光の偏波面が変調されて偏波面変調光
となる。
【0039】この偏波面変調光は図2の受光部4の入力
側のコリメートレンズ14で空間光となり、第1の分岐
器5aで透過光と反射光とに2分岐され、その反射光が
第2の分岐器5bで透過光と反射光とに2分岐されて、
全部で3分岐される。このとき、第1の分岐器5aでは
1/3の強度の光が透過して1/4波長板2に向かうと
共に2/3の光が反射して第2の分岐器5bに向かう。
【0040】3分岐された偏波面変調光のうち図2の分
岐系路6aを伝搬する偏波面変調光は1/4波長板2を
通り、検光子3aを通って強度変調光になった後、コリ
メータレンズ14で空間光からファイバ1に入射され、
O/E変換器15で電気信号に変換されて選択回路に送
られる。
【0041】3分岐された偏波面変調光のうち、図2の
他の分岐系路6b、6cを伝搬する夫々の偏波面変調光
は検光子3b、3cを通って強度変調光になった後、コ
リメータレンズ14で空間光からファイバ1に入射さ
れ、O/E変換器15で電気信号に変換されて選択回路
16に送られる。
【0042】この選択回路16に送られる3波の強度変
調光のうち少なくても1波には、前記作用で説明したよ
うに、光ファイバ1中を伝送中に光外部変調器11によ
り印加された信号が必ず含まれる。
【0043】図2の選択回路16では入力された3波の
各々の信号レベルを比較し、最も信号レベルの高い1波
が選択されて出力される。選択回路16は3波の信号レ
ベルの和を出力するようにしてもよい。この場合は3波
の信号が相互に干渉して相殺してしまうことがないよう
に位相関係に留意する必要がある。また選択回路16の
出力時にAGC(自動利得制御)をかけて出力信号のレ
ベルを一定にすると以後の処理が容易である。
【0044】選択回路16からの出力は処理回路17で
処理される。
【0045】以上述べたように、本発明では全ての偏光
状態における偏波面変調光を確実に検波することができ
る。なお検光子3a、3b、3cの配置は本発明の意図
を満足できればよいので、前記実施例の配置に限定され
るものではない。
【0046】
【発明の効果】本発明のうち請求項1の偏波面変調光の
受光方法によれば検光子3a、3b、3cを固定した状
態で常に偏波面変調光を検出することができる。
【0047】本発明のうち請求項2の偏波面変調光の受
光装置によれば、検光子3a、3b、3cを固定した状
態で常に変調信号を得ることができ、しかも装置の構成
が簡潔になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の偏波面変調光の受光装置の一実施例を
示す説明図。
【図2】図1の偏波面変調光の受光装置における受光部
の第1の例を示す説明図。
【図3】図1の偏波面変調光の受光装置における受光部
の第2の例を示す説明図。
【図4】図1の偏波面変調光の受光装置における受光部
の第3の例を示す説明図。
【図5】本発明の偏波面変調光の受光方法における伝搬
光の偏光状態をポアンカレ球表面上で表現した説明図。
【図6】(a)(b)は偏波面変調光の偏光方向の異な
る例を示す説明図。
【図7】(a)(b)は偏波面変調光の偏光方向の説明
図であり、図6の場合と異なる場合の例を示す説明図。
【図8】(a)(b)は従来の偏波面変調システムの説
明図。
【図9】従来の偏波面変調光伝送システムの説明図。
【図10】(a)(b)(c)は従来の偏波変調光処理
方法の説明図。
【符号の説明】
1 光ファイバ 2 π/2位相子 3a 第1の検光子 3b 第2の検光子 3c 第3の検光子 4 受光部 5a、5b 分岐器 6a、6b、6c 分岐系路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/06 G02B 6/00 G02F 1/01 (72)発明者 西川 重昭 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号 古 河電気工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバ(1)を伝搬する光の偏波面
    を変調信号に応じて変化させた偏波面変調光を3分岐
    し、3分岐された偏波面変調光のうち一つの偏波面変調
    光はπ/2位相子(2)を通してから第1の検光子(3
    a)を通し、他の二つの偏波面変調光はπ/2位相子
    (2)を通さずに第2、第3の検光子(3b、3c)を
    通し、これら各検光子(3a、3b、3c)を通した強
    度変調光を受光するようにしたことを特徴とする偏波面
    変調光の受光方法。
  2. 【請求項2】 光ファイバ(1)を伝搬する光の偏波面
    を変調信号に応じて変化させた偏波面変調光を受光する
    受光部(4)が、受光した偏波面変調光を分岐する分岐
    器(5a、5b)と、3つの分岐系路(6a、6b、6
    c)のうちの一つの分岐系路(6a)に設けたπ/2位
    相子(2)と、そのπ/2位相子(2)の後に設けた検
    光子(3a)と、他の2つの分岐系路(6b、6c)に
    設けた検光子(3b、3c)を備え、π/2位相子
    (2)が1/4波長板でありこの1/4波長板(2)と
    第1の検光子(3a)が互いに45°の角度差をもって
    配置され、第2の検光子(3b)と第3の検光子(3
    c)が互いに45°の角度差をもって配置されてなるこ
    とを特徴とする偏波面変調光の受光装置。
JP5339691A 1993-12-06 1993-12-06 偏波面変調光の受光方法とそれに用いられる受光装置 Pending JPH07162370A (ja)

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