JPH07280649A - 光導波路型偏波検知装置 - Google Patents
光導波路型偏波検知装置Info
- Publication number
- JPH07280649A JPH07280649A JP7175194A JP7175194A JPH07280649A JP H07280649 A JPH07280649 A JP H07280649A JP 7175194 A JP7175194 A JP 7175194A JP 7175194 A JP7175194 A JP 7175194A JP H07280649 A JPH07280649 A JP H07280649A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polarization
- optical waveguide
- light
- substrate
- waveguide type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 迅速に偏波検知ができ、かつ、装置全体が小
型で、耐振動特性が高い光導波路型偏波検知装置を提供
する。 【構成】 基板上に形成される光導波路によって構成さ
れるマッハーツェンダー型干渉計において、入射側の分
岐部分に設けられ、任意の偏波状態をもつ入射光を、基
板表面に平行又は垂直な電界成分をもつ直交する２つの
偏波成分に分離し、かつ、分岐する機能を有する偏波分
離器と、分岐される光導波路の一方に設けられ、外部電
界によって位相可変な位相板と、分岐される光導波路の
他方に設けられ、偏波の主軸を９０°回転させる偏波変
換器と、出射側の合流部分に設けられ、２つの偏波成分
が干渉する合波器とからなることを特徴とする。
型で、耐振動特性が高い光導波路型偏波検知装置を提供
する。 【構成】 基板上に形成される光導波路によって構成さ
れるマッハーツェンダー型干渉計において、入射側の分
岐部分に設けられ、任意の偏波状態をもつ入射光を、基
板表面に平行又は垂直な電界成分をもつ直交する２つの
偏波成分に分離し、かつ、分岐する機能を有する偏波分
離器と、分岐される光導波路の一方に設けられ、外部電
界によって位相可変な位相板と、分岐される光導波路の
他方に設けられ、偏波の主軸を９０°回転させる偏波変
換器と、出射側の合流部分に設けられ、２つの偏波成分
が干渉する合波器とからなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】光通信や光計測分野における光波
の偏波状態の検知装置に関する。
の偏波状態の検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、光通信、光計測技術の高度化
に伴って、光波の偏波状態（以下、「ＳＯＰ」という）
を決定する必要が生じる。例えば、コヒーレント光学系
では干渉を利用するため信号光と局部発振光の２つの光
波のＳＯＰが一致している必要がある。このため、信号
光のＳＯＰを検知することにより、コヒーレント受信機
における局部発振レーザーのＳＯＰと、信号光のＳＯＰ
とが一致するようどちらかのＳＯＰが変換される。ま
た、コヒーレント光学以外でも、技術の高度化にともな
って各種光部品の偏波依存性が重要視されつつあり、Ｓ
ＯＰを検知する必要性が高まっている。
に伴って、光波の偏波状態（以下、「ＳＯＰ」という）
を決定する必要が生じる。例えば、コヒーレント光学系
では干渉を利用するため信号光と局部発振光の２つの光
波のＳＯＰが一致している必要がある。このため、信号
光のＳＯＰを検知することにより、コヒーレント受信機
における局部発振レーザーのＳＯＰと、信号光のＳＯＰ
とが一致するようどちらかのＳＯＰが変換される。ま
た、コヒーレント光学以外でも、技術の高度化にともな
って各種光部品の偏波依存性が重要視されつつあり、Ｓ
ＯＰを検知する必要性が高まっている。
【０００３】従来、入射光の偏波を検知する方法とし
て、バルク光学系で構成されるλ／２位相板及びλ／４
位相板を機械的に回転する方法が行なわれている。この
方法では機械的駆動を伴うため検知に数分以上の時間が
かかり、時間に依存するわずかな偏波変動が、高精度な
偏波検知を妨げている。高精度な偏波検知の需要の高ま
りと共に、偏波変動にすばやく追随できるために、検知
の短時間化が待望されているが、この方法では秒単位あ
るいはそれより速く検知できない欠点があった。また、
バルク光学系を用いる方法では、複数のバルク光学素子
を光学軸を相互に調整させる必要があり、このため装置
全体が大型になり、さらに機械的に回転するので耐振動
特性が低いという欠点もあった。
て、バルク光学系で構成されるλ／２位相板及びλ／４
位相板を機械的に回転する方法が行なわれている。この
方法では機械的駆動を伴うため検知に数分以上の時間が
かかり、時間に依存するわずかな偏波変動が、高精度な
偏波検知を妨げている。高精度な偏波検知の需要の高ま
りと共に、偏波変動にすばやく追随できるために、検知
の短時間化が待望されているが、この方法では秒単位あ
るいはそれより速く検知できない欠点があった。また、
バルク光学系を用いる方法では、複数のバルク光学素子
を光学軸を相互に調整させる必要があり、このため装置
全体が大型になり、さらに機械的に回転するので耐振動
特性が低いという欠点もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、ニオブ酸リチウ
ムやタンタル酸リチウムの基板上に形成された光導波路
素子は、結晶の電気光学効果を利用することにより、容
易に数ＭＨｚ程度の周波数で駆動できる。
ムやタンタル酸リチウムの基板上に形成された光導波路
素子は、結晶の電気光学効果を利用することにより、容
易に数ＭＨｚ程度の周波数で駆動できる。
【０００５】本発明の目的は、この光導波路素子の高速
応答性を活かし、迅速に偏波検知ができ、かつ、装置全
体が小型で、耐振動特性が高い光導波路型偏波検知装置
を提供することにある。
応答性を活かし、迅速に偏波検知ができ、かつ、装置全
体が小型で、耐振動特性が高い光導波路型偏波検知装置
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光導波路型
偏光検知装置は、基板上に形成される光導波路によって
構成されるマッハ−ツェンダー型干渉計において、入射
側の分岐部分に設けられ、任意の偏波状態をもつ入射光
を、基板表面に平行又は垂直な電界成分をもつ直交する
２つの偏波成分に分離し、かつ、分岐する機能を有する
偏波分離器と、分岐される光導波路の一方に設けられ、
外部電界によって位相可変な位相板と、分岐される光導
波路の他方に設けられ、偏波の主軸を９０°回転させる
偏波変換器と、出射側の合流部分に設けられ、２つの偏
波成分が干渉する合波器とからなることを特徴とするも
のである。
偏光検知装置は、基板上に形成される光導波路によって
構成されるマッハ−ツェンダー型干渉計において、入射
側の分岐部分に設けられ、任意の偏波状態をもつ入射光
を、基板表面に平行又は垂直な電界成分をもつ直交する
２つの偏波成分に分離し、かつ、分岐する機能を有する
偏波分離器と、分岐される光導波路の一方に設けられ、
外部電界によって位相可変な位相板と、分岐される光導
波路の他方に設けられ、偏波の主軸を９０°回転させる
偏波変換器と、出射側の合流部分に設けられ、２つの偏
波成分が干渉する合波器とからなることを特徴とするも
のである。
【０００７】また、偏波分離器が方向性結合器又はＹ分
岐であることを特徴としまた、基板がニオブ酸リチウム
又はタンタル酸リチウムであることを特徴とする。
岐であることを特徴としまた、基板がニオブ酸リチウム
又はタンタル酸リチウムであることを特徴とする。
【０００８】
【作用】以下図１に従って本発明の詳細な説明を行な
う。
う。
【０００９】図１に示されるように本方式は、光導波路
基板６上に形成された光導波路２で、マッハ−ツェンダ
ー干渉系（以下、「ＭＺ」という）が構成されており、
基本素子として偏波分離器（以下、「ＭＳ」という）
３、位相板（以下、「ＰＳ」という）４、偏波変換器
（以下、「ＭＣ」という）５、及び合波器から構成され
ている。
基板６上に形成された光導波路２で、マッハ−ツェンダ
ー干渉系（以下、「ＭＺ」という）が構成されており、
基本素子として偏波分離器（以下、「ＭＳ」という）
３、位相板（以下、「ＰＳ」という）４、偏波変換器
（以下、「ＭＣ」という）５、及び合波器から構成され
ている。
【００１０】この導波路型偏波検知装置においては、Ｐ
Ｓ４への印加電圧に対する光出力応答の解析によって入
射光１の偏波状態が決められる。以下に各素子の機能と
全体の動作原理を説明する。
Ｓ４への印加電圧に対する光出力応答の解析によって入
射光１の偏波状態が決められる。以下に各素子の機能と
全体の動作原理を説明する。
【００１１】導波路への入射光を複素振幅で表して
【数１】 とする。（１）式は、ＳＯＰは２つのパラメターΦ、ψ
iで完全に記述することができることを表している。即
ち、偏波検知はこれら２つのパラメターの決定に帰着す
る。ここで（１）式の行列は、上段が光導波路基板６の
表面に垂直な電界成分を持つ偏波成分（以下、「ＴＭ」
モード成分と呼ぶ）であり、下段が光導波路基板６の表
面と平行な電界成分を持つ偏波成分（以下、「ＴＥ」モ
ード成分）である。（１）式のΦは、ＴＭ、ＴＥモード
の両モード間の振幅比を表すパラメターであり、ψiは
両モード間の位相差を表すパラメターである。ＭＳ３通
過により上段アームにはＴＭモード成分が、下段アーム
にはＴＥモード成分が各々伝搬する。ＭＳ３通過後の両
アームのパワー比はｃｏｓ2Φ対ｓｉｎ2Φとなる。
iで完全に記述することができることを表している。即
ち、偏波検知はこれら２つのパラメターの決定に帰着す
る。ここで（１）式の行列は、上段が光導波路基板６の
表面に垂直な電界成分を持つ偏波成分（以下、「ＴＭ」
モード成分と呼ぶ）であり、下段が光導波路基板６の表
面と平行な電界成分を持つ偏波成分（以下、「ＴＥ」モ
ード成分）である。（１）式のΦは、ＴＭ、ＴＥモード
の両モード間の振幅比を表すパラメターであり、ψiは
両モード間の位相差を表すパラメターである。ＭＳ３通
過により上段アームにはＴＭモード成分が、下段アーム
にはＴＥモード成分が各々伝搬する。ＭＳ３通過後の両
アームのパワー比はｃｏｓ2Φ対ｓｉｎ2Φとなる。
【００１２】ここでＭＳ３通過による両偏光成分間の位
相シフト効果ψmsと両アームの非対称性（例えば導波路
幅の差）の効果ψniを含めて両アーム間での位相差をψ
0とすると、
相シフト効果ψmsと両アームの非対称性（例えば導波路
幅の差）の効果ψniを含めて両アーム間での位相差をψ
0とすると、
【数２】 ψ0 ＝ ψi ＋ ψms ＋ ψni （２） であり、ここでψmsとψniは時間に依らない定数であ
る。ψmsとψniは、予め独立に測定できる定数であるか
ら、偏波検知においては結局、ψ0 を測定すれば入射光
のＴＭとＴＥモード成分間の位相差ψiが分かる。
る。ψmsとψniは、予め独立に測定できる定数であるか
ら、偏波検知においては結局、ψ0 を測定すれば入射光
のＴＭとＴＥモード成分間の位相差ψiが分かる。
【００１３】一方上段アームはＰＳ４に、下段アームは
ＭＣ５に各々接続される。上段アームではＰＳ４への電
圧印加により外部から可変な位相ψ1が加わり、ＳＯＰ
はｃｏｓΦｅｘｐ〔ｊ（ψ0＋ψ1）〕（ＴＭモード）と
なる。一方下段アームではＭＣ５により、偏波の主軸が
９０度変換されＳＯＰは、ｓｉｎΦ（ＴＭモード）とな
る。
ＭＣ５に各々接続される。上段アームではＰＳ４への電
圧印加により外部から可変な位相ψ1が加わり、ＳＯＰ
はｃｏｓΦｅｘｐ〔ｊ（ψ0＋ψ1）〕（ＴＭモード）と
なる。一方下段アームではＭＣ５により、偏波の主軸が
９０度変換されＳＯＰは、ｓｉｎΦ（ＴＭモード）とな
る。
【００１４】次に、上段アームと下段アームの両方の偏
成成分を合波器７で干渉させる。その出射光８の強度を
Ｐout とすると、
成成分を合波器７で干渉させる。その出射光８の強度を
Ｐout とすると、
【数３】 Ｐout＝１＋ｓｉｎ２Φｃｏｓ（ψ0＋ψ1） （３） となる。ここで前に述べたように、入射光のＳＯＰはΦ
及びψ0（あるいはψi）によって決まっており、位相板
の可変パラメターであるψ1の変化に対するＰo utの振舞
いを観測することによってΦ及びψ0を決定することが
できる。
及びψ0（あるいはψi）によって決まっており、位相板
の可変パラメターであるψ1の変化に対するＰo utの振舞
いを観測することによってΦ及びψ0を決定することが
できる。
【００１５】そのような検知に伴う処理方法の一例を次
に示す。
に示す。
【００１６】（３）式より、ψ1を２π以上の振幅で振
る、例えば鋸歯状電圧９を印加すれば、その時の振幅Ａ
は、Ａ＝ｓｉｎ２Φとなり、ΦはΦ＝１／２arcsinＡと
求まることが分かる。但し、（１）式においては入射光
強度を１に規格化しているため、実際には、振幅Ａは入
射光パワーＰinに対する出力光パワーのＰoutの比とし
て求まる。また同時に、出射光パワーＰoutの三角関数
的振動の位相からψ0が求まる。この様子を図２（ａ）
（ｂ）に示す。
る、例えば鋸歯状電圧９を印加すれば、その時の振幅Ａ
は、Ａ＝ｓｉｎ２Φとなり、ΦはΦ＝１／２arcsinＡと
求まることが分かる。但し、（１）式においては入射光
強度を１に規格化しているため、実際には、振幅Ａは入
射光パワーＰinに対する出力光パワーのＰoutの比とし
て求まる。また同時に、出射光パワーＰoutの三角関数
的振動の位相からψ0が求まる。この様子を図２（ａ）
（ｂ）に示す。
【００１７】図２（ａ）には、横軸に時間、縦軸に印加
される鋸歯状電圧９のパターンを示し、図２（ｂ）に
は、横軸に時間、縦軸に図２（ａ）の鋸歯状電圧９のパ
ターンに対応する入射光強度で規格化された出射光強度
の比を示した。
される鋸歯状電圧９のパターンを示し、図２（ｂ）に
は、横軸に時間、縦軸に図２（ａ）の鋸歯状電圧９のパ
ターンに対応する入射光強度で規格化された出射光強度
の比を示した。
【００１８】図２よりニオブ酸リチウムやタンタル酸リ
チウムの基板上に形成された導波路型の位相板を他の導
波路型素子、即ち偏波分離器、偏波変換器、合波器と組
み合わせて用いることにより、短時間でＳＯＰの検知を
行なうことができることが分かる。
チウムの基板上に形成された導波路型の位相板を他の導
波路型素子、即ち偏波分離器、偏波変換器、合波器と組
み合わせて用いることにより、短時間でＳＯＰの検知を
行なうことができることが分かる。
【００１９】
【実施例】図３を使って本発明の実施例を説明する。
【００２０】ｘカットＬＮ基板を光導波路基板１６とし
て、チタン熱拡散法により基板上にｚ軸伝搬チタン拡散
導波路１２を形成した。電極は金蒸着により形成し、Ｐ
Ｓ４では導波路の両側に電極対１４が、また、ＭＣ５で
は導波路の直上及び両側に電極対１５が設置される構造
とし、電極長はそれぞれ２６ｍｍと１３ｍｍとした。偏
波分離器１３は方向性結合器構造から成り、２つの導波
路が近接した結合部分において、光波が入射されない片
側の導波路の直上にアルミ金属が蒸着されている。この
ため、ＴＭモード成分は２つの近接する導波路間のモー
ド不整合が大きく、完全な結合は生じない。一方、基板
表面状態に強く影響されない偏波モードであるＴＥモー
ド成分は、結合長により異なる光路に移行可能となる。
実施例では、結合器の長さを１５ｍｍとした。合波器は
通常のＹ分岐型導波路とした。
て、チタン熱拡散法により基板上にｚ軸伝搬チタン拡散
導波路１２を形成した。電極は金蒸着により形成し、Ｐ
Ｓ４では導波路の両側に電極対１４が、また、ＭＣ５で
は導波路の直上及び両側に電極対１５が設置される構造
とし、電極長はそれぞれ２６ｍｍと１３ｍｍとした。偏
波分離器１３は方向性結合器構造から成り、２つの導波
路が近接した結合部分において、光波が入射されない片
側の導波路の直上にアルミ金属が蒸着されている。この
ため、ＴＭモード成分は２つの近接する導波路間のモー
ド不整合が大きく、完全な結合は生じない。一方、基板
表面状態に強く影響されない偏波モードであるＴＥモー
ド成分は、結合長により異なる光路に移行可能となる。
実施例では、結合器の長さを１５ｍｍとした。合波器は
通常のＹ分岐型導波路とした。
【００２１】評価に用いた光源は、波長１．５５μｍの
半導体レーザであり、レーザ光を単一モードファイバに
結合させ、さらにファイバ型の偏波制御素子を用いて任
意のＳＯＰの光波を導波路に入射できるようにした。Ｍ
Ｃ５には基板表面と平行な電圧Ｖm（ＴＥ／ＴＭ間のモ
ード複屈折を補償）と、垂直な電圧Ｖc（ＴＥ／ＴＭモ
ード変換）を同時に印加した。実際に、Ｖm＝５０ボル
ト、Ｖc＝１４ボルトで印加電圧を固定してＴＥ／ＴＥ
モード変換を行なった。ＰＳ４には、周期に必要な電圧
Ｖ2π（２８ボルト）より大きい鋸歯状電圧Ｖs（３０ボ
ルト）を印加した。鋸歯状電圧の周期は１ｋＨｚであ
り、その時の出射光パワー変化を２０回積算して平均化
し、出射光パワーの電圧依存性を求めた。得られた測定
データより、最大強度と最小強度から振幅Ａを求め、さ
らに出力パワーの電圧依存性を三角関数にフィッティン
グすることでψ0を求めた。
半導体レーザであり、レーザ光を単一モードファイバに
結合させ、さらにファイバ型の偏波制御素子を用いて任
意のＳＯＰの光波を導波路に入射できるようにした。Ｍ
Ｃ５には基板表面と平行な電圧Ｖm（ＴＥ／ＴＭ間のモ
ード複屈折を補償）と、垂直な電圧Ｖc（ＴＥ／ＴＭモ
ード変換）を同時に印加した。実際に、Ｖm＝５０ボル
ト、Ｖc＝１４ボルトで印加電圧を固定してＴＥ／ＴＥ
モード変換を行なった。ＰＳ４には、周期に必要な電圧
Ｖ2π（２８ボルト）より大きい鋸歯状電圧Ｖs（３０ボ
ルト）を印加した。鋸歯状電圧の周期は１ｋＨｚであ
り、その時の出射光パワー変化を２０回積算して平均化
し、出射光パワーの電圧依存性を求めた。得られた測定
データより、最大強度と最小強度から振幅Ａを求め、さ
らに出力パワーの電圧依存性を三角関数にフィッティン
グすることでψ0を求めた。
【００２２】本実施例では、データの取り込みに２０ｍ
ｓｅｃ及びフィッテングに８００ｍｓｅｃ要したことか
ら、１回当りの測定時間は８２０ｍｓｅｃとなり、１秒
以下の短時間で偏波検知できることが確認できた。
ｓｅｃ及びフィッテングに８００ｍｓｅｃ要したことか
ら、１回当りの測定時間は８２０ｍｓｅｃとなり、１秒
以下の短時間で偏波検知できることが確認できた。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、導波路型の位相板を偏
波分離器、偏波変換器、合波器と組み合わせて用いるこ
とにより、秒単位より速い偏波検知を行なうことができ
る。また、導波路の採用により小型で、機械的駆動部分
が無いため振動等に強く、また、各種光学部品のアライ
ンメント不要のため低価格、等が可能になる。
波分離器、偏波変換器、合波器と組み合わせて用いるこ
とにより、秒単位より速い偏波検知を行なうことができ
る。また、導波路の採用により小型で、機械的駆動部分
が無いため振動等に強く、また、各種光学部品のアライ
ンメント不要のため低価格、等が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路型偏波検知装置の概略図であ
る。
る。
【図２】本発明の光導波路型偏波検知装置における電圧
印加方法と偏波検知方法の原理を説明する図である。
印加方法と偏波検知方法の原理を説明する図である。
【図３】本発明の一実施例を示す図である。
１ 入射光 ２ 光導波路 ３ 偏波分離器（ＭＳ） ４ 位相板（ＰＳ） ５ 偏波変換器（ＭＣ） ６ 基板 ７ 合波器 ８ 出射光 ９ 鋸歯状電圧のパターン １２ ｚ軸伝搬チタン拡散導波路 １３ 方向性結合器構造偏波分離器 １４ 導波路型位相板の電極対 １５ 導波路型偏波変換器の電極対 １６ ｘカットニオブ酸リチウム導波路基板
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｈ０１Ｑ 15/24 Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｊ
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に形成される光導波路によって構
成されるマッハ−ツェンダー型干渉計において、入射側
の分岐部分に設けられ、任意の偏波状態をもつ入射光
を、基板表面に平行又は垂直な電界成分をもつ直交する
２つの偏波成分に分離し、かつ、分岐する機能を有する
偏波分離器と、分岐される光導波路の一方に設けられ、
外部電界によって位相可変な位相板と、分岐される光導
波路の他方に設けられ、偏波の主軸を９０°回転させる
偏波変換器と、出射側の合流部分に設けられ、２つの偏
波成分が干渉する合波器とからなることを特徴とする光
導波路型偏波検知装置。 - 【請求項２】 該偏波分離器が方向性結合器又はＹ分岐
であることを特徴とする請求項１記載の光導波路型偏波
検知装置。 - 【請求項３】 該基板がニオブ酸リチウム又はタンタル
酸リチウムであることを特徴とする請求項１又は２記載
の光導波路型偏波検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7175194A JPH07280649A (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 光導波路型偏波検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7175194A JPH07280649A (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 光導波路型偏波検知装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280649A true JPH07280649A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=13469555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7175194A Pending JPH07280649A (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 光導波路型偏波検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07280649A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100871016B1 (ko) * | 2006-03-24 | 2008-11-27 | 캐논 가부시끼가이샤 | 조명장치, 당해 조명장치를 구비한 노광장치 및 디바이스제조방법 |
-
1994
- 1994-04-11 JP JP7175194A patent/JPH07280649A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100871016B1 (ko) * | 2006-03-24 | 2008-11-27 | 캐논 가부시끼가이샤 | 조명장치, 당해 조명장치를 구비한 노광장치 및 디바이스제조방법 |
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