JPH08184788A

JPH08184788A - 偏光制御装置

Info

Publication number: JPH08184788A
Application number: JP7015537A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nitta; 淳新田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-01-04
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】可動部分がなくて短時間で入力光の偏光状態が
変化する場合にも対応でき、小型化可能な偏光制御装置
である。【構成】光ファイバ中を伝送される光信号６を偏光分離
手段１で２つの直交する方向の偏波に分離し、分離され
た各光成分の振幅を光増幅装置２、３で調整する。これ
らの光成分の光の位相差を位相制御手段４で調整（位相
調整）したのちに、合流手段６で合流する。この構成の
系で、分離された各光成分の振幅調整と位相調整を行う
ことにより、所望の偏光状態の光信号７に変換できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の偏光状態を制御す
る偏光制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光の偏光状態を変えるものには、
波長板を用いたものや、光ファイバをコイル状に巻いた
偏光制御素子（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒ
ｓ，ｖｏｌ．２５Ｎｏ．２０ｐ．７７８，“Ｓｉｎ
ｇｌｅ−Ｍｏｄｅｆｉｂｒｅｆｒａｃｔｉｏｎａｌ
ｗａｖｅｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｐｏｌａｒｉｓ
ａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ”に原理が記載さ
れている）がある。両者とも製品として市販されてい
る。光通信システムにおいて、光素子の偏光依存性が影
響する場合に、このような偏光制御装置を用いて光信号
の伝送状態を制御し、最適な伝送品質へと調整してい
た。

【０００３】図１７に示す構成は、この最も簡単な例で
ある。図１７において、５０１は光送信機、５０２は光
ファイバ、５０３は光受信機、５０４はファイバ型の偏
波コントローラ、５０５は送信しようとする電気信号、
５０６は光信号、５０７は受信された電気信号である。
このような構成で、光受信機５０３に偏光依存の受信特
性がある場合、光ファイバ５０２中で乱れた光の偏光状
態を偏波コントローラ５０４で調整して最適な受信状態
にしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、伝送されてくる光信号５０６の偏光状態
を調整あるいは制御するために、ファイバ型の偏光制御
装置あるいは波長板を使用する必要があり、ファイバ型
偏光制御装置は小型化に限度があり、波長板は、一度、
ファイバ中を伝送されている光を空中へ出さなければな
らず、精度の高い光学系が必要となるという欠点があっ
た。さらに両者とも、コイル状のファイバあるいは波長
板を回転させる機構が必要となり、装置全体が大がかり
になる欠点に加えて、短時間で偏光状態が変化する場合
に対応できない欠点もあった。

【０００５】従って、本発明の目的は、可動部分がなく
て短時間で偏光状態が変化する場合にも対応でき、小型
化可能な偏光制御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】本発明によれば、光ファ
イバ中を伝送される光信号などを２つの直交する方向の
偏波に分離し、分離された各光成分の振幅を調整し（振
幅調整）、これらの光成分の光の位相差を調整（位相調
整）したのちに合流する系を構成し、振幅調整と位相調
整を行うことにより、所望の偏光状態の光信号などに変
換できるようにしたものである。

【０００７】上記の系を用いて、例えば、分離した各成
分の振幅を振幅調整により同一にし、さらに位相調整に
より各成分の光の位相を一致させることにより、直線偏
光の光を得ることができる。

【０００８】詳細には、本発明による偏光制御装置は、
任意の偏光状態の光を２つの互いに直交する光に分離す
る偏光分離手段、該偏光分離手段により分離された２つ
の光の強度をそれぞれ調整する強度調整手段、該２つの
光の相対的な位相を調整する位相調整手段、該強度調整
手段および該位相調整手段により作用を受けた該２つの
光を合流させる合流手段からなることを特徴とする。偏
光制御装置は、更に該２つの光それぞれから一部分を分
離し位相制御手段および偏光回転手段を用いて他方の直
交する光成分の経路と合流させる手段を有してもよい。
また、更に該合流手段からの出力光の偏光状態を検出す
る検出手段、及び該検出手段からの信号を受けて該強度
調整手段および位相調整手段の動作を制御する制御手段
を有してもよい。

【０００９】より具体的には、以下の形態が可能であ
る。偏光状態検出手段が分岐手段、偏光制限手段、光検
出器から構成されている。偏光状態検出回路が分岐手
段、偏光状態変換手段、偏光制限手段、光検出器から構
成されている。偏光状態変換手段が４分の１波長板で構
成される。偏光分離手段が偏光ビームスプリッタであ
り、強度調整手段が光増幅素子であり、位相調整手段が
半導体型位相変調素子であり、合流手段がプリズム型ビ
ームスプリッタである。各手段が半導体基板上にモノリ
シックに構成されている。偏光分離手段が偏光分離ファ
イバカップラであり、合流手段がファイバカップラであ
る。

【００１０】また、本発明による光送信機は、すくなく
とも上記偏光制御装置（特に、合流手段からの出力光の
偏光状態を検出する検出手段、及び該検出手段からの信
号を受けて強度調整手段および位相調整手段の動作を制
御する制御手段を有するもの）、制御装置、半導体レー
ザから構成され、送信信号に基づいて該制御装置により
制御される該半導体レーザからの光が該偏光制御装置に
入力され、入力光が偏光状態が制御されて該偏光制御装
置から出力されることを特徴とする。

【００１１】また、本発明による光通信システムは、上
記偏光制御装置（特に、合流手段からの出力光の偏光状
態を検出する検出手段、及び該検出手段からの信号を受
けて強度調整手段および位相調整手段の動作を制御する
制御手段を有するもの）が少なくとも１つ含まれること
を特徴とする。

【００１２】

【実施例１】図１は本発明の一形態の特徴を最もよく表
す図面である。同図において、１は入力光を偏光方向が
互いに直交する２つの光に分離する偏光分離手段（例え
ば、偏光分離ビームスプリッタ）、２、３は分離された
２つの光を夫々増幅する光増幅装置、４は光増幅装置３
からの光の位相を制御する位相制御手段、５は光増幅装
置２からの光と位相制御手段４からの光とを合流させる
合流手段、６は任意の偏光状態の入力光、７は出力光で
ある。

【００１３】次に本実施例の動作について説明する。入
力光６は、偏光分離手段１により、偏光方向が互いに直
交する２つの光に分離され、各成分の光は、光増幅装置
２、３により、例えば、同じ振幅になるように調整され
る。さらに、位相制御手段４により、例えば、２つの光
を同位相になるように調整し、合流手段５で同振幅で同
位相の２つの光を合流することにより直線偏光状態の光
出力７を得ることができる。この構成で、光増幅装置
２、３で調整する振幅または／及び位相制御手段４で調
整する位相の調整によって、出力光７の偏光状態を種々
に変化させることが可能である。

【００１４】この実施例では光増幅装置２、３を用いて
いるが、光の振幅の調整が大きな目的であるので減衰器
でも構わない。このような減衰器を用いる系の場合、光
の増幅を必要とするならば、増幅度に偏光依存性のな
い、例えば、ファイバアンプを出力光７に使用すること
により所望の光量の光を得ることができる。

【００１５】図２は、図１の実施例の変形例である。図
２において、図１と同一部材には同一番号をつけてあ
る。図１との差は、位相制御手段４、８が偏光分離され
た２つの光成分の各々の経路にあることである。基本的
な動作は図１に示した実施例と同じである。

【００１６】図３に、図２の構成を実際の光学素子で構
成した場合を示した。同図において２１は偏光ビームス
プリッタ、２２−１、２２−２は光増幅器で、半導体型
のもの（半導体レーザ構造を持つもの）でもファイバ型
のもの（光ファイバ増幅器）でも、使用波長において利
得があればよい。２３−１、２３−２は位相制御素子
で、例えば半導体型のもの（例えば、導波層がクラッド
層で挟まれたような構造に電圧を印加できるもの）、２
４は合流素子としてのビームスプリッタ、２５は入力
光、２６−１、２６−２は出力光、２７はコーナーミラ
ーである。

【００１７】図４は、図３の構成で、出力光２６−１、
２６−２を直線偏波に調整する場合の構成である。図４
において、３０は図３の構成の偏光制御装置、３１は制
御回路、３２は光検出器、３３は偏光子、３４は制御回
路３１が光増幅器２２−１、２２−２、位相制御素子２
３−１、２３−２の動作を制御するための信号を伝える
線である。基本的な動作は、図１の動作と同じであ
る。出力光２６−２を、偏光子３３を通して光検出器３
２で受光することにより、本発明の偏光制御装置３０の
出力光２６−１の偏光状態を把握し、制御回路３１によ
って偏光制御装置３０内の光増幅器２２−１、２２−２
と位相制御器２３−１、２３−２の動作を制御する構成
となっている。図４の構成では、偏光子３３は１つで、
出力光２６−２の偏光状態を検出する構成になっている
ので、必要であれば、偏光子３３を回転させることによ
り容易に出力光２６−１の偏光状態を検知することが可
能である。

【００１８】図５には、出力光２６−２から制御回路３
１までの間の他の例を示した。図５の場合、ビームスプ
リッタ３８で出力光２６−２を更に２分し、互いに直交
する偏光方向の光成分を透過するように設定された偏光
子３３−１、３３−２を通して、光検出器３２−１、３
２−２で光を検出し、検出結果を制御回路３１へ入力す
るものである。このような構成にすることにより、前述
のように偏光子３３を回転させなくても、出力光２６−
１の偏光状態を知り、その制御を行うことが可能とな
る。また、図５において、ビームスプリッタ３８を偏光
ビームスプリッタにすることにより、偏光子３３−１、
３３−２を必要としなくできる。

【００１９】図６には出力光２６−１、２６−２を楕円
偏光に制御する場合の構成例を示した。図６において、
図５と同一部材は同一番号がつけてある。図６におい
て、３９−１、３９−２は波長板（４分の１波長板）で
ある。２つの波長板３９−１、３９−２の結晶軸（中性
軸）及びその後３の偏光子３３−１、３３−２の方向
（透過軸）は夫々所望の楕円偏光の２つの軸方向（長軸
と短軸）に一致させてある。２つの光検出器３２−１、
３２−２で検出した信号をもとに、２つの検出信号の強
度比が所望とものとなる様に制御回路３１で偏光制御装
置３０を制御することにより、所望の楕円偏光または円
偏光の出力光２６−１が得られる。

【００２０】上記実施例では、合流手段５としてビーム
スプリッタ２４を用いた構成を示したが、この部分に偏
光ビームスプリッタを使用することにより、より効率よ
く光を用いることができる。

【００２１】

【実施例２】図７は本発明の他の実施例を示す図であ
る。図７は、図２で示される構成をモノリシックな形態
で実現した場合の図である。同図は素子を上面からみた
図である。同図において、４０は偏光分離領域、４１−
１、４１−２は半導体光増幅領域、４２−１、４２−２
は位相制御領域、４３は合流領域、４４は入力光、４５
は出力光、４６は導波路である。

【００２２】偏光分離領域４０は、超格子構造からなる
導波路である分岐型導波路で構成され、分岐導波路の一
方（斜線の方）が混晶化されていて偏波モードスプリッ
タとして働くものである（このような偏波モードスプリ
ッタは、電子情報通信学会技術報告ＯＱＥ９１−１６０
に記載されている）。即ち、分岐導波路の混晶化されて
いない方はＴＥ光が導かれ、分岐導波路の混晶化されて
いる方はＴＭ光が導かれる。

【００２３】図７の各部の断面構成を示す図を、図８〜
図１０に示した。図８は図７のＡ−Ａ′断面の偏光分離
領域４０を、図９は図７のＢ−Ｂ′断面の光増幅領域４
１−１、４１−２を、図１０は図７のＣ−Ｃ′断面の位
相制御領域４２−１、４２−２をあらわしている。図８
〜１０において、１０１は例えばｎ型ＩｎＰである基
板、１０２は例えばｎ型ＩｎＰからなる第１クラッド
層、１０３は例えばＩｎＧａＡｓ（厚さ２８Å）、Ｉｎ
Ｐ（厚さ４６Å）から成る１２５周期の超格子層、１０
４は超格子１０３の混晶化領域、１０５は例えば１．５
５μｍの光に利得があるように構成されたＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層、１０６は例えばｐ型ＩｎＰからなる第２クラ
ッド層、１０７は例えばｐ型ＩｎＰからなるキャップ
層、１０８は例えばＳｉ₃Ｎ₄からなる絶縁膜、１０９、
１１０は電極、１１１は２つの導波路を電気的に分離す
るための溝であり、図９、図１０のように表面から第１
クラッド層１０２の途中に至るまで形成してある。ま
た、１１２は例えばｐ型ＩｎＧａＡｓである導波層であ
る。

【００２４】動作は実施例１と同じである。光増幅領域
４１−１、４１−２では閾値以下の電流を注入し、位相
制御領域４２−１、４２−２では電圧を印加するか電流
を注入して屈折率を制御する。

【００２５】また、本実施例では、導波構造として、リ
ッジ型導波路を用いたが、特にこの構造に限定される訳
ではなく、他の半導体レーザが構成可能な導波構造であ
れば何を使用してもよい。また、材料系も、ここではＩ
ｎＰ系の構成例を示したが、ＧａＡｓなど半導体レーザ
を形成することが可能な材料であれば、同じ形態のもの
が形成可能であることは勿論である。

【００２６】図１１は、図７で示した構成の素子を図４
に示す制御回路に適用を容易にした構成例である。図７
の合流領域４３が分岐導波路で構成されていたものを、
波面分割型カップラ４８に置き換えたものである（波面
分割型カップラは例えば特開平４−１５１８８６に記載
されている）。波面分割型カップラ４８では、スリット
４８ａが垂直方向に導波路１１２を貫いて充分な深さま
で、導波方向に対して４５度の角度をなして水平方向の
中央まで形成されている。光波はスリット４８ａのある
所では９０度だけ角度を変えて反射され、スリット４８
ａのない所ではそのまま同方向に通過する。これによ
り、出力光４５と共に制御用出力光４９が得られる。

【００２７】

【実施例３】図１２に本発明の更なる他の実施例を示し
た。この実施例は光ファイバを用いて系を構成したもの
である。図１２において、２０１は１×２の偏光分離フ
ァイバカップラ、２０２は可変減衰器、２０３は加熱が
可能な構成となっていて、加熱によって屈折率を変化さ
せて２つの経路を通る光の位相を調整する加熱部、２０
４は２×２ファイバカップラ、２０５は入力光、２０６
−１、２０６−２は出力光、２０７は偏波保持ファイバ
である。

【００２８】本構成の動作は図２で示したものと同じで
あるので、ここでは省略する。また本構成を用いること
により、図４に示す系において使用が可能である。

【００２９】実施例１の図３や図４の例では偏光分離手
段として偏光分離スプリッタ２１を用いている。この偏
光分離スプリッタは、周知のように、特定の方向の直線
偏光の光（偏光分離スプリッタのＰ波、またはＳ波に相
当する光）が入力した場合に、２つの直交する直線偏光
の光に分離することができないので、該実施例で示した
ような動作を示さない。このような場合は、入力光を従
来使用されていたようなファイバ型偏光制御装置などを
通して、偏光分離スプリッタによって２つの直交する直
線偏光の光に分離できることを確実にさせる必要があ
る。この場合、小型化など、上記問題点で示したいくつ
かのものは改善できないが、早い偏波変動に対応できる
という長所が残り、十分に効果のある構成となる。

【００３０】

【実施例４】図１３は、本発明の第４の実施例を示す図
である。図１３において図２と同一部材は同一番号がつ
けてある。図２と図１３の相違は、偏光分離手段１で分
離された２つの光信号について、分岐合流手段６１でそ
の一部を分岐し位相制御手段６２および偏光回転手段６
３を用いて偏光方向と位相を合わせて他方の経路の光と
結合していることである。

【００３１】図１３の具体的な構成例を示す図が図１４
である。図１４において図３と同一部材には同一番号が
つけてある。図１４の新しくつけ加えた光学素子は７０
の波長板である。この波長板７０は図１３の偏光回転手
段６３に相当し、直線偏光の光をそれと直交する直線偏
光の光に変換するものである。位相制御手段６２に相当
するものは位相制御素子２３−３である。

【００３２】このような構成にすることによって、図３
や図４の実施例の構成に比較して、直線偏波の光が偏光
分離手段１に入力し、一方の経路にのみ光出力が発生す
る場合にも対処することが可能となる。

【００３３】図１５には、図１４の構成を若干、改善し
た構成を示した。図１５と図１４の差異は、入力光２５
を偏光ビームスプリッタ２１で分離した後の部分であ
る。図１４の構成の場合、偏光ビームスプリッタ２１で
分岐した後の光をビームスプリッタ２４で分岐した後、
もう一方の経路へ入力するが、光学部品の数を少なくす
るために共通の経路を用いている。このため、４枚のミ
ラー２７で光がまわり、動作を不安定にする可能性があ
った。この点を改善し、それぞれの経路を別にした構成
が図１４である。図１５のように２つの結合経路を独立
に設けることにより上記の点を改善したものである。動
作は、図３や図４の例と実質的に同じである。

【００３４】

【実施例５】本発明の偏光制御装置を光送信機に適用し
た場合の構成を図１６に示した。図１６において、３０
１は制御回路、３０２は例えば半導体レーザ、３０４は
本発明の偏波制御手段、３０６は光ファイバ、３０３は
半導体レーザ３０２と偏波制御手段３０４を光学的に結
合する手段で、例えばレンズなどから構成される。ま
た、３０５は偏波制御手段と光ファイバ３０６を光学的
に結合する手段、３０７は送信しようとする電気信号、
３０８は出力される光信号である。この場合、半導体レ
ーザ３０２からの光は、光学結合手段３０３を介して偏
波制御手段３０４に入るときに、図３、図４などの例の
偏波制御手段３０４の偏光ビームスプリッタ２１におけ
るＰ波やＳ波にならないように、例えば略その中間の状
態になる様に設定されているものとする。半導体レーザ
３０２からは、差程偏波面が変動しないＴＥ光が普通得
られるので、こうした設定は容易にできる。

【００３５】このような構成とすることにより、光信号
３０８の偏光状態を容易に時間的に変化させることがで
き、通信前に最適偏光状態を設定するような通信方式に
対応することができる。この例としては、光送信機から
の出力光を円偏光状態にして送信し、受信側の受信機の
検出感度に偏光依存性があっても、光信号の偏光特性に
よる伝送品質の低下を防ぐものがある（例えば、本出願
人による特開平５−２６９７１４号明細書を参照）。

【００３６】また、従来例で示した構成（図１７）の偏
波制御装置の代わりに用いることが可能であることはも
ちろんのこと、従来の光通信システム中で用いられてい
た偏光制御装置の代わりに用いることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
任意の偏光状態の光を互いに直交する２つの直線偏光の
光に分離し、分離された各光成分の強度を調整し、互い
の位相を調整した後に、合流させることにより、所望の
偏光状態の光を得られるようになる。これにより可動部
分がなく、小型化可能な偏光制御装置を構成することが
可能となる。

【００３８】また、本発明を構成する各部品を外部から
電気的に制御可能なものとすることにより、従来より高
速に偏光状態を制御できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の偏光制御装置の構成図である。

【図２】実施例１の変形例の偏光制御装置の構成図であ
る。

【図３】図２の構成を実際の光学素子で構成した場合の
構成図である。

【図４】図３の構成で出力光を直線偏波に調整する場合
の構成図である。

【図５】出力光から制御回路までの間の図４とは異なる
構成の構成図である。

【図６】出力光を楕円偏光に制御する出力光から制御回
路までの間の構成の構成図である。

【図７】図２の構成をモノリシックな形態で実現した実
施例２の偏光制御装置の構成図である。

【図８】図７のＡ−Ａ′断面図である。

【図９】図７のＢ−Ｂ′断面図である。

【図１０】図７のＣ−Ｃ′断面図である。

【図１１】図７の構成を、図４に示す制御回路に適用を
容易にした構成例の構成図である。

【図１２】光ファイバを用いて系を構成した実施例３の
偏光制御装置の構成図である。

【図１３】実施例４の偏光制御装置の構成図である。

【図１４】図１３の構成を実際の光学素子で構成した場
合の構成図である。

【図１５】図１４の構成の変形例の偏光制御装置の構成
図である。

【図１６】本発明の偏光制御装置を光送信機に用いた実
施例５の構成図である。

【図１７】従来例を説明する図である。

【符号の説明】

１偏光分離手段２、３光増幅装置４、８、６２位相制御手段５合流手段６、２５、４４、２０５入力光７、２６、４５、４９、２０６出力光２１偏光ビームスプリッタ２２光増幅器２３位相制御器２４、３８ビームスプリッタ２７ミラー３０、３０４偏光制御装置３１制御回路３２光検出器３３偏光子３４制御信号３９、７０波長板４０偏光分離領域４１光増幅領域４２位相制御領域４３合流領域４６導波路４８波面分割型カップラ４８ａスリット６１分岐合流手段６３偏光回転手段１０１基板１０３超格子１０４混晶化領域２０１１×２偏光分離ファイバカップラ２０２可変減衰器２０３加熱部２０４２×２ファイバカップラ２０７偏波保持ファイバ３０１制御回路３０２半導体レーザ３０３、３０５光学結合手段３０６光ファイバ３０７電気信号３０８光信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】任意の偏光状態の光を２つの互いに直交
する光に分離する偏光分離手段、該偏光分離手段により
分離された２つの光の強度をそれぞれ調整する強度調整
手段、該２つの光の相対的な位相を調整する位相調整手
段、該強度調整手段および該位相調整手段により作用を
受けた該２つの光を合流させる合流手段からなることを
特徴とする偏光制御装置。
【請求項２】更に該２つの光それぞれから一部分を分
離し位相制御手段および偏光回転手段を用いて他方の直
交する光成分の経路と合流させる手段を有していること
を特徴とする請求項１記載の偏光制御装置。
【請求項３】更に該合流手段からの出力光の偏光状態
を検出する検出手段、及び該検出手段からの信号を受け
て該強度調整手段および位相調整手段の動作を制御する
制御手段を有していることを特徴とする請求項１または
２に記載の偏光制御装置。
【請求項４】該偏光状態検出手段が分岐手段、偏光制
限手段、光検出器から構成されていることを特徴とする
請求項３記載の偏光制御装置。
【請求項５】該偏光状態検出回路が分岐手段、偏光状
態変換手段、偏光制限手段、光検出器から構成されてい
ることを特徴とする請求項３記載の偏光制御装置。
【請求項６】該偏光状態変換手段が４分の１波長板で
構成されることを特徴とする請求項５記載の偏光制御装
置。
【請求項７】該偏光分離手段が偏光ビームスプリッタ
であり、強度調整手段が光増幅素子であり、位相調整手
段が半導体型位相変調素子であり、合流手段がプリズム
型ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の偏光制御装置。
【請求項８】半導体基板上にモノリシックに構成され
ていることを特徴とする請求項１記載の偏光制御装置。
【請求項９】該偏光分離手段が偏光分離ファイバカッ
プラであり、合流手段がファイバカップラであることを
特徴とする請求項１記載の偏光制御装置。
【請求項１０】すくなくとも請求項３の偏光制御装
置、制御装置、半導体レーザから構成され、送信信号に
基づいて該制御装置により制御される該半導体レーザか
らの光が該偏光制御装置に入力され、入力光が偏光状態
が制御されて該偏光制御装置から出力されることを特徴
とする光送信機。
【請求項１１】請求項３の偏光制御装置が少なくとも
１つ含まれることを特徴とする光通信システム。