JPH0961771A - 偏波スクランブル装置 - Google Patents

偏波スクランブル装置

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JPH0961771A
JPH0961771A JP7215736A JP21573695A JPH0961771A JP H0961771 A JPH0961771 A JP H0961771A JP 7215736 A JP7215736 A JP 7215736A JP 21573695 A JP21573695 A JP 21573695A JP H0961771 A JPH0961771 A JP H0961771A
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polarization
modulator
light
modulators
dependent phase
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JP7215736A
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Shiyaama Manitsushiyu
マニッシュ・シャーマ
Shigeru Oshima
茂 大島
Tazuko Tomioka
多寿子 富岡
Hitoshi Takahira
仁 高平
Shu Yamamoto
周 山本
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Toshiba Corp
KDDI Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Kokusai Denshin Denwa KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】入力光がどのような偏波状態であってもスクラ
ンブル可能な偏波スクランブル装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】第1、第2の偏波依存位相変調器1,7を
それぞれの軸3,9が相対的に45°傾くようにして光
学的に直列接続し、第1の変調器1を第1の駆動信号源
2で発生される電気信号で駆動し、第2の変調器7を第
2の駆動信号源8で発生される電気信号で駆動する。入
力光の偏波成分のうち、第1の変調器1の軸方向でない
偏波成分は第1の変調器1によってスクランブルされ、
第1の変調器1の軸方向に残った偏光度は第2の変調器
7によってスクランブルされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えば長距離光
ファイバ伝送リンクに信号光を伝送する際に、予め偏波
をスクランブルするために用いられる偏波スクランブル
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、リンク中に数百個ものエルビウム
ドープ光ファイバ増幅器を挿入した長距離光ファイバ伝
送路が世界的に導入されつつある。ところが、最近にな
って、信号光の偏波に直交する偏波成分に多量のノイズ
が放出されていると報告された(M.G.Taylor,“Observ
ation of the New Polarisation Dependence Effect in
Long Haul Optically Amplifeed System ”,OFC'93 P
D5-1 ,p291)。
【0003】この報告によれば、エルビウム原子の2つ
の励起密度の存在に起因して、一方が一つの偏波の光と
相互作用し、他方がそれと直交する偏波の光と相互作用
するためといわれている。すなわち、もし、信号光がエ
ルビウム原子の一つの励起状態と強く相互作用するよう
に偏光していると、他方の励起状態が強く反転分布し、
結果的に多量のノイズが放出されることになるというの
である。
【0004】このように、エルビウムドープ光ファイバ
増幅器における偏波依存効果は、長距離光ファイバケー
ブル伝送に多大な信号対雑音比の劣化をもたらす。この
問題を解決するためには、光ファイバケーブルで信号光
を伝送する前にその偏波をスクランブルする必要があ
る。
【0005】すなわち、信号光が2つの直交する偏波の
間でスクランブルまたは変調されていれば、信号光は2
つの励起状態と相互作用することになり、強い反転分布
が生じない。このため、ノイズ放出量が減少するように
なり、信号対雑音比を改善することができる。
【0006】図11に従来の偏波スクランブル装置の構
成を示す。図11において、1は偏波依存性を有する位
相変調器(偏波依存位相変調器)であり、信号源2から
の電気信号によって駆動される。
【0007】上記構成において、位相変調器1にある固
定の直線偏波光が入力されると、この位相変調器1はあ
る一つの偏波モード(ここではTEモード)の光とこれ
に直交するモード(ここではTMモード)の光の相対的
な位相差を変調出力する。そこで、信号源2で周期的な
電気信号、例えば正弦波、方形波、擬似ランダム信号等
を発生し、適切な振幅で位相変調器1を駆動する。これ
により、信号光の時間平均の偏光度を0にすることがで
きる。
【0008】しかしながら、上記のように偏波依存位相
変調器を用いた偏波スクランブル装置では、入力光が位
相変調器の主軸に対して45°の直線偏波でなければな
らない。しかし、実際の光伝送装置では、スクランブル
される入力光の偏波は固定でないことが多い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の偏波スクランブル装置は、入力光の偏波状態が既知
でしかも固定である必要があった。しかし、実際の光伝
送装置では、スクランブルされる入力光の偏波は固定で
ないことが多い。
【0010】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたもので、入力光がどのような偏波状態であっても
スクランブル可能な偏波スクランブル装置を提供するこ
とを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の特徴とする発明に係る偏波スクランブル装置
は、それぞれ2つの主軸を備え、各主軸に対応する特定
の偏波の光とそれに直交する偏波の光との相対的な位相
差を変調する第1及び第2の偏波変調器と、前記第1及
び第2の偏波変調器をそれぞれ互いに独立した第1及び
第2の電気信号によって駆動する駆動手段とを具備し、
前記第1及び第2の偏波変調器を、前記第1の偏波変調
器の2つの主軸に対応する偏波をポアンカレ球内で結ん
だ直線と前記第2の偏波変調器の2つの主軸に対応する
偏波をポアンカレ球内で結んだ直線とが90°の角度を
なすように互いに直列に配置し、前記駆動手段により、
前記第1及び第2の偏波変調器を、それぞれ出力光の時
間平均の偏光度が入力偏光に依存せずに0になるように
駆動するようにした。
【0012】第2の特徴とする発明は、第1の特徴とす
る発明において、さらに、前記第1及び第2の偏波変調
器の間に直列に偏波変換素子が介在され、この偏波変換
素子は前記偏波変換素子によって変換された前記第1の
偏波変調器の2つの主軸に対応する偏波をポアンカレ球
内で結んだ直線と前記第2の偏波変調器の2つの主軸に
対応する偏波をポアンカレ球内で結んだ直線とが90°
の角度をなすように、前記第1の偏波変調器の出力光の
偏波を変換させて前記第2の偏波変調器に導出するよう
にした。
【0013】第3の特徴とする発明は、第1の特徴とす
る発明の駆動手段において、互いに位相が90°ずれた
同一周波数の、あるいは互いに異なる周波数の第1、第
2の電気信号によって前記第1、第2の偏波変調器を駆
動するようにした。
【0014】第4の特徴とする発明に係る偏波スクラン
ブル装置は、それぞれ直線偏光に主軸を持ち、主軸に対
応する特定の偏波の光とそれに直交する偏波の光との相
対的な位相差を変調する第1及び第2の偏波依存位相変
調器と、前記第1及び第2の偏波依存位相変調器をそれ
ぞれ互いに独立した第1及び第2の電気信号によって駆
動する駆動手段とを具備し、前記第1及び第2の偏波依
存位相変調器を、それぞれの主軸が相対的に45°傾斜
するように光学的に直列に接続し、前記駆動手段によ
り、前記第1及び第2の偏波依存位相変調器を、それぞ
れ出力光の時間平均の偏光度が入力偏波状態に依存せず
に0になるように駆動するようにした。
【0015】第5の特徴とする発明は、第4の特徴とす
る発明において、さらに、前記第1及び第2の偏波依存
位相変調器の間に直列に介在され、平行な前記第1及び
第2の偏波依存位相変調器の主軸に対して45°傾斜し
た実効的な二つの主軸を有し、前記二つの主軸に対応す
る2偏波の位相差を90°増加または減少させる機能を
有する3dBTE−TM偏波モード変換器を備えるよう
にした。
【0016】第6の特徴とする発明に係る偏波スクラン
ブル装置は、電気信号に依存した割合で偏波変換を行う
TE−TM偏波モード変換器と、前記TE−TM偏波モ
ード変換器の光出力信号を入力して主軸に対応する特定
の偏波の光とそれに直交する偏波の光との相対的な位相
差を変調する偏波依存位相変調器と、前記偏波モード変
換器及び偏波依存位相変調器を、出力光の時間平均の偏
光度が入力偏波状態に依存せずに0になるように、それ
ぞれ第1及び第2の電気信号によって駆動する駆動手段
とを具備するようにした。
【0017】第7の特徴とする発明に係る偏波スクラン
ブル装置は、それぞれコイルの中にファラデー回転素子
が挿入され、コイルを流れる電流によって決定される回
転角だけ前記ファラデー回転素子に入力される光の偏波
軸を回転させる第1及び第2のファラデー回転子と、前
記第1、第2のファラデー回転子間に直列に介在され、
円偏波を直線偏波に変換する1/4波長板と、前記第
1、第2のファラデー回転子の各コイルに、出力光の時
間平均の偏光度が光入力信号の偏波状態に依存せずに0
になるように、電流信号を供給する駆動手段とを具備す
るようにした。
【0018】まず、第4、第6の特徴とする発明の構成
では、その光軸が相対的に45°傾いて直列に接続され
た第1、第2の偏波依存位相変調器が用いられる。第1
の変調器によって入射偏光の一部がスクランブルされ、
第2の変調器によって第1の変調器によってスクランブ
ルされなかった成分がスクランブルされる。もし、入力
偏波状態が第1の変調器によって全くスクランブルされ
ない状態である場合、第2の変調器によって偏光度が0
になるようにスクランブルされる。
【0019】図9にその原理を説明するためのポアンカ
レ球を示す。図9において、球面上の点LとR、Pと
Q、XとYを通る各直線はそれぞれ原点Oで互いに直交
する基準軸であり、各点L,R,P,Q,X,Yは原点
Oから互いに等しい距離にある。ここではRを北極、L
を南極、P,Q,X,Yの各点を通る円を赤道と称する
ことにする。尚、以降に説明するポアンカレ球も同様と
する。
【0020】このようなポアンカレ球において、周波数
f1の電気信号で駆動される第1の偏波依存位相変調器
の第1の光軸S1とこれに直交する第2の光軸S2が、
それぞれ赤道上の点a,bと原点Oを結ぶ直線55,5
6で表されるとする。このとき、点a,bは原点Oにつ
いて対象な位置にある。
【0021】任意の入射偏光54は第1の偏波依存位相
変調器の変調によって第1の光軸S1回りに回転され、
59のような軌跡を描く。変調振幅が適切であれば、こ
のとき、時間平均の残留偏光は60のように第1の偏波
依存位相変調器の2つの光軸S1,S2をポアンカレ球
内で結んだ直線と同じ方向にある。
【0022】これを第1の偏波依存位相変調器に対して
軸が45°傾いている第2の偏波依存位相変調器で変調
する。実際の光軸の45°の傾きはポアンカレ球表示で
は90°の差となって表せるので、周波数f2の電気信
号で駆動される第2の偏波依存位相変調器の第1及び第
2の光軸S3,S4はそれぞれ赤道上の点c,dと原点
Oを結ぶ直線57,58で表される。このとき、点c,
dは原点Oについて対象な位置にある。
【0023】この第2の偏波依存位相変調器によって第
1の偏波依存位相変調器のよる残留偏光60を変調する
と、61のような軌跡を描く。変調振幅が適切であれ
ば、その時間平均は球の中心にある。よって、偏光度を
0にすることができる。
【0024】上記第7の特徴とする発明の構成にあって
は、光の偏波を変調するためにファラデー効果を用いて
いる。この効果を利用すれば、ファラデー回転素子に加
えられた磁界により決定される角度で入力光の角度を回
転させることができる。
【0025】すなわち、ファラデー回転素子を囲むコイ
ルに流れる電流によって回転角が決定する。入力光が直
線偏波であれば、適切な振幅を有する正弦波、方形波、
擬似ランダム信号のような周期的な電流信号でコイルを
駆動しつつ、ファラデー回転素子に信号光を通過させる
ことで、偏光度が0になるようにスクランブルをかける
ことができる。
【0026】しかしながら、ファラデー回転子は円偏波
には何の影響も与えない。このため、2つのファラデー
回転子の間に円偏波を直線偏波に変換する1/4波長板
を挿入する。その結果、第1のファラデー回転子でスク
ランブルされなかった偏波成分は第2のファラデー回転
子によってスクランブルされるようになる。このため、
本発明の偏波スクランブル装置は、現実には直線偏波で
も円偏波にかかわらず、どのような偏波でもスクランブ
ルすることができる。
【0027】以上の原理をよりグローバルに考えると、
図10に示すように、ある偏波変調器の直交する2つの
主軸50a,50bをポアンカレ球内で結んだ直線51
と、もう一つの偏波変調器の直交する2つの主軸52
a,52bをポアンカレ球内で結んだ直線53が互いに
90°の角度をなすように、2つの偏波変調器を配置す
ればよいことがわかる(直交する2偏波はポアンカレ球
上では球の中心を挟んで対向する2点で表される)。こ
れが第1の特徴とする発明である。
【0028】あるいは、2つの偏波変調器の間に波長板
のような偏波変換素子を介在させ、第1の偏波変調器の
波長変換素子によって変換された直交する2つの主軸と
もう一つの偏波変調器の直交する2つの主軸をポアンカ
レ球上で結んだ線が90°の角度をなすように2つの偏
波依存位相変調器を配置すればよい。これが第2の特徴
とする発明である。
【0029】ここで、入力光を完全にスクランブルする
ためには、2つの偏波変調器をそれぞれ同一周波数(但
し、それらは相対的に90°の位相シフトを持って駆動
される)、あるいは2つの互いに異なる周波数の電気信
号で駆動する。これは、同一周波数の場合は、偏波変調
の軌跡がポアンカレ球上で狭い範囲で限定されてしまう
ため、位相シフトが90°の場合を除いては偏光度が入
射偏光に依存して残ってしまうためである。これが第3
の特徴とする発明である。
【0030】前述の第4、第6の特徴を有する構成の発
明は第1の特徴とする発明に分類され、前述の第5、第
7の特徴を有する構成の発明は第2の特徴とする発明に
分類される。
【0031】ここで注意すべきことは、偏波変調器の主
軸が必ずしも直線偏光である必要はなく、2つの変調器
間で前述の関係さえ満たせば、任意の偏光でよいことで
ある。例えば、ファラデー回転子は円偏光に主軸を持
ち、左回り円偏光と右回り円偏光の位相差を変調する偏
波変調器である。もちろん、電気光学結晶を電圧で駆動
するような、偏波依存位相変調器は、ある直線偏光とそ
れに直交する直線偏光に主軸を持つ。同様に、直交する
二つの楕円偏光を主軸として持つ偏波変調器が開発され
れば、第1または第2の特徴とする発明の構成要素とな
り得る。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、図1乃至図8を参照して、
本願発明に係るそれぞれの実施形態を説明する。図1は
第4の特徴とする発明に係る実施形態の構成を示すもの
で、この偏波スクランブル装置は、第1、第2の偏波依
存位相変調器1,7をそれぞれの軸3,9が相対的に4
5°傾くようにして光学的に直列接続し、第1の変調器
1を第1の駆動信号源2で発生される電気信号で駆動
し、第2の変調器7を第2の駆動信号源8で発生される
電気信号で駆動するようにしている。
【0033】偏波依存位相変調器は、特定方向の屈折率
が変調できる物質によって構成される。例えば、ニオブ
酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの電気光学結晶に
よって作られる。また、液晶でも構成可能である。ある
いは、光ファイバにアクチュエータで圧力をかける、あ
るいは光ファイバを引っ張るといった、光ファイバの機
械的変形によっても実現可能である。
【0034】電気光学結晶を使用すれば、印加電圧によ
って屈折率を制御することができ、しかも応答速度が速
いので、比較的容易に高速変調が可能となる。液晶は応
答速度の問題があるが、比較的小さい電圧で変調が可能
である。光ファイバに機械的な変形を加える方式では、
応答速度は遅いが、光ファイバのコネクタ接続で系を構
成できるので、光損失を小さくすることができる。
【0035】以下の説明では、電気光学結晶、特にニオ
ブ酸リチウムを想定して述べる。ニオブ酸リチウムは高
速の変調が可能で、電気光学定数が大きいため、比較的
小さい駆動電圧で動作が可能である。
【0036】入力光の偏波成分のうち、第1の変調器1
の軸方向でない偏波成分は第1の変調器1によってスク
ランブルされ、第1の変調器1の軸方向に残った偏光度
は第2の変調器7によってスクランブルされる。
【0037】但し、入力光を完全にスクランブルするた
めには、2つの位相変調器をそれぞれ(a)同一周波数
の相対的に90°の位相シフトを持つ電気信号で駆動す
る、あるいは(b)2つの互いに異なる周波数の電気信
号で駆動する必要がある。これは、同一周波数で駆動す
ると、偏波変調の軌跡がポアンカレ球上で狭い範囲で限
定されしまい、特に位相シフトが90°の場合を除いて
は偏光度が入射偏光に依存して残ってしまうためであ
る。
【0038】(a)の駆動法では2つの変調器を変調駆
動するための信号源(発振器)が一つで済むという利点
があるが、2つの周波数の位相差を90°に合わせるた
めの回路が必要である。(b)の駆動法では2つの信号
源(発振器)が必要となるが、2つの周波数の位相差を
合わせる回路は不要である。
【0039】駆動波形に関しては、理想的な方形波の場
合は、ピーク・トゥ・ピークの駆動信号に180°の位
相差を引き起こすのに十分な振幅が必要である。正弦波
の場合は、時間平均の偏光度0を達成するためには、方
形波の場合よりやや大きい275°に相当するピーク・
トゥ・ピークの駆動振幅が必要である。
【0040】方形波を使用した場合は駆動電圧が小さく
て済む。正弦波の場合は駆動回路の帯域が狭くてよいの
で、その構成を比較的簡単に済ませることができる。図
2は、任意の偏波の入力光が上記構成による偏波スクラ
ンブル装置を通っていかに変化するかを説明するための
ポアンカレ球を示す図である。図2において、A点で示
されるような偏波24が入力されたとする。第1、第2
の変調器1,7は方形波で駆動されているものと仮定す
る。その変調振幅はピーク・トゥ・ピークで各変調器
1,7の2つの主軸方向の偏波の間に180°の位相差
を生じさせる振幅とする。
【0041】上記A点の偏波24は、第1の変調器1に
よって、A点の偏波24と楕円度が等しく、右回り/左
回りが逆で、楕円の長軸が変調器1の主軸を対称軸とし
て線対称の方向を向いているB点の偏波25に変換され
る。このような変換は、ポアンカレ球上では、第1の変
調器1の主軸26を回転中心としてA点を180°回転
することにより表現される。
【0042】したがって、入力光は第1の変調器1の位
相変調を受けてその偏波がA点とB点の間でスイッチさ
れ、第2の位相変調器7へ送られる。この第2の変調器
7の光軸27は第1の変調器の光軸26と45°(ポア
ンカレ球上では90°)ずれている。よって、A点の偏
波24はA,C(偏波28)間をスイッチし、B点は
B,D(偏波29)間をスイッチするように変調され
る。これら4つの偏波26〜29の時間平均偏光度は0
である。
【0043】第1または第2の変調器1,7は、例えば
ニオブ酸リチウム結晶を異方性軸(z軸)が光の伝搬方
向になるように切り出し、z軸に直交するy軸方向に電
界がかかるように電極をつけることで実現できる。
【0044】ところで、上記のようにバルク上の結晶に
よって構成する方法は、以下に述べる集積化したものと
比較すると、製造が容易で、かつ入出力の光ファイバと
の結合が比較的容易に行えるという利点がある。一方、
装置の集積化は装置全体の挿入損失を減らすことができ
る。特に、導波路構造をとることによって変調のための
駆動電圧を小さくできるという利点がある。しかし、同
じ基板上に異なる結晶軸の光導波路を直接的に集積する
ことは非常に困難である。この問題を改善したのが第
5、第6の特徴とする発明である。
【0045】図3は第5の特徴とする発明に係る実施形
態として、偏波スクランブル装置全体を一つの基板上に
集積した場合の構成を示すもので、x−cutニオブ酸
リチウム基板11に光導波路12をz方向に形成し、光
導波路12に沿って第1の位相変調器13、3dBTE
−TM偏波モード変換器14、第1の位相変換器13と
同一の軸方向を持つ第2の位相変調器15を順に配置し
て構成される。
【0046】第1の位相変調器13は光導波路12の光
入力端側の両側に一対の電極131,132を配置して
構成され、第1の駆動信号源17からの駆動信号によっ
て駆動される。第2の位相変調器15は光導波路12の
光出力端側の両側に一対の電極151,152を配置し
て構成され、第2の駆動信号源18からの駆動信号によ
って駆動される。また、3dBTE−TM偏波モード変
換器14は、第1及び第2の位相変調器13,15の間
の、光導波路12の両側及び上部にそれぞれ電極14
1,142,143を配置して構成され、定電圧源19
からの直流定電圧によって駆動される。
【0047】すなわち、上記の偏波スクランブル装置
は、装置の集積化に際し、同じ基板上に異なる結晶軸の
光導波路を直接的に集積するのではなく、3dBTE−
TM偏波モード変換器14を、同一の軸方向の位相変調
器13,15の間に挿入するように、基板11上にそれ
ぞれの電極141,142,143を形成し、定電圧の
駆動信号を印加するようにしたものである。これによ
り、3dBTE−TM偏波モード変換器14は、その軸
がy方向に対して、xy面で45°傾いている1/4波
長板と同等の偏波モード変換を行うようになる。
【0048】したがって、直線偏波の光4を入力する
と、後に説明するファラデー回転子の実施形態と同様の
スクランブル処理が施され、偏波が随時変化する光10
となって出力されるようになる。
【0049】図4は第6の特徴とする発明の実施形態を
示すものである。尚、図4において図1と同一部分には
同一符号を付して示す。すなわち、この偏波スクランブ
ル装置は、前述の第1の位相変調器及び3dBTE−T
M偏波モード変換器に代わって、z方向に光導波路12
が形成されたx−cutニオブ酸リチウム基板11上に
電気的に制御可能なTE−TM偏波モード変換器20を
配置して構成される。
【0050】上記TE−TM偏波モード変換器20に
は、TE/TMの結合ポイント、すなわちTEモードと
TMモードの伝搬定数が等しくなるバイアス点を中心と
して、x方向に電界がかかるように、駆動信号源22に
よって周期的な変調信号が印加される。このような変調
方法によれば、TE−TM偏波モード変換器20はその
軸がxy面内でy方向に対して45°傾いた偏波依存位
相変調器と同等の動作をするようになる。
【0051】したがって、偏波スクランブラ処理は、1
つの変調可能なTE−TMモード偏波変換器と1つの位
相変調器によって実現可能であり、図3の構成と比較し
て素子数を減らすことができる。
【0052】以上のような集積化の方法をとれば、ファ
イバからの接続の問題はあるものの、素子を一つ一つ接
続していく手間を省くことができる。第7の特徴とする
発明はファラデー効果を利用したものである。この効果
はYIG(イットリューム・アイアン・ガーネット)の
ような結晶でみられるもので、光の伝搬方向と同じ向き
の磁界がかけられた材料に光を通すと、光の偏光方向が
回転する。この効果は光アイソレータでよく用いられ
る。
【0053】図5は第7の特徴とする発明の実施形態を
示すもので、この偏波スクランブル装置は、直列に配置
される第1及び第2のファラデー回転子30,32と、
その間に直列に介在される1/4波長板31とで構成さ
れる。
【0054】第1及び第2のファラデー回転子30,3
2は同構成であり、ファラデー回転素子36をコイル3
5でつつみ、コイル35を流れる電流によって生ずる磁
界により、通過光の偏波回転角が決定される。各ファラ
デー回転子30,32の駆動電流はそれぞれ異なる駆動
信号源33,34から供給される。
【0055】ここで、ファラデー回転子1素子のみの場
合を考えると、直線偏光が入力されたとき、その入力光
は、適切な周波数、振幅を持つ方形波、正弦波、擬似ラ
ンダム信号のような周期信号で変調を受けることでスク
ランブルされ、これによってファラデー回転子から出力
される光はその偏光度の時間平均が0となる。
【0056】しかし、このままでは円偏波が入力された
場合はスクランブルできない。円偏波をスクランブルす
るためには、光がファラデー回転子を通過する前に直線
偏光に変換されなければならない。これは、1/4波長
板によって達成できる。
【0057】以上のことから、どのような偏光状態の光
もスクランブルできる偏波スクランブル装置を実現する
には、図5に示すような構成が必要である。ここでは、
2つのファラデー回転子30,32が用いられる。両者
は1/4波長板31を介して直列に接続される。入力光
4の直線偏波成分は第1のファラデー回転子30によっ
てスクランブルされ、この回転子30を通過した円偏波
成分は1/4波長板31で直線偏波成分に変換された
後、第2のファラデー回転子32によってスクランブル
され、出力光10を得る。
【0058】通過光の偏波を完全にスクランブルするた
めには、前述したように、各ファラデー回転子30,3
2のコイルをそれぞれ(a)同一周波数(但し、それら
は相対的に90°の位相シフトを持って駆動される)、
あるいは(b)2つの互いに異なる周波数で駆動する必
要がある。
【0059】上記構成の偏波スクランブル装置におい
て、図6は、任意偏波の入力光が当該装置を通っていか
に変化するかを図6に示すポアンカレ球にて説明する。
いま、A点で示されるような偏波37が入力されたとす
る。第1、第2のファラデー回転子30,32はいずれ
も方形波で駆動されているものと仮定する。その変調振
幅はピーク・トゥ・ピークで偏波を90°回転させる振
幅とする。
【0060】まず、A点の偏波37は、第1のファラデ
ー回転子30によって、A点から楕円の長軸が90°回
転したB点の偏波38に変換される。このような変換
は、ポアンカレ球上では、球の北極/南極を結ぶ線を回
転中心としてA点を180°回転することにより表現さ
れる。したがって、第1の回転子30を通過する光の偏
波はA点とB点の間でスイッチされる。
【0061】この第1の回転子30の出力光は1/4波
長板31を通過することになるが、この1/4波長板3
1はその主軸41を中心としてポアンカレ球上で偏波を
90°回転させる働きを持つ。したがって、A点、B点
の各偏波37,38はそれぞれC点、D点の偏波39,
40に変換される。
【0062】1/4波長板31を通過した光は、第2の
ファラデー回転子32に入力される。この第2のファラ
デー回転子32は第1のファラデー回転子30と同様に
動作する。よってC点の偏波39はE点の偏波42との
間でスイッチされ、D点の偏波40とF点の偏波43と
の間でスイッチされる。図から明らかなように、C,
D,E,F各点の4つの偏波39,40,42,43の
時間平均の偏光度は0である。
【0063】上記ファラデー回転子30,32を駆動す
る駆動信号の供給法に関して説明する。まず、コイルの
駆動電圧は通常、数十から数百ボルトの高圧となってい
る。これは、コイルの駆動周波数fが光アンプの低域遮
断周波数以上の、通常10kHz以上の比較的高い周波
数であるためである。このような高圧の交流信号を供給
するには、図7(a),(b)にそれぞれ示す構成が考
えられる。尚、図7(a),(b)において、62,6
3は駆動信号源を構成する発振器とアンプである。
【0064】図7(a)に示す方法は、ファラデー回転
子64のコイル(インダクタンス:L)に直列にコンデ
ンサ(キャパシタンス:C)66を挿入し、コイルとコ
ンデンサによって定まる共振周波数ω(ω2 =1/L
C)もしくは共振周波数より多少低い周波数で駆動する
ようにしたもので、安定にかつ低電圧で駆動できるとい
う利点がある。図7(b)に示す方法は、駆動信号をト
ランス65で昇圧した後、ファラデー回転子64のコイ
ルに供給するようにしたもので、多少大型となるが、高
電圧を得やすいという利点がある。どちらの方法も直流
成分を含まないため、駆動電流の直流ドリフトが生じな
い安定な駆動が期待できる。
【0065】したがって、上記の各方法によれば、ファ
ラデー効果の直線性が不十分であっても、安定に駆動で
きる効果を有する。特に、コンデンサを直列に挿入する
方法はトランスを用いる方法より小型になり、トランス
の損失がない分、消費電力が少ない。また、トランスを
用いる方法はコイル中に強磁性体のファラデー材料が挿
入されて、コイルの電流値によりインダクタンスが変動
するようなものに対しても安定に駆動できるという特徴
を有する。
【0066】ファラデー回転子を用いて偏波スクランブ
ル装置を製作した場合、電気光学結晶のDC(直流)ド
リフトのような長期的な性能劣化がないので、長期的に
安定した性能の偏波スクランブル装置を提供することが
可能となる。
【0067】以上の例に加えて、図8(a)〜(c)に
それぞれ示すような構成によっても入射偏光無依存の偏
波スクランブル装置を実現できる。素子間の接続は偏光
状態が変動しないようにビーム接続を用いる。以下に概
略を説明する。
【0068】図8(a)に示す装置は、直線偏光に主軸
を持つ2つの偏波依存位相変調器(例えば電気光学結晶
素子(EOC))44,46を、その互いの主軸が等し
い(または垂直な)向きになるように直列に配置し、そ
の間に45°の固定的な偏光回転を行うファラデー回転
子(FR)45を挿入して構成される。
【0069】この構成によれば、図1に示したような結
晶軸を考慮して切り出した角柱状の2つの電気光学結晶
素子44,46を、平らな板、あるいは台座の上に乗せ
るだけで2素子の光学軸の向きを合わせることができ
る。しかも、ファラデー回転子45は素子44,46の
間に直列に挿入するだけでよいので、その組み立ては非
常に容易である。
【0070】さらに、45°固定のファラデー回転子は
光アイソレータにも使用されているため、非常に安価に
入手することができ、またファラデー回転の飽和領域を
使用するため、安定した特性が得られるという利点もあ
る。
【0071】図8(b)に示す装置は、直線偏光に主軸
を持つ2つの偏波依存位相変調器(EOC)44,46
を、その互いの主軸が等しい(または垂直な)向きにな
るように直列に配置し、その間に偏波依存位相変調器4
4あるいは46の主軸に対して、光の伝搬方向に垂直な
面内で、22.5°の方向に軸を持つ1/2波長板(λ
/2)47を直列に挿入して構成される。
【0072】このバリエーションとしては、直線偏光に
主軸を持つ2つの偏波依存位相変調器44,46の軸が
互いに任意の方向を向いていても、1/2波長板の軸の
方向を調節することでスクランブルが可能となるという
利点を有する。
【0073】また、波長板47は必ずしも1/2波長で
ある必要はなく、1/4から3/4の間であればほぼ条
件を満たすようになる。図8(c)に示す装置は、直線
偏光に主軸を持つ偏波依存位相変調器(EOC)48と
変調可能なファラデー回転子(FR)49を直列に接続
したものである。この方法によれば、素子数が2素子だ
けでよく、しかも軸の向きを気にせずに直列に配置する
だけでよいので、組み立てが容易になる。
【0074】以上、実施形態をいくつか挙げて説明した
が、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形しても、同様
に実施可能であることはいうまでもない。
【0075】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、入力光
がどのような偏波状態であってもスクランブル可能な偏
波スクランブル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第4の特徴とする発明に係る偏波スクランブル
装置の実施形態の構成を示す図である。
【図2】図1の実施形態において、任意の偏波の入力光
が偏波スクランブル装置を通っていかに変化するかを説
明するためのポアンカレ球を示す図である。
【図3】第5の特徴とする発明に係る偏波スクランブル
装置の実施形態の構成を示す図である。
【図4】第6の特徴とする発明に係る偏波スクランブル
装置の実施形態の構成を示す図である。
【図5】第7の特徴とする発明に係る偏波スクランブル
装置の実施形態の構成を示す図である。
【図6】図5の実施形態において、任意の偏波の入力光
が偏波スクランブル装置を通っていかに変化するかを説
明するためのポアンカレ球を示す図である。
【図7】図5の実施形態において、ファラデー回転子へ
の駆動信号供給法を説明するための構成例を示すブロッ
ク回路図である。
【図8】本願発明に係る偏波スクランブル装置の他の実
施形態の構成を示すブロック図である。
【図9】第4、第6の特徴とする発明の動作原理を説明
するためのポアンカレ球を示す図である。
【図10】本願発明の動作原理を説明するためのポアン
カレ球を示す図である。
【図11】従来の偏波スクランブル装置の構成を示す図
である。
【符号の説明】
1,7…偏波依存位相変調器、2,8…駆動信号源、1
1…x−cutニオブ酸リチウム基板、12…光導波
路、13,15…位相変調器、14…3dBTE−TM
偏波モード変換器、17,18…駆動信号源、19…定
電圧源、20…TE−TM偏波モード変換器、22…駆
動信号源、30,32…ファラデー回転子、31…1/
4波長板、33,34…駆動信号源、35…コイル、3
6…ファラデー回転素子、44,46…偏波依存位相変
調器(電気光学結晶素子EOC)、45…ファラデー回
転子(FR)、47…1/2波長板、48…偏波依存位
相変調器(EOC)、49…ファラデー回転子(F
R)、62…発振器、63…アンプ、64…ファラデー
回転子、65…トランス、66…コンデンサ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 富岡 多寿子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 高平 仁 東京都新宿区西新宿2丁目3番2号 国際 電信電話株式会社内 (72)発明者 山本 周 埼玉県上福岡市大原2丁目1番15号 国際 電信電話株式会社研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれ2つの主軸を備え、各主軸に対
    応する特定の偏波の光とそれに直交する偏波の光との相
    対的な位相差を変調する第1及び第2の偏波変調器と、 前記第1及び第2の偏波変調器をそれぞれ互いに独立し
    た第1及び第2の電気信号によって駆動する駆動手段と
    を具備し、 前記第1及び第2の偏波変調器は、前記第1の偏波変調
    器の2つの主軸に対応する偏波をポアンカレ球内で結ん
    だ直線と前記第2の偏波変調器の2つの主軸に対応する
    偏波をポアンカレ球内で結んだ直線とが90°の角度を
    なすように互いに直列に配置され、 前記駆動手段は、前記第1及び第2の偏波変調器を、そ
    れぞれ出力光の時間平均の偏光度が入力偏光に依存せず
    に0になるように駆動するようにしたことを特徴とする
    偏波スクランブル装置。
  2. 【請求項2】 さらに、前記第1及び第2の偏波変調器
    の間に直列に偏波変換素子が介在され、この偏波変換素
    子は前記偏波変換素子によって変換された前記第1の偏
    波変調器の2つの主軸に対応する偏波をポアンカレ球内
    で結んだ直線と前記第2の偏波変調器の2つの主軸に対
    応する偏波をポアンカレ球内で結んだ直線とが90°の
    角度をなすように、前記第1の偏波変調器の出力光の偏
    波を変換させて前記第2の偏波変調器に導出することを
    特徴とする請求項1記載の偏波スクランブル装置。
  3. 【請求項3】 前記駆動手段は、互いに位相が90°ず
    れた同一周波数の、あるいは互いに異なる周波数の第
    1、第2の電気信号によって前記第1、第2の偏波変調
    器を駆動するようにしたことを特徴とする請求項1記載
    の偏波スクランブル装置。
  4. 【請求項4】 それぞれ直線偏光に主軸を持ち、主軸に
    対応する特定の偏波の光とそれに直交する偏波の光との
    相対的な位相差を変調する第1及び第2の偏波依存位相
    変調器と、 前記第1及び第2の偏波依存位相変調器をそれぞれ互い
    に独立した第1及び第2の電気信号によって駆動する駆
    動手段とを具備し、 前記第1及び第2の偏波依存位相変調器は、それぞれの
    主軸が相対的に45°傾斜するように光学的に直列に接
    続され、 前記駆動手段は、前記第1及び第2の偏波依存位相変調
    器を、それぞれ出力光の時間平均の偏光度が入力偏波状
    態に依存せずに0になるように駆動するようにしたこと
    を特徴とする偏波スクランブル装置。
  5. 【請求項5】 さらに、前記第1及び第2の偏波依存位
    相変調器の間に直列に介在され、平行な前記第1及び第
    2の偏波依存位相変調器の主軸に対して45°傾斜した
    実効的な二つの主軸を有し、前記二つの主軸に対応する
    2偏波の位相差を90°増加または減少させる機能を有
    する3dBTE−TM偏波モード変換器を備えることを
    特徴とする請求項4記載の偏波スクランブル装置。
  6. 【請求項6】 電気信号に依存した割合で偏波変換を行
    うTE−TM偏波モード変換器と、 前記TE−TM偏波モード変換器の光出力信号を入力し
    て主軸に対応する特定の偏波の光とそれに直交する偏波
    の光との相対的な位相差を変調する偏波依存位相変調器
    と、 前記偏波モード変換器及び偏波依存位相変調器を、出力
    光の時間平均の偏光度が入力偏波状態に依存せずに0に
    なるように、それぞれ第1及び第2の電気信号によって
    駆動する駆動手段とを具備する偏波スクランブル装置。
  7. 【請求項7】 それぞれコイルの中にファラデー回転素
    子が挿入され、コイルを流れる電流によって決定される
    回転角だけ前記ファラデー回転素子に入力される光の偏
    波軸を回転させる第1及び第2のファラデー回転子と、 前記第1、第2のファラデー回転子間に直列に介在さ
    れ、円偏波を直線偏波に変換する1/4波長板と、 前記第1、第2のファラデー回転子の各コイルに、出力
    光の時間平均の偏光度が光入力信号の偏波状態に依存せ
    ずに0になるように、電流信号を供給する駆動手段とを
    具備する偏波スクランブル装置。
JP7215736A 1995-08-24 1995-08-24 偏波スクランブル装置 Pending JPH0961771A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001013471A (ja) * 1999-06-16 2001-01-19 Agilent Technol Inc 光導素子
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JP2016103002A (ja) * 2014-10-15 2016-06-02 イクスブルー 電気光学位相変調器及び変調方法

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