JPH10197840A - 偏光制御方法及びその装置 - Google Patents

偏光制御方法及びその装置

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JPH10197840A
JPH10197840A JP1180197A JP1180197A JPH10197840A JP H10197840 A JPH10197840 A JP H10197840A JP 1180197 A JP1180197 A JP 1180197A JP 1180197 A JP1180197 A JP 1180197A JP H10197840 A JPH10197840 A JP H10197840A
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JP
Japan
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liquid crystal
axis
crystal element
polarization
light
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Pending
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JP1180197A
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English (en)
Inventor
Kokichi Suganuma
菅沼孝吉
Haruo Takahashi
高橋晴夫
Akihisa Yagishita
柳下晃央
Akira Yamaguchi
晃 山口
Yuzo Matsumoto
松本雄三
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KOSHIN KOGAKU KK
Original Assignee
KOSHIN KOGAKU KK
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0136Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation

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  • Nonlinear Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低価格で高速応答性の優れた偏光制御方法の
提供 【解決手段】 光軸が互いに45°傾いた二枚のネマ
ティック液晶素子を同一光路上に連接する。最初のネマ
ティック液晶素子で入射光の偏光状態をポアンカレ球上
においてS2 軸またはS1 軸の回りに所定角度回転さ
せ,次ぎのネマティック液晶素子でその透過光をポアン
カレ球上においてS1 軸またはS2 軸の回りに所定角度
回転させる。直線偏光(入射光)を任意の偏光状態に高
速変換できる。あるいは楕円偏光を直線偏光に変換でき
る。 【効果】 二枚のネマティック液晶素子故に低価格と高
速応答性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコヒーレント光通信
のヘテロダイン受信機等の偏光制御方法に関する。光軸
が互いに45°傾いた二枚のネマティック液晶素子でコ
ヒーレント光の偏光状態を制御する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザーの出射光が光ファイバー
を通過する際に,光ファイバー自身が有する複屈折や,
印加圧力そして温度変化により出力光の偏光状態は不安
定になる。この変動を補償すべく,複数の一軸性結晶を
回転させる方式は,応答速度と装置が大型化するという
難がある。ツイストネマティック液晶素子とホメオトロ
ピック液晶素子を二枚組み合わせる方式は,旋光子とし
て機能するツイストネマティック素子の旋光最大角度が
180°と狭い。三枚のネマティック液晶素子を同時に
電圧制御する方式は,制御アルゴリズムが複雑で応答速
度が低い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】コヒーレント光通信の
飛躍的普及にはヘテロダインやホモダイン受信機の低価
格化や信頼性向上が必須である。二枚のネマティック液
晶素子で済む局部発振器はこの要請に答え得る。偏光状
態をポアンカレ球上でのS1 軸あるいはS2 軸の回りに
偏回転すべく,互いに45°の光軸傾きを有する二枚の
ネマティック液晶素子を採用する。以下図面に基づいて
詳しく説明する。
【0004】
【課題を解決するための手段】偏光面が基準座標軸に平
行な直線偏光を,光軸がこの偏光面に対して45°傾い
た第一ネマティック液晶素子を用いて,ポアンカレ球上
においてこの直線偏光をS2 軸の回りに回転させ,次い
で,光軸が基準座標軸に平行な第二ネマティック液晶素
子を用いて,ポアンカレ球上において上記液晶素子を通
過した楕円偏光をS1 軸の回りに回転させる。また,光
軸が基準座標軸に平行な第一ネマティック液晶素子を用
いて,ポアンカレ球上においてS1 軸の回りに回転さ
せ,主軸が基準直交座標軸に合った楕円偏光となし,次
いで,光軸が45°の傾きを有する第二ネマティック液
晶素子を用いてポアンカレ球上においてS2 軸の回りに
回転させ,上記基準座標軸に平行な直線偏光に変換す
る。
【0005】
【発明の実施の形態】光軸が互いに45°傾いた第一ネ
マティック液晶素子と第二ネマティック液晶素子とを同
一光路上に連接し,各素子に電圧を印加して透過光の偏
光状態をポアンカレ球上においてS1 またはS2 軸の回
りにそれぞれ回転させる。(ネマティック)液晶素子は
複屈折性を有し異常光と常光の屈折率差を外部電界によ
り制御できる。印加電圧V,液晶の異常光屈折率N1
常光屈折率N0 ,液晶のギャップL,光波長λとする
と,液晶の位相差=[N1 (V)−N0 ]・2πL/λ
となる。ラビング処理されたホモジニアスやホメオトロ
ピックあるいはハイブリッド配向のネマティック液晶素
子を採用する本発明では,20ボルト以下の電圧を印加
することで位相差を360°以上調整可能となる。ここ
で,ポアンカレ球を第5図に示す。ポアンカレ球上の座
標(S1 ,S2 ,S3 )では北極点は(0,0,1),
P点は(1,0,0),Q点は(0,1,0)で示され
る。ポアンカレ球上の赤道は直線偏光を示し,北極・南
極点はそれぞれ右回り・左回りの円偏光を示している。
【0006】ここで可変位位相板として機能する液晶素
子の働きを第6,7図で説明する。θ°は液晶素子の複
屈折である。素子の光軸がポアンカレ球上のS1 軸に平
行な液晶素子に,ポアンカレ球上のA点に位置する偏光
が透過すると,第6図のようにS1 軸の回りにθ°回転
した点Bに移る。光軸がS1 軸に対して45°の傾きを
有する時は,第7図のようにS2 軸の回りにθ°回転し
た点Bに移る。
【0007】基準座標軸(符号4)に平行なTEモード
の直線偏光を異なる偏光状態に変換する実施例が第1図
である。この基準座標軸に対して光軸(符号3)が45
°傾いた第一ネマティック液晶素子1と,S1 軸に平行
な光軸を有する第二ネマティック液晶素子2とを同一光
路上に連接する。ポアンカレ球上のP点(第2図)が入
射光(直線偏光)であり,第一ネマティック液晶素子1
を透過すると,S2 軸の回りにθ°回転してB点に移
る。更に第二ネマティック液晶素子2を透過すると,こ
のB点にあった偏光状態はS1 軸の回りにψ°回転して
C点に移る。各ネマティック液晶素子の印加電圧を制御
することで任意の偏光状態が可能になる。コヒーレント
光通信のヘテロダイン受信機に上記偏光制御方式を採用
したのが第8図である。偏光制御器17は第1図のよう
に互いに光軸が45°傾いた二枚のネマティック液晶素
子で構成され,演算処理装置14の制御下にある駆動電
源16で各液晶素子の複屈折を調整する。局部発振器1
8からのコヒーレント光は基準軸に平行な直線偏光であ
る。両ネマティック液晶素子の複屈折制御により,ポア
ンカレ球上においてそれぞれS1 軸及びS2 軸の回りに
所定角度回転した偏光が得られる(第2図)。一方,光
ファイバー9を経てコリメーター10から平行放射され
るコヒーレント光通信は,ビームスプリッター11を経
て光検出器12に達する。上記局部信号光はビームスプ
リッター15を経てこのスプリッター11でコヒーレン
ト光通信と結合する。通信光と局部信号光の偏光状態の
差を検出する光検出器12は,両偏光状態が一致した時
に最大出力値を呈する。演算処理装置14は光検出器1
2が最大値を採るように各ネマティック液晶素子の印加
電圧を制御する。光検出器12を通過した干渉光は優れ
たコヒーレント通信光に戻る。なお,両ネマティック液
晶素子の連接配置を第1図とは逆にしても良い。この場
合,先ずネマティック液晶素子2の透過時にS1 軸の回
りに回転し,次ぎに素子1を透過する際にS2 軸の回り
に回転する。
【0008】任意の偏光状態をTEモードの直線偏光に
変換する方法を第3図に示す。光軸が基準座標軸に平行
な第一ネマティック液晶素子5と,光軸が45°傾いた
第二ネマティック液晶素子6とを連接する。第4図のポ
アンカレ球上のA点(楕円偏光)は,第一ネマティック
液晶素子5を透過する際にS1 軸の回りにθ°回転し,
主軸がポアンカレ球上のS3 に一致したB点に移る。次
ぎに,第二ネマティック液晶素子6を透過する際に,B
点はS2 軸の回りにψ°回転してC点に移る。第9図は
この方法の実施例である。光ファイバー9からのコヒー
レント通信光を直線偏光に変換する偏光制御器21は,
上記二枚のネマティック液晶素子5,6が配置される。
ビームスピリッター等からなる分離素子22は,TEモ
ード成分光とTMモード成分光とに分離しそのいずれか
を光検出器24と光受信器23へと分配する。演算処理
装置26はこの光検出器24の出力が最大になるように
駆動電電25を介して偏光制御器21を制御する。
【0009】
【発明の効果】本発明は光軸が互いに45°傾いた第一
ネマティック液晶素子と第二ネマティック液晶素子とを
同一光路上に連接し,各素子に電圧を印加して透過光の
偏光状態をポアンカレ球上においてS1 及びS2 軸の回
りにそれぞれ回転させるため,任意の偏波面を無限回転
・高速応答で得ることができ,コヒーレント通信光の品
質を著しい向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【第1図】TEモードの直線偏光を別の偏光状態に変換
する実施例の説明図である。
【第2図】第1図の二枚のネマティック液晶素子を透過
する際の偏光状態をポアンカレ球上で説明する説明図で
ある。
【第3図】任意の偏光状態をTEモードの直線偏光に変
化する実施例の説明図である。
【第4図】第3図の二枚のネマティック液晶素子を透過
する際の偏光状態をポアンカレ球上で説明する説明図で
ある。
【第5図】ポアンカレ球の説明図である。
【第6図】光軸が基準座標軸に平行なネマティック液晶
素子を透過した際の偏光状態をポアンカレ球上で説明す
る説明図である。
【第7図】光軸が基準座標軸に対して45°傾いたネマ
ティック液晶素子を透過した際の偏光状態をポアンカレ
球上に説明する説明図である。
【第8図】第1図のネマティック液晶素子群をヘテロダ
イン受信機に採用した時のブロック説明図である。
【第9図】第3図のネマティック液晶素子群を採用して
コヒーレント通信光を直線偏光に変換する実施例のブロ
ック説明図である。
【符号の説明】
1,5 第一ネマティック液晶素子 2,6 第二ネマティック液晶素子 3 光軸 4 基準座標軸 9 光ファイバー 10 コリメーター 11,15,22 ビームスピリッター 12,24 光検出器 14,26 演算処理装置 16, 25 駆動電源 17,21 偏光制御器 18 局部発振器 23 光受信器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本雄三 神奈川県秦野市曽屋573番地

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光軸が互いに45°傾いた第一液晶素子
    と第二液晶素子とを同一光路上に連接し,各素子に電圧
    を印加して透過光の偏光状態をポアンカレ球上において
    1 及びS2 軸の回りにそれぞれ回転させる,偏光制御
    方法。
  2. 【請求項2】 光軸が互いに45°傾いた第一ネマティ
    ック液晶素子と第二ネマティック液晶素子とを同一光路
    上に連接し,各素子に電圧を印加して透過光の偏光状態
    をポアンカレ球上においてS1 またはS2 軸の回りにそ
    れぞれ回転させる,偏光制御方法。
  3. 【請求項3】 両液晶素子にホモジニアスやホメオトロ
    ピックあるいはハイブリッド配向のネマティック液晶を
    採用する,請求項2記載の偏光制御方法
  4. 【請求項4】 偏光面が基準座標軸に平行な入射直線偏
    光を,光軸がこの偏光面に対して45°傾いた第一液晶
    素子を用いて,ポアンカレ球上においてこの直線偏光を
    2 軸の回りに回転させ,次いで,光軸が基準座標軸に
    平行な第二液晶素子を用いて,ポアンカレ球上において
    上記液晶素子を通過した楕円偏光をS1 軸の回りに回転
    させる,偏光制御方法。
  5. 【請求項5】 両液晶素子にホモジニアスやホメオトロ
    ピックあるいはハイブリッド配向のネマティック液晶を
    採用する,請求項4記載の偏光制御方法
  6. 【請求項6】 光軸が基準座標軸に平行な第一液晶素子
    を用いて,ポアンカレ球上においてS1 軸の回りに回転
    させ,偏光の主軸が基準座標軸に合った楕円偏光とな
    し,次いで,光軸が基準座標軸に対して45°の傾きを
    有する第二液晶素子を用いてポアンカレ球上においてS
    2 軸の回りに回転させ,上記基準座標軸に平行な直線偏
    光に変換する,偏光制御方法。
  7. 【請求項7】 両液晶素子にホモジニアスやホメオトロ
    ピックあるいはハイブリッド配向のネマティック液晶を
    採用する,請求項6記載の偏光制御方法
  8. 【請求項8】 偏光面が基準座標軸に平行な入射直線偏
    光を,S2 軸の回りに回転させる第一液晶素子と,この
    素子を通過した楕円偏光をポアンカレ球上においてS1
    軸の回りに回転させる第二液晶素子と,この局部発振楕
    円光とコヒーレント通信光との整合を検出する光検出器
    と,この光検出器の出力が最大値を採るように両液晶素
    子の印加電圧を調整する演算処理装置と,両液晶素子に
    電圧を印加する電圧駆動電源からなる,偏光制御装置。
  9. 【請求項9】 任意の楕円偏光の主軸をポアンカレ球上
    においてS1 軸の回りに回転させ楕円偏光の主軸を基準
    直交座標軸に対して平行に合わせる第一液晶素子と,こ
    の楕円偏光をS2 軸の回りに回転して基準座標軸に平行
    な直線偏光に変換する第二液晶素子と,この透過光をT
    Eモード成分光とTMモード成分光に分離する分離素子
    と,分離されたTMモード成分光の強度を測定する検出
    器と,この検出器が最大値を採るように両液晶素子を制
    御する演算処理装置と,両液晶素子に電圧を印加する電
    圧駆動電源からなる,偏光制御装置。
  10. 【請求項10】 両液晶素子にホモジニアスやホメオト
    ロピックあるいはハイブリッド配向のネマティック液晶
    を採用し,かつ,両液晶の光軸が互いに45°傾いてい
    る,請求項8あるいは請求項9記載の偏光制御装置。
JP1180197A 1997-01-06 1997-01-06 偏光制御方法及びその装置 Pending JPH10197840A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002012947A1 (en) * 2000-07-26 2002-02-14 Cominet Corporation Apparatus and method for real-time detection and control of polarization state
JP2003098503A (ja) * 2001-09-21 2003-04-03 Citizen Watch Co Ltd 液晶光スイッチとその駆動方法
US7085052B2 (en) * 2002-03-14 2006-08-01 Optellios, Inc. Over-parameterized polarization controller
JP2009192825A (ja) * 2008-02-14 2009-08-27 Enplas Corp 偏光状態変換方法、偏光状態変換装置並びに液晶ディスプレイ

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