JPS6134128B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直線偏光を任意の角度で任意の量の
位相差を与えても全角度方向の偏光のパワが一定
である等価的な無偏光に変換する光回路に関する
ものである。

近年の光フアイバ伝送技術の発展は目覚しく、
光源に半導体レーザを用いた単一モードフアイバ
を用いた長距離、大容量の伝送方式の検討もすす
められている。ところで、光源である半導体レー
ザからの出射光はその接合方向に直線偏光してお
り、その直線偏光が単一モードフアイバを伝搬す
る際、単一モードフアイバの複屈折性によりフア
イバの側圧、ねじり、環境温度などの影響で偏波
面の回転が生じるため、フアイバ出射光は偏波面
が定まらず、直線偏光や楕円偏光となる。このた
め、フアイバ出射側に偏波依存性のある光学素
子、例えば干渉膜フイルタ、回折格子、金属膜利
用のミラーや減衰器など、を用いる場合にはフア
イバ使用環境のわずかの変動で、それらの素子の
特性が変化するという問題が生じてきた。この問
題点は最近において指摘、認識されたため、従
来、この問題を解決する技術は示されていなかつ
た。

本発明は、このような問題点を解決する最初の
光回路であり、フアイバ入射側において直線偏光
を等価的な無偏光に変換することを目的とする。

本発明のひとつの特徴は、直線偏光を入射し互
に直交する偏波面を有する第１の直線偏光と第２
の直線偏光に分離する偏波分離素子と、上記２つ
の直線偏光を合成する偏波合成素子と、上記偏波
分離素子から上記偏波合成素子に至るまでの第１
及び第２の直線偏光の光路のうち、少くともいず
れかの光路中に設定される遅延素子とを有し、上
記偏波分離素子と上記偏波合成素子のそれぞれの
固有偏波面を一致して設定し、上記偏波分離素子
の固有偏波面が上記入射直線偏光の偏光面に対し
て45゜傾けてあり、上記遅延素子によつて上記第
１の直線偏光と上記第２の直線偏光に与えられる
光路長の差が可干渉長以上であり、前記偏波合成
素子の出力に無偏光が出力されるごとき偏光解消
回路にある。

本発明の別の特徴は、直線偏光を入射し楕円偏
光に変換する1/4波長板と、上記楕円偏光を互に
直交する偏波面の第１の直線偏光と第２の直線偏
光に分離する偏波分離素子と、上記２つの直線偏
光を合成する偏波合成素子と、上記偏波分離素子
から上記偏波合成素子に至るまでの第１及び第２
の直線偏光の光路のうち、少くともいずれかの光
路中に設定される遅延素子とを有し、上記偏波分
離素子と上記偏波合成素子のそれぞれの固有偏波
面を一致して設定し、上記1/4波長板の中性軸を
上記偏波分離素子の固有偏波面に対して45゜傾け
てあり、上記遅延素子によつて上記第１の直線偏
光と上記第２の直線偏光に与えられる光路長の差
が可干渉長以上であり、前記偏波合成素子の出力
に無偏光が出力されるごとき偏光解消回路にあ
る。

以下図面により実施例を説明する。

第１図は本発明の実施例であり、１は光源、２
はレンズ、３は偏波スプリツタ、４は偏波スプリ
ツタ、５は直角プリズム、６はレンズ、７は単一
モードフアイバである。また、第２図は第１図の
実施例の各素子の間の偏波状態を示す図である。
第２図を参照しながら、第１図の実施例の動作を
説明する。光源１から出た光は直線偏光であり、
その偏波面は第２図Ａで示されるように偏波スプ
リツタ３の固有偏波面に対して45゜傾いているも
のとする。また、偏波スプリツタ３および４はそ
れぞれの固有偏波面を一致して設定している。こ
の光はレンズ２により平行光に変換され（偏波面
は変わらず第２図Ａで示される）、偏波スプリツ
タ３に入射する。偏波スプリツタ３では、偏波面
が直交する二つの直線偏光（第２図Ｂ，Ｃで示さ
れる）に等しい光電力で分離し、第２図Ｂで示さ
れる直線偏光は第１図アの光路をとつてそのまま
偏波スプリツタ４に入射し、第２図Ｃで示される
直線偏光は第１図イの光路をとつて直角プリズム
５を経由して偏波スプリツタ４に入射する。これ
ら二つの直交する直線偏光は偏波スプリツタ４で
第２図Ｄのように合成され、レンズ６により単一
モードフアイバ７に結合される。ここで、第２図
ＢおよびＣで示される直線偏光が、偏波スプリツ
タ３から出射し、偏波スプリツタ４に入射するま
での光路長の差Δｌすなわち、第１図アの光路長
とイの光路長の差が可干渉長よりも長ければ、も
はや、これらの直交する直線偏光は干渉しないた
め偏波スプリツタ４からの出射光は独立に存在す
ることになる。このような状態で単一モードフア
イバを励振すると、フアイバ伝搬中において、単
一モードフアイバの複屈折性によりそれぞれの直
交する励振直線偏光は第３図ａ，ｂに示すように
偏波の状態を変えながら伝搬する。このとき、そ
れぞれの励振直線偏光より変化した楕円偏光の主
軸は常に直交しているため、どのような方向に対
しても等しい光電力を常に得ることができる。一
方、光路長の差Δｌが可干渉長以内であれば、第
２図ＢおよびＣの偏波は偏波スプリツタ４で合成
する時に干渉し、第２図Ｅに示すように、光路長
の差Δｌによつて直線偏光となつたり、楕円偏
光、円偏光になつたりする。直線偏光励振では単
一モードフアイバ伝搬中に楕円偏光に変換される
ことを孝えると、このような励振方法は不都合で
あることは明らかである。

可干渉長は光源１のコヒーレンスの度合で決ま
り、波長λ、スペクトル拡りΔλの場合において
は、可干渉長ｌ_cは、 ｌ_c〜λ^２／Δλ で与えられる。例えば、λ＝1.3μｍ，Δλ＝１
Å（現在実現している半導体レーザではΔλ＝10
Å〜20Å）とすると、ｌ_c〜17mmとなり、Δｌ＝
20mm〜30mm程度にしておけば良い。第４図ａに
は、第１図の実施例の効果を、光源１に波長1.3
μｍの半導体レーザを偏波スプリツタ３および４
は偏光分離度が約15dBのものを、直角プリズム
はBK−７ガラスで製作し、その長辺の長さが４
cmのものを用いて、５ｍの単一モードフアイバ伝
送後の偏波状態を偏光板を回転して測定した結果
を示す。第４図ｂには参考として円偏光で上記単
一モードフアイバを励振した場合について示す。
第４図ａおよびｂにはそれぞれ単一モードフアイ
バの状態を変えた三つの場合について示した。第
４図ａ，ｂを比較して明らかなように、円偏光励
振の場合には干渉によつて直線偏光に変わる傾向
が示され、その偏光度は（偏光板を透過する光電
力は偏光板の回転角に対して正弦状に変化し、そ
の最大光電力Ｐ_naxと最小光電力Ｐ_nioとから（Ｐ_n
ａｘ−Ｐ_nio）／（Ｐ_nax＋Ｐ_nio）を偏光度と定義す
る）、0.2〜1.0（直線偏光）である。又偏光面も
回転している。一方本発明の場合には、フアイバ
の状態によらず偏光度0.1が得られている。な
お、本実施例においては、光源１の出力光を分岐
し、それぞれの分岐光を光路差をつけて合成する
ため、実際の伝送システムに適用する際には、そ
のシステムの符号伝送速度と、上記の二つの光路
の遅延時間差Δｔが問題となる。例えば、第５図
に示すようにクロツク周期Ｔ_pでデユーテイ50％
のRZ符号が伝送されるとし、Δｔ≪Ｔ_pでない
と、分岐光は偏波スプリツタ４に第５図ａ，ｂの
ような位相関係で入射するため、合成光はｃの実
線のようになり（破線は本来の波形を示す）、波
形の歪みを生ずる。そこで、Δｌ＝30mmの場合に
ついて、許容できる符号伝送速度を算定すると、
Δｔ＝100psecであるため、〜500Mbit／secの符
号伝送速度が得られる。従つて、ギガビツト伝送
のような将来の超高速伝送を除いて、通常のシス
テムにおいては何ら支障なく本発明は適用でき
る。

以上、第１図と第２図を用いて詳しく説明した
本発明の原理をまとめると、直線偏光した平行光
を第１の偏波スプリツタにより互に直交する偏波
面の直線偏光に等しい光電力で分離し、この第１
の直線偏光と第２の直線偏光とを第２の偏波スプ
リツタに入射、合成するもので、第１の偏波スプ
リツタから出射して第２の偏波スプリツタに入射
するまでの第１の直線偏光と第２の直線偏光との
光路長の差を可干渉長以上することにより、第２
の偏波スプリツタからの出射光として等価的な無
偏光を得るものである。このことから明らかなよ
うに第１図の偏波スプリツタ３および偏波スプリ
ツタ４は直線偏光を直交する偏波面の二つの直線
偏光に分離、あるいはこれらの直線偏光を合成で
きるものであれば良く、ウオラストンプリズム、
ロシヨンプリズム、サバール板、グラン・トムソ
ンプリズム、ニコルプリズム、パイル・オブ・プ
レイツ、グラン・フーコープリズム、複屈折バル
クなどのいずれの複像素子を用いても効果は同じ
である。また、第１図の直角プリズム５は第２の
直線偏光をその偏波面を変えることなく第１の直
線偏光に対して可干渉長以上の光路長差を与えて
偏波プリズム４に入射させるもので、遅延回路の
機能を有している。したがつて、第１の直線偏光
と第２の直線偏光との可干渉長以上の光路長差を
得る方法として、直角プリズム５の代りに使用波
長域で透明であるガラスや各種結晶を用いた屈折
率の差を利用する方法、あるいは物理的長さを違
える方法、さらにこれらの方法を組み合せた方法
（直角プリズム５はこの方法に相当する）のいず
れも用いることができる。

第６図は本発明の別の実施例であり、偏波分離
素子としてサバール板、遅延回路としてガラス棒
を用いた例である。８は光源、９はレンズ、１０
はサバール板、１１はサバール板、１２はガラス
棒、１３はレンズ、１４は単一モードフアイバで
ある。サバール板１０および１１はそれぞれの固
有偏波面を一致させて設定している。本実施例で
は、サバール板１０にその固有偏波面に対して45
゜傾いた偏波面の直線偏光を入射すると、互に直
交する二つの直線偏光が等しい光電力で位置がず
れて出射するので、そのうちの一つの直線偏光の
光路中におかれたガラス棒１２により、もう一つ
の直線偏光に対して可干渉長以上の光路長差をつ
くり、サバール板１１で上記二つの直線偏光を合
成して等価的な無偏光を得るものである。

第７図はさらに別の実施例であつて、偏波分離
素子としてロシヨンプリズム、遅延回路として物
理的な長さによる方法を用いた例であり、光路の
変換に全反射ミラーを用いている。１５は光源、
１６はレンズ、１７はロシヨンプリズム、１８は
ロシヨンプリズム、１９は全反射ミラー、２０は
レンズ、２１は単一モードフアイバである。ロシ
ヨンプリズム１７および１８はそれぞれの固有偏
波面を一致させて設定している。本発明ではロシ
ヨンプリズム１７にその固有偏波面に対して45゜
傾いた偏波面の直線偏光を入射すると互に直交す
る二つの直線偏光が等しい光電力で分離し、一つ
の直線偏光は直進し、別の直線偏光は斜め方向に
出射する。したがつて、この斜め方向に出射する
直線偏光を全反射ミラー１９により光路を変換し
て上記の直進した直線偏光とともにロシヨンプリ
ズム１８に入射すれば、光路の物理的長さの差に
より可干渉長以上の光路長差をもつて合成され、
等価的な無偏光が得られる。以上の実施例の他に
も先に述べた偏波分離素子と遅延回路の組み合せ
で種々の実施例が構成できる。

以上の第１図、第６図、第７図の実施例におい
ては偏波分離素子に入射する直線偏光の偏波面は
既知で変わらないものであると考えてきた。この
ような実施例においては、実際に使用する際、入
射光の偏波面を本発明を構成する偏波分離素子の
固有偏波面に対して正確に45゜傾けて設定する必
要がある。

このような点に対処して、どのような偏波面の
直線偏光に対しても用いることのできる本発明の
実施例を第８図に示す。以下、詳細に説明する。

第８図は本発明の実施例であつて、２２は光
源、２３はレンズ、２４は1/4波長板、２５は偏
波スプリツタ、２６は偏波スプリツタ、２７は直
角プリズム、２８はレンズ、２９は単一モードフ
アイバである。本実施例はレンズ２３と偏波スプ
リツタ２５の間に1/4波長板２４が挿入されてい
る以外は第１図の実施例と同じ構成である。1/4
波長板２４はその中性軸（速い軸と遅い軸があり
互に直交している）が偏波スプリツタ２５および
２６の固有偏波面に対して45゜傾けて設定してい
る。光源２２から出た直線偏光はレンズ２３によ
り平行光に変換され1/4波長板２４に入射する。
このとき、その偏波面が第９図に示すように1/4
波長板２４の遅い軸に対して角度θ傾いているも
のとすると、直線偏光の遅い軸成分Ｅ_sと速い軸
成分Ｅ_fは Ｅ_s＝Ｅ_pcosθ・cosωｔ Ｅ_f＝Ｅ_psinθ・sinωｔ で示される。これは、直線偏光が1/4波長板２４
を通過することにより、楕円偏光に変換されるこ
とを示しており、その主軸は1/4波長板２４の中
性軸に一致している（第１０図参照）。特にθ＝
45゜の場合には円偏光、θ＝０゜あるいはθ＝90
゜の場合には直線偏光である。さて、楕円偏光は
偏波スプリツタ２５に入射するわけであるが、偏
波スプリツタ２５の固有偏波面に対してこの楕円
偏光がどのような電界成分（ここではＥ_x，Ｅ_yと
記す）を持つているかを示すと、1/4波長板２４
の中性軸が偏波スプリツタ２５の固有偏波面に対
して45゜傾いていることから、 となる。すなわち、これらは電界強度は等しく、
位相が２θだけずれていることを示している。従
つて、1/4波長板２４へ入射する直線偏光の偏波
面が1/4波長板２４の中性軸に対してどのような
角度で傾いていても、偏波スプリツタ２５によつ
て互いに直交する偏波面で等しい光電力の二つの
直線偏波に分岐することができる。二つの直線偏
光に分岐した後の動作は第１図により詳しく説明
した通りであり、偏光スプリツタ２６によつて合
成することにより等価的な無偏光が得られる。

本実施例では以上の説明から明らかなように、
光源である半導体レーザの偏波面と偏波分離素子
の固有偏波面の光軸まわりの回転調整は不要であ
る。

以上説明したように、本発明においては直線偏
光した平行光を第１の偏波分離素子により互に直
交する偏波面の直線偏光に等しい光電力で分離
し、この二つの直線偏光のうち一つの直線偏光の
光路長を他の直線偏光の光路長に比べて可干渉長
以上にしてこれら二つの直線偏光を第２の偏波分
離素子に入射・合成することにより等価的な無偏
光を得ている。したがつて、単一モードフアイバ
伝送系においてフアイバ入射側に本発明の回路を
挿入することにより、単一モードフアイバを等価
的に無偏光で励振することができ、偏波依存性の
ある素子、回路を特性の変化なく使用できるとい
う利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による偏光解消回路の１構成例
を示す図、第２図Ａ〜Ｅは第１図の装置における
各部の偏波を示す図、第３図ａ及びｂは第１図の
装置で得られる等価的な無偏光で励振した場合の
単一モードフアイバ伝搬中の偏波状態を示す図、
第４図ａ及びｂは第１図の実施例の効果を示した
実験結果を示す図、第５図ａ〜ｃは本発明の符号
伝送速度に対する使用可能限界を説明するための
図、第６図は本発明の別の実施例を示す図、第７
図は本発明の更に別の実施例を示す図、第８図は
本発明のさらに別の実施例を示す図、第９図は第
８図の実施例の動作を説明するための偏波を示す
図、第１０図は第８図の実施例の動作を説明する
ための偏波を示す図である。 １……光源、２……レンズ、３……偏波スプリ
ツタ、４……偏波スプリツタ、５……直角プリズ
ム、６……レンズ、７……単一モードフアイバ、
８……光源、９……レンズ、１０……サバール
板、１１……サバール板、１２……ガラス棒、１
３……レンズ、１４……単一モードフアイバ、１
５……光源、１６……レンズ、１７……ロシヨン
プリズム、１８……ロシヨンプリズム、１９……
全反射ミラー、２０……レンズ、２１……単一モ
ードフアイバ、２２……光源、２３……レンズ、
２４……1/4波長板、２５……偏波スプリツタ、
２６……偏波スプリツタ、２７……直角プリズ
ム、２８……レンズ、２９……単一モードフアイ
バ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直線偏光を入射し互に直交する偏波面を有す
   る第１の直線偏光と第２の直線偏光に分離する偏
   波分離素子と、上記２つの直線偏光を合成する偏
   波合成素子と、上記偏波分離素子から上記偏波合
   成素子に至るまでの第１及び第２の直線偏光の光
   路のうち、少くともいずれかの光路中に設定され
   る遅延素子とを有し、上記偏波分離素子と上記偏
   波合成素子のそれぞれの固有偏波面を一致して設
   定し、上記偏波分離素子の固有偏波面が上記入射
   直線偏光の偏波面に対して45゜傾けてあり、上記
   遅延素子によつて上記第１の直線偏光と上記第２
   の直線偏光に与えられる光路長の差が可干渉長以
   上であり、前記偏波合成素子の出力に無偏光が出
   力されることを特徴とする偏光解消回路。 ２ 直線偏光を入射し楕円偏光に変換する1/4波
   長板と、上記楕円偏光を互に直交する偏波面の第
   １の直線偏光と第２の直線偏光に分離する偏波分
   離素子と、上記２つの直線偏光を合成する偏波合
   成素子と、上記偏波分離素子から上記偏波合成素
   子に至るまでの第１及び第２の直線偏光の光路の
   うち、少くともいずれかの光路中に設定される遅
   延素子とを有し、上記偏波分離素子と上記偏波合
   成素子のそれぞれの固有偏波面を一致して設定
   し、上記1/4波長板の中性軸を上記偏波分離素子
   の固有偏波面に対して45゜傾けてあり、上記遅延
   素子によつて上記第１の直線偏光と上記第２の直
   線偏光に与えられる光路長の差が可干渉長以上で
   あり、前記偏波合成素子の出力に無偏光が出力さ
   れることを特徴とする偏光解消回路。