JPS62170919A - 光電送方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外乱を受けた場合にも低雑音、高品質の光伝
送を行うのに好適な６．−偏光依−１’ｌＥ　＊　’＄
　Ｗニー子を含む単一モードの光伝送方法およびその装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

単一モード光ファイバを用いた光伝送系では１、光ファ
イバに加わる振動、圧力、温度変化等の外乱により、上
記光フアイバ中を伝搬する光信号の偏光状態が変動する
。このため光伝送系に偏光依存性を有する光学素子、例
えば干渉膜フィルタ、回折格子、光スターカプラ、ミラ
ーや光集積回路（光スィッチ、光変調器、受動光学素子
等を集積化した光回路）が接続される場合、光信号の偏
光状態の変動に起因して雑音が増大し、光伝送系の信号
対雑音比が劣化して問題になる。上記問題を解決するた
めに、偏光状態が変動しても雑音の増加が少ない光伝送
方式が必要になる。従来、上記問題点の解決法としては
、偏光状態を制御する方法と、無偏光化する方法との２
つが提案されていた。このうち、偏光状態を制御する方
法に関しては、貴堂端昭、置屋−仁、末松安晴「電気光
学効果を用いた偏波面制御」電子通信学会論文誌■０１
゜Ｊ６８−Ｃ，Ｎα２．ｐ７９〜８６に詳しく述べられ
ている。

上記文献によれば、２個の電気光学結晶を用いて任意の
偏光状態の光信号を一定方向の直線偏光に変換すること
により、安定した偏光状態の光信号を偏光依存性光学素
子に入射させ、雑音を抑圧するというものである。一方
、無偏光化する方法については、特開昭５７−１６１７
２１号、特開昭５９−１５５８０６号の各公報に記載さ
れており、レーザダイオードから出射する光信号を直交
する２つの電界モードに分割し、両者の間に光源のコヒ
ーレンス時間以上の遅延を生じる光路差を設け、遅延が
生じたのちに両者を合成して光ファイバに入射させると
いう操作を行っている。上記方法によると、合成された
光信号は、相互に干渉しない直交する２つの電界成分か
ら形成される。したがって単一モード光ファイバが外乱
を受けて、光信号の偏光状態が変動した場合であっても
、それぞれの電界成分の主軸は常に直交しているため、
偏光状態変動の影響は緩和され雑音が抑圧される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術における解決法のうち、前者の方法では２
個の電気光学結晶を通過した光信号の偏光状態を検出し
、電気光学結晶への印加電圧を制御するため、装置が複
雑で高価になる。また後者の方法では光信号が完全に無
偏光化されていないため、偏光依存性光学素子への入射
時および通過時に雑音が発生する場合がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、電界を回転して偏光依存性光学素子に入射さ
せた光信号の雑音エネルギーを測定し、上記雑音エネル
ギーが最小になるように光信号の電界の回転角度を制御
するか、または上記雑音エネルギーが最小となる複薮の
回転角度の中で、光信号エネルギーが最大になる回転角
度を選ぶようにしたものである。

〔作用〕

本発明の光伝送方法を実現する基本的な装置構成を第１
図に示す。第１図において、ｌは光信号、２は偏光依存
性光学素子、３は上記偏光依存性光字素子２の前に配置
された電界回転装置である。

上記光信号１はさらに細分化して、上記電界回転装置３
に入射する光信号１ａと、上記電界回転装置３から出射
して偏光依存性光学素子２に入射する光信号１ｂと、偏
光依存性光学素子２によって上記光信号１ｂから分岐あ
るいは分波した光信号ｌｃ、および上記光信号１ｂから
光信号ＩＣを除いた残りの光信号１ｄとのそれぞれに区
別することができる。偏光依存性光学素子２は、例えば
、干渉膜フィルタ、回折格子、光スターカプラ、ミラー
や光集積回路（光スィッチ、光変調器、受動光学素子等
を集積した光回路）である。電界回転装置３は、例えば
磁気光学結晶と該磁気光学結晶に磁界を印加する電磁石
とよりなる。また、光信号１ｃを電気信号５に変換する
装置４は、例えばアバランシェ・ホトダイオードやピン
（ＰＩＮ）・ホトダイオード等の受光素子と、該受光素
子のバイアス装置、信号増幅器等から構成されている。

雑音・信号エネルギー測定装置６は電気信号５が有する
雑音エネルギーと信号エネルギーとを測定する装置であ
り、例えばスペクトラム・アナライザやオシロスコープ
、シンクロスコーフ、電流計等の計測機器である。上記
雑音・信号エネルギー測定装置６で測定されたデータ７
は、制御装置に送られ、制御装置８は上記データ７をも
とに信号９、により、雑音エネルギーが最小になるよう
に電界回転装置３を制御する。例えば、上記電界回転装
置３が磁気光学結晶と電磁石とを含む構成である場合、
上記信号９は電磁石が発生する磁界の強さを制御するた
めの制御電流である。上記の各機能を含めて構成された
装置１０が、本発明による単一モードの光伝送装置であ
る。

上記光伝送装置１０における電界回転装置３の構成の説
明図を第５図に示す。第５図において、１１は例えばＹ
ＩＧ等のファラデー回転を示す磁気光学結晶であり、１
２は上記磁気光学結晶１１に磁界を印加するための電磁
石であり、９は上記したように電磁石１２の磁界の強さ
を制御するための電流である。光信号１ａを構成する直
交した２つの電界モード１３において、１３ａはＸ軸（
１４ａ）方向の電界を示し、１３ｂはｙ軸（１４ｂ）方
向の電界を示している。上記電界モード１３が磁気光学
結晶１１を通過したのちの電界モード１５では、電界モ
ードの軸（Ｘ／軸１６ａ＋ｙ’軸１６ｂ）は通過前にお
ける電界モード１３の軸である１４ａ、　１４ｂに対し
て、角度θだけ回転しており、その電界はＸ′軸方向が
１５ａ＋ｙ’軸方向が１５ｂである。上記電界モードの
軸の回転角度θは、磁気光学結晶１１に印加する磁界の
強さに比例し、磁界の大きさは上記制御電流９によって
制御することができる。したがって、制御電流９によっ
て上記θを直接制御することが可能である。磁界の強さ
と電界モード軸の回転角度θとの関係については、平山
博他「光通信要覧ｊｐ５４７〜５５４、科学新聞社列に
詳細記載されている。

光ファイバに加わる外乱が大きいケーブル方式の例とし
ては、架空ケーブルが考えられる。架空ケーブルは大き
な温度変動と風による振動の影響を受ける。これら外乱
のうち、温度の変動は、大気の温度変化や日照量等に追
従するものであり、その変動は非常にゆっ（りとしたも
のである。これに対して風による振動は速く、例えば微
風の場合には、振動の周波数が１０Ｈｚ〜１００　Ｈｚ
になる（白坂他「添加型０ＰＧＷの微風振動試験」、昭
和５８年度電子通信学会総合全国大会、ｐ、７・３０９
）。

光信号の電界モードの軸の検出には、上記の振動を利用
することができる（風がない場合には、光ファイバを強
制的に振動させてもよい）。通常の単一モード光ファイ
バは互に直交する偏光軸を有する複屈折性を示し、光源
が例えばレーザダイオードのような半導体発光素子であ
る場合は、光ファイバを伝搬する２つの電界モード間に
は位相差が発生する。また、電界モードの軸と光ファイ
バの偏光軸とが常に一致するとは限らない。さらに上記
光ファイバに振動が加わると、光ファイバの変位に対応
して位相差が変動する。光ファイバの振動に起因して位
相差を生じるという現象に関しては、基本特性となる光
ファイバの曲げ半径と位相差との関係が、松材宏善「オ
プティカル・アクティビティを有する単一モードファイ
バ偏光特性」（電子通信学会技報、０ＱＥ７９−３２）
に詳細に記載されている。上記文献によれば、２つの電
界モード間の位相差δは曲り光ファイバの曲げ半径Ｒの
２乗に反比例することが示されている。上記関係におい
て、光ファイバの振動による光ファイバの変位を曲げ半
径の変化とみなし、かつその変化量が微小であるとする
と、光ファイバの振動に起因する位相差の変化量は、光
ファイバの変化量に比例する。このとき、振動を受けた
光ファイバから出射した光信号１ｂが偏光依存性光学素
子２に入射すると、入射時および通過時には次式（１）
で表わされる雑音エネルギーＮが発生する。

Ｎ　＝　Ｋ　−５ｉｎ２２α・（Δδ）２曲曲・（１）
式（１）において、Ｋは比例定数、αは光信号の電界モ
ードの軸と偏光依存性光学素子の偏光軸とがなす角度、
Δδは２つの電界モード間の位相差の変化量である。角
度αに対する雑音エネルギーＮの特性を第６図に実線で
示す。第６図に示した特性は図中にＸ印で示した実験値
とも一致している。

同図によれば、雑音エネルギーＮは次式（２）の条件で
最小になる。

α＝１π／２　（ラディアン）　　　・・・山・・・（
２）式（２）において、ｉは整数である。式（２）によ
れば、光信号の電界モードの軸と偏光依存性光学素子の
偏光軸が一致する場合（両者のＸ軸またはｙ軸同志が一
致する場合、あるいはＸ軸とｙ軸とが一致・する場合）
に、雑音エネルギーＮが最小になる。

したがって角度αを第１図、第５図に示す電界回転装置
３により変化させて、雑音エネルギーＮを測定し、Ｎが
最小となる角度を検出すれば、検出された角度がなす軸
が、光信号の電界モードの軸である。また、角度αに対
する信号エネルギーＳの実験値を第６図に○印で示し、
その特性を破線によって示している。第６図によれば、
角度αが式（２）を満足する場合でも、ｌの値によって
信号エネルギーＳの大きさが異る。このような場合には
、式（２）を満足するαの中でもＳが最大となるｉを選
ぶことにより、信号の対雑音比を大きくすることができ
る。第６図に示す場合にはｉを偶数にすればよい。

〔実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明′する。

第１図は本発明による光伝送方式の第１実施例の構成図
、第２図は上記光伝送方式の第２実施例を示す構成図、
第３図は上記光伝送方式の第３実施例を示す構成図、第
４図は上記光伝送方式の第４実施例を示す構成図である
。第１図において、光ファイバからレン゛ズ（図示せず
）を介して出射した光信号１ａは、電界回転装置３で電
界モードの軸が回転させられ、上記軸が偏光依存性光学
素子２の偏光軸と一致した状態で偏向依存性光学素子２
に入射する。上記電界回転装置３は、例えば磁気光学結
晶と該結晶に磁界を印加する電磁石とよりなり、また上
記偏光依存性光学素子２は、例えば干渉膜フィルタ、回
折格子、光スターカプラ、ミラーおよび光集積回路（光
スィッチ、光変調器、受動光学素子等を集積化した光回
路）などである。

偏光依存性光学素子２がらの出射光１ｃの一部は、アバ
ランシェ・ホトダイオードやピン・ホトダイオード等の
受光素子と、該受光素子のバイアス装置や信号増幅器等
から構成される光電気変換装置４で電気信号に変換され
、電気信号５として出力し、一部はスペクトラム・アナ
ライザやオシロスコープ、シンクロスコープ、電流計等
の計測機器よりなる雑音・信号エネルギー測定装置６に
入力して、雑音および信号のエネルギーが常にあるいは
必要に応じて測定される。ここで雑音エネルギーが時間
的に増加する場合には、雑音エネルギが減少する方向に
制御装置８が、上記電界回転装置３を制御する。さらに
、上記のような条件の下で信号エネルギーが最大になる
ように、電界回転角度を制御する。上記偏光依存性光学
素子２からの出射光１ｃの残部の光信号１ｄはなくても
よい。また、上記偏光依存性光学素子２と光・電気変換
装置４とは、一体化された光・電気集積回路であっても
よい。上記第１実施例によれば、光信号１ａが伝送され
る光ファイバが外乱を受けた場合であっても、前記した
ように低雑音で高品質の光伝送を実現することができる
。

第２図に示す第２実施例は、偏光依存性光学素子２から
多数の光信号が出射される場合を示し、上記出射される
多数の光信号のうちの１つの光信号を用いて、電界回転
装置３の制御を行うものである。なお、第２図に示す各
符号は第１図に示したものと同じである。第２図のよう
な構成となる偏光依存性光学素子２の例としては、光の
分岐を行う光スターカプラ（光分岐器）等、あるいは光
波長多重信号を各波長の信号に合分波する回折格子ある
いは干渉膜フィルタ（光合分波器）等がある。

偏光依存性光学素子２が光信号の分岐を行う場合には、
光信号人力１ａは、１種類の光信号だけからなるため、
光信号出力ＩＣ−１だけを用いて電界回転装置３の制御
を行うことにより、他の光信号出力１ｃｍ２〜ＩＣｎに
対しても上記１ｃ　　ｌと同様に低雑音、高品質の光伝
送を実現することができる。

一方、偏光依存性光学素子２が光波長多重信号の分波を
行う場合、光源側で波長が異る多数の光源の偏光軸を一
致させている場合には、第２図の構成によりすべての光
信号１ｃｍ１−１ｃｍｎに対して同様に低雑音、高品質
な光伝送が実現できる。

光源側で各光源の偏光軸が一致していない場合には、所
望の信号の電気信号出力を雑音・信号エネルギー測定装
置６に入力すれば、上記入力した信号に関しては低雑音
、高品質の光伝送を実現で、４、きる。第２図では光電
気変換装置４−１を経た電気信号５−１を雑音・信号エ
ネルギー測定装置６に入力しているが、例えば５−２の
信号出力を得ようとする場合には、光電気変換装置４−
２を経て得られた電気信号５−２だけを上記雑音・信号
エネルギー測定装置６に入力すればよい。

本実施例によれば、上記第１実施例と同様の効果を得る
と同時に、光信号の分岐を行う場合でも、また光波長多
重信号の分波を行う場合であっても、低雑音、高品質の
光伝送が実現できる。

第３図は本発明による光伝送方法の第３実施例を示し、
図における１０は第１図に破線で示した全体装置であり
、本第３実施例は上記装置１０を１Ｏ−１−１０−ｎと
して縦続に接続したものである。装置間における光信号
の接続は、光ファイノくを介したものでも介さないもの
でもよい。また装置１０の内部は、上記した第１実施例
、または第２実施例に示した構成であってもよい。第３
図のような構成になる偏光依存性光学素子の例としては
、光の分岐を行う光スターカプラ等や、あるいは光波長
多重信号から所望の波長の光信号を分波する回折格子あ
るいは干渉膜フィルタ等がある。本実施例によると、上
記第１実施例または第２実施例と同様の効果を得ると同
時に、偏光依存性光学素子２が縦続して接続される場合
であっても、低雑音、高品質の光伝送を再現できるとい
う効果がある。

第４図に本発明の第４実施例を示すが、同図における符
号は第１図に示したものと同じである。

本実施例は光信号が光伝送系を双方向に伝送する場合を
示し、１７−１．１７−２は光ファイバ、１８−１．　
　＋１８−２はレンズをそれぞれ示している。電界回転
送置３、光電気変換装置４、雑音・信号エネルギー測定
装置６、制御装置８は、それぞれ偏光依存性光学素子２
の両側に独立して２組設置しである。

電界回転装置３−１の制御は、光信号人力１ａ　　１に
対する光信号出力１ｃｍ１によって行い、同様に電界回
転装置３−２の制御は、１ａ−２に対する光信号出力１
ｃｍ２で行う。本構成は、さらに縦続に接続されても良
（、本実施例によれば第１〜第３の実施例と同様の効果
を得ると同時に、双方向に光信号を伝送した場合でも、
低雑音、高品質の光伝送を実現できるという効果がある
。

なお、本発明は上記各実施例に限定されることなく、例
えば、光ファイバとして偏波面保存ファイバを用いた光
伝送系において、外乱が加わった場合、あるいは光ファ
イバが長尺の場合に消光比が劣化しても、上記効果は有
効に寄与する。

〔発明の効果〕

上記のように本発明による光伝送方法およびその装置は
、偏光依存性光学素子を含む光伝送系の光伝送方法にお
いて、上記偏光依存性光学素子に入射する光信号の直交
する２つの電界モードの軸一方向を検出し、上記電界モ
ード軸と上記光学素子の偏光軸とをほぼ一致させたこと
により、光信号が伝搬する単一モード光ファイノくが振
動等の外乱を受けた場合でも、低雑音、高品質な光伝送
を実現することができるという効果がある。また、本発
明では、光信号の分岐、光波長多重伝送、双方向伝送の
場合にも、上記の効果を得ることができる。さらに本発
明では、雑音エネルギーが最小になるように電磁石に流
す電流を制御するだけで、上記効果が得られるため、装
置構成が簡単になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光伝送方式の第１実施例を示す構
成図、第２図は上記光伝送方式の第２実施例を示す構成
図、第３図は上記光伝送方式の第３実施例を示す構成図
、第４図は上記光伝送方式の第４実施例を示す構成図、
第５図は上記実施例における電界回転装置の構成と動作
原理を示す図、第６図は光信号の電界モード軸と偏光依
存性光学素子の偏光軸とがなす角度と、上記偏光依存性
光学素子に入射した光信号の雑音および信号エネルギー
の特性を示す図である。 ２・・・偏光依存性光学素子 ３・・・電界回転装置 ４・・・光・電気変換装置 ６・・・雑音・信号エネルギー測定装置８・・・制御装
置 １１・・・磁気光学結晶 １２・・・電磁石

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、偏光依存性光学素子を含む光伝送系の光伝送方法に
   おいて、上記偏光依存性光学素子に入射する光信号の直
   交する２つの電界モードの軸方向を検出し、上記電界モ
   ード軸と上記偏光依存性光学素子の偏光軸とを、ほぼ一
   致させることを特徴とする光伝送方法。 ２、上記電界モード軸と偏光依存性光学素子の偏光軸と
   の一致は、上記偏光依存性光学素子に入射した光信号の
   エネルギーを検出し、上記検出エネルギーが最大となる
   軸を選ぶことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   した光伝送方法。 ３、上記偏光依存性光学素子は、該光学素子の前段に電
   界モード軸を回転させる装置を配置し、上記回転装置を
   通過して偏光依存性光学素子に入射した光信号の雑音お
   よび信号エネルギーを測定して、上記回転装置に帰還さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載した光伝送方法。 ４、上記偏光依存性光学素子は、光合分波器または光分
   岐器を含むものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第３項のいずれかに記載した光伝送方法。 ５、上記光合分波器または光分岐器は、光信号を分波ま
   たは分岐し、分波あるいは分岐された複数の光信号中、
   少なくとも１つの光信号の雑音および信号エネルギーを
   測定して、上記光信号の電界モード軸を検出するもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載した
   光伝送方法。 ６、上記偏光依存性光学素子は、該光学素子の双方向か
   ら入射する光信号を分波し、分波したそれぞれの光信号
   の雑音および信号エネルギーを測定して、それぞれの信
   号の電界モード軸と上記偏光依存性光学素子の偏光軸と
   をほぼ一致させることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項に記載した光伝送方法。 ７、上記偏光依存性光学素子は、複数の偏光依存性光学
   素子を縦続して接続し、それぞれの上記光学素子に入射
   する光信号の電界モード軸を、それぞれ上記光学素子の
   偏光軸にほぼ一致させることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第６項のいずれかに記載した光伝送方法
   。 ８、上記電界モード軸は、電磁石により磁界を印加され
   た磁気光学結晶によって回転されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載した
   光伝送方法。 ９、偏光依存性光学素子を含む光伝送系の光伝送装置に
   おいて、上記偏光依存性光学素子に入射する光信号の直
   交する２つの電界モードの軸方向を検出する手段と、上
   記電界モード軸と上記光学素子の偏光軸を一致させる手
   段とを設けたことを特徴とする光伝送装置。