JPH0372314A - 偏光転換器 - Google Patents

偏光転換器

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JPH0372314A
JPH0372314A JP2006038A JP603890A JPH0372314A JP H0372314 A JPH0372314 A JP H0372314A JP 2006038 A JP2006038 A JP 2006038A JP 603890 A JP603890 A JP 603890A JP H0372314 A JPH0372314 A JP H0372314A
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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、導波装置に関し、さらに詳細には、偏光制御
を行う装置に関する。
〔従来の技術〕
光フアイバ通信システムに（肩光渫存ファイバ以外のフ
ァイバを用いると、光波信号がファイバの一方の端から
他方の端に至るまでに、その偏光状態がまちまちに変化
する。ファイバの複屈折は、この不揃いな偏光の変化が
原因である。偏光の変化が不揃いであれば、受信信号の
偏光が規定の偏光もしくは予期された偏光と異なるため
に、受信側で光波信号の減衰、即ち損失として明らかに
現れるので偏光していることが分かる。
光ファイバから現れる光波信号の偏光状態を矯正するこ
とにより偏光の減衰を避けるために、ファイバの出力偏
光をヘテロダイン検波や干渉信号処理などに使用する規
定の偏光状態に変換する偏光転換器が開発さｚ’ｔた。
従来の偏光転換器においては、複屈折の補償範囲が限ら
れていて、その範囲を越えるとリセット・サイクルを必
要とする。リセット・サイクルにより、容認できないほ
どデータが失われる期間が発生する。エンドレス偏光転
換器では、複屈折のほぼ無限の範囲にわたって偏光状態
を連続的に制御することができる。
エンドレス偏光転換器は、ファイバ圧搾器（ｆｉｂｅｒ
　５ｑｕｅｅｚｅｒ）やニオブ酸すチュウムを用いた電
子光学素子のような変換範囲の制限された偏光転換器を
縦続に使用して開発された。ファイバ圧搾器は、ファイ
バの軸方向に複屈折を機械的に引き起こすことにより、
圧力の方向に直角および平行な２つの直交するモードの
間に位相差（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ　）を起こさせる
ものである。このように縦続接続した装置により、　（
リセットを必要としない）真の連続（エンドレス）動作
が可能となるが、装置内部の個々の素子は、依然として
時々リセット・サイクルが必要である。これらの装置で
は、全本釣な偏光転換に影響すること無くリセット・サ
イクルを実行すること（疑似エンドレス偏光制御）はで
きるが、リセット・サイクル中の偏光の変動は一般に許
されない。さらに、正常な動作をさせるためには、コン
ピュータ制御の複雑な駆動アルゴリズムも必要であり、
その結果、応答は必然的に遅くなる。
〔発明の概要〕
リセットを必要としないエンドレス偏光制御用の新奇な
電子光学偏光転換器の主な特質は、縦続にできること、
ならびに設計および動作の単純さである。偏光転換器は
、単一モード導波路において総位相すターディション（
ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ　）が一定で調節可能な楕円複
屈折を起こさせることにより、任意に変化する光入力偏
光から任意に変化する光出力偏光への一般的な偏光転換
を行う。直線複屈折の方位および両次屈折に対する直線
複屈折の比率を調節することによって、特定の変換が得
られる。これを集積光学的に実現する場合、エンドレス
偏光転換器には、継続に接続した第１および第２のＴＥ
←−ＴＭモード変換器を備えたすくなくとも１つの縦続
接続可能な転換セクションが含まれる０位相転移（ＴＥ
／ＴＭ）は、モード変換器の間のセクション、両モード
変換器に続くセクション、またはモード変換器の間と後
の両方のセクションで行われる。すべてのセクションが
、ＴＥＥ信号モードおよびＴＭ光信号モードを伝搬させ
ることが可能な複屈折導波路の全般にわたって形成され
る。
添付図面を参照しながら本発明を実証する具体的な実施
例の説明を読めば、本発明のさらに完全な理解を得るこ
とができる。
〔実施例〕
エンドレス偏光転換器は、局部発信器のレーザーと受信
光信号との偏光状態を整合させるために本質的に無限（
エンドレス〉な変換範囲の偏光制御装置を必要とする光
ファイバ工学的にコヒーレ〉・トな通信システムに使用
するのが理想的である。
本発明の変換器は、電子光学効果を利用していて、集積
光学的なストリップ導波路によって実現することができ
る。これによって、３つの独立した有限範囲の駆動電圧
を必要とするだけで、任意に変化する入力偏光状態から
任意に変化する出力偏光状態への一般的偏光転換が可能
となるや本偏光転換器は、ＴＥ　−ＴＭモード間の交互
変換、およびＬ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ３もしくはＬｉＴａＯ
３素子またはグループ■−■もしくはｎ−ｖｘ半導体素
子などの複屈折導波路におけるＴ　Ｅ　／　Ｔ　Ｍ位相
変換に基づいている。Ｘ切片ｙ伝播のＬｉＮｂｏ３上に
実現した偏光転換器を第２図および第３図に図式的に示
した。理解し易いように、本装置は、波長同調可能な電
子光学偏光転換器と電子光学的に同調可能な周波数転移
器（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　５ｈｉｆｔｅｒ）との組み合
わせとして見ることができる。理解されているように、
ＴＥ←→ＴＭモード変換およびＴＥ／ＴＭＥ相転移を調
節して組み合わせることにより半波長板型の回転を電子
光学的に起こし、電子光学的に誘導され伝播するインデ
ックスの格子張りに合わせてＴＥモードと７Ｍモードと
を結合することにより際限無く変化するＴＥ／ＴＭＥ力
および出力の位相転移が得られる。
偏光転換器の電８ｉ構造は、次の形式の３つの独立した
電圧によって駆動される周期的に関係を設けた３つの電
極系からｉ或されている。
Ｖ（、＝　ＶＯｃｓｆｎγｃｏｓμ　　　　　　（１ａ
）ｖ、　＝　ＶＯ８５ｉｎ７５ｉＢｃ　　　　　　　（
ｌｂ）Ｖｐ　＝　Ｖ７　＋　ＶＯ’ｃｏｓγ　　　　　
　（ＩＣ）ここで、ｖｃおよびＶ、は、変化するＴＥ／
ＴＭ出力位相の調節可能なモード変換を含み、ＶＰは、
純粋なＴＥ／ＴＭＥ相転移を含む。（ｌａ）および（１
ｂ）における電圧振幅ＶＯｃおよびＶＯ２は、μ−〇で
γスπ／２のとき■。が完全なＴＥ−ＴＭ（またはＴＭ
→ＴＥ）変換を含み、かつμ＝π／２でγ＝π／２のと
きＶ８が完全なＴＥ−４ＴＭ（またはＴＭ→ＴＥ）変換
を含むように、選択される。また、ＶＯｏは、γ＝Ｏな
るγに対しＶ２の量Ｖ。だけの変化がπに相当する相対
的ＴＥ／ＴＭＥ相転移を含むように、選択される。所望
の偏光転換は、（１〉における際限無く変化する位相角
γおよびμのみを調節することによって得られる。（ｌ
ｃ）におけるバイアス電圧ｖ丁により、動作波長を電子
光学的に同調することが可能となる。
導波路に電界Ｅ、を発生させることにより電子光学係数
ｒ　５１　（ｒ　５１＝　２８　ｘ　１０−１２ｍ／Ｖ
）を介してモード変換が行われる。ここでは、ＬｉＮｂ
ｏ３の複屈折が大きいため、ＴＥおよびＴＭの偏光モー
ドは、かなり異なった位相速度で伝播する。ＴＥ−ＴＭ
交互変換は、位相コヒーレントな周期結合によって効率
的に行われる。この周期結合は、示した本実施例では、
モード変換器１１の両手の指を合わせたような電極（２
１，２１′）およびモード変換器１３の電極（２３，２
３°）によって発生され、電極の指の部分は、関係周期
がへｆであり、導波路２０に空間的に周期的な電界ＥＸ
（ｙ）＝ＥＸ（ｙ＋Ａｆ）を誘導する。さらに効率的な
モード変換は、 Ａ−λ。／１Δｎ　Ｐｈ　ｌ　　　　　　　　　　（２
）なる周期へで行われる。ここで、Δｎ　ｐｈ　＝ｎ　
ＴＭ−ｎＴＥは、ＴＭモードおよびＴＥモードの有効位
相インデックスの差であり、λ。は、自由空間の動作波
長である、 ＴＥ／ＴＭ位相転移は、位相転移器１２の標準的な位相
転移電極（２２，２２゛）および位相転移器１４の（２
４，２４゛）を用いて導波路に−様な電界Ｅ７を誘導す
ることにより、電子光学係数ｒ１３およびｒ３３（ｒｔ
３℃１０　ｘ　Ｉ　Ｑ−１２ｍ／Ｖ、ｒ３３た３　０　
ｘ　１０　”ｍ／Ｖ）を介して行われる。ここで、ＴＥ
モードおよびＴＭモードは屈折率の異なる変化（ｒ１３
≠ｒ３３）を経るので、実質的なＴＥ／ＴＭ位相転移が
得られる。
第３図の関係を置いた電極系は、同図に示したように、
Ｎ個の同じセクションから収り、各セクションには、モ
ード変換器１１および１３からの各々のＴＥ−→ＴＭモ
ード変換器電極（２１，２１′）および（２３，２３′
）の２つの短絡部が位相転移器１２および１４の各々の
ＴＥ／ＴＭ位相転移位相転移二電極２２°）および（２
４，２４′）の２つの短絡部と関係を置いて含まれてい
る。各セクションにおいて、長さＩＣのモード変換器電
極２１．２１′の短絡部の後に、長さＩＰ、の位相転移
器１２２２．２２“の短絡部があり、さらにその後に、
長さ１８のモード変換器電極２３．２３′の第２の短絡
部、および長さＩＰ２の位相転移層電極２４．２４°の
もう一つの短絡部が続く。
各セクションの長は、周期への整数倍、即ちｌｃ＋　Ｉ
　ａ＋　Ｉ　０１　＋　１５２＝　Ｍ　Ａとなるように
選択される。ここで、ＩＤ１およびＩＤ２は、モード変
換器１１と１３（第２図および第３図を参照）との間の
関係を表し、Ｍは任意の整数である。（これらの関係は
、位相転移器１２および１４の実際の電極より長い、即
ち１　ｏ、＞　ｉ　ｐ、かつＩ　Ｄ２＞　Ｉ　Ｐ２であ
ることに注意を要する）。結果として、λ。において、
マルチ・セクション偏光転換器の第１のモード変換器１
１によって変換さ１また光信号は、コヒーレントに位相
が増加するが、この点は、マルチ・セクション偏光転換
器の第】のモード変換器】、３によって変換された光信
号も同様である。さらに、１０＋、およびＩＤ２は、１
ｃ＋　１ｏ、＝　（２ｍ　　ｌ　）Λ／４となるように
、）Ｈｔ尺さね４る。ここで、ｍは１、＜ｍ≦２Ｍなる
整数である７後者の条件の結果、第２のモード変換器の
電極系によって変換された光信号は、第１のモード変換
器の電極系によって変換された光信号に比較し光学的位
相が〈２ｍ−１〉π／２だけ異なる。
Ｖ　ｐ　＝　Ｏの場合（即ち、モード変換器のみを動作
させｆＳＰ４合）、この転換器は、ＴＥ／ＴＭ出力位相
が際限無く変化するＴ　Ｅ　＝　−Ｔ　Ｍ変換器として
作用する。Ｖ　ｓ　”　Ｏの場合（即ち、第１のモード
変換器、第１および第２の位相転移器のみを動作させた
場合）、この装置は、回転可能な波長板の場合と同様に
調節可能な方位の直線位相リターグー（ｒｅｔａｒｄｅ
ｒ　：位相差を起こさせる素子）として作用する。Ｖｅ
”＝Ｏの場合、即ち第２のモード変換器、第１および第
２の位相転移器のみを使用した場合、入力光は直線リタ
ーダ−に入る前に複屈折導波路においてπ／２のＴＥ／
ＴＭ位相転移をさらに経ており、そのリターダ−を出る
と一π／２の逆向きの位相転移を経ているので、この転
換器は、直線偏光回転器として作用する。（複屈折導波
路においては、偏光状態は局所的に定義されるに過ぎな
いことに注意を要する。そこで、入力偏光を第１のモー
ド変換器の最初の区間への始点における偏光状態と定義
する。） 転換範囲が無限の一般的１肩先制御装置として所望の動
作を得るには、３つの電極系全部に式〈１ａ）から式（
１Ｃ）の形式の駆動電圧を与えればよい。ここで、Ｖ　
ｏ’はπの相対ＴＥ／ＴＭ位相転移に対する電圧、Ｖｏ
は完全なモード変換に対する電圧となるように、電圧振
幅が選択されている。従って、この転換器は、２つの調
節可能なＴＥ／ＴＭ位相転移器の間に置かれた回転可能
な半波長板と同様に、一定の総位相すターディジョンπ
の一般的な楕円複屈折を起こさせる。この場合、入力光
は、調節可能な方位γ／２の一般的直線複屈折を受ける
前に相対位相が一μだけ転移され、出力光は、ｔａｎ　
Ｐ＝（ＶｏｃＶｓ）／（ＶｏｓＶｃ）であり、γおよび
μが駆動電圧の振幅ではなく駆動電圧の比率によって決
定されるので、半波長板の方位、入力および出力の位相
転移は、河の制限もなく変化することができる。従って
、転換範囲が無限の一般的偏光転換が可能となる。
本発明の転換器の理想的な動作を得るためには、−ａに
、全相互作用長Ｌ＝ＮＭ八（ここで、Ｎ）１）において
関係を置いた多数のモード変換器および位相転移器のセ
クションが必要である。例として実現した転換器は、Ｌ
ｉＮｂＯ３の複屈折が大きい（λｏ＝１．５２μｍのと
きＡｚ２１μｍ）ため、狭い光帯域でのみ動作可能であ
る。例えば、全相互作用長がＬ＝８１０Ａ（λＯ＝１．
５２μｍのときＬ＝１．７ｃｍ）の転換器では、帯域幅
がλ０／１０００以下である。しかし、動作波長は、位
相転移器のＰ　、Ｐ　、、電極にバイアス電圧ｖＴを与
えることにより、設計波長λ０から外れることができる
。
ＬｉＴａＯ３上に転換器を実現すれば、その結晶の複屈
折はＬｉＮｂＯ３に比べて十分低いので、さらに広い帯
域と同調範囲を得ることができる。
各電極系は、それぞれに対応する２ｘ２伝達行列によっ
て表されるや　そして、全体的な伝達行列は、各伝達行
列をすべて掛は合わせた積として算出される。Ｎ）１の
場合、全体の伝達行列は、単純な解析関数によって近似
することができる。
以下においては、導波路は、損失がなく、基本的なＴＥ
、モードおよびＴＭｏモードのみをサポートするものと
仮定する。また、簡単にするために、へｆ＝へとし、Ｖ
ｏｃ＝Ｖｏａ＝Ｖｏとなるように１３＝ｌｃと仮定する
。共通の時間に依存するｅｘｐ（−ｊωｔ）だけでなく
側面のモード分布も無視することにより、２つのモード
の伝播定数を １３ｔ　（Ｗ）　＝　ｎｗ（Ｗ）　２π／λおよびｈ（
Ｌ）＝　ｎｍ（Ｌ）　２７Ｃ／λで表すと、２つのモー
ドの振幅は、 ＡｉＯ’）　＝　ａｉ（ｙ）　ｅＸＰＧ１３ｉ）’）　
Ｉ　ｉ＝　１．２　ｔによって特徴付けることができる
。これにより、導波路における一般的な偏光状態は、要
素Ａｔ（、Ｖ）およびＡ２（ｙ）を有する正規化列ベク
トルｔ（ｙ）によって表される。
によって与えられる。ここで、エユは長さＭへの単一セ
クションの伝達行列である。
従って、波長がλ。に近いとき、ＣおよびＳに対して ここで、θは偏光角、φはＴＥ／ＴＭの相対的位相角で
あり、Ｏ≦θ≦π／２かつ０≦φ≦２πである。
この転換器の出力偏光Ａ　（Ｌ）は、２ｘ２のジョーン
ズ行列工によって、入力偏光Ａ（０）にＡ（Ｌ）＝工Ａ
（０）として関係付けることができる。モード変換器お
よび位相転移器の一つ一つに同様の関係を用いて、第１
のモード変換器を行列旦、第２のモード変換器を行列旦
、第１の位相転移器を行列ム、そして第２の位相転移器
を行列旦２ｋよって表す、このようにすると、Ｎ個の同
じセクションからなる転換器の全体的な伝達行列すは、
であることが分かる。ここで、アスタリスク（＊印）は
複素共役を表し、ζ＝πｌｃ／八であり、ξ＝（β２＋
β１）／２である。関数ａ、およびす。
（ｉ＝Ｃ，Ｓ）は、次式によって与えられる。
こ・二で、／Ｃｃ＝　Ａ？　□ｓｉｎ　７００５μおよ
びにＢ＝に（＋５ｉｎ７ｓｉｎμは、第１および第２の
モード変換器１１，１３に対する単位長さあたりの結合
係数であり、に。は次式で表される、 Ｐ１＝ また、δは、装置がλ。＋Δλの波長で動作した場合の
結合過程における単位長さあたりの位相の不整合を表す
。
上述のように、Δｎｐｈ（λ）は、２つのモードの波長
に依存する位相インデックスの差を示し、・・・・（９
ａ） であり、これからＰ２を得るにはｌＤ、およびＩ　Ｐ　
＋−全ＩＤ２およびＩＦ５でそれぞれ置き換えればよい
７　モード１をＴＥモード、モード２を７Ｍモードであ
ると仮定すれば、単位長さにつき電子光学的に請導され
る位相転移は、次の式によって与えられることが分かる
。
は、λ。におけるグループ・インデックスの差である６
式（６）において、ｒＴＥ−丁’４は、加えられた電界
と２つの光学的な場との重複を特性付ける正規化された
パラメータであり、０≦ｒ　ＴＥ−Ｔｈ≦１である・単
一の最初の位相転移器の伝達行列は、ここで、「ＴＥお
よび「ＴＭは、ＴＥモードおよび７Ｍモードの光学的な
場に関して与えられた電界の正規化重複パラメータであ
り、またＧは、位相転移弱電極間（第２図）の電極関係
である。位相転移器Ｐ、およびＰ２の各々において、電
子光学（票数が、ｒ＝ｇ＝３ｒ１３と異なるために、Ｔ
　Ｅ　／　Ｔ　Ｍの相対位相転移Δφ１；（Δｈ−Δｆ
３ｘ）Ｉｐｔ　　　およびΔモ＝（Δｐ２−Δ１ｈ）Ｉ
Ｆ５が、それぞれ講導される。
式（５）から（９）を式（４）に代入することにより、
エエを算出することが可能であり、ＬのＮ乗としてニー
区を得ることができる。）の正確な解析的表現は、−１
１２ｋ、にＣ１に６、へφ７、Ａφ２およびδの複雑な
関数として、示すことができる。しかし、Ｎ）１で、波
長が＾０に近い場合、ムを簡単な解析関数によって近似
することができる。それぞれのモード変換器および位相
転移器によって与えられるモード変換および位相転移は
、僅かであって、にｏ　１　ｃ　ｌ　＜：　１、ＩＡφ
、１（１、ＩＡφ２１（１、モして１ａＭＡＩ（１であ
る。従って、（５）および（９）の行列要素は、第３項
以降を無視したに０、Ａφ０、Ａφ２およびδのべき級
数展開によって近似することができる。この近似により
、ｂは次式によって与えられる。
・・・・（１０） ここで、■＝蛎？＝１７Ｌ、ｅ　＝　（ｐ１＋　Ｋ）Ｌ
　　　である。Ｍを奇数とし、Ｒ＝２Ｐｃはｐｃ：ｌｃ
ｌＭＡとした単位長さあたりの平均結合係数であり、δ
＝δ＋（△［３１−Δｌ３２）ｐＰ１２　　によってＩ
）ｐ　＝　（ｌｐｔ　＋　ＩＦ５）／ＭＡとした単位長
さあたりの平均位相不整合を表すものとする。
式（１０）は、可変楕円複屈折を与える一般偏光補償器
の伝達関数を表す。ここで、２δＬはＴＥ／ＴＭ位相転
移量を表し、にＬＣＯ５μはＴＥ←→ＴＭ変換量を、に
ＬＳｔｎμは円位相すターディションの量を表し、そし
て２ｖによって楕円位相リターディションの総量が与え
られる。
有限個数のモード変換器／位相転移器セクションを有す
る実際の装置の伝達行列すが、式（１０）の理想的な解
析から逸脱することが予想される。この偏差の大きさは
、１／Ｎ程度であり、多数のセクションを使用すること
により小さくすることができる０例えば、セクションの
総数がＮ＝３０の転掲器であれば、長さ２ｃｍのＬｉＮ
ｂＯ３結晶（Ｍ＝３１、Ａ＝２１μｍとする）上に容易
に実現できるが、理想形式からの位相偏差は０．０４ｒ
ａｄ以下であり、振幅偏差は一３０ｄＢ以下である。
式（１０）を用いれば、転換器により任意の入力偏光か
ら任意の出力偏光への一般的偏光転換ができていること
を容易に確認することができる。ここで言えることは、
一定の位相リターディション２Ｖ＝πに対しても、２つ
の別個の調節可能なパラメータδ／マおよびμのみによ
って、転換器は、転換範囲が無制限に有効であるような
所与の入力偏光から規定の出力偏光への一般的偏光転換
を与えることができるということである。
一般偏光転換を行う場合、転換器がλ０とは異なる波長
で動作している場合に起こる好ましくない位相不整合δ
を補償するために、式（１）におけるバイアス電圧■Ｔ
は、一定の電子光学的な位相転移−２δＬを誘導するよ
うに、調節される０式（１）における電圧振幅Ｖ。およ
びＶ。°は、 ＝句ρＣＬ＝平　・・・・（１１） となるように、調節される。従って、市はγとは独立、
即ち一定であり、くし＝！ｓｉｎγ、さらにはδＬ＝’
？ｃｏｓγであることから、式（１０）は次のように書
き直すことがで゛きる２ Ｔ−（ｙ、γ、μ）＝ ここで、共通位相因子ｅｘｐ［−ｊｅｌは表していない
。
これによって、Ｔ−（ｙ　、　Ｏ、Ｏ）は純粋なＴＥ／
ＴＭ位相転移を、Ｔ−（ｙ　、　７Ｃ／２　、　Ｏ）ハ
純粋なＴ　Ｅ　’−−Ｔ　Ｍ変換を、そしてＴ、（ｖ、
π／２．π／２）は純粋な同位相リターディションを表
す０式（１２）は、直線位相リターディション（μ＝０
）を表す３つの行列の積に構成することができる。
Ｔ−（Ｖ、γ、１．Ｌ）＝ ・・・・（１３〉 従って、これにより、本発明の転換器が２つの反対の位
相転移の無限に調節可能なＴＥ／ＴＭ位相転移器の間に
置かれた無限に回転可能な波長板と同様に作用すること
が確かめられる。
また、式（Ｉ３）より次のことが分がる。一定の総位相
すターディションに対し、γおよびμのみが０≦γ≦π
および−π／２≦μ≦π／２（または−π／２≦γ≦π
／２および−π≦μ≦π）の範囲で調節可能な場合でも
、この偏光転換器により、所与の入力から所望の出力状
態への一般的偏光転換を可能とする一般楕円複屈折（μ
≠Ｏ）が起こる。このことは、任意の偏光角θ卸および
任意の位相角φ１ｏの入力偏光にＴ−（π／２．γ、Ｕ
）を適用することにより、出力偏光の偏光角および位相
角に対し、 ｃｏｓ　２ｅＯｕ、　＝　ｃｏｓ　２７ｃｏｓ　２ｅ＞
　−５ｉｎ　２７ｓｉｎ　２ｅＨｃｏｓ　（輻＋　ｐ）
（１４ａ） となることから、確かめられる。ここで、ｄｌ　＝　ｓ
ｉｎ　２％　Ｓｉｎ　（４’＝咋）　　　　テあり、ま
たｄ２＝ｃｏｓ　２％、　ｓｉｎ　２γ＋　ｓｉｎ　２
％、　ｃｏｓ　２７　ｃｏｓ　（４）＝＋ｉｌ）　　で
ある。
式（１４）によって、所与の入力偏光（θ１゜、φ＋ｎ
）に対し、所望の出力偏光（θ。０．φ。ｕｔ）への少
なくとも１つの転換Ｔ−（π／２．γ、μ）が存在する
１次の条件を満足する場合、所望の転換が得られること
は、代入によって確認することができる。
・・・・（１５ａ） ・・・・（１５ｂ） ここで、Ｏ≦γ≦π、Ｏ≦μ≦２πである。θ１ｎ−〇
（θ、ｎ＝π／２）およびφ１７が任意のＴＥ（または
ＴＭ）！光入力光に対し、式（１５〉は、ｔａｎ　γ＝
　ｔａｎθｏｕｔ　（ｔａｎ７　＝ｔａｎ（θｏｕｔ＋
π／２））、ｔａｎμ＝ｔａｎθ。ｕｔと簡単になる。
式（１５）の幾分長めの解析によって、仮に駆動電圧が
−Ｖ□≦＼ｒｃ、■８≦Ｖｏおよび−Ｖ　□　’≦ＶＰ
−■１≦■。゛の範囲にあっても、転換器１０は、無限
の範囲の偏光転換を与えることが示される。しかしなが
ら、式（１２〉の転換をポアンカレ球面上に表すことに
より本発明の転換器の動作をさらに図式的に理解するこ
とができる。この表現では、偏光の各状態は、単位半径
の３次元の球面上の点に対応し、表される点（またはこ
の点へのべ２１〜ル）は、偏光角θおよび位相角φによ
って一義的に決定される。ＴＥ偏光モードおよびＴ　Ｍ
　（１４光モードは、球の北極および南極にそれぞれ表
され、円偏光は、赤道の表現空間のＹ軸との２つの交点
に対応する。赤道とＸ軸との２つの交点は、それぞれ＋
４５°および一４５°における２つの直線偏光モードを
表す。
式（１２）によって記述される転換は、ポアンカレ球面
における表現ベクトルの角度２ｖの回転に対応する。こ
こで、ｘｌの回りの回転は純粋なＴＥ−→ＴＭ変換に、
ＹＭＬ：７）回りの回転は純粋な両次屈折に、Ｚ軸の回
りの回転は純粋なＴＥ／ＴＭ位相転移に対応する。一般
的転換Ｔ、、（ｙ　、γ、ｐ）に対する（正規化）回転
軸は、次式のように表すことができる。
貫を表現空間における任意の方向とすることができ、さ
らにその座標は駆動電圧Ｖｏ、■８、およびＶＰ−Ｖ丁
に正比例する。従って、駆動電圧が、−Ｖ０≦■。、■
６≦■ｏ、および−ＶＯ′≦（ｖ　ｐ−Ｖ　Ｔ　）≦Ｖ
　６　’の範囲にある場合、表現空間においてΩを任意
に回転することができる。
転換（１５）は、ポアンカレ球面において、入力ＩＮ光
および出力偏光の表現ベクトル間の角度を２等分するよ
うにΩを方向付けることによって、実現される９　人力
ｍ光ベクトルをΩの回りに角度２ｖ＝πだけ回転させる
と、所望の出力偏光となる。
Ωは表現空間において際限無く回転することができるの
で、この転換アルゴリズムにより、明らかに、任意に変
化する入力を任意の出力偏光に連続転換することができ
る。
本発明の転換器は、リセット・サイクルを必要とするこ
となく任意の転換シーケンスを際限無く繰り返すことが
できる。さらに、Ωが自由に回転できるので、入力およ
び出力の偏光が同時に変化する場合、無際限の偏光制御
も可能となる。ｆｉ！後に、注意すべきことは、この転
換器が制御するのは、ｊ！！＃的な出力位相ではなく、
Ｕ＃的なＴＥ／ＴＭ出力位相であるということである。
さらに、式（１０）に見られるように、第１および第２
の位相転移器に電圧ＶＰが与えられると、出力光に不要
な共通位相の変化（δ＋△β、ρｐ）　Ｌが発生する８
本発明の装置の制作技術は、一般の当業者には周知であ
る。米国特許第４，５３３．２０７号および第４．３８
４．７６０号に説明されている制作技術をここに参照に
より敢えて加えておく。
図に示し、かつ先に述べた例は、縦続接続可能な偏光転
換セクションによって成り立ち、各セクションにおける
要素は、次のように配列されている。即ち、第工のＴＥ
←→ＴＭモード変換器１１゜第１のＴＥ／ＴＭ位相転移
位相転移第１２モード変換器１３、および第２のＴＥ／
ＴＭ位相転移器１４の順である。また、本装置の性能を
損なうことなく、１つ以上の偏光転換セクションから第
１の位相転移器１２または第２の位相転移器１４を省略
することができる。さらに、Ｎ個のセクションからなる
転換器において、縦続接続されるセクションは同じであ
る必要はない。つまり、第１図に示した要素をすべて含
むセクションがある一方で、位相転移セクションを省略
したセクションがあってもよい。
モード変換器については、集積化した電極構造の代わり
に、１９８８年の応用光学（Ａｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉ
ｃｓ）第２７巻のｐ、　１１４−ｐ、　１１７にオー・
エノーヤン（０，Ｅｋｎｏｙλｎ）他によって示された
ものと同様のパッド構造によって置き換えることも可能
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明を説明する実施例の簡単なブロック図
、 第２図は、本発明を説明する実施例の導波路および電極
の構造の平面図、 第３図は、本発明の原理に従う例のマルチ・セクション
装置の斜視図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、光信号が伝播する複屈折導波路において、相互に関
    係する前記光信号の直交偏光成分の振幅を変化させる第
    １のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第１の位相転移器と、相互に関係する前記光
    信号の前記直交偏光成分の振幅を変化させる第２のモー
    ド変換器と、相互に関係する前記光信号の前記直交偏光
    成分の位相を変化させる第２の位相転移器と、を縦続に
    含む少なくとも１つのセクションを備え、ｍおよびＭを
    １≦ｍ≦２Ｍを満たす正の整数であると仮定した場合、
    前記セクションがＭ・Λの長さを有し、前記第２のモー
    ド変換器が前記第１のモード変換器の始点からほぼ（２
    ｍ−１）Λ／４の距離にあり、 前記複屈折導波路を伝播する前記光信号の偏光および位
    相を制御することを特徴とする 偏光転換器。 ２、前記セクションにおいて、前記第１の位相転移器と
    前記第２の位相転移器との間の長さの比が、（２ｍ−１
    ）／（４Ｍ−２ｍ＋１）にほぼ等しいことを特徴とする
    請求項１記載の偏光転換器。 ３、前記第１のモード変換器が前記第２のモード変換器
    とほぼ同じであることを特徴とする請求項１または請求
    項２記載の偏光転換器。 ４、光信号が伝播する複屈折導波路において、相互に関
    係する前記光信号の直交偏光成分の振幅を変化させる第
    １のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第１の位相転移器と、相互に関係する前記光
    信号の前記直交偏光成分の振幅を変化させる第２のモー
    ド変換器と、相互に関係する前記光信号の前記直交偏光
    成分の位相を変化させる第２の位相転移器と、を縦続に
    含むセクションを１より大きい整数Ｎの個数だけ備え、 ｍおよびＭを１≦ｍ≦２Ｍを満たす正の整数であると仮
    定した場合、前記セクションがＭ・Λの長さを有し、前
    記第２のモード変換器が前記第１のモード変換器の始点
    からほぼ（２ｍ−１）Λ／４の距離にあり、 前記複屈折導波路を伝播する前記光信号の偏光および位
    相を制御することを特徴とする 偏光転換器。 ５、前記セクションにおいて、前記第１の位相転移器と
    前記第２の位相転移器との間の長さの比が、（２ｍ−１
    ）／（４Ｍ−２ｍ＋１）にほぼ等しいことを特徴とする
    請求項４記載の偏光転換器。 ６、前記第１のモード変換器が前記第２のモード変換器
    とほぼ同じであることを特徴とする請求項４または請求
    項５記載の偏光転換器。 ７、光信号が伝播する複屈折導波路において、相互に関
    係する前記光信号の直交偏光成分の振幅を変化させる第
    １のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第１の位相転移器と、相互に関係する前記光
    信号の前記直交偏光成分の振幅を変化させる第２のモー
    ド変換器と、を縦続に含む少なくとも１つのセクション
    を備え、 ｍおよびＭを１≦ｍ≦２Ｍを満たす正の整数であると仮
    定した場合、前記セクションがＭ・Λの長さを有し、前
    記第２のモード変換器が前記第１のモード変換器の始点
    からほぼ（２ｍ−１）Λ／４の距離にあり、 前記複屈折導波路を伝播する前記光信号の偏光および位
    相を制御することを特徴とする 偏光転換器。 ８、前記第１のモード変換器が前記第２のモード変換器
    とほぼ同じであることを特徴とする請求項７記載の偏光
    転換器。 ９、光信号が伝播する複屈折導波路において、相互に関
    係する前記光信号の直交偏光成分の振幅を変化させる第
    １のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第１の位相転移器と、相互に関係する前記光
    信号の前記直交偏光成分の振幅を変化させる第２のモー
    ド変換器と、を縦続に含むセクションを１より大きい整
    数Ｎの個数だけ備え、 ｍおよびＭを１≦ｍ≦２Ｍを満たす正の整数であると仮
    定した場合、前記セクションがＭ・Λの長さを有し、前
    記第２のモード変換器が前記第１のモード変換器の始点
    からほぼ（２ｍ−１）Λ／４の距離にあり、 前記複屈折導波路を伝播する前記光信号の偏光および位
    相を制御することを特徴とする 偏光転換器。 １０、前記第１のモード変換器が前記第２のモード変換
    器とほぼ同じであることを特徴とする請求項９記載の偏
    光転換器。 １１、光信号が伝播する複屈折導波路において、相互に
    関係する前記光信号の直交偏光成分の振幅を変化させる
    第１のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の振幅を
    変化させる第２のモード変換器と、相互に関係する前記
    光信号の前記直交偏光成分の位相を変化させる第１の位
    相転移器と、を縦続に含む少なくとも１つのセクション
    を備え、ｍおよびＭを１≦ｍ≦２Ｍを満たす正の整数で
    あると仮定した場合、前記セクションがＭ・Λの長さを
    有し、前記第２のモード変換器が前記第１のモード変換
    器の始点からほぼ（２ｍ−１）Λ／４の距離にあり、 前記複屈折導波路を伝播する前記光信号の偏光および位
    相を制御することを特徴とする 偏光転換器。 １２、前記第１のモード変換器が前記第２のモード変換
    器とほぼ同じであることを特徴とする請求項１１記載の
    偏光転換器。 １３、光信号が伝播する複屈折導波路において、相互に
    関係する前記光信号の直交偏光成分の振幅を変化させる
    第１のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の振幅を
    変化させる第２のモード変換器と、相互に関係する前記
    光信号の前記直交偏光成分の位相を変化させる第１の位
    相転移器と、を縦続に含むセクションを１より大きい整
    数Ｎの個数だけ備え、 ｍおよびＭを１≦ｍ≦２Ｍを満たす正の整数であると仮
    定した場合、前記セクションがＭ・Λの長さを有し、前
    記第２のモード変換器が前記第１のモード変換器の始点
    からほぼ（２ｍ−１）Λ／４の距離にあり、 前記複屈折導波路を伝播する前記光信号の偏光および位
    相を制御することを特徴とする 偏光転換器。 １４、前記第１のモード変換器が前記第２のモード変換
    器とほぼ同じであることを特徴とする請求項１３記載の
    偏光転換器。 １５、光信号が伝播する複屈折導波路において、相互に
    関係する前記光信号の直交偏光成分の振幅を変化させる
    第１のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第１の位相転移器と、ｍおよびＭを１≦ｍ≦
    ２Ｍを満たす正の整数であると仮定した場合、前記第１
    のモード変換器の始点からほぼ（２ｍ−１）Λ／４の距
    離に位置し、相互に関係する前記光信号の前記直交偏光
    成分の振幅を変化させる第２のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第２の位相転移器と、ｊを正の整数とし、ｍ
    ／２＜ｊ≦Ｍとした場合、前記第１のモード変換器の始
    点からほぼ（２ｊ−１）Λ／２の距離に位置し、相互に
    関係する前記光信号の前記直交偏光成分の振幅を変化さ
    せる第３のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第３の位相転移器と、にを正の整数とし、１
    ≦ｋ≦２（Ｍ−ｊ）とした場合、前記第１のモード変換
    器の始点からほぼ（４ｊ＋２ｋ−３）Λ／４の距離に位
    置し、相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の
    振幅を変化させる第４のモード変換器と、相互に関係す
    る前記光信号の前記直交偏光成分の位相を変化させる第
    ４の位相転移器と、を縦続に含む少なくとも１つのセク
    ションを備え、これらのセクションがＭ・Λの長さを有
    し、前記複屈折導波路を伝播する前記光信号の偏光およ
    び位相を制御することを特徴とする 偏光転換器。 １６、前記第３のモード変換器が、この第３のモード変
    換器によって変換された光信号を、前記第１のモード変
    換器によって変換された光信号と位相的にコヒーレント
    に加えるための電極構造を備え、さらに、前記第４のモ
    ード変換器が、この第４のモード変換器によって変換さ
    れた光信号を、前記第２のモード変換器によって変換さ
    れた光信号と位相的にコヒーレントに加えるための電極
    構造を備えたことを特徴とする請求項１５記載の偏光転
    換器。 １７、前記の第１、第２、第３および第４の各モード変
    換器が、ほぼ同じであることを特徴とする請求項１５記
    載の偏光転換器。 １８、光信号が伝播する複屈折導波路において、相互に
    関係する前記光信号の直交偏光成分の振幅を変化させる
    第１のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第１の位相転移器と、ｍおよびＭを１≦ｍ≦
    ２Ｍを満たす正の整数であると仮定した場合、前記第１
    のモード変換器の始点からほぼ（２ｍ−１）Λ／４の距
    離に位置し、相互に関係する前記光信号の前記直交偏光
    成分の振幅を変化させる第２のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第２の位相転移器と、ｊを正の整数とし、ｍ
    ／２＜ｊ≦Ｍとした場合、前記第１のモード変換器の始
    点からほぼ（２ｊ−１）Λ／２の距離に位置し、相互に
    関係する前記光信号の前記直交偏光成分の振幅を変化さ
    せる第３のモード変換器と、 相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の位相を
    変化させる第３の位相転移器と、にを正の整数とし、１
    ≦ｋ≦２（Ｍ−ｊ）とした場合、前記第１のモード変換
    器の始点からほぼ（４ｊ＋２ｋ−３）Λ／４の距離に位
    置し、相互に関係する前記光信号の前記直交偏光成分の
    振幅を変化させる第４のモード変換器と、相互に関係す
    る前記光信号の前記直交偏光成分の位相を変化させる第
    ４の位相転移器と、を縦続に含むセクションを１より大
    きい整数Ｎの個数だけ備え、これらのセクションがＭ・
    Λの長さを有し、 前記複屈折導波路を伝播する前記光信号の偏光および位
    相を制御することを特徴とする 偏光転換器。 １９、各セクションに付いて、前記第３のモード変換器
    が、この第３のモード変換器によって変換された光信号
    を、前記第１のモード変換器によって変換された光信号
    と位相的にコヒーレントに加えるための電極構造を備え
    、さらに、各セクションに付いて、前記第４のモード変
    換器が、この第４のモード変換器によって変換された光
    信号を、前記第２のモード変換器によって変換された光
    信号と位相的にコヒーレントに加えるための電極構造を
    備えたことを特徴とする請求項１８記載の偏光転換器。 ２０、各セクション内部において、前記の第１、第２、
    第３および第４の各モード変換器が、ほぼ同じであるこ
    とを特徴とする請求項１８記載の偏光転換器。
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