JPH07152005A - 光装置 - Google Patents
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- JPH07152005A JPH07152005A JP6214333A JP21433394A JPH07152005A JP H07152005 A JPH07152005 A JP H07152005A JP 6214333 A JP6214333 A JP 6214333A JP 21433394 A JP21433394 A JP 21433394A JP H07152005 A JPH07152005 A JP H07152005A
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- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光ファイバ増幅器を使用した光伝送システム
において偏光依存ホールバーニングの効果を縮小する。 【構成】 偏光変調は、２つの縦続（カスケード）接続
された偏光変調器を使用することによって実現される。
一実施例では、変調器は２つの縦続接続された回転波長
板からなる。２つの波長板は、第１の一定角速度で回転
する半波長板と、その後に続いて、第１の角速度とは異
なる第２の角速度で回転する４分の１波長板からなる。
もう１つの実施例では、変調器は、固定した相対角度４
５°の向きをもつ２つの調整可能位相リターダのカスケ
ードからなる。これらの位相リターダはいずれも、入力
光信号を変調して−πと＋πの間の周期的な位相シフト
を生成する。さらに、偏光依存損失の効果を縮小するに
は、ＳＯＰ変調周波数は情報信号クロックの倍数になる
ように選択する。
において偏光依存ホールバーニングの効果を縮小する。 【構成】 偏光変調は、２つの縦続（カスケード）接続
された偏光変調器を使用することによって実現される。
一実施例では、変調器は２つの縦続接続された回転波長
板からなる。２つの波長板は、第１の一定角速度で回転
する半波長板と、その後に続いて、第１の角速度とは異
なる第２の角速度で回転する４分の１波長板からなる。
もう１つの実施例では、変調器は、固定した相対角度４
５°の向きをもつ２つの調整可能位相リターダのカスケ
ードからなる。これらの位相リターダはいずれも、入力
光信号を変調して−πと＋πの間の周期的な位相シフト
を生成する。さらに、偏光依存損失の効果を縮小するに
は、ＳＯＰ変調周波数は情報信号クロックの倍数になる
ように選択する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、情報の光伝送に関し、
特に、リピータを使用した長距離光伝送路の伝送能力の
改善に関する。
特に、リピータを使用した長距離光伝送路の伝送能力の
改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】光増幅器リピータを含む海底または大陸
間の地上光波伝送システムで使用されるような超長距離
光ファイバ伝送路は、起こり得る多くの障害による性能
の低下を被る。一般的に、障害は、光伝送距離の関数と
して増大する。光増幅器を含む長い光伝送路では、障害
は時間とともに変動する傾向があり、光伝送路の信号対
ノイズ比（ＳＮＲ）におけるランダムゆらぎを引き起こ
す。ＳＮＲのランダムゆらぎは信号フェージングとして
知られる現象に寄与する。ＳＮＲゆらぎはまた、光伝送
路で伝送されるディジタル信号の平均ビット誤り率（Ｂ
ＥＲ）を増大させる。このような光伝送路で伝送される
ディジタル信号のＳＮＲが平均ＳＮＲに比べて許容でき
ないほど小さくなる（それによってＢＥＲが望ましくな
いほど高くなる）とき、信号対ノイズフェージングが起
きている可能性がある。実験的証拠によれば、信号フェ
ージングとＳＮＲゆらぎは、光ファイバ自体または伝送
路内のその他の光要素によるいくつかの偏光依存効果に
よって引き起こされる。特に、現在、これらの効果のう
ちの１つは偏光依存ホールバーニング（ＰＤＨＢ）とし
て同定されており、これは、光増幅器の反転分布のダイ
ナミクスに関係している。ホールバーニングについて
は、ディ．ダブリュ．ダグラス(D. W. Douglas)、アー
ル．エー．ハース(R. A. Haas)、ダブリュ．エフ．クラ
プケ(W. F. Krupke)、エム．ジェー．ウェーバー(M. J.
Weber)、「ネオジムガラスレーザにおけるスペクトル
および偏光ホールバーニング(Spectral and Polarizati
on Hole Burning in Neodymium Glass Lasers)」、IEEE
Journal of Quantum Electronics、第ＱＥ−１９巻第
１１号（１９８３年１１月）、という論文に記載されて
いる。
間の地上光波伝送システムで使用されるような超長距離
光ファイバ伝送路は、起こり得る多くの障害による性能
の低下を被る。一般的に、障害は、光伝送距離の関数と
して増大する。光増幅器を含む長い光伝送路では、障害
は時間とともに変動する傾向があり、光伝送路の信号対
ノイズ比（ＳＮＲ）におけるランダムゆらぎを引き起こ
す。ＳＮＲのランダムゆらぎは信号フェージングとして
知られる現象に寄与する。ＳＮＲゆらぎはまた、光伝送
路で伝送されるディジタル信号の平均ビット誤り率（Ｂ
ＥＲ）を増大させる。このような光伝送路で伝送される
ディジタル信号のＳＮＲが平均ＳＮＲに比べて許容でき
ないほど小さくなる（それによってＢＥＲが望ましくな
いほど高くなる）とき、信号対ノイズフェージングが起
きている可能性がある。実験的証拠によれば、信号フェ
ージングとＳＮＲゆらぎは、光ファイバ自体または伝送
路内のその他の光要素によるいくつかの偏光依存効果に
よって引き起こされる。特に、現在、これらの効果のう
ちの１つは偏光依存ホールバーニング（ＰＤＨＢ）とし
て同定されており、これは、光増幅器の反転分布のダイ
ナミクスに関係している。ホールバーニングについて
は、ディ．ダブリュ．ダグラス(D. W. Douglas)、アー
ル．エー．ハース(R. A. Haas)、ダブリュ．エフ．クラ
プケ(W. F. Krupke)、エム．ジェー．ウェーバー(M. J.
Weber)、「ネオジムガラスレーザにおけるスペクトル
および偏光ホールバーニング(Spectral and Polarizati
on Hole Burning in Neodymium Glass Lasers)」、IEEE
Journal of Quantum Electronics、第ＱＥ−１９巻第
１１号（１９８３年１１月）、という論文に記載されて
いる。
【０００３】ＰＤＨＢは、長い伝送路によって伝送され
る偏光された一次光信号の偏光状態（ＳＯＰ）に平行な
偏光状態を有する信号に対して、その光伝送路内の光増
幅器の利得を減少させる。しかし、一次信号のＳＯＰに
直交するＳＯＰを有する光信号に対するこのような増幅
器の利得は比較的影響を受けないままである。偏光され
た一次信号は、増幅器内で非等方的に反転分布のレベル
を減少させる。これによって、増幅器の等方的飽和が生
じ、その結果、そのＳＯＰの光信号に対する利得が低く
なる。これによって、増幅器は実質的に、一次信号のＳ
ＯＰと直交するＳＯＰを有するノイズのほうを高めるこ
とになる。この高くなったノイズは伝送される情報のＳ
ＮＲを低下させ、ＢＥＲを増大させる。
る偏光された一次光信号の偏光状態（ＳＯＰ）に平行な
偏光状態を有する信号に対して、その光伝送路内の光増
幅器の利得を減少させる。しかし、一次信号のＳＯＰに
直交するＳＯＰを有する光信号に対するこのような増幅
器の利得は比較的影響を受けないままである。偏光され
た一次信号は、増幅器内で非等方的に反転分布のレベル
を減少させる。これによって、増幅器の等方的飽和が生
じ、その結果、そのＳＯＰの光信号に対する利得が低く
なる。これによって、増幅器は実質的に、一次信号のＳ
ＯＰと直交するＳＯＰを有するノイズのほうを高めるこ
とになる。この高くなったノイズは伝送される情報のＳ
ＮＲを低下させ、ＢＥＲを増大させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】信号フェージングを減
少させる従来の方法は、光ファイバ伝送路に２つの直交
する偏光状態で情報を伝送するために２波長光源を使用
するものである。この準無偏光光源はファイバ内で２つ
の直交するＳＯＰに等しく光パワーを分配するため、２
つの波長が光伝送路に沿って直交偏光のままである限
り、有害な偏光依存効果は縮小する。他の方法では、光
信号源と光伝送路の間に偏光変調器を使用して、一次光
情報信号の偏光状態を所定の偏光状態シーケンスによっ
て周期的に変調することにより、増幅器の飽和時間にわ
たって平均した場合にすべての可能な偏光状態が等確率
で励起されるようにする。この方法は一般に、出力ＳＯ
Ｐを変調する単一段の偏光変換器を使用することによ
り、ポアンカレ球上の任意であるが固定した大円を周期
的に追跡するようにするものである。しかし、このよう
な変調器は、偏光変調器に入射する光信号が安定でうま
く規定された偏光状態にあることを必要とする。
少させる従来の方法は、光ファイバ伝送路に２つの直交
する偏光状態で情報を伝送するために２波長光源を使用
するものである。この準無偏光光源はファイバ内で２つ
の直交するＳＯＰに等しく光パワーを分配するため、２
つの波長が光伝送路に沿って直交偏光のままである限
り、有害な偏光依存効果は縮小する。他の方法では、光
信号源と光伝送路の間に偏光変調器を使用して、一次光
情報信号の偏光状態を所定の偏光状態シーケンスによっ
て周期的に変調することにより、増幅器の飽和時間にわ
たって平均した場合にすべての可能な偏光状態が等確率
で励起されるようにする。この方法は一般に、出力ＳＯ
Ｐを変調する単一段の偏光変換器を使用することによ
り、ポアンカレ球上の任意であるが固定した大円を周期
的に追跡するようにするものである。しかし、このよう
な変調器は、偏光変調器に入射する光信号が安定でうま
く規定された偏光状態にあることを必要とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の原理によれば、
偏光依存ホールバーニングや偏光依存損失に関する問題
点は、伝送路に入射する光信号の偏光状態（ＳＯＰ）を
周期的に所定の偏光状態のシーケンスを通して変調する
ことによって克服される。このような時変偏光状態は、
大きく異なる変調周波数で動作する少なくとも２つの偏
光変調器の組合せによって生成される。変調器への与え
られた任意の入力ＳＯＰに対して、対応する偏光状態の
シーケンスは、最長の変調周期にわたって平均した場合
にほぼすべての可能な出力偏光状態がほぼ等確率で励起
されるように選択される。この条件は、全変調シーケン
スにわたって平均したときに、被変調出力状態の３つの
ストークスパラメータｓ1、ｓ2、およびｓ3がゼロとな
る場合に満たされる。最長変調周期は、光増幅器の非等
方飽和時間（一般的に、１ｍｓｅｃのオーダーである）
よりもずっと短いことが望ましい。偏光変調は、２つの
縦続（カスケード）接続された偏光変調器を使用するこ
とによって実現される。各偏光変調器は、同じ入力偏光
状態に対して互いに大きく異なる偏光状態のシーケンス
を生成する。２つの偏光変調器の変調シーケンスは、全
変調器カスケードの被変調出力偏光の時間平均ストーク
スパラメータｓ1、ｓ2、およびｓ3が変調器への任意の
入力偏光状態に対してゼロになるように選択される。こ
のようにして、変調器への入力ＳＯＰは任意とすること
が可能となり、時間とともにゆっくりと変動することさ
え可能となる。
偏光依存ホールバーニングや偏光依存損失に関する問題
点は、伝送路に入射する光信号の偏光状態（ＳＯＰ）を
周期的に所定の偏光状態のシーケンスを通して変調する
ことによって克服される。このような時変偏光状態は、
大きく異なる変調周波数で動作する少なくとも２つの偏
光変調器の組合せによって生成される。変調器への与え
られた任意の入力ＳＯＰに対して、対応する偏光状態の
シーケンスは、最長の変調周期にわたって平均した場合
にほぼすべての可能な出力偏光状態がほぼ等確率で励起
されるように選択される。この条件は、全変調シーケン
スにわたって平均したときに、被変調出力状態の３つの
ストークスパラメータｓ1、ｓ2、およびｓ3がゼロとな
る場合に満たされる。最長変調周期は、光増幅器の非等
方飽和時間（一般的に、１ｍｓｅｃのオーダーである）
よりもずっと短いことが望ましい。偏光変調は、２つの
縦続（カスケード）接続された偏光変調器を使用するこ
とによって実現される。各偏光変調器は、同じ入力偏光
状態に対して互いに大きく異なる偏光状態のシーケンス
を生成する。２つの偏光変調器の変調シーケンスは、全
変調器カスケードの被変調出力偏光の時間平均ストーク
スパラメータｓ1、ｓ2、およびｓ3が変調器への任意の
入力偏光状態に対してゼロになるように選択される。こ
のようにして、変調器への入力ＳＯＰは任意とすること
が可能となり、時間とともにゆっくりと変動することさ
え可能となる。
【０００６】本発明の一実施例では、変調器は２つの縦
続接続された回転波長板からなる。２つの波長板は、第
１の一定角速度で回転する半波長板と、その後に続い
て、第１の角速度とは異なる第２の角速度で回転する４
分の１波長板からなる。
続接続された回転波長板からなる。２つの波長板は、第
１の一定角速度で回転する半波長板と、その後に続い
て、第１の角速度とは異なる第２の角速度で回転する４
分の１波長板からなる。
【０００７】もう１つの実施例では、変調器は、固定し
た相対角度４５°の向きをもつ２つの調整可能位相リタ
ーダのカスケードからなる。これらの位相リターダはい
ずれも、入力光信号を変調して−πと＋πの間の周期的
な位相シフトを生成する。
た相対角度４５°の向きをもつ２つの調整可能位相リタ
ーダのカスケードからなる。これらの位相リターダはい
ずれも、入力光信号を変調して−πと＋πの間の周期的
な位相シフトを生成する。
【０００８】さらに、偏光依存損失の効果を縮小するこ
とが所望されるようなアプリケーションでは、ＳＯＰ変
調周波数は情報信号クロックの倍数になるように選択さ
れる。
とが所望されるようなアプリケーションでは、ＳＯＰ変
調周波数は情報信号クロックの倍数になるように選択さ
れる。
【０００９】
【実施例】図１に、本発明を実現する装置の実施例の単
純化したブロック図を示す。図示のように、本発明は、
光情報信号１０２を生成する光信号源１００と、光情報
信号１０２のＳＯＰを変調して被変調光情報信号１０３
を生成する偏光変調器１０１と、被変調光情報信号１０
３が入射する光伝送システム１０４とを有する。光情報
信号１０２は、光信号源１００のレーザ発信機（図示せ
ず）によって周知のように生成される。
純化したブロック図を示す。図示のように、本発明は、
光情報信号１０２を生成する光信号源１００と、光情報
信号１０２のＳＯＰを変調して被変調光情報信号１０３
を生成する偏光変調器１０１と、被変調光情報信号１０
３が入射する光伝送システム１０４とを有する。光情報
信号１０２は、光信号源１００のレーザ発信機（図示せ
ず）によって周知のように生成される。
【００１０】図２に、本発明を実施する際に使用可能な
偏光変調器１０１の一実施例を示す。偏光変調器１０１
の集積光学的実装は、低複屈折ＸカットＺ伝搬ＬｉＮｂ
Ｏ3基板２０１上に製造され、標準的なチタン拡散シン
グルモード導波路２０２とともに動作する。これは、基
板２０１上で導波路２０２の両側にそれぞれ形成された
電極２０３′および２０３″、ならびに２０４′および
２０４″からなる２つの電極セクションと、導波路２０
２の上の１つの共通接地電極２０４′′′とを有する。
偏光変調器１０１の一実施例を示す。偏光変調器１０１
の集積光学的実装は、低複屈折ＸカットＺ伝搬ＬｉＮｂ
Ｏ3基板２０１上に製造され、標準的なチタン拡散シン
グルモード導波路２０２とともに動作する。これは、基
板２０１上で導波路２０２の両側にそれぞれ形成された
電極２０３′および２０３″、ならびに２０４′および
２０４″からなる２つの電極セクションと、導波路２０
２の上の１つの共通接地電極２０４′′′とを有する。
【００１１】電極２０３′および２０３″を含む、変調
器１０１の第１のセクションは、Ｘ軸に平行な入力光信
号１０２の直線偏光成分（ＴＭモード）をＹ軸に平行な
入力光信号の偏光成分（ＴＥモード）に対して遅延させ
るように作用する。ＴＥ−ＴＭモード位相シフトは、電
極２０３′および２０３″にそれぞれ平衡駆動電圧成分
Ｖ1（ｔ）および−Ｖ1（ｔ）をかけることにより導波路
２０２内に電場Ｅyを誘起することによって、ｒ22およ
びｒ12（ｒ22＝−ｒ12＝３．４×１０-12ｍ／Ｖ）電気
光学係数を通じて誘起される。Ｘ偏光成分とＹ偏光成分
の間の全誘起位相シフトφ（ｔ）は次式のようになる。
器１０１の第１のセクションは、Ｘ軸に平行な入力光信
号１０２の直線偏光成分（ＴＭモード）をＹ軸に平行な
入力光信号の偏光成分（ＴＥモード）に対して遅延させ
るように作用する。ＴＥ−ＴＭモード位相シフトは、電
極２０３′および２０３″にそれぞれ平衡駆動電圧成分
Ｖ1（ｔ）および−Ｖ1（ｔ）をかけることにより導波路
２０２内に電場Ｅyを誘起することによって、ｒ22およ
びｒ12（ｒ22＝−ｒ12＝３．４×１０-12ｍ／Ｖ）電気
光学係数を通じて誘起される。Ｘ偏光成分とＹ偏光成分
の間の全誘起位相シフトφ（ｔ）は次式のようになる。
【数１】 ただし、ｔは時間であり、λは自由空間波長であり、Ｇ
は電極２０３′と２０３″の間のギャップであり、Ｌは
電極２０３′および２０３″の長さであり、ｎ0は常光
線の屈折率であり、Γは光の場と電場の間の正規化重畳
パラメータ（０≦Γ≦１）である。
は電極２０３′と２０３″の間のギャップであり、Ｌは
電極２０３′および２０３″の長さであり、ｎ0は常光
線の屈折率であり、Γは光の場と電場の間の正規化重畳
パラメータ（０≦Γ≦１）である。
【００１２】電極２０４′および２０４″を含む、変調
器１０１の第２の電極セクションは、Ｘ軸およびＹ軸に
関して４５°の角度を有する直線偏光成分を、Ｘ軸およ
びＹ軸に関して−４５°の角度を有する直線偏光成分に
対して遅延させるように作用する（ＴＥ−ＴＭモード変
換）。
器１０１の第２の電極セクションは、Ｘ軸およびＹ軸に
関して４５°の角度を有する直線偏光成分を、Ｘ軸およ
びＹ軸に関して−４５°の角度を有する直線偏光成分に
対して遅延させるように作用する（ＴＥ−ＴＭモード変
換）。
【００１３】ＴＥ−ＴＭモード変換は、側面電極２０
４′および２０４″に共通の駆動電圧Ｖ2（ｔ）および
Ｖ2′（ｔ）＝Ｖ2（ｔ）をかけることにより、導波路２
０２内に電場Ｅxを誘起することによって、ｒ61（ｒ61
＝−ｒ22）電気光学係数を通じて実行される。長さＬの
電極セクションに誘起されるモード変換に対する位相リ
ターデーションη（ｔ）は次式のようになる。
４′および２０４″に共通の駆動電圧Ｖ2（ｔ）および
Ｖ2′（ｔ）＝Ｖ2（ｔ）をかけることにより、導波路２
０２内に電場Ｅxを誘起することによって、ｒ61（ｒ61
＝−ｒ22）電気光学係数を通じて実行される。長さＬの
電極セクションに誘起されるモード変換に対する位相リ
ターデーションη（ｔ）は次式のようになる。
【数２】 ただし、ｔは時間であり、λは自由空間波長であり、
Ｇ′は接地電極２０４′′′と側面電極２０４′および
２０４″との間のギャップであり、Ｌは電極２０４′、
２０４″および２０４′′′の長さであり、ｎ0は常光
線の屈折率であり、Γは加えた電場Ｅxと光の場との間
の空間的重畳パラメータ（０≦Γ≦１）である。
Ｇ′は接地電極２０４′′′と側面電極２０４′および
２０４″との間のギャップであり、Ｌは電極２０４′、
２０４″および２０４′′′の長さであり、ｎ0は常光
線の屈折率であり、Γは加えた電場Ｅxと光の場との間
の空間的重畳パラメータ（０≦Γ≦１）である。
【００１４】図２の変調器１０１の偏光変換は、３×３
のミュラー行列Ｍによって記述することができる。これ
は、光情報信号１０２の任意の偏光状態のストークスパ
ラメータｓ1、ｓ2、およびｓ3を、被変調情報信号１０
３のストークスパラメータに関係づけるものである。第
１電極セクション２０３の変換は次の行列によって記述
される。
のミュラー行列Ｍによって記述することができる。これ
は、光情報信号１０２の任意の偏光状態のストークスパ
ラメータｓ1、ｓ2、およびｓ3を、被変調情報信号１０
３のストークスパラメータに関係づけるものである。第
１電極セクション２０３の変換は次の行列によって記述
される。
【数３】 また、第２セクションは次の行列によって記述される。
【数４】 従って、偏光変調器１０１の全変換は次式で与えられ
る。
る。
【数５】
【００１５】任意の偏光情報信号１０２に対して、被変
調光情報信号１０３のストークスパラメータｓ1、ｓ2、
およびｓ3の時間平均値は、行列Ｍの９個のすべての成
分の時間平均値がゼロに等しい場合にゼロになる。これ
は、２つの電極セクションが次のような電圧によって駆
動されるときに成り立つ。
調光情報信号１０３のストークスパラメータｓ1、ｓ2、
およびｓ3の時間平均値は、行列Ｍの９個のすべての成
分の時間平均値がゼロに等しい場合にゼロになる。これ
は、２つの電極セクションが次のような電圧によって駆
動されるときに成り立つ。
【数６】
【数７】
【数８】 ただし、Ｖ0は完全ＴＥ−ＴＭモード変換（η＝π）を
誘起する電圧であり、ＶπはπのＴＥ−ＴＭ位相シフト
（φ＝π）を誘起する電圧であり、ＶTは導波路２０２
の残留静的複屈折をほぼゼロに縮小する電圧である。対
称鋸歯状関数Ｔは、例えば、２ｎ−１≦２Ωｔ／π≦２
ｎ＋１に対して、次式で与えられる。
誘起する電圧であり、ＶπはπのＴＥ−ＴＭ位相シフト
（φ＝π）を誘起する電圧であり、ＶTは導波路２０２
の残留静的複屈折をほぼゼロに縮小する電圧である。対
称鋸歯状関数Ｔは、例えば、２ｎ−１≦２Ωｔ／π≦２
ｎ＋１に対して、次式で与えられる。
【数９】 ただし、Ω1およびΩ2は２つの変調周波数（Ω1≠Ω2）
であり、ｔは時間であり、ｎは任意の整数である。２つ
の変調周波数は、Ω1＝２Ω2またはΩ2＝２Ω1でありか
つΩi（ｉ＝１，２）は２π／ｔsよりずっと大きくなる
ように選択するのが望ましい。ただし、ｔsは光増幅器
の非等方飽和時間（一般的に１ｍｓ）である。これで、
２つの変調周波数のうちの小さいほうの全周期にわたっ
て平均をとれば、行列Ｍの９個のすべての成分はゼロに
なる。光伝送システム１０４（図１）における偏光依存
損失の効果を縮小するには、変調周波数Ω1およびΩ
2を、光情報信号１０２のクロック周波数の整数倍にな
るように選択する。
であり、ｔは時間であり、ｎは任意の整数である。２つ
の変調周波数は、Ω1＝２Ω2またはΩ2＝２Ω1でありか
つΩi（ｉ＝１，２）は２π／ｔsよりずっと大きくなる
ように選択するのが望ましい。ただし、ｔsは光増幅器
の非等方飽和時間（一般的に１ｍｓ）である。これで、
２つの変調周波数のうちの小さいほうの全周期にわたっ
て平均をとれば、行列Ｍの９個のすべての成分はゼロに
なる。光伝送システム１０４（図１）における偏光依存
損失の効果を縮小するには、変調周波数Ω1およびΩ
2を、光情報信号１０２のクロック周波数の整数倍にな
るように選択する。
【００１６】必要に応じて、変調を行うために、次のよ
うな正弦波駆動電圧を使用することも可能である。
うな正弦波駆動電圧を使用することも可能である。
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【００１７】図３に、本発明を実施する際に使用可能な
偏光変調器１０１のもう１つの実施例を示す。再び、偏
光変調器１０１の集積光学的実装は、低複屈折Ｘカット
Ｚ伝搬ＬｉＮｂＯ3基板２０１上に製造され、標準的な
チタン拡散シングルモード導波路２０２とともに動作す
る。これは、導波路２０２の両側にそれぞれ形成された
電極２０３′および２０３″、ならびに２０４′および
２０４″からなる２つの電極セクションと、導波路２０
２の上の１つの共通接地電極２０５とを有する。この変
調器１０１の実施例では、第１電極セクション（２０
３′および２０３″）は、無限に回転する半波長板と同
様に動作する。すなわち、これは、可変角度方向におけ
るπの一定位相リターデーションを生成する。これは、
ＴＥ−ＴＭ位相シフトとＴＥ−ＴＭモード変換の可変組
合せを引き起こすことにより実現される。第２電極セク
ション（２０４′および２０４″）は、無限に回転する
４分の１波長板と同様に動作し、可変角度方向における
π／２の一定位相リターデーションを生成する。ＴＥ−
ＴＭモード変換およびＴＥ−ＴＭ位相シフトは、図２の
変調器１０１の実施例の場合と同様にして、駆動電圧Ｖ
1（ｔ）およびＶ2（ｔ）を側面電極２０３′、２０
３″、２０４′および２０４″にかけることによって誘
起される。
偏光変調器１０１のもう１つの実施例を示す。再び、偏
光変調器１０１の集積光学的実装は、低複屈折Ｘカット
Ｚ伝搬ＬｉＮｂＯ3基板２０１上に製造され、標準的な
チタン拡散シングルモード導波路２０２とともに動作す
る。これは、導波路２０２の両側にそれぞれ形成された
電極２０３′および２０３″、ならびに２０４′および
２０４″からなる２つの電極セクションと、導波路２０
２の上の１つの共通接地電極２０５とを有する。この変
調器１０１の実施例では、第１電極セクション（２０
３′および２０３″）は、無限に回転する半波長板と同
様に動作する。すなわち、これは、可変角度方向におけ
るπの一定位相リターデーションを生成する。これは、
ＴＥ−ＴＭ位相シフトとＴＥ−ＴＭモード変換の可変組
合せを引き起こすことにより実現される。第２電極セク
ション（２０４′および２０４″）は、無限に回転する
４分の１波長板と同様に動作し、可変角度方向における
π／２の一定位相リターデーションを生成する。ＴＥ−
ＴＭモード変換およびＴＥ−ＴＭ位相シフトは、図２の
変調器１０１の実施例の場合と同様にして、駆動電圧Ｖ
1（ｔ）およびＶ2（ｔ）を側面電極２０３′、２０
３″、２０４′および２０４″にかけることによって誘
起される。
【００１８】電極２０３′および２０３″にそれぞれか
けられる駆動電圧Ｖ1（ｔ）およびＶ1′（ｔ）は次のと
おりである。
けられる駆動電圧Ｖ1（ｔ）およびＶ1′（ｔ）は次のと
おりである。
【数１３】
【数１４】 ただし、再び、Ｖ0は完全ＴＥ−ＴＭモード変換（η＝
π）を誘起する電圧であり、ＶπはπのＴＥ−ＴＭ位相
シフト（φ＝π）を誘起する電圧であり、ＶTは導波路
２０２の残留静的複屈折をほぼゼロに縮小する電圧であ
る。
π）を誘起する電圧であり、ＶπはπのＴＥ−ＴＭ位相
シフト（φ＝π）を誘起する電圧であり、ＶTは導波路
２０２の残留静的複屈折をほぼゼロに縮小する電圧であ
る。
【００１９】これらの駆動電圧Ｖ1（ｔ）およびＶ1′
（ｔ）によって駆動されると、偏光変調器１０１の第１
セクション（２０３′および２０３″）は、一定角速度
Ω1で回転する回転半波長板のように作用する。
（ｔ）によって駆動されると、偏光変調器１０１の第１
セクション（２０３′および２０３″）は、一定角速度
Ω1で回転する回転半波長板のように作用する。
【００２０】電極２０４′および２０４″にそれぞれか
けられる駆動電圧は次のとおりである。
けられる駆動電圧は次のとおりである。
【数１５】
【数１６】 ただし、Ｖ0、ＶπおよびＶTは式（１３）および（１
４）の場合の上記のものと同様である。
４）の場合の上記のものと同様である。
【００２１】これらの電圧Ｖ2（ｔ）およびＶ2′（ｔ）
によって駆動されると、偏光変調器１０１の第２セクシ
ョンは、一定角速度Ω2で回転する回転４分の１波長板
のように作用する。
によって駆動されると、偏光変調器１０１の第２セクシ
ョンは、一定角速度Ω2で回転する回転４分の１波長板
のように作用する。
【００２２】回転する半波長板によって生成される偏光
変換は次のミュラー行列によって記述される。
変換は次のミュラー行列によって記述される。
【数１７】 また、回転する４分の１波長板によって生成される偏光
変換は次式で与えられる。
変換は次式で与えられる。
【数１８】
【００２３】従って、偏光変換器１０１の全変換は次式
で与えられる。
で与えられる。
【数１９】 ただし、ΔΩ＝Ω2−Ω1である。
【００２４】再び、Ω1≠Ω2の場合、すなわち、半波長
板と４分の１波長板が相異なる角速度で回転する場合
に、Ｍの成分の時間平均がゼロになる。２つの変調周波
数は、Ω1＝１．５Ω2でありかつΩ2は２π／ｔsよりず
っと大きくなるように選択するのが望ましい。この場
合、半波長板は４分の１波長板の１．５倍の速度で回転
する。変調器１０１のもう１つの望ましい動作は、Ω1
＝−Ω2のときである。この場合、２つの波長板は逆向
きに同じ角速度で回転する。必要に応じて、Ω1＝２Ω2
と設定することも可能である。
板と４分の１波長板が相異なる角速度で回転する場合
に、Ｍの成分の時間平均がゼロになる。２つの変調周波
数は、Ω1＝１．５Ω2でありかつΩ2は２π／ｔsよりず
っと大きくなるように選択するのが望ましい。この場
合、半波長板は４分の１波長板の１．５倍の速度で回転
する。変調器１０１のもう１つの望ましい動作は、Ω1
＝−Ω2のときである。この場合、２つの波長板は逆向
きに同じ角速度で回転する。必要に応じて、Ω1＝２Ω2
と設定することも可能である。
【００２５】これらの３つのすべての場合に、変調器１
０１の出力偏光の時間平均ストークスパラメータｓ1、
ｓ2、およびｓ3は、２つの変調周波数のうちの小さい方
の全周期にわたって平均した場合、任意の入力偏光状態
に対してゼロになる。また、この場合も、偏光依存損失
の効果を縮小するためには、変調周波数Ω1およびΩ
2を、光情報信号１０２のクロック周波数の整数倍にな
るように選択する。
０１の出力偏光の時間平均ストークスパラメータｓ1、
ｓ2、およびｓ3は、２つの変調周波数のうちの小さい方
の全周期にわたって平均した場合、任意の入力偏光状態
に対してゼロになる。また、この場合も、偏光依存損失
の効果を縮小するためには、変調周波数Ω1およびΩ
2を、光情報信号１０２のクロック周波数の整数倍にな
るように選択する。
【００２６】上記の実施例は本発明の単なる例示であ
り、さまざまな変形例が可能である。特に、図２の変調
器１０１の２つのセクションのうちのいずれかを、ファ
ラデー回転子のような可変円偏光複屈折を生成する要素
によって置換して、信号１０３の偏光状態の適当な変調
シーケンスを生成することが可能である。同様に、図３
の変調器１０１の回転する半波長板セクションおよび４
分の１波長板セクションを、一般化した波長板セクショ
ンによって置換して、一定の位相リターデーションπお
よびπ／２の可変楕円偏光複屈折をそれぞれ生成するこ
とが可能である。さらに、変調器１０１の２つの縦続接
続セクションの順序は、変調器１０１の動作に影響を与
えることなく、図２および図３の実施例において逆にす
ることも可能である。また、図２の変調器１０１の２つ
のセクションのうちのいずれかを、図３の変調器１０１
の半波長板セクションと組み合わせることも可能であ
る。
り、さまざまな変形例が可能である。特に、図２の変調
器１０１の２つのセクションのうちのいずれかを、ファ
ラデー回転子のような可変円偏光複屈折を生成する要素
によって置換して、信号１０３の偏光状態の適当な変調
シーケンスを生成することが可能である。同様に、図３
の変調器１０１の回転する半波長板セクションおよび４
分の１波長板セクションを、一般化した波長板セクショ
ンによって置換して、一定の位相リターデーションπお
よびπ／２の可変楕円偏光複屈折をそれぞれ生成するこ
とが可能である。さらに、変調器１０１の２つの縦続接
続セクションの順序は、変調器１０１の動作に影響を与
えることなく、図２および図３の実施例において逆にす
ることも可能である。また、図２の変調器１０１の２つ
のセクションのうちのいずれかを、図３の変調器１０１
の半波長板セクションと組み合わせることも可能であ
る。
【００２７】さらに、変調器１０１は、大きく異なる変
調周波数で動作する３つ以上の縦続接続変調器セクショ
ンからなるようにし、各セクションがカスケードにおけ
る前のセクションとは異なる偏光状態の変調シーケンス
を生成するようにすることが可能である。例えば、図２
の偏光変調器１０１の２つのセクションの後または前
に、図３のものと同様の回転する半波長板セクションを
設け、例えばΩ3＝３Ω1またはΩ3＝３Ω2という角速度
で回転させることが可能である。
調周波数で動作する３つ以上の縦続接続変調器セクショ
ンからなるようにし、各セクションがカスケードにおけ
る前のセクションとは異なる偏光状態の変調シーケンス
を生成するようにすることが可能である。例えば、図２
の偏光変調器１０１の２つのセクションの後または前
に、図３のものと同様の回転する半波長板セクションを
設け、例えばΩ3＝３Ω1またはΩ3＝３Ω2という角速度
で回転させることが可能である。
【００２８】さらに、ニオブ酸リチウム変調器にはチタ
ン拡散導波路構造が好ましい設計であるが、当業者であ
れば、他の導波路形成も可能であり、例えば半導体材料
およびタンタル酸リチウム（これに制限されるものでは
ない）を含むような他の基板も使用可能である。特に図
示していないが、被変調光信号１０３は、増幅段などを
介して、変調器１０１から光伝送システム１０４に入射
する。
ン拡散導波路構造が好ましい設計であるが、当業者であ
れば、他の導波路形成も可能であり、例えば半導体材料
およびタンタル酸リチウム（これに制限されるものでは
ない）を含むような他の基板も使用可能である。特に図
示していないが、被変調光信号１０３は、増幅段などを
介して、変調器１０１から光伝送システム１０４に入射
する。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、光
ファイバ増幅器を使用した光伝送システムにおいて、偏
光変調器に入射する光信号が安定でうまく規定された偏
光状態にあることを必要とせずに、偏光依存ホールバー
ニングや偏光依存損失の効果を縮小することができる。
ファイバ増幅器を使用した光伝送システムにおいて、偏
光変調器に入射する光信号が安定でうまく規定された偏
光状態にあることを必要とせずに、偏光依存ホールバー
ニングや偏光依存損失の効果を縮小することができる。
【図１】本発明を実現する偏光変調器を含む装置の単純
化したブロック図である。
化したブロック図である。
【図２】図１の偏光変調器に使用可能な一装置の導波路
および電極の構造の図である。
および電極の構造の図である。
【図３】図１の偏光変調器に利用可能なもう１つの装置
の導波路および電極の構造の図である。
の導波路および電極の構造の図である。
１００ 光信号源 １０１ 偏光変調器 １０２ 光情報信号 １０３ 被変調光情報信号 １０４ 光伝送システム ２０１ ＬｉＮｂＯ3基板 ２０２ チタン拡散シングルモード導波路
Claims (11)
- 【請求項１】 任意に偏光した光信号を発生する手段
と、 所定の変調周期にわたり平均するとほぼすべての可能な
出力偏光状態がほぼ等確率で励起されるように所定の偏
光状態のシーケンスを通じて周期的に前記光信号の偏光
状態を変調する変調手段と、 前記光信号を前記変調手段に供給する手段とからなり、
光ファイバ増幅器を使用した光伝送システムにおいて偏
光依存ホールバーニングの効果を縮小するために使用す
る光装置において、 前記変調手段は、 少なくとも１対の直交する偏光状態における第１の偏光
状態と第２の偏光状態の間でほぼ等しい時間が第１およ
び第２の偏光状態のそれぞれで消費されるように周期的
に特定の方向に偏光した光信号の偏光状態を変調する第
１変調手段と、 前記第１変調手段の入力偏光状態とそれに直交する偏光
状態の対称的組合せであるような偏光状態を有する光信
号を第１偏光状態と第２偏光状態の間で周期的に変調す
る第２変調手段とを有することを特徴とする光装置。 - 【請求項２】 前記光信号の偏光状態は、前記偏光状態
のシーケンスの３つのストークスパラメータｓ1、ｓ2お
よびｓ3の平均値がほぼゼロとなるように変調されるこ
とを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項３】 変調した光信号を出力として発射する手
段をさらに有し、 前記第１変調手段および第２変調手段は、所望の動作波
長で電気光学的に誘起した複屈折を有する導波路手段
と、導波路の直線複屈折の方向を変化させ、光信号の前
記第１および第２の直交する偏光状態の間で所定の位相
リターデーションを誘起する方向変化手段とを有し、 前記第１変調手段の所定位相リターデーションは、少な
くとも一方の偏光状態が直線複屈折の主軸のうちの少な
くとも１つにほぼ平行なときにほぼπラジアンに等し
く、前記第２変調手段の所定位相リターデーションは、
少なくとも一方の偏光状態が直線複屈折の主軸のうちの
少なくとも１つにほぼ平行なときにほぼπ／２ラジアン
に等しいことを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項４】 前記方向変化手段は、一定ではあるが互
いに大きく異なる速度で導波路の直線複屈折の方向を連
続的に回転させる手段を有することを特徴とする請求項
３の装置。 - 【請求項５】 前記第１変調手段および第２変調手段の
直線複屈折の方向は、ほぼ等しい角速度で逆向きに回転
することを特徴とする請求項４の装置。 - 【請求項６】 前記第１変調手段の直線複屈折の方向は
前記第２変調手段の直線複屈折の方向と同じ向きに、か
つ、前記第２変調手段の回転速度のほぼ１．５倍で回転
することを特徴とする請求項４の装置。 - 【請求項７】 前記第１変調手段および第２変調手段
は、所望の動作波長で電気光学的に誘起した複屈折を有
する導波路手段と、光信号の前記第１および第２の直交
する偏光状態の間の位相リターデーションを制御可能に
変化させる変化手段とを有し、前記第１変調手段および
第２変調手段の導波路の誘起した複屈折は大きく異なる
所定の方向を有し、前記第１変調手段および第２変調手
段の位相リターデーションは、所定の値の間で大きく異
なる所定の周波数で、周期的に変化するように制御され
ることを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項８】 前記第１変調手段および第２変調手段の
それぞれの導波路の誘起した複屈折は直線であり、前記
第２変調手段の直線複屈折は前記第１変調手段の直線複
屈折の方向に対してほぼ４５°の方向であることを特徴
とする請求項７の装置。 - 【請求項９】 前記変化手段は、−πとπの間で直線的
に位相リターデーションを変化させる手段を有すること
を特徴とする請求項７の装置。 - 【請求項１０】 前記変化手段は、−０．７６５５πと
０．７６５５πの間で正弦波状に位相リターデーション
を変化させる手段を有することを特徴とする請求項７の
装置。 - 【請求項１１】 前記第１変調手段と第２変調手段の所
定周波数の比はほぼ２に等しいことを特徴とする請求項
７の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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