JPH1090633A

JPH1090633A - 光偏波面制御器

Info

Publication number: JPH1090633A
Application number: JP8239450A
Authority: JP
Inventors: Akira Okada; 顕岡田; Kazue Ichino; 和枝市野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】小型でかつ制御方法が簡易な光偏波面制御器
を提供すること。【解決手段】入力側光ファイバ１から入射され、コリ
メートレンズ３で平行光にされた入射光を、偏波分離素
子５により偏波面が互いに直交する常光１１及び異常光
１２に分離し、常光１１は位相制御素子７で偏波面をそ
のままとして位相を制御し、異常光１２は偏波面回転素
子６で偏波面を９０°回転させ、これらをコリメートレ
ンズ４で出力側光ファイバ２に結合するとともにその光
の一部を薄型部分反射板８で分岐し、光検出器９で光強
度を検出し、該光強度が最大となるように位相制御素子
７を光検出制御器１０で制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間あるいは光フ
ァイバ等の光伝送媒体を伝搬する光の偏波面を一定に制
御して出力する光偏波面制御器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信、光交換、光情報処理等に用いら
れる、ニオブ酸リチウム変調器、半導体光増幅器、半導
体光スイッチ等の能動光デバイスの多くは、その動作特
性に偏波依存性がある。従って、前記能動光デバイスを
効果的かつ安定に動作させるには、常に一定の光パワー
と一定の偏波面をもつ直線偏波光を入力する必要があ
る。

【０００３】一方、同じく光通信、光交換、光情報処理
等に用いられる、光ファイバ等の光伝送媒体における伝
搬光の偏波状態は、周囲の温度、外力等により変動す
る。

【０００４】従って、偏波状態が時間的に変化する光フ
ァイバ等からの伝搬光を、常に偏波面の一定な直線偏波
光に制御する光偏波面制御器が要望されている。

【０００５】従来のこの種の光偏波面制御器としては、
（１）光ファイバに側圧またはひねりを加え、この時の
内部応力に起因して生じる複屈折性を利用するもの、
（２）光ファイバのファラデー効果を利用するもの、
（３）異方性結晶を用いた波長板を複数回転させるもの
（４）電気光学結晶であるニオブ酸リチウム光導波路を
用いたもの、等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た光偏波面制御器では、以下のような問題があった。即
ち、（１）の装置では、光ファイバに機械的疲労が加わ
り、破断し易くなるとともに装置が大型化する、（２）
の装置では、石英光ファイバのベルデ定数が極めて小さ
いために必要な光ファイバの長さが数百ｍとなり、装置
が大型化するとともに、偏波を回転させるために光ファ
イバに巻いたコイルに大きな電流を流す必要がある、
（３）の装置では、波長板を自動回転させる機構部が大
型になる、（４）の装置では、用いる結晶が高価であ
り、挿入損失が大きい、というような問題があった。さ
らにまた、前記（１）〜（４）の装置では、いずれも制
御方法が複雑になるという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、小型でかつ制御方法が簡
易な光偏波面制御器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記課題を
解決するため、入射平行光を互いに直交する２つの直線
偏波光に分離して出射する偏波分離素子と、該偏波分離
素子の出力側に配置され、２つの直線偏波光のいずれか
一方の偏波面を９０゜回転させる偏波面回転素子と、前
記偏波分離素子の出力側に配置され、２つの直線偏波光
の他方の位相を制御する位相制御素子と、前記偏波面回
転素子及び位相制御素子をそれぞれ透過した光を結合し
て出射する光結合手段と、結合後の光の強度を測定する
光強度測定手段と、該光強度が最大となるように前記位
相制御素子を制御する光検出制御手段とを備えた光偏波
面制御器を提案する。

【０００９】本発明によれば、空間等を伝搬してきた入
射平行光は偏光分離手段で常光線と異常光線との２つの
直線偏波光に分離され、該２つの直線偏波光のいずれか
一方は偏波面回転素子でその偏波面が９０゜回転されて
他方の直線偏波光と同一になり、また、他方の直線偏波
光は位相制御素子でその位相が制御され、これらが光結
合手段で結合されて出射される。この際、結合後の光の
強度が光強度測定手段で測定され、該光強度が最大とな
るように前記位相制御素子が光検出制御手段で制御さ
れ、この結果、任意の偏波状態の入射平行光が偏波面の
一定な直線偏波光として出力される。

【００１０】また、ここで、偏波分離素子の入力側に入
射光を平行光に変換する光変換手段を設ければ、光ファ
イバ等の光伝送媒体を伝搬してきた任意の偏波状態の入
射光を偏波面の一定な直線偏波光として出力することが
できる。

【００１１】また、光結合手段の出力側に入射光を平行
光に変換する光変換手段を設ければ、偏波面の一定な直
線偏波をもつ略平行な空間ビーム光として出力すること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に沿っ
て説明する。

【００１３】（第１の形態）図１は本発明の光偏波面制
御器の第１の実施の形態を示すもので、図中、１は入力
側光ファイバ、２は出力側光ファイバ、３，４はコリメ
ートレンズ、５は偏波分離素子、６は偏波面回転素子、
７は位相制御素子、８は薄型部分反射板、９は光検出
器、１０は前記光検出器９で受光する光強度が最大とな
るように前記位相制御素子７に制御信号を出力する光検
出制御器である。

【００１４】偏波分離素子５としてはルチル単結晶、偏
波面回転素子６としては水晶板からなる半波長板、位相
制御素子７としては電界制御複屈折液晶（ＥＣＢ液晶）
を用いる。ＥＣＢ液晶は、セル電極間に交流電圧を印加
することにより、液晶分子がｘｚ平面内でのみ回転す
る。従って、ｚ軸方向に伝搬するｘ軸方向に平行な振動
電界をもつ直線偏波光が液晶セルを透過すると、直線偏
波面は保持され、位相のみが制御される。

【００１５】本例の動作について、図２を用いて説明す
る。

【００１６】入力側光ファイバ１の出射端面より出射す
る光は、コリメートレンズ３によりビーム径約５００μ
ｍのｚ軸方向に伝搬する平行光となる。この平行光は、
偏光分離素子であるルチル単結晶５に入射し、常光線１
１と異常光線１２とに分離されて結晶中を伝搬する。こ
こで、ルチル単結晶５は、常光線１１の電界振動方向が
ｘ軸と平行になるように、また、異常光線１２の電界振
動方向がｙ軸と平行になるように設置される。

【００１７】なお、図面中の各光線軌跡上に記されてい
る、上下両方向に矢を持った矢印及び●（黒丸）は各光
線における光電界の振動方向を示すものであり、矢印は
振動方向がｘ軸に平行であり、●は振動方向がｙ軸に平
行であることを意味している。

【００１８】ルチル単結晶５のｚ軸方向の長さは１０ｍ
ｍであり、この結晶の出射端における常光線１１と異常
光線１２との分離幅は約１ｍｍである。ルチル単結晶５
より出射した常光線１１及び異常光線１２の伝搬方向は
ｚ軸に平行である。

【００１９】ルチル単結晶５より出射した常光線１１は
位相制御素子であるＥＣＢ液晶セル７を透過し、また、
ルチル単結晶５より出射した異常光線１２は偏波面回転
素子である半波長板６を透過する。ここで、ＥＣＢ液晶
セル７及び半波長板６の光軸方向の厚さは、それぞれ約
２ｍｍ及び約１ｍｍである。

【００２０】常光線１１はＥＣＢ液晶セル７を透過する
際、直線偏波面は保持されたまま位相のみが制御され、
常光線１３となる。一方、異常光線１２は半波長板６を
透過する際、その直線偏波面が９０゜回転し、ｘ軸と平
行になり、常光線１１（１３）と同じ直線偏波面をもつ
光線１４となる。

【００２１】同一の直線偏波面をもつ常光線１３と光線
１４とは、コリメートレンズ４により、出力側光ファイ
バ２に結合する。出力側光ファイバ２には、図１、２に
示されるように、この光ファイバの光軸を横切り、伝搬
する光の一部を反射する薄型部分反射板８が光軸に対し
て所望の角度をなして挿入されている。

【００２２】薄型部分反射板８からの反射光の強度は光
検出器９によって検出され、さらに光検出制御器８よ
り、光検出器９で検出される光強度が最大となるような
制御電圧信号がＥＣＢ液晶セル７に出力され、常光線１
３の位相を制御する。

【００２３】このようにして、入力側光ファイバ１に入
射された、任意の偏波状態の光は、偏波面の一定な直線
偏波光として出力側光ファイバ２から出力される。

【００２４】以上述べたように、本発明の光偏波面制御
器によれば、数ｍｍ程度の大きさの微小な光学部品によ
り構成できることから小型となり、また、制御方法も検
出光の光強度が最大となるようなフィードバック制御を
行うという極めて簡易かつありふれた方法で良い。

【００２５】なお、本例では、半波長板６を異常光線の
光路上に挿入しているが、常光線の光路上に挿入しても
良く、また、ＥＣＢ液晶セル７を常光線の光路上に挿入
しているが、異常光線の光路上に挿入しても良い。

【００２６】また、本例では、入力側及び出力側の光伝
送路として光ファイバを用いた場合について述べたが、
これらの光ファイバのいずれか一方あるいは両方が基板
上に作製された光導波路であっても良い。但し、出力側
光伝送路として基板に作製された光導波路を用いる場合
は、この光導波路に入射する直線偏波光の偏波面が、該
光導波路の基板主面に対して平行あるいは垂直になるよ
うに設置する。

【００２７】また、出力側光ファイバ２が偏波面保存光
ファイバの場合は、図３に示すように、この偏波面保存
光ファイバに入射する直線偏波光の偏波面が、該偏波面
保存光ファイバの応力付与方向（ｘ軸方向）に対して平
行あるいは垂直となるように設置する。なお、図３中、
１５はコア、１６は応力付与部である。

【００２８】また、出力側光ファイバに結合した光を一
部取り出すための手段として、出力側光ファイバに、こ
の光ファイバの光軸を横切り、伝搬する光の一部を反射
する薄型部分反射板を、光軸に対して所望の角度で挿入
した例について説明したが、出力側光ファイバから光の
一部を取り出す方法は、必ずしもこの手段に限定される
ものではない。

【００２９】また、偏波分離素子としてルチル単結晶を
用いたが、方解石や水晶等の複屈折材料、誘電体多層膜
からなる偏波分離素子であっても良い（但し、同様の機
能を有すれば、これらに限定されるものではない。）。

【００３０】また、偏波面回転素子として水晶からなる
半波長板を用いたが、ポリイミド波長板や、ねじれネマ
チック液晶等の偏波回転機能を有する素子であっても良
い（但し、同様の機能を有すれば、これらに限定される
ものではない。）。

【００３１】また、位相制御素子として電界制御複屈折
液晶を用いたが、図４に示すように、光学平板１７を光
軸１８に対して傾けて光路長を変化させることにより、
この部品を透過する光の位相を制御しても良い（但し、
同様の機能を有すれば、これに限定されるものではな
い。）。

【００３２】（第２の形態）図５は本発明の第２の実施
の形態を示すもので、ここでは第１の実施の形態におい
て、出力側光ファイバ２に、この光ファイバからの出射
光を略平行な空間光にするコリメートレンズ２１を設け
た例を示す。

【００３３】本例によれば、図５に示すように、出力側
光ファイバ２に結合した直線偏波光は、コリメートレン
ズ２１を介して、一定の直線偏波面をもつ略平行な空間
光として出力される。なお、その他の構成・動作及び効
果は第１の実施の形態の場合と同様である。

【００３４】なお、本例では、出力側光ファイバに結合
した光を一部取り出すための手段としての薄型部分反射
板８を、出力側光ファイバ２からコリメートレンズ２１
を介して空間に出射した空間平行光の光路上に設置して
も良い。また、その他の構成についても第１の実施の形
態の場合と同様に、図示の例に限定されるものではな
い。

【００３５】（第３の形態）図６は本発明の第３の実施
の形態を示すもので、ここでは第１の実施の形態におい
て、入射光が光ファイバからの出射光でなく、空間を伝
搬する光２２である例を示す。なお、その他の構成・動
作及び効果は第１の実施の形態の場合と同様である。

【００３６】なお、本例では、入射光である空間伝搬光
２２が平行光の場合には、必ずしも偏波分離素子５の手
前にコリメートレンズ３を設置する必要はない。また、
その他の構成についても第１の実施の形態の場合と同様
に、図示の例に限定されるものではない。

【００３７】（実施例４）図７は本発明の第４の実施の
形態を示すもので、ここでは第３の実施の形態におい
て、出力側光ファイバ２に、この光ファイバからの出射
光を略平行な空間光にするコリメートレンズ２１を設け
た例を示す。

【００３８】本例によれば、図７に示すように、出力側
光ファイバ２に結合した直線偏波光は、コリメートレン
ズ２１を介して、一定の直線偏波面をもつ略平行な空間
光として出力される。なお、その他の構成・動作及び効
果は第３の実施の形態の場合と同様である。

【００３９】なお、本例では、出力側光ファイバに結合
した光を一部取り出すための手段としての薄型部分反射
板８を、出力側光ファイバ２からコリメートレンズ２１
を介して空間に出射した空間平行光の光路上に設置して
も良い。また、本例では、入射光である空間伝搬光２２
が平行光の場合には、必ずしも偏波分離素子５の手前に
コリメートレンズ３を設置する必要はない。また、その
他の構成についても第１の実施の形態の場合と同様に、
図示の例に限定されるものではない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
数ｍｍ程度の大きさの微小な光学部品により構成できる
ことから小型となり、また、制御方法も極めて簡易かつ
ありふれた方法で良く、任意の偏波状態を有する入射光
を一定の偏波面をもつ直線偏波光にすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光偏波面制御器の第１の実施の形態を
示す構成図

【図２】図１の光偏波面制御器における光の伝搬とその
偏波状態を示す図

【図３】出力側光ファイバが偏波面保存光ファイバの場
合の偏波面の設定の説明図

【図４】位相制御素子の他の例の説明図

【図５】本発明の光偏波面制御器の第２の実施の形態を
示す構成図

【図６】本発明の光偏波面制御器の第３の実施の形態を
示す構成図

【図７】本発明の光偏波面制御器の第４の実施の形態を
示す構成図

【符号の説明】

１…入力側光ファイバ、２…出力側光ファイバ、３，
４，２１…コリメートレンズ、５…ルチル単結晶（偏波
分離素子）、６…半波長板（偏波面回転素子）、７…Ｅ
ＣＢ液晶（位相制御素子）、８…薄型部分反射板、９…
光検出器、１０…光検出制御器、２２…空間伝搬光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射平行光を互いに直交する２つの直線
偏波光に分離して出射する偏波分離素子と、該偏波分離素子の出力側に配置され、２つの直線偏波光
のいずれか一方の偏波面を９０゜回転させる偏波面回転
素子と、前記偏波分離素子の出力側に配置され、２つの直線偏波
光の他方の位相を制御する位相制御素子と、前記偏波面回転素子及び位相制御素子をそれぞれ透過し
た光を結合して出射する光結合手段と、結合後の光の強度を測定する光強度測定手段と、該光強度が最大となるように前記位相制御素子を制御す
る光検出制御手段とを備えたことを特徴とする光偏波面
制御器。
【請求項２】光結合手段としてコリメートレンズを用
いたことを特徴とする請求項１記載の光偏波面制御器。
【請求項３】偏波分離素子の入力側に入射光を平行光
に変換する光変換手段を設けたことを特徴とする請求項
１または２記載の光偏波面制御器。
【請求項４】光結合手段の出力側に入射光を平行光に
変換する光変換手段を設けたことを特徴とする請求項１
乃至３いずれか記載の光偏波面制御器。
【請求項５】光変換手段としてコリメートレンズを用
いたことを特徴とする請求項３または４記載の光偏波面
制御器。
【請求項６】結合後の光の一部を分岐する光分岐手段
と、該分岐した光の強度を検出する光検出器とからなる
光強度測定手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至
５いずれか記載の光偏波面制御器。
【請求項７】入射光の一部を反射する反射板を光結合
手段からの出射光の光軸上に所望の角度をもって配置し
てなる光分岐手段を用いたことを特徴とする請求項６記
載の光偏波面制御器。