(57)【要約】【課題】光通信技術に関し、主に光通信に用いられる信号光に対して光の偏光状態を安定化させる技術に関し、光の偏光変動速度に関わらず、複雑な電子回路や制御回路など不要で、多波長の光の偏光状態を一括して安定化する技術を実現する。【解決手段】１０２は、入力光を互いに直交する２つの偏光光に分離しかつ異なる経路１，２に導く。１０７は、経路２上で、偏光を概ね９０度回転させる。１０６は、経路２上で、経路１，２の光路長の差が概略で零になるように調整する。１０３は、経路１上で、経路１，２の光路長の差が入力光の波長のほぼ整数倍となるように調整する、例えば液晶光変調器である。１０５は、経路２上で、経路１，２の伝搬損失が同程度となるように調整する。１０８は、経路１，２を伝搬した２つの偏光光を結合し出力光として出力する。【選択図】図１
2010060656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する出力光を出力するための方法であって、
前記入力光を互いに直交する２つの偏光光に分離しかつ異なる２つの経路に導く分離ステップと、
前記２つの経路のうちの１つにおいて、偏光を概ね９０度回転させる偏光回転ステップと、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整する第１の光路長調整ステップと、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各光路長の差が前記入力光の波長のほぼ整数倍となるように調整する第２の光路長調整ステップと、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各伝搬損失が同程度となるように調整する伝搬損失調整ステップと、
前記２つの経路を伝搬した２つの前記偏光光を結合し前記出力光として出力する出力ステップと、
を含むことを特徴する偏光状態安定化方法。
【請求項２】
入力光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する出力光を出力するための装置であって、
前記入力光を互いに直交する２つの偏光光に分離しかつ異なる２つの経路に導く分離素子と、
前記２つの経路のうちの１つにおいて、偏光を概ね９０度回転させる偏光回転素子と、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整する第１の光路長調整器と、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各光路長の差が前記入力光の波長のほぼ整数倍となるように調整する第２の光路長調整器と、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各伝搬損失が同程度となるように調整する光減衰器と、
前記２つの経路を伝搬した２つの前記偏光光を結合し前記出力光として出力する出力素子と、
を含むことを特徴する偏光状態安定化装置。
【請求項３】
前記第２の光路長調整器は、透明電極を取り付けた２つのガラス板で複数の液晶分子を挟み、該２つの電極に交流電圧を印加することにより、液晶の配向面を回転させ実効屈折率を変化させることにより光の伝搬する実効長を調整し、かつ光の偏光状態を変化させない液晶光変調器である、
ことを特徴する請求項２に記載の偏光状態安定化装置。
【請求項４】
前記２つの経路の温度を一定に保つ温度調整器を更に含む、
ことを特徴する請求項２又は３の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
【請求項５】
前記出力光の光強度をモニターする出力光強度監視器と、
該モニターされる強度の値に基づいて、前記第２の光路長調整素子における調整を制御する制御器と、
を更に含むことを特徴する請求項２乃至４の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
【請求項６】
前記入力光は、互いに異なる偏光状態の複数の異なる波長の偏光成分を含む、
ことを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
【請求項７】
任意の偏光状態の単一又は複数の波長を有する入力光の偏光状態を安定化させる請求項２乃至６の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置と、
その結果得られる前記入力光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する出力光に対して、特定の光の偏光状態に対してのみ動作する光信号処理を実行する光信号処理装置と、
を含むことを特徴とする光信号処理システム。
【請求項８】
前記光信号処理装置は、非線形媒質を用いて光の波形を整形する光信号処理を行う、
ことを特徴とする請求項７に記載の光信号処理システム。
【請求項９】
前記光信号処理装置は、非線形媒質を用いて光の波長を変換する光信号処理を行う、
ことを特徴とする請求項７に記載の光信号処理システム。
【請求項１０】
前記光信号処理装置は、局発光と入力信号光とを干渉させて該入力信号光に含まれるデータを受信する光信号処理を行う、
ことを特徴とする請求項７に記載の光信号処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光通信技術に関し、主に光通信に用いられる信号光に対して光の偏光状態を安定化させる技術、それを実現する光回路、及び光信号処理への応用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信で用いられる光は偏光度が高く、光ファイバなどにおける気温変化等の環境変化に起因する伝送路条件の変化により、その偏光状態は変動する。そのため、光信号処理素子を含む、光通信に用いられる光素子や光部品などには、信号光の偏光状態に依存せずに動作する偏光無依存動作が求められる。
【０００３】
現状、信号光の偏光状態にその動作が依存する光素子／光部品は多い。偏光依存性のある光素子／光部品を適切に動作させるには、光素子／光部品に入力する信号光の偏光をその動作に適切な状態に設定することが不可欠になる。
【０００４】
これを実現する主な手法は２通りある。第１の偏光制御手法は、光の偏光状態を能動的に制御し、所望の偏光状態に変換後、光素子／光部品に入力する手法である。第２の偏光制御手法は、いわゆる偏光ダイバーシティと呼ばれるもので、この手法では、光素子／光部品が２つ用意され、任意の偏光状態の光が直交する２つの成分に分離され、それぞれの偏光成分が最適な偏光状態で光素子／光部品に入力され、出力された２つの直交する偏光成分が再び結合させられる。
【０００５】
上述の第１の偏光制御手法である、任意の偏光状態をある特定の偏光状態に能動的に制御する従来技術としては、数々のものが提案されている。
第１の偏光制御手法としての基本的な従来技術では、まず、ポラリメータで光の偏光状態がモニターされ、偏光制御器を介して、その偏光状態が所望の状態に変換され出力される。これを具体的に実現するための技術として、下記の第１及び第２の従来技術が知られている。
【０００６】
第１の従来技術では、偏光制御器の後段にポラリメータが接続された構成を有し、出力される光の偏光状態がポラリメータでモニターされ、偏光制御器で光の偏光状態が制御され、所望の出力偏光状態に収束させられる。
【０００７】
図１７に示される第２の従来技術では、λ／４波長板１７０４を含むポラリメータ１７０１の後段にピエゾ素子１７０５を含む偏光制御器１７０２が接続された構成を有し、ポラリメータ１７０１で光の偏光状態がモニターされて解析され、ストークスパラメータが抽出される。次に、制御回路１７０３にて、所望の出力偏光状態に変換するためのジョーンズ行列が算出される。そして、偏光制御器１７０２が、そのジョーンズ行列の変換処理を実行し、偏光状態を変換する。
【０００８】
このような手法に基づく製品の例を次に示す。
・Thorlabs社製（米国）
：Deterministic Polarization Controller - DPC5500
・General Photonics社製（米国）
：RESET-FREE POLARIZATION STABILIZER PolaStay（米国登録商標）
次に、前述した第２の偏光制御手法である偏光ダイバーシティ技術では、図１８に示されるように、偏波ビームスプリッタ１８０１で入力光が直交する２つの偏光成分に分離され、それぞれの偏光成分に対して、偏光依存性のある光部品１８０２及び１８０３が２つ
用意され、それぞれが適当な偏光に設定されて各偏光光成分が入力される。そして、出力段にて、２つの光部品１８０２及び１８０３から出力される各光が結合され出力される。
【特許文献１】特開２００７−２６４３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上述の第１の偏光制御手法としての第１の従来技術では、偏光状態を追い込むために要する時間が高速応答性を制限するという問題点を有していた。
また、前述の第１の偏光制御手法としての第２の従来技術では、偏光状態がジョーンズ行列に基づき変換されるので、前述の第１の従来技術において必要であった偏光状態を追い込む時間は不要になるため、高速動作が可能になる。第２の従来技術における高速化動作のための主な制限は、ジョーンズ行列の算出に要する時間である。出力偏光状態の精度にも依存するが、この応答時間はミリ秒程度を要し、これ以上の高速動作は難しい。また、第２の従来技術では、能動制御を行うために、制御回路や偏波制御器１７０２が必要で、構成が複雑になるという問題点を有していた。更に、第２の従来技術は、ポラリメータ１７０１、偏光制御器１７０２共に、１波長の光しか制御できないため、異なる波長の光の偏光状態を一括して所望の偏光状態に変換することは原理的にできず、波長分割多重光通信方式（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）等への適用ができないという問題点を有していた。
【００１０】
一方、前述の第２の偏光制御手法としての偏光ダイバーシティ技術では、光素子もしくは光部品（図１８の１８０２、１８０３）が多波長の光に対して動作するものであれば、多波長の光を同時に扱うことが可能になる。また、前述の第１の偏光制御手法における能動制御方式とは異なり、高速応答制限はない。しかしながら、偏光ダイバーシティ技術では、光素子もしくは光部品が２つ必要になる上、構成が複雑になり又は大型化するといった問題点を有していた。
【００１１】
以上、偏光依存性のある光素子／光部品を任意の偏光状態の光に対して動作させる２通りの従来技術について説明したが、偏光ダイバーシティ構成では、基本的に光素子／光部品が２つ必要になる上、装置構成が複雑になる課題があるため、一般に光素子／光部品が高額であることも考慮すると、光素子／光部品の前段で入力光の偏光を所望の状態に変換する手法が有効であり、簡単な構成で、偏光状態の変動速度に依存せず、かつ、多波長の光の偏光状態を一括して制御できる手法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
課題は、光の偏光変動速度に関わらず、複雑な電子回路や制御回路など不要で、多波長の光の偏光状態を一括して安定化する手法、それを実現する光回路ならびに光信号処理などへのシステム応用技術を提供することにある。
【００１３】
以下に示す第１の態様は、入力光の偏光状態を安定化させ、その入力光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する出力光を出力するための装置を前提とする。入力光は、互いに異なる偏光状態の複数の異なる波長の偏光成分を含むことができる。
【００１４】
分離素子（１０２）は、入力光を互いに直交する２つの偏光光に分離しかつ異なる２つの経路に導く。この分離素子は例えば、１つの直角プリズムの斜面に誘電体多層膜又は金属薄膜のコーティングを施し、その斜面と他の１つの直角プリズムの斜面とを有機系接着剤で張り合わせた光素子である。
【００１５】
偏光回転素子（１０７）は、２つの経路のうちの１つにおいて、偏光を概ね９０度回転させる。この偏光回転素子は例えば、半波長板又はファラデー回転子である。
第１の光路長調整器（１０６）は、２つの経路のうちの少なくとも一方において、２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整する。この第１の光路長調整器は例えば、回転可能な平行ガラス板であり、その平行ガラス板を回転させられてその平行ガラス板内を透過する光の伝搬距離を変化させられることにより、２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整される。あるいは、この第１の光路長調整器は、くさび形の形状のガラス部材であり、そのガラス部材における光の通過位置が調整されることにより、２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整される。
【００１６】
第２の光路長調整器（１０３）は、２つの経路のうちの少なくとも一方において、２つの経路における各光路長の差が入力光の波長のほぼ整数倍となるように調整する。この第２の光路長調整器は例えば、透明電極を取り付けた２つのガラス板で複数の液晶分子を挟み、その２つの電極に交流電圧を印加することにより、液晶の配向面を回転させ実効屈折率を変化させることにより光の伝搬する実効長を調整し、かつ光の偏光状態を変化させない液晶光変調器である。
【００１７】
光減衰器（１０５）は、２つの経路のうちの少なくとも一方において、２つの経路における各伝搬損失が同程度となるように調整する。この光減衰器は例えば、くさび形の形状を有し、透過する長さに応じてその透過率が大きく変化するように純度を下げたガラス部材であり、そのガラス部材における光の通過位置が調整されることにより、２つの経路における各伝搬損失が同程度となるように調整される。
【００１８】
出力素子（１０８）は、２つの経路を伝搬した２つの偏光光を結合し出力光として出力する。この出力素子は例えば、直角プリズムの斜面にコーティングしたもので２つの経路の方向から２つの光を入力し、その２つの光の半分程度を結合して出力する偏光無依存ビームコンバイナ素子である。
【００１９】
上述の態様において、出力素子の後段に設置され、出力光を単一の偏光状態にする偏光子（１１２）を更に含むように構成することができる。或いは、出力光が出力される光ファイバ上に偏光子を設置することにより、出力光を単一の偏光状態にするように構成されてもよい。
【００２０】
上述の態様において、２つの経路の温度を一定に保つ温度調整器（６０１、６０２、６０３）を更に含むように構成することができる。
上述の態様において、出力光の光強度をモニターする出力光強度監視器（７０１、７０２、１１０１、１２０９）と、そのモニターされる強度の値に基づいて、第２の光路長調整素子における調整を制御する制御器（７０１、７０２、１１０１、１２０９、１１０、９０１、１２０８）を更に含むように構成することができる。
【００２１】
次に、以下に示す第２の態様は、第１の態様の構成を有する偏光状態安定化装置を含む光信号処理システムとして構成される。
偏光状態安定化装置は、任意の偏光状態の単一又は複数の波長を有する入力光の偏光状態を安定化させる。
【００２２】
光信号処理装置は、その結果得られる入力光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する出力光に対して、特定の光の偏光状態に対してのみ動作する光信号処理を実行する。この光信号処理装置は例えば、非線形媒質を用いて光の波形を整形する光信号処理を行う。また、この光信号処理装置は例えば、非線形媒質を用いて光の波長を変換する光信号処理を行う。更に、光信号処理装置は例えば、局発光と入力信号光とを干渉させてその入力信号光に含まれるデータを受信する光信号処理を行う。
【発明の効果】
【００２３】
安定な空間又は光ファイバを光導波路として用い、高精度に光の光路長を調整できる液晶光変調器を用いた構成で、直交する２つの偏光成分に分離し、一方の偏光成分の偏光状態を偏光回転素子で９０°程度回転させ、他方の偏光成分の偏光状態と同一の偏光状態に変換する手法により、複雑な制御回路などが不要になり、また、光の偏光状態の変動速度に無依存に動作し、異なる波長の光に対しても動作する偏光安定化を実現でき、偏光依存性のある光素子／光部品全般の偏光無依存動作が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、最良の実施形態について詳細に説明する。
第１の実施形態
図１は、第１の実施形態の構成図である。
【００２５】
入力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０１で光モジュール１１１内の空間に出力された光は、光モジュール１１１内に配置された光部品に導かれ、出力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０９で再び集光され、光ファイバ内に戻される。
【００２６】
光モジュール１１１内には、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０２、液晶光変調器（ＬＣＭ）１０３、＃１と＃２の２つの全反射ミラー１０４、光減衰器１０５、光路長調整器１０６、偏光回転素子１０７、偏光無依存ビームコンバイナ（ＢＣ）１０８が設置されている。
【００２７】
図１の構成の動作を以下に示す。
光ファイバから出力される光は、入力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０１で平行光線に変換され、光モジュール１１１内に展開される。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ１０２は、入力光をＴＭ偏光成分とＴＥ偏光成分の２つに分離し、異なる２つの経路に導く。偏光ビームスプリッタ１０２は、直角プリズムの斜面に誘電体多層膜や金属薄膜のコーティングを施し、もう一方の直角プリズムの斜面とを有機系接着剤で張り合わせることで実現できる。
【００２９】
ここで、偏光ビームスプリッタ１０２が用いられているが、必ずしも偏光ビームスプリッタである必要はなく、例えば、一軸性複屈折結晶など、２つの直交する偏光に分離する機能を実現するものであれば、他の物でもよい。
【００３０】
図１内の上の経路を経路１、経路１に導かれる光をＴＭ偏光とし、下の経路を経路２、経路２に導かれる光をＴＥ偏光として、以下、説明する。
経路１では、まず、液晶光変調器１０３が、ＴＭ偏光について、その光の伝搬する長さをナノメータ程度の精度で微調整する。この動作原理については、後述する。
【００３１】
次に、液晶光変調器１０３から出力された光は、全反射ミラー１０４（＃１）で反射後、ＴＭ偏光のまま偏光無依存ビームコンバイナ１０８を経由して、出力用光ファイバ付きコリメーレンズ１０９に導かれる。全反射ミラー１０４は、ガラス基盤上にアルミニウムなどの金属を蒸着させた金属ミラーや、誘電体膜をコーティングしたものなどで実現できる。
【００３２】
経路２に導かれたＴＥ偏光は、光減衰器１０５で光パワーが調整され、全反射ミラー１０４（＃２）で反射された後、光路長調整器１０６でその光の伝搬する長さの粗調整が行われ、偏光回転素子１０７でＴＥ偏光からＴＭ偏光に変換され、偏光無依存ビームコンバイナ１０８で経路１を伝搬した光と結合されて、出力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０９に出力される。
【００３３】
偏光無依存ビームコンバイナ１０８で経路１と経路２をそれぞれ伝搬した光が結合される際に、両者の光の振幅と位相を等しく（同相に）する必要がある。振幅が等しくないと、図２に示されるように、入力する光の偏光状態に応じて、出力される光の振幅が変わり、偏光依存性の損失が発生してしまう。同相でないと、出力される光の振幅が小さくなり、位相が９０°ずれている逆相の場合、光が出力されなくなる。
【００３４】
経路１と経路２の出力光の振幅を等しくするために、光減衰器１０５の減衰量が調整されて、経路２の伝搬損失が経路１の伝搬損失と等しくなるように調整される。図１では、経路２に光減衰器１０５が配置されているが、光減衰器１０５がない場合の経路２の伝搬損失が経路１のそれよりも大きい場合は、光減衰器１０５は経路１上に配置し、経路１の伝搬損失を大きくし、経路２の伝搬損失に一致するようにすればよい。光減衰器１０５は、図１に示すようなくさび形状の石英に不純物が添加されたガラスで構成され、その機能は、ガラス内を光が伝搬する長さを調整すれことで実現できる。
【００３５】
２つの経路の長さは、必ずしも等しくする必要はない。入力する光により求められる精度は異なり、例えば１０Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒）の伝送速度を有し、ＮＲＺ（non-return-to-zero）信号で変調された光では、信号間隔が１００ｐｓ（ピコ秒）であり、空間では３０ｍｍ（ミリメートル）程度になるので、この長さに対して十分短くなるように調整されればよい。この条件が満たされれば、図３（ａ）に示されるような入力信号光に対して、経路差が完全に零でなくてもほぼ零であれば、出力信号光は図３（ｂ）に示されるような状態になり、情報が失われることはない。この程度の調整は経路２に設置している光路長調整器１０６としてのガラス板を光の経路に対する角度を調整し、光が伝搬するガラス板の長さを変更することで実現できる。必ずしも角度を調整して光の実効的な伝搬距離を調整するものである必要はないし、長さ調整機能は、経路１に設置しても良い。例えば、光路長調整器１０６は、くさび形の形状のガラス部材で構成され、そのガラス部材における光の通過位置が調整されることにより、２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整される。
【００３６】
一方で、偏光無依存ビームコンバイナ１０８で光が結合される際には、光の干渉によって結合後の光が弱め合わないように、図４（ａ）に示されるように、光の位相の精度で２つの経路差が波長の整数倍になるように精密に制御する必要がある。極端な例として、図４（ｂ）に示されるように、経路差が半波長の奇数倍になった場合、即ち、各経路の光が逆相で干渉した場合には、それらを合成した出力はほとんどゼロになってしまう。そこで、図４（ａ）に示されるように、各経路の光が同相で干渉して合成出力が強くないようにする必要がある。
【００３７】
この制御は、液晶光変調器１０３で実現できる。液晶光変調器１０３は、液晶分子の配列状態が外部から印加する電界により変化するという電気光学効果を応用したものであり、従来、液晶ディスプレイに代表される表示装置、平面上に複数の液晶制御用電極を設置した空間光変調器、光の波形制御や高速並列処理を特徴とする光学情報処理に用いられていたものである。例えば、下記非特許文献に開示されているが、本実施形態のように光の実効伝搬距離を調整し光の結合を制御する目的で用いられることはなかった。
Programmable femtosecond pulse shaping by use of a multielement liquid-crystal phase modulator: A. M. Weiner, pp.326-328, Optics Letters, Vol. 15, No.16, 1990
【００３８】
液晶分子をガラス基盤で挟み、ガラス基盤に取り付けた透明電極に交流源１１０より出
力される交流電圧を印加すると、印加する電圧振幅に応じて液晶分子の配向面が回転して、液晶光変調器１０３の実効屈折率が変化し、その結果、光の実効的な経路長が変化する。屈折率変化が光の偏光面に対して垂直に生じるように配向したネマティック液晶を用いると、低損失で光の偏光状態を変えることなく、波長の精度(ナノメートル)で実効長を制御できる。
【００３９】
経路２においてＴＥ偏光からＴＭ偏光に偏光状態を変化させる偏光回転素子１０７は、直線偏光を９０°程度回転させる素子で、例えば、いわゆる半波長板と呼ばれる複屈折結晶の薄い板、ファラデー回転子等を使用することができる。
【００４０】
出力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０９は、偏光保持型の光ファイバを付けることにより、出力偏光状態を光ファイバ内で一定に保ってもよい。また、２つの経路を伝搬し結合された各光の偏光状態が必ずしも同一でない場合であっても、例えば図５に示されるように、偏光無依存ビームコンバイナ１０８の後段に偏光子１１２を設置することにより、単一の偏光状態で光信号を出力できる。
【００４１】
なお、偏光子は、光モジュール１１１内の偏光無依存ビームコンバイナ１０８の後段ではなく、出力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０９が接続される光ファイバの先に独立して設置されてもよい。
【００４２】
以上説明した動作で、任意の偏光状態の光をＴＭ偏光に変換することができる。一度、光減衰器１０５、液晶光変調器１０３、光路長調整器１０６を調整し、その条件を安定に実現すると、入力する光の偏光変動速度に無依存に出力の偏光状態を安定化できる。また、波長依存性の少ない光部品を用いれば、異なる波長の光もしくは複数の異なる波長の光の偏光状態を一括して安定化させることも可能になる。図１及び図５は、原理・動作の説明のために示したものであり、要は、入力光を２つの直交する偏光成分に分離し、一方の偏光成分の偏光方向を９０°回転後、同強度、同位相で再び結合することが重要であり、図示した液晶光変調器１０３、光減衰器１０５、光路長調整器１０６、偏光回転素子１０７の配置場所は、それを実現するような配置であればどのような配置であってもよい。
【００４３】
第２の実施形態
図６は、第２の実施形態の構成図である。第１の実施形態における図１の構成と同じ番号が付された部分は、第１の実施形態の場合と同じ動作をする。
【００４４】
２つの経路１及び２の長さの経路長の差を波長精度で一定に保持することが重要であることは前述の通りだが、それが光モジュール１１１の温度など周辺環境変化により変動することも考えられる。
【００４５】
第２の実施形態では、この様な環境変化に起因する影響を避ける手段として、図６に示されるように、光モジュール１１１内の温度を一定に保つ機能を付加する。
具体的には、光モジュール１１１の底面などにペルチェ６０１とサーミスタ６０２を取り付け、サーミスタ６０２で光モジュール１１１の温度を監視し、その温度が一定になるようにペルチェ６０１に流す電流を温度調整器６０３で制御すれば、光モジュールの温度を安定化でき、環境温度が変動して光回路を安定に動作させることができる。
【００４６】
第３の実施形態
図７は、第３の実施形態の構成図である。第１の実施形態における図１の構成と同じ番号が付された部分は、第１の実施形態の場合と同じ動作をする。
【００４７】
第３の実施形態は、偏光状態を更に安定に制御するための構成例である。
図７において、光分岐器７０１が、出力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０９から出力される光のパワーの一部を分岐し、電源コントローラ７０２が、そのパワーを監視する。
【００４８】
経路差が逆相の場合は出力光が零になることは図４（ｂ）にて前述したが、光出力は経路差が光の波長を１周期として周期的に変化し、その大きさは正弦関数になる。そのため、時間変動する監視パワーの時間微分係数を電源コントローラ７０２で計算し、その時間微分係数が零になるように交流電圧源１１０から出力される電圧の大きさを制御すれば、出力パワーが最大になり、偏光無依存ビームコンバイナ１０８で同相条件（図４（ａ）参照）を常に実現できる。
【００４９】
図８は、図７の電源コントローラ７０２の具体的な構成例を示す図である。図８において、電源コントローラ７０２は、光分岐器７０１から得られる光のパワーを検出する光パワーメータ８０１と、パソコンの機能として実現され光パワーメータ８０１が出力するパワー信号からパワー変動を検出するパワー変動モニタ部８０２、及び同じくパソコンの機能として実現されパワー変動モニタ部８０２が出力するパワー変動を微分して出力する微分出力部８０３とから構成される。そして、微分出力部８０３が出力する微分出力信号が、交流電圧源１１０の出力振幅を制御する。
【００５０】
図９は、図８の構成の変形例を示す図である。図９において、微分出力部８０３から出力される微分出力信号は、電気可変減衰器９０１に供給される。そして、この電気可変減衰器９０１が、交流電圧源１１０から出力される一定振幅の交流電圧の振幅を制御する。
【００５１】
図１０は、図８及び図９のさらなる変形例を示す図である。図１０において、フォトディテクタ１００１は、光分岐器７０１から得られる光信号を電気信号に変換する。微分電子回路１００２は、フォトディテクタ１００１から出力される電気信号に対して微分演算を実行する。この微分電子回路１００２から出力される微分出力信号は、電気可変減衰器９０１に供給され、ここで、交流電圧源１１０から出力される一定振幅の交流電圧の振幅が制御される。微分電子回路１００２は、１００１−１又は１００１−２として示されるように、抵抗とコンデンサ、又は抵抗とコンデンサとオペ（ＯＰ）アンプとの組合せによって簡単に実現することができる。
【００５２】
上述の図８〜図１０の構成において、電源コントローラ７０２が検出すべき光出力信号のパワー変動は、光出力信号自身の伝送速度等には関係なく経路差に対応する低い周波数変動であるため、電源コントローラ７０２を構成する検出機構には高速応答性は要求されず、低コストで実現することができる。
【００５３】
第４の実施形態
図１１は、第４の実施形態の構成図である。第１の実施形態における図１の構成及び第３の実施形態における図７の構成と同じ番号が付された部分は、第１及び第３の実施形態の場合と同じ動作をする。また、図８〜図１０の構成も、図１１の電源コントローラ７０２に図７の場合と同様に適用される。
【００５４】
偏光無依存ビームコンバイナ１０８では、足し合わされた光の半分は、図８上で下方向に出力される。そこで、この光を第２の出力用光ファイバ付きコリメータレンズ８０１にて取り出し、電源コントローラ７０２がその光パワーを監視し安定化を行う。
この場合、出力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０９の後段で光を分岐する必要がなくなるため、光の損失を低減できる。
【００５５】
第５の実施形態
図１２は、第５の実施形態の構成図である。第１〜第４の実施形態では、光ファイバから入力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０１に入力した光信号は、出力用光ファイバ付きコリメータレンズ１０９から再び光ファイバに出力されるまで、光モジュール１１１内の空間を伝送されるが、第５の実施形態では、光ファイバから偏光ビームスプリッタ１２０１に入力した光信号は、２つの経路に分離させられた後も、各経路を構成する光ファイバ結合の光学部品を通過する。
【００５６】
具体的には、入力側の光ファイバに結合している偏光ビームスプリッタ１２０１は、入力光をＴＭ偏光成分とＴＥ偏光成分の２つに分離し、異なる２つの経路に導く。
図１の場合と同様に、図１２内の上の経路を経路１、経路１に導かれる光をＴＭ偏光とし、下の経路を経路２、経路２に導かれる光をＴＥ偏光とする。
【００５７】
経路１では、まず、図１の液晶光変調器１０３と同等の動作をする液晶光変調器１２０２が、ＴＭ偏光について、その光の伝搬する長さをナノメータ程度の精度で微調整する。液晶光変調器１２０２から出力された光は、光ファイバ内を伝送されて、光カプラ１２０６にて、経路２を伝搬した光と結合され、出力側の光ファイバに出力される。
【００５８】
経路２に導かれたＴＥ偏光は、偏光制御器１２０３で偏光が９０°回転させられてＴＥ偏光からＴＭ偏光に変換され、光減衰器１２０４で光パワーが調整され、光ディレイ１２０５でその光の伝搬する長さの粗調整が行われ、光カプラ１２０６で経路１を伝搬した光と結合される。
【００５９】
電源コントローラ１２０９は、光カプラ１２０６から分岐して出力される光のパワーを監視し、第３の実施形態の場合と同様に、時間変動する監視パワーの時間微分係数を計算し、その時間微分係数が零になるように交流電圧源１２０８から出力される電圧の大きさを制御することにより、光カプラ１２０６において結合される経路１と経路２の各光の同相条件（図４（ａ）参照）を実現する。
【００６０】
上記構成を有する第５の実施形態の基本的な動作原理は、第１の実施形態等の場合と同じであるが、１２０１〜１２０６の各光部品間を結合する光ファイバはできるだけ短いことが望ましい。
第５の実施形態では、第１〜第４の実施形態において必要であった＃１と＃２の２枚の全反射ミラー１０４が不要になるというメリットがある。
【００６１】
第６の実施形態
図１３は、図１２に示される第５の実施形態の構成の変形例を示す第６の実施形態の構成図である。
第６の実施形態では、経路２だけではなく、経路１上にも、偏光制御器１３０１、光減衰器１３０２が挿入され、経路１と経路２の光条件に幅広く対応することができる。
【００６２】
第７の実施形態
ある特定の光の偏光状態に対してしか動作しない光信号処理であっても、その前段に第１〜第６の実施形態の何れかの構成を有する偏光安定化回路を配置することにより、任意の偏光状態の単一もしくは複数の波長の光に対しその光信号処理を動作させることが可能になる。偏光依存性のある光信号処理は様々ある、以下にいくつかの信号処理を例として取り上げその概要を第７〜第９の実施形態として示すが、応用例はこれらに限定されるものではない。
【００６３】
図１４は、第７の実施形態の構成図である。
電気信号に変換することなく光のまま信号光の波形を整形することは重要な技術である
が、光波形整形は偏光依存動作をすることが多い。偏光依存性がある場合でも、第１〜第６の実施形態の何れかの構成を有する偏光安定化回路を光波形整形の前段に設置し、任意の偏光状態の信号光をある特定の偏光状態に安定化させることで、偏光無依存動作を実現できる。
【００６４】
図１４に示される例は、ゲルマニウムを添加した石英系の高非線形ファイバ、カルコゲナイドガラスなどの非線形媒質内で発生する非線形効果である光カー効果を利用した光波形整形で、第１〜第６の実施形態の何れかの構成を有する偏光安定化回路１４０１で偏光安定化された入力信号光と、偏光制御器１４０４を介して入力される励起光１４０３とが光カプラ１４０２で結合され、非線形媒質光ファイバ１４０５内で励起光より入力信号光にエネルギーが移動する割合が入力信号光のパワーに依存する現象を利用して入力信号光の波形が整形され、光フィルタ１４０６で励起光が除去されて、出力信号光として出力される。
【００６５】
このような光波形整形では、非線形媒質光ファイバ１４０５に入力される入力信号光と励起光との偏光状態が同一であることが必要要件となるため、第１〜第６の実施形態の何れかの構成を有する偏光安定化回路１４０１は、非常に有効に機能する。
【００６６】
第８の実施形態
図１５は、第８の実施形態の構成図である。
別の光信号処理である光波長変換も、図１５に示されるように、図１４の第７の実施形態の旺盛と同様の回路構成で実現できる。
【００６７】
今日の光ファイバ通信では伝送容量を増大させるため、複数の波長の光を用い、波長領域で信号を多重するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）通信方式が広く用いられている。また、柔軟なフォトニックネットワークを実現するために、信号光の波長を変換することが有効であり、効率的な波長変換が求められている。
【００６８】
電子回路を用いた場合、ＷＤＭ信号の波長変換には、まず、一波長ずつ分離後、それぞれの波長に光信号を電気信号に変換するためのフォトディテクタが必要であり、光信号に戻すために異なる波長の光源とデータ変調する機能が不可欠である。これらを再び１つのファイバ内に結合することで、ＷＤＭ信号の波長変換を実現する必要がある。
【００６９】
一方、光信号処理では、非線形媒質内で発生する非線形効果を用いて光のまま一括して波長を変換することができる。ただし、一般に、この非線形効果の発生効率は信号光の偏光状態に依存する。そのため、多波長の信号光の偏光状態を一括して有る特定の状態に変換できると、複雑な偏光ダイバーシティ構造が不要になり、簡単な構成になる。
【００７０】
そこで、図１５に示されるように、光波長変換のための非線形媒質光ファイバ１４０５の前段に、第１〜第６の実施形態の何れかの構成を有する偏光安定化回路１４０１が配置される構成が、きわめて有効である。
【００７１】
第９の実施形態
図１６は、第９の実施形態の構成図である。
図１６に示されるように、入力信号光の受信時に、偏光制御器１６０４を介して入力する局発光１６０３を光カプラ１６０２にて入力信号光と干渉させ、フォトディテクタ１６０５を介して受信回路１６０６にてコヒーレント受信を行う場合、入力信号光と局発光が干渉するように、両者の偏光状態を常に同じにする必要がある。入力信号光は、常に安定な偏光状態とは限らないので、一般に、局発光の偏光状態が入力信号光の偏光状態と同じくなるように、偏光の追従機能や、偏光ダイバーシティ構成が必要になる。
【００７２】
そこで、図１６に示されるように、光カプラ１６０２の前段に、第１〜第６の実施形態の何れかの構成を有する偏光安定化回路１６０１が配置することにより、入力信号光の偏光状態を常に一定の状態に保てるので、偏光追従機能や偏光ダイバーシティも不要になる。ＷＤＭ信号光に対しても本手法は有効である。
【００７３】
第１〜第９の実施形態に対する補足
その他、光多重分離や光サンプリングなどの光信号処理があるが、個別の説明は省くが、上述の手法により、処理自体に偏光依存性があっても、第１〜第６の実施形態の何れかの構成を有する偏光安定化回路をその前段に設置することで、偏光無依存動作を実現することが可能になる。
【００７４】
以上の第１〜第９の実施形態に関して、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
入力光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する出力光を出力するための方法であって、
前記入力光を互いに直交する２つの偏光光に分離しかつ異なる２つの経路に導く分離ステップと、
前記２つの経路のうちの１つにおいて、偏光を概ね９０度回転させる偏光回転ステップと、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整する第１の光路長調整ステップと、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各光路長の差が前記入力光の波長のほぼ整数倍となるように調整する第２の光路長調整ステップと、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各伝搬損失が同程度となるように調整する伝搬損失調整ステップと、
前記２つの経路を伝搬した２つの前記偏光光を結合し前記出力光として出力する出力ステップと、
を含むことを特徴する偏光状態安定化方法。
（付記２）
前記２つの経路の温度を一定に保つ温度調整ステップを更に含む、
ことを特徴とする付記１に記載の偏光状態安定化方法。
（付記３）
前記出力光の光強度をモニターする出力光強度監視ステップと、
該モニターされる強度の値に基づいて、前記第２の光路長調整ステップにおける調整を制御する制御ステップと、
を更に含むことを特徴とする付記１又は２の何れか１項に記載の偏光状態安定化方法。（付記４）
前記入力光は、互いに異なる偏光状態の複数の異なる波長の偏光成分を含む、
ことを特徴とする付記１乃至３の何れか１項に記載の偏光状態安定化方法。
（付記５）
付記１乃至４の何れか１項に記載の偏光状態安定化方法によって、任意の偏光状態の単一又は複数の波長を有する入力光の偏光状態を安定化させるステップと、
その結果得られる該入力光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する出力光に対して、特定の光の偏光状態に対してのみ動作する光信号処理を実行するステップと、
を含むことを特徴とする光信号処理方法。
（付記６）
入力光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する出力光を出力するための装置であって、
前記入力光を互いに直交する２つの偏光光に分離しかつ異なる２つの経路に導く分離素
子と、
前記２つの経路のうちの１つにおいて、偏光を概ね９０度回転させる偏光回転素子と、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整する第１の光路長調整器と、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各光路長の差が前記入力光の波長のほぼ整数倍となるように調整する第２の光路長調整器と、
前記２つの経路のうちの少なくとも一方において、前記２つの経路における各伝搬損失が同程度となるように調整する光減衰器と、
前記２つの経路を伝搬した２つの前記偏光光を結合し前記出力光として出力する出力素子と、
を含むことを特徴する偏光状態安定化装置。
（付記７）
前記分離素子は、１つの直角プリズムの斜面に誘電体多層膜又は金属薄膜のコーティングを施し、該斜面と他の１つの直角プリズムの斜面とを有機系接着剤で張り合わせた光素子である、
ことを特徴する付記６に記載の偏光状態安定化装置。
（付記８）
前記第２の光路長調整器は、透明電極を取り付けた２つのガラス板で複数の液晶分子を挟み、該２つの電極に交流電圧を印加することにより、液晶の配向面を回転させ実効屈折率を変化させることにより光の伝搬する実効長を調整し、かつ光の偏光状態を変化させない液晶光変調器である、
ことを特徴する付記６又は７の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記９）
前記偏光回転素子は、半波長板又はファラデー回転子である、
ことを特徴する付記６乃至８の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記１０）
前記第１の光路長調整器は、回転可能な平行ガラス板であり、
該平行ガラス板を回転させて該平行ガラス板内を透過する光の伝搬距離を変化させることにより、前記２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整する、
ことを特徴する付記６乃至９の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記１１）
前記第１の光路長調整器は、くさび形の形状のガラス部材であり、
該ガラス部材における光の通過位置を調整することにより、前記２つの経路における各光路長の差が概略で零になるように調整する、
ことを特徴する付記６乃至９の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記１２）
前記光減衰器は、くさび形の形状を有し、透過する長さに応じてその透過率が大きく変化するように純度を下げたガラス部材であり、
該ガラス部材における光の通過位置を調整することにより、前記２つの経路における各伝搬損失が同程度となるように調整する、
ことを特徴する付記６乃至１１の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記１３）
前記出力素子は、直角プリズムの斜面にコーティングしたもので前記２つの経路の方向から２つの光を入力し、該２つの光の半分程度を結合して出力する偏光無依存ビームコンバイナ素子である、
ことを特徴する付記６乃至１２の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記１４）
前記出力素子の後段に設置され、前記出力光を単一の偏光状態にする偏光子を更に含む、
ことを特徴する付記６乃至１３の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記１５）
前記出力光が出力される光ファイバ上に偏光子を設置することにより、前記出力光を単一の偏光状態にする、
ことを特徴する付記６乃至１３の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記１６）
前記２つの経路の温度を一定に保つ温度調整器を更に含む、
ことを特徴する付記６乃至１５の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記１７）
前記出力光の光強度をモニターする出力光強度監視器と、
該モニターされる強度の値に基づいて、前記第２の光路長調整素子における調整を制御する制御器と、
を更に含むことを特徴する付記６乃至１６の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。（付記１８）
前記入力光は、互いに異なる偏光状態の複数の異なる波長の偏光成分を含む、
ことを特徴とする付記６乃至１７の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置。
（付記１９）
任意の偏光状態の単一又は複数の波長を有する入力光の偏光状態を安定化させる付記６乃至１８の何れか１項に記載の偏光状態安定化装置と、
その結果得られる前記入力光の偏光状態に無依存に一定の偏光状態を有する出力光に対して、特定の光の偏光状態に対してのみ動作する光信号処理を実行する光信号処理装置と、
を含むことを特徴とする光信号処理システム。
（付記２０）
前記光信号処理装置は、非線形媒質を用いて光の波形を整形する光信号処理を行う、
ことを特徴とする付記１９に記載の光信号処理システム。
（付記２１）
前記光信号処理装置は、非線形媒質を用いて光の波長を変換する光信号処理を行う、
ことを特徴とする付記１９に記載の光信号処理システム。
（付記２２）
前記光信号処理装置は、局発光と入力信号光とを干渉させて該入力信号光に含まれるデータを受信する光信号処理を行う、
ことを特徴とする付記１９に記載の光信号処理システム。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１の実施形態の構成図である。
【図２】第１の実施形態の動作説明図（その１）である。
【図３】第１の実施形態の動作説明図（その２）である。
【図４】第１の実施形態の動作説明図（その３）である。
【図５】第１の実施形態の変形例の構成図である。
【図６】第２の実施形態の構成図である。
【図７】第３の実施形態の構成図である。
【図８】電源コントローラ７０２の具体的な構成例を示す図である。
【図９】図８の変形例を示す図である。
【図１０】図８及び図９のさらなる変形例を示す図である。
【図１１】第４の実施形態の構成図である。
【図１２】第５の実施形態の構成図である。
【図１３】第６の実施形態の構成図である。
【図１４】第７の実施形態の構成図である。
【図１５】第８の実施形態の構成図である。
【図１６】第９の実施形態の構成図である。
【図１７】第２の従来技術の構成図である。
【図１８】偏光ダイバーシティに関する従来技術の構成図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０１      入力用光ファイバ付きコリメータレンズ
１０２、１２０１      偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１０３、１２０２      液晶光変調器（ＬＣＭ）
１０４      全反射ミラー
１０５、１２０４、１３０２      光減衰器
１０６      光路長調整器
１０７      偏光回転素子
１０８      偏光無依存ビームコンバイナ（ＢＣ）
１０９      出力用光ファイバ付きコリメータレンズ
１１０、１２０８      交流電圧源
１１１      光モジュール
１１２      偏光子
６０１      ペルチェ
６０２      サーミスタ
６０３      温度調整器
７０１      光分岐器
７０２、１２０９      電源コントローラ
８０１      光パワーメータ
８０２      パワー変動モニタ部
８０３      微分出力部
９０１      電気可変減衰器
１００１      フォトディテクタ
１００２      微分電子回路
１１０１      第２の出力用光ファイバ付きコリメータ１０９
１２０３、１３０１、１４０４、１６０４      偏光制御器
１２０５      光ディレイ
１２０６、１４０２、１６０２      光カプラ
１４０１、１６０１      第１〜第６の実施形態の何れかの構成を有する偏光安定化回路１４０５      非線形媒質光ファイバ
１４０６      光フィルタ
１４０３      励起光
１６０３      局発光
１６０５      フォトディテクタ
１６０６      受信回路
【図２】
2010060656.tif 000003
【図３】
2010060656.tif 000004
【図４】
2010060656.tif 000005
【図１２】
2010060656.tif 000006
【図１３】
2010060656.tif 000007
【図１４】
2010060656.tif 000008
【図１５】
2010060656.tif 000009
【図１６】
2010060656.tif 000010
【図１】
2010060656.tif 000011
【図５】
2010060656.tif 000012
【図６】
2010060656.tif 000013
【図７】
2010060656.tif 000014
【図８】
2010060656.tif 000015
【図９】
2010060656.tif 000016
【図１０】
2010060656.tif 000017
【図１１】
2010060656.tif 000018
【図１７】
2010060656.tif 000019
【図１８】
2010060656.tif 000020