(57)【要約】【課題】バイアス制御専用の回路を省略すること。【解決手段】光変調装置３０は、方向Ａに延びる光導波路ＷＧの一端に連続光Ｌｓを入力して変調光Ｌｍを出力する光変調器２３と、光変調器２３の変調方向に対して第１角度θｒで偏光方向を回転する旋光子２５と、光変調器２３の変調方向に対して第１角度θｒで傾斜した軸を有し、通過する光の軸に沿った第１成分と軸に直交する第２成分との間に８分の１波長の奇数倍の位相差を付与する波長板２６と、入射光を反射する反射部２７と、を備え、旋光子２５、波長板２６及び反射部２７は、その順に光導波路ＷＧの他端から方向Ａに沿って設けられ、光変調器２３は、一端に入力された連続光Ｌｓを他端から旋光子２５及び波長板２６を介して反射部２７に出力し、反射部２７によって反射された連続光Ｌｓを波長板２６及び旋光子２５を介して他端に入力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延びる光導波路及び前記光導波路に沿って延びる進行波型電極を有し、前記光導波路の一端に直線偏光の連続光を入力するとともに前記光導波路の前記一端から変調光を出力する位相変調器と、
前記位相変調器の変調方向に対して第１角度で偏光方向を回転する旋光子と、
前記位相変調器の変調方向に対して前記第１角度で傾斜した軸を有し、通過する光の前記軸に沿った第１成分と前記軸に直交する第２成分との間に前記光の波長の８分の１の奇数倍の位相差を付与する波長板と、
入射光を反射する反射部と、
を備え、
前記旋光子、前記波長板及び前記反射部は、その順に前記光導波路の他端から前記一方向に沿って設けられ、
前記位相変調器は、前記光導波路の前記一端に入力された前記連続光を前記光導波路の前記他端から前記旋光子及び前記波長板を介して前記反射部に出力するとともに、前記反射部によって反射された前記連続光を前記波長板及び前記旋光子を介して前記光導波路の前記他端に入力することを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
前記第１角度は４５度であることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光変調装置と、
前記連続光を出力する光源と、
前記変調光を受光する光検出器と、
前記光源によって出力された前記連続光を前記光変調装置に出力するとともに、前記光変調装置によって出力された前記変調光を前記光検出器に出力する光路分岐部と、
を備えることを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調装置及び光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定装置から放射される微弱な電磁波を測定するための電界計測装置等の光伝送装置がある。例えば、特許文献１には、電波暗室に設置されるヘッド部と、測定室に設置されるコントローラ部と、を備える電界計測装置が記載されている。
【０００３】
この電界計測装置では、コントローラ部は、光ファイバを介して連続光をヘッド部の光変調器に伝送し、ヘッド部は、光変調器によってアンテナからの出力信号に基づいて連続光を変調し、変調光を光ファイバを介してコントローラ部に伝送している。そして、コントローラ部は、レシーバによって変調光を電気信号に変換して測定器に送信している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０７９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記電界計測装置で用いられる光変調器は、高周波信号の伝送に有利なマッハツェンダ型の光変調器で、ニオブ酸リチウム等の電気光学効果を奏する基板を備えている。そして、マッハツェンダの２本のアームを伝搬する光の位相差を９０度（クワドラチャ状態）とすることにより、光変調器の変調度が最大となる。この位相差を調整するため、バイアス電圧を印加する必要がある。しかし、このような光変調器では、ＤＣドリフト等によるバイアス電圧の変動が生じる。このため、変調光の一部をモニタすることによって、バイアス電圧の変動を検出し、バイアス電圧の調整を行うためのバイアス制御専用の回路が設けられている。バイアス制御専用の回路として、例えば、コントローラ部には、受光部、バイアス制御回路、Ｅ／Ｏ変換器等が設けられ、ヘッド部には、Ｏ／Ｅ変換器、バイアス回路等が設けられている。このように、上記電界計測装置は、バイアス制御専用の回路を備えているので、部品数が多くなり小型化することが困難である。
【０００６】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、バイアス制御専用の回路を省略可能な構造を有する光変調装置及び光伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る光変調装置は、一方向に延びる光導波路及びこの光導波路に沿って延びる進行波型電極を有し、光導波路の一端に直線偏光の連続光を入力するとともに光導波路の一端から変調光を出力する位相変調器と、位相変調器の変調方向に対して第１角度で偏光方向を回転する旋光子と、位相変調器の変調方向に対して第１角度で傾斜した軸を有し、通過する光の軸に沿った第１成分と軸に直交する第２成分との間に光の波長の８分の１の奇数倍の位相差を付与する波長板と、入射光を反射する反射部と、を備える。旋光子、波長板及び反射部は、その順に光導波路の他端から一方向に沿って設けられ、位相変調器は、光導波路の一端に入力された連続光を光導波路の他端から旋光子及び波長板を介して反射部に出力するとともに、反射部によって反射された連続光を波長板及び旋光子を介して光導波路の他端に入力する。
【０００８】
このような光変調装置では、光導波路の他端から一方向に沿って旋光子、波長板及び反射部が設けられている。また、波長板は、通過する光の軸に沿った第１成分と軸に直交する第２成分との間に光の波長の８分の１の奇数倍の位相差を付与する。位相変調器の変調方向と波長板の軸とが成す角度は、旋光子による偏光方向の回転角度に等しい。このため、光導波路の他端から一方向に出力された連続光の変調方向に沿った成分である第１成分と、変調方向に直交する成分である第２成分とは、旋光子によって偏光方向を第１角度だけ回転され、波長板によって連続光の波長の８分の１の奇数倍の位相差が加えられる。そして、連続光は反射部によって反射されて、一方向と反対方向に出力される。次に、反射された連続光は再び波長板を通過し、波長板によって連続光の第１成分と第２成分との間に連続光の波長の８分の１の奇数倍の位相差が加えられる。したがって、反射された連続光の第１成分と第２成分との位相差は、連続光の波長の４分の１の奇数倍となる。その結果、連続光はクワドラチャ状態となるので、自動的にバイアス点を維持することが可能となる。
【０００９】
続いて、反射された連続光は再び旋光子を通過し、旋光子によって偏光方向を第１角度だけ回転される。つまり、連続光の第１成分の偏光方向は、位相変調器の変調方向に対して第１角度の２倍の角度で傾斜し、連続光の第２成分の偏光方向は、位相変調器の変調方向に対して第１角度の２倍に９０度を加えた角度で傾斜している。そして、旋光子によって偏光方向を回転された連続光は、光導波路の他端から一端に向かって伝搬する。ところで、位相変調器において、連続光の第１成分と第２成分とは、複屈折により光導波路の伝搬中に異なる位相変化を受ける。また、位相変調器の歪みや電荷の蓄積等によって光導波路の屈折率の変化が生じ、光導波路を伝搬する光の偏光方向に応じて第１成分と第２成分との間のバイアス位相差のゆっくりとした時間変化が生じる場合がある。つまり、変調方向に沿った成分と、変調方向に直交する成分と、にそれぞれ異なる位相シフトが生じる場合がある。これに対し、上述の光変調装置では、連続光が光導波路の一端から他端に伝搬する際の第１成分の偏光方向と連続光が光導波路の他端から一端に伝搬する際の第１成分の偏光方向とは第１角度の２倍の角度だけ異なっている。同様に、連続光が光導波路の一端から他端に伝搬する際の第２成分の偏光方向と連続光が光導波路の他端から一端に伝搬する際の第２成分の偏光方向とは第１角度の２倍の角度だけ異なっている。このため、例えば第１角度が０度から４５度に近づくほど、連続光が光導波路の他端から一端に伝搬する際の第１成分の偏光方向は、連続光が光導波路の一端から他端に伝搬する際の第２成分の偏光方向に近くなる。同様に、例えば第１角度が０度から４５度に近づくほど、連続光が光導波路の他端から一端に伝搬する際の第２成分の偏光方向は、連続光が光導波路の一端から他端に伝搬する際の第１成分の偏光方向に近くなる。したがって、例えば第１角度が０度から４５度に近づくほど、光導波路の伝搬中に受ける第１成分の位相変化の総量と第２成分の位相変化の総量との差が小さくなる。このように、連続光が光導波路の一端から他端に伝搬し、他端で反射されて光導波路の他端から一端に伝搬する場合と比較して、位相変調器の歪み等によって、第１成分及び第２成分において生じる位相シフト量の差が小さくなる。これによって、位相変調器におけるバイアス点の変動を低減することができる。その結果、ＤＣバイアス調整の簡易化が図られるとともに、バイアス制御の安定性が向上される。
【００１０】
なお、位相変調器に印加される高周波の変調信号は、通常、進行波型の回路系を介して光導波路に高周波の電界として印加され、連続光の変調方向の成分を高周波で変調する。ただし、進行波型の回路系の場合、１ＧＨｚ以上の変調信号成分は、光導波路に沿った変調電極における電気信号の進行方向と、光導波路における連続光の進行方向とが一致したときのみ有効な変調が行われる。一方で、その方向が逆の場合は、実質的に変調が行われない。したがって、連続光が光変調装置の光導波路を往復する場合でも、一方の伝搬方向のときのみ変調が行われ、１ＧＨｚ以上の変調信号はそのまま変調されることとなる。このような高周波の信号による変調は、１ＧＨｚ以下の変動成分である上記のバイアス点の変動及び維持の動作には影響を与えない。このため、バイアス点の変動は、光変調装置における連続光の往復によってキャンセルされる。その結果、本発明の一側面に係る光変調装置においては、光変調の機能を維持しながら、ＤＣバイアス制御の簡易化とバイアス制御の安定性の向上が実現できる。
【００１１】
本発明の他の側面に係る光変調装置では、第１角度は４５度であってもよい。この場合、光導波路の他端から一端に伝搬する際の第１成分の偏光方向は、位相変調器の変調方向に直交し、光導波路の他端から一端に伝搬する際の第２成分の偏光方向は、位相変調器の変調方向に沿っている。このため、光導波路の一端から他端に伝搬する際の第１成分の位相シフト量と光導波路の他端から一端に伝搬する際の第２成分の位相シフト量とは、互いに略等しい。また、光導波路の他端から一端に伝搬する際の第１成分の位相シフト量と光導波路の一端から他端に伝搬する際の第２成分の位相シフト量とは、互いに略等しい。したがって、位相変調器の歪み等によって生じる位相シフト量は、第１成分及び第２成分において略等しくなるので、位相変調器におけるバイアス点の変動をさらに低減することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面に係る光伝送装置は、上述の光変調装置と、連続光を出力する光源と、変調光を受光する光検出器と、光源によって出力された連続光を光変調装置に出力するとともに、光変調装置によって出力された変調光を光検出器に出力する光路分岐部と、を備える。
【００１３】
このような光伝送装置においても、バイアス制御専用の回路を省略することが可能となる。また、この光伝送装置では、光変調装置において位相変調器の光導波路の一端に連続光が入力され、位相変調器の光導波路の一端から変調光が出力される。そして、光路分岐部により、光源によって出力された連続光が光変調装置に出力されるとともに、光変調装置から出力された変調光が光検出器に出力される。このため、１本の偏波保持ファイバによって、連続光及び変調光を搬送することができる。その結果、偏波保持ファイバの数を低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バイアス制御専用の回路を省略できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の光伝送装置の動作を説明するための図である。
【図３】第２実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】第３実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、光伝送装置１は、例えば、被測定装置（不図示）から放射される電磁波（Electro-Magnetic Interference：ＥＭＩ）を測定するための電界計測装置に適用され得る。この光伝送装置１は、ヘッド部２０と、コントローラ部４０と、を備えている。ヘッド部２０は、電磁波を受信するためのアンテナ１０とともに電波暗室に設置され、コントローラ部４０は、測定結果を出力するための測定器（不図示）とともに測定室に設置される。また、被測定装置は電波暗室に設置される。
【００１８】
ここで、電波暗室は、被測定装置から放射される電磁波を検出するためのエリアであって、例えば外部からの電磁波が遮断された空間である。電波暗室は、オープンサイト等であってもよい。また、本実施形態ではアンテナの設置場所が電波暗室の例で説明するが、これに限定されない。測定室は、電波暗室において検出された電磁波を計測するためのエリアであって、被測定装置から放射される電磁波によって計測に障害が生じないエリアである。測定室は、例えば電波暗室の外部、被測定装置から十分離れた場所、または、被測定装置から放射される電磁波の漏出を遮断した空間等である。
【００１９】
ヘッド部２０には、アンテナ１０が接続されている。アンテナ１０は、被測定装置から放射される電磁波を受信する。アンテナ１０は、受信した電磁波の電界強度に応じた電気信号である検出信号Ｓａをヘッド部２０に出力する。
【００２０】
ヘッド部２０は、検出信号Ｓａに基づいて連続光Ｌｓを変調して変調光Ｌｍを出力する。ヘッド部２０は、アンプ２１と、バッテリー２２と、光変調装置３０と、を備えている。
【００２１】
アンプ２１は、アンテナ１０によって出力される検出信号Ｓａを増幅する回路であって、ＤＣ電源であるバッテリー２２から電力供給を受けて駆動する。アンプ２１は、増幅した検出信号Ｓａを光変調器２３（位相変調器）に出力する。なお、検出信号Ｓａは、高周波の変調信号であって、例えば１ＧＨｚ以上の周波数を有している。
【００２２】
光変調装置３０は、光変調器２３と、偏光子２４と、旋光子２５と、波長板２６と、反射部２７と、を備えている。光変調器２３は、検出信号Ｓａを光信号に変換する位相変調器であって、例えば進行波型の位相変調器である。光変調器２３は、検出信号Ｓａに基づいて連続光Ｌｓを変調し、変調光Ｌｍを出力する。光変調器２３は、基板３１と、信号電極３２（進行波型電極）と、接地電極３３と、を備えている。
【００２３】
基板３１は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）等の電気光学効果を奏する誘電体材料（強誘電体）から構成されている。基板３１は、例えば一方向（以下、「方向Ａ」という。）に沿って延びる板状部材であり、方向Ａにおける両端部である端部３１ａ及び端部３１ｂを有している。基板３１は主面３１ｍを有している。誘電体材料の結晶軸方向Ｚは、例えば基板３１の主面３１ｍの法線軸ＮＶ方向に向いている。基板３１は光導波路ＷＧを有している。光導波路ＷＧは、例えば直線導波路であって、主面３１ｍにおいて端部３１ａから端部３１ｂまで方向Ａに沿って延びている。なお、本実施形態では、基板３１はいわゆるＺカットの基板であるが、これに限定されない。基板３１は、例えばいわゆるＸカットの基板であってもよい。
【００２４】
信号電極３２は、光導波路ＷＧに沿って延びる進行波型電極であって、アンプ２１から出力される検出信号Ｓａを伝送し、検出信号Ｓａに応じた電界を光導波路ＷＧに印加する。信号電極３２は、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。信号電極３２は、基板３１の主面３１ｍに設けられ、例えば光導波路ＷＧ上に配置される。信号電極３２は、方向Ａに沿って延びており、信号電極３２の端部３１ａ側の端部にアンプ２１から検出信号Ｓａが供給される。
【００２５】
接地電極３３は、接地電位に接続された一対の電極であって、例えば金、銀、銅またはアルミニウム等の金属から構成されている。接地電極３３は、基板３１の主面３１ｍに設けられ、信号電極３２を挟んで対向配置されている。
【００２６】
光変調器２３は、コントローラ部４０から出力される連続光Ｌｓを、光ファイバＦ１及び偏光子２４を介して光導波路ＷＧの一端に入力する。また、光変調器２３は、連続光Ｌｓが光導波路ＷＧの一端から他端に向かって伝搬する際に、アンプ２１から出力される検出信号Ｓａで連続光Ｌｓを変調し、変調した連続光Ｌｓを光導波路ＷＧの他端から旋光子２５に出力する。また、光変調器２３は、反射光Ｌｒを波長板２６及び旋光子２５を介して光導波路ＷＧの他端に入力する。光変調器２３は、反射光Ｌｒが光導波路ＷＧの他端から一端に向かって伝搬する際には、反射光Ｌｒを変調することなく、反射光Ｌｒを光導波路ＷＧの一端から偏光子２４を介して光ファイバＦ１に変調光Ｌｍとして出力する。
【００２７】
偏光子２４は、光変調器２３の変調方向に対して所定の角度θｔの偏光成分を透過する光学素子である。偏光子２４は、例えば基板３１の主面３１ｍの端部３１ａ側に設けられている。光ファイバＦ１を伝搬した連続光Ｌｓの角度θｔの偏光成分を透過して光変調器２３の光導波路ＷＧの一端に出力する。また、偏光子２４は、光導波路ＷＧの他端から一端に向かって伝搬する反射光Ｌｒの角度θｔの偏光成分を透過して光ファイバＦ１の他端に出力する。角度θｔは、例えば３１．５度以上５８．５度以下であり、好ましくは４５度である。ここで、光変調器２３の変調方向とは、光変調器２３において光導波路ＷＧを伝搬する光の位相が変調される方向を意味し、基板３１を構成する誘電体材料の結晶軸方向Ｚと同じである。
【００２８】
旋光子２５は、直線偏光の偏光方向を所定の角度θｒ（第１角度）だけ回転させる光学素子であって、例えばファラデーローテータである。旋光子２５は、基板３１の端部３１ｂにおいて光変調器２３の光導波路ＷＧの他端に設けられる。旋光子２５は、光変調器２３の光導波路ＷＧの他端から方向Ａに沿って出力された連続光Ｌｓの偏光方向を角度θｒだけ回転させて、波長板２６に出力する。また、旋光子２５は、方向Ａと反対方向に沿って波長板２６を通過した反射光Ｌｒの偏光方向を角度θｒだけ回転させ、光変調器２３の光導波路ＷＧの他端に出力する。角度θｒは、例えば３１．５度以上５８．５度以下であり、好ましくは４５度である。
【００２９】
波長板２６は、波長板２６を通過する光に対し、波長板２６の結晶軸に沿った偏光成分（第１成分）と、波長板２６の結晶軸に直交する偏光成分（第２成分）との間に光の波長の８分の１の位相差を与える光学素子である。波長板２６は、水晶等の複屈折結晶から構成されている。波長板２６は、旋光子２５と反射部２７との間に設けられ、光導波路ＷＧの延長上に配置されている。つまり、旋光子２５、波長板２６及び反射部２７は、基板３１の端部３１ｂ側に設けられ、その順に光導波路ＷＧの延長上に方向Ａに沿って配置されている。波長板２６は、旋光子２５を通過した連続光Ｌｓ、及び、反射部２７によって出力された反射光Ｌｒのそれぞれに対して、波長板２６の結晶軸に沿った偏光成分と、波長板２６の結晶軸に直交する偏光成分との間に波長λの８分の１（以下、単に「λ／８」と表記することもある。）の位相差を与える。波長板２６の結晶軸は、光変調器２３の変調方向に対して角度θｒで傾斜している。
【００３０】
反射部２７は、入射光を反射する光学素子であって、例えばミラーである。反射部２７は、例えば金（Ａｕ）によるコーティングを施した光学ガラスから構成されている。反射部２７は、波長板２６を方向Ａに沿って通過した連続光Ｌｓを反射し、方向Ａと反対方向に反射光Ｌｒを出力する。
【００３１】
コントローラ部４０は、連続光Ｌｓを出力するとともに、変調光Ｌｍに基づいて電磁波の電界強度を示す測定信号Ｓｍを出力する。コントローラ部４０は、光源４１と、サーキュレータ４２（光路分岐部）と、光検出器４３と、を備えている。
【００３２】
光源４１は、連続光Ｌｓを出力する光源であって、例えばレーザダイオードである。光源４１は、サーキュレータ４２及び光ファイバＦ１を介して、ヘッド部２０に連続光Ｌｓを出力する。連続光Ｌｓは、搬送波光であって、一定の光強度を有する直線偏光である。連続光Ｌｓは波長λを有する。波長λは例えば１．５５μｍである。
【００３３】
サーキュレータ４２は、第１端子４２ａ、第２端子４２ｂ及び第３端子４２ｃを有し、第１端子４２ａに入力する光を第２端子４２ｂから出力し、第２端子４２ｂに入力する光を第３端子４２ｃから出力する光学素子である。サーキュレータ４２の第１端子４２ａは光源４１に接続され、サーキュレータ４２の第２端子４２ｂは光ファイバＦ１に接続され、サーキュレータ４２の第３端子４２ｃは光検出器４３に接続されている。サーキュレータ４２は、光源４１から出力される連続光Ｌｓを第１端子４２ａに入力して第２端子４２ｂから光ファイバＦ１に出力する。サーキュレータ４２は、光ファイバＦ１から出力される変調光Ｌｍを第２端子４２ｂに入力して第３端子４２ｃから光検出器４３に出力する。
【００３４】
光検出器４３は、光信号を電気信号に変換するためのデバイスであって、例えばフォトダイオードである。光検出器４３は、サーキュレータ４２によって出力された変調光Ｌｍを受光し、変調光Ｌｍの光強度を電気信号である測定信号Ｓｍに変換する。光検出器４３は、変換した測定信号Ｓｍを測定器に出力する。
【００３５】
光ファイバＦ１は、コントローラ部４０とヘッド部２０とを接続する光ファイバであって、例えば偏波保持ファイバ（Polarization  Maintaining  Fiber：ＰＭＦ）である。光ファイバＦ１は、コントローラ部４０からヘッド部２０に連続光Ｌｓを伝送するとともに、ヘッド部２０からコントローラ部４０に変調光Ｌｍを伝送する。
【００３６】
次に、光伝送装置１の動作を説明する。図２は、光伝送装置１の動作を説明するための図である。
【００３７】
図２に示されるように、光伝送装置１では、光源４１からサーキュレータ４２の第１端子４２ａに連続光Ｌｓが出力される。サーキュレータ４２の第１端子４２ａに入力した連続光Ｌｓは、サーキュレータ４２の第２端子４２ｂから出力し、光ファイバＦ１の一端に入力する。連続光Ｌｓは、例えば光ファイバＦ１のスロー軸ＳＸに沿って振動するように光ファイバＦ１に入力される。光ファイバＦ１を伝搬した連続光Ｌｓは、偏光子２４によって角度θｔの偏光成分が透過し、光変調器２３の光導波路ＷＧの一端に入力する。この例では角度θｔは４５度である。このため、光変調器２３の光導波路ＷＧにおいて、連続光Ｌｓの光変調器２３の変調方向に沿った成分Ｌｓａ（０度成分、第１成分）の光強度と連続光Ｌｓの光変調器２３の変調方向に直交する成分成分Ｌｓｂ（９０度成分、第２成分）の光強度とは互いに等しく、連続光Ｌｓの光強度の５０％程度となる。なおこのとき、光ファイバＦ１の他端（偏光子２４側の端）は、スロー軸ＳＸの方向を偏光子２４の方向、すなわち角度θｔに揃えておくと、光量のロスを最小限にすることができる。
【００３８】
光変調器２３の光導波路ＷＧでは、アンプ２１から出力された検出信号Ｓａによって成分Ｌｓａが位相変調される。この光導波路ＷＧでは、基板３１の歪み等によって光導波路ＷＧの屈折率の変化が生じ、偏光方向に応じて位相シフトが生じる場合がある。そして、変調された成分Ｌｓａと、成分Ｌｓｂとは、光導波路ＷＧの他端から方向Ａに出力され、旋光子２５によって偏光方向を角度θｒだけ回転される。
【００３９】
続いて、連続光Ｌｓは波長板２６を通過し、波長板２６によって連続光Ｌｓのうち成分Ｌｓａに対してλ／８の位相が加えられる。そして、連続光Ｌｓは反射部２７によって反射されて、反射光Ｌｒとして方向Ａと反対方向に出力される。反射光Ｌｒは、互いに直交する成分Ｌｒａ（第１成分）と成分Ｌｒｂ（第２成分）とを含む。反射光Ｌｒの成分Ｌｒａは連続光Ｌｓの成分Ｌｓａを反射した成分であり、反射光Ｌｒの成分Ｌｒｂは連続光Ｌｓの成分Ｌｓｂを反射した成分である。以下において、連続光Ｌｓが光源４１から出力されて反射部２７に反射されるまでの経路を「往路」、連続光Ｌｓが反射部２７に反射されてから変調光Ｌｍが光検出器４３に検出されるまでの経路を「復路」と呼ぶ。
【００４０】
次に、反射光Ｌｒは波長板２６を再び通過し、波長板２６によって反射光Ｌｒのうち成分Ｌｒａに対して例えばλ／８の位相がさらに加えられる。つまり、往路において成分Ｌｓａにλ／８の位相が加えられ、復路において成分Ｌｒａにλ／８の位相が加えられることになる。したがって、成分Ｌｒａと成分Ｌｒｂとの位相差はλ／４となる。
【００４１】
続いて、反射光Ｌｒは旋光子２５を通過し、旋光子２５によって偏光方向を角度θｒだけ回転される。つまり、往路において成分Ｌｓａの偏光方向及び成分Ｌｓｂの偏光方向が角度θｒだけ回転され、復路において成分Ｌｒａの偏光方向及び成分Ｌｒｂの偏光方向が角度θｒだけ回転されることになる。その結果、成分Ｌｒａの偏光方向は、光変調器２３の変調方向に対して角度θｒ×２で傾斜し、成分Ｌｒｂの偏光方向は、光変調器２３の変調方向に対して角度θｒ×２＋９０度で傾斜している。この例では角度θｒは４５度であるので、成分Ｌｒａの偏光方向は光変調器２３の変調方向に直交し、成分Ｌｒｂの偏光方向は光変調器２３の変調方向に沿っている。
【００４２】
旋光子２５によって偏光方向を回転された反射光Ｌｒは、光導波路ＷＧの他端から光導波路ＷＧに入力し、光導波路ＷＧの他端から一端に向かって伝搬する。光変調器２３は進行波型の位相変調器であるので、反射光Ｌｒが光導波路ＷＧの他端から一端に向かって伝搬する際には検出信号Ｓａによる変調は起こらない。また、往路では成分Ｌｓａの偏光方向は光変調器２３の変調方向に沿っており、成分Ｌｓｂの偏光方向は光変調器２３の変調方向に直交している。一方、復路では成分Ｌｒａの偏光方向は光変調器２３の変調方向に直交し、成分Ｌｒｂの偏光方向は光変調器２３の変調方向に沿っている。このため、基板３１の歪み等に伴って生じる成分Ｌｓａの位相シフト量及び成分Ｌｒａの位相シフト量の和と、成分Ｌｓｂの位相シフト量及び成分Ｌｒｂの位相シフト量の和と、は互いに略等しくなる。その結果、ＤＣドリフトによるバイアス電圧の変動は低減される。ここで、上記の例では往路のみにおいて検出信号Ｓａによる位相変調が行われたが、これに限られない。例えば、光変調器２３は、復路に対して位相整合された進行波型変調器であってもよい。この場合、復路でのみ検出信号Ｓａによる位相変調が行われる。
【００４３】
続いて、反射光Ｌｒは、光導波路ＷＧの一端から出力され、偏光子２４に入力する。そして偏光子２４によって、反射光Ｌｒの成分Ｌｒａ及び成分Ｌｒｂは角度θｔの偏光成分に分解合成され、変調光Ｌｍとして光ファイバＦ１の他端に入力する。そして、変調光Ｌｍは光ファイバＦ１の他端から一端に向かって光ファイバＦ１を伝搬する。ここで、変調光Ｌｍの変調成分が最大となるのは、成分Ｌｒａと成分Ｌｒｂとの位相差が、偏光子２４において、９０度（λ／４）の奇数倍となる場合である。上述のように、往路及び復路の合計で、成分Ｌｒａと成分Ｌｒｂとでλ／４の位相差が生じるので、変調光Ｌｍにおいては、安定的に最大の変調成分を得ることができる。
【００４４】
光ファイバＦ１を伝搬した変調光Ｌｍは、サーキュレータ４２の第２端子４２ｂに入力し、第３端子４２ｃから出力される。そして、第３端子４２ｃから出力された変調光Ｌｍは光検出器４３に出力される。そして、光検出器４３によって変調光Ｌｍの光強度は電気信号に変換され、変換された電気信号に比例した測定信号Ｓｍが測定器に出力される。
【００４５】
以上の光伝送装置１では、光変調器２３の光導波路ＷＧの一端に連続光Ｌｓが入力され、光変調器２３の光導波路ＷＧの一端から変調光Ｌｍが出力される。そして、サーキュレータ４２によって、光源４１から出力された連続光Ｌｓが光変調器２３に出力されるとともに、光変調器２３から出力された変調光Ｌｍが光検出器４３に出力される。このため、１本の光ファイバＦ１によって、連続光Ｌｓ及び変調光Ｌｍを搬送することができる。その結果、ヘッド部２０とコントローラ部４０との間に設けられた偏波保持ファイバの数を低減することができる。
【００４６】
また、光変調装置３０では、光導波路ＷＧの他端から方向Ａに沿って旋光子２５、波長板２６及び反射部２７が設けられている。波長板２６は、通過する光の結晶軸に沿った第１成分と結晶軸に直交する第２成分との間に光の波長の８分の１の位相差を付与する。光変調器２３の変調方向と波長板２６の結晶軸とが成す角度θｒは、旋光子２５による偏光方向の回転角度θｒに等しい。このため、波長板２６によって、往路において成分Ｌｓａと成分Ｌｓｂとの間にλ／８の位相差が加えられ、復路において成分Ｌｒａと成分Ｌｒｂとの間にλ／８の位相差が加えられる。したがって、光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する反射光Ｌｒの成分Ｌｒａと成分Ｌｒｂとの位相差は、λ／４となる。その結果、反射光Ｌｒは常にクワドラチャ状態となる。
【００４７】
ところで、基板３１の歪み等によって光導波路ＷＧの屈折率の変化が生じ、光導波路ＷＧを伝搬する光の偏光方向に応じて位相シフトが生じる場合がある。つまり、光変調器２３の変調方向に沿った成分と、変調方向に直交する成分と、にそれぞれ異なる位相シフトが生じる場合がある。これに対し、光変調装置３０では、旋光子２５によって、往路において成分Ｌｓａ及び成分Ｌｓｂの偏光方向はそれぞれ角度θｒ回転され、復路において成分Ｌｒａ及び成分Ｌｒｂの偏光方向はそれぞれ角度θｒ回転される。つまり、光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する反射光Ｌｒの成分Ｌｒａの偏光方向は、光変調器２３の変調方向に対して角度θｒの２倍の角度で傾斜し、光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する反射光Ｌｒの成分Ｌｒｂの偏光方向は、光変調器２３の変調方向に対して角度θｒの２倍に９０度を加えた角度で傾斜している。このため、連続光Ｌｓが光導波路ＷＧの一端から他端に伝搬する際の成分Ｌｓａの偏光方向と反射光Ｌｒが光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する際の成分Ｌｒａの偏光方向とは角度θｒの２倍の角度だけ異なっている。同様に、連続光Ｌｓが光導波路ＷＧの一端から他端に伝搬する際の成分Ｌｓｂの偏光方向と反射光Ｌｒが光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する際の成分Ｌｒｂの偏光方向とは角度θｒの２倍の角度だけ異なっている。これにより、例えば角度θｒが０度から４５度に近づくほど、反射光Ｌｒが光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する際の成分Ｌｒａの偏光方向は、連続光Ｌｓが光導波路ＷＧの一端から他端に伝搬する際の成分Ｌｓｂの偏光方向に近くなる。同様に、例えば角度θｒが０度から４５度に近づくほど、反射光Ｌｒが光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する際の成分Ｌｒｂの偏光方向は、連続光Ｌｓが光導波路ＷＧの一端から他端に伝搬する際の成分Ｌｓａの偏光方向に近くなる。したがって、例えば角度θｒが０度から４５度に近づくほど、光導波路ＷＧの伝搬中に受ける成分Ｌｓａ及び成分Ｌｒａの位相変化の総量と成分Ｌｓｂ及び成分Ｌｒｂの位相変化の総量との差が小さくなる。このように、連続光Ｌｓが光導波路ＷＧの一端から他端に伝搬し、他端で反射されて光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する場合と比較して、角度θｒが０度から４５度に近づくほど、基板３１の歪み等によって、成分Ｌｓａ及び成分Ｌｒａに生じる位相シフト量の和と、成分Ｌｓｂ及び成分Ｌｒｂに生じる位相シフト量の和との差が小さくなる。その結果、光変調器２３におけるバイアス点の変動を低減することができる。
【００４８】
角度θｒが４５度の場合、光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する際の成分Ｌｒａの偏光方向は、光変調器２３の変調方向に直交し、光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する際の成分Ｌｒｂの偏光方向は、光変調器２３の変調方向に沿っている。このため、光導波路ＷＧの一端から他端に伝搬する際の成分Ｌｓａの位相シフト量と光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する際の成分Ｌｒｂの位相シフト量とは、互いに略等しい。また、光導波路ＷＧの他端から一端に伝搬する際の成分Ｌｒａの位相シフト量と光導波路ＷＧの一端から他端に伝搬する際の成分Ｌｓｂの位相シフト量とは、互いに略等しい。したがって、光変調器２３の基板３１の歪み等によって、成分Ｌｓａ及び成分Ｌｒａに生じる位相シフト量の和と成分Ｌｓｂ及び成分Ｌｒｂに生じる位相シフト量の和とは、略等しくなるので光変調器２３におけるバイアス点の変動をさらに低減することができる。その結果、ＤＣバイアス調整の簡易化が図られるとともに、バイアス制御の安定性が向上される。
【００４９】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。図３に示されるように、光伝送装置１Ａは、ヘッド部２０に代えてヘッド部２０Ａを備える点、及び、コントローラ部４０に代えてコントローラ部４０Ａを備える点において光伝送装置１と相違している。ヘッド部２０Ａは、光変調装置３０に代えて光変調装置３０Ａを備える点においてヘッド部２０と相違している。光変調装置３０Ａは、偏光子２４を備えていない点において光変調装置３０と相違している。コントローラ部４０Ａは、サーキュレータ４２に代えて偏光分離素子４４（光路分岐部）を備えている点においてコントローラ部４０と相違している。光ファイバＦ１の一端は偏光分離素子４４に接続され、光ファイバＦ１の他端は光変調器２３の光導波路ＷＧの一端に接続されている。
【００５０】
ヘッド部２０Ａでは、光ファイバＦ１の接続の方向が調整されることにより、偏光子２４と同等の機能が実現される。具体的に説明すると、光ファイバＦ１の他端は、他端におけるスロー軸ＳＸが光変調器２３の変調方向に対して所定の角度θｔで傾斜するように、光導波路ＷＧの一端と接続される。この光ファイバＦ１のスロー軸ＳＸと光変調器２３の変調方向との成す角度θｔは、例えば３１．５度以上５８．５度以下であり、好ましくは４５度である。また、光ファイバＦ１の一端は、一端におけるスロー軸ＳＸが偏光分離素子４４の第２面４４ｂ（斜面４４１に対して垂直で、入射光と反射光とを含む面）に対して平行（すなわちｐ成分）で、一端におけるファスト軸が偏光分離素子４４の第２面４４ｂに対して垂直（すなわちｓ成分）になるように、偏光分離素子４４の第２面４４ｂに接続される。
【００５１】
偏光分離素子４４は、光ファイバＦ１を伝搬した変調光Ｌｍを互いに直交する成分Ｌｍａ及び成分Ｌｍｂに分離する素子であって、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である。偏光分離素子４４は、第１面４４ａ、第２面４４ｂ、第３面４２ｃ及び斜面４４１を有している。第１面４４ａ及び第２面４４ｂは互いに対向しており、第３面４４ｃは第１面４４ａ及び第２面４４ｂの法線軸に沿った面である。斜面４４１は、第１面４４ａ及び第２面４４ｂの法線軸に対して例えば４５度程度で傾斜した面であって、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射する。偏光分離素子４４は、光源４１によって出力された連続光Ｌｓを第１面４４ａに入力し、斜面４４１を透過して第２面４４ｂから光ファイバＦ１の一端に出力する。偏光分離素子４４は、光ファイバＦ１の一端から第２面４４ｂに変調光Ｌｍを入力し、斜面４４１によって変調光Ｌｍの成分Ｌｍａを反射して第３面４４ｃから光検出器４３に出力する。
【００５２】
次に、光伝送装置１Ａの動作を説明する。光伝送装置１Ａでは、光源４１から偏光分離素子４４の第１面４４ａに連続光Ｌｓが出力される。偏光分離素子４４の第１面４４ａに入力した連続光Ｌｓは、偏光分離素子４４の第２面４４ｂから出力し、光ファイバＦ１の一端に入力する。連続光Ｌｓは、例えば光ファイバＦ１のスロー軸ＳＸに沿って振動するように光ファイバＦ１に入力される。光ファイバＦ１を伝搬した連続光Ｌｓは、光変調器２３の光導波路ＷＧの一端に入力する。ここで、光ファイバＦ１の他端におけるスロー軸ＳＸは、光変調器２３の変調方向に対して角度θｔ傾いている。この例では角度θｔは４５度である。このため、光変調器２３の光導波路ＷＧにおいて、連続光Ｌｓの光変調器２３の変調方向に沿った成分Ｌｓａ（０度成分）の光強度と連続光Ｌｓの光変調器２３の変調方向に直交する成分成分Ｌｓｂ（９０度成分）の光強度とは互いに等しく、連続光Ｌｓの光強度の５０％程度となる。
【００５３】
往路において、連続光Ｌｓが光変調器２３の光導波路ＷＧの一端に入力してから反射部２７に反射されるまで、及び、復路において、反射光Ｌｒが光変調器２３の光導波路ＷＧの一端から出力されるまでの動作は、光伝送装置１と同様であるので、その説明を省略する。続いて、反射光Ｌｒは、光導波路ＷＧの一端から出力され、光ファイバＦ１の他端に入力する。光ファイバＦ１の他端におけるスロー軸ＳＸは、光変調器２３の変調方向に対して４５度（角度θｔ）傾いているので、成分Ｌｒａ及び成分Ｌｒｂは、光ファイバＦ１のファスト軸に沿って振動する成分Ｌｍａと、光ファイバＦ１のスロー軸ＳＸに沿って振動する成分Ｌｍｂとに分解合成され、変調光Ｌｍとして光ファイバＦ１を伝搬する。
【００５４】
光ファイバＦ１を伝搬した変調光Ｌｍは、偏光分離素子４４の第２面４４ｂに入力する。偏光分離素子４４では、成分Ｌｍａは斜面４４１によって反射されて第３面４４ｃから光検出器４３に出力される。そして、光検出器４３によって成分Ｌｍａの光強度は電気信号に変換され、変換された電気信号に比例した測定信号Ｓｍが測定器に出力される。
【００５５】
以上の第２実施形態の光伝送装置１Ａ及び光変調装置３０Ａによっても、上述した第１実施形態の光伝送装置１及び光変調装置３０と同様の効果が奏される。また、光伝送装置１Ａでは、コントローラ部４０Ａはサーキュレータ４２を備える必要がなく、ヘッド部２０Ａは偏光子２４を備える必要がない。このため、光伝送装置１Ａによれば、光伝送装置１と比較して構成の簡略化が可能となる。
【００５６】
（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係る光伝送装置の構成を概略的に示す図である。図４に示されるように、光伝送装置１Ｂは、ヘッド部２０に代えてヘッド部２０Ｂを備える点、及び、コントローラ部４０に代えてコントローラ部４０Ｂを備える点において光伝送装置１と相違している。ヘッド部２０Ｂは、ヘッド部２０Ａと同じ構成であって、光変調装置３０に代えて光変調装置３０Ｂを備える点においてヘッド部２０と相違している。光変調装置３０Ｂは、光変調装置３０Ａと同じ構成であって、偏光子２４を備えていない点において光変調装置３０と相違している。コントローラ部４０Ｂは、光検出器４３に代えて偏光分離素子４５及び差動検出器４６を備えている点においてコントローラ部４０と相違している。
【００５７】
ヘッド部２０Ｂでは、ヘッド部２０Ａと同様に、光ファイバＦ１の接続の方向が調整されることにより、偏光子２４と同等の機能が実現される。
【００５８】
偏光分離素子４５は、サーキュレータ４２によって出力される変調光Ｌｍを互いに直交する成分Ｌｍａ及び成分Ｌｍｂに分離する素子であって、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）である。偏光分離素子４５は、第１面４５ａ、第２面４５ｂ、第３面４５ｃ及び斜面４５１を有している。第１面４５ａ及び第２面４５ｂは互いに対向しており、第３面４５ｃは第１面４５ａ及び第２面４５ｂの法線軸に沿った面である。斜面４５１は、第１面４５ａ及び第２面４５ｂの法線軸に対して例えば４５度程度で傾斜した面であって、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射する。偏光分離素子４５は、サーキュレータ４２によって出力された変調光Ｌｍを第１面４５ａに入力し、斜面４５１によって変調光Ｌｍの成分Ｌｍａを反射して第３面４５ｃから差動検出器４６に出力するとともに、変調光Ｌｍの成分Ｌｍｂを透過して第２面４５ｂから差動検出器４６に出力する。成分Ｌｍａ及び成分Ｌｍｂは、互いに逆相に変化する。
【００５９】
差動検出器４６は、偏光分離素子４５によって分離された成分Ｌｍａ及び成分Ｌｍｂの光強度をそれぞれ電気信号に変換し、これらの電気信号の差に比例した測定信号Ｓｍを測定器に出力する。
【００６０】
次に、光伝送装置１Ｂの動作を説明する。光伝送装置１Ｂでは、光源４１からサーキュレータ４２の第１端子４２ａに連続光Ｌｓが出力される。サーキュレータ４２の第１端子４２ａに入力した連続光Ｌｓは、サーキュレータ４２の第２端子４２ｂから出力し、光ファイバＦ１の一端に入力する。往路において、連続光Ｌｓが光ファイバＦ１の一端に入力してから反射部２７に反射されるまで、及び、復路において、変調光Ｌｍが光ファイバＦ１の一端から出力されるまでの動作は、光伝送装置１Ａと同様であるので、その説明を省略する。
【００６１】
続いて、光ファイバＦ１を伝搬した変調光Ｌｍは、サーキュレータ４２の第２端子４２ｂに入力し、第３端子４２ｃから出力される。そして、第３端子４２ｃから出力された変調光Ｌｍは偏光分離素子４５の第１面４５ａに入力する。偏光分離素子４５において、成分Ｌｍａは斜面４５１によって反射されて第３面４５ｃから差動検出器４６に出力され、成分Ｌｍｂは斜面４５１を透過して第２面４５ｂから差動検出器４６に出力される。そして、差動検出器４６において、成分Ｌｍａの光強度及び成分Ｌｍｂの光強度はそれぞれ電気信号に変換され、その差分に比例した測定信号Ｓｍが測定器に出力される。
【００６２】
以上の第３実施形態の光伝送装置１Ｂ及び光変調装置３０Ｂによっても、上述した第１実施形態の光伝送装置１及び光変調装置３０と同様の効果が奏される。さらに、光伝送装置１Ｂでは、差動検出を行っているので、検出信号のＳ／Ｎ比が向上される。
【００６３】
なお、本発明に係る光変調器及び光伝送装置は上記実施形態に限定されない。例えば、光伝送装置１，１Ａ，１Ｂは、アンテナで受信した電磁波を検出するものであればよく、例えば衛星用のパラボラアンテナを用いて屋外で受信するシステム及びＲＯＦ（Radio  over  fiber）システム等の電界計測装置全般に適用され得る。また、光伝送装置１，１Ａ，１Ｂは、衛星からの電波を受信するための受信機、及び、電波望遠鏡等に適用され得る。これらの目的で使用する場合、ヘッド部２０，２０Ａ，２０Ｂは電波暗室等のような室内ではなく、屋外に設置されることもある。また、復路において、偏光子２４または偏光分離素子４４，４５により取り出された特定の偏光成分を、シングルモードファイバ等を用いて、光源とは距離の離れた遠隔地に伝送し、測定信号を得ることも可能である。
【００６４】
波長板２６は、波長板２６を通過する光（連続光Ｌｓ及び反射光Ｌｒ）に対し、波長板２６の結晶軸に沿った偏光成分と、波長板２６の結晶軸に直交する偏光成分との間に光の波長λの８分の１の奇数倍（＝（２ｎ−１）×λ／８，ｎは正の整数）の位相差を付与してもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、バッテリー２２はヘッド部２０，２０Ａ，２０Ｂの内部に設けられているが、ヘッド部２０，２０Ａ，２０Ｂの外部に設けられてもよい。また、アンプ２１及びバッテリー２２は必須ではなく、適宜省略され得る。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本実施形態によれば、バイアス制御専用の回路を省略可能な光変調装置及び光伝送装置を提供できる。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ，１Ｂ…光伝送装置、２３…光変調器（位相変調器）、２５…旋光子、２６…波長板、２７…反射部、３０，３０Ａ，３０Ｂ…光変調装置、３２…信号電極（進行波型電極）、４１…光源、４２…サーキュレータ（光路分岐部）、４３…光検出器、４４…偏光分離素子（光路分岐部）、４６…差動検出器、Ａ…方向（一方向）、Ｆ１…光ファイバ、Ｌｍ…変調光、Ｌｒａ…成分（第１成分）、Ｌｒｂ…成分（第２成分）、Ｌｓ…連続光、Ｌｓａ…成分（第１成分）、Ｌｓｂ…成分（第２成分）、ＷＧ…光導波路、θｒ…角度（第１角度）、λ…波長。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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