(57)【要約】【課題】偏波スクランブラにおいて、広い波長範囲でもＤＯＰ（偏光度）を従来よりも小さくできるようにする。【解決手段】偏波スクランブラに駆動電圧を印加する際、入射光の偏光状態がポアンカレ球の経線上を起点となる偏光の位置Ｃ（Ｄ）から単位時間でＮ周（Ｎは正の整数）するように駆動電圧を与える動作と、瞬時にポアンカレ球上の上記起点Ｃの偏光に対してポアンカレ球上の任意位置Ｅ（Ｆ）の偏光となるように駆動電圧を与える動作とを繰り返し行なう【選択図】　　　　図３
2004085897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の偏光状態を駆動電圧に応じて時間とともに変化させる偏波スクランブラの制御方法であって、
該入射光の偏光状態がポアンカレ球の経線上を起点となる偏光の位置から単位時間でＮ周（Ｎは正の整数）するように駆動電圧を与えた後に瞬時に該ポアンカレ球上の該起点の偏光に対して該ポアンカレ球上の対称位置の偏光となるように駆動電圧を与え、さらに、
該入射光の偏光状態が該ポアンカレ球の経線上を該対称位置を起点として単位時間でＮ周するように駆動電圧を与えた後に瞬時に該ポアンカレ球の該対称位置の偏光が該起点の偏光となるように駆動電圧を与えることを特徴とする、偏波スクランブラの制御方法。
【請求項２】
特定波長の光の偏光度を零にすべく入射光の偏光状態が単位時間でポアンカレ球の経線上を一周するよう偏波スクランブラを制御することで、特定波長よりも短波長又は長波長側の波長で該偏光状態がポアンカレ球の経線上を一周以上、又は、未満となる波長が発生する場合に、
当該短波長又は長波長側の波長において単位時間内に該ポアンカレ球上で過不足する偏光と略対称な位置の偏光が次の単位時間の中で相殺するように単位時間の境目で偏光をシフトするよう制御することを特徴とする、偏波スクランブラの制御方法。
【請求項３】
可変電圧を印加することで可変位相子となる偏波スクランブラの駆動回路であって、
第１の周期で変化する電圧に第２の周期で変化する電圧を重畳した電圧を生成して該偏波スクランブラに印加する回路をそなえたことを特徴とする、偏波スクランブラの駆動回路。
【請求項４】
該第１の周期で変化する電圧は入射光の偏光を無偏光状態にする電圧変化を有し、該第２の周期で変化する電圧は位相子の位相差を瞬間的に１８０度シフトさせる電圧成分を有することを特徴とする、請求項３記載の偏波スクランブラの駆動回路。
【請求項５】
入射光の偏光状態を駆動電圧に応じて時間とともに変化させる偏波スクランブラの制御方法であって、
該入射光の偏光状態がポアンカレ球の経線上を起点となる偏光の位置から単位時間でＮ周（Ｎは正の整数）するように駆動電圧を与える動作と、
瞬時に該ポアンカレ球上の該起点の偏光に対して該ポアンカレ球上の任意位置の偏光となるように駆動電圧を与える動作とを繰り返し行なうことを特徴とする、偏波スクランブラの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の偏光状態を時間とともに変化させる偏波スクランブラの制御方法及び駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光部品の透過率などを測定する際には、半導体レーザ、ＬＥＤ、ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）等の測定用光源が用いられる。これらの光源の出力光は通常は直線偏光であるため、無偏光状態で測定する必要がある場合は、偏波スクランブラで直線偏光を無偏光化して使用する。
【０００３】
ここで、既存の偏波スクランブラは、主に複屈折材料を用いて構成されている。複屈折材料には、ＬＮ（リチウム・ナイオベート）やＰＬＺＴ｛（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３｝等の電気光学結晶、あるいは液晶、光ファイバ等が用いられる。例えば図８に示すように、基本的には、複屈折材料１００の光学軸１０１は、入射光の進行方向に垂直な面内にあり、入射光が直線偏光とすると、その偏光方向と４５°の角度をなすように配置される。
【０００４】
そうすると、複屈折材料１００に入射された入射光は、複屈折材料１００中を常光と異常光とに分かれて進む。これらの常光と異常光の屈折率差をΔｎ、複屈折材料の長さをＬ、入射光の波長をλとすると、常光と異常光は複屈折材料１００の出射端において、
位相差Δφ　＝　（２π／λ）・Δｎ・Ｌ　　　　　・・・　（１）
をもって合成されることになる。
【０００５】
ここで、屈折率差Δｎの変化は、複屈折材料１００に所定の駆動電圧波形を印加して、ＬＮ及びＰＬＺＴの場合は電気光学効果により、液晶の場合は液晶分子の回転により、光ファイバの場合は圧電素子などで光ファイバに歪みを加えて光弾性効果により生じさせることができる。
そして、屈折率差Δｎが増加するに従って、合成された光の偏光状態は、「直線偏光」→「円偏光」→「対角の直線偏光」→「逆回りの円偏光」→「元の直線偏光」と変化する。なお、複屈折材料１００の替わりにファラデー回転子が利用される場合もあり、この場合は、ファラデー回転子に駆動電流波形を印加してファラデー効果により入射直線偏光を、直線偏光を保ったまま回転させている。複屈折材料１００に対する駆動電圧波形の議論は、ファラデー回転子に対する駆動電流波形に置換えて考えることができる。
【０００６】
さて、上述のごとく合成された光の偏光状態は瞬間的には或る偏光状態にあり無偏光ではない。しかし、駆動電圧波形の周期を測定の応答時間、あるいはサンプリング周期よりも十分短くすれば、測定結果は無偏光状態のものと同等になる。即ち、測定系に対しては無偏光状態となる。このような原理で偏波スクランブラは動作する。
【０００７】
なお、無偏光の度合い（偏光度）は、ＤＯＰ（Ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）で表わされる。ＤＯＰの定義は、ストークス・パラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を用いて、
ＤＯＰ　＝　（　Ｓ１２　＋　Ｓ２２　＋　Ｓ３２　）１／２　／　Ｓ０　　　　　・・・　（２）
で表わされる。ストークス・パラメータは、ある時間における平均的な偏光状態を表わしている。上述のようにＤＯＰを考えるときのストークス・パラメータは、測定のサンプリング周期よりも十分短く設定された駆動電圧波形の周期において平均された値であり、以下、この状態のストークス・パラメータ（ベクトル）を平均的なストークス・パラメータ（ベクトル）と表記する。
【０００８】
これとは別に瞬間的な偏光状態を表わすために、駆動電圧波形の周期よりも十分短い時間で平均化されたストークス・パラメータ（ベクトル）として瞬間的な偏光を考える。例えば図９の場合、瞬間的な偏光は、平面Ｓ２＝０とポアンカレ球の交線である経線上に存在し、この偏光に対して偏波スクランブラ（位相子）に駆動電圧波形を印加すると、この経線上に表象される偏光状態が変化する。なお、ポアンカレ球の北極に相当する位置が円偏光、南極に相当する位置が逆回りの円偏光、赤道に相当する位置が直線偏光、その他の位置が楕円偏光をそれぞれ表している。
【０００９】
そして、或る波長λにおいて式（１）で与えられるΔφが正確に０〜２πとなるように駆動電圧波形の振幅を調整し、駆動電圧波形の周期内で瞬間的な偏光がこの経線上に平均的に存在するように屈折率差Δｎを変化、即ち、駆動電圧波形を選ぶと、平均的なＳ１２　＋　Ｓ３２　がゼロに近づき、ＤＯＰはゼロに近づく、即ち、無偏光状態となる。これに対して、駆動電圧波形を印加しない場合は、平均的、且つ、瞬間的にＳ１２　＋　Ｓ３２　＝　Ｓ０２　となり、ＤＯＰは１、即ち、完全偏光の状態になる。
【００１０】
一例として、図１０にＬＮを用いた偏波スクランブラの構成、図１１に駆動電圧波形、図１２に偏光状態をポアンカレ球上の軌跡でそれぞれ示す。
まず、図１０に示すように、偏波スクランブラは、例えば、入射側ファイバ２０１，入射側レンズ２０２，ＬＮ素子２０３，出射側レンズ２０４及び出射側ファイバ２０５をそなえて構成されている。また、ＬＮ素子２０３には、１本の導波路２０６が形成されており、この導波路２０６の上と、その近傍に電極２０７及び電極２０８が形成されている。
【００１１】
そして、駆動電圧波形は電極２０７と電極２０８との間に印加され、その振幅は或る波長λ０において前記位相差Δφが正確に０〜２πとなるように調整されている。また、屈折率差Δｎは、駆動電圧の振幅にほぼ比例するため、駆動電圧波形の周期内で瞬間的な偏光がポアンカレ球の経線上に均一に分布するように直線的に変化する波形（例えば図１１に示すような三角波）が用いられる。ただし、ＬＮを用いた偏波スクランブラの場合は、駆動電圧波形にＤＣ成分が存在するとＬＮの特性が変化することが知られており、通常はＤＣ成分の無い駆動電圧波形が印加される。
【００１２】
さて、このような三角波を偏波スクランブラの駆動電圧波形として印加すると、瞬間的な偏光は、図１２に示すポアンカレ球の経線（太実線）上を以下のように変化する。なお、このポアンカレ球の経線上の点Ａ及び点Ｂは図１１中に示す三角波の点Ａ及び点Ｂにそれぞれ対応している。
即ち、まず、図１１に示す三角波の電圧が増大する区間（点Ａ→点Ｂ）では、瞬間的な偏光は、図１２に示すポアンカレ球の経線上を、点Ａから出発し、図１２中に示す矢印の向き（Ａ→Ｂ）に変化して点Ｂに至る（点Ｂは点Ａと一致している）。
【００１３】
ここから、図１１に示す三角波の電圧が減少する区間（点Ｂ→点Ａ）では、瞬間的な偏光は、図１２に示すポアンカレ球の経線上を、点Ｂから上記と逆方向に変化して点Ａに戻る。このようにして駆動電圧波形の増減が繰り返される度に、瞬間的な偏光はポアンカレ球の経線上を点Ａ（点Ｂ）を起点及び終点として繰り返し変化する。
【００１４】
したがって、この場合、瞬間的な偏光はポアンカレ球の経線上に均一に分布しており、平均的なストークス・ベクトルから求まるＤＯＰは理想的にはゼロになることが分かる。
なお、ＬＮを用いた偏波スクランブラの動作についての詳細は、例えば、文献「Ｆ．Ｈｅｉｓｍａｎｎ、“Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｓｃｒａｍｂｌｅｒｓ　ｆｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ”、ＩＥＥＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶＯＬ．１４　ＮＯ．８　１８０１　（１９９６）」に記載されている。また、ＬＮ以外を利用した偏波スクランブラの場合は、三角波のように必ずしも駆動電圧波形が直線的に変化する波形が最適であるとは限らない。要は駆動電圧波形の周期内でストークス・ベクトル（偏光状態）が経線上に均一に分布するように屈折率差Δｎを変化させることのできる駆動電圧波形が選択される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
光部品の透過率などの測定を、半導体レーザやＬＥＤ，ＳＬＤ（スーパー・ルミネッセント・ダイオード）等の測定用光源と、偏波スクランブラ及び光スペクトラムアナライザとを用いて行なう場合は、広い波長範囲を光スペクトラムアナライザで測定することを目的としているので、その広い波長範囲でＤＯＰが小さい必要がある。例えば、光通信の波長帯域Ｓ，Ｃ，Ｌバンド全域で測定することを考えると、１４５０ｎｍ〜１６２０ｎｍという広い範囲でＤＯＰが小さい必要がある。
【００１６】
しかし、前述したように、駆動電圧波形の振幅は波長λ０において位相差Δφが正確に０〜２πとなるように調整されている。このため、偏波スクランブル対象の波長λが波長λ０からずれると、位相差Δφは波長λに反比例して変化してしまう。例えば、波長λが波長λ０より小さくなると、位相差Δφは波長λに反比例して増加する。その結果、位相差Δφの最大値は２πよりも大きくなり、瞬間的な偏光はポアンカレ球の経線上に均一に分布しなくなり、ＤＯＰが増加する。
【００１７】
この時の瞬間的な偏光の軌跡を図１３に示す。なお、この図１３に示すポアンカレ球の経線（太実線）上の点Ａ′及び点Ｂ′はそれぞれ図１１に示す駆動電圧波形（三角波）上の点Ａ及び点Ｂに対応している。この図１３に示すように、瞬間的な偏光は、この場合も、経線上を点Ａ′から出発し、図中に示す矢印の向きに変化してゆくが、位相差Δφの最大値が２πよりも大きくなるので、点Ａ′を通り過ぎて点Ｂ′に至る（経線上を１周以上する）。その後、瞬間的な偏光は、経線上を点Ｂ′から逆向きに変化して点Ａ′に戻る。
【００１８】
つまり、この場合は、瞬間的な偏光の軌跡がポアンカレ球の経線上の円弧Ａ′Ｂ′部分で重複しているため、瞬間的な偏光が均一に分布せず、ＤＯＰは増大することになるのである。このことはＬＮ以外を利用した偏波スクランブラにおいても、また、駆動電圧波形の形状が変わっても同様である。
具体的に、図１０に示した偏波スクランブラのＤＯＰは、波長λの関数として以下の式で与えられる。
ＤＯＰ　＝　２×｜ｓｉｎ（２πλ０／λ）｜／（２πλ０／λ）　　　　　・・・　（３）
図１４にこの式（３）による計算値と実測値を示す。この図１４に示すように、計算値と実測値とは良く一致し、計算値からＤＯＰを十分評価できることが分かる。この場合、駆動電圧波形の振幅は波長λ０＝１５６０ｎｍにおいてΔφが正確に０〜２πとなるように、即ち、ＤＯＰが最小となるように調整されている。波長λがλ０＝１５６０ｎｍからずれるにしたがい、ＤＯＰは直線的に増加し、波長λ＝１４７０ｎｍではＤＯＰが１１％程度まで上昇していることが分かる。
【００１９】
光通信の波長帯域Ｓ，Ｃ，Ｌバンド全域で測定することを考えると、１４５０ｎｍ〜１６２０ｎｍの中心１５３５ｎｍをλ０に設定するのが良いが、この場合、波長λ＝１４５０ｎｍ（あるいは、λ＝１６２０ｎｍ）では上記の式（３）より、ＤＯＰが約１１％となり、測定に支障をきたすことになる。
このように、従来の駆動電圧波形を用いた偏波スクランブラの場合、広い波長範囲、例えば光通信の波長帯域Ｓ，Ｃ，Ｌバンド全域である１４５０ｎｍ〜１６２０ｎｍではＤＯＰが大きくなり、測定に支障をきたすため、測定用光源の偏波スクランブラとして使用することができなかった。
【００２０】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、広い波長範囲でもＤＯＰを小さくできるようにすることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の偏波スクランブラの制御方法（請求項１）は、入射光の偏光状態を駆動電圧に応じて時間とともに変化させるにあたって、入射光の偏光状態がポアンカレ球の経線上を起点となる偏光の位置から単位時間でＮ周（Ｎは正の整数）するように駆動電圧を与えた後に瞬時に該ポアンカレ球上の該起点の偏光に対して該ポアンカレ球上の対称位置の偏光となるように駆動電圧を与え、さらに、該入射光の偏光状態が該ポアンカレ球の経線上を該対称位置を起点として単位時間でＮ周するように駆動電圧を与えた後に瞬時に該ポアンカレ球の該対称位置の偏光が該起点の偏光となるように駆動電圧を与えることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の偏波スクランブラの制御方法（請求項２）は、特定波長の光の偏光度を零にすべく入射光の偏光状態が単位時間でポアンカレ球の経線上を一周するよう偏波スクランブラを制御することで、特定波長よりも短波長又は長波長側の波長で該偏光状態がポアンカレ球の経線上を一周以上、又は、未満となる波長が発生する場合に、当該短波長又は長波長側の波長において単位時間内に該ポアンカレ球上で過不足する偏光と略対称な位置の偏光が次の単位時間の中で相殺するように単位時間の境目で偏光をシフトするよう制御することを特徴としている。
【００２３】
さらに、本発明の偏波スクランブラの駆動回路（請求項３）は、可変電圧を印加することで可変位相子となる偏波スクランブラの駆動回路であって、第１の周期で変化する電圧に第２の周期で変化する電圧を重畳した電圧を生成して該偏波スクランブラに印加する回路をそなえたことを特徴としている。
なお、上記の第１の周期で変化する電圧は入射光の偏光を無偏光状態にする電圧変化を有し、第２の周期で変化する電圧は位相子の位相差を瞬間的に１８０度シフトさせる電圧成分を有するのが好ましい（請求項４）。
【００２４】
また、本発明の偏波スクランブラの制御方法（請求項５）は、入射光の偏光状態がポアンカレ球の経線上を起点となる偏光の位置から単位時間でＮ周（Ｎは正の整数）するように駆動電圧を与える動作と、瞬時に該ポアンカレ球上の該起点の偏光に対して該ポアンカレ球上の任意位置の偏光となるように駆動電圧を与える動作とを繰り返し行なうことを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（Ａ）一実施形態の説明
図１は本発明の一実施形態としての偏波スクランブラの構成を示すブロック図で、この図１に示す偏波スクランブラは、波長可変レーザ１，ＬＮ偏波スクランブル部２及びＬＮ偏波スクランブル制御回路３をそなえて構成されている。
【００２６】
ここで、波長可変レーザ１は、ＬＮ偏波スクランブル部２での偏波スクランブル対象の光（直線偏光をもつ光）を発生するもので、例えば、半導体レーザや、ＬＥＤ，ＳＯＡ（半導体光アンプ），ＳＬＤ等を用いて構成される。また、ＬＮ偏波スクランブル部２は、図１０により前述した構造と同様の構造を有し、ＬＮ偏波スクランブル制御回路３から供給される駆動電圧波形に応じて複屈折材料であるＬＮによる前記屈折率差Δｎを変化させることで、この波長可変レーザ１から入射される入射光の偏光状態を時間とともに変化させて、入射光を無偏光化するためのものである。なお、入射光の偏波状態を変化させる部分の材料（複屈折材料）としては、ＰＬＺＴなどの電気光学結晶や、液晶，光ファイバ，ファラデー回転子等を適用することもできる。
【００２７】
そして、ＬＮ偏波スクランブル制御回路（駆動回路）３は、上記のＬＮ偏波スクランブル部（位相子）２（以下、偏波スクランブラ２と表記することがある）のための駆動電圧波形を生成するためのもので、本実施形態では、図１及び図２に示すような駆動電圧波形３４を生成するようになっている。この駆動電圧波形３４は、基本電圧波形（第１の周期で変化する電圧）に、偏波スクランブラ２の位相差を瞬間的に１８０度シフトさせる電圧成分をもつ電圧波形（第２の周期で変化する電圧）を重畳したものである。
【００２８】
ここで、上記の基本電圧波形の形状および駆動電圧波形３４の振幅は、利用する波長帯域（入射光のとりうる波長帯域）の中心付近の特定波長λ０でＤＯＰが最小となるように設定する。即ち、特定波長λ０において、基本電圧波形上の或る一点に対応する瞬間的な偏光がポアンカレ球の経線上に均等に配置される（偏光を無偏光状態にする電圧変化をもつ）電圧波形を基本電圧波形として選ぶ。このような波形として最も簡単なものの一つに電圧値が直線的に増減を繰り返す波形、即ち、図１１により前述した三角波がある。
【００２９】
ところで、入射光の波長λが波長λ０からずれた場合、基本電圧波形のみでは瞬間的な偏光が図１３により前述したようにポアンカレ球の経線上で過不足するが、偏波スクランブラ２の位相差を瞬間的に例えば１８０度シフトさせる電圧成分をもつ電圧波形を基本電圧波形に重畳した駆動電圧波形３４を用いると、かかる過不足をポアンカレ球の経線上に均等に配置することができる。ＤＯＰは駆動電圧波形３４の周期内で平均的に評価される値であるから、この結果、これら過不足自体も平均化されてＤＯＰはより小さくなる。
【００３０】
以下、駆動電圧波形３４を偏波スクランブラ２に供給した場合の瞬間的な偏光状態の変化について説明する。
図２に示すように、駆動電圧波形３４は折れ線ＣＤＥＦで形成されていて、線分ＥＦは、線分ＣＤを電圧方向に反転し、点Ｅが線分ＣＤの中点と同じ電圧になるように形成されている。換言すると、三角波ＣＤＣ・・・の一部をシフトした形になっている。なお、駆動電圧波形３４全体ではＤＣ成分が生じないようにオフセットされている。
【００３１】
さて、λ＝λ０の時、図３に示すように、ポアンカレ球の経線（太実線）上の点Ｃ，点Ｄ，点Ｅ，点Ｆは図２に示す駆動電圧波形３４上の点Ｃ，点Ｄ，点Ｅ，点Ｆにそれぞれ対応している。
まず、図２に示す駆動電圧波形３４上の点Ｃ及び点Ｄの区間の偏光状態について説明すると、この区間では、ポアンカレ球上で表される所定の偏光、図３の場合は赤道上にある直線偏光を点Ｃ、即ち、起点の偏光として出発し、図３中に示す矢印の向きに北極（右回り円偏光），赤道（点Ｅ，点Ｆ直線偏光），南極（左回り円偏光）の順で変化（ポアンカレ球の経線上をＮ＝１周）して点Ｄに至る（点Ｄは点Ｃと一致しており、図３の場合、同じ偏光面の直線偏光である）。
【００３２】
この点Ｃから点Ｄへの偏光の変化は、所定の単位時間（区間ＣＤ）に同じ変化量で変化するように電圧をリニアに変化させることで得られる。具体的には、偏波スクランブラ２内の常光と異常光の成分の位相差が、起点Ｃの偏光状態の位相差を０度とした場合に、ポアンカレ球の経線上を一周した場合の常光と異常光の成分の位相差が３６０度の変化をとるように電圧を制御する。
【００３３】
次に、図２に示す駆動電圧波形３４上の点Ｄ及び点Ｅの区間の偏光状態について説明すると、この区間では、図３中の偏光を起点である点Ｃ及び点Ｄで表される偏光からポアンカレ球上で対称な位置で表される偏光（点Ｅの偏光）に瞬時に変化するように偏波スクランブラ２に電圧を与える。具体的には、偏波スクランブラ２内の常光と異常光との位相差が起点の偏光である点Ｃの常光と異常光の成分の位相差に対して１８０度シフトするような電圧を与えるよう制御することで、図３中の偏光を起点の点Ｃ及び点Ｄの偏光からポアンカレ球上で対称な偏光（点Ｅの偏光）にすることができる。
【００３４】
次に、図２に示す駆動電圧波形３４上の点Ｅ及び点Ｆの区間の偏光状態について説明すると、この区間では、図３に示すポアンカレ球の経線上を点Ｅから矢印とは逆方向に北極（右回り円偏光），赤道上の点Ｃ（直線偏光），南極（左回り円偏光）と変化（ポアンカレ球の経線上を１周）して点Ｆに至る。この点Ｅから点Ｆへの偏光の変化も、所定の単位時間に同じ変化量で変化するよう電圧をリニアに変化することで得られる。即ち、この場合も、偏波スクランブラ２内の常光と異常光の成分の位相差が、起点Ｃの偏光状態の位相差を０度とした場合に、ポアンカレ球の経線上を一周した場合の常光と異常光の成分の位相差が３６０度の変化をとるように電圧を制御する。
【００３５】
次に、図２に示す駆動電圧波形３４上の点Ｆ及び点Ｃの区間の偏光状態について説明すると、この区間では、図３中の偏光を起点である点Ｆ及び点Ｅの位置の偏光がポアンカレ球上で対称な位置の偏光（点Ｃ及び点Ｄの偏光）に瞬時に変化するように偏波スクランブラ２に印加する電圧を制御する。即ち、偏波スクランブラ２内の常光と異常光の成分の位相差が点Ｆの常光と異常光の成分の位相差に対して１８０度シフトするような電圧を与えるよう制御することで、点Ｆ（点Ｅ）の偏光をポアンカレ球上で対称な位置（点Ｃ）で表される偏光に変化させることができる。
【００３６】
以降、図２に示す駆動電圧波形３４が繰り返される度に、かかる偏光の変化が繰り返される。この結果、所定の時間内で偏光がポアンカレ球の経線上に均一に分布することになり、ＤＯＰは理想的には零になる。
これに対して、λ＜λ０の時、図４に示すポアンカレ球の経線（太実線）上の点Ｃ′，点Ｄ′，点Ｅ′，点Ｆ′は図２に示す駆動電圧波形３４上の点Ｃ，点Ｄ，点Ｅ，点Ｆにそれぞれ対応している。
【００３７】
即ち、駆動電圧波形３４上の点Ｃ及び点Ｄの区間では、同じ変化量で偏波スクランブラ２の駆動電圧がリニアに変化することで、瞬間的な偏光は、図４の偏光点Ｃ′から出発し、図４中に示す矢印の向きに、北極（右回り円偏光），赤道（直線偏光），南極（左回り円偏光）と変化して点Ｄ′で表される偏光に至る。この場合、点Ｄ′は点Ｃ′と一致せず、円弧Ｃ′Ｄ′が重複している。
【００３８】
つまり、この場合は、上述のごとく駆動電圧をリニアに変化させて、特定波長λ０の光のＤＯＰが零になるように単位時間（区間ＣＤ）で瞬間的な偏光がポアンカレ球の経線上を一周するように偏波スクランブラ２を制御することで、λ０よりも短波長側の波長でポアンカレ球の経線上を一周以上する波長λが発生し、その結果、ポアンカレ球の経線上において円弧Ｃ′Ｄ′の分だけ部分的に偏光状態の偏りが生じているのである。
【００３９】
次に、駆動電圧波形３４上の点Ｄ及び点Ｅの区間（単位時間の境目）においては、駆動電圧が瞬時に変わるので偏光も瞬間的に変化し、ポアンカレ球上では偏光が点Ｄ′から点Ｅ′に瞬時に変化する。この点Ｅ′の偏光はポアンカレ球上で点Ｄ′と略対称な位置の偏光である。
次に、図２に示す駆動電圧波形３４上の点Ｅ及び点Ｆの区間においては、同じ変化量で偏波スクランブラ２の駆動電圧がリニアに変化することで、図４に示す偏光点Ｅ′から出発し、図４中に示す矢印とは逆向きに、北極（右回り円偏光），赤道（直線偏光），南極（左回り円偏光），点Ｅ′（直線偏光）と変化して点Ｆ′の偏光に至る。この場合も、点Ｆ′は点Ｅ′と一致せず、円弧Ｅ′Ｆ′が重複している。
【００４０】
つまり、この場合も、駆動電圧をリニアに変化させて、特定波長λ０の光のＤＯＰが零になるように単位時間（区間ＥＦ）で瞬間的な偏光がポアンカレ球の経線上を一周するように偏波スクランブラ２を制御することで、λ０よりも短波長側の波長でポアンカレ球の経線上を一周以上する波長λが発生し、その結果、ポアンカレ球の経線上において円弧Ｅ′Ｆ′の分だけ部分的に偏光状態の偏りが生じているのである。
【００４１】
その後、駆動電圧波形３４上の点Ｆ及び点Ｃにおいて、偏光は、瞬時に点Ｃ′に変化する。以降、駆動電圧波形３４が繰り返される度に、かかる偏光の変化が繰り返される。即ち、駆動電圧波形３４は、入射光の偏光状態がポアンカレ球の経線上を起点となる偏光の位置から単位時間で１周するように駆動電圧を与える動作と、瞬時にポアンカレ球上の上記起点Ｃの偏光に対してポアンカレ球上の略対称位置の偏光となるように駆動電圧を与える動作とを繰り返し行なっていることになる。
【００４２】
ここで、駆動電圧波形３４の周期は点Ｃから点Ｆであるから、平均的なストークス・パラメータ（偏光状態）はこの周期で考える必要がある。しかるにポアンカレ球の経線上で重複している円弧Ｃ′Ｄ′と円弧Ｅ′Ｆ′はポアンカレ球の経線上でほぼ対角の位置にあるため、偏光状態の偏りが打ち消しあって重複の影響は小さくなり、その結果、λ＜λ０の時も、ＤＯＰをより小さくすることができる。
【００４３】
換言すれば、本例では、λ＜λ０の場合において単位時間（図２では区間ＣＤ）内に重なる偏光と略対称な偏光が次の単位時間（図２では区間ＥＦ）内で相殺するように単位時間の境目（図２では点Ｄ及び点Ｅ）で偏光をシフトするよう偏波スクランブラ２の駆動電圧を制御することで、入射光の波長λが特定波長λ０からずれた場合でもＤＯＰをより小さくすることを可能にしているのである。
【００４４】
なお、偏波スクランブラ２の物性によりその屈折率Δｎがプラスの場合とマイナスの場合とがあり、その違いによりポアンカレ球上での偏光状態の回転方向は逆転するが、ポアンカレ球の経線上での偏光状態の重複は必ず特定波長λ０よりも短波長側の波長において生じる。
また、λ＞λ０の場合は、上記とは逆に、ポアンカレ球の経線上に偏光状態の不足が生じる（現れない偏光状態が生じる）ことになるが、このような場合であっても、不足部分がポアンカレ球の経線上においてポアンカレ球の中心点とほぼ対称の位置に同等に現れるので、不足部分の影響は小さくなる。
【００４５】
さて、以上のような動作を実現すべく、本実施形態では、図１中に示すように、ＬＮ偏波スクランブル制御回路３に、前記の基本電圧波形（第１の周期で変化する電圧）としての三角波３１ａを発生する三角波発生回路３１と、前記の第２の周期で変化する電圧として矩形波３２ａを発生する矩形波発生回路３２と、重畳回路３３とをそなえ、上記の駆動電圧波形３４を、三角波発生回路３１で発生した三角波３１ａと矩形波発生回路３２で発生した矩形波３２ａとを重畳回路３３にて同期して重畳するという簡易な構成で生成できるようになっている。
【００４６】
この時の偏波スクランブラ２のＤＯＰは、波長λの関数として以下の式（４）で与えられる。
2004085897.tif 000003
図５にこの式（４）による計算値と実測値とを示す。この図５に示すように、実測値の誤差を考慮すると、計算値と実測値はほぼ一致していることが分かる。ここで、駆動電圧波形３４の振幅は波長λ０＝１５６０ｎｍにおいてＤＯＰが最小となるように調整されている。そして、波長λがλ０＝１５６０ｎｍからずれても、ＤＯＰはほとんど変化せず、約６％以下と従来（図１４参照）の約半分になっている。
【００４７】
以上のように、本実施形態によれば、特定波長λ０の入射光についての複数種類の偏光状態がポアンカレ球の経線上に均等に配置される基本電圧波形３１ａを複数位置で部分的にシフトした波形３４を用いているので、入射光の波長λが特定波長λ０からずれた場合にポアンカレ球の経線上において部分的に生じる偏光状態の重複又は不足を補償することができる。
【００４８】
したがって、従来よりも広い波長範囲、例えば光通信で用いられるＳ，Ｃ，Ｌバンド全域である１４５０ｎｍ〜１６２０ｎｍの範囲でＤＯＰを従来の半分以下にすることが可能になり、光部品の透過率などの広い波長範囲での測定を、半導体レーザ，ＬＥＤ，ＳＬＤ等の測定用光源と、本偏波スクランブラおよび光スペクトラムアナライザ（測定評価装置）等を用いて測定することが可能となる。
【００４９】
ただし、この場合、偏波スクランブラの駆動電圧波形３４の周期は、測定評価装置の応答時間、あるいはサンプリング時間よりも短い周期であることが必要である。
なお、ＬＮ以外を利用した偏波スクランブラの場合も同様な手段により、基本電圧波形を電圧に対して部分的に複数位置でシフトした駆動電圧波形を生成すればよい。また、偏波スクランブラ２が多段に接続される場合も本手段に基づいて駆動電圧波形を形成すればよい。
【００５０】
また、上述した例では、駆動電圧波形３４の単位時間（区間ＣＤ，区間ＥＦ）において、それぞれ偏光の変化がポアンカレ球の経線上を起点となる位置から１周するよう駆動電圧をリニアに変化させているが、同じ単位時間内で２周以上（Ｎ≧２）させるようにしてもよい。この場合も、所定の時間内で偏光がポアンカレ球の経線上に均一に分布するので、ＤＯＰを小さくできる。換言すれば、駆動電圧波形３４は、基本電圧波形として所定の時間内で特定波長λ０の偏光をポアンカレ球の経線上に均一に分布させて無偏光状態にする電圧変化をもつ電圧成分を有していればよいのである。
【００５１】
（Ｂ）変形例の説明
上述した駆動電圧波形３４の生成手法は、勿論、上述したものに限られない。例えば図７に示すように、三角波発生回路３１′で発生した前記三角波３１ａとは異なる周期の三角波３１ａ′と、前記と同様の矩形波３２ａとを重畳回路３３にて同期して重畳することにより、駆動電圧波形３４′を生成することもできる。
【００５２】
かかる駆動電圧波形３４′を用いても、その１周期Ｔ内において、ポアンカレ球の経線上に複数種類の偏光状態を均等に配置することができるので、従来よりも広い波長範囲でＤＯＰを小さくすることができる。
また、図２に示す駆動電圧波形３４よりも、基本電圧波形の電圧値を部分的に瞬時にシフトさせる位置（偏波スクランブラ２内の常光と異常光の成分の位相差を瞬間的にシフトさせる位置）を増やせば、よりＤＯＰが小さくなることは容易に理解できる。
【００５３】
例えば図６に示すように、第１の鋸波発生回路３５で基本電圧波形となる第１の鋸波３５ａを生成するとともに、第２の鋸波発生回路３６で鋸波３５ａとは異なる周波数（低い周波数）の第２の鋸波３６ａを生成し、これらの鋸波３５ａ及び３６ａを重畳回路３７にて同期して重畳することにより、単位時間内において偏波スクランブラ２内の常光と異常光の成分の位相差を瞬間的に９０度シフトさせる位置の数が４（９０度４点シフト）である駆動電圧波形３８が得られる。
【００５４】
かかる駆動電圧波形３８を用いても、その１周期Ｔ内において、ポアンカレ球の経線上に複数種類の偏光状態を均等に配置することが可能なので、従来よりも広い波長範囲でＤＯＰを小さくすることができる。勿論、シフト位置数を上記１８０度２点又は９０度４点以外の値（任意角度多点シフト）とした場合も、同様である。
【００５５】
（Ｃ）その他
なお、上述した偏波スクランブラは光部品の測定のみならず、光伝送装置に適用しても有効である。例えば、光通信技術では、通常、光アンプ（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が光中継器等に用いられるが、かかるＥＤＦＡに強い直線偏波をもつ信号光が入射すると、その偏波方向と同じ方向の双極子モーメントをもったエルビウム原子が脱励起（消費）され、その直線偏波と垂直な方向のゲインが相対的に大きくなる現象（この現象を「偏波ホールバーニング」という）が発生するため、偏波スクランブラの適用が有効である。
【００５６】
ここで、光通信技術では、偏波スクランブル速度は変調速度よりも大きい方（２倍程度）が良いといわれている〔例えば、信号の変調速度が２．５Ｇｂｐｓ〜２０Ｇｂｐｓ（ギガビット毎秒）、偏波スクランブル速度が６ＧＨｚ〜４０ＧＨｚ（ギガヘルツ）〕が、光アンプのゲイン・リカバリ・タイムよりも小さく、１ｋＨｚ以下にすることもある。
【００５７】
したがって、このような場合には、上述した駆動電圧波形３４（３４′，３８）を容易に生成することができるので、超高速光通信においても十分適用でき、Ｓ，Ｃ，Ｌバンド全域である１４５０ｎｍ〜１６２０ｎｍという広波長範囲でＤＯＰを小さくすることができる。その結果、上記偏波ホールバーニングの発生を抑制して、光通信品質の劣化を効果的に抑制することができる。
【００５８】
また、上述した実施形態では、駆動電圧波形を用いているが、駆動電流波形を用いて偏波スクランブルを制御することでも、上述した実施形態と同様の作用効果が得られることはいうまでもない。このように駆動電流波形を用いる場合も、ＤＣ成分をもたせないようにするのが望ましい。
さらに、駆動電圧波形のシフト位置の数は、勿論、上述した例に限られない。また、上述した偏波スクランブラは、上記以外の光通信機器に適用することもできるし、無偏光光源を実現するために光源に内蔵することも可能である。
【００５９】
そして、本発明は上述した実施形態に限定されず、上記以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができることはいうまでもない。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、入射光の偏光状態がポアンカレ球の経線上を起点となる偏光の位置から単位時間でＮ周（Ｎは正の整数）するように駆動電圧を与える動作と、瞬時に該ポアンカレ球上の該起点の偏光に対して該ポアンカレ球上の任意位置の偏光となるように駆動電圧を与える動作とを繰り返し行なうことで、入射光の波長が特定波長からずれた場合にポアンカレ球の経線上において部分的に生じる偏光状態の過不足が補償（相殺）されるように偏波スクランブラの駆動電圧を制御する、より詳細には、単位時間内に過不足する偏光が次の単位時間内でその偏光と略対称な偏光で相殺されるように単位時間の境目で偏光をシフトするよう駆動電圧を制御するので、従来よりも広い波長範囲でＤＯＰを最小限にして入射光を無偏光化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての偏波スクランブラの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の偏波スクランブラの駆動電圧波形例を示す図である。
【図３】図２に示す駆動電圧波形を用いた場合の偏光の変化をポアンカレ球上の軌跡（λ＝λ０）で示す図である。
【図４】図２に示す駆動電圧波形を用いた場合の偏光の変化をポアンカレ球上の軌跡（λ＜λ０）で示す図である。
【図５】図２に示す駆動電圧波形を用いた場合の波長に対するＤＯＰの計算値及び実測値の一例を示す図である。
【図６】図１に示すＬＮ偏波スクランブル制御回路の変形例を示すブロック図である。
【図７】図１に示すＬＮ偏波スクランブル制御回路の変形例を示すブロック図である。
【図８】複屈折材料による入射光の偏光を説明するための図である。
【図９】ポアンカレ球上の瞬間的な偏光の変化の軌跡を示す図である。
【図１０】従来のＬＮを用いた偏波スクランブラの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示す偏波スクランブラに用いる駆動電圧波形例を示す図である。
【図１２】図１１に示す駆動電圧波形を用いた場合の偏光の変化をポアンカレ球上の軌跡（λ＝λ０）で示す図である。
【図１３】従来の偏波スクランブラの課題を説明すべく偏光の変化をポアンカレ球上の軌跡（λ＝λ０）で示す図である。
【図１４】従来の偏波スクランブラの課題を説明すべく入射光波長に対するＤＯＰの計算値及び実測値の一例を示す図である。
【符号の説明】
１　波長可変レーザ
２　ＬＮ偏波スクランブル部（位相子）
３　ＬＮ偏波スクランブル制御回路（駆動回路）
３１，３１′　三角波発生回路
３１ａ，３１ａ′　三角波（基本電圧波形；第１の周期で変化する電圧）
３２　矩形波発生回路
３２ａ　矩形波（第２の周期で変化する電圧）
３３，３７　重畳回路
３４，３４′，３８　駆動電圧波形
３５　第１の鋸波発生回路
３５ａ　鋸波（第１の周期で変化する電圧）
３６　第２の鋸波発生回路
３６ａ　鋸波（第２の周期で変化する電圧）
【図１】
2004085897.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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