(57)【要約】【課題】高速で変化する入射偏光であっても、目標偏光状態に対する実偏光状態の追従性がよい偏光変換デバイスを提供すること。【解決手段】４段の回転波長板６ａ〜６ｄによって構成され、第１段目の回転波長板６ａは、位相差が約π／２、第２段目の回転波長板６ｂは、位相差が約π、第３段目の回転波長板６ｃは、位相差が約π／２、第４段目の回転波長板６ｅの位相差は、約π／２であり、それぞれ駆動部７ａ〜７ｄによって各別に回転制御されることによって偏光制御される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４段以上のステージによって構成され、第１段目のステージは、位相差が約π／２の回転波長板として機能し、第２段目のステージは、位相差が約πの回転波長板として機能し、第３段目のステージは、位相差が約π／２の回転波長板として機能し、第４段目以降の位相差は、それぞれ一定の位相差をもった回転波長板として機能することを特徴とする偏光変換デバイス。
【請求項２】
前記ステージの段数は４段であり、第４段目のステージの前記一定の位相差は、約π／４であることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換デバイス。
【請求項３】
前記ステージの段数は４段であり、第４段目のステージの前記一定の位相差は、約π／２であることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換デバイス。
【請求項４】
前記ステージは、物理的回転によって偏光する回転波長板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の偏光変換デバイス。
【請求項５】
前記ステージは、光導波路を通過する光を電気光学効果によって偏光することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の偏光変換デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、任意の入射偏光を目的の出射偏光に変換する偏光変換デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光ファイバを用いた光通信システムや光計測などの分野においては、入射される光の偏光状態を他の偏光状態の光に変換する偏光変換デバイスが用いられている。この偏光変換デバイスは、たとえば高速光通信システムにおいて、伝送路中の偏光状態によって伝送速度が異なる偏波モード分散の影響を低減する偏波モード分散補償器に用いられる。この場合、偏波モード分散の影響は、敷設された光ファイバ伝送路の状態によって時間的に変動するため、偏波モード分散補償器は、この変動する偏波モード分散状態に対して偏波変換を高速に行って目標の偏光状態に高速に追従させる必要がある。
【０００３】
また、非線形ファイバや非線形結晶を用いた波長変換装置のように、入射偏光の偏光状態によってその特性が異なる光デバイスを光通信システムに組み込んで使用する場合、対象となる光デバイスに入射する光が常に一定の偏光状態を保つために、高速で偏光状態を変換することができる偏光変換デバイスが必要となる。
【０００４】
この偏光変換デバイスとしては、物理的に回転波長板を回転させることによって入射偏光を目標の出射偏光に変換するものがある。この偏光変換デバイスは、たとえば直交する２つの固有偏光軸間の位相差がそれぞれπ／２，πである１／４波長板と１／２波長板とが用いられ、入射側から１／４波長板、１／２波長板、１／４波長板を順次配置し、各波長板の軸方向を回転調整することによって、任意の出射偏光に変換出力できる。
【０００５】
一方、この回転波長板を回転させる偏光変換デバイスは、物理的な回転動作を必要とするために時間がかかってしまうため、ニオブ酸リチウムに代表される電気光学効果をもつ結晶を基板材料とした導波路型のものがある。この導波路型の偏光変換デバイスは、光を結晶基板中に閉じ込めるための光導波路を形成し、適切な制御電圧を印加することによって、出射光が回転波長板と同等な偏光変換を受けるようにしている。
【０００６】
ここで、これらの偏光変換デバイスを用いて高速に変化する偏光状態に対応させた偏光変換を行うためには、求める目標偏光状態と、偏光変換デバイスからの実出射偏光状態との差をモニタし、このモニタ結果をもとに偏光変換デバイスの微調整を繰り返すようにしている。この微調整は、回転波長板を用いた場合、たとえば個々の回転波長板に対応する各ステージにおいて回転波長板の設定角度を前後に振りながら、モニタデバイスで計測を行い、この測定の角度範囲内で振られた中で最も目標偏光状態と実偏光状態との差が小さい角度に設定し、順次、次のステージに移行しながら同様のプロセスで回転波長板の角度を最適化することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−３００２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、偏光変換デバイスに入射される光の偏光状態および求める目標偏光状態が時間とともに変動する場合、モニタデバイスを用いて回転波長板の回転角を微小に変化させながら各ステージの波長板回転角度を順次最適化を行うが、求める目標偏光状態と偏光変換デバイスからの実偏光状態との誤差の発生する頻度の確率が依然大きく、高速で変化する入射偏光に対して目標偏光状態に対する実偏光状態の追従性が悪いという問題点があった。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高速で変化する入射偏光であっても、目標偏光状態に対する実偏光状態の追従性がよい偏光変換デバイス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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる偏光変換デバイスは、少なくとも４段以上のステージによって構成され、第１段目のステージは、位相差が約π／２の回転波長板として機能し、第２段目のステージは、位相差が約πの回転波長板として機能し、第３段目のステージは、位相差が約π／２の回転波長板として機能し、第４段目以降の位相差は、それぞれ一定の位相差をもった回転波長板として機能することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２にかかる偏光変換デバイスは、上記の発明において、前記ステージの段数は４段であり、第４段目のステージの前記一定の位相差は、約π／４であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３にかかる偏光変換デバイスは、上記の発明において、前記ステージの段数は４段であり、第４段目のステージの前記一定の位相差は、約π／２であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４にかかる偏光変換デバイスは、上記の発明において、前記ステージは、物理的回転によって偏光する回転波長板であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５にかかる偏光変換デバイスは、上記の発明において、前記ステージは、光導波路を通過する光を電気光学効果によって偏光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明にかかる偏光変換デバイスは、少なくとも４段以上のステージによって構成され、第１段目のステージが、位相差が約π／２の回転波長板として機能し、第２段目のステージが、位相差が約πの回転波長板として機能し、第３段目のステージが、位相差が約π／２の回転波長板として機能し、第４段目以降の位相差が、それぞれ一定の位相差をもった回転波長板として機能するようにし、第１段目から第３段目までのステージのみの偏光変換デバイスに比し、高速で変化する入射偏光の場合であっても、目標偏光状態に対する実偏光状態の追従性を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明を実施するための最良の形態である偏光変換デバイスについて説明する。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態にかかる偏光変換デバイス１を用いた偏波モード分散補償器１０の概要構成を示すブロック図である。図１において、偏光変換デバイス１は、入射光を、目標偏光をもった出射光に変換して偏波モード分散補償デバイス２に出力する。偏波モード分散補償デバイス２は、入力された光に対する偏波モード分散補償を施した光として分岐デバイス３に出力する。分岐デバイス３は、偏波モード分散補償器１０からの出力光として外部に出力するとともに、モニタデバイス５に出力する。モニタデバイス５は、偏波モード分散補償デバイスから出力された光の実偏波状態を検出し、その結果を制御回路４に出力する。制御回路４は、入力された出力光の実偏波状態から補償の度合いを示すパラメータである偏光度（ＤＯＰ：Degree of Polarization）を算出し、ＤＯＰの値が最大になるように偏光変換デバイス１に対する偏光変換をフィードバック制御する。
【００１８】
図２は、偏光変換デバイス１の具体的な構成を示す図である。図２において、偏光変換デバイス１は、４つの回転波長板６ａ〜６ｄが光軸に対して縦属配置される。各回転波長板６ａ〜６ｄは、たとえば水晶などの光学結晶を薄く研磨して作成されたものであり、直交する２つの固有偏光軸間の位相差をそれぞれπ／２，π，π／２，π／２持たせて順次配列される。各回転波長板６ａ〜６ｄは、ステッピングモータなどによって実現される駆動部７ａ〜７ｄによってそれぞれ機械的に回転される。この駆動部７ａ〜７ｄの駆動は、制御回路４からの指示によって制御される。なお、固有偏光軸間の位相差がπ／２，π，π／４である１／４波長板、１／２波長板、１／８波長板をそれぞれＱ，Ｈ，Ｅとして示す。この場合、回転波長板６ａ〜６ｄは、「ＱＨＱＱ」として表すことができる。
【００１９】
図２に示した偏光変換デバイス１では、従来の「ＱＨＱ」の回転波長板６ａ〜６ｃの構成の後段に、「Ｑ」の回転波長板６ｄをさらに設けて偏光変換調整を行うようにしている。すなわち、従来の３段の「ＱＨＱ」の回転波長板６ａ〜６ｃの後段として４段目以降の回転波長板６ｄを設けている。
【００２０】
したがって、４段目の回転波長板６ｄに代えて「Ｅ」の回転波長板を設けても良い。さらに、図３に示した偏光変換デバイス１１のように、４段目および５段目に、π／４という一定の位相差をもつ「Ｅ」の回転波長板６ｅ，６ｆを設けた５段構成としてもよい。さらに、これに限らず、５段構成を「ＱＨＱＱＱ」としてもよい。もちろん、６段目を超えた多段の回転波長板を設けるようにしてもよい。この場合、一定の位相差をもつ回転波長板を設けるようにすることが好ましい。
【００２１】
ここで、従来の「ＱＨＱ」である回転波長板３段構成の偏光変換デバイスとこの実施の形態である４段および５段構成の偏光変換デバイスの追従性について検討する。図４は、「ＱＨＱ」３段構成の偏光変換デバイスを用いた場合における、時間によって変動する入射偏光に対し、時間によって変動する目標偏光状態に変換する追尾特性の計算結果を示している。この計算の条件は、入射偏光状態を、偏光状態を示すポアンカレ球状で一定の時間毎に、球面上ランダムな方向に２度づつ変化させ、さらに目標とする目標偏光状態も同様に同じ一定時間毎にポアンカレ球状でランダムな方向に２度づつ変化させている。ここで、モニタデバイス５は、求める目標偏光状態と、偏光変換デバイスを通して出射される実偏光状態との内積をとった値を二乗した値を評価することとした。これによって求める目標偏光状態が、ある一定の直線偏光状態である場合には、出射光を、求める目標偏光状態の軸方向に透過軸を合わせて配置された偏光子を通して観測される出射光の光強度を測定することと同じになる。
【００２２】
図４に示すように、モニタデバイス５によって評価される値は、０から１の間の値をとり、値が１に近い程、実際に偏光変換デバイスから出射される出射光の実偏光状態と、求める目標偏光状態との誤差が小さいことになる。
【００２３】
図５は、一定の時間間隔で追尾させた場合におけるモニタデバイス５によって評価される値を、０．９９から１の範囲で測定された測定データ数を１として規格化した場合の０．０１刻みの各区間における確率分布を示したものであり、従来の「ＱＨＱ」３段構成の他に、「ＱＨＱＱ」、「ＱＨＱＥ」の４段構成、および「ＱＨＱＱＱ」、「ＱＨＱＥＥ」の５段構成の確率分布をも示している。
【００２４】
図５に示すように、「ＱＨＱ」の３段構成を用いた場合に比して、「ＱＨＱＱ」あるいは「ＱＨＱＥ」の４段構成を用いた場合の方が、モニタデバイス５において、測定値が１に近い値を得る確率が高く、すなわち出射偏光と目標偏光状態との間で誤差が生じる確率が低くなっており、追尾性が向上していることがわかる。
【００２５】
さらに、「ＱＨＱＱＱ」あるいは「ＱＨＱＥＥ」の５段構成を用いた場合、４段構成を用いた場合に比してさらに追尾性が向上している。なお、この実施の形態では、入射偏光および目標偏光状態が、時間によって変化するとしたが、どちらか一方あるいは両方の偏光状態が一定である場合であってもよい。
【００２６】
なお、上述した実施の形態では、回転波長板を用いた偏光変換デバイスとしたが、これに限らず、図６に示すような電気光学結晶基板を用いた偏光変換デバイスであってもよい。この偏光変換デバイスは、ニオブ酸リチウムなどの光学結晶基板２１に光が通過する光導波路である導波路２２を形成し、制御電極２３，２４ａ〜２４ｄ，２５ａ〜２５ｄに適切な電圧をかけて電気光学効果によって導波路２２を通過する光を偏光制御する。図６の偏光変換デバイスは、図２に示した「ＱＨＱＱ」の４段構成と同じ偏光変換デバイスを実現している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施の形態である偏光変換デバイスを用いた偏波モード分散補償器の概要構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した偏光変換デバイスの一例を示す図である。
【図３】図１に示した偏光変換デバイスの他の一例を示す図である。
【図４】「ＱＨＱ」３段構成の偏光変換デバイスを用いた場合におけるモニタデバイス測定値の時間変化を示す図である。
【図５】３段構成、４段構成、および５段構成の偏光変換デバイスを用いた場合におけるモニタデバイス測定値に対する確率分布を示す図である。
【図６】光導波路に対して電気光学効果を用いて実現した偏光変換デバイスの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，１１  偏光変換デバイス
２  偏波モード分散補償デバイス
３  分岐デバイス
４  制御回路
５  モニタデバイス
６ａ〜６ｆ  回転波長板
７ａ〜７ｆ  駆動部
２１  光学結晶基板
２２  導波路
２３，２４ａ〜２４ｄ，２５ａ〜２５ｄ  制御電極
【図１】
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【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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