(57)【要約】【課題】制御速度が速く、かつ、制御電圧が小さい偏波制御回路及び方法を提供する。【解決手段】光信号が偏波ビームスプリッタ３２に入力されると、互いに直交する直線偏波を有する二つの光信号に分離される。これら二つの光信号の光パワーは、フォトダイオード３３，３４によってそれぞれモニタされ、フォトダイオード３３，３４によって検出された光強度が比較器３５にそれぞれ入力される。比較器３５の比較結果は２×２光スイッチ３６に入力され、２×２光スイッチ３６は、比較器３５の比較結果に基づいて、偏波ビームスプリッタ３２によって分離された二つの光信号のうちの光パワーが強い方の光信号を出力する。【選択図】図２
2005257860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の偏光面を有する光信号を、互いに直交する直線偏波を有する二つの光信号に分離する光信号分離手段と、
これら分離された二つの光信号をそれぞれモニタする光信号モニタ手段と、
モニタ結果に応じて、前記二つの光信号のうちの光パワーの強い方を第１の光信号として出力する光信号出力手段とを具えることを特徴とする偏波制御回路。
【請求項２】
前記第１の光信号とは波長が異なる第２の光信号を発生する第１の光信号発生手段と、
前記第１及び第２の光信号が入力され、相互利得変調特性を有する第１の半導体光増幅器と、
前記第１の半導体光増幅器から出力された光信号から前記第１の光信号のみを選択的に取り出す第１の光信号選択手段とを更に具えることを特徴とする請求項１記載の偏波制御回路。
【請求項３】
前記第１の光信号の波長と異なる波長の第３の光信号を発生する第２の光信号発生手段と、
前記光信号選択手段から出力された前記第１の光信号が前記第３の光信号とともに入力され、相互利得変調特性を有する第２の半導体光増幅器と、
前記第２の半導体光増幅器から出力された光信号から前記第１の光信号のみを選択的に取り出す第２の光信号選択手段手段とを更に具えることを特徴とする請求項２記載の偏波制御回路。
【請求項４】
所定の偏光面を有する光信号を、互いに直交する直線偏波を有する二つの光信号に分離するステップと、
これら分離された二つの光信号をそれぞれモニタするステップと、
モニタ結果に応じて、前記二つの光信号のうちの光パワーの強い方を第１の光信号として出力するステップとを具えることを特徴とする偏波制御方法。
【請求項５】
前記第１の光信号とは波長が異なる第２の光信号を発生するステップと、
前記第１及び第２の光信号を相互利得変調特性を利用して光増幅するステップと、
光増幅された第１及び第２の光信号のうち第１の光信号のみを選択的に取り出すステップとを具えることを特徴とする請求項４記載の偏波制御方法。
【請求項６】
前記第１の光信号の波長と異なる波長の第３の光信号を発生するステップと、
選択的に出力された第１の光信号と、前記第３の光信号とを相互利得変調特性を利用して光増幅するステップと、
光増幅された第１及び第３の光信号のうち第１の光信号のみを選択的に取り出すステップとを具えることを特徴とする請求項５記載の偏波制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の偏光面を有する光信号から、直線偏波を有する光信号を取得する偏波制御回路及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の偏光面を有する光信号から、特定方向の直線偏波を有する光信号を取得するに際し、波長板を用いる構成（例えば、非特許文献１参照）、電気光学素子を２個用いる構成（例えば、非特許文献２参照）及び電気光学素子を１個用いる構成（例えば、非特許文献３参照）が知られている。
【０００３】
波長板を用いる構成の場合、図１Ａに示すように、光信号の任意の偏波面１を、１／４波長板２によって直線偏波３に変換し、その後、１／２波長板４によって水平直線偏波５に変換する。この場合、１／２波長板４の代わりにファラデー回転子を用いることもできる。
【０００４】
電気光学素子を２個用いる構成の場合、図１Ｂに示すように、光信号の任意の偏波面１１を、電気光学素子１２によって、水平主軸を有する楕円偏波１３に変換し、その後、電気光学素子１４によって水平直線偏波１５に変換する。この場合、電気光学素子１２として、結晶光学軸を水平方向に合わせたＬｉＮｂＯ３などが使用され、電気光学素子１４として、結晶光学軸を水平方向に対して４５°傾けたＬｉＮｂＯ３などが使用される。
【０００５】
電気光学素子を１個用いる構成の場合、図１Ｃに示すように、光信号の任意の偏波面２１を、電気光学素子２２によって水平直線偏波２３に変換する。この場合、電気光学素子２２には、独立した４個の電極が水平及び垂直に形成され、これによって、偏波面の回転と、水平軸及び垂直軸の位相変化を同時に制御可能にする。
【非特許文献１】T. Okoshi et al. “Polarization-State Control Schemes for Heterodyne or Homodyne Optical Fiber Communication”, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL LT-3, NO6, DECEMBER 1985, pp.1232 - 1237
【非特許文献２】M. Kubota et al. “Electro-Optical Polarisation Control on Single-Mode Optical”, ELECTRONICS LETTERS 17th July 1980, Vol. 16 No. 15
【非特許文献３】黒野正裕  「四電極ＬＮ結晶による偏光状態の高速制御方式」、電学論Ｃ，１１８巻５号、平成１０年、pp.649 - 655
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、波長板を用いる構成、電気光学素子を２個用いる構成及び電気光学素子を１個用いる構成の場合、機械的な回転子や複屈折性の小さい電気光学結晶を使用しているため、制御速度が比較的遅く（数ミリ秒）、制御電圧が非常に大きい（数百Ｖ）という不都合がある。
【０００７】
また、このように偏波制御された光信号に対して光パワーリミット機能を有することが好ましい。
【０００８】
本発明の目的は、制御速度が速く、かつ、制御電圧が小さい偏波制御回路及び方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、偏波制御された光信号に対して光パワーリミット機能を有する偏波制御回路及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による偏波制御回路は、
所定の偏光面を有する光信号を、互いに直交する直線偏波を有する二つの光信号に分離する光信号分離手段と、
これら分離された二つの光信号をそれぞれモニタする光信号モニタ手段と、
モニタ結果に応じて、前記二つの光信号のうちの光パワーの強い方を第１の光信号として出力する光信号出力手段とを具えることを特徴とする。
【００１１】
本発明による偏波制御方法は、
所定の偏光面を有する光信号を、互いに直交する直線偏波を有する二つの光信号に分離するステップと、
これら分離された二つの光信号をそれぞれモニタするステップと、
モニタ結果に応じて、前記二つの光信号のうちの光パワーの強い方を第１の光信号として出力するステップとを具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定の偏光面を有する光信号を、互いに直交する直線偏波を有する二つの光信号に分離し、これら分離された二つの光信号をそれぞれモニタし、モニタ結果に応じて、二つの光信号のうちの光パワーの強い方を第１の光信号として出力する。これによって、機械的な回転子や複屈折性の小さい電気光学結晶を使用する必要がなくなるので、制御速度を速くし、かつ、制御電圧を小さくすることができる。
【００１３】
偏波制御された光信号に対して光パワーリミット機能を達成するために、好適には、第１の光信号とは波長が異なる第２の光信号を発生し、第１及び第２の光信号を相互利得変調特性を利用して光増幅し、光増幅された第１及び第２の光信号のうち第１の光信号のみを選択的に取り出す。
【００１４】
この場合、第１の半導体光増幅器の相互利得変調（ＸＧＭ）を利用する。第１の半導体光増幅器には、第１の光信号とともに、第１の光信号の波長とは異なる波長の第２の光信号が入力される。第２の光信号は、第１の半導体光増幅器の光利得によって増幅されるが、第１の光信号を増幅する誘導放出過程によりキャリア密度が減少するため、第１の光信号が入力された時間のみ第２の光信号に対する利得が減少する。
【００１５】
したがって、第１の光信号とはローレベル（０レベル）・ハイレベル（１レベル）の強度が反転した信号が第２の光信号の波長に変換されることになる。このような変換は、いわゆる波長変換であるが、本発明では第１の半導体光増幅器から出力された光信号のうち第１の光信号のみを選択的に取り出す。
【００１６】
相互利得変調の際には、第２の光信号の誘導放出によって予め第１の半導体光増幅器内のキャリア密度が減少し、利得飽和状態となっている。第１の光信号の入力によって利得飽和の度合いを更に強めるが、第１の光信号のみの増幅よりもキャリア密度の変化が小さいので、既に説明したような大きな過渡特性を抑制することができる。
【００１７】
また、第１の半導体光増幅器に入力される光信号の強度は、一つ（１波）の光信号の場合よりも二つ（２波）の光信号の場合の方が強く、誘導放出によるキャリア寿命の低減効果も大きい。その結果、光ファイバやパッシブ部品を用いることなく、良好な動作を行う光パワーリミッタ回路及び方法を実現することができる。なお、光パワーは数ｍＷ程度でよいため、従来に比べて光パワーが低くなる。
【００１８】
相互利得変調では、動作原理上、出力される光信号のローレベル（０レベル）・ハイレベル（１レベル）が入力される光信号の逆になる。しかしながら、波長が互いに相違する第１及び第３の光信号を発生し、これら第１及び第３の光信号を相互利得変調特性を利用して光増幅し、光増幅された第１及び第３の光信号のうち第１の光信号のみを選択的に取り出すことによって、光信号の反転を起こさずにすむ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明による偏波制御回路及び方法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明による偏波制御回路のブロック図である。図２において、偏波制御回路３１は、偏波ビームスプリッタ３２と、２個のフォトダイオード３３，３４と、比較器３５と、２×２光スイッチ３６とを具える。
【００２０】
図２に示すような偏光面を有する光信号が偏波ビームスプリッタ３２に入力されると、この光信号は、互いに直交する直線偏波を有する二つの光信号に分離される。これら二つの光信号の光パワーは、フォトダイオード３３，３４によってそれぞれモニタされ、フォトダイオード３３，３４によって検出された光強度が比較器３５にそれぞれ入力される。比較器３５の比較結果は２×２光スイッチ３６に入力され、２×２光スイッチ３６は、比較器３５の比較結果に基づいて、偏波ビームスプリッタ３２によって分離された二つの光信号のうちの光パワーが強い方の光信号を光パワーリミッタ回路（図示せず）に出力する。
【００２１】
偏波ビームスプリッタ３２での偏波の分離は、光が素子を通過する速度で行われる。また、２×２光スイッチ３６としてＬｉＮｂＯ３スイッチを使用すれば、１０ＧＨｚを超えるスイッチングが可能となる。速度の制限要因は、水平偏波及び垂直偏波のうちの強い強度の偏波面を選択する電子回路部分となるが、高速な比較器を用いることによってＧＨｚ程度の速度を達成することができる。したがって、全体としてもＧＨｚ程度の高速偏波制御を実現することができる。また、制御電圧も１０V程度にすることができる。
【００２２】
図３は、本発明による偏波制御回路で用いられる光パワーリミッタ回路の一例のブロック図及び信号波形の概略図である。図３Ａにおいて、光パワーリミッタ回路４１は、相互利得変調特性を有する半導体光増幅器４２と、プローブ光発生器４３と、波長フィルタ４４とを具える。
【００２３】
本実施の形態において、半導体光増幅器４２の相互利得変調（ＸＧＭ）を利用する。半導体光増幅器４２には、図示しない信号処理系で偏波制御された光信号４５とともに、プローブ光発生器４３からの（ＣＷ）プローブ光４６が入力される。プローブ光４６は、光信号４５とは波長が異なり、半導体光増幅器４２の光利得によって増幅されるが、光信号を増幅する誘導放出過程によりキャリア密度が減少するため、光信号４５が入力された時間のみプローブ光４６に対する利得が減少する（図３Ｂ）。
【００２４】
したがって、光信号４５とはローレベル（０レベル）・ハイレベル（１レベル）の強度が反転した信号がプローブ光４６の波長に変換されることになる。このような変換は、いわゆる波長変換であるが、本実施の形態では、波長フィルタ４４は、半導体光増幅器４２から出力された光信号４７（図３B）のうち、図示しない信号処理系で偏波制御された光信号４８（図３C）のみを選択的に取り出す。
【００２５】
相互利得変調の際には、プローブ光４６の誘導放出によって予め半導体光増幅器４２内のキャリア密度が減少し、利得飽和状態となっている。光信号４５の入力によって利得飽和の度合いを更に強めるが、光信号４５のみの増幅よりもキャリア密度の変化が小さいので、既に説明したような大きな過渡特性を抑制することができる。
【００２６】
また、半導体光増幅器４２に入力される光信号の強度は、一つ（１波）の光信号の場合よりも二つ（２波）の光信号の場合の方が強く、誘導放出によるキャリア寿命の低減効果も大きい。その結果、光ファイバやパッシブ部品を用いることなく、良好な動作を行う光パワーリミッタ回路及び方法を実現することができる。なお、光パワーは数ｍＷ程度でよいため、従来に比べて光パワーが低くなる。また、半導体光増幅器は、一般的には利得帯域が５０ｎｍ程度と比較的広く、その波長範囲で動作が可能である。
【００２７】
図４は、本発明による偏波制御回路で用いられる光パワーリミッタ回路の他の例のブロック図である。図４において、光パワーリミッタ回路５１は、２個の光パワーリミッタ回路４１（図３）を組み合わせた構造を有し、相互利得変調特性を有する半導体光増幅器５２と、プローブ光発生器５３と、波長フィルタ５４と、相互利得変調特性を有する半導体光増幅器５５と、プローブ光発生器５６と、波長フィルタ５７とを具える。
【００２８】
相互利得変調では、動作原理上、出力される光信号のローレベル（０レベル）・ハイレベル（１レベル）が入力される光信号の逆になる。しかしながら、プローブ光発生器５６から、波長フィルタ５４から出力した光信号とは波長が異なるプローブ光を発生し、これらを半導体光増幅器５５によって相互利得変調特性を利用して光増幅し、図示しない信号処理系から半導体光増幅器５２に入力された光信号に相当する光信号のみを波長フィルタ５７によって選択的に取り出すことによって、光信号の反転を起こさずにすむ。
【００２９】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。
例えば、図３，４に示す光パワーリミッタ回路によって偏波制御後の光信号の光パワーリミットする場合について説明したが、他の任意の光パワーリミッタ回路を用いて光パワーリミットすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の偏波制御を説明するための図である。
【図２】本発明による偏波制御回路のブロック図である。
【図３】本発明による偏波制御回路で用いられる光パワーリミッタ回路の一例のブロック図及び信号波形の概略図である。
【図４】本発明による偏波制御回路で用いられる光パワーリミッタ回路の他の例のブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１１，２１  任意の偏波面
２，４  １／４波長板
３  直線偏波
５，１５，２３  水平直線偏波
１２，１４，２２  電子光学素子
１３  楕円偏波
３１  偏波制御回路
３２  偏波ビームスプリッタ
３３，３４  フォトダイオード
３５  比較器
３６  ２×２光スイッチ
４１，５１  光パワーリミッタ回路
４２，５２，５５  半導体光増幅器
４４，５４，５７  波長フィルタ
４３，５３，５６  プローブ光発生器
４５，４７，４８  光信号
４６  プローブ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005257860.tif 000006