(57)【要約】偏波制御器において、可変偏光素子（１）の入力光及び出力光の偏光状態をモニタする偏光状態モニタ手段（４，５）と、この偏光状態モニタ手段（４，５）でモニタした各偏光状態を表すポアンカレ球上の位置がその赤道に対して対称もしくは略対称な位置にあるときに、可変偏光素子（１）の光学軸の方位を変化させることによりポアンカレ球の地軸（Ｓ３軸）を回転軸としてポアンカレ球をπだけ回転させるとともに、位相シフト量の変化方向を反転させる制御手段（６）とをそなえるように構成する。これにより、入力光の波長λ未満の位相シフト量で偏光の無限追従制御を実現することができる。
2004083945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変偏光素子（１）の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子（１）に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器であって、
該可変偏光素子（１）の入力光及び出力光の偏光状態をモニタする偏光状態モニタ手段（４，５）と、
該偏光状態モニタ手段（４，５）でモニタした各偏光状態を表すポアンカレ球（１００）上の位置が該ポアンカレ球（１００）の赤道（１１０）に対して対称もしくは略対称な位置（以下、対称位置という）にあるときに、該光学軸の方位を変化させることにより該ポアンカレ球（１００）の地軸（Ｓ３軸）を回転軸として該ポアンカレ球（１００）をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転させる制御手段（６）とをそなえたことを特徴とする、無限追従型の偏波制御器。
【請求項２】
該制御手段（６）が、上記の各偏光状態が該対称位置にあることが検出される毎に、上記のポアンカレ球（１００）の回転と位相シフト量の変化方向の反転とを繰り返し行なうように構成されたことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の無限追従型の偏波制御器。
【請求項３】
該偏光状態モニタ手段（４，５）が、
該ポアンカレ球（１００）の３軸（Ｓ１軸，Ｓ２軸，Ｓ３軸）方向の成分別に該入力光の受光量を測定する入力光測定器（４）と、
該ポアンカレ球（１００）の３軸（Ｓ１軸，Ｓ２軸，Ｓ３軸）方向の成分別に該出力光の受光量を測定する出力光測定器（５）とをそなえ、
該制御手段（６）が、
該入力光測定器（４）で測定された受光量と該出力光測定器（５）で測定された受光量とが該成分毎に一致もしくは略一致したことを検出することで上記の各偏光状態が該対称位置にあることを検出する対称位置検出部（６１）をそなえたことを特徴とする、請求の範囲第１項又は第２項に記載の無限追従型の偏波制御器。
【請求項４】
該入力光測定器（４）が、
該入力光を第１の入力光偏光板（４２）を介して受光する第１の入力光受光素子（４３）と、
該入力光を該第１の入力光偏光板（４２）と光学軸の方位が４５°異なる第２の入力光偏光板（４５）を介して受光する第２の入力光受光素子（４６）と、
該入力光を光学軸の方位が０°又は９０°の第１の１／４波長板（４７）及び当該第１の１／４波長板（４７）と光学軸の方位が４５°又は１３５°異なる第３の入力光偏光板（４８）を介して受光する第３の入力光受光素子（４９）とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の無限追従型の偏波制御器。
【請求項５】
該出力光測定器（５）が、
該出力光を第１の出力偏光板（５２）を介して受光する第１の出力光受光素子（５３）と、
該出力光を該第１の出力光偏光板（５２）と光学軸の方位が４５°異なる第２の出力光偏光板（５５）を介して受光する第２の出力光受光素子（５６）と、
該出力光を光学軸の方位が０°又は９０°の第２の１／４波長板（５７）及び当該第２の１／４波長板（５７）と光学軸の方位が４５°又は１３５°異なる第３の出力光偏光板（５８）を介して受光する第３の出力光受光素子（５９）とをそなえて構成されたととを特徴とする、請求の範囲第３項又は第４項に記載の無限追従型の偏波制御器。
【請求項６】
該出力光測定器（５）が、
該出力光を第１の出力偏光板（５２）を介して受光する第１の出力光受光素子（５３）と、
該出力光を該第１の出力光偏光板（５２）と光学軸の方位が４５°異なる第２の出力光偏光板（５５）を介して受光する第２の出力光受光素子（５６）と、
該出力光を、光学軸の方位が該第１の１／４波長板（４７）と同じ又は９０°異なる第２の１／４波長板（５７）と、当該第２の１／４波長板（５７）と該第１の１／４波長板（４７）の光学軸の方位が同じ場合は該第３の入力偏光板（４８）と光学軸の方位が９０°異なり、９０°異なる場合は該第３の入力偏光板（４８）と光学軸の方位が同じ第３の出力光偏光板（５８）とを介して受光する第３の出力光受光素子（５９）とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求の範囲第４項に記載の無限追従型の偏波制御器。
【請求項７】
該制御手段（６）が、
該位相シフト量の変化方向をモニタする位相シフト監視部（６２）と、
該位相シフト監視部（６２）において、少なくとも上記の各偏光状態が該対称位置になった直後の位相シフト量の変化が、その直前の変化と同じ方向であることが観測されると、上記のポアンカレ球（１００）の回転制御を行なう一方、逆方向であることが観測されると、当該回転制御を行なわない光学軸制御部（６３）とをそなえたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項に記載の無限追従型の偏波制御器。
【請求項８】
該位相シフト監視部（６２）が、該可変偏光素子（１）に印加する該位相シフト量を変化させる電圧値の変化を監視する電圧値監視部として構成されたことを特徴とする、請求の範囲第７項に記載の無限追従型の偏波制御器。
【請求項９】
可変偏光素子（１）の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子（１）に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器を用いて偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償器であって、
該可変偏光素子（１）の入力光及び出力光の偏光状態をモニタする偏光状態モニタ手段（４，５）と、
該可変偏光素子（１）の出力光について群遅延時間差を与える群遅延時間差発生器（７）と、
該群遅延時間差発生器（７）の出力光の偏光度を測定する偏光度測定器（９）と、
該偏光度測定器（９）で測定された偏光度が最大となるように該方位と該位相シフト量とを制御するとともに、該偏光状態モニタ手段（４，５）でモニタした各偏光状態を表すポアンカレ球（１００）上の位置が該ポアンカレ球（１００）の赤道（１１０）に対して対称もしくは略対称な位置にあるときに、該ポアンカレ球（１００）の地軸（Ｓ３軸）を回転軸として該ポアンカレ球（１００）をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転させる制御手段（６）とをそなえたことを特徴とする、無限追従型の偏波制御器を用いた偏波モード分散補償器。
【請求項１０】
可変偏光素子（１）の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子（１）に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器を用いて偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償器であって、
該可変偏光素子（１）の出力光について群遅延時間差を与える群遅延時間差発生器（７）と、
該群遅延時間差発生器（７）の出力光の偏光度を測定する偏光度測定器（９）と、
該位相シフト量の微小量変化と該可変偏光素子（１）の該方位の微小量回転とを繰り返しても、該偏光度測定器（９）で測定される該偏光度が保たれるときに、該可変偏光素子（１）の入力光及び出力光の各偏光状態を表すポアンカレ球（１００）上の位置が該ポアンカレ球（１００）の赤道に対して対称もしくは略対称な位置にあると判断して、該可変偏光素子（１）の該方位を回転させることにより該ポアンカレ球（１００）の地軸（Ｓ３軸）を回転軸として該ポアンカレ球（１００）をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転する制御手段（６）とをそなえたことを特徴とする、無限追従型の偏波制御器を用いた偏波モード分散補償器。
【請求項１１】
可変偏光素子（１）の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子（１）に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器において、
該可変偏光素子（１）の入力光及び出力光の各偏光状態をモニタし、
上記各偏光状態を表すポアンカレ球（１００）上の位置が該ポアンカレ球（１００）の赤道に対して対称もしくは略対称な位置（以下、対称位置という）にあるときに、該可変偏光素子（１）の該方位を回転させることにより該ポアンカレ球（１００）の地軸を回転軸（Ｓ３軸）として該ポアンカレ球（１００）をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転することを特徴とする、無限追従偏波制御方法。
【請求項１２】
該対称位置にあることが検出される毎に、上記のポアンカレ球（１００）の回転と位相シフト量の変化方向の反転とを繰り返し行なうことを特徴とする、請求の範囲第１１項に記載の無限追従偏波制御方法。
【請求項１３】
可変偏光素子（１）の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子（１）に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器において、
該可変偏光素子（１）の出力光の偏光度を偏光度測定器（９）により測定し、
該偏光度測定器（９）で測定された偏光度が最大となるように、該可変偏光素子（１）の出力光について群遅延時間差を与える群遅延時間差発生器（７）を制御するとともに、該可変偏光素子（１）の入力光及び出力光の各偏光状態を表すポアンカレ球（１００）上の位置が該ポアンカレ球（１００）の赤道（１１０）に対して対称もしくは略対称な位置にあるときに、該可変偏光素子（１）の該方位を回転させることにより該ポアンカレ球（１００）上の地軸（Ｓ３軸）を回転軸として該ポアンカレ球（１００）をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転させることを特徴とする、無限追従偏波制御方法。
【請求項１４】
可変偏光素子（１）の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子（１）に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器を用いて偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償器において、
該可変偏光素子（１）の出力光の偏光度を偏光度測定器（９）により測定し、
該位相シフト量の微小量変化と該可変偏光素子の該方位の微小量回転とを繰り返しても、該偏光度測定器（９）で測定される該偏光度が保たれるときに、該可変偏光素子（１）の入力光及び出力光の各偏光状態を表すポアンカレ球（１００）上の位置が該ポアンカレ球（１００）の赤道に対して対称もしくは略対称な位置にあると判断して、該可変偏光素子（１）の該方位を回転させることにより該ポアンカレ球（１００）上の地軸（Ｓ３軸）を回転軸として該ポアンカレ球（１００）をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転させることを特徴とする、無限追従偏波制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光通信等において用いられる、無限追従型の偏波制御器及びこれを用いた偏波モード分散補償器並びに無限追従偏波制御方法に関する。
【背景技術】  偏波制御器（以下、偏波コントローラという）とは、入射光の偏光状態を任意の状態から任意の状態へ自由に変化させることのできるものである。周知のように、光の偏光状態は、ストークスパラメータＳ０（偏光強度），Ｓ１（水平直線偏光（ＴＥ）成分），Ｓ２（斜め４５°方向の直線偏光成分），Ｓ３（右回り円偏光成分）により表すことができ、完全偏光、即ち、偏光度（ＤＯＰ：Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）＝１では、
Ｓ０２＝Ｓ１２＋Ｓ２２＋Ｓ３２
が成立する。したがって、偏光状態を表すストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、強度Ｓ０を半径とする球面上の一点に位置することになり、偏光状態にのみ着目する場合には、単位強度（Ｓ０＝１）の光について考えることにより、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をそれぞれ直交座標系の３軸とする単位球面上の一点によって偏光状態を表すことができる（図１８参照）。これが「ポアンカレ球」である。
この図１８に示すポアンカレ球を地球儀に見立てると、赤道１１０上は直線偏光を表し、北極点ＮＰは右回り円偏光、南極点ＳＰは左回り円偏光を表していることになる。また、Ａ点は水平直線偏光（ＴＥモード）、Ｂ点は垂直直線偏光（ＴＭモード）、Ｃ点は斜め４５°方向の直線偏光をそれぞれ表し、赤道１１０上及び極点ＮＰ，ＳＰ以外は楕円偏光を表している。
つまり、偏波コントローラが入射光の偏光状態を任意の状態から任意の状態へ自由に変化させるためには、ポアンカレ球上の任意の点を他の任意の点へ自由に変化（変換）できることが必要である。
ここで、電気光学効果を用いた可変偏光素子（以下、単に「素子」ともいう）を用いて偏波コントローラを実現する方法としては、位相シフト量が一定に保たれ、自由に光学軸の方位（入射光の振動方向に対する角度）を回転できる波長板素子を複数段並べて構成したものが知られている。特に、１／４波長板、１／２波長板、１／４波長板の３種類のそれぞれ自由に光学軸を回転できる波長板を用いることにより、３段構成の無限追従性をもつ偏波コントローラを実現できることが知られている。
また、下記に公報番号を示す特許文献１には、（１）ポアンカレ球上の或る点をＳ１軸又はＳ２軸のまわりに制御電圧Ｖ１（又は制御電流Ｉ１）に応じた楕円率制御量δφ１の角度だけ変化（回転）させることのできる第１の楕円率変換素子と、（２）当該第１の楕円率変換素子からの光の偏光状態に対応したポアンカレ球上の点をＳ２軸のまわりに制御電圧Ｖ２（又は制御電流Ｉ２）に応じた位相制御量δφ２の角度だけ変化（回転）させることのできる位相シフタ素子と、（３）当該位相シフタ素子からの光の偏光状態に対応したポアンカレ球上の点をＳ１軸又はＳ３軸のまわりに制御電圧Ｖ３（又は制御電流Ｉ３）に応じた楕円率制御量δφ３の角度だけ変化（回転）させることのできる第２の楕円率変換素子とをそなえなる偏波制御器が開示されている。
この偏波制御器によれば、上記の楕円率制御量δφ１が「０〜π」、位相制御量δφ２が「−π〜π」、楕円率制御量δφ３が「−π〜０」の範囲に制限されるとしても、δφ１，δφ２，δφ３を適当に制御、即ち、制御電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（又は制御電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３）を適当に制御することによって、ポアンカレ球上の任意の点で表される偏光状態を他の任意の点で表される偏光状態へ連続的に変化（変換）させることが可能となる。
また、他に、光学軸を回転させて方位Θを「０〜π／２」まで自由に変化させることができ、同時に位相シフト量を「０〜λ」（λは入力光の波長を表す）まで自由に変化させることができる素子であれば、１段構成の偏波コントローラが実現できる。その原理は、例えば図１９に示すポアンカレ球表示で考えることができる。即ち、ポアンカレ球表示では、光学軸の方位が０°の位相子として素子を機能させて位相シフト量（ＴＥ成分とＴＭ成分との位相ずれ）を変化させると、Ｓ１軸を回転軸として、当該位相シフト量に応じてポアンカレ球１００上の点Ｓを点Ｓ′へ変化（回転）させることができ（一点鎖線矢印１０１参照）、位相シフト量がλになるとき丁度１周させる（元の偏光状態に戻す）ことができることになる。なお、光学軸の方位が４５°の位相子として素子を機能させて位相シフト量を変化させると、Ｓ２軸を回転軸として、当該位相シフト量に応じてポアンカレ球１００上の点を変化（回転）させることができる。
一方、素子の光学軸を回転させて方位を変化させると、ポアンカレ球１００上の上記回転軸（Ｓ１軸又はＳ２軸）が赤道に沿って〔つまり、ポアンカレ球の地軸（Ｓ３軸）を中心に〕回転してゆくことになる（一点鎖線矢印１０２参照）。したがって、ポアンカレ球の回転軸を中心に描かれる円１０３が入力偏光状態と出力偏光状態の２点を通るように素子の光学軸の方位を変化させ、当該２点間を変化させるだけの位相シフト量を与えれば、任意の偏光状態を任意の偏光状態へ変換することができることになる。
かかる偏波コントローラに無限追従性をもたせるためには、上述したように、素子の光学軸の回転と位相シフト量の変化できる範囲に限界があってはならないが、位相シフト量の変化は一般に電圧（又は電流）印加により変化させるため限界がある。そこで、これを克服するために、ポアンカレ球上の回転軸をπだけ回転させて、位相シフト量の変化を逆方向に切り替える必要がある。この切り替えを位相シフト量がλになったときに行なえば、偏光状態を変化させずにポアンカレ球上の回転軸を回転させることができるため、無限追従制御を実現できることになる。
このような１段構成の偏波コントローラは段数が少ないため、制御対象の電極数を減らすことができる。しかしながら、かかる偏波コントローラにおいて無限追従制御を実現する場合、従来技術では、ポアンカレ球上の回転軸の切り替えを行なうために位相シフト量がどんな場合でもλだけ必要である。このため、消費電力をさらに低減するためには、位相シフト量を少なくする必要がある。
なお、従来、低電圧駆動が可能な光偏波制御素子として、下記特許文献２により開示された技術がある。この特許文献２に記載の光偏波制御素子は、電気光学結晶基板における光導波路が設けられている表面に、基板よりも低誘電率の薄膜を形成し、この薄膜上および基板裏面に電極を設けることにより、低電圧駆動を可能にしている。また、下記特許文献３には、上述したような偏波コントローラを光受信機に適用して、受信光信号の波長分散を補償することが開示されている。
本発明は、上述したような課題に鑑み創案されたもので、入力光の波長λ未満の位相シフト量で偏光の無限追従制御を実現できるようにすることを目的とする。
【特許文献１】  特開昭６３−１１８７０９号公報
【特許文献２】  特許第２６４６５５８号公報
【特許文献３】  特開２００１−３２４６２７号公報
【発明の開示】
上記の目的を達成するために、本発明の無限追従型の偏波制御器は、可変偏光素子の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器であって、該可変偏光素子の入力光及び出力光の偏光状態をモニタする偏光状態モニタ手段と、該偏光状態モニタ手段でモニタした各偏光状態を表すポアンカレ球上の位置が該ポアンカレ球の赤道に対して対称もしくは略対称な位置（以下、対称位置という）にあるときに、該光学軸の方位を変化させることにより該ポアンカレ球の地軸を回転軸として該ポアンカレ球をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転させる制御手段とをそなえたことを特徴とする、無限追従型の偏波制御器。
ここで、該制御手段は、上記の各偏光状態が該対称位置にあることが検出される毎に、上記のポアンカレ球の回転と位相シフト量の変化方向の反転とを繰り返し行なうように構成されていてもよい。
また、該偏光状態モニタ手段は、該ポアンカレ球の３軸方向の成分別に該入力光の受光量を測定する入力光測定器と、該ポアンカレ球の３軸方向の成分別に該出力光の受光量を測定する出力光測定器とをそなえ、該制御手段は、該入力光測定器で測定された受光量と該出力光測定器で測定された受光量とが該成分毎に一致もしくは略一致したことを検出することで上記の各偏光状態が該対称位置にあることを検出する対称位置検出部をそなえて構成するのが好ましい。
ここで、該入力光測定器は、該入力光を第１の入力光偏光板を介して受光する第１の入力光受光素子と、該入力光を該第１の入力光偏光板と光学軸の方位が４５°異なる第２の入力光偏光板を介して受光する第２の入力光受光素子と、該入力光を光学軸の方位が０°又は９０°の第１の１／４波長板及び当該第１の１／４波長板と光学軸の方位が４５°又は１３５°異なる第３の入力光偏光板を介して受光する第３の入力光受光素子（４９）とをそなえて構成されるのが好ましい。
一方、該出力光測定器は、該出力光を第１の出力偏光板を介して受光する第１の出力光受光素子と、該出力光を該第１の出力光偏光板と光学軸の方位が４５°異なる第２の出力光偏光板を介して受光する第２の出力光受光素子と、該出力光を光学軸の方位が０°又は９０°の第２の１／４波長板及び当該第２の１／４波長板と光学軸の方位が４５°又は１３５°異なる第３の出力光偏光板を介して受光する第３の出力光受光素子とをそなえて構成されるのが好ましい。
なお、該入力光測定器が、上記の構成を有する場合、該出力光測定器は、該出力光を、光学軸の方位が該第１の１／４波長板と同じ又は９０°異なる第２の１／４波長板と、当該第２の１／４波長板と該第１の１／４波長板の光学軸の方位が同じ場合は該第３の入力偏光板と光学軸の方位が９０°異なり、９０°異なる場合は該第３の入力偏光板と光学軸の方位が同じ第３の出力光偏光板とを介して受光する第３の出力光受光素子とをそなえて構成するのがより好ましい。
さらに、該制御手段は、該位相シフト量の変化方向をモニタする位相シフト監視部と、該位相シフト監視部において、少なくとも上記の各偏光状態が該対称位置になった直後の位相シフト量の変化が、その直前の変化と同じ方向であることが観測されると、上記のポアンカレ球の回転制御を行なう一方、逆方向であることが観測されると、当該回転制御を行なわない光学軸制御部とをそなえていてもよい。
また、該位相シフト監視部は、該可変偏光素子に印加する該位相シフト量を変化させる電圧値の変化を監視する電圧値監視部として構成されていてもよい。
次に、本発明の無限追従型の偏波制御器を用いた偏波モード分散補償器は、可変偏光素子の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器を用いて偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償器であって、下記のものをそなえたことを特徴としている。
（１）該可変偏光素子の入力光及び出力光の偏光状態をモニタする偏光状態モニタ手段
（２）該可変偏光素子の出力光について群遅延時間差を与える群遅延時間差発生器
（３）該群遅延時間差発生器の出力光の偏光度を測定する偏光度測定器
（４）該偏光度測定器で測定された偏光度が最大となるように該方位と該位相シフト量とを制御するとともに、該偏光状態モニタ手段でモニタした各偏光状態を表すポアンカレ球上の位置が該ポアンカレ球の赤道に対して対称もしくは略対称な位置にあるときに、該ポアンカレ球の地軸を回転軸として該ポアンカレ球をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転させる制御手段
また、本発明の無限追従型の偏波制御器を用いた偏波モード分散補償器は、可変偏光素子の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器を用いて偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償器であって、下記のものをそなえたことを特徴としている。
（１）該可変偏光素子の出力光について群遅延時間差を与える群遅延時間差発生器
（２）該群遅延時間差発生器の出力光の偏光度を測定する偏光度測定器と、
（３）該位相シフト量の微小量変化と該可変偏光素子の該方位の微小量回転とを繰り返しても、該偏光度測定器で測定される該偏光度が保たれるときに、該可変偏光素子の入力光及び出力光の各偏光状態を表すポアンカレ球上の位置が該ポアンカレ球の赤道に対して対称もしくは略対称な位置にあると判断して、該可変偏光素子の該方位を回転させることにより該ポアンカレ球の地軸を回転軸として該ポアンカレ球をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転する制御手段
さらに、本発明の無限追従偏波制御方法は、可変偏光素子の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器において、該可変偏光素子の入力光及び出力光の各偏光状態をモニタし、上記各偏光状態を表すポアンカレ球上の位置が該ポアンカレ球の赤道に対して対称もしくは略対称な位置（以下、対称位置という）にあるときに、該可変偏光素子の該方位を回転させることにより該ポアンカレ球の地軸を回転軸として該ポアンカレ球をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転することを特徴としている。
ここで、該対称位置にあることが検出される毎に、上記のポアンカレ球の回転と位相シフト量の変化方向の反転とを繰り返し行なうこともできる。
また、本発明の無限追従偏波制御方法は、可変偏光素子の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器において、該可変偏光素子の出力光の偏光度を偏光度測定器により測定し、該偏光度測定器で測定された偏光度が最大となるように、該可変偏光素子の出力光について群遅延時間差を与える群遅延時間差発生器を制御するとともに、該可変偏光素子の入力光及び出力光の各偏光状態を表すポアンカレ球上の位置が該ポアンカレ球の赤道に対して対称もしくは略対称な位置にあるときに、該可変偏光素子の該方位を回転させることにより該ポアンカレ球上の地軸を回転軸として該ポアンカレ球をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転させることを特徴としている。
さらに、本発明の無限追従偏波制御方法は、可変偏光素子の光学軸の方位と位相シフト量を変化させることにより該可変偏光素子に入力された光の偏光状態を制御する偏波制御器を用いて偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償器において、該可変偏光素子の出力光の偏光度を偏光度測定器により測定し、該位相シフト量の微小量変化と該可変偏光素子の該方位の微小量回転とを繰り返しても、該偏光度測定器で測定される該偏光度が保たれるときに、該可変偏光素子の入力光及び出力光の各偏光状態を表すポアンカレ球上の位置が該ポアンカレ球の赤道に対して対称もしくは略対称な位置にあると判断して、該可変偏光素子の該方位を回転させることにより該ポアンカレ球上の地軸を回転軸として該ポアンカレ球をπだけ回転させるとともに、該位相シフト量の変化方向を反転させることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の原理を説明すべくポアンカレ球を示す図である。
図２Ａ〜図７Ａは本発明の原理を説明すべくポアンカレ球上の位相シフト量に応じた偏光状態の変化の軌跡を示す図である。
図２Ｂ〜図７Ｂは本発明の原理を説明すべくポアンカレ球上の位相シフトに関する回転軸の赤道に沿った回転を示す図である。
図８は本発明の一実施形態としての偏波コントローラの構成を示すブロック図である。
図９は図８に示すＬＮ基板の構成を示す模式的斜視図である。
図１０は図８に示す入力側の偏光状態測定器（３ＰＤ測定器）の構成を示すブロック図である。
図１１は図８に示す出力側の偏光状態測定器（３ＰＤ測定器）の構成を示すブロック図である。
図１２〜図１５はいずれも図８に示す制御回路による制御の変形例を説明すべくポアンカレ球の上の偏光状態の変化の軌跡を示す図である。
図１６は本発明の一実施形態としての偏波モード分散補償器の構成を示すブロック図である。
図１７は本発明の一実施形態としての偏波モード分散補償器の他の構成を示すブロック図である。
図１８はポアンカレ球を説明するための図である。
図１９は従来の偏波コントローラの動作をポアンカレ球表示により説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】  〔Ａ〕原理説明
まず、本願発明の原理について説明する。
１段構成の偏波コントローラにおいて、位相シフト量が変化する方向を切り替える（反転する）ことは無限追従制御を実現するために重要であるが、位相シフト量がλ（入力光の波長）以外のポイントで、ポアンカレ球上の回転軸をπだけ回転させると、出力偏光状態が変化してしまう。そこで、従来は、前述したように、位相シフト量がλになったときに、素子の光学軸の方位（入射光の振動方向に対する角度）を変化させることによりポアンカレ球上の位相シフトに関する回転軸（Ｓ１軸又はＳ２軸）をπだけ回転〔つまり、ポアンカレ球の地軸（Ｓ３軸）を回転軸としてポアンカレ球をπだけ回転〕させている。
しかし、出力偏光状態を変化させることなくポアンカレ球上の回転軸（Ｓ１軸又はＳ２軸）を回転させることができるポイントが位相シフト量＝λ以外にも存在する。即ち、図１に示すように、入力偏光状態（点Ｓ）と出力偏光状態（点Ｓ′）との関係が、ポアンカレ球１００の赤道１１０に関して対称な位置関係にあるとき、換言すれば、ポアンカレ球１００のＳ３軸の上方からポアンカレ球１００を見た場合に、上記２つの偏光状態を表すポアンカレ球上の点Ｓ，Ｓ′が重なるときである。なお、この図１においても、図１８と同様に、ポアンカレ球１００の北極点ＮＰは右回り円偏光、南極点ＳＰは左回り円偏光、Ａ点は水平直線偏光（ＴＥモード）、Ｂ点は垂直直線偏光（ＴＭモード）、Ｃ点は斜め４５°方向の直線偏光を表している。また、赤道１１０上及び極点ＮＰ，ＳＰ以外は楕円偏光を表している。
入力偏光状態と出力偏光状態がこのような関係にあるとき、ポアンカレ球１００上で各偏光状態を表す２点Ｓ，Ｓ′は、赤道１１０上の任意の点から等しい距離にあるため、赤道１１０上のどの点を中心にしても、２点Ｓ，Ｓ′を通る円を描くことができる。
例えば図２Ａ及び図２Ｂに示すように、赤道１１０上の点Ｄ，点Ｅを結ぶ直線ＤＥを回転軸と考えると、点Ｄ（又は点Ｅ）を中心に２点Ｓ，Ｓ′を通る円１２０を描くことができる。したがって、点Ｓで表される入力偏光状態を点Ｓ′で表される出力偏光状態へ円１２０（円弧ＳＳ′）に沿って変化（変換）させることができる。なお、図２Ａは図１に示すポアンカレ球を点Ｓ，Ｓ′がＳ３軸と重なるよう側面から見たときの図、図２Ｂは同じポアンカレ球をＳ３軸の上方から見たときの図である。
同様に、図３Ａ及び図３Ｂ，図４Ａ及び図４Ｂ，図５Ａ及び図５Ｂ，図６Ａ及び図６Ｂ，図７Ａ及び図７Ｂの関係も、図２Ａ及び図２Ｂの関係と同じであり、これらの図にそれぞれ示すように、赤道１１０上のどの点Ｄ（又はＥ）を中心にしても、２点Ｓ，Ｓ′を通る円１２０を描くことができ、点Ｓで表される入力偏光状態を点Ｓ′で表される出力偏光状態へ円１２０（円弧ＳＳ′）に沿って変化（変換）させることができる。
したがって、出力偏光状態を変化させずにポアンカレ球上の回転軸をπだけ回転させることができる。換言すれば、入力偏光状態（点Ｓ）と出力偏光状態（点Ｓ′）との関係が、ポアンカレ球１００の赤道１１０に関して対称な位置関係にあるときに、ポアンカレ球上の回転軸をπだけ回転させれば、出力偏光状態を変化させずに位相シフト量を変化させる方向を切り替えることが可能となり、位相シフト量を０〜λまで変化させずに無限追従制御を実現できることになる。
〔Ｂ〕本発明の一実施形態としての偏波コントローラの説明
以下、このような無限追従制御を実現する偏波コントローラについて説明する。図８は本発明の一実施形態としての無限追従型の偏波コントローラ（偏波制御器）の構成を示すブロック図で、この図８に示す偏波コントローラは、表面に電極１１，１２，１３を有するＬＮ基板１と、ビームスプリッタ（ＢＳ）２，３と、偏光状態測定器４，５と、制御回路６とをそなえて構成されている。
ここで、ＬＮ基板（可変偏光素子）１は、例えば図９に模式的に示すように、ｘ−ｃｕｔされた（結晶軸のｘ軸に平行にカットされた）ニオブ酸リチウム〔ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）〕結晶（複屈折材料）からなる基板にｚ軸方向へ入力光を伝搬（ｚ伝搬）する導波路１０が設けられた構造を有しており、制御回路６から電極（ホット電極）１１，１３に下記の式（１）及び式（２）で表される電圧Ｖ１，Ｖ２がそれぞれ印加されるようになっている。なお、電極１２はグランド電極である。
Ｖ１＝（Ｖ０／ａ）ｓｉｎΘ＋Ｖ０〜λｃｏｓΘ＋ＶＴ／２  …（１）
Ｖ２＝（Ｖ０／ａ）ｓｉｎΘ−Ｖ０〜λｃｏｓΘ−ＶＴ／２  …（２）
ただし、これらの式（１）及び式（２）において、Ｖ０は完全にＴＥ−ＴＭ変換させる電圧を示しており、ａは位相シフト量に依存する変数である。また、Ｖ０〜λは０〜λまでの位相シフトを引き起こすための電圧を表し、ＶＴは導波路１０に残存する複屈折を補償するための固定バイアス電圧を表す。ΘはＬＮ結晶１（以下、単に「素子１」と表記する）の光学軸の方位を示している。
上記のような電圧Ｖ１，Ｖ２を印加することにより、素子１の位相シフト量と素子１の方位を変化させて、導波路１０を伝搬する入力光の偏光状態を変化させることが可能となり、１段構成の偏波コントローラが実現される。
入力側のビームスプリッタ２は、入力光の一部を入力モニタ光として偏光状態測定器４へ分岐するもので、残りの入力光は素子１の導波路１０へ導入されるようになっている。出力側のビームスプリッタ３は、素子１の出力光の一部を出力モニタ光として偏光状態測定器５へ分岐するものである。
入力側の偏光状態測定器（入力光測定器）４は、上記ビームスプリッタ２から入力される入力モニタ光の偏光状態（入力偏光状態）を測定（モニタ）するものであり、出力側の偏光状態測定器（出力光測定器）５は、上記ビームスプリッタ３から入力される出力モニタ光の偏光状態（出力偏光状態）を測定するものである。つまり、これらの測定器４，５は、素子１の入力光及び出力光の偏光状態をモニタする偏光状態モニタ手段として機能する。
そして、制御回路６は、上記の各偏光状態測定器４，５で測定される入力光偏光状態及び出力偏光状態のポアンカレ球１００上での位置がポアンカレ球１００の赤道１１０に対して対称（略対称な状態を含む）な位置（以下、対称位置という）にあるときに、素子１の光学軸の方位Θを変化させることによりポアンカレ球上の回転軸をπだけ回転させるとともに、位相シフト量Ｖ０〜λの変化方向を反転させる電圧（Ｖ１，Ｖ２）制御を行なうものである。
ここで、上記の対称位置は、Ｓ３軸の上方からポアンカレ球を見た場合に、２つの状態を表すポアンカレ球上の点が重なるときであるから、入力光についてのストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の絶対値と、出力光についてのストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の絶対値とが一致する状態である。
したがって、入力側の偏光状態測定器（以下、入力偏光状態測定器ともいう）４において、入力光についてのストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３を求め、出力側の偏光状態測定器（以下、出力偏光状態測定器ともいう）５において、出力光についてのストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３を求めて、制御回路６において、各パラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３の値を比較すれば、上記対称位置を見つけることができる。しかし、ストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３を求めることのできる測定器（ストークスアナライザ等）は一般に高価である。
そこで、本実施形態では、例えば図１０及び図１１に示すように、偏光状態測定器４，５を、それぞれ、入力光／出力光をそれぞれ３つのフォトダイオード（ＰＤ；受光素子）４３，４６，４９／５３，５６，５９で受光して、ポアンカレ球１００の３軸（Ｓ１軸，Ｓ２軸，Ｓ３軸）方向の成分別に受光量を測定できるように構成し、制御回路６では、その受光量の関係から上記対称位置を見つけるようにする。なお、このように３つのＰＤを用いて偏光状態を測定する測定器４，５を３ＰＤ測定器４，５と表記することがある。
より詳細には、入力偏光状態測定器４は、図１０に示すように、上記ＰＤ４３，４６，４９（以下、「入力ＰＤ」と表記することがある）に加えて、ビームスプリッタ４１，４４，偏光板４２，４５，４８（第１，第２，第３の入力光偏光板）及び１／４波長板４８（第１の１／４波長板）をそなえて構成され、入力光の一部をビームスプリッタ４１で分岐し、その分岐光を光学軸の方位が０°の偏光板４２を介してＰＤ４３（第１の入力光受光素子）で受光するとともに、同じ入力光の一部をビームスプリッタ４４で分岐し、その分岐光を光学軸の方位が４５°の偏光板を介してＰＤ４６（第２の入力光受光素子）で受光し、且つ、ビームスプリッタ４１，４４を通過する入力光を光学軸の方位が０°の１／４波長板４７及び光学軸の方位が４５°の偏光板４８を介してＰＤ４９（第３の入力光受光素子）で受光する構成とする。なお、一般に、光学軸の方位が０°（９０°）の１／４波長板は、右回り円偏光を斜め４５°直線偏光に、左回り円偏光を斜め１３５°直線偏光にそれぞれ変換する機能を有する。
これにより、入力ＰＤ４３には、ＴＥ成分（Ｓ１軸成分）が受光され、入力ＰＤ４６には、斜め４５°直線偏光成分（Ｓ２軸成分）が受光され、入力ＰＤ４９には、１／４波長板４７で斜め４５°直線偏光成分に変換されて方位が４５°の偏光板４８を通過する円偏光成分（Ｓ３軸成分）が受光され、それぞれの受光量に応じた電圧信号が制御回路６へ出力されることになる。したがって、各ＰＤ４３，４６，４９の受光量は、Ｓ０〜Ｓ３で表すことができて、下記のようになる。
入力ＰＤ４３＝（Ｓ０±Ｓ１）／２  …（３）
入力ＰＤ４６＝（Ｓ０±Ｓ２）／２  …（４）
入力ＰＤ４９＝（Ｓ０±Ｓ３）／２  …（５）
一方、出力偏光状態測定器５は、図１１に示すように、上記ＰＤ（以下、出力ＰＤと表記することがある）５３，５６，５９に加えて、ビームスプリッタ５１，５４，偏光板５２，５５，５８（第１，第２，第３の出力光偏光板）及び１／４波長板５８をそなえて構成され、出力光の一部をビームスプリッタ５１で分岐し、その分岐光を光学軸の方位が０°の偏光板５２を介してＰＤ５３（第１の出力光受光素子）で受光するとともに、同じ出力光の一部をビームスプリッタ５４で分岐し、その分岐光を光学軸の方位が４５°の偏光板５５を介してＰＤ５６（第２の出力光受光素子）で受光し、且つ、ビームスプリッタ５１，５４を通過する入力光を光学軸の方位が０°の１／４波長板５７及び光学軸の方位が１３５°の偏光板５８を介してＰＤ５９（第３の出力光受光素子）で受光する構成とする。
これにより、出力偏光状態測定器５においても、出力ＰＤ５３には、ＴＥ成分（Ｓ１軸成分）が受光され、出力ＰＤ５６には、斜め４５°直線偏光成分（Ｓ２軸成分）が受光されるが、出力ＰＤ５９には、方位が１／４波長板４７と同じ１／４波長板５７で斜め４５°直線偏光成分に変換されて方位が偏光板４８と９０°異なる１３５°の偏光板５８を通過する円偏光成分（Ｓ３軸成分：ただし、入力ＰＤ４９とは逆符号の成分）が受光され、それぞれの受光量に応じた電圧信号が制御回路６へ出力されることになる。したがって、各ＰＤ５３，５６，５９の受光量も、Ｓ０〜Ｓ３で表すことができて、下記のようになる。
入力ＰＤ５３＝（Ｓ０±Ｓ１）／２  …（６）
入力ＰＤ５６＝（Ｓ０±Ｓ２）／２  …（７）
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以上の式（３）〜式（８）から分かるように、入力ＰＤ４３と出力ＰＤ５３が複号同順、入力ＰＤ４６と出力ＰＤ５６が複号同順、入力ＰＤ４９と出力ＰＤ５９が複号逆順の対応関係にある。入力偏光状態と出力偏光状態の関係が、ポアンカレ球１００の赤道１１０に関して対称（図１参照）であるとき、これら２つの偏光状態間のストークスパラメータの関係は、Ｓ１とＳ２がそれぞれ大きさ符号とも等しく、Ｓ３は大きさが同じで符号が反対となるので、制御回路６は、入力ＰＤ４３と出力ＰＤ５３、入力ＰＤ４６と出力ＰＤ５６、入力ＰＤ４９と出力ＰＤ５９の値が互いに等しいときに、ポアンカレ球１００上の回転軸をπだけ回転させる切り替え制御を行なえばよいことになる。
つまり、制御回路６は、入力偏光状態測定器４で測定された受光量と出力偏光状態測定器５で測定された受光量とがポアンカレ球１００の３軸成分毎に一致（もしくは略一致）したことを検出することで入力偏光状態及び出力偏光状態がポアンカレ球１００の赤道１１０に対して対称位置にあることを検出する対称位置検出部６１（図８参照）としての機能をそなえていることになる。
そして、本例では、１／４波長板４７，５７の方位を各測定器４，５で互いに同じにするとともに、偏光板４８，５８の方位を各測定器４，５で互いに９０°異なるように配置することで、ＰＤ４９，５９では、上記のＳ３軸成分に関する復号逆順関係が考慮された上で円偏光成分が受光されるので、制御回路６では、単純にそれぞれの大きさ比較をするだけで対称位置を見つけることができる。
なお、３つのＰＤ４３，４６，４９又は５３，５６，５９への光の分岐比は関係なく、各ＰＤ４３，４６，４９又は５３，５６，５９の組に同じ大きさの光が入っていればよい。また、上記の偏光板４２（５２），偏光板４５（５５），１／４波長板４７（５７），偏光板４９（５９）の組み合わせ（光学軸の方位の組み合わせ）と等価な組み合わせを下記の表１及び表２に示す。下記表１及び表２における１番目の組み合わせが図１０及び図１１に示した組み合わせである。いずれの組み合わせを適用しても、上記と同様にストークスパラメータを求めることなくＰＤの受光量の関係から上記対称位置を見つけることが可能である。
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つまり、出力偏光状態測定器５において、１／４波長板５７は、その光学軸の方位が入力偏光状態測定器４における１／４波長板４７と同じ又は９０°異なるように配置され、偏光板５８は、この１／４波長板５７と入力偏光状態測定器４における１／４波長板４７の光学軸の方位が同じ場合は入力偏光状態測定器４における偏光板４８と光学軸の方位が９０°異なるように配置され、９０°異なる場合は当該偏光板４８と光学軸の方位が同じになるように配置されるのである。
このような配置関係をとることで、入力ＰＤ４９及び出力ＰＤ５９では、いずれの場合も、上記のＳ３軸成分に関する復号逆順関係が考慮された上で円偏光成分が受光されるので、制御回路６においては、上述のごとく単純な大きさ比較で済む。ただし、制御回路６において、上記復号逆順関係をソフトウェア処理等によって変換する場合は、各測定器４，５における偏光板４２，５２，偏光板４５，５５），１／４波長板４７，５７，偏光板４９，５９の組み合わせ（光学軸の方位の組み合わせ）は上記の表１及び表２には限られず、各測定器４，５でそれぞれ独立してポアンカレ球１００の３軸成分検出を行なえばよいことになる。
以上のような構成により、本実施形態の偏波コントローラでは、出力光を出力偏光状態測定器５によって出力光の偏光状態をモニタし、制御回路６が、所望の偏光状態となるように光学軸の方位と位相シフト量を制御して追従制御を行なう。一方で、制御回路６は、各測定器４及び５での測定結果に基づいて、入力光と出力光の偏光状態がポアンカレ球１００上で赤道１１０に対して対称位置にあるかをチェックする。なお、この場合、入力光と出力光の偏光状態の双方を観測しているため、素子１にドリフトがあっても問題はない。
そして、観測した２つの偏光状態がポアンカレ球１００の赤道１１０に対して対称位置にあれば、出力偏光状態測定器５によって出力光の偏光状態をモニタしながら、当該偏光状態が変わらないように位相シフト量を調節しつつ、ポアンカレ球１００上の回転軸をπだけ回転させる切り替え制御を行なう。
これにより、図２Ａ，図２Ｂ〜図７Ａ，図７Ｂにより前述したように、１段構成の偏波コントローラにおいて、入出力偏光状態が上記対称位置にある関係を保持しながら、即ち、出力偏光状態を変化させることなく位相シフト電圧Ｖ０〜λの変化方向を切り替えることができ、λ未満の位相シフト量で無限追従制御を実現することが可能となる。したがって、全体としてコンパクトな構成で、従来よりも無限追従制御に必要な可変電圧範囲を節約することができ、消費電力を低減することができる。
また、入力光及び出力光の偏光状態を３ＰＤ測定器４，５により測定するので、高価な測定器を用いてストークスパラメータを求める必要がなく、構成が簡単となり、偏波コントローラの低コスト化を図ることができる。もっとも、既存の測定器を適用しても、位相シフト量がλ未満での無限追従制御を実現することは可能である。
〔Ｂ１〕変形例の説明
なお、上述のごとくポアンカレ球１００上の回転軸をπだけ回転させる切り替え制御は、上記の対称位置（切り替えポイント）を見つけたときにすぐに行なうと、その直後に位相シフト量の変化が逆方向になり、位相シフト量の変化の範囲がλを超えてしまうことがある。
そこで、制御回路６において、追従制御中に、上記切り替えポイントを見つけた後の位相シフト量の微小変化を観測し、図１２及び図１４に示すように、位相シフト量の変化の方向が微小変化後もそれまでと同じ方向であれば、切り替え制御を行ない、逆に、図１３及び図１５に示すように、位相シフト量の変化の方向が微小変化後に逆方向となっていれば、当該切り替え制御は行なわないようにする。
具体的には、制御回路６において、位相シフト量を変化させている電圧（位相シフト電圧）Ｖ０〜λを監視（モニタ）しておき、上記切り替えポイントを見つけたときに、その直前と直後の偏光状態を加えた３つの状態での位相シフト電圧Ｖ０〜λに基づいて位相シフト電圧Ｖ０〜λの変化する方向が逆転するか否かをチェックし、逆転していれば、ポアンカレ球１００上の回転軸をπだけ回転させる切り替え制御を行ない、逆転していなければ、位相シフト電圧Ｖ０〜λの変化する方向が逆方向になった場合には、当該切り替え制御を行なわないようにする。
つまり、この場合の制御回路６は、位相シフト量の変化方向を素子１に印加する電圧Ｖ０〜λを監視することでモニタする位相シフト監視部（電圧値監視部）６２（図８参照）としての機能と、この位相シフト監視部６２において、少なくとも上記の各偏光状態が対称位置になった直後の位相シフト量の変化が、その直前の変化と同じ方向であることが観測されると、上記のポアンカレ球１００の回転制御を行なう一方、逆方向であることが観測されると、当該回転制御を行なわない光学軸制御部６３としての機能とをそなえていることになる。
このような制御回路６の機能により、上記切り替えポイントでの切り替え制御を行なった直後に位相シフト量の変化が逆方向になり、位相シフト量の変化の範囲がλを超えてしまうことを防止することが可能となる。また、切り替え制御を実行するか否かを位相シフト電圧Ｖ０〜λをモニタすることで判断することができるので、かかる制御を容易に実現することができる。
〔Ｃ〕本発明の一実施形態としての偏波モード分散（ＰＭＤ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）補償器の説明
図１６は本発明の一実施形態としてのＰＭＤ補償器の構成を示すブロック図で、この図１６に示すＰＭＤ補償器は、上述した１段構成の無限追従型の偏波コントローラ〔素子１，ＢＳ２，３，偏光状態測定器４，５及び制御回路６〕を用いて構成され、他に、ＤＧＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｇｒｏｕｐ  Ｄｅｌａｙ）発生器７，ビームスプリッタ（ＢＳ）８，偏光度（ＤＯＰ）測定器９及び制御回路１０をそなえて構成されている。
ここで、ＤＧＤ発生器７は、上記偏波コントローラのＢＳ３の出力光を入力光として受光し、当該入力光に制御回路１０の制御の下に群遅延時間差を与えるものであり、ＢＳ８は、このＤＧＤ発生器７から出射される光を２分岐して一方をＤＯＰ測定器９へ出力し、他方をＰＭＤ補償後の出力光として出力するものである。
そして、制御回路１０は、上記ＤＯＰ測定器９で測定されたＤＯＰが最大（＝１）となるようにＤＧＤ発生器７にて偏波コントローラの出力光に与える群遅延時間差を制御するものである。
なお、この場合、偏波コントローラの制御回路６も、ＤＯＰ測定器９の測定結果に基づいてＤＯＰが最大となるように、素子１の方位と位相シフト量を制御するとともに、前記切り替えポイントでの切り替え制御を行なうことになる。この際、項目〔Ｂ１〕で述べた制御を行なうようにしてもよい。また、制御回路６と制御回路１０とは共用化してもよい。さらに、偏光状態測定器４，５には、図１０及び図１１により前述した３ＰＤ測定器を適用してもよいし、既存の測定器を適用することもできる。
このような構成により、本実施形態のＰＭＤ補償器では、ＰＭＤ補償のための偏波コントローラにおける無限追従制御をλ未満の位相シフト量で実現することができ、既存の偏波コントローラを用いる場合に比して、ＰＭＤ補償器の消費電力を全体として低減することが可能となる。
なお、ＤＯＰ測定器９を用いる場合は、無限追従制御における上記切り替えポイントを、偏光状態測定器４，５を用いずに見つけることも可能である。即ち、ＰＭＤ補償器を例えば図１７に示す構成とする。
そして、ＤＯＰ測定器９で測定されるＤＯＰが最大となるように制御回路６及び１０による制御を行なった後、偏波コントローラ（素子１）の位相シフト量を微小量減少させるとともに、素子１の方位を微小量変化させてポアンカレ球１００上の回転軸を微小回転させてみて、ＤＯＰが保たれれば、さらに、位相シフト量を微小量減少させ、ポアンカレ球１００上の回転軸も微小量回転させる。これを何度か繰り返し行なうことができれば、この状態が入出力偏光状態の関係（対称位置関係）を維持しながらポアンカレ球１００上の回転軸をπだけ回転させることのできる切り替えポイントになる。
つまり、制御回路６は、位相シフト量の微小量変化と素子１の方位の微小量回転とを繰り返しても、ＤＯＰ測定器９で測定されるＤＯＰが保たれる（悪化しない）ときに、素子１の入力光及び出力光の各偏光状態を表すポアンカレ球１００上の位置が赤道１１０に対して対称位置にあると判断して、上記の切り替え制御を行なうのである。
このような制御を行なうことで、上記切り替えポイントを、偏光状態測定器４，５を用いずに見つけて、当該切り替えポイントで素子１の方位を変化させてポアンカレ球１００上の回転軸をπだけ回転させる切り替え制御を行なうことができる。したがって、この場合は、λ未満の位相シフト量で無限追従制御を実現して消費電力を低減しつつ、ＰＭＤ補償器の小型化，低コスト化を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明によれば、入力光及び出力光の偏光状態がポアンカレ球の赤道に対して対称もしくは略対称な位置にあるときに、ポアンカレ球上の位相シフトに関する回転軸をπだけ回転させて、位相シフト量の変化方向を反転させることにより、λ未満の位相シフト量で無限追従偏波制御を実現することができるので、無限追従偏波制御に必要な消費電力の低減，偏波制御器の低コスト化などを図ることが可能となり、特に、光通信分野においてその有用性は極めて高いものと考えられる。
【図１】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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