(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の偏光を有する光を受け付け、該光の偏光を所定の角度だけ回転させて出力する入力側可変偏光回転子と、
入力側１／４波長板と、出力側１／４波長板と、前記入力側１／４波長板と前記出力側１／４波長板との間に介挿された中間可変偏光回転子とを有し、前記入力側可変偏光回転子から出力する光を受付け、該光の受付け時の偏光状態に対する相対的な偏光状態を、ポアンカレ球上で、ストークスパラメータをＳ1，Ｓ2，Ｓ3、前記入力側１／４波長板の遅相軸方位に対する前記出力側１／４波長板の遅相軸方位の相対角度（ｒａｄ）をφとして、次式：
（Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）＝（ｃｏｓ（φ−π／４），ｓｉｎ２（φ−π／４），０）
で示されるベクトル軸を中心とした円軌跡上の所定の位置によって表示される偏光状態に変換して出力する可変直線位相子と、
前記可変直線位相子から出力する光を受付け、該光の偏光を、前記所定の角度と絶対値が同じ角度だけ回転させて出力する出力側可変偏光回転子と、
を備えることを特徴とする偏波コントローラ。
【請求項２】
１／４波長板と、光反射手段と、前記１／４波長板と前記光反射手段との間に介挿された中間可変偏光回転子とを有し、前記１／４波長板側から光を受付け、前記光反射手段によって該光が前記中間可変偏光回転子内を往復するように反射させるとともに、該光の受付け時の偏光状態に対する相対的な偏光状態を、ポアンカレ球上で、ストークスパラメータをＳ1，Ｓ2，Ｓ3として、次式：
（Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）＝（０，−１，０）
で示されるベクトル軸を中心とした円軌跡上の所定の位置によって表示される偏光状態に変換して前記１／４波長板側に出力する可変直線位相子と、
任意の偏光を有する光を入力側から受け付け、該光の偏光を、所定の角度だけ回転させて前記可変直線位相子の前記１／４波長板に出力するとともに、前記１／４波長板から出力する前記偏光状態の光を受付け、該光の偏光を前記所定の角度と絶対値が同じ角度だけ回転させて出力する入出力可変偏光回転子と、
を備えることを特徴とする偏波コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は偏波コントローラに関し、更に詳しくは、低消費電力で駆動し、挿入損失は小さく、ある任意偏光を別の任意偏光に偏光変換することができ、光伝送システムにおける偏波モード分散補償装置の組み立てに用いて有用である新規な偏波コントローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光伝送システムの進展、普及に伴い、システムの伝送容量を増大させるために、波長分割多重（ＷＤＭ）方式による多チャンネル化が進められている。
この多チャンネル化と並んで、伝送容量を増大させる方法としては、各チャンネルの光パルスのビットレートを増大させる方法があり、現在では、１０Gbpsの導入が進んでいる。そして、最近では、今後実用化が期待されている４０Gbpsの導入が展望されている。
【０００３】
このようなハイビットレートの光パルス伝送においては、その伝送品質の劣化を招くいくつかの要素がある。
その１つが偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）である。これは、光パルスの伝送路である光ファイバの中でランダムに発生する複屈折に基因して、伝送されている光パルスにおいて、本来は縮退しているべき直交偏波モードが分離してパルス幅を拡大させるという現象である。このような現象を発現した光パルスは、もはや、正しい光信号としての機能を発揮しないことになる。
【０００４】
したがって、最近の光ファイバでは、このＰＭＤを小さくする努力がなされている。しかしながら、その値は、せいぜい、０.２５ps／km1/2程度である。そして、そのような光ファイバを用いて４０Gbpsのビットレートを採用した場合、光伝送が可能な距離は長くても９０km程度であり、それ以上の距離の光伝送を実現することはできない。
【０００５】
また、これまでに敷設されてきた古い光ファイバのＰＭＤは１ps／km1/2程度であるため、ビットレートを１０Gbpsにするとその光伝送可能な距離は１７０km程度であり、ましてや、ビットレートを４０Gbpsにすると１０km程度までしか光伝送を実現することができない。
このように、既設の光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、ビットレートを１０Gbpsに高める場合や、次世代光伝送システム用に新たな光ファイバを敷設してそのビットレートを４０Gbps以上で運転しようとする場合には、ＰＭＤの影響が顕著に現れ、その結果、伝送容量が大きく、実用的な光伝送システムの構築が困難になる。
【０００６】
そのため、ＰＭＤを補償する各種の装置が提供されている。ここで、代表的な装置を例示し、その機能について説明する。
まず、Electron, Lett., vol.30, No.4, pp.384〜349，1994や、OFC'99, Technical Digest 86/WE5-1などの文献に記載されている装置について説明する。
このＰＭＤ補償装置は、伝送路を伝搬してきた光信号の主偏光（Principal States of Polarization：ＰＳＰ）と呼ばれ、分離した２本の直交偏光成分のそれぞれを、群遅延時間（Differential Group Delay：ＤＧＤ）付与部として機能する偏波保持光ファイバ（Polarization Maintain Fiber：ＰＭＦ）における直交する２個の固有偏光（Eigen States of Polarization：ＥＳＰ）のそれぞれに偏光変換する偏波コントローラと、ＤＧＤ付与部としての上記ＰＭＦと、伝搬してきた光パルスのＰＭＤによる波形歪みをモニタとするモニタ手段と、このモニタ手段からの制御信号で上記偏波コントローラの運転を制御する制御装置を備えている。
【０００７】
この装置の場合、送信信号を周波数変調し、その偏光状態（State of Polarization：ＳＯＰ）の周波数依存性を受信側で間接的に検知する。そして、送信信号のＳＯＰと伝送路におけるＰＳＰが一致しているか否かを確認しながら、送信器端に設けられている上記偏波コントローラを制御し、伝送路への入射信号のＳＯＰをＰＳＰに追随させるという態様で運転される。
【０００８】
また、J of Lightwave Technology, vol.12, No.15, pp891〜898, 1994や、OFC'99, paper TuS4, 1999などの文献には次のような装置が記載されている。
この装置は、送信器端から受信器端に至る伝送路全体の系のＰＳＰを、送信器から発振している光のＳＯＰに一致させるように運転される。
具体的には、偏波コントローラと伝送路で発生するＰＭＤの量よりも大きいＰＭＤを有する固定ＤＧＤ付与部（例えばＰＭＦ）を受信器の前に配置し、ここで偏光度（Degree of Polarization：ＤＯＰ）をモニタし、このＤＯＰが最大値を示すように全体の系を運転制御することにより、全体の系のＰＳＰを送信信号のＳＯＰに一致させている。
【０００９】
なお、上記した説明において、あるＤＧＤが与えられている２個のＰＳＰ間の当該ＤＧＤが、一般に、ＰＭＤと呼ばれている。厳密にいえば、送信信号のスペクトル内における各波長間のＤＧＤの平均値である。
また、上記したＰＳＰは、ある伝送路に入射した送信信号のＳＯＰを周波数に対して無依存としたときに、その伝送路からの出射偏光は周波数に対して１次のオーダで無依存であることを条件にして求められた偏光状態であるとしている。この状態は、送信信号のスペクトル幅が充分に狭いことと、ＰＭＤが極端に大きくなっていないということを前提にして求められている。
【００１０】
ところで、これらのＰＭＤ補償装置に組み込まれるＤＧＤ付与部としては、図１１で示したように、偏光成分を分離する偏光分離素子を備え、分離されたそれぞれの偏光成分の伝搬距離を可動鏡により空間的に変化させて各偏光成分間のＤＧＤをゼロ化する可変タイプのものがある。このＤＧＤ付与部は、変換の対象である変更が直線偏光である場合にのみ機能することができる。
【００１１】
また、ＤＧＤ付与部としては、図１２で示したように、τ1のＤＧＤを与えるＰＭＦのような一軸性複屈折媒質と、τ2のＤＧＤを与える別のＰＭＦのような一軸性複屈折媒質の間に偏光回転子が配置された固定タイプのものもある。この固定タイプのＤＧＤ付与部は、変換の対象である偏光が直線偏光である場合に限らず、例えば楕円偏光を含む任意偏光に対しても機能することができる。
【００１２】
ところで、ＰＭＤの補償とは、送信器−伝送路−偏波コントローラ−ＤＧＤ付与部−受信器で構成される系において、伝送路から出射したＳＯＰ状態の送信信号におけるＰＳＰ間のＤＧＤがＤＧＤ付与部を出力した時点でゼロになるということである。
このようなＰＭＤの補償方法としては次のような２種類の方法が知られている。
【００１３】
その説明を進めるに当たり、まず、ストークス空間を想定する。このストークス空間とは、その直交基底が０°直線偏光成分の強度Ｓ1、４５°直線偏光成分の強度Ｓ2、および右回り円偏光の強度Ｓ3である３次元空間であり、その空間内の単位円がポアンカレ球に相当する。Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3はストークスパラメータと呼ばれる。
【００１４】
そして、このストークス空間内において、変調直後の伝送路への送信信号のＳＯＰを示すベクトルをＳin、伝送路で発生するＰＭＤのベクトルをΩt、偏波コントローラが備える偏光変換をＴ1，ＤＧＤ付与部におけるＰＭＤのベクトルをΩCとして想定する。
ここで、ＰＭＤのベクトル（Ωt）は、その単位ベクトルが遅いＰＳＰを表すものとする。そして、ベクトルの向きはＰＳＰの向きと同じであり、ベクトルの大きさは２個のＰＳＰの間の長さ、すなわちＤＧＤで与えられる。
【００１５】
以上の表示規定を踏まえて、最初に、ＰＭＤの補償に関する第１の方法を図１３に示す。この方法は、図１１で示したＤＧＤ付与部を含む系に適用され、伝送路で発生したＰＭＤを直接補償する方法である。
この方法では、伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰであるベクトルＳinには、伝送路を伝搬する過程でベクトルΩtのＰＭＤが与えられる。このベクトルΩtは、伝送路の状態（例えば外部から圧力が加わっているなど）に応じて、その大きさと方向が常に変化している。
【００１６】
そして、ＤＧＤ付与部が有するＰＭＤのある一定値のベクトルΩcが、偏波コントローラによってベクトルΩtと逆向きのベクトルΩc・Ｔ1となるように偏光変換される。このとき、偏光変換Ｔ1、ＰＭＤのベクトルΩcを調整することによりベクトルΩ'c・Ｔ1とし、Ω'c・Ｔ1の大きさとベクトルΩtの大きさを等しくする。その結果、ベクトルΩtとベクトルΩ'c・Ｔ1とが打ち消しあい、ここに、ベクトルΩtの補償が実現する。
【００１７】
なお、上記した補償方法では、ＤＧＤ付与器として、図１１で示したような可動タイプのものを用いてベクトルΩcを変化させているが、図１２で示した固定タイプのＤＧＤ付与器を用いる場合は、伝送路で発生するＰＭＤベクトルの大きさ｜Ωt｜よりも小さい値のベクトル｜Ωc｜を設定し、偏光変換Ｔ1を調整して同様の補償を行うことができる。
【００１８】
次に、ＰＭＤの補償に関する第２の方法を図１４に示す。この方法は、図１２で示した固定タイプのＤＧＤ付与部に適用される。
この方法では、伝送路によって送信信号に与えられたベクトルΩtと、偏光変換Ｔ2によって変換されたＤＧＤ付与部のＰＭＤのベクトルΩc・Ｔ2の和が、伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰであるベクトルＳinと同じ方向を向くように設定される。
【００１９】
伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰのベクトルＳinと、伝送路、偏波コントローラ、およびＤＧＤ付与部から成る系全体のＰＭＤのベクトル（Ωt＋Ωc・Ｔ2）とが同じ方向を向いているということは、送信信号が系全体のＰＳＰに入射されていることを意味する。
そしてこのＰＳＰは、前記したように、１次のオーダでは、ＰＭＤを発生しない伝送状態なっている。その理由は、ＰＭＤは２個の直交ＰＳＰ間のＤＧＤであるから、一方のＰＳＰに入射した送信信号（光パルス）の分離は起こり得ないからである。
【００２０】
この第２の方法において、ＰＳＰによる伝送を実現するためにＤＧＤ付与部に要求される特性としては、系全体のＰＭＤのベクトル和（Ωt＋Ωc・Ｔ2）が必ず入射ＳＯＰのベクトルＳinの方向に向く条件のみを備えていればよい。具体的には、｜Ωt｜≦｜Ωc｜のみが成立していればよい。すなわち、ＤＧＤ付与部におけるＤＧＤ｜Ωc｜は固定値になっていてもよいのである。
【００２１】
したがって、この第２の方法は第１の方法に比べて実施が容易であり、しかも、前記した１次のオーダが成立していれば、ＰＭＤは完全に補償されることになる。
第１の方法において、ＰＭＤ補償を制御する方法としては、一般的にいって、系全体の最終的なＰＭＤ量、すなわち、｜Ω＋Ω'c・Ｔ1｜量と相関のある、強度変調されている送信信号の特定周波数（通常は送信信号のビットレートの半周波数が採用される）の光強度Inをモニタする。このモニタ動作は、送信信号のパルス広がりを直接観察していることに相当する。
【００２２】
したがって、この光強度Inが最大であるときには、系全体のＰＭＤ量が最小（パルスが最も広がらない状態）になっているため、光強度Inの最大値制御を行って、系全体の最終的なＰＭＤ量がモニタされる（Electron, Lett., vol.30, No.4, pp.384〜349，1994や、OFC'99, Technical Digest 86/WE5-1などを参照）。
一方、第２の方法の場合は、ＰＳＰで伝送する送信信号は１次のオーダではＰＭＤを受けない。すなわちＰＭＤ＝０であるため、ＤＯＰの劣化は起こらない。
【００２３】
したがって、第２の方法においては、ＤＯＰをモニタしてその最大値制御を行うことにより、ＰＭＤ補償制御が実施される（OFC'99, paper TuS4, 1999）。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、ＰＭＤ補償を実施するためには、偏波コントローラが必須の要素として系の中に組み込まれる。その場合、用いる偏波コントローラには次のような機能が要求される。
図１１で示したような可変直線複屈折を創出する可変ＤＧＤ付与部を用いる前記した第１のＰＭＤ補償方法を実施する場合、ＤＧＤから与えられるＰＳＰは常に直線偏光になっている（すなわち、ベクトルΩcは直線偏光である）。
【００２５】
したがって、可変ＤＧＤ付与部の上流側に配置される偏波コントローラから出射するＳＯＰは常に直線偏光になっていればよい。換言すれば、偏波コントローラは任意偏光を直線偏光に偏光変換できる機能を備えていればよい。
しかしながら、第２のＰＭＤ補償方法を実施する場合には、可変ＤＧＤ付与部でもそのＰＳＰが変化するので、用いる偏波コントローラは、出射するＳＯＰを任意偏光に偏光変換できる機能を備えていなければならない。
【００２６】
図１４で示した第２のＰＭＤ補償方法においては、系全体のＰＭＤのベクトル（Ωt＋Ωc・Ｔ）が入射端のＳＯＰのベクトルＳinと同じ向きにするのみであるため、この系で用いる偏波コントローラからの出射ＳＯＰは特定のＳＯＰに限定されなくてもよい。すなわち、偏波コントローラとしては、任意偏光を任意偏光に偏光変換できる機能を備えていればよい。
【００２７】
任意偏光を任意偏光に偏光変換する偏波コントローラとしては、例えば、光ファイバに側圧を与えることによって発生する光弾性効果を利用するタイプのものや、リチウムナイオベート導波路を用いることにより電気光学効果を利用するタイプのものが知られている。
しかしながら、前者のタイプのものは、圧電素子などの大規模な装置を必要とし、またその消費電力も大きいという問題があり、後者のタイプのものは、系に組み込んだときの挿入損失が大きく、また偏光依存性が大きいなどの問題がある。
【００２８】
本発明は、任意偏光を任意偏光に偏光変換する従来の偏波コントローラにおける上記した問題を解決し、構造は簡素であり、系への組み込み時における損失は小さく、低消費電力で安定動作する新規な偏波コントローラの提供を目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、
可変偏光回転子と１／４波長板を備え、かつ任意偏光を任意偏光に偏光変換する偏波コントローラであって、
変換後の偏光状態が、変換前の偏光状態に対して、ポアンカレ球上で、次式：
（Ｓ1，ＳS，Ｓ3）＝（cos２（φ−π／４），sin２（φ−π／４），０）
（ただし、Ｓ1，ＳS，Ｓ3はストークスパラメータを表し、φは１／４波長板の軸方位の相対角度（rad）を表す）
で示されるベクトル軸を中心とした円軌跡を描いて変化した偏光状態になることを特徴とする偏波コントローラが提供される。
【００３０】
具体的には、偏光の入射側から、変換された偏光の出射側にかけて、第１のコリメータ、第１の可変偏光回転子、第１の１／４波長板、第２の可変偏光回転子、第２の１／４波長板、第３の可変偏光回転子、および第２のコリメータがこの順序で配置されていることを特徴とする偏波コントローラ（以後、偏波コントローラＡという）が提供され、また、一端に入力ポートと出力ポートを備えたサーキュレータの他端には、コリメータ、第１の可変偏光回転子、１／４波長板、第２の可変偏光回転子、および全反射ミラーがこの順序で配置されていることを特徴とする偏波コントローラ（以後、偏波コントローラＢという）が提供される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
まず、偏波コントローラＡの基本的な構造例を図１に示す。
この偏波コントローラＡは、３個の偏光回転子と２枚の１／４波長板で構成されていて、第１の可変偏光回転子と第２の可変偏光回転子の間に第１の１／４波長板が介装され、また第２の可変偏光回転子と第３の可変偏光回転子の間にも第２の１／４波長板が介装されている。そして２枚の１／４波長板とそれに挟まれた第２の可変偏光回転子で、機能的には、後述する可変位相子（図の破線で囲った部分）が形成されている。
【００３２】
この偏波コントローラＡでは、光ファイバを伝送してきた送信信号（光パルス）は第１のコリメータによってビームに変換され、その変換ビームが、第１の可変偏光回転子、第１の１／４波長板、第２の可変偏光回転子、第２の１／４波長板、第３の可変偏光回転子をこの順番で通過し、その過程で後述するような偏光変換を実現したのち、第２のコリメータによって光ファイバに結合される。
【００３３】
最初に、第１の１／４波長板と第２の可変偏光回転子と第２の１／４波長板で形成されている要素Ａ0の機能について説明する。
この要素Ａ0のジョーンズマトリクスＶＲ（θ2，φ）は次式で示される。
なお、第１の１／４波長板の遅い軸方位を０rad、第２の１／４波長板の遅い軸方位をφ、第２の可変偏光回転子の偏光回転角度をθ2とする。
【００３４】
ＶＲ（θ2，φ）＝Ｑ（φ）・Ｔ（θ2）・Ｑ（０）    ・・・（１）
ここで、
【００３５】
【数１】
0003977085.tif 000002
【００３６】
である。
このマトリクスの固有値および固有ベクトルを解析すると、φ＝π／２（rad）であるときに、固有ベクトルはθ2に対して無依存になる。
このときの固有値ｅν1（θ2）、ｅν2（θ2）と、固有ベクトルＥ1，Ｅ2は、次式で示される。
【００３７】
【数２】
0003977085.tif 000003
【００３８】
したがって、φ＝π／２（rad）に設定すると、この要素Ａ0は、４５°直線偏光と−４５°直線偏光の間に位相差：２×θ2radを与える直線位相子として機能する。そして、θ2は可変であるので、この要素Ａ0は可変直線位相子になっている。
図２に、上記した位相子における偏光変換作用をポアンカレ球上に示す。
【００３９】
図２で示したように、位相子に入射した変換前の偏光は、進相軸方位であるＲ方向を軸として右回りに２×θ2（rad）だけ回転して偏光変換する。なお、図中のＲは式Ｅ2のストークス表示によるベクトルであり、４５°直線偏光の方向を向いている。
したがって、図１の偏波コントローラにおいて、第１の可変偏光回転子の回転角度と第３の可変偏光回転子の回転角度を等しくし、かつ互いの方向を逆転させれば、ポアンカレ球上のＲ軸を任意の方向に向けることができる。すなわち、この偏波コントローラＡの場合、この要素に入射する任意偏光を他の任意偏光に変換することの可能性が推定できる。
【００４０】
今、第１の可変偏光回転子と第３の可変偏光回転子の回転角度を、いずれも、θ1であるとすると、図１で示した偏波コントローラのジョーンズマトリクスは、次式で示される。
ＰＣ1（θ1，θ2，φ）＝Ｔ（−θ1）・ＶＲ（θ2，φ）・Ｔ（θ1）・・・（２）
ここで、φ＝π／２（rad）とした状態で、θ1を０〜π／２（rad）、θ2を０〜π（rad）の範囲において、π／２０（rad）の角度間隔で逆方向に変化させたときに、入射端でランダムに選んだＳＯＰのベクトルＳin＝（−０.１７，０.７４８，−０.６４）を偏光変換した後におけるＳＯＰ（θ1，θ2が可変）を図３に示す。
【００４１】
図３におけるワイヤーフレームの交点がデータ点である。
図３から明らかなように、変換後の偏光はポアンカレ球上の全体に広がっている。このポアンカレ球上の広がりは、Ｓinがどのような偏光であっても実現されており、したがって、この偏波コントローラは任意偏光を任意偏光に変換できることを示している。
【００４２】
その場合、θ1とθ2のダイナミックレンジが、θ1＝０〜π／２，θ2＝０〜π、，またはθ1＝０〜π、θ2＝０〜π／２であれば、この偏波コントローラは全ての偏光をカバーして上記した偏光変換を実現することができる。
上記した説明は、第１の可変偏光回転子と第３の可変偏光回転子の回転角度が互いに逆の場合に関するものであるが、この偏波コントローラＡは、第１の可変偏光回転子と第３の可変回転偏光子の回転方向が同じであっても、任意偏光を任意偏光に変換することができる。以下にそのことを説明する。
【００４３】
この場合のジョーンズマトリクスは、次式のようになる。
ＰＣ2（θ1，θ2，φ）＝Ｔ（θ1）・ＶＲ（θ2，φ）・Ｔ（θ1）・・・（３）
そして、φ＝π／２（rad）とした状態で、θ1を０〜π／２（rad）、θ2を０〜π（rad）の範囲においてπ／２０の角度間隔で同方向に変化させたときに、入射端でランダムに選んだＳＯＰのベクトルＳin＝（−０.１７，０.７４８，−０.６４）を偏光変換したのちのＳＯＰは図４のようになる。
【００４４】
図３と対比して明らかなように、この場合には、変換の経路が異なるのでデータ点の位置は異なっている。しかし、変換後の偏光はポアンカレ球上の全体に広がっている。すなわち、この場合も、任意偏光を任意偏光に変換している。そして、そのために必要なθ1，θ2のダイナミックレンジは、図３の場合と同じように、θ1＝０〜π／２，θ2＝０〜π、，またはθ1＝０〜π、θ2＝０〜π／２である。
【００４５】
ところで、これまでの説明は第２の１／４波長板の方位角度φがπ／２である場合についてのものであるが、本発明の偏波コントローラは、φ≠π／２の場合であっても、任意偏光の任意偏光への偏光変換が可能である。そのことを以下に説明する。
今、図１で示した要素Ａ0における固有偏光と固有値について考える。
【００４６】
まず、φ＝０，φ＝π／８，φ＝π／４，φ＝３π／８，φ＝π／２のそれぞれの場合における上記した２つの固有値の偏角の差、すなわち位相差Δδのθ2依存性を図５に示す。
また、同じφ値における固有偏光のθ2依存性を図６に示す。
図５と図６から次のことがわかる。
【００４７】
まず、φ＝π／２の場合は、固有偏光はθ2に依存せず、±４５°直線偏光として一定であり、その固有値の差、すなわち固有偏光間に与えられている位相差Δδは、図５で示されているように、θ2がπ変化すると２πの変化幅を有した状態で連続的に変化しており、既に説明した可変直線位相子として機能している。
【００４８】
しかしながら、φ値が０，π／８，π／４，３π／８の場合は、固有偏光は変動し、また位相差Δδも複雑に変化している。
例えば、φ＝０の場合（図６（ａ）の場合）、固有偏光はＳ2の面内で円を描くように変化し、かつ、与えられる位相差Δδは、図５から明らかなように、θ2に無依存でその値はπである。
【００４９】
そして、前記した可変直線位相子（φ＝π／２の場合）における偏光変換作用を想起すると、入射した偏光は、各θ2のときの固有偏光を軸にして右回りにπ回転して偏光変換するため、θ2の変化に対して円軌跡を描くものと考えられる。
ここで、φ＝０，π／８，π／４，３π／８，π／２のそれぞれにおいて、式（１）でランダムに選択したＳＯＰのＳin＝（−０.１７，０.７４８，−０.６４）の変換作用を図７に示す。
【００５０】
図７から明らかなように、変換後のＳＯＰは、次式：
（Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）＝（cos２（φ−π／４），sin２φ−π／４），０）・・・（４）
で示されるポアンカレ球上の軸を回転軸として円を描いている。
このように、この要素Ａ0は、φ≠π／２であっても、直線位相子の場合と同じように、ポアンカレ球上で、緯度方向への偏光変換作用を行う。
【００５１】
したがって、この要素Ａ0と、経度方向への偏光変換作用を実現できる第１の可変偏光回転子と第３の可変偏光回転子を組み合わせることによって構成された、図１で示した偏波コントローラＡは任意偏光を任意偏光に変換することができる。
例えば、φ＝π／４の１／４波長板を用い、θ1＝０〜π／２，θ2＝０〜πまたはθ1＝０〜π，θ2＝０〜π／２の可変幅で、ＳＯＰのベクトルＳin＝（−０.１７，０.７４８，−０.６４）を、式（２）で示したＰＣ1（θ1，θ2，π／４）、式（３）で示したＰＣ2（θ1，θ2，π／４）に基づいて偏光変換したときのＳＯＰを図８と図９にそれぞれ示す。
【００５２】
図８（ａ）、図９（ａ）からも明らかなように、図３や図４で示した変換とは異なる態様になっているが、この場合も、ポアンカレ球の全体で変換可能になっている。しかし、図８（ｂ）、図９（ｂ）で示した変換の場合は、ポアンカレ球の一部しかカバーしていない。また、ＰＣ1，ＰＣ2に基づく変換のいずれにおいても、任意偏光を任意偏光に変換するためには、θ1，θ2は、θ1＝０〜π／２，θ2＝０〜πに設定すべきであることがわかる。
【００５３】
このように、偏波コントローラＡの場合、２個の１／４波長板の遅い軸方位の相対角度がどのような角度であったとしても、その偏波コントローラは任意偏光を任意偏光に変換することができる。
なお、偏波コントローラＡは可変偏光回転子として例えば可変ファラデー回転子や液晶を用いることができるので、構造は簡素であり、非機械式であるため高信頼性を有し、また高速応答が可能である。
【００５４】
図１０は本発明の他の偏波コントローラの例Ｂを示す。
この偏波コントローラＢは、第２の可変偏光回転子の直後に全反射ミラーが配置された構造になっている。
この偏波コントローラＢでは、サーキュレータの入力ポートに入射した送信信号はサーキュレータを通り、コリメータでビームに変換され、その変換ビームが、第１の可変偏光回転子、１／４波長板、第２の可変偏光回転子を順次通過して全反射ミラーで反射し、再び第２の可変偏光回転子、１／４波長板、第１の可変偏光回転子を順次通過し、この過程で、偏波コントローラＡの場合と同じような偏光変換する。そして、コリメータで光ファイバに結合されたのち、サーキュレータにより出力ポートから出射される。
【００５５】
この偏波コントローラＢは、偏波コントローラＡに比べると同じ素子の使用点数を少なくすることができるので生産性に優れ、安価であり、しかも形状を小型にすることができる。
また、第２の可変偏光回転子に要求されるダイナミックレンジも偏波コントローラＡの場合に比べれば半分でよい。すなわち、θ1＝０〜π／２，θ2＝０〜π／２であればよい。
【００５６】
ただし、この偏波コントローラＢの場合、第２の可変偏光回転子は可変ファラデー回転子に限定される。液晶を用いると、液晶では、往路の偏光回転の方向と復路の偏光回転の方向が反転するため、往復の過程で、入射した偏光は偏光変換したとしても出射時に元の偏光に戻ってしまうからである。
一方、第１の可変偏光回転子としては、可変ファラデー回転子と液晶のいずれをも使用することができる。その場合、可変ファラデー回転子を用いると、変換は式（３）で示したＰＣ2の態様となり、液晶を用いると変換は式（２）で示したＰＣ1の態様になる。
【００５７】
なお、この偏波コントローラＢにおいては、コリメータとして２芯コリメータを用いればサーキュレータの配置を省略することができ、挿入損失をより低くすることができる。その場合には、光路の折り返し手段としては全反射ミラーに限定されるものではなく、２芯コリメータの種類に応じて、２芯コリメータ内の光ファイバへのへ結合方法は適宜に選択することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の偏波コントローラは、任意偏光を任意偏光に変換する偏波コントローラとしては非常に簡単な機構であるため小型化が可能であり、、しかも挿入損失や消費電力も小さく、安定動作をする。
したがって、この偏波コントローラは、ＰＭＤ補償装置に組み込むことにより、ハイビットレートの光伝送システムに用いてその工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏波コントローラの１例Ａを示す構成図である。
【図２】ポアンカレ球上における可変直線位相子の変換作用を示す説明図である。
【図３】ＳＯＰ Ｓin＝（−０.１７，０.７４８，−０.６４）の変換後におけるＳＯＰ（θ1，θ2は可変）を示すグラフである。
【図４】偏波コントローラＡにおいて、式（３）で示されるＰＣ2（θ1，θ2，θ）に基づく変換後のＳＯＰ分布を示すグラフである。
【図５】位相差Δδのθ2依存性を示すグラフである。
【図６】各φ値における固有偏光のθ2依存性を示すグラフである。
【図７】各φ値において、式（１）で示されるＶＲ（θ2，φ）によるＳＯＰ Ｓin＝（−０.１７，０.７４８，−０.６４）の変換後におけるＳＯＰ（θ1，θ2は可変）を示すグラフである。
【図８】Ｓin（−０.１７，０.７４８，−０.６４）の、式（２）で示したＰＣ1（θ1，θ2，π／４）による変換後のＳＯＰ分布を示すグラフである。
【図９】Ｓin（−０.１７，０.７４８，−０.６４）の、式（３）で示したＰＣ2（θ1，θ2，π／４）による変換後のＳＯＰ分布を示すグラフである。
【図１０】本発明の別の偏波コントローラの１例Ｂを示す構成図である。
【図１１】ＤＧＤ付与部の１例を示す概略図である。
【図１２】他のＤＧＤ付与部の１例を示す概略図である。
【図１３】ＰＭＤ補償の第１の方法を説明するためのベクトル図である。
【図１４】ＰＭＤ補償の第２の方法を説明するためのベクトル図である。
【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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【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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