(57)【要約】本発明に係る偏波分散補償装置は、偏波制御器４と、偏波分離部１と、遅延光回路部２と、偏波合成部３とを備えて構成される。偏波制御器４は入力される光信号の偏波軸が光伝送線路の光軸に実質的に一致するように光信号の偏波状態を制御し、偏波分離部１は偏波制御器４から出力される光信号から互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する。遅延光回路部２は偏波分離部１から出力される２つの偏波成分の光信号に対して互いに遅延差を生じさせ、偏波合成部３は遅延光回路部２から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して出力する。ここで、偏波分離部１及び偏波合成部３はそれぞれ２つのアーム部の光伝送線路を有する対称マッハツェンダ干渉計を有し、各アーム部はそれぞれ温度制御部ＨＴ１と複屈折部ＢＦ１とを備え、これにより、２つの偏波成分の光信号間の偏波分散を補償することができる。
2003003104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される光信号の偏波軸が光伝送線路の光軸に実質的に一致するように上記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
上記偏波制御手段から出力される光信号から互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する偏波分離手段と、
互いに異なる長さを有する２つの光伝送線路を備えて構成され、上記偏波分離手段から出力される２つの偏波成分の光信号に対して互いに遅延差を生じさせる光遅延手段と、
上記光遅延手段から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して出力する偏波合成手段とを備えた偏波分散補償装置であって、
上記偏波分離手段は、第１と第２のアーム部の光伝送線路を有する対称マッハツェンダ干渉計を有し、上記第１と第２のアーム部のうちの少なくとも一方は、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第１の屈折率制御手段と、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第１の複屈折手段とを備え、
上記偏波合成手段は、第３と第４のアーム部の光伝送線路を有する対称マッハツェンダ干渉計を有し、上記第３と第４のアーム部のうちの少なくとも一方は、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第２の屈折率制御手段と、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第２の複屈折手段とを備えたことを特徴とする偏波分散補償装置。
【請求項２】
上記偏波分離手段は、
入力される光信号を２分配して２つの光信号を出力する第１の方向性結合器と、
上記第１の方向性結合器によって２分配された２つの光信号のうちの一方の光信号を伝搬させる第１のアーム部の光伝送線路と、
上記第１の方向性結合器によって２分配された２つの光信号のうちの他方の光信号を伝搬させる第２のアーム部の光伝送線路と、
上記第１のアーム部の光伝送線路を伝搬した光信号と、上記第２のアーム部の光伝送線路を伝搬した光信号とを合成した後、２分配して２つの光信号を出力する第２の方向性結合器とを備え、
上記偏波合成手段は、
入力される２つの光信号を合成した後、２分配して２つの光信号を出力する第３の方向性結合器と、
上記第３の方向性結合器によって２分配された２つの光信号のうちの一方の光信号を伝搬させる第３のアーム部の光伝送線路と、
上記第３の方向性結合器によって２分配された２つの光信号のうちの他方の光信号を伝搬させる第４のアーム部の光伝送線路と、
上記第３のアーム部の光伝送線路を伝搬した光信号と、上記第４のアーム部の光伝送線路を伝搬した光信号とを合成して光信号を出力する第４の方向性結合器とを備えたことを特徴とする請求項１記載の偏波分散補償装置。
【請求項３】
上記第１の屈折率制御手段は、上記第１の屈折率制御手段が設けられたアーム部の光伝送線路における温度を制御することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御し、
上記第２の屈折率制御手段は、上記第２の屈折率制御手段が設けられたアーム部の光伝送線路における温度を制御することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御することを特徴とする請求項１記載の偏波分散補償装置。
【請求項４】
上記第１の屈折率制御手段は、所定のポーリング処理が施され、上記第１の屈折率制御手段が設けられたアーム部の光伝送線路に対して印加する電界を制御することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御し、
上記第２の屈折率制御手段は、所定のポーリング処理が施され、上記第２の屈折率制御手段が設けられたアーム部の光伝送線路に対して印加する電界を制御することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御することを特徴とする請求項１記載の偏波分散補償装置。
【請求項５】
上記第１の複屈折手段は、上記第１の複屈折手段が設けられたアーム部の光伝送線路に対して紫外線を照射することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせ、
上記第２の複屈折手段は、上記第２の複屈折手段が設けられたアーム部の光伝送線路に対して紫外線を照射することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせることを特徴とする請求項１記載の偏波分散補償装置。
【請求項６】
上記光遅延手段の２つの光伝送線路のうちの一方の光伝送線路における温度を制御することにより当該一方の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第３の屈折率制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の偏波分散補償装置。
【請求項７】
上記光遅延手段の２つの光伝送線路のうちの一方の光伝送線路には所定のポーリング処理が施され、当該一方の光伝送線路に対して印加される電界を制御することにより当該一方の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第４の屈折率制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の偏波分散補償装置。
【請求項８】
上記光伝送線路は、基板上に形成された光導波路であることを特徴とする請求項１記載の偏波分散補償装置。
【請求項９】
上記光伝送線路は、光ファイバケーブルであることを特徴とする請求項１記載の偏波分散補償装置。
【請求項１０】
入力される光信号の偏波軸が光伝送線路の光軸に実質的に一致するように光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
上記偏波制御手段から出力される光信号から互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する偏波分離手段と、
互いに異なる長さを有する２つの光伝送線路を備えて構成され、上記偏波分離手段から出力される２つの偏波成分の光信号に対して互いに遅延差を生じさせる光遅延手段と、
上記光遅延手段から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して出力する偏波合成手段とを備えた偏波分散補償装置であって、
上記偏波分離手段は、互いに近接した２本の光伝送線路を有し、入力される光信号を２分配して２つの光信号を出力する第５の方向性結合器を備え、
上記第５の方向性結合器の互いに近接した２本の光伝送線路は、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第４の屈折率制御手段と、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第３の複屈折手段とを備え、
上記偏波合成手段は、互いに近接した２本の光伝送線路を有し、入力される光信号を２分配して２つの光信号を出力する第６の方向性結合器を備え、
上記第６の方向性結合器の互いに近接した２本の光伝送線路は、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第５の屈折率制御手段と、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第４の複屈折手段とを備えたことを特徴とする偏波分散補償装置。
【請求項１１】
互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する偏波分離手段と、
位相調整手段と分岐比可変カプラとを備え、上記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
偏波分離された光信号を遅延させるための一対の光遅延手段と、
第１と第２の出力ポートを有し、上記光遅延手段から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して第１の出力ポートから出力する偏波合成手段を備え、
上記偏波分離手段及び偏波合成手段は、少なくとも一方のアーム部に複屈折を有する対称マッハツェンダ干渉計により構成された偏波分散補償装置であって、
上記偏波合成手段の第１の出力ポートから出力される信号レベルが最大となるように、もしくは上記上記偏波合成手段の第２の出力ポートから出力される信号レベルが最小となるように、上記位相調整手段と上記分岐比可変カプラとを制御するように設定したことを特徴とする偏波分散補償装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、超高速光通信システムの光ファイバケーブルにおける伝送速度又は伝送距離の制限要因となり得る偏波分散を補償するための偏波分散補償装置に関する。
背景技術
４０Ｇｂｐｓ以上の超高速光通信システムの光ファイバケーブルにおいては、比較的大きな偏波分散が生じ、これが伝送速度又は伝送距離の制限要因となる。この偏波分散は、以下のように発生する。すなわち、伝送用光ファイバケーブル１００のコアの偏心や、コアに対して非軸対称な応力が印加されることにより、基底モードの縮退が解け、互いに直交したＴＥ波とＴＭ波である２つの偏波成分の光信号の伝搬速度の違いにより、図２３に示すように、ＴＥ波とＴＭ波の間で群遅延差が生じる。その結果、光パルス信号において時間軸方向で広がりが生じるために、通信システムにおける伝送速度や伝送距離を制限する。このような問題点を解決するために、受信端局において偏波状態を制御し、光ファイバケーブルで発生される群遅延差とは逆の群遅延差を発生することにより、２つの偏波成分間で群遅延差が生じないように偏波を補償する必要がある。
図２４は、従来技術である偏波保存光ファイバケーブル１０１による偏波補償を示す斜視図であり、図２５は、図２４の偏光保持光ファイバケーブル１０１の構成を示す縦断面図である。
図２４に図示された従来技術の例では、偏波保存光ファイバケーブル１０１を用いて偏波分散を補償することを開示している。この偏波保存光ファイバケーブル１０１は、図２５に示すように、コア１０２の回りのクラッド１０３の部分において、コア１０２の両側にＢａ２Ｏ３をドープしたシリカガラス１０４，１０５を挿入することによりコア１０２に対して非軸対称な応力を印加して所定の複屈折を有しており、この偏光保持光ファイバケーブル１０３では、互いに直交する偏波成分間の伝搬速度が異なるため、これを利用して光ファイバケーブルの偏波分散を補償することができる。実際には、偏光保持光ファイバケーブル１０１の偏光軸に入射光の偏光軸を合わせる必要があるために、１／２波長板や１／４波長板から構成される偏波制御器を偏光保持光ファイバケーブル１０１の前段に設ける必要がある。
図２６は、従来技術文献１「Ｔｅｒｕｈｉｋｏ  Ｋｕｄｏｕ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ｂａｓｉｓ  ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｕｐ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｓｅｃｏｎｄ  Ｏｒｄｅｒ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．４，ｐｐ．６１４−６１７，Ａｐｒｉｌ  ２０００」の図３において開示された偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。上述のように、光ファイバケーブルにおいては環境変化により偏波分散が変動するため、偏波分散値を調整できる偏波分散補償器が必要になる。
図２６の従来技術においては、入力される光信号を伝搬させる光伝送線路１１０の終段に偏波分離器１１１を設け、次いで、２個の可変移相器ＰＳ１，ＰＳ２と、方向性結合器ＤＣ１０１と、２個の可変移相器ＰＳ３，ＰＳ４と、２個の可変遅延光回路１１３，１１４とを備えるとともに、さらに、当該偏波分散補償装置の終段に偏波合成器１１２を設けて構成される。この従来技術の偏波分散補償装置では、光処理回路を用いて偏波分散を変化させることにより、偏波分散を補償している。しかしながら、この従来例では、バルク型の偏波分離器や偏波合波器を使用するために、装置の大きさは比較的大きく、また、伝送損失も大きくなるという問題点があった。
図２７は、従来技術文献２である米国特許第５，９３０，４１４号の明細書において開示された偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図２７の従来技術においては、初段に、１／４波長板１２１と１／２波長板１２２を備えて構成される偏波制御器１２０を設け、次段において、入力される光信号の２つの偏波成分を分離するための偏波分離器１２３を設ける一方、終段においてこれら２つの偏波成分を合成するための偏波合成器１２４を設ける。また、偏波分離器１２３と偏波合成器１２４との間には、２つの偏波成分間で可変遅延時間を生じさせるために、調整自在の結合係数を有する方向性結合器１４０乃至１４３を介して、縦続に接続された複数の非対称であり光導波路にてなるマッハツェンダ干渉計１３０乃至１３２が設けられる。さらに、各マッハツェンダ干渉計１３０乃至１３２における相対的な光位相を、各マッハツェンダ干渉計１３０乃至１３２の２本のアーム部から出力された後、後段の方向性結合器１４１乃至１４３に入力される２つの光信号の構造的な同相干渉に対して切り換える必要がある。このため、各マッハツェンダ干渉計１３０乃至１３２のそれぞれに可変移相器１５０乃至１５２を設けている。従って、この従来例においては、方向性結合器１４０乃至１４３と、マッハツェンダ構造を有する光処理回路とを組み合わせることにより、偏波分散を補償している。しかしながら、この従来例においても、装置の大きさが比較的大きくなるという問題点があった。従って、偏波分散補償器においては、低損失化、小型化、さらには高速化、低消費電力化が必要である。
図２８は、従来技術文献３「日本国特許出願公開２００１−４２２７２号公報」において開示された偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図２８の従来技術においては、シリコン基板２１０上には、入力用チャネル光導波路２１１、光導波路型偏光分離素子２１２、一対の光導波路２１３ａ，２１３ｂ、分岐比可変光カプラ２１４、一対の光遅延線２１５ａ，２１５ｂ、光導波路型偏光合成素子２１６、出力用チャネル光導波路２１７ａが順次形成され、さらに一対の光導波路２１３ａ，２１３ｂ及び一対の光遅延線２１５ａ，２１５ｂの各一方に偏光入れ替え手段２１８ａ，２１８ｂが形成される。また、一対の光導波路２１３ａ，２１３ｂには、相対的な位相差を調整する位相調整手段２１９ａ，２１９ｂが形成される。ここで、光導波路型偏光分離素子２１２の１つの入力ポートは入力用チャネル光導波路２１１に光学的に接続され、光導波路型偏光分離素子２１２の２つの出力ポートに一対の光導波路２１３ａ，２１３ｂを介して分岐比可変光カプラ２１４の２つの入力ポートがそれぞれ光学的に接続される。また、分岐比可変光カプラ２１４の２つの出力ポートには、一対の光遅延線２１５ａ，２１５ｂの各一端が光学的に接続され、その各他端に光導波路型偏光合成素子２１６の２つの入力ポートがそれぞれ光学的に接続される。光導波路型偏光合成素子２１６の１つの出力ポートは出力用チャネル光導波路２１７ａに光学的に接続される。
以上のように構成された偏波分散補償装置において、位相調整手段２１９ａ，２１９ｂと分岐比可変光カプラ２１４は偏光コントローラ３００として動作し、光遅延線２１５ａ，２１５ｂが可変遅延線として動作し、全体として偏波分散補償回路を構成している。これにより、この偏波分散補償回路は、光伝送路における１次の偏波分散を補償できる。
この偏波分散補償装置においては、偏光コントローラ３００が偏光分離素子２１２と、光遅延線２１５ａ，２１５ｂとの間にある。偏光分離素子２１２に入力された光信号は、ＴＥ波及びＴＥ波に分離される。その後、光信号は、位相調整手段２１９ａ及び分岐比可変カプラ２１４により構成される偏光コントローラ３００により偏波がコントロールされた後、一対の光遅延線２１５ａ，２１５ｂに入力され、光遅延線２１５ａ，２１５ｂにより光信号の遅延量が調整され偏波分散が補償される。しかしながら、この偏波分散補償装置においては、位相調整手段２１９ａ，２１９ｂと、分岐比可変光カプラ２１４と、光遅延線２１５ａ，２１５ｂの３ケ所の構成要素を調整する必要があるために、偏波分散を補償する制御が極めて難しいという問題点があった。
本発明の目的は、以上の問題点を解決し、従来技術に比較して小型・軽量であって、低損失で偏波分散を補償することができる偏波分散補償装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、以上の問題点を解決し、従来技術に比較して簡単に偏波分散を補償する制御調整を行うことができる偏波分散補償装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の１つの態様に係る偏波分散補償装置は、入力される光信号の偏波軸が光伝送線路の光軸に実質的に一致するように上記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
上記偏波制御手段から出力される光信号から互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する偏波分離手段と、
互いに異なる長さを有する２つの光伝送線路を備えて構成され、上記偏波分離手段から出力される２つの偏波成分の光信号に対して互いに遅延差を生じさせる光遅延手段と、
上記光遅延手段から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して出力する偏波合成手段とを備えた偏波分散補償装置であって、
上記偏波分離手段は、第１と第２のアーム部の光伝送線路を有する対称マッハツェンダ干渉計を有し、上記第１と第２のアーム部のうちの少なくとも一方は、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第１の屈折率制御手段と、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第１の複屈折手段とを備え、
上記偏波合成手段は、第３と第４のアーム部の光伝送線路を有する対称マッハツェンダ干渉計を有し、上記第３と第４のアーム部のうちの少なくとも一方は、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第２の屈折率制御手段と、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第２の複屈折手段とを備えたことを特徴とする。
上記偏波分散補償装置において、上記偏波分離手段は、
入力される光信号を２分配して２つの光信号を出力する第１の方向性結合器と、
上記第１の方向性結合器によって２分配された２つの光信号のうちの一方の光信号を伝搬させる第１のアーム部の光伝送線路と、
上記第１の方向性結合器によって２分配された２つの光信号のうちの他方の光信号を伝搬させる第２のアーム部の光伝送線路と、
上記第１のアーム部の光伝送線路を伝搬した光信号と、上記第２のアーム部の光伝送線路を伝搬した光信号とを合成した後、２分配して２つの光信号を出力する第２の方向性結合器とを備え、
上記偏波合成手段は、
入力される２つの光信号を合成した後、２分配して２つの光信号を出力する第３の方向性結合器と、
上記第３の方向性結合器によって２分配された２つの光信号のうちの一方の光信号を伝搬させる第３のアーム部の光伝送線路と、
上記第３の方向性結合器によって２分配された２つの光信号のうちの他方の光信号を伝搬させる第４のアーム部の光伝送線路と、
上記第３のアーム部の光伝送線路を伝搬した光信号と、上記第４のアーム部の光伝送線路を伝搬した光信号とを合成して光信号を出力する第４の方向性結合器とを備えたことを特徴とする。
また、上記偏波分散補償装置において、上記第１の屈折率制御手段は、上記第１の屈折率制御手段が設けられたアーム部の光伝送線路における温度を制御することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御し、
上記第２の屈折率制御手段は、上記第２の屈折率制御手段が設けられたアーム部の光伝送線路における温度を制御することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御することを特徴とする。
さらに、上記偏波分散補償装置において、上記第１の屈折率制御手段は、所定のポーリング処理が施され、上記第１の屈折率制御手段が設けられたアーム部の光伝送線路に対して印加する電界を制御することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御し、
上記第２の屈折率制御手段は、所定のポーリング処理が施され、上記第２の屈折率制御手段が設けられたアーム部の光伝送線路に対して印加する電界を制御することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御することを特徴とする。
またさらに、上記偏波分散補償装置において、上記第１の複屈折手段は、上記第１の複屈折手段が設けられたアーム部の光伝送線路に対して紫外線を照射することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせ、
上記第２の複屈折手段は、上記第２の複屈折手段が設けられたアーム部の光伝送線路に対して紫外線を照射することにより当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせることを特徴とする。
また、上記偏波分散補償装置において、上記光遅延手段の２つの光伝送線路のうちの一方の光伝送線路における温度を制御することにより当該一方の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第３の屈折率制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
さらに、上記偏波分散補償装置において、上記光遅延手段の２つの光伝送線路のうちの一方の光伝送線路には所定のポーリング処理が施され、当該一方の光伝送線路に対して印加される電界を制御することにより当該一方の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第４の屈折率制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
また、上記偏波分散補償装置において、上記光伝送線路は、基板上に形成された光導波路であることを特徴とする。
さらに、上記偏波分散補償装置において、上記光伝送線路は、光ファイバケーブルであることを特徴とする。
また、本発明のもう１つの態様に係る偏波分散補償装置は、入力される光信号の偏波軸が光伝送線路の光軸に実質的に一致するように光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
上記偏波制御手段から出力される光信号から互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する偏波分離手段と、
互いに異なる長さを有する２つの光伝送線路を備えて構成され、上記偏波分離手段から出力される２つの偏波成分の光信号に対して互いに遅延差を生じさせる光遅延手段と、
上記光遅延手段から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して出力する偏波合成手段とを備えた偏波分散補償装置であって、
上記偏波分離手段は、互いに近接した２本の光伝送線路を有し、入力される光信号を２分配して２つの光信号を出力する第５の方向性結合器を備え、
上記第５の方向性結合器の互いに近接した２本の光伝送線路は、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第４の屈折率制御手段と、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第３の複屈折手段とを備え、
上記偏波合成手段は、互いに近接した２本の光伝送線路を有し、入力される光信号を２分配して２つの光信号を出力する第６の方向性結合器を備え、
上記第６の方向性結合器の互いに近接した２本の光伝送線路は、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第５の屈折率制御手段と、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第４の複屈折手段とを備えたことを特徴とする。
さらに、本発明に係る別の態様に係る偏波分散補償装置は、互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する偏波分離手段と、
位相調整手段と分岐比可変カプラとを備え、上記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
偏波分離された光信号を遅延させるための一対の光遅延手段と、
第１と第２の出力ポートを有し、上記光遅延手段から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して第１の出力ポートから出力する偏波合成手段を備え、
上記偏波分離手段及び偏波合成手段は、少なくとも一方のアーム部に複屈折を有する対称マッハツェンダ干渉計により構成された偏波分散補償装置であって、
上記偏波合成手段の第１の出力ポートから出力される信号レベルが最大となるように、もしくは上記上記偏波合成手段の第２の出力ポートから出力される信号レベルが最小となるように、上記位相調整手段と上記分岐比可変カプラとを制御するように設定したことを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付の図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。以下の図面において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
第１の好ましい実施形態．
図１は、本発明に係る第１の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。この好ましい実施形態の偏波分散補償装置は、偏波制御器４と、偏波分離部１と、遅延光回路部２と、偏波合成部３とが縦続に接続されて構成され、偏波分離部１及び偏波合成部３とはそれぞれ、２つのアーム部を有する対称マッハツェンダ干渉計を有し、偏波分離部１において、２つのアーム部のうち一方のアーム部はその光導波路２１を伝搬する光信号の屈折率を制御する温度制御部ＨＴ１を備え、他方のアーム部はその光導波路２２を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる複屈折部ＢＦ１を備え、また、偏波合成部３において、２つのアーム部のうち一方のアーム部はその光導波路２１を伝搬する光信号の屈折率を制御する温度制御部ＨＴ２を備え、他方のアーム部はその光導波路２２を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる複屈折部ＢＦ２を備えたことを特徴としている。
図１において、入力される光信号を伝搬させる光ファイバケーブル２０には、公知の偏波制御器４が設けられ、この偏波制御器４は１／４波長板４１と１／２波長板４２を備えて構成され、１／４波長板４１に印加される制御信号Ｓｃ１と１／２波長板４２に印加される制御信号Ｓｃ２の各レベルを調整することにより各波長板４１，４２を伝搬する光信号の偏波の回転角度を調整し、これにより、光ファイバケーブル２０を伝搬する光信号の偏波軸が光導波路基板１０上に形成された光導波路２１の光軸に実質的に一致するように上記光信号の偏波状態を制御する。そして、光ファイバケーブル２０の終端部は光ファイバコネクタ２０Ｃを介して光導波路基板１０上に形成された光導波路２１に接続される。
光導波路基板１０において、シリコン基板上にＣＶＤ法を用いて石英膜をアンダークラッドとして形成した後、石英膜に所定の不純物をドープすることによりコアを形成し、その後、オーバークラッドを形成し、２本の光導波路２１，２２を形成する。ここで、２本の光導波路２１，２２は、４つの部分で光信号が結合するように、互いに近接して形成され、この４つの部分が３ｄＢ方向性結合器ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３，ＤＣ４となる。ここで、方向性結合器ＤＣ１は２つの入力ポートＰ１１，Ｐ１２及び２つの出力ポートＰ１３，Ｐ１４を有し、方向性結合器ＤＣ２は２つの入力ポートＰ２１，Ｐ２２及び２つの出力ポートＰ２３，Ｐ２４を有し、方向性結合器ＤＣ３は２つの入力ポートＰ３１，Ｐ３２及び２つの出力ポートＰ３３，Ｐ３４を有し、方向性結合器ＤＣ４は２つの入力ポートＰ４１，Ｐ４２及び２つの出力ポートＰ４３，Ｐ４４を有する。
２つの方向性結合器ＤＣ１とＤＣ２の間には２本の光導波路２１，２２により２本のアーム部が形成され、２つの方向性結合器ＤＣ２とＤＣ３の間には２本の光導波路２１，２２により２本のアーム部が形成され、２つの方向性結合器ＤＣ３とＤＣ４の間には２本の光導波路２１，２２により２本のアーム部が形成される。なお、方向性結合器ＤＣ１の入力ポートＰ１２には無反射終端器９１が接続され、方向性結合器ＤＣ４の出力ポートＰ４４には無反射終端器９２が接続される。また、光導波路２１の入力端に符号Ｐ１０を付し、その出力端に符号Ｐ５０を付している。
偏波分離部１は、方向性結合器ＤＣ１と、一方のアーム部である光導波路２１上に形成されたヒータを備えた温度制御部ＨＴ１と、他方のアーム部である光導波路２２に形成された複屈折部ＢＦ１と、方向性結合器ＤＣ２とを備えて構成される。温度制御部ＨＴ１は、光導波路２１を加熱してその温度を制御することにより当該光導波路２１を伝搬する光信号の屈折率を制御するために設けられる。また、他方のアーム部である光導波路２２に対して、ＡｒＦエキシマレーザを備えたＡｒＦレーザ装置５０を用いて５０ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーを有し、６０Ｈｚでパルス強度変調された波長１９３ｎｍの紫外線を５分間照射することにより、複屈折部ＢＦ１を形成する。この複屈折部ＢＦ１は、他方のアーム部である光導波路２２を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる。
このように形成された温度制御部ＨＴ１と複屈折部ＢＦ１を備えて、対称マッハツェンダ干渉計を有する偏波分離部１を構成しており、この動作原理について以下に詳述する。図２には、偏波分離部１の詳細構成を示しており、他方のアーム部の光導波路２２には複屈折部ＢＦ１が形成されているので、偏波分離部１により、入力された光信号を互いに直交する偏波成分であるＴＥ波とＴＭ波とに分離することができる。
図３は、図１の複屈折部ＢＦ１による屈折率変化Δｎに対する偏波分離部１の出力ポートＰ２３及びＰ２４における出力光信号の強度を示すグラフであり、図４は、図１の温度制御部ＨＴ１の印加電力に対する出力ポートＰ２３の直後の光導波路２１を通過する光信号の強度を示すグラフである。対称マッハツェンダ干渉計を有する偏波分離部１において、一方のアーム部における屈折率が変化すると、その光導波路２２を伝搬する光信号の位相が変化するために、出力ポートＰ２３及びＰ２４からの光信号の強度は図３のように変化する。一方のアーム部に複屈折が生じると言うことは、ＴＥ波とＴＭ波でそれぞれの屈折率変化が異なることであり、そのため、ＴＥ波の最大点でＴＥ波に対してはΔｎ１の屈折率変化が生じ、ＴＭ波の最大点でＴＭ波に対してはΔｎ２の屈折率変化が生じ得る。従って、図４に示すように、温度制御部ＨＴ１の印加電力を調整して光信号に対する屈折率を変化することにより、出力ポートＰ２３からＴＥ波が出力される一方、出力ポートＰ２４からＴＭ波が出力される。
図１の遅延光回路部２は、互いに異なる長さを有する光導波路２１，２２を有して構成され、光導波路２１の長さは光導波路２２の長さよりも長くなるように設定され、光導波路２１を伝搬するＴＥ波は、光導波路２２を伝搬するＴＭ波に比較して時間的に遅延される。この遅延差によりＴＥ波とＴＭ波の間に偏波分散が生じる。
さらに、偏波合成部３は、偏波分離部１と同様の形成方法により形成され、方向性結合器ＤＣ３と、一方のアーム部である光導波路２１上に形成されたヒータを備えた温度制御部ＨＴ２と、他方のアーム部である光導波路２２に形成された複屈折部ＢＦ２と、方向性結合器ＤＣ４とを備える。
この偏波分散補償装置の出力端において、偏波分離部１と同一の構成を有する偏波合成部３が設けられている。この装置構成において、温度制御部１に印加される電力を変化することにより、光導波路２１，２２を伝搬する光信号に対する屈折率が変化し、これにより、図４に示すように、ＴＥ波とＴＭ波の伝搬経路が変化し、各偏波の伝搬経路を切り替えることができる。その結果、ＴＥ波とＴＭ波間の群遅延時間差［ｐｓｅｃ］（これは偏波分散値に対応する。）を図５に示すように制御することができる。さらに、偏波合成部３の温度制御部ＨＴ２に印加する電力の調整を、偏波分離部１の温度制御部ＨＴ１に印加する電力の調整方法と同様に実行することにより、光信号を常に出力ポートＰ４３から出力させるように制御できる。
以上説明したように、この偏波分散補償装置の前段に接続される伝送用光ファイバケーブルにおける環境変化に伴うＴＥ波とＴＭ波との間の偏波分散を、温度制御部ＨＴ１及びＨＴ２を同様に調整することにより常に補償するように調整することができる。
従来例と比較すると、偏波分離器１及び偏波合成部３において他方のアーム部に複屈折を有するマッハツェンダー構造の光導波路２１，２２を用い、さらにその一方のアーム部の屈折率制御を行う構成としたことで、装置を構成する素子を小型化しかつ低損失化を行うことができる。従って、本実施形態によれば、従来技術に比較して小型・軽量であって、低損失で偏波分散を補償することができる偏波分散補償装置を提供することができる。さらには、可動部がなくなったので経年劣化を小さくすることができ、信頼性を向上できる。
以上の好ましい実施形態においては、温度制御部ＨＴ１，ＨＴ２においてヒータを用いて光導波路を加熱しているが、本発明はこれに限らず、ペルチェ素子などの冷却素子を用いて光導波路を冷却して温度を制御し、これにより、光導波路における屈折率を変化させてもよい。
第２の好ましい実施形態．
図６は、本発明に係る第２の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図であり、図７は、図６の偏波制御器４ａの詳細構成を示す平面図である。この実施形態の偏波分散補償装置は、図１に図示された第１の好ましい実施形態に比較して、バルク型の偏波制御器４に代えて、図７に図示された光導波路２１上に形成された偏波制御器４ａを備えたことを特徴としており、以下、この相違点について説明する。
図７において、偏波制御器４ａは公知の装置であって、１／４波長板４３と、１／２波長板４４とを備えて構成される。光導波路基板１０上の光導波路２１上に、１／４波長板４３及び１／２波長板４４の光信号伝搬方向の長さにわたって、ストリップ形状の接地電極６０が形成される。また、１／４波長板４３において、光導波路２１の水平方向の両側に、それぞれ１／４波長の長さを有する１対の電極６１，６２が光導波路基板１０上に形成され、１対の電極６１，６２に対して印加する直流電圧を調整することにより、光導波路２１を伝搬する光信号の偏光角度を回転させることができる。さらに、１／２波長板４４において、光導波路２１の水平方向の両側に、それぞれ１／２波長の長さを有する１対の電極６３，６４が光導波路基板１０上に形成され、１対の電極６３，６４に対して印加する直流電圧を調整することにより、光導波路２１を伝搬する光信号の偏光角度を回転させることができる。
以上のように構成された偏波制御器４ａにおいては、偏波制御器４と同様に、１／４波長板４３の電極６１，６２に印加される直流電圧と、１／２波長板４４の電極６３，６４に印加される直流電圧の各レベルを調整することにより各波長板４３，４４を伝搬する光信号の偏波の回転角度を調整し、これにより、光導波路２１を伝搬する光信号の偏波軸が光導波路２１の光軸に実質的に一致するように上記光信号の偏波状態を制御する。偏波制御器４に代えて偏波制御器４ａを用いることにより、すべての素子を光導波路基板１０上に形成することができ、さらに小型化することができる。
また、第１の好ましい実施形態と同様に、偏波制御器４ａと、偏波分離部１と、遅延光回路部２と、偏波合成部３とを備えて偏波分散補償装置を構成することができる。すなわち、この偏波分散補償装置の前段に接続される伝送用光ファイバケーブルにおける環境変化に伴うＴＥ波とＴＭ波との間の偏波分散を、温度制御部ＨＴ１及びＨＴ２を同様に調整することにより常に補償するように調整することができる。従って、本実施形態によれば、従来技術に比較して小型・軽量であって、低損失で偏波分散を補償することができる偏波分散補償装置を提供することができる。さらには、可動部がなくなったので経年劣化を小さくすることができ、信頼性を向上できる。
第３の好ましい実施形態．
図８は、本発明に係る第３の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。この第３の好ましい実施形態の偏波分散補償装置は、図６に図示された偏波分散補償装置に比較して、以下の点が異なる。
（ａ）温度制御部ＨＴ１を備えた偏波分離部１に代えて、電界制御部ＥＦ１を備えた偏波分離部１ａを備える。
（ｂ）温度制御部ＨＴ２を備えた偏波合成部３に代えて、電界制御部ＥＦ２を備えた偏波合成部３ａを備える。
以下、この相違点について説明する。図９は、図８の電界制御部ＥＦ１の詳細構成を示す平面図であり、図１０は、図８の電界制御部ＥＦ１の詳細構成を示す縦断面図である。図１０において、シリコン基板１１上に石英膜１２を形成することにより光導波路基板１０を形成し、石英膜１２中に不純物をドープすることにより光導波路２１のコア２１ｃを形成する。シリコン基板１１の表面に写真製版法を用いてクロムマスクパターンを形成した後、コア２１ｃの直下のシリコン基板１１に対して弗酸：硝酸：酢酸＝１：４：３の容量比のエッチング液を用いてエッチングすることにより溝１５を形成した後、金属細線である電極７４を石英膜１２に接触するようにかつコア２１ｃの長手方向に沿って挿入する。一方、コア２１ｃの直上部に金属細線である電極７３をコア２１ｃの長手方向に沿って接着して載置する。さらに、石英膜１２の表面に写真製版法を用いてクロムマスクパターンを形成した後、コア２１ｃの水平方向の両側に対して、石英膜１２の厚さ方向に対して反応性イオンエッチング法を用いてエッチングすることにより溝１３，１４を形成した後、金属細線である電極７１，７２をコア２１ｃの水平方向の両側に位置するようにかつコア２１ｃの長手方向に沿って挿入して載置する。
さらに、当該電界制御部ＥＦ１の光導波路２１のコア２１ｃに対して、例えばＡｒＦエキシマレーザを備えたＡｒＦレーザ装置５０を用いて紫外線を照射することにより、紫外光励起のポーリング処理を行う。この紫外光励起ポーリングでは、アース電極成膜前の光導波路２１に対して５０ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーを有し、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザの紫外光を照射しながら、電極７１，７２，７３，７４に対して、光導波路２１のコア２１ｃ上の電界強度が１０５Ｖ／ｃｍ程度になるように直流電圧を印加し、その後アース電極を成膜して光導波路型偏波制御器である電圧制御部ＥＦ１を形成した。ここで、コア２１ｃのガラス材料は、中心対称性を有するため本来、電気光学効果を有していない。しかしながら、ポーリング処理を行った場合には屈折率の電界制御が可能となり、偏波制御を行うことができる。なお、この実施形態では、紫外線光励起のポーリング処理を行っているが、光導波路２１を加熱しながら電界を印加する熱励起ポーリングを行ってもよい。
ポーリング処理を行った後に、電極７１，７２，７３，７４に対して直流電圧を印加すると、ＴＥ波とＴＭ波に対してぞれぞれ異なる屈折率変化が生じる。これは複屈折を制御できるために、１／４波長板や１／２波長板に相当した光導波路型の素子となり、制御信号により印加する直流電圧値を調整することが、第１の好ましい実施形態での偏波制御器４の偏光回転角を調整することに相当する。従って、電界制御部ＥＦ１は、温度制御部ＨＴ１と同様に、光導波路２１に設けられた電極７１−７４に印加される直流電圧を制御することにより当該光導波路２１を伝搬する光信号の屈折率を制御する。また、偏波合成部３の電界制御部ＥＦ２は、電界制御部ＥＦ１と同様に形成される。
以上のように構成された偏波制御器４ａにおいては、この偏波分散補償装置の前段に接続される伝送用光ファイバケーブルにおける環境変化に伴うＴＥ波とＴＭ波との間の偏波分散を、電界制御部ＥＦ１及びＥＦ２を同様に調整することにより常に補償するように調整することができる。従って、本実施形態によれば、従来技術に比較して小型・軽量であって、低損失で偏波分散を補償することができる偏波分散補償装置を提供することができる。さらには、可動部がなくなったので経年劣化を小さくすることができ、信頼性を向上できる。また、電界制御部ＥＦ１及びＥＦ２を用いて屈折率を制御するので、スイッチング特性を高速化できる。
第４の好ましい実施形態．
図１１は、本発明に係る第４の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。この第４の好ましい実施形態の偏波分散補償装置は、図１に図示された第１の好ましい実施形態に比較して、遅延光回路部２の光導波路２２において温度制御部ＨＴ３を設けることにより、遅延光回路部２ａを構成したことを特徴としている。以下、この相違点について説明する。
温度制御部ＨＴ３は、温度制御部ＨＴ１，ＨＴ２と同様に形成され、温度制御部ＨＴ３のヒータに印加する電力を変化して当該光導波路２２における屈折率を微調整することによりＴＥ波とＴＭ波との間の群遅延時間差に対応する偏波分散値を微調整することができる。
以上のように構成された第４の好ましい実施形態によれば、第１の好ましい実施形態の作用効果に加えて、光導波路２２における屈折率を微調整することによりＴＥ波とＴＭ波との間の群遅延時間差に対応する偏波分散値を微調整することができるという特有の効果を有する。
第５の好ましい実施形態．
図１２は、本発明に係る第５の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。この第５の好ましい実施形態の偏波分散補償装置は、図８に図示された第３の好ましい実施形態に比較して、遅延光回路部２の光導波路２２において電界制御部ＥＦ３を設けることにより、遅延光回路部２ｂを構成したことを特徴としている。以下、この相違点について説明する。
電界制御部ＥＦ３は、電界制御部ＥＦ１，ＥＦ２と同様に形成され、電界制御部ＥＦ３の電極に印加する直流電圧を変化して当該光導波路２２における屈折率を微調整することによりＴＥ波とＴＭ波との間の群遅延時間差に対応する偏波分散値を微調整することができる。
以上のように構成された第５の好ましい実施形態によれば、第３の好ましい実施形態の作用効果に加えて、光導波路２２における屈折率を微調整することによりＴＥ波とＴＭ波との間の群遅延時間差に対応する偏波分散値を微調整することができるという特有の効果を有する。
第６の好ましい実施形態．
図１３は、本発明に係る第６の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。この第６の好ましい実施形態の偏波分散補償装置は、図１に図示された第１の好ましい実施形態に比較して、以下の点が異なる。
（ａ）偏波分離部１に代えて、方向性結合器ＤＣ１１の互いに近接した２つの光導波路２１，２２の部分に複屈折部ＢＦ１１を形成するとともに、温度制御部ＨＴ１を形成して構成される偏波分離部１ｃを備える。
（ｂ）偏波合成部３に代えて、方向性結合器ＤＣ１２の互いに近接した２つの光導波路２１，２２の部分に複屈折部ＢＦ１２を形成するとともに、温度制御部ＨＴ１２を形成して構成される偏波合成部３ｃを備える。
以下、これらの相違点について説明する。この好ましい実施形態の偏波分散補償装置は、偏波制御器４と、偏波分離部１ｃと、遅延光回路部２と、偏波合成部３ｃとを備えて構成される。
光導波路基板１０において、２本の光導波路２１，２２は、２つの部分で光信号が結合するように、互いに近接して形成され、この２つの部分が３ｄＢ方向性結合器ＤＣ１１，ＤＣ１２となる。ここで、方向性結合器ＤＣ１１は２つの入力ポートＰ５１，Ｐ５２及び２つの出力ポートＰ５３，Ｐ５４を有し、方向性結合器ＤＣ１２は２つの入力ポートＰ６１，Ｐ６２及び２つの出力ポートＰ６３，Ｐ６４を有する。
偏波分離部１ｃにおいて、その方向性結合器ＤＣ１１の互いに近接した２本の光導波路２１，２２の部分に対して、ＡｒＦエキシマレーザを備えたＡｒＦレーザ装置５０を用いて５０ｍＪ／ｃｍ２のエネルギーを有し、６０Ｈｚでパルス強度変調された波長１９３ｎｍの紫外線を５分間照射することにより、複屈折部ＢＦ１１を形成する。この複屈折部ＢＦ１１は、他方のアーム部である光導波路２２を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる。さらに、この複屈折部ＢＦ１１の形成位置において、温度制御部ＨＴ１を形成する。温度制御部ＨＴ１は、光導波路２１，２２を加熱してその温度を制御することにより当該光導波路２１，２２を伝搬する光信号の屈折率を制御するために設けられる。
このように形成された温度制御部ＨＴ１と複屈折部ＢＦ１１を備えて、偏波分離部１ｃを構成しており、偏波分離部１ｃにより、偏波分離部１と同様に、入力された光信号を互いに直交する偏波成分であるＴＥ波とＴＭ波とに分離することができる。すなわち、出力ポートＰ５３からＴＥ波が出力される一方、出力ポートＰ５４からＴＭ波が出力される。
また、偏波分離部１ｃと同様に、遅延光回路部２の後段において、複屈折部ＢＦ１２及び温度制御部ＨＴ２を備えた偏波合成部３ｃを形成する。この偏波合成部３ｃにより、偏波分離部１ｃにより分離されたＴＥ波とＴＭ波を合成して、合成後の光信号を出力ポートＰ６３から出力する。
以上説明したように、この偏波分散補償装置の前段に接続される伝送用光ファイバケーブルにおける環境変化に伴うＴＥ波とＴＭ波との間の偏波分散を、温度制御部ＨＴ１及びＨＴ２を同様に調整することにより常に補償するように調整することができる。
従来例と比較すると、偏波分離器１ｃ及び偏波合成部３ｃにおいて複屈折を有する光導波路２１，２２を用い、さらに屈折率制御を行う構成としたことで、装置を構成する素子をさらに小型化しかつ低損失化を行うことができる。従って、本実施形態によれば、従来技術に比較して小型・軽量であって、低損失で偏波分散を補償することができる偏波分散補償装置を提供することができる。さらには、可動部がなくなったので経年劣化を小さくすることができ、信頼性を向上できる。
以上の第６の好ましい実施形態においては、温度制御部ＨＴ１，ＨＴ２を形成しているが、本発明はこれに限らず、温度制御部ＨＴ１，ＨＴ２に代えて、電界制御部ＥＦ１，ＥＦ２を形成してもよい。
第７の好ましい実施形態．
図１４は、本発明に係る第７の好ましい実施形態である光ファイバケーブル型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。この第７の好ましい実施形態の偏波分散補償装置は、図１に図示された第１の好ましい実施形態に比較して、偏波分離部１、遅延光回路部２及び偏波合成部３における光導波路２１，２２を、光ファイバケーブル２３，２４，２５，２６，２７，２８で構成したことを特徴としている。
図１４において、この好ましい実施形態の偏波分散補償装置は、偏波制御器４と、偏波分離部１ｄと、遅延光回路部２ｄと、偏波合成部３ｄとを備えて構成される。偏波制御器４が設けられた入力側の光ファイバケーブル２０は光ファイバコネクタ２０ＣＡを介して偏波分離部１ｄの光ファイバケーブル２３に接続される。
偏波分離部１ｄの２本の光ファイバケーブル２３と２４は互いに２箇所で近接して形成され、各近接した箇所が３ｄＢ方向性結合器ＤＣ１１，ＤＣ１２を構成する。方向性結合器ＤＣ１１の光ファイバケーブル２４の入力端には、無反射終端器９３が接続される。また、２つの方向性結合器ＤＣ１１，ＤＣ１２の間の２本の光ファイバケーブル２３，２４はそれぞれ、対称マッハツェンダ干渉計の２本のアーム部を構成しており、一方のアーム部において温度制御部ＨＴ１１が形成される一方、他方のアーム部においてＡｒＦレーザ装置５０により形成された複屈折部ＢＦ１１が設けられる。
さらに、方向性結合器ＤＣ１２の出力側の光ファイバケーブル２３は光ファイバコネクタ２３Ｃを介して遅延光回路部２ｄの光ファイバケーブル２５に接続され、また、方向性結合器ＤＣ１２の出力側の光ファイバケーブル２４は光ファイバコネクタ２４Ｃを介して遅延光回路部２ｄの光ファイバケーブル２６に接続される。ここで、光ファイバケーブル２５と光ファイバケーブル２６の各長さは互いに異なるように形成される。またさらに、光ファイバケーブル２５の終端は光ファイバコネクタ２５Ｃを介して偏波合成部３ｄの光ファイバケーブル２７に接続され、また、光ファイバケーブル２６の終端は光ファイバコネクタ２６Ｃを介して偏波合成部３ｄの光ファイバケーブル２８に接続される。なお、光ファイバケーブル２８の終端には、無反射終端器２８が設けられる。
偏波合成部３ｄの２本の光ファイバケーブル２７と２８は互いに２箇所で近接して形成され、各近接した箇所が３ｄＢ方向性結合器ＤＣ１３，ＤＣ１４を構成する。２つの方向性結合器ＤＣ１３，ＤＣ１４の間の２本の光ファイバケーブル２７，２８はそれぞれ、対称マッハツェンダ干渉計の２本のアーム部を構成しており、一方のアーム部において温度制御部ＨＴ１２が形成される一方、他方のアーム部においてＡｒＦレーザ装置５０により形成された複屈折部ＢＦ１２が設けられる。
以上のように構成された偏波分散補償装置において、偏波合成部３ｄの温度制御部ＨＴ１２に印加する電力の調整を、偏波分離部１ｄの温度制御部ＨＴ１１に印加する電力の調整方法と同様に実行することにより、光信号を常に光ファイバケーブル２７の終端部から出力させるように制御できる。従って、この偏波分散補償装置の前段に接続される伝送用光ファイバケーブルにおける環境変化に伴うＴＥ波とＴＭ波との間の偏波分散を、温度制御部ＨＴ１１及びＨＴ１２を同様に調整することにより常に補償するように調整することができる。
従来例と比較すると、偏波分離器１ｄ及び偏波合成部３ｄにおいて他方のアーム部に複屈折を有するマッハツェンダー構造の光ファイバケーブルを用い、さらにその一方のアーム部の屈折率制御を行う構成としたことで、装置を構成する素子を小型化しかつ低損失化を行うことができる。従って、本実施形態によれば、従来技術に比較して小型・軽量であって、低損失で偏波分散を補償することができる偏波分散補償装置を提供することができる。さらには、可動部がなくなったので経年劣化を小さくすることができ、信頼性を向上できる。
以上の第７の好ましい実施形態においては、温度制御部ＨＴ１１，ＨＴ１２を形成しているが、本発明はこれに限らず、温度制御部ＨＴ１１，ＨＴ１２に代えて、電界制御部ＥＦ１，ＥＦ２を形成してもよい。
第８の好ましい実施形態．
図１５は、本発明に係る第８の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図１５において、シリコン基板２１０上には、入力用チャネル光導波路２１１、光導波路型偏光分離素子２１２、一対の光導波路２１３ａ，２１３ｂ、分岐比可変光カプラ２１４、一対の光遅延線２１５ａ，２１５ｂ、光導波路型偏光合成素子２１６、出力用チャネル光導波路２１７ａ，２１７ｂが順次形成され、さらに一対の光導波路２１３ａ，２１３ｂ及び一対の光遅延線２１５ａ，２１５ｂの各一方に偏光入れ替え手段２１８ａ，２１８ｂが形成される。また、一対の光導波路２１３ａ，２１３ｂには、相対的な位相差を調整する位相調整手段２１９ａ，２１９ｂが形成される。ここで、光導波路型偏光分離素子２１２の１つの入力ポートは入力用チャネル光導波路２１１に光学的に接続され、光導波路型偏光分離素子２１２の２つの出力ポートに一対の光導波路２１３ａ，２１３ｂを介して分岐比可変光カプラ２１４の２つの入力ポートがそれぞれ光学的に接続される。また、分岐比可変光カプラ２１４の２つの出力ポートには、一対の光遅延線２１５ａ，２１５ｂの各一端が光学的に接続され、その各他端に光導波路型偏光合成素子２１６の２つの入力ポートがそれぞれ光学的に接続される。光導波路型偏光合成素子２１６の２つの出力ポートはそれぞれ出力用チャネル光導波路２１７ａ，２１７ｂに光学的に接続される。
ここで、光導波路型偏光分離素子２１２は、偏波分離部１，１ａ，１ｃと同様に構成され、光導波路型偏光合成素子２１６は、偏波合成部３，３ａ，３ｃと同様に構成される。光導波路型偏光合成素子２１６はいわゆる９０度ハイブリッド回路であって、光導波路型偏光合成素子２１６の２つの出力ポートに光学的にそれぞれ接続された出力用チャネル光導波路２１７ａ，２１７ｂの各端部をそれぞれ、合波光信号を出力するための第１の出力ポート２１７ａｐと、合波光信号を出力しない第２の出力ポート２１７ｂという。
また、偏光入れ替え手段２１８ａ，２１８ｂは、光導波路に半波長板を挿入して構成され、位相調整手段２１９ａ，２１９ｂは、光導波路に薄膜ヒータなどの温度制御部を形成して構成される。さらに、分岐比可変光カプラ２１４は、２入力２出力の２つの光カプラと、それらを接続する２本のアーム光導波路によりマッハツェンダ型干渉計を構成し、一方のアーム光導波路上に薄膜ヒータなどの温度制御部を形成することにより構成できる。ここで、温度制御部を制御して２本のアーム光導波路の光路長差を調整すれば、一方の光カプラの２入力から他方の光カプラの２出力への分岐比を変化させることができる。
この好ましい実施形態において、偏光入れ替え手段２１８ａを光導波路２１３ａに形成しているが、光導波路２１３ｂに形成してもよい。位相調整手段２１９ａ，２１９ｂは、それぞれ光導波路２１３ａ，２１３ｂに形成しているが、光導波路２１３ａ，２１３ｂのいずれか一方にあってもよい。また、偏光入れ替え手段２１８ａと位相調整手段２１９ａの位置を入れ替えてもよい。さらに、偏光入れ替え手段２１８ｂは、ここでは光遅延線２１５ｂに形成しているが、光遅延線２１５ａに形成してもよい。また、偏光入れ替え手段２１８ｂと光遅延線２１５ｂの位置を入れ替えてもよい。
以上のように構成された偏波分散補償装置において、位相調整手段２１９ａ，２１９ｂと分岐比可変光カプラ２１４は偏光コントローラ３００として動作し、光遅延線２１５ａ，２１５ｂが可変遅延線として動作し、全体として偏波分散補償回路を構成している。これにより、この偏波分散補償回路は、光伝送路における１次の偏波分散を補償できる。
この偏波分散補償装置において、本発明に係る偏波分散補償の制御方法について以下に説明する。
上述したように、光遅延線２１５ａ，２１５ｂではそれぞれＴＭ波やＴＥ波の直線偏波が入射される。よって光導波路型偏波合成素子２１６では互いに直交する直線偏波が合波され、すべての出力光信号は第１の出力ポート２１７ａｐに出力されるべきである。従って、位相調整手段２１９ａ，２１９ｂ及び分岐比可変カプラ２１４は、第１の出力ポート２１７ａｐから出力される光信号の信号レベルが最大となるように、もしくは、第２の出力ポート２１７ｂｐから出力される光信号の信号レベルが最小となるように制御することにより、光遅延線２１５ａ，２１５ｂにおける偏波を最適な状態に調整できる。光遅延線２１５ａ，２１５ｂにおける遅延量は、第１の出力ポート２１７ａｐで受信された光信号を復調した受信信号中からビットレートの周波数の１／２の周波数の信号成分を抽出し、この信号成分の信号レベルが最大となるように制御すれば最適な状態が得られる。このような方法を用いることにより、偏光コントローラ３００と光遅延線２１５ａ，２１５ｂを別個に調整できるため、現実的な制御が可能となる。
本実施形態においては、第１の出力ポートから光信号が出力される設定となっているが、第２の出力ポートから光信号を出力する設定とすることも可能である。例えば、マッハツェンダ干渉計から構成される光導波路型偏光合成素子２１６のアーム部の屈折率をヒータにより調整し、光信号の位相を１８０度だけシフトさせれば、第２の出力ポートから光信号が出力される設定となる。この場合には、第２の出力ポートから出力される光信号の信号レベルが最大となるように、もしくは、第１の出力ポートから出力される光信号の信号レベルが最小となるように偏光コントローラを制御することにより、光遅延線での偏波を最適な状態に調整できる。
以上説明したように、従来技術文献３で開示された従来技術では、偏波分散を補償するための制御が難しかったが、本実施形態によれば、従来技術に比較して偏波分散を補償するための制御を大幅に簡単化にすることができる。
第９の好ましい実施形態．
図１６は、本発明に係る第９の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。この実施形態に係る偏波分散補償装置は、図１５に図示された第８の好ましい実施形態に比較して、偏光コントローラ３００と光遅延線２１５ａ，２１５ｂとの間に、別の偏光コントローラ３０１を挿入したことを特徴としている。この相違点について以下に詳述する。
別の偏光コントローラ３０１は、分岐比可変光カプラ２１４の２つの出力ポートに光学的に接続されたアーム部光導波路２２３ａ，２２３ｂに形成された位相調整手段２２９ａ，２２９ｂと、その後段に光学的に接続された分岐比可変光カプラ２２４とを備えて構成される。このように構成された偏波分散補償装置においては、１つの偏光コントローラ３００のみを有する第８の好ましい実施形態に比較して、調整できる位相量の制限を緩和することができる。
この偏波分散補償装置においても、第８の好ましい実施形態と同様に、位相調整手段２１９ａ，２１９ｂ，２２９ａ，２２９ｂ及び分岐比可変カプラ２１４は、第１の出力ポート２１７ａｐから出力される光信号の信号レベルが最大となるように、もしくは、第２の出力ポート２１７ｂｐから出力される光信号の信号レベルが最小となるように制御することにより、光遅延線２１５ａ，２１５ｂにおける偏波を最適な状態に調整できる。それ故、偏光コントローラ３００，３０１での制御の難しさは緩和される。
以上説明したように、従来技術文献３で開示された従来技術では、偏波分散を補償するための制御が難しかったが、本実施形態によれば、従来技術に比較して偏波分散を補償するための制御を大幅に簡単化にすることができる。
以上の第８と第９の好ましい実施形態においては、光遅延線２１５ａ，２１５ｂの遅延量を変化することにより偏波分散補償量を制御する方法を示している。例えば、遅延量は固定で光遅延線２１５ａ，２１５ｂよりも前段の分岐比可変カプラ２１４，２２４等により、光遅延線２１５ａ，２１５ｂでの光信号の分岐比を調整することで遅延量を変化させるタイプの偏波分散補償装置においても、第１の出力ポート２１７ａｐから出力される光信号の信号レベルが最大となるように、もしくは、第２の出力ポート２１７ｂｐから出力される光信号の信号レベルが最小となるように制御する方法は極めて有用である。
変形例．
図１７は、本発明に係る第１の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波分離部１の一部の構成を示す平面図である。図１の偏波分離部１では、各アーム部において、温度制御部ＨＴ１と複屈折部ＢＦ１を形成しているが、図１７に示すように、偏波分離部１の一方のアーム部において、温度制御部ＨＴ１と複屈折部ＢＦ１を縦続に形成してもよい。
図１８は、本発明に係る第２の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波分離部１の一部の構成を示す平面図である。また、図１８に示すように、偏波分離部１の一方のアーム部において、温度制御部ＨＴ１と複屈折部ＢＦ１とを互いに重畳するように形成してもよい。
図１９は、本発明に係る第３の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波分離部１の一部の構成を示す平面図である。さらに、図１９に示すように、偏波分離部１の一方のアーム部において複屈折部ＢＦ１を形成する一方、他方のアーム部において温度制御部ＨＴ１を形成してもよい。
図２０は、本発明に係る第４の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波合成部３の一部の構成を示す平面図である。図１の偏波合成部３では、各アーム部において、温度制御部ＨＴ２と複屈折部ＢＦ２を形成しているが、図２０に示すように、偏波合成部３の一方のアーム部において、温度制御部ＨＴ２と複屈折部ＢＦ２を縦続に形成してもよい。
図２１は、本発明に係る第５の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波合成部３の一部の構成を示す平面図である。また、図２１に示すように、偏波合成部３の一方のアーム部において、温度制御部ＨＴ２と複屈折部ＢＦ２とを互いに重畳するように形成してもよい。
図２２は、本発明に係る第６の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波合成部３の一部の構成を示す平面図である。さらに、図２２に示すように、偏波合成部３の一方のアーム部において複屈折部ＢＦ２を形成する一方、他方のアーム部において温度制御部ＨＴ２を形成してもよい。
すなわち、図１７乃至図２２に示すように、偏波分離部１又は偏波合波部３においては、同一のアーム部上に温度制御部と複屈折部が存在しても、同一のアーム部上で重なっていても、温度制御部と複屈折部の位置が入れ替わっていてもよい。
以上の好ましい実施形態においては、光導波路上に複屈折部を形成しているが、光導波路基板上に形成した光導波路は、光導波路基板と光導波路との間の熱膨張差が原因で、本来複屈折を有する。その場合でも、ＡｒＦエキシマレーザを照射する等の手段により、複屈折を変化させることにより、偏波分離部や偏波合波部を形成してもよい。
産業上の利用の可能性
以上詳述したように、本発明の１つの態様に係る偏波分散補償装置によれば、入力される光信号の偏波軸が光伝送線路の光軸に実質的に一致するように上記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
上記偏波制御手段から出力される光信号から互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する偏波分離手段と、
互いに異なる長さを有する２つの光伝送線路を備えて構成され、上記偏波分離手段から出力される２つの偏波成分の光信号に対して互いに遅延差を生じさせる光遅延手段と、
上記光遅延手段から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して出力する偏波合成手段とを備えた偏波分散補償装置であって、
上記偏波分離手段は、第１と第２のアーム部の光伝送線路を有する対称マッハツェンダ干渉計を有し、上記第１と第２のアーム部のうちの少なくとも一方は、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第１の屈折率制御手段と、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第１の複屈折手段とを備え、
上記偏波合成手段は、第３と第４のアーム部の光伝送線路を有する対称マッハツェンダ干渉計を有し、上記第３と第４のアーム部のうちの少なくとも一方は、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第２の屈折率制御手段と、当該アーム部の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第２の複屈折手段とを備える。
従って、この偏波分散補償装置の前段に接続される伝送用光ファイバケーブルにおける環境変化に伴うＴＥ波とＴＭ波との間の偏波分散を、第１と第２の屈折率制御手段を同様に調整することにより常に補償するように調整することができる。従来例と比較すると、偏波分離手段及び偏波合成手段において他方のアーム部に複屈折を有するマッハツェンダー構造の光伝送線路を用い、さらにその一方のアーム部の屈折率制御を行う構成としたことで、装置を構成する素子を小型化しかつ低損失化を行うことができる。従って、本発明によれば、従来技術に比較して小型・軽量であって、低損失で偏波分散を補償することができる偏波分散補償装置を提供することができる。さらには、可動部がなくなったので経年劣化を小さくすることができ、信頼性を向上できる。
また、本発明のもう１つの態様に係る偏波分散補償装置によれば、入力される光信号の偏波軸が光伝送線路の光軸に実質的に一致するように上記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
上記偏波制御手段から出力される光信号から互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する偏波分離手段と、
互いに異なる長さを有する２つの光伝送線路を備えて構成され、上記偏波分離手段から出力される２つの偏波成分の光信号に対して互いに遅延差を生じさせる光遅延手段と、
上記光遅延手段から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して出力する偏波合成手段とを備えた偏波分散補償装置であって、
上記偏波分離手段は、互いに近接した２本の光伝送線路を有し、入力される光信号を２分配して２つの光信号を出力する第５の方向性結合器を備え、
上記第５の方向性結合器の互いに近接した２本の光伝送線路は、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第４の屈折率制御手段と、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第３の複屈折手段とを備え、
上記偏波合成手段は、互いに近接した２本の光伝送線路を有し、入力される光信号を２分配して２つの光信号を出力する第６の方向性結合器を備え、
上記第６の方向性結合器の互いに近接した２本の光伝送線路は、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号の屈折率を制御する第５の屈折率制御手段と、当該２本の光伝送線路を伝搬する光信号に対して複屈折を生じさせる第４の複屈折手段とを備える。
従って、この偏波分散補償装置の前段に接続される伝送用光ファイバケーブルにおける環境変化に伴うＴＥ波とＴＭ波との間の偏波分散を、第１と第２の屈折率制御手段を同様に調整することにより常に補償するように調整することができる。従来例と比較すると、偏波分離手段及び偏波合成手段において複屈折を有する光伝送線路を用い、さらに屈折率制御を行う構成としたことで、装置を構成する素子をさらに小型化しかつ低損失化を行うことができる。従って、本発明によれば、従来技術に比較して小型・軽量であって、低損失で偏波分散を補償することができる偏波分散補償装置を提供することができる。さらには、可動部がなくなったので経年劣化を小さくすることができ、信頼性を向上できる。
さらに、本発明に係る別の態様に係る偏波分散補償装置は、互いに直交する２つの偏波成分の光信号を分離して出力する偏波分離手段と、
位相調整手段と分岐比可変カプラとを備え、上記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
偏波分離された光信号を遅延させるための一対の光遅延手段と、
第１と第２の出力ポートを有し、上記光遅延手段から出力される２つの偏波成分の光信号を合波して第１の出力ポートから出力する偏波合成手段を備え、
上記偏波分離手段及び偏波合成手段は、少なくとも一方のアーム部に複屈折を有する対称マッハツェンダ干渉計により構成された偏波分散補償装置であって、
上記偏波合成手段の第１の出力ポートから出力される信号レベルが最大となるように、もしくは上記上記偏波合成手段の第２の出力ポートから出力される信号レベルが最小となるように、上記位相調整手段と上記分岐比可変カプラとを制御するように設定する。
従来技術では、偏波分散を補償するための制御が難しかったが、本発明によれば、従来技術に比較して偏波分散を補償するための制御を大幅に簡単化にすることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る第１の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図２は、図１の偏波分離部１の詳細構成を示す平面図である。
図３は、図１の複屈折部ＢＦ１による屈折率変化Δｎに対する偏波分離部１の出力ポートＰ２３及びＰ２４における出力光信号の強度を示すグラフである。
図４は、図１の温度制御部ＨＴ１の印加電力に対する出力ポートＰ２３の直後の光導波路２１を通過する光信号の強度を示すグラフである。
図５は、図１の温度制御部ＨＴ１の印加電力に対するＴＥ波及びＴＭ波間の群遅延時間差［ｐｓｅｃ］を示すグラフである。
図６は、本発明に係る第２の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図７は、図６の偏波制御器４ａの詳細構成を示す平面図である。
図８は、本発明に係る第３の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図９は、図８の電界制御部ＥＦ１の詳細構成を示す平面図である。
図１０は、図８の電界制御部ＥＦ１の詳細構成を示す縦断面図である。
図１１は、本発明に係る第４の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図１２は、本発明に係る第５の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図１３は、本発明に係る第６の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図１４は、本発明に係る第７の好ましい実施形態である光ファイバケーブル型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図１５は、本発明に係る第８の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図１６は、本発明に係る第９の好ましい実施形態である光導波路型の偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図１７は、本発明に係る第１の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波分離部１の一部の構成を示す平面図である。
図１８は、本発明に係る第２の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波分離部１の一部の構成を示す平面図である。
図１９は、本発明に係る第３の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波分離部１の一部の構成を示す平面図である。
図２０は、本発明に係る第４の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波合成部３の一部の構成を示す平面図である。
図２１は、本発明に係る第５の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波合成部３の一部の構成を示す平面図である。
図２２は、本発明に係る第６の変形例である光導波路型の偏波分散補償装置のための偏波合成部３の一部の構成を示す平面図である。
図２３は、従来技術である伝送用光ファイバケーブル１００における偏波分散を示す斜視図である。
図２４は、従来技術である偏波保存光ファイバケーブル１０１による偏波補償を示す斜視図である。
図２５は、図２４の偏光保持光ファイバケーブル１０１の構成を示す縦断面図である。
図２６は、従来技術文献１において開示された偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図２７は、従来技術文献２において開示された偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
図２８は、従来技術文献３において開示された偏波分散補償装置の構成を示す平面図である。
【図１】
2003003104.tif 000003
【図２】
2003003104.tif 000004
【図３】
2003003104.tif 000005
【図４】
2003003104.tif 000006
【図５】
2003003104.tif 000007
【図６】
2003003104.tif 000008
【図７】
2003003104.tif 000009
【図８】
2003003104.tif 000010
【図９】
2003003104.tif 000011
【図１０】
2003003104.tif 000012
【図１１】
2003003104.tif 000013
【図１２】
2003003104.tif 000014
【図１３】
2003003104.tif 000015
【図１４】
2003003104.tif 000016
【図１５】
2003003104.tif 000017
【図１６】
2003003104.tif 000018
【図１７】
2003003104.tif 000019
【図１８】
2003003104.tif 000020
【図１９】
2003003104.tif 000021
【図２０】
2003003104.tif 000022
【図２１】
2003003104.tif 000023
【図２２】
2003003104.tif 000024
【図２３】
2003003104.tif 000025
【図２４】
2003003104.tif 000026
【図２５】
2003003104.tif 000027
【図２６】
2003003104.tif 000028
【図２７】
2003003104.tif 000029
【図２８】
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【国際調査報告】
2003003104.tif 000031
2003003104.tif 000032
2003003104.tif 000033