JPH02294617A - 偏光制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は偏光制御装置、特に、複数の液晶デバイスを含
み、光通信システムを介して伝播する光信号をコヒーレ
ント検出する際の偏光制御を継続的に行う偏光制御装置
に関する。

［従来の技術］ 偏光制御装置は、ファイバ・センサ、干渉計、及び光通
信システムと共に使用される。次に述べる背景情報は、
光学ファイバ通信システムに使用する偏光制御器の例に
関する。

ある従来の光ファイバ通信システムは、細いスペクトラ
ム線幅の半導体レーザにより放出された光ビームを、単
一モードのファイバを使用して伝送する。光変調器は、
ベース・バンド周波数の電気伝達信号に応じて光ビーム
を変調し、単一モード・ファイバを伝播する変調された
光信号を生成する。変調された光信号の偏光状態は、フ
ァイバに及ぶ温度的又は機械的な妨害又は応力、あるい
はファイバの固有の複屈折により、通信システムの受信
器において変化する。例えば、直Ｒ偏光されて伝送され
た光信号は、通常、それが受信器に達するまでに楕円偏
光されてしまう。この様な偏光状態の変化は、コヒーレ
ント検出受信器を使用可能にするために、補償する必要
がある。従来の偏光維持ファイバにはコスト等の問題が
あり、実用的通信システム及び簡単なコヒーレント検出
手段には使用できない。ただし、単一モード・ファイバ
内の信号の偏光状態は、ゆっくり変化するので、十分に
偏光を補償できる。

従来の偏光状態整合手段は、種々の方法で実現され、現
在使用されている光ファイバ・ネットワークに組み込め
る。光信号の偏光状態を制御するには、次の２つの基本
的方法がある。

（１）局部的に発生した光信号の偏光状態を受信した通
信信号の偏光状，襟に一致させる。

（２）受信した通信光信号の２つの直交する偏光成分を
別々に検出し、適当な偏光補償の後に、これら２つの成
分を加算する。

これらの手法の組み合わせは、偏光状態の角度のずれ、
即ち楕円性及び傾斜角を補償するために、複数の制御素
子を使用する。偏光制御器内に組み込まれる従来の制御
素子は、電磁ファイバ・スクイーザ、電気光学水晶、回
転可能ファイバ・コイル、回転可能１／４波長板、回転
可能１／２波長板、ファラデー回転子及び回転可能ファ
イバ・クランクを含む。

［発明が解決しようとする課題］ これらの偏光制御器の各々は、挿入損の程度が変化する
こと、機械的疲労及びその他の欠点がある。このことに
ついては、１９８５年２２月に発行されたＩＥＥＥ　　
Ｖｏｌ．ＬＴ−３、Ｎｏ，６、ジャーナル・オブ・ライ
トウェーブ・テクノロジーに掲載された、オーコシによ
る「ヘテロダイン又はホモダイン光ファイバ通信用偏光
状態制御手段Δに記述されている。この偏光制御器の他
の欠点は、コストが高く、高い動作電圧を必要とするこ
とである。

継続的制御が可能な２個の偏光制御器は、回転可能波長
板及び回転可能ファイバ・クランクである。単一モード
・ファイバ内における信号の偏光状態の変化は予測でき
ないので、継続的制御に制御することが重要である。制
御範囲に限界がある偏光状態制御素子は、リセットを必
要とする。従来の装置でのリセットは、局部光信号の偏
光状態の喪失及び情報の結果的喪失が起きると、連続的
コヒーレント検出を維持できくなるので行われる。

この喪失は、受信した光信号の偏光状態が、偏光制御素
子の境界範囲点に近接しているか、又はこの範囲境界点
付近で変動している場合に、重要である。

したがって、本発明の目的は、コヒーレント検出を使用
する光通信システム内に組み込む偏光制御装置の提供に
ある。

本発明の他の目的は、継続的制御が可能な偏光制御装置
の提供にある。

本発明の他の目的は、コスト及び動作電圧が共に低い偏
光制御装置の提供にある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、光シ
ステム用の偏光制御装置であり、人力光信号及び局部光
信号の偏光状態の差を表す差信号を検出器が生成する。

この偏光制御装置は、局部光信号の偏光を制御して、局
部光信号及び入力光信号間の偏光の差を制御する偏光状
態制御器を含む。この偏光状態制御器は、第１、第２及
び第３液晶デバイスを含み、これらに夫々遅角値ψ２、
θｐ及びθｙを与える。信号プロセッサは、検出器から
の差信号に応じて、液晶デバイス用の偏光データを計算
する。液晶デバイスは偏光データに応答して、入力光信
号及び局部光信号の偏光状態の差を最小にする。

この偏光制御装置は、正常モード、及び第１、第２リセ
ット・モードで動作する。正常モードでは、第１及び第
２液晶デバイスは協動し、水平偏光された局部光信号の
偏光をいずれかの直線傾斜偏光に変える。正常モードで
は、第３液晶デバイスは、第２液晶デバイスの出力を楕
円偏光状態にする。第１及び第２リセット・モードでは
、第３液晶デバイスは、上限做及び下限値からリセット
され、一方、第１及び第２液晶デバイスは、局郎光信号
に楕円偏光状態を与える。偏光制御装匿は、局部光信号
が第３液晶デバイスから出る時に、局部光信号の偏光状
態に変化が起きないリセット・モードの間、継続的に動
作する。太発明の追従動作は、ボアンカレの球体を参照
して後述する。

液晶デバイスは、比較的低い動作電圧で偏光制御を行い
、極めて低いコストで現存のシステムに容易に組み込む
ことができる。

本発明の偏光制御装置は、人力光信号及び局部発振光信
号の偏光状態の差を検出する検出器と、検出器の出力信
号に応じた制御信号を発生する信号処理手段と、信号処
理手段からの制御信号に応じて動作し、入力光信号及び
上記局部発振光信号の偏光状態の差を最小にする複数の
液晶デバイスを含む偏光状態制御器とを具えることを特
徴とする。

［実施例コ 第１図に示す本発明による偏光制御装置（１０）は、光
ファイバ（１４）の出力端から伝播する入力光信号（１
２）のコヒーレント検出を行う光通信受信器の一部を形
成する。偏光制御装置（１０）は、ヘテロダイン方式で
ある。本発明は、干渉計システムの様な干渉を利用する
システムに使用できる。好適な実施例は、受信器を含む
。

入力光信号（１２）は、光学ファイバ（１４）を出て、
制御ルーブ（２０）の入力端である半鍍銀鏡（ハーフミ
ラー＞（１８）の表面に入射する。

制御ループ（２０）は、検出器（２２）と、中央処理ユ
ニット　（以下ＣＰＵという）（２４＞　と、局部発振
器（３８）からの局部光信号（３６）を受信する偏光状
態制御器（２８）とを含む。

入力光信号（１２）は、角周波数ω及び不定の偏光状態
を有する。局部光信号（３６）は、角周波数ω＋δω及
び公称水平偏光状態を有する。局部光信号（３６）は、
垂直に偏光されてもよい。

角周波数δωは、人力光信号（１２）の角周波数ωに対
する局部光信号（３６）のオフセット周波数として定義
される。

第２図は、第１図の偏光状態制御器（２８）を示す。こ
の偏光状態制御器（２８）は、好適には３個の可変複屈
折形ネマチック液晶可変光学リクーダ（４０）、（４２
）及び（４４）を含む。局部光信号（３６）は、リター
ダ（４０）、（４２）及び（４４）の光伝達面に垂直に
交差する光学軸（４８）に沿って伝播する。点ａ，ｂ及
びＣは、局部光信号（３６）がリターダ（４０）、（４
２）及び（４４）から出る時の局部光信号（３６）の偏
光状態に対応する参照符号である。

高速軸（５０）、（５２）及び（５４）の相対配列は、
夫々光学リターダ（４０）、（４２）及び（４４）上に
示される。軸（５０）、（５２）及び（５４）は、リタ
ーダ（４０）、（４２）及び（４４）の低速軸であって
もよい。高速軸（５０）及び（５４）は、高速軸（５２
）及び水平偏光された局部光信号（３６）に対して角度
４５゜を成す。

これらの液晶リターダの遅角は、供給電界の強度により
制御される液晶分子の配向による作用である。リターダ
（４０）、（４２）及び（４４）の遅角を、夫々ψ２、
θｐ及びθｙで表す。リターダ（４０）、（４２）及び
（４４）に供給される電界の強度は、ＣＰＵ　（２４）
の各出力端（６０）、（６２）及び（６４）からの電圧
信号に応答して変化する。供給電圧信号の大きさを変化
させることにより、遅角ψｚ１　θｐ及びθｙの値のい
かなる組合わせも得ることができる。

リターダ（４０）、（４２）及び（４４）が局部光信号
（３６）に与える遅角を変化させることで、偏光状態制
御装置（１０）は入力光信号（１２）の偏光量に追従し
、人力光信号く１２）のコヒーレント検出を行うことが
できる。遅角ψＺ、θｐ及びθｙの対応する組合わせを
作ることにより、局部光信号（３６）の偏光塁は、いず
れの所望の値にでもできる。局部光信号（３６）の偏光
量の変化は、次の方法で行われる。

第１図では、局部光信号く３６）は偏光状態制御器（２
８）を伝播し、鏡（６６）で反射し、半鍍銀鏡（１８）
の表面に入射する。第１図の他の構成としては、鏡（１
８）及び（６６）を光ファイバ方向性結合器で置換でき
る。入力光信号（１２）及び局部光信号（３６）は、好
適には光検出器である検出器（２２）に入射する。光検
出器（２２）は２乗検出器であり、検出する時間変化信
号は周波数δωの干渉信号（７０）のみである。干渉信
号（７０）の振幅は、局部光信号（３６）の振幅、及び
局部光信号（３６）の偏光量が人力光信号（１２）の偏
光量にどれだけ近接して適合しているかにより決まる。

干渉信号（７０）の振幅は、入力光信号（１２）及び局
部光信号（３６）間の偏光差が減少するほど増加する。

偏光状態制御器（２８）は、干渉信号（７０）の電圧が
最大になるまで、局部光信号（３６）の偏光状態を系統
的に変化させることにより、入力光信号（１２）及び局
部光信号（３６）間の偏光差を最小にする。干渉信号（
７０）の電圧が最大になると、偏光制＠装置（１０）は
、人力光信号の変化に追従するように、局部光信号の偏
光状態を変化させ続ける。

偏光制御装置（１０）は、局部光信号（３６）の偏光状
態を変化させ続け、人力光信号（１２）及び局部光信号
（３６）の偏光状態の差を最小にする。干渉信号（７０
）の振幅の変化は、局部光信号（３６）の偏光状態をど
のように変えるかを決めるための帰還信号として使用さ
れる。偏光制御装置（１０）のこの構成により、偏光状
態制御器（２８）は、点Ｃで局部光信号（３６）がリタ
ーダ（４４）から出てくるときに、可能な全ての偏光状
態を生成する。偏光制御装置（１０）は、有限範囲リタ
ーダ（４０）、（４２）及び（４４）のいずれかがリセ
ットされる間に、点Ｃで偏光状態の変化が起きなければ
、継続して動作する。

局部光信号（３６）の偏光量を変化させる方法を第３図
に示すボアンカレの球体（８０）を参照して説明する。

第３図では、ボアンカレの球体（８０）は、表面上の各
点が異なる偏光形態を表す単位半径の球体である。赤道
（８２）の全ての点は、異なる偏光方向における直線偏
光である。

赤道上の点Ｈは、水平方向に偏光された光を表し、点Ｈ
に直径方向で反対の点Ｖは、垂直方向に偏光された光を
表す。楕円偏光は、赤道（８２）から外れた球体上の点
により表される。北極点及び南極点は、夫々右円偏光（
ＲＣ）及び左円偏光（ＬＣ）を表す。ボアンカレの球体
は、１９６４年に発行されたＷ．Ａ．　　シャークリフ
及びＳ．Ｓ．バラードによる「偏光された光コの７１〜
７６頁と、１９８０年に発行されたボーン及びウルフに
よる「光学原理」のセクション１．４、３１頁に記戟さ
れている。第３図１ごおいて、２−２本、ψ２−ψＺ本
及びθｐ一θρ本軸は、互いに直角である。符号＊ｌよ
、共役即ち直交する相対点を表す。例えば、２１は、２
の共役である。θｙ−θｙ本軸は、ψＺ−ψ２本軸と同
一線上にある。

点Ｃにおける局部光信号（３６）の電界の偏光状態を表
すジョーンズ・ベクトルＥｃは、局部光信号（３６）が
局部発振器く３８）から出る時の局部光信号．の偏光状
態のジョーンズ・ベクトルに、デバイスが装置内に並べ
られた順番と反対の順番で各デバイスに対するジョーン
ズ・マトリクスを乗算することにより求められる。Ｅｃ
は、（１）ここで、Ｐ＝　θｐ／２、Ｙ＝θｙ／２及び
Ｚ＝ψ／２である。

ジョーンズ・ベクトル、及びジョーンズの計算方法は、
１９６６年に発行されたＷ，Ａ，　　シャークリフによ
る「偏光された光：生成及び使用」の２３〜２９頁、９
１頁、及び１１８〜１２３頁と、上述の［偏光された光
コの８０〜８２頁及び９３〜９５頁とに記載されている
。

正常モード及び２つのリセット・モードを含む制御アル
ゴリズムを使用して、入力光信号（１２）及び局部光信
号（３６）間の偏光状態の一致を継続的に維持し、（１
）式で使用するψ２、θｐ及びθｙを求める。（１）式
は、点Ｃでの偏光状態を明確に求めるために使用できる
。ただし、点Ｃでの偏光状態を求めることは、本発明を
使用する上で必要でない。ＣＰＵ　（２４）は、第９図
、第１０図及び第１１図の流れ図を参照して説明する方
法で電圧を計算する。

正常動作モード 好適な実施例の正常動作では、θｐ＝±π／２である。

これは、（４ｎ±１）π／２の代表例である（ｎは整数
）。液晶デバイスは、遅角の正及び負の値間では切り替
わらない。ただし、π／２は、（４ｎ＋１）π／２の特
定の場合であり、一π／２は（４ｎ−１）π／２の特定
の場合である。数学的に簡単にするために、±π／２を
使用する。

本発明を液晶を使用して実現する場合、θｐ＝π／２及
び３π／２の様な他の値が好ましい。偏光の一致は、ψ
２及びθｙを変化させることにより行える。軸（５０）
及び（５２）は、４５゜だけずれているので、リターダ
（４０）及び（４２）は、単一ユニットの様に動作し、
局郎光信号（３６）が局部発振器（３８）及び点ｂ間を
伝播するときに、局部光信号（３６）の偏光状態を有効
に回転させる。これにより、ボアンカレの球体（８０）
のｚ　−　ｚ本軸に対する回転方向で偏光状態が変化す
る。リターダ（４０）及び（４２）を、回転子類似体と
呼ぶ。リターダ（４４）は、ボアンカレの球体（８０）
のθｙ一θｙ本軸に対する回転方向で偏光状態を変化さ
せることにより、局部光信号（３６）の楕円率及び付加
的傾きを制御する。

第２図の点ｂでリターダ（４２〉から出る局部光信号（
３６）のジョーンズ・ベクトルは、（２）式に示す線形
行列乗算により表される。

Ｅｂは点ｂでの局部光信号（３６）の電界ベクトルを表
す。

ｅｌ＃Ｐ／２０項は、偏光に関して何の影響も無い絶対
位相項であるので無視する。θｐ一π／２に関して、点
ｂでのジョーンズ・ベクトルは（３）式で表される。

θｐ＝−π／２に関して、点ｂでのジョーンズ・ベクト
ルは、（４）式で表される。

したがって、（３）及び（４）式は、ＣＰＵ（２４）の
出力端（６２）の電圧信号を、θｐ＝π／２の遅角値に
対応する２進値に限定することにより、点ｂで直線偏光
状態が得られることを示す。これらの条件の下で、ψ２
の値は偏光方向又はリターダ（４４）から出る局部光信
号（３６）の偏光状態即ち傾斜角を決める。ψｚ＝ｎπ
（ｎは整数）であるとき、点ａの偏光は、θｐの２つの
固有状態の一方に一致する。これは、リターダ（４２〉
の高速軸及び低速軸と同じ面内の直線偏光である。ψｚ
＝ｎπの場合、θｐの変化は、点ｂの局部光信号（３６
）の偏光状態には影響しない。

点ｂでの偏光傾斜角は、ψ２の制御方向がその範囲限界
値（０又はπ）で逆転され、θｐがその相補的値に切替
えられる場合に、継続的に連続して回転する。この範囲
限界値は、ｎπ及び（ｎ＋１）πに定められる（ｎは任
意の整数）。好適な実施例では、０及びπは図示する目
的のための範囲限界値として選択される。したがって、
正常動作の間、リターダ（４０）及び（４２）の組合わ
せは、無限範囲を有する偏光回転子として機能する。

点ｂでの偏光傾斜角は、θｐ＝π／２に対してψＺ／２
であり、θｐ＝−π／２に対してーψＺ／２である。リ
ターダ（４０）、（４２）及び（４４）を組合わせると
、局部光信号（３６）のどのような偏光状態も偏光状態
制御器（２８）の出力端で生成できるように、偏光を完
全に制御できる。

正常モードの動作中、偏光制御装置（１０）は、入力光
信号（１２）及び局部光信号（３６）間の偏光の差を最
小にすることにより、干渉信号（７０）の電圧を最大に
する。入力光信号（１２）の偏光状態は、通常、局部光
信号の偏光状態がＣＰＵ（２４）により変えられる速度
に対して極度に遅い速度で、変化する。

好適な実施例では、人力光信号（１２）及び局部光信号
（３６）間の偏光の差は、次の方法で最小になる。局部
光信号（３６）の偏光状態は、ボアンカレの球体（８０
）の特定の位置の点により表される。ポアンカレの球体
（８０）上の位置の変化は、局部光信号（３６）の偏光
状態の変化に等しい。入力光信号（１２）の偏光状態は
、単一の点として、ボアンカレの球体（８０）上に表さ
れる。ＣＰＵ　（２４）の出力端（６０）及び（６２）
から供給される電圧信号は、各リターダ（４０）及び（
４２）の遅角量を変化させ、ポアンカレの球体（８０）
上の増加量だけ局部光信号（３６）の偏光状態が変化す
る。正常モードでは、出力端（６２）の電圧は、θｐ＝
±π／２に対応する２つの電圧の一方である。

偏光状態の変化の結果、干渉信号（７０）の振幅が増加
すると、この場合、この変化は、ポアンカレの球体く８
０〉上で正しい方向に起きたことになる。偏光状態の変
化の結果、干渉信号（７０）の大きさが減少すると、こ
の場合、局部光信号（３６）の偏光状態の位置を反対方
向に移動させる必要がある。この位置は、この変化によ
り干渉信号（７０）の振幅が減少するまで、段階的に変
化する。この時点で、この位置は、反対方向に１増加点
分だけ変えられる。好適な実施例では、ＣＰＵ（２２）
は、出力端（６０）及び（６４）の制御電圧を交互に変
化させて、入力光信号（１２）の偏光状態に追従する。

出力端（６２）の制御電圧は、θｐ＝±π／２に対応す
る２つの電圧の一方であり、点ｂでの直線偏光の継続的
回転を維持する。

ＣＰＵ（２４）の出力端（６４）から供給される電圧信
号は、リターダ（４４）の遅角量を変化させ、ポアンカ
レの球体（８０）上の増加分だけ局部光信号（３６）の
偏光状態の位置を変化させる。リターダ（４４）の遅角
の変化の方向は、位置の変化の結果、干渉信号（７０）
の振幅が増加している間は、同じままである。位置の変
化により、干渉信号（７０）の振幅が減少すると、この
時点で、位置は反対方向に変えられる。

偏光制御装置（１　０）の動作例を第４ａ，４ｂ図〜第
８ａ、８ｂ図を参照して説明する。第４ａ、５ａ，６ａ
，７ａ及び８ａ図は、時点ｔ。〜ｔ，におけるポアンカ
レの球体（８０）の平面図である。

第４ｂ，５ｂ、６ｂ，７ｂ及び８ｂ図は、時点ｔ　ｏ−
ｔ　４におけるボアンカレの球体（８０）の側面図ある
。点ＬＯは、局部光信号（３６）がリターダ（４０）に
入るときの、この局部光信号の偏光状態を示す。符号ａ
，ｂ及びＣは、第２図の点ａＳｂ及びＣにおける局部光
信号（３６）の偏光状態を示す。点線は、第２図におい
て、局部光信号（３６）が、局部発振器（３８）から点
Ｃに伝播するときの、局部光信号（３６）の偏光状態を
示す。点線は、見易くするために、実際の位置から少し
ずらして描かれている。入力光信号（３６）の偏光状態
は、点“人力ＳＯＰ”で示される。球体の前側上の点は
黒丸で示され、球体の後側上の点は白丸で示される。

表１は、時点ｔ　ｏ　”’−　ｔ　４に対するψＺ及び
θｐの値及び局部光信号（３６）の偏光状態の変化の結
果、干渉信号（７０）が増加又は減少したかを示す。

符号“ｉｎｃｚ　”及び’ｉｎｃ，　”は、夫々リター
ダ（４０）及び（４４）の遅角を表す。ψ２、θρ及び
θｙの初期状態は、任意にπ／２に選択されている。

表１ 時点　ψＺ　　　　　θｐ　　θｙ　　　干渉信号ｔ０
　　π／２　　　　　π／２　π／２ｔ１　　π／２＋
ｉｎｃ，　　　π／２　π／２　　　減少ｔ２　　π／
２−ｉｎｃ．　　　π／２　π／２　　　増加ｔ３　　
ｙｒ　／　２−　１ｎ　ｃ　ｘ　　　ｙｒ　／　２　　
π／　２　＋’　ｎＣｙ　　増加ｔ４　　π／２−２（
ｉｎｃ．　）　　π／２　π／２＋ｉｎｃｙ　　増加第
４ａ図において、時点ｔ。で、局部光信号（３６》の偏
光状態は、局部光信号（３６）がリターダ（４０）に入
るときに、点ＬＯで水平偏光されている。点ａＳｂ及び
Ｃでの局部光信号の偏光状態を第４ａ図に示す。第４ｂ
図のボアンカレの球体（８０）の側面図は、時点ｔ０で
のＬＯ及び点ａ，ｂ，ｃにおける局部光信号（３６）の
偏光状態を示す。

第５ａ及びｂ図では、時点１＋で、リターダ（４０）に
供給される電界が変化し、ψＺがπ／２からπ／２＋ｉ
ｎｃ．に増加する．，偏光状態に生じた変化を、平面図
の第５ａ図及び側面図の第５’ｃ図の点ａ，ｂ及びＣに
示す。点Ｃは、第５ａ図の球体の後側にある。第５ａ及
びｂ図の点Ｃは、第４ａ及びｂ図に示す点Ｃより、点入
力ＳＯＰから離れているので、ψＺの増加により、干渉
信号（７０）の振幅が減少する。したがって、ψＺは、
増加させるのではなく、減少させなければならない。

第６ａ及びｂ図では、ψＺはπ／２からπ／２−ｉｎｃ
．に減少する。時点ｔ２で、点ａ，ｂ及びＣにおいて、
偏光状態に生じた変化は、第６ａ図及び第６ｂ図に示さ
れる。第６ａ図及び第６ｂ図の点Ｃは、第４ａ及びｂ図
に示すＣ点より、点入力ＳＯＰに近いので、ψＺの変化
方向は、正しかったことになる。

第７ａ及び７ｂ図では、時点ｔｊで、θｙはπ／２から
π／　２　＋ｉｃｎ，に増加する。時点ｔ３で、点ａ，
ｂ及びＣにおいて偏光状態に生じた変化を、第７ａ及び
７ｂ図に示す。第７ａ及び７ｂ図の点Ｃは、第６ａ及び
６ｂ図に点Ｃ示すより、点入力ＳＯＰに近いので、θｙ
の変化方向は正しかったことになる。

第８ａ及び８ｂ図では、時点ｔ４で、ψ４はπ／２−Ｉ
Ｃｎｇからπ／　２　−　２　　（ｉｎｃ．）に減少す
る。

時点ｔ４で、点ａ，ｂ及びＣＩ，：′Ｊ６いて偏光状態
に生じた変化を第８ａ図及び第８ｂ図に示す。点Ｃは、
点人力ＳＯＰに極めて近い。局部光信号（３６）及び人
力光信号（１２）の偏光の差は最小になり、干渉信号（
７０）は最大となる。

偏光制御装置（１０）は、入力光信号（１２）の偏光状
態の変化に追従するように、ψ２及びθｙの値を変動さ
せ続ける。θｐの値は、第９図のアルゴリズムに従って
、その相補値に変化する。偏光の差が最小になった後、
入力光信号（１２）の偏光状態が一定状態を維持する程
度まで、偏光制御装置（１０）は、入力光信号（１２）
の偏光状態及び局部光信号（３６）の偏光状態の差が確
定可能である、予想可能な形式でψＺ、θｐ及びθｙを
変化させる。

上述の例では、偏光制御装置（１　０）は、点火力ＳＯ
Ｐに追従するために４つの過程を要した。

実際には、増加値は好適には例えばπ／５０の小さい値
であるので、点入力ＳＯＰに追従するために更に多くの
過程を必要とする。第４ａ，４ｂ図〜第８ａ，８ｂ図内
の点線は、正確な増加値を示すものではなく、単に図示
を目的としている。

第９図は、正常動作モードでの偏光制御装置（１０）の
動作の流れ図である。動作は、開始枠（１５０）から開
始する。この時、ＣＰＵ（２４）は、局部光信号（３６
）の偏光状態を変えるべき方向についての情報を持たな
い。ψ２、θｐ及びθｙの初期値は、動作枠（１５４）
内に示す様に、任意にπ／２に選択される。

動作枠（１　５　８）は、ψ２＝ψＺ＋ｌｎＣｓである
ψ２の増加変化を示す。判断枠（１　６　２）は、０く
ψ２〈πであるかどうかの判断を示す。実際には、ψＺ
が０又はπに達するとすぐに、θｐの値が一θｐに変化
し、ψＺの変化の方向が切り替わるので、ψ２は０くψ
２〈πの範囲を超えることはない。

例えば、ψ２がπに向かって増加していて、丁度πに達
したとき、ψＺの値は減少し始める。判断枠（１　６　
２）の回答が否定であれば、動作枠（１　６　６）に示
す様に、θｐ＝一θｐ及びｉｎｃ．　一−ｉｎｃｙとな
る。０くψＺくπでの選択は任意である。

これは、ｎπ及び（ｎ＋ｌ）πで定められる境界を有す
るπの区間である（ｎは整数）。

判断枠（１７０）は、ψ２の変化により干渉信号（７０
）の振幅が増加したかどうかの判断を示す。判断枠（１
　７　０）での回答が否定である場合、動作枠（１７４
）に表す様に、ψ２＝ψＺ−２（ｉｎｃ寓）及び１０Ｃ
ｔ”　　Ｉｎｃヨとなり、制御は判断枠（１　６　２）
に戻る。

動作枠（１　７　ｇ）に示す様に、偏光は、θｙ＝θｙ
　＋　ｉｎｃ，であるように変化する。次に、判断枠（
１　８　２）に示す様に、０くθｙくπであるかどうか
を判断する。０くθｙくπは、ｎπ及び（ｎ＋１）πで
定められる境界を有するπのいずれかの区間で置換でき
る（ｎは任意の整数）。判断枠（１　８　２）での回答
が否定である場合、次に、θｙが上限値又は下限値を超
えたかに応じて、判断枠（１　８　６）に示す様に、２
つのリセット・モードの一方が選択される。リセット・
モードを、第１Ｏ図及び第１１図を参照して説明する。

判断枠（１　９　０）は、θｙを変更すると、干渉信号
（７０）の振幅が増加するかどうかの判断を示す。判断
枠（１９０）での回答が否定である場合、動作枠（１　
９　４）に示す様に、θｙ＝θｙ一２　（ｉｎｃ，　）
及びｉｎｃ，＝　−　ｉｎｃｙとして、制御は判断枠（
１　ｇ　２）に戻る。次に、偏光制御装置（１０）は、
動作枠（１５８）に示す様に、ψ２を再び増加させ、偏
光制御装置（１０）は第９図の流れ図に従う。

リセット・モード 回転子順似体が無限範囲を有し、正常動作の下では、リ
セットは必要ない。ただし、遅角値θｙは、周期的に上
限値又は下限値のいずれかに達する。これらの限界値が
、πの整数倍に設定されると、θｙはπだけ増加又は減
少し、リターダ（４０）及び（４２）が適当に制御され
れば、出力偏光は変化しない。このリセット・サイクル
の間、リターダ（４０）及び（４２）は回転子として機
能せず、第２図の点ｂでの偏光は直線偏光ではなくなる
。説明を簡単にするために、上限値及び下限値を、π及
び０に選択する。

リセット条件は、（１）式で決めた様に、偏光が一定で
あると仮定することにより求められる。

θｙが、その上限値πに達するとき、局部光信号（３６
）の偏光状態は維持され、一方、θｐ及びψ２が（５）
及び（６）式に従うと、θｙは０に設定し直される。

θｐ＝θｐｏ−Ｍｃｏｓ””　（ｓ　ｉ　ｎψｚｏ／ｓ
ｉｎψｚ）　　　　　（　５　）（但し、０≦ψｚｏ＜
π／２且つθｐｏ＝π／２、又はπ／２≦ψ２０＜π且
つθｐｏ＝−π／２のときは、Ｍ＝１であり、π／２≦
ψｚｏ＜π且つθｐｏ＝π／２、又は０≦ψ２０＜π／
２且つθｐｏ＝−π／２のときは、トー１である。又、
ψｚｏ及びθｐｏは、夫々ψ２及びθｐの初期値である
。冫θｙ：π−ｃｏｓ−　’　（ｃｏｓψｚ／ｃｏｓψ
ｚｏ）　　　　　　　（　６　）（但し、θｐｏ及びψ
ＺＯは、夫々θｐ及びψＺの初期値である。） リセット・サイクルが終了したとき、θｐ＝θρＯ、ψ
Ｚ＝π−ψｚｏ、θｙ＝ｏであり、正常動作が再開され
る。

θｙがその下限値０に達したとき、θｐ及びψＺの値は
、（７）及び（８）式で求められる。

θｐ：θｐｏ＋！Ｊｃｏｓ−　’　（ｓｉｎψｚｏ／ｓ
ｉｎψｚ）　　　　　（　７　）〔但し、！，｛は（５
）式の場合と同様に決められる。〕θｙ＝ｃｏｓ””　
（ｃｏｓψｚ／ｃｏｓψｚｏ）　　　　　　　（　８　
）θｙ及びψＺの範囲限界は、０及びπに選択されるが
、解析はπの整数倍であるいずれかの範囲に容易に拡張
できる。この制御アルゴリズムは一般的であり、直線複
屈折デバイスのどのような装置とも動作可能である。

第１０図は、θｙがθｙ＝πの上限値からリセットされ
る上限リセット・モードにおける、偏光制御装置（１０
）の動作を示す流れ図である。上限リセット・モードは
、開始枠（２２０）から開始する。動作枠（２２４＞は
、ψｚｏ＝ψ２、θｐｏ＝θｐＳＭａ＝ｓｇｎ　（ｃｏ
ｓψｚｏ）、及びＭｂ＝ｓｇｎ　（ｓｉｎθｐｏ）とい
う値の指定を示す。

動作枠（２４０）は、ψＺ＝ψｚ＋Ｍａｉｎｃ．という
値の指定を示す。ここで、ｉｎｃｍは正の増加を意味す
る。動作枠（２　４　４）は、θｐ＝θｐｏ−ＭａＭｂ
ｃｏｓ−’　（ｓｉｎψｚｏ／ｓｉｎψＺ）という値の
指定を示す。動作枠（２　４　８）は、θｙ＝π−ｃｏ
ｓ　’　（ｃｏｓψｚ／ｃｏｓψｚｏという値の指定を
示す。判断枠（２５２）は、π一ψｚｏ−ｉｎｃ．＜ψ
ｚ＜ｒｒ一ψｚｏ＋ｌｎｌ−ｇであるかどうかの判断を
示す。判断枠（２　５　２）での回答が肯定であれば、
動作枠（２　５　６）に示す様に、偏光制御装置（１０
）は、正常モードに戻る。判断枠（２５）での回答が否
定であれば、動作粋（２４０＞に示す様に、偏光制御装
置（１０）はψＺの値を変化させ、第１０図の流れ図に
示す様に、上限リセット・モードを続行する。

第１１図は、θｙがθｙ＝００下限値からリセットされ
る下限リセット・モードにおける、偏光制御装置（１　
０）の動作を示す流れ図である。下限リセット・モード
は、開始枠（２　７　０＞から開始する。動作枠（２７
４）は、ψｚｏ＝ψＺ、θｐｏ＝θｐ，　Ｍａ＝ｓｇｎ
　（ｃｏｓψｚｏ）、及びＭｂ　＝ｓｇｎ　（ｓｉｎθ
ｐｏ）という値の指定を示す。

動作枠（２９０＞は、ψＺ＝ψｚ　＋　Ｍａｉｎｃ．と
いう値の指定を示す。動作枠（２９４）は、θｐθｐｏ
−ＭａＭｂｃｏｓ−’　（ｓｉｎψｚｏ／ｓｉｎψＺ）
という値の指定を示す。動作枠（２９８）は、θｙ＝ｃ
ｏｓ−’（ＣＯＳψｚ／ｃｏｓψｚｏ）という値の指定
を示す。判断枠（３　０　２）は、π一ψｚｏ　−　ｉ
ｎｃｚ　＜ψｚ＜π−ψｚｏ　＋　ｉｎｃｇであるかど
うかの判断を示す。判断枠（３０２）での回答が肯定で
あれば、動作枠（３０６）に示す様に、偏光制御装置（
１０）は、正常モードに戻る。回答が否定であれば、動
作枠（２９０）に示す様に、偏光制御装置（１０）はψ
Ｚに新しい値を指定し、第１１図の流れ図に示す様に、
下限リセット・モードを続行する。

第１０図、第１１図、及び（５）〜（８）式に関連して
説明したリセット・モードにおいて、ψ２がψＺＯから
π一ψｚＯにリセットされるときに、θｐ及びθｙはψ
２の関数として計算される。その代わりに、ψＺ及びθ
ｐがθｙの項で計算される場合、（５）〜（８）式は、
θｙの関数として解くことができる。

好適な実施例では、局部光信号（３６）の偏光状態は偏
光状態制御器く２８）により変えられ、入力光信号（１
２）と比較される。その代わりに、偏光状態制御器（２
８）を人力光信号（１２）の偏光状態を変えるように構
成してもよい。この場合、入力光信号（１２）の変更さ
れた偏光状態は、変更されない局部光信号（３６）と比
較される。

この構成では、システムが逆方向であるので、リターダ
（４０）、（４２）及び（４４）の瀬番は逆になる。

［発明の効果コ 本発明によれば、検出器が検出した入力光信号及び局部
光信号の偏光状態の差を表す差信号に応じて、信号処理
手段が複数の液晶デバイスから成る偏光状態制御器を制
御し、この偏光状態制御器は、入力光信号及び局部光信
号の偏光状態の差を最小する。偏光状態制御器に液晶デ
バイスを使用することにより、製造コスト及び消費電力
を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の偏光制御装置の構成を示すブロック図
、第２図は第１図の偏光制御装置に含まれる偏光状態制
御器を形成する３個の液晶セルを示す簡略図、第３図は
第１図の偏光制御装置の動作を説明するためのボアンカ
レの球体を示す図、第４ａ，４ｂ図〜第ｇａ，３ｂ図は
本発明の偏光制御装置が人力光信号及び局部発生光信号
間の偏光状態の差を最小にする際に、ボアンカレの球体
の表面上の局部発生信号の偏光変移の経路の例を示す図
、第９図、第１０図及び第１１図は夫々正常動作モード
、第１及び第２のリセット・モードにおけるＣＰＵによ
る電圧の計算方法を示す流れ図である。 図中において、（１２）は入力光信号、（２２）は検出
器、（２４）は信号処理手段、（２８）は偏光状態制御
器、（３６）は局部発振光信号である。 代　　理　　人　　　　　松　　隈　　秀　　盛ＦＩＧ
．１０ ＦＩＧ．　１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力光信号及び局部発振信号の偏光状態の差を検出する
   検出器と、 該検出器の出力信号に応じた制御信号を発生する信号処
   理手段と、 該信号処理手段からの上記制御信号に応じて動作し、上
   記入力光信号及び上記局部発振光信号の偏光状態の差を
   最小にする複数の液晶デバイスを含む偏光状態制御器と
   を具えることを特徴とする偏光制御装置。