JPH0697314B2 - 偏光制御方法 - Google Patents

偏光制御方法

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JPH0697314B2
JPH0697314B2 JP63011700A JP1170088A JPH0697314B2 JP H0697314 B2 JPH0697314 B2 JP H0697314B2 JP 63011700 A JP63011700 A JP 63011700A JP 1170088 A JP1170088 A JP 1170088A JP H0697314 B2 JPH0697314 B2 JP H0697314B2
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0121Operation of devices; Circuit arrangements, not otherwise provided for in this subclass
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F1/0136Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光通信システムや光ファイバセンサ等に利用
される偏光制御方法に関するものである。
(従来の技術) 光ヘテロダイン通信システムや光ファイバジャイロなど
の光センサ等において、任意の偏光状態の光をある一定
の偏光状態の光に変換する偏光制御は重要である。特に
単一モードファイバを用いた光ヘテロダイン通信システ
ムにおいて、光ヘテロダイン検波を行なう際、信号光の
偏光状態と局部発振光の偏光状態が一致していることが
必要とされる。ところが、温度変化などの外乱により単
一モードファイバ伝搬後の信号光の偏光状態が変化する
から、ビート信号光強度が変動し、システムの信頼性の
低下を招き、場合によっては信号検出が不能となること
もある。そこで信頼性確保のために、信号光と局部発振
光の偏光状態を一致させる偏光制御装置が必要不可欠と
なる。
従来の偏光制御装置として、女鹿田らにより電子通信学
会技術研究報告,1986年,86巻,218号,68ページから70ペ
ージにおいて発表されたものがある。これは、複屈折の
生じる方向を互い違いに45゜傾けて直列に接続した第1,
第2,第3の光位相変調器から構成された偏光制御装置で
ある。この偏光制御装置における偏光制御方法は以下に
述べる通りである。
通常は第3の光位相変調器により伝搬光に与えられる位
相差を0にしておき、第1および第2の光位相変調器に
より伝搬光に与えられる位相差を適当に設定することに
より、任意の入射偏光を一定の直線偏光に変換する。入
射光の偏光状態の変化により、第2の光位相変調器によ
り伝搬光に与えられる位相差は際限なく増大または減少
する可能性がある。ところが、光位相変調器により伝搬
光に与えられる位相差の範囲は、光位相変調器の電極の
耐圧等によって制限される。そこで第2の光位相変調器
により伝搬光に与えられる位相差が−πラジアンまたは
πラジアンとなった場合、これらをそれぞれπラジアン
または−πラジアンに変換して偏光制御を続ける。この
第2の光位相変調器により伝搬光に与えられる位相差の
変換を行なうのに際して、偏光制御装置からの出射偏光
を一定に保つため、第1および第2の光位相変調器の他
に第3の光位相変調器も動作させる。
(発明が解決しようとする課題) 上述の偏光制御方法では、第2の光位相変調器により伝
搬光に与えられる位相差の可動範囲は−πラジアンから
πラジアンであり、この位相差が上限に達した場合は下
限に、下限に達した場合は上限にそれぞれ変換される。
すなわち、いったん第2の光位相変調器により伝搬光に
与えられる位相差が限界に達して、これが変換されても
引き続き位相差の可動範囲の限界付近で動作することに
なる。したがって、入射偏光がランダムに変動するよう
な場合には、いったん第2の光位相変調器により伝搬光
に与えられる位相差が限界に達すると、上述の位相差の
変換が続けて何度も生じ、偏光制御動作が不安定となる
という問題点がある。そこで、本発明は、限界に達した
位相差を変換する場合に偏光制御動作が不安定になるこ
となく、安定に偏光制御動作を続けることができる偏光
制御方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明による偏光制御方法は、光の伝搬方向に垂直な面
内の任意の方向の基準に対して、実効的な複屈折の主軸
の方向がそれぞれ45゜,0゜,45゜の角度をなして直列に
接続された3個の各光位相変調器における第1,第2,第3
の実効的な複屈折の大きさを変化させて行なう変更制御
方法において、第1,第2,第3の実効的な複屈折の主軸の
方向およびそれらに直交する方向に偏光した伝搬光に与
えられる位相差の可動範囲がそれぞれ0からπラジア
ン,0からnπラジアン(n3:nは正の整数),0からπ
ラジアンであり、第2の実効的な複屈折により伝搬光に
与えられる位相差が0またはnπラジアンとなったと
き、第1および第3の実効的な複屈折により伝搬光に与
えられる位相差の和を一定に保ちながら、第1の実効的
な複屈折により伝搬光に与えられる位相差を減少させて
0とし、ここで第2の実効的な複屈折により伝搬光に与
えられる位相差をそれぞれ2mπラジアンまたは(n−2
m)πラジアン にした後、再び第1および第3の実効的な複屈折により
伝搬光に与えられる位相差の和を一定に保ちながら第3
の実効的な複屈折により伝搬光に与えられる位相差を減
少させて0とすることを特徴とするものであり、本方法
により前述の課題を解決した。
(作用) 本発明による偏光制御方法では、偏光制御を行なうため
の直列に接続された第1,第2,第3の光位相変調器におい
て、第2の光位相変調器により伝搬光に与えられる位相
差の可動範囲は0からnπラジアン(n3:nは正の整
数)である。第2の光位相変調器により伝搬光に与えら
れる位相差が0またはnπラジアンに達した場合、これ
をそれぞれ2mπラジアンまたは(n−2m)πラジアン に変換する。すなわち、第2の光位相変調器の動作が限
界状態に達したら、その動作点を同一の制御状態にあ
り、かつ限界状態にない他の動作点に移す。一方、前述
の女鹿田らの偏光制御装置において行われる偏光制御方
法では、同一の制御状態にある他の動作点はやはり限界
状態となっている。したがって、本発明による偏光制御
方法では、前述の女鹿田らの偏光制御装置において行な
われる偏光制御方法のように限界に達した位相差を変換
する場合に偏光制御動作が不安定になるということはな
く、安定に偏光制御動作を続けることができる。
(実施例) 以下に本発明について図面を参照して詳細に説明する。
第1図は本発明の方法を実施するのに好適な偏光制御装
置のブロック図である。
光の伝搬方向に垂直な面内の任意の方向の基準に対して
実効的な複屈折の主軸の方向がそれぞれ45゜,0゜,45゜
の角度をなして直列に第1,第2,第3の光位相変調器10a,
10b,10cが接続されている。第1,第2,第3の光位相変調
器10a,10b,10cには、これらを動作させるための電圧を
供給する電源11が接続されており、この電圧によって各
光位相変調器に複屈折が生じ、複屈折の主軸の方向とそ
れに直交する方向に偏光した伝搬光に位相差φ12
が生じる。φ12は、第1,第2,第3の光位相変
調器10a,10b,10cにそれぞれ供給される電圧によって一
義的に決まる。したがって、電源11から第1,第2,第3の
光位相変調器10a,10b,10cにそれぞれ供給される電圧を
知ることにより、φ12を知ることができる。電
源11に接続された制御回路12では、第1,第2,第3の光位
相変調器10a,10b,10cに供給される電圧すなわちφ1,
φ2をモニタし、本発明の方法によりこれらを制御
して偏光制御を行なう。
以上の偏光制御装置における本発明の方法の一実施例を
次に述べる。第2図は本実施例のフローチャートであ
る。
φ12の可動範囲はそれぞれ0からπラジアン,0
から4πラジアン,0からπラジアンである。第3の光位
相変調器10cに入射した任意の偏光を水平直線偏光に変
換して、第1の光位相変調器10aから出射させるものと
する。
始めにφを0にする。次に第1の光位相変調器10aか
らの出射光が水平直線偏光となるようにφおよびφ
の最適化を行なう。第3の光位相変調器10cに入射した
任意の偏光をφにより位相差90゜の楕円偏光に変換
し、続いてφによりこの楕円偏光を水平直線偏光に変
換する。ここで、φは0からπラジアンまで変化でき
ればすべての位相差90゜の楕円変形を水平直線偏光に変
換できる。一方、φにより任意の偏光を位相差90゜の
楕円偏光に変換するためには、最大2πラジアンの可動
範囲が必要である。しかし、連続的に変化する入射偏光
を連続的に偏光制御するためには、φは無限の可動範
囲が必要となる。言い換えると、φの可動範囲に応じ
て制御できる入射偏光状態の範囲が制限されることにな
る。本発明による偏光制御方法では、φの可動範囲は
0から4πラジアンである。したがって、先に述べたφ
およびφの最適化によりφが0または4πラジア
ンに達すると、そのままでは偏光制御を続けることがで
きない。そこで、以下に述べるような手続きにより偏光
制御範囲の制限を解消する。
φおよびφの最適化を行なった結果、φが0より
も大きく、4πラジアンよりも小さければ、再びφ
よびφの最適化を行なう。φが0または4πラジア
ンに達したならばφとφの和を一定に保ちながら、
φを減少させて0とする。このようにφを減少させ
ても、第1の光位相変調器10aからの出射光の偏光状態
は一定に保たれる。これを以下に説明する。
φに対する伝搬光の偏光状態の変化は2πラジアンの
周期性を持っている。したがって、φが0または4π
ラジアンに達すると、第2の光位相変調器10bにおける
入射光と出射光で偏光状態は等しくなる。すなわち、φ
の実効的な作用はなくなり、第1の光位相変調器10a
からの出射光の偏光状態は、φおよびφのみにより
決まる。また、第1および第3の光位相変調器10a,10c
における実効的な複屈折の主軸の方向は同一であり、か
つφ1は実効的に連続的に生じる。したがって、φ
を一定値減少させても、その分だけφを増加させれ
ば第1の光位相変調器10aからの出射光の偏光状態は一
定に保たれる。すなわち、φとφの和を一定に保つ
ことにより、第1の光位相変調器10aからの出射光の偏
光状態を一定に保ちながらφを0とすることができ
る。
次にφを0または4πラジアンから2πラジアンにす
る。このφの変換を行なっても、第1の光位相変調器
10aからの出射光の偏光状態は一定に保たれる。これを
以下に説明する。
φが0となったときは、φおよびφの実効的作用
がないので、第3の光位相変調器10cに入射した偏光
は、φにより水平直線偏光に変換される。したがっ
て、第2の光位相変調器10bへの入射偏光は水平直線偏
光となっている。この状態は、第2の光位相変調器10b
における実効的な複屈折の主軸の方向と入射偏光の方向
が一致または、直交している状態である。したがって、
φを変化させても第1の位相変調器10aからの出射光
の偏光状態は一定に保たれる。
最後に、φとφの和を一定に保ちながら、φを減
少させて0とする。すなわち、φをφが0または4
πラジアンに達したときの値に戻す。このようにφ
減少させても、第1の光位相変調器10aからの出射光の
偏光状態は一定に保たれる。これを以下に説明する。
φは2πラジアンであるので、φの実効的な作用は
ない。したがって、φとφの和を一定に保ちながら
φを減少させたときと同様に、第1の光位相変調器10
aからの出射光の偏光状態を一定に保ちながら、φ
減少させて0とすることができる。
以上の一連の手続きにより、φが可動範囲の限界であ
る0または4πラジアンに達すると、第1の光位相変調
器10aから出射光の偏光状態を一定に保ちながら、φ
は2πラジアン変換される。φに対する伝搬光の偏光
状態の変化は2πラジアンの周期性を持つので、φ
変換の前後で偏光制御状態は等しい。したがって、この
偏光制御状態からまたφ1の最適化を続けることが
でき、偏光制御範囲の制限が解消される。ここで、限界
に達したφは限界状態にない値に変換されるから、φ
の変換後も安定した偏光制御を行なうことができる。
必要に応じてφの変換を行ないながらφ1の最適
化を続けることにより、任意に変化する偏光を何ら限界
もなく無限に水平直線偏光に変換することができる。
以上に述べた偏光制御方法において、φの可動範囲は
0から4πラジアンに限定されず、0からnπラジアン
(n3:整数)であればよい。この場合、φが0また
はnπラジアンに達したとき、これをそれぞれ2mπラジ
アンまたは(n−2m)πラジアン に変換する。
また、第3の光位相変調器10cから入射させた任意の偏
光を水平直線偏光のみならず、垂直直線偏光にも変換で
きる。逆に第1の光位相変調器10aから入射させた水平
または垂直直線偏光を任意の偏光に変換することもでき
る。
以上の偏光制御において、φが0またはnπラジアン
となったとき、これをそれぞれ2mπラジアンまたは(n
−2m)πラジアンに変換する手続きは、以上の実施例に
おいて詳述した手続きと同様である。
(発明の効果) 以上に詳しく述べたように、本発明によれば、偏光状態
が任意に変化する偏光を連続的に水平または垂直直線偏
光に変換することができ、限界に達した光位相変調器に
より偏光に与えられる位相差を変換する場合に偏光制御
動作が不安定となることのない偏光制御方法が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するのに好適な偏光制御装
置のブロック図、第2図は第1図の偏光制御装置におけ
る本発明の方法の一実施例のフローチャートである。 10a,10b,10c……光位相変調器、11……電源、12……制
御回路、φ12……光位相変調器に生じる複屈折
の主軸の方向およびそれらに直交する方向に偏光した伝
搬光に与えられる位相差。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光の伝搬方向に垂直な面内の任意の方向の
    基準に対して、実効的な複屈折の主軸の方向がそれぞれ
    45゜,0゜,45゜の角度をなして直列に接続された3個の
    各光位相変調器における第1,第2,第3の実効的な複屈折
    の大きさを変化させて行なう偏光制御方法において、第
    1,第2,第3の実効的な複屈折の主軸の方向およびそれら
    に直交する方向に偏光した伝搬光に与えられる位相差の
    可動範囲がそれぞれ0からπラジアン,0からnπラジア
    ン(n3:nは正の整数),0からπラジアンであり、第
    2の実効的な複屈折により伝搬光に与えられる位相差が
    0またはnπラジアンとなったとき、第1および第3の
    実効的な複屈折により伝搬光に与えられる位相差の和を
    一定に保ちながら、第1の実効的な複屈折により伝搬光
    に与えられる位相差を減少させて0とし、ここで第2の
    実効的な複屈折により伝搬光に与えられる位相差をそれ
    ぞれ2mπラジアンまたは(n−2m)πラジアン にした後、再び第1および第3の実効的な複屈折により
    伝搬光に与えられる位相差の和を一定に保ちながら第3
    の実効的な複屈折により伝搬光に与えられる位相差を減
    少させて0とすることを特徴とする偏光制御方法。
JP63011700A 1988-01-20 1988-01-20 偏光制御方法 Expired - Lifetime JPH0697314B2 (ja)

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電子通信学会技術研究報告Vol.86,No.218,PP.63〜70

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