JPH08262394A - Multiinput/multioutput light polarization controller - Google Patents
Multiinput/multioutput light polarization controllerInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、入力光の偏波を制御す
る、例えば任意の偏波状態で入力される光を垂直偏光に
制御する多入力多出力光偏波コントローラに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-input multi-output optical polarization controller for controlling the polarization of input light, for example, controlling light input in an arbitrary polarization state to be vertically polarized.
【０００２】[0002]
【従来の技術】コヒーレント光通信で使用される単一モ
ード光ファイバは、外乱の影響を受けて偏波状態が時間
とともに不規則に変化する。したがって、入力光の偏波
状態に応じて損失特性やクロストーク特性などが変化す
る偏波依存性のある光部品を使用する場合には、入力光
の偏波状態を所定の偏波に制御する光偏波コントローラ
が必要になる。2. Description of the Related Art In a single mode optical fiber used in coherent optical communication, the polarization state changes irregularly with time under the influence of disturbance. Therefore, in the case of using an optical component having a polarization dependency in which the loss characteristic and the crosstalk characteristic change depending on the polarization state of the input light, the polarization state of the input light is controlled to a predetermined polarization. An optical polarization controller is needed.
【０００３】従来の光偏波コントローラとしては、入力
光の特定方向の電界の位相を１／４波長遅らせる１／４
波長板と、特定方向の電界の位相を１／２波長遅らせる
１／２波長板置とを組み合わせ、それらを回転させるこ
とにより偏波を回転させるものがある。また、印加電界
によって電気光学結晶の複屈折性を制御し、結晶を伝搬
する光の偏波を回転させるものがある。また、光ファイ
バ内の応力によって生ずる複屈折を利用したり、光ファ
イバの磁気光学効果を利用して伝搬光の偏波を回転させ
るものがある。As a conventional optical polarization controller, the phase of the electric field of the input light in a specific direction is delayed by a quarter wavelength.
There is one in which a wave plate is combined with a ½ wave plate device that delays the phase of an electric field in a specific direction by ½ wavelength, and the polarized wave is rotated by rotating them. Further, there is one that controls the birefringence of an electro-optic crystal by an applied electric field to rotate the polarization of light propagating through the crystal. Further, there is one that utilizes birefringence generated by stress in the optical fiber or rotates the polarization of propagating light by utilizing the magneto-optical effect of the optical fiber.
【０００４】このような光偏波コントローラは、入力光
の偏波状態を検出する検出器と組み合わせ、その出力に
応じて１／４波長板および１／２波長板の回転角や電気
光学結晶の印加電圧を制御することにより、入力光の偏
波を自動補償するシステムが構成できる。Such an optical polarization controller is combined with a detector for detecting the polarization state of the input light, and the rotation angle of the quarter-wave plate and the half-wave plate and the electro-optic crystal according to the output of the detector. By controlling the applied voltage, a system that automatically compensates the polarization of the input light can be configured.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】複数組の入出力端子を
もつ多入力多出力光偏波コントローラとして、従来の光
偏波コントローラを単純に集合させた構成では、装置規
模が大きくなってしまう問題点があった。また、ステッ
プモータなどの機械的な可動部を必要とするものでは、
入力光の偏波状態の変化に追従させることが困難であっ
た。As a multi-input multi-output optical polarization controller having a plurality of sets of input / output terminals, a configuration in which conventional optical polarization controllers are simply assembled results in a large device scale. There was a point. Also, for those that require mechanical moving parts such as step motors,
It was difficult to follow the change in the polarization state of the input light.
【０００６】本発明は、可動部が不要で小型化が容易で
あり、入力光の偏波状態の変化に追従できる高速動作が
可能な多入力多出力光偏波コントローラを提供すること
を目的とする。An object of the present invention is to provide a multi-input multi-output optical polarization controller which does not require a movable part, can be easily downsized, and can follow a change in the polarization state of input light and can operate at high speed. To do.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の多入力多出力光
偏波コントローラは、印加電圧に応じて入力光の所定方
向の電界の位相を個別に可変させる光素子を複数個集合
させたアレイ光素子を形成し、交互に45度異なる方向の
電界の位相を可変させるアレイ光素子を少なくとも３段
に配列し、その両側に各光素子に対応する位置に複数組
の光入出力端子を配置する。A multi-input multi-output polarization controller of the present invention is an array in which a plurality of optical elements for individually varying the phase of an electric field in a predetermined direction of input light in accordance with an applied voltage. Array optical elements that form optical elements and that alternately change the phase of the electric field in different directions by 45 degrees are arranged in at least three stages, and multiple sets of optical input / output terminals are arranged on both sides of the array optical elements at positions corresponding to each optical element. To do.
【０００８】また、光素子として、入力光の所定方向に
対応する屈折率が変化する液晶を用いる。Further, as the optical element, a liquid crystal whose refractive index corresponding to a predetermined direction of input light changes is used.
【０００９】[0009]
【作用】交互に45度異なる方向の電界の位相を可変させ
るアレイ光素子を少なくとも３段に配列することによ
り、それぞれに印加する電圧に応じて、例えば任意の偏
波状態の入力光を所定の偏波に変換することができる。
また、アレイ光素子を構成する各光素子を独立に制御す
ることにより、複数組の入力光の偏波状態を独立して制
御することができる。By arraying at least three stages of array optical elements that alternately vary the phases of electric fields in directions different by 45 degrees, for example, input light in an arbitrary polarization state can be set to a predetermined value in accordance with the voltage applied to each. Can be converted to polarized waves.
In addition, the polarization states of a plurality of sets of input light can be independently controlled by independently controlling each optical element that constitutes the array optical element.
【００１０】[0010]
【実施例】図１は、本発明の多入力多出力光偏波コント
ローラの実施例構成を示す。図において、１ａ，１ｂ，
１ｃは、それぞれ入力光の水平方向に対する45度方向，
０度方向，45度方向の電界の位相を個別に可変できる光
素子を複数個集合させたアレイ光素子である。なお、一
般的には交互に45度異なる電界の位相を可変できるアレ
イ光素子が３枚以上あればよい。２は複数個の光入力端
子、３は複数個の光出力端子である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of a multi-input multi-output optical polarization controller of the present invention. In the figure, 1a, 1b,
1c is a 45 degree direction with respect to the horizontal direction of the input light,
It is an array optical element that is a collection of a plurality of optical elements that can individually change the phase of the electric field in the 0-degree direction and the 45-degree direction. In general, it is sufficient if there are three or more array optical elements that can alternately change the phases of electric fields that differ by 45 degrees. Reference numeral 2 is a plurality of light input terminals, and 3 is a plurality of light output terminals.
【００１１】このような光素子は、印加電界に応じて入
力光の特定方向の屈折率を変化させ、その方向の電界の
位相を可変できる液晶によって実現される。また、アレ
イ光素子は、複数の液晶および電極をアレイ化すること
により実現される。液晶の応答速度は数十ミリ秒から数
百マイクロ秒程度であり、極めて高速動作が可能であ
る。また、１組の入出力光に対応する大きさは、１組の
光ビームが占める面積と３枚の液晶を重ねた厚さで決ま
るので、多数の入出力光に対応する構成でも大幅に小型
化することができる。Such an optical element is realized by a liquid crystal capable of changing the refractive index of the input light in a specific direction according to the applied electric field and varying the phase of the electric field in that direction. The array light element is realized by forming an array of a plurality of liquid crystals and electrodes. The response speed of the liquid crystal is about several tens of milliseconds to several hundreds of microseconds, and extremely high speed operation is possible. In addition, the size corresponding to one set of input / output light is determined by the area occupied by one set of light beams and the thickness of the three liquid crystal layers stacked, so even if the configuration is compatible with many input / output lights Can be converted.
【００１２】以下、本実施例の構成により入力光の偏波
状態を制御できる原理について説明する。任意の偏波を
もつ光は、ストークスパラメータｓ＝（ｓ11，ｓ12，ｓ
13）を用いて、 ｓ11＝cos(２φ1)・cos(２φ2) …(1) ｓ12＝cos(２φ1)・sin(２φ2) …(2) ｓ13＝sin(２φ1) …(3) のように記述される。φ1 は偏波状態を記述する楕円の
回転方向（楕円率）を決める角（−π/4≦φ1 ≦π/
4）、φ2 は楕円の軸の方向を決める角（０≦φ2 ＜
π）である（辻内、「光学概論II」、朝倉書店）。The principle by which the polarization state of the input light can be controlled by the configuration of this embodiment will be described below. Light having an arbitrary polarization has Stokes parameters s = (s 11 , s 12 , s
13 ), s 11 = cos (2φ 1 ) ・ cos (2φ 2 ) ... (1) s 12 = cos (2φ 1 ) ・ sin (2φ 2 ) ... (2) s 13 = sin (2φ 1 ) … It is described as (3). φ 1 is the angle (-π / 4 ≤ φ 1 ≤ π / that determines the rotation direction (ellipticity) of the ellipse that describes the polarization state.
4), φ 2 is the angle that determines the direction of the axis of the ellipse (0 ≤ φ 2 <
π) (Tsujinai, "Introduction to Optics II", Asakura Shoten).
【００１３】一方、本実施例の光偏波コントローラに垂
直偏波の光（ｓ11＝−１，ｓ12＝０，ｓ13＝０）を入力
したときに出力される光の偏波状態は、ストークスパラ
メータｓout ＝（ｓ(out)11 ，ｓ(out)12 ，
ｓ(out)13 ）を用いて、 ｓ(out)11＝cos(θ1)・cos(θ3)＋sin(θ1)・cos(θ2)・sin(θ3) …(4) ｓ(out)12＝sin(θ1)・sin(θ2) …(5) ｓ(out)13＝cos(θ1)・sin(θ3)＋sin(θ1)・cos(θ2)・cos(θ3) …(6) のように記述される。θ1 ，θ2 ，θ3 は、アレイ光素
子１ａ，１ｂ，１ｃにおける水平方向に対して45度方
向，０度方向，45度方向の光の電界の位相遅れ角を示
す。On the other hand, when the vertically polarized light (s 11 = -1, s 12 = 0, s 13 = 0) is input to the optical polarization controller of this embodiment, the polarization state of the light output is , Stokes parameter s out = (s (out) 11 , s (out) 12 ,
s (out) 13 ), s (out) 11 = cos (θ 1 ) ・ cos (θ 3 ) + sin (θ 1 ) ・ cos (θ 2 ) ・ sin (θ 3 ) ... (4) s ( out) 12 = sin (θ 1 ) ・ sin (θ 2 ) ... (5) s (out) 13 = cos (θ 1 ) ・ sin (θ 3 ) + sin (θ 1 ) ・ cos (θ 2 ) ・ cos ( θ 3 ) ... It is described as (6). θ 1 , θ 2 , and θ 3 represent the phase delay angles of the electric field of light in the 45 ° direction, 0 ° direction, and 45 ° direction with respect to the horizontal direction in the array optical elements 1a, 1b, and 1c.
【００１４】ここで例えば、 sin(θ1)・cos(θ3)＝０ …(7) および cos(θ1)＝sin(２φ1) …(8) sin(θ1)＝cos(２φ2) …(9) を仮定すると、 θ1 ＝(π／２)−２φ1 …(10) θ2 ＝２φ2 …(11) θ3 ＝π／２ …(12) が解となる。このとき、ｓ＝ｓout が成立する。Here, for example, sin (θ 1 ) · cos (θ 3 ) = 0 (7) and cos (θ 1 ) = sin (2φ 1 ) ... (8) sin (θ 1 ) = cos (2φ 2 ) (9) is assumed, the solution is θ 1 = (π / 2) -2φ 1 (10) θ 2 = 2φ 2 (11) θ 3 = π / 2 (12). At this time, s = s out is established.
【００１５】すなわち、アレイ光素子１ａ，１ｂ，１ｃ
に対して、式(10), (11)，(12)に示すθ1 ，θ2 ，θ3
を設定する電圧を印加することにより、垂直偏波の光を
任意の偏波状態の光に変換することができる。また、こ
のことは、ｓout のような任意の偏波状態の光を逆方向
から入力することにより、垂直偏波の光に変換できるこ
とを示している。That is, the array optical elements 1a, 1b, 1c
In contrast, θ 1 , θ 2 , θ 3 shown in equations (10), (11), and (12)
By applying a voltage for setting, it is possible to convert vertically polarized light into light having an arbitrary polarization state. Further, this indicates that light having an arbitrary polarization state such as s out can be converted into vertically polarized light by inputting from the opposite direction.
【００１６】したがって、入力光の偏波状態からφ1 ，
φ2 を検出し、式(10), (11)，(12)に基づいてθ1 ，θ
2 ，θ3 を算出し、そのθ1 ，θ2 ，θ3 を設定する電
圧をアレイ光素子１ａ，１ｂ，１ｃに印加することによ
り、任意の偏波状態の光を垂直偏波の光に変換すること
ができる。また、同様にして任意の偏波状態から任意の
偏波状態への変換も可能である。Therefore, from the polarization state of the input light, φ 1 ,
φ 2 is detected and θ 1 and θ are calculated based on equations (10), (11) and (12).
2 and θ 3 are calculated, and voltages for setting θ 1 , θ 2 , and θ 3 are applied to the array optical elements 1a, 1b, and 1c to convert vertically polarized light into light of arbitrary polarization state. Can be converted. Similarly, it is possible to convert any polarization state to any polarization state.
【００１７】図２は、本発明による偏波制御システムの
構成例を示す。なお、ここでは１チャネル分の偏波制御
システムについて示す。(a) は、偏波制御システムの全
体構成の一例を示す。光ファイバ等で偏波状態が変化し
た入力光は、ビームスプリッタ１１でその一部が分岐さ
れて制御部１２に入力され、残りが本発明による光偏波
コントローラ１０に入力される。制御部１２は、入力光
の偏波状態（φ1 ，φ2 ）を検出し、光偏波コントロー
ラ１０の各光素子に印加する電圧に変換し、各光素子に
おける入力光の電界の位相遅れ角θ1 ，θ2 ，θ3 を設
定する。これにより、入力光を垂直偏波その他に変換し
て出力することができる。FIG. 2 shows a configuration example of the polarization control system according to the present invention. The polarization control system for one channel is shown here. (a) shows an example of the overall configuration of the polarization control system. The input light whose polarization state has been changed by an optical fiber or the like is partly branched by the beam splitter 11 and input to the control unit 12, and the rest is input to the optical polarization controller 10 according to the present invention. The control unit 12 detects the polarization state (φ 1 , φ 2 ) of the input light, converts it into a voltage to be applied to each optical element of the optical polarization controller 10, and delays the phase of the electric field of the input light in each optical element. Set the angles θ 1 , θ 2 , and θ 3 . As a result, the input light can be converted into vertically polarized light or the like and output.
【００１８】(b) は、制御部１２の構成例を示す。入力
光はビームスプリッタ１３で２分岐され、一方は偏光プ
リズム（＋45°，−45°）１４−１に入力され、他方は
１／４波長板１５を介して偏光プリズム（０°，90°）
１４−２に入力される。偏光プリズム１４−１の出力光
は光検出器１５−１，１５−２で検出され、それぞれ受
信器１６−１，１６−２に入力される。偏光プリズム１
４−２の出力光は光検出器１５−３，１５−４で検出さ
れ、それぞれ受信器１６−３，１６−４に入力される。
演算部１７は、受信器１６−１，１６−２の出力Ｐa ，
Ｐb からｓ11（＝Ｐa＋Ｐb）およびｓ12（＝Ｐa−Ｐb）
を算出し、受信器１６−３，１６−４の出力Ｐc ，Ｐd
からｓ13／ｓ11（＝（Ｐc−Ｐd)／(Ｐc＋Ｐd））を算出
する。さらに、演算部１７は、ｓ11，ｓ12，ｓ13／ｓ11
から式(1)〜(3)に基づいてφ1 ，φ2 を算出し、さらに
例えば式(10)〜(12)に基づくθ1 ，θ2 ，θ3 を算出す
る。光素子駆動部１８は、光偏波コントローラ１０の各
光素子に設定される電圧値とθ1 ，θ2 ，θ3 との関係
をテーブルとしてもち、テーブルから読みだした電圧値
に応じた電圧を各光素子に印加する。(B) shows a configuration example of the control unit 12. The input light is split into two by a beam splitter 13, one of which is input to a polarizing prism (+ 45 °, −45 °) 14-1 and the other of which is input through a quarter wavelength plate 15 to a polarizing prism (0 °, 90 °).
14-2 is input. The output light of the polarizing prism 14-1 is detected by the photodetectors 15-1 and 15-2 and input to the receivers 16-1 and 16-2, respectively. Polarizing prism 1
The output light of 4-2 is detected by the photodetectors 15-3 and 15-4 and input to the receivers 16-3 and 16-4, respectively.
The calculation unit 17 outputs the outputs Pa of the receivers 16-1 and 16-2,
From Pb to s 11 (= Pa + Pb) and s 12 (= Pa-Pb)
Is calculated and the outputs Pc and Pd of the receivers 16-3 and 16-4 are calculated.
From this, s 13 / s 11 (= (Pc-Pd) / (Pc + Pd)) is calculated. Further, the calculation unit 17 uses s 11 , s 12 , s 13 / s 11
From the above, φ 1 and φ 2 are calculated based on the equations (1) to (3), and further, θ 1 , θ 2 and θ 3 based on the equations (10) to (12) are calculated. The optical element drive unit 18 has a table of the relationship between the voltage values set in each optical element of the optical polarization controller 10 and θ 1 , θ 2 , and θ 3, and the voltage corresponding to the voltage value read from the table. Is applied to each optical element.
【００１９】このような構成により、入力光の偏波状態
が高速に変化しても追従できる偏波制御システムが実現
される。なお、制御部１２の構成は、文献（“Polariza
tionfluctuation in optical fibers based on probabi
lity ", T. Imai, et al.,Optics Letters, vol.12, n
o.9, p.723 ）に記載されている。光偏波コントローラ
１０の部分がアレイ光素子１ａ，１ｂ，１ｃとなる多チ
ャネル対応の偏波制御システムでは、制御部１２は各チ
ャネルに対応して設けられる。ただし、ビームスプリッ
タ１１は１つで対応可能である。With such a configuration, a polarization control system is realized which can follow up even if the polarization state of the input light changes at high speed. The configuration of the control unit 12 is described in the literature (“Polariza
tionfluctuation in optical fibers based on probabi
lity ", T. Imai, et al., Optics Letters, vol.12, n
o.9, p.723). In a multi-channel polarization control system in which the optical polarization controller 10 is the array optical elements 1a, 1b, 1c, the control unit 12 is provided corresponding to each channel. However, only one beam splitter 11 can be used.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の多入力多
出力光偏波コントローラは、光素子に印加する電圧の制
御により入力光の偏波状態を可変させることができるの
で、多入力多出力構成であっても小型化することができ
る。しかも、入力光の偏波状態の変化に追従できる高速
動作が可能である。As described above, the multi-input multi-output optical polarization controller of the present invention can change the polarization state of input light by controlling the voltage applied to the optical element. Even with the output configuration, the size can be reduced. Moreover, high-speed operation capable of following changes in the polarization state of input light is possible.
【図１】本発明の多入力多出力光偏波コントローラの実
施例構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a multi-input multi-output polarization controller of the present invention.
【図２】本発明による偏波制御システムの構成例を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a polarization control system according to the present invention.
１ａ，１ｂ，１ｃ アレイ光素子 １０ 光偏波コントローラ １１ ビームスプリッタ １２ 制御部 １３ ビームスプリッタ １４ 偏光プリズム １５ 光検出器 １６ 受信器 １７ 演算部 １８ 光素子駆動部 1a, 1b, 1c Array optical element 10 Optical polarization controller 11 Beam splitter 12 Control unit 13 Beam splitter 14 Polarizing prism 15 Photodetector 16 Receiver 17 Arithmetic unit 18 Optical element drive unit
Claims (2)
界の位相を個別に可変させる光素子を複数個集合させた
アレイ光素子を形成し、交互に45度異なる方向の電界の
位相を可変させるアレイ光素子を少なくとも３段に配列
し、その両側に各光素子に対応する位置に複数組の光入
出力端子を配置した構成であることを特徴とする多入力
多出力光偏波コントローラ。1. An array optical element is formed by collecting a plurality of optical elements that individually change the phase of an electric field in a predetermined direction of input light according to an applied voltage, and the phase of the electric field in a direction different by 45 degrees is formed alternately. A multi-input multi-output polarization controller characterized in that arrayed variable optical elements are arranged in at least three stages and a plurality of sets of optical input / output terminals are arranged at positions corresponding to the respective optical elements on both sides thereof. .
定方向に対応する屈折率が変化する液晶で構成したこと
を特徴とする多入力多出力光偏波コントローラ。2. The multi-input multi-output optical polarization controller, wherein the optical element according to claim 1 is composed of a liquid crystal whose refractive index corresponding to a predetermined direction of input light changes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6977095A JPH08262394A (en) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | Multiinput/multioutput light polarization controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6977095A JPH08262394A (en) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | Multiinput/multioutput light polarization controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08262394A true JPH08262394A (en) | 1996-10-11 |
Family
ID=13412370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6977095A Pending JPH08262394A (en) | 1995-03-28 | 1995-03-28 | Multiinput/multioutput light polarization controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08262394A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012173113A1 (en) | 2011-06-15 | 2012-12-20 | 独立行政法人情報通信研究機構 | Wavelength selection polarization controller |
| CN103124208A (en) * | 2013-02-28 | 2013-05-29 | 西南交通大学 | Multiple-input-multiple-output optical transmission scheme based on multiple polarizations |
-
1995
- 1995-03-28 JP JP6977095A patent/JPH08262394A/en active Pending
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| US8982442B2 (en) | 2011-06-15 | 2015-03-17 | National Institute Of Information And Communications Technology | Wavelength selection polarization controller |
| CN103124208A (en) * | 2013-02-28 | 2013-05-29 | 西南交通大学 | Multiple-input-multiple-output optical transmission scheme based on multiple polarizations |
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