Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4975385B2 - Detector, polarization control optical component, and phase modulation optical communication system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4975385B2 - Detector, polarization control optical component, and phase modulation optical communication system - Google Patents

Detector, polarization control optical component, and phase modulation optical communication system Download PDF

Info

Publication number
JP4975385B2
JP4975385B2 JP2006182718A JP2006182718A JP4975385B2 JP 4975385 B2 JP4975385 B2 JP 4975385B2 JP 2006182718 A JP2006182718 A JP 2006182718A JP 2006182718 A JP2006182718 A JP 2006182718A JP 4975385 B2 JP4975385 B2 JP 4975385B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
polarization
wave
polarized light
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006182718A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008014969A (en
Inventor
智輝 大野
晋太郎 宮西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2006182718A priority Critical patent/JP4975385B2/en
Publication of JP2008014969A publication Critical patent/JP2008014969A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4975385B2 publication Critical patent/JP4975385B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、コヒーレント光通信等において伝送される、デジタルデータに応じて位相変調された直線偏光の光変調波を検波するための検波器及びそれを用いた位相変調光通信システム、並びに、上記検波器に好適に使用できる偏光制御光学部品に関するものである。   The present invention relates to a detector for detecting an optically modulated wave of linearly polarized light that is phase-modulated in accordance with digital data, transmitted in coherent optical communication or the like, a phase-modulated optical communication system using the same, and the above-described detection The present invention relates to a polarization control optical component that can be suitably used in a container.

偏波保存光ファイバーを用いる局内コヒーレント光通信において、光多重通信で使用する各信号の占有周波数帯域幅が通信帯域全幅に占める割合であるスペクトル占有率が低い光位相変調を複数の波長で利用する光多重通信が研究されている(非特許文献1〜3参照)。   In intra-station coherent optical communication using polarization-maintaining optical fiber, light that uses optical phase modulation with a low spectral occupancy ratio, which is the ratio of the occupied frequency bandwidth of each signal used in optical multiplex communication, to the entire communication bandwidth at multiple wavelengths Multiplexing communication has been studied (see Non-Patent Documents 1 to 3).

局内コヒーレント光通信において上記偏波保存光ファイバーを利用する検波法としては、局部発信機(LO)を用いる絶対同期検波法や、光変調波をそのまま用いる1ビット遅延検波などの作動同期検波法が知られている。1つの1ビット遅延検波系は、2相信号に適用した場合、検波器の出力がOOK(On−Off Keying)方式の信号(2値信号)となる。   As a detection method using the polarization-maintaining optical fiber in the intra-station coherent optical communication, there is known an operation synchronous detection method such as an absolute synchronous detection method using a local oscillator (LO) or a 1-bit delay detection method using an optical modulation wave as it is. It has been. When one 1-bit delay detection system is applied to a two-phase signal, the output of the detector becomes an OOK (On-Off Keying) type signal (binary signal).

上記OOK方式は、別名ASK方式(Amplitude Shift KeYing)とも呼ばれており、デジタル信号のビット情報1、0を光搬送波の2値振幅(on/off;光搬送波の有無)に対応させた変調方式である。この変調方式では光の離散的な強度変化が通信に用いられており、情報を光の強度変化として転送できる情報量が増えるので、その分、信号のビット長を長くすることができる。これによって、上記OOK方式は、信号の劣化が抑えられるという利点がある。   The OOK system is also called an ASK system (Amplitude Shift Keying), and is a modulation system in which bit information 1 and 0 of a digital signal correspond to binary amplitude (on / off; presence / absence of optical carrier) of an optical carrier. It is. In this modulation system, a discrete intensity change of light is used for communication, and the amount of information that can be transferred as the intensity change of light increases, so that the bit length of the signal can be increased accordingly. Thus, the OOK method has an advantage that signal deterioration can be suppressed.

2相変調を超える4相変調や8相変調などの多相位相変調された光変調波を検波する場合、複数の1ビット遅延検波系が組み合わせて使用される。遅延検波系の各々では、位相変調量がπずれている2つの信号を検波できる。   When detecting an optical modulation wave that has undergone multiphase phase modulation such as 4-phase modulation or 8-phase modulation exceeding 2-phase modulation, a plurality of 1-bit delay detection systems are used in combination. In each of the delay detection systems, two signals whose phase modulation amounts are shifted by π can be detected.

このような従来の検波器の一例が特許文献1に開示されている。ここで、図15に基づいて上記従来の検波器の一例について説明する。図15は従来の検波器100の構成を示すブロック図である。   An example of such a conventional detector is disclosed in Patent Document 1. Here, an example of the conventional detector will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a conventional detector 100.

上記検波器100は、図15に示すように、2つの遅延器101(1ビット遅延器)と2つの移相器102と2つの平衡型光検出器103とを備えている。上記従来の検波器100では、光変調波を2つに分割し、一方の光変調波を遅延器101で1ビット分遅延し、もう一方の光変調波を移相器102で45度移相し、遅延器101を経由した光変調波(遅延波)と移相器102を経由した光変調波とを重ね合わせ、重ね合わせた光変調波(重ね合わせ波)の強度を平衡型光検出器103で検出する。   As shown in FIG. 15, the detector 100 includes two delay elements 101 (1-bit delay elements), two phase shifters 102, and two balanced photodetectors 103. In the conventional detector 100, the optical modulation wave is divided into two, one optical modulation wave is delayed by one bit by the delay device 101, and the other optical modulation wave is phase shifted by 45 degrees by the phase shifter 102. Then, the optical modulation wave (delayed wave) that has passed through the delay device 101 and the optical modulation wave that has passed through the phase shifter 102 are superposed, and the intensity of the superposed optical modulation wave (superposition wave) is balanced. Detect at 103.

この検波器100は4相の光変調波を検波するものであり、それゆえ、各素子が2つずつとなっている。ここで、1組の遅延器101、移相器102、及び平衡型光検出器103からなる系を遅延検波系と定義する。従来の検波器100における遅延検波系の各々では、位相変調量がπずれている2つの信号を検波できる。   The detector 100 detects a four-phase modulated optical wave, and therefore there are two elements. Here, a system composed of a set of the delay device 101, the phase shifter 102, and the balanced photodetector 103 is defined as a delay detection system. Each of the delayed detection systems in the conventional detector 100 can detect two signals whose phase modulation amounts are shifted by π.

なお、位相変調された光変調波の検波以外の技術分野においては、金属膜の表面上に励起された表面プラズモンを利用した技術が知られている(特許文献2及び3、並びに非特許文献1〜3参照)。
特開2004−170954号公報(平成16年06月17日公開) 特開平11−72607号公報(平成11年03月16日公開) 特開2005−5338166号公報(平成17年12月08日公開) David M. Pozar著、「Microwave Engineering」、WILEY H.Shin、P.B.CatrYsse and S.Fan、PhYs. Rev.B72、085436、2005年 国分泰雄著、「先端エレクトロニクスシリーズ6 光波工学」、共立出版
In the technical fields other than the detection of the phase-modulated light modulation wave, techniques using surface plasmons excited on the surface of the metal film are known (Patent Documents 2 and 3 and Non-Patent Document 1). To 3).
JP 2004-170954 A (published on June 17, 2004) JP 11-72607 A (published March 16, 1999) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-5338166 (published December 08, 2005) David M.M. Pozar, "Microwave Engineering", WILEY H. Shin, P.A. B. CatrYsse and S.M. Fan, PhYs. Rev. B72, 085436, 2005 Yasuo Kokubun, "Advanced Electronics Series 6 Lightwave Engineering", Kyoritsu Publishing

しかしながら、上記従来の検波器100では、重ね合わせ波そのものの強度を検出するため、2相変調を超える4相変調や8相変調などの多相位相変調された光変調波を検波する場合、信号の分解能が低下する。   However, in the conventional detector 100, in order to detect the intensity of the superimposed wave itself, when detecting a light-modulated wave that has undergone multiphase phase modulation such as four-phase modulation or eight-phase modulation exceeding two-phase modulation, Lowers the resolution.

上記従来の上記検波器100では、1つの平衡型光検出器103における電場の振幅が変調波と遅延波との加算で与えられ、重ね合わせ波の強度を表す平衡型光検出器103の出力信号レベルは、上記電場の振幅の2乗である。上記従来の検波器100における光変調波と、遅延器101を経由した位相差φをもつ遅延波との重ね合わせ波の強度Iを、次の式(1)に示す。   In the above-described conventional detector 100, the output signal of the balanced photodetector 103, which represents the intensity of the superimposed wave, is obtained by adding the amplitude of the electric field in one balanced photodetector 103 by adding the modulated wave and the delayed wave. The level is the square of the amplitude of the electric field. The intensity I of the superimposed wave of the optical modulation wave in the conventional detector 100 and the delayed wave having the phase difference φ via the delay device 101 is expressed by the following equation (1).

Figure 0004975385
Figure 0004975385

図14は、重ね合わせ波の強度Iを位相差φの関数として表している。ここで、ωは光変調波および遅延波の角周波数、tは時間、cは初期位相である。なお、検波器100の内部における光の強度損失を無視した。   FIG. 14 shows the intensity I of the superimposed wave as a function of the phase difference φ. Here, ω is the angular frequency of the modulated optical wave and the delayed wave, t is time, and c is the initial phase. It should be noted that light intensity loss inside the detector 100 was ignored.

上記重ね合わせ波の強度を平衡型光検出器103で観測する系では、2相変調に適用した場合、1つの遅延器101を経由した光を平衡型光検出器103で観測したときの平衡型光検出器103の出力が、図14のようにOOK方式の信号(2値信号)となる。上記従来の検波器100を4相に適用する場合、1/2の重ね合わせ波の強度(離散している光の強度)の上下に高閾値および低閾値を設け、変調波と遅延波との位相差が0になる一方の遅延器101を経由する経路と、変調波と遅延波との位相差が0.5πになる他方の遅延器101を経由する経路との2つの経路を設ける。上記従来の検波器100を8相に適用する場合、変調波と遅延波との位相差が0.25πおよび0.75πになる2つの遅延器101をそれぞれ経由する2つの経路をさらに追加する。   In the system in which the intensity of the superimposed wave is observed by the balanced photodetector 103, when applied to two-phase modulation, the balanced type when the light passing through one delay device 101 is observed by the balanced photodetector 103 is used. The output of the photodetector 103 becomes an OOK signal (binary signal) as shown in FIG. When the conventional detector 100 is applied to four phases, a high threshold value and a low threshold value are provided above and below the half wave intensity (intensity of discrete light), and the modulation wave and the delay wave Two paths are provided: a path that passes through one delayer 101 where the phase difference is 0, and a path that passes through the other delayer 101 where the phase difference between the modulated wave and the delayed wave is 0.5π. When the conventional detector 100 is applied to eight phases, two paths that pass through the two delay devices 101 where the phase difference between the modulated wave and the delayed wave is 0.25π and 0.75π are added.

このような従来の検波器100では、図14から分かるように、位相差φの変化に対する平衡型光検出器103の出力信号(重ね合わせ波の強度)の変化率が、比較的小さい。そのため、位相変調の相の数が増加するに伴い、隣接する位相の位相変調波に対応する重ね合わせ波の強度の差(平衡型光検出器103の出力信号レベル差)δIが非常に小さくなる。例えば、従来の検波器100において、8相の位相変調波を検波する場合、図14から分かるように、隣接する位相の位相変調波に対応する重ね合わせ波の強度の差δIは、0.15となる。そのため、隣接する位相の位相変調波に対応する重ね合わせ波の強度の中間値を閾値とし、位相変調波の位相(信号のビット値)を、重ね合わせ波の強度が閾値より大きいか否かによって判定するとすれば、重ね合わせ波の強度の誤差が0.075より大きくなれば、ビットエラーが生じることになる。したがって、従来の検波器100は、複数の遅延検波系を備えていても、位相変調の相の数が増加するに伴い隣接相間の位相差が小さくなると、隣接する相の影響によってビットエラーが生じる確率が高くなり、信号の分解能(位相変調波の各相を分離して検出する能力;隣接する位相の位相変調波に対応する重ね合わせ波の強度の差δIに反比例する)が低下するという問題点がある。   In such a conventional detector 100, as can be seen from FIG. 14, the rate of change of the output signal (superposed wave intensity) of the balanced photodetector 103 with respect to the change of the phase difference φ is relatively small. Therefore, as the number of phase modulation phases increases, the difference in superposed wave intensity (output signal level difference of the balanced photodetector 103) δI corresponding to adjacent phase modulation waves becomes very small. . For example, in the case of detecting a phase modulated wave of eight phases in the conventional detector 100, as can be seen from FIG. 14, the difference δI in the intensity of the superimposed wave corresponding to the phase modulated wave of the adjacent phase is 0.15. It becomes. Therefore, the intermediate value of the intensity of the superimposed wave corresponding to the phase-modulated wave of the adjacent phase is used as a threshold value, and the phase (bit value of the signal) of the phase-modulated wave depends on whether the intensity of the superimposed wave is larger than the threshold value. If it is determined, if the error in the intensity of the superimposed wave is greater than 0.075, a bit error will occur. Therefore, even if the conventional detector 100 includes a plurality of delay detection systems, if the phase difference between adjacent phases decreases as the number of phase modulation phases increases, a bit error occurs due to the influence of adjacent phases. Probability increases, and the resolution of the signal (the ability to separate and detect each phase of the phase-modulated wave; inversely proportional to the intensity difference δI of the superimposed wave corresponding to the phase-modulated wave of the adjacent phase) is reduced There is a point.

さらに、伝送路内での強度揺らぎや位相揺らぎが大きい場合には、ビットエラーが生じる確率がさらに高くなり、信号の分解能がさらに低下するという問題点がある。   Furthermore, when the intensity fluctuation or the phase fluctuation in the transmission line is large, there is a problem that the probability that a bit error will occur further increases and the resolution of the signal further decreases.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、デジタルデータに応じて位相変調された直線偏光の光変調波を検波するための検波器において、多相化によって隣接する相間の位相差が小さくなっても、信号の分解能の低下を抑制できる検波器及びそれを用いた位相変調光通信システム、並びに上記検波器に好適に用いられる偏光制御光学部品を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a detector for detecting an optically modulated wave of linearly polarized light that is phase-modulated in accordance with digital data, by making it multi-phased. To provide a detector capable of suppressing a decrease in signal resolution even when the phase difference between adjacent phases is reduced, a phase modulation optical communication system using the detector, and a polarization control optical component suitably used for the detector. It is in.

本発明の検波器は、上記課題を解決するために、デジタルデータに応じて位相変調された直線偏光の光変調波を検波する検波器であって、上記直線偏光の光変調波を受光して第1および第2の経路に分岐させ、第1の経路の光変調波に上記デジタルデータの1ビット分の遅延を与え、第1の経路の光変調波と第2の経路の光変調波との間に90度の偏光軸角度差を与え、上記第1および第2の経路を経由した光変調波を重ね合わせて、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて変化する偏光状態を有する重ね合わせ波に変換するための位相偏波変換手段と、上記位相偏波変換手段から上記重ね合わせ波を受光し、その偏光状態を電気信号に変換する偏波検出手段とを有することを特徴としている。   In order to solve the above problems, the detector of the present invention is a detector that detects a linearly polarized light modulated wave that has been phase-modulated in accordance with digital data, and that receives the linearly polarized light modulated wave. Branching into the first and second paths, giving a delay of 1 bit of the digital data to the optical modulation wave of the first path, and the optical modulation wave of the first path and the optical modulation wave of the second path A 90 ° polarization axis angle difference is provided between the light modulation waves, and the light modulation waves that have passed through the first and second paths are overlapped to obtain a phase difference between the light modulation waves that have passed through the first and second paths. Phase polarization conversion means for converting into a superposition wave having a polarization state that changes in response, and polarization detection for receiving the superposition wave from the phase polarization conversion means and converting the polarization state into an electrical signal Means.

上記構成によれば、上記位相偏波変換手段は、上記直線偏光の光変調波を受光して第1および第2の経路に分岐させ、第1の経路の光変調波に上記デジタルデータの1ビット分の遅延を与え、第1の経路の光変調波と第2の経路の光変調波との間に90度の偏光軸角度差を与え、上記第1および第2の経路を経由した光変調波を重ね合わせて、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて変化する偏光状態を有する重ね合わせ波に変換する。また、上記偏波検出手段は、上記位相偏波変換手段から上記重ね合わせ波を受光し、その偏光状態を電気信号に変換する。   According to the above configuration, the phase polarization conversion unit receives the linearly polarized light modulation wave and branches the light into a first path and a second path. A delay corresponding to a bit is given, and a polarization axis angle difference of 90 degrees is given between the light modulation wave of the first path and the light modulation wave of the second path, and the light passes through the first and second paths. The modulated waves are superposed and converted into a superposed wave having a polarization state that changes in accordance with the phase difference between the light modulated waves that have passed through the first and second paths. The polarization detecting unit receives the superimposed wave from the phase polarization converting unit and converts the polarization state into an electric signal.

上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差の変化に対する偏光状態の変化率は、従来の検波器における2つの光変調波間の位相差の変化に対する検出信号(重ね合わせ波の強度)の変化率と比較して大きくなる。上記偏波検出手段は、この偏光状態の変化を電気信号に変換するので、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、信号の分解能の低下を抑制できる。したがって、多相化を容易にすることができる。   The change rate of the polarization state with respect to the change in the phase difference between the light modulation waves via the first and second paths is the detection signal (the superposition wave) of the change in the phase difference between the two light modulation waves in the conventional detector. It becomes larger compared to the rate of change in strength. The polarization detecting means converts the change in the polarization state into an electric signal. Therefore, even if the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases becomes small, the signal resolution Can be suppressed. Therefore, multiphase formation can be facilitated.

なお、本願明細書において「偏光状態」とは、偏光の種類および構成比(円偏光成分と直線偏光成分との割合)を指すものとする。   In the present specification, the “polarization state” refers to the type and composition ratio of polarized light (ratio of circularly polarized light component and linearly polarized light component).

また、本発明の検波器では、上記構成にくわえて、前記位相偏波変換手段は、上記直線偏光の光変調波を第1および第2の経路に分岐させるための光分岐手段と、上記光分岐手段によって分岐された第1の経路の光変調波における位相を上記デジタルデータの1ビット分遅延させるための遅延手段と、上記分岐手段によって分岐された第1または第2の経路の光変調波における偏光軸を90度回転させるための偏光回転手段と、上記第1および第2の経路を経由した光変調波を重ね合わせて、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて変化する偏光状態を有する重ね合わせ波に変換するための重ね合わせ手段とを有することが好ましい。   In the detector of the present invention, in addition to the above-described configuration, the phase polarization conversion unit includes an optical branching unit for branching the linearly polarized light modulation wave into first and second paths, and the light. Delay means for delaying the phase of the optical modulated wave of the first path branched by the branching means by one bit of the digital data, and optical modulated wave of the first or second path branched by the branch means The polarization rotation means for rotating the polarization axis in 90 degrees and the light modulation wave passing through the first and second paths are overlapped, and the position between the light modulation waves passing through the first and second paths is superimposed. It is preferable to have superimposing means for converting into a superposed wave having a polarization state that changes in accordance with the phase difference.

上記構成によれば、上記光分岐手段、遅延手段、偏光回転手段、および重ね合わせ手段によって、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて変化する偏光状態を有する重ね合わせ波への変換をより確実に行うことができる。   According to the above configuration, the optical branching unit, the delay unit, the polarization rotating unit, and the superimposing unit have a polarization state that changes according to the phase difference between the light modulation waves that have passed through the first and second paths. Conversion to a superimposed wave can be performed more reliably.

また、本発明の検波器では、上記構成にくわえて、前記重ね合わせ波は、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて、円偏光成分と直線偏光成分との少なくとも一方を含み、前記偏波検出手段は、前記重ね合わせ波を、その偏光成分のキラリティを変化させて散乱光に変換するための偏光制御手段と、上記偏光制御手段から出射された散乱光の強度を検出して電気信号に変換する光検出手段とを有することが好ましい。   In the detector according to the present invention, in addition to the above configuration, the superimposed wave includes a circularly polarized light component and a linearly polarized light component according to the phase difference between the light modulated waves that have passed through the first and second paths. The polarization detecting means includes a polarization control means for converting the superimposed wave into scattered light by changing the chirality of the polarization component, and the scattered light emitted from the polarization control means. It is preferable to have a light detection means for detecting the intensity of the light and converting it into an electric signal.

上記構成によれば、上記偏波検出手段は、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて、円偏光成分と直線偏光成分との少なくとも一方を含む重ね合わせ波を、その偏光成分のキラリティを変化させて散乱光に変換する。また、上記光検出手段は、上記偏光制御手段から出射された散乱光の強度を検出して電気信号に変換する。   According to the above configuration, the polarization detection unit includes a superposed wave including at least one of a circularly polarized light component and a linearly polarized light component according to a phase difference between the light modulation waves that have passed through the first and second paths. Is converted into scattered light by changing the chirality of the polarization component. The light detection means detects the intensity of the scattered light emitted from the polarization control means and converts it into an electrical signal.

円偏光成分に由来する高次化されたキラリティを持つモードは、低次のキラリティを持つモードと比較して、開口などでの伝播損失が著しく大きい。そのため、円偏光成分に由来する高次化されたキラリティを持つモードを除去して、直線偏光成分のみ、あるいは直線偏光成分と一部の円偏光成分とを選択的に上記光検出手段で検出することができる。上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差の変化に対する、直線偏光成分のみの強度の変化率、あるいは直線偏光成分と一部の円偏光成分とを合わせたものの強度の変化率は、従来の検波器における2つの光変調波間の位相差の変化に対する検出信号(重ね合わせ波の強度)の変化率と比較して大きくなる。上記光検出手段は、この強度の変化を電気信号に変換するので、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、信号の分解能の低下を抑制できる。   A mode having higher-order chirality derived from the circularly polarized light component has a significantly larger propagation loss at the aperture or the like than a mode having lower-order chirality. Therefore, the mode having higher-order chirality derived from the circularly polarized light component is removed, and only the linearly polarized light component, or the linearly polarized light component and a part of the circularly polarized light component are selectively detected by the light detection means. be able to. The change rate of the intensity of only the linearly polarized light component or the change of the intensity of the combined linearly polarized light component and a part of the circularly polarized light component with respect to the change of the phase difference between the light modulation waves passing through the first and second paths. The rate is larger than the rate of change of the detection signal (superposition wave intensity) with respect to the change in phase difference between the two light modulation waves in the conventional detector. The light detection means converts the intensity change into an electric signal, so that even if the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases is reduced, the signal resolution is reduced. Can be suppressed.

また、本発明の検波器では、上記構成にくわえて、前記偏光制御手段は、前記重ね合わせ波に含まれる左回りおよび右回りの円偏光成分の少なくとも一方を除去して光検出手段に導く円偏光成分除去手段を含むことが好ましい。   In addition, in the detector of the present invention, in addition to the above configuration, the polarization control unit removes at least one of the counterclockwise and clockwise circularly polarized components included in the superimposed wave and guides it to the light detection unit. It is preferable to include a polarization component removing unit.

上記構成によれば、上記円偏光成分除去手段によって、前記重ね合わせ波に含まれる左回りおよび右回りの円偏光成分の少なくとも一方を除去して光検出手段に導くので、上記光検出手段は確実に、直線偏光成分のみ、あるいは直線偏光成分と低次の円偏光成分とを選択的に検出することができる。したがって、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、信号の分解能の低下を確実に抑制できる。
前記偏光制御手段は、偏光制御光学部品を含み、
また、本発明の検波器では、上記構成にくわえて、上記偏光制御光学部品は、金属膜と、該金属膜を貫通する開口と、上記開口の端またはその近傍位置を基点とし、かつ上記開口の中心を中心として上記金属膜に形成された螺旋溝とを有し、上記螺旋溝は、前記重ね合わせ波に含まれる偏光成分のキラリティを変化させるようになっていることが好ましい。
According to the above configuration, since the circularly polarized light component removing unit removes at least one of the counterclockwise and clockwise circularly polarized components included in the superimposed wave and guides it to the light detecting unit, the light detecting unit is surely In addition, it is possible to selectively detect only the linearly polarized light component, or the linearly polarized light component and the low-order circularly polarized light component. Therefore, even when the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases becomes small, it is possible to reliably suppress a decrease in signal resolution.
The polarization control means includes a polarization control optical component,
In the detector of the present invention, in addition to the above configuration, the polarization control optical component includes a metal film, an opening penetrating the metal film, an end of the opening or a position near the opening, and the opening. It is preferable that a spiral groove formed in the metal film with the center of the spiral groove being formed, and the spiral groove is configured to change the chirality of the polarization component included in the superimposed wave.

上記構成によれば、前記重ね合わせ波は、開口の端またはその近傍位置を基点とし、かつ上記開口の中心を中心として上記金属膜に形成された螺旋溝によって、偏光成分のキラリティの変化を受ける。円偏光成分に由来する高次化されたキラリティを持つモードは、低次のキラリティを持つモードと比較して、開口での伝播損失が著しく大きい。そのため、円偏光成分に由来する高次化されたキラリティの光を持つモードを開口で除去できる。したがって、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、信号の分解能の低下を確実に抑制できる。   According to the above configuration, the superimposed wave is subjected to a change in the polarization component chirality by the spiral groove formed in the metal film with the end point of the opening or a position near the opening as a base point and the center of the opening as the center. . A mode having higher-order chirality derived from the circularly polarized light component has a significantly larger propagation loss at the aperture than a mode having lower-order chirality. Therefore, the mode having higher-order chirality light derived from the circularly polarized light component can be removed by the aperture. Therefore, even when the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases becomes small, it is possible to reliably suppress a decrease in signal resolution.

また、本発明の検波器では、上記構成にくわえて、前記光検出手段は、前記偏光制御光学部品における前記重ね合わせ波が入射される側と反対側に配置されていることが好ましい。   In the detector of the present invention, in addition to the above configuration, it is preferable that the light detection means is disposed on a side opposite to the side on which the superimposed wave is incident in the polarization control optical component.

上記構成によれば、開口によって円偏光成分に由来する高次化されたキラリティを持つモードが除去された光を、前記光検出手段が検出することができる。したがって、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、信号の分解能の低下を確実に抑制できる。   According to the above configuration, the light detection unit can detect light from which the mode having higher-order chirality derived from the circularly polarized component is removed by the opening. Therefore, even when the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases becomes small, it is possible to reliably suppress a decrease in signal resolution.

また、本発明の検波器では、上記構成にくわえて、前記重ね合わせ波は、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて、円偏光成分と直線偏光成分との少なくとも一方を含み、上記螺旋溝は、入射光に含まれる左回りおよび右回りの円偏光成分の少なくとも一方のキラリティを高次化させるものであり、前記開口は、上記螺旋溝によってキラリティが高次化された円偏光成分を除去するように、上記直線偏光成分のカットオフ径より大きく、かつ上記螺旋溝によってキラリティが高次化された円偏光成分のカットオフ径より小さくなるように設定された径を有することが好ましい。   In the detector according to the present invention, in addition to the above configuration, the superimposed wave includes a circularly polarized light component and a linearly polarized light component according to the phase difference between the light modulated waves that have passed through the first and second paths. At least one of the spiral grooves, and the spiral groove increases the chirality of at least one of the counterclockwise and clockwise circularly polarized light components included in the incident light, and the opening has a high chirality due to the spiral groove. It is set to be larger than the cut-off diameter of the linearly-polarized light component and smaller than the cut-off diameter of the circularly-polarized light component whose chirality is increased by the spiral groove so as to remove the next-order circularly polarized light component. It is preferable to have a diameter.

上記構成によれば、上記螺旋溝によって、入射光に含まれる左回りおよび右回りの円偏光成分の少なくとも一方のキラリティが高次化される。また、前記開口は、上記直線偏光成分のカットオフ径より大きく、かつ上記螺旋溝によってキラリティが高次化された円偏光成分のカットオフ径より小さくなるように設定された径を有することにより、上記螺旋溝によってキラリティが高次化された円偏光成分を除去できる。そのため、直線偏光成分のみ、あるいは直線偏光成分と低次の(高次化されていない)円偏光成分とを選択的に上記光検出手段で検出することができる。上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差の変化に対する、直線偏光成分のみの強度の変化率、あるいは直線偏光成分と低次の円偏光成分とを合わせたものの強度の変化率は、従来の検波器における2つの光変調波間の位相差の変化に対する検出信号(重ね合わせ波の強度)の変化率と比較して大きくなる。上記光検出手段は、この強度の変化を電気信号に変換するので、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、信号の分解能の低下を抑制できる。   According to the above configuration, the spiral groove enhances the chirality of at least one of the left-handed and right-handed circularly polarized light components included in the incident light. Further, the opening has a diameter set to be larger than the cutoff diameter of the linearly polarized light component and smaller than the cutoff diameter of the circularly polarized light component whose degree of chirality is increased by the spiral groove, The circularly polarized light component having higher order of chirality can be removed by the spiral groove. Therefore, only the linearly polarized light component, or the linearly polarized light component and the low-order (not higher-order) circularly polarized light component can be selectively detected by the light detection means. The change rate of the intensity of only the linearly polarized light component or the change of the intensity of the combined linearly polarized light component and the lower-order circularly polarized light component with respect to the change of the phase difference between the light modulation waves passing through the first and second paths. The rate is larger than the rate of change of the detection signal (superposition wave intensity) with respect to the change in phase difference between the two light modulation waves in the conventional detector. The light detection means converts the intensity change into an electric signal, so that even if the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases is reduced, the signal resolution is reduced. Can be suppressed.

また、本発明の検波器では、上記構成にくわえて、前記光検出手段は、前記重ね合わせ波に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分の偏光軸上にそれぞれ配置された第1および第2の光検出器を含むことが好ましい。   In the detector according to the present invention, in addition to the above-described configuration, the light detecting means is arranged on the polarization axes of two linearly polarized light components orthogonal to each other included in the superimposed wave, respectively. It is preferable to include a photodetector.

上記構成によれば、上記重ね合わせ波による散乱光の偏光の直線偏光成分を分離して第1および第2の光検出器で受光することが可能となる。それゆえ、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差の変化に対する、互いに直交する2つの直線偏光成分の各々の強度の変化に基づいて、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差をより正確に判定することができる。すなわち、信号の検出を正確に行うことができる。   According to the above configuration, it is possible to separate the linearly polarized light component of the scattered light by the superposed wave and receive the light with the first and second photodetectors. Therefore, based on the change in the intensity of each of the two linearly polarized light components orthogonal to each other with respect to the change in the phase difference between the light modulation waves via the first and second paths, the first and second paths The phase difference between the modulated optical waves passing through can be determined more accurately. That is, the signal can be detected accurately.

また、本発明の検波器では、上記構成にくわえて、前記光検出手段は、上記重ね合わせ波に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分を分離する偏光分離手段と、該偏光分離手段で分離された2つの直線偏光成分がそれぞれ入射する位置にそれぞれ配置された第1および第2の光検出器とを含むことが好ましい。   In the detector according to the present invention, in addition to the above configuration, the light detecting means separates two linearly polarized light components orthogonal to each other included in the superposed wave, and the polarized light separating means separates the polarized light separating means. It is preferable that the first and second photodetectors are arranged at positions where the two linearly polarized light components thus incident respectively enter.

上記構成によれば、上記重ね合わせ波に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分を分離する偏光分離手段を備えているので、上記重ね合わせ波による散乱光の偏光の直線偏光成分を十分に分離して第1および第2の光検出器で受光することができる。それゆえ、信号の検出をより正確に行うことができる。   According to the above configuration, since the polarization separation means for separating two linearly polarized light components orthogonal to each other included in the superimposed wave is provided, the linearly polarized light component of the scattered light by the superimposed wave is sufficiently separated. Thus, the light can be received by the first and second photodetectors. Therefore, the signal can be detected more accurately.

また、本発明の検波器では、上記構成にくわえて、上記電気信号に基づいて上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差を判定することでデジタルデータを復元する復元手段をさらに有することが好ましい。   Further, in the detector according to the present invention, in addition to the above configuration, restoring means for restoring the digital data by determining the phase difference between the light modulation waves passing through the first and second paths based on the electrical signal. It is preferable to further have.

上記構成によれば、上記復元手段が、上記偏光状態を変換した電気信号に基づいて上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差を判定することで、デジタルデータを復元する。それゆえ、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、ビットエラーの発生を抑制しながらデジタルデータを復元できる。   According to the above configuration, the restoration unit restores the digital data by determining the phase difference between the light modulation waves that have passed through the first and second paths based on the electrical signal obtained by converting the polarization state. . Therefore, digital data can be restored while suppressing the occurrence of bit errors even when the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases becomes small.

本発明の位相変調光通信システムは、上記課題を解決するために、直線偏光をデジタルデータに基づいて位相変調して直線偏光の光変調波を発生させるための光変調波発生器と、上記光変調波発生器で発生された直線偏光の光変調波をその直線偏光の状態を保持しつつ伝送するための偏波保持光伝送媒体と、上記偏波保持光伝送媒体によって伝送された直線偏光の光変調波を受光して電気信号に変換する前記の本発明に係る検波器とを有することを特徴としている。   In order to solve the above problems, a phase-modulated optical communication system according to the present invention includes a light-modulated wave generator for phase-modulating linearly polarized light based on digital data to generate a linearly-polarized light modulated wave, and the light A polarization-maintaining optical transmission medium for transmitting the linearly-polarized light modulated wave generated by the modulation wave generator while maintaining the state of the linearly-polarized light, and the linearly-polarized light transmitted by the polarization-maintaining optical transmission medium. It has a detector according to the present invention that receives a light-modulated wave and converts it into an electric signal.

上記構成によれば、多相化によって隣接する相間の位相差が小さくなっても、デジタルデータに応じた光変調波を光変調波発生器で発生させて偏波保持光伝送媒体を介して検波器へ伝送し、本発明に係る検波器によって、信号の分解能の低下を抑制しながら、光変調波からデジタルデータを復元することができる。したがって、ビットエラーの発生を抑制しながら偏波保持光伝送媒体を介してデジタルデータを伝送できる位相変調光通信システムを実現できる。   According to the above configuration, even if the phase difference between adjacent phases is reduced due to multi-phase, an optical modulation wave corresponding to digital data is generated by the optical modulation wave generator and detected via the polarization maintaining optical transmission medium. The digital data can be restored from the modulated optical wave while suppressing a decrease in the resolution of the signal by the detector according to the present invention. Therefore, it is possible to realize a phase-modulated optical communication system capable of transmitting digital data via a polarization maintaining optical transmission medium while suppressing the occurrence of bit errors.

本発明の偏光制御光学部品は、上記課題を解決するために、金属膜と、該金属膜を貫通する開口と、上記開口の端またはその近傍位置を基点とし、かつ上記開口の中心を中心として金属膜に形成された螺旋溝とを有する偏光制御光学部品であって、上記螺旋溝は、入射光に含まれる偏光成分のキラリティを変化させるようになっていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the polarization control optical component of the present invention is based on a metal film, an opening penetrating the metal film, an end of the opening or a position near the opening, and the center of the opening. A polarization control optical component having a spiral groove formed in a metal film, wherein the spiral groove changes the chirality of a polarization component included in incident light.

上記構成によれば、上記螺旋溝によって入射光に含まれる偏光成分のキラリティを変化させることができる。これにより、例えば、円偏光成分の一部または全部を高次化して、開口での伝播損失を著しく大きくすることができる。そのため、円偏光成分に由来する高次化されたキラリティを持つモードの光の一部または全部を開口で除去できる。このようにして円偏光成分の一部または全部を除去することで、入射光から一部の偏光成分、例えば、(1)直線偏光成分のみ、(2)一部の円偏光成分のみ、(3)直線偏光成分と円偏光成分の一部、などを取り出すことができる。その結果、入射光に含まれる一部の偏光成分に基づく処理、例えば入射光に含まれる一部の偏光成分の強度に基づく検波が可能となる。これは、上述した通り、信号の分解能の向上に寄与する。   According to the said structure, the chirality of the polarization component contained in incident light can be changed with the said spiral groove. Thereby, for example, part or all of the circularly polarized light component can be made higher order, and the propagation loss at the aperture can be remarkably increased. Therefore, a part or all of the light of the mode having higher-order chirality derived from the circularly polarized light component can be removed by the opening. By removing a part or all of the circularly polarized light component in this way, a part of the polarized light component from the incident light, for example, (1) only the linearly polarized light component, (2) only a part of the circularly polarized light component, (3 ) A part of linearly polarized light component and circularly polarized light component can be taken out. As a result, processing based on some polarization components included in the incident light, for example, detection based on the intensity of some polarization components included in the incident light is possible. As described above, this contributes to an improvement in signal resolution.

なお、本願明細書において「螺旋溝」とは、開口を基点として形成された溝であって、開口の中心に対する方位角が開口から離れるに従って単調増加または単調減少し、開口からの距離(溝における開口側の端から、同方位角上における開口端(溝側の端)までの距離)が開口から離れるに従って単調増加する溝を指すものとする。   In the present specification, a “spiral groove” is a groove formed with an opening as a base point, and the azimuth angle with respect to the center of the opening monotonously increases or monotonously decreases as the distance from the opening increases. The distance from the opening side end to the opening end (groove side end) on the same azimuth is monotonously increased as the distance from the opening increases.

また、本発明の偏光制御光学部品では、上記構成にくわえて、前記螺旋溝は、互いに異なる複数の位置を基点としてそれぞれ形成された複数の螺旋溝であることが好ましい。   Moreover, in the polarization control optical component of the present invention, in addition to the above configuration, the spiral groove is preferably a plurality of spiral grooves respectively formed from a plurality of different positions.

上記構成によれば、前期重ね合わせ波に含まれる円偏光成分のキラリティと上記螺旋溝のキラリティとを加算することによって、左回り円偏光成分および右回り円偏光成分の少なくとも一方を3次以上のモードにすることができる。そのため、開口などでの伝播損失が著しく大きい3次以上のモードの偏光成分を開口などで除去すれば、直線偏光成分と左回り円偏光成分および右回り円偏光成分の一方とを合わせたものの強度を、光検出手段で検出することができる。したがって、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、信号の分解能の低下を確実に抑制できる。   According to the above configuration, by adding the chirality of the circularly polarized light component included in the previous superimposed wave and the chirality of the spiral groove, at least one of the left-handed circularly polarized light component and the right-handed circularly polarized light component is higher than the third order. Can be in mode. Therefore, if the polarization component of the third or higher mode having a remarkably large propagation loss at the aperture or the like is removed by the aperture or the like, the intensity of the linearly polarized component and one of the counterclockwise circularly polarized component and the clockwise circularly polarized component is combined Can be detected by the light detection means. Therefore, even when the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases becomes small, it is possible to reliably suppress a decrease in signal resolution.

また、本発明の偏光制御光学部品では、上記構成にくわえて、前記螺旋溝は、互いに異なる4つ以上の位置を基点としてそれぞれ形成された4つ以上の螺旋溝であることが好ましい。   Moreover, in the polarization control optical component of the present invention, in addition to the above configuration, the spiral groove is preferably four or more spiral grooves respectively formed from four or more positions different from each other.

上記構成によれば、前期重ね合わせ波に含まれる円偏光成分のキラリティと上記螺旋溝のキラリティとを加算することによって、左回り円偏光成分および右回り円偏光成分の両方を3次以上のモードにすることができる。そのため、開口などでの伝播損失が著しく大きい3次以上のモードの偏光成分を開口などで除去すれば、直線偏光成分のみの強度を、光検出手段で検出することができる。上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差の変化に対する、直線偏光成分のみの強度の変化率は、その強度のピーク付近で極めて大きくなる。そのため、その強度のピーク付近を利用することで、信号の分解能をより一層向上させることができる。   According to the above configuration, by adding the chirality of the circularly polarized light component included in the previous superimposed wave and the chirality of the spiral groove, both the left-handed circularly polarized light component and the right-handed circularly polarized light component are in the third or higher mode. Can be. For this reason, if the polarization component of the third or higher order mode having a significantly large propagation loss at the aperture or the like is removed by the aperture or the like, the intensity of only the linearly polarized component can be detected by the light detection means. The rate of change in the intensity of only the linearly polarized light component with respect to the change in the phase difference between the light modulation waves that has passed through the first and second paths becomes extremely large near the peak of the intensity. Therefore, the resolution of the signal can be further improved by utilizing the vicinity of the intensity peak.

また、本発明の偏光制御光学部品では、上記構成にくわえて、前記螺旋溝における前記基点と前記開口との距離が、上記入射光によって開口付近に励起される表面プラズモンの波長よりも短いことが好ましい。   Further, in the polarization control optical component of the present invention, in addition to the above configuration, the distance between the base point and the opening in the spiral groove is shorter than the wavelength of the surface plasmon excited near the opening by the incident light. preferable.

上記構成によれば、入射光に含まれる偏光成分のキラリティを変化させる表面プラズモンの減衰を回避することができ、入射光に含まれる偏光成分のキラリティを確実に変化させることができる。   According to the above configuration, it is possible to avoid the attenuation of the surface plasmon that changes the chirality of the polarization component included in the incident light, and to reliably change the chirality of the polarization component included in the incident light.

本発明の検波器および位相変調光通信システムは、以上のように、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差の変化に対する偏光状態の変化を電気信号に変換できるので、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、信号の分解能の低下を抑制できる。   As described above, the detector and the phase modulation optical communication system of the present invention can convert the change in the polarization state with respect to the change in the phase difference between the optical modulation waves via the first and second paths into an electrical signal. Even when the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases becomes small, a reduction in signal resolution can be suppressed.

また、本発明の偏光制御光学部品は、以上のように、例えば、円偏光成分の一部または全部を高次化して、円偏光成分に由来する高次化されたキラリティを持つモードの光の一部または全部を開口で除去することができる。そのため、本発明の偏光制御光学部品は、本発明の検波器に用いると、信号の分解能の向上に寄与する。   In addition, as described above, the polarization control optical component of the present invention, for example, increases the order of part or all of the circularly polarized light component, so that the light of the mode having higher-order chirality derived from the circularly polarized light component can be obtained. Part or all can be removed at the opening. Therefore, when the polarization control optical component of the present invention is used in the detector of the present invention, it contributes to an improvement in signal resolution.

〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1及び3に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 3 as follows.

まず、図1に基づいて本発明の一実施形態である検波器の構成について説明する。図1は本実施の形態における検波器10の構成を示すブロック図である。本実施の形態の検波器10は、デジタルデータに応じて位相変調された光変調波を検波するものであり、図1に示すように、位相偏波変換部(位相偏波変換手段)1と、集光レンズ2と、偏波検出部(偏波検出手段)3と、デコーダ(復元手段)4とを備えている。検波器10には、デジタルデータに応じて位相変調された光変調波が所定の方向の直線偏光として入射される。利用できる光の波長は、特に限定されるものではなく、一般的に光通信に用いられる赤外、近赤外の他、可視光であってもよい。   First, the structure of the detector which is one Embodiment of this invention is demonstrated based on FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a detector 10 in the present embodiment. The detector 10 according to the present embodiment detects an optical modulation wave that has been phase-modulated in accordance with digital data. As shown in FIG. 1, a phase polarization converter (phase polarization converter) 1 and , A condenser lens 2, a polarization detection unit (polarization detection means) 3, and a decoder (restoration means) 4. A light modulated wave phase-modulated in accordance with digital data is incident on the detector 10 as linearly polarized light in a predetermined direction. The wavelength of light that can be used is not particularly limited, and may be visible light in addition to infrared and near infrared light that are generally used for optical communication.

位相偏波変換部1は、デジタルデータに応じて位相変調された直線偏光の光変調波を、偏波情報を含んだ光に変換する部分である。また、集光レンズ2は、位相偏波変換部1から出力された偏波情報を含む光を集光し、偏波検出部3に入力するためのレンズである。また、偏波検出部3は、集光レンズ2から入力された偏波情報を含む光の強度を検出して光検出信号として出力する部分である。デコーダ4は、偏波検出部3から出力された上記光検出信号に基づいて上記デジタルデータを復元するものである。つぎに、図1に基づいてそれぞれの構成要素について説明する。   The phase polarization conversion unit 1 is a part that converts a linearly polarized light modulated wave that is phase-modulated according to digital data into light including polarization information. The condensing lens 2 is a lens for condensing the light including the polarization information output from the phase polarization conversion unit 1 and inputting the light to the polarization detection unit 3. The polarization detection unit 3 is a part that detects the intensity of light including polarization information input from the condenser lens 2 and outputs it as a light detection signal. The decoder 4 restores the digital data based on the photodetection signal output from the polarization detector 3. Next, each component will be described with reference to FIG.

まず、位相偏波変換部1は、図1に示すように、ビームスプリッタ(光分岐手段)11と、1ビット遅延器(遅延手段)12と、位相差板(偏光回転手段)13と、光カプラ(重ね合わせ手段)14とを備えている。   First, as shown in FIG. 1, the phase polarization converter 1 includes a beam splitter (optical branching means) 11, a 1-bit delay device (delaying means) 12, a phase difference plate (polarization rotating means) 13, an optical And a coupler (superimposing means) 14.

ビームスプリッタ11は、デジタルデータに応じて位相変調された光変調波を経路(第2の経路)15および経路(第1の経路)16の2つの経路に分岐させるためのものである。   The beam splitter 11 is for branching an optical modulation wave phase-modulated according to digital data into two paths, a path (second path) 15 and a path (first path) 16.

1ビット遅延器12は、ビームスプリッタ11によって分岐された一方の経路16の光変調波の位相を、上記デジタルデータの1ビット分(上記デジタルデータの1ビットずつを送信する周期に等しい時間)遅延させるものである。1ビット遅延器12は、経路16の光路長が経路15の光路長よりも、1ビット分だけ、すなわち上記デジタルデータの1ビット分だけの時間に光が進む距離だけ長くなるように、経路16の光を誘導するものである。1ビット遅延器12としては、特に限定されるものではないが、例えば、上記デジタルデータの1ビット分だけの時間に光が進む距離に等しい長さの光ファイバを用いることができる。   The 1-bit delay unit 12 delays the phase of the optical modulation wave of one path 16 branched by the beam splitter 11 by one bit of the digital data (a time equal to the period for transmitting each bit of the digital data). It is something to be made. The 1-bit delay unit 12 is configured so that the optical path length of the path 16 is longer than the optical path length of the path 15 by one bit, that is, by the distance that the light travels in the time corresponding to one bit of the digital data. The light is induced. The 1-bit delay device 12 is not particularly limited. For example, an optical fiber having a length equal to the distance that light travels in a time corresponding to 1 bit of the digital data can be used.

位相差板13は、経路16に配置され、ビームスプリッタ11によって分岐された経路16の光変調波を透過させることで経路16の光変調波に偏波回転(偏光軸の回転)を与えるためのものである。本実施の形態では、位相差板13として、経路16に配置され、光変調波に90度(π/2)の偏波回転を与える1/2波長板を使用している。   The phase difference plate 13 is disposed in the path 16 and transmits the optical modulation wave of the path 16 branched by the beam splitter 11 to give a polarization rotation (rotation of the polarization axis) to the optical modulation wave of the path 16. Is. In the present embodiment, a half-wave plate that is disposed in the path 16 and applies a 90 ° (π / 2) polarization rotation to the optical modulation wave is used as the phase difference plate 13.

光カプラ14は、上記90度の偏波回転を与えられた光変調波と上記90度の偏波回転を与えられていない光変調波とを重ね合わせて、重ね合わせ波に変換するためのものである。光カプラ14によって得られる重ね合わせ波は、経路15および16を経由した光変調波間の位相差に応じて変化する偏光状態を有する。より詳細には、上記重ね合わせ波は、後述するように、円偏光成分と直線偏光成分との少なくとも一方を含み、経路15および16を経由した光変調波間の位相差に応じて、円偏光成分と直線偏光成分との割合が変化する。なお、光カプラ14としては、ファイバカプラ、光導波路型光結合器等を用いることができる。   The optical coupler 14 superimposes the light modulation wave given the 90 degree polarization rotation and the light modulation wave not given the 90 degree polarization rotation, and converts them into a superposition wave. It is. The superposed wave obtained by the optical coupler 14 has a polarization state that changes in accordance with the phase difference between the optical modulation waves via the paths 15 and 16. More specifically, the superposed wave includes at least one of a circularly polarized light component and a linearly polarized light component, as will be described later, and the circularly polarized light component according to the phase difference between the light modulation waves that have passed through the paths 15 and 16. And the ratio of the linearly polarized light component change. As the optical coupler 14, a fiber coupler, an optical waveguide type optical coupler, or the like can be used.

つぎに、偏波検出部3は、図1に示すように、偏光制御光学部品(偏光制御手段)31と、光検出器(光検出手段)32とを備えている。   Next, as shown in FIG. 1, the polarization detection unit 3 includes a polarization control optical component (polarization control means) 31 and a photodetector (light detection means) 32.

偏光制御光学部品31は、光カプラ14によって得られた重ね合わせ波を、その偏光成分のキラリティを変化させて散乱光に変換するものである。より詳細には、偏光制御光学部品31は、後述するように、光カプラ14によって重ね合わせられた光変調波の偏光成分のキラリティに、後述する該偏光制御光学部品31のキラリティを加算する素子である。   The polarization control optical component 31 converts the superimposed wave obtained by the optical coupler 14 into scattered light by changing the chirality of the polarization component. More specifically, as will be described later, the polarization control optical component 31 is an element that adds the chirality of the polarization control optical component 31 described later to the chirality of the polarization component of the light modulation wave superimposed by the optical coupler 14. is there.

また、光検出器32は、偏光制御光学部品31から出射された散乱光の強度を検出して、その強度を表す電気信号に変換し、該電気信号を出力するためのものである。光検出器32としては、たとえば平衡型光検出器など、公知のフォトディテクタが好適に用いられるが、これには限られず、同様の機能を持つ他の光検出器を用いてもよい。また、光検出器32が出力する電気信号の形態は、特に限定されるものではないが、本実施形態では検出光強度に応じて電圧が変化する電気信号である。   The photodetector 32 detects the intensity of the scattered light emitted from the polarization control optical component 31, converts it to an electrical signal representing the intensity, and outputs the electrical signal. As the photodetector 32, a known photodetector such as a balanced photodetector is preferably used. However, the photodetector 32 is not limited to this, and another photodetector having a similar function may be used. The form of the electrical signal output from the photodetector 32 is not particularly limited, but in the present embodiment, the electrical signal changes in voltage according to the detected light intensity.

偏波検出部3において、偏光制御光学部品31は、重ね合わせ波に含まれる左回りおよび右回りの円偏光成分の少なくとも一方を除去して光検出器32に導く円偏光成分除去手段を有していることが好ましい。これによって、光検出器32が、重ね合わせ波に含まれる偏光成分のうちで、円偏光成分除去手段によって除去されなかった偏光成分の強度、すなわち(1)直線偏光成分の強度、あるいは(2)直線偏光成分と左回りおよび右回りの円偏光成分の一方とを合わせたものの強度を検出することができる。検波器10で受光される光変調波を2相より大きい相に多相化した場合、位相変調波経路15および16を経由した光変調波間の位相差の変化に対する(1)または(2)の強度の変化率は、従来の検波器100における2つの経路を経由した光変調波間の位相差の変化に対する重ね合わせ波の強度の変化率と比較して大きくなる。したがって、検波器10は、検波器10で受光される光変調波を2相より大きい相に多相化した場合に、従来の検波器100と比較して分解能の低下を抑制でき、ビットエラーの発生を抑制できる。円偏光成分除去手段を有する偏光制御光学部品31としては、特に限定されるものではないが、後述する実施の形態2に係る偏光制御光学部品31において、開口の径を、上記重ね合わせ波に含まれる直線偏光成分のカットオフ径より大きく、かつ偏光制御光学部品31によってキラリティが高次化された円偏光成分のカットオフ径より小さくなるように設定したものが好適である。なお、偏光制御光学部品31は、上記円偏光成分除去手段に代えて、上記重ね合わせ波から直線偏光成分の少なくとも一部を除去して光検出器32に導く機能を有していても、同様の効果(分解能の低下を抑制できる効果)を奏することができる。   In the polarization detection unit 3, the polarization control optical component 31 has circular polarization component removal means that removes at least one of the counterclockwise and clockwise circular polarization components included in the superimposed wave and guides them to the photodetector 32. It is preferable. As a result, the light detector 32 detects the intensity of the polarization component that has not been removed by the circularly polarized light component removing means among the polarization components included in the superimposed wave, that is, (1) the intensity of the linearly polarized light component, or (2) The intensity of the combination of the linearly polarized light component and one of the counterclockwise and clockwise circularly polarized light components can be detected. When the optical modulation wave received by the detector 10 is multiphased to a phase larger than two phases, the change in the phase difference between the optical modulation waves via the phase modulation wave paths 15 and 16 (1) or (2) The rate of change in intensity is greater than the rate of change in the intensity of the superimposed wave with respect to the change in phase difference between the modulated optical waves via the two paths in the conventional detector 100. Therefore, when the optical modulation wave received by the detector 10 is multiphased to a phase larger than two phases, the detector 10 can suppress a decrease in resolution as compared with the conventional detector 100, and a bit error can be prevented. Generation can be suppressed. The polarization control optical component 31 having the circular polarization component removing means is not particularly limited, but in the polarization control optical component 31 according to the second embodiment to be described later, the aperture diameter is included in the superimposed wave. It is preferable to set it so that it is larger than the cutoff diameter of the linearly polarized light component and smaller than the cutoff diameter of the circularly polarized light component whose chirality is increased by the polarization control optical component 31. The polarization control optical component 31 may have the function of removing at least part of the linearly polarized light component from the superimposed wave and guiding it to the photodetector 32 instead of the circularly polarized light component removing unit. (Effect of suppressing a decrease in resolution) can be achieved.

最後に、デコーダ4は、偏波検出部3から出力される電気信号に基づいて経路15および16を経由した光変調波間の位相差を判定することで上記デジタルデータを復元して出力するためのものである。   Finally, the decoder 4 determines the phase difference between the optical modulation waves via the paths 15 and 16 based on the electrical signal output from the polarization detector 3, and restores and outputs the digital data. Is.

つぎに、図1に基づき本実施の形態の検波器10の動作について説明する。   Next, the operation of the detector 10 of the present embodiment will be described based on FIG.

検波器10に入力された直線偏光の光変調波(直線偏光軸の方向を以下「x軸方向」と呼ぶ)は、ビームスプリッタ11によって、2つの経路15および16に分岐される。   A linearly polarized light modulation wave (the direction of the linear polarization axis is hereinafter referred to as “x-axis direction”) input to the detector 10 is branched into two paths 15 and 16 by the beam splitter 11.

経路16には1ビット遅延器12が設けられており、この1ビット遅延器12により経路15の光変調波に対して上記デジタルデータの1ビット分の遅延が与えられる。   The path 16 is provided with a 1-bit delay unit 12, and the 1-bit delay unit 12 gives a delay of 1 bit of the digital data to the optical modulation wave of the path 15.

位相差板13は、1ビット遅延器12から出力された遅延された光変調波(以下、遅延された光変調波を「遅延波」と呼び、遅延されていない光変調波を「非遅延波」と呼ぶ)の直線偏光軸を非遅延波に対して90度回転させる(この方向を以下「y軸方向」と呼ぶ)。   The phase difference plate 13 is a delayed optical modulation wave output from the 1-bit delay device 12 (hereinafter, the delayed optical modulation wave is referred to as a “delay wave”, and an undelayed optical modulation wave is referred to as a “non-delay wave”. ”) Is rotated 90 degrees with respect to the non-delayed wave (this direction is hereinafter referred to as“ y-axis direction ”).

上記遅延波と上記非遅延波とは、光カプラ14によって再び重ね合わされる。上記遅延波および上記非遅延波は、上記デジタルデータの隣接ビットに対応する光変調波であるので、上記の重ね合わせによって、上記デジタルデータの隣接ビットに対応する光変調波間の位相差に応じて、直線偏光、楕円偏光、および円偏光のように偏光状態が変化する重ね合わせ波になる。   The delayed wave and the non-delayed wave are superimposed again by the optical coupler 14. Since the delayed wave and the non-delayed wave are optical modulation waves corresponding to adjacent bits of the digital data, depending on the phase difference between the optical modulation waves corresponding to adjacent bits of the digital data due to the superposition described above. , A superposed wave whose polarization state changes, such as linearly polarized light, elliptically polarized light, and circularly polarized light.

その後、該重ね合わせ波は偏光制御光学部品31に入射される。偏光制御光学部品31からは上記偏光状態に応じた散乱光が出射される。それから、検出器32は、散乱光の強度を検出し、検出した光の強度に応じて電気信号を出力する。検出器32から出力された電気信号はデコーダ4に入力される。デコーダ4は、該電気信号に基づいて、上記デジタルデータを復元して出力する。   Thereafter, the superimposed wave is incident on the polarization control optical component 31. Scattered light corresponding to the polarization state is emitted from the polarization control optical component 31. Then, the detector 32 detects the intensity of the scattered light, and outputs an electrical signal according to the detected light intensity. The electrical signal output from the detector 32 is input to the decoder 4. The decoder 4 restores and outputs the digital data based on the electrical signal.

ここで、上記デジタルデータおよびそれに対応する光変調波の例を図3に基づいて説明する。図3の(a)は、デジタルデータ(デジタル信号)の波形の例、およびデジタルデータの各ビットの値と2相信号(2相の光変調波)の初期位相(基準位相)に対する位相差との対応関係の例を示す図である。2相信号は、デジタルデータの各ビットの値0、1をそれぞれ、初期位相に対する位相差が0、π(ラジアン単位)の信号(光変調波)に対応させたものである。図3の(b)は、デジタルデータの波形の例、およびデジタルデータの各ビットの値と4相信号(4相の光変調波)の初期位相に対する位相差との対応関係の例を示す図である。4相信号は、デジタルデータの2ビット分の値00、01、10、及び11をそれぞれ、初期位相に対する位相差が0、0.5π、π、及び1.5πの信号(光変調波)に対応させたものである。図3の(c)は、デジタルデータの波形の例、およびデジタルデータの各ビットの値と8相信号(8相の光変調波)の初期位相に対する位相差との対応関係の例を示す図である。8相信号は、デジタルデータの3ビット分の値000、001、010、011、100、101、110、及び111をそれぞれ、初期位相に対する位相差が0、0.25π、0.5π、0.75π、π、1.25π、1.5π、及び1.75πの信号(光変調波)に対応させたものである。   Here, an example of the digital data and the corresponding optical modulation wave will be described with reference to FIG. FIG. 3A shows an example of a waveform of digital data (digital signal), a value of each bit of the digital data, and a phase difference with respect to an initial phase (reference phase) of a two-phase signal (two-phase optical modulation wave). It is a figure which shows the example of these correspondence. A two-phase signal is obtained by associating values 0 and 1 of each bit of digital data with a signal (optical modulation wave) having a phase difference of 0 and π (radians) with respect to the initial phase. FIG. 3B is a diagram illustrating an example of a waveform of digital data and an example of a correspondence relationship between the value of each bit of the digital data and the phase difference with respect to the initial phase of the four-phase signal (four-phase optical modulation wave). It is. The four-phase signal is obtained by converting the values 00, 01, 10, and 11 of two bits of digital data into signals (optical modulation waves) having phase differences of 0, 0.5π, π, and 1.5π with respect to the initial phase, respectively. It is a thing made to correspond. FIG. 3C illustrates an example of a waveform of digital data and an example of a correspondence relationship between the value of each bit of the digital data and the phase difference with respect to the initial phase of the 8-phase signal (eight-phase optical modulation wave). It is. The 8-phase signal has values 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, and 111 corresponding to 3 bits of digital data, respectively, with phase differences of 0, 0.25π, 0.5π, 0,. This corresponds to signals (optical modulation waves) of 75π, π, 1.25π, 1.5π, and 1.75π.

つぎに、上記重ね合わせ波の偏光について説明する。   Next, the polarization of the superimposed wave will be described.

X軸方向に直線偏光軸を持つ非遅延波とY軸方向に直線偏光軸を持つ遅延波との重ね合わせ波の振幅は、次式(2)で表される。   The amplitude of the superposed wave of the non-delayed wave having the linear polarization axis in the X-axis direction and the delayed wave having the linear polarization axis in the Y-axis direction is expressed by the following equation (2).

Figure 0004975385
Figure 0004975385

ここで、ωは重ね合わせ波の角周波数であり、tは時間であり、cは初期位相であり、φは上記デジタルデータの隣接ビットに対応する非遅延波と遅延波との位相差である。また、重ね合わせ波の振幅は、下記で説明する座標軸A−B上で、強度が1になるように規格化している。   Here, ω is the angular frequency of the superimposed wave, t is time, c is the initial phase, and φ is the phase difference between the non-delayed wave and the delayed wave corresponding to the adjacent bits of the digital data. . In addition, the amplitude of the superimposed wave is normalized so that the intensity becomes 1 on the coordinate axis AB described below.

座標軸A−Bは上記X軸及びY軸からなるX−Y座標軸を−45度回転させたときに、X軸と重なる座標軸をA軸とし、Y軸と重なる座標軸をB軸とすることにより構成される。   The coordinate axis A-B is constructed by setting the coordinate axis overlapping with the X axis as the A axis and the coordinate axis overlapping with the Y axis as the B axis when the XY coordinate axis consisting of the X axis and the Y axis is rotated by -45 degrees. Is done.

上記式(2)からわかるように、上記重ね合わせ波の偏光は、一般的には楕円偏光となるが、位相差φが特定の値の場合には特殊な偏光(完全な直線偏光または完全な円偏光)。まず、特殊な偏光の場合について説明し、次に一般的な楕円偏光について説明する。上記式(2)によれば、位相差φ=90度のとき、上記重ね合わせ波の偏光は左回り(上記重ね合わせ波の進行方向に対して左回り、以下同様の説明は省略する)円偏光となり、位相差φ=270度のとき、上記重ね合わせ波の偏光は右回り(上記重ね合わせ波の進行方向に対して右回り;以下、同様の説明は省略する)円偏光となる。すなわち、これらの場合には、上記重ね合わせ波の偏光は完全な円偏光となる。また、上記式(2)によれば、位相差φ=0度のとき、上記重ね合わせ波の偏光はB軸方向の直線偏光となり、位相差φ=180度のとき、上記重ね合わせ波の偏光はA軸方向の直線偏光となる。すなわち、これらの場合には、上記重ね合わせ波の偏光は完全な直線偏光となる。   As can be seen from the above equation (2), the polarization of the superposition wave is generally elliptical polarization. However, when the phase difference φ is a specific value, special polarization (complete linear polarization or complete polarization) is obtained. Circularly polarized). First, the case of special polarized light will be described, and then general elliptically polarized light will be described. According to the above equation (2), when the phase difference φ is 90 degrees, the polarization of the superimposed wave is counterclockwise (counterclockwise with respect to the traveling direction of the superimposed wave, and the same description is omitted hereinafter). When the phase difference φ is 270 degrees, the polarization of the superimposed wave is clockwise (rightward with respect to the traveling direction of the superimposed wave; hereinafter, the same description is omitted) and circularly polarized. That is, in these cases, the polarization of the superposition wave is completely circular polarization. Further, according to the above equation (2), when the phase difference φ = 0 degrees, the superimposed wave polarization is linearly polarized in the B-axis direction, and when the phase difference φ = 180 degrees, the superimposed wave polarization. Becomes linearly polarized light in the A-axis direction. That is, in these cases, the polarization of the superposed wave is completely linearly polarized light.

ここで、一般的な楕円偏光について説明する。位相差が0<φ<90°のときには、上記重ね合わせ波の偏光はA軸を長辺とする左回りの楕円偏光となる。また、位相差が90°<φ<180°のときには、上記重ね合わせ波の偏光はB軸を長辺とする左回りの楕円偏光となる。さらに、位相差が180°<φ<270°のときには、上記重ね合わせ波の偏光はB軸を長辺とする右回りの楕円偏光となり、位相差が270°<φ<360°のときには、上記重ね合わせ波の偏光はA軸を長辺とする右回りの楕円偏光となる。   Here, general elliptically polarized light will be described. When the phase difference is 0 <φ <90 °, the polarization of the superposed wave is counterclockwise elliptically polarized light having the long side of the A axis. Further, when the phase difference is 90 ° <φ <180 °, the polarization of the superposed wave is counterclockwise elliptically polarized light having the B axis as its long side. Further, when the phase difference is 180 ° <φ <270 °, the polarization of the superposed wave is a clockwise elliptically polarized light with the B axis as the long side, and when the phase difference is 270 ° <φ <360 °, The polarization of the superimposed wave is clockwise elliptical polarization with the long side of the A axis.

しかし、一般的に知られているように、楕円偏光は、円偏光と直線偏光との重ね合わせ(和)で与えられる。例えば、位相差が0<φ<90°の場合には、上述のように上記重ね合わせ波の偏光はA軸を長辺とする左回りの楕円偏光となるが、この楕円偏光は、
振幅が
However, as is generally known, elliptically polarized light is given by superposition (sum) of circularly polarized light and linearly polarized light. For example, when the phase difference is 0 <φ <90 °, as described above, the polarization of the superposition wave is a left-handed elliptical polarization with the long side of the A axis, but this elliptical polarization is
Amplitude is

Figure 0004975385
Figure 0004975385

の左回り円偏光と、
振幅が
Left-handed circularly polarized light,
Amplitude is

Figure 0004975385
Figure 0004975385

のA軸方向に軸を持つ直線偏光との重ね合わせになる。上記楕円偏光を構成する円偏光成分と直線偏光成分との割合は位相差φに応じて変化する。例えば、位相差が0<φ<90のときには、楕円偏光(重ね合わせ波)を構成する円偏光成分と直線偏光成分との割合は、位相差φが0に近づくにつれて直線偏光成分(A軸方向に軸を持つ直線偏光)の割合が大きくなり、位相差φが90度に近づくにつれて円偏光成分(左回り円偏光)の割合が大きくなる。 Is superimposed with linearly polarized light having an axis in the A-axis direction. The ratio between the circularly polarized light component and the linearly polarized light component constituting the elliptically polarized light changes according to the phase difference φ. For example, when the phase difference is 0 <φ <90, the ratio of the circularly polarized light component and the linearly polarized light component constituting the elliptically polarized light (superimposed wave) is the linearly polarized light component (A-axis direction as the phase difference φ approaches 0). The ratio of circularly polarized light components (counterclockwise circularly polarized light) increases as the phase difference φ approaches 90 degrees.

したがって、上記重ね合わせ波は、非遅延波と遅延波との位相差φに応じた偏光種類(直線偏光、楕円偏光、または円偏光)、および、非遅延波と遅延波との位相差φに応じた円偏光成分と直線偏光成分との割合となる。すなわち、上記重ね合わせ波は、非遅延波と遅延波との位相差φに応じた偏光状態となる。   Therefore, the superimposed wave has a polarization type (linearly polarized light, elliptically polarized light, or circularly polarized light) corresponding to the phase difference φ between the non-delayed wave and the delayed wave, and the phase difference φ between the non-delayed wave and the delayed wave. It becomes the ratio of the corresponding circularly polarized light component and the linearly polarized light component. That is, the superimposed wave is in a polarization state corresponding to the phase difference φ between the non-delayed wave and the delayed wave.

上記重ね合わせ波は、偏光制御光学部品31に入射され、偏光制御光学部品31によって上記偏光状態に応じた散乱光に変換される。この散乱光の強度が、光検出器32で検出されて電気信号に変換される。これにより、上記偏光状態が電気信号に変換される。   The superimposed wave is incident on the polarization control optical component 31 and converted into scattered light corresponding to the polarization state by the polarization control optical component 31. The intensity of the scattered light is detected by the photodetector 32 and converted into an electric signal. Thereby, the polarization state is converted into an electric signal.

本実施の形態における検波器10は、以上のように、経路15および16を経由した光変調波を重ね合わせて、経路15および16を経由した光変調波間の位相差に応じて変化する偏光状態を有する重ね合わせ波に変換し、その偏光状態を偏波検出部3で電気信号に変換する。経路15および16を経由した光変調波間の位相差の変化に対する偏光状態の変化率は、従来の検波器における2つの光変調波間の位相差の変化に対する検出信号(重ね合わせ波の強度)の変化率と比較して大きくなる。偏波検出部3は、この偏光状態の変化を電気信号に変換するので、光変調波を3相以上に多相化し、隣接相間の位相差が小さくなった場合であっても、信号の分解能の低下を抑制できる。したがって、多相化を容易にすることができる。   As described above, the detector 10 in the present embodiment superimposes the light modulation waves that have passed through the paths 15 and 16 and changes the polarization state according to the phase difference between the light modulation waves that have passed through the paths 15 and 16. The polarization state is converted into an electrical signal by the polarization detector 3. The change rate of the polarization state with respect to the change in the phase difference between the optical modulation waves via the paths 15 and 16 is the change in the detection signal (intensity of the superimposed wave) with respect to the change in the phase difference between the two optical modulation waves in the conventional detector. Greater than rate. Since the polarization detection unit 3 converts the change in the polarization state into an electric signal, the signal resolution can be obtained even when the optical modulation wave is multiphased into three or more phases and the phase difference between adjacent phases becomes small. Can be suppressed. Therefore, multiphase formation can be facilitated.

なお、本発明の検波器は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。例えば、ビームスプリッタ11に代えて、ハーフミラー、光導波路型光分岐器、ファイバカップラ等のような、他の光分岐手段を用いてもよい。   The detector of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope indicated in the claims. For example, instead of the beam splitter 11, other optical branching means such as a half mirror, an optical waveguide type optical branching device, a fiber coupler, or the like may be used.

また、位相差板13は、経路15に配置され、ビームスプリッタ11によって分岐された経路15の光変調波に90度の偏波回転を与えるものであっても良い。また、位相差板13に代えて、電圧を印加したTN(ねじれネマティック)液晶などのような、90度の偏波回転が可能な他の偏光回転手段を用いてもよい。さらに、本発明においては、経路15の光変調波と経路16の光変調波との間に90度の偏光軸角度差を与えることができるようになっていればよく、90度の偏波回転を与える偏光回転手段は必ずしも必要ではない。例えば、位相差板13に代えて270度の偏波回転を与える偏光回転手段を用いてもよい。   In addition, the phase difference plate 13 may be disposed on the path 15 to give a 90-degree polarization rotation to the optical modulation wave of the path 15 branched by the beam splitter 11. Further, instead of the phase difference plate 13, other polarization rotation means capable of rotating the polarization by 90 degrees, such as a TN (twisted nematic) liquid crystal to which a voltage is applied, may be used. Further, in the present invention, it is sufficient that a 90-degree polarization axis angle difference can be given between the light modulation wave of the path 15 and the light modulation wave of the path 16, and the polarization rotation of 90 degrees. It is not always necessary to provide a polarization rotation means for providing For example, instead of the phase difference plate 13, a polarization rotation unit that applies polarization rotation of 270 degrees may be used.

また、検波器10からデコーダ4を省き、検波器10の光検出器32から出力された電気信号を外部のデコーダで処理するようにしてもよい。   Alternatively, the decoder 4 may be omitted from the detector 10 and the electric signal output from the photodetector 32 of the detector 10 may be processed by an external decoder.

〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図4ないし図10に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.

まず図4に基づいて本発明の他の実施形態における偏光制御光学部品31の構成について説明する。図4は本実施の形態における偏光制御光学部品31の構成を示す斜視図である。   First, the configuration of the polarization control optical component 31 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the polarization control optical component 31 in the present embodiment.

図4では上記偏光制御光学部品31の断面が分かるようにその一部をカットした斜視図としている。偏光制御光学部品31は、図4に示すように、金属膜41に対して、螺旋溝42をその片面に形成し、かつ、金属膜41を貫通する開口43を形成したものである。   FIG. 4 is a perspective view in which a part of the polarization control optical component 31 is cut so that the cross section can be seen. As shown in FIG. 4, the polarization control optical component 31 is formed by forming a spiral groove 42 on one surface of the metal film 41 and forming an opening 43 penetrating the metal film 41.

金属膜41は、表面プラズモンが励起できる金(Au)、銀(Ag)およびアルミニウム(Al)の少なくとも1種の金属からなることが望ましい。金属膜41の膜厚は、表面プラズモンが効果的に励起できるように、入射光(入射波)の波長λ以下であることが好ましい。   The metal film 41 is preferably made of at least one metal of gold (Au), silver (Ag), and aluminum (Al) that can excite surface plasmons. The film thickness of the metal film 41 is preferably less than or equal to the wavelength λ of incident light (incident wave) so that surface plasmons can be effectively excited.

螺旋溝42は、開口43の端またはその近傍位置を基点(端点)とし、かつ開口43の中心を中心として金属膜41に形成されている。螺旋溝42は、入射光に含まれる左回りおよび右回りの円偏光成分の少なくとも一方のキラリティ(自由度)を高次化させる機能を有する。本実施の形態における螺旋溝42は、開口43を基点とするアルキメデスの螺旋(開口43の中心に対する方位角に比例して開口43の中心からの距離が変化する螺旋)の形状を持つ。したがって、螺旋溝42は、一定のピッチ(開口43の中心から外側に引いた直線上における螺旋溝42の間隔)を有している。図4に示す偏光制御光学部品31における螺旋溝42の開口43付近の基点44の数、すなわち、上記螺旋溝42を構成する螺旋形状の曲線の数は、図5(a)に示すように2個である。なお、基点44の数(螺旋形状の曲線の数)は、他の複数の場合であってもキラリティが制御された近接場が発生する。例えば、基点44の数は、図5(b)に示す4個であってもよい。   The spiral groove 42 is formed in the metal film 41 with the end of the opening 43 or the vicinity thereof as a base point (end point) and the center of the opening 43 as the center. The spiral groove 42 has a function of increasing the degree of chirality (degree of freedom) of at least one of the left-handed and right-handed circularly polarized light components included in the incident light. The spiral groove 42 in the present embodiment has an Archimedean spiral (the spiral whose distance from the center of the opening 43 changes in proportion to the azimuth angle with respect to the center of the opening 43) having the opening 43 as a base point. Therefore, the spiral groove 42 has a constant pitch (the interval between the spiral grooves 42 on a straight line drawn outward from the center of the opening 43). The number of base points 44 near the opening 43 of the spiral groove 42 in the polarization control optical component 31 shown in FIG. 4, that is, the number of spiral curves constituting the spiral groove 42 is 2 as shown in FIG. It is a piece. Note that even if the number of base points 44 (the number of spiral curves) is a plurality of other cases, a near field with controlled chirality is generated. For example, the number of base points 44 may be four as shown in FIG.

螺旋溝42の幅は、λ/4以下(入射光の波長λ)であることが好ましい。螺旋溝42のピッチ(最近接の螺旋溝間の動径方向に対しての螺旋溝中心間の距離)は、λ/2以下であることが好ましい。螺旋溝42の深さは、λ以下であることが好ましい。螺旋溝42の側面の傾斜角度は、略垂直であることが好ましい。螺旋溝42の巻数は、0.5から5の範囲内であることが好ましい。   The width of the spiral groove 42 is preferably λ / 4 or less (the wavelength λ of incident light). The pitch of the spiral grooves 42 (the distance between the spiral groove centers with respect to the radial direction between the nearest spiral grooves) is preferably λ / 2 or less. The depth of the spiral groove 42 is preferably λ or less. The inclination angle of the side surface of the spiral groove 42 is preferably substantially vertical. The number of turns of the spiral groove 42 is preferably in the range of 0.5 to 5.

開口43は、円形である。開口43の径(直径)は、螺旋溝42によってキラリティが高次化された円偏光成分を除去するように、上記直線偏光成分のカットオフ径より大きく、かつ上記螺旋溝によってキラリティが高次化された円偏光成分のカットオフ径より小さくなるように設定された径を有することが好ましい。なお、開口43は、他の形状、例えば、楕円形や長方形等であってもよい。開口43が楕円形や長方形である場合には、その短軸あるいは短辺の長さが、上記の寸法条件を満たすことが好ましい。   The opening 43 is circular. The diameter (diameter) of the opening 43 is larger than the cut-off diameter of the linearly polarized light component so that the circularly polarized component whose chirality is enhanced by the spiral groove 42 is removed, and the chirality is enhanced by the spiral groove. It is preferable to have a diameter set to be smaller than the cut-off diameter of the circularly polarized light component. The opening 43 may have another shape, for example, an ellipse or a rectangle. When the opening 43 is oval or rectangular, the length of the short axis or short side preferably satisfies the above dimensional condition.

また、螺旋溝43および開口43は、既存のパターニングプロセスにより形成することができる。螺旋溝43および開口43の形成プロセスにおいては、例えば、ステッパーによる光露光、電子ビーム(EB)露光、掃引型の電子ビーム(SEM)露光、集光イオンビーム(FIB)による加工、ナノインプリントなど様々な方法及び手段を利用することができる。   Further, the spiral groove 43 and the opening 43 can be formed by an existing patterning process. In the formation process of the spiral groove 43 and the opening 43, there are various processes such as light exposure with a stepper, electron beam (EB) exposure, sweep type electron beam (SEM) exposure, processing with a focused ion beam (FIB), and nanoimprint. Methods and means can be utilized.

なお、螺旋溝42は、アルキメデスの螺旋の形状を持つものに限定されるものではなく、開口43を基点として形成された溝であって、開口43の中心に対する方位角が開口43から離れるに従って単調増加または単調減少し、開口43からの距離が開口から離れるに従って単調増加する溝であればよい。したがって、螺旋溝42の形状は、対数螺旋(ベルヌーイの螺旋)、放物螺旋、双曲螺旋、リチュースなどの他の幾何学的螺旋;アルキメデスの螺旋あるいは他の幾何学的螺旋を直線の集合(例えば互いに90度をなす直線の集合)で近似した形;などであってもよい。   The spiral groove 42 is not limited to the one having the Archimedean spiral shape, and is a groove formed with the opening 43 as a base point, and monotonously as the azimuth angle with respect to the center of the opening 43 increases from the opening 43. Any groove that increases or monotonously decreases and monotonously increases as the distance from the opening 43 increases from the opening may be used. Therefore, the shape of the spiral groove 42 is a logarithmic spiral (Bernoulli spiral), a parabolic spiral, a hyperbolic spiral, a Lithus spiral, other geometrical spirals; an Archimedean spiral or other geometrical spirals, For example, it may be a shape approximated by a set of straight lines forming 90 degrees with each other.

つぎに、図4に基づいて、上記偏光制御光学部品31の機能について説明する。   Next, the function of the polarization control optical component 31 will be described with reference to FIG.

まず、入射光は図4の上方から螺旋溝42の形成面である金属膜41の表面(片面)に照射される。このとき、螺旋溝42の中心に位置する開口43の周辺に電気双極子が励起される。該励起された電気双極子は開口43を表面プラズモンとして伝わり、金属膜41の裏面(入射光が照射される面と反対側の面)に到達し電気双極子放射(電気双極子が振動することによって光が異方的に放出される現象)による散乱光として放射される。   First, incident light is irradiated from the upper side of FIG. 4 onto the surface (one surface) of the metal film 41 which is the formation surface of the spiral groove 42. At this time, an electric dipole is excited around the opening 43 located at the center of the spiral groove 42. The excited electric dipole propagates through the opening 43 as surface plasmon, reaches the back surface of the metal film 41 (surface opposite to the surface irradiated with incident light), and emits electric dipole (the electric dipole vibrates). Is emitted as scattered light due to a phenomenon in which light is emitted anisotropically.

なお、上記入射光は、偏光制御光学部品31の螺旋溝42の中心付近に照射されれば良いが、螺旋溝42の形成面である金属膜41の表面に垂直に入射されることが望ましい。   The incident light may be irradiated near the center of the spiral groove 42 of the polarization control optical component 31, but is preferably incident perpendicularly to the surface of the metal film 41 on which the spiral groove 42 is formed.

上記入射光は、偏光制御光学部品31の螺旋溝42により高次の回転対称を備える表面プラズモンに変換される。ここで、表面プラズモンとは、金属−誘電体界面に生じる電子の疎密波の一種であり、その波数は金属薄膜表面に接する数100nmまでの試料の厚さや光学特性(誘電率、屈折率)によって変化する。   The incident light is converted into surface plasmons having higher-order rotational symmetry by the spiral groove 42 of the polarization control optical component 31. Here, surface plasmon is a kind of electron density wave generated at the metal-dielectric interface, and the wave number depends on the thickness and optical characteristics (dielectric constant, refractive index) of the sample up to several hundreds of nanometers in contact with the metal thin film surface. Change.

該表面プラズモンは、偏光制御光学部品31の開口43の入り口付近に電気双極子分布による電場分布を形成する。図7はこのような表面プラズモンにより励起される偏光制御光学部品31の開口43の入り口付近における動径方向の電場分布70を表している。なお、表面プラズモンは、偏光制御光学部品31の金属表面を伝播するTM波(transverse magnetic wave)であり、上記動径方向の電場が支配的である。   The surface plasmon forms an electric field distribution by an electric dipole distribution near the entrance of the opening 43 of the polarization control optical component 31. FIG. 7 shows an electric field distribution 70 in the radial direction in the vicinity of the entrance of the opening 43 of the polarization control optical component 31 excited by such surface plasmons. The surface plasmon is a TM wave (transverse magnetic wave) propagating on the metal surface of the polarization control optical component 31, and the radial electric field is dominant.

図7の(a)及び(b)は、それぞれ、2次の右回り(偏光制御光学部品31に対する光の入射方向に対して左回り;以下、同様の説明は省略する)螺旋溝42に右回り(偏光制御光学部品31に対する光の入射方向に対して右回り;以下、同様の説明は省略する)円偏光及び左回り円偏光を入射した場合を示している。この場合の上記表面プラズモンによって励起される電場分布のモードは、それぞれ、右回りの3次及び1次モードである。   (A) and (b) of FIG. 7 are respectively secondary clockwise (clockwise with respect to the incident direction of light with respect to the polarization control optical component 31; hereinafter, the same description is omitted). This shows a case in which circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light are incident (in the right direction with respect to the incident direction of light with respect to the polarization control optical component 31; the same description is omitted hereinafter). The electric field distribution modes excited by the surface plasmons in this case are clockwise third-order and first-order modes, respectively.

ここで、図7に基づいて上記電場分布70の各モードのキラリティについて説明する。図7に示すように、上記電場分布70には上記開口43の中心に向かう向きの電場と該中心から離れる向きの電場とがある。そこで、上記2種の電場の組みの数によって上記モードのキラリティを定義する。例えば、図7の(a)は上記開口43の中心に向かう向きの電場が3つの部分に分離して存在し、該中心から離れる向きの電場も3つの部分に分離して存在している。そこで、上記2種の電場の組は3つであると考える。そこで、この図7の(a)の電場分布のモードのキラリティを3次と定義する。また、それぞれ回転する向きがあるので、例えば、図7の(a)の電場分布のモードを右回りの3次モードと呼ぶことにする。   Here, the chirality of each mode of the electric field distribution 70 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the electric field distribution 70 includes an electric field directed toward the center of the opening 43 and an electric field directed away from the center. Therefore, the chirality of the mode is defined by the number of sets of the two types of electric fields. For example, in FIG. 7A, the electric field directed toward the center of the opening 43 is separated into three parts, and the electric field directed away from the center is also separated into three parts. Therefore, it is considered that there are three sets of the above two types of electric fields. Therefore, the chirality of the electric field distribution mode in FIG. Further, since each has a rotating direction, for example, the electric field distribution mode in FIG. 7A is referred to as a clockwise third-order mode.

同様に図示してはいないが、4次の右回り螺旋溝42に右回り円偏光および左回り円偏光を入射した場合、右回りの5次及び3次モードが形成される。なお、入射光が直線偏光の場合には、偶数次の螺旋溝42では、図7の(c)に示すように、非回転の1次モードが生成する。   Similarly, although not shown, when clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light are incident on the fourth-order clockwise spiral groove 42, clockwise fifth-order and third-order modes are formed. When the incident light is linearly polarized light, the even-order spiral groove 42 generates a non-rotating first-order mode as shown in FIG.

つぎに、図4ないし6に基づいて螺旋溝42のキラリティについて説明する。図4に示す構造では、偏光制御光学部品31に対する光の入射方向から見て、上記螺旋溝42は右回りである。右回り、及び左回りからなる状態をキラリティと呼び、ここでは右回りを+、左回りを−の符号で定義する。また、螺旋溝42のキラリティの次数を偏光制御光学部品31における螺旋溝42の開口43付近の基点44の数、すなわち、上記螺旋溝42を構成する螺旋状の曲線の本数として定義する。たとえば、図5の(a)に示される螺旋溝42のキラリティは2であり、図5の(b)に示される螺旋溝42のキラリティは4である。   Next, the chirality of the spiral groove 42 will be described with reference to FIGS. In the structure shown in FIG. 4, the spiral groove 42 is clockwise when viewed from the incident direction of light with respect to the polarization control optical component 31. A state consisting of clockwise and counterclockwise is called chirality. Here, clockwise is defined by + and counterclockwise is defined by-. Further, the degree of chirality of the spiral groove 42 is defined as the number of base points 44 near the opening 43 of the spiral groove 42 in the polarization control optical component 31, that is, the number of spiral curves constituting the spiral groove 42. For example, the chirality of the spiral groove 42 shown in (a) of FIG. 5 is 2, and the chirality of the spiral groove 42 shown in (b) of FIG.

図6に1次の右回りの螺旋溝42を示す。螺旋溝42の開口43の中心からの距離r(θ)は、開口43の半径がrのとき、
r(θ)=r+c+2aθ/2π
で表されるものとする。
FIG. 6 shows a primary clockwise spiral groove 42. The distance r (θ) from the center of the opening 43 of the spiral groove 42 is as follows when the radius of the opening 43 is r 0 :
r (θ) = r 0 + c + 2aθ / 2π
It shall be represented by

ここで、cは螺旋溝42の基点44と開口43の円周との距離であり、2aは螺旋溝42のピッチを表す。また、θは任意角を起点とする方位角であり、時計回りで増加するものとする。
ただし、これは現実的には、螺旋溝42の溝の太さなどを考慮する必要があるが、上記ピッチ2aが、螺旋溝42の太さと比較して十分に大きいならば、問題はない。したがって、螺旋溝42の太さに対するピッチ2aの比(ピッチ2a/螺旋溝42の太さ)は、1.5以上であることが望ましい。
Here, c is the distance between the base point 44 of the spiral groove 42 and the circumference of the opening 43, and 2 a represents the pitch of the spiral groove 42. Further, θ is an azimuth angle starting from an arbitrary angle, and increases clockwise.
However, in reality, it is necessary to consider the thickness of the spiral groove 42, but there is no problem if the pitch 2a is sufficiently larger than the thickness of the spiral groove 42. Therefore, the ratio of the pitch 2a to the thickness of the spiral groove 42 (pitch 2a / thickness of the spiral groove 42) is desirably 1.5 or more.

また、表面プラズモンの減衰を回避するために、螺旋溝42における開口43と基点44との距離cは、表面プラズモンの波長2π/kspよりも小さい事が望ましい。 Further, in order to avoid attenuation of the surface plasmon, the distance c between the opening 43 and the base 44 in the helical groove 42, it is smaller than the wavelength 2 [pi / k sp of the surface plasmon is desirable.

ここで、螺旋溝42のピッチ2aの決め方について説明する。ピッチ2aは、δを光の入射角(垂直入射の場合δ=0)、kを真空中の光の波数k=2π/λ、(λは真空中の光の波長)、及びkspを後述する表面プラズモンの波数とすると、次式のようになる。 Here, how to determine the pitch 2a of the spiral groove 42 will be described. In the pitch 2a, δ is the incident angle of light (δ = 0 in the case of vertical incidence), k 0 is the wave number of light in vacuum k 0 = 2π / λ 0 (where λ 0 is the wavelength of light in vacuum), and When k sp is a wave number of a surface plasmon described later, the following equation is obtained.

2a=4π/(Re(ksp)−ksin(δ))・・・・・・・・・・・(3)
ただし、kspは複素数のパラメータであり、Reはその複素数の実部を示す。
2a = 4π / (Re (k sp ) −k 0 sin (δ)) (3)
Here, k sp is a complex parameter, and Re represents the real part of the complex number.

したがって、上式(3)より、表面プラズモンの波数ksp、真空中の光の波数k、及び入射光の入射角δがわかれば、ピッチ2aが決定できる。 Therefore, if the wave number k sp of the surface plasmon, the wave number k 0 of the light in vacuum, and the incident angle δ of the incident light are known from the above equation (3), the pitch 2a can be determined.

つぎに、表面プラズモンの波数kspについて説明する。ここで、偏光制御光学部品31を構成する金属膜41の膜厚が真空中の光の波長λよりも厚く、螺旋溝42を備える偏光制御光学部品31の金属膜41の表面が複素誘電率εからなる誘電体と接している場合には、表面プラズモンの波数kspは、偏光制御光学部品31を構成する金属膜41の複素誘電率εを用いてつぎのように求まることが知られている。
sp=(εε/(ε+ε))0.5
一方、偏光制御光学部品31の金属膜41の膜厚が真空中の光の波長λよりも薄く、螺旋溝42を備える偏光制御光学部品31の金属膜41の一方側の表面が複素誘電率εd1を備える第1の媒体に接して、金属膜41の反対側の表面が複素誘電率εd2を備える第2の媒体に接している場合には、上記表面プラズモンの波数kspは、偏光制御光学部品31の金属膜41の膜厚t、偏光制御光学部品31の金属膜41の複素誘電率εを用いて次の式(4)のように変換されることが知られている。
Next, the wave number k sp of the surface plasmon will be described. Here, the thickness of the metal film 41 constituting the polarization control optical component 31 is thicker than the wavelength λ 0 of light in vacuum, and the surface of the metal film 41 of the polarization control optical component 31 including the spiral groove 42 has a complex dielectric constant. ε when in contact with the dielectric consisting of d is the wave number k sp of the surface plasmon, complex permittivity ε with m obtained is known as the next metal film 41 constituting the polarization control optics 31 It has been.
k sp = (ε m ε d / (ε m + ε d )) 0.5
On the other hand, the film thickness of the metal film 41 of the polarization control optical component 31 is thinner than the wavelength λ 0 of light in vacuum, and the surface on one side of the metal film 41 of the polarization control optical component 31 including the spiral groove 42 has a complex dielectric constant. When the surface on the opposite side of the metal film 41 is in contact with the first medium having ε d1 and the second medium having the complex dielectric constant ε d2 , the wave number k sp of the surface plasmon is the polarization It is known that the film thickness t of the metal film 41 of the control optical component 31 and the complex dielectric constant ε m of the metal film 41 of the polarization control optical component 31 are converted as shown in the following equation (4).

Figure 0004975385
Figure 0004975385

ただし、kX1、kX2、及びkX3はそれぞれ上記第1の媒体、第2の媒体、及び偏光制御光学部品31を構成する金属膜41中を伝播する光の波数である。 However, k X1 , k X2 , and k X3 are wave numbers of light propagating through the metal film 41 constituting the first medium, the second medium, and the polarization control optical component 31, respectively.

なお、集光レンズ2により集光された光が偏光制御光学部品31に入射する場合、は、偏光制御光学部品31の金属膜41の表面内方向の複数の波数ksin(δ)を備える平面波の重ね合わせであることが知られている。したがって、上式(3)で扱われる入射角δは
0<δ≦arcsin(NA)
の範囲にある。ここで、NAは、集光レンズ2の開口数(numerical aperture)である。
In addition, when the light condensed by the condensing lens 2 is incident on the polarization control optical component 31, a plurality of wave numbers k 0 sin (δ) in the in-surface direction of the metal film 41 of the polarization control optical component 31 are provided. It is known to be a superposition of plane waves. Therefore, the incident angle δ treated by the above equation (3) is 0 <δ ≦ arcsin (NA).
It is in the range. Here, NA is the numerical aperture of the condenser lens 2.

螺旋溝42により偏光制御光学部品31の表面に励起される表面プラズモンの最内周における位相γ(θ)は
γ(θ)=−2aθksin(δ)/2π
と記述される。なお、θは任意角を起点とする方位角であり、時計回りで増加するものとする。
The phase γ (θ) at the innermost circumference of the surface plasmon excited on the surface of the polarization control optical component 31 by the spiral groove 42 is γ (θ) = − 2aθk 0 sin (δ) / 2π.
Is described. Note that θ is an azimuth angle starting from an arbitrary angle, and increases clockwise.

ここで動径方向の電場が
ireXp(−iωT)×eXp(iσθ)
で記述される円偏光の入射光を考える。ここで、σ=+1は右回り円偏光であり、σ=−1は左回り円偏光のキラリティを示す。また、Eirは入射光の動径方向の電場の振幅であり、ωは該電場の角振動数であり、Tは時間である。なお、θは任意角を起点とする方位角であり、時計回りで増加するものとする。
Here, the electric field in the radial direction is E ir eXp (−iωT) × eXp (iσ i θ)
Consider the circularly polarized incident light described in. Here, σ i = + 1 is clockwise circularly polarized light, and σ i = −1 is chirality of counterclockwise circularly polarized light. E ir is the electric field amplitude in the radial direction of the incident light, ω is the angular frequency of the electric field, and T is time. Note that θ is an azimuth angle starting from an arbitrary angle, and increases clockwise.

該円偏光により励起された表面プラズモンの上記開口43の円周での動径方向の電場は
=EpreXp(−iωT)×eXp(iσθ)×eXp(i(2aθksp/2π
+γ(θ)))
と表される。なお、Eprは該円偏光により励起された表面プラズモンによる開口43の円周での動径方向の電場の振幅である。
The radial electric field around the circumference of the opening 43 of the surface plasmon excited by the circularly polarized light is E r = E pr eXp (−iωT) × eXp (iσ i θ) × eXp (i (2aθk sp / 2π
+ Γ (θ)))
It is expressed. Note that E pr is the amplitude of the radial electric field around the circumference of the opening 43 due to the surface plasmons excited by the circularly polarized light.

ここで、Epr=1、T=0の場合の動径方向の電場Eを求めると、
=eXp(iθ(σ+2aθ/2π×(ksp−ksin(φ))))
となる。
Here, when the electric field Er in the radial direction when E pr = 1 and T = 0 is obtained,
E r = eXp (iθ (σ i + 2aθ / 2π × (k sp −k 0 sin (φ))))
It becomes.

さらに、波数kspの虚数項による振幅Eの減衰項を無視し、振幅Eの位相項のみを考えれば、
=eXp(iθ(σ+2))
となる。
Further, ignoring the attenuation term of the amplitude Er due to the imaginary term of the wave number ksp , and considering only the phase term of the amplitude Er ,
E r = eXp (iθ (σ i +2))
It becomes.

この結果は、偏光制御光学部品31の開口43に形成される円偏光(入射光)に由来するモードのキラリティが螺旋溝42のキラリティ2と円偏光(入射光)のキラリティσとの和になることを示している。同様に、任意のnについて、n次の螺旋溝42では、開口43に形成される円偏光(入射光)に由来するモードのキラリティは、該螺旋溝42のキラリティnと円偏光のキラリティσとの和になる。 As a result, the chirality of the mode derived from the circularly polarized light (incident light) formed in the opening 43 of the polarization control optical component 31 is the sum of the chirality 2 of the spiral groove 42 and the chirality σ i of the circularly polarized light (incident light). It shows that it becomes. Similarly, for any n, in the n-th order spiral groove 42, the chirality of the mode derived from the circularly polarized light (incident light) formed in the opening 43 is the chirality n of the spiral groove 42 and the chirality σ i of the circularly polarized light. And the sum.

なお、入射光が直線偏光の場合には、偏光軸に沿って対称、非対称の2自由度しかない。このため、偏光制御光学部品31の螺旋溝42により、開口43に非回転の1次モード(nが偶数)あるいは0次モード(nが奇数)が励起される。したがって、偏光制御光学部品31の螺旋溝42のキラリティが2次または4次の場合、開口43に非回転の1次モードが励起される。   When the incident light is linearly polarized light, there are only two degrees of freedom that are symmetrical and asymmetrical along the polarization axis. Therefore, the non-rotating first-order mode (n is an even number) or zero-order mode (n is an odd number) is excited in the opening 43 by the spiral groove 42 of the polarization control optical component 31. Therefore, when the chirality of the spiral groove 42 of the polarization control optical component 31 is second order or fourth order, a non-rotating first order mode is excited in the opening 43.

偏光制御光学部品31の螺旋溝42のキラリティが2次、及び4次の場合の上記それぞれのキラリティの関係をまとめると表1および表2のようになる。   When the chirality of the spiral groove 42 of the polarization control optical component 31 is second-order and fourth-order, the relationship between the above-described chiralities is summarized as shown in Table 1 and Table 2.

Figure 0004975385
Figure 0004975385

Figure 0004975385
Figure 0004975385

表1などから分かるように、螺旋溝42のキラリティが2次の場合(螺旋溝42が互いに異なる2つの位置を基点としてそれぞれ形成された2つの螺旋溝である場合)、開口43に励起されるモードは、直線偏光に由来する1次モード、および円偏光に由来する3次モードとなる。   As can be seen from Table 1 and the like, when the chirality of the spiral groove 42 is quadratic (when the spiral groove 42 is two spiral grooves formed with two different positions as base points, respectively), it is excited by the opening 43. The mode is a first-order mode derived from linearly polarized light and a third-order mode derived from circularly polarized light.

表2などから分かるように、螺旋溝42のキラリティが2次の場合(螺旋溝42が互いに異なる2つの位置を基点としてそれぞれ形成された2つの螺旋溝である場合)、開口43に励起されるモードは、直線偏光に由来する1次モード、および円偏光に由来する3次モードおよび5次モードとなる。   As can be seen from Table 2 and the like, when the chirality of the spiral groove 42 is quadratic (when the spiral groove 42 is two spiral grooves formed with two different positions as base points, respectively), the opening 43 is excited. The modes are a first-order mode derived from linearly polarized light, and a third-order mode and fifth-order mode derived from circularly polarized light.

ところで、偏光制御光学部品31における円形の開口43の半径rよりも小さな波長をもつ光(表面プラズモン)は、開口43を伝播できず、フィルタリングされる。このとき、該波長に対応する周波数(光速C/波長λ)のことをカットオフ周波数という。また、上記波長、すなわち光(表面プラズモン)を伝播させうる最小の開口43の径をカットオフ径という。したがって、電場分布70の各モードに対してそれぞれのカットオフ周波数およびカットオフ径が存在する。 By the way, light (surface plasmon) having a wavelength smaller than the radius r 0 of the circular opening 43 in the polarization control optical component 31 cannot be propagated through the opening 43 and is filtered. At this time, the frequency (light speed C / wavelength λ) corresponding to the wavelength is referred to as a cutoff frequency. The wavelength, that is, the diameter of the smallest opening 43 that can propagate light (surface plasmon) is called a cutoff diameter. Accordingly, there is a respective cutoff frequency and cutoff diameter for each mode of the electric field distribution 70.

ところで、0〜5次モードの光(表面プラズモン)に対するカットオフ周波数は、1次モードTE01、0次モードTM00、2次モードTE02、3次モードTE01、4次モードTE01、5次モードTE01の順序でカットオフ周波数が高いことが知られている。すなわち、上記の例では、上記電場分布の各モードに対するカットオフ周波数は、1次モード、3次モード、5次モードの順序でカットオフ周波数が高いことが知られている。したがって、光(表面プラズモン)の各モードは、カットオフ径が短い方から順に、1次モード、0次モード、2次モード、3次モード、4次モード、5次モード、・・・・である。なお、上記の順序は、金属膜41表面に表面プラズモンが存在しうる系であっても同様である。 By the way, the cut-off frequency for the 0th to 5th mode light (surface plasmon) is as follows: primary mode TE 01 , 0th mode TM 00 , secondary mode TE 02 , tertiary mode TE 01 , fourth mode TE 01 , it is known that high cut-off frequency in the order of the following modes TE 01. That is, in the above example, it is known that the cutoff frequency for each mode of the electric field distribution is high in the order of the first-order mode, the third-order mode, and the fifth-order mode. Therefore, each mode of light (surface plasmon) is first mode, 0th mode, second mode, third mode, fourth mode, fifth mode,... is there. The above order is the same even in a system in which surface plasmons can exist on the surface of the metal film 41.

すなわち、偏光制御光学部品31の開口43に励起される電場分布70のモードの次数が1次と3次と大きくなるにしたがって、電場分布70の原因である電気双極子の分布自体が大きくなっていく。したがって1次と3次のモードに対応する電気双極子の分布のサイズの中間に開口43の半径rを設定すると一方の次数のモードを発生する信号をフィルタリングすることができる。 That is, as the order of the mode of the electric field distribution 70 excited by the aperture 43 of the polarization control optical component 31 increases from the first order to the third order, the electric dipole distribution itself that causes the electric field distribution 70 increases. Go. Therefore, if the radius r 0 of the opening 43 is set in the middle of the size of the electric dipole distribution corresponding to the first-order mode and the third-order mode, it is possible to filter a signal that generates a mode of one order.

したがって、螺旋溝42のキラリティが2次の場合、開口43の径を、1次モードの光(表面プラズモン)のカットオフ周波数に対応する径(カットオフ径)より大きく、かつ3次モードの光のカットオフ周波数に対応する径(カットオフ径)より小さくなるように設定すると、開口43によって、左回りおよび右回りの円偏光の一方に由来する3次モードの光を除去し、残りの円偏光に由来する3次モードの光と、直線偏光に由来する1次モードの光とを金属膜41の裏面側(金属膜41における入射光が入射される側と反対側)に伝播させることができる。   Therefore, when the chirality of the spiral groove 42 is second order, the diameter of the opening 43 is larger than the diameter (cutoff diameter) corresponding to the cut-off frequency of the first-order mode light (surface plasmon) and the third-order mode light. Is set to be smaller than the diameter corresponding to the cut-off frequency (cut-off diameter), the third-order mode light originating from one of the left-handed and right-handed circularly polarized light is removed by the opening 43, and the remaining circles Propagating the third-order mode light derived from the polarized light and the first-order mode light derived from the linearly polarized light to the back side of the metal film 41 (the side opposite to the side where the incident light is incident on the metal film 41). it can.

また、螺旋溝42のキラリティが4次の場合、開口43の径を、1次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より大きく、かつ3次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より小さくなるように設定すると、開口43によって、左回りおよび右回りの円偏光に由来する3次モードおよび5次モードの光を除去し、直線偏光に由来する1次モードの光だけを金属膜41の裏面側に伝播させることができる。   When the chirality of the spiral groove 42 is fourth order, the diameter of the opening 43 is larger than the diameter corresponding to the cut-off frequency of light in the first-order mode and larger than the diameter corresponding to the cut-off frequency of light in the third-order mode. When set to be small, the aperture 43 removes the light of the third-order mode and the fifth-order mode derived from the counterclockwise and right-handed circularly polarized light, and only the light of the first-order mode derived from the linearly polarized light is the metal film 41. It can be propagated to the back side.

同様にして、螺旋溝42のキラリティが3次の場合や、螺旋溝42のキラリティが5次以上の場合にも、開口43の径を、直線偏光に由来するモードの光のカットオフ周波数に対応する径より大きく、かつ円偏光に由来するモードの光のカットオフ周波数に対応する径より小さくなるように設定すると、開口43によって、円偏光に由来するモードの光を除去し、直線偏光に由来するモードの光だけを金属膜41の裏面側に伝播させることができる。   Similarly, when the chirality of the spiral groove 42 is third order or when the chirality of the spiral groove 42 is fifth order or more, the diameter of the opening 43 corresponds to the cutoff frequency of light of the mode derived from linearly polarized light. If it is set to be smaller than the diameter corresponding to the cutoff frequency of the light of the mode light derived from circularly polarized light, the aperture 43 removes the light of the mode derived from the circularly polarized light and derives from the linearly polarized light. Only light of the mode to be transmitted can be propagated to the back side of the metal film 41.

以上のように、螺旋溝42のキラリティを2次以上とし、かつ、開口43の径を、1次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より大きく、かつ3次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より小さくなるように設定すると、開口43によって、螺旋溝42によって高次化された円偏光(右回り円偏光または左回り円偏光)に由来するモードの光を除去し、(1)残りの円偏光に由来するモードの光と直線偏光に由来するモードの光、あるいは(2)直線偏光に由来するモードの光を、金属膜41の裏面側に導くことができる。   As described above, the chirality of the spiral groove 42 is second order or higher, the diameter of the opening 43 is larger than the diameter corresponding to the cut-off frequency of light in the first-order mode, and the cut-off frequency of light in the third-order mode. If the diameter is set to be smaller than the diameter corresponding to, the aperture 43 removes light of a mode derived from circularly polarized light (right-handed circularly polarized light or left-handed circularly polarized light) higher-ordered by the spiral groove 42 (1 The light of the mode derived from the remaining circularly polarized light and the light of the mode derived from linearly polarized light, or (2) the light of the mode derived from linearly polarized light can be guided to the back surface side of the metal film 41.

本実施形態に係る偏光制御光学部品31は、種々の用途に使用できるが、実施の形態1に係る検波器10を構成する偏光制御光学部品31として好適である。   Although the polarization control optical component 31 according to the present embodiment can be used for various applications, it is suitable as the polarization control optical component 31 constituting the detector 10 according to the first embodiment.

本実施形態に係る偏光制御光学部品31を実施の形態1に係る検波器10に使用する場合、光検出器32は、金属膜41における入射光が入射される側と反対側に配置されていることが好ましい。これにより、螺旋溝42のキラリティを2次以上とし、かつ、開口43の径を、1次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より大きく、かつ3次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より小さくなるように設定すると、開口43によって、螺旋溝42によって高次化された円偏光(右回り円偏光または左回り円偏光)に由来するモードの光を除去し、(1)残りの円偏光に由来するモードの光と直線偏光に由来するモードの光、あるいは(2)直線偏光に由来するモードの光の強度を、光検出器32で検出できる。   When the polarization control optical component 31 according to the present embodiment is used in the detector 10 according to the first embodiment, the photodetector 32 is disposed on the opposite side of the metal film 41 from the side on which incident light is incident. It is preferable. Thereby, the chirality of the spiral groove 42 is set to the second order or more, the diameter of the opening 43 is larger than the diameter corresponding to the cutoff frequency of the light in the first order mode, and corresponds to the cutoff frequency of the light in the third order mode. If the diameter is set to be smaller than the diameter, the opening 43 removes light in a mode derived from circularly polarized light (right-handed circularly polarized light or left-handed circularly polarized light) higher-ordered by the spiral groove 42, and (1) remaining The light intensity of the mode derived from the circularly polarized light and the light of the mode derived from the linearly polarized light or (2) the intensity of the light derived from the mode derived from the linearly polarized light can be detected by the photodetector 32.

上記の(1)残りの円偏光に由来するモードの光と直線偏光に由来するモードの光とを合わせたものの強度は、経路15および16を経由した光変調波間の位相差の変化に対して、図11に示すように変化する。したがって、検波器10で受光される光変調波が2相より大きい相に多相化されている場合、経路15および16を経由した光変調波間の位相差の変化に対する検出光強度(光検出器32で検出される光強度)の変化率は、従来の検波器100における2つの経路を経由した光変調波間の位相差の変化に対する重ね合わせ波の強度の変化率と比較して大きくなる。したがって、検波器10は、検波器10で受光される光変調波を2相より大きい相に多相化した場合に、従来の検波器100と比較して分解能の低下を抑制でき、ビットエラーの発生を抑制できる。   (1) The intensity of the combined light of the mode derived from the remaining circularly polarized light and the light of the mode derived from linearly polarized light is in contrast to the change in the phase difference between the light modulation waves via the paths 15 and 16. As shown in FIG. Therefore, when the optical modulation wave received by the detector 10 is multiphased to a phase larger than two phases, the detected light intensity (photodetector) with respect to the change in the phase difference between the optical modulation waves via the paths 15 and 16 The rate of change of the light intensity detected at 32 is larger than the rate of change of the intensity of the superimposed wave with respect to the change in the phase difference between the light modulated waves via the two paths in the conventional detector 100. Therefore, when the optical modulation wave received by the detector 10 is multiphased to a phase larger than two phases, the detector 10 can suppress a decrease in resolution as compared with the conventional detector 100, and a bit error can be prevented. Generation can be suppressed.

また、上記の(2)直線偏光に由来するモードの光の強度を、互いに直交する2つの直線偏光成分を分離した上で検出した場合、各直線偏光成分の強度は、経路15および16を経由した光変調波間の位相差の変化に対して、図12に示すように変化する。したがって、検波器10で受光される光変調波が2相より大きい相に多相化されている場合、経路15および16を経由した光変調波間の位相差の変化に対する検出光強度(光検出器32で検出される光強度)の変化率は、従来の検波器100における2つの経路を経由した光変調波間の位相差の変化に対する重ね合わせ波の強度の変化率と比較して大きくなる。したがって、検波器10は、検波器10で受光される光変調波を2相より大きい相に多相化した場合に、従来の検波器100と比較して分解能の低下を抑制でき、ビットエラーの発生を抑制できる。   In addition, when the intensity of the light of the mode derived from the above (2) linearly polarized light is detected after separating the two linearly polarized light components orthogonal to each other, the intensity of each linearly polarized light component passes through the paths 15 and 16. It changes as shown in FIG. 12 with respect to the change of the phase difference between the modulated optical waves. Therefore, when the optical modulation wave received by the detector 10 is multiphased to a phase larger than two phases, the detected light intensity (photodetector) with respect to the change in the phase difference between the optical modulation waves via the paths 15 and 16 The rate of change of the light intensity detected at 32 is larger than the rate of change of the intensity of the superimposed wave with respect to the change in the phase difference between the light modulated waves via the two paths in the conventional detector 100. Therefore, when the optical modulation wave received by the detector 10 is multiphased to a phase larger than two phases, the detector 10 can suppress a decrease in resolution as compared with the conventional detector 100, and a bit error can be prevented. Generation can be suppressed.

光検出器32は、検出精度を向上するために、図8に示すように、開口43の入射光が入射される側と反対側の端部(出口)直下に配置されていることがさらに好ましい。   In order to improve the detection accuracy, the photodetector 32 is more preferably disposed immediately below the end (exit) on the side opposite to the side on which the incident light is incident as shown in FIG. .

以下、実施の形態1に係る検波器10において、本実施形態に係る偏光制御光学部品31を用いた場合の具体例を実施例1〜3として説明する。この場合、集光レンズ2で集光された重ね合わせ波が前記入射光として偏光制御光学部品31に入射される。   Hereinafter, in the detector 10 which concerns on Embodiment 1, the specific example at the time of using the polarization control optical component 31 which concerns on this embodiment is demonstrated as Examples 1-3. In this case, the superimposed wave condensed by the condenser lens 2 is incident on the polarization control optical component 31 as the incident light.

(実施例1)
ここで、図8、11、14、及び表2に基づいて本発明の一実施形態における検波器のデジタルデータ復元方法に関する一実施例について説明する。ここでは、2次の右回り及び左回り螺旋溝(σ=+2、−2)を有する偏光制御光学部品31と、0.25π、0.5π、0.75πの位相シフターとを用い、図8に示すように開口43の直下に配置した光検出器32で光検出を行う検出方法について説明する。
Example 1
Here, based on FIG. 8, 11, 14, and Table 2, the Example regarding the digital data restoration method of the detector in one Embodiment of this invention is demonstrated. Here, a polarization control optical component 31 having secondary clockwise and counterclockwise spiral grooves (σ s = + 2, -2) and phase shifters of 0.25π, 0.5π, and 0.75π are used. A detection method in which light detection is performed by the photodetector 32 disposed immediately below the opening 43 as shown in FIG.

まず図8に基づいて偏光制御光学部品31に関するカットオフ周波数と本実施例において利用するモードとの関係について説明する。図8は、本発明における偏光制御光学部品の実施の一形態を示す裏面図である。   First, the relationship between the cutoff frequency related to the polarization control optical component 31 and the mode used in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a back view showing an embodiment of the polarization control optical component in the present invention.

2次の右回り螺旋溝(σ=+2)を有する偏光制御光学部品31において、カットオフ周波数が1次のモードと3次のモードとの周波数の間に位置するように、すなわち開口43の直径が1次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より大きく、かつ3次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より小さくなるように、開口43の半径rを調整する。この場合、図8に示すように、光検出器32を開口43の直下に配置した場合、右回りの3次のモードは、開口43によってフィルタリングされ、光検出器32で検出されない。すなわち、光検出器32で検出される、右回りの3次のモードによる光の強度は、0になる。 In the polarization control optical component 31 having the second-order clockwise spiral groove (σ s = + 2), the cutoff frequency is located between the frequencies of the first-order mode and the third-order mode, that is, the aperture 43 The radius r 0 of the opening 43 is adjusted so that the diameter is larger than the diameter corresponding to the cutoff frequency of the first-order mode light and smaller than the diameter corresponding to the cutoff frequency of the third-order mode light. In this case, as shown in FIG. 8, when the photodetector 32 is arranged immediately below the opening 43, the clockwise third-order mode is filtered by the opening 43 and is not detected by the photodetector 32. That is, the intensity of light detected by the photodetector 32 in the clockwise third-order mode is zero.

次に、図11に基づき2次の右回り及び左回りの螺旋溝(σ=+2)を有する偏光制御光学部品31を利用した場合の検出される信号の位相差(隣接ビット間の位相差)と光の強度との関係について説明する。図11は、検波器10に関する光の強度とデジタル信号の位相差との関係を示すグラフ図である。 Next, based on FIG. 11, the detected signal phase difference (phase difference between adjacent bits) when using the polarization control optical component 31 having the second-order clockwise and counterclockwise spiral grooves (σ s = + 2). ) And the light intensity will be described. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the light intensity related to the detector 10 and the phase difference of the digital signal.

図11(a)は2次の右回り螺旋溝(σ=+2)を有する偏光制御光学部品31を利用した場合の光の強度と検出される信号の位相差との関係を示している。一方、図11(b)は2次の左回り螺旋溝(σ=−2)を有する偏光制御光学部品31を利用した場合の光の強度と検出される信号の位相差との関係を示している。 FIG. 11A shows the relationship between the intensity of light and the phase difference of the detected signal when the polarization control optical component 31 having a secondary clockwise spiral groove (σ s = + 2) is used. On the other hand, FIG. 11B shows the relationship between the light intensity and the phase difference of the detected signal when the polarization control optical component 31 having the second-order counterclockwise spiral groove (σ s = −2) is used. ing.

図11は規格化された光出力を位相差φの関数として示している。図11に示すように、重ね合わせ波が完全な右回り円偏光になる位相差0.5π(2次の右回り螺旋溝を有する偏光制御光学部品31を利用した場合)または1.5π(2次の左回り螺旋溝を有する偏光制御光学部品31を利用した場合)において、光の強度が0になる。一方、直線偏光、左回り円偏光および楕円偏光では、光の強度が理想的には1になる。   FIG. 11 shows the normalized light output as a function of the phase difference φ. As shown in FIG. 11, the phase difference of 0.5π (when the polarization control optical component 31 having a second-order clockwise spiral groove is used) or 1.5π (2 In the case of using the polarization control optical component 31 having the next left-handed spiral groove), the light intensity becomes zero. On the other hand, in the case of linearly polarized light, counterclockwise circularly polarized light, and elliptically polarized light, the light intensity is ideally 1.

Figure 0004975385
Figure 0004975385

ここで、表3に基づいて本実施例におけるデジタルデータの復元方法について説明する。   Here, based on Table 3, a digital data restoration method in the present embodiment will be described.

本実施例では、8相の位相変調波の検波を行う場合について説明する。本実施例の検波器10は、図1の位相偏波変換部1、並びに、0.25π、0.5π、および0.75πの位相シフターをそれぞれ図1の位相偏波変換部1に追加したものの計4種類の位相偏波変換部と、2次の右回り及び左回り螺旋溝を有する2種類の偏光制御光学部品31とを組み合わせた8種類の検波系を備えている。表2は、各検波系に使用される素子(偏光制御光学部品31および位相シフター)の種類と、各検波系の光検出器32で検出される信号の位相差との関係を表にしたものである。   In the present embodiment, a case where 8-phase phase modulation waves are detected will be described. In the detector 10 of this embodiment, the phase polarization converter 1 of FIG. 1 and the phase shifters of 0.25π, 0.5π, and 0.75π are added to the phase polarization converter 1 of FIG. However, there are eight types of detection systems in which a total of four types of phase polarization conversion units and two types of polarization control optical components 31 having secondary clockwise and counterclockwise spiral grooves are combined. Table 2 shows the relationship between the types of elements (polarization control optical component 31 and phase shifter) used in each detection system and the phase difference of signals detected by the photodetector 32 of each detection system. It is.

本実施例では、図1の位相偏波変換部1と2次の右回りの螺旋溝(σ=+2)を有する偏光制御光学部品31とを利用した検出系では、信号の位相差が0.5πのとき、上記カットオフにより、右回り円偏光は検出されない。すなわち、検出される光の強度は0である。一方、図1の位相偏波変換部1と2次の左回りの螺旋溝(σ=+2)を有する偏光制御光学部品31とを利用した検出系では、信号の位相差1.5πのとき、上記カットオフにより、左回り円偏光は検出されない。すなわち、検出される光の強度は0である。ここでは上記2つの光の強度が0になるポイントを利用する。 In this embodiment, in the detection system using the phase polarization conversion unit 1 of FIG. 1 and the polarization control optical component 31 having the secondary clockwise spiral groove (σ s = + 2), the signal phase difference is 0. When .5π, clockwise circularly polarized light is not detected due to the cutoff. That is, the intensity of the detected light is zero. On the other hand, in the detection system using the phase polarization converter 1 of FIG. 1 and the polarization control optical component 31 having the secondary counterclockwise spiral groove (σ s = + 2), the signal phase difference is 1.5π. The counterclockwise circularly polarized light is not detected by the cut-off. That is, the intensity of the detected light is zero. Here, the point where the intensity of the two lights becomes 0 is used.

表3に示すように、0.5π及び1.5πの位相差の信号は、位相シフターを用いない検波系で光の強度が0になる信号を検出することにより検出できる。0.5π及び1.5πの位相差に対応するデジタル信号はそれぞれ、010及び110である。つぎに、表3に示すように0.75π及び1.75πの位相差の信号は、0.25πの位相シフターを追加した検波系で光の強度が0になる信号を検出することにより検出できる。同様にして、他の位相差π、0、1.25π、および0.25πの位相差の信号は、表3に示すように、0.5π及び0.75πの位相シフターを追加した検波系で光の強度が0になる信号を検出することにより検出できる。   As shown in Table 3, signals having a phase difference of 0.5π and 1.5π can be detected by detecting a signal whose light intensity is 0 in a detection system that does not use a phase shifter. The digital signals corresponding to the phase differences of 0.5π and 1.5π are 010 and 110, respectively. Next, as shown in Table 3, signals having a phase difference of 0.75π and 1.75π can be detected by detecting a signal in which the light intensity becomes 0 in a detection system to which a phase shifter of 0.25π is added. . Similarly, other phase difference signals of π, 0, 1.25π, and 0.25π are detected by a detection system to which phase shifters of 0.5π and 0.75π are added as shown in Table 3. It can be detected by detecting a signal whose light intensity is zero.

ここで、図11及び図14に基づいて本実施の一形態の検波器10と従来の検波器100とを用いた場合の信号の分解能を比較してみることにする。図11及び図14において、検出される信号とそれに隣接する相の信号(検出される信号との位相差が0.25πである信号)との間で光の強度差δIを比較すると、検波器10及び従来の検波器100は、それぞれ、0.29及び0.15である。そうすると、検波器10は、従来の検波器100と比較して約2倍の分解能を持つことがわかる。すなわち、本実施の一形態の検波器10は、従来の検波器100よりも分解能が高い検波が可能である。   Here, based on FIGS. 11 and 14, the resolution of the signal when the detector 10 of the present embodiment and the conventional detector 100 are used will be compared. In FIG. 11 and FIG. 14, when a light intensity difference δI is compared between a detected signal and a phase signal adjacent thereto (a signal having a phase difference of 0.25π from the detected signal), a detector is obtained. 10 and the conventional detector 100 are 0.29 and 0.15, respectively. Then, it can be seen that the detector 10 has a resolution approximately twice that of the conventional detector 100. That is, the detector 10 according to the present embodiment can detect with higher resolution than the conventional detector 100.

なお、2相及び4相の場合のデジタルデータの復元方法について説明すれば、以下の通りである。   The method for restoring digital data in the case of two phases and four phases will be described as follows.

まず、2相信号の場合、2次の右回り及び左回り螺旋溝(σ=+2、−2)を有する偏光制御光学部品31と、0.5πの位相シフターとを用い、図8に示すように開口43の直下に配置した光検出器32で光検出を行う検出方法について説明する。
2次の右回り螺旋溝(σ=+2)を用いた検波系に、0.5πの位相シフターを追加して検波すれば、位相差φ=0のとき、検波系の光の強度は0になる。したがって、この検波系において光検出器32が検出する光の強度が0になる信号を検出すれば、位相差φ=0の信号を検出できる。位相差φ=0の信号のもとのデジタルデータは0であるので、光検出器32が検出する光の強度が0になった場合には、デジタルデータ「0」を復元する。
First, in the case of a two-phase signal, a polarization control optical component 31 having secondary clockwise and counterclockwise spiral grooves (σ s = + 2, −2) and a phase shifter of 0.5π are shown in FIG. A detection method in which light detection is performed by the light detector 32 arranged immediately below the opening 43 will be described.
If detection is performed by adding a phase shifter of 0.5π to a detection system using a second-order clockwise spiral groove (σ s = + 2), the light intensity of the detection system is 0 when the phase difference φ = 0. become. Therefore, if a signal in which the intensity of light detected by the photodetector 32 is detected in this detection system is detected, a signal having a phase difference φ = 0 can be detected. Since the original digital data of the signal having the phase difference φ = 0 is 0, the digital data “0” is restored when the intensity of light detected by the photodetector 32 becomes 0.

また、2次の左回り螺旋溝(σ=−2)を有する偏光制御光学部品31を利用した検波系に、0.5πの位相シフターを追加して検波すれば、位相差φ=πのとき、検波系の光の強度は0になる。したがって、この検波系において光検出器32が検出する光の強度が0になる信号を検出すれば、位相差φ=πの信号を検出できる。位相差φ=πの信号のもとのデジタルデータは1であるので、光検出器32が検出する光の強度が0になった場合には、デジタルデータ「1」を復元する。 Further, if a detection system using a polarization control optical component 31 having a secondary left-handed spiral groove (σ s = −2) is added and detected by adding a phase shifter of 0.5π, the phase difference φ = π At this time, the light intensity of the detection system becomes zero. Therefore, if a signal in which the intensity of light detected by the photodetector 32 is detected in this detection system is detected, a signal having a phase difference φ = π can be detected. Since the original digital data of the signal having the phase difference φ = π is 1, when the light intensity detected by the photodetector 32 becomes 0, the digital data “1” is restored.

つぎに、4相信号の場合には、2次の右回り及び左回り螺旋溝(σ=+2、−2)を有する偏光制御光学部品31を利用した検波系を用いれば、位相差φ=0.5πの信号(デジタルデータ「01」を復元する)及び位相差φ=1.5πの信号(デジタルデータ「11」を復元する)を検波できる。また、2次の右回り及び左回り螺旋溝(σ=+2、−2)を有する偏光制御光学部品31を利用した検波系に0.5πの位相シフターを追加すれば、2相信号の場合と同様にして、位相差φ=0の信号(デジタルデータ「00」を復元する)及び位相差φ=πの信号(デジタルデータ「10」復元する)を検波できる。 Next, in the case of a four-phase signal, if a detection system using the polarization control optical component 31 having secondary clockwise and counterclockwise spiral grooves (σ s = + 2, −2) is used, the phase difference φ = It is possible to detect a signal of 0.5π (restoring digital data “01”) and a signal of phase difference φ = 1.5π (restoring digital data “11”). Further, if a phase shifter of 0.5π is added to the detection system using the polarization control optical component 31 having the secondary clockwise and counterclockwise spiral grooves (σ s = + 2, −2), the case of a two-phase signal Similarly to the above, it is possible to detect a signal having a phase difference φ = 0 (restoring digital data “00”) and a signal having a phase difference φ = π (restoring digital data “10”).

(実施例2)
つぎに、図8、10、14、及び表3に基づいて本発明の一実施形態における検波器10のデジタルデータ復元方法に関する一実施例について説明する。ここでは、2次の右回り螺旋溝(σ=+4)を有する偏光制御光学部品31と、0.25π、0.5π、0.75πの位相シフターを用い、直交する直線偏光成分を分離して検出する検出方法について説明する。
(Example 2)
Next, an example relating to the digital data restoration method of the detector 10 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a polarization control optical component 31 having a secondary clockwise spiral groove (σ s = + 4) and a phase shifter of 0.25π, 0.5π, and 0.75π are used to separate orthogonal linear polarization components. The detection method to detect will be described.

図8のような光検出器の配置では、重ね合わせ波に含まれる互いに直交する直線偏光成分を分離して検出することができない。そこで、本実施例では、重ね合わせ波に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分を分離して検出するために、例えば、図9のように偏光プリズム90などのような、互いに直交するA軸方向およびB軸方向の直線偏光成分を分離する偏光分離手段を開口43の下部に配置し、光検出器32Aおよび光検出器32Bを上記偏光分離手段で分離されたA軸方向およびB軸方向の直線偏光成分がそれぞれ入射する位置にそれぞれ配置して、光検出器32Aおよび光検出器32BでA軸方向およびB軸方向の直線偏光成分のそれぞれを観測する。   With the arrangement of the photodetectors as shown in FIG. 8, the linearly polarized light components included in the superimposed wave that are orthogonal to each other cannot be separated and detected. Therefore, in this embodiment, in order to separate and detect two orthogonally polarized light components included in the superimposed wave, the A axes orthogonal to each other, such as a polarizing prism 90 as shown in FIG. The polarization separation means for separating the linearly polarized light component in the direction and the B axis direction is disposed below the opening 43, and the photodetector 32A and the photodetector 32B are separated in the A axis direction and the B axis direction separated by the polarization separation means. The linearly polarized light components are arranged at the positions where the linearly polarized light components are incident, and the linearly polarized light components in the A-axis direction and the B-axis direction are observed by the photodetectors 32A and 32B.

まず、偏光制御光学部品31に関するカットオフ周波数と本実施例において利用するモードとの関係について説明する。   First, the relationship between the cutoff frequency related to the polarization control optical component 31 and the mode used in this embodiment will be described.

4次の右回り螺旋溝(σ=+4)を有する偏光制御光学部品31において、カットオフ周波数が1次のモードと3次のモードとの周波数の間に位置するように、すなわち開口43の直径が1次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より大きく、かつ3次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より小さくなるように、開口43の半径rを調整する。この場合、図8に示すように光検出器32を開口43の直下に配置した場合でも、図9に示すように光検出器32A・32Bを配置した場合でも、右回りの3次及び5次のモードは、光検出器32あるいは光検出器32A・32Bで検出されない。すなわち、円偏光に由来する右回りの3次及び5次のモードによる光は検出されず、直線偏光に由来する1次モードのみ検出される。 In the polarization control optical component 31 having the fourth-order clockwise spiral groove (σ s = + 4), the cut-off frequency is located between the frequencies of the first-order mode and the third-order mode, that is, the aperture 43 The radius r 0 of the opening 43 is adjusted so that the diameter is larger than the diameter corresponding to the cutoff frequency of the first-order mode light and smaller than the diameter corresponding to the cutoff frequency of the third-order mode light. In this case, even when the photodetector 32 is arranged immediately below the opening 43 as shown in FIG. 8 or when the photodetectors 32A and 32B are arranged as shown in FIG. This mode is not detected by the photodetector 32 or the photodetectors 32A and 32B. That is, light in the clockwise third-order and fifth-order modes derived from circularly polarized light is not detected, and only the first-order mode derived from linearly polarized light is detected.

図12及び13に基づいて4次の右回りの螺旋溝(σ=+4)を有する偏光制御光学部品31を利用した場合の、検出される位相差と光の強度との関係について説明する。図12及び13は検波器10及び位相変調光通信システム20に関する光の強度とデジタル信号の位相差との関係を示すグラフ図である。図12及び13は規格化された光出力を位相差φの関数として示している。 Based on FIGS. 12 and 13, the relationship between the detected phase difference and the light intensity when using the polarization control optical component 31 having the fourth-order clockwise spiral groove (σ s = + 4) will be described. 12 and 13 are graphs showing the relationship between the light intensity and the phase difference of the digital signal related to the detector 10 and the phase-modulated optical communication system 20. 12 and 13 show the normalized light output as a function of the phase difference φ.

図12(a)は4次の右回り螺旋溝(σ=+4)を有する偏光制御光学部品31を利用してA軸方向の光検出器32Aで検出した場合の光の強度と検出される信号の位相差との関係を示している。一方、図12(b)は4次の左回り螺旋溝(σ=+4)を有する偏光制御光学部品31を利用してB軸方向の光検出器32Bで検出した場合の光の強度と検出される信号の位相差との関係を示している。 FIG. 12A shows the intensity of light detected by the photodetector 32A in the A-axis direction using the polarization control optical component 31 having a fourth-order clockwise spiral groove (σ s = + 4). The relationship with the phase difference of a signal is shown. On the other hand, FIG. 12B shows the intensity and detection of light when detected by the photodetector 32B in the B-axis direction using the polarization control optical component 31 having the fourth-order left-handed spiral groove (σ s = + 4). The relationship with the phase difference of the signal to be shown is shown.

また、図13は上記図12(a)及び(b)の光の強度を加算したものである。図13に示すように重ね合わせ波が完全な円偏光になる位相差0.5πおよび1.5πにおいて、強度が0になる。   FIG. 13 is a sum of the light intensities shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). As shown in FIG. 13, the intensity becomes 0 at the phase differences of 0.5π and 1.5π in which the superimposed wave is completely circularly polarized.

Figure 0004975385
Figure 0004975385

ここで、表4に基づいて本実施例におけるデジタルデータの復元方法について説明する。   Here, based on Table 4, a digital data restoration method in the present embodiment will be described.

本実施例では、実施例1と同様に、8相の位相変調を行った場合について説明する。表2は本実施例の使用素子と検出される位相差との関係を表にしたものである。   In the present embodiment, as in the first embodiment, a case where 8-phase phase modulation is performed will be described. Table 2 shows the relationship between the elements used in this example and the detected phase difference.

本実施例では4次の右回りの螺旋溝(σ=+4)を有する偏光制御光学部品31を利用した場合には位相差0.5π、及び1.5πのとき、上記カットオフにより、左回り及び右回り円偏光は検出されない。すなわち、検出される光の強度は0である。一方、直線偏光に由来する1次モードは、偏光軸がA軸のものがA軸方向の光検出器32Aで、B軸のものがB軸方向の光検出器32Bで検出される。直線偏光に由来する1次モードのうち、偏光軸がA軸の光の強度は理想的には位相差πで1になり、偏光軸がB軸の光の強度は理想的には位相差0で1になる。ここでは上記2つの光の強度が1になるポイントを利用する。 In the present embodiment, when the polarization control optical component 31 having the fourth-order clockwise spiral groove (σ s = + 4) is used, the above-mentioned cut-off causes the phase difference of 0.5π and 1.5π. Rotating and clockwise circularly polarized light is not detected. That is, the intensity of the detected light is zero. On the other hand, the primary mode derived from linearly polarized light is detected by the photodetector 32A in the A-axis direction when the polarization axis is A-axis, and by the photodetector 32B in the B-axis direction when the B-axis is. Of the first-order modes derived from linearly polarized light, the intensity of light whose polarization axis is the A axis is ideally 1 with a phase difference π, and the intensity of light whose polarization axis is the B axis is ideally no phase difference 0. It becomes 1. Here, the point where the intensity of the two lights becomes 1 is used.

表4に示すように、0及びπの位相差の信号は、位相シフターを用いない検波系で光の強度が1になる信号を検出することにより検出できる。0及びπの位相差に対応するデジタル信号はそれぞれ、000及び100である。つぎに、表4に示すように1.25π及び0.25πの位相差の信号を検出する場合には本実施例においては0.25πの位相シフターを追加した検波系を用いている。1.25π及び0.25πの位相差の信号は、0.25πの位相シフターを追加した検波系で光の強度が1になる信号を検出することにより検出できる。同様にして、他の位相差1.5π、0.5π、1.75π、および0.75πの信号を検出するためには、表4に示すように、0.5π及び0.75πの位相シフターを追加した検波系で光の強度が1になる信号を検出すれば良い。   As shown in Table 4, a signal having a phase difference of 0 and π can be detected by detecting a signal whose light intensity is 1 in a detection system that does not use a phase shifter. The digital signals corresponding to the phase differences of 0 and π are 000 and 100, respectively. Next, as shown in Table 4, when detecting signals having a phase difference of 1.25π and 0.25π, a detection system to which a phase shifter of 0.25π is added is used in this embodiment. A signal having a phase difference of 1.25π and 0.25π can be detected by detecting a signal whose light intensity is 1 in a detection system to which a phase shifter of 0.25π is added. Similarly, to detect signals with other phase differences of 1.5π, 0.5π, 1.75π, and 0.75π, as shown in Table 4, 0.5π and 0.75π phase shifters are used. What is necessary is just to detect the signal in which the light intensity becomes 1 in the detection system to which is added.

ここで、図13及び図14に基づいて本実施の一形態の検波器10と従来の検波器100とを用いた場合の信号の分解能を比較してみることにする。図13及び図14において光の強度差δIを比較すると、検波器10及び従来の検波器100は、それぞれ、0.71及び0.15である。そうすると、検波器10の分解能は、従来の検波器100の約4.7倍であることがわかる。すなわち、本実施の一形態の検波器10は、従来の検波器100よりも分解能が高い検波が可能である。なお、伝送路での位相揺らぎが小さい場合は、さらなる多相にも適用できる。   Here, based on FIG. 13 and FIG. 14, the resolution of the signal when the detector 10 of the present embodiment and the conventional detector 100 are used will be compared. Comparing the light intensity difference δI in FIGS. 13 and 14, the detector 10 and the conventional detector 100 are 0.71 and 0.15, respectively. Then, it can be seen that the resolution of the detector 10 is about 4.7 times that of the conventional detector 100. That is, the detector 10 according to the present embodiment can detect with higher resolution than the conventional detector 100. In addition, when the phase fluctuation in a transmission line is small, it can apply also to further multiphase.

なお、2相及び4相の場合のデジタルデータの復元方法について説明すれば、以下の通りである。   The method for restoring digital data in the case of two phases and four phases will be described as follows.

まず、2相信号の場合、位相差φ=0のとき、B軸を偏光軸とする直線偏光になり、光検出器32Bが検出する光の強度は1になる。したがって、光検出器32Bが検出する光の強度が1になる信号を検出すれば、位相差φ=0の信号を検出できる。位相差φ=0の信号のもとのデジタルデータは0であるので、光検出器32Bが検出する光の強度が1になった場合には、デジタルデータ「0」を復元する。また、位相差φ=πのとき、A軸を偏光軸とする直線偏光になり、光検出器32Aが検出する光の強度は1になる。したがって、光検出器32Aが検出する光の強度が1になる信号を検出すれば、位相差φ=πの信号を検出できる。位相差φ=πの信号のもとのデジタルデータは1であるので、光検出器32Aが検出する光の強度が1になった場合には、デジタルデータ「1」を復元する。このようにして2相信号のデジタルデータを復元できる。   First, in the case of a two-phase signal, when the phase difference φ = 0, the light is linearly polarized with the B axis as the polarization axis, and the intensity of light detected by the photodetector 32B is 1. Therefore, if a signal in which the light intensity detected by the photodetector 32B is 1 is detected, a signal having a phase difference φ = 0 can be detected. Since the original digital data of the signal having the phase difference φ = 0 is 0, when the intensity of light detected by the photodetector 32B becomes 1, the digital data “0” is restored. Further, when the phase difference φ = π, the light is linearly polarized with the A axis as the polarization axis, and the intensity of the light detected by the photodetector 32A is 1. Therefore, if a signal whose light intensity detected by the photodetector 32A is 1 is detected, a signal having a phase difference φ = π can be detected. Since the original digital data of the signal having the phase difference φ = π is 1, when the intensity of the light detected by the photodetector 32A becomes 1, the digital data “1” is restored. In this way, the digital data of the two-phase signal can be restored.

つぎに、4相信号の場合、位相差φ=0のとき、B軸を偏光軸とする直線偏光になり、光検出器32Bが検出する光の強度は1になる。したがって、光検出器32Bが検出する光の強度が1になる信号を検出すれば、位相差φ=0の信号を検出できる。位相差φ=0の信号のもとのデジタルデータは00であるので、光検出器32Bが検出する光の強度が1になった場合には、デジタルデータ「00」を復元する。さらに、位相差φ=πのとき、A軸を偏光軸とする直線偏光になり、光検出器32Aが検出する光の強度は1になる。したがって、光検出器32Aが検出する光の強度が1になる信号を検出すれば、位相差φ=πの信号を検出できる。位相差φ=πの信号のもとのデジタルデータは10であるので、光検出器32Aが検出する光の強度が1になった場合には、デジタルデータ「10」を復元する。   Next, in the case of a four-phase signal, when the phase difference φ = 0, the light is linearly polarized with the B axis as the polarization axis, and the intensity of the light detected by the photodetector 32B is 1. Therefore, if a signal in which the light intensity detected by the photodetector 32B is 1 is detected, a signal having a phase difference φ = 0 can be detected. Since the original digital data of the signal having the phase difference φ = 0 is 00, the digital data “00” is restored when the intensity of light detected by the photodetector 32B becomes 1. Further, when the phase difference φ = π, the light is linearly polarized with the A axis as the polarization axis, and the intensity of the light detected by the photodetector 32A is 1. Therefore, if a signal whose light intensity detected by the photodetector 32A is 1 is detected, a signal having a phase difference φ = π can be detected. Since the original digital data of the signal having the phase difference φ = π is 10, when the intensity of light detected by the photodetector 32A becomes 1, the digital data “10” is restored.

また、4相信号の場合、位相差φ=0.5πおよび位相差φ=1.5πの光を検出するためには同じ検波系において、0.5πの位相シフターを追加した検波系を追加すれば良い。位相差φ=0.5πのとき、B軸を偏光軸とする直線偏光になり、光検出器32Bが検出する光の強度は1になる。したがって、0.5πの位相シフターを追加した検波系で光検出器32Bが検出する光の強度が1になる信号を検出すれば、位相差φ=0.5πの信号を検出できる。位相差φ=0.5πの信号のもとのデジタルデータは01であるので、0.5πの位相シフターを追加した検波系で光検出器32Bが検出する光の強度が1になった場合には、デジタルデータ「01」を復元する。さらに、位相差φ=1.5πのときA軸を偏光軸とする直線偏光になり光の強度は1になる。したがって、0.5πの位相シフターを追加した検波系で光検出器32Aが検出する光の強度が1になる信号を検出すれば、位相差φ=1.5πの信号を検出できる。位相差φ=1.5πの信号のもとのデジタルデータは11であるので、0.5πの位相シフターを追加した検波系で光検出器32Aが検出する光の強度が1になった場合には、デジタルデータ「11」を復元する。   In the case of a four-phase signal, in order to detect light having a phase difference φ = 0.5π and a phase difference φ = 1.5π, a detection system with a 0.5π phase shifter is added to the same detection system. It ’s fine. When the phase difference φ = 0.5π, the light is linearly polarized with the B axis as the polarization axis, and the intensity of the light detected by the photodetector 32B is 1. Therefore, if a signal in which the intensity of light detected by the photodetector 32B is 1 is detected by a detection system to which a phase shifter of 0.5π is added, a signal having a phase difference φ = 0.5π can be detected. Since the original digital data of the signal having the phase difference φ = 0.5π is 01, when the intensity of light detected by the photodetector 32B becomes 1 in the detection system to which the phase shifter of 0.5π is added. Restores the digital data “01”. Further, when the phase difference φ = 1.5π, the light is linearly polarized with the A axis as the polarization axis, and the light intensity is 1. Therefore, if a signal in which the light intensity detected by the photodetector 32A is 1 is detected by a detection system to which a phase shifter of 0.5π is added, a signal having a phase difference φ = 1.5π can be detected. Since the original digital data of the signal having the phase difference φ = 1.5π is 11, when the light intensity detected by the photodetector 32A becomes 1 in the detection system to which the phase shifter of 0.5π is added. Restores the digital data “11”.

なお、本実施例では、4次の右回りの螺旋溝(σ=+4)を有する偏光制御光学部品31を用いたが、4次の左回りの螺旋溝(σ=−4)を有する偏光制御光学部品31を用いても、同様の効果が得られる。また、5次以上のn次の右回りまたは左回りの螺旋溝を有する偏光制御光学部品31を用い、直線偏光に由来するモード(0次モードまたは1次モード)の光のカットオフ周波数に対応する径より大きく、かつ円偏光に由来する(n−1)次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より小さくなるように、開口43の直径を調整しても、同様の効果が得られる。さらに、また、3次の右回りまたは左回りの螺旋溝を有する偏光制御光学部品31を用い、直線偏光に由来する0次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より大きく、かつ円偏光に由来する2次モードの光のカットオフ周波数に対応する径より小さくなるように、開口43の直径を調整しても、分解能向上効果が得られる。ただし、0次モードの光のカットオフ周波数と2次モードの光のカットオフ周波数とは近いので、開口43によって光円偏光に由来する2次モードの光を除去して、直線偏光に由来する0次モードのみを取り出すことは比較的難しい。そのため、開口43によって光円偏光に由来するモードの光を除去し易い点で、4次以上の螺旋溝を有する偏光制御光学部品31を用いることがより好ましい。 In this embodiment, the polarization control optical component 31 having a fourth-order clockwise spiral groove (σ s = + 4) is used, but it has a fourth-order counterclockwise spiral groove (σ s = −4). Even if the polarization control optical component 31 is used, the same effect can be obtained. In addition, the polarization control optical component 31 having a fifth or higher order n-order clockwise or counterclockwise spiral groove is used, and corresponds to the cutoff frequency of light in a mode derived from linearly polarized light (0th-order mode or first-order mode). Even if the diameter of the opening 43 is adjusted so as to be smaller than the diameter corresponding to the cutoff frequency of the light of the (n−1) -order mode derived from circularly polarized light and larger than the diameter to be obtained, the same effect can be obtained. . Furthermore, using the polarization control optical component 31 having a third-order clockwise or counterclockwise spiral groove, the diameter is larger than the diameter corresponding to the cutoff frequency of the zero-order mode light derived from the linearly polarized light, and is circularly polarized. Even if the diameter of the opening 43 is adjusted so as to be smaller than the diameter corresponding to the cutoff frequency of the light of the second-order mode that is derived, the effect of improving the resolution can be obtained. However, since the cutoff frequency of the zero-order mode light and the cutoff frequency of the second-order mode light are close, the second-order mode light derived from the optical circularly polarized light is removed by the opening 43 and the light is derived from the linearly polarized light. It is relatively difficult to extract only the 0th mode. Therefore, it is more preferable to use the polarization control optical component 31 having a fourth-order or higher spiral groove in that the mode 43 derived from the optically circularly polarized light can be easily removed by the opening 43.

(実施例3)
ところで、真空中の光の波長程度の電気双極子放射のパターンが等方的でないことが一般的に知られている。上記直線偏光に由来する1次モードは、偏光制御光学部品31の開口43の出口において、電気双極子として振舞う。図10は、偏光制御光学部品31の開口43の下部に2つの光検出器32Aおよび32BをA軸およびB軸上に配した構造を示す。本実施例では、光検出器32Aが、上記重ね合わせ波に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分のうちの一方の偏光軸(A軸)上に配置され、光検出器32Bが、上記重ね合わせ波に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分のうちの他方の偏光軸(B軸)上に配置されている。
(Example 3)
By the way, it is generally known that the pattern of electric dipole radiation of the wavelength of light in vacuum is not isotropic. The primary mode derived from the linearly polarized light behaves as an electric dipole at the exit of the opening 43 of the polarization control optical component 31. FIG. 10 shows a structure in which two photodetectors 32 </ b> A and 32 </ b> B are arranged on the A axis and the B axis below the opening 43 of the polarization control optical component 31. In the present embodiment, the photodetector 32A is disposed on one polarization axis (A axis) of two linearly polarized light components orthogonal to each other included in the superimposed wave, and the photodetector 32B is disposed on the superimposed wave. It is arranged on the other polarization axis (B axis) of two linearly polarized light components orthogonal to each other included in the combined wave.

ここで、偏光制御光学部品31の開口43に形成される直線偏光がA軸と平行であり、かつ、光検出器32Aおよび32Bが偏光制御光学部品31の金属膜41に接しているか、あるいは、金属膜41からの距離(間隔)が真空中の光の波長以下である場合を考える。この場合、偏光制御光学部品31の放射側の金属膜41の表面(以下「裏」と呼ぶ)を伝播する表面プラズモンが支配的に観測され、A軸上の光検出器32Aの強度が大きくなる。同様に、偏光制御光学部品31の開口43に形成される直線偏光がB軸に平行であり、光検出器32Aおよび32Bが偏光制御光学部品31の金属膜41に接しているか、あるいは、金属膜41からの距離(間隔)が真空中の光の波長以下である場合、A軸上の光検出器32Aの強度が大きくなる。   Here, the linearly polarized light formed in the opening 43 of the polarization control optical component 31 is parallel to the A axis, and the photodetectors 32A and 32B are in contact with the metal film 41 of the polarization control optical component 31, or Consider a case where the distance (interval) from the metal film 41 is less than or equal to the wavelength of light in vacuum. In this case, surface plasmons propagating on the surface (hereinafter referred to as “back”) of the metal film 41 on the radiation side of the polarization control optical component 31 are predominantly observed, and the intensity of the photodetector 32A on the A axis increases. . Similarly, the linearly polarized light formed in the opening 43 of the polarization control optical component 31 is parallel to the B axis, and the photodetectors 32A and 32B are in contact with the metal film 41 of the polarization control optical component 31, or the metal film When the distance (interval) from 41 is equal to or less than the wavelength of light in vacuum, the intensity of the photodetector 32A on the A axis increases.

一方、偏光制御光学部品31の開口43に形成される直線偏光がA軸と平行であり、かつ、光検出器32Aおよび32Bを偏光制御光学部品31の金属膜41および開口43から十分離した場合、電気双極子放射パターンに従ってB軸上の光検出器32の強度が大きくなる。同様に、偏光制御光学部品31の開口43に形成される直線偏光がB軸に平行であり、光検出器32Aおよび32Bを偏光制御光学部品31の金属膜41および開口43から十分離した場合、電気双極子放射パターンに従ってB軸上の光検出器32の強度が大きくなる。光検出器32Aおよび32Bが偏光制御光学部品31の金属膜41に接しているか、あるいは、金属膜41からの距離(間隔)が真空中の光の波長以下である場合、A軸上の光検出器32Aの強度が大きくなる。   On the other hand, when the linearly polarized light formed in the opening 43 of the polarization control optical component 31 is parallel to the A axis and the photodetectors 32A and 32B are sufficiently separated from the metal film 41 and the opening 43 of the polarization control optical component 31 The intensity of the photodetector 32 on the B axis increases according to the electric dipole radiation pattern. Similarly, when the linearly polarized light formed in the opening 43 of the polarization control optical component 31 is parallel to the B axis and the photodetectors 32A and 32B are sufficiently separated from the metal film 41 and the opening 43 of the polarization control optical component 31, The intensity of the photodetector 32 on the B axis increases according to the electric dipole radiation pattern. When the photodetectors 32A and 32B are in contact with the metal film 41 of the polarization control optical component 31, or the distance (interval) from the metal film 41 is equal to or less than the wavelength of light in vacuum, the light detection on the A axis The strength of the container 32A increases.

そこで、本実施例では、実施例2の検波器10において、偏光プリズム90を省き、光検出器32Aおよび光検出器32Bを、(1)金属膜41に接する位置、または金属膜41からの距離が真空中の光の波長以下となる位置に配置するか、もしくは(2)金属膜41および開口43から十分離れた位置に配置する。(1)の場合には、A軸上の光検出器32AではA軸に平行な直線偏光が主として検出され、B軸上の光検出器32AではB軸に平行な直線偏光が主として検出される。(2)の場合には、A軸上の光検出器32AではB軸に平行な直線偏光が主として検出され、B軸上の光検出器32AではA軸に平行な直線偏光が主として検出される。   Therefore, in this embodiment, in the detector 10 of the second embodiment, the polarizing prism 90 is omitted, and the photodetector 32A and the photodetector 32B are (1) the position in contact with the metal film 41 or the distance from the metal film 41. Is disposed at a position that is equal to or less than the wavelength of light in vacuum, or (2) is disposed at a position sufficiently separated from the metal film 41 and the opening 43. In the case of (1), the linearly polarized light parallel to the A axis is mainly detected by the photodetector 32A on the A axis, and the linearly polarized light parallel to the B axis is mainly detected by the photodetector 32A on the B axis. . In the case of (2), the linearly polarized light parallel to the B axis is mainly detected by the photodetector 32A on the A axis, and the linearly polarized light parallel to the A axis is mainly detected by the photodetector 32A on the B axis. .

このように偏光プリズム90を用いなくても、2つ以上の光検出器32を用いて、直交する直線成分を分離観測することができる。   In this way, even if the polarizing prism 90 is not used, it is possible to separate and observe orthogonal linear components using two or more photodetectors 32.

以上のように、本実施の形態における偏光制御光学部品31は、螺旋溝42によって入射光に含まれる偏光成分のキラリティを変化させることができる。これにより、例えば、円偏光成分の一部または全部を高次化して、開口43での伝播損失を著しく大きくすることができる。そのため、円偏光成分に由来する高次化されたキラリティを持つモードの光の一部または全部を開口43で除去できる。このようにして円偏光成分の一部または全部を除去することで、入射光から一部の偏光成分、例えば、(1)直線偏光成分のみ、(2)一部の円偏光成分のみ、(3)直線偏光成分と円偏光成分の一部、などを取り出すことができる。その結果、入射光に含まれる一部の偏光成分に基づく処理、例えば入射光に含まれる一部の偏光成分の強度に基づく検波が可能となる。入射光に含まれる一部の偏光成分の強度に基づいて検波を行うことは、上述した通り、信号の分解能の向上に寄与する。   As described above, the polarization control optical component 31 in the present embodiment can change the chirality of the polarization component included in the incident light by the spiral groove 42. Thereby, for example, part or all of the circularly polarized light component can be made higher order, and the propagation loss at the opening 43 can be remarkably increased. Therefore, a part or all of the light of the mode having higher order chirality derived from the circularly polarized light component can be removed by the opening 43. By removing a part or all of the circularly polarized light component in this way, a part of the polarized light component from the incident light, for example, (1) only the linearly polarized light component, (2) only a part of the circularly polarized light component, (3 ) A part of linearly polarized light component and circularly polarized light component can be taken out. As a result, processing based on some polarization components included in the incident light, for example, detection based on the intensity of some polarization components included in the incident light is possible. Performing detection based on the intensity of some polarization components included in the incident light contributes to improvement in signal resolution as described above.

なお、本実施の形態の検波器では、重ね合わせ波から少なくとも一部の円偏光成分を除去した後で光強度を検出することで重ね合わせ波の偏光状態を間接的に検出していたが、重ね合わせ波の偏光状態を直接検出できるような光検出器を用いて検波する構成としても良い。   In the detector of the present embodiment, the polarization state of the superimposed wave is indirectly detected by detecting the light intensity after removing at least a part of the circularly polarized component from the superimposed wave. It is good also as a structure which detects using the photodetector which can detect the polarization state of a superposition wave directly.

〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について図2に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1及び2と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1及び2の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first and second embodiments. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiments 1 and 2 are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.

まず、図2に基づいて本実施の形態における位相変調光通信システム20の構成について説明する。図2は位相変調光通信システム20の構成を示すブロック図である。   First, the configuration of the phase modulation optical communication system 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the phase modulation optical communication system 20.

本実施の形態における位相変調光通信システム20は、図2示すように、光変調波発生器21、偏波保持光ファイバー(偏波保持光伝送媒体)22、及び実施の形態1に係る検波器10から構成されている。つぎに、図2に基づき、それぞれの構成要素について説明する。   As shown in FIG. 2, the phase modulation optical communication system 20 according to the present embodiment includes an optical modulation wave generator 21, a polarization maintaining optical fiber (polarization maintaining optical transmission medium) 22, and the detector 10 according to the first embodiment. It is composed of Next, each component will be described with reference to FIG.

まず、光変調波発生器21は、図2に示すように、レーザ光源23と位相変調器24とを備えている。レーザ光源23は、直線偏光の光搬送波を出射するものである。また、位相変調器24は、入力されたデジタルデータに基づき上記直線偏光の位相を変調することで直線偏光の光変調波を発生させるものである。位相変調器24における位相変調方法としては、公知の位相変調方法を使用できる。   First, the optical modulation wave generator 21 includes a laser light source 23 and a phase modulator 24 as shown in FIG. The laser light source 23 emits a linearly polarized optical carrier wave. The phase modulator 24 modulates the phase of the linearly polarized light based on the input digital data to generate a linearly polarized light modulation wave. As a phase modulation method in the phase modulator 24, a known phase modulation method can be used.

つぎに、偏波保持光ファイバー22は、光変調波発生器21で発生された直線偏光の光変調波を、その偏光を保持しつつ検波器10に伝送するものである。偏波保持光ファイバー22としては、公知の偏波保持光ファイバーを使用できる。   Next, the polarization maintaining optical fiber 22 transmits the linearly polarized light modulation wave generated by the light modulation wave generator 21 to the detector 10 while maintaining the polarization. As the polarization maintaining optical fiber 22, a known polarization maintaining optical fiber can be used.

最後に、検波器10は、偏波保持光ファイバー22によって伝送された光変調波を検波し、上記デジタルデータを復元するものである。検波器10の詳細は上記実施の形態1で説明したとおりである。また、検波器10に好適に使用される偏光制御光学部品31、および検波器10の検波方法の例についても、実施の形態2で説明したとおりである。   Finally, the detector 10 detects the optical modulation wave transmitted by the polarization maintaining optical fiber 22 and restores the digital data. The details of the detector 10 are as described in the first embodiment. The example of the polarization control optical component 31 that is preferably used for the detector 10 and the detection method of the detector 10 are also as described in the second embodiment.

つぎに、図2に基づき本実施の形態における位相変調光通信システム20の動作について説明する。   Next, the operation of the phase modulation optical communication system 20 in the present embodiment will be described based on FIG.

まず、送信されるデジタルデータが位相変調器24に入力される。つぎに、レーザ光源23から直線偏光が出射される。それから、レーザ光源23から出射された直線偏光は、位相変調器24によって上記デジタルデータに応じた位相変調を受けて、光変調波として出射される。   First, digital data to be transmitted is input to the phase modulator 24. Next, linearly polarized light is emitted from the laser light source 23. Then, the linearly polarized light emitted from the laser light source 23 undergoes phase modulation according to the digital data by the phase modulator 24 and is emitted as a light modulation wave.

その後、位相変調器24から出射された上記光変調波は、偏波保持光ファイバー22で伝送される。それから、偏波保持光ファイバー22によって伝送された光変調波は検波器10に入力される。   Thereafter, the modulated optical wave emitted from the phase modulator 24 is transmitted by the polarization maintaining optical fiber 22. Then, the modulated optical wave transmitted by the polarization maintaining optical fiber 22 is input to the detector 10.

検波器32に入力された光変調波は、上記実施の形態1で説明したように、検波器32によってデジタルデータに復元され、外部に出力される。その結果、位相変調光通信システム20では、光変調波発生器21に入力されたデジタルデータが、偏波保持光ファイバー22を介した光通信によって検波器32の出力先へ伝送されることになる。   The optical modulation wave input to the detector 32 is restored to digital data by the detector 32 and output to the outside as described in the first embodiment. As a result, in the phase modulation optical communication system 20, the digital data input to the optical modulation wave generator 21 is transmitted to the output destination of the detector 32 by optical communication via the polarization maintaining optical fiber 22.

本実施の形態における位相変調光通信システム20は、以上のように、光変調波の位相差による情報をそれに対応する偏光状態に変換して検波する検波器10を備えているため、重ね合わせ波の強度を検出する従来の検波器と比較して、位相差の変化に対する検波対象(偏光状態)の変化率を大きくすることができる。したがって、検波の分解能を向上させることができるため、多相位相変調コヒーレント光通信において隣接する相の影響を小さくし、多相化を容易にすることができる。   As described above, the phase-modulated optical communication system 20 according to the present embodiment includes the detector 10 that converts and detects information based on the phase difference of the optically modulated wave into a polarization state corresponding to the information. Compared with a conventional detector that detects the intensity of the light, the rate of change of the detection target (polarization state) with respect to the change of the phase difference can be increased. Therefore, since the resolution of detection can be improved, it is possible to reduce the influence of adjacent phases in multiphase phase modulation coherent optical communication and facilitate multiphase.

本実施形態に係る位相変調光通信システム20は、デジタルデータの局内伝送に好適に利用できる。   The phase modulation optical communication system 20 according to the present embodiment can be suitably used for intra-station transmission of digital data.

以上のように、本発明の検波器は、90度の偏向回転を該遅延検波系に与え、該変調波と該遅延波の重ね合わせによる偏光状態に基づいて光変調波の位相情報を読み出すものである。該重ね合わせ波は、直線偏光を除き、右回りと左回りとの2自由度(キラリティ)を備えている。本発明にあっては、該重ね合わせ波の偏光状態を非線形観測する方法を用い、信号の高分解能観測を提供する。   As described above, the detector according to the present invention applies 90-degree deflection rotation to the delay detection system, and reads out phase information of the optical modulation wave based on the polarization state obtained by superimposing the modulation wave and the delay wave. It is. The superposed wave has two degrees of freedom (chirality), clockwise and counterclockwise, except for linearly polarized light. In the present invention, a high-resolution observation of a signal is provided by using a method for nonlinearly observing the polarization state of the superimposed wave.

以上のように、本発明の検波器では、好ましくは、表面プラズモンを生成可能な金属膜に貫通する開口と該開口を取り囲む2次あるいは4次の螺旋溝とを備える偏向制御光学部品により、該重ね合わせ波のキラリティを変化させた後、重ね合わせ波の偏光状態を観測する。円偏光成分のキラリティと螺旋溝のキラリティとが異符号である場合、円偏光成分に由来する螺旋溝の出力光のキラリティは、該螺旋溝のキラリティより1つ少ない。一方、円偏光成分のキラリティと螺旋溝のキラリティとが同符号である場合、円偏光成分に由来する螺旋溝の出力光のキラリティは、該螺旋溝のキラリティより1つ多い。このような螺旋溝により開口の入り口に生成する、円偏光成分に由来する高次化されたキラリティを持つモードは、該開口内の伝播損失が著しく大きい。そのため、開口出口からの出力から該円偏光成分を取り除くことができる。さらに該開口からの出力は、特有の放射パターンを有するため、空間分離された光検波器により直交する直線偏光を分離観測できる。これらにより、隣接相との位相差が小さくなっても信号の分解能の低下を抑制することができ、多相化を容易にすることができる。   As described above, in the detector of the present invention, it is preferable that the deflection control optical component including the opening penetrating the metal film capable of generating surface plasmon and the secondary or quaternary spiral groove surrounding the opening, After changing the chirality of the superimposed wave, the polarization state of the superimposed wave is observed. When the chirality of the circularly polarized light component and the chirality of the spiral groove have different signs, the chirality of the output light of the spiral groove derived from the circularly polarized light component is one less than the chirality of the spiral groove. On the other hand, when the chirality of the circular polarization component and the chirality of the spiral groove have the same sign, the chirality of the output light of the spiral groove derived from the circular polarization component is one more than the chirality of the spiral groove. A mode having higher-order chirality generated from the circularly polarized light component generated at the entrance of the opening by such a spiral groove has a significantly large propagation loss in the opening. Therefore, the circularly polarized light component can be removed from the output from the aperture exit. Furthermore, since the output from the aperture has a specific radiation pattern, orthogonally polarized light can be separated and observed by a spatially separated optical detector. Accordingly, even when the phase difference from the adjacent phase is reduced, it is possible to suppress a decrease in the resolution of the signal and to facilitate multiphase.

本発明は、光のキラリティを加算する偏向制御光学部品を利用し、多相位相変調光コヒーレント通信における検波を容易にする、光通信の信頼性を向上する、また検波装置の縮小など産業上の導入を容易にすることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention uses a deflection control optical component that adds optical chirality, facilitates detection in multiphase phase modulation optical coherent communication, improves the reliability of optical communication, and reduces the size of a detector. Introduction can be facilitated.

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明の検波器、偏光制御光学部品及び位相変調光通信システムは、コヒーレント光通信における検波に適用できる。具体的には、偏波保存光ファイバーを用いる局内コヒーレント光通信において、光多重通信で使用する各信号の占有周波数帯域幅が通信帯域全幅に占める割合であるスペクトル占有率が低い光位相変調を複数の波長で利用する光多重通信に利用することができる。また、本発明の偏光制御光学部品は適当な光源と組み合わせることにより、キラリティが制御された近接場発生光源として利用できる。   The detector, polarization control optical component, and phase modulation optical communication system of the present invention can be applied to detection in coherent optical communication. Specifically, in intra-station coherent optical communication using a polarization-maintaining optical fiber, a plurality of optical phase modulations with low spectrum occupancy, which is the ratio of the occupied frequency bandwidth of each signal used in optical multiplex communication, to the entire communication bandwidth It can be used for optical multiplex communication that uses wavelengths. The polarization control optical component of the present invention can be used as a near-field generating light source with controlled chirality by combining with an appropriate light source.

本発明における検波器の実施の一形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of one Embodiment of the detector in this invention. 本発明における位相変調光通信システムの実施の一形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of one Embodiment of the phase modulation optical communication system in this invention. 上記検波器におけるデジタル信号の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of the digital signal in the said detector. 本発明における偏光制御光学部品の実施の一形態の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of one Embodiment of the polarization control optical component in this invention. 本発明における偏光制御光学部品の他の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows other embodiment of the polarization control optical component in this invention. 本発明における偏光制御光学部品の実施の一形態を示す平面図である。It is a top view which shows one Embodiment of the polarization control optical component in this invention. 上記偏光制御光学部品における開口の円周での瞬時面内電場ベクトルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the instantaneous in-plane electric field vector in the periphery of the opening in the said polarization control optical component. 本発明における偏光制御光学部品の実施の一形態を示す裏面図である。It is a back view which shows one Embodiment of the polarization control optical component in this invention. 上記偏光制御光学部品と本発明に関する光検出器の配置方法の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the arrangement method of the said polarization control optical component and the photodetector regarding this invention. 上記偏光制御光学部品と本発明に関する光検出器の配置方法の他の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another example of the arrangement method of the said polarization control optical component and the photodetector regarding this invention. 上記検波器に関する光の強度とデジタル信号の位相差の関係をしめすグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the intensity | strength of light regarding the said detector, and the phase difference of a digital signal. 上記検波器に関する光の強度とデジタル信号の位相差の関係をしめすグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the intensity | strength of light regarding the said detector, and the phase difference of a digital signal. 上記検波器に関する光の強度とデジタル信号の位相差の関係をしめすグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the intensity | strength of light regarding the said detector, and the phase difference of a digital signal. 従来の検波器に関するの光の強度とデジタル信号の位相差の関係をしめすグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the intensity | strength of light regarding the conventional detector, and the phase difference of a digital signal. 従来の検波器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional detector.

符号の説明Explanation of symbols

1 位相偏波変換部(位相偏波変換手段)
3 偏波検出部(偏波検出手段)
4 デコーダ(復元手段)
10 検波器
11 ビームスプリッタ(光分岐手段)
12 1ビット遅延器(遅延手段)
13 位相差板(偏光回転手段)
14 光カプラ(重ね合わせ手段)
15 経路(第2の経路)
16 経路(第1の経路)
21 光変調波発生器
22 偏波保持光ファイバー(偏波保持光伝送媒体)
31 偏光制御光学部品(偏光制御手段)
32 光検出器(光検出手段)
32A 光検出器(第1の光検出器)
32B 光検出器(第2の光検出器)
41 金属膜
42 螺旋溝
43 開口(円偏光成分除去手段)
44 基点
90 偏光プリズム(偏光分離手段)
1 Phase polarization converter (phase polarization converter)
3 Polarization detection unit (polarization detection means)
4 Decoder (restoration means)
10 Detector 11 Beam splitter (optical branching means)
12 1-bit delay device (delay means)
13 Retardation plate (polarization rotating means)
14 Optical coupler (superposition means)
15 route (second route)
16 route (first route)
21 optical modulation wave generator 22 polarization maintaining optical fiber (polarization maintaining optical transmission medium)
31 Polarization control optical component (polarization control means)
32 photodetector (light detection means)
32A photodetector (first photodetector)
32B photodetector (second photodetector)
41 Metal film 42 Spiral groove 43 Opening (circular polarization component removing means)
44 Base point 90 Polarizing prism (polarization separating means)

Claims (13)

金属膜と、
該金属膜を貫通する開口と、
上記開口の端またはその近傍位置を基点とし、かつ上記開口の中心を中心として金属膜に形成された螺旋溝とを有する偏光制御光学部品であって、
上記螺旋溝は、上記開口の中心に対する方位角が上記開口から離れるに従って単調増加または単調減少し、上記開口からの距離が上記開口から離れるに従って単調増加する溝であり、入射光に含まれる偏光成分のキラリティを変化させるようになっていることを特徴とする偏光制御光学部品。
A metal film,
An opening penetrating the metal film;
A polarization control optical component having a spiral groove formed in a metal film with the end of the opening or the vicinity thereof as a base point and the center of the opening as a center,
The spiral groove is a groove that monotonously increases or monotonously decreases as the azimuth angle with respect to the center of the opening increases from the opening, and monotonously increases as the distance from the opening increases from the opening, and a polarization component included in incident light. A polarization control optical component characterized by changing the chirality of the light.
前記螺旋溝は、
互いに異なる複数の位置を基点としてそれぞれ形成された複数の螺旋溝であることを特徴とする請求項1に記載の偏光制御光学部品。
The spiral groove is
The polarization control optical component according to claim 1, wherein the polarization control optical component is a plurality of spiral grooves respectively formed with a plurality of different positions as base points.
前記螺旋溝は、
互いに異なる4つ以上の位置を基点としてそれぞれ形成された4つ以上の螺旋溝であることを特徴とする請求項1に記載の偏光制御光学部品。
The spiral groove is
The polarization control optical component according to claim 1, wherein the polarization control optical component is four or more spiral grooves respectively formed with four or more different positions as base points.
前記螺旋溝における前記基点と前記開口との距離が、前記入射光によって開口付近に励起される表面プラズモンの波長よりも短いことを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の偏光制御光学部品。   The distance between the base point and the opening in the spiral groove is shorter than the wavelength of a surface plasmon excited near the opening by the incident light. Polarization control optics. デジタルデータに応じて位相変調された直線偏光の光変調波を検波する検波器であって、
上記直線偏光の光変調波を受光して第1の経路および第2の経路に分岐させ、上記第1の経路の光変調波に上記デジタルデータの1ビット分の遅延を与え、上記第1の経路の光変調波と上記第2の経路の光変調波との間に90度の偏光軸角度差を与え、上記第1および第2の経路を経由した光変調波を重ね合わせて、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて変化する偏光状態を有する重ね合わせ波に変換するための位相偏波変換手段と、
上記位相偏波変換手段から上記重ね合わせ波を受光し、その偏光状態を電気信号に変換する偏波検出手段とを有し、
上記重ね合わせ波は、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて、円偏光成分と直線偏光成分との少なくとも一方を含み、
前記入射光は、上記重ね合わせ波であり、
上記偏波検出手段は、
請求項1から4までのいずれか1項に記載の偏光制御光学部品と、
上記偏光制御光学部品から出射された散乱光の強度を検出して電気信号に変換する光検出手段とを有することを特徴とする検波器。
A detector that detects a linearly polarized light modulated wave that is phase-modulated according to digital data,
The linearly polarized light modulation wave is received and branched into a first path and a second path, a delay of one bit of the digital data is given to the light modulation wave of the first path, and the first path A polarization axis angle difference of 90 degrees is given between the light modulation wave of the path and the light modulation wave of the second path, and the light modulation waves passing through the first and second paths are superimposed, Phase polarization conversion means for converting into a superposed wave having a polarization state that changes in accordance with the phase difference between the optically modulated waves that have passed through the first and second paths;
Receiving the superimposed wave from the phase polarization conversion means, and having a polarization detection means for converting the polarization state into an electric signal,
The superimposed wave includes at least one of a circularly polarized light component and a linearly polarized light component according to a phase difference between the light modulated waves that have passed through the first and second paths,
The incident light is the superimposed wave,
The polarization detection means is
The polarization control optical component according to any one of claims 1 to 4,
And a light detecting means for detecting the intensity of the scattered light emitted from the polarization control optical component and converting it into an electric signal.
前記位相偏波変換手段は、
前記直線偏光の光変調波を前記第1および前記第2の経路に分岐させるための光分岐手段と、
上記光分岐手段によって分岐された上記第1の経路の光変調波における位相を上記デジタルデータの1ビット分遅延させるための遅延手段と、
上記分岐手段によって分岐された上記第1または上記第2の経路の光変調波における偏光軸を90度回転させるための偏光回転手段と、
上記第1および第2の経路を経由した光変調波を重ね合わせて、上記第1および第2の経路を経由した光変調波間の位相差に応じて変化する偏光状態を有する重ね合わせ波に変換するための重ね合わせ手段とを有することを特徴とする請求項5に記載の検波器。
The phase polarization conversion means includes
Light branching means for branching the linearly polarized light-modulated wave into the first and second paths;
Delay means for delaying the phase of the optically modulated wave of the first path branched by the optical branching means by one bit of the digital data;
Polarization rotation means for rotating the polarization axis of the light modulated wave of the first or second path branched by the branch means by 90 degrees;
Superimposing the modulated light waves that have passed through the first and second paths into a superimposed wave having a polarization state that changes according to the phase difference between the modulated light waves that have passed through the first and second paths. The detector according to claim 5, further comprising superimposing means for performing the operation.
前記光検出手段は、
前記偏光制御光学部品における前記重ね合わせ波が入射される側と反対側に配置されていることを特徴とする請求項5または6に記載の検波器。
The light detection means includes
The detector according to claim 5, wherein the detector is disposed on a side opposite to a side on which the superimposed wave is incident in the polarization control optical component.
前記偏光制御光学部品は、前記重ね合わせ波に含まれる左回りおよび右回りの円偏光成分の少なくとも一方を除去して前記光検出手段に導くことを特徴とする請求項5から7までのいずれか1項に記載の検波器。   8. The polarization control optical component according to claim 5, wherein at least one of a counterclockwise circularly polarized light component included in the superimposed wave is removed and led to the light detection means. The detector according to item 1. 前記螺旋溝は、前記入射光に含まれる左回りおよび右回りの円偏光成分の少なくとも一方のキラリティを高次化させるものであり、
前記開口は、上記螺旋溝によってキラリティが高次化された円偏光成分を除去するように、前記直線偏光成分のカットオフ径より大きく、かつ上記螺旋溝によってキラリティが高次化された円偏光成分のカットオフ径より小さくなるように設定された径を有することを特徴とする請求項6から7までのいずれか1項に記載の検波器。
The spiral groove increases the chirality of at least one of the counterclockwise and clockwise circularly polarized light components included in the incident light,
The opening is larger than the cut-off diameter of the linearly polarized light component so as to remove the circularly polarized component whose degree of chirality is enhanced by the spiral groove, and the circularly polarized component whose degree of chirality is enhanced by the spiral groove The detector according to any one of claims 6 to 7, wherein the detector has a diameter set to be smaller than a cut-off diameter.
前記光検出手段は、
前記重ね合わせ波に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分の偏光軸上にそれぞれ配置された第1および第2の光検出器を含むことを特徴とする請求項5から9までのいずれか1項に記載の検波器。
The light detection means includes
10. The apparatus according to claim 5, further comprising first and second photodetectors respectively disposed on polarization axes of two linearly polarized light components orthogonal to each other included in the superimposed wave. The detector according to item.
前記光検出手段は、
前記重ね合わせ波に含まれる互いに直交する2つの直線偏光成分を分離する偏光分離手段と、
該偏光分離手段で分離された2つの直線偏光成分がそれぞれ入射する位置にそれぞれ配置された第1および第2の光検出器とを含むことを特徴とする請求項5から9までのいずれか1項に記載の検波器。
The light detection means includes
Polarization separating means for separating two linearly polarized light components orthogonal to each other included in the superimposed wave;
The first and second photodetectors respectively disposed at positions where the two linearly polarized light components separated by the polarization separating means are incident, respectively. The detector according to item.
前記電気信号に基づいて前記第1および前記第2の経路を経由した光変調波間の位相差を判定することでデジタルデータを復元する復元手段をさらに有することを特徴とする請求項5から11までのいずれか1項に記載の検波器。   12. A restoring means for restoring digital data by determining a phase difference between optically modulated waves passing through the first and second paths based on the electrical signal. The detector according to any one of the above. 直線偏光をデジタルデータに基づいて位相変調して直線偏光の光変調波を発生させるための光変調波発生器と、
上記光変調波発生器で発生された直線偏光の光変調波をその直線偏光の状態を保持しつつ伝送するための偏波保持光伝送媒体と、
上記偏波保持光伝送媒体によって伝送された直線偏光の光変調波を受光して電気信号に変換する請求項5から12までのいずれか1項に記載の検波器とを有することを特徴とする位相変調光通信システム。
An optical modulation wave generator for phase-modulating linearly polarized light based on digital data to generate an optically modulated wave of linearly polarized light;
A polarization-maintaining optical transmission medium for transmitting the linearly polarized light modulated wave generated by the light modulated wave generator while maintaining the state of the linearly polarized light;
The detector according to any one of claims 5 to 12, which receives a linearly polarized light modulated wave transmitted by the polarization maintaining optical transmission medium and converts it into an electric signal. Phase modulation optical communication system.
JP2006182718A 2006-06-30 2006-06-30 Detector, polarization control optical component, and phase modulation optical communication system Expired - Fee Related JP4975385B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006182718A JP4975385B2 (en) 2006-06-30 2006-06-30 Detector, polarization control optical component, and phase modulation optical communication system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006182718A JP4975385B2 (en) 2006-06-30 2006-06-30 Detector, polarization control optical component, and phase modulation optical communication system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008014969A JP2008014969A (en) 2008-01-24
JP4975385B2 true JP4975385B2 (en) 2012-07-11

Family

ID=39072086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006182718A Expired - Fee Related JP4975385B2 (en) 2006-06-30 2006-06-30 Detector, polarization control optical component, and phase modulation optical communication system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4975385B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11860376B2 (en) 2018-05-18 2024-01-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Polarization decomposition device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009119391A1 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 学校法人 早稲田大学 Optical sensor
JP5375496B2 (en) * 2009-09-30 2013-12-25 住友大阪セメント株式会社 Optical receiver

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000059300A (en) * 1998-08-06 2000-02-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical transceiver
JP2000151505A (en) * 1998-11-09 2000-05-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical transceiver
JP4278332B2 (en) * 2001-06-29 2009-06-10 日本電信電話株式会社 Optical transmitter and optical transmission system
US7603045B2 (en) * 2003-08-28 2009-10-13 Fujitsu Limited Method and system for automatic feedback control for fine tuning a delay interferometer
JP4170298B2 (en) * 2005-01-31 2008-10-22 富士通株式会社 Optical receiver and optical reception method corresponding to differential four-phase shift keying
FR2902226B1 (en) * 2006-06-12 2010-01-29 Commissariat Energie Atomique OPTICAL COMPONENT OPERATING IN NEAR FIELD TRANSMISSION

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11860376B2 (en) 2018-05-18 2024-01-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Polarization decomposition device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008014969A (en) 2008-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Willner et al. Orbital angular momentum of light for communications
US12352921B2 (en) Spin-to-orbital angular momentum converter for light
Min et al. Plasmonic nano‐slits assisted polarization selective detour phase meta‐hologram
Lu et al. Phase detection of coherence singularities and determination of the topological charge of a partially coherent vortex beam
Plum et al. Chiral mirrors
Chen et al. Efficient unidirectional generation of surface plasmon polaritons with asymmetric single-nanoslit
US20200309761A1 (en) Machine learning analysis of nanopore measurements
KR101747576B1 (en) Optical polarization demultiplexing for a coherent-detection scheme
KR101802622B1 (en) Generation of an optical local-oscillator signal for a coherent-detection scheme
Ling et al. Realization of tunable spin-dependent splitting in intrinsic photonic spin Hall effect
Xu et al. Tunable band-pass optical vortex processor enabled by wash-out-refill chiral superstructures
CN106788745B (en) A kind of method of the device and separation detection of the relevant demultiplexing of orbital angular momentum
US20100060969A1 (en) Optical beam generating device
JP2014514890A (en) Optical receiver for amplitude modulation signal
CN111628827B (en) A coherent optical receiving device and optical signal demodulation device
Ke et al. Realization of spin-dependent splitting with arbitrary intensity patterns based on all-dielectric metasurfaces
US20110019994A1 (en) High Bandwidth Demodulator System And Method
Zhou et al. Application of self-healing property of partially coherent beams to ghost imaging
Wang et al. Photonic spin Hall effect by the spin-orbit interaction in a metasurface with elliptical nano-structures
Wang et al. Experimental implementation of phase locking in a nonlinear interferometer
JP4975385B2 (en) Detector, polarization control optical component, and phase modulation optical communication system
Constant et al. Direct mapping of surface plasmon dispersion using imaging scatterometry
Paganini et al. High-quality entangled photon source by symmetric beam displacement design
Yang et al. High-order OAM states unwrapping in multiplexed optical links
Oliva et al. Highly efficient broadband blazed grating in resonance domain

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080806

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110222

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110420

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120124

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120322

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120410

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4975385

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150420

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees