JP3932769B2

JP3932769B2 - Wavelength dispersion device, wavelength dispersion method, and optical transmission system

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Publication number: JP3932769B2
Application number: JP2000148578A
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Inventors: 信彦菊池
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Publication date: 2007-06-20
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバを用いた光情報伝送や、光短パルス生成などの光学技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超高速光通信分野では、光ファイバの「波長分散」という現象により、伝送速度や伝送距離が大きく制限される。波長分散とは、波長の異なる光が光ファイバ中を異なる速度で伝送される現象である。高速で変調された光信号の光スペクトルは異なる波長成分を含み、これらの成分は分散の影響によりそれぞれ異なった時刻に受信端に到着する。その結果、伝送後の光波形は大きな波形歪を引き起こすことが知られている。
【０００３】
このような分散の影響を避けるため、波長分散補償（以下、単に分散補償と記述する）という技術が検討されている。分散補償とは、伝送路に用いられる光ファイバと逆の波長分散特性を持った光デバイスを光送信機や受信機内に配置することで、光ファイバの波長分散特性を打ち消し、光波形の歪みを防ぐ手法である。
【０００４】
分散補償方式としては、伝送路と逆符号の波長分散を持つ分散補償ファイバや、光干渉計、光回路、光ファイバグレーティングなどの逆分散特性を持つデバイスを用いる手法が検討されている。
【０００５】
図２に光ファイバグレーティングを用いた従来の分散補償方式の一例を示す。図において、１００は光送信装置、１０１は光送信機、１０５は光ファイバ伝送路、１０６は光受信装置、１１０は光受信機、１２０は光サーキュレータ、１２１がチャープト光ファイバグレーティングである。
【０００６】
ここで、光ファイバグレーティングとは、光ファイバに紫外線を照射することにより、その内部に光の波長オーダーの微小な周期的屈折率変化を生じさせたものである。このような光ファイバはグレーティングの周期で決まる波長の光を反射する特性がある。波長分散の補償に用いる場合には、グレーティングの間隔が光ファイバの長手方向に徐々に変化するように設計し、広い波長範囲で一定の分散特性が得られるようにしたチャープトグレーティングなどが用いられる。
【０００７】
光送信装置１００内の光送信機１０１から送出された光信号は、光ファイバ伝送路１０５を伝送されたのち、光受信装置１０６に入力される。幹線系光ファイバ伝送の場合には、光ファイバ伝送路１０５の長さは数ｋｍ〜数千ｋｍになるため、光ファイバの持つ波長分散によって大きな波形劣化が生じる。波長分散量は光ファイバの種類や距離に依存するが、例えば通常分散ファイバの場合、その分散量は１ｋｍあたりおよそ１７ｐｓ／nm／ｋｍである。
【０００８】
１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送システムでは、光信号の分散耐力は例えば５００〜１０００ｐｓ／nm程度であるため、伝送路長が３０〜６０ｋｍ以上となると波形歪みが過大となり受信不能となる。上記分散耐力は、光信号のビットレートの２乗に反比例して小さくなるため、ビットレートが４倍の４０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送においてはこの１／１６となり、高速信号ほど波長分散による伝送制限が厳しくなる。
【０００９】
本従来例では、伝送路の波長分散を補償するため、光ファイバグレーティング１２１を光受信装置１０６内に配置している。光信号は光サーキュレータ１２０を通り、光ファイバグレーティング１２１へ入力される。光サーキュレータ１２０は光非相反回路の一種であり、光ファイバグレーティング１２１で反射された光信号を効率よく取り出すために使用されている。
【００１０】
光ファイバグレーティング１２１の反射帯域が光信号の波長と一致するように設定されている場合、光信号は光ファイバグレーティング１２１で反射され、その際グレーティング１２１の波長分散特性により分散補償を受ける。反射された光信号は、再び光サーキュレータ１２０に戻り、光受信機１１０へと送出される。
【００１１】
上記従来方式は、波長分散の補償方式の一例であり、他の代表的な手法としては伝送路と逆符号の波長分散を持つ分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を、光送信機・光受信機間に挿入する手法が広く用いられる。また波長分散素子は必ずしも光ファイバ伝送に限らず、光短パルスの圧縮や光パルスの生成などの分野においても広く用いられる。
【００１２】
しかしながら、これら従来の分散補償方式や波長分散素子にもさまざまな問題がある。固定量の分散補償を行う場合、分散補償ファイバでは数ｋｍ〜数１００ｋｍにもわたる長大な補償用ファイバが必要となるため、ファイバの収納スペースが大きくなり、高価となってしまう。また分散補償ファイバの損失を補償するために余分の光増幅器が必要となる可能性がある。さらに分散補償ファイバは一般にモードフィールド径が小さく、大きな光ファイバ非線型効果を生じ、伝送波形の歪みを引き起こす可能性がある。
【００１３】
光ファイバグレーティングの場合、透過特性や波長分散特性上に波長に対するリップルが存在するため、わずかな波長変化に対して補償特性が大きく変化してしまう。したがって分散補償に用いた場合の伝送特性は上記分散補償ファイバに比べて劣ることが知られている。また、製造上の問題から分散量や波長帯域の大きなものは作りにくく、狭帯域のものは温度や波長の安定化が必要になるなどの問題点がある。
【００１４】
また分散補償ファイバでは、原理的に分散量を連続的に可変することができず、伝送路の分散量の変化に応じて連続的に分散量を変化させるような可変分散補償を実現することは不可能である。
【００１５】
光ファイバグレーティングの場合、連続的な可変分散補償を実現した例としては例えば、（文献１）Proceedings of 21st European Conference on Optical Communication (ECOC’95), 1995, paper We.B.1.7, pp585-587のように、均一な光ファイバグレーティングの長手方向に温度勾配を作ることにより、チャープトグレーティングを生成し、分散補償伝送を行う方式が報告されている。この場合、温度勾配を制御することにより可変量の分散補償を行うことが可能となる。しかしながら、本方式では消費電力が増加する、均一な温度勾配を得ることが難しい、制御速度が遅い、波長分散にリップルが発生するなど、十分な性能の分散補償ができないなどの問題点があり、実用性に問題があった。
【００１６】
本発明の目的は、上記のような問題点を解決した波長分散素子と波長分散補償方式を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的は、複数の偏波分散素子を互いに主軸をずらして縦続接続し、信号光を入力側の第１の偏波分散素子の偏光主軸からずらして入力することによって、信号光に波長分散を印加することで達成される。とくに偏波分散素子として偏波保持ファイバを用いることによって、その実現が容易となる。
【００１８】
さらに、入力側の第１の偏波分散素子の偏波分散量を１／（２Ｒｂ）以下（Ｒｂは信号光のビットレート）とすることで、波長分散補償方式の波長帯域を光信号の波長帯域よりも広くすることができるため、効果的な波長分散補償が可能となる。
【００１９】
また本発明で発生する最大の波長分散量の絶対値を１０¹⁰×Ｔ²（単位：ｓｅｃ／nm、Ｔは光信号のパルス幅：ｓｅｃ）以上とすることによって、分散補償やパルス圧縮に適した分散量が得られる。
【００２０】
また上記波長分散素子の入力部に偏波コントローラなどの偏波状態制御回路を配置し偏波状態を制御することによって、もしくは偏波分散素子の偏波分散量を可変することによって信号光の偏波状態や信号波長、もしくは上記偏波分散素子の長さや温度が変化した場合にも常に同じ分散量を保つことが可能となる。
【００２１】
また、伝送路光ファイバによる偏波の変動があっても、その変化を補償できるので本波長分散補償方式を受信側に、もしくは送信側と受信側に分離して配置することも可能となる。
【００２２】
また上記偏波状態制御回路を用いて、偏波分散素子に入力される入射偏波状態を変化させることによって、もしくは偏波分散素子の接続部に偏波状態制御手段を配置し偏波分散素子同士の接続状態を変化させることによって、可変量の波長分散を生成することが可能となる。
【００２３】
本波長分散素子もしくは波長分散補償方式を、光送信装置と光受信装置と組合わせることによって、波長分散補償機能を持った光伝送システムが実現できる。この際、上記複数の偏波分散素子は、送信装置と受信装置に適宜分離して配置することも可能であり、柔軟なシステム構成が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態を示す分散補償光伝送システムの構成例を示している。本実施形態では、本発明の主要構成要素である第１、第２の偏波分散素子が送信側と受信側に分離して配置されている。
【００２５】
光送信装置１００内の光送信機１０１において出力光ファイバ１０２から出力される光信号は、接続点１０４を介して、偏波分散素子である第１の偏波保持ファイバ１０３に入力される。接続点１０４においては、出力光ファイバ１０２と第１の偏波保持ファイバ１０３を一定の角度で接続し、信号光の偏波状態が前記第１の偏波保持ファイバの偏光主軸（以下、主軸と略記）からずれた状態で入力されるように設定する。この後、光信号は波長分散を持つ光ファイバ伝送路１０５により伝送される。
【００２６】
伝送後の光信号は光受信装置１０６に入力され、偏波状態制御手段である偏波コントローラ１０７を介して第２の偏波保持ファイバ１０８を通り、光受信機１１０へと入力される。この際、偏波コントローラ１０７によって入射される光信号の偏波状態を制御することによって、後述の原理によって波長分散特性を発生できる。
【００２７】
本実施形態では、偏波コントローラ１０７は光ファイバ伝送によって変動した偏波状態を常に同じ入射角度で第２の偏波保持ファイバ１０８に入力する役目と、必要に応じて入射角度を調整して可変量の波長分散を発生させる役目の２つの役目を担っている。例えば受信波形が常に最良になるように偏波コントローラ１０７を制御することによって、上記２つの役割を同時に達成することができる。
【００２８】
なお、本実施形態のように、第１・第２の偏波分散素子を送信側と受信側に分離して配置した例では、第１の偏波分散素子が光送信機の直後に配置されるため、送信側では偏波コントローラを用いずとも常に入力偏波状態を一定にできるというメリットがある。
【００２９】
上記、制御の方法としては、例えば受信信号の波形の開口を最大とする制御方式や、受信信号の誤り率を最小とする制御、受信信号のクロック成分を最大とする制御など、さまざまな制御方式が考えられる。図１は、その一例として受信信号のビットレートの１／２の成分を最大とする制御方式の構成を示している。
【００３０】
光分岐器１０９によって分岐された光信号の一部は、光検出器１１１によって電気信号に変換され、バンドパスフィルタ１１２はその中から信号ビットレートの１／２の周波数成分のみを抽出する。検波器１１３はバンドパスフィルタ１１２を通過した信号を検波し、その強度を検出する。最大値制御回路１１４は検波器１１３の出力信号が最大となるように偏波コントローラ１０７を制御する。
【００３１】
一般に偏波コントローラ１０７は複数の制御要素（回転波長板や位相変調器など）から構成されているので、最大値制御回路１１４は制御信号のディザリングや山登り法などの多変数制御手法を用いて制御信号１１５を変化させるものであれば、コンピュータ制御やアナログ回路など、どのような構成でもかまわない。
【００３２】
図３は本発明の第２の実施形態であり、本発明を用いた波長分散素子１３０の最も簡単な構成として、第１の偏波分散素子１３３と第２の偏波分散素子１３４の２つの偏波分散素子を接続点１３５で主軸をずらして接続したものである。光信号は入力ファイバ１３１より入力され、これらの偏波分散素子を通過したのち出力ファイバ１３２から出力される。
【００３３】
波長分散発生の原理は以下の通りである。ある特定の波長における波長分散素子１３０の伝送特性は、図４（ａ）のように２つの偏波分散素子のＰＭＤ（偏波モード分散）ベクトルの合成として表現される。ＰＭＤベクトルとはポアンカレ球上のベクトルであり、偏波分散素子の偏波分散量と方向を示すものである。ベクトルの向きは偏波分散素子の偏光主軸のうちｓｌｏｗ軸方向を、またその長さは偏波分散の大きさを示している。２つのＰＭＤベクトルを互いに並行でない角度で（主軸を合致させずに）接続した場合、合成されたＰＭＤベクトルの向きは波長依存性を持ち、例えば図４（ｂ）のようにポアンカレ球内を回転することになる。
【００３４】
本図は、第１のＰＭＤベクトルの大きさを３９ｐｓ、第２のＰＭＤベクトルの大きさを４９ｐｓとし、およそ１４２度の角度で接続した例である。本例で合成ＰＭＤベクトルの大きさはおよそ３０ｐｓとなり、信号波長λ₀＝１５５５．０３nmにおいて１３８−２の向きを取っている。ＰＭＤベクトル１３８−１、１３８−３はそれぞれ信号波長を微小量ｄλだけ、短波長・長波長側にずらした場合のベクトルである。このように波長に従って回転するＰＭＤベクトルを持つ素子に特定の偏波状態で入力された光信号は、光信号の遅延量が波長ごとに異なる値となるため波長分散を受けることになる。
【００３５】
例えば、図４（ｂ）のポアンカレ球上のＡ、Ｂ点に入射された光信号の受ける波長分散はそれぞれ図５（ａ），（ｂ）のようになる。信号波長が１５５５．０３nmの場合、Ａの偏波状態に対してはほぼ分散量はゼロ、またＢの偏波状態に対してはおよそ−４５０ｐｓ／nmの波長分散が発生している。この分散量は、第１、第２の偏波分散素子の大きさと接続状態、入射偏波・信号波長によって決まる。したがってこれらのうち、いずれかのパラメータを可変とすることによって可変量の波長分散素子を構成することが可能となる。
【００３６】
なお、図のように波長分散特性は波長に対し、第１の偏波分散素子の量の逆数の周期性（本例では３９ｐｓの逆数の２５．６ＧＨｚ、すなわち約０．２nm）を持つ。したがって、光ファイバ伝送における波長分散補償に用いる場合、信号波長帯域においてほぼ一定の分散量を得るためには、信号波長をＲｂとしたとき、第１の偏波分散素子の大きさは少なくとも１／（２Ｒｂ）以下とする必要がある。
【００３７】
波長多重伝送においては上記周期を信号波長の間隔と一致させるか、もしくは波長間隔を周期の整数倍とすることにより複数の光信号に対して同時に波長分散補償を適用することが可能である。例えば１００ＧＨｚ間隔の波長多重伝送においては、第１の偏波分散の量を１０ｐｓ、２０ｐｓ、３３ｐｓなどの値とすればよい。もちろん、１個おき２個おきの波長の光信号を抜き出して、２００ＧＨｚや３００ＧＨｚ間隔とした状態で本方式を適用しても構わない。
【００３８】
また本発明で発生する最大の波長分散量は、合成ＰＭＤ長の回転面への投射（余弦）に回転速度を乗じた値となる。通常の強度変調の光伝送において実用的な分散補償を行うためには、この絶対値が１０¹⁰×Ｔ²（単位：ｓｅｃ／nm、Ｔは光信号のパルス幅：ｓｅｃ）以上とすることが必要となる。例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓＮＲＺ伝送においては、パルス幅は１００ｐｓとなるため、この分散量は１００ｐｓ／nmとなる。
【００３９】
なお、一般には光送信機からの出力光の偏波状態を保持するため、出力光ファイバ１０２自身も偏波保持ファイバを使うことがある。しかしながらこの場合には、信号光の偏波が偏波保持ファイバの主軸に合致するように入射されるため、本発明の第１の偏波保持ファイバ１０３の使用法とは異なるものと判定できる。また、本発明の第１の偏波保持ファイバ１０３を直接、光送信機１０１に取りつけ、出力光ファイバ１０２と兼用することも可能である。この場合、接続点１０４は存在しないが、入射される光信号が主軸からずれているかどうかにより、本発明の構成要素であるか判定できる。
【００４０】
接続点１０４における光ファイバ同士の接続手段としては、ファイバ同士のスプライス（融着・メカニカルスプライス）、コネクタ接続、波長板やレンズ系などの光学系を介した接続のどの方式でも構わない。
【００４１】
偏波状態制御手段である偏波コントローラ１０７としては、液晶型、リチウムナイオベート型、回転波長板型など、さまざまな動作原理のものが使用可能である。原則として、光ファイバ伝送路の直後などに配置する場合には、偏波状態の変化に無限追従でき、かつ完全な偏波状態の変換の可能なものが望ましいが、送信側に配置する場合や偏波保持ファイバ同士の接続点に配置する場合には、入力や出力の偏光状態の自由度が制限されたものであっても使用可能である。また分散量や入力偏波を自動制御する必要がなければ、手動のものであっても構わない。
【００４２】
図６に本発明の第１の実施形態による分散補償効果を示す。図６（ａ）はビットレート１０Ｇｂｉｔ／ｓでＮＲＺ（Non Return-To-Zero）方式で強度変調された光信号を、通常分散ファイバで約８０ｋｍ（分散量１４００ｐｓ／nm）伝送した後の波形であり、大きく歪んだアイパターンとなっている。これに対して、本実施例では第１の偏波保持ファイバを３０ｐｓ、第２の偏波保持ファイバを７０ｐｓとし、受信波形が最適となるように偏波コントローラの状態を制御している。この結果、光ファイバ伝送路の波長分散が補償され、図６（ｂ）に示すように波形の改善が得られた。
【００４３】
ここで、本実施形態には示さなかったが、伝送路の適宜な位置に光増幅器や光フィルタなどの素子を追加することが可能である。また、必要に応じて従来の分散補償方式と組合わせて用いることも可能である。
【００４４】
また、本発明の用途は必ずしも光伝送に限るものではなく、従来の波長分散素子を用いる場所であれば適用可能である。このような例としては、例えば光短パルス発生やパルス圧縮などがある。
【００４５】
図７は本発明の第３の実施形態であり、偏波コントローラ１０７を入力光ファイバ１３１の直後に配置することにより、第１の偏波保持ファイバ１０３への入射偏波状態を自由に変化させることができるようにし、光受信装置１０６内部に組み込んだものである。
【００４６】
偏波コントローラ１０７は入射偏波の向きをポアンカレ球上の任意の点に設定できる。このため光ファイバ伝送路を伝送することによって偏波状態が変動しても、常に分散補償効果が得られるようになる。また、偏波コントローラ１０７から出力される偏波状態を変化させることにより、図５（ａ）（ｂ）のように分散量を可変することができる。
【００４７】
本例では、受信機１１０から抽出した受信信号のクロック信号１４０の強度を検波器１１３で検出し、その強度が最大となるように最大値制御回路１１４によって偏波コントローラ１０７の状態を自動的に制御している。これによって、伝送路の分散に応じた最適の分散量を設定し、常に最適の受信波形を得ることが可能となる。
【００４８】
図８は本発明の第４の実施形態であり、偏波コントローラ１０７と第１の偏波保持ファイバ１０３の間に偏光子１４１を配置して制御機構を簡素化し、常に所定量の波長分散を得られるようにした例である。
【００４９】
偏光子１４１は特定の偏波状態のみの光信号を透過する特性があるため、あらかじめ必要な分散量を与える入射偏波状態（例えば、図４（ｂ）のＢ点）に設定する。光分岐器１０９で出力光信号の一部を分岐し、光検出器１１１で受信した信号からローパスフィルタ１４２で光信号の強度に対応する成分を抽出し、その強度が常に最大となるように最大値制御回路１１４で制御を行うことで、信号光に対して常に所定量の波長分散を与えることが可能となる。また、本実施形態は波長分散素子１３０を、送信機・受信機と独立した波長分散補償器として実装している。これによって配置の自由度を高めることができる。
【００５０】
図９は本発明の第５の実施形態であり、前記第４の実施形態にさらに分散量可変の自由度を付加した例である。すなわち、入射端におかれた第１の偏波コントローラ１０７−１は常に偏光子１４１を透過する光信号強度が最大となるように制御を行うことによって、第１の偏波保持ファイバに対して常に同じ入力偏波状態が保たれるようにしている。
【００５１】
また、第２の偏波コントローラ１０７−２は、光検出器１１１で受信した受信信号中のビットレートの１／２の成分をバンドパスフィルタ１１２で抽出し、この強度が最大となるように制御回路１１４−２によって制御されている。この結果、第１の偏波保持ファイバ１０３と第２の偏波保持ファイバの１０８のなす角度が、常に最適の分散量が得られるように制御される。
【００５２】
図１０は本発明の第６の実施形態であり、偏波ダイバーシティ構成を取ることによって入射偏波状態に依存しない波長分散素子１３０を構成した例である。本例では、入力ファイバ１３１から入力された光信号は第１の偏波ビームスプリッタ１４４−１によって、第１の光路（垂直偏波成分）１４５と第２の光路（水平偏波成分）１４６に分離される。各光路にはそれぞれ前記本発明の原理に従って偏波保持ファイバが接続され、入射される垂直・水平偏波に対して同一量の波長分散が生じるように設定されている。
【００５３】
なお、本実施形態では、第１、第２、第３の３本の偏波保持ファイバ１０３、１０８、１４７を組合わせて波長分散を生成させている。このように偏波分散素子の数を増やすことによって高次の波長分散を生成し、図５における正弦波状の波長分散特性を矩形に近づけ、広い波長帯域にわたって一定の波長分散量を生成することが可能となる。
【００５４】
出力された信号光は、第２の偏波ビームスプリッタ１４４−２によって互いに直交する偏波状態として合成され、再び一本の出力光ファイバ１３２から出力される。このようにすれば、入力偏波状態にかかわらず、常に固定の分散量を得ることが可能となる。この結果、偏波コントローラを用いなくても、本発明の波長分散素子を受信端や伝送路の途中に配置し、分散補償を行うことが可能となる。
【００５５】
なお、例えば偏波コントローラを偏波保持ファイバ同士の接続点に配置することによって、入力偏波状態に無依存のまま偏波分散量を可変とすることも可能である。
【００５６】
図１１は本発明の第７の実施形態であり、本発明の波長分散補償方式を送信側に適用し、また偏波コントローラを用いずに送信光源の波長を制御した例である。送信装置内におかれた波長可変光送信機１５０から出力光信号は、接続点１０４−１を介して一定の偏波状態で第１の偏波保持ファイバ１０３、および第２の偏波保持ファイバ１０８に入力される。両偏波保持ファイバは接続点１０４−２で互いに主軸が合致しないように接続されており、波長分散を生成する。
【００５７】
このような状態でも偏波保持ファイバごとのわずかな長さの差異、環境温度の変化による長さの変化、送信光源の微妙な波長の変動などによって、入射偏波状態が所望の波長分散量を与える点からずれてしまう可能性がある。また、光ファイバ伝送路１０５の持つ波長分散量も必ずしも一定の値ではなく、個別の伝送路の長さの差異や波長分散特性の違い、伝送路の温度変化によって想定した値とは異なる波長分散量を持つことが考えられる。
【００５８】
本発明では、信号波長を変化させることによって図５に示すように波長分散特性を変化させることが可能である。したがって、本実施形態では送信光源の波長を変化させることで上記の波長分散量のずれを吸収する。光受信装置１０６内では、受信信号のＲｂ／２のが常に最大となるように最大値制御回路が信号波長を制御することによって、常に最良の波形を得ることができる。
【００５９】
なお、使用目的によっては、このような制御回路が必ずしも必須となるものではない。例えば機器稼動時に所定の分散量に設定し、以降は一定波長で固定したまま動作させるといった使用法も可能である。また、必要に応じて上記波長可変機能を偏波コントローラで置き換えたり、偏波コントローラや制御機能を追加することも可能である。
【００６０】
以上の全ての実施形態において、偏波保持ファイバ以外に、偏波分散素子としては数〜数１００ｐｓの偏波分散を持つ光学素子であれば使用することが可能である。このような素子としては、例えば図１２のように２個の偏波ビームスプリッタと可変光遅延機構を組合わせた例がある。
【００６１】
入力ファイバ１３１から入射された光信号は第１の偏波ビームスプリッタ１４４−１によって第１の光路（垂直偏波成分）１４５と第２の光路（水平偏波成分）１４６に分離され、片方の光路は第１のコリメートレンズ１５２−１によって空間中の並行光に変換されたのち、第２のコリメートレンズ１５２−２によって再び光ファイバに入力される。
【００６２】
２つの光路の光信号は第２の偏波ビームスプリッタ１４４−２によって再び偏光成分ごとに合波されるため、第１と第２のコリメートレンズ１５２−１、１５２−２の間隔を調整することによって、水平・垂直の２つの偏波成分間に希望の値の偏波分散を与える、可変偏波分散素子を実現することが可能となる。可変機構が不要の場合、上記可変光遅延機構は固定長の光ファイバなどで置き換えても構わない。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によって、光ファイバの波長分散と同様の効果が得られ、光ファイバ伝送による波形劣化を補償したり、光パルスの圧縮などを行うことが可能となる。また可変量の波長分散が生成できるので、伝送路の波長分散量の変化に応じた分散補償を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の光信号伝送システムの構成例を示すブロック図。
【図２】従来の可変分散補償器の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第２の実施形態の波長分散素子の構成例を示すブロック図。
【図４】ＰＭＤベクトルの合成と入射偏波の関係を示す説明図。
【図５】本発明の構成によって発生した波長分散を示す図。
【図６】本発明の第１の実施形態による分散補償効果を示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態の光受信装置部の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第４の実施形態の波長分散素子の構成例を示すブロック図。
【図９】本発明の第５の実施形態の波長分散素子の構成例を示すブロック図。
【図１０】本発明の第６の実施形態の波長分散素子の構成例を示すブロック図。
【図１１】本発明の第７の実施形態の光信号伝送システムの構成例を示すブロック図。
【図１２】可変偏波分散素子の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１００…光送信装置、１０１…光送信機、１０２…出力光ファイバ、１０３…第１の偏波保持ファイバ、１０４…接続点、１０５…光ファイバ伝送路、１０６…光受信装置、１０７…偏波コントローラ、１０８…第２の偏波保持ファイバ、１０９…光分岐器、１１０…光受信機、１１１…光検出器、１１２…バンドパスフィルタ、１１３…検波器、１１４…最大値制御回路、１１５…制御信号、１２０…光サーキュレータ、１２１…チャープト光ファイバグレーティング、１３０…波長分散素子、１３１…入力光ファイバ、１３２…出力光ファイバ、１３３…第１の偏波分散素子、１３４…第２の偏波分散素子、１３５…接続点、１３６…第１の偏波分散素子のＰＭＤベクトル、１３７…第２の偏波分散素子のＰＭＤベクトル、１３８…合成したＰＭＤベクトル、１４０…クロック信号、１４１…偏光子、１４２…ローパスフィルタ、１４３…受信光強度信号、１４４…偏波ビームスプリッタ、１４５…第１の光路、１４６…第２の光路、１４７…第３の偏波保持ファイバ、１５０…波長可変光送信機、１５１…可変偏波分散素子、１５２…コリメートレンズ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical technique such as optical information transmission using an optical fiber and optical short pulse generation.
[0002]
[Prior art]
In the ultrahigh-speed optical communication field, the transmission speed and transmission distance are greatly limited by the phenomenon of “wavelength dispersion” of optical fibers. Chromatic dispersion is a phenomenon in which light having different wavelengths is transmitted through optical fibers at different speeds. The optical spectrum of the optical signal modulated at high speed includes different wavelength components, and these components arrive at the receiving end at different times due to the influence of dispersion. As a result, it is known that the optical waveform after transmission causes a large waveform distortion.
[0003]
In order to avoid such influence of dispersion, a technique called chromatic dispersion compensation (hereinafter simply referred to as dispersion compensation) has been studied. Dispersion compensation is the placement of an optical device with the opposite chromatic dispersion characteristics of an optical fiber used in a transmission line in an optical transmitter or receiver, thereby canceling the chromatic dispersion characteristics of the optical fiber and reducing the distortion of the optical waveform. It is a technique to prevent.
[0004]
As a dispersion compensation method, a method using a dispersion compensation fiber having a wavelength dispersion having a sign opposite to that of a transmission line, or a device having an inverse dispersion characteristic such as an optical interferometer, an optical circuit, or an optical fiber grating has been studied.
[0005]
FIG. 2 shows an example of a conventional dispersion compensation method using an optical fiber grating. In the figure, 100 is an optical transmitter, 101 is an optical transmitter, 105 is an optical fiber transmission line, 106 is an optical receiver, 110 is an optical receiver, 120 is an optical circulator, and 121 is a chirped optical fiber grating.
[0006]
Here, the optical fiber grating is one in which a minute periodic refractive index change in the order of the wavelength of light is generated inside by irradiating the optical fiber with ultraviolet rays. Such an optical fiber has a characteristic of reflecting light having a wavelength determined by the period of the grating. When used for chromatic dispersion compensation, a chirped grating or the like that is designed so that the grating interval gradually changes in the longitudinal direction of the optical fiber so that a constant dispersion characteristic can be obtained in a wide wavelength range is used. .
[0007]
An optical signal transmitted from the optical transmitter 101 in the optical transmitter 100 is transmitted through the optical fiber transmission path 105 and then input to the optical receiver 106. In the case of trunk optical fiber transmission, since the length of the optical fiber transmission line 105 is several kilometers to several thousand kilometers, a large waveform deterioration occurs due to the wavelength dispersion of the optical fiber. The amount of chromatic dispersion depends on the type and distance of the optical fiber. For example, in the case of a normal dispersion fiber, the amount of dispersion is approximately 17 ps / nm / km per km.
[0008]
In a 10 Gbit / s transmission system, the dispersion tolerance of an optical signal is, for example, about 500 to 1000 ps / nm. Therefore, if the transmission path length is 30 to 60 km or more, waveform distortion becomes excessive and reception becomes impossible. Since the dispersion tolerance is reduced in inverse proportion to the square of the bit rate of the optical signal, the transmission rate becomes 1/16 in 40 Gbit / s transmission with a bit rate of 4 times, and the transmission limitation due to wavelength dispersion becomes more severe as the signal becomes faster. .
[0009]
In this conventional example, an optical fiber grating 121 is disposed in the optical receiver 106 in order to compensate for chromatic dispersion in the transmission line. The optical signal passes through the optical circulator 120 and is input to the optical fiber grating 121. The optical circulator 120 is a kind of optical nonreciprocal circuit, and is used to efficiently extract the optical signal reflected by the optical fiber grating 121.
[0010]
When the reflection band of the optical fiber grating 121 is set so as to coincide with the wavelength of the optical signal, the optical signal is reflected by the optical fiber grating 121 and is subjected to dispersion compensation by the chromatic dispersion characteristic of the grating 121 at that time. The reflected optical signal returns to the optical circulator 120 and is transmitted to the optical receiver 110.
[0011]
The above conventional method is an example of a chromatic dispersion compensation method. As another typical method, a dispersion compensating fiber (DCF) having a chromatic dispersion opposite in sign to that of a transmission line is provided between an optical transmitter and an optical receiver. The method of inserting is widely used. Further, the wavelength dispersion element is not limited to optical fiber transmission, and is widely used in fields such as optical short pulse compression and optical pulse generation.
[0012]
However, these conventional dispersion compensation methods and wavelength dispersion elements also have various problems. In the case of performing a fixed amount of dispersion compensation, a dispersion compensating fiber requires a long compensating fiber extending from several kilometers to several hundred kilometers, which increases the storage space for the fiber and increases the cost. In addition, an extra optical amplifier may be required to compensate for the loss of the dispersion compensating fiber. Furthermore, the dispersion compensating fiber generally has a small mode field diameter, which causes a large optical fiber nonlinear effect and may cause distortion of the transmission waveform.
[0013]
In the case of an optical fiber grating, there is a ripple with respect to the wavelength on the transmission characteristics and chromatic dispersion characteristics, so that the compensation characteristics change greatly with respect to slight wavelength changes. Therefore, it is known that the transmission characteristics when used for dispersion compensation are inferior to those of the dispersion compensation fiber. In addition, due to manufacturing problems, it is difficult to produce a product with a large dispersion amount or wavelength band, and a product with a narrow band requires temperature and wavelength stabilization.
[0014]
In addition, with dispersion compensating fibers, in principle, the amount of dispersion cannot be varied continuously, and it is possible to realize variable dispersion compensation that continuously changes the amount of dispersion according to the change in the amount of dispersion in the transmission line. Impossible.
[0015]
In the case of an optical fiber grating, an example of realizing continuous tunable dispersion compensation is, for example, (Reference 1) Proceedings of 21st European Conference on Optical Communication (ECOC'95), 1995, paper We.B.1.7, pp585-587. As described above, a method has been reported in which chirped gratings are generated and dispersion-compensated transmission is performed by creating a temperature gradient in the longitudinal direction of a uniform optical fiber grating. In this case, a variable amount of dispersion compensation can be performed by controlling the temperature gradient. However, this method has problems such as increased power consumption, difficulty in obtaining a uniform temperature gradient, slow control speed, ripples in chromatic dispersion, etc., and insufficient dispersion compensation. There was a problem in practicality.
[0016]
An object of the present invention is to provide a chromatic dispersion element and a chromatic dispersion compensation method that have solved the above-described problems.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is to connect a plurality of polarization dispersion elements in cascade with the main axes shifted from each other, and input the signal light while shifting it from the polarization main axis of the first polarization dispersion element on the input side. This is achieved by applying chromatic dispersion. In particular, the use of a polarization maintaining fiber as the polarization dispersion element facilitates the realization thereof.
[0018]
Furthermore, by setting the polarization dispersion amount of the first polarization dispersion element on the input side to 1 / (2Rb) or less (Rb is the bit rate of the signal light), the wavelength band of the chromatic dispersion compensation method is changed to the wavelength of the optical signal. Since it can be wider than the band, effective chromatic dispersion compensation is possible.
[0019]
Further, the absolute value of the maximum chromatic dispersion generated in the present invention is 10 ^Ten × T ² By setting (unit: sec / nm, T is pulse width of optical signal: sec) or more, a dispersion amount suitable for dispersion compensation and pulse compression can be obtained.
[0020]
In addition, a polarization state control circuit such as a polarization controller is disposed at the input of the wavelength dispersion element so as to control the polarization state, or by varying the amount of polarization dispersion of the polarization dispersion element. Even when the wave state, the signal wavelength, or the length or temperature of the polarization dispersion element changes, it is possible to always maintain the same amount of dispersion.
[0021]
Also, even if there is a fluctuation in polarization due to the transmission line optical fiber, the change can be compensated, so that this chromatic dispersion compensation method can be arranged on the receiving side or separately on the transmitting side and the receiving side.
[0022]
In addition, by changing the incident polarization state input to the polarization dispersion element by using the polarization state control circuit, the polarization state control means is disposed at the connection portion of the polarization dispersion element, and the polarization dispersion element By changing the connection state between them, a variable amount of chromatic dispersion can be generated.
[0023]
An optical transmission system having a chromatic dispersion compensation function can be realized by combining this chromatic dispersion element or chromatic dispersion compensation method with an optical transmitter and an optical receiver. At this time, the plurality of polarization dispersion elements can be appropriately separated into the transmission apparatus and the reception apparatus, and a flexible system configuration is possible.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of the configuration of a dispersion-compensated optical transmission system showing a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, the first and second polarization dispersion elements, which are main components of the present invention, are arranged separately on the transmission side and the reception side.
[0025]
An optical signal output from the output optical fiber 102 in the optical transmitter 101 in the optical transmitter 100 is input to the first polarization maintaining fiber 103 that is a polarization dispersion element via the connection point 104. At the connection point 104, the output optical fiber 102 and the first polarization maintaining fiber 103 are connected at a constant angle, and the polarization state of the signal light is the polarization main axis (hereinafter referred to as the main axis) of the first polarization maintaining fiber. It is set to be input in a state deviating from (abbreviation). Thereafter, the optical signal is transmitted through an optical fiber transmission line 105 having chromatic dispersion.
[0026]
The optical signal after transmission is input to the optical receiver 106, and is input to the optical receiver 110 through the second polarization maintaining fiber 108 via the polarization controller 107, which is a polarization state control means. At this time, by controlling the polarization state of the incident optical signal by the polarization controller 107, chromatic dispersion characteristics can be generated according to the principle described later.
[0027]
In this embodiment, the polarization controller 107 has a function of always inputting the polarization state changed by the optical fiber transmission to the second polarization maintaining fiber 108 at the same incident angle, and adjusting the incident angle as necessary to make it variable. It plays two roles in generating a quantity of chromatic dispersion. For example, the above two roles can be achieved simultaneously by controlling the polarization controller 107 so that the received waveform is always the best.
[0028]
In the example in which the first and second polarization dispersion elements are arranged separately on the transmission side and the reception side as in this embodiment, the first polarization dispersion element is arranged immediately after the optical transmitter. Therefore, there is an advantage that the input polarization state can always be made constant without using a polarization controller on the transmission side.
[0029]
The above control methods include various control methods such as a control method that maximizes the received signal waveform aperture, a control that minimizes the error rate of the received signal, and a control that maximizes the clock component of the received signal. Can be considered. FIG. 1 shows, as an example, the configuration of a control system that maximizes a half of the received signal bit rate.
[0030]
A part of the optical signal branched by the optical splitter 109 is converted into an electrical signal by the photodetector 111, and the band pass filter 112 extracts only a frequency component of ½ of the signal bit rate from the optical signal. The detector 113 detects the signal that has passed through the bandpass filter 112 and detects its intensity. The maximum value control circuit 114 controls the polarization controller 107 so that the output signal of the detector 113 becomes maximum.
[0031]
Since the polarization controller 107 is generally composed of a plurality of control elements (such as a rotating wave plate and a phase modulator), the maximum value control circuit 114 uses a multivariable control method such as dithering of control signals and a hill-climbing method. As long as the control signal 115 is changed, any configuration such as computer control or an analog circuit may be used.
[0032]
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. As the simplest configuration of the wavelength dispersion element 130 using the present invention, two components, a first polarization dispersion element 133 and a second polarization dispersion element 134, are shown. The polarization dispersion element is connected at the connection point 135 while shifting the main axis. The optical signal is input from the input fiber 131, passes through these polarization dispersion elements, and is output from the output fiber 132.
[0033]
The principle of chromatic dispersion generation is as follows. The transmission characteristic of the wavelength dispersion element 130 at a specific wavelength is expressed as a combination of PMD (polarization mode dispersion) vectors of two polarization dispersion elements as shown in FIG. The PMD vector is a vector on the Poincare sphere, and indicates the polarization dispersion amount and direction of the polarization dispersion element. The direction of the vector indicates the slow axis direction of the polarization main axis of the polarization dispersion element, and the length indicates the magnitude of polarization dispersion. When two PMD vectors are connected at an angle that is not parallel to each other (without matching the main axes), the direction of the synthesized PMD vector has a wavelength dependency, and rotates within the Poincare sphere, for example, as shown in FIG. Will do.
[0034]
This figure is an example in which the magnitude of the first PMD vector is 39 ps, the magnitude of the second PMD vector is 49 ps, and the angle is approximately 142 degrees. In this example, the size of the combined PMD vector is approximately 30 ps, and the signal wavelength λ ₀ = 1555.03 nm, which is oriented 138-2. PMD vectors 138-1 and 138-3 are vectors when the signal wavelength is shifted to the short wavelength / long wavelength side by a minute amount dλ. Thus, an optical signal input in a specific polarization state to an element having a PMD vector rotating according to the wavelength is subjected to chromatic dispersion because the delay amount of the optical signal is different for each wavelength.
[0035]
For example, the wavelength dispersion received by the optical signals incident on the points A and B on the Poincare sphere in FIG. 4B is as shown in FIGS. 5A and 5B, respectively. When the signal wavelength is 1555.03 nm, the amount of dispersion is almost zero for the polarization state of A, and the wavelength dispersion of about −450 ps / nm occurs for the polarization state of B. The amount of dispersion is determined by the size and connection state of the first and second polarization dispersion elements, and the incident polarization / signal wavelength. Therefore, a variable amount of wavelength dispersion element can be configured by making any one of these parameters variable.
[0036]
As shown in the figure, the wavelength dispersion characteristic has a periodicity of the reciprocal of the amount of the first polarization dispersion element with respect to the wavelength (in this example, the reciprocal of 39 ps is 25.6 GHz, that is, about 0.2 nm). Therefore, when used for chromatic dispersion compensation in optical fiber transmission, in order to obtain a substantially constant dispersion amount in the signal wavelength band, when the signal wavelength is Rb, the size of the first polarization dispersion element is at least 1 /. (2Rb) It is necessary to make it below.
[0037]
In wavelength division multiplexing, it is possible to apply chromatic dispersion compensation to a plurality of optical signals simultaneously by making the period coincide with the interval between signal wavelengths or by making the wavelength interval an integer multiple of the period. For example, in wavelength division multiplexing transmission at intervals of 100 GHz, the first polarization dispersion amount may be set to a value such as 10 ps, 20 ps, or 33 ps. Of course, this method may be applied in a state where every other optical signal having a wavelength of two is extracted and set at intervals of 200 GHz or 300 GHz.
[0038]
Further, the maximum amount of chromatic dispersion generated in the present invention is a value obtained by multiplying the projection (cosine) of the composite PMD length on the rotation surface by the rotation speed. In order to perform practical dispersion compensation in normal optical transmission with intensity modulation, the absolute value is 10 ^Ten × T ² (Unit: sec / nm, T is pulse width of optical signal: sec) or more is necessary. For example, in 10 Gbit / s NRZ transmission, since the pulse width is 100 ps, this dispersion amount is 100 ps / nm.
[0039]
In general, the output optical fiber 102 itself may also use a polarization maintaining fiber in order to maintain the polarization state of the output light from the optical transmitter. However, in this case, since the polarization of the signal light is incident so as to coincide with the main axis of the polarization maintaining fiber, it can be determined that it is different from the usage of the first polarization maintaining fiber 103 of the present invention. In addition, the first polarization maintaining fiber 103 of the present invention can be directly attached to the optical transmitter 101 and also used as the output optical fiber 102. In this case, although the connection point 104 does not exist, it can be determined whether it is a component of this invention by whether the incident optical signal has shifted | deviated from the main axis | shaft.
[0040]
As a means for connecting optical fibers at the connection point 104, any method of splicing (fusion / mechanical splicing) between fibers, connector connection, or connection via an optical system such as a wavelength plate or a lens system may be used.
[0041]
As the polarization controller 107 which is a polarization state control means, various operation principles such as a liquid crystal type, a lithium niobate type, and a rotating wavelength plate type can be used. In principle, when placed immediately after an optical fiber transmission line, etc., it is desirable to be able to follow the change in the polarization state infinitely and be able to completely convert the polarization state. In the case where the polarization maintaining fibers are arranged at the connection point, even if the degree of freedom of the polarization state of input and output is limited, it can be used. If it is not necessary to automatically control the amount of dispersion and the input polarization, it may be manual.
[0042]
FIG. 6 shows the dispersion compensation effect according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6A shows a waveform after an optical signal intensity-modulated by the NRZ (Non Return-To-Zero) method at a bit rate of 10 Gbit / s is transmitted by about 80 km (dispersion amount 1400 ps / nm) through a normal dispersion fiber. Yes, the eye pattern is greatly distorted. On the other hand, in this embodiment, the first polarization maintaining fiber is set to 30 ps, the second polarization maintaining fiber is set to 70 ps, and the state of the polarization controller is controlled so that the reception waveform is optimized. As a result, the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line was compensated, and the waveform was improved as shown in FIG.
[0043]
Here, although not shown in the present embodiment, elements such as an optical amplifier and an optical filter can be added at appropriate positions in the transmission line. Further, it can be used in combination with a conventional dispersion compensation method as required.
[0044]
The application of the present invention is not necessarily limited to optical transmission, and can be applied to any place where a conventional wavelength dispersion element is used. Examples of this include short optical pulse generation and pulse compression.
[0045]
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. By placing the polarization controller 107 immediately after the input optical fiber 131, the incident polarization state to the first polarization maintaining fiber 103 can be freely changed. And is incorporated in the optical receiver 106.
[0046]
The polarization controller 107 can set the direction of incident polarization to an arbitrary point on the Poincare sphere. For this reason, even if the polarization state fluctuates by transmitting through the optical fiber transmission line, a dispersion compensation effect can always be obtained. Further, the amount of dispersion can be varied as shown in FIGS. 5A and 5B by changing the polarization state output from the polarization controller 107.
[0047]
In this example, the detector 113 detects the intensity of the clock signal 140 of the received signal extracted from the receiver 110, and the maximum value control circuit 114 automatically changes the state of the polarization controller 107 so that the intensity becomes maximum. I have control. As a result, it is possible to set an optimum dispersion amount according to the dispersion of the transmission path and always obtain an optimum received waveform.
[0048]
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention, in which a polarizer 141 is arranged between the polarization controller 107 and the first polarization maintaining fiber 103 to simplify the control mechanism and always provide a predetermined amount of chromatic dispersion. This is an example obtained.
[0049]
Since the polarizer 141 has a characteristic of transmitting an optical signal only in a specific polarization state, it is set in advance to an incident polarization state (for example, point B in FIG. 4B) that gives a necessary amount of dispersion. A part of the output optical signal is branched by the optical splitter 109, a component corresponding to the intensity of the optical signal is extracted from the signal received by the photodetector 111 by the low-pass filter 142, and the maximum is obtained so that the intensity is always maximized. By controlling the value control circuit 114, it is possible to always give a predetermined amount of chromatic dispersion to the signal light. In this embodiment, the chromatic dispersion element 130 is mounted as a chromatic dispersion compensator independent of the transmitter / receiver. Thereby, the freedom degree of arrangement | positioning can be raised.
[0050]
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention, which is an example in which a degree of freedom of variable dispersion is further added to the fourth embodiment. That is, the first polarization controller 107-1 placed at the incident end always controls the first polarization maintaining fiber so that the intensity of the optical signal transmitted through the polarizer 141 is maximized. The same input polarization state is always maintained.
[0051]
Further, the second polarization controller 107-2 extracts a half component of the bit rate in the received signal received by the photodetector 111 by the band pass filter 112, and controls so that the intensity becomes maximum. It is controlled by the circuit 114-2. As a result, the angle formed by the first polarization-maintaining fiber 103 and the second polarization-maintaining fiber 108 is controlled so that an optimum amount of dispersion is always obtained.
[0052]
FIG. 10 shows a sixth embodiment of the present invention, which is an example in which a chromatic dispersion element 130 independent of the incident polarization state is configured by adopting a polarization diversity configuration. In this example, the optical signal input from the input fiber 131 is transferred to the first optical path (vertical polarization component) 145 and the second optical path (horizontal polarization component) 146 by the first polarization beam splitter 144-1. To be separated. Each optical path is connected to a polarization maintaining fiber according to the principle of the present invention, and is set so that the same amount of chromatic dispersion occurs with respect to incident vertical and horizontal polarizations.
[0053]
In this embodiment, the first, second, and third polarization maintaining fibers 103, 108, and 147 are combined to generate chromatic dispersion. By increasing the number of polarization dispersion elements in this way, higher-order chromatic dispersion can be generated, and the sinusoidal chromatic dispersion characteristic in FIG. 5 can be made closer to a rectangle to generate a certain amount of chromatic dispersion over a wide wavelength band. It becomes possible.
[0054]
The output signal light is combined as a polarization state orthogonal to each other by the second polarization beam splitter 144-2 and output from one output optical fiber 132 again. In this way, it is possible to always obtain a fixed amount of dispersion regardless of the input polarization state. As a result, even without using a polarization controller, the wavelength dispersion element of the present invention can be arranged in the middle of the receiving end or the transmission path to perform dispersion compensation.
[0055]
For example, by arranging a polarization controller at a connection point between polarization maintaining fibers, the polarization dispersion amount can be made variable without depending on the input polarization state.
[0056]
FIG. 11 shows a seventh embodiment of the present invention, which is an example in which the wavelength dispersion compensation method of the present invention is applied to the transmission side, and the wavelength of the transmission light source is controlled without using the polarization controller. The output optical signal from the wavelength tunable optical transmitter 150 placed in the transmission apparatus is in a constant polarization state via the connection point 104-1, and the first polarization maintaining fiber 103 and the second polarization maintaining fiber. 108 is input. Both polarization maintaining fibers are connected at a connection point 104-2 so that their principal axes do not coincide with each other, and generate chromatic dispersion.
[0057]
Even in such a state, the incident polarization state does not achieve the desired amount of chromatic dispersion due to a slight length difference for each polarization-maintaining fiber, a change in length due to a change in environmental temperature, a subtle variation in the wavelength of the transmission light source, etc. There is a possibility of deviating from the given point. In addition, the chromatic dispersion amount of the optical fiber transmission line 105 is not necessarily a constant value, and the chromatic dispersion is different from the value assumed by the difference in length of individual transmission lines, the difference in chromatic dispersion characteristics, and the temperature change of the transmission line. It is conceivable to have a quantity.
[0058]
In the present invention, it is possible to change the chromatic dispersion characteristic as shown in FIG. 5 by changing the signal wavelength. Therefore, in the present embodiment, the shift of the chromatic dispersion amount is absorbed by changing the wavelength of the transmission light source. In the optical receiver 106, the maximum value control circuit controls the signal wavelength so that the Rb / 2 of the received signal always becomes maximum, so that the best waveform can always be obtained.
[0059]
Note that such a control circuit is not necessarily required depending on the purpose of use. For example, it is possible to use a method in which a predetermined dispersion amount is set when the device is in operation, and thereafter the device is operated with a fixed wavelength. Further, if necessary, the wavelength variable function can be replaced with a polarization controller, or a polarization controller and a control function can be added.
[0060]
In all the above embodiments, in addition to the polarization-maintaining fiber, any optical element having a polarization dispersion of several to several hundreds ps can be used as the polarization dispersion element. An example of such an element is a combination of two polarization beam splitters and a variable optical delay mechanism as shown in FIG.
[0061]
The optical signal incident from the input fiber 131 is separated into a first optical path (vertical polarization component) 145 and a second optical path (horizontal polarization component) 146 by the first polarization beam splitter 144-1, The optical path is converted into parallel light in the space by the first collimating lens 152-1 and then input to the optical fiber again by the second collimating lens 152-2.
[0062]
Since the optical signals of the two optical paths are multiplexed again for each polarization component by the second polarization beam splitter 144-2, the interval between the first and second collimating lenses 152-1 and 152-2 is adjusted. Thus, it is possible to realize a variable polarization dispersion element that gives a desired value of polarization dispersion between two horizontal and vertical polarization components. When the variable mechanism is unnecessary, the variable optical delay mechanism may be replaced with a fixed-length optical fiber or the like.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, an effect similar to that of chromatic dispersion of an optical fiber can be obtained, and waveform deterioration due to optical fiber transmission can be compensated, and optical pulses can be compressed. In addition, since a variable amount of chromatic dispersion can be generated, dispersion compensation can be performed in accordance with a change in the chromatic dispersion amount of the transmission line.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an optical signal transmission system according to a first embodiment of this invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a conventional variable dispersion compensator.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a wavelength dispersion element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between PMD vector synthesis and incident polarization.
FIG. 5 is a diagram showing chromatic dispersion generated by the configuration of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a dispersion compensation effect according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an optical receiving device unit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a wavelength dispersion element according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of a wavelength dispersion element according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of a wavelength dispersion element according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of an optical signal transmission system according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of a variable polarization dispersion element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Optical transmitter, 101 ... Optical transmitter, 102 ... Output optical fiber, 103 ... 1st polarization maintaining fiber, 104 ... Connection point, 105 ... Optical fiber transmission line, 106 ... Optical receiver, 107 ... Polarization Controller 108 108 Second polarization maintaining fiber 109 Optical splitter 110 Optical receiver 111 Optical detector 112 Bandpass filter 113 Detector 114 Maximum value control circuit 115 Control signal, 120 ... optical circulator, 121 ... chirped optical fiber grating, 130 ... wavelength dispersion element, 131 ... input optical fiber, 132 ... output optical fiber, 133 ... first polarization dispersion element, 134 ... second polarization Dispersion element, 135 ... connection point, 136 ... PMD vector of the first polarization dispersion element, 137 ... PMD vector of the second polarization dispersion element, 138 ... synthesis PMD vector, 140 ... clock signal, 141 ... polarizer, 142 ... low pass filter, 143 ... received light intensity signal, 144 ... polarization beam splitter, 145 ... first optical path, 146 ... second optical path, 147 ... first 3 polarization maintaining fibers, 150... Wavelength tunable optical transmitter, 151... Variable polarization dispersion element, 152.

Claims

Having a first polarization dispersion element and a second polarization dispersion element;
The first main axis of the first polarization dispersion element and the second main axis of the second polarization dispersion element are shifted from each other, and the first and the second are arranged so as not to be orthogonal to each other. A second polarization dispersion element connected in cascade;
When the signal light is input to the first polarization dispersion element, the polarization plane of the signal light is shifted from the polarization main axis on the input side of the first polarization dispersion element,
The chromatic dispersion apparatus is characterized in that a polarization dispersion amount of the first polarization dispersion element on the input side is 1 / (2Rb) or less (Rb is a bit rate of signal light: bps).

The chromatic dispersion device according to claim 1, wherein the polarization dispersion element is a polarization maintaining fiber.

2. The absolute value of the maximum amount of chromatic dispersion generated by the polarization dispersion element is 10 ¹⁰ × T ² (unit: sec / nm, T is the pulse width of an optical signal: sec) or more. Or the wavelength dispersion device according to any one of 2;

In any one of Claims 1 thru | or 3 , a polarization state control means is arrange | positioned in the input part of the said signal light, or the connection part of the said 1st polarization dispersion element and the said 2nd polarization dispersion element, The chromatic dispersion apparatus according to claim 1, wherein the polarization dispersion amount of the polarization dispersion element is variable.

5. The wavelength dispersion apparatus according to claim 1, further comprising means for automatically controlling the polarization state control means so that a received waveform becomes desired.

A chromatic dispersion compensation system comprising the chromatic dispersion device according to claim 1.

An optical transmission system comprising at least an optical transmission device, an optical reception device, and the wavelength dispersion device according to claim 1.

Having an optical transmitter and an optical receiver,
Including the wavelength dispersion device according to claim 1,
The first polarization dispersion element is provided on the transmission device side, the second polarization dispersion element is provided on the reception device side,
The transmitting device and the receiving device are arranged separately,
An optical transmission system, wherein an optical fiber transmission line is provided between the first polarization dispersion element and the second polarization dispersion element.