CN101819329B - 极化模式色散抑制方法和极化模式色散抑制装置 - Google Patents

极化模式色散抑制方法和极化模式色散抑制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种极化模式色散抑制装置和方法。第1极化面控制器(20)调整输入信号(19)的极化状态，生成第1极化面调整信号(21)。可变DGD补偿器(22)对第1极化面调整信号赋予DGD，生成第1PMD补偿信号(23)。第2极化面控制器(24)调整第1PMD补偿信号的极化状态，生成第2极化面调整信号(25)。偏振光束分光器(26)分别生成并输出构成第2极化面调整信号的正交的2个成分的一方的成分的高次PMD抑制信号(27)、和构成另一方的成分的监测信号(29)。光载波波长成分强度检测步部(30)生成反映了光载波波长成分的强度的光载波强度信号(31)。控制信号生成器(32)根据光载波强度信号，调整第1极化面控制器等，以使光载波波长成分强度成为最小。

Description

极化模式色散抑制方法和极化模式色散抑制装置
技术领域
本发明涉及用于补偿在光传送系统中因光纤传送路的极化模式色散(PMD：Polarization Mode Dispersion)所产生的光脉冲的时间波形的失真的PDM抑制方法和PMD抑制装置。
背景技术
在通信速度超过10Gbit的高速光传送中，限制不经过中继站可传送的距离的重要原因之一是，构成光脉冲信号的光脉冲由于在光纤传送路中传播而产生的光脉冲时间波形的失真。产生该光脉冲时间波形的失真的原因之一是PMD，而该PMD基于下述的原理而产生。
在光纤的制造过程中，由于对光纤传送路施加的弯曲应力、或温度变化影响等，光纤芯的剖面形状从正圆产生微小的偏差，由此，光纤产生复折射性。基于该复折射性，产生了在光纤中传播的光脉冲的传播相位速度依赖于光电场的振动方向的现象。光脉冲的传播相位速度大的振动方向被称为快轴(fast axis)、小的方向被称为慢轴(slow axis)。
若光脉冲在光纤传送路中传播，则由于该复折射性，在光脉冲的正交的极化成分之间产生传播时间差，即，群延迟(DGD：DifferentialGroup Delay)。这种现象就是PMD。
在光纤传送路中产生的PMD的大小程度由PMD系数(单位：ps/km1/2)所决定。根据国际电气通信联合的电气通信标准部门(ITU：International Telecommunication Union TelecommunicationStandardization Sector)的推荐，关于标准的单模光纤(Single ModeFiber)的PMD系数，希望是0.2ps/km1/2以下。但是，根据光纤网的敷设年代不同，构成所使用的光纤传送路的光纤的PDM系数存在差异。
如果光纤传送路的DGD值的倒数大于光脉冲信号的频谱带宽，则不能忽略高次PMD的影响。公知，高次PMD是如下的现象：相对作为光脉冲信号的光载波的频率(波长)，除了表现为PMD矢量的终端在庞加莱球上的旋转的主极化状态(PSP：Principal State of Polarization)的变化以外，平行于快轴的光电场成分与平行于慢轴的光电场成分的传播速度之差依赖于光载波的频率(波长)而变化。该现象被称为极化依赖性波长色散(PCD：Polarization dependent Chromatic Dispersion)。
对于高次PMD，也可以进行如下的说明。当光脉冲在光纤传送路中传播的情况下，在光脉冲的波长谱成分中的短波长成分与长波长成分之间，其快轴和慢轴的方向不同。即，在把光纤传送路的波导方向设定为z轴的情况下，快轴和慢轴的方向的z轴依赖性按每个波长成分不同而不同，而且，DGD的值也按每个波长成分不同而不同，由此，使得光脉冲的时间波形形成复杂变形。这样，由于快轴和慢轴的方向的变化和DGD值依赖于波长而变化所产生的PMD，是高次PMD。
公知，如果只限于1次PDM，则不存在这些波长依赖性，而2次PDM是如下的现象：这些波长依赖性以一定比例变化。
PMD根据光纤传送路的温度变化和从外部对该光纤施加的外部应力而变化，所以相对于时间而变动。因此，在用于补偿起因于PMD的光脉冲的时间波形失真的PMD抑制方法中，公知有自适应地进行光学抑制的方法、或进行电抑制的方法。
电抑制方法由于受到电子器件的动作速度的上限的限制，所以，难以进行传送速度超过40Gbit/s的光脉冲信号的PMD抑制。因此，需要采用光学抑制方法。由于实现PMD的光学抑制方法的PMD抑制装置具有不依赖于光脉冲信号的调制格式和传送速率的良好的特点，所以，被广泛地研究。
作为为了实现自适应抑制动作所需要的信号，例如可以利用提供光脉冲信号频谱内的极化均匀性的极化度(DOP：Degree of Polarization)，公知有一种增大该DOP的控制方法。可通过利用偏振光解析装置测定斯托克斯参数，来计算出DOP。
另外，作为抑制包含高次成分的PMD的方法，公开有一种在1次PMD补偿装置的后级，依次配置极化面控制器和偏振光束分光器(PBS：Polarization Beam Splitter)，除去去极化(Depolarization)成分的方法(例如参照非专利文献1的图1、和非专利文献2的图1(a))。
根据非专利文献1所公开的方法，以使DOP成为最大的方式对1次PMD补偿部进行控制，并且，高次PMD抑制部控制极化面控制器，以使PBS的一方的输出信号强度成为最小。
另一方面，根据非专利文献2所公开的方法，在与上述非专利文献1所公开的高次PMD抑制部相同结构的高次PMD抑制部中，1次PMD补偿部和高次PMD抑制部的双方都监视PBS的一方的输出信号强度，并且以使该输出信号强度成为最小的方式进行控制。由此，非专利文献2所公开的方法能够使用省略了DOP监视器的结构的装置来实现。即，非专利文献2所公开的方法是，利用了以下两种状态相等的情况的方法，即，通过控制PMD补偿装置整体的参数使PBS的一方的输出信号的强度成为最小的状态、与在1次PMD补偿部中以使DOP成为最大的方式进行了控制的状态相等。
[非专利文献1]Julien Poirrier，Fred Buchali，and Henning Bulow.“Higher Order PMD Canceller”.OFC2002.W14.
[非专利文献2]K.1keda，“Simple PMD Compensator with HigherOrder PMD Mitigation”.OFC2003.MF90.
[非专利文献3]Magnus Karlsson，Chongjin Xie，Henrik Sunnerud，and Peter A.Andrekson，“Higher Order Polarization Mode DispersionCompensator with Three Degrees of Freedom”.OFC2001.MO1-1.
在以往的高次PMD抑制装置中，首先，如上述非专利文献1所公开的那样，在补偿1次PMD的功能部分(1次PMD补偿部)中，形成由光载波波长中的PMD矢量和大小相等且方向相反的PMD矢量所给出的状况，通过将两者的矢量相加，来补偿1次PMD。并在此基础上，通过利用PBS除去高次PMD成分，获得最佳的控制状态。在以下的说明中，把形成实现PMD矢量和大小相等且方向相反的PMD矢量的状况，并通过将两者的矢量相加，来补偿(Compensate)1次PMD的情况，也称为对PMD矢量进行等化(Equalization)。
公知，在以往的高次PMD抑制装置中，在1次PMD补偿部中，作为用于补偿1次PMD的基准的监测信号而使用DOP，在高次PMD抑制部中，作为用于抑制高次PMD的基准的监测信号而使用从PBS输出的信号。公知，在1次PMD补偿部中以使DOP成为最大的方式而控制成的状态是，即使在受到高次PMD的影响的光脉冲信号的光脉冲中，在光脉冲的时间轴上的扩展(光脉冲的时间波形的失真量)也为最小的状态(例如，参照非专利文献3)。
一般，1次PMD补偿部由组合了1/4波长板和1/2波长板的极化面控制器和可变DGD补偿器构成，具有1/4波长板和1/2波长板的旋转自由度和可变DGD补偿器的DGD调整自由度的合计3个自由度的1次PMD补偿功能。在这种结构的1次PMD补偿部中，由于如上述那样以DOP成为最大的方式进行控制的情况，相当于把光脉冲的频谱内的以波长为单位的PSP进行平均来进行补偿的情况，所以，即使在如上述那样受到了高次PMD影响的光脉冲信号的光脉冲中，其失真量也成为最小。
但是，对具有上述的波长依赖性的PSP进行平均而进行补偿后的控制状态，与光载波波长中的PMD矢量被等化的状态不同。在上述以往的高次PMD抑制装置中，构成为对从1次PMD补偿部输出的信号由PBS除去非偏振光成分的结构。因此，相比输入信号的波长成分中的光载波波长中的PSP由1次PMD补偿部补偿的状态，PMD的抑制效果小。
在以往的PMD抑制装置中，不具有监视是否如上述那样实施了用于实现有效的高次PMD抑制的、处于最佳状态的光载波波长中的PSP补偿的装置，因而难以有效地获得高次PMD抑制效果。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种在1次PMD补偿部中能够设定成补偿光载波波长中的DGD的控制状态，在高次PMD抑制部中能够设定成有效地抑制高次PMD的控制状态的PMD抑制方法、和用于实现该方法的PMD抑制装置。
本发明申请的发明者着眼于相对于波长变化PMD矢量的终端在庞加莱球上旋转的、表现为PMD的固有轴的旋转的PSP的变动现象。而且，认识到，通过取出光载波波长成分，把其强度信息作为控制信号利用，可实现1次PMD补偿部的光载波波长中的1次PMD补偿、和在高次PMD抑制部中的非偏振光成分的除去，从而可获得良好的高次PMD抑制效果。
即，确认到，如果把从PMD抑制装置输出的输出信号的正交极化波成分的一方的成分分光，把光载波波长成分作为监测信号取出，并把该光载波波长成分的强度信息作为PMD抑制的控制信号利用，则可有效地进行1次PMD的补偿和高次PMD的抑制。而且，通过实验，确认到，根据该方法，相比以往的方法，可更有效地抑制高次PMD。
根据基于上述理念的本发明的主旨，提供以下的PMD抑制装置和PMD抑制方法。
根据本发明的第1主旨的PMD抑制方法，构成为包括第1极化面控制步骤、DGD补偿步骤、第2极化面控制步骤、偏振光分离步骤、光载波波长成分强度检测步骤、和控制步骤。
第1极化面控制步骤，对于被作为输入信号输入的被PMD抑制信号，调整该输入信号的极化状态来生成第1极化面调整信号。
DGD补偿步骤，对上述第1极化面调整信号的正交固有极化模式的一方的极化模式成分，赋予群延迟，来生成第1PMD补偿信号。
通过上述的第1极化面控制步骤和DGD补偿步骤，可获得1次PMD的补偿效果。
第2极化面控制步骤，调整第1PMD偿信号的极化状态来生成第2极化面调整信号。
偏振光分离步骤，分别生成并输出构成第2极化面调整信号的正交的2个成分的一方的成分的高次PMD抑制信号、和构成另一方的成分的监测信号。
通过上述的第2极化面控制步骤和偏振光分离步骤，可获得高次PMD的抑制效果。
光载波波长成分强度检测步骤，测定监测信号中的输入信号的光载波波长成分的强度，生成反映了该光载波波长成分的强度的光载波强度信号。
控制步骤，根据光载波强度信号，以使上述光载波波长成分的强度成为最小的方式，调整被PMD抑制信号的极化状态，且，对第1极化面调整信号的正交固有极化模式的一方的极化模式成分赋予DGD，并且调整第1PMD补偿信号的极化状态。
实现本发明的第1主旨的PMD抑制方法的本发明的第2主旨的PMD抑制装置，具有第1极化面控制器、可变DGD补偿器、第2极化面控制器、偏振光束分光器、光载波波长成分强度检测部、和控制信号生成器。由第1极化面控制器和可变DGD补偿器构成1次PMD补偿器，由第2极化面控制器和偏振光束分光器构成高次PMD抑制部。
第1极化面控制器，对于被作为输入信号输入的被PMD抑制信号，调整该输入信号的极化状态来生成第1极化面调整信号。
可变DGD补偿器输入第1极化面调整信号，对该第1极化面调整信号的正交固有极化模式的一方的极化模式成分赋予DGD，来生成第1PMD补偿信号。
第2极化面控制器，输入第1PMD补偿信号，调整该第1PMD补偿信号的极化状态，来生成第2极化面调整信号。
偏振光束分光器，输入第2极化面调整信号，分别生成并输出构成该第2极化面调整信号的正交的2个成分的一方的成分的高次PMD抑制信号、和构成另一方的成分的监测信号。
光载波波长成分强度检测部，输入监测信号，并测定该监测信号中包含的输入信号的光载波波长成分的强度，生成反映了该光载波波长成分的强度的光载波强度信号。
控制信号生成器，输入光载波强度信号，根据该光载波强度信号，生成以使上述光载波波长成分的强度成为最小的方式分别控制第1极化面控制器、可变DGD补偿器和第2极化面控制器的第1～第3参数信号。
从偏振光束分光器输出的构成第2极化面调整信号的正交的2个成分的一方的成分的高次PMD抑制信号成为从本发明的PMD抑制装置输出的PMD抑制信号。
理想的是，光载波波长成分强度检测部具有频谱分析仪。另外，光载波波长成分强度检测部也可以构成为具有带通滤波器和光检测器。
根据本发明的第1和第2主旨的PMD抑制方法和PMD抑制装置，作为被输入到第1极化面控制器中的被PMD抑制信号的输入信号，在其极化状态被调整后，被输入到可变DGD补偿器。在可变DGD补偿器中被赋予DGD，然后被输入到第2极化面控制器。从可变DGD补偿装置输出的、即从1次PMD补偿部输出的第1极化面调整信号是暂时补偿了1次PMD的第1PMD补偿信号。
第1PMD补偿信号，被输入到第2极化面控制器，并在调整了其极化状态后被作为第2极化面调整信号输出。第2极化面调整信号被输入到偏振光束分光器，分离成正交的2个偏振光成分后分别输出。从该偏振光束分光器输出的信号、即从高次PMD抑制部输出的信号是暂时抑制了高次PMD的高次PMD抑制信号。
如果高次PMD被有效抑制，则第2极化面调整信号的光载波波长成分成为接近直线偏振光的偏振光状态。因此，只要把偏振光束分光器作为检偏器使用，取出该直线偏振光成分，即可作为抑制了高次PMD的信号而取出。
如果把偏振光束分光器设定为使透过偏振光束分光器而输出的透过光束的极化方向、与该第2极化面调整信号的直线极化方向一致，则在由偏振光束分光器反射输出的反射光束的极化方向成为具有其极化方向是与第2极化面调整信号的极化方向正交的极化特性的光束。而且，本发明的第2主旨的PMD抑制装置构成为把由该偏振光束分光器反射输出的反射光束作为监测信号使用。
由偏振光束分光器反射输出的反射光束，被输入到光载波波长成分强度检测部，测定在该反射光束中包含的光载波波长成分的强度。在反射光束的光载波波长成分的强度成为最小时，在透过偏振光束分光器输出的透过光束中包含的光载波波长成分的强度成为最大，在被这样调整后，成为最有效抑制了高次PMD的状态。
在光载波波长成分强度检测部中，测定监测信号的光载波波长成分的强度，输出反映了该强度的光载波强度信号。而且，在控制信号生成器中，能够根据该信号，分别控制第1极化面控制器、可变DGD补偿器、和第2极化面控制器，以使在由偏振光束分光器反射输出的监测信号中包含的光载波波长成分的强度成为最小。
能够分别在第1极化面控制器、可变DGD补偿器、第2极化面控制器、偏振光束分光器、光载波波长成分强度检测部、以及控制信号生成器中执行本发明的第1主旨的PMD抑制方法的第1极化面控制步骤、DGD补偿步骤、第2极化面控制步骤、偏振光分离步骤、光载波波长成分强度检测步骤、以及控制步骤。
本发明的第1主旨的PMD抑制方法的特征是，观测作为由偏振光束分光器反射输出的反射光束的、监测信号的光载波波长成分的强度，并以使其强度成为最小的方式，控制第1极化面控制器、可变DGD补偿器、第2极化面控制器。
观测监测信号的光载波波长成分的强度，在该强度成为了最小的状态下，从1次PMD补偿部输出的暂时补偿了1次PMD的第1PMD补偿信号是本发明的PMD抑制装置中所确定的第1PMD补偿信号。另外，同样地由高次PMD抑制部暂时抑制了高次PMD的高次PMD抑制信号是，在本发明的PMD抑制装置中所确定的高次PMD抑制信号。
在以往的PMD抑制装置中，在1次PMD补偿部中，难以确定补偿光载波波长中的DGD的状态。另外，在被配置在后级的、具有检偏器的高次PMD抑制部中，不能获得充分的高次PMD成分的抑制效果。
但是，在本发明的第2主旨的PMD抑制装置中，如上述那样，通过在PMD抑制控制中采用了由偏振光束分光器反射输出的监测信号的光载波波长成分的强度，在1次PMD补偿部中可确定等化光载波波长中的DGD的控制状态，而且在高次PMD抑制部中实现了良好的高次PMD成分的抑制效果。
而且，为了分离监测信号的光载波波长成分，并测定其强度，可利用光谱分析仪。另外，也可以构成为利用光带通滤波器分离监测信号的光载波波长成分，利用光二极管转换成可测定其强度的电信号的结构。
附图说明
图1是本发明的实施方式的PMD抑制装置的概略方框结构图。
图2是表示用于确认本发明的PMD抑制装置的PMD抑制效果的实证系统的结构的概略方框结构图。
图3(A)是表示从发送部输出的CS-RZ信号的时间波形的图，(B)是表示从高次PMD模拟器输出的输入信号的时间波形的数值计算结果的图。
图4是用于说明由高次PMD模拟器提供的PMD是高次PMD的图。
图5是比较表示从1次PMD补偿部输出的输出信号的时间波形的图，(A)是表示从本发明的实施方式的PMD抑制装置的1次PMD补偿部输出的第1PMD补偿信号的时间波形的图，(B)是表示从以往的PMD抑制装置的1次PMD补偿部输出的信号的时间波形的图。
图6是比较表示从高次PMD补偿部输出的输出信号的时间波形的图，(A)是表示从本发明的实施方式的PMD抑制装置的第2极化面控制器输出的第2极化面调整信号的时间波形的图，(B)是表示从以往的PMD抑制装置的高次PMD补偿部输出的信号的时间波形的图。
图7是比较表示从高次PMD抑制部输出的监测信号的时间波形的图，(A)是表示从本发明的实施方式的PMD抑制装置的高次PMD抑制部输出的监测信号的时间波形的图，(B)是表示从以往的PMD抑制装置的高次PMD抑制部输出的监测信号的时间波形的图。
图8是用于说明本发明的实施方式的PMD抑制装置的PMD抑制效果的进一步的验证实验效果的图，(A)是表示在图中的“s”所示的位置观测作为来自发送部的输出信号的CS-RZ信号而得到的时间波形的图，(B)是表示在图中的“p”所示的位置观测从高次PMD模拟器输出的输入信号而得到的时间波形的图，(C)是表示在图中的“q”所示的位置观测从本发明的实施方式的PMD抑制装置的可变DGD补偿器输出的第1PMD补偿信号而得到的时间波形的图。
图9是用于说明验证了本发明的实施方式的PMD抑制装置和以往的PMD抑制装置的高次PMD抑制效果之差的实验结果的图，(A)是表示采用以往的高次PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的时间波形的图，(B)是表示采用本发明的实施方式的PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的时间波形的图。
图10是表示在同一实验中的信号的波长谱的图，(α)表示通过在从发送部输出的CS-RZ信号51中附加高次PMD而生成的输入信号的波长谱，(β)表示采用以往的高次PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的波长谱，(γ)表示采用本发明的实施方式的PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的波长谱。
图11是在同一实验系统中的光载波强度检测单元的关于不同的实施方式的实验结果。是表示在构成为通过组合光带通滤波器和光检测器来获得光载波强度信号的结构的情况下所获得的高次PMD抑制信号的时间波形的图。
图中：20-第1极化面控制器；22-可变DGD补偿器；24-第2极化面控制器；26-偏振光束分光器；28-1次PMD补偿部；30-光载波波长成分强度检测部；32-控制信号生成器；34-高次PMD抑制部；50-发送部；52-高次PMD模拟器；60-接收部；100-PMD抑制装置。
具体实施方式
下面，说明本发明的实施方式的PMD抑制装置的结构，以及验证了如下情况的数值计算和实验结果，即在本发明的实施方式的PMD抑制装置的1次PMD补偿部中确定了等化光载波波长中的DGD的控制状态，而且在高次PMD抑制部中实现了较高的高次PMD成分的抑制效果的情况。
下面，参照图1，说明本发明的实施方式。另外，图1表示本发明的PMD抑制装置的一个结构例，但本发明不限于该图示例。另外，参照图2～图11说明用于确认如下情况的实验的概要和实验结果，即根据本发明的PMD抑制方法，能够比以往的方法更有效地抑制PMD的情况。在图1和图2中，对于相同的构成要素标记相同的符号，并有时省略重复的说明。在以下的说明中，虽然有时是采用特定的元件和动作条件等进行说明，但这些元件和动作条件只是优选例之一，因此，不限于这些优选例。
<PMD抑制装置>
下面，参照图1，对本发明的实施方式的PMD抑制装置的结构及其动作进行说明。图1是本发明的实施方式的PMD抑制装置的概略方框结构图。其中用粗线表示光信号的通路，用细线表示电信号的通路。
本发明的实施方式的PMD抑制装置100具有1次PMD补偿部28、高次PMD抑制部34、光载波波长成分强度检测部30、和控制信号生成器32。1次PMD补偿部具有第1极化面控制器20、和可变DGD补偿器22，高次PMD抑制部34具有第2极化面控制器24和偏振光束分光器26。在1次PMD补偿部28中，可以设定成补偿光载波波长中的DGD的控制状态，在高次PMD抑制部34中可以设定成有效抑制高次PMD的控制状态。
第1极化面控制器20，对作为输入信号19输入的被PMD抑制信号，调整该输入信号19的极化状态，生成第1极化面调整信号21。所谓调整输入信号的极化状态是指，使输入信号的正交振动成分的各个振动方向与在后级的DGD补偿步骤中使用的可变DGD补偿器22的快轴和慢轴的方向一致。
可变DGD补偿器22输入第1极化面调整信号21，通过在该第1极化面调整信号21的正交固有极化模式的一方的极化模式成分中附加DGD，来生成第1PMD补偿信号23。
在本发明的PMD抑制装置100中，由第1极化面控制器20和可变DGD补偿器22来实现1次PMD的补偿。作为第1极化面控制器20和后述的第2极化面控制器24使用的极化面控制器能够把所输入的信号转换成任意的极化状态，例如通过组合1/2波长板和1/4波长板而构成。另外，作为极化面控制器，可以适当利用使用光纤挤压器(Fibersqueezer)、铌酸锂晶体构成的极化面控制器等。
可变DGD补偿器22可以使用复折射介质实现。例如，可通过把极化面保持光纤(PMF：Polarization Maintaingin Fiber)、或偏振光束分光器、与光路长度可变单元组合来实现。
第2极化面控制器24，输入第1PMD补偿信号23，并调整该第1PMD补偿信号23的极化状态，来生成第2极化面调整信号。
偏振光束分光器26，输入第2极化面调整信号25，分别生成并输出构成该第2极化面调整信号25的正交的二个成分的一方的成分的高次PMD抑制信号27、和构成另一方的成分的监测信号29。
光载波波长成分强度检测部30，输入监测信号29，测定输入信号19的光载波波长成分的强度，生成反映了该光载波波长成分的强度的光载波波长强度信号31。
控制信号生成器32，输入光载波强度信号31，根据该光载波强度信号31，生成用于分别控制第1极化面控制器20、可变DGD补偿器22、和第2极化面控制器24以使光载波波长成分的强度成为最小的第1参数信号33-1、第2参数信号33-2，和第3参数信号33-3。
关于用于以使由偏振光束分光器26反射输出的监测信号29的光载波波长成分的强度成为最小的方式进行控制的算法，采用下述的方法：预先把第1极化面控制器20、可变DGD补偿器22、和第2极化面控制器24分别设定成任意的状态，把测定出的监测信号29的光载波波长成分的强度、与利用第1～第3参数信号进行了控制后的监测信号的光载波波长成分的强度进行比较，根据该强度差，依次降低监测信号29的光载波波长成分的强度。作为搜索这样的最小值的搜索算法，可适当利用公知的PSO(Particle Swarm Optimization)算法、或基于最速下降法的算法等。
构成从偏振光束分光器26输出的第2极化面调整信号的正交的2个成分的一方的成分的高次PMD抑制信号27，成为从本发明的PMD抑制装置100输出的PMD抑制信号。
光载波波长成分强度检测部30最好具有频谱分析仪。在这种情况下，利用频谱分析仪观测从监测信号29中分离出光载波波长成分的情况和该光载波波长成分的强度。
另一方面，在通过具备带通滤波器和光检测器来构成了光载波波长成分强度检测部30的情况下，利用带通滤波器从监测信号29中分离出光载波波长成分，由光检测器把从带通滤波器输出的光载波波长成分的光信号转换成电强度信号，并输出。即，通过获得电强度信号，来观测光载波波长成分的强度。
总之，是向控制信号生成器32提供从频谱分析仪输出的反映了光载波波长成分的强度的电信号、或从光检测器输出的电信号。
即，在光载波波长成分强度检测部30中测定出光载波波长成分的强度，生成反映了该光载波波长成分的强度的光载波强度信号31。根据该光载波强度信号31，从控制信号生成器32输出用于分别控制第1极化面控制器20、可变DGD补偿器22、和第2极化面控制器24的信号，根据该信号，调整第1极化面控制器20、可变DGD补偿器22、和第2极化面控制器24的状态。由此，形成了以下的反馈控制系统：由于光载波波长成分的强度发生变动，所以利用光载波波长成分强度检测部30测定出该变动后的光载波波长成分的强度，并进行同样的控制的系统。
如果把光载波波长成分强度检测部30构成为具有频谱分析仪，则能够不固定光载波强度信号31的波长而自由变更进行观测。虽然目的是观测监测信号29的光载波波长成分的强度，但在监测信号29的波长谱具有复杂的构造的情况下等，有时采用如下的方式是方便的：观测根据情况不同与光载波波长成分的值本身不同的波长成分的强度，以根据该观测结果间接地使光载波波长成分的强度成为最小的方式进行控制的方式。在这样的情况下，优选把光载波波长成分强度检测部30构成为具有频谱分析仪的结构。
另一方面，如果把光载波波长成分强度检测部30构成为具有带通滤波器和光检测器的结构，则具有可廉价实现的优点，另外，与由频谱分析仪分离光载波波长成分的情况相比，不容易缩窄被分离的波长带宽，难以精确限制光载波强度信号31的波长带宽。关于将光载波波长成分强度检测部30构成为上述的哪种形态，是根据利用本发明的PMD抑制装置的光传送系统的情况等综合决定的设计事项。
上述的本发明的实施方式的PMD抑制装置是具备第1极化面控制器20、可变DGD补偿器22、第2极化面控制器24、和偏振光束分光器26的结构。但是，本发明的实施方式的PMD抑制方法中的如下的技术思想不限于本实施方式的装置，也可以在其他结构的光学式PMD抑制装置中实现，该技术思想是：把从高次PMD抑制部输出的输出信号的正交极化成分的一方的成分进行分光，把光载波波长成分作为监测信号取出，并把该光载波波长成分的强度信息作为PMD抑制的控制信号利用。
例如，在对输入信号赋予的DGD的值的大小被固定的方式的PMD抑制装置、利用光纤布拉格衍射光栅构成的PMD抑制装置、或多级连接了1次PMD补偿器而构成的PMD抑制装置等，采用光学方式实现PMD抑制的装置中，作为针对光载波波长的PSP的检测、和PMD矢量的等化方法之一，可以利用上述的把光载波波长成分的强度信息作为PMD抑制的控制信号利用的技术思想。
<关于PMD抑制装置的动作验证的数值计算>
由于进行了用于确认本发明的实施方式的PMD抑制装置的高次PMD抑制效果的数值计算，所以参照图2说明其结果。图2是表示用于确认本发明的实施方式的PMD抑制装置的高次PMD抑制效果的实证系统的结构的概略方框图。
该实证系统具有发送部50、高次PMD模拟器52、本发明的PMD抑制装置100、和接收部60。发送部50输出传输比特率为160Gbit/s的CS-RZ(Carrier Suppressed Return to Zero)信号。高次PMD模拟器52输入从发送部50输出的CS-RZ信号51，对该CS-RZ信号51附加高次PMD，生成并输出用于向PMD抑制装置100输入的输入信号53。接收部60接收从本发明的PMD抑制装置100输出的输出信号27。从发送部50输出的CS-RZ信号51是传输比特率为40Gbit/s的分支信道被进行了4信道时间复用的信号。
从高次PMD模拟器52输出的输入信号53，在实际的光传送系统中与在时间波形中产生了失真的输入信号对应，其相当于参照图1说明的被输入到本发明的PMD抑制部100中的输入信号19。
从发送部50输出的CS-RZ信号51的光载波波长为1570nm。高次PMD模拟器52具有3个由极化面控制器和可变DGD附加器构成的PMD发生部。即，把第1极化面控制器(PC-1)和可变DGD补偿器(DGD-1)作为第1组，把第2极化面控制器(PC-2)和可变DGD补偿器(DGD-2)作为第2组，把第3极化面控制器(PC-3)和可变DGD补偿器(DGD-3)作为第3组。第1～第3极化面控制器是与本发明的实施方式的PMD抑制装置所具有的第1和第2极化面控制器相同结构的装置。另外，第1～第3可变DGD附加器是与本发明的实施方式的PMD抑制装置所具有的可变DGD补偿器相同结构的装置。
高次PMD模拟器52具有对不包含基于PMD的时间波形失真的信号亦即CS-RZ信号51附加PMD来赋予时间失真的功能，其发挥与抑制具有基于PMD的时间波形失真的输入信号的PMD的功能相反的功能。即，高次PMD模拟器52通过串联设置3台用于附加1次PMD的装置而构成，由用于附加1次PMD的3台装置的各个装置，模拟生成由于快轴和慢轴的方向按进行传播的光纤的各个场所而不同、且按各波长成分而不同所产生的高次PMD。
由该高次PMD模拟器52，生成模拟了向本发明的PMD抑制装置输入的输入信号的被PMD抑制信号。
在DGD-1、DGD-2和DGD-3中，设定为分别赋予3.0ps、1.0ps、和1.0ps的群延迟差。分别向DGD-1、DGD-2和DGD-3输入的输入光的极化面，由PC-1、PC-2、和PC-3把其固有轴错开输入。把构成PC-1、PC-2、和PC-3的1/4波长板(以下，有时也表示为λ/4)和1/2波长板(以下，有时也表示为λ/2)的固有晶体轴的设定角度分别设定为(λ/4、λ/2)＝(22.5°、0°)、(-22.5°、-22.5°)、和(5°、-22.5°)。
在本发明的实施方式的光载波波长成分强度检测部中，使用0.07nm分辨率的光谱分析仪进行了光载波波长成分的强度测定。
下面，参照图3的(A)和(B)，比较表示从发送部50输出的CS-RZ信号51的时间波形、和从高次PMD模拟器52输出的输入信号53的时间波形。图3的(A)和(B)是用于表示没有基于PMD的时间波形失真的CS-RZ信号的时间波形、与由高次PMD模拟器52赋予了PMD而产生了时间波形失真的被PMD抑制信号(输入信号53)的时间波形的差异的图，图3的(A)是表示从发送部50输出的CS-RZ信号51的时间波形的图，图3的(B)是表示从高次PMD模拟器52输出的输入信号53的时间波形的图。在图3的(A)和(B)中，横轴以ps(微微秒)为单位刻度表示时间，纵轴以mW为单位刻度表示强度。
图3的(A)和(B)所示的时间波形成为，在横轴上表示的时间宽度中，把从发送部50输出的CS-RZ信号51和从高次PMD模拟器52输出的输入信号53反复重叠描绘表示的所谓眼图。
通过将图3的(A)与(B)进行比较，可看出，由于由高次PMD模拟器52附加了PMD，所以本来是正弦波形状的时间波形的CS-RZ信号51的时间波形，变成了与此完全不同的时间波形的输入信号53。
下面，参照图4，说明由高次PMD模拟器52赋予的PMD是高次PMD的情况。图4是用于说明由高次PMD模拟器52赋予的PMD是高次PMD的情况的图，横轴以nm为单位刻度表示波长，纵轴以ps为单位刻度表示DGD量Δt。
由于1次PMD不存在波长依赖性，所以，相对表示波长的横轴，赋予DGD量的曲线成为平行于横轴的直线。另外，在2次PMD中，由于成为DGD量与波长成比例的关系，所以，赋予DGD量的曲线成为不与横轴平行的直线。相对于此，3次以上的高次PMD中的DGD量的波长依赖性与上述的1次和2次PMD不同，成为曲线。由于如图4所示那样DGD量的波长依赖性成为曲线，所以可看出由高次PMD模拟器52赋予的PMD是高次PMD。
下面，参照图5的(A)和(B)、图6的(A)和(B)、图7的(A)和(B)，把本发明的实施方式的PMD抑制方法与以往的PMD抑制方法进行比较，说明其特性的差异。在图5～图7的任意图中，都是横轴以ps为单位刻度表示时间，纵轴以mW为单位刻度表示信号强度。图5的(A)和(B)、图6的(A)和(B)、图7的(A)和(B)所示的时间波形成为在横轴上表示的时间宽度中，把各个信号重叠描绘表示的所谓眼图显示。
图5的(A)和(B)是把从1次PMD补偿部输出的输出信号的时间波形进行比较来表示的图，图5的(A)是表示从本发明的实施方式的PMD抑制装置的1次PMD补偿部输出的第1PMD补偿信号23的时间波形的图，图5的(B)是表示从以往的PMD抑制装置的1次PMD补偿部输出的信号的时间波形的图。
在以往的PMD抑制装置中，为了通过在1次PMD补偿部中以使DOP成为最大的方式进行控制来等化在信号频谱中被平均化的PMD矢量，控制光脉冲的时间宽度，使其变窄。即，相对图5的(A)所示的1个光脉冲的时间波形的半值宽度为大约4.0ps，图5的(B)所示的一个光脉冲的时间波形的半值宽度变窄为大约3.5ps。
但是，图5的(A)和(B)所示的光脉冲的先头部分的图形(图中表示为W的部分)的宽度，在图5的(A)所示的光脉冲和图5的(B)所示的光脉冲中，后者的宽。其表示波形失真被重叠的状态，成为在后级的高次PMD抑制部中，不能有效地完全除去高次PMD的原因。
图6的(A)和(B)是将从高次PMD抑制部输出的输出信号的时间波形进行比较表示的图，图6的(A)是表示从本发明的PMD抑制装置的第2极化面控制器输出的第2极化面调整信号25的时间波形的图，图6的(B)是表示从以往的PMD抑制装置的高次PMD抑制部输出的信号的时间波形的图。
如图6的(A)和(B)所示，与图5的(A)和(B)同样，以往的PMD抑制装置控制光脉冲的时间宽度使其变窄，但是光脉冲的先头部分的图案的宽度变宽。
另外，如图6的(A)和(B)所示，光脉冲下端的部分(图中Z所示的部分)的幅度，在以往的PMD抑制装置的情况下变宽。该部分被称为熄灭脉冲电平(pedestal)成分，如果高次PMD成分充分小，则该幅度接近0。由此，表示在以往的PMD抑制装置中，起因于高次PMD的波形失真被重叠，成为在后级的高次PMD抑制部中不能完全有效除去高次PMD的原因。
图7的(A)和(B)是将从高次PMD抑制部输出的监测信号的时间波形进行比较表示的图，图7的(A)是表示从本发明的实施方式的PMD抑制装置的高次PMD抑制部输出的监测信号29的时间波形的图，图7的(B)是表示从以往的PMD抑制装置的高次PMD抑制部输出的监测信号的时间波形的图。如图7的(A)和(B)所示，两者表示不同的波形，这是因为，以往的PMD抑制装置的动作原理是使用在1次PMD补偿部中以使DOP成为最大的方式进行控制的算法，而在本发明的PMD抑制装置中，使用了如下的算法：把光载波波长的强度作为高次PMD抑制部的监测信号使用，在1次PMD补偿部中等化光载波波长中的DGD，而且在高次PMD抑制部中除去非偏振光成分的算法。
<PMD抑制装置的动作验证实验>
下面，参照图8的(A)～(C)和图9的(A)及(B)，对本发明的实施方式的PMD抑制装置的PMD抑制效果的进一步的验证实验结果进行说明。在上述图2所示的实证系统中，变更了对高次PMD模拟器52的极化面控制器和可变DGD附加器设定的设定参数，进行了本验证实验。
把从发送部50输出的CS-RZ信号51的光载波波长设定为1550.5nm，把比特率设定为160Gbit/s。在DGD-1、DGD-2和DGD-3中，设定为分别赋予2.0ps、1.0ps和2.0ps的时间延迟。从发送部50输出的CS-RZ信号51是通过把比特率为40Gbit/s的分支信道进行4信道时间复用而生成的信号。
在高次PMD模拟器52中，从只发生1次PMD的状态，使λ/2和λ/4晶体轴的方向在5.0°～22.5°的范围内变化。作为抽出光载波强度信号31(参照图1)的方法，利用了波长分辨率为0.07nm的光谱分析仪。对于从偏振光束分光器26输出的高次PMD抑制信号27，计算出了比特率为40Gbit/s的4信道的分支信道的Q值的平均。
在实际的光传送系统中，即使是在现实的测定时间内难以检测出错误的程度的比特错误率，也有系统的信噪比(S/N比)不是充分小的情况。在这种情况下，作为接收光脉冲信号的接收品质，使用以下所述的Q值。
在光传送系统等的使用数字信号的传送系统的接收装置中，在每个识别时间，将接收信号电平与阈值电平比较，在时间轴上确定光脉冲的有无。例如，作为表示光脉冲的有无的数据，把有光脉冲的情况确定为“1”，把没有光脉冲的情况确定为“0”。由该接收装置接收的信号电平、即光脉冲的强度由于噪声的存在而变动，对于信号电平的分布，可以使用概率密度函数来表现。
一般，在比特错误率(BER：bit error rate)低的区域，由于在现实的测定时间内难以检测出错误，所以系统的信噪比根据下式所给出的Q值进行评价。
Q(dB)＝10log{|μ1-μ0|/(σ1+σ0)}
这里，μ1是接收后的“1”的信号电平的平均值，μ0是接收后的“0”的信号电平的平均值，σ1是接收后的“1”的信号电平的标准偏差，σ0是接收后的“0”的信号电平的标准偏差。
图8的(A)～(C)是用于说明本发明的实施方式的PMD抑制装置的PMD抑制效果的进一步的验证实验效果的图，图8的(A)是表示在图中的“s”所示的位置观测来自图2所示的发送部50的输出信号亦即CS-RZ信号51而得到的时间波形的图，图8的(B)是表示在图中的“p”所示的位置观测从高次PMD模拟器52输出的输入信号53而得到的时间波形的图，图8的(C)是表示在图中的“q”所示的位置观测从本发明的实施方式的PMD抑制装置100的可变DGD补偿器22输出的第1PMD补偿信号23而得到的时间波形的图。
在图8的(A)所示的时间波形中不能观测到波形失真，图8的(B)所示的时间波形，由于由高次PMD模拟器52附加了高次PMD，所以其形状出现了大的失真。图8的(C)所示的时间波形，由于第1PMD得到了补偿，所以，虽然存在光脉冲强度的相互的差异，但其时间波形的失真得到了补偿。
图9的(A)和(B)是用于说明验证了本发明的实施方式的PMD抑制装置与以往的PMD抑制装置的高次PMD抑制效果之差的结果的图，图9的(A)是表示采用以往的高次PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的时间波形的图，图9的(B)是表示采用本发明的实施方式的PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的时间波形的图。
在以往的高次PMD抑制装置中，在1次PMD补偿部中，作为成为用于补偿1次PMD的基准的监测信号而使用了DOP，并将该DOP的值最大化。而且，在高次PMD抑制部中，作为成为用于抑制高次PMD的基准的监测信号，将从PBS输出的信号最小化。采用这样的以往的方法获得的PMD抑制信号，如图9的(A)所示那样，虽然存在光脉冲强度的相互的差异，但其时间波形的失真得到了补偿。
而根据本发明的实施方式的PMD抑制方法，对分别控制第1极化面控制器20、可变DGD补偿器22、和第2极化面控制器24的第1～第3参数信号，进行使光载波强度信号31的强度最小化的控制。如图9的(B)所示，采用本发明的实施方式的控制方法获得的PMD抑制信号，成为了其时间波形得到了补偿并且几乎不存在光脉冲强度的相互的差异的状态。
表1中，集中列举了光脉冲信号的Q值、和DOP的大小，以此来说明本发明的PMD抑制方法的高次PMD抑制效果比以往的方法的优异。
[表1]
  Q值(dB)  ΔQ(dB)  DOP(％)
  (a)   27.0  0.3  99.0
  (b)   23.5  6.0  95.4
  (c)   23.7  5.0  95.4
  (d)   25.9  0.7  79.2
在表1中，(a)表示对从发送部50输出的CS-RZ信号51的评价结果，(b)表示对通过把DOP的值最大化而生成的第1PMD补偿信号23的评价结果，(C)表示对采用以往的方法抑制高次PMD而生成的高次PMD抑制信号的评价结果，(d)表示对采用本发明的实施方式的方法抑制高次PMD而生成的高次PMD抑制信号27的评价结果。
在表1中，在左侧列中表示为“Q值(dB)”的栏，表示4信道的各个分支信道的Q值的平均值，在中央列中表示为“ΔQ(dB)”的栏，表示4信道的各个分支信道的Q值之差的大小，在右侧列中表示为“DOP(％)”的栏表示DOP的大小。
通过比较在表1中(c)所示的行和(d)所示的行中记载的值，可以比较采用以往的方法的PMD抑制效果、和采用本发明的实施方式的方法的PMD抑制效果。根据以往的方法，对于DIP，可以获得非常高的值(95.4％)，由此可看出抑制了高次PMD而生成的输出信号，有效地除去了非偏振光成分。但是，也看到Q值和信道间的Q值的差异大。
而根据本发明的实施方式的PMD抑制方法，虽然对于非偏振光成分的除去比以往的方法差(DOP为79.2％)，Q值和信道间的Q值的差异小。由此可知，使DOP最大化的控制不能有效除去高次PMD，并不能充分减小Q值和信道间的Q值的差异。
在光通信系统中，Q值的大小大和分支信道间的Q值的差异小是重要的。即，Q值的大小充分大、而且分支信道间的Q值的差异小，可有效降低比特错误率。
图10中是表示输出信号的波长谱的图，(α)表示通过对从发送部50输出的CS-RZ信号51附加高次PMD而生成的输入信号的波长谱，(β)表示采用以往的高次PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的波长谱，(γ)表示采用本发明的实施方式的PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的波长谱。在从(α)到(γ)的各图中看到的角状突起，是由于光脉冲信号不是连续波光而是由光脉冲序列构成而产生的。在图10中，横轴以nm为单位刻度表示波长，纵轴以dBm刻度表示强度。
如图10的(β)所示，在采用以往的高次PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的波长谱中，在光载波波长的1550.5nm附近的能量保持较大的值而残留。而如图10的(γ)所示，在采用本发明的PMD抑制方法抑制了高次PMD的情况下的输出信号的波长谱中，在光载波波长的1550.5nm附近的强度变得非常小。由此可看出，本发明的高次PMD抑制方法可以对光载波波长成分进行控制以使其强度成为最小。
图11是表示在构成为通过组合光带通滤波器和光检测器来获得光载波强度信号的结构(省略了图示)的情况下所获得的高次PMD抑制信号的时间波形的图。横轴以1个刻度为3ps表示时间轴，纵轴以任意刻度表示强度。与图9的(B)所示的时间波形相比，可看出表示波形的曲线变粗(眼图变窄)。
其原因是，与使用光谱分析仪获得光载波强度信号的情况相比，不能缩窄被滤波的光载波的波长带宽。并且，相对光带通滤波器的通过波长带宽为以半值全宽表示的0.1nm左右，而这里使用的光谱分析仪的分辨率为0.07nm。而且，在市场上还销售分辨率为0.01nm左右的具有优良特性的光谱分析仪。
但是，即使使用不能将滤波的光载波的波长带宽缩窄到如光谱分析仪那样窄的波长带宽的光带通滤波器，也可以使生成的高次PMD抑制信号的4信道的各个分支信道的Q值为25.7、4信道的各个分支信道的Q值之差为0.2dB、DOP的大小为91.2％。即使在采用了通过将光带通滤波器和光检测器组合来获得光载波强度信号的结构的情况下，与以往的方法相比，高次PMD抑制信号的4信道的各个分支信道的Q值，也能够获得25.7dB这样高的值。
由此可确认，根据本发明的实施方式的PMD抑制方法，即使是利用采用了通过将光带通滤波器和光检测器组合来获得光载波强度信号的结构的、可廉价实现的装置的情况，也能够获得比采用以往的方法获得的Q值(23.7dB)高的、为25.7dB的Q值。

Claims (4)

1.一种极化模式色散抑制方法，其特征在于，包括：
第1极化面控制步骤，对于被作为输入信号输入的被极化模式色散抑制信号，调整该输入信号的极化状态，来生成第1极化面调整信号；
群延迟补偿步骤，对上述第1极化面调整信号的正交固有极化模式的一方的极化模式成分，赋予群延迟，来生成第1极化模式色散补偿信号；
第2极化面控制步骤，调整上述第1极化模式色散补偿信号的极化状态，来生成第2极化面调整信号；
偏振光分离步骤，分别生成并输出高次极化模式色散抑制信号和监测信号，其中，该高次极化模式色散抑制信号构成上述第2极化面调整信号的2个成分中的一个成分，该监测信号构成上述第2极化面调整信号的2个成分中的另一个成分，并且，该两个成分正交；
光载波波长成分强度检测步骤，测定上述监测信号中的上述输入信号的光载波波长成分的强度，生成反映了该光载波波长成分的强度的光载波强度信号；和
控制步骤，根据上述光载波强度信号，以使上述监测信号中包含的输入信号的光载波波长成分的强度成为最小的方式，调整上述被极化模式色散抑制信号的极化状态，且，对上述第1极化面调整信号的正交固有极化模式的一方的极化模式成分赋予群延迟，并且调整上述第1极化模式色散补偿信号的极化状态。
2.一种极化模式色散抑制装置，其特征在于，具有：
第1极化面控制器，其对于被作为输入信号输入的被极化模式色散抑制信号，调整该输入信号的极化状态，来生成第1极化面调整信号；
可变群延迟补偿器，其输入上述第1极化面调整信号，对上述第1极化面调整信号的正交固有极化模式的一方的极化模式成分赋予群延迟，来生成第1极化模式色散补偿信号；
第2极化面控制器，其输入上述第1极化模式色散补偿信号，调整该第1极化模式色散补偿信号的极化状态，来生成第2极化面调整信号；
偏振光束分光器，其输入上述第2极化面调整信号，分别生成并输出高次极化模式色散抑制信号和监测信号，其中，该高次极化模式色散抑制信号构成该第2极化面调整信号的2个成分中的一个成分，该监测信号构成该第2极化面调整信号的2个成分中的另一个成分，并且，该两个成分正交；
光载波波长成分强度检测部，其输入上述监测信号，并测定该监测信号中包含的上述输入信号的光载波波长成分的强度，生成反映了该光载波波长成分的强度的光载波强度信号；和
控制信号生成器，其输入上述光载波强度信号，根据该光载波强度信号，生成以使上述监测信号中包含的输入信号的上述光载波波长成分的强度成为最小的方式分别控制上述第1极化面控制器、上述可变群延迟补偿器和上述第2极化面控制器的第1～第3参数信号，
其中，把极化模式色散抑制信号作为输出信号，从上述偏振光束分光器的一方的输出端口输出。
3.根据权利要求2所述的极化模式色散抑制装置，其特征在于，上述光载波波长成分强度检测部具有频谱分析仪。
4.根据权利要求2所述的极化模式色散抑制装置，其特征在于，上述光载波波长成分强度检测部具有带通滤波器和光检测器。
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