JP2000507430A - 光伝送システム内の偏波分散を補正する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この装置は、偏波制御装置（ＦＰＣ１）と、二つの直交偏波モード間に差遅延を発生する装置（ＤＤＧ１）とを含む。この制御装置およびこの発生装置はリンクファイバ（ＬＦ）と受信端末（ＲＸ）との間に挿入される。サーボ制御装置（ＳＣＵ１）は、差遅延の発生装置により再現される光信号の偏波度（ＰＬ）を測定し、測定偏波度（ＰＬ）が最大となるよう偏波制御装置（ＦＰＣ１）をサーボ制御する。長距離光ファイバ送信システムに適用。

Description

【発明の詳細な説明】 光伝送システム内の偏波分散を補正する装置 本発明は、光ファイバ伝送システム内の偏波分散を、少なくとも部分的に、か つ動的に補正するための装置に関する。長距離光ファイバ送信システムは、 − 主に、完全に偏波された光信号を放出するレーザダイオードから成る送信 端末と、 − 送信端末から発せられた信号を伝搬するシングルモード光ファイバと、 − ファイバにより伝送される光信号を受信する受信端末とを含む。 あらゆる種類のファイバが偏波分散現象、すなわち送信端末から送出されるパ ルスが変形して受信される現象を有する。パルスは、その本来の持続時間よりも 長い持続時間を有する。この変形は、送信中に光信号の偏波が減少することによ るものである。すなわち、リンクファイバの端部において受信される信号は、二 つの直交成分、すなわち、伝播速度が最大である偏波状態（最も速い偏波の主状 態）に相当する成分と、伝播速度が 最小である偏波状態（最も遅い偏波の主状態）に相当する成分、で構成されてい るとみなすことができる。別の言い方をすれば、リンクファイバの端部において 受信されるパルス信号は、優先偏波状態に従って偏波され最初に到達する第一パ ルス信号と、遅延伝播状態に従って伝播し、特にリンクファイバの長さによって 変わる瞬間差遅延とよばれる遅延をともなって到達する第二信号とで構成されて いるとみなすことができる。 送信端末が、きわめて短いパルスで構成される光信号を送出する場合、受信端 末が受信する光信号は、直交的に偏波され、瞬間差遅延に等しい時間的オフセッ トを有する連続する二つのパルスで構成される。数年前に製造していたようなシ ングルモードファイバを含む長さ１００キロメートルのリンクの場合、この遅延 は２０ピコ秒程度になることがある。受信端末が受信するパルスの変形により、 伝送データの復号エラーが生じることがあり、従って偏波分散は、アナログであ れデジタルであれ光リンクの性能を制限する要素となる。 ングルモードファイバを製造することができる。しかしながら、過去十年の間に 設置されたシングルモードファイバはきわめて 高い偏波分散を有し、伝送速度を向上させる上で大きな技術的障害となっている 。また、伝送速度の高速化の競争が続く場合、現在製造することができる低偏波 分散シングルモードファイバに関して、この問題が再び生じることもあり得る。 偏波面保存ファイバとも呼ばれる高偏波分散ファイバを製造することが可能で あるが、これは短い区間を使用して一定の差遅延を得ることができるものである 。このような部品（あるいは、二つの直交する偏波モード間に差遅延を発生する 任意の装置）を高偏波分散リンクに対し直列に適切に配置することにより、偏波 分散の光学的補正を実現することができる。これは、リンクと同じ差遅延を有す る偏波面保存ファイバを使用しつつ、低速および高速偏波の主状態を交換するか 、リンクおよび偏波面保存ファイバにより構成されるアセンブリの偏波の主状態 を、送信源の偏波状態と一致させることにより実現される。これを行うためには 、偏波制御装置を使用し、これをリンクと偏波面保存ファイバの間に設置する。 差遅延の値およびリンクの偏波の主状態は、振動、温度など多くの要因によっ て時間とともに変化する。従って補正装置は必然的に、これに適応できるもので なければならず、偏波面保 存ファイバの差遅延は、少なくとも、補正しようとする差遅延の全ての値に等し いものでなければならない。 米国特許５４７３４５７は、光送信システム内の偏波分散を補正する方法およ び装置について記述している。この装置は、 − リンクファイバと受信端末との間に以下の順に挿入された偏波制御装置お よび偏波面保存ファイバ区間と、 − エラー信号に応じて偏波制御装置を制御するサーボ制御装置と、 − 送信端末の送信源を構成するレーザを周波数変調する手段と、 − 偏波面保存ファイバにより供給される信号を直交偏波された二つの信号に 分離する偏波器であって、軸が偏波面保存ファイバの固有軸に対し４５°の角度 で配置される偏波器を含む受信信号の強度変調を測定する装置と を含む。 偏波制御装置を使用して、リンクファイバにより再現される光信号の全成分の 偏波を、サーボ制御装置により供給される制御信号の値により規定される所与の 角度だけ回転させることにより、この偏波の向きを決めることができる。偏波分 散を補正 するために使用されるサーボ制御手段は、補正すべきリンクの最も遅い主状態が 、差遅延が、補正すべきリンクの平均偏波分散に一致するように選択された偏波 面保存ファイバの最も速い主状態に一致させ、最も速い主状態が最も遅い主状態 に一致させるのに用いられる。光信号の周波数の変調は、リンクファイバと偏波 面保存ファイバとで構成されるアセンブリの偏波分散により偏波の変調に変換さ れ、次に受信信号の強度変調の測定装置内に位置する偏光器により強度変調に変 換される。強度変調度は、偏波分散により発生した瞬間差遅延に正比例し、送信 源の偏波の影響（有効差遅延）によって重み付けされる。強度変調信号は、この 強度変調信号を最小化し、従ってリンクと偏波面保存ファイバとのアセンブリに より発生する有効差遅延を最小化するように、リンクファイバと偏波面保存ファ イバとの間に挿入される偏波制御装置を制御するためのエラー信号として使用さ れる。理想的な場合、リンクファイバの偏波分散は、偏波面保存ファイバによっ て生み出される反対の符号の偏波分散により正確に補正される。 この装置は、 − 光信号の周波数を変調するために送信端末、偏波分散を 補正するために受信端末の双方の改造を必要とする、 − 異なる偏波分散を有さない補正すべき各リンクについて特殊な最適化を必 要とする という欠点を有する。 本発明の目的は、送信端末の改造を必要としないように完全に受信端末側に位 置し、各リンクについて特殊な最適化を必要としない光装置を提供することであ る。 本発明が対象とするところは、偏波光信号を送信する送信端末と、光リンクフ ァイバと、場合によって光増幅器と、受信端末とを含む、光伝送システム内の偏 波分散を補正する装置であって、 − 第一偏波制御装置と、 − 二つの直交偏波モード間に差遅延を発生する手段とを含み、 上記制御装置および手段はリンクファイバと受信端末との間にこの順に挿入され 、 − さらに第一偏波制御装置のサーボ制御手段 を含み、 サーボ制御手段が、ファイバと、第一偏波制御装置と、差遅 延を発生する手段とで構成されるアセンブリの偏波の主状態のベクトルを、送信 端末のパワー部における信号の偏波状態のベクトルと一致するようにするために 、このベクトルの方向を向ける手段を含むことを特徴とする装置である。 このような特徴を有する装置は送信器側での改造を必要とせず、補正装置より 生じる差遅延が、リンク内に存在する補正すべき差遅延以上である限り、この装 置により偏波分散の全面的な補正が可能である。従ってこの装置は、異なる偏波 分散を有さない補正すべき各リンクについて特殊な最適化を必要としない。 個別の実施形態によれば、サーボ制御手段は、差遅延を発生する手段により再 現される光信号の偏波度を測定し、測定偏波度を最大化するよう第一偏波制御装 置を制御する手段を含む。 このような特徴を有する装置は、二つの動作点に従って第一偏波制御装置のサ ーボ制御を作動させることができる。特に、このような特徴を有するサーボ制御 手段は、（ファイバと、第一偏波制御装置と、差遅延を発生する手段とで構成さ れる）アセンブリの偏波の主状態のベクトルを、送信端末のパワー部における信 号の偏波状態のベクトルと一致するようにするために、 これら二つの動作点のうちの一つにおいて、このベクトルの方向を向けることを 可能とする手段を構成する。 二つの動作点における動作は、信号がその送信中に受ける偏波分散と、この信 号の偏波減少の間に存在する相関に基く。この偏波減少は、受信信号の偏波度、 すなわち、この信号の全パワーに対するこの信号の偏波の主方向における成分の パワーの比を決定することにより測定される。 受信信号の偏波度の測定にあたっては、選択した動作点の如何に関わらず、送 信端末が送信した光信号の変更も、送信端末側での特別な手段も必要でなく、そ の結果、偏波の分散の補正装置のアセンブリは、受信端末側に設置することも、 あるいは、特別な最適化の目的から、送信端末とは無関係に、リンク内の任意の 場所に設置することも可能である。さらに、送信路に沿って複数の補正装置を配 置することも可能である。 実施形態の説明により本発明はよりよく理解され他の特徴が明らかになろう。 − 第１図は、本発明による装置の第一実施形態を備える光送信システムのブ ロック図である。 − 第２図は、本発明による装置の第二実施形態を備える光 送信システムのブロック図である。 − 第３図は、この第二実施形態において、二つの直交偏波モード間に差遅延 を発生するのに使用される手段のより詳細なブロック図である。 第１図に示す光送信システムは、 − 各搬送波がレーザにより供給される完全偏波である単数または複数の光搬 送波の強度を例えばバイナリで変調することによりデータを送信する通常の送信 端末ＴＸと、 − 第一端が送信端末ＴＸのパワー部に接続されるファイバであって、場合に よっては、光損失を補償するためにその線長に沿って光増幅器が挿入されるシン グルモード型のリンクファイバＬＦと、 − ファイバＬＦの第二端に接続された入力部、偏波制御装置が受信する光信 号の全成分の偏波を所与の角度だけ回転させることができる電気制御入力部、お よびパワー部を有する偏波制御装置ＦＰＣ１と、 − 第一実施形態において一定の値を有する差遅延発生装置ＤＤＧ１と、 − 差遅延発生装置ＤＤＧ１に接続された入力部、光信号を 再現する第一パワー部、および偏波制御装置ＦＰＣ１の制御入力部に電気制御信 号を供給する第二パワー部を有するサーボ制御装置ＳＣＵ１と、 − 光信号により送信され自身が受信するデータを再現することができ、サー ボ制御装置ＳＣＵ１の第一パワー部に接続された入力部を有する通常の受信端末 ＲＸと を含む。 この実施形態では、差遅延発生装置ＤＤＧ１は、伝播速度が最大の偏波状態と 伝播速度が最小の偏波状態との間に、リンクファイバＬＦおよび偏波制御装置Ｆ ＰＣ１により信号が送信される時に見られる最大差遅延以上である差遅延を与え る固定長を有する偏波面保存ファイバ区間ＰＭＦ０で構成される。 偏波制御装置ＦＰＣ１をサーボ制御する目的は、偏波分散を補正する装置のパ ワー部において偏波度を最大化することであり、これにより、偏波分散を受ける 信号に対する劣化が最小になる。サーボ制御は二つの動作点で行うことができる 。すなわち １）−差遅延発生装置ＤＤＧ１の差遅延がファイバＬＦの差遅延に実際に等し い時、最も遅い主状態が差遅延発生装置ＤＤＧ１による偏波面保存ファイバの最 も速い中立軸に一致し、最 も速い主状態が最も遅い中立軸に一致するようにリンクファイバの主状態を向け るように偏波制御装置ＦＰＣ１が制御されると、差遅延発生装置ＤＤＧ１によっ て発生する差遅延により、ファイバＬＦおよび制御装置ＦＰＣ１のアセンブリに よって発生する差遅延が正確に補正される。実際には、ファイバＬＦおよび偏波 制御装置ＦＰＣ１によって発生する差遅延は平均値から多少それる瞬間値を有す るため、通常、補正は完全ではない。 ２）−最大偏波度を保証し、偏波分散を補正する、装置の別の動作点は、偏波 制御装置ＦＰＣ１がリンクアセンブリの偏波の主状態のベクトルの方向を決めて 、送信端末ＴＸのパワー部における信号の偏波状態のベクトルと一致するように する場合に相当する。ただし、差遅延発生装置、例えば偏波面保存ファイバの区 間ＰＭＦ０は、リンクファイバＬＦおよび偏波制御装置ＦＰＣ１による信号の送 信時に見られる差遅延以上の差遅延を供給することが条件である。実際、この条 件が満たされている時には、偏波制御装置を使用して、リンクアセンブリの偏波 の主状態のベクトルを任意の方向に向けることができ、特に、送信端末ＴＸのパ ワー部における信号の偏波状態のベクトルの方向と同じ方向に向けることができ る。偏波面保存ファイバ ＰＭＦ０の差遅延が十分でない場合には、偏波分散の補正は部分的でしかない。 サーボ制御装置ＳＣＵ１は、 − サーボ制御装置ＳＣＵ１の入力部を構成する第一アクセス、この装置ＳＣ Ｕ１の第一パワー部を構成する第二アクセス、および差遅延発生装置ＤＤＧ１に より再現される光信号の一部を供給する第三アクセスの三つのアクセスを有する 光カプラＣＰ１と、 − カプラＣＰ１の第三アクセス上に挿入された、偏波度の測定値を歪曲させ ないよう信号の有効帯域外のノイズを除去するための光フィルタＯＦ（単一チャ ネル送信の場合、このフィルタはリンクファイバＬＦ上に設置することもできる ）と、 − フィルタＯＦのパワー部におかれた光入力部、光パワー部、および電気制 御入力部を有する偏波制御装置ＦＰＣ２と、 − 偏波制御装置ＦＰＣ２の光入力部に接続された第一アクセス、および偏波 制御装置ＦＰＣ２により再現される光信号の二つの部分を各々供給する第二アク セスおよび第三アクセスを有するカプラＣＰ２と、 − カプラＣＰ２の第二アクセス上に設置された偏波器Ａと、 − カプラＣＰ２の第三アクセス上に設置され、この第三アクセスにより供給 される光信号の強度を表わす電気信号を供給するパワー部を有する第一光電検出 器Ｄ１と、 − 偏波器Ａのパワー部に設置され、受信する光信号の強度を表わす電気信号 を供給するパワー部を有する第二光電検出器Ｄ２と、 − 検出器Ｄ１およびＤ２のパワー部に各々接続された二つの入力部を有し、 また差遅延発生装置ＤＤＧ１のパワー部における光信号の偏波度を表わす信号Ｐ Ｌを供給するパワーを有する計算ユニットＣＵと、 − 計算ユニットＣＵのパワー部に接続された入力部、および偏波制御装置Ｆ ＰＣ１の電気制御入力部に接続されたパワー部を有するフィードバック装置ＦＢ １と、 − 計算ユニットＣＵのパワー部に接続された入力部、および偏波制御装置Ｆ ＰＣ２の電気制御入力部に接続されたパワー部を有するフィードバック装置ＦＢ ２と を含む。 カプラＣＰ１はその第三アクセスに、サーボ制御装置ＳＣＵ１の入力部に印加 される光信号の一定部分を供給する。この部 分は、信号の有効帯域外のノイズを除去するためにフィルタＯＦによりろ波され 、次に偏波制御装置ＦＰＣ２に供給されて、この部分の偏波が調整される。次に 、制御装置ＦＰＣ２により再現された信号はカプラＣＰ２により二つの部分に分 割され、一方の部分は偏波器Ａに印加され、他方は光電検出器Ｄ１に印加される 。 光電検出器Ｄ１およびＤ２により、全信号のパワーＰｉｎを減衰係数Ｋ１を除 いて、また、偏波器Ａの偏波による偏波信号のパワーＰｐを減衰係数Ｋ２を除い て各々測定することができる。検出器Ｄ１およびＤ２は各々 Ｐ１＝Ｋ１・Ｐｉｎ Ｐ２＝Ｋ２・Ｐｐ の値の信号を供給する。 減衰係数Ｋ１およびＫ２は一定であり既知である。計算ユニットＣＵは比Ｐｐ ／Ｐｉｎを計算し、フィードバック装置ＦＰＣ１およびＦＰＣ２を各々活性状態 にする。フィードバック装置ＦＢ２は、信号の主偏波方向が偏波器Ａの偏波に従 うように偏波制御装置ＦＰＣ２の電気制御信号を修正する。この場合、比Ｐｐ／ Ｐｉｎの値は最大化され、０から１の間に含まれる大 きさである信号の偏波度に対応する。 フィードバック装置ＦＢ１は、測定した偏波度の値ＰＬが最大化されるような 方向に偏波制御装置ＦＰＣ１の電気制御信号を修正する。この場合、偏波分散は 最小になる。 リンク、ＦＰＣ１、および補正装置で構成されるアセンブリのパワー部で偏波 度の極大値を得るようにＦＰＣ１のサーボ制御を行うことにより、装置の初期化 時に、動作点２を選択することができる。第２図は、本発明による装置の第二実 施形態を含む送信システムの略図である。この第二実施形態では、固定差遅延方 式差遅延発生装置ＤＤＧ１が可変差遅延方式差遅延発生装置ＤＤＧ２に置き換え られ、サーボ制御装置ＳＣＵ１が、装置ＳＣＵ１と同じ手段に加え追加手段を含 むサーボ制御装置ＳＣＵ２に置き換えられている。前述の手段と同様の手段には 同じ符号が付してあり、再度記述することはしない。 装置ＳＣＵ２の追加手段は、差遅延発生装置ＤＤＧ２の電気制御入力部に接続 されたパワー部を有するフィードバック装置ＦＢ３で構成される。また、装置Ｆ Ｂ３は、偏波度ＰＬの値を受信するための計算ユニットＣＵのパワー部に接続さ れた入力部を有する。装置ＦＢ３は、発生装置ＤＧ２によって供給され た差遅延の値を調整して、偏波度ＰＬを最大にする。従って、特にリンクファイ バＬＦにより生じる差遅延が時間とともに変化する場合には、サーボ制御装置Ｓ ＣＵ２により、より正確にこの遅延を補正することが可能である。フィードバッ ク装置ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３は、一度に一つの設定しか変更しないように逐次 活性化される。 可変差遅延発生装置ＤＤＧ２については複数の実施形態が可能である。 第３図は、発生装置ＤＤＧ２の一実施形態の略図である。この実施形態は、 − 異なる長さを有するため昇順の遅延をもたらす複数の偏波面保存ファイバ 区間ＰＮＦ１、ＰＮＦ２、ＰＮＦ３、．．．、ＰＮＦｎと、 − 発生装置ＤＤＧ２の入力部を構成する入力部、電気制御入力部、およびｎ 個の偏波面保存ファイバ区間ＰＮＦ１、ＰＮＦ２、ＰＮＦ３、．．．、ＰＮＦｎ の各々の区間の第一端に各々接続されたｎ個のパワー部を有する光スイッチＳＷ １と、 − 発生装置ＤＤＧ２のパワー部を構成するパワー部、光スイッチＳＷ１の電 気制御入力部に並列接続された電気制御入力 部、およびｎ個の偏波面保存ファイバ区間ＰＮＦ１、ＰＮＦ２、ＰＮＦ３、．． ．、ＰＮＦｎのうちの一区間の第二端に各々接続されたｎ個の入力部を有する光 スイッチＳＷ２と を含む。 このような可変差遅延発生装置は作製は容易であるが、離散的な遅延値を供給 するという欠点を有する。２５０ピコ秒まで連続的に変化する遅延を供給する差 遅延発生装置が市販されている。このような発生装置はカナダのオンタリオ州の ニピーム市にあるＪＤＳ ＦＩＴＥＬ社が販売している。 第１図を参照して記述した第一実施形態の変形実施形態によれば、発生装置Ｄ ＤＧ１に関して、リンクファイバＬＦの色分散とは反対の色分散を別に有する偏 波面保存ファイバを選択することにより、偏波分散に加え、色分散も少なくとも 部分的に補正することが可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．偏波光信号を送信する送信端末（ＴＸ）と、光リンクファイバ（ＬＦ）と、 場合によって光増幅器と、受信端末（ＲＸ）とを含む、光伝送システム内の偏波 分散を補正する装置であって、 第一偏波制御装置（ＦＰＣ１）と、 二つの直交偏波モード間に差遅延を発生する手段（ＤＤＧ１）とを含み、前記 制御装置および手段はリンクファイバと受信端末との間にこの順に挿入されてお り、 さらに第一偏波制御装置（ＦＰＣ１）のサーボ制御手段と（ＳＣＵ１）を含み 、 サーボ制御手段（ＳＣＵ１）が、ファイバ（ＬＦ）と、第一偏波制御装置（Ｆ ＰＣ１）と、差遅延を発生する手段（ＤＤＧ１）とで構成されるアセンブリの偏 波の主状態のベクトルを、送信端末（ＴＸ）のパワー部における信号の偏波状態 のベクトルと一致するようにするために、このベクトルの方向を向ける手段（Ｃ Ｐ１、ＯＦ、ＦＰＣ２、ＦＢ２、ＣＰ２、Ａ、Ｄ１、Ｄ２、ＣＵ、ＦＢ１）を含 むことを特徴とする装置。 ２．サーボ制御手段（ＳＣＵ１）が、差遅延を発生する手段 （ＤＤＧ１）により再現される光信号の偏波度（ＰＬ）を測定し、測定した偏波 度（ＰＬ）が最大となるよう第一偏波制御装置（ＦＰＣ１）を制御する手段（Ｃ Ｐ１、ＯＦ、ＦＰＣ２、ＦＢ２、ＣＰ２、Ａ、Ｄ１、Ｄ２、ＣＵ、ＦＢ１）を含 むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の補正装置。 ３．差遅延を発生する手段（ＤＤＧ１）が、リンクファイバ（ＬＦ）および第一 偏波制御装置（ＦＰＣ１）により信号が送信される時に見られる差遅延以上であ る二つの直交偏波モード間に一定の差遅延を与える偏波面保存ファイバ区間（Ｐ ＭＦ０）を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ４．差遅延を発生する手段（ＤＤＧ２）が可変遅延を発生し、さらに装置が、測 定した偏波度（ＰＬ）が最大となるようこの遅延を制御するためのサーボ制御手 段（ＦＢ３）を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。 ５．第一偏波制御装置（ＦＰＣ１）のサーボ制御手段が、 遅延を発生する手段（ＤＤＧ１、ＤＤＧ２）により再現される信号の一部分を 抽出する手段（ＣＰ１、ＯＦ）と、 この部分を受信する第二偏波制御装置（ＦＰＣ２）と、 第二偏波制御装置（ＦＰＣ２）のパワー部における信号の全 強度（Ｐ１）を測定する手段（Ｄ１）と、 決められた偏波方向におけるこの信号の成分の強度（Ｐ２）を測定し、この強 度が最大となるように第二偏波制御装置（ＦＰＣ２）を制御する手段（Ａ、Ｄ２ 、ＣＵ、ＦＢ２）と、 一定の偏波方向における測定された強度（Ｐ２）および測定された全強度（Ｐ １）から計算を行うことにより偏波度を計算する手段（ＣＵ）と、 偏波度（ＰＬ）が最大となるように、このように計算された偏波度（ＰＬ）に 応じて第一偏波制御装置を制御するフィードバック手段（ＦＢ１）と を含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の装置。