JP2002520603A - 偏光モード分散の検出装置 - Google Patents

偏光モード分散の検出装置

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Abstract

(57)【要約】 光データ信号（ＯＳ）の偏光モード分散の検出装置に少なくとも２つのフィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２）が設けられ、それらの後段にそれぞれパワーメータ（ＤＥＴ１、ＤＥＴ２）が接続されている。複数のフィルタを使用する際の大きい単調範囲および大きい急峻度の組み合わせにより一層良い補償が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は請求項１の前文による光データ信号（ＯＳ）の偏光モード分散の検出
装置に関する。
【０００２】 光伝送技術では長い光導波路形伝送路が使用されている。光導波路は製造条件
に起因して完全に等方性ではなく弱い複屈折性を有する。長い伝送路のゆえに１
つの周波数に関係する偏光変換―偏光モード分散または偏光分散（短縮してＰＭ
Ｄと呼ばれる）−が生ずる。これは、光周波数とそれに結び付けられる相い異な
る周波数に関係する伝搬時間との関数として光信号の偏光の変化により、送られ
るパルスの幅の広がりを生ぜしめ、そのために受信側ではその認識可能性が減じ
、それによりデータの伝送速度が制限される。
【０００３】 面倒なことに、温度変化または機械的負荷により伝送路の伝送特性、従ってＰ
ＭＤも変化してしまう。そこで、適応ＰＭＤ補償器が伝送路に挿入されて使用さ
れる。それを駆動するために光受信器内でＰＭＤ歪みが検出されなければならな
い。この補償器は次いでたとえばグラディエント‐アルゴリズムにより最適に設
定される。
【０００４】 「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ」（１９９４年２月１７日、第３０
巻、第４号、第３４８〜３４９頁）では帯域通過フィルタが、ＰＭＤを検出すべ
きデータ信号のフィルタリングのために使用される。フィルタ出力端におけるパ
ワー検出器が、ＰＭＤ歪みが小さいほど、高い信号を供給する。
【０００５】 この方法の欠点は、第１次の大きいＰＭＤが存在する際にこの信号が差群伝搬
時間ＤＧＤの関数として単調に変化せず、従って一義的な信号が得られないこと
である。
【０００６】 「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＯＥＣ ９４」（１４ｅ−１２、第２５８〜２５
９頁、幕張メッセ、日本、１９９４）では、判定器出力端と判定器入力端との間
の差信号のパワーを評価する他の方法が使用されている。しかしその信号はＰＭ
Ｄ歪みに対して適当な帯域通過フィルタよりも低い感度を有する。特にＤＧＤが
ビット継続時間を上回る強いＰＭＤ歪みの際には、さらに誤った判定が生じるの
で、得られる信号はこのような場合にはＰＭＤ歪みの存在に対する不適当な規範
である。
【０００７】 本発明の課題は、差群伝搬時間のより大きい値に対しても信頼できる検出器を
提供することである。さらに本発明の課題は、偏光モード分散を補償しこの検出
器を最適に設定するための適当な装置を提供することである。
【０００８】 この課題は請求項１による偏光モード分散の検出装置により解決される。
【０００９】 独立している請求項７にはこの解決策の変形が記載されている。
【００１０】 本発明の有利な実施態様は従属請求項にあげられている。
【００１１】 本発明の特別な利点は、利用される主範囲内を単調に経過している多数のフィ
ルタの出力電圧とそれらの大きい急峻度との組み合わせにあり、これは単一の帯
域通過フィルタ又は単一の低域通過フィルタによっては可能でない。これにより
ほぼ正確な補償が可能である。
【００１２】 複数の帯域通過フィルタの使用は複数の低域通過フィルタの使用に比べて、差
群伝搬時間の関数としてのフィルタ出力電圧の急峻度がより大きいという利点を
有する。これにより一層正確／迅速な補償が実行される。
【００１３】 複数の帯域通過フィルタ／低域通過フィルタの代わりに、１つの切換可能／制
御可能な帯域通過フィルタまたは１つの切換可能／制御可能な低域通過フィルタ
も使用できる。
【００１４】 検出装置は別の制御規範により補われる。この際に受信された光信号から得ら
れるデータ補助信号の意図されて発生される誤り率を評価する装置は特に有利で
ある。特に簡単な回路はデータ信号の評価の際の制御可能な走査閾値により実現
される。
【００１５】 本発明の実施例を図面により説明する。
【００１６】 図１は中心周波数０．１２５／Ｔ、０．２５／Ｔおよび０．５／Ｔ（ここでＴ
は伝送されるデータ信号のビット継続時間）を有する３つの帯域通過フィルタの
フィルタ出力電圧Ｕ１〜Ｕ３の正規化された経過を示す。さらに、限界周波数０
．１２５／Ｔを有する低域通過フィルタの出力電圧Ｕ（ＬＰＦ）は、両方の主偏
光が同じ強さで励起された場合に正規化された差群伝搬時間ＤＧＤ／Ｔに関係し
て記入されている（主偏光または“ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｔａｔｅ‐ｏｆ‐ｐ
ｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ”（以下では短縮してＰＳＰと呼ばれる）とは、光周波
数が変化しても第１次近似では変化しない両方の互いに直交する偏光をいう）。
偏光を受けた光導波路内で主偏光は主軸と合致している、すなわち水平または垂
直である。しかし一般的には主偏光は楕円偏光の任意の直交する対である。主偏
光は種々の群伝搬時間を有し、それらの差は“差群遅延”、以下ではＤＧＤまた
は差群伝搬時間と呼ばれる。主偏光を有する光信号が伝送されると、第１次近似
ではパルス幅の広がりは生じない。両方の主偏光への分割の際にそこで等しいパ
ワー成分に相応する偏光を有する光信号が伝送されると、最大のパルス幅の広が
りが生ずる。なぜならば、大きさＤＧＤの伝搬時間差を有する２つの同じ強さの
パルスが重畳されるからである。
【００１７】 主偏光が光周波数の関数として変化すると、特定の周波数に相応する主偏光の
入力側の使用の際に、出力偏光は周波数の関数として変化するが、先ず第１次よ
りも高い次数で変化する。これは高次ＰＭＤと呼ばれる。一般に高次ＰＭＤが生
ずるが、その際に第１次ＰＭＤがその作用により支配的であり、従って補償され
なければならない。
【００１８】 明らかなように、出力信号Ｕ３は１ＴのＤＧＤの値までしかＰＭＤの誤りなし
の検出を可能にしない。なぜならば、１Ｔと２Ｔとの間の値に対しては関数の上
昇勾配が符号を変化するからである。相応のことが他方の帯域通過フィルタの出
力電圧にも、また度合いは少ないが低域通過フィルタの出力電圧にも当てはまる
。
【００１９】 図２には補償器内でのＰＭＤの検出装置の使用が示されている。光送信器ＴＲ
が光信号ＯＳを光導波路ＬＷＬを介して光受信器ＲＸへ送る。これは光信号を電
気信号に変換するためのホトダイオードＰＤを有する。後段に接続されている判
定器ＤＦＦが出力端ＯＤに伝送データ信号ＤＳを発する。
【００２０】 ホトダイオードの前には偏光モード分散を補償するための偏光モード変換器Ｃ
が接続されており、その入力端ＩＮは受信器入力端と同一である。
【００２１】 偏光モード変換器Ｃに対する調節規範はホトダイオードから発せられるベース
バンド信号ＢＢから得られる。これは多くのフィルタＦＩ１〜ＦＩ３に供給され
、それらの出力端の後にそれぞれパワーメータＤＥＴ１〜ＤＥＴ３が接続されて
いる。平滑化コンデンサまたは類似の装置によりこれらのパワーメータは平滑化
‐または低域通過機能をも有する。帯域通過フィルタは有利な仕方で中心周波数
０．１２５／Ｔ、０．２５／Ｔおよび０．５／Ｔを有する。帯域幅はそのつどの
中心周波数の約０．０００１倍〜０．２倍である。帯域通過フィルタの帯域幅が
狭い場合、パワーメータＤＥＴ１〜ＤＥＴ３におけるパワー測定の過程で平滑化
が大幅に省略される。
【００２２】 増幅器などの詳細は概要を理解し易くするために図示されていない。
【００２３】 補償器の設定をわかりやすく説明するために、大きい差群伝搬時間が最初に存
在することを仮定するのが最も良い。先ず最も低い中心周波数０．１２５／Ｔを
有する帯域通過フィルタＦＩ１の出力電圧Ｕ１（パワーメータにより測定される
）が、調節器ＭＰとして使用されるマイクロプロセッサ（Ａ‐Ｄ変換器およびＤ
‐Ａ変換器を有する）により補償器設定を最適化するために使用される。この信
号が（図１で上側の）閾値ＳＯを上回ると直ちに、最適化のためにすぐ次に高い
中心周波数０．２５／Ｔを有する帯域通過フィルタＦＩ２の出力信号が使用され
る。たとえこれが、閾値（または実施例に相応して選ばれた他の閾値）を上回る
強い出力信号を供給するとしても、最も高い中心周波数０．５／Ｔを有する帯域
通過フィルタへの切換が行われる。この帯域通過フィルタは確かに出力信号の最
も狭い単調範囲を有するが、他の帯域通過フィルタの出力信号を一緒に評価する
ことにより、第１の単調範囲０≦ＤＧＤ≦Ｔにおける出力信号を供給することが
保証されている。従ってその高い感度はＰＭＤ歪みの補償に特に有利に利用でき
る。利用される単調範囲は主値として実線で図１に記入されている。
【００２４】 最適なビット誤り率を達成するために、帯域通過フィルタの出力信号または後
段に接続されているパワー検出器の出力信号の非線型または線型の組み合わせも
行われ得る。加えて、低い周波数の帯域通過フィルタの出力信号の関数として選
ばれるフィルタ出力信号の代わりに、簡単に低い周波数の信号の出力信号も使用
される。ＤＥＴ１の出力信号がその閾値を上回らないかぎり、これのみが使用さ
れる。ＤＥＴ２の出力信号も閾値を上回っている場合には付け加えられる。最後
にＤＥＴ３の出力信号もその閾値も上回っているならば付け加えられる。
【００２５】 測定のために検出器ＤＥＴ１〜ＤＥＴ３の出力端に測定装置が直接に接続され
ていてよく、それらの内の１つの測定装置ＭＧ３が図２に示されている。
【００２６】 図３には、３つの帯域通過フィルタが単一の切換可能／制御可能な帯域通過フ
ィルタＦＩＵにより置換されている検出装置の変形例が示されている。補償の際
の進行の仕方は同じである。調節器として使用されるマイクロプロセッサＭＰは
、より高い中心周波数を有するフィルタの主値（単調範囲）の対応付けが一義的
に可能であるように、それぞれ先行の出力電圧を記憶に留める。フィルタの設定
は制御信号ＳＴにより行われる。
【００２７】 図４には、第２の判定器ＤＦＦ２が使用され、それに同じくベースバンド信号
ＢＢが供給される別の変形例が示されている。この実施例では第２の判定器の閾
値が設定装置ＥＧを介して、第１の判定器ＤＦＦがなおほぼ誤りのないデータ信
号ＤＳを発するときに、この第２の判定器が誤りのあるデータ補助信号ＤＨを供
給するように、広くずらされる。出力信号は排他的オアゲートＥＸＯＲにおいて
互いに比較され、こうして得られた誤り信号ＦＳが同じくマイクロプロセッサＭ
Ｐにより偏光モード変換器Ｃを制御するために使用される。第２の判定器の閾値
をシフトすることにより、達成可能なビット誤り率を顧慮して信号の質がどのよ
うに良いかについての尺度が常に発生される。最適値からの閾値のシフトの際の
データ補助信号の誤り率が小さいほど、信号の質は良い。大まかに言って、切換
可能／制御可能なフィルタＦＩＵの最大出力電圧および最小誤り率は合致する。
それに対して、判定器ＤＦＦのより低いビット誤り率に通ずるより精密な評価は
誤り信号ＦＳの使用の際に生ずる。しかしデータ信号ＤＳからのデータ補助信号
ＤＨの偏差は不規則的に生ずるので、特に良いＳＮ比、従ってまた最適な補償を
得るために、誤り信号ＦＳの比較的長い測定または平均化時間が必要である。第
２の判定器によって得られる追加的な情報はフィルタＦＩＵを最適化するために
、すなわちその伝達関数を変更するために使用される。この適応作動形式は、サ
ンプルのばらつき、温度変動、非線型な作用の発生などを許容可能にする特に有
利であると思われる。この実施例の大きい利点は、フィルタ出力信号により迅速
な補償が可能であり、精密設定およびフィルタの伝達関数の設定のために十分な
時間が得られることにある。
【００２８】 特に、偏光モード変換器Ｃの速い設定が重要でない場合には、誤り信号ＦＳの
みの使用も可能であり、それによって図４においてはフィルタＦＩＵおよびパワ
ー検出器ＤＥＴ１は省略され得よう。
【００２９】 図５に示されているように、多くの帯域通過フィルタを使用する際には、フィ
ルタの伝達関数または個々のフィルタ出力信号の重み付けは、最も小さいＰＭＤ
歪みが生ずるように変更される。これはゆっくりと行われてよく、他方において
フィルタ出力信号およびそれらの組み合わせは迅速に得られるので、この適応作
動形式により図４の実施例の際と同一の利点が生ずる。
【００３０】 原理的に偏光モード変換器の制御は誤り信号によっても行われ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 フィルタ出力電圧の正規化された経過を示す特性図。
【図２】 ３つの帯域通過フィルタを有する本発明の実施例を示すブロック図。
【図３】 制御可能な帯域通過フィルタを有する別の実施例を示すブロック図。
【図４】 データ補助信号の追加的な評価を有する別の実施例を示すブロック図。
【図５】 この実施例の別の変形例を示すブロック図。
【符号の説明】
ＴＸ 光送信器 ＲＸ 光受信器 Ｃ 偏光モード変換器 ＰＤ ホトダイオード ＦＩ１〜ＦＩ３ フィルタ ＤＥＴ１〜ＤＥＴ３ パワーメータ ＭＰ 調節器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，Ｊ Ｐ，ＲＵ，ＵＳ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フィルタ（ＦＩ１）を備え、その出力端にパワーメータ（Ｄ
    ＥＴ１）が接続されている、光データ信号（ＯＳ）の偏光モード分散の検出装置
    において、 後段に接続されているパワーメータ（ＤＥＴ２、ＤＥＴ３）を有する少なくと
    も１つの別のフィルタ（ＦＩ２、ＦＩ３）が設けられ、 パワーメータ（ＤＥＴ１、ＤＥＴ２、ＤＥＴ３）の出力電圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ
    ３）が評価されることを特徴とする偏光モード分散の検出装置。
  2. 【請求項２】 フィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２、ＦＩ３）として帯域通過フィル
    タが設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 上昇勾配の最小値０から符号切換を行う最大値までの差群伝
    搬時間（ＤＧＤ）の間に位置しているフィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２、ＦＩ３）の出
    力電圧の単調範囲のみが評価されることを特徴とする請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 最も低い中心周波数を有するフィルタ（ＦＩ１）の出力信号
    （Ｕ１）が上側閾値（ＳＯ）の下側に位置している際にはこの出力信号（Ｕ１）
    が単独に評価され、 出力信号（Ｕ１）がこの閾値（ＳＯ）を上回る際にはすぐ次に高い中心周波数
    を有するフィルタ（ＦＩ２）の出力信号（Ｕ２、Ｕ３）が単独にまたは追加的に
    評価され、より高い中心周波数を有するフィルタ（ＦＩ３）に対する相応の評価
    が行われることを特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 帯域通過フィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２、ＦＩ３）の中心周波数
    がビットクロック周波数のほぼ半分に相応する中心周波数から出発して２段階で
    低く選ばれていることを特徴とする請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 ３つのフィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２、ＦＩ３）が設けられてい
    ることを特徴とする請求項３記載の装置。
  7. 【請求項７】 フィルタ（ＦＩＵ）を備え、その出力端にパワーメータ（Ｄ
    ＥＴ１）が接続されている、光データ信号（ＯＳ）の偏光モード分散の検出装置
    において、 フィルタ（ＦＩＵ）の限界周波数または帯域通過フィルタの中心周波数が切換
    可能または設定可能であり、上昇勾配の最小値０から符号切換を行う最大値まで
    の差群伝搬時間（ＤＧＤ）の間に位置しているフィルタ（ＦＩＵ）の出力電圧（
    Ｕ１）の単調範囲のみが評価され、先行のフィルタ構成の際に得られた出力電圧
    が一緒に用いられることを特徴とする偏光モード分散の検出装置。
  8. 【請求項８】 帯域通過フィルタ（ＦＩＵ）が３段階に切換可能であること
    を特徴とする請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 光受信器（ＲＸ）において偏光モード分散を補償するための
    偏光モード変換器（Ｃ）を制御するために設けられていることを特徴とする請求
    項７又は８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 測定装置（ＥＧ；ＤＦＥ２，ＥＸＯＲ）が、受信信号を意
    図的に悪くされるかまたは第２の判定器（ＤＥＦ２）の閾値を変更した際にビッ
    ト誤り率を測定するために設けられ、その誤り信号（ＦＳ）が調節器（ＭＰ）を
    介して追加的に偏光モード変換器（Ｃ）を制御することを特徴とする請求項９記
    載の装置。
  11. 【請求項１１】 調節器（ＭＰ）を介してフィルタ（ＦＩＵ；ＦＩ１、ＦＩ
    ２、ＦＩ３）の伝達関数またはそのパワーメータ（ＤＥＴ１、ＤＥＴ２、ＤＥＴ
    ３）の出力信号の重み付けが制御されることを特徴とする請求項１０記載の装置
    。
  12. 【請求項１２】 複数のフィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２，ＦＩ３）の内の１つの
    フィルタの主値のみが偏光モード変換器（Ｃ）を制御するために用いられている
    ことを特徴とする請求項９乃至１１の１つに記載の装置。
  13. 【請求項１３】 複数のまたは全てのフィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２，ＦＩ３）
    の出力電圧またはそのパワーメータ（ＤＥＴ１、ＤＥＴ２、ＤＥＴ３）の出力電
    圧（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３）が選ばれた範囲内で偏光モード変換器（Ｃ）を制御する
    ために用いられていることを特徴とする請求項９乃至１１の１つに記載の装置。
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