JP2004350285A - 光ファイバ伝送システム用の多次数ｐｍｄ補償器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明によって、高いビットレートおよびある周波数範囲にわたって促進された補償を供給するために光ファイバ伝送システムに多次数ＰＭＤ補償を提供すること。
【解決手段】特に、連接された一連の部品によってＰＭＤが補償され、各々の部品はＰＭＤのテイラー級数近似式の連続的に高くなる次数の項の効果を補償するように構成される。各々の部品は偏波制御器および特定の次数の微分分散素子を含むと好都合である。範例となる実施形態では、第１の次数の微分分散素子は標準的な微分群遅延（ＤＧＤ）素子であることが可能である。第２の次数の素子は微分群速度分散素子であることが可能であり、第３の次数の素子は微分分散勾配素子であることが可能である。様々な次数のこれら微分分散素子は多様な実施形態の中で固定または調整可能な素子であることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は光ファイバ伝送システムに関し、特に、多次数の偏波モード分散の効果を緩和するための補償器を設けられた伝送システムに関する。

光ファイバ伝送システムは膨大な量の情報の高速伝送に関してその卓越した能力を確立し始めている。本質的に、光伝送システムは光信号源および信号が搬送する情報を復調する受信器へと光信号を搬送するための光ファイバ伝送経路を有する。ますます光信号は複数の別個の波長信号チャネルを有する波長分割多重信号（ＷＤＭまたはＤＷＤＭ信号）になりつつある。各々のチャネルで、通常、情報は光パルス配列として伝送される。

偏波モード分散補償器は光伝送システムの重要な構成要素である可能性を有する。偏波モード分散（ＰＭＤ）は、信号の異なる直交偏波成分が異なる伝搬遅延を受けるときに生じる。ファイバおよび光学部品の不完全性は偏波成分に異なる遅延を生じさせる可能性がある。これらの異なる遅延は伝送される信号パルスの形状を歪める可能性がある。
Ｈ．ＳｕｎｎｅｒｕｄらのＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．２０、２２０４〜２２１９頁（２００２年） Ｆ．ＨｅｉｓｍａｎｎらのＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ １９９８年、５２９〜５３０頁 Ｔ．ＴａｋａｈａｓｈｉらのＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３０、３４８〜３４９頁（１９９４年） Ｈ．Ｋｏｇｅｌｎｉｋ、Ｌ．Ｅ．ＮｅｌｓｏｎとＪ．Ｐ．Ｇｏｒｄｏｎ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．２１、４８２〜４９５頁（２００３年） Ｅｙａｌら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３５、１６５８〜１６５９頁（１９９９年） Ｆ．Ｒｏｙら［Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９９年、論文ＴｕＳ４、Ｖｏｌ．１、２７５〜２７７頁］ Ｓ．Ｌｅｅら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９９年、論文ＴｕＳ３ Ｄ．Ｓｏｂｉｓｋｉら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３７、４６〜４８頁、２００１年 Ｂ．Ｅｇｇｌｅｔｏｎら、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１１、８５４〜８５６頁、１９９９年 Ｍ．Ｓｈｉｒａｓａｋｉら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２０００年、締め切り後の論文２．３ Ｃ．Ｍａｄｓｅｎら、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１１、１６２３〜１６２５頁、１９９９年 Ｈ．Ｂｕｌｏｗら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ １９９９年、Ｖｏｌ．２、１３８〜１３９頁 Ｈ．Ｂｕｌｏｗら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２０００年、Ｖｏｌ．３，２０９〜２１０頁 Ｆ．Ｂｕｃｈａｌｉら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００３年、Ｖｏｌ．１、２６２〜２６４頁

ＰＭＤは高いビットレート、特に４０Ｇｂ／ｓ以上で高まりつつある関心事である。さらに、ＰＭＤは周波数で変わる可能性があるので、広範囲の周波数にわたって光信号を伝送するシステムを補償することはますます困難である。したがって、改善されたＰＭＤ補償を備えた光伝送システムが必要とされる。

本発明によると、光ファイバ伝送システムは高いビットレートとある周波数範囲にわたって促進された補償を供給するために多次数のＰＭＤ補償を設けられる。特に、ＰＭＤは一連の鎖状の構成要素群によって補償され、各々の構成要素はＰＭＤのテイラー級数近似式の連続的高次項の効果を補償するように構成される。都合よく、各々の構成要素は偏波制御器および特定の次数の微分分散素子を有する。ある範例の実施形態では、第１の次数の微分分散素子は標準的な微分群遅延（ＤＧＤ）素子である可能性がある。第２の次数の素子は微分群速度分散素子である可能性があり、第３の次数の素子は微分分散勾配素子である可能性がある。様々な次数のこれら微分分散素子は異なる複数の実施形態の中で固定もしくは調整可能な素子であることが可能である。

本発明の利点、性質および様々な追加的特徴は、ここで添付の図面と結びつけて詳細に説明される具体例の実施形態を考慮に入れることによってさらに明確に理解されることが可能である。

これらの図面が本発明の概念を説明する目的のものであって、グラフ以外は縮尺を考慮されていないことは理解されるべきである。

本発明により、高いビットレートおよびある周波数範囲にわたって促進された補償を供給するために光ファイバ伝送システムに多次数ＰＭＤ補償を提供することができる。

この説明は２つの部分に分けられる。部分Ｉは本発明の範例の実施形態を説明し、部分ＩＩは、当業者のために本発明の基礎を成す理論およびその延長線上にある部分をさらに詳細に説明する。

Ｉ．多次数ＰＭＤ補償を備えた光伝送システム
図面を参照すると、図１は情報搬送パルスの供給源１１、供給源１１から入る光信号を伝送するための光ファイバを有する伝送経路１２、多次数ＰＭＤ補償器１３、場合によって設けられる光受信器１４、および場合によって設けられる、多次数ＰＭＤ補償器１３にフィードバック信号１６を供給するためのモニタ１５を含む光ファイバ伝送システム１０を概略的に例示している。ファイバ経路１２は不本意な偏波モード分散を受けると推測される。信号源１１、ファイバ経路１２、受信器１４、およびモニタ１５は当該技術でよく知られている従来式の装置であることが可能である。

多次数ＰＭＤ補償器１３は複数の補償用構成要素Ａ、Ｂ、Ｃ、．．．を有し、各々の構成要素は波長に関してＰＭＤのテイラー級数展開の連続的高次項を補償するように構成される。部分ＩＩで示されるように、角周波数ωの関数であるＰＭＤはテイラー級数近似式として表わされることが可能である。本発明によると、補償用構成要素Ａは級数近似式の第１項の影響を補償し、Ｂは第２項を補償し、Ｃは第３項を補償する。必要であれば、さらに高次の項を補償するために追加的な構成要素が設けられることが可能である。

図２は図１のシステムに使用するための範例の多次数補償器１３をさらに詳細に示している。連続する構成要素Ａ、Ｂ、ＣはＰＭＤベクトルのテイラー級数近似式の連続的高次項を何らかの中心キャリア周波数ω_０に関する周波数ωの関数として補償する。テイラー級数近似式では、中心周波数ω_０よりも周波数増分Δω高い周波数のＰＭＤベクトル

は複数項の級数の総和で近似され、それらは最初の３つの項ではそれぞれ１）ω_０でのＰＭＤベクトル、２）ω_０でのＰＭＤベクトル対周波数の勾配、および３）ω_０での勾配が周波数と共に変化する率を考慮に入れている。さらに高次の項もやはり使用されることが可能である。

この級数近似式を使用すると、ω＝ω_０＋ΔωでのＰＭＤベクトルは以下で近似されることが可能である。

さらに高次の項は通常では無視することが可能であるが、しかし望まれればそれらもやはり補償されることが可能である。

以下では、構成要素Ａ、Ｂ、およびＣは色分散、光学部品もしくはファイバを通して伝送されるときに多様な周波数（波長）が受ける時間遅延の差異を伴なう特定の素子を含むであろう。色分散は材料の屈折率の周波数依存性および導波路の設計によって引き起こされる。ＰＭＤは光学部品もしくはファイバを通じた時間遅延の偏波依存性である。（ＰＭＤは周波数依存性であってもなくてもよい。）ＰＭＤと色分散は関連しており、そこではそれらは両方共に光学部品もしくはファイバを通じた時間遅延を反映している。

ＰＭＤと同様に、色分散の影響はキャリア周波数ω_０に関するテイラー級数内のモード伝搬定数βを次のように展開することで説明される。

ここで、β_ωを第１の次数、またはさらに正確には群速度もしくは遅延を決定する「第１の次数の位相速度の分散」として定義し、β_ωωを第２の次数（または群速度の分散もしくはしばしば単純に色分散）として定義し、β_ωωωを第３の次数（または分散勾配）として定義する。以下では、特定の次数の微分分散は、２つの直交する偏波が光学素子を通って伝搬するときにそれらがその次数の異なる微分分散を受ける場合に関連する。

第１の構成要素Ａは微分光学遅延ラインのような従来式の第１の次数のＰＭＤ補償器だけを必要とし、そこでは２つの直交する偏波が異なる光学遅延（第１の次数の分散）を受ける。微分遅延ラインは偏波制御器２０Ａ、偏波ビーム・スプリッタ２１Ａ、遅延素子２２Ａ、および偏波ビーム・コンバイナ２３Ａで構成されることが可能である。ミラー２４Ａと２５Ａは分割されたビーム成分をそれらの適切な経路へと方向付けすることが可能である。偏波制御器２０Ａはファイバから高速で伝搬する方の偏波成分が補償器の遅い方の経路へと方向付けられ、ファイバから低速で伝搬する方の偏波成分が補償器の速い方の経路へと行くように偏波を回転させる。遅延素子２２ＡはＨ．ＳｕｎｎｅｒｕｄらのＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．２０、２２０４〜２２１９頁（２００２年）に述べられているように中心キャリア周波数ω_０で偏波の分散を補償するか、または所望の帯域幅（例えば信号の帯域幅）にわたって平均の

を補償するように選択される。従来式の第１の次数のＰＭＤ補償器の構造および動作はＦ．ＨｅｉｓｍａｎｎらのＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ １９９８年、５２９〜５３０頁にさらに詳細に述べられている。微分光学遅延ラインはまた、光学的遅延が異なっている限り両方の偏波の経路に遅延器を設置することによっても構成されることが可能である。場合によっては、第１の次数のＰＭＤ補償器はＴ．ＴａｋａｈａｓｈｉらのＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３０、３４８〜３４９頁（１９９４年）で説明されているように一片の偏波保持（ＰＭ）ファイバによって引き継がれる偏波制御器で構成されることが可能である。

第２の構成要素Ｂは第２の次数のＰＭＤ補償器であって、周波数に関するＰＭＤベクトルの勾配

に従ってＰＭＤを補償する。構成要素Ｂは、微分遅延（第１の次数の分散）の代わりに第２の次数の微分遅延を供給することを除くと構成要素Ａと同様であることが可能である。素子２２Ｂは、構成要素Ｂの微分群速度分散を供給するための分散補償ファイバまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングといった群速度を備えた１つまたは複数の素子を含む。場合によっては、微分分散は図３と４にそれぞれ示したように２つの偏波の経路内に異なる量の群速度分散（Ｄ_１とＤ_２）、または等しい大きさではあるが反対の記号（＋｜Ｄ｜と−｜Ｄ｜）の群速度分散を設置することによってもやはり供給されることが可能である。いくつかのケースでは、特に図２と３に示した導入についてはＰＭＤ補償器によって加えられるいかなる共通の（偏波依存性の）群速度分散も補償するために、ＰＭＤ補償器の後ろに（偏波依存性の）群速度分散補償器を追加することが必要となる可能性がある。構成要素Ａ用に微分遅延をコンパクトに導入するのと同様のことが構成要素Ｂについても可能と思われる。例えば、この導入は２つの直交する偏波に関して異なる群速度分散を備えたファイバを必要とするであろう。

第３の構成要素Ｃは第３の次数のＰＭＤ補償器であり、キャリア周波数ＰＭＤベクトル対周波数の二次導関数

に従ってＰＭＤを補償する。第３の次数の補償器は素子２２Ｃを備えた構成要素Ｂと同様であって１つまたは複数の分散勾配素子を含むことが可能である。構成要素Ｂと同様に、微分分散勾配は、２つの偏波の経路内に異なる量の分散勾配、または等しい大きさであるが反対の記号の分散勾配を設置することによって供給されることが可能である。いくつかのケースでは、ＰＭＤ補償器によって加えられるいかなる共通の（偏波依存性の）分散勾配も補償するために、ＰＭＤ補償器の後ろに（偏波依存性の）分散勾配補償器を追加することが必要となる可能性がある。

多次数の補償器１３は固定もしくは調整可能のいずれかの微分遅延および分散素子でもって図１のシステムを補償することが可能である。各々の補償次数に関して各々の偏波制御器を調節することによって、発射される偏波の状態はファイバ伝送リンクとＰＭＤ補償器の組み合わせのシステムに関してその次数の主偏波状態で強制的に整列させられることが可能である。この手法は制御信号の数を減らし、調節可能な遅延もしくは分散を必要としない。もしも微分遅延および分散素子が調整可能であれば、ＰＭＤ補償のさらなる最適化が達成されることが可能となる。

ＩＩ．理論と範例
偏波モード分散は光ファイバの複屈折によって引き起こされる伝送の障害である。ファイバ製造工程のわずかな不完全性および／またはケーブル内のファイバへの応力がファイバの長さに沿って複屈折軸のランダムな変化を引き起こす。第１の次数（すなわち信号帯域幅が小さいとき）に対して、ファイバの出力部で、主偏波状態（ＰＳＰ）と呼ばれる２つの直交する偏波の間に微分群遅延（ＤＧＤ）が存在する。直接検波式の受信器で、２つのＰＳＰで揃えられた強度が一体に加算し、結果としてパルスの拡張および記号間の干渉につながる。ＰＭＤは普通ではＰＭＤベクトル

によって説明され、ここでΔτは微分群遅延（ＤＧＤ）であり、単位ベクトル

は遅い方のＰＳＰの方向を指す。第１の次数のＰＭＤについては、Δτと

は信号帯域幅にわたって一定であると想定される。

いくつかのケースで、信号帯域幅Δωは主状態Δω_ＰＳＰの帯域幅よりも大きく、ＰＭＤベクトル

が妥当に一定である、すなわち

である帯域幅として定義され、ここで

はファイバの平均ＤＧＤである。したがって、さらに高次のＰＭＤを考慮する必要があり、それは波長に伴なうＤＧＤの変化ならびに波長に伴なうＰＳＰの配向の変化を説明する。高次のＰＭＤに起因するシステムの障害は単純なパルス分割よりもさらに複雑である。ある搬送周波数ω_０についてテイラー級数内のＰＭＤベクトルの普通の展開

を使用すると、いわゆる第２の次数のＰＭＤは２つの項を有する導関数

によって説明される。この表現では、第１の次数のＰＭＤベクトルと平行である第１の項は波長に伴なう微分群遅延の変化であって偏波依存性の色分散（ＰＣＤ）を引き起こし、結果として偏波依存性のパルスの圧縮と拡張につながる。それはファイバの色分散に偏波依存性の変化を引き起こすと考えられてきた。第２の項

はＰＳＰが周波数に伴なってどのように回転するかを説明し、偏波解消項と称されてきた。ＰＳＰ偏波解消によって引き起こされるパルス歪みにはオーバシュートおよびサテライト・パルスの発生が含まれる。ＰＳＰ偏波解消はまた、第１の次数のＰＭＤ補償器に有害な効果を有する。分散、チャープ、および第２の次数のＰＭＤの間に複雑な相互作用が存在することを研究が示した。おそらくまさに第２の次数のＰＭＤの複雑な性質のせいで、第３およびさらに高い次数のＰＭＤの効果を理解するための研究は殆ど為されていないが、しかしこれら高い次数の効果は１０Ｇｂ／ｓから４０Ｇｂ／ｓの古過ぎる埋め込みファイバのシステムの性能向上にとって重要である可能性がある。

ＰＭＤベクトルのテイラー級数展開は第１およびさらに高い次数のＰＭＤを定義するけれども、それは時間領域のさらに高次のＰＭＤの効果の単純な物理的解釈を可能にしなかった。さらに正確に述べると、その展開は高い次数のＰＭＤの各々の次数に関するファイバの（周波数依存性の）ジョーンズ・マトリックスを作成するための方法を可能にしなかった。最近になって、Ｈ．Ｋｏｇｅｌｎｉｋ、Ｌ．Ｅ．ＮｅｌｓｏｎとＪ．Ｐ．Ｇｏｒｄｏｎ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．２１、４８２〜４９５頁（２００３年）がこの問題に対する解決法を提案した。ファイバのモデルに対して、周波数の多様な回転パワーのジョーンズ・マトリックスを使用する。Ｅｙａｌら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３５、１６５８〜１６５９頁（１９９９年）によって最初に提案されたような第２の次数のモデルについては、異なる回転パワーの２つの断面が一体に連接され、その連接のジョーンズ・マトリックスはＵ＝Ｕ_２Ｕ_１である。ここで、Ｕ_１とＵ_２はそれぞれ周波数依存性の回転軸

およびφ_１（ω_０＋Δω）＝ｋ_１Δωとφ_２（ω_０＋Δω）＝ｋ_２Δω^２／２の形の回転角を有する。各々の断面の回転のパワーはΔωの累乗によって示される。ここの断面のＰＭＤベクトルは

であると示すことが可能である。Ｕ_１（ω_０）＝ＩおよびＵ_２（ω_０）＝Ｉ（ここでＩは単位行列である）ならびにＰＭＤベクトル連接則を使用すると、２つの断面の連接の出力のＰＭＤベクトルは（第１の次数については）

であり、（第２の次数については）

である。Ｕ_２Ｕ_１連接の第３の次数のＰＭＤが非ゼロであり、かつ第１と第２の次数のＰＭＤベクトルのクロス乗積を含むことに留意すべきである。

Ｋｏｇｅｌｎｉｋらの報告では、この第２の次数のモデルはさらに高い次数のＰＭＤの効果をモデル化するためにさらに高いパワーの回転へと拡張された。その回転成分は、周波数依存性の回転角がφ_ｎ（ω_０＋Δω）＝ｋ_ｎΔω^ｎ／ｎ！であり、かつ各々の成分がその独自の周波数依存性回転軸

を有することを有することを除くと、上記で概説したＵ_１とＵ_２の成分と同様である。ｎ番目のパワーの回転を特徴付けるストークス・ベクトルである回転ベクトル

を規定することが可能である。その結果、各々の回転断面に関するＰＭＤベクトルは単純に、

となる。

実際のところ、これらのさらに高いパワーの回転成分の利点は、キャリア周波数において（Δω＝０）それらが１つの次数のみ、すなわちそれらの回転の次数のみのＰＭＤを有することである。言い換えると、それらは純粋の高次ＰＭＤの成分である。例えば、キャリア周波数でＵ_１断面は第１の次数のＰＭＤのみを有し、その一方でＵ_２断面は第２の次数のＰＭＤのみを有する。

第４および６次数までのファイバＰＭＤに関するエミュレータ・モデルが最近になって、Ｋｏｇｅｌｎｉｋらの報告に示されるように、これらのさらに高いパワーの回転成分、さらに高い次数のＰＭＤベクトルの連接則、およびストークス・ベクトル記述

を使用して構築された。例えば、図５は第４の次数のＰＭＤまでモデル化するための４つの成分の連接を示している。（Ｕ_０が周波数に非依存性の偏波制御器を表わすことに留意すべきである。）

これらのさらに高いパワーの回転成分を使用したＰＭＤのモデル化の重要な態様は、それらの成分が物理的に実現可能なことである。各々の成分は特定の次数の微分分散である。例えば、Ｕ_１は第１の次数の微分分散、すなわち微分群遅延（ＤＧＤ）を表わす。Ｕ_２は微分群速度を表わし、その一方でＵ_３は微分分散勾配を表わす、等々である。

ここで本発明は、上述したさらに高いパワーの回転成分を使用したさらに高い次数の偏波モード分散の補償に関する。ＰＭＤはこれらのさらに高いパワーの回転成分でモデル化される（エミュレートされる）ことが可能であるので、ＰＭＤはこれらの成分で補償されることもやはり可能である。特定の次数までのＰＭＤの効果は固定もしくは調整可能な微分分散素子を使用することによって補償される。

例えば、もしも（ファイバ、システム等の）補償されるべきＰＭＤが第３の次数まで判っている（すなわち

が判っている）場合、ファイバは図６に示したさらに高いパワーの回転成分でモデル化されることが可能であり、そこでは下付き文字ｉは回転の次数を表わす。

であり、それに対して

は周波数に非依存性の回転であって補償される必要がないことは以前に示されている。したがって、図７に示したようにファイバの後ろにさらに高いパワーの回転素子

で構成される補償器を設置することが可能である。

（ここでは微分を示すのに下付き文字ωの代わりに’符号が使用されている。変数Ｒの並びの上のＴの添え字は実際には共役転置を示す「剣印」であるべきである。）

図８はＲ^Ｔの導関数の表である。キャリア周波数での多様な回転パワーに関してこれらの連接則および図８の表にしたＲ^Ｔの導関数を使用すると、次のようにファイバの入力部に向かって連続的な反復を行うことで多様な断面のＰＭＤベクトルすべてを合計することが可能である。

固定の微分分散素子を使用して特定の次数までＰＭＤを補償する方法
Ｔ．Ｔａｋａｈａｓｈｉら［Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３０、３４８〜３５０頁（１９９４年）］およびＦ．Ｒｏｙら［Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９９年、論文ＴｕＳ４、Ｖｏｌ．１、２７５〜２７７頁］によって提案された第１の次数のＰＭＤを補償する１つの方法はシステムの出力部で偏波制御器（ＰＣ）および固定の微分群遅延素子（例えばある長さの偏波保持ファイバ）を使用することである。ＰＣを調節することによって、システム全体（伝送リンク＋補償器）の第１の次数のＰＭＤベクトルは強制的に伝送リンクへの発射偏波と揃えられることが可能となる。したがって、発射偏波がシステム全体（リンク＋補償器）の主偏波状態である。この補償器の動作はよく知られており、いくつかの研究室レベルの実験と現場での試用が試験されてきた。

本実施例はさらに高いパワーの回転成分（すなわち式１〜３）のフレームワークを試用し、図７に示したように、さらに高い次数のＰＭＤを補償するために固定の補償素子を使用する考え方の延長線上にある。この補償器は偏波制御器によって分けられた複数の固定の微分分散素子で構成される。基本的に、ＰＭＤの各々の次数に関して偏波の発射状態が組み合わせの伝送リンク＋ＰＭＤ補償器の軸

と揃えられることを望む。

式（４）と（５）は、ＰＭＤのさらに高い次数が低い次数のＰＭＤの補償のための条件にはまらないことを示していることに留意すべきである。補償器を設定するこの方法は、さらに高い次数の設定が以前に為された低い次数の設定に影響を及ぼさないことを意味しており、補償器の導入と制御を容易にする。

図１０は式（４〜６）によって説明されるベクトルの関係の図を示している。次数毎について規定された平面があることに留意すべきである。

第４およびさらに高い次数の周波数回転（すなわちｍ≧４の場合の

である）を有する素子を追加することによって第３の次数よりも高いＰＭＤの補償まで本発明が拡張される可能性のあることに留意すべきである。

調整可能な微分分散素子を使用して特定の次数までＰＭＤを補償する方法

これは特定の次数の調節可能な微分分散の複数素子の間で偏波制御器を使用して実現される可能性がある。この代替の実施形態は実施例１の実施形態と比較して補償器のためのさらに多くの制御信号を必要とするが、ＰＭＤのさらなる最適化が達成されることが可能である。例えば、完全に調整可能な微分分散素子はＰＭＤ補償器によって作り出される不本意な高次のＰＭＤの最少化を可能にするであろう。

光学的−機械的遅延ライン［Ｆ．Ｈｅｉｓｍａｎｎら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ １９９８年、Ｖｏｌ．１、５２９頁］、非線形チャープ型ＰＭファイバ・ブラッグ・グレーティング［Ｓ．Ｌｅｅら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ １９９９年、論文ＴｕＳ３］、または切り換え可能な半波もしくは全波平面を備えたＰＭファイバ断面［Ｄ．Ｓｏｂｉｓｋｉら、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．３７、４６〜４８頁、２００１年］のような標準的な微分遅延素子が

に関して使用されることが可能である。

遅延素子の代わりに調整可能な群速度分散素子が

に関して使用される。この調整可能な分散素子はフレーティングの熱的調整を備えたチャープ型ファイバ・ブラッグ・グレーティング［Ｂ．Ｅｇｇｌｅｔｏｎら、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１１、８５４〜８５６頁、１９９９年］と光サーキュレータであることが可能である。その他の導入法には調整可能な分散を有する仮想画像化位相アレー［Ｍ．Ｓｈｉｒａｓａｋｉら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２０００年、締め切り後の論文２．３］またはリング共振器を使用する調整可能な全域通過フィルタ［Ｃ．Ｍａｄｓｅｎら、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１１、１６２３〜１６２５頁、１９９９年］が含まれる。さらなる導入法にはＲａｍａｃｈａｎｄｒａｎら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２００２年、締め切り後の論文２．６によって提案されたような調整可能な（調節可能な）高次モード分散補償器が含まれる可能性がある。いかなるこれらの素子からいかなる微分群遅延を取り除くことにも注意を払わなければならないことに留意すべきである。

調整可能な分散勾配素子が

に関して必要とされる。これらは、分散勾配を作り出すために第２の次数にチャープされる調整可能なブラッグ・グレーティングに導入されることが可能である。調整可能な分散勾配を備えたいかなる素子も使用される可能性がある。やはり、これらの素子からいかなる微分群遅延もしくは微分分散を取り除くことにも注意を払わなければならない。

第４およびさらに高い次数の（すなわちｍ≧４の場合の

である）周波数回転を有する素子を追加することによって本発明が第３の次数よりも高いＰＭＤを補償するように拡張されることが可能であることにもやはり留意すべきである。

ここで、第１の態様で本発明がω_０を含む周波数範囲の光源、光を伝送するためのものであって不本意な偏波モード分散（ＰＭＤ）を受ける光ファイバ伝送経路、およびＰＭＤを低減するための偏波モード分散補償器を含むことを見出すことができる。補償器は複数の補償用部品を有し、各々の異なる補償用部品はω_０での連続的に高くなる次数のＰＭＤを補償するように構造化および構成される。

別の態様では、本発明はやはり上述の補償器を有する。都合のよい実施形態では、ＰＭＤ補償器の複数部品の各々が２つの経路の間で光ビームの偏波成分を分割するための偏波ビーム・スプリッタ、経路の一方にある遅延もしくは分散素子、および偏波成分を再度組み合わせるための偏波ビーム・コンバイナを有する。上述したように、遅延もしくは分散素子は固定あるいは調整可能であってもよく、固定あるいは調整可能な微分遅延もしくは分散を補償する部品に結果的につながる。

ファイバのＰＭＤあるいはＰＭＤに起因する信号の歪みについて様々な情報を提供するＰＭＤ補償器のためにいくつかのモニタリング技術が提案されてきた。モニタの範例にはＲＦスペクトルのモニタリング［Ｔａｋａｈａｓｈｉら、１９９４年］、ＲＦパワー［Ｈ．Ｂｕｌｏｗら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ １９９９年、Ｖｏｌ．２、１３８〜１３９頁］、アイ・モニタ［Ｈ．Ｂｕｌｏｗら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２０００年、Ｖｏｌ．３，２０９〜２１０頁］および偏波の程度［Ｒｏｙら、１９９９年］が含まれる。受信器および／またはＰＭＤ補償器出力部のＰＭＤモニタから利用可能な情報に応じて、前述のＰＭＤの（偏波制御器および固定もしくは調整可能な分散素子で構成される）部品類が調節されることでＰＭＤの多様な次数の効果を軽減すること、または伝送される信号の最適性能（例えば最も低いビット誤り率）を単純に得ることが可能となる。後者は偏波制御器または調整可能な分散素子のディザリングを必要とする。この方策は、Ｆ．Ｂｕｃｈａｌｉら、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２００３年、Ｖｏｌ．１、２６２〜２６４頁の報告に述べられたような他のタイプの多段式ＰＭＤ補償器に応用されており、上述のＰＭＤ補償器にとって有利な方策になる可能性がある。

上述の実施形態が本発明の用途を表わすことが可能な多くの可能な実施形態のうちのほんのいくつかの具体的例示であることは理解される。例えば、上述したもののほかに、他の次数の補償用部品が使用されることが可能であり、かつ用途に応じて有利であることが見出される可能性がある。数多くのかつ変形された他の配列が、本発明の精神と範囲から逸脱することなく当業者によって作り出されることが可能である。

多次数ＰＭＤ補償器を有する光ファイバ伝送システムを概略的に例示する図である。 図１の実施形態に有用な範例の多次数補償器をさらに詳細に示す図である。 図１の実施形態に有用な別の選択肢の範例の第２の次数のＰＭＤ補償素子をさらに詳細に示す図である。 図１の実施形態に有用な第２の選択肢の範例の第２の次数のＰＭＤ補償素子をさらに詳細に示す図である。 本発明の原理および理論を説明するのに有用な概略図である。 本発明の原理および理論を説明するのに有用な概略図である。 本発明の原理および理論を説明するのに有用な概略図である。 本発明の原理および理論を説明するのに有用な概略図である。 本発明の原理および理論を説明するのに有用な概略図である。 本発明の原理および理論を説明するのに有用な概略図である。

Claims (24)

1. 光ファイバ伝送システムであって、
   キャリア周波数ω_０を含む周波数範囲の光源、
   光を伝送するための光ファイバ伝送路であって、不本意な偏波モード分散（ＰＭＤ）を受ける光ファイバ伝送路、および
   ＰＭＤの効果を低減するための偏波モード分散補償器を含み、補償器が複数の補償用部品を有し、各々の異なる補償用部品がω_０での連続的に高くなる次数のＰＭＤを補償するように構成されるシステム。
2. 複数の補償用部品のうちの１つがω_０でのＰＭＤベクトルである
   

   

   を補償し、別の補償用部品がω_０でのＰＭＤベクトル対周波数の曲線の勾配である
   

   

   を補償する、請求項１に記載の伝送システム。
3. 追加の補償用部品が、ＰＭＤベクトル対周波数の勾配が周波数に伴なって変化する率である
   

   

   を補償する、請求項２に記載の伝送システム。
4. 

   のための補償用部品が微分光学遅延ラインを含む、請求項２に記載の伝送システム。
5. 微分光学遅延ラインがある長さの偏波保持ファイバである、請求項４に記載の伝送システム。
6. 

   のための補償用部品が微分群速度分散素子を含む、請求項２に記載の伝送システム。
7. 

   を補償するための微分分散素子の分散が分散補償用ファイバまたはファイバ・ブラッグ・グレーティングによって供給される、請求項６に記載の伝送システム。
8. 微分群速度分散素子が、２つの直交する偏波に関して異なる分散を有するある長さのファイバである、請求項６に記載の伝送システム。
9. 

   のための補償用部品が微分分散勾配素子を含む、請求項３に記載の伝送システム。
10. ω_０を含む周波数範囲で伝送される光の偏波モード分散を低減するための偏波モード分散補償器であって、直列になった複数のＰＭＤ補償用部品を含み、補償用部品の各々が、中心周波数に関するテイラー級数展開として表現されるＰＭＤベクトル
    

    

    の連続的に高くなる次数の項を補償するように構成される補償器。
11. 
12. 

    を補償するための部品が偏波制御器およびある長さの偏波保持ファイバを含む、請求項１１に記載の偏波モード分散補償器。
13. 

    を補償するための部品が偏波制御器、および偏波保持ファイバの２つの直交する偏波に関して異なる分散を有するある長さのファイバを含む、請求項１１に記載の偏波モード分散補償器。
14. 各々の部品が、
    ２つの経路の間で光ビームの偏波成分を分割するための偏波ビーム・スプリッタを含み、その２つの経路が特定の次数で異なる分散を有し、
    偏波成分を再度組み合わせるための偏波ビーム・コンバイナ、および
    偏波ビーム・スプリッタの前でビームの偏波を回転させるための偏波制御器を含む、請求項１１に記載の偏波モード分散補償器。
15. 偏波ビーム・スプリッタの後ろの１つの経路が特定の次数の分散を備えた素子を有し、それに対してその他の経路が分散素子を有さない、請求項１４に記載の偏波モード分散補償器。
16. 偏波ビーム・スプリッタの後ろの経路の各々が特定の次数の分散を備えた素子を有し、それらの分散の値が異なる、請求項１４に記載の偏波モード分散補償器。
17. 偏波ビーム・スプリッタの後ろの経路の各々が特定の次数の分散を備えた素子を有し、それらの分散の値が等しい大きさであるが反対の記号である、請求項１４に記載の偏波モード分散補償器。
18. 特定の次数の分散を備えた素子が調整可能な分散を有する、請求項１４に記載の偏波モード分散補償器。
19. 特定の次数の分散を備えた素子が固定の分散を有する、請求項１４に記載の偏波モード分散補償器。
20. 特定の次数の分散を備えた素子が調整可能な分散を有する、請求項１６に記載の偏波モード分散補償器。
21. 特定の次数の分散を備えた素子が固定の分散を有する、請求項１６に記載の偏波モード分散補償器。
22. 特定の次数の分散を備えた素子が調整可能な分散を有する、請求項１７に記載の偏波モード分散補償器。
23. 特定の次数の分散を備えた素子が固定の分散を有する、請求項１７に記載の偏波モード分散補償器。
24. 第３項よりも高い次数のＰＭＤベクトルの１つまたは複数の項を補償するために１つまたは複数の追加の部品をさらに含む、請求項１１に記載の偏波モード分散補償器。
    

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