JP2004528763A - 光伝送媒体における偏波モード分散補償 - Google Patents
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Abstract
本発明は、光伝送システムにおいてレーザ源に摂動を起こさせることなしに偏波モード分散(PMD)を補償するための方法と装置を提供する。本発明は、光伝送システムの光信号の十分な部分量を実質的にシステムの単一の主偏波状態(PSP)へ移すことによりＰＭＤを補償する。結果として、データストリームの各ライトパルスは、時間的に隣接するライトパルス又はビット期間と実質的に混合されない。
【選択図】図５
【選択図】図５
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システムの分野に関する。特に、本発明は、光伝送媒体の光信号の監視と修正に関する。
【０００２】
関連出願に対する相互参照
本発明は、2001年３月19日に出願された米国同時係属仮出願第６０／２７６，９８２の恩典を請求している。
【背景技術】
【０００３】
光伝送システムの入力データストリームは、デジタルビットを表す一連のライトパルスとみなされ得る。現在の光伝送システムのビットレートは、一般にそれぞれ１００〜２５ピコセカンドの幅であるライトパルス（又はビット期間）という結果になる１０ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの範囲にわたる。光伝送システムのレシーバは、各ビット期間に関して、ライトパルスが受光された（デジタルの１）か、又は受光されなかった（デジタルの０）か否かを判定することにより、データストリームの各ビット期間をデジタルの１又は０へ変換する。偏波モード分散（ＰＭＤ）は、データストリームのライトパルスを歪ませ、ひいてはビット期間を１又は０へ変換するか否かを判定するためのレシーバの能力を低下させる可能性のある現象である。結果として、ＰＭＤは、光伝送システムの伝送精度と能力を制限する。
【０００４】
偏波モード分散は、光伝送システムの伝送媒体の複屈折から生じる。非円形ファイバコアという結果になる光ファイバの不完全性と非対称応力によって、たとえ「シングルモード」光ファイバと呼ばれるものからなる伝送媒体においても複屈折は存在する。理想的なシングルモード光ファイバは、円形のコア、即ち等方性であり偏心性のないコアを有する。係る理想的なファイバは等方性であり、即ちファイバの屈折率は、電界、又は換言すれば偏光の向きに無関係である。光ファイバコアの異方性（例えば、偏心性）は複屈折をまねき、従って、種々の偏光が異なる速度で光ファイバを介して伝播する。
【０００５】
光ファイバの光の伝播は、２つの基本モード又は主モードによって制御されるものとみなされ得る。これらの主モードは、「主偏波状態（ＰＳＰ）」として知られる。ＰＳＰがファイバリンクに導入される場合、リンクの出力における偏光は周波数の第１次に対して実質的に一定になる。理想的なシングルモードファイバにおいて、ＰＳＰは縮退する、即ち区別ができない。ファイバコアの異方性は、この縮退をとく。結果として、ＰＳＰは異なる群速度で伝わり、２つの時間的に変位したパルスへと分離する。異なる群速度に起因したＰＳＰの分離は、偏波モード分散（ＰＭＤ）として知られ、２つのＰＳＰ間の時間的な広がりは、群遅延時間差として知られる。この時間的な広がりによって、データストリームの１ビット期間のライトパルスが別のビット期間と重なる可能性がある。この重なりによって、あるビット期間を１又は０に変換するか否かを判定するためのレシーバの能力が低下する。従って、ＰＭＤは、光伝送システムに対して問題であり、データの曖昧性、データ損失、データの汚染、及び伝送能力の制限という結果になる。
【０００６】
ＰＭＤ問題に対する種々の方法が提案されてきたが、それぞれは制約をもたらす。例えば、偏波保存光ファイバは、複屈折を生じるファイバ内に内部応力部材によって導入される応力誘導型異方性のような固有の光学特性を通じて入力の偏光を維持し、ＰＳＰ間の光パワーのクロスカップリングを防止するように設計されている。残念ながら、この特殊ファイバは高価であるばかりでなく、大規模な置き換えに及ばず、既存の「遺産的」なファイバネットワークにおいてＰＭＤに対処することができない。
【０００７】
電気的歪み等化器のような現在の電子的方法も欠点を呈する。ＤＧＤのインジケータとしてレシーバにおけるＲＦ周波数応答（即ち、応答の最小値）のノッチを一般に使用するこれらの方法は、従来のレシーバの電子回路に修正が必要であり、高速デジタル電子回路又はＲＦ電子回路を必要とする傾向がある。
【０００８】
光計測の方法は一般に、偏光スクランブルにより、又は周波数側波帯の導入によりレーザ源に摂動を起こさせる（perturbing）こと、或いはＰＭＤの偏光特性の間接的又は定性的な測定のみを行うことを必要とする。光伝送システムにおいて、光測定のためにレーザ源に摂動を起こさせることは、一般に実用的でなく、データ伝送を中断する。ＤＧＤ及び偏光度（「ＤｏＰ」）の測定のような、ＰＭＤ偏光特性の間接的又は定性的な測定のみを利用する方法は、複数の動作の後にのみＰＭＤを補償する反復手順の使用を必要とする。しかしながら、係る複数の動作は時間を浪費し、ひいては係る反復の補償方法は、高速伝送システムに対する用途に関して欠点を有する。
【０００９】
従って、データ伝送を中断することなく、ＰＭＤの影響をより高速に補償することを可能にする、信頼できるＰＭＤ測定を提供する方法が必要とされている。
【００１０】
発明の概要
本発明は、レーザ源に摂動を起こさせることなくＰＭＤ偏光特性の直接的な測定値を得て、単一動作でＰＭＤの影響を補償するための方法と装置を提供する。本発明は、光伝送システムの光信号を、補償器を含むシステムの単一のＰＳＰへと実質的に移動させることによりＰＭＤを補償する。結果として、データストリームの各ライトパルスは、時間的に隣接するライトパルス又はビット期間と実質的に混合されない。
【００１１】
一態様において、本発明は、光伝送システムの光信号のＰＭＤを補償するための方法を提供する。一実施形態において、該方法は、光伝送媒体からのサンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入することにより、ファイバリンクのＰＭＤ偏光特性を測定する。該方法は、２つの偏光成分に干渉を起こさせ、結果としての干渉信号を測定する。次いで、該方法は、複数の位相遅延において測定された干渉信号を用いて、ＤＧＤ、及びＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態（例えば、向きと楕円率）を求める。ＤＧＤ、及びＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態は、ＰＭＤ偏光特性の直接的な尺度を提供する。本明細書において使用される場合、用語「ＰＳＰ特性」は、ＰＳＰの偏光状態と相対的な振幅、及びそれらの間のＤＧＤを指す。また、ＰＳＰの偏光状態と相対的な振幅は、光伝送システムにおける光信号の偏光状態の直接的な尺度も提供する。ＰＳＰ特性に基づいて、本発明は、ＰＭＤの影響を補償するために、好適には単一動作で光伝送システムの単一のＰＳＰへと光信号エネルギーの十分な部分量を移動させる光信号に対する修正を求める。「十分な部分量」は、例えば適切なシステムの停止確率又はパワーペナルティを提供するように当業者によって選択され得る。
【００１２】
本明細書において使用される場合、用語「十分な部分量」は、特定の伝送システム又はデータ伝送に関してＰＭＤの影響に起因するビットエラーレートを防ぐのに十分な量であることを指す。例えば、データ伝送が非常に冗長で破損に耐性のあるデータを含む場合、十分な部分量は少なくできる。同様に、低いデータ伝送レートのみが望まれる場合も、十分な部分量は少なくできる。逆に、伝送システムを高い能力で、及び／又は高いデータ精度（即ち、データの低い曖昧性、低い損失、又は低い破損ビットエラーレート）で動作させることが望まれる場合、十分な部分量は非常に多くすることができ、又は光信号の全エネルギーを単一のＰＳＰへと実質的に移動させることを含むことさえできる。従って、当業者には理解されるように、移動させるための光信号エネルギーの十分な部分量は簡単な態様で（必要以上の実験をしないで）求められ得る。例えば、十分な部分量は、光信号エネルギーの全てを実質的に含むことができる。
【００１３】
別の実施形態において、該方法は、サンプル光信号の偏光軸の向きを回転させ、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入することにより、ＰＭＤ偏光特性を測定する。該方法は、２つの偏光成分に干渉を起こさせ、結果としての干渉信号を測定する。次いで、該方法は、サンプル光信号の偏光軸の２つ又はそれより多い回転の向きの各々について、２つ又はそれより多い位相遅延で測定された干渉信号を用いて、光信号のＰＳＰ特性を求める。ＰＳＰ特性に基づいて、本発明は、単一の動作で光信号エネルギーの十分な部分量を光伝送システムの単一のＰＳＰへと移動させる光信号に対する修正を求める。
【００１４】
別の実施形態において、本発明の方法は、単一の動作で光信号エネルギーの十分な部分量が、入射ファイバリンクとＰＭＤ補償器を具現化する光伝送システムの単一のＰＳＰへと移動するような動作において、入射光信号にＤＧＤベクトルを追加することにより、光伝送システムのＰＭＤを補償する。
【００１５】
好適な実施形態において、本発明は、高密度波長分割多重（「ＤＷＤＭ」）のファイバに存在するような、光ファイバにおける多数の波長チャネルのＰＳＰ特性を実質的に並列に求める。これらの特性には、ＰＳＰの偏光状態、ＰＳＰの相対的な振幅（即ち、２つのＰＳＰ間のエネルギー比率）、ＤＧＤ、及びデータストリームの多数の波長チャネルに対するパワーの合計が含まれる。各波長チャネルの帯域幅は、主としてレーザ源の線幅と光信号のデータ変調帯域幅によって求められる。
【００１６】
この実施形態の１つのバージョンにおいて、方法は、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。該方法は、干渉信号を生じさせるように２つの偏光成分に干渉を起こさせ、干渉信号をスペクトル的に連続した波長帯域へ分散し、各波長サブ帯域について干渉信号を測定する。次いで、該方法は、複数の位相遅延における各波長サブ帯域について干渉信号を測定し、各波長チャネルについてＰＳＰ特性を求める。チャネルのＰＳＰ特性に基づいて、本発明は、単一動作でその波長チャネルの光信号エネルギーの十分な部分量をそのチャネルの単一のＰＳＰへと移動させる各波長チャネルの光信号に対する修正を判定する。
【００１７】
この実施形態の別のバージョンにおいて、方法は、サンプル光信号の偏光軸の向きを回転させ、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。該方法は、干渉信号を生じさせるように２つの偏光成分に干渉を起こさせ、各チャネルの干渉信号をスペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散し、各波長サブ帯域について干渉信号を測定する。次いで、該方法は、光信号偏光軸の２つ又はそれより多い回転の向きのそれぞれに関して２つ又はそれより多い位相遅延において各波長サブ帯域の干渉信号を測定し、対応する波長チャネルのＰＳＰ特性を求める。チャネルのＰＳＰ特性に基づいて、本発明は、単一動作でその波長チャネルの光信号エネルギーの十分な部分量をそのチャネルの単一のＰＳＰへと移動させる光信号に対する修正を判定する。
【００１８】
好適な実施形態において、本発明の方法は、光伝送システムの２つ又はそれより多い波長チャネルのＰＭＤを補償する。該方法は、単一動作でチャネルの光信号エネルギーの十分な部分量がチャネルの単一のＰＳＰへと移動するような向きにおいて、各チャネルに実質的に同時にＤＧＤを追加することにより、実質的に同時に波長チャネルのＰＭＤを補償する。
【００１９】
別の実施形態において、ＰＭＤの度合いとＰＳＰの偏光状態は時間が経つにつれて変化する可能性があるので、光信号はサンプリングされ、分析され、光信号に対する修正は、断続的、周期的、又は連続的に更新される。
【００２０】
別の態様において、本発明は、本発明の方法の機能性が、以下に限定されないが、フロッピー（Ｒ）ディスク、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又はＤＶＤ−ＲＯＭのようなコンピュータ読取り可能媒体に具現化される製造品を提供する。
【００２１】
別の態様において、本発明は、光伝送システムの光信号のＰＭＤを補償するための装置を提供する。一実施形態において、該装置は、光学的偏光監視装置と、偏光状態生成器とを含む。偏光監視装置は、位相遅延生成器、干渉計、及び検出器を含む。偏光監視装置は、サンプル光信号を受け入れるように構成され、位相遅延生成器が、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。干渉計は、位相遅延された光を受光するように配置され、検出器によって測定される干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。偏光状態生成器は、複数の位相遅延において測定された干渉信号に基づいて、ＤＧＤ、及びＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態を求める。
【００２２】
別の好適な実施形態において、偏光監視装置は回転子も含む。偏光監視装置はサンプル光信号を受け入れるように構成される。回転子は、位相遅延生成器の光軸に対してサンプル光信号の偏光軸の少なくとも２つの回転方位を提供する。位相遅延生成器は、偏光軸の回転方位のそれぞれに対して、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。干渉計は、位相遅延された光を受光して、２つの偏光成分に干渉を起こさせ、検出器によって測定される干渉信号を生成するように配置される。偏光状態生成器は、２つ又はそれより多い回転方位のそれぞれに対して２つ又はそれより多い位相遅延において測定された干渉信号に基づいて、ＤＧＤ、及びＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態を求める。
【００２３】
一実施形態において、回転子は、位相遅延生成器の光軸を有効に回転させる電気光学素子を含む。別の実施形態において、回転子は、位相遅延生成器を物理的に回転させる機構を含む。好適には、回転子は、サンプル光信号の偏光軸を回転させる偏光回転子を含む。適切な偏光回転子は、以下に限定されないが、ファラデー回転子、及び波長板の組み合わせを含む。
【００２４】
別の実施形態において、偏光監視装置は、光伝送システムの２つ又はそれより多い波長チャネルのＰＳＰ特性を実質的に同時に求める。この実施形態の１つのバージョンにおいて、偏光監視装置は、位相遅延生成器、干渉計、波長分波器、及び検出器のアレイを含む。また、偏光監視装置は回転子も含む。干渉計は、位相遅延された光を受光して２つの偏光成分に干渉を起こさせ、干渉信号を生成するように配置される。分波器は、検出器のアレイのスペクトル的に連続した波長サブ帯域へと干渉信号を分散する。検出器のアレイは、各波長サブ帯域の干渉信号が実質的に同時に測定されるように構成される。次いで、偏光状態生成器が、複数の位相遅延において、又はサンプル光信号の偏光軸の２つ又はそれより多い回転方位において測定された対応する波長サブ帯域の干渉信号に基づいて、各波長チャネルのＰＳＰ特性を求める。
【００２５】
別の実施形態において、本発明は、光伝送システムの光信号のＰＭＤを補償するための装置を提供し、その装置は、光学的偏光監視装置、偏光状態生成器、偏光制御装置、及び遅延要素を含む。偏光制御装置は、光信号のエネルギーの十分な部分量が光伝送システムの単一のＰＳＰへと移動するように光信号を修正する。この実施形態の１つのバージョンにおいて、補償段は、遅延要素に入射する偏光状態を変える偏光制御装置を含む。次いで、遅延要素は、選択可能な方位において実質的に選択可能なＤＧＤを光信号に追加する。この実施形態の好適なバージョンにおいて、補償段は、偏光制御装置、及び選択可能な方位において実質的に固定されたＤＧＤを光信号に追加する遅延要素を含む。選択される方位は、偏光状態生成器によって提供されるＰＳＰ特性に基づいて判定される。選択される方位は、補償段がＤＧＤを光信号に追加する際に、結果として生じる光信号、即ち修正された光信号が光伝送システムの単一のＰＳＰにおいてそのエネルギーの十分な部分量を有するようになっている。
【００２６】
別の実施形態において、本発明は、光伝送システムの２つ又はそれより多い波長チャネルのＰＭＤを補償するための装置を提供する。該装置は、波長チャネルのＰＳＰ特性を監視する偏光監視装置、偏光状態生成器、及びマルチチャネル偏光制御装置を含む。マルチチャネル偏光制御装置は、各チャネルにおける光エネルギーの十分な部分量がチャネルの単一のＰＳＰへ移動するように各波長チャネルの光信号を変更する。マルチチャネル偏光制御装置は、波長分波器、マルチチャネル偏光コントローラ、及び波長合波器を含む。分波器は、スペクトル的に連続した所望のチャネルへ光信号を分散し、マルチチャネル偏光コントローラは、波長チャネルのエネルギーの十分な部分量が対応する波長チャネルの単一のＰＳＰ内にあるような方位において、各波長チャネルにＤＧＤを追加する。その結果として、波長合波器は、マルチチャネル偏光コントローラから受光した光を再結合する。一実施形態において、マルチチャネル偏光コントローラは、偏光コントローラのアレイを含み、各偏光コントローラは、遅延要素と結合された際に選択可能な方位においてＤＧＤを導入するために別個の波長チャネルで動作する。好適には、偏光制御装置は、実質的に集積されたアレイを形成し、波長チャネルで実質的に同時に動作する。
【００２７】
この実施形態の１つのバージョンにおいて、偏光制御装置は、選択可能な方位において実質的に選択可能なＤＧＤを波長チャネルの光信号に追加する。好適には、偏光制御装置は、選択可能な方位において実質的に固定された量のＤＧＤを追加する。波長チャネルに追加されるＤＧＤの方位は、チャネルのＰＳＰ特性に基づいて選択される。選択される方位は、可変偏光装置がチャネルの光信号にＤＧＤを追加する際に、結果として生じる（即ち、修正された）光信号がその波長チャネルの単一のＰＳＰにおいてそのエネルギーの十分な部分量を有するようになっている。
【００２８】
本発明の前述の、及び他の特徴と利点、並びに本発明自体は、詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲からより完全に理解されるであろう。
【００２９】
詳細な説明
本発明は、光ファイバ伝送システムにおいてデータの光伝送に特に有益な光信号の監視と修正のための方法と装置を提供する。本発明は、光の偏光特性及び／又は光伝送システムのＰＳＰを提供する。本発明によって提供される偏光特性を用いてＰＭＤ問題に対する「確定的解」を提供し、第１次に対して光信号のＰＭＤを実質的に補償する。本明細書に使用される場合、用語「確定的解」は、第１次に対して任意のＰＭＤ（即ち、任意の一時点におけるＰＭＤ）を実質的に補償することができる光信号に対する単一の修正を求めるための本発明の能力を指す。本発明の確定的解の方法は、任意のＰＭＤを補償するために反復の測定と修正を必要とする技術と対照をなす。
【００３０】
ＰＭＤ補償に対する本発明の１つの方法は、光信号エネルギーの十分な部分量を光伝送システムの単一のＰＳＰへ移すことである。データ伝送を中断することなく、信頼できる態様でシステムのＰＳＰ、及びＰＭＤを補償するために光信号を迅速に修正することを判定する際に、困った問題が存在する。理解されるように、単一のＰＳＰへの光の移動は、２つの態様、即ち、システムのＰＳＰのものと実質的に同じ偏光ベクトル方位（例えば、ストークスベクトルの方位）を有するように光信号の偏光状態を修正すること、又は入射光信号のものと実質的に同じＰＭＤベクトル方位を有するようにシステムのＰＭＤベクトルの偏光状態を修正することとみなすことができる。
【００３１】
本発明のＰＭＤ補償方法を理解するための１つの直観的な態様は、光信号と光伝送システムのポアンカレ球による表現を含む。光ファイバ内のような光信号の電界ベクトルＥは、一般にｘとｙ成分、即ちＥｘと不変位相オフセットεを有するＥｙとの和として表現される得る。
【００３２】
【数１】
【００３３】
電界ベクトルは一般に楕円偏光し、即ちＥｘとＥｙは双方とも非ゼロであり、ある期間にわたってＥｘとＥｙの楕円経路を追従する。線形及び円形の偏光は、電界ベクトルが楕円ではなくてそれぞれ直線又は円を時間的に描くので、楕円偏光の状態を縮退する。全ての考えられる偏光を表すための１つの便利な方法は、ポアンカレ球による。
【００３４】
図１を参照すると、偏光状態のポアンカレ球の表現１００が示される。球面上の任意の緯度は、任意の楕円偏光を表し、赤道１０１において直線偏光が表され、極１０３において円偏光が表される。この表現において、球面上の経度の１度は、偏光軸の０．５度の物理的回転を表す。偏光の左右像は２つの半球において変化し、上側の半球では右回りの偏光であり、下側の半球では左回りの偏光である。更に、各経度は、偏光の楕円の半長軸に対する固定方位角を表す。
【００３５】
この表現において、光伝送システムのＰＭＤは、ポアンカレ球上のＰＭＤベクトル（ベクトルΩ）１０２によって表され得る。ＰＭＤベクトル（ベクトルΩ）１０２の方向は、システムのＰＳＰの１つを表すが、ベクトルの大きさはＤＧＤの半分である。任意のサンプル光信号の偏光状態（即ち、偏光監視装置に対する入力偏光状態）は、２つのＰＳＰの線形的な組み合わせである。入力偏光ベクトル１０４（例えば、ストークスベクトル等）を用いて光信号偏光状態を表すことができる。１つのＰＳＰにおける光信号エネルギーの相対的な量は、cos２（２θ）により与えられ、もう一方はsin２（２θ）によって与えられ、ここで（２θ）は、入力偏光ベクトル１０４とＰＭＤベクトル（ベクトルΩ）１０２との間のポアンカレ球上の角度である。入力偏光ベクトル１０４がＰＭＤベクトル１０２に沿って下がる場合、第１次に対する全光信号エネルギーは、伝送システムの１つのＰＳＰ内にある。それに対応して、第１次に対する光信号のエネルギーは他のＰＳＰに存在しない。結果として、別のビット期間の他のＰＳＰ（例えば、遅いＰＳＰ）と重なる可能性があり、それによりデータの損失、曖昧性、又は汚染を生じる１つのビット期間の１つのＰＳＰ（例えば、速いＰＳＰ）にエネルギーは存在しない。ＰＭＤに起因する異なるビット期間の異なるＰＳＰの潜在的なオーバーラップは、本明細書においてＰＭＤ拡散と呼ばれる。
【００３６】
また、ＰＭＤベクトルを用いて光伝送システムの各コンポーネント（例えば、光ファイバ部分、光学要素、カプラー、合波器、スイッチ、ルータ等）も表すことができ、共通の座標系におけるこれらのベクトルの合計は、システムの全ＰＭＤベクトルである。理解されるように、システムの全ＰＭＤベクトルは、一般に伝送システムの長さに沿って変化し、時間と共に変化する。例えば、光信号源から１ｋｍの全ＰＭＤベクトルは、一般に信号源から１０ｋｍのものと異なる。同様に、任意の１つの位置における全ＰＭＤベクトルは、例えばシステムのコンポーネントにおける温度及び／又は応力の変化に起因して時間と共に変化する可能性がある。従って、理解されるように、全ＰＭＤベクトル又はシステムのＰＭＤベクトルは、特定のシステム位置及び時間におけるＰＭＤベクトルを指す。
【００３７】
図２Ａを参照すると、本発明によるＰＭＤを補償する一実施形態の概略的なベクトル図が示される。本発明の方法は、光信号エネルギーの十分な部分量を光伝送システムの単一のＰＳＰへと移すことである。本発明の偏光制御装置及び遅延要素からの寄与のない光伝送システムのＰＭＤベクトルは、ベクトル（ベクトルΩLINK）２０２によって示される。円形部分２０３は、ベクトル（ベクトルΩLINK）２０２と入力偏光ベクトル２０４によって画定される平面にあるポアンカレ球の部分を表す。一実施形態において、本発明の方法は、結果として生じるＰＭＤベクトル（ベクトルΩTOTAL）２０８が入力偏光ベクトル２０４と実質的に同じであるアライメントを有するように、偏光制御ベクトル（ベクトルΩPC）２０６をベクトル（ベクトルΩLINK）２０２に追加することによって、表され得る。ここで、入力偏光ベクトル２０４は、新しいシステムのＰＭＤベクトル（ベクトルΩTOTAL）２０８上に実質的にある。結果として、光信号エネルギーの十分な部分量は、システムの１つのＰＳＰへ移動し、それにより第１次に対するＰＭＤ拡散を実質的に補正することによってＰＭＤの影響を補償する。
【００３８】
図２Ｂを参照すると、光エネルギーの十分な部分量を単一のＰＳＰへ移動させる効果が示される。左側の２５０上のプロットは、ＰＭＤ補償前の各ＰＳＰ２５２、２５４の光信号エネルギーを示し、右側２５１上のプロットは、本発明によるＰＭＤ補償後の各ＰＳＰの光信号エネルギーを示す。ＰＳＰ２５２、２５４を表す波形と「ゼロ」の線２５３との間の面積は、波形によって表されるＰＳＰのエネルギーに比例する。図２Ｂの実施形態において、本発明によって提供されるＰＭＤ補償は、速いＰＳＰ２５４からの光信号エネルギーの十分な部分量を遅いＰＳＰ２５２へ移す。しかしながら、理解されるように、光信号エネルギーの全てを単一のＰＳＰに移すことは、本発明にとってあまり重要ではない。それどころか、顕著なＰＭＤ拡散を生じさせるのに不十分なエネルギーの部分量は、ＰＭＤ補償後の速いＰＳＰ２５４に残っているエネルギーによって、右側のプロット２５１に示されるようなＰＳＰに残ることができる。
【００３９】
理解されるように、新しいシステムのＤＧＤ、ＤＧＤTOTALは、一般にゼロでない。例えば、図２Ａのベクトルの長さは、各ベクトルに関連したＤＧＤに比例する。従って、図２Ａに示された実施形態の場合、結果として生じるシステムのＤＧＤは、以下のようになる。
【００４０】
【数２】
【００４１】
ここで、ＤＧＤLINKはベクトル（ベクトルΩLINK）２０２に関連したＤＧＤであり、ＤＧＤCOMPは補償ベクトル（ベクトルΩPC）２０６に関連したＤＧＤである。一実施形態において、ＤＧＤCOMPはデータストリームの１ビット期間よりも大きく、好適にはＤＧＤCOMPは、入力偏光ベクトル２０４上に実質的にあるシステムのＰＭＤベクトル（ベクトルΩTOTAL）２０８の生成を容易にするためにＤＧＤLINKより大きい。
【００４２】
本発明の一態様において、偏光制御ベクトルの追加によって表される物理的プロセスは、偏光制御装置及び遅延要素により提供される。偏光制御装置及び遅延要素は、単一の偏光制御ベクトル、或いは２つ又はそれより多い波長チャネルのそれぞれに対する別個の偏光制御ベクトルを提供することができる。一実施形態において、偏光制御装置は、偏光コントローラと遅延要素を含む。遅延要素は、ＤＧＤ、ＤＧＤCOMPを提供し、偏光コントローラはポアンカレ球上において光信号に対してＤＧＤCOMPの方位を変更する。遅延要素は可変ＤＧＤを提供してもよく、又は好適には実質的に固定されたＤＧＤを提供する。偏光制御装置と遅延要素は、単一の集積化光コンポーネント、或いは２つ又はそれより多い光コンポーネントからなることができる。例えば、一実施形態において、偏光制御装置は、２つの光コンポーネント、即ち可変液晶（「ＬＣ」）偏光コントローラと偏光保存ファイバとからなり、可変ＬＣ偏光コントローラは偏光コントローラとして働き、ＰＭＦは遅延要素として働く。
【００４３】
偏光制御ベクトルに選択される方位は、システムのＰＳＰ特性に基づいて決定される。偏光特性は、光伝送システムの光信号の少なくとも一部分を含むサンプル光信号から突きとめられる。一実施形態において、本発明は、サンプル光信号の２つの異なる（好適には、必ずというわけではないが、直交する）偏光成分間に位相遅延を導入し、干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。各偏光成分が一般にシステムの２つのＰＳＰの重ね合わせであるので、結果としての干渉信号は、ＰＳＰ間の自己相関成分と相互相関成分を含む。
【００４４】
本発明の偏光監視とＰＭＤ補償の方法は、光伝送システムの２つ又はそれより多い波長チャネルに実質的に同時に適用することに適する。一実施形態において、本発明は、サンプル光信号の２つの異なる（好適には、必ずというわけではないが、直交する）偏光成分間に位相遅延を導入し、干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。干渉信号は、各波長チャネルの干渉信号を得ることを容易にするために、スペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散される。
【００４５】
複数の位相遅延において得られた干渉信号を用いて、ＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態及びそれらの間のＤＧＤを突きとめることができる。２つの偏光成分間の位相遅延は（例えば、遅延の全波を通じて）変化するので、干渉信号の強度は周期の一部分を通して正弦曲線的に変化し、観測される周期の一部分は、光伝送システムのＤＧＤ、即ちＤＧＤLINKに依存する。結果として、干渉信号の強度Ｉは、固定測定周波数ω０に関して、単位時間における位相遅延ｄの正弦曲線的関数として次のように表され得る：
Ｉ＝Ｉ０＋Ｃcos（dω０）＋Ｓsin（dω０） 式（３）
式（３）の正弦曲線的信号は、係数Ｉ０、Ｃ、及びＳについて解かれ得る。これらの係数から、サンプル光信号の偏光特性とベクトル（ベクトルΩLINK）を求めることができる。
【００４６】
それに対応して、干渉信号が２つ又はそれより多い波長サブ帯域に関して得られる実施形態において、各波長サブ帯域の干渉信号の強度Ｉ（ω）は、位相遅延の正弦曲線的な関数として次のように表され得る：
Ｉ（ω）＝Ｉ０＋Ｃcos（dω）＋Ｓsin（dω） 式（４）
ここで、ωは関連する波長サブ帯域に対応する周波数である。式（４）の正弦曲線的な信号は、係数Ｉ０、Ｃ、及びＳについて解かれ得る。更に、第１次のＰＭＤの極限において、ＣとＳの係数も周波数の正弦曲線的な関数であり、次のように表され得る：
Ｃ（ω）＝Ｃ０＋Ｃｃcos（τω）＋Ｃｓsin（τω） 式（５）
Ｓ（ω）＝Ｓ０＋Ｓｃcos（τω）＋Ｓｓsin（τω） 式（６）
ここで、τは波長チャネルの光信号のＤＧＤに関連した時間遅延である。任意のデータ集合に関して、これらの式は、ＤＧＤのτ、及びＳ（ω）とＣ（ω）の係数について解かれ得る。これらの係数から、各波長チャネルのＰＳＰ特性を求めることができる。
【００４７】
別の実施形態において、本発明は、第２の一連の位相遅延を導入する前にサンプル光信号の偏光成分に関する偏光軸の回転方位を変更する。この冗長性は、装置が取得されたデータから全ての必要な偏光情報を計算できない場合を取り除く。２つ又はそれより多い回転方位において得られた結果として生じた干渉信号は、ＰＳＰの自己相関と相互相関に追加の情報を提供する。一実施形態において、本発明は、２つ又はそれより多い回転方位のそれぞれについて（１）サンプル光信号の２つの偏光成分間に位相遅延を導入し、次いで（２）任意の回転方位に対して干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。この実施形態の１つのバージョンにおいて、干渉信号は２つの異なる回転方位に対して得られる。１つのバージョンにおいて、第１の回転方位は、偏光軸の０°の回転（即ち、回転しない）によって生じ、第２の回転方位は、偏光軸の４５°の回転によって生じる。しかしながら、理解されるように、軸の正確な回転方位は本発明にとってあまり重要ではなく、むしろ非縮退回転方位の任意のセットが使用され得る。また、各回転方位に対して結果として生じる干渉信号は、式（３）と同じ関数形態を有する位相遅延の正弦曲線的な関数としても表され得る。
【００４８】
更に、位相遅延を導入する前にサンプル光信号の偏光軸の回転方位を変更する方法は、２つ又はそれより多い波長チャネルに実質的に同時に適用することに適する。一実施形態において、２つ又はそれより多い回転方位のそれぞれに関して、本発明は、サンプル光信号の２つの偏光成分間に位相遅延を導入し、任意の回転方位に対して干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。次いで、干渉信号はスペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散され、任意の回転方位に関して各波長チャネルの干渉信号を得ることを容易にする。また、各回転方位φに対して結果として生じる干渉信号は、式（４）と同じ関数形態を有する位相遅延の正弦曲線的な関数としても表され得る。
【００４９】
例えば、φ＝０°及びφ＝４５°のような２つの回転方位を用いる場合、各波長サブ帯域に対する結果としての干渉信号は、以下のように表される。
【００５０】
【数３】
【００５１】
これらの正弦曲線的な信号は、各波長サブ帯域に関して、Ｉ０ ０、Ｃ０、Ｉ０ ４５、Ｃ４５、及びＳ４５について解かれ得る。更に、第１次のＰＭＤの極限において、ＣφとＳφの係数は、正弦曲線的な横断周波数でもあり、以下のように表され得る。
【００５２】
【数４】
【００５３】
任意のデータセットに関して、これらの式は、ＤＧＤτ、及びＳ（ω）とＣ（ω）の係数について解かれ得る。これらの係数から、各波長チャネルのＰＳＰ特性を求めることができる。
【００５４】
例えば、波長チャネルの光信号のＰＳＰ特性は以下の式から求められ得る。
【００５５】
【数５】
【００５６】
ここで、Ｉinputは、監視装置への入射強度を表し、例えば、半波により分離された２つのディザ設定に関して検出された強度を合計することにより、又は一連の測定値の対の強度を合計することにより求められ得る。監視装置におけるＰＭＤベクトルは、Ｅｌｘ、Ｅｌｙ、及びεによって与えられる主偏波状態の方へ実質的に向けられ、一方、ベクトルの長さはＤＧＤτにより求められる。
【００５７】
別の態様において、本発明は、ＰＳＰ特性の測定を容易にする装置を提供する。種々の実施形態において、装置は偏光監視装置と偏光状態生成器を含む。本発明による偏光監視装置の種々の実施形態は、本発明の方法に関する種々の実施形態の更なる説明に関連して以下に説明される。
【００５８】
図３Ａと図３Ｂを参照すると、種々の実施形態において、本発明による偏光監視装置は、回転子３０２、位相遅延生成器３０４、３０５、干渉計３０６、波長分波器３０８、及び検出器３１０を含む。図３Ａと図３Ｂに示されるように、一実施形態において、サンプル光信号３０１は回転子３０２を通過し、その回転子３０２によって、サンプル光信号の偏光楕円の回転方位が位相遅延生成器３０４、３５４の光軸に対して変更されることを可能にする。適切な回転子は、入射の楕円形を実質的に維持しながら、光信号の偏光軸を回転させる（偏光回転子）及び／又は位相遅延生成器の光軸を回転させることができる任意の要素を含む、
【００５９】
例えば、適切な回転子は、以下に限定されないが、ファラデー回転子、速波軸が方位角において所望の回転角度の半分だけ整列または分離された２つの切り換え可能半波長板、及び速波軸が所望の回転角度の半分だけ分離された２つの可変位相リターダを含む。別の実施形態において、回転子は、位相遅延生成器の光軸を回転させる。係る位相遅延生成器は、例えば位相遅延生成器、又は切り換え可能な光軸を有する位相遅延生成器を物理的に回転させる要素を含むことができる。
【００６０】
他の実施形態において、本発明の偏光監視装置は、回転子を含まず、干渉信号は、サンプル光信号の偏光軸の２つ又はそれより多い回転方位において得られない。例えば、サンプル光信号の偏光軸が、可変リターダを含む位相遅延生成器の光軸に沿って存在しない場合、回転子は必要ない。しかし、実際にサンプル光信号の偏光軸が位相遅延生成器の光軸に沿って実質的に線形に偏光される場合、サンプル光信号の２つの偏光成分間に位相遅延は追加されず、この問題に対処するために、回転子が位相遅延生成器の前に追加されてもよい。
【００６１】
図３Ａと図３Ｂを再び参照すると、一実施形態において、サンプル光信号は回転子３０２から位相遅延生成器３０４、３５４へと送られ、その位相遅延生成器は、サンプル光信号の一方の偏光成分を他方に対して遅延する。他方に対して一方の偏光成分を遅延することは、例えば偏光成分を異なる長さの光路を介して、又は可変複屈折要素を介して伝播させることにより達成され得る。種々の実施形態において、位相遅延生成器は、可変複屈折要素３０４を含む。適切な可変複屈折要素は、以下に限定されないが、可変リターダを含む。好適には、可変リターダは、電気光学の及び／又は液晶の波長板を含む。他の実施形態において、位相遅延生成器は、偏光成分を異なる長さの光路を介して伝播させる要素を含む。
【００６２】
図３Ｂを参照すると、一実施形態において、位相遅延生成器３５４は、偏光分割ビームスプリッタ３５５と可変遅延要素３５７を含む。次いで、サンプル光信号は、偏光ビームスプリッタ（「ＰＢＳ」）３５５によって２つのビームへ分割され、一方の偏光成分（例えば、Ｅｘ）は透過し、他方（例えば、Ｅｙ）は反射される。各アームにおける４分の１波長板及び反射器３５９は、偏光を回転させ、ビームスプリッタ後の２つのビームを再結合する。可変位相遅延は、２つの伝播光路間に可変リターダンスを生じさせる可変遅延要素３５７により、分離されたビーム（即ち、偏光成分）の一方に導入される。可変遅延要素の可能な実施例は、以下に限定されないが、固定軸液晶リターダ、可変リターダンス波長板、及び少なくとも１つの４分の１波長板の背後に配置された空間的可変ミラーを含む。
【００６３】
図４を参照すると、回転子４０２と位相遅延生成器４０４の好適な実施形態が示される。好適には、回転子４０２は、第１の切り換え可能半波長板４０３と第２の切り換え可能半波長板４０５を含み、位相遅延生成器４０４は、半波長板４０３と４０５の速波軸４１３、４１５に対して固定された方位でそろえられた速波軸を有する可変リターダを含む。一実施形態において、第２の半波長板４０５の速波軸の方位は、第１の半波長板４０３の速波軸に対してφ／２（４２５）だけ回転し、サンプル光信号の偏光軸の回転方位を、位相遅延生成器４０４の光軸に対してφだけ変化させる。次いで、その方位は、半波長板のリターダンスをゼロに変更することによりリセットされ得る。
【００６４】
図３Ａと図３Ｂを再び参照すると、サンプル光信号は、位相遅延生成器３０４、３５４から干渉計３０６へ送られる。干渉計３０６は、サンプル光信号の直交する偏光成分を、それらの間で干渉を生じることができる条件下で混合し、それにより干渉信号を生成する。好適には、干渉計は、４５°直線検光子を含む。しかしながら、理解されるように、光信号の偏光成分を、それらの間で干渉を生じる条件下で再結合できる任意の光学要素又は光学要素の構成は、本発明の偏光監視装置の干渉計として機能することができる。
【００６５】
本発明の種々の実施形態において、干渉計により生成された干渉信号は、検出器により測定される。種々の他の実施形態において、干渉信号は、スペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散され、異なる検出器要素が、光伝送システムの特定の波長チャネルに対応する干渉信号を受け取る。検出器要素は、検出器のアレイ、例えば２つ又はそれより多い物理的に独立した検出器、或いは集積化された検出器アレイからなることができる。適切な検出器アレイの例には、以下に限定されないが、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）のアレイ、集積化されたフォトダイオードのアレイ、及び別個の検出器のアレイが含まれる。電気通信の用途において、InGaAsフォトダイオードが、アレイ及び別個の検出器用途に好適である。しかしながら、本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、理解されるように、用語「検出器のアレイ」と「検出器アレイ」は交換可能に使用され得る。即ち、要素が用語「検出器のアレイ」によって説明される場合、理解されるようにその用語は「検出器アレイ」も包含し、逆の場合も同様である。
【００６６】
図３Ａと図３Ｂを再び参照すると、一実施形態において、干渉計３０６により生成された干渉信号は、サンプル光信号をスペクトル的に連続した波長サブ帯域へとスペクトル的に分散する波長分波器３０８を通過する。結果として、分波器３０８は、各波長サブ帯域に干渉信号を提供する。一実施形態において、光信号（例えば、ＤＷＤＭ信号等）の各波長チャネルは、少なくとも２つの波長サブ帯域へとスペクトル分散することによって分割される。好適には、波長分波器は、各波長チャネルを５〜１５個の波長サブ帯域へ分割する。適切な波長分波器の例には、以下に限定されないが、自由空間及び平面の実施において、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）、体積位相グレーティング（volume phase grating）分光計、及び反射グレーティング分光計が含まれる。
【００６７】
干渉信号を各波長サブ帯域の干渉信号へとスペクトル的に分散することにより、光信号の多重波長チャネルのＰＳＰ特性の測定が容易になる。更に、検出器アレイにわたって干渉信号をスペクトル的に分散させることにより、多重チャネルの干渉信号が実質的に同時に測定されることが可能になる。例えば、一実施形態において、波長分波器３０８は、検出器アレイ３１０にわたるスペクトル的に連続したサブ帯域へ干渉信号をスペクトル的に分散する。次いで、検出器アレイ３１０の素子の異なる集合が、異なる波長チャネルに対応する干渉信号を実質的に同時に受け取る。結果として、多重波長チャネルの干渉信号が実質的に同時に測定されることができ、この情報が偏光状態生成器によって使用され、多重波長チャネルに関するＰＳＰの相対的振幅と偏光状態及びＤＧＤが求められる。
【００６８】
偏光状態生成器は、アナログ装置及び／又はデジタル装置からなることができる。偏光状態生成器は、光信号のＰＳＰの偏光状態と相対的振幅、及びそれらの間のＤＧＤを求める。一実施形態において、偏光状態生成器は、サンプル光信号の２つまたはそれより多い回転方位のそれぞれにおける複数の位相遅延に関して測定された干渉信号に基づいてＰＳＰ特性を求める。更に、偏光状態生成器は、サンプル光信号の１つ又は複数の回転方位のそれぞれにおける複数の位相遅延に関して測定された干渉信号に基づいて多重波長チャネルのＰＳＰ特性を実質的に同時に求めることができる。好適には、偏光状態生成器は、異なる波長チャネル内の異なる波長サブ帯域について観測された干渉信号間の関係に基づいても多重波長チャネルのＰＳＰ特性を求める。
【００６９】
一実施形態において、偏光状態生成器は、実質的に式（３）〜（６）によるロジックを用いてＰＳＰ特性を求める。別の実施形態において、偏光状態生成器は、実質的に式（７）〜（１９）によるロジックを用いてＰＳＰ特性を求める。しかしながら、理解されるように、偏光状態生成器は、サンプル光信号の１つ又は複数の回転方位のそれぞれにおける複数の位相遅延の干渉信号に基づいてＰＳＰ特性を求めるのに適した任意のロジックを使用できる。
【００７０】
偏光状態生成器のロジックは、アナログ回路、デジタル回路によって、及び／又は汎用コンピュータのソフトウェアとして実施され得る。偏光状態生成器は、ＰＳＰの相対的振幅と偏光状態、及びそれらの間のＤＧＤの、例えばプリンタ又はコンピュータスクリーンによって生成されるような人間読取り可能な表示を生成することができる。しかしながら、偏光状態生成器が人間読取り可能な出力又は機械読取り可能な出力のみを生成するか否かは、本発明にとってあまり重要ではない。例えば、偏光状態生成器は、光伝送システムのＰＭＤを補償する偏光制御装置を制御するのに十分な機械読取り可能電気信号のみを生成してもよい。
【００７１】
理解されるように、本発明の偏光監視装置の様々な実施形態は、求められる偏光特性が任意の波長チャネルにおける光のストークスベクトルを計算するのに十分であるので、マルチチャネルストークスベクトル偏光計として使用することに適する。また、偏光監視装置の実施形態は、１つの波長チャネルのスペクトルによって照射される１つ又は複数の検出器素子上の平均強度が、チャネルの平均パワーの測定をもたらすので、マルチチャネルパワー監視装置として使用することにも適する。最後に、偏光監視装置の実施形態は、各監視装置の検出器チャネルの平均強度が、検出器サイズとグレーティングの分散に対応するスペクトルのビンにおけるパワーの測定をもたらすのでマルチチャネルスペクトルアナライザとして使用され得る。
【００７２】
一実施形態において、本発明は、光伝送システムにおいて光信号のＰＭＤを補償するための装置を提供する。図５と図６を参照すると、ＰＭＤ補償装置の種々の実施形態が示される。補償装置は、偏光監視装置５０３、６０３、偏光状態生成器５１７、６１７、及び補償段５２１、６２１を含む。偏光監視装置と補償段は、本明細書で説明される任意の実施形態を含むことができる。例示されるように、図５の偏光監視装置５０３は、図３Ａとそれに伴う説明で示されたものと実質的に同じであり、図６の偏光監視装置６０３は、図３Ｂとそれに伴う説明で示されたものと実質的に同じである。
【００７３】
動作において、偏光監視装置５０３、６０３は、サンプル光信号の１つ又は複数の回転方位のそれぞれに対する複数の位相遅延における干渉信号の測定値を偏光状態生成器５１７、６１７に提供する。次いで、偏光状態生成器５１７、６１７は、偏光監視装置５０３、６０３によって提供された測定値に基づいて、光信号、或いは光信号の１つ又は複数の波長チャネルのＰＳＰ特性を求める。一実施形態において、偏光状態生成器５１７、６１７は、補償段５２１、６２１の偏光制御装置５２２、６２２に制御信号を提供する偏光制御装置ドライバ５３０、６３０に制御信号を提供し、次いで補償段５２１、６２１は、光信号のエネルギーを光伝送システムの実質的に１つのＰＳＰへ移すような選択可能な方位において光信号にＤＧＤを追加する。代案として、前述したように、補償段は、１つのＰＳＰの偏光状態が光信号のものと実質的に同じであるように光伝送システムのＰＳＰを修正するものとも見なされ得る。
【００７４】
図５と図６を再び参照すると、種々の実施形態において、補償段は、偏光制御装置５２２、６２２、及び遅延要素５２４、６２４を含む。好適には、遅延要素５２４、６２４は、補償されるべきＰＭＤに関連した光伝送システムのＤＧＤより大きい実質的に固定されたＤＧＤを有する。従って、遅延要素５２４、６２４が実質的に固定されたＤＧＤを有する場合、偏光制御装置ドライバ５３０、６３０は、偏光制御装置５２２、６２２に制御信号のみを提供する。しかしながら、理解されるように、偏光制御装置ドライバ５３０、６３０及び／又は偏光状態生成器５１７、６１７は、センサ（例えば、温度、位置、パワー他）に限定されないが、システム診断及び制御システム、システムクロック他を含む種々のソースから入力信号を受け取り、ＰＭＤ補償を容易にすることができる。例えば、遅延要素５２４、６２４のＤＧＤは、温度と共に変動し、結果として、遅延要素温度センサからの入力信号を用いて遅延要素のＤＧＤを求めることができる。
【００７５】
図５と図６に例示されるように、補償段５２１、６２１は、光伝送システムの多重波長チャネルにおいてＰＭＤを補償するように適合される。例示された実施形態において、補償段５２１、６２１は、（ソースからレシーバまでの一般的な光信号の光路の順序で）波長分波器５２６、６２６、偏光制御装置５２２、６２２、波長合波器５２８、６２８、及び遅延要素５２４、６２４を含む。波長分波器５２６、６２６は、線５５１、６５１により表されるように、光信号をスペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散する。波長チャネルのエネルギーの十分な部分量が、対応する波長チャネルの単一のＰＳＰ内にあるような方位において、遅延要素５２４、６２４のＤＧＤが追加されるように、偏光制御装置は、各波長チャネルで動作する。概して、偏光制御装置は、各波長チャネルの異なる方位においてＤＧＤを追加する。その結果として、波長合波器は、偏光制御装置によって操作された光（線５５３、６５３によって表される）を再結合する。
【００７６】
図５と図６に例示されるように、補償段５２１、６２１は、点５０１、６０１から点５９９、６９９まで進む光信号の光路が光学監視装置に遭遇する前に補償段を通過するという意味において、偏光監視装置５０３、６０３に先行する。しかしながら、理解されるべきは、補償段の配置が偏光監視装置の「前」又は「後」であるということは本発明にとってあまり重要ではない。例えば、偏光監視装置が偏光制御装置に先行する場合、偏光制御装置のジョーンズ又はミュラー行列を用いて偏光制御装置の２つの端部間で偏光状態を変換できる。
【００７７】
本発明において有用な補償段は、種々の形態をとることができる。好適には、制御装置の遅延要素は、偏光保存ファイバ（「ＰＭＦ」）を含む。しかしながら、適切な遅延要素は、以下に限定されないが、自由空間及びファイバ遅延要素、或いは方解石又はバナジン酸イットリウムのような複屈折結晶を含む。適切な波長合波器及び分波器は、図３Ａ、図３Ｂ、図５、及び図６に例示されるように、グレーティング３０７、５３７、６３７、及び分散コリメータ３０９、５３９、６３９を含むことができる。更なる適切な波長分波器及び合波器は、以下に限定されないが、自由空間及び平面の実施において、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）、体積位相グレーティング分光計、及び反射グレーティング分光計を含む。また、適切な偏光制御装置も、種々の形態をとることができる。例えば、偏光制御装置は、電気光学結晶から構成された一連の可変波長板、ニオブ酸リチウム波長板、液晶、ファイバスクィーザ、及びシリカ系応力リターダを含むことができる。
【００７８】
好適には、補償段は、実質的に固定されたＤＧＤを有する遅延要素とＬＣ偏光コントローラとを含む。図７を参照すると、ＬＣ偏光コントローラの好適な実施形態が示される。ＬＣ偏光コントローラ７０１は、４つのＬＣ波長板７０２、７０４、７０６、及び７０８のスタックを含む。好適には、ＬＣ波長板のスタックは、１０ｍｍ未満の厚みであり、好適にはＬＣ波長板の絶対的リターダンス誤差は、波長板当たり４ｎｍより大きくない。
【００７９】
好適には、各ＬＣ波長板は、導電性インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のコーティングで被覆された光学品質ガラスの間に収容されたＬＣセル７１０のアレイを含む。それぞれの個々のＬＣセルは、対象となる波長帯域において実質的に０から１．２波までの可変波長板として機能し、個々のＩＴＯ電極により制御され得る。ＬＣセルは、好適には３ｍｓ未満の応答時間で電気的に制御される。例えば、素子の温度を上げることにより、一時的に応答を短くできる。
【００８０】
４つの波長板７０２、７０４、７０６、及び７０８は好適には、それぞれ０°、４５°、０°、及び４５°において公称上それらのこすり（rub：磨く）方向を有するように構成され、ガラスに対して対象となる波長領域に整合された屈折率の光学的に透明なエポキシで互いに積層される。好適には、セルの位置合わせ（ｘ−ｙ方向において）は、第１のＬＣ波長板７０２と最後のＬＣ波長板７０８との間で２５μｍ余りである。更に、ＬＣ偏光コントローラは、前部集積レンズアセンブリ７１２及び／又は後部集積レンズアセンブリ７１４を更に含むことができる。
【００８１】
好適には、個々のＬＣセルは、各通信チャネルの分波器が各セルの活性領域を介して伝送した後に各ＩＴＵ格子の間隔の９０％より大きいようなサイズになっている。言い換えれば、ＩＴＵチャネル間の帯域幅の１０％未満が、ＬＣセル間のセル間ギャップ７１６から失われるのが好ましい。
【００８２】
幾つかの実施形態において、上述した方法の機能は、汎用コンピュータのソフトウェアとして実施され得る。更に、係るプログラムは、コンピュータのランダムアクセスメモリの一部分に取っておき、回転子の制御、位相遅延生成器の制御、干渉計の制御、干渉信号の測定、偏光制御装置の制御、並びに測定された干渉信号との動作及びその干渉信号に対する操作に影響を与える制御ロジックを提供することができる。係る実施形態において、プログラムは、フォートラン、パスカル、Ｃ、Ｃ＋＋、又はベーシックのような多数の高レベル言語の任意の１つによって書かれ得る。更に、プログラムは、スクリプト、マクロ、或いはエクセル又はビジュアルベーシックのような市販ソフトウェアに組み込まれた機能で書かれ得る。更に、ソフトウェアは、コンピュータに常駐するマイクロプロセッサ向けのアセンブリ言語で実施され得る。例えば、ソフトウェアがＩＢＭ ＰＣ又はＰＣクローンで実行するように構成された場合、それはインテル８０ｘ８６アセンブリ言語で実施され得る。ソフトウェアは、以下に限定されないが、フロッピー（Ｒ）ディスク、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、又はＣＤ−ＲＯＭのような「コンピュータ読取り可能媒体」を含む製造品に組み込まれ得る。
【００８３】
偏光監視及びＰＭＤ補償の例
図５と図８を参照すると、光伝送システムにおいてＰＭＤに対する監視と補償を行う一実施形態の例は、以下の通りである。サンプル光信号は、９０／１０光学タップ５０２でもって光伝送システムから分岐され、光結合器５０４を介して偏光監視装置５０３へ入力する。偏光監視装置は、偏光回転子５０６、可変リターダからなる位相遅延生成器５０８、４５°直線偏光子からなる干渉計５１０、波長分波器５１２、及び多素子熱電子（「ＴＥ」）冷却されるInGaAsアレイからなる検出器のアレイ５１４を含む。
【００８４】
図５の偏光監視装置構成のこの例において、単一の更新期間に関するデータ収集の順序は、以下の通りである。即ち、
（１）サンプル光信号の偏光軸を角度φ１（例えば、０°）だけ回転させるように偏光回転子５０６を設定する。
（２）可変リターダ５０８によって提供される位相遅延（例えば、ディザ位相遅延）を、例えば次のものを通じて変更する：
ａ．０〜１の波の正弦曲線的変化のような連続周期的リターダンス（位相遅延）特性、又は
ｂ．幾つかの別個のリターダンス（位相遅延）ステップ。
（３）ステップ２の間、各回転子−リターダ設定に対する波長分波器５１２によって提供されるスペクトル的に連続した波長帯域の干渉信号を検出器アレイ５１４で測定する。
（４）サンプル光信号の偏光軸を角度φ２（例えば、４５°）だけ回転させるように偏光回転子５０６を設定する。
（５）ステップ２と３を繰り返す。
代案として、偏光回転子は、位相遅延がゆっくりと変更される又はステップされるように、２つの回転方位間のサンプル光信号をディザリングすることができる。
【００８５】
この例に関するデータ収集制御信号は、図８に模式的に示される。偏光回転子は、５０％のデューティサイクルで動作し、即ち実質的に等しい時間が、回転子制御信号パターン８０１によって示されるように２つの回転方位φ１８１１とφ２８１２で費やされる。各偏光回転子の位置、即ちサンプル光信号の各回転方位において、位相が位相遅延生成器でディザリングされ、位相ディザ時間ウィンドウ８３１内のサンプル光信号の偏光成分間に複数の位相遅延を生じる。位相ディザは、位相遅延又は一連の位相遅延ステップの連続した一時的変動とすることができる。位相遅延は、その全波又は一部分を通じて変更され得る。位相遅延生成器制御信号パターン８０３によって示されるように、この例において、位相ディザは、時間ウィンドウ８３１中に１の全波λと０の間に４つの位相遅延ステップを含む。
【００８６】
図５と図８に関連して、データ収集の間、位相遅延されたサンプル光信号は、干渉計５１０を通過し、波長分波器５１２でもって検出器アレイ５１４上へスペクトル的に分散される。検出器アレイは、波長チャネルに分散された信号を測定し、各チャネルはアレイの素子の異なる集合にある。従って、検出器アレイは、波長チャネルの全てに関して実質的に同時に干渉信号を測定する。検出器アレイのデータ取得パターン８０２は、偏光回転子と位相遅延生成器の変化量に対する干渉信号の検出器測定のタイミング（即ち、検出器の露光）８２１を示す。位相遅延は、各検出器の露光にわたって一定に保持されるか、又は傾斜の変化をつけられてもよい。
【００８７】
偏光状態生成器５１７は、光信号の所望のスペクトル幅に広がる波長サブ帯域の全ての干渉信号を処理する。偏光状態生成器の処理のパターン８０４は、他のデータ収集動作に対する干渉信号測定処理のタイミング８４１を示す。偏光状態生成器は、ＰＳＰ特性を求め、この情報に基づいて、偏光制御ベクトルが、光信号の所望のスペクトル幅に広がる波長チャネルについて求められる。制御ベクトルの測定のパターン８０６は、他のデータ収集と処理動作に対する偏光制御ベクトルの測定のタイミング８６１を示す。この例において、偏光制御ベクトルは、実質的に式（７）〜（１２）、及び（１３）〜（１９）に従って各波長チャネルの干渉信号の測定された強度から求められる。
【００８８】
偏光制御ベクトルに基づいて、偏光制御装置ドライバ５３０が、偏光制御装置５２２の駆動信号を決定し、偏光制御装置５２２は、各波長チャネルの光信号エネルギーの十分な部分量をチャネルの単一のＰＳＰへと移す。偏光制御装置ドライバのパターン８０８は、他のデータ収集と処理動作に対する偏光制御装置の駆動信号の印加のタイミング８８１を示す。
【００８９】
好適な実施形態において、補償段は、以下の通りに光信号のＰＭＤを補償する。最初に、信号が波長分波器５２６によってスペクトル的に分散され、１つの波長チャネルがマルチチャネル偏光制御装置５２２の各チャネル（即ち、素子の集合）を通過する。次いで、その波長チャネルの光が、波長合波器５２８によって再結合され、補償されるべきＤＧＤの量より大きいＤＧＤを有する単一の偏光保存ファイバ５２４からなる遅延要素へ送らる。偏光制御装置５２２は、光信号の偏光状態が伝送システムにＰＭＤ補償器を加えた組み合わせのＰＳＰに一致するように各チャネルの偏光状態を変更する。好適には、偏光監視装置５０３のサンプル光信号は、偏光制御装置のフィードバック信号と診断信号が求められ得るように偏光制御装置の後で伝送システムから分岐される。しかしながら、理解されるべきことは、上述したように偏光制御装置のフィードバック及び／又は反復の制御は、本発明にとってあまり重要ではない。
【００９０】
図８に示されるように、データ収集の開始からＰＭＤ補償の完了までの時間間隔、即ちこの例における更新サイクル８０７は、８ｍｓである。時間のパターン８０５は、この時間の約３ｍｓがデータ収集に費やされ、そのデータ収集において約２ｍｓが複数の位相遅延及び第１の検出器露光８５１における回転方位において干渉信号を生成することに費やされ、約１ｍｓが、複数の位相遅延及び第２の検出器露光８５２における回転方位において干渉信号を生成することに費やされる。更に、一実施形態において、各検出器露光期間８５１、８５２に関して、少なくとも６回の測定８５５、８５６が行われる。例示されたように、第１の検出器露光期間８５１に関して、測定８５５は実質的に等しい持続時間からなる（例えば、各測定は、第１の検出器露光期間８５１及び６回の測定８５５の２ｍｓに関して１ｍｓの長さの約１／３である）。同様に、第２の検出器露光期間８５２について、測定８５６は実質的に等しい持続時間からなる（例えば、各測定は、第２の検出器露光期間８５２及び６回の測定８５６の１ｍｓに関して１ｍｓの長さの約１／６である）。
【００９１】
時間のパターン８０５は、この例における更新サイクルの約２ｍｓがデータの処理及び／又は偏光回転子と位相遅延生成器の傾斜付け８５３に費やされ、約３ｍｓが偏光制御装置５２２の駆動及び光信号のＰＭＤ補償に費やされることを更に示す。特定の用途において、データ収集とＰＭＤ補償のプロセスは、ＰＭＤの度合いの変化及び／又はある期間にわたる伝送システムのＰＳＰの変化に対処するために繰り返される。この例において、本発明によって提供されるＰＭＤ補償サイクルは、１２５Ｈｚの周波数で動作する。
【００９２】
本発明は、特定の実施形態に関連して特に図示されて説明されてきたが、当業者によって理解されるように、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の思想と範囲から逸脱することなく、形態及び細部に様々な変更を行うことができる。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示され、それ故に、特許請求の範囲の等価物の意味と範囲内に入る全ての変更は、包含されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】光伝送システムのＰＭＤベクトルとＰＳＰのポアンカレ球による表現を示す図である。
【図２Ａ】本発明のＰＭＤ補償方法の一実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】本発明のＰＭＤ補償方法の一実施形態を示す図である。
【図３Ａ】本発明の偏光監視装置の種々の実施形態を示す略図である。
【図３Ｂ】本発明の偏光監視装置の種々の実施形態を示す略図である。
【図４】本発明の回転子と位相遅延装置の一実施形態を示す略図である。
【図５】本発明のＰＭＤ補償装置の一実施形態を示す略図である。
【図６】本発明のＰＭＤ補償装置の一実施形態を示す略図である。
【図７】本発明の補償段の偏光コントローラの一実施形態を示す略図である。
【図８】本発明の偏光監視方法の一実施形態を示す略図である。
【０００１】
本発明は、光伝送システムの分野に関する。特に、本発明は、光伝送媒体の光信号の監視と修正に関する。
【０００２】
関連出願に対する相互参照
本発明は、2001年３月19日に出願された米国同時係属仮出願第６０／２７６，９８２の恩典を請求している。
【背景技術】
【０００３】
光伝送システムの入力データストリームは、デジタルビットを表す一連のライトパルスとみなされ得る。現在の光伝送システムのビットレートは、一般にそれぞれ１００〜２５ピコセカンドの幅であるライトパルス（又はビット期間）という結果になる１０ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの範囲にわたる。光伝送システムのレシーバは、各ビット期間に関して、ライトパルスが受光された（デジタルの１）か、又は受光されなかった（デジタルの０）か否かを判定することにより、データストリームの各ビット期間をデジタルの１又は０へ変換する。偏波モード分散（ＰＭＤ）は、データストリームのライトパルスを歪ませ、ひいてはビット期間を１又は０へ変換するか否かを判定するためのレシーバの能力を低下させる可能性のある現象である。結果として、ＰＭＤは、光伝送システムの伝送精度と能力を制限する。
【０００４】
偏波モード分散は、光伝送システムの伝送媒体の複屈折から生じる。非円形ファイバコアという結果になる光ファイバの不完全性と非対称応力によって、たとえ「シングルモード」光ファイバと呼ばれるものからなる伝送媒体においても複屈折は存在する。理想的なシングルモード光ファイバは、円形のコア、即ち等方性であり偏心性のないコアを有する。係る理想的なファイバは等方性であり、即ちファイバの屈折率は、電界、又は換言すれば偏光の向きに無関係である。光ファイバコアの異方性（例えば、偏心性）は複屈折をまねき、従って、種々の偏光が異なる速度で光ファイバを介して伝播する。
【０００５】
光ファイバの光の伝播は、２つの基本モード又は主モードによって制御されるものとみなされ得る。これらの主モードは、「主偏波状態（ＰＳＰ）」として知られる。ＰＳＰがファイバリンクに導入される場合、リンクの出力における偏光は周波数の第１次に対して実質的に一定になる。理想的なシングルモードファイバにおいて、ＰＳＰは縮退する、即ち区別ができない。ファイバコアの異方性は、この縮退をとく。結果として、ＰＳＰは異なる群速度で伝わり、２つの時間的に変位したパルスへと分離する。異なる群速度に起因したＰＳＰの分離は、偏波モード分散（ＰＭＤ）として知られ、２つのＰＳＰ間の時間的な広がりは、群遅延時間差として知られる。この時間的な広がりによって、データストリームの１ビット期間のライトパルスが別のビット期間と重なる可能性がある。この重なりによって、あるビット期間を１又は０に変換するか否かを判定するためのレシーバの能力が低下する。従って、ＰＭＤは、光伝送システムに対して問題であり、データの曖昧性、データ損失、データの汚染、及び伝送能力の制限という結果になる。
【０００６】
ＰＭＤ問題に対する種々の方法が提案されてきたが、それぞれは制約をもたらす。例えば、偏波保存光ファイバは、複屈折を生じるファイバ内に内部応力部材によって導入される応力誘導型異方性のような固有の光学特性を通じて入力の偏光を維持し、ＰＳＰ間の光パワーのクロスカップリングを防止するように設計されている。残念ながら、この特殊ファイバは高価であるばかりでなく、大規模な置き換えに及ばず、既存の「遺産的」なファイバネットワークにおいてＰＭＤに対処することができない。
【０００７】
電気的歪み等化器のような現在の電子的方法も欠点を呈する。ＤＧＤのインジケータとしてレシーバにおけるＲＦ周波数応答（即ち、応答の最小値）のノッチを一般に使用するこれらの方法は、従来のレシーバの電子回路に修正が必要であり、高速デジタル電子回路又はＲＦ電子回路を必要とする傾向がある。
【０００８】
光計測の方法は一般に、偏光スクランブルにより、又は周波数側波帯の導入によりレーザ源に摂動を起こさせる（perturbing）こと、或いはＰＭＤの偏光特性の間接的又は定性的な測定のみを行うことを必要とする。光伝送システムにおいて、光測定のためにレーザ源に摂動を起こさせることは、一般に実用的でなく、データ伝送を中断する。ＤＧＤ及び偏光度（「ＤｏＰ」）の測定のような、ＰＭＤ偏光特性の間接的又は定性的な測定のみを利用する方法は、複数の動作の後にのみＰＭＤを補償する反復手順の使用を必要とする。しかしながら、係る複数の動作は時間を浪費し、ひいては係る反復の補償方法は、高速伝送システムに対する用途に関して欠点を有する。
【０００９】
従って、データ伝送を中断することなく、ＰＭＤの影響をより高速に補償することを可能にする、信頼できるＰＭＤ測定を提供する方法が必要とされている。
【００１０】
発明の概要
本発明は、レーザ源に摂動を起こさせることなくＰＭＤ偏光特性の直接的な測定値を得て、単一動作でＰＭＤの影響を補償するための方法と装置を提供する。本発明は、光伝送システムの光信号を、補償器を含むシステムの単一のＰＳＰへと実質的に移動させることによりＰＭＤを補償する。結果として、データストリームの各ライトパルスは、時間的に隣接するライトパルス又はビット期間と実質的に混合されない。
【００１１】
一態様において、本発明は、光伝送システムの光信号のＰＭＤを補償するための方法を提供する。一実施形態において、該方法は、光伝送媒体からのサンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入することにより、ファイバリンクのＰＭＤ偏光特性を測定する。該方法は、２つの偏光成分に干渉を起こさせ、結果としての干渉信号を測定する。次いで、該方法は、複数の位相遅延において測定された干渉信号を用いて、ＤＧＤ、及びＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態（例えば、向きと楕円率）を求める。ＤＧＤ、及びＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態は、ＰＭＤ偏光特性の直接的な尺度を提供する。本明細書において使用される場合、用語「ＰＳＰ特性」は、ＰＳＰの偏光状態と相対的な振幅、及びそれらの間のＤＧＤを指す。また、ＰＳＰの偏光状態と相対的な振幅は、光伝送システムにおける光信号の偏光状態の直接的な尺度も提供する。ＰＳＰ特性に基づいて、本発明は、ＰＭＤの影響を補償するために、好適には単一動作で光伝送システムの単一のＰＳＰへと光信号エネルギーの十分な部分量を移動させる光信号に対する修正を求める。「十分な部分量」は、例えば適切なシステムの停止確率又はパワーペナルティを提供するように当業者によって選択され得る。
【００１２】
本明細書において使用される場合、用語「十分な部分量」は、特定の伝送システム又はデータ伝送に関してＰＭＤの影響に起因するビットエラーレートを防ぐのに十分な量であることを指す。例えば、データ伝送が非常に冗長で破損に耐性のあるデータを含む場合、十分な部分量は少なくできる。同様に、低いデータ伝送レートのみが望まれる場合も、十分な部分量は少なくできる。逆に、伝送システムを高い能力で、及び／又は高いデータ精度（即ち、データの低い曖昧性、低い損失、又は低い破損ビットエラーレート）で動作させることが望まれる場合、十分な部分量は非常に多くすることができ、又は光信号の全エネルギーを単一のＰＳＰへと実質的に移動させることを含むことさえできる。従って、当業者には理解されるように、移動させるための光信号エネルギーの十分な部分量は簡単な態様で（必要以上の実験をしないで）求められ得る。例えば、十分な部分量は、光信号エネルギーの全てを実質的に含むことができる。
【００１３】
別の実施形態において、該方法は、サンプル光信号の偏光軸の向きを回転させ、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入することにより、ＰＭＤ偏光特性を測定する。該方法は、２つの偏光成分に干渉を起こさせ、結果としての干渉信号を測定する。次いで、該方法は、サンプル光信号の偏光軸の２つ又はそれより多い回転の向きの各々について、２つ又はそれより多い位相遅延で測定された干渉信号を用いて、光信号のＰＳＰ特性を求める。ＰＳＰ特性に基づいて、本発明は、単一の動作で光信号エネルギーの十分な部分量を光伝送システムの単一のＰＳＰへと移動させる光信号に対する修正を求める。
【００１４】
別の実施形態において、本発明の方法は、単一の動作で光信号エネルギーの十分な部分量が、入射ファイバリンクとＰＭＤ補償器を具現化する光伝送システムの単一のＰＳＰへと移動するような動作において、入射光信号にＤＧＤベクトルを追加することにより、光伝送システムのＰＭＤを補償する。
【００１５】
好適な実施形態において、本発明は、高密度波長分割多重（「ＤＷＤＭ」）のファイバに存在するような、光ファイバにおける多数の波長チャネルのＰＳＰ特性を実質的に並列に求める。これらの特性には、ＰＳＰの偏光状態、ＰＳＰの相対的な振幅（即ち、２つのＰＳＰ間のエネルギー比率）、ＤＧＤ、及びデータストリームの多数の波長チャネルに対するパワーの合計が含まれる。各波長チャネルの帯域幅は、主としてレーザ源の線幅と光信号のデータ変調帯域幅によって求められる。
【００１６】
この実施形態の１つのバージョンにおいて、方法は、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。該方法は、干渉信号を生じさせるように２つの偏光成分に干渉を起こさせ、干渉信号をスペクトル的に連続した波長帯域へ分散し、各波長サブ帯域について干渉信号を測定する。次いで、該方法は、複数の位相遅延における各波長サブ帯域について干渉信号を測定し、各波長チャネルについてＰＳＰ特性を求める。チャネルのＰＳＰ特性に基づいて、本発明は、単一動作でその波長チャネルの光信号エネルギーの十分な部分量をそのチャネルの単一のＰＳＰへと移動させる各波長チャネルの光信号に対する修正を判定する。
【００１７】
この実施形態の別のバージョンにおいて、方法は、サンプル光信号の偏光軸の向きを回転させ、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。該方法は、干渉信号を生じさせるように２つの偏光成分に干渉を起こさせ、各チャネルの干渉信号をスペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散し、各波長サブ帯域について干渉信号を測定する。次いで、該方法は、光信号偏光軸の２つ又はそれより多い回転の向きのそれぞれに関して２つ又はそれより多い位相遅延において各波長サブ帯域の干渉信号を測定し、対応する波長チャネルのＰＳＰ特性を求める。チャネルのＰＳＰ特性に基づいて、本発明は、単一動作でその波長チャネルの光信号エネルギーの十分な部分量をそのチャネルの単一のＰＳＰへと移動させる光信号に対する修正を判定する。
【００１８】
好適な実施形態において、本発明の方法は、光伝送システムの２つ又はそれより多い波長チャネルのＰＭＤを補償する。該方法は、単一動作でチャネルの光信号エネルギーの十分な部分量がチャネルの単一のＰＳＰへと移動するような向きにおいて、各チャネルに実質的に同時にＤＧＤを追加することにより、実質的に同時に波長チャネルのＰＭＤを補償する。
【００１９】
別の実施形態において、ＰＭＤの度合いとＰＳＰの偏光状態は時間が経つにつれて変化する可能性があるので、光信号はサンプリングされ、分析され、光信号に対する修正は、断続的、周期的、又は連続的に更新される。
【００２０】
別の態様において、本発明は、本発明の方法の機能性が、以下に限定されないが、フロッピー（Ｒ）ディスク、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又はＤＶＤ−ＲＯＭのようなコンピュータ読取り可能媒体に具現化される製造品を提供する。
【００２１】
別の態様において、本発明は、光伝送システムの光信号のＰＭＤを補償するための装置を提供する。一実施形態において、該装置は、光学的偏光監視装置と、偏光状態生成器とを含む。偏光監視装置は、位相遅延生成器、干渉計、及び検出器を含む。偏光監視装置は、サンプル光信号を受け入れるように構成され、位相遅延生成器が、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。干渉計は、位相遅延された光を受光するように配置され、検出器によって測定される干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。偏光状態生成器は、複数の位相遅延において測定された干渉信号に基づいて、ＤＧＤ、及びＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態を求める。
【００２２】
別の好適な実施形態において、偏光監視装置は回転子も含む。偏光監視装置はサンプル光信号を受け入れるように構成される。回転子は、位相遅延生成器の光軸に対してサンプル光信号の偏光軸の少なくとも２つの回転方位を提供する。位相遅延生成器は、偏光軸の回転方位のそれぞれに対して、サンプル光信号の２つの異なる偏光成分間に位相遅延を導入する。干渉計は、位相遅延された光を受光して、２つの偏光成分に干渉を起こさせ、検出器によって測定される干渉信号を生成するように配置される。偏光状態生成器は、２つ又はそれより多い回転方位のそれぞれに対して２つ又はそれより多い位相遅延において測定された干渉信号に基づいて、ＤＧＤ、及びＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態を求める。
【００２３】
一実施形態において、回転子は、位相遅延生成器の光軸を有効に回転させる電気光学素子を含む。別の実施形態において、回転子は、位相遅延生成器を物理的に回転させる機構を含む。好適には、回転子は、サンプル光信号の偏光軸を回転させる偏光回転子を含む。適切な偏光回転子は、以下に限定されないが、ファラデー回転子、及び波長板の組み合わせを含む。
【００２４】
別の実施形態において、偏光監視装置は、光伝送システムの２つ又はそれより多い波長チャネルのＰＳＰ特性を実質的に同時に求める。この実施形態の１つのバージョンにおいて、偏光監視装置は、位相遅延生成器、干渉計、波長分波器、及び検出器のアレイを含む。また、偏光監視装置は回転子も含む。干渉計は、位相遅延された光を受光して２つの偏光成分に干渉を起こさせ、干渉信号を生成するように配置される。分波器は、検出器のアレイのスペクトル的に連続した波長サブ帯域へと干渉信号を分散する。検出器のアレイは、各波長サブ帯域の干渉信号が実質的に同時に測定されるように構成される。次いで、偏光状態生成器が、複数の位相遅延において、又はサンプル光信号の偏光軸の２つ又はそれより多い回転方位において測定された対応する波長サブ帯域の干渉信号に基づいて、各波長チャネルのＰＳＰ特性を求める。
【００２５】
別の実施形態において、本発明は、光伝送システムの光信号のＰＭＤを補償するための装置を提供し、その装置は、光学的偏光監視装置、偏光状態生成器、偏光制御装置、及び遅延要素を含む。偏光制御装置は、光信号のエネルギーの十分な部分量が光伝送システムの単一のＰＳＰへと移動するように光信号を修正する。この実施形態の１つのバージョンにおいて、補償段は、遅延要素に入射する偏光状態を変える偏光制御装置を含む。次いで、遅延要素は、選択可能な方位において実質的に選択可能なＤＧＤを光信号に追加する。この実施形態の好適なバージョンにおいて、補償段は、偏光制御装置、及び選択可能な方位において実質的に固定されたＤＧＤを光信号に追加する遅延要素を含む。選択される方位は、偏光状態生成器によって提供されるＰＳＰ特性に基づいて判定される。選択される方位は、補償段がＤＧＤを光信号に追加する際に、結果として生じる光信号、即ち修正された光信号が光伝送システムの単一のＰＳＰにおいてそのエネルギーの十分な部分量を有するようになっている。
【００２６】
別の実施形態において、本発明は、光伝送システムの２つ又はそれより多い波長チャネルのＰＭＤを補償するための装置を提供する。該装置は、波長チャネルのＰＳＰ特性を監視する偏光監視装置、偏光状態生成器、及びマルチチャネル偏光制御装置を含む。マルチチャネル偏光制御装置は、各チャネルにおける光エネルギーの十分な部分量がチャネルの単一のＰＳＰへ移動するように各波長チャネルの光信号を変更する。マルチチャネル偏光制御装置は、波長分波器、マルチチャネル偏光コントローラ、及び波長合波器を含む。分波器は、スペクトル的に連続した所望のチャネルへ光信号を分散し、マルチチャネル偏光コントローラは、波長チャネルのエネルギーの十分な部分量が対応する波長チャネルの単一のＰＳＰ内にあるような方位において、各波長チャネルにＤＧＤを追加する。その結果として、波長合波器は、マルチチャネル偏光コントローラから受光した光を再結合する。一実施形態において、マルチチャネル偏光コントローラは、偏光コントローラのアレイを含み、各偏光コントローラは、遅延要素と結合された際に選択可能な方位においてＤＧＤを導入するために別個の波長チャネルで動作する。好適には、偏光制御装置は、実質的に集積されたアレイを形成し、波長チャネルで実質的に同時に動作する。
【００２７】
この実施形態の１つのバージョンにおいて、偏光制御装置は、選択可能な方位において実質的に選択可能なＤＧＤを波長チャネルの光信号に追加する。好適には、偏光制御装置は、選択可能な方位において実質的に固定された量のＤＧＤを追加する。波長チャネルに追加されるＤＧＤの方位は、チャネルのＰＳＰ特性に基づいて選択される。選択される方位は、可変偏光装置がチャネルの光信号にＤＧＤを追加する際に、結果として生じる（即ち、修正された）光信号がその波長チャネルの単一のＰＳＰにおいてそのエネルギーの十分な部分量を有するようになっている。
【００２８】
本発明の前述の、及び他の特徴と利点、並びに本発明自体は、詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲からより完全に理解されるであろう。
【００２９】
詳細な説明
本発明は、光ファイバ伝送システムにおいてデータの光伝送に特に有益な光信号の監視と修正のための方法と装置を提供する。本発明は、光の偏光特性及び／又は光伝送システムのＰＳＰを提供する。本発明によって提供される偏光特性を用いてＰＭＤ問題に対する「確定的解」を提供し、第１次に対して光信号のＰＭＤを実質的に補償する。本明細書に使用される場合、用語「確定的解」は、第１次に対して任意のＰＭＤ（即ち、任意の一時点におけるＰＭＤ）を実質的に補償することができる光信号に対する単一の修正を求めるための本発明の能力を指す。本発明の確定的解の方法は、任意のＰＭＤを補償するために反復の測定と修正を必要とする技術と対照をなす。
【００３０】
ＰＭＤ補償に対する本発明の１つの方法は、光信号エネルギーの十分な部分量を光伝送システムの単一のＰＳＰへ移すことである。データ伝送を中断することなく、信頼できる態様でシステムのＰＳＰ、及びＰＭＤを補償するために光信号を迅速に修正することを判定する際に、困った問題が存在する。理解されるように、単一のＰＳＰへの光の移動は、２つの態様、即ち、システムのＰＳＰのものと実質的に同じ偏光ベクトル方位（例えば、ストークスベクトルの方位）を有するように光信号の偏光状態を修正すること、又は入射光信号のものと実質的に同じＰＭＤベクトル方位を有するようにシステムのＰＭＤベクトルの偏光状態を修正することとみなすことができる。
【００３１】
本発明のＰＭＤ補償方法を理解するための１つの直観的な態様は、光信号と光伝送システムのポアンカレ球による表現を含む。光ファイバ内のような光信号の電界ベクトルＥは、一般にｘとｙ成分、即ちＥｘと不変位相オフセットεを有するＥｙとの和として表現される得る。
【００３２】
【数１】
電界ベクトルは一般に楕円偏光し、即ちＥｘとＥｙは双方とも非ゼロであり、ある期間にわたってＥｘとＥｙの楕円経路を追従する。線形及び円形の偏光は、電界ベクトルが楕円ではなくてそれぞれ直線又は円を時間的に描くので、楕円偏光の状態を縮退する。全ての考えられる偏光を表すための１つの便利な方法は、ポアンカレ球による。
【００３４】
図１を参照すると、偏光状態のポアンカレ球の表現１００が示される。球面上の任意の緯度は、任意の楕円偏光を表し、赤道１０１において直線偏光が表され、極１０３において円偏光が表される。この表現において、球面上の経度の１度は、偏光軸の０．５度の物理的回転を表す。偏光の左右像は２つの半球において変化し、上側の半球では右回りの偏光であり、下側の半球では左回りの偏光である。更に、各経度は、偏光の楕円の半長軸に対する固定方位角を表す。
【００３５】
この表現において、光伝送システムのＰＭＤは、ポアンカレ球上のＰＭＤベクトル（ベクトルΩ）１０２によって表され得る。ＰＭＤベクトル（ベクトルΩ）１０２の方向は、システムのＰＳＰの１つを表すが、ベクトルの大きさはＤＧＤの半分である。任意のサンプル光信号の偏光状態（即ち、偏光監視装置に対する入力偏光状態）は、２つのＰＳＰの線形的な組み合わせである。入力偏光ベクトル１０４（例えば、ストークスベクトル等）を用いて光信号偏光状態を表すことができる。１つのＰＳＰにおける光信号エネルギーの相対的な量は、cos２（２θ）により与えられ、もう一方はsin２（２θ）によって与えられ、ここで（２θ）は、入力偏光ベクトル１０４とＰＭＤベクトル（ベクトルΩ）１０２との間のポアンカレ球上の角度である。入力偏光ベクトル１０４がＰＭＤベクトル１０２に沿って下がる場合、第１次に対する全光信号エネルギーは、伝送システムの１つのＰＳＰ内にある。それに対応して、第１次に対する光信号のエネルギーは他のＰＳＰに存在しない。結果として、別のビット期間の他のＰＳＰ（例えば、遅いＰＳＰ）と重なる可能性があり、それによりデータの損失、曖昧性、又は汚染を生じる１つのビット期間の１つのＰＳＰ（例えば、速いＰＳＰ）にエネルギーは存在しない。ＰＭＤに起因する異なるビット期間の異なるＰＳＰの潜在的なオーバーラップは、本明細書においてＰＭＤ拡散と呼ばれる。
【００３６】
また、ＰＭＤベクトルを用いて光伝送システムの各コンポーネント（例えば、光ファイバ部分、光学要素、カプラー、合波器、スイッチ、ルータ等）も表すことができ、共通の座標系におけるこれらのベクトルの合計は、システムの全ＰＭＤベクトルである。理解されるように、システムの全ＰＭＤベクトルは、一般に伝送システムの長さに沿って変化し、時間と共に変化する。例えば、光信号源から１ｋｍの全ＰＭＤベクトルは、一般に信号源から１０ｋｍのものと異なる。同様に、任意の１つの位置における全ＰＭＤベクトルは、例えばシステムのコンポーネントにおける温度及び／又は応力の変化に起因して時間と共に変化する可能性がある。従って、理解されるように、全ＰＭＤベクトル又はシステムのＰＭＤベクトルは、特定のシステム位置及び時間におけるＰＭＤベクトルを指す。
【００３７】
図２Ａを参照すると、本発明によるＰＭＤを補償する一実施形態の概略的なベクトル図が示される。本発明の方法は、光信号エネルギーの十分な部分量を光伝送システムの単一のＰＳＰへと移すことである。本発明の偏光制御装置及び遅延要素からの寄与のない光伝送システムのＰＭＤベクトルは、ベクトル（ベクトルΩLINK）２０２によって示される。円形部分２０３は、ベクトル（ベクトルΩLINK）２０２と入力偏光ベクトル２０４によって画定される平面にあるポアンカレ球の部分を表す。一実施形態において、本発明の方法は、結果として生じるＰＭＤベクトル（ベクトルΩTOTAL）２０８が入力偏光ベクトル２０４と実質的に同じであるアライメントを有するように、偏光制御ベクトル（ベクトルΩPC）２０６をベクトル（ベクトルΩLINK）２０２に追加することによって、表され得る。ここで、入力偏光ベクトル２０４は、新しいシステムのＰＭＤベクトル（ベクトルΩTOTAL）２０８上に実質的にある。結果として、光信号エネルギーの十分な部分量は、システムの１つのＰＳＰへ移動し、それにより第１次に対するＰＭＤ拡散を実質的に補正することによってＰＭＤの影響を補償する。
【００３８】
図２Ｂを参照すると、光エネルギーの十分な部分量を単一のＰＳＰへ移動させる効果が示される。左側の２５０上のプロットは、ＰＭＤ補償前の各ＰＳＰ２５２、２５４の光信号エネルギーを示し、右側２５１上のプロットは、本発明によるＰＭＤ補償後の各ＰＳＰの光信号エネルギーを示す。ＰＳＰ２５２、２５４を表す波形と「ゼロ」の線２５３との間の面積は、波形によって表されるＰＳＰのエネルギーに比例する。図２Ｂの実施形態において、本発明によって提供されるＰＭＤ補償は、速いＰＳＰ２５４からの光信号エネルギーの十分な部分量を遅いＰＳＰ２５２へ移す。しかしながら、理解されるように、光信号エネルギーの全てを単一のＰＳＰに移すことは、本発明にとってあまり重要ではない。それどころか、顕著なＰＭＤ拡散を生じさせるのに不十分なエネルギーの部分量は、ＰＭＤ補償後の速いＰＳＰ２５４に残っているエネルギーによって、右側のプロット２５１に示されるようなＰＳＰに残ることができる。
【００３９】
理解されるように、新しいシステムのＤＧＤ、ＤＧＤTOTALは、一般にゼロでない。例えば、図２Ａのベクトルの長さは、各ベクトルに関連したＤＧＤに比例する。従って、図２Ａに示された実施形態の場合、結果として生じるシステムのＤＧＤは、以下のようになる。
【００４０】
【数２】
ここで、ＤＧＤLINKはベクトル（ベクトルΩLINK）２０２に関連したＤＧＤであり、ＤＧＤCOMPは補償ベクトル（ベクトルΩPC）２０６に関連したＤＧＤである。一実施形態において、ＤＧＤCOMPはデータストリームの１ビット期間よりも大きく、好適にはＤＧＤCOMPは、入力偏光ベクトル２０４上に実質的にあるシステムのＰＭＤベクトル（ベクトルΩTOTAL）２０８の生成を容易にするためにＤＧＤLINKより大きい。
【００４２】
本発明の一態様において、偏光制御ベクトルの追加によって表される物理的プロセスは、偏光制御装置及び遅延要素により提供される。偏光制御装置及び遅延要素は、単一の偏光制御ベクトル、或いは２つ又はそれより多い波長チャネルのそれぞれに対する別個の偏光制御ベクトルを提供することができる。一実施形態において、偏光制御装置は、偏光コントローラと遅延要素を含む。遅延要素は、ＤＧＤ、ＤＧＤCOMPを提供し、偏光コントローラはポアンカレ球上において光信号に対してＤＧＤCOMPの方位を変更する。遅延要素は可変ＤＧＤを提供してもよく、又は好適には実質的に固定されたＤＧＤを提供する。偏光制御装置と遅延要素は、単一の集積化光コンポーネント、或いは２つ又はそれより多い光コンポーネントからなることができる。例えば、一実施形態において、偏光制御装置は、２つの光コンポーネント、即ち可変液晶（「ＬＣ」）偏光コントローラと偏光保存ファイバとからなり、可変ＬＣ偏光コントローラは偏光コントローラとして働き、ＰＭＦは遅延要素として働く。
【００４３】
偏光制御ベクトルに選択される方位は、システムのＰＳＰ特性に基づいて決定される。偏光特性は、光伝送システムの光信号の少なくとも一部分を含むサンプル光信号から突きとめられる。一実施形態において、本発明は、サンプル光信号の２つの異なる（好適には、必ずというわけではないが、直交する）偏光成分間に位相遅延を導入し、干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。各偏光成分が一般にシステムの２つのＰＳＰの重ね合わせであるので、結果としての干渉信号は、ＰＳＰ間の自己相関成分と相互相関成分を含む。
【００４４】
本発明の偏光監視とＰＭＤ補償の方法は、光伝送システムの２つ又はそれより多い波長チャネルに実質的に同時に適用することに適する。一実施形態において、本発明は、サンプル光信号の２つの異なる（好適には、必ずというわけではないが、直交する）偏光成分間に位相遅延を導入し、干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。干渉信号は、各波長チャネルの干渉信号を得ることを容易にするために、スペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散される。
【００４５】
複数の位相遅延において得られた干渉信号を用いて、ＰＳＰの相対的な振幅と偏光状態及びそれらの間のＤＧＤを突きとめることができる。２つの偏光成分間の位相遅延は（例えば、遅延の全波を通じて）変化するので、干渉信号の強度は周期の一部分を通して正弦曲線的に変化し、観測される周期の一部分は、光伝送システムのＤＧＤ、即ちＤＧＤLINKに依存する。結果として、干渉信号の強度Ｉは、固定測定周波数ω０に関して、単位時間における位相遅延ｄの正弦曲線的関数として次のように表され得る：
Ｉ＝Ｉ０＋Ｃcos（dω０）＋Ｓsin（dω０） 式（３）
式（３）の正弦曲線的信号は、係数Ｉ０、Ｃ、及びＳについて解かれ得る。これらの係数から、サンプル光信号の偏光特性とベクトル（ベクトルΩLINK）を求めることができる。
【００４６】
それに対応して、干渉信号が２つ又はそれより多い波長サブ帯域に関して得られる実施形態において、各波長サブ帯域の干渉信号の強度Ｉ（ω）は、位相遅延の正弦曲線的な関数として次のように表され得る：
Ｉ（ω）＝Ｉ０＋Ｃcos（dω）＋Ｓsin（dω） 式（４）
ここで、ωは関連する波長サブ帯域に対応する周波数である。式（４）の正弦曲線的な信号は、係数Ｉ０、Ｃ、及びＳについて解かれ得る。更に、第１次のＰＭＤの極限において、ＣとＳの係数も周波数の正弦曲線的な関数であり、次のように表され得る：
Ｃ（ω）＝Ｃ０＋Ｃｃcos（τω）＋Ｃｓsin（τω） 式（５）
Ｓ（ω）＝Ｓ０＋Ｓｃcos（τω）＋Ｓｓsin（τω） 式（６）
ここで、τは波長チャネルの光信号のＤＧＤに関連した時間遅延である。任意のデータ集合に関して、これらの式は、ＤＧＤのτ、及びＳ（ω）とＣ（ω）の係数について解かれ得る。これらの係数から、各波長チャネルのＰＳＰ特性を求めることができる。
【００４７】
別の実施形態において、本発明は、第２の一連の位相遅延を導入する前にサンプル光信号の偏光成分に関する偏光軸の回転方位を変更する。この冗長性は、装置が取得されたデータから全ての必要な偏光情報を計算できない場合を取り除く。２つ又はそれより多い回転方位において得られた結果として生じた干渉信号は、ＰＳＰの自己相関と相互相関に追加の情報を提供する。一実施形態において、本発明は、２つ又はそれより多い回転方位のそれぞれについて（１）サンプル光信号の２つの偏光成分間に位相遅延を導入し、次いで（２）任意の回転方位に対して干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。この実施形態の１つのバージョンにおいて、干渉信号は２つの異なる回転方位に対して得られる。１つのバージョンにおいて、第１の回転方位は、偏光軸の０°の回転（即ち、回転しない）によって生じ、第２の回転方位は、偏光軸の４５°の回転によって生じる。しかしながら、理解されるように、軸の正確な回転方位は本発明にとってあまり重要ではなく、むしろ非縮退回転方位の任意のセットが使用され得る。また、各回転方位に対して結果として生じる干渉信号は、式（３）と同じ関数形態を有する位相遅延の正弦曲線的な関数としても表され得る。
【００４８】
更に、位相遅延を導入する前にサンプル光信号の偏光軸の回転方位を変更する方法は、２つ又はそれより多い波長チャネルに実質的に同時に適用することに適する。一実施形態において、２つ又はそれより多い回転方位のそれぞれに関して、本発明は、サンプル光信号の２つの偏光成分間に位相遅延を導入し、任意の回転方位に対して干渉信号を生成するように２つの偏光成分に干渉を起こさせる。次いで、干渉信号はスペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散され、任意の回転方位に関して各波長チャネルの干渉信号を得ることを容易にする。また、各回転方位φに対して結果として生じる干渉信号は、式（４）と同じ関数形態を有する位相遅延の正弦曲線的な関数としても表され得る。
【００４９】
例えば、φ＝０°及びφ＝４５°のような２つの回転方位を用いる場合、各波長サブ帯域に対する結果としての干渉信号は、以下のように表される。
【００５０】
【数３】
これらの正弦曲線的な信号は、各波長サブ帯域に関して、Ｉ０ ０、Ｃ０、Ｉ０ ４５、Ｃ４５、及びＳ４５について解かれ得る。更に、第１次のＰＭＤの極限において、ＣφとＳφの係数は、正弦曲線的な横断周波数でもあり、以下のように表され得る。
【００５２】
【数４】
任意のデータセットに関して、これらの式は、ＤＧＤτ、及びＳ（ω）とＣ（ω）の係数について解かれ得る。これらの係数から、各波長チャネルのＰＳＰ特性を求めることができる。
【００５４】
例えば、波長チャネルの光信号のＰＳＰ特性は以下の式から求められ得る。
【００５５】
【数５】
ここで、Ｉinputは、監視装置への入射強度を表し、例えば、半波により分離された２つのディザ設定に関して検出された強度を合計することにより、又は一連の測定値の対の強度を合計することにより求められ得る。監視装置におけるＰＭＤベクトルは、Ｅｌｘ、Ｅｌｙ、及びεによって与えられる主偏波状態の方へ実質的に向けられ、一方、ベクトルの長さはＤＧＤτにより求められる。
【００５７】
別の態様において、本発明は、ＰＳＰ特性の測定を容易にする装置を提供する。種々の実施形態において、装置は偏光監視装置と偏光状態生成器を含む。本発明による偏光監視装置の種々の実施形態は、本発明の方法に関する種々の実施形態の更なる説明に関連して以下に説明される。
【００５８】
図３Ａと図３Ｂを参照すると、種々の実施形態において、本発明による偏光監視装置は、回転子３０２、位相遅延生成器３０４、３０５、干渉計３０６、波長分波器３０８、及び検出器３１０を含む。図３Ａと図３Ｂに示されるように、一実施形態において、サンプル光信号３０１は回転子３０２を通過し、その回転子３０２によって、サンプル光信号の偏光楕円の回転方位が位相遅延生成器３０４、３５４の光軸に対して変更されることを可能にする。適切な回転子は、入射の楕円形を実質的に維持しながら、光信号の偏光軸を回転させる（偏光回転子）及び／又は位相遅延生成器の光軸を回転させることができる任意の要素を含む、
【００５９】
例えば、適切な回転子は、以下に限定されないが、ファラデー回転子、速波軸が方位角において所望の回転角度の半分だけ整列または分離された２つの切り換え可能半波長板、及び速波軸が所望の回転角度の半分だけ分離された２つの可変位相リターダを含む。別の実施形態において、回転子は、位相遅延生成器の光軸を回転させる。係る位相遅延生成器は、例えば位相遅延生成器、又は切り換え可能な光軸を有する位相遅延生成器を物理的に回転させる要素を含むことができる。
【００６０】
他の実施形態において、本発明の偏光監視装置は、回転子を含まず、干渉信号は、サンプル光信号の偏光軸の２つ又はそれより多い回転方位において得られない。例えば、サンプル光信号の偏光軸が、可変リターダを含む位相遅延生成器の光軸に沿って存在しない場合、回転子は必要ない。しかし、実際にサンプル光信号の偏光軸が位相遅延生成器の光軸に沿って実質的に線形に偏光される場合、サンプル光信号の２つの偏光成分間に位相遅延は追加されず、この問題に対処するために、回転子が位相遅延生成器の前に追加されてもよい。
【００６１】
図３Ａと図３Ｂを再び参照すると、一実施形態において、サンプル光信号は回転子３０２から位相遅延生成器３０４、３５４へと送られ、その位相遅延生成器は、サンプル光信号の一方の偏光成分を他方に対して遅延する。他方に対して一方の偏光成分を遅延することは、例えば偏光成分を異なる長さの光路を介して、又は可変複屈折要素を介して伝播させることにより達成され得る。種々の実施形態において、位相遅延生成器は、可変複屈折要素３０４を含む。適切な可変複屈折要素は、以下に限定されないが、可変リターダを含む。好適には、可変リターダは、電気光学の及び／又は液晶の波長板を含む。他の実施形態において、位相遅延生成器は、偏光成分を異なる長さの光路を介して伝播させる要素を含む。
【００６２】
図３Ｂを参照すると、一実施形態において、位相遅延生成器３５４は、偏光分割ビームスプリッタ３５５と可変遅延要素３５７を含む。次いで、サンプル光信号は、偏光ビームスプリッタ（「ＰＢＳ」）３５５によって２つのビームへ分割され、一方の偏光成分（例えば、Ｅｘ）は透過し、他方（例えば、Ｅｙ）は反射される。各アームにおける４分の１波長板及び反射器３５９は、偏光を回転させ、ビームスプリッタ後の２つのビームを再結合する。可変位相遅延は、２つの伝播光路間に可変リターダンスを生じさせる可変遅延要素３５７により、分離されたビーム（即ち、偏光成分）の一方に導入される。可変遅延要素の可能な実施例は、以下に限定されないが、固定軸液晶リターダ、可変リターダンス波長板、及び少なくとも１つの４分の１波長板の背後に配置された空間的可変ミラーを含む。
【００６３】
図４を参照すると、回転子４０２と位相遅延生成器４０４の好適な実施形態が示される。好適には、回転子４０２は、第１の切り換え可能半波長板４０３と第２の切り換え可能半波長板４０５を含み、位相遅延生成器４０４は、半波長板４０３と４０５の速波軸４１３、４１５に対して固定された方位でそろえられた速波軸を有する可変リターダを含む。一実施形態において、第２の半波長板４０５の速波軸の方位は、第１の半波長板４０３の速波軸に対してφ／２（４２５）だけ回転し、サンプル光信号の偏光軸の回転方位を、位相遅延生成器４０４の光軸に対してφだけ変化させる。次いで、その方位は、半波長板のリターダンスをゼロに変更することによりリセットされ得る。
【００６４】
図３Ａと図３Ｂを再び参照すると、サンプル光信号は、位相遅延生成器３０４、３５４から干渉計３０６へ送られる。干渉計３０６は、サンプル光信号の直交する偏光成分を、それらの間で干渉を生じることができる条件下で混合し、それにより干渉信号を生成する。好適には、干渉計は、４５°直線検光子を含む。しかしながら、理解されるように、光信号の偏光成分を、それらの間で干渉を生じる条件下で再結合できる任意の光学要素又は光学要素の構成は、本発明の偏光監視装置の干渉計として機能することができる。
【００６５】
本発明の種々の実施形態において、干渉計により生成された干渉信号は、検出器により測定される。種々の他の実施形態において、干渉信号は、スペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散され、異なる検出器要素が、光伝送システムの特定の波長チャネルに対応する干渉信号を受け取る。検出器要素は、検出器のアレイ、例えば２つ又はそれより多い物理的に独立した検出器、或いは集積化された検出器アレイからなることができる。適切な検出器アレイの例には、以下に限定されないが、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）のアレイ、集積化されたフォトダイオードのアレイ、及び別個の検出器のアレイが含まれる。電気通信の用途において、InGaAsフォトダイオードが、アレイ及び別個の検出器用途に好適である。しかしながら、本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、理解されるように、用語「検出器のアレイ」と「検出器アレイ」は交換可能に使用され得る。即ち、要素が用語「検出器のアレイ」によって説明される場合、理解されるようにその用語は「検出器アレイ」も包含し、逆の場合も同様である。
【００６６】
図３Ａと図３Ｂを再び参照すると、一実施形態において、干渉計３０６により生成された干渉信号は、サンプル光信号をスペクトル的に連続した波長サブ帯域へとスペクトル的に分散する波長分波器３０８を通過する。結果として、分波器３０８は、各波長サブ帯域に干渉信号を提供する。一実施形態において、光信号（例えば、ＤＷＤＭ信号等）の各波長チャネルは、少なくとも２つの波長サブ帯域へとスペクトル分散することによって分割される。好適には、波長分波器は、各波長チャネルを５〜１５個の波長サブ帯域へ分割する。適切な波長分波器の例には、以下に限定されないが、自由空間及び平面の実施において、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）、体積位相グレーティング（volume phase grating）分光計、及び反射グレーティング分光計が含まれる。
【００６７】
干渉信号を各波長サブ帯域の干渉信号へとスペクトル的に分散することにより、光信号の多重波長チャネルのＰＳＰ特性の測定が容易になる。更に、検出器アレイにわたって干渉信号をスペクトル的に分散させることにより、多重チャネルの干渉信号が実質的に同時に測定されることが可能になる。例えば、一実施形態において、波長分波器３０８は、検出器アレイ３１０にわたるスペクトル的に連続したサブ帯域へ干渉信号をスペクトル的に分散する。次いで、検出器アレイ３１０の素子の異なる集合が、異なる波長チャネルに対応する干渉信号を実質的に同時に受け取る。結果として、多重波長チャネルの干渉信号が実質的に同時に測定されることができ、この情報が偏光状態生成器によって使用され、多重波長チャネルに関するＰＳＰの相対的振幅と偏光状態及びＤＧＤが求められる。
【００６８】
偏光状態生成器は、アナログ装置及び／又はデジタル装置からなることができる。偏光状態生成器は、光信号のＰＳＰの偏光状態と相対的振幅、及びそれらの間のＤＧＤを求める。一実施形態において、偏光状態生成器は、サンプル光信号の２つまたはそれより多い回転方位のそれぞれにおける複数の位相遅延に関して測定された干渉信号に基づいてＰＳＰ特性を求める。更に、偏光状態生成器は、サンプル光信号の１つ又は複数の回転方位のそれぞれにおける複数の位相遅延に関して測定された干渉信号に基づいて多重波長チャネルのＰＳＰ特性を実質的に同時に求めることができる。好適には、偏光状態生成器は、異なる波長チャネル内の異なる波長サブ帯域について観測された干渉信号間の関係に基づいても多重波長チャネルのＰＳＰ特性を求める。
【００６９】
一実施形態において、偏光状態生成器は、実質的に式（３）〜（６）によるロジックを用いてＰＳＰ特性を求める。別の実施形態において、偏光状態生成器は、実質的に式（７）〜（１９）によるロジックを用いてＰＳＰ特性を求める。しかしながら、理解されるように、偏光状態生成器は、サンプル光信号の１つ又は複数の回転方位のそれぞれにおける複数の位相遅延の干渉信号に基づいてＰＳＰ特性を求めるのに適した任意のロジックを使用できる。
【００７０】
偏光状態生成器のロジックは、アナログ回路、デジタル回路によって、及び／又は汎用コンピュータのソフトウェアとして実施され得る。偏光状態生成器は、ＰＳＰの相対的振幅と偏光状態、及びそれらの間のＤＧＤの、例えばプリンタ又はコンピュータスクリーンによって生成されるような人間読取り可能な表示を生成することができる。しかしながら、偏光状態生成器が人間読取り可能な出力又は機械読取り可能な出力のみを生成するか否かは、本発明にとってあまり重要ではない。例えば、偏光状態生成器は、光伝送システムのＰＭＤを補償する偏光制御装置を制御するのに十分な機械読取り可能電気信号のみを生成してもよい。
【００７１】
理解されるように、本発明の偏光監視装置の様々な実施形態は、求められる偏光特性が任意の波長チャネルにおける光のストークスベクトルを計算するのに十分であるので、マルチチャネルストークスベクトル偏光計として使用することに適する。また、偏光監視装置の実施形態は、１つの波長チャネルのスペクトルによって照射される１つ又は複数の検出器素子上の平均強度が、チャネルの平均パワーの測定をもたらすので、マルチチャネルパワー監視装置として使用することにも適する。最後に、偏光監視装置の実施形態は、各監視装置の検出器チャネルの平均強度が、検出器サイズとグレーティングの分散に対応するスペクトルのビンにおけるパワーの測定をもたらすのでマルチチャネルスペクトルアナライザとして使用され得る。
【００７２】
一実施形態において、本発明は、光伝送システムにおいて光信号のＰＭＤを補償するための装置を提供する。図５と図６を参照すると、ＰＭＤ補償装置の種々の実施形態が示される。補償装置は、偏光監視装置５０３、６０３、偏光状態生成器５１７、６１７、及び補償段５２１、６２１を含む。偏光監視装置と補償段は、本明細書で説明される任意の実施形態を含むことができる。例示されるように、図５の偏光監視装置５０３は、図３Ａとそれに伴う説明で示されたものと実質的に同じであり、図６の偏光監視装置６０３は、図３Ｂとそれに伴う説明で示されたものと実質的に同じである。
【００７３】
動作において、偏光監視装置５０３、６０３は、サンプル光信号の１つ又は複数の回転方位のそれぞれに対する複数の位相遅延における干渉信号の測定値を偏光状態生成器５１７、６１７に提供する。次いで、偏光状態生成器５１７、６１７は、偏光監視装置５０３、６０３によって提供された測定値に基づいて、光信号、或いは光信号の１つ又は複数の波長チャネルのＰＳＰ特性を求める。一実施形態において、偏光状態生成器５１７、６１７は、補償段５２１、６２１の偏光制御装置５２２、６２２に制御信号を提供する偏光制御装置ドライバ５３０、６３０に制御信号を提供し、次いで補償段５２１、６２１は、光信号のエネルギーを光伝送システムの実質的に１つのＰＳＰへ移すような選択可能な方位において光信号にＤＧＤを追加する。代案として、前述したように、補償段は、１つのＰＳＰの偏光状態が光信号のものと実質的に同じであるように光伝送システムのＰＳＰを修正するものとも見なされ得る。
【００７４】
図５と図６を再び参照すると、種々の実施形態において、補償段は、偏光制御装置５２２、６２２、及び遅延要素５２４、６２４を含む。好適には、遅延要素５２４、６２４は、補償されるべきＰＭＤに関連した光伝送システムのＤＧＤより大きい実質的に固定されたＤＧＤを有する。従って、遅延要素５２４、６２４が実質的に固定されたＤＧＤを有する場合、偏光制御装置ドライバ５３０、６３０は、偏光制御装置５２２、６２２に制御信号のみを提供する。しかしながら、理解されるように、偏光制御装置ドライバ５３０、６３０及び／又は偏光状態生成器５１７、６１７は、センサ（例えば、温度、位置、パワー他）に限定されないが、システム診断及び制御システム、システムクロック他を含む種々のソースから入力信号を受け取り、ＰＭＤ補償を容易にすることができる。例えば、遅延要素５２４、６２４のＤＧＤは、温度と共に変動し、結果として、遅延要素温度センサからの入力信号を用いて遅延要素のＤＧＤを求めることができる。
【００７５】
図５と図６に例示されるように、補償段５２１、６２１は、光伝送システムの多重波長チャネルにおいてＰＭＤを補償するように適合される。例示された実施形態において、補償段５２１、６２１は、（ソースからレシーバまでの一般的な光信号の光路の順序で）波長分波器５２６、６２６、偏光制御装置５２２、６２２、波長合波器５２８、６２８、及び遅延要素５２４、６２４を含む。波長分波器５２６、６２６は、線５５１、６５１により表されるように、光信号をスペクトル的に連続した波長サブ帯域へ分散する。波長チャネルのエネルギーの十分な部分量が、対応する波長チャネルの単一のＰＳＰ内にあるような方位において、遅延要素５２４、６２４のＤＧＤが追加されるように、偏光制御装置は、各波長チャネルで動作する。概して、偏光制御装置は、各波長チャネルの異なる方位においてＤＧＤを追加する。その結果として、波長合波器は、偏光制御装置によって操作された光（線５５３、６５３によって表される）を再結合する。
【００７６】
図５と図６に例示されるように、補償段５２１、６２１は、点５０１、６０１から点５９９、６９９まで進む光信号の光路が光学監視装置に遭遇する前に補償段を通過するという意味において、偏光監視装置５０３、６０３に先行する。しかしながら、理解されるべきは、補償段の配置が偏光監視装置の「前」又は「後」であるということは本発明にとってあまり重要ではない。例えば、偏光監視装置が偏光制御装置に先行する場合、偏光制御装置のジョーンズ又はミュラー行列を用いて偏光制御装置の２つの端部間で偏光状態を変換できる。
【００７７】
本発明において有用な補償段は、種々の形態をとることができる。好適には、制御装置の遅延要素は、偏光保存ファイバ（「ＰＭＦ」）を含む。しかしながら、適切な遅延要素は、以下に限定されないが、自由空間及びファイバ遅延要素、或いは方解石又はバナジン酸イットリウムのような複屈折結晶を含む。適切な波長合波器及び分波器は、図３Ａ、図３Ｂ、図５、及び図６に例示されるように、グレーティング３０７、５３７、６３７、及び分散コリメータ３０９、５３９、６３９を含むことができる。更なる適切な波長分波器及び合波器は、以下に限定されないが、自由空間及び平面の実施において、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）、体積位相グレーティング分光計、及び反射グレーティング分光計を含む。また、適切な偏光制御装置も、種々の形態をとることができる。例えば、偏光制御装置は、電気光学結晶から構成された一連の可変波長板、ニオブ酸リチウム波長板、液晶、ファイバスクィーザ、及びシリカ系応力リターダを含むことができる。
【００７８】
好適には、補償段は、実質的に固定されたＤＧＤを有する遅延要素とＬＣ偏光コントローラとを含む。図７を参照すると、ＬＣ偏光コントローラの好適な実施形態が示される。ＬＣ偏光コントローラ７０１は、４つのＬＣ波長板７０２、７０４、７０６、及び７０８のスタックを含む。好適には、ＬＣ波長板のスタックは、１０ｍｍ未満の厚みであり、好適にはＬＣ波長板の絶対的リターダンス誤差は、波長板当たり４ｎｍより大きくない。
【００７９】
好適には、各ＬＣ波長板は、導電性インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のコーティングで被覆された光学品質ガラスの間に収容されたＬＣセル７１０のアレイを含む。それぞれの個々のＬＣセルは、対象となる波長帯域において実質的に０から１．２波までの可変波長板として機能し、個々のＩＴＯ電極により制御され得る。ＬＣセルは、好適には３ｍｓ未満の応答時間で電気的に制御される。例えば、素子の温度を上げることにより、一時的に応答を短くできる。
【００８０】
４つの波長板７０２、７０４、７０６、及び７０８は好適には、それぞれ０°、４５°、０°、及び４５°において公称上それらのこすり（rub：磨く）方向を有するように構成され、ガラスに対して対象となる波長領域に整合された屈折率の光学的に透明なエポキシで互いに積層される。好適には、セルの位置合わせ（ｘ−ｙ方向において）は、第１のＬＣ波長板７０２と最後のＬＣ波長板７０８との間で２５μｍ余りである。更に、ＬＣ偏光コントローラは、前部集積レンズアセンブリ７１２及び／又は後部集積レンズアセンブリ７１４を更に含むことができる。
【００８１】
好適には、個々のＬＣセルは、各通信チャネルの分波器が各セルの活性領域を介して伝送した後に各ＩＴＵ格子の間隔の９０％より大きいようなサイズになっている。言い換えれば、ＩＴＵチャネル間の帯域幅の１０％未満が、ＬＣセル間のセル間ギャップ７１６から失われるのが好ましい。
【００８２】
幾つかの実施形態において、上述した方法の機能は、汎用コンピュータのソフトウェアとして実施され得る。更に、係るプログラムは、コンピュータのランダムアクセスメモリの一部分に取っておき、回転子の制御、位相遅延生成器の制御、干渉計の制御、干渉信号の測定、偏光制御装置の制御、並びに測定された干渉信号との動作及びその干渉信号に対する操作に影響を与える制御ロジックを提供することができる。係る実施形態において、プログラムは、フォートラン、パスカル、Ｃ、Ｃ＋＋、又はベーシックのような多数の高レベル言語の任意の１つによって書かれ得る。更に、プログラムは、スクリプト、マクロ、或いはエクセル又はビジュアルベーシックのような市販ソフトウェアに組み込まれた機能で書かれ得る。更に、ソフトウェアは、コンピュータに常駐するマイクロプロセッサ向けのアセンブリ言語で実施され得る。例えば、ソフトウェアがＩＢＭ ＰＣ又はＰＣクローンで実行するように構成された場合、それはインテル８０ｘ８６アセンブリ言語で実施され得る。ソフトウェアは、以下に限定されないが、フロッピー（Ｒ）ディスク、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、又はＣＤ−ＲＯＭのような「コンピュータ読取り可能媒体」を含む製造品に組み込まれ得る。
【００８３】
偏光監視及びＰＭＤ補償の例
図５と図８を参照すると、光伝送システムにおいてＰＭＤに対する監視と補償を行う一実施形態の例は、以下の通りである。サンプル光信号は、９０／１０光学タップ５０２でもって光伝送システムから分岐され、光結合器５０４を介して偏光監視装置５０３へ入力する。偏光監視装置は、偏光回転子５０６、可変リターダからなる位相遅延生成器５０８、４５°直線偏光子からなる干渉計５１０、波長分波器５１２、及び多素子熱電子（「ＴＥ」）冷却されるInGaAsアレイからなる検出器のアレイ５１４を含む。
【００８４】
図５の偏光監視装置構成のこの例において、単一の更新期間に関するデータ収集の順序は、以下の通りである。即ち、
（１）サンプル光信号の偏光軸を角度φ１（例えば、０°）だけ回転させるように偏光回転子５０６を設定する。
（２）可変リターダ５０８によって提供される位相遅延（例えば、ディザ位相遅延）を、例えば次のものを通じて変更する：
ａ．０〜１の波の正弦曲線的変化のような連続周期的リターダンス（位相遅延）特性、又は
ｂ．幾つかの別個のリターダンス（位相遅延）ステップ。
（３）ステップ２の間、各回転子−リターダ設定に対する波長分波器５１２によって提供されるスペクトル的に連続した波長帯域の干渉信号を検出器アレイ５１４で測定する。
（４）サンプル光信号の偏光軸を角度φ２（例えば、４５°）だけ回転させるように偏光回転子５０６を設定する。
（５）ステップ２と３を繰り返す。
代案として、偏光回転子は、位相遅延がゆっくりと変更される又はステップされるように、２つの回転方位間のサンプル光信号をディザリングすることができる。
【００８５】
この例に関するデータ収集制御信号は、図８に模式的に示される。偏光回転子は、５０％のデューティサイクルで動作し、即ち実質的に等しい時間が、回転子制御信号パターン８０１によって示されるように２つの回転方位φ１８１１とφ２８１２で費やされる。各偏光回転子の位置、即ちサンプル光信号の各回転方位において、位相が位相遅延生成器でディザリングされ、位相ディザ時間ウィンドウ８３１内のサンプル光信号の偏光成分間に複数の位相遅延を生じる。位相ディザは、位相遅延又は一連の位相遅延ステップの連続した一時的変動とすることができる。位相遅延は、その全波又は一部分を通じて変更され得る。位相遅延生成器制御信号パターン８０３によって示されるように、この例において、位相ディザは、時間ウィンドウ８３１中に１の全波λと０の間に４つの位相遅延ステップを含む。
【００８６】
図５と図８に関連して、データ収集の間、位相遅延されたサンプル光信号は、干渉計５１０を通過し、波長分波器５１２でもって検出器アレイ５１４上へスペクトル的に分散される。検出器アレイは、波長チャネルに分散された信号を測定し、各チャネルはアレイの素子の異なる集合にある。従って、検出器アレイは、波長チャネルの全てに関して実質的に同時に干渉信号を測定する。検出器アレイのデータ取得パターン８０２は、偏光回転子と位相遅延生成器の変化量に対する干渉信号の検出器測定のタイミング（即ち、検出器の露光）８２１を示す。位相遅延は、各検出器の露光にわたって一定に保持されるか、又は傾斜の変化をつけられてもよい。
【００８７】
偏光状態生成器５１７は、光信号の所望のスペクトル幅に広がる波長サブ帯域の全ての干渉信号を処理する。偏光状態生成器の処理のパターン８０４は、他のデータ収集動作に対する干渉信号測定処理のタイミング８４１を示す。偏光状態生成器は、ＰＳＰ特性を求め、この情報に基づいて、偏光制御ベクトルが、光信号の所望のスペクトル幅に広がる波長チャネルについて求められる。制御ベクトルの測定のパターン８０６は、他のデータ収集と処理動作に対する偏光制御ベクトルの測定のタイミング８６１を示す。この例において、偏光制御ベクトルは、実質的に式（７）〜（１２）、及び（１３）〜（１９）に従って各波長チャネルの干渉信号の測定された強度から求められる。
【００８８】
偏光制御ベクトルに基づいて、偏光制御装置ドライバ５３０が、偏光制御装置５２２の駆動信号を決定し、偏光制御装置５２２は、各波長チャネルの光信号エネルギーの十分な部分量をチャネルの単一のＰＳＰへと移す。偏光制御装置ドライバのパターン８０８は、他のデータ収集と処理動作に対する偏光制御装置の駆動信号の印加のタイミング８８１を示す。
【００８９】
好適な実施形態において、補償段は、以下の通りに光信号のＰＭＤを補償する。最初に、信号が波長分波器５２６によってスペクトル的に分散され、１つの波長チャネルがマルチチャネル偏光制御装置５２２の各チャネル（即ち、素子の集合）を通過する。次いで、その波長チャネルの光が、波長合波器５２８によって再結合され、補償されるべきＤＧＤの量より大きいＤＧＤを有する単一の偏光保存ファイバ５２４からなる遅延要素へ送らる。偏光制御装置５２２は、光信号の偏光状態が伝送システムにＰＭＤ補償器を加えた組み合わせのＰＳＰに一致するように各チャネルの偏光状態を変更する。好適には、偏光監視装置５０３のサンプル光信号は、偏光制御装置のフィードバック信号と診断信号が求められ得るように偏光制御装置の後で伝送システムから分岐される。しかしながら、理解されるべきことは、上述したように偏光制御装置のフィードバック及び／又は反復の制御は、本発明にとってあまり重要ではない。
【００９０】
図８に示されるように、データ収集の開始からＰＭＤ補償の完了までの時間間隔、即ちこの例における更新サイクル８０７は、８ｍｓである。時間のパターン８０５は、この時間の約３ｍｓがデータ収集に費やされ、そのデータ収集において約２ｍｓが複数の位相遅延及び第１の検出器露光８５１における回転方位において干渉信号を生成することに費やされ、約１ｍｓが、複数の位相遅延及び第２の検出器露光８５２における回転方位において干渉信号を生成することに費やされる。更に、一実施形態において、各検出器露光期間８５１、８５２に関して、少なくとも６回の測定８５５、８５６が行われる。例示されたように、第１の検出器露光期間８５１に関して、測定８５５は実質的に等しい持続時間からなる（例えば、各測定は、第１の検出器露光期間８５１及び６回の測定８５５の２ｍｓに関して１ｍｓの長さの約１／３である）。同様に、第２の検出器露光期間８５２について、測定８５６は実質的に等しい持続時間からなる（例えば、各測定は、第２の検出器露光期間８５２及び６回の測定８５６の１ｍｓに関して１ｍｓの長さの約１／６である）。
【００９１】
時間のパターン８０５は、この例における更新サイクルの約２ｍｓがデータの処理及び／又は偏光回転子と位相遅延生成器の傾斜付け８５３に費やされ、約３ｍｓが偏光制御装置５２２の駆動及び光信号のＰＭＤ補償に費やされることを更に示す。特定の用途において、データ収集とＰＭＤ補償のプロセスは、ＰＭＤの度合いの変化及び／又はある期間にわたる伝送システムのＰＳＰの変化に対処するために繰り返される。この例において、本発明によって提供されるＰＭＤ補償サイクルは、１２５Ｈｚの周波数で動作する。
【００９２】
本発明は、特定の実施形態に関連して特に図示されて説明されてきたが、当業者によって理解されるように、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の思想と範囲から逸脱することなく、形態及び細部に様々な変更を行うことができる。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示され、それ故に、特許請求の範囲の等価物の意味と範囲内に入る全ての変更は、包含されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】光伝送システムのＰＭＤベクトルとＰＳＰのポアンカレ球による表現を示す図である。
【図２Ａ】本発明のＰＭＤ補償方法の一実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】本発明のＰＭＤ補償方法の一実施形態を示す図である。
【図３Ａ】本発明の偏光監視装置の種々の実施形態を示す略図である。
【図３Ｂ】本発明の偏光監視装置の種々の実施形態を示す略図である。
【図４】本発明の回転子と位相遅延装置の一実施形態を示す略図である。
【図５】本発明のＰＭＤ補償装置の一実施形態を示す略図である。
【図６】本発明のＰＭＤ補償装置の一実施形態を示す略図である。
【図７】本発明の補償段の偏光コントローラの一実施形態を示す略図である。
【図８】本発明の偏光監視方法の一実施形態を示す略図である。
Claims (43)
- 光信号の偏波モード分散を補償する方法であって、
サンプル光信号を提供するステップと、
前記サンプル光信号の第１の偏光成分と第２の偏光成分との間の複数の位相遅延に対して、前記第１の偏光成分と第２の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、及び
それに基づいて光信号の偏波モード分散を補償するステップとを含む、方法。 - 前記偏波モード分散を補償するステップが、
干渉信号の測定された強度を用いて光信号の偏光状態を求めるステップと、
干渉信号の測定された強度を用いて光信号の偏波モード分散ベクトルを求めるステップと、及び
光信号の偏波モード分散を実質的に補償する、光信号に対する修正を決定するために、光信号の偏光状態と偏波モード分散ベクトルを用いるステップとを含む、請求項１の方法。 - 前記光信号に対する修正が、光信号のエネルギーの十分な部分量を光伝送媒体の単一の主偏波状態へ移す、請求項２の方法。
- 前記光信号の偏光状態を求めるステップが、
前記偏光成分の第１の回転方位に対する干渉信号の測定された強度を、位相遅延の関数である第１の正弦曲線的関数に関連づけるステップと、
前記偏光成分の第２の回転方位に対する干渉信号の測定された強度を、位相遅延の関数である第２の正弦曲線的関数に関連づけるステップと、及び
光信号の直交する偏光成分の電界強度と前記直交する偏光成分間の位相オフセットについて解くことにより、光信号の偏光状態を求めるステップとを含む、請求項２の方法。 - 光信号のストークスベクトルを求めるステップを更に含む、請求項４の方法。
- 光信号のジョーンズベクトルを求めるステップを更に含む、請求項４の方法。
- 前記偏光成分に干渉を起こさせるステップが、
位相遅延生成器を用いて、その位相遅延生成器の光軸に対するサンプル光信号の偏光軸の少なくとも２つの回転方位のそれぞれについて、前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分との間に少なくとも２つの位相遅延を導入するステップと、
前記第１と第２の偏光成分に干渉を起こさせることにより、各回転方位の各位相遅延の干渉信号を提供するステップと、及び
前記干渉信号のそれぞれの強度を測定するステップとを含む、請求項１の方法。 - 前記偏波モード分散を補償するステップが、前記干渉信号の測定された強度に基づいて、光信号の偏波モード分散を補償するステップを含む、請求項７の方法。
- 前記光信号の偏波モード分散を補償するステップが、
スペクトル的に連続したサブ帯域へ前記干渉信号をスペクトル的に分散するステップと、及び
２つ又はそれより多い前記スペクトル的に連続したサブ帯域の干渉信号の強度を実質的に同時に測定するステップとを含む、請求項７の方法。 - 前記光信号の偏波モード分散を補償するステップが、２つ又はそれより多いスペクトル的に分散された光信号のチャネルの偏波モード分散を実質的に同時に補償するステップを含む、請求項９の方法。
- 請求項１の方法を実行するために具現化されたコンピュータ読取り可能命令を備えるコンピュータ読取り可能媒体を有する、製造品。
- 光信号の偏波モード分散を補償する方法であって、
サンプル光信号を提供するステップと、
前記サンプル光信号の第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に少なくとも３つの位相遅延を導入するステップと、
前記第１と第２の偏光成分に干渉を起こさせることにより、各位相遅延の干渉信号を提供するステップと、
前記干渉信号のそれぞれの強度を測定するステップと、及び
前記干渉信号の測定された強度に基づいて、光信号の偏波モード分散を補償するステップとを含む、方法。 - 前記偏波モード分散を補償するステップが、
干渉信号の測定された強度を用いて光信号の偏光状態を求めるステップと、
干渉信号の測定された強度を用いて光信号の偏波モード分散ベクトルを求めるステップと、及び
光信号の偏波モード分散を実質的に補償する、光信号に対する修正を決定するために、光信号の偏光状態と偏波モード分散ベクトルを用いるステップとを含む、請求項１２の方法。 - 前記光信号に対する修正が、光信号のエネルギーの十分な部分量を光伝送媒体の単一の主偏波状態へ移す、請求項１２の方法。
- 前記光信号の偏光状態を求めるステップが、
前記偏光成分の第１の回転方位に対する干渉信号の測定された強度を、位相遅延の関数である第１の正弦曲線的関数に関連づけるステップと、
前記偏光成分の第２の回転方位に対する干渉信号の測定された強度を、位相遅延の関数である第２の正弦曲線的関数に関連づけるステップと、及び
光信号の直交する偏光成分の電界強度と前記直交する偏光成分間の位相オフセットについて解くことにより、光信号の偏光状態を求めるステップとを含む、請求項１２の方法。 - 光信号のストークスベクトルを求めるステップを更に含む、請求項１５の方法。
- 光信号のジョーンズベクトルを求めるステップを更に含む、請求項１５の方法。
- 前記干渉信号の強度を測定するステップが、
スペクトル的に連続したサブ帯域へ前記干渉信号をスペクトル的に分散するステップと、及び
２つ又はそれより多い前記スペクトル的に連続したサブ帯域の干渉信号の強度を実質的に同時に測定するステップとを含む、請求項１２の方法。 - 前記光信号の偏波モード分散を補償するステップが、２つ又はそれより多いスペクトル的に分散された光信号のチャネルの偏波モード分散を実質的に同時に補償するステップを含む、請求項１８の方法。
- 請求項１２の方法を実行するために具現化されたコンピュータ読取り可能命令を備えるコンピュータ読取り可能媒体を有する、製造品。
- 光信号の偏波モード分散を求めるための装置であって、
光信号の少なくとも一部分を含むサンプル光信号を受け取るように配置された位相遅延生成器と、
前記位相遅延生成器と光学的に連通し、干渉信号を生成するために前記位相遅延生成器から受け取った前記サンプル光信号の偏光成分に干渉を起こさせるように配置された干渉計と、
前記干渉計と光学的に連通し、前記干渉信号を測定するように配置された検出器と、及び
複数の測定された干渉信号に基づいて光信号の偏光状態を求める偏光状態生成器とを備える、装置。 - 前記位相遅延生成器の光軸に対する前記サンプル光信号の偏光軸の少なくとも２つの回転方位を前記位相遅延生成器に提供するように配置された回転子を更に含む、請求項２１の装置。
- 前記回転子が、前記サンプル光信号の偏光軸を回転させるように適合された偏光回転子からなる、請求項２２の装置。
- 前記偏光回転子がファラデー回転子からなる、請求項２３の装置。
- 前記偏光回転子が一連の２つ又はそれより多い波長板からなる、請求項２３の装置。
- 前記回転子が、前記サンプル光信号の偏光軸に対して前記位相遅延生成器の光軸を回転させるように適合された位相遅延生成器回転子からなる、請求項２２の装置。
- 前記位相遅延生成器が可変リターダからなる、請求項２１の装置。
- 前記干渉計がマイケルソン干渉計からなる、請求項２１の装置。
- 前記干渉計が４５°の直線偏光子を含む、請求項２１の装置。
- 前記干渉計と光学的に連通し、スペクトル的に連続したサブ帯域へ前記干渉信号をスペクトル的に分散するように配置された波長分波器を更に含む、請求項２１の装置。
- 前記検出器が検出器のアレイからなり、そのアレイの各検出器が１つのスペクトル的に連続したサブ帯域の干渉信号を測定するように配置されている、請求項３０の装置。
- 光伝送媒体と光学的に連通し、光信号の偏光状態に基づいて前記光伝送媒体において光信号の偏波モード分散を実質的に補償するように適合された、補償段を更に含む、請求項２１の装置。
- 前記補償段が、
前記光伝送媒体と光学的に連通し、スペクトル的に分散されたチャネルへ前記光信号をスペクトル的に分散するように配置された波長分波器と、
前記波長分波器と前記光伝送媒体と光学的に連通する波長合波器との間の光路に配置された偏光コントローラのアレイとを含み、
前記偏光コントローラのアレイが、スペクトル的に分散されたチャネルのそれぞれの偏波モード分散を実質的に補償するように適合されている、請求項３２の装置。 - 前記偏光コントローラのアレイが、複数の液晶可変リターダを含む、請求項３３の装置。
- 光信号の偏波モード分散を補償するための装置であって、
光伝送媒体において、光信号の少なくとも一部分を含むサンプル光信号を受け取るように配置された位相遅延生成器と、
前記位相遅延生成器の光軸に対する前記サンプル光信号の偏光軸の少なくとも２つの回転方位を提供するように配置された回転子と、
干渉信号を生成するために前記位相遅延生成器から受け取った前記サンプル光信号の偏光成分に干渉を起こさせるように配置された干渉計と、
スペクトル的に連続したサブ帯域へ前記干渉信号をスペクトル的に分散するように配置された波長分波器と、
検出器のアレイであって、そのアレイの各検出器が１つのスペクトル的に連続したサブ帯域の干渉信号を測定するように配置された、検出器のアレイと、
複数の測定された干渉信号に基づいて、前記スペクトル的に連続した帯域のそれぞれに対する光信号の偏光状態を求める偏光状態生成器と、及び
前記光伝送媒体と光学的に連通し、前記スペクトル的に分散されたチャネルのスペクトル的に連続したサブ帯域の偏光状態に基づいて、前記スペクトル的に分散されたチャネルのそれぞれにおいて光信号の偏波モード分散を補償するように適合された補償段とを備える、装置。 - 前記偏光制御装置が、複数の液晶可変リターダを含む、請求項３５の装置。
- 前記偏光制御装置が、
前記光伝送媒体と光学的に連通し、スペクトル的に分散されたチャネルへ前記光信号をスペクトル的に分散するように配置された波長分波器と、
前記波長分波器と前記光伝送媒体と光学的に連通する波長合波器との間の光路に配置された偏光コントローラのアレイとを含み、
前記偏光コントローラのアレイが、スペクトル的に分散されたチャネルのそれぞれの偏波モード分散を実質的に補償するように適合されている、請求項３５の装置。 - 前記回転子が、前記サンプル光信号の偏光軸を回転させるように適合されている偏光回転子からなる、請求項３５の装置。
- 前記位相遅延生成器が可変リターダからなる、請求項３５の装置。
- 前記干渉計がマイケルソン干渉計からなる、請求項３５の装置。
- 前記干渉計が４５°の直線偏光子を含む、請求項３５の装置。
- 光伝送媒体において光信号の偏波モード分散を補償する方法であって、
光伝送媒体の光信号の一部分を含むサンプル光信号を提供するステップと、
前記サンプル光信号の第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に第１の位相遅延を導入し、第１の干渉信号を生成するために前記第１と第２の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第１の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記サンプル光信号の第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に第２の位相遅延を導入し、第２の干渉信号を生成するために前記第１と第２の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第２の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記サンプル光信号の第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に第３の位相遅延を導入し、第３の干渉信号を生成するために前記第１と第２の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第３の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記サンプル光信号の偏光軸を回転させることにより、回転されたサンプル光信号を提供するステップと、
前記回転されたサンプル光信号の第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に第４の位相遅延を導入し、第４の干渉信号を生成するために前記第１と第２の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第４の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記回転されたサンプル光信号の第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に第５の位相遅延を導入し、第５の干渉信号を生成するために前記第１と第２の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第５の干渉信号の強度を測定するステップと、
前記回転されたサンプル光信号の第１の偏光成分と第２の偏光成分との間に第６の位相遅延を導入し、第６の干渉信号を生成するために前記第１と第２の偏光成分に干渉を起こさせるステップと、
前記第６の干渉信号の強度を測定するステップと、及び
前記第１、第２、第３、第４、第５、及び第６の干渉信号の測定された強度に基づいて、光信号の偏波モード分散を補償するステップとを含む、方法。 - 請求項４２の方法を実行するために具現化されたコンピュータ読取り可能命令を備えるコンピュータ読取り可能媒体を有する、製造品。
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