JP2005502079A

JP2005502079A - 偏光モード分散エミュレータ

Info

Publication number: JP2005502079A
Application number: JP2003525343A
Authority: JP
Inventors: ピョ，ジュン−ヒュング; ジェオング，ホ−ジン; リー，ヨウング−ウク; キム，ビヨング−ヨーン
Original assignee: ドナムシステムインコーポレイティッド
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2005-01-20
Also published as: US20040247226A1; CN1545630A; CA2459021A1; WO2003021314A1; KR20030021013A; EP1423738A1; KR100395659B1

Abstract

ファイバーにおけるＰＭＤの影響を容易に再現することができる偏光モード分散（ＰＭＤ）エミュレータを開示する。本発明のＰＭＤエミュレータは、それぞれ所定のＰＭＤ値を有する少なくとも２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ切片と；前記ＰＭファイバ切片のうちの隣り合うＰＭファイバ切片の一方を回転させる機械的回転手段と；前記隣り合うＰＭファイバ切片の間に融着接続されており、前記ＰＭファイバ切片のＰＭＤ値に比べて無視できる程の小さいＰＭＤ値を有する単一モード光ファイバと；を備えることを特徴とする。本発明によると、実際のファイバにおけるＰＭＤの影響を研究する実験等の分野で、容易にＰＭＤの影響を再現することができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光モード分散（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ；以下、“ＰＭＤ”と称す）エミュレータに関し、特に、実際の光ファイバー伝送回線におけるＰＭＤ現象を容易に再現させることができるＰＭＤエミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＭＤとは、光ファイバが有する複屈折による現象であって、限られたパルス幅を有する光パルスが複屈折を有する光ファイバに入射する場合、光パルス内の異なるスペクトル成分が異なる複屈折を受けることによって、光ファイバ伝送回線を通った後、光パルス幅が広がる現象をいう。
【０００３】
光通信において、ＰＭＤは、光線路の色分散及び光損失が深刻とならない以前は、取るに足らない物理量であったが、分散遷移光ファイバ（ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＳｈｉｆｔｅｄＦｉｂｅｒ；ＤＳＦ）と色分散補償技術の開発に伴い、今では、１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速光伝送システムにおいて最も深刻な障害要因の一つになった。特に、局間の伝送網における従来の光ケーブルが０．５〜２ｐｓ／ｋｍ^１／２の大きなＰＭＤ値を有するため、１０Ｇｂｉｔ／ｓの光伝送システムの通信距離が１００ｋｍから場合によっては、２５ｋｍ程度に限定されることがある。
【０００４】
前記したＰＭＤが原因となる問題に対処するために、ＰＭＤを引き起こす光ファイバシステムの特性を再現可能な装置が必要とされる。このために光ファイバ伝送システムで発生するＰＭＤを精度よく複製できるＰＭＤエミュレータを考案するのに多くの努力を注いできた。かかるＰＭＤエミュレータは、ＰＭＤ補償器のテストのために広く使用され得る。
【０００５】
図１は、従来の技術の一例による全ファイバＰＭＤエミュレータの構成を説明する。図１に示すＰＭＤエミュレータ１００は、複数の偏光保持ファイバ切片１１０と、隣り合う偏光保持ファイバ切片１１０の間に位置した偏光コントローラー（ＰＣｓ）１２０とからなる。ここで、それぞれの偏光コントローラー１２０は、一般に、少なくとも２つの位相差板を有する。従って、ＰＭＤエミュレータが多数の制御パラメーターを含むことになり、ＰＭＤ値を精度よく生成し難い。
【０００６】
図２は、従来の技術の他の例による全ファイバＰＭＤエミュレータの構成を説明する。図２に示すＰＭＤエミュレータ２００は、複数の偏光保持ファイバ切片２１０と、隣り合う偏光保持ファイバ２１０切片の間に位置した回転自在のコネクタ２２０とからなる。このコネクタ２２０は、隣り合う２つの偏光保持ファイバ切片の複屈折軸の方向を変えることでＰＭＤ値を変えることができる。しかし、上記構成のＰＭＤエミュレータに使用されるコネクタ２２０は、隣り合う偏光保持ファイバ切片２１０を融着接続方式ではなく機械的接触方式にてつなぎ合せるため、隣り合う偏光保持ファイバ切片２１０の間に必然的に空き空間が発生するようになる。従って、光損失が大きく、且つ整列する時における光損失の変化も大きい。
【０００７】
図３は、従来の技術のまた他の例による全ファイバＰＭＤエミュレータの動作を説明する。図３に示すＰＭＤエミュレータは、一本の偏光保持ファイバ３００と、この偏光保持ファイバ３００の特定の箇所３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃを矢印方向に機械的に急激に撚る手段（図示せず）とからなる。偏光保持ファイバ３００の箇所別に異なって加えられた撚りは、偏光保持ファイバ３００内を進む光の偏光を調節してＰＭＤを発生する。しかし、上記構成のＰＭＤエミュレータは制御し難く、精度よく所定のＰＭＤ値を発生し難い。図３において偏光保持ファイバ３００に示した斜線は、機械的撚りを示すためのものであって、実際に偏光保持ファイバの表面に構造的な変更が生じたことを意味することではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、比較的小さい制御パラメーターを有する構成部品を含むことによって、所望するＰＭＤ値を精度よく容易に生成することができるＰＭＤエミュレータを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、光損失の小さいＰＭＤエミュレータを提供することである。
【００１０】
本発明のまた他の目的は、制御し易く、且つ特定のＰＭＤ値を容易に生成することができるＰＭＤエミュレータを提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、実際の光ファイバ伝送システムにおけるＰＭＤに対する分布であるマクスウエル分布に近い分布を示すＰＭＤエミュレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、偏光モード分散（ＰＭＤ）エミュレータが提供される。前記ＰＭＤエミュレータは、それぞれ所定のＰＭＤ値を有する少なくとも２つの偏光保持光（ＰＭ）ファイバ切片と；前記ＰＭファイバ切片のうちの隣り合う２つのＰＭファイバ切片の一方を他方に対し相対的に回転させ、複屈折軸が互いに垂直、一致、または任意の角度になるように整列可能な機械的回転手段と；前記２つの隣り合うＰＭファイバ切片の間に融着接続されており、前記偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値に比べて無視できる程の小さいＰＭＤ値を有する単一モード光ファイバと；を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について説明する。
【００１４】
図４は、本発明の実施例による全ファイバＰＭＤエミュレータの概略図である。図４を参照すると、ＰＭＤエミュレータ４００では、それぞれ所定のＰＭＤ値を有する少なくとも２つの偏光保持ファイバ切片４１０が、単一モード光ファイバ４２０に融着接続されており、単一モード光ファイバ４２０は、偏光保持（ＰＭ）ファイバ切片４１０の間に置かれ、短尺である。ここで、単一モード光ファイバ４２０のＰＭＤ値は、それぞれの偏光保持ファイバ切片４１０のＰＭＤ値に比べて無視できる程に小さい。一方、融着接続された部分の一方にはステッピングモーター４３０が設けられていて、ステッピングモーター４３０は偏光保持ファイバ切片のうちの一方を隣り合う偏光保持ファイバ切片の他方に対し相対的に回転させることができる。コントローラー４４０は、ステッピングモーター４３０を駆動させるために電気信号をそれぞれのステッピングモーター４３０に供給する。このコントローラー４４０は、内部に偏光保持ファイバ切片４１０の複屈折軸間の垂直および一致の整列組み合わせによって発生する最終のＰＭＤ値を格納していて、複屈折軸が互いに垂直するか、一致、または任意の角度になるように整列させることができる。
【００１５】
図５は、図４に示したＰＭＤエミュレータにおいて単一モード光ファイバに導かれる円複屈折を説明する。
【００１６】
２つの偏光保持ファイバ切片４１０ａおよび４１０ｂが、速軸−速軸（遅軸−遅軸）に整列されているとする。速軸−遅軸（遅軸−速軸）に整列するためには、次段の偏光保持ファイバ切片４１０ｂを回転させなければならない。単一モード光ファイバ４２０が撚られる時、円複屈折が起きなければ、９０°だけ回転すれば済むが、円複屈折により、光の偏光軸が光ファイバの撚り方向に回転させられ、この分更に光の偏光軸が回転させられ、２つの偏光保持ファイバ切片４１０ａおよび４１０ｂが速軸−遅軸（遅軸−速軸）に整列される。従って、図５に示すように、偏光保持ファイバ切片４１０ｂの回転角を９０°＋αにする必要がある。αの量は、回転角度の約８％である。
【００１７】
ＰＭＤエミュレータで発生するＰＭＤ値は、偏光保持ファイバ切片の整列方向によって決定される。例えば、前段の偏光保持ファイバ切片は固定され、単一モード光ファイバと次段の偏光保持ファイバ切片の接合箇所に設けられたステッピングモーター（図示せず）を利用して次段の偏光保持ファイバ切片を回転させる。これにより、偏光保持ファイバ切片の間の複屈折軸の整列状態を変換させることができる。Ｔ_１とＴ_２のＰＤＭ値を有する２つの偏光保持ファイバ切片の複屈折軸が同じ方向に並んだら、即ち、前段の偏光保持ファイバ切片の速軸（遅軸）と次段の偏光保持ファイバ切片の速軸（遅軸）とが一方向に一致したら、総ＰＭＤ値は｜Ｔ_１＋Ｔ_２｜になる。一方、２つの切片の偏光保持ファイバ切片の複屈折軸が直角方向に整列したら、即ち、前段の偏光保持ファイバ切片の速軸（遅軸）と次段の偏光保持ファイバ切片の遅軸（速軸）とが一方向に一致したら、総ＰＭＤ値は｜Ｔ_１−Ｔ_２｜になる。これをＮ個の偏光保持ファイバ切片からなるＰＭＤエミュレータの場合に一般化させると、第１の偏光保持ファイバ切片に並行に整列された偏光保持ファイバ切片のそれぞれのＰＭＤ値の和から、第１の偏光保持ファイバ切片に垂直に整列された偏光保持ファイバ切片のそれぞれのＰＭＤ値の和を差し引いた値の絶対値が得られたＰＭＤ値になる。そして、それぞれの偏光保持ファイバ切片の整列方向を、複屈折軸の回転手段を利用して変更することでＰＭＤ値を変化させることができる。全ての偏光保持ファイバ切片が同一の方向に整列されている時、ＰＭＤ値は、全ての切片のそれぞれのＰＭＤ値の和になり最大値になる。このような構造において所望するＰＭＤ値を生成するために、このＰＭＤ値に最も適した偏光保持ファイバ切片の整列方法を計算して求め、偏光保持ファイバ切片の速軸と遅軸をそれぞれ次段の偏光保持ファイバ切片の速軸または遅軸と整列すれば済む。この方法において、偏光保持ファイバ切片間には制御パラメーターが多くなく、整列は速軸と遅軸の２つの場合に対し変えるため、制御が非常に簡単である。
【００１８】
一方、図５に示すように、複屈折軸を回転させるに際し、前段の偏光保持ファイバ切片４１０ａに対し次段の偏光保持ファイバ切片４１０ｂおよび、単一モード光ファイバ４２０の接続部分が回転し、前段に対し次段の偏光保持ファイバの複屈折軸が相対的に回転するようになる。この時、単一モード光ファイバ４２０が撚られることで生じる円複屈折までもを考慮して回転させる必要がある。次段の偏光保持ファイバ切片４１０ｂが、前段の偏光保持ファイバ切片４１０ａに対し物理的に９０°だけ回転したとしても、次段の偏光保持ファイバ切片４１０ｂは、前段の偏光保持ファイバ切片４１０ａに対し、単一モード光ファイバ４２０が撚られながら生じた円複屈折により、少なく回転する。本実施例では、９０°の回転に加えて、約８％の分更に、偏光保持ファイバ切片４１０ｂを回転させて、複屈折軸の方向が変わるようになる。ここで、単一モード光ファイバは、無視できる程に十分に小さいＰＭＤ値を有する短尺のものが使用される。
【００１９】
ＰＭＤエミュレータを構成する偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値を決める方法につい、説明を行う。
【００２０】
本発明の実施例では、ＰＭＤエミュレータを構成する偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値がそれぞれ２^Ｎ−１Ｔｍｉｎ（但し、Ｎは整数、１≦Ｎ≦ＮＭＡＸ、ＮＭＡＸは、偏光保持ファイバ切片の全体個数であって、２以上の整数、Ｔｍｉｎは、最小ＰＭＤ値を有する偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値）になるように決めた。このように構成すると、総ＰＭＤ値を最小としてＴｍｉｎの値から最大として各偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値の総和まで２Ｔｍｉｎの単位で変化させることができる。例えば、Ｔｍｉｎが０．２５ｐｓになるように偏光保持ファイバ切片の最小のＰＭＤを決め、切片の数を８つにした場合、０．２５ｐｓ、０．５ｐｓ、１ｐｓ、２ｐｓ、４ｐｓ、８ｐｓ、１６ｐｓ、３２ｐｓのＰＭＤ値をそれぞれ有する８つの偏光保持ファイバ切片が必要とされる。これらを用いると、最小として０．２５ｐｓ（３２ｐｓ−１６ｐｓ−８ｐｓ−４ｐｓ−２ｐｓ−１ｐｓ−０．５ｐｓ−０．２５ｐｓ）から最大として６３．７５ｐｓ（３２ｐｓ＋１６ｐｓ＋８ｐｓ＋４ｐｓ＋２ｐｓ＋１ｐｓ＋０．５ｐｓ＋０．２５ｐｓ）までに全体のＰＭＤ値を０．５ｐｓ単位で生成することができる。この場合は、ＰＭＤを発生させる時、隣接する偏光保持ファイバ切片の間に設けられている回転手段であるステッピングモーターが、それぞれ偏光保持ファイバ切片の速軸または遅軸に一致するように位置させればよい。このような構造の長所は、Ｔｍｉｎと偏光保持ファイバ切片の個数を調整することによって、所望するＰＭＤ分解能と最大ＰＭＤ値を決めることができるということである。この偏光保持ファイバ切片を任意の角度に整列すると、即ち、複屈折軸によらず整列すると、その結果得られるＰＭＤ値は、マクスウエル分布とは異なる分布を有するる。この結果を図６Ａにマクスウエル分布と一緒に示した。図６Ａ乃至図６Ｄにおける実線は、ＰＭＤ値の分布を示し、点線は、マクスウエル分布を示す。
【００２１】
ＰＭＤエミュレータの好ましい機能は、実際の光伝送路におけるＰＭＤ現象を再現することができるということである。この機能は、偏光保持ファイバ切片間を、速軸−速軸または速軸−遅軸ではなく、任意の角度に整列することで得られる。これに関連して、複数回にわたる任意の角度整列によるり再現されたＰＭＤ値の分布が、マクスウエル分布に追従することが理想的であると知られている。この分布を得るためには、偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値やその個数を調節すればよい。
【００２２】
このマクスウエル分布を得るための最も好適な方法は、偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値を同一にすることである。この場合、偏光保持ファイバ切片の速軸（遅軸）を、速軸または遅軸に整列することで、意図的に生成可能なＰＭＤ値の個数は２^Ｎ−１Ｔｍｉｎ構造に比べて非常に小さい。このような場合、偏光保持ファイバ切片を任意の角度に整列すると、図６Ｂに示すようなＰＭＤ値に対するマクスウエル分布が得られる。図６Ｂを参照すると、１０ｐｓのＰＭＤ値を有する１２の偏光保持ファイバ切片からなるＰＭＤエミュレータにおいて、偏光保持ファイバ切片を任意の角度に整列して、測定したＰＭＤ値をマクスウエル分布と一緒に示した。図６Ｂから、測定されたＰＭＤの分布が良好にマクスウエル分布に追従していることが分かる。
【００２３】
これとは異なって、偏光保持ファイバ切片が有するＰＭＤ値を、Ｎ^２Ｔｍｉｎ（但し、Ｎは整数、２≦Ｎ≦ＮＭＡＸ＋１、ＮＭＡＸは、偏光保持ファイバ切片の全体個数であって、２以上の整数、Ｔｍｉｎは、最小ＰＭＤ値を有する偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値）にすると、偏光保持ファイバ切片を整列した時に得られるＰＭＤ値は、前述した２^Ｎ−１Ｔｍｉｎの構造のような一定の間隔をもたない。図６Ｃの場合には、４ｐｓ、９ｐｓ、１６ｐｓ、２５ｐｓ、３６ｐｓ及び４９ｐｓのＰＭＤ値をそれぞれ有する偏光保持ファイバ切片（Ｔｍｉｎ＝１ｐｓ、ＮＭＡＸ＝６）からなるＰＭＤエミュレータにおいて偏光保持ファイバ切片を任意の角度に整列して測定したＰＭＤ値をマクスウエル分布と一緒に示した。
【００２４】
他の方法としては、偏光保持ファイバ切片を前述した構造を用いて結合した場合、即ち、偏光保持ファイバ切片の第１の群はそれぞれ同じＰＭＤ値を有するようにし、第２の群は、２^Ｎ−１Ｔｍｉｎを有するようにしてＰＭＤエミュレータを構成することができる。ここで、第２の群の２^Ｎ−１Ｔｍｉｎの総ＰＭＤ値は、第１の群のいずれか一つの切片のＰＭＤ値に近い値を有するようにする。このような場合、可能なＰＭＤ値は最小としてＴｍｉｎを有し、２Ｔｍｉｎの分解能を有する。また、最大値は、同じＰＭＤを有する偏光保持ファイバ切片の個数を増やすことにより調節可能である。偏光保持ファイバ切片を任意の角度に整列することで、図６Ｄに示すようなＰＭＤ値に対するマクスウエル分布が得られる。図６Ｄの場合には、１０ｐｓのＰＭＤ値を有する１０の偏光保持ファイバ切片を、第１の群として定義し、０．５ｐｓ、１ｐｓ、２ｐｓ、４ｐｓ、８ｐｓのＰＭＤ値をそれぞれ有する５つの偏光保持ファイバ切片を第２の群（２^Ｎ−１Ｔｍｉｎ構造においてＮＭＡＸ＝５、Ｔｍｉｎ＝０．５ｐｓに相当する）として定義してなるＰＭＤエミュレータにおいて、偏光保持ファイバ切片を任意の角度に整列し、そして測定したＰＭＤ値をマクスウエル分布と一緒に示した。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
前記のような本発明のＰＭＤエミュレータによると、ＰＭＤ値を任意の所望する値に生成することができる。偏光保持ファイバ切片の最小ＰＭＤ値および切片の個数を変えることで、所望する分解能および最大ＰＭＤ値を設定することができる。実際の光伝送路におけるＰＭＤ現象を研究する実験で、実際の光伝送路におけるＰＭＤ現象と同じものを容易に作り出すことができる。また、高速光通信において大きな障害であるＰＭＤを補償するＰＭＤ補償器にも必須的に適用されるはずである。
【００２６】
本発明において、当該分野における通常の知識を有する者によって多くの改良、変形が可能であることは明らかである。本発明は、添付の請求の範囲内、それに相当する範囲内で、本発明の改良、変形を含むことを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の技術の一例による全ファイバＰＭＤエミュレータの構成を説明する。
【図２】従来の技術の他の例による全ファイバＰＭＤエミュレータの構成を説明する。
【図３】従来の技術のまた他の例による全ファイバＰＭＤエミュレータの動作を説明する。
【図４】本発明の実施例による全ファイバＰＭＤエミュレータの概略図。
【図５】図４に示したＰＭＤエミュレータにおいて単一モード光ファイバに引き起こされる円複屈折を説明する。
【図６】図６Ａ乃至図６Ｄは、本発明の全ファイバＰＭＤエミュレータにおいて、偏光保持ファイバ切片を任意の角度に整列させた場合のＰＭＤ分布値を示すグラフである。

Claims

それぞれ所定のＰＭＤ値を有する少なくとも２つの偏光保持（ＰＭ）ファイバ切片と；
前記ＰＭファイバ切片のうちの２つの隣り合う切片の一方を他方に対し相対的に回転させ、少なくとも２つのＰＭファイバ切片の複屈折軸が互いに垂直、一致、または任意の角度になるように整列可能な機械的回転手段と；
前記２つの隣り合うＰＭファイバ切片の間に融着接続されており、前記偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値に比べて無視できる程の小さいＰＭＤ値を有する単一モード光ファイバと；
を備えるＰＭＤエミュレータ。
前記機械的回転手段が、ステッピングモーターであることを特徴とする請求項１に記載のＰＭＤエミュレータ。
前記ＰＭファイバ切片の複屈折軸間の垂直、一致の整列組み合わせによって発生する最終のＰＭＤ値に対する情報を格納しており、ユーザーにより入力されたＰＭＤ値により前記ステッピングモーターを駆動する、コントローラーを更に備えることを特徴とする請求項２に記載のＰＭＤエミュレータ。
前記偏光保持ファイバ切片がそれぞれ２^Ｎ−１ＴｍｉｎのＰＭＤ値を有することによって、最小Ｔｍｉｎから最大Ｔｍｉｎ（２^{ＮＭＡＸ−１}−１）まで２Ｔｍｉｎの間隔でＰＭＤ値を発生することができ、Ｎは整数、１≦Ｎ≦ＮＭＡＸ、ＮＭＡＸは、偏光保持ファイバ切片の全体個数であって、２以上の整数、Ｔｍｉｎは、最小ＰＭＤ値を有するＰＭファイバ切片のＰＭＤ値であることを特徴とする請求項１に記載のＰＭＤエミュレータ。
前記ＰＭファイバ切片が１つのＰＭＤ値を有することを特徴とする請求項１に記載のＰＭＤエミュレータ。
前記偏光保持ファイバ切片が、Ｎ^２ＴｍｉｎＰＭＤ値を有し、Ｎは整数、２≦Ｎ≦ＮＭＡＸ＋１、ＮＭＡＸは、偏光保持ファイバ切片の全体個数であって、２以上の整数、Ｔｍｉｎは、最小ＰＭＤ値を有する偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値であることを特徴とする請求項１に記載のＰＭＤエミュレータ。
前記ＰＭファイバ切片が、それぞれ同一のＰＭＤ値を有する第１の群のＰＭファイバ切片と、それぞれ２^Ｎ−１ＴｍｉｎのＰＭＤ値を有する第２の群のＰＭファイバ切片とからなり、Ｎは整数、１≦Ｎ≦ＮＭＡＸ、ＮＭＡＸは、第２の群の偏光保持ファイバ切片の個数であって、２以上の整数、Ｔｍｉｎは、第２の群の偏光保持ファイバ切片のうちの最小ＰＭＤ値を有する偏光保持ファイバ切片のＰＭＤ値であることを特徴とする請求項１に記載のＰＭＤエミュレータ。