JP2008167235A - 偏波スクランブラ装置、送信装置、中継装置および偏波スクランブラ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号光の偏光状態が、ポアンカレ球上全体をバランスよく覆いながら変化するようにスクランブルすること。
【解決手段】ファラデー回転子１１１は、入力された信号光の偏光面を回転させて出力する。λ／４波長板１１２は、ファラデー回転子１１１によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する。ファラデー回転子１１３は、λ／４波長板１１２によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する。λ／４波長板１１４は、ファラデー回転子１１３によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する。ファラデー回転子１１５は、λ／４波長板１１４によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する。
【選択図】図１

Description

この発明は、光伝送システムにおいて信号光の偏波状態をスクランブルする偏波スクランブラ装置、送信装置、中継装置および偏波スクランブラ方法に関する。

従来、光伝送システムにおいて、前方誤り訂正（ＦＥＣ：Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）に偏波スクランブラを組み合わせて偏波モード分散（ＰＭＤ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）耐力を向上させる技術が用いられている（たとえば、下記特許文献１参照。）。偏波スクランブラの一つとして、信号光の偏光面を回転させる磁気光学素子であるファラデー回転子が用いられている。

たとえば、４０Ｇｂｐｓの差動四位相変調（ＤＱＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式で変調された信号光のＰＭＤ耐力を向上させる場合、ＦＥＣを適用するために偏波スクランブラには１ＭＨｚ以上の応答特性が求められる。

特開２００５−０６５２７３号公報

しかしながら、上述したファラデー回転子を高速駆動する場合、ファラデー効果を得るための磁束発生駆動コイルのインピーダンスの増加により制御電圧が大きくなるという問題がある。また、偏波スクランブラには、入力される信号光の偏波状態にかかわらず、出力する信号光の偏光状態をポアンカレ球上を網羅しながら変化するようにスクランブルする必要がある。

図１３は、信号光の偏波状態を表すポアンカレ球を示す図である。図１３に示すように、信号光の偏波状態を表すストークスパラメータ（Ｓ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）は、ポアンカレ球上の１点として表される。ポアンカレ球において、Ｓ₀は、球の半径に該当し、強度を示す。Ｓ₁は、水平および垂直な偏光を示す。Ｓ₂は、対角方位の偏光成分を示す。Ｓ₃は、円偏光を示す。

ファラデー回転子の軸はポアンカレ球上の局（たとえば局１３０１）にあるため、信号光の偏波状態はポアンカレ球上の局を中心に回転する。このため、一つのファラデー回転子を用いた場合、経路１３０２にように、信号光の直線偏光はポワンカレ上の赤道と平行に動くことになる。また、この場合、信号光の円偏光は変化しない。このため、ファラデー回転子を用いた偏波スクランブラでは、出力する信号光の偏光状態を、ポアンカレ球上全体をバランスよく覆いながら変化するようにスクランブルすることができないという問題がある。

図１４は、偏波スクランブラ装置のスクランブリング周波数と受信側でのペナルティとの関係を示す図である。特性１４０１は、クロック抽出によるトラッキングが保たれると仮定した場合のスクランブリング周波数とペナルティとの関係を表している。特性１４０２は、クロック抽出によるトラッキングが保たれず、ジッタによるクロック抽出の機能低下を考慮した場合のスクランブリング周波数とペナルティとの関係を表している。

特性１４０２が示すように、原則として、偏波スクランブラ装置の駆動速度（スクランブリング周波数）を高くすると、ＰＭＤ耐力が向上してペナルティは小さくなる。しかしながら、偏波スクランブラ装置の駆動速度を高くしすぎると、ジッタによりペナルティが逆に大きくなる。このため、ＰＭＤ耐力を十分に確保しつつ、クロック抽出の機能が低下しないスクランブリング周波数を設定する必要がある。

この発明は、上述した問題点を解消するものであり、信号光の偏光状態が、ポアンカレ球上全体をバランスよく覆いながら変化するようにスクランブルすることができる偏波スクランブラ装置、送信装置、中継装置および偏波スクランブラ方法を提供することを目的とする。

この発明にかかる偏波スクランブラ装置は、入力された信号光の偏光面を回転させて出力する第１偏光手段と、前記第１偏光手段によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第１波長板と、前記第１波長板によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第２偏光手段と、前記第２偏光手段によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第２波長板と、前記第２波長板によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第３偏光手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、２枚の波長板によって信号光の偏波状態を変化させつつ、３つの偏光手段によって信号光の偏光面を回転させることができる。

また、この発明にかかる偏波スクランブラ装置は、入力された信号光の偏光面を回転させて出力するファラデー回転子と、前記ファラデー回転子に直列または並列で接続され、前記ファラデー回転子と共振駆動するコンデンサと、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、ファラデー回転子およびコンデンサ間で共振させることで、低い駆動電圧によってファラデー回転子に対して高い電圧を印加することができる。

この発明によれば、信号光の偏光状態が、ポアンカレ球上全体をバランスよく覆いながら変化するようにスクランブルすることができるという効果を奏する。また、この発明によれば信号光の偏光状態を高速に変化することができる。また、中継装置に本発明の偏波スクランブラ装置を設置することにより通信品質の劣化を小さくすることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる偏波スクランブラ装置および偏波スクランブラ方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置の構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、ファラデー回転子（ＭＯ：Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃ）１１１と、λ／４波長板１１２と、ファラデー回転子（ＭＯ）１１３と、λ／４波長板１１４と、ファラデー回転子（ＭＯ）１１５と、を備えている。

ファラデー回転子１１１は、入力された信号光の偏光面を回転（スクランブル）させる。ファラデー回転子１１１は、偏光面を回転させた信号光をλ／４波長板１１２へ出力する。ここでは、ファラデー回転子１１１は、図１３に示したポアンカレ球のＳ₁軸を回転軸として信号光の偏光面を回転させる。また、ファラデー回転子１１１は信号光の偏光面を、速度ψで回転させるとする。

λ／４波長板１１２は、ファラデー回転子１１１から出力された信号光の偏波状態を９０度回転させる。λ／４波長板１１２は、偏波状態を９０度回転させた信号光をファラデー回転子１１３へ出力する。ファラデー回転子１１３は、λ／４波長板１１２から出力された信号光の偏光面を回転させる。ファラデー回転子１１３は、偏光面を回転させた信号光をλ／４波長板１１４へ出力する。

ここで、ファラデー回転子１１３へ出力される信号光は、λ／４波長板１１２を通過したことによって、ファラデー回転子１１１に入力される信号光と比較して偏波状態が９０度回転している。このため、ここでは、ファラデー回転子１１３は、図１３に示したポアンカレ球のＳ₂軸を回転軸として信号光の偏光面を回転させる。

λ／４波長板１１４は、ファラデー回転子１１３から出力された信号光の偏波状態を９０度回転させる。λ／４波長板１１４は、偏波状態を９０度回転させた信号光をファラデー回転子１１５へ出力する。ファラデー回転子１１５は、λ／４波長板１１４から出力された信号光の偏光面を回転させる。ファラデー回転子１１５は、偏光面を回転させた信号光を偏波スクランブラ装置１１０の出力として出力する。ファラデー回転子１１５は、ファラデー回転子１１１と同じ速さで逆向きの速度−ψで信号光の偏光面を回転させる。

ここで、ファラデー回転子１１５へ出力される信号光は、λ／４波長板１１４を通過することによって、ファラデー回転子１１３へ出力される信号光と比較して偏波状態が９０度回転している。このため、ここでは、ファラデー回転子１１５は、図１３に示したポアンカレ球のＳ₃軸を回転軸として信号光の偏光面を回転させる。

偏波スクランブラ装置１１０が備えるファラデー回転子１１１、λ／４波長板１１２、ファラデー回転子１１３、λ／４波長板１１４およびファラデー回転子１１５は、ＳＢＣ（Ｂａｂｉｎｅｔ−Ｓｏｌｅｉｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）１２０の機能を有する。ここで、ファラデー回転子１１１およびファラデー回転子１１５の速度はＳＢＣ１２０の速度ψに相当する。また、ファラデー回転子１１３の速度δはＳＢＣ１２０の波長板の厚みδに相当する。

このように、２枚のλ／４波長板を３枚のファラデー回転子で挟む構成は、ファラデー回転子を任意の低速な駆動速度で使用する場合に有効な構成である。ここで、この構成の偏波スクランブラ装置１１０に入力される信号光の偏波状態をＳとし、この偏波スクランブラ装置１１０から出力される信号光の偏波状態をＳ・Ｍとすると、Ｍは下記（１）式のように示すことができる。

なお、（１）式において、Ｃ＝ｃｏｓ（ψ）、Ｓ＝ｓｉｎ（ψ）とする。ψおよびδの値を変えることで、偏波スクランブラ装置１１０から出力される信号光の偏波状態Ｓ・Ｍを自由に制御することができる。なお、ファラデー回転子１１１、１１３および１１５が信号光の偏光面を回転させる速度（駆動速度）は、図示しない制御部によって制御される。制御部は、ファラデー回転子１１１、１１３および１１５に対する制御電圧を変化させることで駆動速度を制御する。

図２は、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置の設定動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、偏波スクランブラ装置１１０の制御部が、ファラデー回転子１１１、１１３および１１５の駆動速度を設定する設定動作の一例を説明する。図２に示すように、まず、偏波スクランブラ装置１１０の制御部は、基準となる駆動速度ωを決定する（ステップＳ２０１）。

つぎに、制御部は、ファラデー回転子１１３の駆動速度を設定する（ステップＳ２０２）。たとえば、制御部は、ファラデー回転子の制御電圧をｊ＝ｓｑｒｔ（０．９８ｓｉｎ（ωｔ）＋１．３５ｓｉｎ（２ωｔ）＋０．９８ｃｏｓ（ωｔ）＋１．３５ｃｏｓ（２ωｔ））に設定することでファラデー回転子１１３の駆動速度を設定する。

つぎに、制御部は、ファラデー回転子１１１の駆動速度を設定する（ステップＳ２０３）。たとえば、制御部は、ファラデー回転子１１１の制御電圧を（０．９８ｓｉｎ（ωｔ）＋１．３５ｓｉｎ（２ωｔ））／ｊに設定することでファラデー回転子１１１の駆動速度を設定する。

つぎに、制御部は、ファラデー回転子１１５の駆動速度を設定し（ステップＳ２０４）、一連の設定動作を終了する。たとえば、制御部は、ファラデー回転子１１５の制御電圧を（−０．９８ｓｉｎ（ωｔ）−１．３５ｓｉｎ（２ωｔ））／ｊに設定することでファラデー回転子１１５の駆動速度を設定する。

図３−１は、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（Ｓ₁，Ｓ₂平面）である。図３−２は、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（Ｓ₂，Ｓ₃平面）である。図３−３は、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（Ｓ₁，Ｓ₃平面）である。

図３−１〜図３−３は、図１３に示したポアンカレ球をＳ₃軸の方向からみた平面（Ｓ₁，Ｓ₂平面）と、Ｓ₁軸の方向からみた平面（Ｓ₂，Ｓ₃平面）と、Ｓ₂軸の方向からみた平面（Ｓ₁，Ｓ₃平面）と、をそれぞれ示している。図３−１〜図３−３に示すように、偏波スクランブラ装置１１０から出力される信号光の偏波状態は、ポアンカレ球上をバランスよく覆うように変化する。

なお、ここでは、ψ＝（ｃｏｓ（ωｔ）−ｃｏｓ（２・ωｔ））、δ＝ｓｑｒｔ（（ｃｏｓ（ωｔ）−ｃｏｓ（２・ωｔ））²＋（ｓｉｎ（ωｔ）＋ｓｉｎ（２・ωｔ））²）とした円偏光の信号光を偏波スクランブラ装置１１０に入力した場合の、偏波スクランブラ装置１１０から出力される信号光の偏波状態の変化を示している。

このように、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置１１０によれば、２枚のλ／４波長板を３枚のファラデー回転子で挟む構成によって、２枚の波長板によって信号光の偏波状態を変化させつつ、駆動速度の異なる３枚のファラデー回転子によって信号光の偏光面を回転させることができる。このため、信号光の偏光状態が、ポアンカレ球上全体をバランスよく覆いながら変化するようにスクランブルすることができる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置の構成を示す図（その１）である。図４に示すように、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、ファラデー回転子４１１と、ファラデー回転子４１２と、λ／４波長板４２０と、ファラデー回転子４３１と、ファラデー回転子４３２と、λ／４波長板４４０と、ファラデー回転子４５１と、ファラデー回転子４５２と、を備えている。

すなわち、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置１１０の構成において、２枚のλ／４波長板４２０およびλ／４波長板４４０を、２枚ずつのファラデー回転子３組で挟んだ構成である。ここで、ファラデー回転子４１１，４１２，４３１，４３２，４５１および４５２は、それぞれが単一の速度によって駆動することで、信号光の偏波状態を単一の速度で回転させる。

また、ファラデー回転子４１１とファラデー回転子４１２、ファラデー回転子４３１とファラデー回転子４３２、およびファラデー回転子４５１とファラデー回転子４５２の３組のファラデー回転子は、組毎に異なる速度によって駆動する。これにより、偏波スクランブラ装置１１０全体として複数の周波数成分を作り出すことができる。

このため、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置１１０と同様にＳＢＣ１２０の機能を有する。また、１組に複数枚のファラデー回転子を連続して配置することにより、一つ一つのファラデー回転子の制御電圧が小さくても、偏波スクランブラ装置１１０全体として信号光の偏波状態を高速にスクランブルすることができる。

また、ファラデー回転子４１１とファラデー回転子４１２とは異なる速度によって駆動してもよい。同様に、ファラデー回転子４３１とファラデー回転子４３２、およびファラデー回転子４５１とファラデー回転子４５２のそれぞれも異なる速度によって駆動してもよい。このように、同じ組のファラデー回転子の駆動速度を異なるように設定することで、偏波スクランブラ装置１１０全体として複数のスクランブル周波数を得ることができる。これにより、偏波スクランブラ装置１１０全体として信号光の偏波状態をより複雑にスクランブルすることができる。

図５は、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置の動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、偏波スクランブラ装置１１０の制御部が、ファラデー回転子４１１，４１２，４３１，４３２，４５１および４５２の駆動速度を設定する設定動作の一例を説明する。図５に示すように、まず、偏波スクランブラ装置１１０の基準となる駆動速度ωを決定する（ステップＳ５０１）。

つぎに、ファラデー回転子４５１およびファラデー回転子４５２の駆動速度を設定する（ステップＳ５０２）。たとえば、ファラデー回転子４５１およびファラデー回転子４５２の制御電圧をｓｉｎ（ωｔ＋α）に設定することでファラデー回転子４５１およびファラデー回転子４５２の駆動速度を設定する。

つぎに、ファラデー回転子４３１およびファラデー回転子４３２の駆動速度を設定する（ステップＳ５０３）。たとえば、ファラデー回転子４３１およびファラデー回転子４３２の制御電圧をｓｉｎ（ωｔ＋β）に設定することでファラデー回転子４３１およびファラデー回転子４３２の駆動速度を設定する。

つぎに、ファラデー回転子４１１およびファラデー回転子４１２の駆動速度を設定し（ステップＳ５０４）、一連の設定動作を終了する。たとえば、ファラデー回転子４１１およびファラデー回転子４１２の制御電圧をｓｉｎ（ωｔ＋γ）以上に設定することでファラデー回転子４１１およびファラデー回転子４１２の駆動速度を設定する。

なお、ここでは、ファラデー回転子４５１およびファラデー回転子４５２、ファラデー回転子４３１およびファラデー回転子４３２、ファラデー回転子４１１およびファラデー回転子４１２の順に駆動速度を設定したが、駆動速度を設定する順番はこれに限られない。また、ここでは、組毎の駆動速度を同じ駆動速度に設定したが、上述したとおり、組毎の駆動速度を異なる駆動速度に設定してもよい。

図６−１は、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（その１）である。図６−２は、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（その２）である。図６−３は、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（その３）である。図６−１〜図６−３は、図１３に示したポアンカレ球をＳ₃軸の方向からみた平面（Ｓ₁，Ｓ₂平面）を示している。

図６−１は、偏波スクランブラ装置１１０に入力される信号光の偏光状態が（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（１，０，０）である場合の、偏波スクランブラ装置１１０による信号光の偏波状態の変化を示している。図６−２は、偏波スクランブラ装置１１０に入力される信号光の偏光状態が（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（０，１，０）である場合の、偏波スクランブラ装置１１０による信号光の偏波状態の変化を示している。図６−３は、偏波スクランブラ装置１１０に入力される信号光の偏光状態が（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃）＝（０，０，１）である場合の、偏波スクランブラ装置１１０による信号光の偏波状態の変化を示している。

図６−１〜図６−３は、ファラデー回転子およびファラデー回転子の駆動速度比を４：１とし、ファラデー回転子の駆動速度比を５倍または５倍以上にした例を示している。この場合、図６−１〜図６−３に示すように、偏波スクランブラ装置１１０から出力される信号光の偏波状態は、偏波スクランブラ装置１１０に入力される信号光の偏波状態にかかわらず、ポアンカレ球上をバランスよく覆うように変化する。

また、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置１１０と比較すると、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、ファラデー回転子の数が増えた分スクランブルが高速になり、偏波スクランブラ装置１１０から出力される信号光の偏波状態がポアンカレ球上を密に覆うように変化している。また、偏波スクランブラ装置１１０から出力される信号光の偏波状態は、ファラデー回転子の駆動速度を上げることで、ポアンカレ球上をさらに密に覆うように変化する。

図７は、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置の構成を示す図（その２）である。図７に示すように、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、ファラデー回転子７１１〜ファラデー回転子７１ｎ（ｎ＝３，４…）と、λ／４波長板７２０と、ファラデー回転子７３１〜ファラデー回転子７３ｎと、λ／４波長板７４０と、ファラデー回転子７５１と〜ファラデー回転子７５ｎと、を備えていてもよい。

すなわち、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置１１０の構成において、２枚のλ／４波長板を、ｎ枚（３枚以上）のファラデー回転子３組で挟んだ構成であってもよい。また、３組のファラデー回転子のそれぞれの枚数ｎは、組毎に異なっていてもよい。

このように、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０によれば、複数のファラデー回転子を連続して配置することにより、一つ一つのファラデー回転子の制御電圧が小さくても、偏波スクランブラ装置１１０全体として信号光の偏波状態を高速にスクランブルすることができる。また、連続して配置したファラデー回転子の駆動速度を異なるように設定することで、信号光の偏波状態をより複雑にスクランブルすることができる。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３にかかる偏波スクランブラ装置の構成の一部を示すブロック図である。図８は、実施の形態３にかかる偏波スクランブラ装置１１０が備えるファラデー回転子（ＤＵＴ：Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ）８１１と、ファラデー回転子８１１を被測定装置とする波形測定装置８００と、を示している。図８に示すように、実施の形態３にかかる偏波スクランブラ装置１１０が備えるファラデー回転子８１１と駆動電源８１２には、コンデンサ８１３が直列で接続されている。

ファラデー回転子８１１およびコンデンサ８１３間で共振させることで、駆動電源８１２の数十Ｖ程度の駆動電圧によってファラデー回転子８１１に対して数百Ｖ以上の印加電圧を得ることができる。これにより、数十Ｖ程度の駆動電源８１２の駆動電圧によってファラデー回転子８１１を数百ｋＨｚ程度の高速で駆動することができる。なお、ここではコンデンサ８１３はファラデー回転子８１１に直列で接続されているが、コンデンサ８１３はファラデー回転子８１１に並列で接続されていてもよい。

波形測定装置８００は、光源８２０と、偏光子８３０と、ファラデー回転子８１１と、偏光子８４０と、受光部（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）８５０と、オシロスコープ８６０と、によって構成されている。光源８２０は被測定信号光を偏光子８３０へ出力する。偏光子８３０は、光源８２０から出力された被測定信号光を所定の偏光状態にして偏光制御部へ出力する。ファラデー回転子８１１は、偏光子８３０から出力された被測定信号光の偏光状態をスクランブルして偏光子８４０へ出力する。

偏光子８４０は、ファラデー回転子８１１から出力された被測定信号光のうち、所定の偏光成分のみを抽出して受光部８５０へ出力する。受光部８５０は、偏光子８４０から出力された被測定信号光を光電変換してオシロスコープ８６０へ出力する。オシロスコープ８６０は、受光部８５０から出力された被測定信号光の波形を表示する。これにより、オシロスコープ８６０には、偏光子８３０によって抽出された所定の偏光成分の強度変化が示される。

また、コンデンサ８１３を複数用意しておき、ファラデー回転子８１１に接続するコンデンサ８１３をスイッチによって選択する構成としてもよい。この場合、ファラデー回転子８１１に接続するコンデンサ８１３を切り替えることによって、ファラデー回転子８１１の駆動速度を変化させることができる。また、コンデンサ８１３を容量が可変なコンデンサとしてもよい。この場合、コンデンサ８１３の容量を変化させることによって、ファラデー回転子８１１の駆動速度を変化させることができる。

図９−１は、図４に示したオシロスコープが表示する波形を示す図（Ｃ＝１００ｐＦ）である。図９−２は、図４に示したオシロスコープが表示する波形を示す図（Ｃ＝２２０ｐＦ）である。図９−３は、図４に示したオシロスコープが表示する波形を示す図（Ｃ＝５６０ｐＦ）である。

図９−１は、コンデンサ８１３の容量をＣ＝１００ｐＦとした場合の被測定信号光の波形およびファラデー回転子８１１に対する印加電圧の波形を示している。図９−１に示すように、コンデンサ８１３の容量をＣ＝１００ｐＦとした場合、ファラデー回転子８１１に対する印加電圧９１１は最も大きくなり、ファラデー回転子８１１およびコンデンサ８１３間の共振波９１２の周波数は４９５ｋＨｚとなる。

図９−２は、コンデンサ８１３の容量をＣ＝２２０ｐＦとした場合の被測定信号光の波形およびファラデー回転子８１１に対する印加電圧の波形を示している。図９−２に示すように、コンデンサ８１３の容量をＣ＝２２０ｐＦとした場合、ファラデー回転子８１１に対する印加電圧９２１は中程度になり、ファラデー回転子８１１およびコンデンサ８１３間の共振波９２２の周波数は３５８ｋＨｚとなる。

図９−３は、コンデンサ８１３の容量をＣ＝５６０ｐＦとした場合の被測定信号光の波形およびファラデー回転子８１１に対する印加電圧の波形を示している。図９−３に示すように、コンデンサ８１３の容量をＣ＝５６０ｐＦとした場合、ファラデー回転子８１１に対する印加電圧９３１は最も小さくなり、ファラデー回転子８１１およびコンデンサ８１３間の共振波９３２の周波数は２３８ｋＨｚとなる。

このように、実施の形態３にかかる偏波スクランブラ装置１１０によれば、ファラデー回転子８１１およびコンデンサ８１３間で共振させることで、駆動電源８１２の低い駆動電圧によってファラデー回転子８１１に対して高い電圧を印加することができる。これにより、駆動電源８１２の駆動電圧を低くしても、信号光の偏波状態を高速にスクランブルすることができる。

なお、実施の形態３にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、実施の形態１および実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０のファラデー回転子にも適用可能である。特に、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０のファラデー回転子は単一の速度で駆動されるため、コンデンサ８１３の容量（ファラデー回転子８１１の速度）を一定にした実施の形態３にかかる偏波スクランブラ装置１１０を実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０に適用すると有効である。

図１０は、この発明にかかる偏波スクランブラ装置を送信器に適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。図１０に示すように、光伝送システム１０００は、送信装置１０１０と、中継装置（ノード）１０２０と、中継装置（ノード）１０３０と、を有している。光伝送システムは１０００、波長多重（ＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）によって光伝送を行う光伝送システムである。

送信装置１０１０は、複数の送信器１０１１と、本発明にかかる複数の偏波スクランブラ装置１１０と、多重化部１０１２と、を備えている。複数の送信器１０１１は、それぞれ異なる波長で信号光を送信する。複数の偏波スクランブラ装置１１０はそれぞれ複数の送信器１０１１に対応して設けられている。複数の偏波スクランブラ装置１１０は、対応する送信器１０１１から送信された信号光の偏波状態をスクランブルして多重化部１０１２へ出力する。

多重化部１０１２は、複数の送信器１０１１から送信され、偏波スクランブラ装置１１０によってスクランブルされた信号光を波長多重する。多重化部１０１２は、波長多重したＷＤＭ信号光を中継装置１０２０および中継装置１０３０を介して図示しない受信装置へ送信する。中継装置１０２０および中継装置１０３０は、送信装置１０１０から送信されたＷＤＭ信号光を中継する。

偏波スクランブラ装置１１０には、上述した各実施の形態にかかる偏波スクランブル装置１１０を適用することができる。特にここでは、送信器１０１１は一定の偏波状態の信号光を送信するため、送信器１０１１に設けられた偏波スクランブラ装置１１０を簡易に構成することができる。すなわち、一定の偏波状態で偏波スクランブラ装置１１０に入力される信号光に合わせて偏波スクランブラ装置１１０を設定することができる。

たとえば、偏波スクランブラ装置１１０は、実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置１１０において、１組のファラデー回転子の数が少ない（たとえば２枚。図４参照）偏波スクランブラ装置１１０や、実施の形態３にかかる偏波スクランブラ装置１１０において、単一のファラデー回転子８１１を備えた偏波スクランブラ装置１１０を適用することができる。

図１１は、この発明にかかる偏波スクランブラ装置を多重化装置に適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。なお、図１１において、図１０に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１１に示すように、光伝送システム１１００は、送信装置１１１０と、中継装置１０２０と、中継装置１０３０と、を有している。光伝送システム１１００は、波長多重によって光伝送を行う光伝送システムである。

送信装置１１１０は、複数の送信器１０１１と、多重化部１０１２と、本発明にかかる偏波スクランブラ装置１１０と、を備えている。多重化部１０１２は、複数の送信器１０１１から送信された信号光を波長多重する。多重化部１０１２は、波長多重したＷＤＭ信号光を本発明にかかる偏波スクランブラ装置１１０へ出力する。

本発明にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、多重化部１０１２から出力されたＷＤＭ信号光の偏波状態をスクランブルする。本発明にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、偏波状態をスクランブルしたＷＤＭ信号光を、中継装置１０２０および中継装置１０３０を介して図示しない受信装置へ送信する。偏波スクランブラ装置１１０には、上述した各実施の形態にかかる偏波スクランブル装置１１０を適用することができる。

図１２は、この発明にかかる偏波スクランブラ装置を中継装置に適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。なお、図１２において、図１０に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１２に示すように、光伝送システム１２００は、送信装置１２１０と、中継装置１０２０と、中継装置１０３０と、を有している。光伝送システム１２００は、波長多重によって光伝送を行う光伝送システムである。

本発明にかかる偏波スクランブラ装置１１０は、光伝送システムにおける中継装置１０２０および中継装置１０３０に設けられている。中継装置１０２０に設けられた偏波スクランブラ装置１１０は、中継装置１０２０が中継するＷＤＭ信号光の偏波状態をスクランブルする。また、中継装置１０３０に設けられた偏波スクランブラ装置１１０は、中継装置１０３０が中継するＷＤＭ信号光の偏波状態をスクランブルする。

偏波スクランブラ装置１１０には、上述した各実施の形態にかかる偏波スクランブル装置１１０を適用することができる。特にここでは、実施の形態３にかかる単一のファラデー回転子８１１を備えた偏波スクランブラ装置１１０をそれぞれの中継装置に設けると有効である。このとき、それぞれの中継装置に設ける偏波スクランブラ装置１１０の駆動速度を変えることで、複数の中継装置に設けられた複数の偏波スクランブラ装置１１０全体で複数のスクランブル周波数を得ることができる。

このように、光伝送システム１２００に中継装置が複数ある場合、それぞれの中継装置に設ける偏波スクランブラ装置１１０の駆動速度を変えることで、複数のスクランブル周波数を得つつそれぞれの偏波スクランブラ装置１１０を簡易な構成とすることができる。なお、光伝送システム１２００は、波長多重によって光伝送を行う光伝送システムには限らない。

以上説明したように、この発明にかかる偏波スクランブラ装置、送信装置、中継装置および偏波スクランブラ方法によれば、信号光の偏光状態を、ポアンカレ球上全体をバランスよく覆いながら変化するようにスクランブルすることができる。また、信号光の偏光状態を高速に変化させることができる。

また、この発明にかかる偏波スクランブラ装置、送信装置、中継装置および偏波スクランブラ方法によれば、駆動電源の駆動電圧を低くしつつ、信号光の偏波状態を高速にスクランブルすることができる。また、中継装置に本発明の偏波スクランブラ装置を設置することにより通信品質の劣化を小さくすることができる。

なお、この発明では、数ＭＨｚでファラデー回転子を駆動することで、受信機のクロックが外れることなく、ＦＥＣの効果を得ることができる。

（付記１）入力された信号光の偏光面を回転させて出力する、当該信号光の光路上に配置された３つの偏光手段と、
前記３つの偏光手段の間に配置され、前記偏光手段から出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する２つの波長板と、
を備えることを特徴とする偏波スクランブラ装置。

（付記２）入力された信号光の偏光面を回転させて出力する第１偏光手段と、
前記第１偏光手段によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第１波長板と、
前記第１波長板によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第２偏光手段と、
前記第２偏光手段によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第２波長板と、
前記第２波長板によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第３偏光手段と、
を備えることを特徴とする偏波スクランブラ装置。

（付記３）前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段は、偏光面を回転させる速度が可変なファラデー回転子によってそれぞれ構成されていることを特徴とする付記２に記載の偏波スクランブラ装置。

（付記４）前記第３偏光手段は、前記第１偏光手段とは速さが同じで方向が逆の速度によって偏光面を回転させることを特徴とする付記３に記載の偏波スクランブラ装置。

（付記５）前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段は、複数のファラデー回転子によってそれぞれ構成されていることを特徴とする付記２〜４のいずれか一つに記載の偏波スクランブラ装置。

（付記６）前記複数のファラデー回転子は、偏光面を回転させる速度がそれぞれ異なることを特徴とする付記５に記載の偏波スクランブラ装置。

（付記７）前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段は、
入力された信号光の偏光面を回転させて出力するファラデー回転子と、
前記ファラデー回転子に直列または並列で接続され、前記ファラデー回転子と共振駆動するコンデンサと、
によって構成されていることを特徴とする付記２〜６のいずれか一つに記載の偏波スクランブラ装置。

（付記８）前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段は、
前記ファラデー回転子と共振駆動し、容量の異なる複数のコンデンサと、
前記複数のコンデンサを切り替えて前記ファラデー回転子に直列または並列で接続するスイッチと、
を備えることを特徴とする付記７に記載の偏波スクランブラ装置。

（付記９）前記コンデンサは、容量が可変なコンデンサによって構成されていることを特徴とする付記７に記載の偏波スクランブラ装置。

（付記１０）前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段の駆動電圧を制御することによって前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段が偏光面を回転させる速度を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする付記２〜９のいずれか一つに記載の偏波スクランブラ装置。

（付記１１）入力された信号光の偏光面を回転させて出力するファラデー回転子と、
前記ファラデー回転子に直列または並列で接続され、前記ファラデー回転子と共振駆動するコンデンサと、
を備えることを特徴とする偏波スクランブラ装置。

（付記１２）波長多重によって光伝送を行う光伝送システムにおける送信装置であって、
異なる波長で信号光を送信する複数の送信器と、
前記複数の送信器にそれぞれ設けられ、前記送信器が送信する信号光の偏波状態をスクランブルする付記１〜１１のいずれか一つに記載の複数の偏波スクランブラ装置と、
を備えることを特徴とする送信装置。

（付記１３）波長多重によって光伝送を行う光伝送システムにおける送信装置であって、
異なる波長で信号光を送信する複数の送信器と、
前記送信器が送信するそれぞれの信号光を波長多重する多重化手段と、
前記多重化手段が多重化した信号光の偏波状態をスクランブルする付記１〜１１のいずれか一つに記載の偏波スクランブラ装置と、
を備えることを特徴とする送信装置。

（付記１４）光伝送システムにおける中継装置であって、
信号光を中継する中継手段と、
前記中継手段によって中継される信号光の偏波状態をスクランブルする付記１〜１１のいずれか一つに記載の偏波スクランブラ装置と、
を備えることを特徴とする中継装置。

（付記１５）入力された信号光の偏光面を回転させて出力する第１偏光工程と、
前記第１偏光工程によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第１偏波回転工程と、
前記第１偏波回転工程によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第２偏光工程と、
前記第２偏光工程によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第２偏波回転工程と、
前記第２偏波回転工程によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第３偏光工程と、
を含むことを特徴とする偏波スクランブラ方法。

以上のように、この発明にかかる偏波スクランブラ装置、送信装置、中継装置および偏波スクランブラ方法は、光伝送システムにおいて信号光の偏波状態をスクランブルする偏波スクランブラ装置、送信装置、中継装置および偏波スクランブラ方法に有用であり、特に、高速の光伝送システムを用いる場合に適している。

実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置の構成を示す図である。 実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置の設定動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（Ｓ₁，Ｓ₂平面）である。 実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（Ｓ₂，Ｓ₃平面）である。 実施の形態１にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（Ｓ₁，Ｓ₃平面）である。 実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置の構成を示す図（その１）である。 実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（その１）である。 実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（その２）である。 実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置による信号光の偏波状態の変化を示す図（その３）である。 実施の形態２にかかる偏波スクランブラ装置の構成を示す図（その２）である。 実施の形態３にかかる偏波スクランブラ装置の構成の一部を示すブロック図である。 図４に示したオシロスコープが表示する波形を示す図（Ｃ＝１００ｐＦ）である。 図４に示したオシロスコープが表示する波形を示す図（Ｃ＝２２０ｐＦ）である。 図４に示したオシロスコープが表示する波形を示す図（Ｃ＝５６０ｐＦ）である。 この発明にかかる偏波スクランブラ装置を送信器に適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。 この発明にかかる偏波スクランブラ装置を多重化装置に適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。 この発明にかかる偏波スクランブラ装置を中継装置に適用した光伝送システムの構成を示すブロック図である。 信号光の偏波状態を表すポアンカレ球を示す図である。 偏波スクランブラ装置のスクランブリング周波数と受信側でのペナルティとの関係を示す図である。

符号の説明

１１０ 偏波スクランブラ装置
１１１，１１３，１１５，８１１ ファラデー回転子
１１２，１１４ λ／４波長板
１２０ ＳＢＣ
８１３ コンデンサ
８２０ 光源
８３０ 偏光子
８５０ 受光部
８６０ オシロスコープ
１０００，１１００，１２００ 光伝送システム
１０１１ 送信器
１０１２ 多重化部
１０２０，１０３０ 中継装置

Claims (10)

1. 入力された信号光の偏光面を回転させて出力する第１偏光手段と、
   前記第１偏光手段によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第１波長板と、
   前記第１波長板によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第２偏光手段と、
   前記第２偏光手段によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第２波長板と、
   前記第２波長板によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第３偏光手段と、
   を備えることを特徴とする偏波スクランブラ装置。
2. 前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段は、偏光面を回転させる速度が可変なファラデー回転子によってそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１に記載の偏波スクランブラ装置。
3. 前記第３偏光手段は、前記第１偏光手段とは速さが同じで方向が逆の速度によって偏光面を回転させることを特徴とする請求項２に記載の偏波スクランブラ装置。
4. 前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段は、複数のファラデー回転子によってそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の偏波スクランブラ装置。
5. 前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段は、
   入力された信号光の偏光面を回転させて出力するファラデー回転子と、
   前記ファラデー回転子に直列または並列で接続され、前記ファラデー回転子と共振駆動するコンデンサと、
   によって構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の偏波スクランブラ装置。
6. 前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段の駆動電圧を制御することによって前記第１偏光手段、第２偏光手段および第３偏光手段が偏光面を回転させる速度を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の偏波スクランブラ装置。
7. 入力された信号光の偏光面を回転させて出力するファラデー回転子と、
   前記ファラデー回転子に直列または並列で接続され、前記ファラデー回転子と共振駆動するコンデンサと、
   を備えることを特徴とする偏波スクランブラ装置。
8. 波長多重によって光伝送を行う光伝送システムにおける送信装置であって、
   異なる波長で信号光を送信する複数の送信器と、
   前記複数の送信器にそれぞれ設けられ、前記送信器が送信する信号光の偏波状態をスクランブルする請求項１〜７のいずれか一つに記載の複数の偏波スクランブラ装置と、
   を備えることを特徴とする送信装置。
9. 光伝送システムにおける中継装置であって、
   信号光を中継する中継手段と、
   前記中継手段によって中継される信号光の偏波状態をスクランブルする請求項１〜７のいずれか一つに記載の偏波スクランブラ装置と、
   を備えることを特徴とする中継装置。
10. 入力された信号光の偏光面を回転させて出力する第１偏光工程と、
    前記第１偏光工程によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第１偏波回転工程と、
    前記第１偏波回転工程によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第２偏光工程と、
    前記第２偏光工程によって出力された信号光の偏波状態を９０度回転させて出力する第２偏波回転工程と、
    前記第２偏波回転工程によって出力された信号光の偏光面を回転させて出力する第３偏光工程と、
    を含むことを特徴とする偏波スクランブラ方法。

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