JP2009042704A - 偏波モード分散等化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超高速伝送４０Ｇｂ／ｓ以上での偏波モード分散等化を有効性に改善する。
【解決手段】光サーキュレータ（ポート１，２，３と巡回）のポート２に偏光ビームスプリッタＰＢＳを介して直交する２つの偏光成分をそれぞれ反射させポート２へ再合成出射させる位置可変の反射器Ｍ１，Ｍ２と、当該反射器Ｍ１，Ｍ２とＰＢＳ間に挿入された可変移相器で構成される基本ブロックを３個用いる偏波モード分散等化装置において、第一基本ブロックと第二基本ブロック間に当該ＰＢＳの軸に−４５°に主軸を設定した１／４波長板を挿入し、第二基本ブロックと第三基本ブロック間に当該ＰＢＳの軸に＋４５°に主軸を設定した１／４波長板を挿入して構成し、各基本ブロックの反射器位置と可変移相器を信号光波形情報からうる誤差信号と誤差を最小化するアルゴリズムによって制御する。
【選択図】図３

Description

光ファイバ通信装置に関する

光通信ネットワークは波長多重伝送と超高速符号伝送を組み合わせ情報革命を導く役割を果たし続けている。現在１０Ｇｂ／ｓが実用化され更なる通信容量拡大への要請に応じて４０Ｇｂ／ｓ方式の採用が始まろうとしている。しかし、これまでと異なり、伝送路特性が時間的に変化することが無視できない伝送速度であり偏波モード分散などを実時間で等化する技術の導入が必要となっている。然るに、これまでの偏波モード分散の等化装置は図１に示すように、受信端で光ファイバの出力を対角化して直交モードに分解して群遅延時間差を光トロンボーンで補正して合成受信する方式の１次偏波モード分散等化である［１］。これはＤＧＤ補償のみで、実際に生じる偏波モード分散等化に不十分である。
Ｆ．Ｂｒｕｙｅｒｅ［２］は伝達行列を位相遅延行列を回転行列で対角化した形態で表現して主偏波ベクトルの波長依存性を議論しているが等化回路論は展開せずまた数学的には自由度が不足している。

ＤＧＤ補償を越えて１次偏波モードを完全に補償して超高速光伝送を可能とする。光ファイバ伝送路は損失を無視すればＳＵ（２）の対称性からその伝達行列Ｔ（ω）は
と与えられる。ここで、Φ（ω），Θ（ω），Ψ（ω）の、キャリア周波数ω_ｃの周りにテーラ展開を
で与える。ここで｛α_１，β_１，γ_１｝は偏波基本パラメータである［３］。
１次編波モード分散ＰＭＤは偏波基本パラメータを用いて
で与えられる。
送信光電界のフーリエ変換Ｅ_ｓ（ω）が光ファイバを伝播して受信端でＥ_ｒ（ω）となり偏波モード分散で波形歪を受けてＥ_ｒ（ω）＝Ｔ（ω）Ｅ_ｓ（ω）と与えられる。
偏波モード分散を等化するには、
を受信波形Ｅ_ｒ（ω）に掛けてばよい。Φ（ω），Ψ（ω）の演算はテーラ展開１次項では図１と同様に光トロンボーンで構成できる。残る回転Θ（ω）の演算は、次式の対角化によって、
同じく、光トロンボーンで構成できることがわかる。ここに
から、Ｕは４５°回転させた１／４波長板で構成できる。
本発明は、入力ポート１、ポート２、出力ポート３なる３ポート光サーキュレータのポート２に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）により直交する２つの偏光成分をそれぞれ反射する位置可変反射器Ｍ１，Ｍ２と、当該反射器Ｍ１，Ｍ２とＰＢＳ間に挿入された可変位相板で構成される基本ブロックを３個用いる。図２は基本ブロックを示す。第１基本ブロックは、伝送路受信端光ファイバを入力ポートに接続し、出力ポートは、ＰＢＳの軸に−４５°に主軸を配置した１／４波長板を介して、第二基本ブロックの入力ポートに接続し、当該基本ブロックの出力ポートを、ＰＢＳの軸に＋４５°に主軸を配置した１／４波長板を介して、第３基本ブロックに接続し、当該基本ブロックの出力ポートが等化出力となる光等化回路から構成される１次ＰＭＤ等化装置である。図３は本発明による１次ＰＭＤ等化装置を示す。本発明の１次ＰＭＤ等化装置の可変部分は後述のように、種々の既知の誤差信号や制御アルゴリズムで最適化制御される。
ここではいわゆる光トロンボーンを用いて可変遅延時間機能を説明したが、Ｃｈｉｒｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）や光集積回路による既存技術が適用できることは言うまでもない。
また、必要に応じて高次の偏波モード分散は補償もこの可変遅延素子の分散制御で実現可能であることは知られている。

発明が解決しようとする課題

これまでの偏波依存群遅延時間差ＤＧＤを補償する手法では図４に示すような大きな１次ＰＭＤ＝７１ｐｓ、２次ＰＭＤ＝３．８×１０^３ｐｓ^２では不十分な等化しか実現できない。これは偏波モード分散が偏波依存群遅延時間差ＤＧＤだけによるだけでなく信号エネルギーの２つの直交偏波への割り振りの波長依存性にも依存するためである。図５は等化以前のファイバ伝達行列Ｔ（ω）の１１成分を示しており、信号スペクトルの中でも大きく変化し等価的伝送帯域が制約されていることを意味している。これはＰＭＤ演算子のスピン演算子ベクトル表示図６からも明らかなように、伝播遅延時間差に対応するβ_１以外のＰＭＤ基本パラメータは
償が必要である。本発明はこれを可能にする等化光回路構成を提供する。

課題を解決するための手段

本発明では、１次偏波モード分散のもつ３つの自由度に対応して、３つの光等化回路を設定する等化装置を実現する。その基礎は、図２の基本ブロックとそれを組み合わせる図３に示す等化光回路構成法である。これは、最も汎用性のある構成で、近似的に簡単化する方法は容易に発想できる。

発明の効果

図２、および図３で示す構成の本発明による１次ＰＭＤ等化装置はファイバ伝達行列の１次テーラ展開範囲で等化して単位行列化するため、ＤＧＤおよび偏光振分け分散も補償される。先の例の大きなＰＭＤ線路に対して１次ＰＭＤ等化装置の補償結果例は、等化波形の時間軸特性は図６、振幅特性等化結果は図７に示すごとく、従来のＤＧＤ補償より十分よい等化結果を示している。

本発明による１次ＰＭＤ等化装置は、受信波形、受信波形スペクトル、識別結果などを誤差信号として、当該装置の可変パラメータを最適制御する。

数値シミュレーションで当該１次ＰＭＤ等化装置が適切に等化することをマーカット法で確認した。このとき誤差信号は信号周期と同一間隔で１２点の信号電力と等化波形電力との差を用いている。この結果が、時間軸特性は図６、振幅特性等化結果は図７で１次ＰＭＤの基本パラメータα_１，β_１，γ_１を補償する本発明有効性の証のひとつである。

この１次ＰＭＤ等化装置の基本ブロックは、チャープＦＢＧで実証されている。したがって本発明の物理的実現性は工業的に十分であり、また等化アルゴリズムは多くの技術蓄積が近年なされているので、システムニーズに応じて利用されると期待できる。

先行技術の概念説明図 偏波モード分散等化装置の基本ブロックの構成 偏波モード分散等化装置の構成 先行技術による等化法の不十分な等化性能を示す図 等化前の伝達行列の｜Ｔ（ω）_１，１｜^２の周波数特性 ＰＭＤ演算子のパウリスピン演算子ベクトル表示 本発明による等化波形 ＰＭＤによる振幅特性劣化を補償した効果を示す図

Claims (3)

1. 光サーキュレータ（ポート１，２，３と巡回）のポート２に偏光ビームスプリッタＰＢＳを介して直交する２つの偏光成分をそれぞれ反射させポート２へ再合成出射させる位置可変の反射器Ｍ１，Ｍ２と、当該反射器Ｍ１，Ｍ２とＰＢＳ間に挿入された可変移相器で構成される基本ブロックを３個用いる偏波モード分散等化装置において、第一基本ブロックと第二基本ブロック間に当該ＰＢＳの軸に−４５°に主軸を設定した１／４波長板を挿入し、第二基本ブロックと第三基本ブロック間に当該ＰＢＳの軸に＋４５°に主軸を設定した１／４波長板を挿入して構成し、各基本ブロックの反射器位置と可変移相器を信号光波形情報からうる誤差信号と誤差を最小化するアルゴリズムによって制御することを特徴とする１次偏波モード分散等化装置。
2. 請求項１における基本ブロックにて、位置可変反射器（いわゆる光トロンボーン）が、機能的に等価な可変光遅延回路である、請求項１なる１次偏波モード分散等化装置。
3. 請求項１における各基本ブロックの可変移相器を除いて、第一基本ブロックの入力で偏波制御器を挿入して、信号光波形情報からうる誤差信号と誤差を最小化するアルゴリズムによって制御することを特徴とする請求項１なる１次偏波モード分散等化装置。