JP3751667B2 - 偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
（目次）
発明の属する技術分野
従来の技術（図２７，図２８）
発明が解決しようとする課題（図２８）
課題を解決するための手段（図１〜図６）
発明の実施の形態
（ａ）第１実施形態の説明（図７〜図１１）
（ｂ）第２実施形態の説明（図１２）
（ｃ）第３実施形態の説明（図１３，図１４）
（ｄ）第４実施形態の説明（図１５，図１６）
（ｅ）第５実施形態の説明（図１７〜図２３）
（ｆ）第６実施形態の説明（図２４）
（ｇ）第７実施形態の説明（図２５，図２６）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、エルビウムドープ（添加）光ファイバ（ＥＤＦ）を用いたＥＤＦ光増幅器の出現により、光（信号光）の直接増幅を行なう伝送システムの研究が盛んに行なわれてきている。このＥＤＦ光増幅器は、利得波長帯域が広いため、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送を行ない、各波長の一括増幅中継を行なうことができるようになる。
【０００４】
しかし、現在、一般に使用されている光ファイバの材質は石英系で、本質的には非線形性が非常に小さい材質であるが、通常、ＷＤＭ伝送方式では、光波を１０μｍ程度の微細な領域（光ファイバ）に閉じ込めて信号光を伝送するために、パワー密度が非常に高くなることや、低損失で伝播モードが規制されているにもかかわらず、光波と光ファイバの材料の相互作用長が非常に長いなどの理由から、各種の非線形光学効果の影響が顕著に現れる可能性があり、これがＷＤＭ伝送時の伝送品質を劣化させる要因となる。
【０００５】
ここで、ＷＤＭ伝送時の伝送品質に影響を与える光ファイバの非線形光学効果としては、周知のように、誘導ブリルアン散乱，自己位相変調（ＳＰＭ：Self Phase Modulation)，ラマン散乱，四光子混合（ＦＷＭ），相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）などが挙げられる。このうち、ＦＷＭやＸＰＭは各信号光の偏光状態の相対関係によって信号光への影響が異なるために、伝送路（光ファイバ）中で信号光の偏光状態が変化するとＳＮＲ（信号対ノイズ比）が時間的に揺らぐ。
【０００６】
また、例えば、文献「IEEE J.Lightwave Technol.,6,No.11,pp1750 〜1769」によると、上記の各種の非線形光学効果のうち、システム設計に最も厳しい条件を与えるのはＦＷＭ光であることが分かっている。
このＦＷＭ光は、例えば、図２７（ａ），図２７（ｂ）に示すように、四光子混合による信号光波（周波数ｆi,ｆj,ｆk ）間の光周波数混合により、新たに発生する信号光（周波数ｆijk ）で、これが元の各信号光波（周波数ｆi,ｆj,ｆk ）のクロストークとなり、ＷＤＭ伝送時の伝送特性を劣化させる１つの要因となっている。
【０００７】
ところで、このＦＷＭ光の発生効率ηijk には、次式（１）〜（３）に示すような関係がある。
【０００８】
【数１】
【０００９】
【数２】
【００１０】
【数３】
【００１１】
ただし、
Ｐijk ：ＦＷＭ光パワー Δβ：位相不整合量
Ｐi ，Ｐj ，Ｐ k：入力光パワー λ：波長
ｎ：光ファイバ中の屈折率 χ1111：３次の非線形感受率
ｃ：光速度 α：光ファイバの損失係数
ｄ：縮退係数（ｉ＝ｊ＝ｋのときｄ＝3 ，ｉ≠ｊ≠ｋのときｄ＝６）
Ｌ：光ファイバ長 ｆ0 ：零分散周波数
Ｌeff ：実効ファイバ長〔＝(1-exp(-αL))/α〕
ｆi ，ｆj ，ｆ k：信号光周波数 Ａeff ：実効断面積
Ｄ：光ファイバの分散値 ｄＤ／ｄλ：分散スロープ
である。
【００１２】
ここで、上記の式（１）は、ＦＷＭ光パワー（Ｐijk ）が非線形効果の大きさ（χ1111），入力光パワー（Ｐi ，Ｐj ，Ｐ k）及び偏光状態に依存していることを示し、式（２）は、位相不整合量（Δβ）に伴うＦＷＭ光の発生効率ηijk を示し、さらに式（３）は、位相不整合量（Δβ）が信号光周波数（ｆi ，ｆj ，ｆ k）の間隔と光ファイバの分散値（Ｄ）とに依存することを示している。
【００１３】
つまり、ＦＷＭ光の発生効率ηijk は、主に、光波間の波長間隔と光ファイバの分散値とに依存する位相不整合量Δβによって決まることが分かる。このため、伝送損失が最小となる１．５μｍ帯付近に光ファイバの零分散域を移した分散シフトファイバを伝送路として用いた場合には、このＦＷＭ光の影響が顕著に現れる。また、分散値が零に近い波長での伝送はクロストークの影響を大きく受けるので、これを避けるために光ファイバへの入射パワーを下げる必要があり、伝送特性に大きな制約を受けることになる。
【００１４】
例えば、等間隔に波長（周波数）が配置された波長多重信号（ＷＤＭ信号）の場合は、同一波長に現れるＦＷＭ光が多数存在するが、特に、隣接する波長の信号光ほどその数が多くなる。次表１は１６本（１６チャンネル）の異なる波長の信号光を波長多重する１６ＷＤＭ時の各波長に生じるＦＷＭ光の総数を示しており、この表１から分かるように、チャンネル番号８とチャンネル番号９のように隣接するチャンネルで生じるＦＷＭ光の数が最も多くなっている。
【００１５】
【表１】
【００１６】
なお、ある波長のＦＷＭ光によるクロストーク量は、上式（１）〜（３）を用いて、全てのｉ，ｊ，ｋの組み合わせに基づくＦＷＭ光パワーを独立に求め、得られた各ＦＷＭ光パワーを加算することにより算出される。
このため、現在のところ、ＦＷＭ光が発生してもこれが元の信号光波長に影響を与えないような波長配置を設定したり、光ファイバの零分散波長からある程度離れた波長域を使用するなどして、ＷＤＭ信号伝送時のＦＷＭ光による影響に対する対策がなされている。しかし、光増幅器の広帯域化，波長多重する信号光数の増加への要求が強く、波長設定だけでは対応が困難になりつつある。
【００１７】
そこで、従来は、例えば、文献「J.Lightwave Technol.,vol.11,pp.2116-2122 1993 」で述べられているように、波長多重する信号光を無偏光化することによりＦＷＭ光の発生を抑圧する方法なども提案されている。
また、ＷＤＭ信号の伝送システムでは、上述のように、光増幅技術を適用することにより、波長の異なる複数の信号光を大量に長距離伝送することが可能になるが、この場合、光増幅器の偏光依存性利得や使用する光部品の偏光依存性損失が、ＳＮＲを大きく劣化させることが知られている。特に、エルビウムドープ光ファイバを用いたＥＤＦ光増幅器の場合、偏光依存性利得の主な要因は、ＰＨＢ（Polarization Hole Burning)効果である。
【００１８】
そこで、従来は、ＥＤＦ光増幅器への入力偏波状態をＰＢＨの応答速度に比べて高速に変化させることにより、ＰＨＢ効果による影響を効率的に緩和して、ＳＮＲの劣化を抑制することが行なわれている。また、光部品の偏光依存性損失によって生じるＳＮＲ劣化は、信号光の偏光状態を伝送速度よりも高速にスクランブルすれば、抑圧することが可能であるため、偏光状態をスクランブルする手段として、電気光学効果を応用した偏波スクランブラ，光ファイバへの応力によるファイバの複屈折率変化を利用した偏波スクランブラなどが開発されている。
【００１９】
例えば、図２８は従来の偏波スクランブル式波長多重伝送装置の一例を示すブロック図で、この図２８に示す装置は、４チャンネル分の信号光送信部２１−１〜２１−４，合波器２２，光ファイバを円状に形成して構成された偏波制御部（ＰＣ：Polarization Controller）２３，変調部２５，偏波スクランブラ（ＰＳ：Polarization Scrambler) ２６及び増幅器２７をそなえて構成され、さらに、各信号光送信部２１−１〜２１−４は、受光素子２１１，レーザ・ダイオード２１２及び偏波制御部（ＰＣ）２１３をそなえて構成されている。
【００２０】
これにより、上述の装置では、各信号光送信部２１−１〜２１−４からの４チャンネル分の各信号光を合波器２２で合波して波長多重したのち、変調部２５により、ＮＲＺ(Non-Return to Zero)データを用いて変調を施し、偏波スクランブラ２６で一括して（同一周波数で）偏波スクランブルを施すことによって、効果的に、波長多重信号伝送時の非線形光学効果の影響を抑制できるようになっている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の偏波スクランブル式波長伝送装置でも、やはりＦＷＭ光やＸＰＭなどの非線形光学効果の発生を十分には抑制できず、装置のＳＮＲが劣化してしまうという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数、あるいは異なる偏光方位で偏波スクランブルを施すことにより、非線形光学効果の発生を効率的に抑制して波長多重信号の伝送品質を向上できるようにした、偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理ブロック図で、この図１に示す偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置において、１−１〜１−Ｎ（ただし、Ｎは自然数）はそれぞれ信号光送信部、２−１〜２−Ｎはそれぞれ偏波スクランブラ、３は合波部である。
ここで、各信号光送信部１−１〜１−Ｎは、それぞれ波長多重されるべき複数チャンネル用の複数の信号光を送信するものであり、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｎは、それぞれ各信号光送信部１−１〜１−Ｎからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すものであり、合波部３は、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｎからの複数チャンネル分の信号光を波長多重するものである。
【００２３】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｎによってそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるので、隣接チャンネルの信号光の偏光状態が相互に変化し、全信号光でその偏光状態が平均化された状態で波長多重信号が伝送される。
【００２４】
具体的に、このとき、前記複数チャンネルのうちの特定のチャンネルである着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光の波長に隣接する波長をもつ隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差が、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光の波長に隣接しない波長をもつ非隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差よりも大きくなるように設定すれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互により大きく異なった状態にすることができる。
【００２５】
なお、この図１においては、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｎにより、上記複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎの全ての信号光送信部１−１〜１−Ｎからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるようになっているが、例えば、Ｎ＞２の場合は複数の偏波スクランブラ（例えば、偏波スクランブラ２−２〜２−Ｎ）をそなえ、Ｎ＝２の場合は１つの偏波スクランブラ（例えば、偏波スクランブラ２−２）をそなえて、上記複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎの少なくとも一部の信号光送信部１−２〜１−Ｎからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数（Ｎ＞２の場合）または所定の周波数（Ｎ＝２の場合）で偏波スクランブルが施されるようにしてもよい。
【００２６】
次に、図２は本発明に関連する技術の原理ブロック図で、この図２においても、１−１〜１−Ｎはそれぞれ信号光送信部、２−１〜２−Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ）はそれぞれ偏波スクランブラ、３−１〜３−Ｍ，４はそれぞれ合波部であるが、この場合は、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎが複数（Ｍ）のグループに分割され、複数の偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍがそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すようになっている。
【００２７】
つまり、１グループ（例えば、第１グループ）を構成する信号光送信部１−１〜１−ｉ（ただし、ｉ＜Ｎ）からの信号光に対しては、偏波スクランブラ２−１により同一の周波数で偏波スクランブルが施されるが、異なったグループ（例えば、第２〜第Ｍグループ）を構成する信号光送信部１−（ｉ＋ｊ）〜１−Ｎからの信号光に対しては、偏波スクランブラ２−２〜２−Ｍによりそれぞれ異なった周波数で偏波スクランブルが施されるようになっている。
【００２８】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置でも、波長多重された複数チャンネル（ただし、この場合は、信号光送信部１−１〜１−Ｎを分割した複数のグループをそれぞれ１チャンネルと考える）の信号光に対し、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍによってそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるので、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互に変化させて全信号光で平均化した状態で、波長多重信号を伝送することができる。
【００２９】
また、この場合も、着目チャンネル（着目グループ）の信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光に隣接する隣接チャンネル（隣接グループ）の信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差が、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光に隣接しない非隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差よりも大きくなるように設定すれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互により大きく異なった状態にすることができる。
【００３０】
さらに、この図２においても、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍにより、全てのチャンネル（グループ）からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるようになっているが、例えば、分割後のグループ数が「２」より多い場合は複数の偏波スクランブラ２−２〜２−Ｍをそなえ、分割後のグループ数が「２」の場合は１つの偏波スクランブラをそなえて、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎの少なくとも一部の信号光送信部（異なったグループの信号光送信部１−（ｉ＋１）〜１−Ｎ）からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数（グループ数が「２」より多い場合）または所定の周波数（グループ数が「２」の場合）で偏波スクランブルが施されるようにしてもよい。
【００３１】
なお、上述の各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍはそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化してもよい。
また、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置は、例えば、図３に示すように、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎを奇数チャンネルの信号光のグループ（信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（２ｉ−１）：ただし、２ｉ＝Ｎ）と偶数チャンネルの信号光のグループ（信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−２ｉ）とに分割し、複数の偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍを、第１偏波スクランブラ２−１′と第２偏波スクランブラ２−２′とで構成してもよい。
【００３２】
ここで、第１偏波スクランブラ２−１′は、奇数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（２ｉ−１）からの信号光に対して、第１周波数で偏波スクランブルを施すものであり、第２偏波スクランブラ２−２′は、偶数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−２ｉからの信号光に対して、第１周波数とは異なる第２周波数で偏波スクランブルを施すものである。
【００３３】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎを奇数チャンネルの信号光のグループと偶数チャンネルの信号光のグループとに分割することで、波長多重された複数チャンネルの信号光（ただし、この場合は、奇数チャンネル，偶数チャンネルのグループからの各信号光）に対し、第１，第２偏波スクランブラ２−１′，２−２′によってそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるので、さらに、隣接チャンネルの信号光の偏光状態が相互により大きく異なる状態で、波長多重信号が伝送される。
【００３４】
また、この場合も、着目チャンネル（ただし、この場合は、奇数チャンネルのグループ又は偶数チャンネルのグループ）の信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光に隣接する隣接チャンネル（偶数チャンネルのグループ又は奇数チャンネルのグループ）の信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差が、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光に隣接しない非隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差よりも大きくなるように設定すれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態をさらに相互に大きく異なった状態にすることができる。
【００３５】
なお、第１偏波スクランブラ２−１′及び第２偏波スクランブラ２−２′はそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化してもよい。
次に、図４も本発明に関連する技術の原理ブロック図で、この図４に示す偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置においても、１−１〜１−Ｎは信号光送信部、２は偏波スクランブラ、３は合波部であるが、この場合は、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎのうちの一部の信号光送信部（例えば、信号光送信部１−１〜１−ｉ：ただし、２ｉ＝Ｎ）と残りの信号光送信部（例えば、信号光送信部１−（ｉ＋１）〜１−Ｎ）とでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成されるとともに、各信号光送信部１−１〜１−Ｎからの信号光に対しては、偏波スクランブラ２により同一の周波数で偏波スクランブルが施されるようになっている。
【００３６】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、偏波スクランブラ２によりそれぞれ異なる偏光方位で偏波スクランブルが施されるので、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なった状態にして、波長多重信号を伝送することができる。
【００３７】
従って、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施さなくとも、同一の周波数で偏波スクランブルを施せば、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なった状態にして、波長多重信号を伝送することができる。
なお、この場合も、図５に示すように、上述の一部の信号光送信部１−１〜１−ｉを奇数チャンネルの信号光用信号光送信部（１−１，１−３，・・・，１−（２ｉ−１））として構成するとともに、残りの信号光送信部１−（ｉ＋１）〜１−Ｎを偶数チャンネルの信号光用信号光送信部（１−２，１−４，・・・，１−２ｉ）として構成すれば、予め隣接チャンネルの偏光状態を相互に異なった状態にしておくことができる。
【００３８】
また、具体的に、上述の異なる偏光方位とは相互に直交する偏光方位で、この場合は、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎのうちの一部の信号光送信部１−１〜１−ｉと残りの信号光送信部１−（ｉ＋１）〜１−Ｎとでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施される。
さらに、上述の偏波スクランブラ２は現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化してもよい。
【００３９】
次に、図６も本発明に関連する技術の原理ブロック図で、この図６において、１−１〜１−Ｎはそれぞれ波長多重されるべき複数チャンネル用の信号光送信部、２−１″は第３偏波スクランブラ、２−２″は第４偏波スクランブラ、３−１〜３−４，４−１，４−２，５はそれぞれ合波部であるが、この場合は、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎが奇数チャンネルの信号光用信号光送信部〔奇数グループ：信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）：ただし、４ｉ＝Ｎ〕と偶数チャンネルの信号光用信号光送信部（偶数グループ：信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉ）とに分割され、奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）のうちの一部の信号光送信部１−１，１−５，・・・，１−（４ｉ−３）と残りの信号光送信部１−３，１−７，・・・，１−（４ｉ−１）とでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成され、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉのうちの一部の信号光送信部１−２，１−６，・・・，１−（４ｉ−２）と残りの信号光送信部１−４，１−８，・・・，１−４ｉとでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成されている。
【００４０】
そして、奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）からの信号光に対しては、第３偏波スクランブラ２−１″により第３周波数で偏波スクランブルが施され、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉからの信号光に対しては、第４偏波スクランブラ２−２″により第３周波数とは異なる第４周波数で偏波スクランブルが施されるようになっている。
【００４１】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重された複数チャンネルの信号光のうちのある一対のチャンネルの信号光対（例えば、奇数チャンネルグループからの信号光対）に対しては、第３偏波スクランブラ２−１″によってそれぞれ異なる偏光方位であって且つ同一の周波数（第３周波数）で偏波スクランブルが施されるとともに、他の一対のチャンネルの信号光対（例えば、偶数チャンネルグループからの信号光対）に対しては、第４偏波スクランブラ２−２″によって、それぞれ異なる偏光方位であって且つ上記のある一対のチャンネルの信号光対（奇数チャンネルグループからの信号光対）に対して施す周波数とは異なった周波数（第４周波数）で偏波スクランブルが施される。
【００４２】
この結果、各信号光送信部１−１〜１−Ｎからの各信号光は、隣接チャンネルの信号光の偏光状態が、奇数チャンネルグループの一部と残りの信号光，偶数チャンネルグループの一部と残りの信号光というように、より細かく相互に異なる状態にされる。
なお、この場合も、第３偏波スクランブラ２−１″及び第４偏波スクランブラ２−２″はそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラとをそなえて二重化してもよい。
【００４３】
また、具体的に、この図６に示す偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置においても、上述の異なる偏光方位とは、相互に直交する偏光方位であるが、この場合は、奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）のうちの一部の信号光送信部１−１，１−５，・・・，１−（４ｉ−３）と残りの信号光送信部１−３，１−７，・・・，１−（４ｉ−１）とでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すとともに、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉのうちの一部の信号光送信部１−２，１−６，・・・，１−（４ｉ−２）と残りの信号光送信部１−４，１−８，・・・，１−４ｉとでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すように構成される。
【００４４】
なお、図１〜図６に示す偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置は、信号光送信部１−１〜１−Ｎをそれぞれ現用信号光送信部と予備用信号光送信部とをそなえて二重化してもよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（ａ）第１実施形態の説明
図７は本発明の第１実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図７において、１２−１〜１２−４ｉ（ｉは自然数）はそれぞれ信号光送信部、１３−１〜１３−６，１６はそれぞれ合波器、１４−１，１４−２はそれぞれ偏波スクランブラ（ＰＳ：Polarization Scrambler) 、１５−１，１５−２は発振器である。
【００４６】
ここで、各信号光送信部１２−１〜１２−４ｉは、波長多重されるべき複数チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．４ｉ用にそれぞれ波長の異なる信号光を生成して送信するもので、それぞれ図８に示すように、各チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．４ｉに対応する所望の波長の信号光を発生するレーザ・ダイオード（ＬＤ）１２１と、このレーザ・ダイオード１２１からの信号光に対して強度変調などの所要の変調処理を施す変調部１２２をそなえて構成される。
【００４７】
そして、本実施形態では、これらの各信号光送信部１２−１〜１２−４ｉが、奇数チャンネルグループ〔奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（４ｉ−１）〕と偶数チャンネルグループ（偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−４ｉ）とに分割されている。
【００４８】
また、各合波器１３−１〜１３−６，１６は、それぞれ入力される複数の信号光を合波することにより各信号光送信部１２−１〜１２−４ｉからの信号光を波長多重するものであるが、本実施形態では、各チャンネルの信号光送信部１２−１〜１２−４ｉからの各信号光の直線偏光を保持したまま信号光を伝搬させるとともに、各信号光の直線偏光を保持したまま信号光を合波するために、例えば、偏波保持ファイバ，定偏波合波器が用いられている。なお、この定偏波合波器には、上述の偏波保持ファイバを融着して形成される融着型偏波カプラやＰＢＳと呼ばれるバルク型の定偏波合波器などが広く用いられている。
【００４９】
図１０は融着型偏波カプラの一種である１：１分岐定偏波カプラの特性の一例を示す図で、この図１０に示すように、１：１分岐定偏波カプラでは、入力ポート１の軸に合わせて（０度の方位で）直線偏光を入力した場合には偏波状態が保持され、出力ポート１及び出力ポート２に０度の直線偏光が出力される一方、入力ポート１の軸に対して直線偏光を９０度回転させて入力した場合には、出力ポート１及び出力ポート２に９０度の直線偏光が出力される。
【００５０】
また、同様に、入力ポート２の軸に対し直線偏光を０度の方位で出力した場合には出力ポート１及び出力ポート２に０度の直線偏光が、入力ポート２の軸に対し直線偏光を９０度の方位で入力した場合には出力ポート１及び出力ポート２に９０度の直線偏光が出力される。
ここで、例えば、入力ポート１に直線偏光Ｓ１を、入力ポート２にＳ２を入力した場合、入力する偏光方位を０度もしくは９０度に選ぶことにより、次表２に示すように、Ｓ１，Ｓ２の直交関係を選択することが可能である。本実施形態の各合波器１３−１〜１３−６，１６は、それぞれこのような１：１分岐融着型偏波カプラを最小単位として、これを組み合わせることにより実現されている。
【００５１】
【表２】
【００５２】
ところで、波長多重された信号光伝送時のＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響は、２つの信号光（２チャンネル分の信号光）を考えた場合、これら２チャンネル分の信号光の偏光状態が直交する時に最小となり、平行となる時に最大となる。従って、２つの信号光の偏光状態が常に直交するように偏波スクランブルをかければ、このような非線形光学効果の影響を緩和することが可能である。
【００５３】
そこで、本実施形態における偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置は、上述のような合波器１３−１〜１３−６，１６の特性を利用して、奇数チャンネルグループの信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）のうちの一部の信号光送信部１−１，１−５，・・・，１−（４ｉ−３）からの信号光の偏光方位Ｐ１と、残りの信号光送信部１−３，１−７，・・・，１−（４ｉ−１）からの信号光の偏光方位Ｐ２とがそれぞれ直交する偏光方位（つまり、Ｐ１⊥Ｐ２）となるように構成され、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉのうちの一部の信号光送信部１−２，１−６，・・・，１−（４ｉ−２）からの信号光の偏光方位Ｐ１′と、残りの信号光送信部１−４，１−８，・・・，１−４ｉからの信号光の偏光方位Ｐ２′とがそれぞれ直交する偏光方位（Ｐ１′⊥Ｐ２′）となるように構成されている。
【００５４】
なお、上述の偏光方位Ｐ１，Ｐ２及び偏光方位Ｐ１′，Ｐ２′は、それぞれ必ずしも上述のごとく直交させる必要はなく、所要量異なるようにしてもよい。
さて、次に、上述の各偏波スクランブラ１４−１，１４−２のうち、一方の偏波スクランブラ（第３偏波スクランブラ）１４−１は、発振器１５−１から供給される周波数ｆ１（第３周波数）の信号を受けることにより、奇数チャンネルグループの信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（４ｉ−１）からの信号光に対して、周波数ｆ１で偏波スクランブルを施すものでり、他方の偏波スクランブラ（第４偏波スクランブラ）１４−２は、発振器１５−２から供給される周波数ｆ２（第４周波数）を受けることにより、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−４ｉからの信号光に対して、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で偏波スクランブルを施すものである。
【００５５】
ところが、ここで、各偏波スクランブラ１４−１，１４−２は、前述のように、２つの信号光の偏光状態が常に直交するように偏波スクランブルをかける必要があるので、この偏波スクランブラ１４−１，１４−２には、例えば、図９に示すような、位相変調器型の偏波スクランブラが用いられる。すなわち、この図９に示すように、各偏波スクランブラ１４−１，１４−２は、それぞれリチウムニオベイト（ＬｉＮｂ）の酸化物にチタン（Ｔｉ）被膜を形成した導波管１４１，ＬｉＮｂＯ3 導波路１４２，発振器１５−１（又は、１５−２）からの信号をＬｉＮｂＯ3 導波路１４２に沿って伝達する電極１４３，１４４を有して構成される。
【００５６】
そして、この位相変調器型の偏波スクランブラ１４−１，１４−２では、入力される信号光の偏光状態が、発振器１５−１（又は１５−２）による印加電界を変化させることにより変調されるようになっており、例えば、２波（信号光）の直線偏光をＬｉＮｂＯ3 導波路１４２に対してそれぞれ４５度と１３５度の方向に直交させて入射した場合には、一方の信号光が４５度直線偏光→右回り円偏光→１３５度直線偏光→左回り円偏光→４５度直線偏光→右回り円偏光→１３５度直線偏光という変化を示す。すなわち、２つの信号光は、互いに直交関係を保ったまま偏波状態がスクランブルされるようになっている。なお、図９中、Ｒ１は電極１４３，１４４用の終端抵抗である。
【００５７】
以下、上述のごとく構成された偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の動作について詳述する。
まず、奇数チャンネルグループの信号光送信部１２−３，・・・，１２−（４ｉ−１）からの信号光が、一部の信号光送信部１２−１，１２−５，・・・，１２−（４ｉ−３）からの信号光の偏光状態Ｐ１と、残りの信号光送信部１２−３，１２−７，・・・，１２−（４ｉ−１）からの信号光の偏光状態Ｐ２とが相互に直交した状態で、合波器１３−１，１３−２，１３−５により波長多重されたのち、偏波スクランブラ１４−１に入力される。
【００５８】
つまり、奇数チャンネルグループの信号光送信部１２−３，・・・，１２−（４ｉ−１）からの信号光は、短波長側（又は長波長側）から数えて４ｉ−３（１，５，９・・・）番目の信号光の偏光状態Ｐ１と、４ｉ−１（３，７，１１・・・）番目の信号光の偏光状態Ｐ2 とが相互に直交した状態（Ｐ１⊥Ｐ２）で偏波スクランブラ１４−１に入力される。
【００５９】
一方、偶数チャンネルグループの信号光送信部１２−４，・・・，１２−４ｉからの信号光は、一部の信号光送信部１２−２，１２−６，・・・，１２−（４ｉ−２）からの信号光の偏光状態Ｐ１′と、残りの信号光送信部１２−４，１２−８，・・・，１２−４ｉからの信号光の偏光状態Ｐ２′とが相互に直交した状態で、合波器１３−３，１３−４，１３−６により波長多重されたのち、偏波スクランブラ１４−２に入力される。
【００６０】
つまり、偶数チャンネルグループの信号光送信部１２−４，・・・，１２−４ｉからの信号光は、短波長側（又は長波長側）から数えて４ｉ−２（２，６，１０・・・）番目の信号光の偏光状態Ｐ１′と、４ｉ（４，８，１２・・・）番目の信号光の偏光状態Ｐ２′とが相互に直交した状態（Ｐ１′⊥Ｐ２′）で、偏波スクランブラ１４−２に入力される。
【００６１】
これにより、偏波スクランブラ１４−１では、発振器１５−１からの信号（周波数ｆ１）に応じて、波長多重された奇数チャンネルグループからの各信号光のうち、一部の信号光送信部１２−１，１２−５，・・・，１２−（４ｉ−３）からの各信号光と、残りの信号光送信部１２−３，１２−７，・・・，１２−（４ｉ−１）からの各信号光との信号対に対して、それぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施される。
【００６２】
一方、偏波スクランブラ１４−２では、波長多重された偶数チャンネルグループからの各信号光のうち、一部の信号光送信部１２−２，１２−６，・・・，１２−（４ｉ−２）からの各信号光と、残りの信号光送信部１２−４，１２−８，・・・，１２−４ｉからの各信号光との信号光対に対して、それぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施される。
【００６３】
なお、このとき同時に、偏波スクランブラ１４−１では、奇数チャンネルグループからの各信号光に対して、それぞれ同一の周波数ｆ１で偏波スクランブルが施される一方、偏波スクランブル１４−２では、偶数チャンネルグループからの各信号光に対して、偏波スクランブラ１４−１での偏波スクランブル周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で偏波スクランブルが施されている。
【００６４】
つまり、偏波スクランブラ１４−１では、発振器１５−１からの信号（周波数ｆ１）に応じて、波長多重された奇数チャンネルグループからの信号光対に対して、それぞれ直交する偏光方位であって且つ同一の周波数ｆ１で偏波スクランブルが施されるとともに、偏波スクランブラ１４−２では、波長多重された偶数チャンネルグループからの信号光対（他のチャンネルの信号光対）に対して、それぞれ直交する偏光方位であって且つ上記の周波数ｆ１とは異なった周波数ｆ２で偏波スクランブルが施される。
【００６５】
この結果、各信号光送信部１−１〜１−４ｉからの波長多重された信号光（各チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．４ｉ毎の信号光）は、例えば、図１１に示すように、その偏光方位，周波数がそれぞれ隣接チャンネルの信号光の偏光方位，周波数とは相互に異なった状態で偏波スクランブルを施されて伝送される。
従って、波長多重信号伝送時のｃｈ．４ｉの信号光とｃｈ．４ｉ−２の信号光、及びｃｈ．４ｉ−３の信号光とｃｈ．４ｉ−１の信号光とによるＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響がそれぞれ最小となるとともに、奇数チャンネルグループと偶数チャンネルグループからの２種類の信号光対の偏光状態の相対関係が「ｆ２−ｆ１」の周期で変化し、非線形光学効果の影響が、さらに２種類の信号光の偏光状態が直交する場合と平行となる場合の中間的な状態に平均化されて抑制される。
【００６６】
例えば、ｆ１＝５ＧＨｚ，ｆ２＝６ＧＨｚとした場合には、６ＧＨｚ−５ＧＨｚ＝１ＧＨｚの周期で偏光状態の相対関係が変化する。これは、距離に換算して０．３ｍ周期での偏光状態変化に相当するため、数千ｋｍにおよぶ波長多重信号の伝送時にも、十分な平均化が施される。
このように、本実施形態における偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態をそれぞれ相互に直交する（異なる）状態にして偏波スクランブルを施すので、波長多重信号の伝送時に生じるＦＷＭ（四光子混合波信号）などの非線形光学効果を最小限に抑制して、波長多重信号の伝送品質（ＳＮＲ）を安定させて大幅に向上させることができ、波長多重度の高密度化（伝送帯域の有効利用），伝送路の長距離化などに大いに寄与する。
【００６７】
また、本装置では、多数の信号光送信部１２−１〜１２−４ｉに対して、２つの偏波スクランブラ１４−１，１４−２だけを設けるという簡素な構成で、有効に非線形光学効果を抑制することができる。
なお、上述の各偏波スクランブラ１４−１，１４−２は、後述するように、それぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
【００６８】
（ｂ）第２実施形態の説明
図１２は本発明の第２実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図であるが、この図１２においても、１２−１〜１２−ｍ（ｍは自然数）はそれぞれ１〜ｍチャンネル用の信号光送信部、１３−１〜１３−３はそれぞれ１：１分岐定偏波カプラを用いて構成された合波器、１４−１は偏波スクランブラ、１５−１は偏波スクランブラ１４−１用の偏波スクランブル周波数ｆ１の信号を出力する発振器である。
【００６９】
そして、本実施形態では、例えば、各信号光送信部１２−１〜１２−ｍが、一部の信号光送信部１２−１〜１２−ｊ（ただし、ｊ＜ｍ）からなるグループ１（Ｇ１）と、残りの信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍからなるグループ２（Ｇ２）とに分割され、さらに、第１実施形態と同様に、合波器１３−１〜１３−３を用いることにより、Ｇ１の信号光送信部１２−１〜１２−ｊとＧ２の信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍとでそれぞれ直交する偏光方位（Ｐ１⊥Ｐ２）となるように構成されるとともに、各信号光送信部１２−１〜１−ｍからの信号光に対しては、偏波スクランブラ１４−１により、発振器１５−１からの同一の周波数ｆ１（信号）で偏波スクランブルが施されるようになっている。
【００７０】
なお、本実施形態においても、この偏波スクランブラ１４−１は、２つの信号光の偏光状態が常に直交するように偏波スクランブルをかけるために、図９により前述したものと同様の構成を有している。
上述のごとく構成された偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、まず、波長多重すべきｍチャンネル分の信号光送信部１２−１〜１２−ｍからの信号光のうち、Ｇ１の信号光送信部１２−１〜１２−ｊからの各信号光がそれぞれ同一の偏光状態Ｐ１となるように合波器１３−１で合波されるとともに、Ｇ２の信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍからの各信号光がそれぞれ同一の偏光状態Ｐ２となるように合波器１３−２で合波される。
【００７１】
この結果、Ｇ１からの各信号光の偏光状態Ｐ１と、Ｇ２からの各信号光の偏光状態Ｐ２とが相互に直交した状態で各信号光が偏波スクランブラ１４−１に入力され、一括して偏波スクランブルが施される。
つまり、本実施形態における装置では、波長多重された複数チャンネルの信号光のうち、Ｇ１の信号光送信部１２−１〜１２−ｊからの各信号光と、Ｇ２の信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍからの各信号光とに対し、偏波スクランブラ１４−１によりそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施されるので、隣接チャンネルの偏光状態を常に直交する（異なる）状態にして、波長多重信号を伝送することができる。
【００７２】
従って、この場合も、隣接チャンネルの信号光から受ける影響を大幅に削減でき、これにより、波長多重信号の伝送時に生じるＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響を確実に抑制して、波長多重信号の伝送品質を大幅に向上させることができる。
また、このとき、Ｇ１の信号光送信部１２−１〜１２−ｊからの各信号光と、Ｇ２の信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍからの各信号光とに対し、偏波スクランブラ１４−１によりそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施されるので、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施さなくとも、同一の周波数ｆ１で偏波スクランブルを施せばよいので、より簡単に、隣接チャンネルの信号光により生じる非線形光学効果の影響を確実に抑制して、波長多重信号の伝送品質を大幅に向上させることができる。
【００７３】
なお、本実施形態においても、上述の偏光方位Ｐ１，Ｐ２は、必ずしも上述のごとく直交させる必要はなく、所要量異なるようにしても、十分、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる非線形光学効果の影響を抑制できる。
（ｃ）第３実施形態の説明
図１３は本発明の第３実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図１３においても、１２−１〜１２−ｍ（ｍは自然数）はそれぞれ１〜ｍチャンネル用の信号光送信部、１３−１〜１３−３はそれぞれ１：１分岐定偏波カプラを用いて構成された合波器、１４−１は偏波スクランブラ、１５−１は偏波スクランブラ１４−１用の偏波スクランブル周波数ｆ１の信号を出力する発振器である。
【００７４】
そして、本実施形態では、例えば、各信号光送信部１２−１〜１２−ｍが、奇数チャンネル（ｃｈ．１，３，５，・・・，２ｉ−１：ｉは自然数）用の信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（２ｉ−１）のグループ（奇数チャンネルグループ）と、偶数チャンネル（ｃｈ．２，４，６，・・・，２ｉ）用の信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉのグループ（奇数チャンネルグループ）とに分割されている。
【００７５】
つまり、この図１３に示す装置は、図１２により前述した装置におけるグループ１（Ｇ１：一部の信号光送信部）を奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（２ｉ−１）として構成するとともに、グループ２（Ｇ２：残りの信号光送信部）を偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉとして構成されている。
【００７６】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送では、波長多重された１〜ｍチャンネル分の信号光のうち、短波長側（又は、長波長側）から数えて奇数番目の各信号光（信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（２ｉ−１）からの各信号光）がそれぞれ同一の偏光状態Ｐ１となるように合波器１３−１で合波されるとともに、短波長側（又は、長波長側）から数えて偶数番目の信号光（信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉからの各信号光）がそれぞれ同一の偏光状態Ｐ２となるように合波器１３−２で合波される。
【００７７】
その後、各合波器１３−１，１３−２で合波された各信号光は、それぞれ偏光状態Ｐ１と偏光状態Ｐ２とが相互に直交した状態（Ｐ１⊥Ｐ２）を保って偏波スクランブラ１４−１に入力されて、偏波スクランブラ１４−１により周波数ｆ１で一括して偏波スクランブルが施される。なお、このとき、各信号光の光スペクトルとチャンネル配置は、例えば、図１４に示すようになり、隣接チャンネル（ｃｈ．２ｊとｃｈ．２ｋ−１：ただし、ｊ，ｋはそれぞれ自然数）の信号光の偏光状態が相互に異なる（直交する）状態となる。
【００７８】
このように、本実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、ＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響が最も大きくなる隣接チャンネル間の偏光状態Ｐ１，Ｐ２を直交させることができるので、図１２により前述した装置に比して、より有効に波長多重信号伝送時の非線形光学効果を抑制して、波長多重信号の伝送品質を向上させることができる。
【００７９】
なお、本実施形態においても、上述の偏光方位Ｐ１，Ｐ２は、必ずしも上述のごとく直交させる必要はない。
（ｄ）第４実施形態の説明
図１５は本発明の第４実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図であるが、この図１５に示す装置は、図１３により前述した偏波スクランブラ１４−１が現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１と予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１をそなえて二重化され、さらに、各信号光送信部１２−１〜１２−２ｉが現用信号光送信部１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉと予備用信号光送信部１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉとをそなえて二重化されることにより、各チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．２ｉが現用チャンネルｃｈ．１（Ｗ）〜ｃｈ．２ｉ（Ｗ）と予備用チャンネルｃｈ．１（Ｐ）〜ｃｈ．２ｉ（Ｐ）とに二重化されている。
【００８０】
なお、この場合は、合波器１３−７として、図１０により前述したような特性を有する１：１分岐定偏波カプラには必ず２つの出力ポートが存在することから、これを用いて上述のような二重化（冗長構成）を実現している。また、１５Ｗ−１，１５Ｐ−１はそれぞれ現用，予備用の発振器、１８Ｗ，１８Ｐはそれぞれ現用，予備用の光増幅器である。
【００８１】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、各光増幅器１８Ｗ，１８Ｐが非動作状態においては信号光を遮断するスイッチの役割を果たし、動作時にはポストアンプとしての役割を果たす。見方を変えれば、ポストアンプ（光増幅器１８Ｗ）自信も冗長となる。
つまり、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１と予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１との切り替えと、現用信号光送信部１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉと予備用信号光送信部１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉとの切り替えを連動させることにより、信頼度の低い能動部品で構成された部分を冗長することが可能になる。
【００８２】
従って、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１や現用信号光送信部１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１，予備用信号光送信部１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性が大幅に向上する。
なお、図１５において、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１，予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１，現用発振器１５Ｗ−１，予備用発振器１５Ｐ−１，現用ポストアンプ１８Ｗ，予備用ポストアンプ１８Ｐ，合波器１３−８からなる破線で囲んだ部分は、例えば、図１６に示すように、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１，予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１，現用発振器１５Ｗ−１，予備用発振器１５Ｐ−１，光スイッチ部１９をそなえて構成しても、光スイッチ部１９の切り替えにより、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１や現用信号光送信部１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１，予備用信号光送信部１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉにより処理を継続することができる。
【００８３】
なお、このように、各信号光送信部１２−１〜１２−２ｉを二重化することや、偏波スクランブラ１４−１を二重化することは、本実施形態のみならず、前述の第１〜第３実施形態及び後述する第５〜第７実施形態においても適用できる。
（ｅ）第５実施形態の説明
図１７は本発明の第５実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図１７においても、１２−１〜１２−ｍ（ｍは自然数）は複数チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．ｍ用の信号光送信部で、それぞれ第１実施形態にて前述したものと同様に、レーザ・ダイオード（ＬＤ）１２１と変調部１２２とをそなえて構成されている。また、１３は第１実施形態にて前述したものと同様の合波器、１４−１〜１４−ｍはそれぞれ偏波スクランブラ、１５−１〜１５−ｍはそれぞれ偏波スクランブラ用の発振器である。
【００８４】
ここで、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−ｍは、それぞれ対応する発振器１５−１〜１５−ｍからの偏波スクランブル用の信号（周波数ｆ１〜ｆｍ）を受けることにより、各信号光送信部１２−１〜１２−ｍからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すものである。
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重されたｍチャンネル分の全ての信号光に対して、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−ｍによってそれぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルが施されたのち、全チャンネル１〜ｍ分の各信号光は合波器１３で合成されて出力される。
【００８５】
この結果、波長多重された各信号光は、その偏光状態の相対関係が周期的に変化し、偏光状態の相対関係が全信号光で平均化されて、波長多重信号伝送時のＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響が抑制される。なお、図１８は各信号光のスペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
以下、このように各信号光に対して異なった周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すことによって、偏光状態の相対関係が全信号光で平均化されることについて詳述する。
【００８６】
ＷＤＭ（波長多重）システム中で発生する信号光間のＦＷＭの発生効率は、光ファイバの非線形定数，入力光パワー，零分散波長と信号光波長との差などに依存するが、その他に、信号光の偏光方向にも依存する。例えば、３種類の波長の異なる信号光が光ファイバ中で非線形相互作用することにより発生するＦＷＭの発生効率は、３つの信号光がすべて同じ偏光方位である時を「１」とすると、各信号光のそれぞれが任意の偏光方位にあるときの発生効率の平均値は３／８と削減されることが分かっている。
【００８７】
そこで、上述のように、波長多重された各信号光のそれぞれに対して、偏波スクランブラ１４−１〜１４−ｍで異なった周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すことにより、各信号光がそれぞれ異なった偏光方位（偏光状態）に設定され、さらに、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−ｍにより各信号光の偏光方位が回転するように調整すれば、伝送路のあらゆる場所での偏光状態が偏波スクランブル周期よりも十分長い距離（時間）において平均化される。
【００８８】
つまり、このように波長多重信号光のそれぞれに施す偏波スクランブルをそれぞれ異なった周期（周波数）で行なうことにより、ある時点で、ＦＷＭが大きく発生してしまう組み合わせの信号光の偏光状態が一致したとしても、次の瞬間にはその偏光状態が異なった状態となり、スクランブル周期よりも十分長い時間（距離）では、各信号光の偏光状態の組み合わせを平均化してＦＷＭの発生効率を減少させることができるのである。
【００８９】
なお、このとき、各偏波スクランブラ１４−１−１４−ｍでは、例えば、図１９（ａ）〜（ｅ）に示すように、各信号光にＢ／２（Ｂ：ビットレート）以上の周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すことにより、信号の１ビット中で相互作用する光の偏光（偏波）状態が平均化され、信号光間のＦＷＭの発生効率が抑圧される。
【００９０】
また、この場合、スクランブル周波数ｆ１〜ｆｍとして取りうる周波数値として、「０（無変調）」を加えることができる。つまり、例えば、図１７に示す構成において、偏波スクランブラ１４−１を省略して、各信号光送信部１２−１〜１２−ｍの少なくとも一部の信号光送信部１２−２〜１２−ｍからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数ｆ２〜ｆｍ（ｍ＞２の場合）、または周波数ｆ２（ｍ＝２の場合）で偏波スクランブルが施されるようにしても、十分、ＦＷＭの発生効率を抑制することができる。ただし、この場合、隣接チャンネルの信号光の偏波スクランブル周波数は異なる値にしなければならない。
【００９１】
なお、このように、スクランブル周波数ｆ１〜ｆｍとして取りうる周波数値として、「０（無変調）」を加えることは、本実施形態のみではなく、前述の第１〜第４実施形態及び後述する第６，第７実施形態においても適用することができる。
このように、本実施形態における偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、波長多重されたｍチャンネル分の信号光に対して、それぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すことにより、各信号光の偏光状態の相対関係を全信号光で平均化して、波長多重信号を伝送するので、波長多重信号伝送時のＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響を有効に抑制することができる。
【００９２】
従って、波長多重信号の伝送品質を大幅に向上させることができ、これにより、波長多重度の高密度化（伝送帯域の有効利用），伝送路の長距離化に大いに寄与する。
さて、ところで、ＦＷＭの発生効率が最も高い信号光の組み合わせは、信号光の光周波数差が小さい場合、すなわち、隣接チャンネルの信号光同士の相互作用が最も伝送特性に影響を与える。そこで、隣接チャンネルの信号光同士の偏波スクランブル周波数はなるべく大きく異なる組み合わせが良い。ここで、偏波スクランブルの動作範囲はせいぜい数十ＧＨｚであるので、取りうるスクランブル周波数は数種類である。これを隣接チャンネルの信号光同士でなるべく離れた値になるように組み合わせる。
【００９３】
今、取りうるスクランブル周波数がｆｎ＝Ｂ／２×ｎ（ただし、ｎ＝１〜５）の５種類である仮定すると、例えば、図２０に示すように、各信号光の波長（λ１，λ２，λ３，・・・）に対してスクランブル周波数をそれぞれｆ１，ｆ４，ｆ２，ｆ５，ｆ３，ｆ１，・・・・のように設定すれば、隣接チャンネルの信号光に対するスクランブル周波数は必ずＢ（ビットレート）以上異なり、且つ、同じ周波数の信号光も５×Δλ（ただし、Δλは信号波長間隔）離れた場所に現れるので、ＦＷＭの発生効率をさらに有効に抑制することができる。
【００９４】
ここで、基本となるスクランブル周波数がｆｎ＝Ｂ／２としたことについて、簡単に説明する。例えば、２本の信号光（２チャンネル分の信号光）を考えた場合、ＦＷＭなどの非線形光学効果はこれら２信号光の偏波状態が、平行状態か直交状態かで、発生効率が最大，最小になり、それ以外の偏波状態では、偏波の揃い方により発生効率が変化するので、２信号光のパルスが同時に立ち上がり、立ち下がる場合、１信号光の偏波が一定であるとすると、他のパルスの偏波がパルス内で平行状態から直交状態に変化した場合に、１タイムスロット内での偏波が平均化されたことになる。
【００９５】
従って、１タイムスロット内で半周期偏波が回転するスクランブル周波数（Ｂ／２）は、ＦＷＭの発生効率低減に効果的で、これを偏波スクランブル基本周波数とすることが有効である。
また、前述の各実施形態にて前述したように、隣接チャンネルの信号光同士の偏光方位を直交させることは非常に有効である。すなわち、隣接チャンネルの信号光の偏波スクランブル周波数は同じ周波数であっても偏光方位が常に直交していれば、この２波によるＦＷＭの発生効率は理論的には（偏波分散がない理想的なファイバ中で）零になる。従って、最もＦＷＭの発生効率が高い組み合わせの信号光同士による発生効率を零にできれば、ＦＷＭの影響を大幅に低減することができる。
【００９６】
例えば、伝送路の偏波分散による影響が小さい場合、即ち偏波分散の小さい伝送路を用いるか、偏波分散があまり効かない数１００キロ程度のシステムでは、偏波スクランブラへの入射光の偏波を＋４５°，−４５°とする、あるいは変調印加用電気信号の位相を１８０°ずらすなどして、伝送路の送信側で偏波の向きを隣接チャンネルの信号光同士で相互に直交するように入射し、ビットレート（Ｂ）程度の同一周波数で偏波スクランブルを行なえば、各信号光の偏光方位を伝送中ほぼ一定して直交状態に保つことができるので、ＦＷＭ発生効率の最も高い組み合わせである隣接チャンネルの信号光同士の相互作用をほとんど除去でき、ＦＷＭの影響を大幅に低減することができる。
【００９７】
しかし、このように隣接チャンネルの信号光の偏波状態を直交させた場合でも、周波数が同じ場合にはさらにその外側にある信号との偏波は一致してしまい、波長間隔に見合っただけの四光子混合が発生してしまう。
そこで、例えば、図２１に示すように、偏光状態を直交状態に設定した２つの信号光（λ２とλ３，λ４とλ５など）を１組とし、これらを図２０に示すような組み合わせで波長配置すれば、隣接チャンネルの信号光以外の組み合わせによるＦＷＭの発生効率をも低減することができる。
【００９８】
また、偏波スクランブルとは位相変調（周波数変調）を行なっていることと同意であるので、偏波スクランブルを行なうことにより、例えば、図２２に示すように、各信号光のスペクトルが広がる。従って、発生するＦＷＭのスペクトルも広がってしまうが、このとき、スクランブル周波数がビットレート（Ｂ）程度であれば、図２３に示すように、その一部が受信フィルタの帯域から外れるので、受信器に入力するＦＷＭによる雑音成分を低減させることができる。
【００９９】
（ｆ）第６実施形態の説明
図２４は本発明の第６実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図２４においても、１２−１〜１２−Ｎ（Ｎは自然数）はそれぞれ波長多重されるべき複数のチャンネル（ｃｈ．１〜ｃｈ．Ｎ）用の信号光を生成して出力する信号光送信部、１３−１〜１３−Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ），１６はそれぞれ入力信号光を合波して波長多重する合波器、１４−１〜１４−Ｍはそれぞれ偏波スクランブラ、１５−１〜１５−Ｍはそれぞれ各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍ用の発振器で、それぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆＭの信号を発振するようになっている。
【０１００】
そして、本実施形態では、図２４に示すように、各信号光送信部１２−１〜１２−Ｎが、信号光送信部１２−１〜１２−ｉ（ただし、ｉ＜Ｎ）からなるグループ１（Ｇ１），信号光送信部１２−（ｉ＋１）〜１２−ｊ（ただし、ｉ＋１＜ｊ＜Ｎ）からなるグループ（Ｇ２），・・・，信号光送信部１２−ｋ〜１２−Ｎ（ただし、ｊ＜ｋ＜Ｎ）からなるグループＭ（ＧＭ）の複数のグループ（Ｇ１〜ＧＭ）に分割され、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍによって、それぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆＭで偏波スクランブルが施されるようになっている。
【０１０１】
つまり、１グループからの信号光対に対しては、それぞれ対応する偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍにより同一の周波数で偏波スクランブルが施されるが、異なったグループからの信号光対に対しては、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍ毎にそれぞれ異なった周波数ｆ１〜ｆＭで偏波スクランブルが施されるようになっている。
【０１０２】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重されたＮチャンネル分の信号光がＧ１〜ＧＭ毎に数チャンネルずつの単位でそれぞれ各合波器１３−１〜１３−Ｍで合波され、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍにより、同一グループからの信号光に対しては同一の周波数で偏波スクランブルが施されるとともに、異なるグループからの信号光に対してはそれぞれグループ単位毎に異なる周波数ｆ１〜ｆＭで偏波スクランブルが施されたのち、全チャンネル分が合波器１６で合波されて出力される。
【０１０３】
従って、図１７により前述した装置に比して、偏波スクランブラの数をｍ個からＭ個に削減して、より簡素な構成で、各信号光の偏光状態の相対関係を全信号光で平均化して、波長多重信号伝送時の非線形光学効果の影響を抑制し、波長多重信号の伝送品質を向上させることができる。
なお、本実施形態においても、図１５により前述したように、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍはそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、本装置の信頼性を大幅に向上させることができる。
【０１０４】
（ｇ）第７実施形態の説明
図２５は本発明の第７実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図２５においても、１２−１〜１２−２ｉ（ｉは自然数）はそれぞれ波長多重されるべき複数のチャンネル（ｃｈ．１〜ｃｈ．２ｉ）用の信号光を生成して出力する信号光送信部、１３−１，１３−３はそれぞれ入力信号光を合波して波長多重する合波器、１４−１，１４−２はそれぞれ偏波スクランブラ、１５−１，１５−２はそれぞれ各偏波スクランブラ１４−１，１４−２用の発振器で、この発振器１５−１，１５−２はそれぞれ異なる周波数ｆ１，ｆ２の信号を発振するようになっている。
【０１０５】
そして、本実施形態では、各信号光送信部１２−１〜１２−２ｉが奇数チャンネル（ｃｈ．１，３，・・・，２ｉ＋１）の信号光のグループ（信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（２ｉ−１））と、偶数チャンネル（ｃｈ．２，４，・・・，２ｉ）の信号光のグループ（信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉ）とに分割されている。
【０１０６】
つまり、本実施形態では、図２４により上述した装置における複数の信号光送信部１２−１〜１２−２ｉを奇数チャンネルのグループと偶数チャンネルのグループとに分割するとともに、複数の偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍを、２つの偏波スクランブラ１４−１′，１４−２′として構成している。
ここで、偏波スクランブラ（第１偏波スクランブラ）１４−１′は、奇数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１−（２ｉ＋１）からの信号光に対して、周波数ｆ１（第１周波数）で偏波スクランブルを施すものであり、偏波スクランブラ（第２偏波スクランブラ）１４−２′は、偶数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉからの信号光に対して、上記の周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２（第２周波数）で偏波スクランブルを施すものである。
【０１０７】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重された複数のチャンネル（ｃｈ．１〜ｃｈ．２ｉ）の信号光のうち、短波長側（又は、長波長側）から数えて奇数番目の信号光、つまり、信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１−（２ｉ＋１）からの信号光が合波器１３−１で合波されたのち、一方の偏波スクランブラ１４−１′によりそれぞれ同一の周波数ｆ１で偏波スクランブルが施される。
【０１０８】
一方、短波長側（又は、長波長側）から数えて偶数番目の信号光、つまり、信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉからの信号光は合波器１３−２で合波されたのち、他方の偏波スクランブラ１４−２′によりそれぞれ周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２で偏波スクランブルが施される。
その後、各偏波スクランブラ１４−１′，１４−２′から出力される全チャンネル分の各信号光は、合波器１３−３で合波されたのち波長多重信号として出力される。なお、図２６は各信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【０１０９】
つまり、上述の装置では、複数の信号光送信部１２−１〜１２−２ｉを奇数チャンネルの信号光のグループと偶数チャンネルの信号光のグループとに分割することで、隣接チャンネルの信号光の周波数を一定周波数だけ異なった状態（偏光状態）にしておき、さらに、各偏波スクランブラ１４−１′，１４−２′によって奇数チャンネルグループからの信号光と偶数チャンネルグループからの信号光とに対してそれぞれ異なる周波数ｆ１，ｆ２で偏波スクランブルを施すことによって、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互により大きく異なった状態にすることができるのである。
【０１１０】
このように、本実施形態における偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、複数の信号光送信部１２−１〜１２−２ｉを奇数チャンネルの信号光のグループと偶数チャンネルの信号光のグループとに分割して、異なるグループ毎にそれぞれ異なった周波数ｆ１，ｆ２で偏波スクランブルを施すので、ＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響が最も大きくなる隣接チャンネルの各信号光に対して、その偏光状態の相対関係を変化させて平均化することができ、図２４により前述した装置に比して、さらに効果的に、波長多重信号の伝送品質を向上させることができる。
【０１１１】
また、この場合は、図２４に示す装置に比して、２つの偏波スクランブル１４−１′，１４−２′のみを用いればよいので、より簡素な構成で、上述のような効果が得られる。
なお、本実施形態においても、各偏波スクランブラ１４−１′及び１４−２′は、図１５により前述したように、それぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、本装置の信頼性も大幅に向上する。
【０１１２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法によれば、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すことにより、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互に異なる状態にして（相互関係を変化させて）、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を平均化したのち、波長多重信号を伝送することができるので、波長多重信号伝送時に、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を大幅に削減できる。従って、特に、波長多重信号伝送時に生じる四光子混合波信号などの非線形光学効果を効率的に抑制して、波長多重信号の伝送特性を大幅に向上させることができ、これにより、波長多重度の高密度化（伝送帯域の有効利用），伝送路の長距離化に大いに寄与する。
【０１１３】
なお、このとき、上記の波長多重された複数チャンネルの全てのチャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施せば、より確実に、隣接チャンネルの信号光の偏光状態の相互関係を変化させて非線形光学効果の影響を平均化して削減することができるが、少なくとも一部のチャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数または所定の周波数で偏波スクランブルを施しても、十分、非線形光学効果の影響を削減できる。
【０１１４】
また、前記複数チャンネルのうちの特定のチャンネルである着目チャンネルの信号光に所定周波数で偏波スクランブルを施した場合、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光の波長に隣接する波長をもつ隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差が、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光の波長に隣接しない波長をもつ非隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差よりも大きくなるように設定すれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態をさらに相互に大きく異なる状態にできるので、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる非線形光学効果の影響をさらに大幅に削減して、波長多重信号の伝送品質を向上させることができる。
【０１１５】
さらに、本発明の偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法によれば、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる偏光方位で偏波スクランブルを施すことにより、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なる状態にして、波長多重信号を伝送することができるので、この場合も、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる非線形光学効果の影響を大幅に削減でき、波長多重信号の伝送品質を大幅に向上させることができる。
【０１１６】
また、このとき、上記の波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施さなくとも、同一の周波数で偏波スクランブルを施せば、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なる状態にして、波長多重信号を伝送することができるので、より簡単に、非線形光学効果の影響を減少させることができる。
【０１１７】
なお、このとき、上記の波長多重された複数チャンネルの信号光のうちのある一対のチャンネルの信号光対に対しては、それぞれ異なる偏光方位であって且つ同一の周波数で偏波スクランブルを施すとともに、上記の波長多重された複数チャンネルの信号光のうちの他の一対のチャンネルの信号光対に対しては、それぞれ異なる偏光方位であって且つ上記ある一対のチャンネルの信号光対に対して施す周波数とは異なった周波数で偏波スクランブルを施せば、さらに、各信号光送信部からの各信号光の偏光状態を相互に大きく異なる状態にできるので、より効率的に、非線形光学効果の影響を減少させることができる。
【０１１８】
また、具体的に、上述の異なる偏光方位として、相互に直交する偏光方位を選べば、最も有効に、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を異なる状態にして、隣接チャンネルの信号光の相互作用による影響を削減することができる。
次に、本発明に関連する偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、波長多重されるべき複数チャンネル用の複数の信号光送信部と、各信号光送信部からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施す複数の偏波スクランブラとをそなえて構成されるので、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、各偏波スクランブラによりそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すことができ、これにより、上述の方法を適用した装置を極めて簡素な構成で容易に実現することができる。
【０１１９】
具体的に、この場合は、複数の信号光送信部の全ての信号光送信部からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すべく、複数の偏波スクランブラをそなえて構成されるので、各偏波スクランブラにより複数の信号光送信部の全ての信号光送信部からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すことができ、より確実に、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を複数チャンネルの信号光全体で平均化して削減することができる。
【０１２０】
なお、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置は、複数の信号光送信部の少なくとも一部の信号光送信部からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数または所定の周波数で偏波スクランブルを施すべく、複数または１つの偏波スクランブラをそなえて構成し、少なくとも一部のチャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数または所定の周波数で偏波スクランブルを施しても、十分、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を削減できる。
【０１２１】
また、本発明に関連する偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、複数の信号光送信部を複数のグループに分割し、異なったグループを構成する信号光送信部からの信号に対しては、複数の偏波スクランブラによりそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すので、偏波スクランブラの数を大幅に削減して、より簡素な構成で、各グループ毎の信号光の偏光状態を相互に異なった状態にできる。
【０１２２】
なお、上述の複数の偏波スクランブラをそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
また、このとき、複数の信号光送信部を奇数チャンネルの信号光のグループと偶数チャンネルの信号光のグループとに分割し、奇数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部からの信号光に対して、第１偏波スクランブラにより第１周波数で偏波スクランブルを施し、偶数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部からの信号光に対して、第２偏波スクランブラにより第１周波数とは異なる第２周波数で偏波スクランブルを施すこともできるので、さらに、簡素な構成で、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互により大きく異なった状態にできる。
【０１２３】
なお、この場合も、上述の第１偏波スクランブラ及び第２偏波スクランブラをそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
【０１２４】
さらに、本発明に関連する偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、波長多重されるべき複数チャンネル用の複数の信号光送信部をそなえ、複数の信号光送信部のうちの一部の信号光送信部と残りの信号光送信部とでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成するとともに、複数の信号光送信部からの信号光に対しては、同一の周波数で偏波スクランブルを施す偏波スクランブラが設けられているので、複数のチャンネルの信号光に対し、偏波スクランブラによりそれぞれ異なる偏光方位で且つ同一の周波数で偏波スクランブルを施して、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なった状態にすることができる。従って、上述の方法を適用した装置を極めて簡素な構成で容易に実現することができる。
【０１２５】
また、このとき、一部の信号光送信部を奇数チャンネルの信号光用信号光送信部として構成するとともに、残りの信号光送信部を偶数チャンネルの信号光用信号光送信部として構成すれば、予め隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互に異なった状態にしておくことができるので、さらに、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互に大きく異なった状態にして、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を削減することができる。
【０１２６】
さらに、このとき、複数の信号光送信部のうちの一部の信号光送信部と残りの信号光送信部とでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すように構成すれば、最も有効に、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を異なった状態にして、隣接チャンネルの信号光の相互作用による影響を削減することができる。
【０１２７】
なお、この場合も、上述の偏波スクランブラを現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
また、本発明に関連する偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、奇数チャンネル用の信号光送信部のうちの一部と残りとでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成するとともに、奇数チャンネルからの信号光に対しては、第３周波数で偏波スクランブルを施す第３偏波スクランブラを設け、且つ、偶数チャンネル用の信号光送信部のうちの一部と残りとでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成するとともに、偶数チャンネルからの信号光に対しては、第３周波数とは異なる第４周波数で偏波スクランブルを施す第４偏波スクランブラが設けられるので、各信号光の偏光状態を、奇数チャンネルの一部と残りの信号光，偶数チャンネルの一部と残りの信号光というように、より細かく異なった状態にすることができる。従って、より効率的に隣接チャンネルの信号光の相互作用による影響を削減することができる。
【０１２８】
なお、この場合も、第３偏波スクランブラ及び第４偏波スクランブラをそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
【０１２９】
また、このとき、奇数チャンネルの信号光用信号光送信部のうちの一部の信号光送信部と残りの信号光送信部とでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すとともに、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部のうちの一部の信号光送信部と残りの信号光送信部とでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すように構成されるので、最も有効に、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を異なった状態にして、隣接チャンネルの信号光の相互作用による影響を削減することができる。
【０１３０】
なお、上述の信号光送信部をそれぞれ現用信号光送信部と予備用信号光送信部とをそなえて二重化すれば、現用信号光送信部が使用不能となった場合でも、予備用信号光送信部により処理を継続することができるので、さらに、本装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理ブロック図である。
【図２】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図３】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図４】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図５】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図６】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図７】本発明の第１実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第１実施形態における信号光送信部の構成を示すブロック図である。
【図９】第１実施形態における偏波スクランブラの構成を示す斜視図である。
【図１０】第１実施形態における１：１分岐定偏波カプラの特性の一例を示す図である。
【図１１】第１実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置にかかる信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】第３実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置にかかる信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【図１５】本発明の第４実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】第４実施形態において偏波スクランブラを二重化した構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第５実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置にかかる信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【図１９】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の動作を説明するための図である。
【図２０】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の他の動作を説明するための図である。
【図２１】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の他の動作を説明するための図である。
【図２２】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の他の動作を説明するための図である。
【図２３】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の他の動作を説明するための図である。
【図２４】本発明の第６実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第７実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図２６】第７実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置にかかる信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【図２７】（ａ），（ｂ）はそれぞれ四光子混合波（ＦＷＭ光）を説明するための図である。
【図２８】従来の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｎ，１２−１〜１２−ｍ，１２−１〜１２−Ｎ 信号光送信部
２，２−１〜２−Ｎ，２−１〜２−Ｍ 偏波スクランブラ
２−１′ 第１偏波スクランブラ
２−２′ 第２偏波スクランブラ
２−１″ 第３偏波スクランブラ
２−２″ 第４偏波スクランブラ
３，３−１〜３−Ｍ，４，４−１，４−２，５ 合波部
１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉ 現用信号光送信部
１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉ 予備用信号光送信部
１３−１〜１３−Ｍ，１６ 合波器
１４−１′，１４−２′，１４−１〜１４−ｍ，１４−１〜１４−Ｍ 偏波スクランブラ（ＰＳ）
１４Ｗ−１ 現用偏波スクランブラ
１４Ｐ−１ 予備用偏波スクランブラ
１５−１〜１５−ｍ，１５−１〜１５−Ｍ 発振器
１５Ｗ−１ 現用発振器
１５Ｐ−１ 予備用発振器
１７ 光ファイバ
１８Ｗ，１８Ｐ 増幅器（ポストアンプ）
１９ 光スイッチ部
１２１ レーザ・ダイオード（ＬＤ）
１２２ 変調部（ＭＯＤ）
１４１ 導波管
１４２ ＬｉＮｂＯ3 導波路
１４３，１４４ 電極
Ｒ１ 終端抵抗
（目次）
発明の属する技術分野
従来の技術（図２７，図２８）
発明が解決しようとする課題（図２８）
課題を解決するための手段（図１〜図６）
発明の実施の形態
（ａ）第１実施形態の説明（図７〜図１１）
（ｂ）第２実施形態の説明（図１２）
（ｃ）第３実施形態の説明（図１３，図１４）
（ｄ）第４実施形態の説明（図１５，図１６）
（ｅ）第５実施形態の説明（図１７〜図２３）
（ｆ）第６実施形態の説明（図２４）
（ｇ）第７実施形態の説明（図２５，図２６）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
近年、エルビウムドープ（添加）光ファイバ（ＥＤＦ）を用いたＥＤＦ光増幅器の出現により、光（信号光）の直接増幅を行なう伝送システムの研究が盛んに行なわれてきている。このＥＤＦ光増幅器は、利得波長帯域が広いため、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送を行ない、各波長の一括増幅中継を行なうことができるようになる。
【０００４】
しかし、現在、一般に使用されている光ファイバの材質は石英系で、本質的には非線形性が非常に小さい材質であるが、通常、ＷＤＭ伝送方式では、光波を１０μｍ程度の微細な領域（光ファイバ）に閉じ込めて信号光を伝送するために、パワー密度が非常に高くなることや、低損失で伝播モードが規制されているにもかかわらず、光波と光ファイバの材料の相互作用長が非常に長いなどの理由から、各種の非線形光学効果の影響が顕著に現れる可能性があり、これがＷＤＭ伝送時の伝送品質を劣化させる要因となる。
【０００５】
ここで、ＷＤＭ伝送時の伝送品質に影響を与える光ファイバの非線形光学効果としては、周知のように、誘導ブリルアン散乱，自己位相変調（ＳＰＭ：Self Phase Modulation)，ラマン散乱，四光子混合（ＦＷＭ），相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）などが挙げられる。このうち、ＦＷＭやＸＰＭは各信号光の偏光状態の相対関係によって信号光への影響が異なるために、伝送路（光ファイバ）中で信号光の偏光状態が変化するとＳＮＲ（信号対ノイズ比）が時間的に揺らぐ。
【０００６】
また、例えば、文献「IEEE J.Lightwave Technol.,6,No.11,pp1750 〜1769」によると、上記の各種の非線形光学効果のうち、システム設計に最も厳しい条件を与えるのはＦＷＭ光であることが分かっている。
このＦＷＭ光は、例えば、図２７（ａ），図２７（ｂ）に示すように、四光子混合による信号光波（周波数ｆi,ｆj,ｆk ）間の光周波数混合により、新たに発生する信号光（周波数ｆijk ）で、これが元の各信号光波（周波数ｆi,ｆj,ｆk ）のクロストークとなり、ＷＤＭ伝送時の伝送特性を劣化させる１つの要因となっている。
【０００７】
ところで、このＦＷＭ光の発生効率ηijk には、次式（１）〜（３）に示すような関係がある。
【０００８】
【数１】
【数２】
【数３】
ただし、
Ｐijk ：ＦＷＭ光パワー Δβ：位相不整合量
Ｐi ，Ｐj ，Ｐ k：入力光パワー λ：波長
ｎ：光ファイバ中の屈折率 χ1111：３次の非線形感受率
ｃ：光速度 α：光ファイバの損失係数
ｄ：縮退係数（ｉ＝ｊ＝ｋのときｄ＝3 ，ｉ≠ｊ≠ｋのときｄ＝６）
Ｌ：光ファイバ長 ｆ0 ：零分散周波数
Ｌeff ：実効ファイバ長〔＝(1-exp(-αL))/α〕
ｆi ，ｆj ，ｆ k：信号光周波数 Ａeff ：実効断面積
Ｄ：光ファイバの分散値 ｄＤ／ｄλ：分散スロープ
である。
【００１２】
ここで、上記の式（１）は、ＦＷＭ光パワー（Ｐijk ）が非線形効果の大きさ（χ1111），入力光パワー（Ｐi ，Ｐj ，Ｐ k）及び偏光状態に依存していることを示し、式（２）は、位相不整合量（Δβ）に伴うＦＷＭ光の発生効率ηijk を示し、さらに式（３）は、位相不整合量（Δβ）が信号光周波数（ｆi ，ｆj ，ｆ k）の間隔と光ファイバの分散値（Ｄ）とに依存することを示している。
【００１３】
つまり、ＦＷＭ光の発生効率ηijk は、主に、光波間の波長間隔と光ファイバの分散値とに依存する位相不整合量Δβによって決まることが分かる。このため、伝送損失が最小となる１．５μｍ帯付近に光ファイバの零分散域を移した分散シフトファイバを伝送路として用いた場合には、このＦＷＭ光の影響が顕著に現れる。また、分散値が零に近い波長での伝送はクロストークの影響を大きく受けるので、これを避けるために光ファイバへの入射パワーを下げる必要があり、伝送特性に大きな制約を受けることになる。
【００１４】
例えば、等間隔に波長（周波数）が配置された波長多重信号（ＷＤＭ信号）の場合は、同一波長に現れるＦＷＭ光が多数存在するが、特に、隣接する波長の信号光ほどその数が多くなる。次表１は１６本（１６チャンネル）の異なる波長の信号光を波長多重する１６ＷＤＭ時の各波長に生じるＦＷＭ光の総数を示しており、この表１から分かるように、チャンネル番号８とチャンネル番号９のように隣接するチャンネルで生じるＦＷＭ光の数が最も多くなっている。
【００１５】
【表１】
なお、ある波長のＦＷＭ光によるクロストーク量は、上式（１）〜（３）を用いて、全てのｉ，ｊ，ｋの組み合わせに基づくＦＷＭ光パワーを独立に求め、得られた各ＦＷＭ光パワーを加算することにより算出される。
このため、現在のところ、ＦＷＭ光が発生してもこれが元の信号光波長に影響を与えないような波長配置を設定したり、光ファイバの零分散波長からある程度離れた波長域を使用するなどして、ＷＤＭ信号伝送時のＦＷＭ光による影響に対する対策がなされている。しかし、光増幅器の広帯域化，波長多重する信号光数の増加への要求が強く、波長設定だけでは対応が困難になりつつある。
【００１７】
そこで、従来は、例えば、文献「J.Lightwave Technol.,vol.11,pp.2116-2122 1993 」で述べられているように、波長多重する信号光を無偏光化することによりＦＷＭ光の発生を抑圧する方法なども提案されている。
また、ＷＤＭ信号の伝送システムでは、上述のように、光増幅技術を適用することにより、波長の異なる複数の信号光を大量に長距離伝送することが可能になるが、この場合、光増幅器の偏光依存性利得や使用する光部品の偏光依存性損失が、ＳＮＲを大きく劣化させることが知られている。特に、エルビウムドープ光ファイバを用いたＥＤＦ光増幅器の場合、偏光依存性利得の主な要因は、ＰＨＢ（Polarization Hole Burning)効果である。
【００１８】
そこで、従来は、ＥＤＦ光増幅器への入力偏波状態をＰＢＨの応答速度に比べて高速に変化させることにより、ＰＨＢ効果による影響を効率的に緩和して、ＳＮＲの劣化を抑制することが行なわれている。また、光部品の偏光依存性損失によって生じるＳＮＲ劣化は、信号光の偏光状態を伝送速度よりも高速にスクランブルすれば、抑圧することが可能であるため、偏光状態をスクランブルする手段として、電気光学効果を応用した偏波スクランブラ，光ファイバへの応力によるファイバの複屈折率変化を利用した偏波スクランブラなどが開発されている。
【００１９】
例えば、図２８は従来の偏波スクランブル式波長多重伝送装置の一例を示すブロック図で、この図２８に示す装置は、４チャンネル分の信号光送信部２１−１〜２１−４，合波器２２，光ファイバを円状に形成して構成された偏波制御部（ＰＣ：Polarization Controller）２３，変調部２５，偏波スクランブラ（ＰＳ：Polarization Scrambler) ２６及び増幅器２７をそなえて構成され、さらに、各信号光送信部２１−１〜２１−４は、受光素子２１１，レーザ・ダイオード２１２及び偏波制御部（ＰＣ）２１３をそなえて構成されている。
【００２０】
これにより、上述の装置では、各信号光送信部２１−１〜２１−４からの４チャンネル分の各信号光を合波器２２で合波して波長多重したのち、変調部２５により、ＮＲＺ(Non-Return to Zero)データを用いて変調を施し、偏波スクランブラ２６で一括して（同一周波数で）偏波スクランブルを施すことによって、効果的に、波長多重信号伝送時の非線形光学効果の影響を抑制できるようになっている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の偏波スクランブル式波長伝送装置でも、やはりＦＷＭ光やＸＰＭなどの非線形光学効果の発生を十分には抑制できず、装置のＳＮＲが劣化してしまうという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数、あるいは異なる偏光方位で偏波スクランブルを施すことにより、非線形光学効果の発生を効率的に抑制して波長多重信号の伝送品質を向上できるようにした、偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理ブロック図で、この図１に示す偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置において、１−１〜１−Ｎ（ただし、Ｎは自然数）はそれぞれ信号光送信部、２−１〜２−Ｎはそれぞれ偏波スクランブラ、３は合波部である。
ここで、各信号光送信部１−１〜１−Ｎは、それぞれ波長多重されるべき複数チャンネル用の複数の信号光を送信するものであり、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｎは、それぞれ各信号光送信部１−１〜１−Ｎからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すものであり、合波部３は、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｎからの複数チャンネル分の信号光を波長多重するものである。
【００２３】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｎによってそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるので、隣接チャンネルの信号光の偏光状態が相互に変化し、全信号光でその偏光状態が平均化された状態で波長多重信号が伝送される。
【００２４】
具体的に、このとき、前記複数チャンネルのうちの特定のチャンネルである着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光の波長に隣接する波長をもつ隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差が、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光の波長に隣接しない波長をもつ非隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差よりも大きくなるように設定すれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互により大きく異なった状態にすることができる。
【００２５】
なお、この図１においては、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｎにより、上記複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎの全ての信号光送信部１−１〜１−Ｎからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるようになっているが、例えば、Ｎ＞２の場合は複数の偏波スクランブラ（例えば、偏波スクランブラ２−２〜２−Ｎ）をそなえ、Ｎ＝２の場合は１つの偏波スクランブラ（例えば、偏波スクランブラ２−２）をそなえて、上記複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎの少なくとも一部の信号光送信部１−２〜１−Ｎからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数（Ｎ＞２の場合）または所定の周波数（Ｎ＝２の場合）で偏波スクランブルが施されるようにしてもよい。
【００２６】
次に、図２は本発明に関連する技術の原理ブロック図で、この図２においても、１−１〜１−Ｎはそれぞれ信号光送信部、２−１〜２−Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ）はそれぞれ偏波スクランブラ、３−１〜３−Ｍ，４はそれぞれ合波部であるが、この場合は、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎが複数（Ｍ）のグループに分割され、複数の偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍがそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すようになっている。
【００２７】
つまり、１グループ（例えば、第１グループ）を構成する信号光送信部１−１〜１−ｉ（ただし、ｉ＜Ｎ）からの信号光に対しては、偏波スクランブラ２−１により同一の周波数で偏波スクランブルが施されるが、異なったグループ（例えば、第２〜第Ｍグループ）を構成する信号光送信部１−（ｉ＋ｊ）〜１−Ｎからの信号光に対しては、偏波スクランブラ２−２〜２−Ｍによりそれぞれ異なった周波数で偏波スクランブルが施されるようになっている。
【００２８】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置でも、波長多重された複数チャンネル（ただし、この場合は、信号光送信部１−１〜１−Ｎを分割した複数のグループをそれぞれ１チャンネルと考える）の信号光に対し、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍによってそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるので、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互に変化させて全信号光で平均化した状態で、波長多重信号を伝送することができる。
【００２９】
また、この場合も、着目チャンネル（着目グループ）の信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光に隣接する隣接チャンネル（隣接グループ）の信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差が、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光に隣接しない非隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差よりも大きくなるように設定すれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互により大きく異なった状態にすることができる。
【００３０】
さらに、この図２においても、各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍにより、全てのチャンネル（グループ）からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるようになっているが、例えば、分割後のグループ数が「２」より多い場合は複数の偏波スクランブラ２−２〜２−Ｍをそなえ、分割後のグループ数が「２」の場合は１つの偏波スクランブラをそなえて、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎの少なくとも一部の信号光送信部（異なったグループの信号光送信部１−（ｉ＋１）〜１−Ｎ）からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数（グループ数が「２」より多い場合）または所定の周波数（グループ数が「２」の場合）で偏波スクランブルが施されるようにしてもよい。
【００３１】
なお、上述の各偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍはそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化してもよい。
また、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置は、例えば、図３に示すように、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎを奇数チャンネルの信号光のグループ（信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（２ｉ−１）：ただし、２ｉ＝Ｎ）と偶数チャンネルの信号光のグループ（信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−２ｉ）とに分割し、複数の偏波スクランブラ２−１〜２−Ｍを、第１偏波スクランブラ２−１′と第２偏波スクランブラ２−２′とで構成してもよい。
【００３２】
ここで、第１偏波スクランブラ２−１′は、奇数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（２ｉ−１）からの信号光に対して、第１周波数で偏波スクランブルを施すものであり、第２偏波スクランブラ２−２′は、偶数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−２ｉからの信号光に対して、第１周波数とは異なる第２周波数で偏波スクランブルを施すものである。
【００３３】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎを奇数チャンネルの信号光のグループと偶数チャンネルの信号光のグループとに分割することで、波長多重された複数チャンネルの信号光（ただし、この場合は、奇数チャンネル，偶数チャンネルのグループからの各信号光）に対し、第１，第２偏波スクランブラ２−１′，２−２′によってそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルが施されるので、さらに、隣接チャンネルの信号光の偏光状態が相互により大きく異なる状態で、波長多重信号が伝送される。
【００３４】
また、この場合も、着目チャンネル（ただし、この場合は、奇数チャンネルのグループ又は偶数チャンネルのグループ）の信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光に隣接する隣接チャンネル（偶数チャンネルのグループ又は奇数チャンネルのグループ）の信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差が、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光に隣接しない非隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差よりも大きくなるように設定すれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態をさらに相互に大きく異なった状態にすることができる。
【００３５】
なお、第１偏波スクランブラ２−１′及び第２偏波スクランブラ２−２′はそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化してもよい。
次に、図４も本発明に関連する技術の原理ブロック図で、この図４に示す偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置においても、１−１〜１−Ｎは信号光送信部、２は偏波スクランブラ、３は合波部であるが、この場合は、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎのうちの一部の信号光送信部（例えば、信号光送信部１−１〜１−ｉ：ただし、２ｉ＝Ｎ）と残りの信号光送信部（例えば、信号光送信部１−（ｉ＋１）〜１−Ｎ）とでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成されるとともに、各信号光送信部１−１〜１−Ｎからの信号光に対しては、偏波スクランブラ２により同一の周波数で偏波スクランブルが施されるようになっている。
【００３６】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、偏波スクランブラ２によりそれぞれ異なる偏光方位で偏波スクランブルが施されるので、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なった状態にして、波長多重信号を伝送することができる。
【００３７】
従って、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施さなくとも、同一の周波数で偏波スクランブルを施せば、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なった状態にして、波長多重信号を伝送することができる。
なお、この場合も、図５に示すように、上述の一部の信号光送信部１−１〜１−ｉを奇数チャンネルの信号光用信号光送信部（１−１，１−３，・・・，１−（２ｉ−１））として構成するとともに、残りの信号光送信部１−（ｉ＋１）〜１−Ｎを偶数チャンネルの信号光用信号光送信部（１−２，１−４，・・・，１−２ｉ）として構成すれば、予め隣接チャンネルの偏光状態を相互に異なった状態にしておくことができる。
【００３８】
また、具体的に、上述の異なる偏光方位とは相互に直交する偏光方位で、この場合は、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎのうちの一部の信号光送信部１−１〜１−ｉと残りの信号光送信部１−（ｉ＋１）〜１−Ｎとでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施される。
さらに、上述の偏波スクランブラ２は現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化してもよい。
【００３９】
次に、図６も本発明に関連する技術の原理ブロック図で、この図６において、１−１〜１−Ｎはそれぞれ波長多重されるべき複数チャンネル用の信号光送信部、２−１″は第３偏波スクランブラ、２−２″は第４偏波スクランブラ、３−１〜３−４，４−１，４−２，５はそれぞれ合波部であるが、この場合は、複数の信号光送信部１−１〜１−Ｎが奇数チャンネルの信号光用信号光送信部〔奇数グループ：信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）：ただし、４ｉ＝Ｎ〕と偶数チャンネルの信号光用信号光送信部（偶数グループ：信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉ）とに分割され、奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）のうちの一部の信号光送信部１−１，１−５，・・・，１−（４ｉ−３）と残りの信号光送信部１−３，１−７，・・・，１−（４ｉ−１）とでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成され、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉのうちの一部の信号光送信部１−２，１−６，・・・，１−（４ｉ−２）と残りの信号光送信部１−４，１−８，・・・，１−４ｉとでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成されている。
【００４０】
そして、奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）からの信号光に対しては、第３偏波スクランブラ２−１″により第３周波数で偏波スクランブルが施され、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉからの信号光に対しては、第４偏波スクランブラ２−２″により第３周波数とは異なる第４周波数で偏波スクランブルが施されるようになっている。
【００４１】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重された複数チャンネルの信号光のうちのある一対のチャンネルの信号光対（例えば、奇数チャンネルグループからの信号光対）に対しては、第３偏波スクランブラ２−１″によってそれぞれ異なる偏光方位であって且つ同一の周波数（第３周波数）で偏波スクランブルが施されるとともに、他の一対のチャンネルの信号光対（例えば、偶数チャンネルグループからの信号光対）に対しては、第４偏波スクランブラ２−２″によって、それぞれ異なる偏光方位であって且つ上記のある一対のチャンネルの信号光対（奇数チャンネルグループからの信号光対）に対して施す周波数とは異なった周波数（第４周波数）で偏波スクランブルが施される。
【００４２】
この結果、各信号光送信部１−１〜１−Ｎからの各信号光は、隣接チャンネルの信号光の偏光状態が、奇数チャンネルグループの一部と残りの信号光，偶数チャンネルグループの一部と残りの信号光というように、より細かく相互に異なる状態にされる。
なお、この場合も、第３偏波スクランブラ２−１″及び第４偏波スクランブラ２−２″はそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラとをそなえて二重化してもよい。
【００４３】
また、具体的に、この図６に示す偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置においても、上述の異なる偏光方位とは、相互に直交する偏光方位であるが、この場合は、奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）のうちの一部の信号光送信部１−１，１−５，・・・，１−（４ｉ−３）と残りの信号光送信部１−３，１−７，・・・，１−（４ｉ−１）とでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すとともに、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉのうちの一部の信号光送信部１−２，１−６，・・・，１−（４ｉ−２）と残りの信号光送信部１−４，１−８，・・・，１−４ｉとでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すように構成される。
【００４４】
なお、図１〜図６に示す偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置は、信号光送信部１−１〜１−Ｎをそれぞれ現用信号光送信部と予備用信号光送信部とをそなえて二重化してもよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（ａ）第１実施形態の説明
図７は本発明の第１実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図７において、１２−１〜１２−４ｉ（ｉは自然数）はそれぞれ信号光送信部、１３−１〜１３−６，１６はそれぞれ合波器、１４−１，１４−２はそれぞれ偏波スクランブラ（ＰＳ：Polarization Scrambler) 、１５−１，１５−２は発振器である。
【００４６】
ここで、各信号光送信部１２−１〜１２−４ｉは、波長多重されるべき複数チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．４ｉ用にそれぞれ波長の異なる信号光を生成して送信するもので、それぞれ図８に示すように、各チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．４ｉに対応する所望の波長の信号光を発生するレーザ・ダイオード（ＬＤ）１２１と、このレーザ・ダイオード１２１からの信号光に対して強度変調などの所要の変調処理を施す変調部１２２をそなえて構成される。
【００４７】
そして、本実施形態では、これらの各信号光送信部１２−１〜１２−４ｉが、奇数チャンネルグループ〔奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（４ｉ−１）〕と偶数チャンネルグループ（偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−４ｉ）とに分割されている。
【００４８】
また、各合波器１３−１〜１３−６，１６は、それぞれ入力される複数の信号光を合波することにより各信号光送信部１２−１〜１２−４ｉからの信号光を波長多重するものであるが、本実施形態では、各チャンネルの信号光送信部１２−１〜１２−４ｉからの各信号光の直線偏光を保持したまま信号光を伝搬させるとともに、各信号光の直線偏光を保持したまま信号光を合波するために、例えば、偏波保持ファイバ，定偏波合波器が用いられている。なお、この定偏波合波器には、上述の偏波保持ファイバを融着して形成される融着型偏波カプラやＰＢＳと呼ばれるバルク型の定偏波合波器などが広く用いられている。
【００４９】
図１０は融着型偏波カプラの一種である１：１分岐定偏波カプラの特性の一例を示す図で、この図１０に示すように、１：１分岐定偏波カプラでは、入力ポート１の軸に合わせて（０度の方位で）直線偏光を入力した場合には偏波状態が保持され、出力ポート１及び出力ポート２に０度の直線偏光が出力される一方、入力ポート１の軸に対して直線偏光を９０度回転させて入力した場合には、出力ポート１及び出力ポート２に９０度の直線偏光が出力される。
【００５０】
また、同様に、入力ポート２の軸に対し直線偏光を０度の方位で出力した場合には出力ポート１及び出力ポート２に０度の直線偏光が、入力ポート２の軸に対し直線偏光を９０度の方位で入力した場合には出力ポート１及び出力ポート２に９０度の直線偏光が出力される。
ここで、例えば、入力ポート１に直線偏光Ｓ１を、入力ポート２にＳ２を入力した場合、入力する偏光方位を０度もしくは９０度に選ぶことにより、次表２に示すように、Ｓ１，Ｓ２の直交関係を選択することが可能である。本実施形態の各合波器１３−１〜１３−６，１６は、それぞれこのような１：１分岐融着型偏波カプラを最小単位として、これを組み合わせることにより実現されている。
【００５１】
【表２】
ところで、波長多重された信号光伝送時のＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響は、２つの信号光（２チャンネル分の信号光）を考えた場合、これら２チャンネル分の信号光の偏光状態が直交する時に最小となり、平行となる時に最大となる。従って、２つの信号光の偏光状態が常に直交するように偏波スクランブルをかければ、このような非線形光学効果の影響を緩和することが可能である。
【００５３】
そこで、本実施形態における偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置は、上述のような合波器１３−１〜１３−６，１６の特性を利用して、奇数チャンネルグループの信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（４ｉ−１）のうちの一部の信号光送信部１−１，１−５，・・・，１−（４ｉ−３）からの信号光の偏光方位Ｐ１と、残りの信号光送信部１−３，１−７，・・・，１−（４ｉ−１）からの信号光の偏光方位Ｐ２とがそれぞれ直交する偏光方位（つまり、Ｐ１⊥Ｐ２）となるように構成され、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１−２，１−４，・・・，１−４ｉのうちの一部の信号光送信部１−２，１−６，・・・，１−（４ｉ−２）からの信号光の偏光方位Ｐ１′と、残りの信号光送信部１−４，１−８，・・・，１−４ｉからの信号光の偏光方位Ｐ２′とがそれぞれ直交する偏光方位（Ｐ１′⊥Ｐ２′）となるように構成されている。
【００５４】
なお、上述の偏光方位Ｐ１，Ｐ２及び偏光方位Ｐ１′，Ｐ２′は、それぞれ必ずしも上述のごとく直交させる必要はなく、所要量異なるようにしてもよい。
さて、次に、上述の各偏波スクランブラ１４−１，１４−２のうち、一方の偏波スクランブラ（第３偏波スクランブラ）１４−１は、発振器１５−１から供給される周波数ｆ１（第３周波数）の信号を受けることにより、奇数チャンネルグループの信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（４ｉ−１）からの信号光に対して、周波数ｆ１で偏波スクランブルを施すものでり、他方の偏波スクランブラ（第４偏波スクランブラ）１４−２は、発振器１５−２から供給される周波数ｆ２（第４周波数）を受けることにより、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−４ｉからの信号光に対して、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で偏波スクランブルを施すものである。
【００５５】
ところが、ここで、各偏波スクランブラ１４−１，１４−２は、前述のように、２つの信号光の偏光状態が常に直交するように偏波スクランブルをかける必要があるので、この偏波スクランブラ１４−１，１４−２には、例えば、図９に示すような、位相変調器型の偏波スクランブラが用いられる。すなわち、この図９に示すように、各偏波スクランブラ１４−１，１４−２は、それぞれリチウムニオベイト（ＬｉＮｂ）の酸化物にチタン（Ｔｉ）被膜を形成した導波管１４１，ＬｉＮｂＯ3 導波路１４２，発振器１５−１（又は、１５−２）からの信号をＬｉＮｂＯ3 導波路１４２に沿って伝達する電極１４３，１４４を有して構成される。
【００５６】
そして、この位相変調器型の偏波スクランブラ１４−１，１４−２では、入力される信号光の偏光状態が、発振器１５−１（又は１５−２）による印加電界を変化させることにより変調されるようになっており、例えば、２波（信号光）の直線偏光をＬｉＮｂＯ3 導波路１４２に対してそれぞれ４５度と１３５度の方向に直交させて入射した場合には、一方の信号光が４５度直線偏光→右回り円偏光→１３５度直線偏光→左回り円偏光→４５度直線偏光→右回り円偏光→１３５度直線偏光という変化を示す。すなわち、２つの信号光は、互いに直交関係を保ったまま偏波状態がスクランブルされるようになっている。なお、図９中、Ｒ１は電極１４３，１４４用の終端抵抗である。
【００５７】
以下、上述のごとく構成された偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の動作について詳述する。
まず、奇数チャンネルグループの信号光送信部１２−３，・・・，１２−（４ｉ−１）からの信号光が、一部の信号光送信部１２−１，１２−５，・・・，１２−（４ｉ−３）からの信号光の偏光状態Ｐ１と、残りの信号光送信部１２−３，１２−７，・・・，１２−（４ｉ−１）からの信号光の偏光状態Ｐ２とが相互に直交した状態で、合波器１３−１，１３−２，１３−５により波長多重されたのち、偏波スクランブラ１４−１に入力される。
【００５８】
つまり、奇数チャンネルグループの信号光送信部１２−３，・・・，１２−（４ｉ−１）からの信号光は、短波長側（又は長波長側）から数えて４ｉ−３（１，５，９・・・）番目の信号光の偏光状態Ｐ１と、４ｉ−１（３，７，１１・・・）番目の信号光の偏光状態Ｐ2 とが相互に直交した状態（Ｐ１⊥Ｐ２）で偏波スクランブラ１４−１に入力される。
【００５９】
一方、偶数チャンネルグループの信号光送信部１２−４，・・・，１２−４ｉからの信号光は、一部の信号光送信部１２−２，１２−６，・・・，１２−（４ｉ−２）からの信号光の偏光状態Ｐ１′と、残りの信号光送信部１２−４，１２−８，・・・，１２−４ｉからの信号光の偏光状態Ｐ２′とが相互に直交した状態で、合波器１３−３，１３−４，１３−６により波長多重されたのち、偏波スクランブラ１４−２に入力される。
【００６０】
つまり、偶数チャンネルグループの信号光送信部１２−４，・・・，１２−４ｉからの信号光は、短波長側（又は長波長側）から数えて４ｉ−２（２，６，１０・・・）番目の信号光の偏光状態Ｐ１′と、４ｉ（４，８，１２・・・）番目の信号光の偏光状態Ｐ２′とが相互に直交した状態（Ｐ１′⊥Ｐ２′）で、偏波スクランブラ１４−２に入力される。
【００６１】
これにより、偏波スクランブラ１４−１では、発振器１５−１からの信号（周波数ｆ１）に応じて、波長多重された奇数チャンネルグループからの各信号光のうち、一部の信号光送信部１２−１，１２−５，・・・，１２−（４ｉ−３）からの各信号光と、残りの信号光送信部１２−３，１２−７，・・・，１２−（４ｉ−１）からの各信号光との信号対に対して、それぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施される。
【００６２】
一方、偏波スクランブラ１４−２では、波長多重された偶数チャンネルグループからの各信号光のうち、一部の信号光送信部１２−２，１２−６，・・・，１２−（４ｉ−２）からの各信号光と、残りの信号光送信部１２−４，１２−８，・・・，１２−４ｉからの各信号光との信号光対に対して、それぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施される。
【００６３】
なお、このとき同時に、偏波スクランブラ１４−１では、奇数チャンネルグループからの各信号光に対して、それぞれ同一の周波数ｆ１で偏波スクランブルが施される一方、偏波スクランブル１４−２では、偶数チャンネルグループからの各信号光に対して、偏波スクランブラ１４−１での偏波スクランブル周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２で偏波スクランブルが施されている。
【００６４】
つまり、偏波スクランブラ１４−１では、発振器１５−１からの信号（周波数ｆ１）に応じて、波長多重された奇数チャンネルグループからの信号光対に対して、それぞれ直交する偏光方位であって且つ同一の周波数ｆ１で偏波スクランブルが施されるとともに、偏波スクランブラ１４−２では、波長多重された偶数チャンネルグループからの信号光対（他のチャンネルの信号光対）に対して、それぞれ直交する偏光方位であって且つ上記の周波数ｆ１とは異なった周波数ｆ２で偏波スクランブルが施される。
【００６５】
この結果、各信号光送信部１−１〜１−４ｉからの波長多重された信号光（各チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．４ｉ毎の信号光）は、例えば、図１１に示すように、その偏光方位，周波数がそれぞれ隣接チャンネルの信号光の偏光方位，周波数とは相互に異なった状態で偏波スクランブルを施されて伝送される。
従って、波長多重信号伝送時のｃｈ．４ｉの信号光とｃｈ．４ｉ−２の信号光、及びｃｈ．４ｉ−３の信号光とｃｈ．４ｉ−１の信号光とによるＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響がそれぞれ最小となるとともに、奇数チャンネルグループと偶数チャンネルグループからの２種類の信号光対の偏光状態の相対関係が「ｆ２−ｆ１」の周期で変化し、非線形光学効果の影響が、さらに２種類の信号光の偏光状態が直交する場合と平行となる場合の中間的な状態に平均化されて抑制される。
【００６６】
例えば、ｆ１＝５ＧＨｚ，ｆ２＝６ＧＨｚとした場合には、６ＧＨｚ−５ＧＨｚ＝１ＧＨｚの周期で偏光状態の相対関係が変化する。これは、距離に換算して０．３ｍ周期での偏光状態変化に相当するため、数千ｋｍにおよぶ波長多重信号の伝送時にも、十分な平均化が施される。
このように、本実施形態における偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態をそれぞれ相互に直交する（異なる）状態にして偏波スクランブルを施すので、波長多重信号の伝送時に生じるＦＷＭ（四光子混合波信号）などの非線形光学効果を最小限に抑制して、波長多重信号の伝送品質（ＳＮＲ）を安定させて大幅に向上させることができ、波長多重度の高密度化（伝送帯域の有効利用），伝送路の長距離化などに大いに寄与する。
【００６７】
また、本装置では、多数の信号光送信部１２−１〜１２−４ｉに対して、２つの偏波スクランブラ１４−１，１４−２だけを設けるという簡素な構成で、有効に非線形光学効果を抑制することができる。
なお、上述の各偏波スクランブラ１４−１，１４−２は、後述するように、それぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
【００６８】
（ｂ）第２実施形態の説明
図１２は本発明の第２実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図であるが、この図１２においても、１２−１〜１２−ｍ（ｍは自然数）はそれぞれ１〜ｍチャンネル用の信号光送信部、１３−１〜１３−３はそれぞれ１：１分岐定偏波カプラを用いて構成された合波器、１４−１は偏波スクランブラ、１５−１は偏波スクランブラ１４−１用の偏波スクランブル周波数ｆ１の信号を出力する発振器である。
【００６９】
そして、本実施形態では、例えば、各信号光送信部１２−１〜１２−ｍが、一部の信号光送信部１２−１〜１２−ｊ（ただし、ｊ＜ｍ）からなるグループ１（Ｇ１）と、残りの信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍからなるグループ２（Ｇ２）とに分割され、さらに、第１実施形態と同様に、合波器１３−１〜１３−３を用いることにより、Ｇ１の信号光送信部１２−１〜１２−ｊとＧ２の信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍとでそれぞれ直交する偏光方位（Ｐ１⊥Ｐ２）となるように構成されるとともに、各信号光送信部１２−１〜１−ｍからの信号光に対しては、偏波スクランブラ１４−１により、発振器１５−１からの同一の周波数ｆ１（信号）で偏波スクランブルが施されるようになっている。
【００７０】
なお、本実施形態においても、この偏波スクランブラ１４−１は、２つの信号光の偏光状態が常に直交するように偏波スクランブルをかけるために、図９により前述したものと同様の構成を有している。
上述のごとく構成された偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、まず、波長多重すべきｍチャンネル分の信号光送信部１２−１〜１２−ｍからの信号光のうち、Ｇ１の信号光送信部１２−１〜１２−ｊからの各信号光がそれぞれ同一の偏光状態Ｐ１となるように合波器１３−１で合波されるとともに、Ｇ２の信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍからの各信号光がそれぞれ同一の偏光状態Ｐ２となるように合波器１３−２で合波される。
【００７１】
この結果、Ｇ１からの各信号光の偏光状態Ｐ１と、Ｇ２からの各信号光の偏光状態Ｐ２とが相互に直交した状態で各信号光が偏波スクランブラ１４−１に入力され、一括して偏波スクランブルが施される。
つまり、本実施形態における装置では、波長多重された複数チャンネルの信号光のうち、Ｇ１の信号光送信部１２−１〜１２−ｊからの各信号光と、Ｇ２の信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍからの各信号光とに対し、偏波スクランブラ１４−１によりそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施されるので、隣接チャンネルの偏光状態を常に直交する（異なる）状態にして、波長多重信号を伝送することができる。
【００７２】
従って、この場合も、隣接チャンネルの信号光から受ける影響を大幅に削減でき、これにより、波長多重信号の伝送時に生じるＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響を確実に抑制して、波長多重信号の伝送品質を大幅に向上させることができる。
また、このとき、Ｇ１の信号光送信部１２−１〜１２−ｊからの各信号光と、Ｇ２の信号光送信部１２−（ｊ＋１）〜１２−ｍからの各信号光とに対し、偏波スクランブラ１４−１によりそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルが施されるので、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施さなくとも、同一の周波数ｆ１で偏波スクランブルを施せばよいので、より簡単に、隣接チャンネルの信号光により生じる非線形光学効果の影響を確実に抑制して、波長多重信号の伝送品質を大幅に向上させることができる。
【００７３】
なお、本実施形態においても、上述の偏光方位Ｐ１，Ｐ２は、必ずしも上述のごとく直交させる必要はなく、所要量異なるようにしても、十分、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる非線形光学効果の影響を抑制できる。
（ｃ）第３実施形態の説明
図１３は本発明の第３実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図１３においても、１２−１〜１２−ｍ（ｍは自然数）はそれぞれ１〜ｍチャンネル用の信号光送信部、１３−１〜１３−３はそれぞれ１：１分岐定偏波カプラを用いて構成された合波器、１４−１は偏波スクランブラ、１５−１は偏波スクランブラ１４−１用の偏波スクランブル周波数ｆ１の信号を出力する発振器である。
【００７４】
そして、本実施形態では、例えば、各信号光送信部１２−１〜１２−ｍが、奇数チャンネル（ｃｈ．１，３，５，・・・，２ｉ−１：ｉは自然数）用の信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（２ｉ−１）のグループ（奇数チャンネルグループ）と、偶数チャンネル（ｃｈ．２，４，６，・・・，２ｉ）用の信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉのグループ（奇数チャンネルグループ）とに分割されている。
【００７５】
つまり、この図１３に示す装置は、図１２により前述した装置におけるグループ１（Ｇ１：一部の信号光送信部）を奇数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（２ｉ−１）として構成するとともに、グループ２（Ｇ２：残りの信号光送信部）を偶数チャンネルの信号光用信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉとして構成されている。
【００７６】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送では、波長多重された１〜ｍチャンネル分の信号光のうち、短波長側（又は、長波長側）から数えて奇数番目の各信号光（信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１２−（２ｉ−１）からの各信号光）がそれぞれ同一の偏光状態Ｐ１となるように合波器１３−１で合波されるとともに、短波長側（又は、長波長側）から数えて偶数番目の信号光（信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉからの各信号光）がそれぞれ同一の偏光状態Ｐ２となるように合波器１３−２で合波される。
【００７７】
その後、各合波器１３−１，１３−２で合波された各信号光は、それぞれ偏光状態Ｐ１と偏光状態Ｐ２とが相互に直交した状態（Ｐ１⊥Ｐ２）を保って偏波スクランブラ１４−１に入力されて、偏波スクランブラ１４−１により周波数ｆ１で一括して偏波スクランブルが施される。なお、このとき、各信号光の光スペクトルとチャンネル配置は、例えば、図１４に示すようになり、隣接チャンネル（ｃｈ．２ｊとｃｈ．２ｋ−１：ただし、ｊ，ｋはそれぞれ自然数）の信号光の偏光状態が相互に異なる（直交する）状態となる。
【００７８】
このように、本実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、ＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響が最も大きくなる隣接チャンネル間の偏光状態Ｐ１，Ｐ２を直交させることができるので、図１２により前述した装置に比して、より有効に波長多重信号伝送時の非線形光学効果を抑制して、波長多重信号の伝送品質を向上させることができる。
【００７９】
なお、本実施形態においても、上述の偏光方位Ｐ１，Ｐ２は、必ずしも上述のごとく直交させる必要はない。
（ｄ）第４実施形態の説明
図１５は本発明の第４実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図であるが、この図１５に示す装置は、図１３により前述した偏波スクランブラ１４−１が現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１と予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１をそなえて二重化され、さらに、各信号光送信部１２−１〜１２−２ｉが現用信号光送信部１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉと予備用信号光送信部１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉとをそなえて二重化されることにより、各チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．２ｉが現用チャンネルｃｈ．１（Ｗ）〜ｃｈ．２ｉ（Ｗ）と予備用チャンネルｃｈ．１（Ｐ）〜ｃｈ．２ｉ（Ｐ）とに二重化されている。
【００８０】
なお、この場合は、合波器１３−７として、図１０により前述したような特性を有する１：１分岐定偏波カプラには必ず２つの出力ポートが存在することから、これを用いて上述のような二重化（冗長構成）を実現している。また、１５Ｗ−１，１５Ｐ−１はそれぞれ現用，予備用の発振器、１８Ｗ，１８Ｐはそれぞれ現用，予備用の光増幅器である。
【００８１】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、各光増幅器１８Ｗ，１８Ｐが非動作状態においては信号光を遮断するスイッチの役割を果たし、動作時にはポストアンプとしての役割を果たす。見方を変えれば、ポストアンプ（光増幅器１８Ｗ）自信も冗長となる。
つまり、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１と予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１との切り替えと、現用信号光送信部１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉと予備用信号光送信部１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉとの切り替えを連動させることにより、信頼度の低い能動部品で構成された部分を冗長することが可能になる。
【００８２】
従って、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１や現用信号光送信部１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１，予備用信号光送信部１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性が大幅に向上する。
なお、図１５において、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１，予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１，現用発振器１５Ｗ−１，予備用発振器１５Ｐ−１，現用ポストアンプ１８Ｗ，予備用ポストアンプ１８Ｐ，合波器１３−８からなる破線で囲んだ部分は、例えば、図１６に示すように、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１，予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１，現用発振器１５Ｗ−１，予備用発振器１５Ｐ−１，光スイッチ部１９をそなえて構成しても、光スイッチ部１９の切り替えにより、現用偏波スクランブラ１４Ｗ−１や現用信号光送信部１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラ１４Ｐ−１，予備用信号光送信部１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉにより処理を継続することができる。
【００８３】
なお、このように、各信号光送信部１２−１〜１２−２ｉを二重化することや、偏波スクランブラ１４−１を二重化することは、本実施形態のみならず、前述の第１〜第３実施形態及び後述する第５〜第７実施形態においても適用できる。
（ｅ）第５実施形態の説明
図１７は本発明の第５実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図１７においても、１２−１〜１２−ｍ（ｍは自然数）は複数チャンネルｃｈ．１〜ｃｈ．ｍ用の信号光送信部で、それぞれ第１実施形態にて前述したものと同様に、レーザ・ダイオード（ＬＤ）１２１と変調部１２２とをそなえて構成されている。また、１３は第１実施形態にて前述したものと同様の合波器、１４−１〜１４−ｍはそれぞれ偏波スクランブラ、１５−１〜１５−ｍはそれぞれ偏波スクランブラ用の発振器である。
【００８４】
ここで、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−ｍは、それぞれ対応する発振器１５−１〜１５−ｍからの偏波スクランブル用の信号（周波数ｆ１〜ｆｍ）を受けることにより、各信号光送信部１２−１〜１２−ｍからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すものである。
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重されたｍチャンネル分の全ての信号光に対して、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−ｍによってそれぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルが施されたのち、全チャンネル１〜ｍ分の各信号光は合波器１３で合成されて出力される。
【００８５】
この結果、波長多重された各信号光は、その偏光状態の相対関係が周期的に変化し、偏光状態の相対関係が全信号光で平均化されて、波長多重信号伝送時のＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響が抑制される。なお、図１８は各信号光のスペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
以下、このように各信号光に対して異なった周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すことによって、偏光状態の相対関係が全信号光で平均化されることについて詳述する。
【００８６】
ＷＤＭ（波長多重）システム中で発生する信号光間のＦＷＭの発生効率は、光ファイバの非線形定数，入力光パワー，零分散波長と信号光波長との差などに依存するが、その他に、信号光の偏光方向にも依存する。例えば、３種類の波長の異なる信号光が光ファイバ中で非線形相互作用することにより発生するＦＷＭの発生効率は、３つの信号光がすべて同じ偏光方位である時を「１」とすると、各信号光のそれぞれが任意の偏光方位にあるときの発生効率の平均値は３／８と削減されることが分かっている。
【００８７】
そこで、上述のように、波長多重された各信号光のそれぞれに対して、偏波スクランブラ１４−１〜１４−ｍで異なった周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すことにより、各信号光がそれぞれ異なった偏光方位（偏光状態）に設定され、さらに、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−ｍにより各信号光の偏光方位が回転するように調整すれば、伝送路のあらゆる場所での偏光状態が偏波スクランブル周期よりも十分長い距離（時間）において平均化される。
【００８８】
つまり、このように波長多重信号光のそれぞれに施す偏波スクランブルをそれぞれ異なった周期（周波数）で行なうことにより、ある時点で、ＦＷＭが大きく発生してしまう組み合わせの信号光の偏光状態が一致したとしても、次の瞬間にはその偏光状態が異なった状態となり、スクランブル周期よりも十分長い時間（距離）では、各信号光の偏光状態の組み合わせを平均化してＦＷＭの発生効率を減少させることができるのである。
【００８９】
なお、このとき、各偏波スクランブラ１４−１−１４−ｍでは、例えば、図１９（ａ）〜（ｅ）に示すように、各信号光にＢ／２（Ｂ：ビットレート）以上の周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すことにより、信号の１ビット中で相互作用する光の偏光（偏波）状態が平均化され、信号光間のＦＷＭの発生効率が抑圧される。
【００９０】
また、この場合、スクランブル周波数ｆ１〜ｆｍとして取りうる周波数値として、「０（無変調）」を加えることができる。つまり、例えば、図１７に示す構成において、偏波スクランブラ１４−１を省略して、各信号光送信部１２−１〜１２−ｍの少なくとも一部の信号光送信部１２−２〜１２−ｍからの信号光に対してそれぞれ異なる周波数ｆ２〜ｆｍ（ｍ＞２の場合）、または周波数ｆ２（ｍ＝２の場合）で偏波スクランブルが施されるようにしても、十分、ＦＷＭの発生効率を抑制することができる。ただし、この場合、隣接チャンネルの信号光の偏波スクランブル周波数は異なる値にしなければならない。
【００９１】
なお、このように、スクランブル周波数ｆ１〜ｆｍとして取りうる周波数値として、「０（無変調）」を加えることは、本実施形態のみではなく、前述の第１〜第４実施形態及び後述する第６，第７実施形態においても適用することができる。
このように、本実施形態における偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、波長多重されたｍチャンネル分の信号光に対して、それぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆｍで偏波スクランブルを施すことにより、各信号光の偏光状態の相対関係を全信号光で平均化して、波長多重信号を伝送するので、波長多重信号伝送時のＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響を有効に抑制することができる。
【００９２】
従って、波長多重信号の伝送品質を大幅に向上させることができ、これにより、波長多重度の高密度化（伝送帯域の有効利用），伝送路の長距離化に大いに寄与する。
さて、ところで、ＦＷＭの発生効率が最も高い信号光の組み合わせは、信号光の光周波数差が小さい場合、すなわち、隣接チャンネルの信号光同士の相互作用が最も伝送特性に影響を与える。そこで、隣接チャンネルの信号光同士の偏波スクランブル周波数はなるべく大きく異なる組み合わせが良い。ここで、偏波スクランブルの動作範囲はせいぜい数十ＧＨｚであるので、取りうるスクランブル周波数は数種類である。これを隣接チャンネルの信号光同士でなるべく離れた値になるように組み合わせる。
【００９３】
今、取りうるスクランブル周波数がｆｎ＝Ｂ／２×ｎ（ただし、ｎ＝１〜５）の５種類である仮定すると、例えば、図２０に示すように、各信号光の波長（λ１，λ２，λ３，・・・）に対してスクランブル周波数をそれぞれｆ１，ｆ４，ｆ２，ｆ５，ｆ３，ｆ１，・・・・のように設定すれば、隣接チャンネルの信号光に対するスクランブル周波数は必ずＢ（ビットレート）以上異なり、且つ、同じ周波数の信号光も５×Δλ（ただし、Δλは信号波長間隔）離れた場所に現れるので、ＦＷＭの発生効率をさらに有効に抑制することができる。
【００９４】
ここで、基本となるスクランブル周波数がｆｎ＝Ｂ／２としたことについて、簡単に説明する。例えば、２本の信号光（２チャンネル分の信号光）を考えた場合、ＦＷＭなどの非線形光学効果はこれら２信号光の偏波状態が、平行状態か直交状態かで、発生効率が最大，最小になり、それ以外の偏波状態では、偏波の揃い方により発生効率が変化するので、２信号光のパルスが同時に立ち上がり、立ち下がる場合、１信号光の偏波が一定であるとすると、他のパルスの偏波がパルス内で平行状態から直交状態に変化した場合に、１タイムスロット内での偏波が平均化されたことになる。
【００９５】
従って、１タイムスロット内で半周期偏波が回転するスクランブル周波数（Ｂ／２）は、ＦＷＭの発生効率低減に効果的で、これを偏波スクランブル基本周波数とすることが有効である。
また、前述の各実施形態にて前述したように、隣接チャンネルの信号光同士の偏光方位を直交させることは非常に有効である。すなわち、隣接チャンネルの信号光の偏波スクランブル周波数は同じ周波数であっても偏光方位が常に直交していれば、この２波によるＦＷＭの発生効率は理論的には（偏波分散がない理想的なファイバ中で）零になる。従って、最もＦＷＭの発生効率が高い組み合わせの信号光同士による発生効率を零にできれば、ＦＷＭの影響を大幅に低減することができる。
【００９６】
例えば、伝送路の偏波分散による影響が小さい場合、即ち偏波分散の小さい伝送路を用いるか、偏波分散があまり効かない数１００キロ程度のシステムでは、偏波スクランブラへの入射光の偏波を＋４５°，−４５°とする、あるいは変調印加用電気信号の位相を１８０°ずらすなどして、伝送路の送信側で偏波の向きを隣接チャンネルの信号光同士で相互に直交するように入射し、ビットレート（Ｂ）程度の同一周波数で偏波スクランブルを行なえば、各信号光の偏光方位を伝送中ほぼ一定して直交状態に保つことができるので、ＦＷＭ発生効率の最も高い組み合わせである隣接チャンネルの信号光同士の相互作用をほとんど除去でき、ＦＷＭの影響を大幅に低減することができる。
【００９７】
しかし、このように隣接チャンネルの信号光の偏波状態を直交させた場合でも、周波数が同じ場合にはさらにその外側にある信号との偏波は一致してしまい、波長間隔に見合っただけの四光子混合が発生してしまう。
そこで、例えば、図２１に示すように、偏光状態を直交状態に設定した２つの信号光（λ２とλ３，λ４とλ５など）を１組とし、これらを図２０に示すような組み合わせで波長配置すれば、隣接チャンネルの信号光以外の組み合わせによるＦＷＭの発生効率をも低減することができる。
【００９８】
また、偏波スクランブルとは位相変調（周波数変調）を行なっていることと同意であるので、偏波スクランブルを行なうことにより、例えば、図２２に示すように、各信号光のスペクトルが広がる。従って、発生するＦＷＭのスペクトルも広がってしまうが、このとき、スクランブル周波数がビットレート（Ｂ）程度であれば、図２３に示すように、その一部が受信フィルタの帯域から外れるので、受信器に入力するＦＷＭによる雑音成分を低減させることができる。
【００９９】
（ｆ）第６実施形態の説明
図２４は本発明の第６実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図２４においても、１２−１〜１２−Ｎ（Ｎは自然数）はそれぞれ波長多重されるべき複数のチャンネル（ｃｈ．１〜ｃｈ．Ｎ）用の信号光を生成して出力する信号光送信部、１３−１〜１３−Ｍ（ただし、Ｍ＜Ｎ），１６はそれぞれ入力信号光を合波して波長多重する合波器、１４−１〜１４−Ｍはそれぞれ偏波スクランブラ、１５−１〜１５−Ｍはそれぞれ各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍ用の発振器で、それぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆＭの信号を発振するようになっている。
【０１００】
そして、本実施形態では、図２４に示すように、各信号光送信部１２−１〜１２−Ｎが、信号光送信部１２−１〜１２−ｉ（ただし、ｉ＜Ｎ）からなるグループ１（Ｇ１），信号光送信部１２−（ｉ＋１）〜１２−ｊ（ただし、ｉ＋１＜ｊ＜Ｎ）からなるグループ（Ｇ２），・・・，信号光送信部１２−ｋ〜１２−Ｎ（ただし、ｊ＜ｋ＜Ｎ）からなるグループＭ（ＧＭ）の複数のグループ（Ｇ１〜ＧＭ）に分割され、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍによって、それぞれ異なる周波数ｆ１〜ｆＭで偏波スクランブルが施されるようになっている。
【０１０１】
つまり、１グループからの信号光対に対しては、それぞれ対応する偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍにより同一の周波数で偏波スクランブルが施されるが、異なったグループからの信号光対に対しては、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍ毎にそれぞれ異なった周波数ｆ１〜ｆＭで偏波スクランブルが施されるようになっている。
【０１０２】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重されたＮチャンネル分の信号光がＧ１〜ＧＭ毎に数チャンネルずつの単位でそれぞれ各合波器１３−１〜１３−Ｍで合波され、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍにより、同一グループからの信号光に対しては同一の周波数で偏波スクランブルが施されるとともに、異なるグループからの信号光に対してはそれぞれグループ単位毎に異なる周波数ｆ１〜ｆＭで偏波スクランブルが施されたのち、全チャンネル分が合波器１６で合波されて出力される。
【０１０３】
従って、図１７により前述した装置に比して、偏波スクランブラの数をｍ個からＭ個に削減して、より簡素な構成で、各信号光の偏光状態の相対関係を全信号光で平均化して、波長多重信号伝送時の非線形光学効果の影響を抑制し、波長多重信号の伝送品質を向上させることができる。
なお、本実施形態においても、図１５により前述したように、各偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍはそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、本装置の信頼性を大幅に向上させることができる。
【０１０４】
（ｇ）第７実施形態の説明
図２５は本発明の第７実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図で、この図２５においても、１２−１〜１２−２ｉ（ｉは自然数）はそれぞれ波長多重されるべき複数のチャンネル（ｃｈ．１〜ｃｈ．２ｉ）用の信号光を生成して出力する信号光送信部、１３−１，１３−３はそれぞれ入力信号光を合波して波長多重する合波器、１４−１，１４−２はそれぞれ偏波スクランブラ、１５−１，１５−２はそれぞれ各偏波スクランブラ１４−１，１４−２用の発振器で、この発振器１５−１，１５−２はそれぞれ異なる周波数ｆ１，ｆ２の信号を発振するようになっている。
【０１０５】
そして、本実施形態では、各信号光送信部１２−１〜１２−２ｉが奇数チャンネル（ｃｈ．１，３，・・・，２ｉ＋１）の信号光のグループ（信号光送信部１−１，１−３，・・・，１−（２ｉ−１））と、偶数チャンネル（ｃｈ．２，４，・・・，２ｉ）の信号光のグループ（信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉ）とに分割されている。
【０１０６】
つまり、本実施形態では、図２４により上述した装置における複数の信号光送信部１２−１〜１２−２ｉを奇数チャンネルのグループと偶数チャンネルのグループとに分割するとともに、複数の偏波スクランブラ１４−１〜１４−Ｍを、２つの偏波スクランブラ１４−１′，１４−２′として構成している。
ここで、偏波スクランブラ（第１偏波スクランブラ）１４−１′は、奇数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１−（２ｉ＋１）からの信号光に対して、周波数ｆ１（第１周波数）で偏波スクランブルを施すものであり、偏波スクランブラ（第２偏波スクランブラ）１４−２′は、偶数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉからの信号光に対して、上記の周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２（第２周波数）で偏波スクランブルを施すものである。
【０１０７】
このような構成により、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置では、波長多重された複数のチャンネル（ｃｈ．１〜ｃｈ．２ｉ）の信号光のうち、短波長側（又は、長波長側）から数えて奇数番目の信号光、つまり、信号光送信部１２−１，１２−３，・・・，１−（２ｉ＋１）からの信号光が合波器１３−１で合波されたのち、一方の偏波スクランブラ１４−１′によりそれぞれ同一の周波数ｆ１で偏波スクランブルが施される。
【０１０８】
一方、短波長側（又は、長波長側）から数えて偶数番目の信号光、つまり、信号光送信部１２−２，１２−４，・・・，１２−２ｉからの信号光は合波器１３−２で合波されたのち、他方の偏波スクランブラ１４−２′によりそれぞれ周波数ｆ１と異なる周波数ｆ２で偏波スクランブルが施される。
その後、各偏波スクランブラ１４−１′，１４−２′から出力される全チャンネル分の各信号光は、合波器１３−３で合波されたのち波長多重信号として出力される。なお、図２６は各信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【０１０９】
つまり、上述の装置では、複数の信号光送信部１２−１〜１２−２ｉを奇数チャンネルの信号光のグループと偶数チャンネルの信号光のグループとに分割することで、隣接チャンネルの信号光の周波数を一定周波数だけ異なった状態（偏光状態）にしておき、さらに、各偏波スクランブラ１４−１′，１４−２′によって奇数チャンネルグループからの信号光と偶数チャンネルグループからの信号光とに対してそれぞれ異なる周波数ｆ１，ｆ２で偏波スクランブルを施すことによって、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互により大きく異なった状態にすることができるのである。
【０１１０】
このように、本実施形態における偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、複数の信号光送信部１２−１〜１２−２ｉを奇数チャンネルの信号光のグループと偶数チャンネルの信号光のグループとに分割して、異なるグループ毎にそれぞれ異なった周波数ｆ１，ｆ２で偏波スクランブルを施すので、ＦＷＭやＸＰＭなどの非線形光学効果の影響が最も大きくなる隣接チャンネルの各信号光に対して、その偏光状態の相対関係を変化させて平均化することができ、図２４により前述した装置に比して、さらに効果的に、波長多重信号の伝送品質を向上させることができる。
【０１１１】
また、この場合は、図２４に示す装置に比して、２つの偏波スクランブル１４−１′，１４−２′のみを用いればよいので、より簡素な構成で、上述のような効果が得られる。
なお、本実施形態においても、各偏波スクランブラ１４−１′及び１４−２′は、図１５により前述したように、それぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、本装置の信頼性も大幅に向上する。
【０１１２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法によれば、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すことにより、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互に異なる状態にして（相互関係を変化させて）、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を平均化したのち、波長多重信号を伝送することができるので、波長多重信号伝送時に、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を大幅に削減できる。従って、特に、波長多重信号伝送時に生じる四光子混合波信号などの非線形光学効果を効率的に抑制して、波長多重信号の伝送特性を大幅に向上させることができ、これにより、波長多重度の高密度化（伝送帯域の有効利用），伝送路の長距離化に大いに寄与する。
【０１１３】
なお、このとき、上記の波長多重された複数チャンネルの全てのチャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施せば、より確実に、隣接チャンネルの信号光の偏光状態の相互関係を変化させて非線形光学効果の影響を平均化して削減することができるが、少なくとも一部のチャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数または所定の周波数で偏波スクランブルを施しても、十分、非線形光学効果の影響を削減できる。
【０１１４】
また、前記複数チャンネルのうちの特定のチャンネルである着目チャンネルの信号光に所定周波数で偏波スクランブルを施した場合、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光の波長に隣接する波長をもつ隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差が、着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と着目チャンネルの信号光の波長に隣接しない波長をもつ非隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差よりも大きくなるように設定すれば、隣接チャンネルの信号光の偏光状態をさらに相互に大きく異なる状態にできるので、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる非線形光学効果の影響をさらに大幅に削減して、波長多重信号の伝送品質を向上させることができる。
【０１１５】
さらに、本発明の偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法によれば、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる偏光方位で偏波スクランブルを施すことにより、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なる状態にして、波長多重信号を伝送することができるので、この場合も、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる非線形光学効果の影響を大幅に削減でき、波長多重信号の伝送品質を大幅に向上させることができる。
【０１１６】
また、このとき、上記の波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施さなくとも、同一の周波数で偏波スクランブルを施せば、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なる状態にして、波長多重信号を伝送することができるので、より簡単に、非線形光学効果の影響を減少させることができる。
【０１１７】
なお、このとき、上記の波長多重された複数チャンネルの信号光のうちのある一対のチャンネルの信号光対に対しては、それぞれ異なる偏光方位であって且つ同一の周波数で偏波スクランブルを施すとともに、上記の波長多重された複数チャンネルの信号光のうちの他の一対のチャンネルの信号光対に対しては、それぞれ異なる偏光方位であって且つ上記ある一対のチャンネルの信号光対に対して施す周波数とは異なった周波数で偏波スクランブルを施せば、さらに、各信号光送信部からの各信号光の偏光状態を相互に大きく異なる状態にできるので、より効率的に、非線形光学効果の影響を減少させることができる。
【０１１８】
また、具体的に、上述の異なる偏光方位として、相互に直交する偏光方位を選べば、最も有効に、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を異なる状態にして、隣接チャンネルの信号光の相互作用による影響を削減することができる。
次に、本発明に関連する偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、波長多重されるべき複数チャンネル用の複数の信号光送信部と、各信号光送信部からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施す複数の偏波スクランブラとをそなえて構成されるので、波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、各偏波スクランブラによりそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すことができ、これにより、上述の方法を適用した装置を極めて簡素な構成で容易に実現することができる。
【０１１９】
具体的に、この場合は、複数の信号光送信部の全ての信号光送信部からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すべく、複数の偏波スクランブラをそなえて構成されるので、各偏波スクランブラにより複数の信号光送信部の全ての信号光送信部からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すことができ、より確実に、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を複数チャンネルの信号光全体で平均化して削減することができる。
【０１２０】
なお、上述の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置は、複数の信号光送信部の少なくとも一部の信号光送信部からの信号光に対してそれぞれ異なる周波数または所定の周波数で偏波スクランブルを施すべく、複数または１つの偏波スクランブラをそなえて構成し、少なくとも一部のチャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数または所定の周波数で偏波スクランブルを施しても、十分、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を削減できる。
【０１２１】
また、本発明に関連する偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、複数の信号光送信部を複数のグループに分割し、異なったグループを構成する信号光送信部からの信号に対しては、複数の偏波スクランブラによりそれぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施すので、偏波スクランブラの数を大幅に削減して、より簡素な構成で、各グループ毎の信号光の偏光状態を相互に異なった状態にできる。
【０１２２】
なお、上述の複数の偏波スクランブラをそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
また、このとき、複数の信号光送信部を奇数チャンネルの信号光のグループと偶数チャンネルの信号光のグループとに分割し、奇数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部からの信号光に対して、第１偏波スクランブラにより第１周波数で偏波スクランブルを施し、偶数チャンネルの信号光のグループを構成する信号光送信部からの信号光に対して、第２偏波スクランブラにより第１周波数とは異なる第２周波数で偏波スクランブルを施すこともできるので、さらに、簡素な構成で、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互により大きく異なった状態にできる。
【０１２３】
なお、この場合も、上述の第１偏波スクランブラ及び第２偏波スクランブラをそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
【０１２４】
さらに、本発明に関連する偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、波長多重されるべき複数チャンネル用の複数の信号光送信部をそなえ、複数の信号光送信部のうちの一部の信号光送信部と残りの信号光送信部とでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成するとともに、複数の信号光送信部からの信号光に対しては、同一の周波数で偏波スクランブルを施す偏波スクランブラが設けられているので、複数のチャンネルの信号光に対し、偏波スクランブラによりそれぞれ異なる偏光方位で且つ同一の周波数で偏波スクランブルを施して、隣接チャンネルの偏光状態を所要量異なった状態にすることができる。従って、上述の方法を適用した装置を極めて簡素な構成で容易に実現することができる。
【０１２５】
また、このとき、一部の信号光送信部を奇数チャンネルの信号光用信号光送信部として構成するとともに、残りの信号光送信部を偶数チャンネルの信号光用信号光送信部として構成すれば、予め隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互に異なった状態にしておくことができるので、さらに、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を相互に大きく異なった状態にして、隣接チャンネルの信号光の相互作用により生じる影響を削減することができる。
【０１２６】
さらに、このとき、複数の信号光送信部のうちの一部の信号光送信部と残りの信号光送信部とでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すように構成すれば、最も有効に、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を異なった状態にして、隣接チャンネルの信号光の相互作用による影響を削減することができる。
【０１２７】
なお、この場合も、上述の偏波スクランブラを現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
また、本発明に関連する偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置によれば、奇数チャンネル用の信号光送信部のうちの一部と残りとでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成するとともに、奇数チャンネルからの信号光に対しては、第３周波数で偏波スクランブルを施す第３偏波スクランブラを設け、且つ、偶数チャンネル用の信号光送信部のうちの一部と残りとでそれぞれ異なる偏光方位となるように構成するとともに、偶数チャンネルからの信号光に対しては、第３周波数とは異なる第４周波数で偏波スクランブルを施す第４偏波スクランブラが設けられるので、各信号光の偏光状態を、奇数チャンネルの一部と残りの信号光，偶数チャンネルの一部と残りの信号光というように、より細かく異なった状態にすることができる。従って、より効率的に隣接チャンネルの信号光の相互作用による影響を削減することができる。
【０１２８】
なお、この場合も、第３偏波スクランブラ及び第４偏波スクランブラをそれぞれ現用偏波スクランブラと予備用偏波スクランブラをそなえて二重化すれば、現用偏波スクランブラが使用不能となった場合でも、予備用偏波スクランブラにより処理を継続することができるので、本装置の信頼性も大幅に向上する。
【０１２９】
また、このとき、奇数チャンネルの信号光用信号光送信部のうちの一部の信号光送信部と残りの信号光送信部とでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すとともに、偶数チャンネルの信号光用信号光送信部のうちの一部の信号光送信部と残りの信号光送信部とでそれぞれ直交する偏光方位で偏波スクランブルを施すように構成されるので、最も有効に、隣接チャンネルの信号光の偏光状態を異なった状態にして、隣接チャンネルの信号光の相互作用による影響を削減することができる。
【０１３０】
なお、上述の信号光送信部をそれぞれ現用信号光送信部と予備用信号光送信部とをそなえて二重化すれば、現用信号光送信部が使用不能となった場合でも、予備用信号光送信部により処理を継続することができるので、さらに、本装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理ブロック図である。
【図２】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図３】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図４】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図５】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図６】 本発明に関連する技術の原理ブロック図である。
【図７】本発明の第１実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第１実施形態における信号光送信部の構成を示すブロック図である。
【図９】第１実施形態における偏波スクランブラの構成を示す斜視図である。
【図１０】第１実施形態における１：１分岐定偏波カプラの特性の一例を示す図である。
【図１１】第１実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置にかかる信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】第３実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置にかかる信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【図１５】本発明の第４実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】第４実施形態において偏波スクランブラを二重化した構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第５実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置にかかる信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【図１９】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の動作を説明するための図である。
【図２０】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の他の動作を説明するための図である。
【図２１】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の他の動作を説明するための図である。
【図２２】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の他の動作を説明するための図である。
【図２３】第５実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の他の動作を説明するための図である。
【図２４】本発明の第６実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】本発明の第７実施形態としての偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の構成を示すブロック図である。
【図２６】第７実施形態の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置にかかる信号光の光スペクトルとチャンネル配置の一例を示す図である。
【図２７】（ａ），（ｂ）はそれぞれ四光子混合波（ＦＷＭ光）を説明するための図である。
【図２８】従来の偏波スクランブル式波長多重信号伝送装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１−１〜１−Ｎ，１２−１〜１２−ｍ，１２−１〜１２−Ｎ 信号光送信部
２，２−１〜２−Ｎ，２−１〜２−Ｍ 偏波スクランブラ
２−１′ 第１偏波スクランブラ
２−２′ 第２偏波スクランブラ
２−１″ 第３偏波スクランブラ
２−２″ 第４偏波スクランブラ
３，３−１〜３−Ｍ，４，４−１，４−２，５ 合波部
１２Ｗ−１〜１２Ｗ−２ｉ 現用信号光送信部
１２Ｐ−１〜１２Ｐ−２ｉ 予備用信号光送信部
１３−１〜１３−Ｍ，１６ 合波器
１４−１′，１４−２′，１４−１〜１４−ｍ，１４−１〜１４−Ｍ 偏波スクランブラ（ＰＳ）
１４Ｗ−１ 現用偏波スクランブラ
１４Ｐ−１ 予備用偏波スクランブラ
１５−１〜１５−ｍ，１５−１〜１５−Ｍ 発振器
１５Ｗ−１ 現用発振器
１５Ｐ−１ 予備用発振器
１７ 光ファイバ
１８Ｗ，１８Ｐ 増幅器（ポストアンプ）
１９ 光スイッチ部
１２１ レーザ・ダイオード（ＬＤ）
１２２ 変調部（ＭＯＤ）
１４１ 導波管
１４２ ＬｉＮｂＯ3 導波路
１４３，１４４ 電極
Ｒ１ 終端抵抗
Claims (1)
- 波長多重された複数チャンネルの信号光に対し、それぞれ異なる周波数で偏波スクランブルを施して、波長多重信号を伝送する偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法であって、
前記複数チャンネルのうちの特定のチャンネルである着目チャンネルの信号光に所定周波数で偏波スクランブルを施した場合、該着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と該着目チャンネルの信号光の波長に隣接する波長をもつ隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差が、該着目チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数と該着目チャンネルの信号光の波長に隣接しない波長をもつ非隣接チャンネルの信号光に対して施す偏波スクランブルの周波数との周波数差よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする、偏波スクランブル式波長多重信号伝送方法。
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