JP3829112B2 - 偏波モード分散補償装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、超高速光通信システムにおいて伝送速度又は伝送距離の制限要因となり得る光伝送路の偏波モード分散を補償するための偏波モード分散補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、光通信システムの伝送速度として、より高速なものが求められており、例えば、４０Ｇｂｐｓ以上の超高速光通信システムが開発、実用化されている。
【０００３】
このような４０Ｇｂｐｓ以上の超高速光通信システムの光ファイバケーブルにおいては、比較的大きな偏波分散が生じ、これが伝送速度又は伝送距離の制限要因となる。この偏波分散は、以下のように発生する。すなわち、伝送用光ファイバケーブル２００のコアの偏心や、コアに対して非軸対称な応力が印加されることにより、基底モードの縮退が解け、互いに直交したＴＥ波とＴＭ波である２つの偏波成分の光信号の伝搬速度の違いにより、図２８に示すように、ＴＥ波とＴＭ波の間で群遅延時間差が生じる。その結果、光パルス信号において時間軸方向で広がりが生じるために、通信システムにおける伝送速度や伝送距離を制限する。
【０００４】
このような問題を解決するためには、受信端において偏波状態を制御し、伝送用光ファイバケーブル２００の光伝送路とは逆の群遅延時間差を発生させることにより群遅延時間差を補償する方法が必要になる。また、この光伝送路の偏波モード分散は環境と共に変化するため、環境の変化とともに、補償量を制御することが必要になる。さらに、超高速光通信システムにおいては、偏波モード分散のほかに、波長分散又は偏波モード分散の波長依存性も問題となり、これらも補償する必要がある。
【０００５】
図２９は、特許文献１の図１において開示された、従来技術に係る可動ミラー２０３を備えた偏波モード分散補償装置の構成を示すブロック図である。図２９に示すように、この偏波モード分散補償装置においては、入力された光信号を、偏波分離器２０１によりＴＭ波とＴＥ波とに分離し、可動ミラー２０３を矢印２０３ｃの方向で位置２０３ａ，２０３ｂの間で移動させることにより、ＴＥ波の遅延量を制御する。これにより、ＴＥ波と、ＴＭ波との間の群遅延時間差が実質的に最小となるように調整し、調整後のＴＭ波及びＴＥ波は、再度偏波合成器２０２により合成され、合成後の光信号が出力される。
【０００６】
図２９に図示された偏波モード分散補償装置においては、可動ミラー２０３などの可動部分を含むために、機械的な劣化により動作不良となるなど、良好な信頼性を得ることができないという問題点があった。また、この偏波モード分散補償装置においては、偏波モード分散を制御できるが、波長分散や偏波モード分散の波長依存性は制御できないという問題点もあった。
【０００７】
一般に、偏波モード分散補償装置においては、可動部分を含まないことが必要であり、また、波長分散や偏波モード分散の波長依存性も制御できることが望ましい。
【０００８】
以上の問題点を解決するために、図３０に示すように、特許文献２の図２において、差動遅延システム１０１９と光再合成器１０２２を備えた偏波モード分散補償装置が開示され、以下の動作が特許文献２において開示されている。すなわち、コントローラ１０１０からの制御信号に基づいて、偏波コントローラ１００７により偏光状態が制御された光信号は偏光ビームスプリッタ１００８によりＴＥ波とＴＭ波を分離される。分離されたＴＥ波とＴＭ波はそれぞれ、差動遅延システム１０１９に出力されるとともに、検出器１０１５，１０１６によって検出されて電気信号に変換された後、分散測定回路１０１７に出力される。差動遅延システム１０１９は入力されるＴＥ波とＴＭ波に対して互いに、連続的な可変差動遅延量Ｔを与えて光再合成器１０２２に出力してこれら２つの偏波を再合成する。一方、分散測定回路１０１７は、分離されたＴＥ波とＴＭ波の時間差ｔを測定し、これに基づいてコントローラ１０１０への制御信号が最大となるように制御する。コントローラ１０１０は時間差ｔの大きさに依存し、上記連続的な可変差動遅延量Ｔに対して影響を与える制御信号１０２４を差動遅延システム１０１９に出力し、この制御信号１０２４に応答して差動遅延システム１０１９はＴ＝ｔとなるように入力されるＴＥ波とＴＭ波を制御して光再合成器１０２２に出力する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１９６０４６号公報（図１）
【特許文献２】
米国特許第６，２７１，９５２号の明細書（図６）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２の図２において開示された偏波モード分散補償装置においては、偏光ビームスプリッタ１００８により分離された各光信号の時間差ｔを測定し、それを用いて偏波コントローラ１００７と差動遅延システム１０１９の両方を制御しているため、制御処理はきわめて難しくなり、応答速度も遅くなる。また、上記光信号の偏波モード分散を制御できるが、波長分散や偏波モード分散の波長依存性を制御できないという問題点があった。
【００１１】
本発明の第１の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して、偏波コントローラなど確実にかつ高速で制御することができる偏波モード分散補償装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は上記第１の目的に加えて、波長分散や偏波モード分散の波長依存性も制御できる偏波モード分散補償装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る偏波モード分散補償装置は、入力される光信号に含まれる２つの偏波の偏波軸のそれぞれが光伝送路の互いに直交する光軸のそれぞれに実質的に一致するように前記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
第１と第２と第３のポートを有し、前記偏波制御手段から出力された光信号が第１のポートを介して入力されるように接続され、入力された光信号を互いに実質的に直交する２つの偏波成分の光信号に分離してそれぞれ第２と第３のポートを介して出力する一方、第２と第３のポートを介して入力される２つの光信号を合波して第１のポートを介して出力する偏波分離合成手段と、
前記偏波分離合成手段の第２のポートから出力された光信号が第１の光伝送路の入力端から入力されるように接続された第１の光伝送路であって、前記第１の光伝送路の入力端と出力端の間に前記第１の光伝送路に沿って形成され、前記第１の光伝送路の入力端から入力された光信号のうち特定の波長領域成分を前記第１の光伝送路の入力端に反射する第１のグレーティングを備えた第１の光伝送路と、
前記偏波分離合成手段の第３のポートから出力された光信号が第２の光伝送路の入力端から入力されるように接続された第２の光伝送路であって、前記第２の光伝送路の入力端と出力端の間に、前記第２の光伝送路に沿って形成され、前記第２の光伝送路の入力端から入力された光信号のうち特定の波長領域成分を前記第２の光伝送路の入力端に反射する第２のグレーティングを備えた第２の光伝送路と、
前記第１の光伝送路の出力端から出力される前記第１の光伝送路を通過した光信号のベースバンド信号のスペクトル成分のパワーを検出して当該パワーの値を表す第１の検出信号を出力する第１の検出手段と、
前記第２の光伝送路の出力端から出力される前記第２の光伝送路を通過した光信号のベースバンド信号のスペクトル成分のパワーを検出して当該パワーの値を表す第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、
前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の和または差の演算を実行し、当該演算結果の値を表す第１の出力信号を出力する第１の演算手段と、
前記第１の演算手段が前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の和を演算する場合には、前記第１の出力信号が実質的に最大となるように前記偏波制御手段を制御し、前記第１の演算手段が前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の差を演算する場合には、前記第１の出力信号が実質的に最大または最小となるように前記偏波制御手段を制御する第１の制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態について説明する。以下の図面において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１である偏波モード分散補償装置１０１の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る偏波モード分散補償装置１０１は、図１に示すように、偏波制御器１と、光サーキュレータ２と、偏波分離合成器３と、それぞれチャープグレーティングを有する２本の光ファイバケーブル４，５と、各光ファイバケーブル４，５にそれぞれ設けられた中心波長制御装置４１，５１とを備え、中心波長制御装置４１，５１によって、チャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を制御することにより当該偏波モード分散補償装置１０１に入力される光信号の偏波モード分散を補償することを特徴としている。
【００１６】
図１において、当該偏波モード分散補償装置１０１に入力される光信号は、光ファイバケーブル９１を介して公知の偏波制御器１に入力される。偏波制御器１は１／４波長板１１と１／２波長板１２を備えて構成され、１／４波長板１１に印加される制御信号Ｓｃ１と、１／２波長板１２に印加される制御信号Ｓｃ２の各レベルを調整することにより各波長板１１，１２を伝搬する光信号の偏波の回転角度を調整し、これにより、入力側の光ファイバケーブル９１を伝搬する光信号の偏波軸が出力側の光ファイバケーブル９２の光軸に実質的に一致するように上記光信号の偏波状態を制御する。次いで、偏波制御器１から出力される光信号は、光ファイバケーブル９２を介して、３個のポートＰ１乃至Ｐ３を有する光サーキュレータ２の第１のポートＰ１に入力された後、その第２のポートＰ２から出力される。この光信号は光ファイバケーブル９３を介して、３個のポートＰ１１乃至Ｐ１３を有する偏波分離合成器３にその第１のポートＰ１１を介して入力され、偏波分離合成器３は入力された光信号をＴＭ波とＴＥ波とに分離して出力する。
【００１７】
上記分離された光信号のうち、偏波分離合成器３の第２のポートＰ１２から出力されるＴＭ波の光信号は、偏波分離合成器３の第２のポートＰ１２に接続され、中心波長制御装置４１を備えチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に入力された後、当該チャープグレーティングにより入力された光信号の所定の波長帯域成分が反射され、偏波分離合成器３の第２のポートＰ１２に戻される。一方、偏波分離合成器３の第３のポートＰ１３から出力されるＴＥ波の光信号は、偏波分離合成器３の第３のポートＰ１３に接続され、中心波長制御装置５１を備えチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル５に入力された後、当該チャープグレーティングにより入力された光信号の所定の波長帯域成分が反射され、偏波分離合成器３の第３のポートＰ１３に戻される。偏波分離合成器３に戻されたＴＭ波とＴＥ波の光信号は、偏波分離合成器３により合成され、合成後の光信号は、第１のポートＰ１１から光ファイバケーブル９３を介して、光サーキュレータ２の第２のポートＰ２に入力された後、その第３のポートＰ３から出力され、光ファイバケーブル９４を介して当該偏波モード分散補償装置１０１から出力される。
【００１８】
光ファイバケーブル４は、グレーティングを有しない光ファイバケーブルに対して、公知のチャープマスクを介して紫外線を照射することにより、その長手方向に対して屈折率が所定の関数で変化するようにチャープグレーティングを形成して構成される。また、光ファイバケーブル５も光ファイバケーブル４と実質的に同様のチャープグレーティングを有するように形成される。ここで、チャープグレーティングとは、グレーティング周期又はピッチが、例えば、図１のように光ファイバケーブル４，５の長手方向に対して変化しているものであり、グレーティングの反射波長λは次式で表される。
【００１９】
【数１】
λ＝２ｎΛ
【００２０】
ここで、ｎは屈折率であり、Λはグレーティング周期である。グレーティング周期Λが変化している場合には、チャープグレーティングの長手方向の位置により反射波長が異なる。従って、波長により群遅延時間が異なることになり、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４，５の群遅延の波長特性は図３（ａ）に示すように、傾斜した特性を有する。
【００２１】
図２（ａ）は図１のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長制御装置４１の第１の実施例４１ａの構成を示す概略ブロック図である。図２（ａ）において、光ファイバケーブル４の長手方向に沿って、光ファイバケーブル４に熱的に結合するように温度制御用ヒータ４２を設け、その温度制御用ヒータ４２に所定の動作電圧を供給する制御電圧発生器４３を接続する。制御電圧発生器４３は、入力される制御信号Ｓｃ１１に従って、温度制御用ヒータ４２に印加する動作電圧を制御することにより、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４の温度を制御する。すなわち、光ファイバケーブル４の温度を変化させることにより、公知の熱光学効果により、光ファイバケーブル４の屈折率ｎを変化させ、これにより、上記数１から明らかなように、チャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を変化させることができる。
【００２２】
図２（ｂ）は図１のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長制御装置４１の第２の実施例４１ｂの構成を示す概略ブロック図である。図２（ｂ）において、光ファイバケーブル４の図上左側の端部が固定点４５で固定される一方、光ファイバケーブル４の図上右側の端部は支持棒４６に連結される。応力制御用アクチュエータ４４は、入力される制御信号Ｓｃ１２に従って、支持棒４６を光ファイバケーブル４の長手方向に平行であってその右側終端部に向かう方向（矢印４７で示される方向）に引っ張ることにより、光ファイバケーブル４を当該方向に引っ張り応力を印加する。応力制御用アクチュエータ４４は制御信号Ｓｃ１２に従って上記引っ張り応力を制御することにより、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４のグレーティングの位置を物理的に変化させて、光ファイバケーブル４のグレーティング周期Λを変化させ、これにより、上記数１から明らかなように、チャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を変化させることができる。
【００２３】
図２（ｃ）は図１のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長制御装置４１の第３の実施例４１ｃの構成を示す概略ブロック図である。図２（ｃ）において、光ファイバケーブル４の両側であってその長手方向に沿って、光ファイバケーブル４に所定の電界を印加することができるように１対の電界制御用電極４７ａ，４７ｂを設け、その電界制御用電極４７ａ，４７ｂに所定の動作電圧を供給する制御電圧発生器４８を接続する。制御電圧発生器４８は、入力される制御信号Ｓｃ１３に従って、電界制御用電極４７ａ，４７ｂに印加する動作電圧を制御することにより、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に印加される電界を制御する。すなわち、光ファイバケーブル４への電界を変化させることにより、公知の電気光学効果により、光ファイバケーブル４の屈折率ｎを変化させ、これにより、上記数１から明らかなように、チャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を変化させることができる。
【００２４】
なお、光ファイバケーブル５においても、光ファイバケーブル４と同様に、中心波長制御装置４１ａ，４１ｂ，４１ｃと同様の構成を有する中心波長制御装置５１が設けられる。
【００２５】
ところで、中心波長制御装置４１の動作前においては、２つの光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングは互いに実質的に同様の反射率特性や群遅延特性を有するように形成されており、図３（ａ）に示すようにＴＭ波とＴＥ波の反射率特性や群遅延特性は重なっている。しかしながら、図２（ａ）、図２（ｂ）又は図２（ｃ）に図示した中心波長制御装置４１により、例えば、片方のチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長をシフトさせると、図３（ｂ）に示すように反射率特性や群遅延特性においてＴＭ波とＴＥ波の間で有意差が生じ、これにより、ＴＭ波とＴＥ波との間の群遅延特性の差である偏波モード分散（Polarization mode dispersion：以下、ＰＭＤという。）が発生する。従って、中心波長制御装置４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより印加する温度、応力又は電界に実質的に比例したＰＭＤを発生させることができ、ＰＭＤを制御することができる。
【００２６】
以上の説明では、中心波長制御装置４１の動作前においては、２つの光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングは互いに同様の反射率特性や群遅延特性を有するように形成したとしたが、反射される光信号の波長帯域の中心波長が互いに異なっている２つの光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングを使用してもよい。その場合にはＰＭＤはゼロではなく、所定のＰＭＤ値を有する。ＰＭＤ値をゼロにするためには、２つの光ファイバケーブル４，５の各チャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長が等しくなるように、温度、応力又は電界を制御すればよい。
【００２７】
以上の実施の形態においては、２本の光ファイバケーブル４，５はそれぞれ中心波長制御装置４１，５１を備えているが、少なくとも一方の光ファイバケーブル４，５において中心波長制御装置４１，５１を備えるように構成してもよい。
【００２８】
以上の実施の形態においては、チャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を制御することで、ＰＭＤを制御することができるため、光ファイバケーブルなどの光伝送路のＰＭＤを実質的にゼロとなるように補償することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、中心波長制御装置４１，５１をそれぞれ備えチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４，５と、偏波分離合成器３とを用いて偏波モード分散補償装置１０１を構成することにより、チャープグレーティングにより反射される波長帯域の中心波長を変化させることにより、入力される光信号のＰＭＤを制御できる。また、図２９に図示された従来技術の可動ミラー２０３を備えた偏波モード分散補償装置のような可動部分を含まないために、機械的な劣化により信頼性が損なわれることを防止し、当該従来技術に比較して信頼性を改善できる。さらに、チャープグレーティングにより光信号を反射させているため、図２９に図示された従来技術のように、偏波分離器２０１と偏波合成器２０２の両方を用意する必要が無く、１つの偏波分離合成器３で構成できるため、当該装置の構成が簡単となり、製造コストを大幅に低減できる。またさらに、チャープグレーティングにより光信号を反射させているため、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示す反射率特性のように、当該偏波モード分散補償装置１０１は波長フィルタ機能を有するという特有の効果がある。
【００３０】
以上の実施の形態においては、偏波分離合成器３とを用いて偏波モード分散補償装置１０１を構成することにより、チャープグレーティングにより反射される波長帯域の中心波長を変化させることにより、入力される光信号のＰＭＤを制御しているが、本発明はこれに限らず、２つのチャープグレーティングにより反射される２つの光信号の波長帯域の中心波長を互いに異なるように固定的に設定してもよい。
【００３１】
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４，５はチャープグレーティングを有しているが、本発明はこれに限らず、均一のグレーティング周期を有する均一ピッチグレーティングを有するように構成してもよい。
【００３２】
以上の実施の形態においては、光サーキュレータ２を用いて当該偏波モード分散補償装置１０１に入力される光信号と、当該偏波モード分散補償装置１０１から出力される光信号とを分離しているので、例えば、光サーキュレータ２を偏波制御器１の前段に設ける比較例に比較して、出力される光信号が偏波制御器１を通過しないので、通過損失をより低くすることができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４は、本発明に係る実施の形態２である偏波モード分散補償装置１０２の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る偏波モード分散補償装置１０２は、図４に示すように、偏波制御器１と、光サーキュレータ２と、偏波分離合成器３と、２個の光遅延制御器６，７と、それぞれ均一ピッチグレーティングを有する２本の光ファイバケーブル４ａ，５ａとを備え、光遅延制御器６，７によってそれを通過する光信号の光遅延量を制御することにより当該偏波モード分散補償装置１０２に入力される光信号の偏波モード分散を補償することを特徴としている。
【００３４】
図４の偏波モード分散補償装置１０２が、図１の偏波モード分散補償装置１０１と異なる点は、以下の通りである。
（ａ）中心波長制御装置４１，５１をそれぞれ備え、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４，５に代えて、中心波長制御装置を備えず、均一ピッチグレーティングを有する光ファイバケーブル４ａ，５ａを設けたこと。
（ｂ）偏波分離合成器３と光ファイバケーブル４ａとの間に光遅延制御器６を挿入して設けるとともに、偏波分離合成器３と光ファイバケーブル５ａとの間に光遅延制御器７を挿入して設けたこと。
以下、これら相違点を中心に詳細に説明する。
【００３５】
図４において、偏波分離合成器３により分離されて出力されるＴＭ波の光信号は、偏波分離合成器３の第２のポートＰ１２から光ファイバケーブル９５を介して光遅延制御器６に入力されてその光遅延量が制御信号Ｓｃ２１に従って制御された後、均一ピッチグレーティングを有する光ファイバケーブル４ａに入力される。当該均一ピッチグレーティングにより入力された光信号の所定の波長帯域成分が反射され、光ファイバケーブル９５を介して偏波分離合成器３の第２のポートＰ１２に戻される。一方、偏波分離合成器３により分離されてその第３のポートＰ１３から出力されるＴＥ波の光信号は、光ファイバケーブル９６を介して光遅延制御器７に入力されてその光遅延量が制御信号Ｓｃ２２に従って制御された後、均一ピッチグレーティングを有する光ファイバケーブル５ａに入力される。当該均一ピッチグレーティングにより入力された光信号の所定の波長帯域成分が反射され、光ファイバケーブル９６を介して偏波分離合成器３の第３のポートＰ１３に戻される。偏波分離合成器３にそれぞれ戻されたＴＭ波とＴＥ波の光信号は、偏波分離合成器３により合成され、合成後の光信号は、光ファイバケーブル９３を介して、光サーキュレータ２の第２のポートＰ２に入力された後、その第３のポートＰ３から出力され、光ファイバケーブル９４を介して当該偏波モード分散補償装置１０２から出力される。
【００３６】
本実施の形態において、均一ピッチグレーティングとは、グレーティング周期が図４に示すように光ファイバケーブル４ａ，５ａの長手方向に対して均一であるものである。光ファイバケーブル４ａ，５ａは、グレーティングを有しない光ファイバケーブルに対して、公知の均一ピッチマスクを介して紫外線を照射することにより、その長手方向に対して屈折率が一定の周期で変化するように均一ピッチグレーティングを形成して構成される。このグレーティングの反射波長λは上記数１と同様に表される。ここで、均一ピッチグレーティングを有する光ファイバケーブル４ａ，５ａの群遅延の波長特性は図６（ａ）に示すように、ＴＭ波及びＴＥ波ともにほぼ平坦な特性を示す。
【００３７】
図５は、図４の光遅延制御器６，７の構成を示すブロック図であり、光遅延制御器６，７は図５に示すように互いに同様に構成される。図５において、光スイッチ６１，６２は、制御信号Ｓｃ２１，Ｓｃ２２に従って、互いに連動して、１つの共通端子を、Ｎ個の接点のうちのいずれか１つの接点に選択的に接続するものである。光スイッチ６１の共通端子は光ファイバケーブル９５又は９６に接続され、光スイッチ６２の共通端子は光ファイバケーブル４ａ，５ａに接続される。また、光スイッチ６１のＮ個の接点のうち、第１の接点は光ファイバケーブル６３−１を介して、光スイッチ６２のＮ個の接点のうちの第１の接点に接続される。さらに、光スイッチ６１の第２の接点は光ファイバケーブル６３−２を介して、光スイッチ６２の第２の接点に接続される。以下同様にして、光スイッチ６１の第ｎの接点は光ファイバケーブル６３−ｎを介して、光スイッチ６２の第ｎの接点に接続され、ここで、ｎ＝３，４，…，Ｎである。以上の光ファイバケーブル６３−１乃至６３−Ｎの各長さは互いに異なるように構成され、光スイッチ６１，６２を互いに連動して切り換えることにより、光ファイバケーブル９５又は９６から光ファイバケーブル４ａ又は５ａに通過する光信号の光遅延量を変化させることができる。
【００３８】
本実施の形態においては、図５に図示された光遅延制御器６，７が設けられており、均一ピッチグレーティングを有する光ファイバケーブル４ａ，５ａに入力されかつそれに反射されて出力される各光信号の光遅延量を制御することができる。ここで、ＴＭ波側の光遅延制御器６の遅延量と、ＴＥ波側の光遅延制御器７の遅延量とが同一の場合において、均一ピッチグレーティングを有する２つの光ファイバケーブル４ａ，５ａは互いに同様な反射率特性や、平坦な群遅延特性を有するように形成されており、従って、図６（ａ）に示すように、反射率特性や群遅延特性はＴＭ波とＴＥ波に対して重なっている。しかしながら、例えば、ＴＭ波側の光遅延制御器６の光遅延量を大きくすると、図６（ｂ）に示すように、ＴＭ波とＴＥ波の群遅延特性に差が生じ、ＴＭ波とＴＥ波の群遅延特性の差であるＰＭＤが発生する。ただし、ＴＭ波とＴＥ波の反射率特性に実質的に差が生じない。従って、各光遅延制御器６，７の光遅延量を変化することにより、当該偏波モード分散補償装置１０２に入力された光信号のＰＭＤを制御でき、当該ＰＭＤを実質的にゼロとなるように補償することができる。
【００３９】
本実施の形態においては、ＴＭ波側とＴＥ波側の両方に光遅延制御器６，７を設けることにより、ＴＭ波とＴＥ波の両方の光遅延量を制御できるが、本発明はこれに限らず、ＴＭ波側とＴＥ波側のうちの少なくとも一方に光遅延制御器を設けるように構成してもよい。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、均一ピッチグレーティングを有する光ファイバケーブル４ａ，５ａと、それらにそれぞれ接続された光遅延制御器６，７と、偏波分離合成器３とを用いて偏波モード分散補償装置１０２を構成することにより、光遅延制御器６，７のうちの少なくとも一方の光遅延量を変化させることにより、入力される光信号のＰＭＤを制御できる。また、図２９に図示された従来技術の可動ミラー２０３を備えた偏波モード分散補償装置のような可動部分を含まないために、機械的な劣化により信頼性が損なわれることを防止し、当該従来技術に比較して信頼性を改善できる。さらに、均一ピッチグレーティングにより光信号を反射させているため、図２９に図示された従来技術のように、偏波分離器２０１と偏波合成器２０２の両方を用意する必要が無く、１つの偏波分離合成器３で構成できるため、当該装置の構成が簡単となり、製造コストを大幅に低減できる。またさらに、均一ピッチグレーティングにより光信号を反射させているため、図６（ａ）又は図６（ｂ）に示す反射率特性のように、当該偏波モード分散補償装置１０２は波長フィルタ機能を有するという特有の効果がある。
【００４１】
また、本実施の形態においては、均一ピッチグレーティングを有する光ファイバケーブル４ａ，５ａを用いているので、実施の形態１のように、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４，５を用いる場合に比較して、光ファイバケーブルをより簡単に製造できる。
【００４２】
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４ａ，５ａは均一ピッチグレーティングを有しているが、本発明はこれに限らず、チャープグレーティングを有するように構成してもよい。
【００４３】
図７は、本発明に係る実施の形態２の変形例である偏波モード分散補償装置１０２ａの構成を示すブロック図である。この変形例に係る偏波モード分散補償装置１０２ａが、図４の偏波モード分散補償装置１０２と比較して以下の点が異なる。
（ａ）光遅延制御器６に代えて、固定された長さを有する光ファイバケーブル９７を設けた。
（ｂ）光遅延制御器７に代えて、上記光ファイバケーブル９７の長さとは異なる光ファイバケーブル９８を設けた。
【００４４】
以上のように構成された偏波モード分散補償装置１０２ａにおいては、ＴＭ波とＴＥ波との間で光遅延量を固定的に設定することができ、固定されたＰＭＤ値を有する偏波モード分散補償装置１０２ａとなる。すなわち、設計時に予め決められた所定の光遅延量を設定して製造してもよい。
【００４５】
さらに、光遅延制御器６に、固定された長さを有する光ファイバケーブル９７を連結して併用する一方、光遅延制御器７に、上記光ファイバケーブル９７の長さとは異なる光ファイバケーブル９８を連結して併用してもよい。この場合においては、好ましくは、例えば、光伝送路のＰＭＤのほとんどを、光ファイバケーブル９７，９８により補償し、残りの微少なＰＭＤを光遅延制御器６，７により補償するようにしてもよい。
【００４６】
実施の形態３．
図８は、本発明に係る実施の形態３である偏波モード分散補償装置１０３の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る偏波モード分散補償装置１０３は、図８に示すように、偏波制御器１と、光サーキュレータ２と、偏波分離合成器３と、それぞれチャープグレーティングを有する２本の光ファイバケーブル４，５と、各光ファイバケーブル４，５にそれぞれ設けられた中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１とを備え、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１によって、チャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を制御することにより当該偏波モード分散補償装置１０３に入力される光信号の偏波モード分散を補償するとともに、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１によって、チャープグレーティングにより反射される光信号の群遅延特性の傾きを制御することにより当該偏波モード分散補償装置１０３に入力される光信号の波長分散を制御することを特徴としている。
【００４７】
図８に図示された本実施の形態に係る偏波モード分散補償装置１０３が、図１に図示された実施の形態１に係る偏波モード分散補償装置１０１と比較して以下の点が異なる。
（ａ）光ファイバケーブル４に設けられる中心波長制御装置４１に代えて、中心波長及びチャープ率制御装置７１を設けた。
（ｂ）光ファイバケーブル５に設けられる中心波長制御装置５１に代えて、中心波長及びチャープ率制御装置８１を設けた。
【００４８】
以下、これら相違点である中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１の実施例について詳細に説明する。
【００４９】
図９（ａ）は図８のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長及びチャープ率制御装置７１の第１の実施例７１ａの構成を示す概略ブロック図である。図９（ａ）において、光ファイバケーブル４の長手方向に沿って、光ファイバケーブル４に熱的に結合するように例えば５個である複数個の温度制御用ヒータ７２−１乃至７２−５を設け、それら温度制御用ヒータ７２−１乃至７２−５にそれぞれ所定の動作電圧を供給する制御電圧発生器７３−１乃至７３−５を接続する。各制御電圧発生器７３−１乃至７３−５は、入力される制御信号Ｓｃ３１乃至Ｓｃ３５に従って、各温度制御用ヒータ７２−１乃至７２−５に印加する動作電圧を制御することにより、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４の長手方向の温度分布を制御する。すなわち、光ファイバケーブル４の長手方向の温度分布を変化させることにより、公知の熱光学効果により、光ファイバケーブル４の長手方向の屈折率分布又はその傾きであるチャープ率を変化させ、これにより、上記数１から明らかなように、２つのチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の反射率特性や群遅延特性を変化させることができる。ここで、光ファイバケーブル４の長手方向の温度の平均値を変化させることにより、光ファイバケーブル４の長手方向の屈折率の平均値を変化させ、これにより、２つのチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を変化させることができる。また、光ファイバケーブル４の長手方向の温度分布の傾きを変化させることにより、光ファイバケーブル４の長手方向の屈折率分布の傾きであるチャープ率を変化させ、これにより、２つのチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域における群遅延特性の波長分散を変化させることができる。
【００５０】
図９（ｂ）は図８のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長及びチャープ率制御装置７１の第２の実施例７１ｂの構成を示す概略ブロック図である。図９（ｂ）において、光ファイバケーブル４が１対の挟設用平板７４ａ，７４ｂにより挟設され、それら挟設用平板７４ａ，７４ｂの長手方向の左右端部を支持台７５ａ，７５ｂにより、挟設用平板７４ａ，７４ｂを水平に保持するように支持する。また、２個の応力制御用アクチュエータ７６ａ，７６ｂはそれぞれ応力印加棒７７ａ，７７ｂを有し、応力印加棒７７ａ，７７ｂの先端が挟設用平板７４ａの上面に接触し、光ファイバケーブル４においてチャープグレーティングが形成された部分よりも両方の外側の位置に対して垂直方向（矢印７７ｃで示された方向）に応力を印加することにより光ファイバケーブル４に対してその長手方向とは垂直な方向に応力を印加する。ここで、各応力制御用アクチュエータ７６ａ，７６ｂは制御信号Ｓｃ４１，Ｓｃ４２に従って、上記応力分布を制御することにより、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４のグレーティングの形状等を物理的に変化させて、光ファイバケーブル４のグレーティング周期の分布を変化させる。すなわち、光ファイバケーブル４の長手方向の応力分布を変化させることにより、光ファイバケーブル４の長手方向のグレーティング周期の分布又はその傾きであるチャープ率を変化させ、これにより、２つのチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の反射率特性や群遅延特性を変化させることができる。ここで、光ファイバケーブル４の長手方向の応力分布の平均値を変化させることにより、光ファイバケーブル４の長手方向のグレーティング周期の平均値を変化させ、これにより、２つのチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を変化させることができる。また、光ファイバケーブル４の長手方向の応力分布の傾きを変化させることにより、光ファイバケーブル４の長手方向のグレーティング周期の分布の傾きであるチャープ率を変化させ、これにより、２つのチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域における群遅延特性の波長分散を変化させることができる。
【００５１】
図９（ｃ）は図８のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長及びチャープ率制御装置７１の第３の実施例７１ｃの構成を示す概略ブロック図である。図９（ｃ）において、光ファイバケーブル４の両側であってその長手方向に沿って、光ファイバケーブル４に所定の電界を印加することができるように例えば５対である複数対の電界制御用電極７８ａ−１，７８ｂ−１；７８ａ−２，７８ｂ−２；７８ａ−３，７８ｂ−３；７８ａ−４，７８ｂ−４；７８ａ−５，７８ｂ−５を設け、それら各対の電界制御用電極７８ａ−１，７８ｂ−１；７８ａ−２，７８ｂ−２；７８ａ−３，７８ｂ−３；７８ａ−４，７８ｂ−４；７８ａ−５，７８ｂ−５にそれぞれ所定の動作電圧を供給する制御電圧発生器７９−１乃至７９−５を接続する。各制御電圧発生器７９−１乃至７９−５は、入力される制御信号Ｓｃ５１乃至Ｓｃ５５に従って、上記各対の電界制御用電極７８ａ−１，７８ｂ−１；７８ａ−２，７８ｂ−２；７８ａ−３，７８ｂ−３；７８ａ−４，７８ｂ−４；７８ａ−５，７８ｂ−５に印加する動作電圧を制御することにより、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に印加される長手方向の電界分布を制御する。すなわち、光ファイバケーブル４の長手方向の電界分布を変化させることにより、公知の電気光学効果により、光ファイバケーブル４の長手方向の屈折率分布又はその傾きであるチャープ率を変化させ、これにより、上記数１から明らかなように、２つのチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の反射率特性や群遅延特性を変化させることができる。ここで、光ファイバケーブル４の長手方向の電界の平均値を変化させることにより、光ファイバケーブル４の長手方向の屈折率の平均値を変化させ、これにより、２つのチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域の中心波長を変化させることができる。また、光ファイバケーブル４の長手方向の電界分布の傾きを変化させることにより、光ファイバケーブル４の長手方向の屈折率分布の傾きであるチャープ率を変化させ、これにより、２つのチャープグレーティングにより反射される光信号の波長帯域における群遅延特性の波長分散を変化させることができる。
【００５２】
なお、光ファイバケーブル５においても、光ファイバケーブル４と同様に、中心波長及びチャープ率制御装置７１ａ，７１ｂ，７１ｃと同様の構成を有する中心波長及びチャープ率制御装置８１が設けられる。
【００５３】
中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１の動作前においては、２本の光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングは互いに同様な反射率特性及び群遅延特性を有するように形成され、図３（ａ）に示すようにＴＭ波とＴＥ波の各波長特性は重なっている。しかしながら、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１により、温度、応力又は電界の平均値を制御し、片方の光ファイバケーブル４又は５のチャープグレーティングの中心波長をシフトさせると、図３（ｂ）に示すように群遅延特性に差が生じ、ＴＭ波とＴＥ波の群遅延特性の差であるＰＭＤが発生する。これにより、印加する温度、応力又は電界に実質的に比例したＰＭＤを発生させることができ、ＰＭＤを制御できる。そして、ＰＭＤがゼロになるように補償することもできる。
【００５４】
さらに、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１により両方のチャープグレーティングの温度、応力又は電界の分布を、その傾きを変化させるように、図１０の符号８２，８３，８４に示すごとく制御すると、当該チャープグレーティングのチャープ率が変化するために、ＰＭＤ≠０のときを示す図１１（ａ）の群遅延特性から図１１（ｂ）の群遅延特性となるように、群遅延特性の傾きを制御でき、これにより、群遅延特性をより平坦となるように当該群遅延の波長分散特性を制御できる。
【００５５】
以上の説明では、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１の動作前において、２本の光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングは互いに同様な反射率特性や群遅延特性を有するように形成されている場合について説明した。しかしながら、中心波長及びチャープ率が２本の光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティング間でもともと互いに異なっているように、当該チャープグレーティングを形成してもよい。この場合には、２つのチャープグレーティングのチャープ率が互いに等しくなるように、温度、応力又は電界の傾きを制御する必要がある。また、２つのチャープグレーティングの中心波長が互いに異なる場合には、ＰＭＤはゼロではなく、ある有意値を有する。ここで、ＰＭＤをゼロにするためには、２つのチャープグレーティングの中心波長が等しくなるように、温度、応力又は電界の平均値を制御すればよい。言い換えれば、本実施の形態においては、好ましくは、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１により、２つのチャープグレーティングの中心波長をそれぞれ独立に制御する一方、２つのチャープグレーティングのチャープ率を互いに同様に制御する。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１により、２つのチャープグレーティングの中心波長を制御することでＰＭＤを制御することができるため、例えば、光ファイバケーブルなどの光伝送路のＰＭＤがゼロとなるように補償することができる。さらに、２つのチャープグレーティングのチャープ率を制御することで、波長分散を制御することができるため、光伝送路の波長分散を補償し、例えば、群遅延の波長分散が実質的に無くなるように制御できる。ここでは、群遅延の特性を１次関数的に制御しているが、２次又は３次関数的に制御すれば、高次の波長分散の補償も可能となる。
【００５７】
以上のように構成された、実施の形態３に係る偏波モード分散補償装置１０３は、実施の形態１及び２に係る偏波モード分散補償装置１０１，１０２と同様の作用効果を有するとともに、これに加えて、光伝送路の波長分散を補償し、例えば、群遅延の波長分散が実質的に無くなるように制御できるという特有の効果を有する。
【００５８】
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４，５はチャープグレーティングを有しているが、本発明はこれに限らず、均一ピッチグレーティングを有するように構成してもよい。
【００５９】
実施の形態４．
図１２は、本発明に係る実施の形態４である偏波モード分散補償装置１０４の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る偏波モード分散補償装置１０４は、図１２に示すように、偏波制御器１と、光サーキュレータ２と、偏波分離合成器３と、それぞれチャープグレーティングを有する２本の光ファイバケーブル４，５と、各光ファイバケーブル４，５にそれぞれ設けられた中心波長及びチャープ率制御装置１７１，１８１とを備える。ここで、中心波長及びチャープ率制御装置１７１，１８１は、図８に図示された実施の形態３に係る中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１と同様の構成を有するが、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１と比較して、中心波長及びチャープ率の制御方法が以下に詳述するように異なる。
【００６０】
中心波長及びチャープ率制御装置１７１，１８１の動作前においては、２つの光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングは互いに同様な反射率特性及び群遅延特性を有するように形成され、図３（ａ）に示すようにＴＭ波とＴＥ波の上記各波長特性は重なっている。しかしながら、中心波長及びチャープ率制御装置１７１，１８１により、温度、応力又は電界の平均値を制御し、片方の光ファイバケーブル４又は５のチャープグレーティングの中心波長をシフトさせると、図３（ｂ）に示すように群遅延特性に差がＴＭ波とＴＥ波との間で生じ、ＴＭ波とＴＥ波の群遅延特性の差であるＰＭＤが発生する。従って、この実施の形態４においても、実施の形態２及び３と同様に、印加する温度、応力又は電界に実質的に比例したＰＭＤを発生させることができ、ＰＭＤを制御でき、特に、ＰＭＤをゼロとなるように補償することができる。
【００６１】
さらに、中心波長及びチャープ率制御装置１７１，１８１により各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングの温度、応力又は電界の傾きを、例えば、図１３に示すように制御し、すなわち、各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングの分布特性が互いに異なる傾きを有するように（例えば、図１３の例では、各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングの分布特性の傾きの絶対値は実質的に同じであるが、符号が異なるように）制御すると、各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングのチャープ率が異なる変化分布を示す。従って、各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングの分布特性の傾きは実質的に同じであるときに、例えば、図１４（ａ）に示す群遅延特性を有していた場合において、図１３に示すごとく各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングの温度、応力又は電界の傾きを設定したとき、図１４（ｂ）に示すように、ＴＭ波とＴＥ波の群遅延の差の波長特性を制御でき、すなわち、ＰＭＤの波長依存性を制御できる。
【００６２】
本実施の形態においては、好ましくは、中心波長及びチャープ率制御装置１７１，１８１により、２つのチャープグレーティングの中心波長をそれぞれ独立に制御する一方、２つのチャープグレーティングのチャープ率を独立に制御する。
【００６３】
従って、本実施の形態においては、図１５に示すように、各チャープグレーティングのチャープ率を制御することにより、ＰＭＤの波長依存性を制御できる一方、その中心波長を制御することによりＰＭＤの平均値を制御できる。
【００６４】
本実施の形態では、中心波長及びチャープ率制御装置１７１，１８１の動作前においては、２つのチャープグレーティングは互いに同様な反射率特性及び群遅延特性を有するように形成されているとしたが、中心波長及びチャープ率がもともと異なっている各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングを使用してもよい。中心波長が異なる場合にはＰＭＤの平均値はゼロではなく、ある所定値を有する。ＰＭＤをゼロにするためには、中心波長が等しくなるように温度、応力又は電界の平均値を制御すればよい。チャープ率が異なる場合には、ＰＭＤの波長依存性が存在するが、波長依存性を実質的に無くすためには、各光ファイバケーブル４，５のチャープ率が互いに実質的に同じになるように温度、応力又は電界の分布を制御すればよい。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングの中心波長を制御することで、ＰＭＤを制御することができるため、例えば光ファイバケーブルなどの光伝送路のＰＭＤを、例えばゼロとなるように補償することができる。さらに、２つの光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングのチャープ率をそれぞれ制御することで、光伝送路におけるＰＭＤの波長依存性を制御することができ、光伝送路のＰＭＤの波長依存性が実質的に無くなるように補償することができる。
【００６６】
従って、本実施の形態に係る偏波モード分散補償装置１０４は、実施の形態１，２，３に係る偏波モード分散補償装置１０１，１０２，１０３の作用効果と同様の作用効果を有するとともに、これに加えて、光伝送路におけるＰＭＤの波長依存性を制御することができ、光伝送路のＰＭＤの波長依存性が実質的に無くなるように補償することができるという特有の効果を有する。
【００６７】
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４，５はチャープグレーティングを有しているが、本発明はこれに限らず、均一ピッチグレーティングを有するように構成してもよい。
【００６８】
実施の形態５．
図１６は、本発明に係る実施の形態５である偏波モード分散補償装置１０５の構成を示すブロック図である。この実施の形態５に係る偏波モード分散補償装置１０５は、図１に図示された実施の形態１に係る偏波モード分散補償装置１０１に比較して以下の点で異なることを特徴としている。
（ａ）光信号モニタ１１１，１１２と、演算回路１１３と、コントローラ１１４とをさらに備えたこと。
（ｂ）光方向性結合器１２０と、光信号モニタ１１５と、コントローラ１１６とをさらに備えたこと。
（ｃ）偏波制御器１に入力される光信号は、送信側で所定のクロック信号を用いて、所定のディジタルデータ信号に従って強度変調されているものとする。
【００６９】
以下、これらの相違点について詳細に説明する。図１６において、各光信号モニタ１１１，１１２はそれぞれ、チャープグレーティングを有する各光ファイバケーブル４，５の終端側に設けられ、入力される光信号における所定の周波数のベースバンドスペクトルのレベルを検出し、その検出信号を演算回路１１３に出力する。ここで、各光信号モニタ１１１，１１２は、図１７に示すように、光電変換器１１７と、帯域通過フィルタ１１８と、パワー検出器１１９とを備えて構成される。各光信号モニタ１１１，１１２において、光電変換器１１７はフォトダイオードで構成され、入力される光信号を電気信号に光電変換した後、上記強度変調されたベースバンド信号のスペクトラム成分のうちの所定の狭帯域の周波数幅のスペクトラム成分のみを帯域ろ波する帯域通過フィルタ１１８を介してパワー検出器１１９に出力する。次いで、パワー検出器１１９は上記帯域通過ろ波されたスペクトラム成分の信号パワーを検出してそれを示す検出信号を図１６の演算回路１１３に出力する。なお、図１７に図示された光信号モニタ１１１，１１２の構成は、後述する光信号モニタ１１５，１４１，１４２と同様である。
【００７０】
演算回路１１３は、入力される２つの検出信号の和を演算し、演算された検出信号の和を示す制御信号をコントローラ１１４に出力し、コントローラ１１４は入力される制御信号に基づいて、上記検出信号の和が実質的に最大となるように偏波制御器１への制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２を発生して偏波制御器１を制御する。これにより、以下に後述するように、各光ファイバケーブル４，５からの光信号の波形歪みが実質的に最小になるように制御し、偏波制御器１を最適に制御することができる。なお、以上の実施の形態においては、上記検出信号の和が実質的に最大となるように偏波制御器１を制御しているが、本発明はこれに限らず、後述するように、上記検出信号の差が実質的に最大又は最小となるように偏波制御器１を制御してもよい。
【００７１】
ここで、演算回路１１３及びコントローラ１１４の制御動作について詳細説明する。まず、波形歪みが生じる前の光信号の信号波形（時間ｔにつれて変化する）をＦ（ｔ）とし、ＴＭ波とＴＥ波との間の群遅延時間差Δτ及び光強度分配比γを有するＰＭＤを与えたときに、図１８に示すように、光信号がＴＭ波とＴＥ波に分離した場合の光信号の信号波形は次式で表される。
【００７２】
【数２】
γＦ（ｔ−Δτ）＋（１−γ）Ｆ（ｔ）
【００７３】
次いで、各偏波の偏波面が図１９のように傾いているような一般的な場合（又は楕円偏光となっている場合）に、偏波分離合成器３により偏波分離すると、各偏波の光信号の信号波形は次式で表される。
【００７４】
【数３】
ＴＭ波：（１−β）γＦ（ｔ−Δτ）＋β（１−γ）Ｆ（ｔ）
【数４】
ＴＥ波：βγＦ（ｔ−Δτ）＋（１−β）（１−γ）Ｆ（ｔ）
【００７５】
ここで、βは光強度分配比であり、光強度分配比βが０又は１のときが偏波状態が最良であり、その際に図１８に示すように各偏波が垂直又は水平方向を向いている偏波状態となる。よって、偏波制御器１を最適に制御するためには光強度分配比βを検出し、それが０又は１となるように制御することが必要である。図１６の実施の形態において、各偏波を光信号モニタ１１１，１１２により受光した場合、ベースバンド信号のスペクトル成分は、上記光信号のフーリエ変換として次式で表される。
【００７６】
【数５】
ＴＭ波のフーリエ変換：
Ｐ_ＴＭ（ｆ）
＝｜∫｛（１−β）γＦ（ｔ−Δτ）＋β（１−γ）Ｆ（ｔ）｝
ｅｘｐ（ｉωｔ）ｄｔ｜^２
＝Ｋ_ＴＭ（ｆ）｜∫Ｆ（ｔ）ｅｘｐ（ｉωｔ）ｄｔ｜^２
【数６】
ＴＥ波のフーリエ変換：
Ｐ_ＴＥ（ｆ）
＝｜∫｛βγＦ（ｔ−Δτ）＋（１−β）（１−γ）Ｆ（ｔ）｝
ｅｘｐ（ｉωｔ）ｄｔ｜^２
＝Ｋ_ＴＥ（ｆ）｜∫Ｆ（ｔ）ｅｘｐ（ｉωｔ）ｄｔ｜^２
【００７７】
ここで、比例係数Ｋ_ＴＭ（ｆ），Ｋ_ＴＥ（ｆ）はそれぞれ次式で表される。なお、ω＝２πｆである。
【００７８】
【数７】
Ｋ_ＴＭ（ｆ）
＝（γ−β）^２＋４βγ（１−β）（１−γ）ｃｏｓ^２（πｆΔτ）
【数８】
Ｋ_ＴＥ（ｆ）
＝１−２β−２γ＋（β＋γ）^２
＋４βγ（１−β）（１−γ）ｃｏｓ^２（πｆΔτ）
【００７９】
ここで、比例定数Ｋ_ＴＭ（ｆ），Ｋ_ＴＥ（ｆ）の和及び差はそれぞれ次式で表される。
【００８０】
【数９】
Ｋ_ＴＥ（ｆ）＋Ｋ_ＴＭ（ｆ）
＝１＋２β（β−１）＋２γ（γ−１）
＋８βγ（１−β）（１−γ）ｃｏｓ^２（πｆΔτ）
【数１０】
Ｋ_ＴＥ（ｆ）−Ｋ_ＴＭ（ｆ）
＝（１−２β）（１−２γ）
【００８１】
上記数７乃至数１０の式の値を光強度分配比βの関数としてそれぞれ計算した結果を図２０に示す。図２０から明らかなように、比例定数の和（Ｋ_ＴＥ（ｆ）＋Ｋ_ＴＭ（ｆ））が実質的に最大となるように偏波制御器１を制御し、もしくは比例定数の差（Ｋ_ＴＥ（ｆ）−Ｋ_ＴＭ（ｆ））が実質的に最大又は最小となるようにすれば（後者の場合を変形例という。）、光強度分配比βを０又は１とすることができ、偏波制御器１により光信号の偏波状態を最適に制御できる。これにより、例えば、光信号の波形歪みを最小化できる。
【００８２】
ここで、比例定数Ｋ_ＴＥ（ｆ）は光信号モニタ１１２から出力される検出信号に比例し、偏波分離されたＴＥ波における波形歪みの大きさを表している。また、比例定数Ｋ_ＴＭ（ｆ）は光信号モニタ１１１から出力される検出信号に比例し、偏波分離されたＴＭ波における波形歪みの大きさを表している。従って、比例定数の和（Ｋ_ＴＥ（ｆ）＋Ｋ_ＴＭ（ｆ））は演算回路１１３から出力される制御信号に比例しており、この制御信号が実質的に最大となるように偏波制御器１を制御することにより、光信号の偏波状態を最適に制御できる。なお、変形例においては、比例定数の差（Ｋ_ＴＥ（ｆ）−Ｋ_ＴＭ（ｆ））に比例する制御信号を演算回路１１３から出力することができ、この制御信号が実質的に最大又は最小となるように偏波制御器１を制御することにより、光信号の偏波状態を最適に制御できる。
【００８３】
以上説明したように、演算回路１１３からの制御信号が実質的に最大となるように偏波制御器１が制御されるとき、偏波制御器１が最適に制御された状態であり、各偏波成分が偏波分離合成器３により図２１に示すように理想通りに分離される。偏波制御器１の最適に制御ができていないと、図２２に示すように、偏波分離合成器３による偏波分離後の各偏波信号の信号波形は歪んだものとなる。従って、この波形歪みを上述のように検出することにより、偏波制御器１の最適制御が可能となる。なお、図２１乃至図２３においては、図１８及び図１９の例とは異なり、ＴＥ波がＴＭ波よりも先行する一例を示している。また、光信号の各偏波成分が偏波分離合成器３により最適に分離された場合でも、図２３のようにＴＭ波又はＴＥ波のどちらかの光信号強度が非常に小さい場合、もしくは実質的にゼロの場合があり得る。そのため、各偏波のうちの一方のみをモニタする構成の場合には正常な制御ができなくなったり、誤差が大きくなる場合がある。そのため、本実施の形態では、各偏波成分の両方の波形歪みに関する情報を検出し、それらを演算回路１１３により演算処理している。
【００８４】
以上の実施の形態においては、チャープグレーティングを有する各光ファイバケーブル４，５から出力される光信号を用いて、波形歪みの大きさを表す信号を検出しているが、本発明はこれに限らず、偏波分離合成器３のポートＰ１２と光ファイバケーブル４のチャープグレーティングとの間に第１の光カプラを設けてチャープグレーティングに入射する光信号又はチャープグレーティングから出射する光信号を検出する一方、偏波分離合成器３のポートＰ１３と光ファイバケーブル５のチャープグレーティングとの間に第２の光カプラを設けてチャープグレーティングに入射する光信号又はチャープグレーティングから出射する光信号を検出し、これら検出された２つの光信号をそれぞれ光信号モニタ１１１，１１２に入力することにより、演算回路１１３からの制御信号を生成してもよい。なお、各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングにより光信号が完全に反射された場合には、透過光を用いることはできず、これら第１と第２の光カプラを用いる必要があるが、通常は数パーセント以上の光信号がチャープグレーティングを透過するため、図１６の構成を用いることができる。
【００８５】
次いで、コントローラ１１６による中心波長の制御について以下に説明する。図１６において、光サーキュレータ２のポートＰ３から出力される光信号は光方向性結合器１２０のポートＴ１、光導波路１２１及びポートＴ３を介して光ファイバケーブル９４ａに出力される。光方向性結合器１２０は４つのポートを有し、所定の結合比で互いに光学的に結合された２つの光導波路１２１，１２２を備えて構成される。光方向性結合器１２０において、ポートＴ３からポートＴ１への反射波の光信号を検出するためのポートＴ２は無反射終端されているが、ポートＴ１からポートＴ３への進行波の光信号を検出するためのポートＴ４により、光サーキュレータ２からの光信号を検出して、光信号モニタ１１５に出力する。光信号モニタ１１５は光信号モニタ１１１，１１２と同様の構成と動作を有し、入力される光信号を光電変換した後、ベースバンド信号のうちの所定のスペクトル成分の信号パワーを検出してそれを示す検出信号（上述のように、波形歪みの大きさを示す信号である。）をコントローラ１１６に出力する。これに応答して、コントローラ１１６は、入力される検出信号が実質的に最大となるようにチャープグレーティングの中心波長を調整するように、中心波長制御装置４１，５１により群遅延時間差を制御する。これにより、例えば、光ファイバケーブルなどの光伝送路のＰＭＤを実質的にゼロとなるように補償することができる。
【００８６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、実施の形態１に係る作用効果に加えて、演算回路１１３からの制御信号に基づいてコントローラ１１４により偏波制御器１を制御することにより、光信号の偏波状態を最適に制御できるとともに、光方向性結合器１２０から光信号モニタ１１５を介して得られる検出信号に基づいてコントローラ１１６を介して中心波長制御装置４１，５１により群遅延時間差を制御することにより、例えば、光ファイバケーブルなどの光伝送路のＰＭＤを実質的にゼロとなるように補償することができる。従って、実施の形態１に比較して、偏波制御器１の制御処理及びチャープグレーティングの中心波長制御装置４１，５１の制御処理を別々の光信号をモニタすることにより独立に実行できるために、各制御処理を確実にかつ高速で実行することができる。
【００８７】
以上の実施の形態においては、光信号モニタ１１１，１１２からコントローラ１１４までの第１の構成と、光方向性結合器１２０からコントローラ１１６までの第２の構成とを備えているが、本発明はこれに限らず、いずれか１つの構成のみを備えてもよい。
【００８８】
以上の実施の形態においては、光信号モニタ１１１，１１２，１１５を用いているが、本発明はこれに限らず、偏光度モニタを用いてもよい。偏光度モニタは、公知の通り、直線偏波からの偏光の度合いの量（すなわち、楕円偏光への度合いの量）である偏光度を測定することができるので、光信号の波形歪みの大きさを測定することができ、その大きさを示す検出信号を出力することができる。なお、偏光度モニタを用いるときは、光信号は無変調であってもよい。
【００８９】
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４，５はチャープグレーティングを有しているが、本発明はこれに限らず、均一のグレーティング周期を有する均一ピッチグレーティングを有するように構成してもよい。
【００９０】
実施の形態６．
図２４は、本発明に係る実施の形態６である偏波モード分散補償装置１０６の構成を示すブロック図である。この実施の形態６に係る偏波モード分散補償装置１０６は、図１６に図示された実施の形態５に係る偏波モード分散補償装置１０５に比較して、コントローラ１１６に代えて、図４の光遅延制御器６，７を制御するコントローラ１１６ａを備えたことを特徴としている。以下、この相違点について説明する。
【００９１】
本実施の形態においては、偏波モード分散補償装置１０６からの出力信号の一部を光方向性結合器１２０により検出した後、光信号モニタ１１５によりそのベースバンド信号の所定のスペクトル成分の信号パワーを検出し、それを示す検出信号に基づいて、コントローラ１１６ａはその検出信号が実質的に最大となるように各光遅延制御器６，７の光遅延量を調整して、群遅延時間差を制御する。すなわち、第２の実施の形態に示すように、各光遅延制御器６，７の光遅延量を変化することにより、当該偏波モード分散補償装置１０２に入力された光信号のＰＭＤを制御でき、当該ＰＭＤを実質的にゼロとなるように補償することができる。
【００９２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、実施の形態２に係る作用効果に加えて、演算回路１１３からの制御信号に基づいてコントローラ１１４により偏波制御器１を制御することにより、光信号の偏波状態を最適に制御できるとともに、光方向性結合器１２０から光信号モニタ１１５を介して得られる検出信号に基づいてコントローラ１１６ａを介して光遅延制御器６，７により光遅延量を調整して群遅延時間差を制御することにより、例えば、光ファイバケーブルなどの光伝送路のＰＭＤを実質的にゼロとなるように補償することができる。従って、実施の形態２に比較して、偏波制御器１の制御処理及びチャープグレーティングの中心波長制御装置４１，５１の制御処理を別々の光信号をモニタすることにより独立に実行できるために、各制御処理を確実にかつ高速で実行することができる。
【００９３】
本実施の形態においては、ＴＭ波側とＴＥ波側の両方に光遅延制御器６，７を設けることにより、ＴＭ波とＴＥ波の両方の光遅延量を制御できるが、本発明はこれに限らず、ＴＭ波側とＴＥ波側のうちの少なくとも一方に光遅延制御器を設けるように構成してもよい。
【００９４】
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４ａ，５ａは均一ピッチグレーティングを有しているが、本発明はこれに限らず、チャープグレーティングを有するように構成してもよい。
【００９５】
実施の形態７．
図２５は、本発明に係る実施の形態７である偏波モード分散補償装置１０７の構成を示すブロック図である。この実施の形態７に係る偏波モード分散補償装置１０７は、図７に図示された実施の形態２の変形例に係る偏波モード分散補償装置１０２ａに比較して以下の点で異なることを特徴としている。
（ａ）光信号モニタ１１１，１１２と、演算回路１１３と、コントローラ１１４とをさらに備えたこと。
（ｂ）偏波制御器１に入力される光信号は、送信側で所定のクロック信号を用いて、所定のディジタルデータ信号に従って強度変調されているものとする。
【００９６】
以上のように構成された偏波モード分散補償装置１０７において、光信号モニタ１１１，１１２、演算回路１１３及びコントローラ１１４は、図１６に図示された偏波モード分散補償装置１０５のそれらと同様に動作する。従って、本実施の形態によれば、実施の形態２の変形例に係る作用効果に加えて、演算回路１１３からの制御信号に基づいてコントローラ１１４により偏波制御器１を制御することにより、光信号の偏波状態を最適に制御できる。これにより、例えば、光信号の波形歪みを最小化できる。
【００９７】
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４ａ，５ａは均一ピッチグレーティングを有しているが、本発明はこれに限らず、チャープグレーティングを有するように構成してもよい。
【００９８】
実施の形態８．
図２６は、本発明に係る実施の形態８である偏波モード分散補償装置１０８の構成を示すブロック図である。この実施の形態８に係る偏波モード分散補償装置１０８は、図１６に図示された実施の形態５に係る偏波モード分散補償装置１０５に比較して以下の点で異なることを特徴としている。
（ａ）コントローラ１１６は中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１に対して中心波長の制御を行う制御信号を出力する。
（ｂ）光カプラ１３１，１３２と、光信号モニタ１４１，１４２と、演算回路１４３と、コントローラ１４４とをさらに備えたこと。
【００９９】
以上のように構成された偏波モード分散補償装置１０８において、コントローラ１１６は、光信号モニタ１１５からの入力される検出信号が実質的に最大となるように各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングの中心波長を独立に調整するように、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１を制御して群遅延時間差を制御する。これにより、例えば、光ファイバケーブルなどの光伝送路のＰＭＤを実質的にゼロとなるように補償することができる。
【０１００】
また、偏波分離合成器３のポートＰ１２と、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４との間に、光カプラ１３１を設けるとともに、偏波分離合成器３のポートＰ１３と、チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル５との間に、光カプラ１３２を設ける。光カプラ１３１はチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４から反射してくるＴＭ波の光信号を検出して、その検出信号を光信号モニタ１４１に出力し、光信号モニタ１４１は図１７の光信号モニタ１１１，１１２と同様の構成と動作を有し、入力される光信号を光電変換した後、ベースバンド信号のうちの所定のスペクトル成分の信号パワーを検出してそれを示す検出信号（上述のように、波形歪みの大きさを示す信号である。）を演算回路１４３に出力する。一方、光カプラ１３２はチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル５から反射してくるＴＭ波の光信号を検出して、その検出信号を光信号モニタ１４２に出力し、光信号モニタ１４２は図１７の光信号モニタ１１１，１１２と同様の構成と動作を有し、入力される光信号を光電変換した後、ベースバンド信号のうちの所定のスペクトル成分の信号パワーを検出してそれを示す検出信号（上述のように、波形歪みの大きさを示す信号である。）を演算回路１４３に出力する。
【０１０１】
次いで、演算回路１４３は入力される２つの検出信号の和を演算して、演算結果を示す出力信号をコントローラ１４４に出力する。これに応答して、コントローラ１４４は演算回路１４３からの出力信号が実質的に最大となるように各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングのチャープ率を同様に調整するように、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１を制御する。ここで、演算回路１４からの出力信号は、光信号の波形歪みに関する情報を有し、当該出力信号が最大となる場合に光信号の波形歪みが最小となる。その状態が中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１内のチャープ率制御部が理想通りに制御された状態であり、最適な波長分散が与えられる。このように偏波分離され、チャープグレーティングで反射された後の各光信号からベースバンド信号のスペクトル成分のパワーレベルを検出した信号は、ＰＭＤによる波形歪みの情報を含まない。従って、当該信号を制御信号として用いれば、波長分散の制御を確実にかつ高速で実行できる。
【０１０２】
以上のように構成された実施の形態によれば、実施の形態５に係る作用効果に加えて、演算回路１４３からの出力信号に基づいて、その出力信号が実質的に最大となるように、コントローラ１４４により中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１内のチャープ率制御部を互いに同様に制御することにより、波長分散の制御を確実にかつ高速で実行できるという特有の効果を有する。
【０１０３】
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４，５はチャープグレーティングを有しているが、本発明はこれに限らず、均一ピッチグレーティングを有するように構成してもよい。
【０１０４】
実施の形態９．
図２７は、本発明に係る実施の形態９である偏波モード分散補償装置１０９の構成を示すブロック図である。この実施の形態９に係る偏波モード分散補償装置１０９は、図２６に図示された実施の形態８に係る偏波モード分散補償装置１０８に比較して以下の点で異なることを特徴としている。
（ａ）演算回路１４３及びコントローラ１４４に代えて、コントローラ１４５，１４６を備えたこと。
【０１０５】
以上のように構成された偏波モード分散補償装置１０９において、各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングで反射された各光信号の一部はそれぞれ光カプラ１３１，１３２により分岐された後、光信号モニタ１４１，１４２により光電変換され、そのベースバンド信号のうちの所定のスペクトル成分の信号パワーを検出してそれを示す各検出信号（上述のように、波形歪みの大きさを示す信号である。）がそれぞれコントローラ１４５，１４６に出力される。次いで、コントローラ１４５，１４６はそれぞれ、各検出信号が最大となるように中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１の各チャープ率制御部を互いに独立に制御する。図２５に図示された実施の形態８では波長分散を制御するために、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１の各チャープ率制御部を互いに同様に制御していたが、本実施の形態においては、ＰＭＤの波長依存性を与えるために、実施の形態４のように、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１の各チャープ率制御部を互いに異なるように制御する。各光信号モニタ１４１，１４２からの検出信号は、光信号の波形歪みの大きさに関する情報を有し、検出信号が実質的に最大となる場合に光信号の波形歪みが実質的に最小となる。その状態が、中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１の各チャープ率制御部が理想通りに制御された状態であり、波長に依存した最適なＰＭＤが与えられる。なお、ＰＭＤの波長依存性は波長分散の偏波依存性と等価であり、上記のように中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１の各チャープ率制御部を互いに異なるように制御して、ＰＭＤの波長依存性を制御することは、各偏波に対して異なる波長分散を与えていることと等価である。
【０１０６】
以上のように構成された実施の形態によれば、実施の形態５に係る作用効果に加えて、光信号モニタ１４１，１４２からの検出信号に基づいてそれぞれ独立に、各検出信号が実質的に最大となるように、コントローラ１４５，１４６により中心波長及びチャープ率制御装置７１，８１内のチャープ率制御部を独立に制御することにより、ＰＭＤの波長依存性、すなわち、それに等価な波長分散の偏波依存性の制御を確実にかつ高速で実行できるという特有の効果を有する。
【０１０７】
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４，５はチャープグレーティングを有しているが、本発明はこれに限らず、均一ピッチグレーティングを有するように構成してもよい。
【０１０８】
＜変形例＞
以上の実施の形態においては、光ファイバケーブル４，５，４ａ，５ａ，９１乃至９８を用いているが、本発明はこれに限らず、これらに代えて、例えば、光導波路基板となるシリコン基板上にＣＶＤ法を用いて石英膜をアンダークラッドとして形成した後、石英膜に所定の不純物をドープすることによりコアを形成し、その後、オーバークラッドを形成してなる光導波路などの種々の光伝送路を用いてもよい。
【０１０９】
以上の実施の形態において、偏波分離合成器３から出力されるそれぞれの直線偏波であるＴＭ波とＴＥ波の光信号が各光ファイバケーブル４，５又は４ａ，５ａのチャープグレーティング又は均一ピッチグレーティングで反射され、再度偏波分離合成器３に入力される際に、直線偏波状態が保持されていれば、合成されて出力されるが、偏波状態が崩れ偏波軸が回転したり楕円偏波等になっていた場合、うまく合成されずに損失が大きくなる。これを防ぐためには、偏波保存光ファイバケーブルを使用する必要がある。そうすれば偏波分離合成器３から出力されたＴＭ波及びＴＥ波は偏波状態を保ちながらチャープグレーティング又は均一ピッチグレーティングで反射された後、偏波分離合成器３で合成され出力される。その場合、接続用の光ファイバケーブルのみならず、チャープグレーティング又は均一ピッチグレーティングを有する光ファイバケーブル４，５又は４ａ，５ａを偏波保存光ファイバケーブルにより構成することが好ましい。しかしながら、上記接続用の光ファイバケーブルが曲線状に配置されている場合、一度偏波状態は崩れるが、チャープグレーティング又は均一ピッチグレーティングにより反射されてもう一度同じ曲線状の経路を通過すると、もとの直線偏波状態に戻った状態で偏波分離合成器３に入力される。そのため、それぞれの直線偏波であるＴＭ波及びＴＥ波の光信号は、損失を生じることなく合成されて出力される。従って、必ずしも偏波保存光ファイバケーブルを使用する必要がないこともありうる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る偏波モード分散補償装置によれば、入力される光信号の偏波軸が光伝送線路の光軸に実質的に一致するように上記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
第１と第２と第３のポートを有し、上記偏波制御手段から出力され、第１のポートを介して入力される光信号から互いに実質的に直交する２つの偏波成分の光信号を分離してそれぞれ第２と第３のポートを介して出力する一方、第２と第３のポートを介して入力される２つの光信号を合波して第１のポートを介して出力する偏波分離合成手段と、
所定の第１のグレーティングを有し、上記偏波分離合成手段の第２のポートから出力される一方の光信号を第１のグレーティングにより反射して出力する第１の光伝送路と、
所定の第２のグレーティングを有し、上記偏波分離合成手段の第３のポートから出力される他方の光信号を第２のグレーティングにより反射して出力する第２の光伝送路と、
上記第１の光伝送路に接続され、上記第１の光伝送路から出力される光信号に基づいて、当該光信号の波形歪みの大きさを表す第１の検出信号を検出して出力する第１の検出手段と、
上記第２の光伝送路に接続され、上記第２の光伝送路から出力される光信号に基づいて、当該光信号の波形歪みの大きさを表す第２の検出信号を検出して出力する第２の検出手段と、
上記第１の検出信号と上記第２の検出信号について所定の演算を実行し、当該演算結果を表す出力信号を出力する第１の演算手段と、
上記第１の演算手段からの出力信号に基づいて、上記偏波制御手段を制御する第１の制御手段とを備える。
従って、本発明によれば、従来技術に比較して、偏波制御手段を確実にかつ高速で制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る実施の形態１である偏波モード分散補償装置１０１の構成を示すブロック図である。
【図２】 （ａ）は図１のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長制御装置４１の第１の実施例４１ａの構成を示す概略ブロック図であり、（ｂ）は図１のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長制御装置４１の第２の実施例４１ｂの構成を示す概略ブロック図であり、（ｃ）は図１のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長制御装置４１の第３の実施例４１ｃの構成を示す概略ブロック図である。
【図３】 （ａ）は偏波モード分散ＰＭＤ＝０のときの図１の偏波モード分散補償装置１０１の反射率特性及び群遅延特性を示すグラフであり、（ｂ）は図３（ａ）の特性から中心波長制御装置４１によりチャープグレーティングの中心波長を変化させ、偏波モード分散ＰＭＤ≠０のときの図１の偏波モード分散補償装置１０１の反射率特性及び群遅延特性を示すグラフである。
【図４】 本発明に係る実施の形態２である偏波モード分散補償装置１０２の構成を示すブロック図である。
【図５】 図４の光遅延制御器６，７の構成を示すブロック図である。
【図６】 （ａ）は偏波モード分散ＰＭＤ＝０のときの図４の偏波モード分散補償装置１０２の反射率特性及び群遅延特性を示すグラフであり、（ｂ）は図６（ａ）の特性から光遅延制御器６，７により光遅延量を変化させ、偏波モード分散ＰＭＤ≠０のときの図４の偏波モード分散補償装置１０２の反射率特性及び群遅延特性を示すグラフである。
【図７】 本発明に係る実施の形態２の変形例である偏波モード分散補償装置１０２ａの構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明に係る実施の形態３である偏波モード分散補償装置１０３の構成を示すブロック図である。
【図９】 （ａ）は図８のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長及びチャープ率制御装置７１の第１の実施例７１ａの構成を示す概略ブロック図であり、（ｂ）は図８のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長及びチャープ率制御装置７１の第２の実施例７１ｂの構成を示す概略ブロック図であり、（ｃ）は図８のチャープグレーティングを有する光ファイバケーブル４に設けられた中心波長及びチャープ率制御装置７１の第３の実施例７１ｃの構成を示す概略ブロック図である。
【図１０】 図８の各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングに同一のグレーティング分布を形成したとき、チャープグレーティングの長手方向の位置に対する温度、応力又は電界の分布制御を示すグラフである。
【図１１】 （ａ）は偏波モード分散ＰＭＤ≠０のときの図８の偏波モード分散補償装置１０３の反射率特性及び群遅延特性を示すグラフであり、（ｂ）は図１１（ａ）の特性から中心波長及びチャープ率制御装置７１によりチャープグレーティングのチャープ率を変化させたときの図８の偏波モード分散補償装置１０３の反射率特性及び群遅延特性を示すグラフである。
【図１２】 本発明に係る実施の形態４である偏波モード分散補償装置１０４の構成を示すブロック図である。
【図１３】 図８の各光ファイバケーブル４，５のチャープグレーティングに互いに異なるグレーティング分布を形成したとき、チャープグレーティングの長手方向の位置に対する温度、応力又は電界の分布制御を示すグラフである。
【図１４】 （ａ）は偏波モード分散ＰＭＤ≠０のときの図１２の偏波モード分散補償装置１０４の反射率特性及び群遅延特性を示すグラフであり、（ｂ）は図１４（ａ）の特性から中心波長及びチャープ率制御装置１７１によりチャープグレーティングのチャープ率を変化させたときの図１２の偏波モード分散補償装置１０４の反射率特性及び群遅延特性を示すグラフである。
【図１５】 図１２の偏波モード分散補償装置１０４において偏波モード分散ＰＭＤの波長依存性を制御させることを示すグラフである。
【図１６】 本発明に係る実施の形態５である偏波モード分散補償装置１０５の構成を示すブロック図である。
【図１７】 図１６の光信号モニタ１１１，１１２，１１５，１４１，１４２の構成を示すブロック図である。
【図１８】 光信号に対して偏波モード分散（ＰＭＤ）を与えて互いに直交する２つの光信号（ＴＥ波とＴＭ波）に分離したときの光信号の時間波形を示す図である。
【図１９】 光信号の偏波面が傾斜しているときの光信号の時間波形を示す図である。
【図２０】 光信号のＴＥ波及びＴＭ波のベースバンドスペクトル成分において、偏波制御器１の光強度分波比βに対する、波形歪みレベルを表す比例定数Ｋ_ＴＥ（ｆ），Ｋ_ＴＭ（ｆ）及びそれらの和及び差の光信号強度を示すグラフである。
【図２１】 偏波制御器１が最適に制御された場合における光信号を示す図であって、（ａ）は偏波分離合成器３により偏波分離される前の光信号を示す時間波形図であり、（ｂ）は偏波分離合成器３により偏波分離されたＴＥ波の光信号を示す時間波形図であり、（ｃ）は偏波分離合成器３により偏波分離されたＴＭ波の光信号を示す時間波形図である。
【図２２】 偏波制御器１が最適に制御されなかった場合における光信号を示す図であって、（ａ）は偏波分離合成器３により偏波分離される前の光信号を示す時間波形図であり、（ｂ）は偏波分離合成器３により偏波分離されたＴＥ波の光信号を示す時間波形図であり、（ｃ）は偏波分離合成器３により偏波分離されたＴＭ波の光信号を示す時間波形図である。
【図２３】 光信号の各偏波のうちＴＭ波が小さい場合における光信号を示す図であって、（ａ）は偏波分離合成器３により偏波分離される前の光信号を示す時間波形図であり、（ｂ）は偏波分離合成器３により偏波分離されたＴＥ波の光信号を示す時間波形図であり、（ｃ）は偏波分離合成器３により偏波分離されたＴＭ波の光信号を示す時間波形図である。
【図２４】 本発明に係る実施の形態６である偏波モード分散補償装置１０６の構成を示すブロック図である。
【図２５】 本発明に係る実施の形態７である偏波モード分散補償装置１０７の構成を示すブロック図である。
【図２６】 本発明に係る実施の形態８である偏波モード分散補償装置１０８の構成を示すブロック図である。
【図２７】 本発明に係る実施の形態９である偏波モード分散補償装置１０９の構成を示すブロック図である。
【図２８】 従来技術に係る伝送用光ファイバケーブル２００における偏波モード分散の発生を示す斜視図である。
【図２９】 従来技術に係る可動ミラー２０３を用いた偏波モード分散補償装置の構成を示すブロック図である。
【図３０】 従来技術に係る、差動遅延システム１０１９と光再合成器１０２２を備えた偏波モード分散補償装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 偏波制御器、２ 光サーキュレータ、３ 偏波分離合成器、４，５ チャープグレーティングを有する光ファイバケーブル、４ａ，５ａ 均一ピッチグレーティングを有する光ファイバケーブル、６，７ 光遅延制御器、１１ １／４波長板、１２ １／２波長板、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，５１ 中心波長制御装置、４２ 温度制御用ヒータ、４３ 制御電圧発生器、４４ 応力制御用アクチュエータ、４５ 固定点、４６ 支持棒、４７ａ，４７ｂ 電界制御用電極、４８ 制御電圧発生器、６１，６２ 光スイッチ、６３−１乃至６３−Ｎ 光ファイバケーブル、７１，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，８１ 中心波長及びチャープ率制御装置、７２−１乃至７２−５ 温度制御用ヒータ、７３−１乃至７３−５ 制御電圧発生器、７４ａ，７４ｂ 挟設用平板、７５ａ，７５ｂ 支持台、７６ａ，７６ｂ 応力制御用アクチュエータ、７７ａ，７７ｂ 応力印加棒、７８ａ−１乃至７８ａ−５，７８ｂ−１乃至７８ｂ−５ 電界制御用電極、７９−１乃至７９−５ 制御電圧発生器、９１，９２，９３，９４，９４ａ，９５，９６、９７，９８ 光ファイバケーブル、１０１，１０２，１０２ａ，１０３，１０４ 偏波モード分散補償装置、１１１，１１２ 光信号モニタ、１１３ 演算回路、１１４ コントローラ、１１５ 光信号モニタ、１１６，１１６ａ コントローラ、１１７ 光電変換器、１１８ 帯域通過フィルタ、１１９ パワー検出器、１２０ 光方向性結合器、１２１，１２２ 光導波路、１３１，１３２ 光カプラ、１４１，１４２ 光信号モニタ、１４３ 演算回路、１４４，１４５，１４６ コントローラ、１７１，１８１ 中心波長及びチャープ率制御装置、２００ 伝送用光ファイバケーブル、２０１ 偏波分離器、２０２ 偏波合成器、２０３ 可動ミラー、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４ ポート。

Claims (5)

1. 入力される光信号に含まれる２つの偏波の偏波軸のそれぞれが光伝送路の互いに直交する光軸のそれぞれに実質的に一致するように前記光信号の偏波状態を制御する偏波制御手段と、
   第１と第２と第３のポートを有し、前記偏波制御手段から出力された光信号が第１のポートを介して入力されるように接続され、入力された光信号を互いに実質的に直交する２つの偏波成分の光信号に分離してそれぞれ第２と第３のポートを介して出力する一方、第２と第３のポートを介して入力される２つの光信号を合波して第１のポートを介して出力する偏波分離合成手段と、
   前記偏波分離合成手段の第２のポートから出力された光信号が第１の光伝送路の入力端から入力されるように接続された第１の光伝送路であって、前記第１の光伝送路の入力端と出力端の間に前記第１の光伝送路に沿って形成され、前記第１の光伝送路の入力端から入力された光信号のうち特定の波長領域成分を前記第１の光伝送路の入力端に反射する第１のグレーティングを備えた第１の光伝送路と、
   前記偏波分離合成手段の第３のポートから出力された光信号が第２の光伝送路の入力端から入力されるように接続された第２の光伝送路であって、前記第２の光伝送路の入力端と出力端の間に、前記第２の光伝送路に沿って形成され、前記第２の光伝送路の入力端から入力された光信号のうち特定の波長領域成分を前記第２の光伝送路の入力端に反射する第２のグレーティングを備えた第２の光伝送路と、
   前記第１の光伝送路の出力端から出力される前記第１の光伝送路を通過した光信号のベースバンド信号のスペクトル成分のパワーを検出して当該パワーの値を表す第１の検出信号を出力する第１の検出手段と、
   前記第２の光伝送路の出力端から出力される前記第２の光伝送路を通過した光信号のベースバンド信号のスペクトル成分のパワーを検出して当該パワーの値を表す第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、
   前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の和または差の演算を実行し、当該演算結果の値を表す第１の出力信号を出力する第１の演算手段と、
   前記第１の演算手段が前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の和を演算する場合には、前記第１の出力信号が実質的に最大となるように前記偏波制御手段を制御し、前記第１の演算手段が前記第１の検出信号と前記第２の検出信号の差を演算する場合には、前記第１の出力信号が実質的に最大または最小となるように前記偏波制御手段を制御する第１の制御手段とを備えたことを特徴とする偏波モード分散補償装置。
2. 前記偏波制御手段から出力された光信号を前記偏波分離合成手段の第１のポートに入力する間の経路に配置され、前記偏波分離合成手段の第１のポートに入力される光信号と第１のグレーティングまたは第２のグレーティングで反射されて前記偏波分離合成手段の第１のポートから出力される光信号とを分離するサーキュレータと、
   前記サーキュレータから出力される前記第１のグレーティング及び前記第２のグレーティングで反射された前記光信号のベースバンド信号のスペクトル成分のパワーまたは偏光度を検出して前記パワーまたは偏光度の値を表す第３の検出信号を出力する第３の検出手段と、
   前記第３の検出信号が実質的に最大となるように、前記第１の光伝送路と前記第２の光伝送路の少なくとも一方の光伝送路に設けられた温度ヒータ、応力印加装置、電極のいずれかを用いて、グレーティングの温度、応力、電界のいずれかを変化させることで、前記偏波分離合成手段の第１のポートに光信号が入力されてから前記第１のグレーティングで反射され再び前記偏波分離合成手段の第１のポートに戻るまでの時間と、前記偏波分離合成手段の第１のポートに光信号が入力されてから前記第２のグレーティングで反射され再び前記偏波分離合成手段の第１のポートに戻るまでの時間との時間差を調整する第２の制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の偏波モード分散補償装置。
3. 前記第１のグレーティング及び前記第２のグレーティングのそれぞれが光伝送路の長手方向に沿った位置で反射波長が異なるチャープグレーティングであり、
   前記第２の制御手段が、前記チャープグレーティングの反射する光信号の帯域成分の中心波長を変化させることを特徴とする請求項２記載の偏波モード分散補償装置。
4. 前記偏波制御手段から出力された光信号を前記偏波分離合成手段の第１のポートに入力する間の経路に配置され、前記偏波分離合成手段の第１のポートに入力される光信号と第１のグレーティングまたは第２のグレーティングで反射されて前記偏波分離合成手段の第１のポートから出力される光信号とを分離するサーキュレータと、
   前記サーキュレータから出力される前記第１のグレーティング及び前記第２のグレーティングで反射された前記光信号のベースバンド信号のスペクトル成分のパワーまたは偏光度を検出して前記パワーまたは偏光度の値を表す第３の検出信号を出力する第３の検出手段と、
   前記第３の検出信号が実質的に最大となるように、前記偏波分離合成手段の第２のポートと第１の光伝送路の入力端との間、または前記偏波分離合成手段の第３のポートと第２の光伝送路の入力端との間に設けられた光遅延制御器の光路長を変化させることにより、前記偏波分離合成手段の第１のポートに光信号が入力されてから前記第１のグレーティングで反射され再び前記偏波分離合成手段の第１のポートに戻るまでの時間と前記偏波分離合成手段の第１のポートに光信号が入力されてから前記第２のグレーティングで反射され再び前記偏波分離合成手段の第１のポートに戻るまでの時間との時間差を調整する手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の偏波モード分散補償装置。
5. 前記偏波分離合成手段の第２のポートと前記第１の光伝送路の入力側との間における、前記第１の光伝送路から反射される光信号のベースバンド信号のスペクトル成分のパワーを検出し、当該パワーの値を表す第４の検出信号を出力する第４の検出手段と、
   前記偏波分離合成手段の第３のポートと前記第２の光伝送路の入力側との間における、前記第２の光伝送路から反射される光信号のベースバンド信号のスペクトル成分のパワーを検出し、当該パワーの値を表す第５の検出信号を出力する第５の検出手段と、
   （ａ）前記第１の光伝送路及び前記第２の光伝送路に局所的に形成された複数の温度ヒータによりグレーティングに沿った位置について温度分布を変える手段と、（ｂ）前記第１の光伝送路及び前記第２の光伝送路に局所的に応力を印加する複数の応力印加装置によりグレーティングに沿った位置について応力分布を変える手段と、（ｃ）前記第１の光伝送路及び前記第２の光伝送路の局所的に形成された複数の電極によりグレーティングに沿った位置について電界分布の傾きを変える手段とのうちのいずれか１つを備えた第３の制御手段とをさらに備え、
   前記第１と第２のグレーティングはそれぞれチャープグレーティングであり、
   前記第３の制御手段は、
   （ｄ）第１のグレーティングと第２のグレーティングとで独立に制御する手段を備えており、前記第４の検出信号及び前記第５の検出信号がそれぞれ最大の値となるように制御する手段と、
   （ｅ）前記第４の検出信号と前記第５の検出信号の和の演算を実行し、当該演算結果の値を表す出力信号を出力する第２の演算手段を備え、前記第２の演算手段からの出力信号が最大となるように制御する手段とのいずれか１つの手段であることを特徴とする請求項２記載の偏波モード分散補償装置。

Images