JP4028251B2 - 偏波モード分散補償方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は偏波モード分散補償方法に関し、詳しくは追従性の良好な偏波モード分散補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光伝送システムの進展、普及に伴い、システムの伝送容量を増大させるために、波長分割多重（ＷＤＭ）方式による多チャンネル化が進められている。この多チャンネル化と並んで、伝送容量を増大させる方法としては、各チャンネルの光パルスのビットレートを増大させる方法があり、現在では、１０Gbpsの導入が進んでいる。そして、最近では、今後実用化が期待されている４０Gbpsの導入が展望されている。
【０００３】
このようなハイビットレートの光パルス伝送においては、その伝送品質の劣化を招くいくつかの要素がある。その１つが偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）である。これは、光パルスの伝送路である光ファイバの中でランダムに発生する複屈折に基因して、伝送されている光パルスにおいて、本来は縮退しているべき直交偏波モードが分離してパルス幅を拡大させるという現象である。このような現象を発現した光パルスは、もはや、正しい光信号としての機能を発揮しないことになる。
【０００４】
したがって、最近の光ファイバでは、このＰＭＤを小さくする努力がなされている。しかしながら、その値は、せいぜい、０.２５ps／km1/2程度である。そして、そのような光ファイバを用いて４０Gbpsのビットレートを採用した場合、光伝送が可能な距離は長くても９０km程度であり、それ以上の距離の光伝送を実現することはできない。
【０００５】
また、これまでに敷設されてきた古い光ファイバのＰＭＤは１ps／km1/2程度であるため、ビットレートを１０Gbpsにするとその光伝送可能な距離は１７０km程度であり、ましてや、ビットレートを４０Gbpsにすると１０km程度までしか光伝送を実現することができない。このように、既設の光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、ビットレートを１０Gbpsに高める場合や、次世代光伝送システム用に新たな光ファイバを敷設してそのビットレートを４０Gbps以上で運転しようとする場合には、ＰＭＤの影響が顕著に現れ、その結果、伝送容量が大きく、実用的な光伝送システムの構築が困難になる。
【０００６】
そのため、ＰＭＤを補償する各種の偏波モード分散補償装置（ＰＭＤ補償装置）が提供されている。ここで、代表的な装置を例示し、その機能について説明する。まず、Electron. Lett., vol.30, No.4, pp.384〜349，1994や、OFC'99, Technical Digest 86/WE5-1などの文献に記載されている装置について説明する。
【０００７】
このＰＭＤ補償装置は、伝送路を伝搬してきた光信号の主偏光（Principal States of Polarization：ＰＳＰ）と呼ばれる、分離した２つの直交偏光成分のそれぞれを、群遅延時間（Differential Group Delay：ＤＧＤ）付与部として機能する偏波保持光ファイバ（Polarization Maintain Fiber：ＰＭＦ）における直交する２個の固有偏光（Eigen States of Polarization：ＥＳＰ）のそれぞれに偏光変換する偏波コントローラと、ＤＧＤ付与部としての上記ＰＭＦと、伝搬してきた光パルスのＰＭＤによる波形歪みをモニタとするモニタ手段と、このモニタ手段からの制御信号で上記偏波コントローラの運転を制御する制御装置を備えている。
【０００８】
また、J. of Lightwave Technology, vol.12, No.15, pp891〜898, 1994や、OFC'99, paper TuS4, 1999などの文献には記載されている装置は、送信器端から受信器端に至る伝送路全体の系のＰＳＰを、送信器から発振している光のＳＯＰに一致させるように運転される。具体的には、前者の装置は、送信信号を周波数変調し、その偏光状態（Stateof Polarization：ＳＯＰ）の周波数依存性を受信側で間接的に検知する。そして、送信信号のＳＯＰと伝送路におけるＰＳＰが一致しているか否かを確認しながら、送信器端に設けられている上記偏波コントローラを制御し、伝送路への入射信号のＳＯＰをＰＳＰに追随させるという態様で運転される。
【０００９】
また後者の装置にあっては、偏波コントローラと伝送路で発生するＰＭＤの量よりも大きいＰＭＤを有する固定ＤＧＤ付与部（例えばＰＭＦ）を受信器の前に配置し、ここで偏光度（Degree of Polarization：ＤＯＰ）をモニタし、このＤＯＰが最大値を示すように全体の系を運転制御することにより、系全体のＰＳＰを送信信号のＳＯＰに一致させている。
【００１０】
なお、上記した説明において、あるＤＧＤが与えられている２個のＰＳＰ間の当該ＤＧＤをＰＭＤとしている。より厳密にいえば、ＰＭＤは送信信号のスペクトル内における各波長間のＤＧＤの平均値である。また、上記したＰＳＰは、ある伝送路に入射した送信信号のＳＯＰを周波数に対して無依存としたときに、その伝送路からの出射偏光が周波数に対して１次のオーダで無依存であることを条件にして求められた偏光状態であるとしている。そして、この偏光状態ＰＳＰは、送信信号のスペクトル幅が充分に狭いことと、ＰＭＤが極端に大きくないということを前提にして求められている。
【００１１】
ところで、これらのＰＭＤ補償装置に組み込まれるＤＧＤ付与部としては、例えばＰＭＦで構成された固定タイプのＤＧＤ付与部がある。また、図１１で示したように、偏光成分を分離する偏光分離素子を備え、分離されたそれぞれの偏光成分の伝搬距離を可動鏡により空間的に変化させて各偏光成分間のＤＧＤをゼロ化する可変タイプのものがある。このＤＧＤ付与部は、変換の対象である偏光が直線偏光である場合にのみ機能することができる。
【００１２】
そして、可変タイプのＤＧＤ付与部としては、図１２で示したように、τ1のＤＧＤを与えるＰＭＦのような一軸性複屈折媒質と、τ2のＤＧＤを与える別のＰＭＦのような一軸性複屈折媒質の間に偏光回転子が配置された可変タイプのものもある。この可変タイプのＤＧＤ付与部は、変換の対象である偏光が直線偏光である場合に限らず、例えば楕円偏光を含む任意偏光に対しても機能することができる。
【００１３】
ところで。このようなＰＭＤの補償方法としては次のような２種類の方法が知られている。その説明を進めるに当たり、まず、ストークス空間を想定する。このストークス空間とは、その直交基底が０ー直線偏光成分の強度Ｓ1、４５ー直線偏光成分の強度Ｓ2、および右回り円偏光の強度Ｓ3である３次元空間であり、その空間内の単位円がポアンカレ球に相当する。Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3はストークスパラメータと呼ばれる。
【００１４】
そして、このストークス空間内において、変調直後の伝送路への送信信号のＳＯＰを示すベクトルをＳin、伝送路で発生するＰＭＤのベクトルをΩｔ、偏波コントローラが備える偏光変換をＴ1，ＤＧＤ付与部におけるＰＭＤのベクトルをΩｃとして想定する。ここで、ＰＭＤのベクトルΩｔは、その単位ベクトルが遅いＰＳＰを表すものとする。そして、ベクトルの向きは遅いＰＳＰの向きと同じであり、ベクトルの大きさは２個のＰＳＰ間のＤＧＤで与えられる。
【００１５】
以上の表示規定を踏まえて、最初に、ＰＭＤの補償に関する第一の補償方法の作用を図１３に示す。この方法は、図１１及び１２で示したＤＧＤ付与部を含む系に適用され、伝送路で発生したＰＭＤを直接補償する方法である。この方法では、伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰであるベクトルＳinには、伝送路を伝搬する過程でベクトルΩｔで示されるＰＭＤが与えられる。このベクトルΩｔは、伝送路の状態（例えば外部から圧力が加わっているなど）に応じて、その大きさと方向が常に変化している。
【００１６】
ＤＧＤ付与部は、大きさが可変であるＰＭＤベクトルΩｃを有し、偏波コントローラは、それが有する偏光変換作用に対応した偏光変換Ｔ1を有している。偏波コントローラが偏光変換Ｔ1によりＰＭＤベクトルΩｃの方向を変化させながら、ＤＧＤ付与部がＰＭＤベクトルの大きさを変化させることにより、ＰＭＤベクトルΩｔと大きさが等しく、かつ、方向が逆であるＰＭＦベクトルΩｃ’・Ｔが得られる。その結果、ベクトルΩｔとベクトルΩc´・Ｔ1とが打ち消しあい、ここに、ベクトルΩｔの補償が実現する。
【００１７】
なお、上記した補償方法では、ＤＧＤ付与部として、図１１及び１２で示した可変タイプのものを用いてベクトルΩｃの大きさを変化させているが、固定タイプのＤＧＤ付与部を用いる場合には、当然のことながら、ベクトルΩｃを変化させることができない。したがって、固定タイプのＤＧＤ付与部を用いる場合は、例えば、｜Ωｔ＋Ωｃ・Ｔ1｜＜｜Ωｔ｜のときには上記した補償方法を実施し、その他のときには、全く補償を行なわないか、あるいは、後述する第二の補償方法を採用するという態様で補償方法を適宜選択することが必要となる。
【００１８】
次に、ＰＭＤの補償に関する第二の補償方法の作用を図１４に示す。なお、一般に、この第二の方法は固定タイプのＤＧＤ付与部に適用されているが、可変タイプのＤＧＤ付与部に適用してもよい。この第二の補償方法では、伝送路によって送信信号に与えられたＰＭＤベクトルΩｔと、偏光変換Ｔ2によって変換されたＤＧＤ付与部のＰＭＤのベクトルΩｃ・Ｔ2の和が、伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰであるベクトルＳinと同じ方向を向くように設定される。
【００１９】
伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰのベクトルＳinと、伝送路、偏波コントローラ、およびＤＧＤ付与部から成る系全体のＰＭＤのベクトル（Ωｔ＋Ωｃ・Ｔ2）とが同じ方向を向いているということは、送信信号が系全体のＰＳＰに入射されていることを意味する。ここで、ベクトルＳinで示される任意の偏光が系に入射した際には、この光は系の２つの直交するＰＳＰで示される偏光に分離して伝搬し、これら分離した偏光間にＤＧＤすなわちＰＭＤが与えられる。したがって、送信信号（光パルス）が一方のＰＳＰに入射した場合、他方のＰＳＰで示される偏光は発生しないのでＰＭＤが発生することない。そしてこのことは、前記したようにＰＳＰが１次のオーダで周波数無依存である場合には常に成立する。
【００２０】
この第二の補償方法において、ＰＳＰによる伝送を実現するためにＤＧＤ付与部に要求される特性としては、系全体のＰＭＤのベクトル和（Ωｔ＋Ωｃ・Ｔ2）が必ず入射ＳＯＰのベクトルＳinの方向に向く条件のみを備えていればよい。具体的には、｜Ωｔ｜≦｜Ωｃ｜のみが成立していればよい。すなわち、ＤＧＤ付与部におけるＤＧＤ｜Ωｃ｜は固定値になっていてもよいのである。
【００２１】
したがって、この第二の方法は第一の方法に比べて実施が容易であり、しかも、前記した１次のオーダでのＰＳＰの周波数無依存が成立していれば、ＰＭＤは完全に補償されることになる。第一の方法において、ＰＭＤ補償を制御する一般的な方法としては、系全体の最終的なＰＭＤ量、すなわち、｜Ωｔ＋Ωｃ’・Ｔ1｜量と相関のある、強度変調されている送信信号の特定周波数（通常は送信信号のビットレートの半周波数が採用される）の光強度Inをモニタする。このモニタ動作は、送信信号のパルス広がりを直接観察していることに相当する。
【００２２】
したがって、この光強度Inが最大であるときには、系全体のＰＭＤ量が最小（パルスが最も広がらない状態）になっているため、光強度Inの最大値制御を行って、系全体の最終的なＰＭＤ量がモニタされる（Electron, Lett., vol.30, No.4, pp.384〜349，1994や、OFC'99, Technical Digest 86/WE5-1などを参照）。一方、第二の方法の場合は、ＰＳＰで伝送する送信信号は周波数について１次のオーダではＰＭＤを受けない。すなわちＰＭＤ＝０であるため、ＤＯＰの劣化は起こらない。
【００２３】
したがって、第二の方法においては、ＤＯＰをモニタしてその最大値制御を行うことにより、ＰＭＤ補償制御が実施される（OFC'99, paper TuS4, 1999）。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
いま、光伝送路の状態が、統計的にみて、特定の状態に偏っておらず、伝送路の２つの直交ＰＳＰのうち、特定の一方が常に光の伝搬速度の速い軸（速いＰＳＰ）、他方が遅い軸（遅いＰＳＰ）というように偏っておらず、そのどちらにも成り得る場合を考える。
【００２５】
この場合、図１に模式的に示したように、光伝送路における補償対象のＰＭＤベクトルΩｔは、ストークス空間において連続的に方向及び長さを変え、長さがゼロとなる瞬間の近傍で方向が逆転することがある。ＰＭＤベクトルの方向が逆転するということは、速いＰＳＰと遅いＰＳＰが入れ替わったことを意味し、この方向転換の瞬間前のＤＧＤを正にとった場合、この瞬間後のＤＧＤは負となる。
【００２６】
ところで、例えば図１１に示した可変ＤＧＤ付与部にあっては、常に遅延経路を伝搬する光に対してのみ群遅延時間が付与され、ＤＧＤのダイナミックレンジは正から負、或いは負から正の範囲にわたっていない。かかる可変ＤＧＤ付与部を用いて、伝送路のＰＭＤベクトルΩｔを上記した２つの補償方法のいずれかにて補償するためには、偏波コントローラの偏光変換ＴによってΩｔを逆転させなければならない。このことは、図１２に示したＤＧＤ付与部の場合にもあてはまる。
【００２７】
しかしながら、偏波コントローラの制御という観点からいえば、Ωｔを逆転させるということは不連続な制御であって、その連続的な制御に一瞬の断絶が不可避であるだけではなく、アルゴリズムが複雑になるという問題がある。そして、可変ＤＧＤ付与部のＤＧＤのダイナミックレンジがゼロをまたいでいないと、そのＰＭＤベクトルΩｃが常に一つの方向を向いているために、偏波コントローラに要求される偏波可変範囲が全偏波に渡り、その構成が複雑になるという問題もある。
【００２８】
本発明は、上記した問題を解決し、群遅延時間のダイナミックレンジが負から正、あるいは正から負の範囲に及ぶ群遅延時間付与部を備えた偏波モード分散補償装置と、それを用いた偏波モード分散補償方法の提供を目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、任意の偏光状態の光を所定の偏光状態の光へ変換する偏光変換工程と、前記偏光変換後の光に所定の群遅延時間差を付与する群遅延時間差付与工程と、光伝送路を伝搬した光の偏波モード分散を偏光変換の直前にて検出し、前記検出結果に基づいて前記光に付与する偏光変換およびそれに続いて付与する群遅延時間差の付与をフィードバック制御するフィードバック制御工程とを有する偏波モード分散補償方法において、前記群遅延時間差付与工程は、前記群遅延時間差を、ゼロをまたいで、正から負および負から正に連続的に可変に変化させ、前記フィードバック制御工程は、前記群遅延時間差の絶対値が所定の閾値以下となったときに、前記偏光変換工程の制御を固定し、前記群遅延時間差付与工程のみの制御を行うことを特徴とする偏波モード分散補償方法が提供される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わる実施形態を図面に基づいて説明する。図２の偏波分散補償装置Ａは、光伝送路である光ファイバ２からの光を受光して、光伝送路を伝搬することによりその光に生じた偏波モード分散を補償しながら、例えば受信器に繋がる光ファイバ４を通して出射させる。
【００３１】
図２の偏波分散補償装置Ａ（以下、ＰＭＤ補償装置Ａという）は、偏波コントローラ６と、郡遅延時間付与部８（以下、ＤＧＤ付与部８という）と、モニタ制御手段１０とを備えている。光伝送路である光ファイバ２からＰＭＤ補償装置Ａに入射した光は、まず、偏波コントローラ６に入射する。偏波コントローラ６としては、公知のものを使用することができ、光伝送路である光ファイバ２の終端における光の偏光状態、すなわち偏波コントローラ６に入射した任意の偏光状態の光を、所定の偏光状態の光へと変換して出射させるものであれば良い。
【００３２】
偏波コントローラ６から出射した光は、短尺な偏光保持光ファイバ１２（以下、ＰＭＦ１２という）を介してＤＧＤ付与部８に入射する。なお、偏波コントローラ６の後段に短尺なＰＭＦ１２が配置されているのは、偏波コントローラ６から出射した光の偏光状態を維持しながらＤＧＤ付与部８へと入射させるためであって、ＰＭＦ１２を用いずに偏波コントローラ６とＤＧＤ付与部８を直接接続して空間的に一体化しても良い。また、光の偏光状態を維持する必要がないときにはシングルモード光ファイバを用いても良い。
【００３３】
本発明では、ＤＧＤ付与部８は図２に示した構成を有する。すなわち、ＤＧＤ付与部８は、入射用コリメータ１４と、入射用コリメータ１４から出射した光を、互いに直交する２つの直線偏光、例えば図中、紙面に直交する方向に振動する直線偏光と紙面内にて振動する直線偏光に分離する偏光分離素子１６と、分離された一方の直線偏光が伝搬する光路長が可変な可変遅延光路部１８と、他方の直線偏光が伝搬する光路長が可変または固定であるオフセット遅延光路部２０と、これらの光路部を伝搬した偏光を再び合波する偏光分離素子２２と、合波された光をＤＧＤ付与部８から出射させる出射用コリメータ２４とを備える。
【００３４】
可変遅延光路部１８は、２枚のミラー２６，２８と、プリズム３０と、可動鏡３２とから構成され、可動鏡３２は互いに直交する２枚の反射面３４，３６を有する。そして、可動鏡３２及びプリズム３０は同軸上に配置されており、可動鏡３２は、この軸方向、すなわち図中矢印で示した方向にプリズム３２との相対位置を変化させる移動手段（図示しない）を備えている。
【００３５】
オフセット遅延光路部２０は、プリズム３８、可変減衰器４０、およびミラー４２から構成され、ミラー４２は互いに直交する２枚の反射面４４，４６を有する。本発明では、２つの偏光分離素子１６,２２間において可変遅延光路部１８により形成される可変遅延光路の光路長は、オフセット遅延光路部２０により形成されるオフセット遅延光路の光路長に対し、可動鏡３２を移動手段により移動させることにより、長くすることも短くすることも可能である。
【００３６】
ＤＧＤ付与部８の出射用コリメータ２４からは光ファイバ４が延び、光ファイバ４には分波器４８が介挿されている。分波器４８は、ＤＧＤ付与部８の出射用コリメータ２４から出射した光の一部を分離してモニタ制御手段１０へと導き、残りの光はＰＭＤ補償装置Ａから出射する。なお、分波器４８からモニタ制御手段１０までの光の伝搬距離（ファイバ長さ）は、光伝送路（光ファイバ２）により与えられる又は補償する偏波モード分散の値（ＰＭＤ値）よりも十分小さい値となるように設定される。
【００３７】
モニタ制御手段１０は、分波器４８により導かれた光を検出し、その検出結果に基づいて、偏波コントローラ６の偏光変換及びＤＧＤ付与部８のＤＧＤを適宜フィードバック制御でき、かつ、後述する逆転制御を実行できるものであればよい。具体的には、特定周波数の光強度をモニタする場合、モニタ制御手段１０は、例えばフォトダイオードによって光信号を電気信号に変換した後、狭帯域バンドパスフィルタによってモニタする周波数を切り出し、その強度を制御量とする。
【００３８】
また、ＤＯＰをモニタする場合、モニタ制御手段１０は、光の強度Ｓ0を含めた４つのストークスパラメータ（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）をモニタできる一般的なポラリメータによって得た値から、ＤＯＰをＶとしたときに、次式：
【００３９】
【数１】
【００４０】
よりＤＯＰを算出し、これを制御量とする。上述したＰＭＤ補償装置Ａは以下の作用を有する。光ファイバ２を伝搬してきた光は、互いに直交する任意の２つの主偏光（ＰＳＰ）からなる。まず、偏波コントローラ６は、これらの任意偏光を、互いに直交する２つの直線偏光であって、ＤＧＤ付与部８の偏光分離素子１６により互いに分離可能な直線偏光へと偏光変換する。
【００４３】
そして、ＤＧＤ付与部８に入射したこれら２つの直線偏光は、一方は可変遅延光路部１８を伝搬し、他方はオフセット遅延光路部２０を伝搬する。各光路部を伝搬する光の所要時間をそれぞれＴｖ、Ｔｓとすると、ＤＧＤ付与部８がこれらの直線偏光間に付与するＤＧＤは、これらＴｖとＴｓの差となる。本発明では、オフセット遅延光路部２０をＤＧＤ付与部８に設けたことによって、２つの直交偏光間の光路長を、一方に対して長短自在に可変させることができる。具体的には、Ｔｖ≧Ｔｓとなるように可変群遅延光路部１８の光路長を調整してＤＧＤを正の値としたり、Ｔｖ≦Ｔｓとなるように可変群遅延光路部１８の光路長を調整してＤＧＤを負の値とすることができる。
【００４１】
かくして、本発明では、ＤＧＤ付与部８が付与するＤＧＤのダイナミックレンジを、正から負、あるいは負から正へとゼロをまたぐように設定することができる。すなわち、ＤＧＤ付与部８が付与するＤＧＤの符号を逆転させることができる。そしてこのことは、ストークス空間内において、ＤＧＤ付与部８のＰＭＤベクトルΩｃの方向を逆転可能であることと等価である。そして、このＰＭＤベクトルΩｃの方向が逆転するということは、別の表現によれば、ＤＧＤ付与部８の速いＰＳＰと遅いＰＳＰを入れ替えるということと同義になる。
【００４２】
したがって、本発明では、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔが逆転した時に、ＤＧＤ付与部８のＰＭＤベクトルΩｃを逆転させることができ、偏波コントローラ６による偏光変換Ｔのみで光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔの逆転を補償する必要がない。そしてその結果、偏波コントローラ６の制御は容易となり、高精度に光伝送路の偏波モード分散を補償することができる。
【００４３】
なお、このオフセット遅延経路２０の光路長は、ミラー４２を可動鏡として可変としても構わない。また、ＰＭＤ補償装置Ａの作用を、ＰＭＤ補償装置Ａを第一の補償方法に適用した場合について説明したが、ＰＭＤ補償装置Ａを第二の補償方法に適用可能であるのはもちろんのことである。
【００４４】
図３は、本発明の第二の実施形態に係るＤＧＤ付与部５０を示している。このＤＧＤ付与部５０は、ＤＧＤ付与部８の偏光分離素子１６，２２及びミラー２６，２８をプリズム５４，５６で、プリズム３０，３８をプリズム５８で置換した以外は、ＤＧＤ付与部８と同一の構成および作用を有する。そのため、ＤＧＤ付与部５０はＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償装置Ａに適用することができる。
【００４５】
このＤＧＤ付与部５０は、プリズム等を用いて構成されているので、作製が容易であり、ＰＭＤ補償装置Ａの生産性向上に資する。図４は、本発明の第三の実施形態に係るＤＧＤ付与部６０を示し、ＤＧＤ付与部６０もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償装置Ａに適用することができる。ＤＧＤ付与部６０は、偏光分離素子１６,２２の間に図１２あるいは図１３で例示したようなオフセット遅延光路を備えていないが、出射用コリメータ２４に接続されたＰＭＦ６２を備えており、これがオフセット遅延経路として機能する。以下では、このＰＭＦ６２の作用について述べる。
【００４６】
ＤＧＤ付与部６０にあっては、可変遅延光路部１８により形成される光路は、可動鏡３２により可変ではあるものの、偏光分離素子１６,２２間を真直に延びる光路に対して常に長い。すなわち、出射用コリメータ２４から出射する時点では、可変遅延光路部１８を伝搬した直線偏光は、他方の直線偏光に対して常に遅い。
【００４７】
そこで本発明では、可変遅延光路部を伝搬した遅い直線偏光がＰＭＦ６２の速い軸に、他方の可変減衰器４０を通過してきた速い直線偏光がＰＭＦ６２の遅い軸に入射するようにＰＦＭ６２は接続されている。ここで、ＰＭＦ６２の速い軸を伝搬するということは、ＰＭＦ６２の遅い軸を伝播した場合に比べ、光路長が短いということである。したがって、適当な群遅延時間を有するＰＭＦ６２を用いた場合、可動鏡３２を移動させることにより、ＤＧＤ付与部６０全体として、偏波分離素子１６より分波された一方の光の光路長を、他方の光の光路長に対して長短自在に可変することができる。
【００４８】
図５は、本発明の第四の実施形態に係るＤＧＤ付与部６４を示し、ＤＧＤ付与部６４もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償装置Ａに適用することができる。ＤＧＤ付与部６４は、入射用コリメータ１４と偏波分離素子１６の間に、直交偏波を入れ替える偏光変換器６６を備えている。すなわち、ＤＧＤ付与部６４においては、偏光変換器６６によりその遅い軸と速い軸を入れ替え、全体としてＤＧＤのダイナミックレンジがゼロをまたぐように構成されている。
【００４９】
偏光変換器６６を配置する位置は、偏波コントローラ６と偏波分離素子１６の間であれば格段限定されない。そして偏光変換器６６としては、リチウムナイオベート導波路や、ファラデー回転子などを用いることができる。なお、上記した第一乃至四の実施形態においては、その可変遅延光路部１８及びオフセット遅延光路部２０に、屈折率の大きな媒質を挿入して光路長を長くすることで小型化を図ることができる。
【００５０】
図６は本発明の第五の実施形態に係るＤＧＤ付与部６８を示し、ＤＧＤ付与部６８もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償装置Ａに適用可能である。ＤＧＤ付与部６８は、２つのＰＭＦ７０及びＰＭＦ７２を備え、これらＰＭＦ７０，７２の間に偏光回転子が介挿されている。本発明では、これらＰＭＦ７０及びＰＭＦ７２のＤＧＤをそれぞれτ1及びτ2としたときに、τ1とτ2の差がτ1あるいはτ2の１％以下となっている。なお、この場合、τ1とτ2のどちらが大きくとも良い。以下では、このτ1とτ2の関係について詳細に説明する。
【００５１】
図６に示した可変ＤＧＤ付与部６８においては、偏光回転子７４の回転角θを変化させることによって与えるＰＭＤの量を変えることができる。すなわち、ＰＭＦ７０およびＰＭＦ７２の複屈折軸の相対角度をψおよび、可変ＤＧＤ付与部６８全体のＤＧＤをτtとしたとき、τtは次式：
【００５２】
【数２】
【００５３】
で表わされる。ただし、式（２）中では、回転角θによる位相量が小さいとして、偏光回転子５の回転角θの周波数依存性を無視している。そして、式（２）より、このＤＧＤ付与部６８にあっては、回転角θを可変にすることによって、τtの値を｜τ1−τ2｜から｜τ1＋τ2｜の範囲で変化させることができることがわかる。
【００５４】
ここで、ψ＝O（rad）に固定しながらτ1及びτ2を変化させた３つの場合、すなわちτ1＝５０（ps）かつτ2＝５０（ps）、τ1＝５０（ps）かつτ2＝４０（ps）、および、τ1＝４０（ps）かつτ2＝５０（ps）の場合における、τtのθ依存性を図７（ａ）に示し、また、ストークス空間におけるＰＳＰのθ依存性を図７（ｂ）〜（ｄ）に示す。
【００５５】
なお、図７（ａ）中、一点鎖線はτ1＝５０かつτ2＝５０、破線はτ1＝５０かつτ2＝４０、実線はτ1＝４０かつτ2＝５０のときのτtを示している。図７（ａ）より、τ1とτ2の間の大小関係にかかわらず、τtはあらゆる回転角θに対して常に正の値をとることがわかる。これは、そもそもτtを定義する段階で、遅いＰＳＰのＤＧＤから速いＰＳＰのＤＧＤを差し引くようにしている為である。従って、τ1とτ2の値を入れ替えたとしても、τtのθ依存性は何ら変わることはない。このことは、図７（ａ）において、τ1＝５０（ps）かつτ2＝４０（ps）の場合と、τ1＝４０（ps）及びτ2＝５０（ps）の場合のとで、τtのθ依存性が一致していることからわかる。
【００５６】
しかし、実際には、τ1とτ2の間の大小関係によってＤＧＤ付与部の特性は異なっており、そのことは、τ1＝５０（ps）かつτ2＝５０（ps）、τ1＝５０（ps）かつτ2＝４０（ps）、および、τ1＝４０（ps）かつτ2＝５０（ps）の場合におけるＰＳＰのθ依存性（図７（ｂ）〜（ｄ））を見ればわかる。なお、図７（ｂ）〜（ｄ）では、回転角θを０．１rad毎に０radから２radまで変化させたときの、各回転角θにおける遅いＰＳＰ及び速いＰＳＰをそれぞれ●印及び×印で示し、これらＰＳＰの変化の方向を矢印で示している。
【００５７】
例えば、図７（ｃ）に示したτ1＝５０（ｐｓ）およびτ2＝４０（ｐｓ）の場合（τ1≧τ2）、遅いＰＳＰ及び速いＰＳＰは、回転角θの変化に伴って、ストークス空間の原点を挟んで互いに異なる軌跡を描く。これらの軌跡を含む領域Ｒ,Ｒ’を図７ （ｃ）に示したように破線で描画した場合、２つの軌跡はそれぞれ領域Ｒ,Ｒ’内を折り返しながら変化し、遅いＰＳＰと速いＰＳＰの変化の軌跡が互いに重なることはない。
【００５８】
そして、τ1の値がτ2の値に対して大きくなるほど、遅いＰＳＰ及び速いＰＳＰの軌跡はより狭い領域Ｒ,Ｒ’内に収まるようになる。また、これらのＰＳＰは、回転角θがπだけ変化すると、変化前と同じ元のＰＳＰに戻る。図７（ｄ）に示したτ1＝４０（ｐｓ）およびτ2＝５０（ｐｓ）の場合（τ1＜τ2）、遅いＰＳＰと速いＰＳＰの変化の軌跡が重なって、ストークス空間内で同じ円を描く。そして、回転角θが０〜π変化したときに、これらＰＳＰはそれぞれ一周して元に戻るので、図７（ｃ）で示したτ1≧τ2の場合に比べ、ＰＳＰの変動範囲が大きいことがわかる。
【００５９】
また、τ1≧τ2およびτ1＜τ2の両方の場合において、回転角θの変化量に対するＰＳＰの変化量が、回転角θの値によって異なっている。具体的には、ＰＳＰはθ＝π／２（rad）付近で急激に変化する。そしてこのことは、τ1とτ2の値の差が小さい場合ほど顕著であって、τ1とτ2の値の差を小さくしていくと、ＰＳＰはθ＝π／２（rad）付近でより急激に変化するようになり、やがてτ1＝τ2となると、ＰＳＰはθ＝π／２（rad）付近で不連続に変化する。
【００６０】
このＰＳＰの不連続な変化は、図７（ｂ）に示したτ1＝５０ｐｓ及びτ2＝５０ｐｓの場合のＰＳＰのθ依存性から明らかで、θ＝π／２（rad）において、遅いＰＳＰと速いＰＳＰが入れ替わっている。θ＝π／２（rad）の時にτtの値は０ｐｓであって、ＰＳＰが入れ替わっていることを考慮すれば、一方のＰＳＰについて見れば、θ≧π／２（rad）の領域において負のＤＧＤを持っていることになる。
【００６１】
したがって、ＤＧＤが一方のＰＳＰに対して０をまたぐように構成するには、τ1＝τ2とすることが効果的である。しかし、現実的には完全に一致させることは不可能である。そこで本発明では、τ1とτ2とがほぼ一致するように構成される。τ1とτ2の差が非常に小さければ、先に述べたようにθ＝π／２（rad）においてその変化量は非常に急峻であり、ＤＧＤ付与部６８の前段に設けられる偏波コントローラ６が追従しなければ、ほとんど遅いＰＳＰと速いＰＳＰが入れ替わったとみなすことができる。すなわち、ＤＧＤ付与部６８が与えるＤＧＤの符号を逆転させることができる。
【００６２】
そして、τ1とτ2とをほぼ一致させるということは、具体的には、τ1とτ2の差がτ1あるいはτ2のＤＧＤの１％程度以下とすることである。なお、このとき、τ1とτ2のどちらが大きくなっていても構わない。図８は、本発明の第６の実施形態に係わるＤＧＤ付与部７６である。ＤＧＤ付与部７６もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償器Ａに適用することができる。
【００６３】
ＤＧＤ付与部７６においては、ＰＭＦ７０とＰＭＦ７８のＤＧＤは互いに１％以上異なっており、ＤＧＤ付与部７６のＰＳＰはθの変化に対して連続的に変化する。そのため、速いＰＳＰは常に遅いＰＳＰに対して速く、このことは、速いＰＳＰの光路長は、常に遅いＰＳＰの光路長に対して短いということと等価である。
【００６４】
そこで本発明では、ＤＧＤ付与部７６は、オフセット遅延経路として、偏波コントローラ８０及びＰＭＦ８２を更に備えている。偏波コントローラ８０は、ＰＭＦ７０，偏光回転子７４，およびＰＭＦ７８から成る系における速いＰＳＰ及び遅いＰＳＰが、それぞれ、ＰＭＦ８２の遅い軸及び速い軸に入射するよう偏光変換する。
【００６５】
ここで、ＰＭＦ８２の速い軸を伝搬するということは、遅い軸を伝播する場合に比べて光路長が短いということである。そのため、適当なＤＧＤを有するＰＭＦ８２を用いれば、ＤＧＤ付与部７６の一方のＰＳＰの光路長を、他方のＰＳＰの光路長に対して長短自在に可変することができる。なお、ＰＭＦ７０のＤＧＤをτ1，ＰＭＦ７８のＤＧＤをτ3、および、ＰＭＦ８２のＤＧＤをτｓとしたときに、τｓの大きさは、ＤＧＤ付与部７６全体としてＤＧＤの符号が逆転可能となるように、次式：｜τ1−τ3｜＜τｓ＜｜τ1＋τ3｜で示される。
はθの変化に伴って変化する。従って、偏波コントローラ８０の回転角は可変となっている。また、ＰＭＦ８２は複屈折結晶などの別の複屈折媒質で置き換えてもよい。図９は、本発明の第七の実施形態に係わるＤＧＤ付与部８４を示している。ＤＧＤ付与部８４もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償器Ａに適用することができる。
【００６６】
ＤＧＤ付与部８４においては、ＰＭＦ７０とＰＭＦ７８のＤＧＤは互いに１％以上異なっており、ＰＳＰがθの変化に対して連続的に変化する。そのため本発明では、ＤＧＤ付与部７６は、偏波コントローラ６とＰＭＦ７０の間に偏光変換器８６を備え、この偏光変換器８６により、ＤＧＤの符号を逆転させることができる。
【００６７】
偏光変換器８６は、ＤＧＤ付与部８４の前段に設けられている偏波コントローラ６の出射光の遅いＰＳＰを速いＰＳＰに、速いＰＳＰを遅いＰＳＰにそれぞれ変換できる偏光変換器であって、互いに直交する任意の偏光同士を入替える場合と入替えない場合のスイッチングができればよく、可変でなくとも構わない。以下では、上述したＤＧＤ付与部を備えたＰＭＤ補償装置Ａを用いて、光伝送路の偏波モード分散を補償するための好適な方法を説明する。
【００６８】
従来の制御方法では、光伝送路のＰＭＤベクトルの大小とは無関係に、モニタ制御手段１０は、モニタ値、例えばＤＯＰまたは特定周波数強度に基づいて、モニタ値が最大となるように、偏波コントローラ６及びＤＧＤ付与部８をフィードバック制御する。具体的には、偏波コントローラ６の偏光変換Ｔ及びＤＧＤ付与部８の可動鏡３２の変位量を、ＤＧＤ付与部８のＤＧＤの正負を逆転させることなくフィードバック制御する。
【００６９】
しかし、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔの方向が逆転した場合、そのままモニタ値の最大値制御を行なうと、偏波コントローラ６によってフィードバック制御してきた偏光方向が逆転してしまう為、逆転した後の偏光方向を検索するためにフィードバック制御に遅れが発生してしまう。また、偏光方向を逆転させる偏光変換Ｔは最も遠い変換であるため、偏波コントローラ６には全偏光を全偏光に変換できる最も高い性能が必要であり、偏波コントローラ６の複雑化及び高価格化が避けられない。
【００７０】
そこで本発明では、モニタ値が所定の閾値を超えた場合、あるいは、光伝送路の偏波モード分散が所定値以下となり、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔが逆転する可能性が高まった場合に限り、以下の逆転制御を行なう。この逆転制御では、まず、ＤＧＤ付与部８のＤＧＤを０に近い、例えば１ps程度の最小値ＧD、に設定してモニタ値１を取得する。次に、ＤＧＤ付与部８のＧDの符号を逆転させてモニタ値２を取得し、ＧDの符号を逆転させた前後でのモニタ値１，２を比較し、モニタ値が高い方の符号を有するＧDをＤＧＤ付与部８のＤＧＤとして選択する。
【００７１】
そして、ＧDの符号を逆転させる際には、偏波コントローラ６の偏光変換は維持し、ＧDの符号の逆転のみによって、モニタ値を最大とする。ここで、図１０はストークス空間におけるＧDの符号変換を模式的に示している。球８８は半径がＧDであって、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔが球８８の内部にあるときに、上記した逆転制御が行なわれる。
【００７２】
図中、ＤＧＤ付与部８のＤＧＤを示すベクトルΩｃ’は大きさがＧDである。モニタ制御手段１０は、このΩｃ’が偏光変換されたベクトルΩｃ’・Ｔと、ベクトルΩｃ’の符号を逆転して偏光変換されたベクトル−Ωｃ’・Ｔとでモニタ値をそれぞれ測定する。図１０の場合、ベクトル−Ωｃ’・Ｔのときの方が、ベクトルΩｃ’・Ｔのときに比べ、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔとの和が０に近くなる。したがって、このときは符号が逆転されたＧDがＤＧＤとして選択される。
【００７３】
そして、モニタ値が閾値ＲDよりも小さくなった場合には、上記した逆転制御を止めて、ＤＧＤを正および負のうちいずれかモニタ値を高くする方に固定し、偏波コントローラ６とＤＧＤ付与部１０により従来のフィードバック制御を行なう。したがって、本発明の逆転制御によれば、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔが逆転した時に、偏波コントローラ６によって、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔの向きを探すときに、その偏光を変化させる範囲を小さくすることができるので、制御に要する時間を短縮できる。
【００７４】
さらに、このＤＧＤ付与部８のＤＧＤの符号の逆転、すなわち、ＰＭＤベクトルΩｃの逆転を利用すれば、偏波コントローラ６の偏光可変範囲がポアンカレ球の半球に限定されていても、ＤＧＤ付与部と偏波コントローラにより得られるＰＭＤベクトルΩｃ’・Ｔを、ポアンカレ球の全球にわたって可変とすることができる。
【００７５】
なお、上記した逆転制御は、ベクトルΩｔをベクトルアΩｃ’・Ｔのいずれかで打ち消すＰＭＤ補償の第一の方法（図１３参照）に適用した場合について説明したが、ベクトルΩｔと、ベクトルアΩｃ’・Ｔのいずれかとのベクトル和を、光伝送路に入射する光を示すベクトルＳinと同方向とするＰＭＤ補償の第二の方法（図１４参照）に適用できるのはもちろんである。
【００７６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のＰＭＤ補償装置が具備するＤＧＤ付与部は、付与するＤＧＤの符号を逆転することができ、これを用いて光伝送路の偏波モード分散を補償した場合、光伝送路のＰＭＤベクトルの方向が逆転した場合にも容易に偏波モード分散の補償制御を追従させることができる。
【００７７】
また、本発明のＰＭＤ補償装置が具備する偏波コントローラは、偏光の可変範囲が全偏波にわたる必要がなく、機能が単純で低価格のものでよい。したがって、本発明の偏波モード分散補償装置およびそれを用いた偏波モード分散補償方法は、ハイビットレートの光伝送システムに用いてその工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光伝送路のＰＭＤベクトル逆転の説明図である。
【図２】ＰＭＤ補償装置Ａの概略構成図である。
【図３】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例１の概略構成図である。
【図４】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例２の概略構成図である。
【図５】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例３の概略構成図である。
【図６】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例４の概略構成図である。
【図７】ＤＧＤτt及びＰＳＰのθ依存性を示す図である。
【図８】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例５の概略構成図である。
【図９】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例６の概略構成図である。
【図１０】ＤＧＤの符号を逆転させるフィードバック制御方法の作用説明図である。
【図１１】従来のＰＭＤ補償装置に具備されるＤＧＤ付与部の一例を示す概略構成図である。
【図１２】従来のＰＭＤ補償装置に具備されるＤＧＤ付与部の他の例を示す概略構成図である。
【図１３】ＰＭＤ補償装置による第一のＰＭＤ補償方法の作用説明図である。
【図１４】ＰＭＤ補償装置による第二のＰＭＤ補償方法の作用説明図である。
【符号の説明】
６ 偏波コントローラ
８，５０，６０，６４，６８，７６，８４ ＤＧＤ付与部
１０ モニタ制御手段
１８ 可変群遅延光路部
２０ オフセット群遅延光路部
６２，８２ ＰＭＦ
６６，８６ 偏光変換器
Ｓin 光伝送路の入射端における光の偏光状態を示すベクトル
Ｔ，Ｔ1，Ｔ2 偏波コントローラによる偏光変換
Ωｔ 光伝送路のＰＭＤベクトル
Ωｃ ＤＧＤ付与部のＰＭＤベクトル
【発明の属する技術分野】
本発明は偏波モード分散補償方法に関し、詳しくは追従性の良好な偏波モード分散補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光伝送システムの進展、普及に伴い、システムの伝送容量を増大させるために、波長分割多重（ＷＤＭ）方式による多チャンネル化が進められている。この多チャンネル化と並んで、伝送容量を増大させる方法としては、各チャンネルの光パルスのビットレートを増大させる方法があり、現在では、１０Gbpsの導入が進んでいる。そして、最近では、今後実用化が期待されている４０Gbpsの導入が展望されている。
【０００３】
このようなハイビットレートの光パルス伝送においては、その伝送品質の劣化を招くいくつかの要素がある。その１つが偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）である。これは、光パルスの伝送路である光ファイバの中でランダムに発生する複屈折に基因して、伝送されている光パルスにおいて、本来は縮退しているべき直交偏波モードが分離してパルス幅を拡大させるという現象である。このような現象を発現した光パルスは、もはや、正しい光信号としての機能を発揮しないことになる。
【０００４】
したがって、最近の光ファイバでは、このＰＭＤを小さくする努力がなされている。しかしながら、その値は、せいぜい、０.２５ps／km1/2程度である。そして、そのような光ファイバを用いて４０Gbpsのビットレートを採用した場合、光伝送が可能な距離は長くても９０km程度であり、それ以上の距離の光伝送を実現することはできない。
【０００５】
また、これまでに敷設されてきた古い光ファイバのＰＭＤは１ps／km1/2程度であるため、ビットレートを１０Gbpsにするとその光伝送可能な距離は１７０km程度であり、ましてや、ビットレートを４０Gbpsにすると１０km程度までしか光伝送を実現することができない。このように、既設の光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、ビットレートを１０Gbpsに高める場合や、次世代光伝送システム用に新たな光ファイバを敷設してそのビットレートを４０Gbps以上で運転しようとする場合には、ＰＭＤの影響が顕著に現れ、その結果、伝送容量が大きく、実用的な光伝送システムの構築が困難になる。
【０００６】
そのため、ＰＭＤを補償する各種の偏波モード分散補償装置（ＰＭＤ補償装置）が提供されている。ここで、代表的な装置を例示し、その機能について説明する。まず、Electron. Lett., vol.30, No.4, pp.384〜349，1994や、OFC'99, Technical Digest 86/WE5-1などの文献に記載されている装置について説明する。
【０００７】
このＰＭＤ補償装置は、伝送路を伝搬してきた光信号の主偏光（Principal States of Polarization：ＰＳＰ）と呼ばれる、分離した２つの直交偏光成分のそれぞれを、群遅延時間（Differential Group Delay：ＤＧＤ）付与部として機能する偏波保持光ファイバ（Polarization Maintain Fiber：ＰＭＦ）における直交する２個の固有偏光（Eigen States of Polarization：ＥＳＰ）のそれぞれに偏光変換する偏波コントローラと、ＤＧＤ付与部としての上記ＰＭＦと、伝搬してきた光パルスのＰＭＤによる波形歪みをモニタとするモニタ手段と、このモニタ手段からの制御信号で上記偏波コントローラの運転を制御する制御装置を備えている。
【０００８】
また、J. of Lightwave Technology, vol.12, No.15, pp891〜898, 1994や、OFC'99, paper TuS4, 1999などの文献には記載されている装置は、送信器端から受信器端に至る伝送路全体の系のＰＳＰを、送信器から発振している光のＳＯＰに一致させるように運転される。具体的には、前者の装置は、送信信号を周波数変調し、その偏光状態（Stateof Polarization：ＳＯＰ）の周波数依存性を受信側で間接的に検知する。そして、送信信号のＳＯＰと伝送路におけるＰＳＰが一致しているか否かを確認しながら、送信器端に設けられている上記偏波コントローラを制御し、伝送路への入射信号のＳＯＰをＰＳＰに追随させるという態様で運転される。
【０００９】
また後者の装置にあっては、偏波コントローラと伝送路で発生するＰＭＤの量よりも大きいＰＭＤを有する固定ＤＧＤ付与部（例えばＰＭＦ）を受信器の前に配置し、ここで偏光度（Degree of Polarization：ＤＯＰ）をモニタし、このＤＯＰが最大値を示すように全体の系を運転制御することにより、系全体のＰＳＰを送信信号のＳＯＰに一致させている。
【００１０】
なお、上記した説明において、あるＤＧＤが与えられている２個のＰＳＰ間の当該ＤＧＤをＰＭＤとしている。より厳密にいえば、ＰＭＤは送信信号のスペクトル内における各波長間のＤＧＤの平均値である。また、上記したＰＳＰは、ある伝送路に入射した送信信号のＳＯＰを周波数に対して無依存としたときに、その伝送路からの出射偏光が周波数に対して１次のオーダで無依存であることを条件にして求められた偏光状態であるとしている。そして、この偏光状態ＰＳＰは、送信信号のスペクトル幅が充分に狭いことと、ＰＭＤが極端に大きくないということを前提にして求められている。
【００１１】
ところで、これらのＰＭＤ補償装置に組み込まれるＤＧＤ付与部としては、例えばＰＭＦで構成された固定タイプのＤＧＤ付与部がある。また、図１１で示したように、偏光成分を分離する偏光分離素子を備え、分離されたそれぞれの偏光成分の伝搬距離を可動鏡により空間的に変化させて各偏光成分間のＤＧＤをゼロ化する可変タイプのものがある。このＤＧＤ付与部は、変換の対象である偏光が直線偏光である場合にのみ機能することができる。
【００１２】
そして、可変タイプのＤＧＤ付与部としては、図１２で示したように、τ1のＤＧＤを与えるＰＭＦのような一軸性複屈折媒質と、τ2のＤＧＤを与える別のＰＭＦのような一軸性複屈折媒質の間に偏光回転子が配置された可変タイプのものもある。この可変タイプのＤＧＤ付与部は、変換の対象である偏光が直線偏光である場合に限らず、例えば楕円偏光を含む任意偏光に対しても機能することができる。
【００１３】
ところで。このようなＰＭＤの補償方法としては次のような２種類の方法が知られている。その説明を進めるに当たり、まず、ストークス空間を想定する。このストークス空間とは、その直交基底が０ー直線偏光成分の強度Ｓ1、４５ー直線偏光成分の強度Ｓ2、および右回り円偏光の強度Ｓ3である３次元空間であり、その空間内の単位円がポアンカレ球に相当する。Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3はストークスパラメータと呼ばれる。
【００１４】
そして、このストークス空間内において、変調直後の伝送路への送信信号のＳＯＰを示すベクトルをＳin、伝送路で発生するＰＭＤのベクトルをΩｔ、偏波コントローラが備える偏光変換をＴ1，ＤＧＤ付与部におけるＰＭＤのベクトルをΩｃとして想定する。ここで、ＰＭＤのベクトルΩｔは、その単位ベクトルが遅いＰＳＰを表すものとする。そして、ベクトルの向きは遅いＰＳＰの向きと同じであり、ベクトルの大きさは２個のＰＳＰ間のＤＧＤで与えられる。
【００１５】
以上の表示規定を踏まえて、最初に、ＰＭＤの補償に関する第一の補償方法の作用を図１３に示す。この方法は、図１１及び１２で示したＤＧＤ付与部を含む系に適用され、伝送路で発生したＰＭＤを直接補償する方法である。この方法では、伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰであるベクトルＳinには、伝送路を伝搬する過程でベクトルΩｔで示されるＰＭＤが与えられる。このベクトルΩｔは、伝送路の状態（例えば外部から圧力が加わっているなど）に応じて、その大きさと方向が常に変化している。
【００１６】
ＤＧＤ付与部は、大きさが可変であるＰＭＤベクトルΩｃを有し、偏波コントローラは、それが有する偏光変換作用に対応した偏光変換Ｔ1を有している。偏波コントローラが偏光変換Ｔ1によりＰＭＤベクトルΩｃの方向を変化させながら、ＤＧＤ付与部がＰＭＤベクトルの大きさを変化させることにより、ＰＭＤベクトルΩｔと大きさが等しく、かつ、方向が逆であるＰＭＦベクトルΩｃ’・Ｔが得られる。その結果、ベクトルΩｔとベクトルΩc´・Ｔ1とが打ち消しあい、ここに、ベクトルΩｔの補償が実現する。
【００１７】
なお、上記した補償方法では、ＤＧＤ付与部として、図１１及び１２で示した可変タイプのものを用いてベクトルΩｃの大きさを変化させているが、固定タイプのＤＧＤ付与部を用いる場合には、当然のことながら、ベクトルΩｃを変化させることができない。したがって、固定タイプのＤＧＤ付与部を用いる場合は、例えば、｜Ωｔ＋Ωｃ・Ｔ1｜＜｜Ωｔ｜のときには上記した補償方法を実施し、その他のときには、全く補償を行なわないか、あるいは、後述する第二の補償方法を採用するという態様で補償方法を適宜選択することが必要となる。
【００１８】
次に、ＰＭＤの補償に関する第二の補償方法の作用を図１４に示す。なお、一般に、この第二の方法は固定タイプのＤＧＤ付与部に適用されているが、可変タイプのＤＧＤ付与部に適用してもよい。この第二の補償方法では、伝送路によって送信信号に与えられたＰＭＤベクトルΩｔと、偏光変換Ｔ2によって変換されたＤＧＤ付与部のＰＭＤのベクトルΩｃ・Ｔ2の和が、伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰであるベクトルＳinと同じ方向を向くように設定される。
【００１９】
伝送路の入射端における送信信号のＳＯＰのベクトルＳinと、伝送路、偏波コントローラ、およびＤＧＤ付与部から成る系全体のＰＭＤのベクトル（Ωｔ＋Ωｃ・Ｔ2）とが同じ方向を向いているということは、送信信号が系全体のＰＳＰに入射されていることを意味する。ここで、ベクトルＳinで示される任意の偏光が系に入射した際には、この光は系の２つの直交するＰＳＰで示される偏光に分離して伝搬し、これら分離した偏光間にＤＧＤすなわちＰＭＤが与えられる。したがって、送信信号（光パルス）が一方のＰＳＰに入射した場合、他方のＰＳＰで示される偏光は発生しないのでＰＭＤが発生することない。そしてこのことは、前記したようにＰＳＰが１次のオーダで周波数無依存である場合には常に成立する。
【００２０】
この第二の補償方法において、ＰＳＰによる伝送を実現するためにＤＧＤ付与部に要求される特性としては、系全体のＰＭＤのベクトル和（Ωｔ＋Ωｃ・Ｔ2）が必ず入射ＳＯＰのベクトルＳinの方向に向く条件のみを備えていればよい。具体的には、｜Ωｔ｜≦｜Ωｃ｜のみが成立していればよい。すなわち、ＤＧＤ付与部におけるＤＧＤ｜Ωｃ｜は固定値になっていてもよいのである。
【００２１】
したがって、この第二の方法は第一の方法に比べて実施が容易であり、しかも、前記した１次のオーダでのＰＳＰの周波数無依存が成立していれば、ＰＭＤは完全に補償されることになる。第一の方法において、ＰＭＤ補償を制御する一般的な方法としては、系全体の最終的なＰＭＤ量、すなわち、｜Ωｔ＋Ωｃ’・Ｔ1｜量と相関のある、強度変調されている送信信号の特定周波数（通常は送信信号のビットレートの半周波数が採用される）の光強度Inをモニタする。このモニタ動作は、送信信号のパルス広がりを直接観察していることに相当する。
【００２２】
したがって、この光強度Inが最大であるときには、系全体のＰＭＤ量が最小（パルスが最も広がらない状態）になっているため、光強度Inの最大値制御を行って、系全体の最終的なＰＭＤ量がモニタされる（Electron, Lett., vol.30, No.4, pp.384〜349，1994や、OFC'99, Technical Digest 86/WE5-1などを参照）。一方、第二の方法の場合は、ＰＳＰで伝送する送信信号は周波数について１次のオーダではＰＭＤを受けない。すなわちＰＭＤ＝０であるため、ＤＯＰの劣化は起こらない。
【００２３】
したがって、第二の方法においては、ＤＯＰをモニタしてその最大値制御を行うことにより、ＰＭＤ補償制御が実施される（OFC'99, paper TuS4, 1999）。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
いま、光伝送路の状態が、統計的にみて、特定の状態に偏っておらず、伝送路の２つの直交ＰＳＰのうち、特定の一方が常に光の伝搬速度の速い軸（速いＰＳＰ）、他方が遅い軸（遅いＰＳＰ）というように偏っておらず、そのどちらにも成り得る場合を考える。
【００２５】
この場合、図１に模式的に示したように、光伝送路における補償対象のＰＭＤベクトルΩｔは、ストークス空間において連続的に方向及び長さを変え、長さがゼロとなる瞬間の近傍で方向が逆転することがある。ＰＭＤベクトルの方向が逆転するということは、速いＰＳＰと遅いＰＳＰが入れ替わったことを意味し、この方向転換の瞬間前のＤＧＤを正にとった場合、この瞬間後のＤＧＤは負となる。
【００２６】
ところで、例えば図１１に示した可変ＤＧＤ付与部にあっては、常に遅延経路を伝搬する光に対してのみ群遅延時間が付与され、ＤＧＤのダイナミックレンジは正から負、或いは負から正の範囲にわたっていない。かかる可変ＤＧＤ付与部を用いて、伝送路のＰＭＤベクトルΩｔを上記した２つの補償方法のいずれかにて補償するためには、偏波コントローラの偏光変換ＴによってΩｔを逆転させなければならない。このことは、図１２に示したＤＧＤ付与部の場合にもあてはまる。
【００２７】
しかしながら、偏波コントローラの制御という観点からいえば、Ωｔを逆転させるということは不連続な制御であって、その連続的な制御に一瞬の断絶が不可避であるだけではなく、アルゴリズムが複雑になるという問題がある。そして、可変ＤＧＤ付与部のＤＧＤのダイナミックレンジがゼロをまたいでいないと、そのＰＭＤベクトルΩｃが常に一つの方向を向いているために、偏波コントローラに要求される偏波可変範囲が全偏波に渡り、その構成が複雑になるという問題もある。
【００２８】
本発明は、上記した問題を解決し、群遅延時間のダイナミックレンジが負から正、あるいは正から負の範囲に及ぶ群遅延時間付与部を備えた偏波モード分散補償装置と、それを用いた偏波モード分散補償方法の提供を目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、任意の偏光状態の光を所定の偏光状態の光へ変換する偏光変換工程と、前記偏光変換後の光に所定の群遅延時間差を付与する群遅延時間差付与工程と、光伝送路を伝搬した光の偏波モード分散を偏光変換の直前にて検出し、前記検出結果に基づいて前記光に付与する偏光変換およびそれに続いて付与する群遅延時間差の付与をフィードバック制御するフィードバック制御工程とを有する偏波モード分散補償方法において、前記群遅延時間差付与工程は、前記群遅延時間差を、ゼロをまたいで、正から負および負から正に連続的に可変に変化させ、前記フィードバック制御工程は、前記群遅延時間差の絶対値が所定の閾値以下となったときに、前記偏光変換工程の制御を固定し、前記群遅延時間差付与工程のみの制御を行うことを特徴とする偏波モード分散補償方法が提供される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わる実施形態を図面に基づいて説明する。図２の偏波分散補償装置Ａは、光伝送路である光ファイバ２からの光を受光して、光伝送路を伝搬することによりその光に生じた偏波モード分散を補償しながら、例えば受信器に繋がる光ファイバ４を通して出射させる。
【００３１】
図２の偏波分散補償装置Ａ（以下、ＰＭＤ補償装置Ａという）は、偏波コントローラ６と、郡遅延時間付与部８（以下、ＤＧＤ付与部８という）と、モニタ制御手段１０とを備えている。光伝送路である光ファイバ２からＰＭＤ補償装置Ａに入射した光は、まず、偏波コントローラ６に入射する。偏波コントローラ６としては、公知のものを使用することができ、光伝送路である光ファイバ２の終端における光の偏光状態、すなわち偏波コントローラ６に入射した任意の偏光状態の光を、所定の偏光状態の光へと変換して出射させるものであれば良い。
【００３２】
偏波コントローラ６から出射した光は、短尺な偏光保持光ファイバ１２（以下、ＰＭＦ１２という）を介してＤＧＤ付与部８に入射する。なお、偏波コントローラ６の後段に短尺なＰＭＦ１２が配置されているのは、偏波コントローラ６から出射した光の偏光状態を維持しながらＤＧＤ付与部８へと入射させるためであって、ＰＭＦ１２を用いずに偏波コントローラ６とＤＧＤ付与部８を直接接続して空間的に一体化しても良い。また、光の偏光状態を維持する必要がないときにはシングルモード光ファイバを用いても良い。
【００３３】
本発明では、ＤＧＤ付与部８は図２に示した構成を有する。すなわち、ＤＧＤ付与部８は、入射用コリメータ１４と、入射用コリメータ１４から出射した光を、互いに直交する２つの直線偏光、例えば図中、紙面に直交する方向に振動する直線偏光と紙面内にて振動する直線偏光に分離する偏光分離素子１６と、分離された一方の直線偏光が伝搬する光路長が可変な可変遅延光路部１８と、他方の直線偏光が伝搬する光路長が可変または固定であるオフセット遅延光路部２０と、これらの光路部を伝搬した偏光を再び合波する偏光分離素子２２と、合波された光をＤＧＤ付与部８から出射させる出射用コリメータ２４とを備える。
【００３４】
可変遅延光路部１８は、２枚のミラー２６，２８と、プリズム３０と、可動鏡３２とから構成され、可動鏡３２は互いに直交する２枚の反射面３４，３６を有する。そして、可動鏡３２及びプリズム３０は同軸上に配置されており、可動鏡３２は、この軸方向、すなわち図中矢印で示した方向にプリズム３２との相対位置を変化させる移動手段（図示しない）を備えている。
【００３５】
オフセット遅延光路部２０は、プリズム３８、可変減衰器４０、およびミラー４２から構成され、ミラー４２は互いに直交する２枚の反射面４４，４６を有する。本発明では、２つの偏光分離素子１６,２２間において可変遅延光路部１８により形成される可変遅延光路の光路長は、オフセット遅延光路部２０により形成されるオフセット遅延光路の光路長に対し、可動鏡３２を移動手段により移動させることにより、長くすることも短くすることも可能である。
【００３６】
ＤＧＤ付与部８の出射用コリメータ２４からは光ファイバ４が延び、光ファイバ４には分波器４８が介挿されている。分波器４８は、ＤＧＤ付与部８の出射用コリメータ２４から出射した光の一部を分離してモニタ制御手段１０へと導き、残りの光はＰＭＤ補償装置Ａから出射する。なお、分波器４８からモニタ制御手段１０までの光の伝搬距離（ファイバ長さ）は、光伝送路（光ファイバ２）により与えられる又は補償する偏波モード分散の値（ＰＭＤ値）よりも十分小さい値となるように設定される。
【００３７】
モニタ制御手段１０は、分波器４８により導かれた光を検出し、その検出結果に基づいて、偏波コントローラ６の偏光変換及びＤＧＤ付与部８のＤＧＤを適宜フィードバック制御でき、かつ、後述する逆転制御を実行できるものであればよい。具体的には、特定周波数の光強度をモニタする場合、モニタ制御手段１０は、例えばフォトダイオードによって光信号を電気信号に変換した後、狭帯域バンドパスフィルタによってモニタする周波数を切り出し、その強度を制御量とする。
【００３８】
また、ＤＯＰをモニタする場合、モニタ制御手段１０は、光の強度Ｓ0を含めた４つのストークスパラメータ（Ｓ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3）をモニタできる一般的なポラリメータによって得た値から、ＤＯＰをＶとしたときに、次式：
【００３９】
【数１】
よりＤＯＰを算出し、これを制御量とする。上述したＰＭＤ補償装置Ａは以下の作用を有する。光ファイバ２を伝搬してきた光は、互いに直交する任意の２つの主偏光（ＰＳＰ）からなる。まず、偏波コントローラ６は、これらの任意偏光を、互いに直交する２つの直線偏光であって、ＤＧＤ付与部８の偏光分離素子１６により互いに分離可能な直線偏光へと偏光変換する。
【００４３】
そして、ＤＧＤ付与部８に入射したこれら２つの直線偏光は、一方は可変遅延光路部１８を伝搬し、他方はオフセット遅延光路部２０を伝搬する。各光路部を伝搬する光の所要時間をそれぞれＴｖ、Ｔｓとすると、ＤＧＤ付与部８がこれらの直線偏光間に付与するＤＧＤは、これらＴｖとＴｓの差となる。本発明では、オフセット遅延光路部２０をＤＧＤ付与部８に設けたことによって、２つの直交偏光間の光路長を、一方に対して長短自在に可変させることができる。具体的には、Ｔｖ≧Ｔｓとなるように可変群遅延光路部１８の光路長を調整してＤＧＤを正の値としたり、Ｔｖ≦Ｔｓとなるように可変群遅延光路部１８の光路長を調整してＤＧＤを負の値とすることができる。
【００４１】
かくして、本発明では、ＤＧＤ付与部８が付与するＤＧＤのダイナミックレンジを、正から負、あるいは負から正へとゼロをまたぐように設定することができる。すなわち、ＤＧＤ付与部８が付与するＤＧＤの符号を逆転させることができる。そしてこのことは、ストークス空間内において、ＤＧＤ付与部８のＰＭＤベクトルΩｃの方向を逆転可能であることと等価である。そして、このＰＭＤベクトルΩｃの方向が逆転するということは、別の表現によれば、ＤＧＤ付与部８の速いＰＳＰと遅いＰＳＰを入れ替えるということと同義になる。
【００４２】
したがって、本発明では、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔが逆転した時に、ＤＧＤ付与部８のＰＭＤベクトルΩｃを逆転させることができ、偏波コントローラ６による偏光変換Ｔのみで光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔの逆転を補償する必要がない。そしてその結果、偏波コントローラ６の制御は容易となり、高精度に光伝送路の偏波モード分散を補償することができる。
【００４３】
なお、このオフセット遅延経路２０の光路長は、ミラー４２を可動鏡として可変としても構わない。また、ＰＭＤ補償装置Ａの作用を、ＰＭＤ補償装置Ａを第一の補償方法に適用した場合について説明したが、ＰＭＤ補償装置Ａを第二の補償方法に適用可能であるのはもちろんのことである。
【００４４】
図３は、本発明の第二の実施形態に係るＤＧＤ付与部５０を示している。このＤＧＤ付与部５０は、ＤＧＤ付与部８の偏光分離素子１６，２２及びミラー２６，２８をプリズム５４，５６で、プリズム３０，３８をプリズム５８で置換した以外は、ＤＧＤ付与部８と同一の構成および作用を有する。そのため、ＤＧＤ付与部５０はＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償装置Ａに適用することができる。
【００４５】
このＤＧＤ付与部５０は、プリズム等を用いて構成されているので、作製が容易であり、ＰＭＤ補償装置Ａの生産性向上に資する。図４は、本発明の第三の実施形態に係るＤＧＤ付与部６０を示し、ＤＧＤ付与部６０もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償装置Ａに適用することができる。ＤＧＤ付与部６０は、偏光分離素子１６,２２の間に図１２あるいは図１３で例示したようなオフセット遅延光路を備えていないが、出射用コリメータ２４に接続されたＰＭＦ６２を備えており、これがオフセット遅延経路として機能する。以下では、このＰＭＦ６２の作用について述べる。
【００４６】
ＤＧＤ付与部６０にあっては、可変遅延光路部１８により形成される光路は、可動鏡３２により可変ではあるものの、偏光分離素子１６,２２間を真直に延びる光路に対して常に長い。すなわち、出射用コリメータ２４から出射する時点では、可変遅延光路部１８を伝搬した直線偏光は、他方の直線偏光に対して常に遅い。
【００４７】
そこで本発明では、可変遅延光路部を伝搬した遅い直線偏光がＰＭＦ６２の速い軸に、他方の可変減衰器４０を通過してきた速い直線偏光がＰＭＦ６２の遅い軸に入射するようにＰＦＭ６２は接続されている。ここで、ＰＭＦ６２の速い軸を伝搬するということは、ＰＭＦ６２の遅い軸を伝播した場合に比べ、光路長が短いということである。したがって、適当な群遅延時間を有するＰＭＦ６２を用いた場合、可動鏡３２を移動させることにより、ＤＧＤ付与部６０全体として、偏波分離素子１６より分波された一方の光の光路長を、他方の光の光路長に対して長短自在に可変することができる。
【００４８】
図５は、本発明の第四の実施形態に係るＤＧＤ付与部６４を示し、ＤＧＤ付与部６４もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償装置Ａに適用することができる。ＤＧＤ付与部６４は、入射用コリメータ１４と偏波分離素子１６の間に、直交偏波を入れ替える偏光変換器６６を備えている。すなわち、ＤＧＤ付与部６４においては、偏光変換器６６によりその遅い軸と速い軸を入れ替え、全体としてＤＧＤのダイナミックレンジがゼロをまたぐように構成されている。
【００４９】
偏光変換器６６を配置する位置は、偏波コントローラ６と偏波分離素子１６の間であれば格段限定されない。そして偏光変換器６６としては、リチウムナイオベート導波路や、ファラデー回転子などを用いることができる。なお、上記した第一乃至四の実施形態においては、その可変遅延光路部１８及びオフセット遅延光路部２０に、屈折率の大きな媒質を挿入して光路長を長くすることで小型化を図ることができる。
【００５０】
図６は本発明の第五の実施形態に係るＤＧＤ付与部６８を示し、ＤＧＤ付与部６８もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償装置Ａに適用可能である。ＤＧＤ付与部６８は、２つのＰＭＦ７０及びＰＭＦ７２を備え、これらＰＭＦ７０，７２の間に偏光回転子が介挿されている。本発明では、これらＰＭＦ７０及びＰＭＦ７２のＤＧＤをそれぞれτ1及びτ2としたときに、τ1とτ2の差がτ1あるいはτ2の１％以下となっている。なお、この場合、τ1とτ2のどちらが大きくとも良い。以下では、このτ1とτ2の関係について詳細に説明する。
【００５１】
図６に示した可変ＤＧＤ付与部６８においては、偏光回転子７４の回転角θを変化させることによって与えるＰＭＤの量を変えることができる。すなわち、ＰＭＦ７０およびＰＭＦ７２の複屈折軸の相対角度をψおよび、可変ＤＧＤ付与部６８全体のＤＧＤをτtとしたとき、τtは次式：
【００５２】
【数２】
で表わされる。ただし、式（２）中では、回転角θによる位相量が小さいとして、偏光回転子５の回転角θの周波数依存性を無視している。そして、式（２）より、このＤＧＤ付与部６８にあっては、回転角θを可変にすることによって、τtの値を｜τ1−τ2｜から｜τ1＋τ2｜の範囲で変化させることができることがわかる。
【００５４】
ここで、ψ＝O（rad）に固定しながらτ1及びτ2を変化させた３つの場合、すなわちτ1＝５０（ps）かつτ2＝５０（ps）、τ1＝５０（ps）かつτ2＝４０（ps）、および、τ1＝４０（ps）かつτ2＝５０（ps）の場合における、τtのθ依存性を図７（ａ）に示し、また、ストークス空間におけるＰＳＰのθ依存性を図７（ｂ）〜（ｄ）に示す。
【００５５】
なお、図７（ａ）中、一点鎖線はτ1＝５０かつτ2＝５０、破線はτ1＝５０かつτ2＝４０、実線はτ1＝４０かつτ2＝５０のときのτtを示している。図７（ａ）より、τ1とτ2の間の大小関係にかかわらず、τtはあらゆる回転角θに対して常に正の値をとることがわかる。これは、そもそもτtを定義する段階で、遅いＰＳＰのＤＧＤから速いＰＳＰのＤＧＤを差し引くようにしている為である。従って、τ1とτ2の値を入れ替えたとしても、τtのθ依存性は何ら変わることはない。このことは、図７（ａ）において、τ1＝５０（ps）かつτ2＝４０（ps）の場合と、τ1＝４０（ps）及びτ2＝５０（ps）の場合のとで、τtのθ依存性が一致していることからわかる。
【００５６】
しかし、実際には、τ1とτ2の間の大小関係によってＤＧＤ付与部の特性は異なっており、そのことは、τ1＝５０（ps）かつτ2＝５０（ps）、τ1＝５０（ps）かつτ2＝４０（ps）、および、τ1＝４０（ps）かつτ2＝５０（ps）の場合におけるＰＳＰのθ依存性（図７（ｂ）〜（ｄ））を見ればわかる。なお、図７（ｂ）〜（ｄ）では、回転角θを０．１rad毎に０radから２radまで変化させたときの、各回転角θにおける遅いＰＳＰ及び速いＰＳＰをそれぞれ●印及び×印で示し、これらＰＳＰの変化の方向を矢印で示している。
【００５７】
例えば、図７（ｃ）に示したτ1＝５０（ｐｓ）およびτ2＝４０（ｐｓ）の場合（τ1≧τ2）、遅いＰＳＰ及び速いＰＳＰは、回転角θの変化に伴って、ストークス空間の原点を挟んで互いに異なる軌跡を描く。これらの軌跡を含む領域Ｒ,Ｒ’を図７ （ｃ）に示したように破線で描画した場合、２つの軌跡はそれぞれ領域Ｒ,Ｒ’内を折り返しながら変化し、遅いＰＳＰと速いＰＳＰの変化の軌跡が互いに重なることはない。
【００５８】
そして、τ1の値がτ2の値に対して大きくなるほど、遅いＰＳＰ及び速いＰＳＰの軌跡はより狭い領域Ｒ,Ｒ’内に収まるようになる。また、これらのＰＳＰは、回転角θがπだけ変化すると、変化前と同じ元のＰＳＰに戻る。図７（ｄ）に示したτ1＝４０（ｐｓ）およびτ2＝５０（ｐｓ）の場合（τ1＜τ2）、遅いＰＳＰと速いＰＳＰの変化の軌跡が重なって、ストークス空間内で同じ円を描く。そして、回転角θが０〜π変化したときに、これらＰＳＰはそれぞれ一周して元に戻るので、図７（ｃ）で示したτ1≧τ2の場合に比べ、ＰＳＰの変動範囲が大きいことがわかる。
【００５９】
また、τ1≧τ2およびτ1＜τ2の両方の場合において、回転角θの変化量に対するＰＳＰの変化量が、回転角θの値によって異なっている。具体的には、ＰＳＰはθ＝π／２（rad）付近で急激に変化する。そしてこのことは、τ1とτ2の値の差が小さい場合ほど顕著であって、τ1とτ2の値の差を小さくしていくと、ＰＳＰはθ＝π／２（rad）付近でより急激に変化するようになり、やがてτ1＝τ2となると、ＰＳＰはθ＝π／２（rad）付近で不連続に変化する。
【００６０】
このＰＳＰの不連続な変化は、図７（ｂ）に示したτ1＝５０ｐｓ及びτ2＝５０ｐｓの場合のＰＳＰのθ依存性から明らかで、θ＝π／２（rad）において、遅いＰＳＰと速いＰＳＰが入れ替わっている。θ＝π／２（rad）の時にτtの値は０ｐｓであって、ＰＳＰが入れ替わっていることを考慮すれば、一方のＰＳＰについて見れば、θ≧π／２（rad）の領域において負のＤＧＤを持っていることになる。
【００６１】
したがって、ＤＧＤが一方のＰＳＰに対して０をまたぐように構成するには、τ1＝τ2とすることが効果的である。しかし、現実的には完全に一致させることは不可能である。そこで本発明では、τ1とτ2とがほぼ一致するように構成される。τ1とτ2の差が非常に小さければ、先に述べたようにθ＝π／２（rad）においてその変化量は非常に急峻であり、ＤＧＤ付与部６８の前段に設けられる偏波コントローラ６が追従しなければ、ほとんど遅いＰＳＰと速いＰＳＰが入れ替わったとみなすことができる。すなわち、ＤＧＤ付与部６８が与えるＤＧＤの符号を逆転させることができる。
【００６２】
そして、τ1とτ2とをほぼ一致させるということは、具体的には、τ1とτ2の差がτ1あるいはτ2のＤＧＤの１％程度以下とすることである。なお、このとき、τ1とτ2のどちらが大きくなっていても構わない。図８は、本発明の第６の実施形態に係わるＤＧＤ付与部７６である。ＤＧＤ付与部７６もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償器Ａに適用することができる。
【００６３】
ＤＧＤ付与部７６においては、ＰＭＦ７０とＰＭＦ７８のＤＧＤは互いに１％以上異なっており、ＤＧＤ付与部７６のＰＳＰはθの変化に対して連続的に変化する。そのため、速いＰＳＰは常に遅いＰＳＰに対して速く、このことは、速いＰＳＰの光路長は、常に遅いＰＳＰの光路長に対して短いということと等価である。
【００６４】
そこで本発明では、ＤＧＤ付与部７６は、オフセット遅延経路として、偏波コントローラ８０及びＰＭＦ８２を更に備えている。偏波コントローラ８０は、ＰＭＦ７０，偏光回転子７４，およびＰＭＦ７８から成る系における速いＰＳＰ及び遅いＰＳＰが、それぞれ、ＰＭＦ８２の遅い軸及び速い軸に入射するよう偏光変換する。
【００６５】
ここで、ＰＭＦ８２の速い軸を伝搬するということは、遅い軸を伝播する場合に比べて光路長が短いということである。そのため、適当なＤＧＤを有するＰＭＦ８２を用いれば、ＤＧＤ付与部７６の一方のＰＳＰの光路長を、他方のＰＳＰの光路長に対して長短自在に可変することができる。なお、ＰＭＦ７０のＤＧＤをτ1，ＰＭＦ７８のＤＧＤをτ3、および、ＰＭＦ８２のＤＧＤをτｓとしたときに、τｓの大きさは、ＤＧＤ付与部７６全体としてＤＧＤの符号が逆転可能となるように、次式：｜τ1−τ3｜＜τｓ＜｜τ1＋τ3｜で示される。
はθの変化に伴って変化する。従って、偏波コントローラ８０の回転角は可変となっている。また、ＰＭＦ８２は複屈折結晶などの別の複屈折媒質で置き換えてもよい。図９は、本発明の第七の実施形態に係わるＤＧＤ付与部８４を示している。ＤＧＤ付与部８４もＤＧＤ付与部８に代えてＰＭＤ補償器Ａに適用することができる。
【００６６】
ＤＧＤ付与部８４においては、ＰＭＦ７０とＰＭＦ７８のＤＧＤは互いに１％以上異なっており、ＰＳＰがθの変化に対して連続的に変化する。そのため本発明では、ＤＧＤ付与部７６は、偏波コントローラ６とＰＭＦ７０の間に偏光変換器８６を備え、この偏光変換器８６により、ＤＧＤの符号を逆転させることができる。
【００６７】
偏光変換器８６は、ＤＧＤ付与部８４の前段に設けられている偏波コントローラ６の出射光の遅いＰＳＰを速いＰＳＰに、速いＰＳＰを遅いＰＳＰにそれぞれ変換できる偏光変換器であって、互いに直交する任意の偏光同士を入替える場合と入替えない場合のスイッチングができればよく、可変でなくとも構わない。以下では、上述したＤＧＤ付与部を備えたＰＭＤ補償装置Ａを用いて、光伝送路の偏波モード分散を補償するための好適な方法を説明する。
【００６８】
従来の制御方法では、光伝送路のＰＭＤベクトルの大小とは無関係に、モニタ制御手段１０は、モニタ値、例えばＤＯＰまたは特定周波数強度に基づいて、モニタ値が最大となるように、偏波コントローラ６及びＤＧＤ付与部８をフィードバック制御する。具体的には、偏波コントローラ６の偏光変換Ｔ及びＤＧＤ付与部８の可動鏡３２の変位量を、ＤＧＤ付与部８のＤＧＤの正負を逆転させることなくフィードバック制御する。
【００６９】
しかし、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔの方向が逆転した場合、そのままモニタ値の最大値制御を行なうと、偏波コントローラ６によってフィードバック制御してきた偏光方向が逆転してしまう為、逆転した後の偏光方向を検索するためにフィードバック制御に遅れが発生してしまう。また、偏光方向を逆転させる偏光変換Ｔは最も遠い変換であるため、偏波コントローラ６には全偏光を全偏光に変換できる最も高い性能が必要であり、偏波コントローラ６の複雑化及び高価格化が避けられない。
【００７０】
そこで本発明では、モニタ値が所定の閾値を超えた場合、あるいは、光伝送路の偏波モード分散が所定値以下となり、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔが逆転する可能性が高まった場合に限り、以下の逆転制御を行なう。この逆転制御では、まず、ＤＧＤ付与部８のＤＧＤを０に近い、例えば１ps程度の最小値ＧD、に設定してモニタ値１を取得する。次に、ＤＧＤ付与部８のＧDの符号を逆転させてモニタ値２を取得し、ＧDの符号を逆転させた前後でのモニタ値１，２を比較し、モニタ値が高い方の符号を有するＧDをＤＧＤ付与部８のＤＧＤとして選択する。
【００７１】
そして、ＧDの符号を逆転させる際には、偏波コントローラ６の偏光変換は維持し、ＧDの符号の逆転のみによって、モニタ値を最大とする。ここで、図１０はストークス空間におけるＧDの符号変換を模式的に示している。球８８は半径がＧDであって、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔが球８８の内部にあるときに、上記した逆転制御が行なわれる。
【００７２】
図中、ＤＧＤ付与部８のＤＧＤを示すベクトルΩｃ’は大きさがＧDである。モニタ制御手段１０は、このΩｃ’が偏光変換されたベクトルΩｃ’・Ｔと、ベクトルΩｃ’の符号を逆転して偏光変換されたベクトル−Ωｃ’・Ｔとでモニタ値をそれぞれ測定する。図１０の場合、ベクトル−Ωｃ’・Ｔのときの方が、ベクトルΩｃ’・Ｔのときに比べ、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔとの和が０に近くなる。したがって、このときは符号が逆転されたＧDがＤＧＤとして選択される。
【００７３】
そして、モニタ値が閾値ＲDよりも小さくなった場合には、上記した逆転制御を止めて、ＤＧＤを正および負のうちいずれかモニタ値を高くする方に固定し、偏波コントローラ６とＤＧＤ付与部１０により従来のフィードバック制御を行なう。したがって、本発明の逆転制御によれば、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔが逆転した時に、偏波コントローラ６によって、光伝送路のＰＭＤベクトルΩｔの向きを探すときに、その偏光を変化させる範囲を小さくすることができるので、制御に要する時間を短縮できる。
【００７４】
さらに、このＤＧＤ付与部８のＤＧＤの符号の逆転、すなわち、ＰＭＤベクトルΩｃの逆転を利用すれば、偏波コントローラ６の偏光可変範囲がポアンカレ球の半球に限定されていても、ＤＧＤ付与部と偏波コントローラにより得られるＰＭＤベクトルΩｃ’・Ｔを、ポアンカレ球の全球にわたって可変とすることができる。
【００７５】
なお、上記した逆転制御は、ベクトルΩｔをベクトルアΩｃ’・Ｔのいずれかで打ち消すＰＭＤ補償の第一の方法（図１３参照）に適用した場合について説明したが、ベクトルΩｔと、ベクトルアΩｃ’・Ｔのいずれかとのベクトル和を、光伝送路に入射する光を示すベクトルＳinと同方向とするＰＭＤ補償の第二の方法（図１４参照）に適用できるのはもちろんである。
【００７６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のＰＭＤ補償装置が具備するＤＧＤ付与部は、付与するＤＧＤの符号を逆転することができ、これを用いて光伝送路の偏波モード分散を補償した場合、光伝送路のＰＭＤベクトルの方向が逆転した場合にも容易に偏波モード分散の補償制御を追従させることができる。
【００７７】
また、本発明のＰＭＤ補償装置が具備する偏波コントローラは、偏光の可変範囲が全偏波にわたる必要がなく、機能が単純で低価格のものでよい。したがって、本発明の偏波モード分散補償装置およびそれを用いた偏波モード分散補償方法は、ハイビットレートの光伝送システムに用いてその工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光伝送路のＰＭＤベクトル逆転の説明図である。
【図２】ＰＭＤ補償装置Ａの概略構成図である。
【図３】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例１の概略構成図である。
【図４】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例２の概略構成図である。
【図５】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例３の概略構成図である。
【図６】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例４の概略構成図である。
【図７】ＤＧＤτt及びＰＳＰのθ依存性を示す図である。
【図８】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例５の概略構成図である。
【図９】ＰＭＤ補償装置Ａに具備されるＤＧＤ付与部の変形例６の概略構成図である。
【図１０】ＤＧＤの符号を逆転させるフィードバック制御方法の作用説明図である。
【図１１】従来のＰＭＤ補償装置に具備されるＤＧＤ付与部の一例を示す概略構成図である。
【図１２】従来のＰＭＤ補償装置に具備されるＤＧＤ付与部の他の例を示す概略構成図である。
【図１３】ＰＭＤ補償装置による第一のＰＭＤ補償方法の作用説明図である。
【図１４】ＰＭＤ補償装置による第二のＰＭＤ補償方法の作用説明図である。
【符号の説明】
６ 偏波コントローラ
８，５０，６０，６４，６８，７６，８４ ＤＧＤ付与部
１０ モニタ制御手段
１８ 可変群遅延光路部
２０ オフセット群遅延光路部
６２，８２ ＰＭＦ
６６，８６ 偏光変換器
Ｓin 光伝送路の入射端における光の偏光状態を示すベクトル
Ｔ，Ｔ1，Ｔ2 偏波コントローラによる偏光変換
Ωｔ 光伝送路のＰＭＤベクトル
Ωｃ ＤＧＤ付与部のＰＭＤベクトル
Claims (1)
- 任意の偏光状態の光を所定の偏光状態の光へ変換する偏光変換工程と、
前記偏光変換後の光に所定の群遅延時間差を付与する群遅延時間差付与工程と、
光伝送路を伝搬した光の偏波モード分散を偏光変換の直前にて検出し、前記検出結果に基づいて前記光に付与する偏光変換およびそれに続いて付与する群遅延時間差の付与をフィードバック制御するフィードバック制御工程とを有する偏波モード分散補償方法において、
前記群遅延時間差付与工程は、前記群遅延時間差を、ゼロをまたいで、正から負および負から正に連続的に可変に変化させ、
前記フィードバック制御工程は、前記群遅延時間差の絶対値が所定の閾値以下となったときに、前記偏光変換工程の制御を固定し、前記群遅延時間差付与工程のみの制御を行うことを特徴とする偏波モード分散補償方法。
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