JP4044115B2 - 偏波モード分散補償装置、偏波モード分散補償方法及びその光通信システムへの適用 - Google Patents

偏波モード分散補償装置、偏波モード分散補償方法及びその光通信システムへの適用 Download PDF

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Description

本発明は、光信号により情報伝送を行う光通信の技術分野に関し、特に、光信号の伝送路で発生する偏波モード分散を補償する機能を具備する偏波モード分散補償装置、偏波モード分散補償方法，および、その光通信システムへの適用に関するものである。
近年、光通信分野においては伝送情報の大容量化、高速化が要請され、そのためにＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の種々の要素技術が研究されている。このように高速かつ大容量の光通信を行う場合、従来はあまり問題とならなかった偏波モード分散（ＰＭＤ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）が光信号の伝送特性を制限する重要なパラメータとして注目されるようになった。そこで、ＰＭＤの影響を補償するためのＰＭＤ補償装置の検討が進められている。
上記ＰＭＤ補償装置に関しては多数の提案がなされており、例えば、特開平１１−１９６０４６号公報、特表２０００−５０７４３０号公報、および特開２０００−３１９０３号公報に開示されている。
特開平１１−１９６０４６号公報によれば、伝送路を伝搬してきた光信号は、主偏光（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＰＳＰ）と呼ばれる２つの直交偏光成分に分離している。同公報が開示する偏波モード分散補償装置は、これら２つの直交偏光成分を、群遅延時間差（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ：ＤＧＤ）付与部の直交する２つの固有偏光（Ｅｉｇｅｎ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＥＳＰ）に偏光変換する偏波コントローラと、伝搬してきた光信号の偏波モード分散による波形歪みを検出する検出手段と、この検出手段からの制御信号で偏波コントローラの運転を制御する制御装置とを備えている。
特表２０００−５０７４３０号公報が開示する偏波モード分散補償装置においては、受信器の前に群遅延時間差付与部が配置されている。群遅延時間差付与部の群遅延時間差は固定量であって、この群遅延時間差付与部よりも発信器側の伝送路と偏波コントローラとからなる光路で発生する偏波モード分散に比べて大きい。そして、この偏波モード分散補償装置では、群遅延時間差付与部から出射した光の偏光度（Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＤＯＰ）を検出して、この偏光度が最大値を示すように偏波コントローラが制御される。このような制御によれば、送信器と受信器との間を延び、伝送路、偏波コントローラ及び群遅延時間差付与部を含む光路の主偏光のうちの一方が、送信器から出射している光の偏光状態（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＳＯＰ）に一致させられる。
特開２０００−３１９０３号公報が開示する偏波モード分散補償装置は、偏光度が制御量である点は特表２０００−５０７４３０号公報の場合と同じである。その一方で、この偏波モード分散補償装置では、偏光度の検出手段として、偏光解析器や、特表２０００−５０７４３０号公報にも開示されているように、偏波コントローラ及び偏光子が使用されている。
しかしながら、上記した従来技術は、いずれも１次偏波モード分散の補償については有効であるものの、実際の伝送路に適用した場合には２次偏波モード分散の補償が問題となることが知られている。この２次偏波モード分散を補償するための手段は、例えば、ＯＦＣ２００２，ＷＩ４，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｐ．２３６（以下、文献１という）に記載されている。
具体的には、文献１には、特表２０００−５０７４３０号公報に記載されているような偏波モード分散補償装置の後段に、更に、偏波コントローラ及び偏光子が配置されている。文献１によれば、この後段に配置された偏光子からの出力を最大化することによって偏波モード分散補償装置からの出力偏光を直線偏光にあわせると共に、直線偏光以外の偏光成分を除去する。こうすることによって、２次偏波モード分散に起因する成分の１つである非偏光成分（デポラライズ成分）が除去される。
しかしながら、上記した特開平１１−１９６０４６号公報、特表２０００−５０７４３０号公報、および特開２０００−３１９０３号公報が開示する偏波モード分散補償装置は、いずれも検出手段の構成が複雑であり、その結果として、非常に高価であるという問題がある。
具体的には、特開平１１−１９６０４６号公報においては、強度変調されている信号光の光強度を直接測定し、電気信号に変換した後その強度変調周波数のうちの一部を電気フィルタで切り出してその強度を制御量としているが、非常に高い周波数成分の変調成分を検知して回路処理しなければならず、一般にそのような電気回路系は複雑で高価である。
特表２０００−５０７４３０においては、偏光度の検出手段として、偏波コントローラ、偏光子、偏光子前段のパワーモニタ、偏光子後段のパワーモニタ、および、偏光子前段のパワーと偏光子後段のパワーとを比較して偏光度を演算する演算回路からなり構成が複雑である。また、このような偏光度の演算には時間がかかり、その結果、制御にも時間がかかる。
特開２０００−３１９０３号においては、偏光解析器自体が高価であり、また、偏光度の演算には時間がかかる。
そして、これら複雑な構成を有する偏波モード分散補償装置に、更に、文献１に記載された２次偏波モード分散の補償手段を用いると、構成がより一層複雑化して高価になることは免れない。
その一方、上記した従来技術の偏波モード分散補償装置は、単一波長についてのみ有効に機能する。そのため、波長分割多重通信システムに上記した偏波モード分散補償装置を適用する場合、チャンネル毎に偏波モード分散補償装置が配置される。このように多数の偏波モード分散補償装置が一括して配置されることから、偏波モード分散補償装置の普及・実用化のためには、構成の単純化及び低価格化が望まれている。
更に、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）は４０Ｇｂｐｓ以上のビットレートの光通信システムにおいては主要な劣化要因である。また、比較的古いファイバを用いた１０Ｇｂｐｓシステムにおいても伝送路の持つＰＭＤ量によっては大きな問題となりえる（参考文献［１］（Ｆ．Ｂｒｕｙｅｒｅ，Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ Ｔｅｃｈ．，２，ｐｐ２６９−２８０，１９９６））。そのため、ＰＭＤ補償について多くの研究がなされてきている（参考文献［２］（Ｈ．Ｏｏｉ ｅｔ ａｌ．，ＯＦＣ９９，ＷＥ５−１，ｐ８６，１９９９）、［３］（Ｔ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，３０（４），ＰＰ．３４８−３４９，１９９４）、［４］（Ｆ．Ｒｏｙ ｅｔ ａｌ．，ＯＦＣ’９９，ＴｕＳ４−１，ｐ２７５，１９９９）、［５］（Ｃ．Ｆｒａｎｃｉａ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，１０（１２），ｐ１７３９，１９９８）、［６］（Ｊ．Ｐｏｉｒｒｉｅｒ ｅｔ ａｌ．，ＯＦＣ２００２，Ｗ１４，ｐ２３６，２００２））が、これらの技術は単一波長、単一チャネルに対するものであって、波長分割多重を用いた多波長、多チャンネルのシステムにおいて実際に適用されるためには、安価な構成でなければならない。
従って、本発明は上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で検出手段を構成でき、かつ、１次偏波モード分散および２次偏波モード分散を補償できる安価な偏波モード分散補償装置及、偏波モード分散補償方法、および、その光通信システムへの適用を提供することを目的としている。
本発明の偏波モード分散補償装置の１つの態様は、光伝送路を伝搬してきた光に偏光変換を施す第１の偏波コントローラ及び前記第１の偏波コントローラによって偏光変換された光に群遅延時間差を付与する群遅延時間差付与部を含み、前記光伝送路の伝搬過程に前記光に付与された偏波モード分散を補償するための補償部と、前記補償された光に、その偏光状態が一の直線偏光となるように偏光変換を施す第２の偏波コントローラと、前記第２の偏波コントローラによって偏光変換が施された光を、前記一の直線偏光及びこの一の直線偏光に直交する他の直線偏光に分離する偏光分離部と、前記分離された他の直線偏光の強度を測定する光強度測定部と、前記測定された他の直線偏光の強度を最小化するように前記補償部及び前記第２の偏波コントローラを制御する制御部とを備えたことを特徴とする偏波モード分散補償装置である。
また、本発明の偏波モード分散補償装置の他の１つの態様は、光伝送路を伝搬してきた光に偏光変換を施してから群遅延時間差を付与して、前記光伝送路の伝搬過程で前記光に付与された偏波モード分散を補償する補償工程と、前記補償工程にて補償された光に、その偏光状態が一の直線偏光となるように偏光変換を施す偏光変換工程と、前記偏光変換工程にて偏光変換が施された光を、前記一の直線偏光及びこの一の直線偏光に直交する他の直線偏光に分離する偏光分離工程と、前記偏光分離工程にて分離された他の直線偏光の強度を測定する測定工程と、前記測定工程にて測定された他の直線偏光の強度を最小化するように前記補償工程及び前記偏光変換工程を制御する制御工程とを備えたことを特徴とする偏波モード分散補償方法である。
更に、本発明の偏波モード分散補償装置の他の１つの態様は、伝送路を伝搬する光信号に発生する偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償装置であって、前記伝送路を経由して入射された光信号に偏光変換を施す偏波コントローラと、前記偏波コントローラによって偏光変換された光信号に固定量のＰＭＤ（偏波モード分散）を付与する固定ＰＭＤ付与部と、前記固定ＰＭＤ付与部から出力された光信号の状態を監視するモニタ手段と、前記モニタ手段からのフィードバック信号に基づき前記偏波コントローラを制御する制御手段とを備え、前記固定ＰＭＤ付与部が付与する前記固定量のＰＭＤは、固定の１次ＰＭＤと固定の２次ＰＭＤとからなることを特徴とする偏波モード分散補償装置である。
この発明によれば、伝送路を経由して伝搬された光信号は偏波コントローラにより偏光変換された後、固定ＰＭＤ付与部により固定の１次ＰＭＤと固定の２次ＰＭＤを付与される。そして、固定ＰＭＤ付与部から出力された光信号の状態がモニタ手段で監視され、そのフィードバック信号に基づき制御手段により偏波コントローラが制御される。その結果、光信号のＰＭＤの影響は適切に補償され、構成及び制御を複雑にすることなく、固定ＰＭＤ付与部の作用により１次ＰＭＤに加えて２次ＰＭＤを十分に抑圧することが可能となる。
また、この発明の偏波モード分散補償装置の他の１つの態様は、伝送路を伝搬する光信号に発生する偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償装置であって、前記伝送路を経由して入射された光信号に偏光変換を施す第１の偏波コントローラと、前記第１の偏波コントローラによって偏光変換された光信号に固定の１次ＰＭＤのみを付与する第１の固定ＰＭＤ付与部と、前記第１の固定ＰＭＤ付与部から出力された光信号に偏光変換を施す第２の偏波コントローラと、前記第２の偏波コントローラによって偏光変換された光信号に固定の２次ＰＭＤのみを付与する第２の固定ＰＭＤ付与部と、前記第２の固定ＰＭＤ付与部から出力された光信号の状態を監視するモニタ手段と、前記モニタ手段からのフィードバック信号に基づき前記第１の偏波コントローラ及び前記第２の偏波コントローラを制御する制御手段とを備えることを特徴とする偏波モード分散補償装置である。
この発明によれば、伝送路を経由して伝搬された光信号は第１の偏波コントローラにより偏光変換された後、第１の固定ＰＭＤ付与部により固定の１次ＰＭＤを付与される。続いて、第１のＰＭＤ付与部から出力された光信号は第２の偏波コントローラにより偏光変換された後、第２の固定ＰＭＤ付与部により固定の２次ＰＭＤを付与される。そして、第２の固定ＰＭＤ付与部から出力された光信号の偏波状態がモニタ手段で監視され、そのフィードバック信号に基づき制御手段により第１の偏波コントローラと第２の偏波コントローラが制御される。その結果、同様に、光信号のＰＭＤの影響は適切に補償し得るとともに、調整の自由度をより高めた上で２次ＰＭＤを十分に抑圧することが可能となる。
この発明の偏波モード分散補償装置の他の１つの態様は、前記固定ＰＭＤ付与部を、固有偏光軸に相対角度をつけて連結した複数の偏波保持光ファイバ又は１軸性複屈折結晶から構成してもよい。
また、この発明の偏波モード分散補償装置の他の１つの態様は、前記第１の固定ＰＭＤ付与部を、１つの偏波保持光ファイバ又は１軸性複屈折結晶から構成してもよい。
また、この発明の偏波モード分散補償装置の他の１つの態様は、前記第２の固定ＰＭＤ付与部を、固有偏光軸に相対角度をつけて連結した３つ以上の偏波保持光ファイバ又は１軸性複屈折結晶から構成してもよい。
このように、本発明によれば、上述したような各ＰＭＤ付与部を構成する場合、一般的で安価な部材を採用することができる。
また、この発明の偏波モード分散補償装置においては、前記第２の固定ＰＭＤ付与部を、固有偏光軸に相対角度をつけて連結した３つ以上の偏波保持光ファイバ又は１軸性複屈折結晶から構成した場合、前記第２の固定ＰＭＤ付与部の連結部のいずれかに固定の偏光変換器を配置し、当該偏光変換器に前記第２の固定ＰＭＤ付与部の１次ＰＭＤを０とするような偏光変換機能を持たせてよい。
また、この発明の偏波モード分散補償装置においては、前記第１の固定ＰＭＤ付与部又は前記第２の固定ＰＭＤ付与部の温度を調整する温度調整手段を更に備える構成としてもよい。
また、この発明の偏波モード分散補償装置においては、１つの偏波コントローラと１つの偏光子又は偏光分離素子からなる２次ＰＭＤ抑圧部を後段に配置してもよい。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の偏波モード分散補償装置（以下、補償装置といい、符号１０を付す）の１つの態様を示している。補償装置１０は、例えば、一対の送信器と受信器との間を延びる光伝送路の受信器側に介挿して使用される。より詳しくは、補償装置１０は、送信器が生成し、光伝送路としての光ファイバ１２を伝搬した光を受光する。そして、補償装置１０は、光ファイバ１２を伝搬することによってその受光した光に付与された偏波モード分散を補償して、補償された光を受信器まで延びる光ファイバ１４に出射する。したがって、受信器は、補償装置１０を介することによって、光ファイバ１２の有する偏波モード分散が補償された光を受光することができる。
補償装置１０は、補償部１６を備えており、この補償部１６は、光ファイバ１２に光学的に結合された第１の偏波コントローラ１８と、この偏波コントローラ１８に光学的に結合された群遅延時間差付与部（以下、群遅延時間差付与部といい、符号２０を付す）とからなる。
第１の偏波コントローラ１８は、公知のものを使用することができ、光ファイバ１２を伝搬してきた光が光ファイバ１２から出射したときの偏光状態、換言すれば、偏波コントローラ１８に入射するときの偏光状態を、所望の偏光状態の光に偏光変換して出射させるものであれば何であっても良い。
群遅延時間差付与部２０は、偏波保持ファイバからなる。偏波保持ファイバは、互いに直交する２つの固有偏光を有し、各固有偏光は、偏波保持ファイバの進相軸または遅相軸に平行な直線偏光である。そして、群遅延時間差付与部２０においては、２つの固有偏光間には、進相軸及び遅相軸の屈折率並びに偏波保持ファイバの長さに応じた群遅延時間差が付与される。
なお、群遅延時間差付与部としては、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）の他、複屈折結晶を用いることができる。ここにおいて、偏波保持ファイバ及び複屈折結晶は、固有偏光間に付与する群遅延時間差が固定量である群遅延時間差付与部として用いられる。
より具体的には、偏波保持ファイバとしては、パンダ（ＰＡＮＤＡ）ファイバ、ボータイ（ｂｏｗ−ｔｉｅ）ファイバ、および楕円ファイバ等を挙げることができる。また、複屈折結晶としては、一軸性複屈折結晶であるルチル（ＴｉＯ２）、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）、方解石（ＣａＣＯ３）、バリウムボーレート（ＢａＢ２Ｏ４）、イットリウムオルトバナデート（ＹＶＯ４）等を挙げることができる。
更に、群遅延時間差付与部として、例えば、図２及び図３にそれぞれ示した群遅延時間差付与部２２及び群遅延時間差付与部２４を用いることができる。これら群遅延時間差付与部２２，２４は、付与する群遅延時間差が可変量になる。
具体的には、図２に示した群遅延時間差付与部２２は、２つの偏光分離素子２６，２８間を延びる一方の光路が遅延光路３０であって、この遅延光路３０の光路長は、可動鏡３２が図中矢印で示したように移動することによって可変である。なお、２つの偏光分離素子２６，２８間を延びるもう一方の光路には、必要に応じて、可変減衰器が介挿される。
また、図３に示した群遅延時間差付与部２４は、２つの偏波保持ファイバ３４，３６の間に偏光回転子３８が介挿されており、この偏光回転子３８の回転角が可変である。
群遅延時間差付与部２０の偏波保持ファイバの先端は、第２の偏波コントローラ４０と光学的に結合されている。第２の偏波コントローラ４０としては公知のものを使用することができ、任意の偏光状態を有する光を、特定の方位を有する直線偏光として出射させるものであれば何であってもよい。
第２の偏波コントローラ４０には、偏光ビームスプリッタからなる偏光分離部４２が光学的に結合されている。偏光分離部４２は、入射した光を、互いに直交する２つの直線偏光に分離して出射させる。ここで、第２の偏波コントローラ４０は、群遅延時間差付与部２０から出射した光が、これら２つの直線偏光のうちの一方に平行な直線偏光となるよう偏光変換を施す。
なお、偏光分離部４２は、プリズムが組み合わされた偏光ビームスプリッタの外、例えば、複屈折結晶等を用いることができる。具体的には、偏光分離部４２に用いられる複屈折結晶としては、一軸性複屈折結晶であるルチル（ＴｉＯ２）リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）、方解石（ＣａＣＯ３）、バリウムボーレート（ＢａＢ２Ｏ４）、イットリウムオルトバナデート（ＹＶＯ４）等を挙げることができる。
偏光分離部４２には、偏光分離部４２から出射する一方の直線偏光が入射する光ファイバ１４の基端部、および、他方の直線偏光が入射する光ファイバ４４の基端部が、それぞれ光学的に結合されている。なお、第２の偏波コントローラ４０からの直線偏光が光ファイバ１４の基端部に入射するように、偏光分離部４２に対して光ファイバ１４は配置されている。
光ファイバ１４は受信器へ延びており、光ファイバ４４は光強度測定部４６へ延びている。光強度測定部４６は、光ファイバ４４の先端と光学的に結合されており、光ファイバ４４の先端から出射する光の強度を連続的に測定する。そして、この測定結果は、光強度測定部４６と電気的に接続された制御部４８に入力される。
制御部４８は、補償部１６及び第２の偏波コントローラ４０にそれぞれ電気的に接続されており、光強度測定部４６によって測定された光の強度に基づいて、補償部１６及び第２の偏波コントローラ４０を制御する。
具体的には、制御部４８は、光強度測定部４６によって測定される光の強度が最小化されるように、第１の偏波コントローラ１８の偏光変換及び第２の偏波コントローラ４０の偏光変換を制御する。なお、群遅延時間差が可変である群遅延時間差付与部２２，２４を群遅延時間差付与部２０の代わりに用いた場合には、制御部４８は、これら第１及び第２の偏波コントローラ１８，４０の偏光変換に加えて、更に、群遅延時間差付与部２２，２４が付与する群遅延時間差を、光強度測定部４６によって測定される光の強度が最小となるように制御してもよい。
以下、補償装置１０の動作について説明する。
光ファイバ１２を伝搬してきた光は、互いに直交する２つの主偏光からなり、これら主偏光の間には偏波モード分散が付与されている。なお、主偏光及び主偏光間の偏波モード分散は、例えば光ファイバ１２に付与される応力等に起因する光ファイバ１２の状態変化に伴って、刻々と変化する。
補償装置１０においては、制御部４８が、光強度測定部４６にて測定される光強度が最小化されるように、補償部１６及び第２の偏波コントローラ４０を後述する補償方法に則して制御する。この制御によって、光ファイバ１２の偏波モード分散が補償される。
ここで、光強度測定部４６にて測定される光強度を最小化することは、補償部１６の制御という観点からみれば、補償部１６に入射した光の偏波モード分散を補償して、偏光度の高い光として出射させることである。偏光度の高い光は、第２の偏波コントローラ４０によって偏光度の高い直線偏光に偏光変換されるので、光強度測定部４６で測定される直線偏光の強度が最小となる。
かくして、補償装置１０では、第２の偏波コントローラ４０、偏光分離部４２及び光強度測定部４６が、フィードバック制御における検出手段としての機能を果たしている。補償装置１０では、第２の偏波コントローラ４０から出射した光を、光タップ等を用いて単に所定の強度比にて分岐するのではなく、偏光分離部４２によって、理想的にはゼロとなるべき光の強度を制御量として分岐することによって、このように簡単な構成で検出手段を実現している。その結果、補償装置１０では検出手段として、構成が複雑な、偏光解析器や、強度変調スペクトルを解析するための電気回路等を使用する必要がない。そして、補償装置１０は、構成が簡単であるがゆえに、応答速度が速く、刻々と変換する偏波モード分散にも追従することができる。
また、補償装置１０においては、偏光分離部４２によって非偏光成分が除去されるので、光ファイバ１２の１次偏波モード分散のみならず、２次偏波モード分散についても補償される。
一方、補償装置１０においては、第２の偏波コントローラ４０を制御して、光ファイバ１４に入射する直線偏光の光強度を最大にするということは、補償部１６の制御を行うにあたって必要不可欠である。そこで、補償装置１０では、この第２の偏波コントローラ４０の制御のための制御量を、補償部１６の制御量と共通にして、補償装置１０の構成の単純化を図っている。
なお、偏光度の高い光とは、付与されている偏波モード分散の小さい光、もしくは、偏波モード分散が十分補償された光であって、そのスペクトル内に含まれる互いに波長の異なる光の偏光状態が揃っている光のことをいう。このことを、図４（ａ）に例示したように、中心波長λ０のスペクトル形状を有し、中心波長λ０の光の偏光状態が図４（ｂ）に示したように直線偏光の場合について説明する。この場合、光の偏光度が高ければ高いほど、スペクトルに含まれる中心波長λ０以外の波長λ１，λ２の光の偏光状態が、図４（ｃ），（ｄ）に示したように、中心波長λ０の光と同じ直線偏光に近くなる。
このように偏光度の高い光が、第２の偏波コントローラ４０によって直線偏光に偏光変換された場合、スペクトル内で偏光状態がほぼ直線偏光に揃えられるので、偏光分離部４２にて光ファイバ４４へ分岐される直線偏光成分はほとんど発生せず、光強度測定部４６で測定される光の強度は小さくなる。
これに対して、偏光度の低い光は、付与されている偏波モード分散の大きい光、もしくは、偏波モード分散が十分補償されていない光であって、中心波長λ０の光の偏光状態が直線偏光のときには（図５（ａ），（ｂ）参照）、スペクトルに含まれる中心波長λ０以外の波長λ１，λ２の光の偏光状態が、中心波長λ０の光とは異なる例えば楕円偏光となる（図５（ｃ），（ｄ）参照）。
このような偏光度の低い光が第２の偏波コントローラ４０によって直線偏光に偏光変換された場合、スペクトル内で偏光状態がばらつくので、偏光分離部４２にて光ファイバ４４へ分岐される直線偏光成分が発生し、光強度測定部４６で測定される光の強度は大きくなる。
以下では、補償部１６がそこに入射した光の偏波モード分散を補償する方法を、直交する３つの基底がストークスパラメータＳ１，Ｓ２，Ｓ３であるストークス空間を用いて説明する。
ストークス空間においては、図６に例示したように、送信器からの光が光ファイバ１２に入射したときの偏光状態はベクトルＳｉｎで表される。そして、光ファイバ１２の偏波モード分散はベクトルΩｔで表される。また、群遅延時間差付与部２０が２つの固有偏光間に付与する群遅延時間差はベクトルΩｃで表され、偏波コントローラ１８の偏光変換は変換行列Ｔで表される。
制御部４８は、ベクトルΩｃを変換行列Ｔによって変換して得られたベクトルΩｃ・Ｔと、ベクトルΩｔとの和が、ベクトルＳｉｎと同じ方向を向くように、第１の偏波コントローラ１８の偏光変換を制御する。
この制御によれば、送信器からの光が光ファイバ１２に入射したときの偏光状態に、光ファイバ１２及び補償部１６からなる光路の互いに偏光状態の直交する主偏光の一方が合わせられている。偏波モード分散は互いに直交する２つの主偏光間に付与されるので、一方の主偏光に一致した光には偏波モード分散は発生しない。したがって、この制御によって、光ファイバ１２の偏波モード分散が補償される。
なお、幾何的な考察によれば、ベクトルΩｃ・Ｔと、ベクトルΩｔとの和が、ベクトルＳｉｎと同じ方向を向くことを常に可能とするために、ベクトルΩｔが光ファイバ１２の状態に応じてあらゆる方向をとりうることを考慮して、ベクトルΩｃの大きさはベクトルΩｔよりも大きくなるよう選択されるべきである。ところが、伝送路たる光ファイバは敷設状態の変化、例えば、温度変動・側圧変動によりＰＭＤ量が変化し、それはある確率分布を持つことが知られている。その確率的に分布するＰＭＤ量に対して２次ＰＭＤも考慮した最適な群遅延時間差付与部２０の群遅延時間差については後で述べる。ここで、ベクトルΩｃの大きさは群遅延時間差付与部２０の群遅延時間差に対応した固定量である。
また、補償部１６が、群遅延時間差付与部２０の代わりに、群遅延時間差が可変である群遅延時間差付与部２２又は群遅延時間差付与部２４を備えている場合には、図６を用いて説明した補償方法は勿論のこと、これとは別に、以下の補償方法を採用することができる。
すなわち、ベクトルΩｃの大きさが可変量であって、図７に例示したように、制御部４８は、ベクトルΩｃの長さを調整してベクトルΩｃ’とし、ベクトルΩｃ’・ＴとベクトルΩｔとの和が０となるように第１の偏波コントローラ１８の偏光変換及び群遅延時間差付与部２２（２４）の群遅延時間差を制御する。
この制御によれば、群遅延時間差付与部２２（２４）の２つの固有偏光のうち遅い固有偏光が光ファイバ１２の２つの主偏光のうち速い主偏光に、群遅延時間差付与部の速い固有偏光が光ファイバ１２の遅い主偏光にそれぞれ一致させられるとともに、群遅延時間差付与部２２（２４）の群遅延時間差が、光ファイバ１２の主偏光間の偏波モード分散に一致させられている。すなわち、補償部１６は、光ファイバ１２とは逆の偏波モード分散を有するように制御され、この制御によって、光ファイバ１２の偏波モード分散が補償される。
更に、本発明の他の態様を図面に基づいて説明する。ここでは、光信号の伝送路において一対の送信器と受信器の間の受信機側に介挿して使用されるＰＭＤ補償装置に対して本発明を適用した２つの実施形態について説明する。
図８は、本発明を適用した第１の実施形態に係るＰＭＤ補償装置１０の構成を示す図である。図８に示すように第１の実施形態では、偏波コントローラ１０１と、固定ＰＭＤ付与部１０２と、受信器１０３と、モニタ部１０４と、制御回路１０５とを含んでＰＭＤ補償装置１０が構成されている。
図８に示すＰＭＤ補償装置１０には、外部から光ファイバ等からなる伝送路を経由して光信号が入射される。このとき、ＰＭＤ補償装置１０に入射される光信号は、伝送路中で２つの直交する偏波モード間にＤＧＤが生じること（及びその周波数分散）により所定のＰＭＤ量を有する状態になっている。
図８の構成において、偏波コントローラ１０１は、光信号の伝送路と光学的に結合され、ＰＭＤ補償装置１０に入射される光信号に対して後述のようにモニタ部１０４からのフィードバック信号に対応して制御回路１０５から出力された制御信号に基づき適正な偏光変換制御を施して所望の偏光状態の光信号を出力する。
固定ＰＭＤ付与部１０２は、偏波コントローラ１０１から出力された光信号に固定量のＰＭＤを付与する素子である。第１の実施形態では、固定ＰＭＤ付与部１０２が１次ＰＭＤの成分に加えて２次ＰＭＤの成分を備え、１次ＰＭＤと２次ＰＭＤの双方を補償可能に構成したことを特徴としている。なお、固定ＰＭＤ付与部１０２の具体的な構成及び動作については後述する。
本発明の受信手段としての受信器１０３は、固定ＰＭＤ付与部１０２から出力された光信号を受光し、ディジタル信号を抽出する。また、本発明のモニタ手段としてのモニタ部１０４は、受信器１０３の動作に基づき光信号のＰＭＤの状態を監視し、監視結果に対応するフィードバック信号を出力する。
なお、図８の例では、モニタ部１０４は、例えば受信器１０３におけるエラー信号などの動作状態を判別してＰＭＤの状態を監視する場合を示しているが、固定ＰＭＤ付与部１０２から出力された光信号を分岐し、分岐された光信号に基づいてＰＭＤの状態を監視する構成であってもよい。
本発明の制御手段としての制御回路１０５は、モニタ部１０４から出力されたフィードバック信号を受け、このフィードバック信号に応じた制御信号を偏波コントローラ１０１に供給する。よって、光信号のＰＭＤにおける状態の変動はフィードバック信号に変化を生じさせ、それを速やかに偏波コントローラ１０１に対する制御状態に反映させることができる。
次に、図９Ａおよび図９Ｂを用いて固定ＰＭＤ付与部１０２におけるＰＭＤベクトルによる補償原理について説明する。図９Ａに示すように、光信号を伝送する伝送路のＰＭＤ特性は、１次ＰＭＤベクトルΩＴと２次ＰＭＤベクトルΩＴ’とを用いて表すことができる。なお、図９Ａにおいて、１次ＰＭＤベクトルと２次ＰＭＤベクトルは直交するものとして説明を行う。実際には、両者には平行な成分も存在するが、これらは伝送特性に与える影響が小さいのに対し、直交成分が伝送特性に大きな影響を与えるので、本実施形態に係るＰＭＤ補償装置１０では直交成分を対象として扱い、平行成分は省略して扱うものとする。
図９Ａに示すように、固定ＰＭＤ付与部１０２が固定の１次ＰＭＤベクトルΩＣの成分のみを備えている場合、ＰＭＤ補償装置１０は系全体のＰＭＤベクトルΩＦの方向を伝送路への入力信号光の偏光状態Ｓｉｎの方向に一致させることにより、１次ＰＭＤの効果を補償することができる。これに対し、２次ＰＭＤベクトルΩＴ’の影響は、ＰＭＤ補償装置１０と伝送路との間のモード結合によって新たに発生する２次ＰＭＤベクトルΩＡ’と合わさって残存することになる。この２次ＰＭＤベクトルΩＡ’は、伝送路の１次ＰＭＤベクトルΩＴと１次ＰＭＤベクトルΩＣとの相対角度に基づいて方向及び長さが定まるので、調整することはできない。
図９Ｂは、固定ＰＭＤ付与部１０２に基づく２次ＰＭＤの補償原理を説明する図である。図９Ｂに示すように、固定ＰＭＤ付与部１０２には、固定の１次ＰＭＤベクトルΩＣに加えて固定の２次ＰＭＤベクトルΩＣ’の成分を備えているとする。このとき、図９Ｂにおける１次ＰＭＤベクトルΩＣを軸として回転させた場合、１次ＰＭＤの補償状態には影響を与えることなく、１次ＰＭＤベクトルΩＣと垂直な面内において２次ＰＭＤベクトルΩＣ’の方向を自在に調整することが可能となる。この場合、ΩＴ’＋ΩＡ’＋ΩＣ’を最小化するように調整を行うか、あるいは光信号の劣化を最小に抑えるように調整を行うことができるので、固定ＰＭＤ付与部１０２において２次ＰＭＤ成分の抑圧が可能となる。
次に、上述のような固定の２次ＰＭＤ成分を備えたＰＭＤ付与部１０２の具体例を図１０に示す。ＰＭＤ付与部１０２は、複数の直線複屈折媒質を固有偏光軸に相対角度をつけて連結させることにより構成することができる。図１０の例では、直線複屈折媒質１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ…を所定の相対角度で順次連結する場合を示している。直線複屈折媒質としては、例えば、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ）を用いるか、あるいはルチル結晶などの１軸性複屈折結晶を用いることができる。
ＰＭＦを用いてＰＭＤ付与部１０２を構成する場合は、融着接続器を使用し、相対角度をつけてＰＭＦの所定の接続箇所を融着すればよい。また、１軸性複屈折結晶を用いてＰＭＤ付与部１０２を構成する場合は、コリメータを用いてファイバからの出力光を一旦平行ビームに変換し、結晶光学軸に相対角度をつけて配置した結晶を透過させることにより実現することができる。
ＰＭＤ付与部１０２により１次ＰＭＤベクトルに直交する２次ＰＭＤ成分のみを発生させる場合には、２段構成の直線複屈折媒質を用いれば十分である。この場合、各々の直線複屈折媒質のＤＧＤをそれぞれτ１、τ２とし、その相対角度をθとすると、ＰＭＤ付与部１０２における１次ＰＭＤ量（ＤＧＤ）、及び２次ＰＭＤ量（ＳＯＰＭＤ）は、次式のように表すことができる。
＜ＤＧＤ＞＝（τ１ ２ ＋τ２ ２ ＋２τ１τ２ｃｏｓ２θ） １／２ ［ｐｓ］
＜ＳＯＰＭＤ＞＝τ１τ２ｓｉｎ２θ［ｐｓ２］
上式で表されるＤＧＤ及びＳＯＰＭＤは、本実施形態に係るＰＭＤ補償装置１０を適用する伝送路に適合するように選択可能である。具体的には、ＤＧＤ及びＳＯＰＭＤの確率密度分布に基づき統計的に最良に振舞う最適値を選択し、ＤＧＤ及びＳＯＰＭＤがその最適値となるように、τ１、τ２、θを様々な値に定めることができる。
次に図１１は、本発明を適用した第２の実施形態に係るＰＭＤ補償装置２０の構成を示す図である。上述したように第１の実施形態においては、固定の２次ＰＭＤベクトルΩＣ’は、固定の１次ＰＭＤベクトルΩＣの垂直な面内で調整を行う構成であるのに対し、第２の実施形態では調整の自由度をより高くできる構成を採用する。具体的には図１１に示すように、第１偏波コントローラ２０１と、固定ＤＧＤ付与部２０２と、第２偏波コントローラ２０３と、固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４と、受信器２０５と、モニタ部２０６と、制御回路２０７とを含んで第２の実施形態に係るＰＭＤ補償装置２０が構成されている。
図１１に示すＰＭＤ補償装置２０においては、第１の実施形態と同様の伝送路を経由して入射した光信号に対し、第１偏波コントローラ２０１による偏光変換制御が施された後、固定ＤＧＤ付与部２０２に導かれる。この固定ＤＧＤ付与部２０２は、固定の１次ＰＭＤの成分のみを備えた素子であり、本発明の第１の固定ＰＭＤ付与部として機能する。
そして、固定ＤＧＤ付与部２０２から出力された光信号に対し、第２偏波コントローラ２０３による偏光変換制御が施された後、固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４に導かれる。この固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４は、固定の２次ＰＭＤの成分のみを備えた素子であり、本発明の第２の固定ＰＭＤ付与部として機能する。なお、ＰＭＤ補償装置２０の受信器２０５及びモニタ部２０６は、第１の実施形態の場合と同様の機能を持つ。
このような構成により、第２の実施形態に係るＰＭＤ補償装置２０は、固定の１次ＰＭＤベクトルに制約されることなく、固定の２次ＰＭＤベクトルを所望の方向に向けることが可能となる。よって、ＰＭＤ補償装置２０による２次ＰＭＤの抑圧効果を高めることができる。
次に、第２の実施形態において、上述の固定ＤＧＤ付与部２０２及び固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４の具体的な構成例を図１２及び図１３を用いて説明する。まず、固定ＤＧＤ付与部２０２は、単一のＰＭＦ又は１軸性複屈折結晶を用いて構成することができる。一方、固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４は、第１の実施形態の図１０に示す構成と同様にして多段のＰＭＦ又は１軸性複屈折結晶を用いて構成することができる。固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４の最小の構成としては、３つのＰＭＦ又は１軸性複屈折結晶を用いればよいが、上述したような固有偏光軸に相対角度をつけて連結させるだけでは、ＳＯＰＭＤを残したままの状態で全体のＤＧＤを０にすることができない。
そこで、固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４の構成として、図１２又は図１３に示すように、３つのＰＭＦ又は１軸性複屈折結晶等である素子２０４ａ〜２０４ｆを連結させた場合のいずれかの連結部に、固定の偏光変換器２０４ｇを配置することにより、全体のＤＧＤを０にする場合を示す。固定の偏光変換器２０４ｇは、光学位相素子を組み合わせて所定の偏光変換機能を持たせることにより実現することができる。
図１２は、１段目の素子２０４ａ、２段目の素子２０４ｂ、固定の偏光変換器２０４ｇ、３段目の素子２０４ｃの順で配置した固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４の例を示している。また、図１３は、１段目の素子２０４ｄ、２段目の素子２０４ｅ、固定の偏光変換器２０４ｇ、３段目の素子２０４ｆの順で配置した固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４の例を示している。いずれの構成においても、図１２及び図１３に各々のＰＭＤベクトルを示すように、固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４に作用に基づき全体のＤＧＤを打ち消すことができる。
なお、上述の固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４において、大きな温度変動が発生し場合、各々のＰＭＦや１軸性複屈折結晶内において２つの固有偏光モード間の位相揺らぎが引き起こされることにより、１次ＰＭＤベクトル及び２次ＰＭＤベクトルの方向が揺らぐことがある。従って、このような温度変動の影響を軽減するためには、温度調整装置（温度調整手段）によって固定ＰＭＤ付与部２０４の温度を一定に保つ必要がある。
また、本発明の変形例として、図１４に示すようにＰＭＤ補償装置３０を構成してもよい。図１４に示す変形例は、偏波コントローラ３０１と、固定ＰＭＤ付与部３０２と、偏波コントローラ３０３と、偏光子（又は偏光分離素子）３０４と、受信器３０５と、モニタ部３０６と、制御回路３０６とを含んでＰＭＤ補償装置３０が構成されている。本変形例においては、１つの偏波コントローラ３０３及び１つの偏光子（又は偏光分離素子）３０４が２次ＰＭＤ抑圧部として機能し、これを後段に配置することにより組み合わせることが可能となり、さらに２次ＰＭＤの補償効果を高めることができる。モニタ部は、偏光分離素子からの光強度をモニタするようにしても良い。
以上説明した本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、様々な変更が可能である。例えば、第１の実施形態における固定ＰＭＤ１０２、第２の実施形態における固定ＤＧＤ付与部２０２、固定ＳＯＰＭＤ付与部２０４を構成する部材と組み合せ方法は、同様の機能を持たせることができれば自在に選択することができる。
更に、ここまでに説明した発明形態は、基本となる１次ＰＭＤ補償器（１つの固定の群遅延時間差（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ：ＤＧＤ）付与部と、１つの偏波コントローラ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＰＣ）を備えた簡易ＰＭＤ補償装置（ＰＭＤ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ：ＰＭＤＣ）、特に、偏光度（Ｄｅｇｒｅｅ Ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＤＯＰ）モニタを備えた上記簡易ＰＭＤＣ（参考文献［４］（Ｆ．Ｒｏｙ ｅｔ ａｌ．，ＯＦＣ’９９，ＴｕＳ４−１，ｐ２７５，１９９９）））に対して、簡潔に２次ＰＭＤの抑圧効果を付加したものである。その基本となる簡易ＰＭＤＣ部の適用される伝送路に対する最適ＤＧＤについて説明する。
ＰＭＤベクトルの概念を用いると、このＰＭＤＣは主偏光（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＰＳＰ）伝送として機能する。すなわち、ＰＭＤＣを含めた伝送路全体のＰＳＰ（ＰＭＤベクトルの方向）を入力信号光の偏光状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＳＯＰ）の方向に向かせることで補償している。従って、全体のＰＭＤベクトルを入射信号光の取りうるあらゆるＳＯＰの方向に向かせるためには、ＰＭＤＣのＤＧＤ付与部は伝送路のＤＧＤ以上のＤＧＤ量を持たなければならない（参考文献［４］）。しかし、２次ＰＭＤを考慮すると、伝送路の統計分布により取り得るＤＧＤの最大値は必ずしもＰＭＤＣのＤＧＤ付与部の最適ＤＧＤ量とはならない。
ＰＭＤＣおよび光通信システムについての本発明は、以下のように構成されている。すなわち、（１）最適ＤＧＤ量を持ったＤＧＤ付与部を備えたＰＭＤＣ、（２）光通信システムに該ＰＭＤＣを適用する方法、（３）最適ＤＧＤ量を持ったＤＧＤ付与部を備えたＰＭＤＣの適用された光通信システム。
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃは本発明における光通信システムを示したものである。例えば、入力信号はＮＲＺ、４０Ｇｂｐｓ、２７の擬似ランダムビットパターンであり、波長１５５０ｎｍ、消光比１３ｄＢとすることができる。２次ＰＭＤは入力信号ＳＯＰとシステム全体のＰＳＰとの間の関係によって変化するので、入射信号ＳＯＰをスクランブルする。光伝送路のモデルは参考文献［１］（Ｆ．Ｂｒｕｙｅｒｅ，Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ Ｔｅｃｈ．，２，ｐｐ２６９−２８０，１９９６）のモデルに従っており、伝送路のジョーンズマトリクスをＤＧＤの周波数依存性を加味した位相シフト行列と、ＰＳＰの周波数依存性を加味した回転行列によって構成している。前者は１次ＰＭＤであるＤＧＤと２次ＰＭＤの一部である偏波依存波長分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＣＤ）の成分を含み、後者は２次ＰＭＤの一部であるＰＳＰの周波数依存性を含んでいる。簡易ＰＭＤＣは１つのＰＣと１つのＤＧＤ付与部、さらにＤＯＰモニタを備え、図１５Ｂに示されているように動作する。具体的にはＰＣは最大のＤＯＰとなるように偏光変換を行う。レシーバは参考文献［７］（Ｓ．Ｄ．Ｐｅｒｓｏｎｉｃｋ，Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｊ．，５２（６），ｐｐ．８４３−８８６，１９７３）に記載の基本的なモデルに従っている。ここに示すシミュレーションでは光ノイズと、伝送路の透過率を無視している。
まず伝送路にはＤＧＤのみを想定する。ＤＧＤが０〜２５ｐｓの分布を持つとき、幾つかの異なるＤＧＤ量を持たせた上記ＰＭＤＣによって補償されたＱ値を全ての入射ＳＯＰに対して計算した。図１６Ａ、図１６Ｂは伝送路のＤＧＤ量（τＬ）についてのＤＯＰとＱ値を、ＰＭＤＣのＤＧＤ付与部の様々なＤＧＤ量（τＣ）に対して計算した結果である。ただし、ＤＯＰとＱ値は共に入射ＳＯＰに対しての最小値を示している。
Ｑ値の変化の傾向は、ＤＯＰのそれとよく一致しており、ＤＯＰがＰＭＤによる伝送劣化ペナルティを正しく示していることが分かる。τＣ，τＬがそれぞれ２５ｐｓ，１２．５ｐｓであるとき、Ｑ値が大きく劣化しているが、これは２次ＰＭＤの影響である。ＤＯＰのグラフにも同じ傾向が見られることから、ＤＯＰが２次ＰＭＤの影響もモニタできることが分かる。２次ＰＭＤはこの場合τＣ，τＬの大きさに比例して増加するが（参考文献８）（Ｎ．Ｇｉｓｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，８９，ｐｐ．３１６−３２３，１９９２）、τＣ＝τＬの場合には、各々の固有偏光軸を直交させることで１次、２次ＰＭＤ共に０となるのでＱ値は劣化しない。もちろんτＣが小さ過ぎれば、τＬを補償しきれないためＱ値は劣化する。
最悪のＱ値が最大となる最適のτＣはおよそ１８．７５ｐｓであり、これはＤＧＤの分布を０〜２５ｐｓとし、その最大値をＴ＝２５ｐｓと置けば、０．７５Ｔ程度であることが分かる。また、同様に図１６Ｂの横軸を０〜２０ｐｓとして、２０ｐｓ以上を無視した場合でも最適なτＣは１５．６２５ｐｓ付近であり、Ｔ＝２０ｐｓで０．７５Ｔが１５ｐｓであるから同じようにあてはまることが分かる。
次に、２次ＰＭＤを加えた場合の計算を行った。２次ＰＭＤの値は２乗平均平方根値（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ：ｒｍｓ）を代表値として選んだ。仮にＤＧＤが０〜２５ｐｓの分布を示す場合、その伝送路の平均ＤＧＤはおよそ１０ｐｓとなる。従って、２次ＰＭＤの２つの成分であるＰＳＰ回転とＤＧＤ周波数微分τωのｒｍｓ値はそれぞれ、７．２ｐｓ，２２．７ｐｓ２となる（参考文献［９］（Ｌ．Ｅ．Ｎｅｌｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，１１（１２），ｐ１６１４，１９９９）。
図７はこのΚおよびτωを伝送路に与えて図１６の場合と同様にτＬに対してτＣが様々な値を持つ場合の補償されたＱ値の計算結果である。τＬが大きい時、図１６Ｂと比べるとΚおよびτωの影響でＱ値があまり補償されていないが、最適なＤＧＤ値τＣはやはり１８．７５ｐｓ付近であることが分かる。もしＤＧＤ分布の幅がより小さくなれば、Κおよびτωも同じように小さくなる。従って、２次ＰＭＤの値が小さくなるとＤＧＤのみ場合（図１６Ｂ）の傾向がより顕著になることを考えると、簡易ＰＭＤＣの最適ＤＧＤ量はいかなる場合でもおよそ０．７５Ｔとなることが分かる。
この結果は、２次ＰＭＤを抑圧した本発明に係る複数の実施形態にも同様にてきようすることができる。
この結果を実際の光通信システムに適用する場合、まずシステムの伝送路（光ファイバ）の統計的なＰＭＤ特性を測定しなければならない。そして、そのＤＧＤ分布から最大ＤＧＤ値を決定する。その結果に従って、ＰＭＤＣにインストールされるべきＤＧＤの最適値を前記の定義（最大ＤＧＤの０．７５）に従って決定する。
以上本発明において、１次ＰＭＤおよび２次ＰＭＤの存在する伝送路におけるＤＧＤ分布の最大値の０．７５をＰＭＤＣにインストールするＤＧＤ付与部のＤＧＤ値と定義した。そして、その最適ＤＧＤ値の決定方法を示した。本発明によれば、簡易で安価なＰＭＤＣを光通信システムに最適に適用することができる。
以上の説明で明らかなように、本発明の偏波モード分散補償装置は、制御量を検出するための構成が単純であって応答速度が速く安価であるとともに、１次偏波モード分散のみならず２次偏波モード分散も補償できる。
また、本発明の偏波モード分散補償方法によれば、制御量の検出が容易であって応答速度が速く、また、１次偏波モード分散のみならず２次偏波モード分散も補償できる。
更に、本発明によれば、構成が簡単で制御が容易な偏波モード分散補償装置を実現できるともに、１次ＰＭＤのみならず２次ＰＭＤに対する抑圧効果が高い偏波モード分散補償装置を提供することができる。
また、本発明によれば、光伝送路に対して固定ＤＧＤ付与部を有するすべての偏波モード分散補償装置を最適に適用することができる。
図１は、本発明の一実施例の偏波モード分散補償装置の概略構成図である。
図２は、図１の補償装置の群遅延時間差付与部の変形例である。
図３は、図１の補償装置の群遅延時間差付与部の他の変形例である。
図４は、偏光度の高い光の説明図である。
図５は、偏光度の低い光の説明図である。
図６は、図１の補償装置の補償部による偏波モード分散の補償方法の説明図である。
図７は、図１の補償装置の補償部の変形例による偏波モード分散の他の補償方法の説明図である。
図８は、本発明を適用した第１の実施形態に係るＰＭＤ補償装置の構成を示す図である。
図９は、第１の実施形態において、ＰＭＤ補償装置の固定ＰＭＤ付与部におけるＰＭＤベクトルによる補償原理について説明する図である。
図１０は、第１の実施形態において、固定の２次ＰＭＤ成分を備えたＰＭＤ付与部の具体例を示す図である。
図１１は、本発明を適用した第２の実施形態に係るＰＭＤ補償装置の構成を示す図である。
図１２は、第２の実施形態において、固定ＳＯＰＭＤ付与部の第１の構成例を示す図である。
図１３は、第２の実施形態において、固定ＳＯＰＭＤ付与部の第２の構成例を示す図である。
図１４は、本発明の変形例に係るＰＭＤ補償装置の構成を示す図である。
図１５は、本発明の１つの実施例に従った光通信システムを模式的に示した図である。
図１６は、様々な伝送路ＤＧＤに対して、異なるＤＧＤ付与部を備えたＰＭＤＣによって補償されたＤＯＰおよびＱ値を図示したものである。
図１７は、２次ＰＭＤの存在する場合の様々な伝送路ＤＧＤに対して、異なるＤＧＤ付与部を備えたＰＭＤＣによって補償されたＱ値を図示したものである。

Claims (16)

  1. 光伝送路を伝搬してきた光に偏光変換を施す第１の偏波コントローラ及び前記第１の偏波コントローラによって偏光変換された光に群遅延時間差（ＤＧＤ）を付与する群遅延時間差（ＤＧＤ）付与部を含み、前記光伝送路の伝搬過程で前記光に付与された偏波モード分散を補償するための補償部と、
    前記補償された光に、その偏光状態が一の直線偏光となるように偏光変換を施す第２の偏波コントローラと、
    前記第２の偏波コントローラによって偏光変換が施された光を、前記一の直線偏光及びこの一の直線偏光に直交する他の直線偏光に分離する偏光分離部と、
    前記分離された他の直線偏光の強度を測定する光強度測定部と、
    前記測定された他の直線偏光の強度を最小化するように前記補償部及び前記第２の偏波コントローラを制御する制御部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. 前記群遅延時間差（ＤＧＤ）付与部は、光伝送路の偏波モード分散の確率密度分布に基づき統計的に最良に振舞うＤＧＤ最適値を選択して、前記最適値を前記群遅延時間差として付与する、請求項１に記載の偏波モード分散補償装置。
  3. 前記最適値がＤＧＤ確率密度分布の最大値の７５％である、請求項２に記載の偏波モード分散補償装置。
  4. 光伝送路を伝搬してきた光に偏光変換を施してから群遅延時間差（ＤＧＤ）を付与して、前記光伝送路の伝搬過程で前記光に付与された偏波モード分散を補償する補償工程と、
    前記補償工程にて補償された光に、その偏光状態が一の直線偏光となるように偏光変換を施す偏光変換工程と、
    前記偏光変換工程にて偏光変換が施された光を、前記一の直線偏光及びこの一の直線偏光に直交する他の直線偏光に分離する偏光分離工程と、
    前記偏光分離工程にて分離された他の直線偏光の強度を測定する測定工程と、
    前記測定工程にて測定された他の直線偏光の強度を最小化するように前記補償工程及び前記偏光変換工程を制御する制御工程とを備えたことを特徴とする偏波モード分散補償方法。
  5. 前記補償工程は、光伝送路の偏波モード分散の確率密度分布に基づき統計的に最良に振舞うＤＧＤ最適値を選択して、前記最適値を前記群遅延時間差として付与する、請求項４に記載の偏波モード分散補償方法。
  6. 前記補償工程は、前記最適値がＤＧＤ確率密度分布の最大値の７５％である、請求項５に記載の偏波モード分散補償方法。
  7. 伝送路を伝搬する光信号に発生する偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償装置であって、
    前記伝送路を経由して入射された光信号に偏光変換を施す偏波コントローラと、
    前記偏波コントローラによって偏光変換された光信号に固定量のＰＭＤ（偏波モード分散）を付与する固定ＰＭＤ付与部と、
    前記固定ＰＭＤ付与部から出力された光信号の状態を監視するモニタ手段と、
    前記モニタ手段からのフィードバック信号に基づき前記偏波コントローラを制御する制御手段と、
    を備え、前記固定ＰＭＤ付与部が付与する前記固定量のＰＭＤは、固定の１次ＰＭＤと固定の２次ＰＭＤとからなることを特徴とする偏波モード分散補償装置。
  8. 前記固定ＰＭＤ付与部は、固有偏光軸に相対角度をつけて連結した複数の偏波保持光ファイバ又は１軸性複屈折結晶からなることを特徴とする請求項７に記載の偏波モード分散補償装置。
  9. 伝送路を伝搬する光信号に発生する偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償装置であって、
    前記伝送路を経由して入射された光信号に偏光変換を施す第１の偏波コントローラと、
    前記第１の偏波コントローラによって偏光変換された光信号に固定の１次ＰＭＤのみを付与する第１の固定ＰＭＤ付与部と、
    前記第１の固定ＰＭＤ付与部から出力された光信号に偏光変換を施す第２の偏波コントローラと、
    前記第２の偏波コントローラによって偏光変換された光信号に固定の２次ＰＭＤのみを付与する第２の固定ＰＭＤ付与部と、
    前記第２の固定ＰＭＤ付与部から出力された光信号の状態を監視するモニタ手段と、
    前記モニタ手段からのフィードバック信号に基づき前記第１の偏波コントローラ及び前記第２の偏波コントローラを制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする偏波モード分散補償装置。
  10. 前記第１の固定ＰＭＤ付与部は、１つの偏波保持光ファイバ又は１軸性複屈折結晶からなることを特徴とする請求項９に記載の偏波モード分散補償装置。
  11. 前記第２の固定ＰＭＤ付与部は、固有偏光軸に相対角度をつけて連結した３つ以上の偏波保持光ファイバ又は１軸性複屈折結晶からなることを特徴とする請求項９に記載の偏波モード分散補償装置。
  12. 前記第２の固定ＰＭＤ付与部の連結部のいずれかに固定の偏光変換器を配置し、当該偏光変換器に前記第２の固定ＰＭＤ付与部の１次ＰＭＤを０とするような偏光変換機能を持たせたことを特徴とする請求項１１に記載の偏波モード分散補償装置。
  13. 前記第１の固定ＰＭＤ付与部又は前記第２の固定ＰＭＤ付与部の温度を調整する温度調整手段を更に備えることを特徴とする請求項７又は請求項９記載の偏波モード分散補償装置。
  14. １つの偏波コントローラと１つの偏光子又は偏光分離素子からなる２次ＰＭＤ抑圧部を後段に配置したことを特徴とする請求項７又は請求項９に記載の偏波モード分散補償装置。
  15. 請求項１、２、７、９または１４に記載の偏波モード分散補償装置を備えた光通信システム。
  16. 請求項４または５に記載の偏波モード分散補償方法により光信号の伝送路で発生する偏波モード分散を補償する光通信方法。
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