JP4082049B2 - 光送信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムにおける波形伝送特性が偏波依存性を持たないようにするために適用される偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光送信装置に係り、伝送波形劣化の原因になる偏波モード分散を抑圧でき、且つ、製造しやすく低コストで安定性が高い偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光送信装置に関する。
【０００２】
光通信システムが１９５０年前後に実用化されてから暫くは、長距離の光通信システムにおいてはリシェイピング（Reshaping)、リタイミング（Retiming) 及びリジェネレイティング（Regenerating) の所謂３Ｒ機能を有する光再生中継器によって中継を行っていた。
この方式では、３Ｒ機能を実現するために光再生中継器の構成が複雑になる上に調整箇所が多く、低コスト化が困難であるという問題があった。又、通常の電磁波の影響を受けないという利点を有する光信号を一旦電気信号に変換し、波形再生をしてから光信号に再変換して中継するために、中継器での電磁波の影響による符号誤り率の劣化を防止するために電気的設計及び実装的設計に十分な配慮を必要とし、低コスト化は一層困難であった。
【０００３】
１９８０年代になって、稀土類元素のイオン、特に、エルビウム・イオンをコアに添加したエルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が開発され、光再生中継器にとって代わるようになったばかりでなく、種々の光通信システムにおいて端局の出力増幅器や信号光を複数の光ファイバに分岐する手前の増幅器として広く用いられるようになった。
【０００４】
エルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器を光通信システムの中継器として導入することにより、中継器内の部品点数を大幅に削減することができ、調整箇所も大幅に減少させることができる上に、電磁波の影響を避けるための設計的配慮が無用になったために、低コスト化と共に高信頼度化が図られるようになった。
【０００５】
さて、もとより、中継伝送路を構成する光ファイバと、エルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器には、伝送される光の偏波に依存する損失特性（「ＰＤＬ」。Poralization Dependant Loss の頭文字による略語である。）及び光の偏波に依存する分散特性（「ＰＭＤ」。Poralization Mode Dispersionの頭文字による略語である。これは、偏波モード分散特性とも呼ばれ、本質的には電気信号の伝送時の群遅延時間特性に該当する。）があり、電気信号で変調した光信号の包絡線波形の劣化の原因の１つになっている。電気信号で変調した光信号の包絡線波形は受信側で再生される電気信号の波形となるので、伝送される光の偏波に依存する損失特性や光の偏波に依存する分散特性によって伝送品質が劣化する。
【０００６】
特に、光通信システムに要求される通信容量が大容量化した結果必要になってきた高速の光通信システムでは、１つの光パルスの時間が短くなり、伝送される光の偏波に依存する損失特性や光の偏波に依存する分散特性の影響を無視しえなくなり、一定の偏波状態で光が伝播しないように偏波スクランブラが導入されるようになった。偏波スクランブラは上記の如く重要な役割を持つものであるが、低コストで安定に機能し、且つ、伝送特性に悪影響を与えないものでなければならない。
【０００７】
そこで、本発明では、伝送波形劣化の原因になる偏波モード分散を抑圧でき、且つ、製造しやすく安定な偏波スクランブラと、該偏波スクランブラを適用して偏波分散特性を縮減する光通信装置を実現しようとするものである。
【０００８】
【従来の技術】
従来の偏波状態を制御して偏波スクランブルをかける主要技術には下記のものがある。
（１）偏光性を持つ光部品を機械的に動かすことによって偏波状態を制御することによって偏波スクランブルをかける技術
（２）直線偏波の光信号の偏光角を、偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該偏波保持ファイバに結合して偏波スクランブルをかける技術
（３）直線偏波の光信号を、リチウム・ナイオベート変調器に結合して、電圧によって光の位相を制御する電気光学効果、又は、熱によって光の位相を制御する熱光学効果によって一方の導波路を伝播する信号光の位相を制御することによって偏波スクランブルをかける技術
ここで、（１）の技術は、構造が複雑になってもとより低コスト化が困難な上に、機械的に動く部分の耐久性に問題があって信頼度が低く、又、リチウム・ナイオベート変調器を使用して偏波スクランブルをかけるタイプの（３）の技術は、該リチウム・ナイオベート変調器自体の低コスト化が困難である。
【０００９】
従って、低コスト化を目指す本発明の目的には（１）と（３）の技術は合致しないので本発明の検討対象から除外し、（２）の、直線偏波の光信号の偏光角を、偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該偏波保持ファイバに結合する技術を出発点として検討を進めてきたが、その技術の説明に入る前に、偏波スクランブラに適用される偏波保持ファイバの概要と、偏波保持ファイバにおける偏波モード分散について説明しておく。
【００１０】
図９は、偏波保持ファイバの一例で、偏波保持ファイバの断面図を示したものである。尚、この偏波保持ファイバは通称「パンダ・ファイバ」と呼ばれ、日本で開発されたものである。
図９において、１００は偏波保持ファイバで、１０１はそのコア、１０２はそのクラッド、１０３及び１０３ａはクラッド１０２内のコア１０１の両側に形成された応力付与部である。
【００１１】
ここで、応力付与部１０３及び１０３ａは、応力付与材としてボロンの化合物であるボロニア（Ｂ2 Ｏ3 ）をドープしたシリカ・ガラスで形成されている。ボロニアをドープしたシリカ・ガラスの熱膨張係数はシリカ・ガラスの数倍あって、光ファイバの線引後の温度低下に伴って収縮するため、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向にコアを引っ張る応力が、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向と直角の方向にコアを圧縮する応力が残る。即ち、方向によってコアを伝播する光に対する屈折率が異なって、複屈折性を有する光ファイバができあがる。
【００１２】
そして、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向の屈折率が低く、それとは直角の方向の屈折率が高くなる。従って、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向の成分の光は伝播速度が速くなり、それとは直角方向の成分の光は伝播速度が遅くなる。この意味で、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向の軸を高速軸、それとは直角な方向の軸を低速軸という。
【００１３】
そして、直線偏波の光の偏波面を該高速軸又は該低速軸の一方に一致させて偏波保持ファイバに入射すると、偏波保持ファイバ中を伝播する光の偏波面は一定で、偏波面の回転は起こらず偏波状態が保持される。この意味で、図９に一例を示した光ファイバを偏波保持ファイバと呼ぶ。又、偏波保存ファイバ、定偏波ファイバという呼称もある。
【００１４】
一方、直線偏波の光の偏波面を高速軸と低速軸の中間の角度、典型的には、高速軸と低速軸と４５度をなす角度で偏波保持ファイバに入射すると、直線偏波の光は高速軸成分と低速軸成分とに分かれて偏波保持ファイバを伝播してゆくが、該高速軸成分と該低速軸成分とで伝播速度が異なるので、偏波保持ファイバの長さにより偏波保持ファイバの出力側で任意の偏光状態を得ることができる。しかし、単純に偏波保持ファイバを用いた場合には光波形に劣化が生ずる。これが、偏波モード分散による波形劣化である。
【００１５】
図１０は、偏波モード分散の概念図である。
図１０の如く、直線偏光の入力光パルスの偏波面を偏波保持ファイバの高速軸と低速軸の中間の角度、典型的には、該高速軸と該低速軸と４５度をなす角度で偏波保持ファイバに入射すると、偏波保持ファイバ中を伝播する直線偏波の光の高速軸成分と低速軸成分とで伝播速度が異なるので、直線偏波の光の該高速軸成分と該低速軸成分との間に定常的な位相差が生じて、該位相差が累積してゆく。これが、偏波モード分散である。
【００１６】
又、通常の光ファイバには光波長によって伝播速度が異なるという波長分散特性があり、通常は伝播する光パルスの波形の半値幅が入力光パルスより広がると共に波形の立ち上がり時間と立ち下がり時間が増加して波形がなまる。
図１０は、上記偏波モード分散と波長分散の双方による波形劣化の様子を示している。即ち、偏波モード分散による伝播速度の違いから波形のピークが分割され、且つ、波長分散によって波形が広がって偏波保持ファイバから出力光パルスが出射される。
【００１７】
さて、図６は、偏波スクランブルを行なわせるための従来の原理的構成で、光源及びその駆動回路なども含めて図示している。
図６において、１は直線偏波の光信号を出力する光源で、代表的なものにはレーザ・ダイオードがある。尚、１−１は光源１の出力光を光源１の外に引き出すピグ・テール・ファイバである。
【００１８】
２は光源１に駆動電流を供給する光源駆動回路で、通常は電流スイッチ型の回路で構成される。
３は光源駆動回路２が出力する駆動電流を変調する周波数ｆ1 の正弦波を出力する発振器である。
４はピグ・テール・ファイバ１−１にスプライシングされる偏波保持ファイバで、スプライス点において光源１の直線偏波の偏波面が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングされる。偏波スクランブラは偏波保持ファイバ４によって構成される。
【００１９】
図６の構成の特徴は、光源駆動回路２が出力する駆動電流を発振器３が出力する周波数ｆ1 の正弦波によって変調して光源１を駆動した上で、ピグ・テール・ファイバ１−１と偏波保持ファイバ４を、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングする点にある。
【００２０】
図７は、図６の構成における偏波スクランブルの原理を説明する図、図８は、図６の構成における偏波保持ファイバを伝播する光の高速軸成分と低速軸成分との間で生ずる位相差を説明する図である。
図７（イ）は、偏波保持ファイバの高速軸と低速軸で、便宜上低速軸をｙ軸、高速軸をｘ軸とすることを示している。
【００２１】
図７（ロ）は、偏波保持ファイバの入力である。先に説明したように、入力光の偏波面を高速軸と低速軸の中間に設定しているので、偏波保持ファイバの高速軸方向と低速軸方向に電界が印加される。特に、入力光の偏波面を高速軸と低速軸の双方と４５度の角度に設定すれば、低速軸（ｙ軸）方向の電界Ｅy と高速軸（ｘ軸）方向の電界Ｅx の強度は等しくなる。
【００２２】
図７（ハ）は、偏波保持ファイバの出力である。先に説明したように、高速軸（ｘ軸）と低速軸（ｙ軸）とでは異なる位相推移を受ける。これらをδx 及びδy とすると、偏波保持ファイバの出力は図７（ハ）に示したようになる。
図７（ニ）は、高速軸と低速軸の位相差である。先に記載したように、図６の光源１の出力光の周波数を周波数ｆ1 で変調しているので、該位相差は周波数ｆ1 の三角関数になる。
【００２３】
従って、光の周波数に対する、偏波保持ファイバで生ずる位相差は図８（イ）に示すようになり、図８（ロ）に示しているように、該位相差は周波数ｆ0 における位相差成分φ（ｆ0 ）と、周波数ｆ0 における位相差φの微分係数に変調周波数ｆ1 を乗じた位相差成分とで近似することができる。本明細書では、前者を「定数成分」、後者を「変調成分」又は「位相差の周波数特性」と呼ぶことにする。ここで、該変調成分によって偏波保持ファイバにおいて偏波スクランブルすることができる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
そして、光の周波数に対する偏波保持ファイバで生ずる位相差の定数成分は高速軸と低速軸の光の伝播速度の固定差に対応するもので、偏波モード分散を表わしている。即ち、図６の構成の偏波保持ファイバによって入力光に対して偏波スクランブルをかけることができるが、偏波モード分散による波形劣化を避けることができないという問題がある。
【００２５】
本発明は、かかる問題点に鑑み、光通信システムにおける波形伝送特性が偏波依存性を持たないようにするために適用される偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光通信装置に関し、伝送波形劣化の原因になる偏波モード分散を抑圧でき、且つ、製造しやすく低コストで安定性が高い偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光通信装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するため手段】
課題を解決するための第一の手段は、光送信装置において、低周波信号と伝送信号によって強度変調された直線偏波の光を出力する光源と、
光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、光の周波数に対して負の傾斜の異なる位相差特性を有し、偏波モード分散が該直線偏波の光の中心周波数で等しい第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、
該光源からの該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、
該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する。
【００２７】
第一の手段によれば、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、直線偏波の光を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するので、該第一の偏波保持ファイバに結合された光の偏波面が回転しながら該第一の偏波保持ファイバ及び該第二の偏波保持ファイバを伝播してゆくことにより偏波スクランブルをかけることができ、且つ、該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合するので、該第一の偏波保持ファイバ中で生ずる偏波モード分散と該第二の偏波保持ファイバ中で生ずる偏波モード分散とは正負逆になって、偏波スクランブラ内で生ずる偏波モード分散を抑圧することができる。
【００２９】
さらに、第一の手段によれば、光源が出力する直線偏波の光の周波数より低周波の信号によって該直線偏波の光の周波数に変調をかけ、該低周波の信号によって変調をかけられた直線偏波の光を伝送すべき信号によって強度変調し、強度変調された直線偏波の光の偏波面を上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するか、強度変調された直線偏波の光から生成した偏波面が直交する２つの直線偏波の光を、上記第一の偏波保持ファイバの高速軸に一致させ、もう一方の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの低速軸に一致させて該第一の偏波保持ファイバと結合するかのいずれかの構成とするので、送信端において光は任意の偏波面をとり得て伝送路の特性に偏波依存性があっても偏波依存性を抑圧することができる。
【００３０】
課題を解決するための第二の手段は、光送信装置において、ＲＺ符号の信号によって強度変調された直線偏波の光を出力する光源と、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、光の周波数に対して負の傾斜の異なる位相差特性を有し、偏波モード分散が該直線偏波の光の中心周波数で等しい第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、該光源からの該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する。
【００３１】
第二の手段によれば、光源が出力する直線偏波の光の周波数に伝送すべきＲＺ符号の信号によって強度変調し、強度変調された直線偏波の光の偏波面を第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するか、強度変調された直線偏波の光から生成した偏波面が直交する２つの直線偏波の光を、一方の光の偏波面を偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸に一致させ、もう一方の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの低速軸に一致させて該第一の偏波保持ファイバと結合するかのいずれかの構成とするので、送信端において光は任意の偏波面をとりえて伝送路の特性に偏波依存性があっても偏波依存性を抑圧することができる。
【００３２】
課題を解決するための第三の手段は、光送信装置において、直線偏波の光を出力する光源と、
該光源からの光をＲＺ符号で強度変調する変調器と、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、光の周波数に対して負の傾斜の異なる位相差特性を有し、偏波モード分散が該直線偏波の光の中心周波数で等しい第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、該変調器からの該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以降、図面も併用して本発明の技術を詳細に説明する。
図１は、本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その１）である。
図１において、１は直線偏波の光信号を出力する光源で、代表的なものにはレーザ・ダイオードがある。そして、レーザ・ダイオードが出力する光はよく知られているように直線偏波である。尚、１−１は光源１の出力光を光源１の外に引き出すピグ・テール・ファイバである。
【００３５】
２は光源１に駆動電流を供給する光源駆動回路で、通常は電流スイッチ型の回路で構成される。
３は光源駆動回路が出力する駆動電流を変調する、光の周波数より低周波の信号を出力する発振器である。典型的には該低周波の信号は正弦波でよいが、三角波など適用できる波形は複数ありうる。
【００３６】
４ａはピグ・テール・ファイバ１−１にスプライシングされる第一の偏波保持ファイバで、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングされる。
４ｂは第一の偏波保持ファイバ４ａにスプライシングされる第二の偏波保持ファイバで、スプライス点において第一の偏波保持ファイバ４ａの高速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの低速軸が一致し、第一の偏波保持ファイバ４ａの低速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの高速軸が一致するように、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂは軸を９０度ずらした状態でスプライシングされる。
【００３７】
スプライシングの条件は図１（イ）中にも文言で、図１（ロ）にも入射光軸と高速軸、低速軸の関係を図面を以て示している。
６は、伝送すべき信号を発生する信号源で、信号源６が出力する信号によって光源駆動回路が出力する電流がオン、オフされて、光源から信号源６が出力する信号によって強度変調された信号光が出力される。
【００３８】
図１の構成の特徴は、光源駆動回路２が出力する駆動電流を発振器３が出力する低周波の信号によって変調すると共に、低周波の信号によって変調を受けた光を信号源６が出力する信号によって強度変調した上で、ピグ・テール・ファイバ１−１と第一の偏波保持ファイバ４ａを、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングし、更に、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを軸を９０度ずらしてスプライシングする点にある。
【００３９】
そして、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散が等しくて上記変調成分が異なる、即ち、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用する。
尚、上記低周波の信号によって光源の光周波数が変調を受けるのは、上記低周波の信号のレベルに対応して光源１に供給される駆動電流のレベルの変化に応じて光源１の発振周波数が変化するからである。
【００４０】
図２は、図１の構成において複合ファイバにする効果（その１）で、双方の偏波保持ファイバにおける上記位相差の周波数特性が光の周波数に対して負の傾斜を持つ場合を示している。
尚、該位相差の周波数特性が光の周波数に対して負の傾斜を持つ場合が通常である。又、光の周波数に対する該位相差の周波数特性を異ならせることは、例えば、２つの偏波保持ファイバの間でコアとクラッドを構成するシリカ・ガラスの材料分散を異ならせることで実現できる。
【００４１】
図２（イ）は、各々の偏波保持ファイバで生ずる位相差であり、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散がφ（ｆ0 ）で等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用することを示している。そして、実線の位相差特性は図１の構成における第一の偏波保持ファイバのものであり、破線の位相差特性は第二の偏波保持ファイバのものであることを想定している。
【００４２】
又、光の中心周波数ｆ0 に対して、低周波の信号によって±ｆ1 だけ周波数に変調がかかる。
図２（ロ）は、複合ファイバでのトータル位相差である。
先に記載した通り、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを軸を９０度ずらしてスプライシングするので、第二の偏波保持ファイバでは高速軸と低速軸が第一の偏波保持ファイバとは逆転している。つまり、伝播する光は第二の偏波保持ファイバでは、図２の（イ）に示した位相差特性の符号を逆転した位相差を受けることになる。
【００４３】
従って、図２（ロ）に示しているように、複合ファイバでのトータル位相差は、第一の偏波保持ファイバの位相差特性と、第二の偏波保持ファイバの位相差特性の符号を逆転した位相差特性を加算したものになる（第一の偏波保持ファイバの位相差特性から、第二の偏波保持ファイバの位相差特性を減算したものになる。）。
【００４４】
今、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用するので、偏波モード分散はキャンセルされ、第一の偏波保持ファイバの位相差特性と第二の偏波保持ファイバの位相差特性の減算結果がトータルの位相差となる。
【００４５】
つまり、図１の構成において、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとして、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用することによって、偏波スクランブルに寄与する上記変調成分だけを残し、波形劣化の原因になる偏波モード分散（上記定数成分）をキャンセルできるので、波形伝送特性が良好な偏波スクランブラを得ることができる。
【００４６】
しかも、この偏波スクランブラは可動部分を持たず、又、コストが高い部品を使用せず、実質的に光ファイバだけで構成できるので、製造が簡易でコストも低くなる。
ここで、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる２つの偏波保持ファイバを決定した時の両者の長さがそれぞれ第一の長さである場合、長さの比を一定に保てば、それぞれの長さを第二の長さに変化させることができる。
【００４７】
即ち、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる上記第一の偏波保持ファイバと上記第二の偏波保持ファイバのそれぞれの長さが第一の長さである場合、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバの長さの比を一定に保ってそれぞれの長さを第二の長さに変えるので、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分は第一の長さの場合とは異なる値にはなるが該定数成分は等しく保たれ、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜は第一の長さの場合とは異なる偏波スクランブラが得られ、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜を任意の値に設定することができる。これによって偏波スクランブル特性が異なる第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとの組み合わせを得ることができる。
【００４８】
尚、このことは次に述べるケースにも当てはまる。
図３は、図１の構成において複合ファイバにする効果（その２）で、一方の偏波保持ファイバにおける上記位相差の周波数特性が光の周波数に対して負の傾斜を持ち、もう一方の偏波保持ファイバにおける上記位相差の周波数特性が光の周波数に対して正の傾斜を持つ場合を示している。
【００４９】
尚、先にも記載したように、該位相差の周波数特性が光の周波数に対して負の傾斜を持つ場合が通常であるが、光の周波数に対する該位相差の周波数特性の傾斜を正にすることは、例えば、偏波保持ファイバのコアとクラッドを構成するシリカ・ガラスの材料分散及び偏波保持ファイバの構造分散を調整することで実現できる。
【００５０】
図３（イ）は、各々の偏波保持ファイバで生ずる位相差であり、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性の傾斜が異なる偏波保持ファイバを選んで適用することを示している。そして、実線の位相差特性は図１の構成における第一の偏波保持ファイバのものであり、破線の位相差特性は第二の偏波保持ファイバのものであることを想定している。
【００５１】
図３（ロ）は、複合ファイバでのトータル位相差である。
先に記載した通り、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを偏波面を９０度ずらしてスプライシングするので、第二の偏波保持ファイバでは高速軸と低速軸が第一の偏波保持ファイバとは逆転している。つまり、伝播する光は第二の偏波保持ファイバでは、図３（イ）に示した位相差特性の符号を逆転した位相差を受けることになる。
【００５２】
従って、図３（ロ）に示しているように、複合ファイバでのトータル位相差は、第一の偏波保持ファイバの位相差特性と、第二の偏波保持ファイバの位相差特性の符号を逆転した位相差特性を加算したものになる（第一の偏波保持ファイバの位相差特性から、第二の偏波保持ファイバの位相差特性を減算したものになる。）。
【００５３】
今、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性の傾斜が異なる偏波保持ファイバを選んで適用するので、偏波モード分散はキャンセルされ、第一の偏波保持ファイバの位相差特性と第二の偏波保持ファイバの位相差特性の減算結果がトータルの位相差となる。
【００５４】
つまり、図１の構成において、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとして、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用することによって、偏波スクランブルに寄与する上記変調成分だけを残し、波形劣化の原因になる偏波モード分散（上記定数成分）をキャンセルできるので、波形伝送特性が良好な偏波スクランブラを得ることができる。
【００５５】
しかも、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂの位相差特性の傾斜が異なっているので、トータル位相差が大きくなり、スクランブル感度が高い偏波スクランブラを実現することが可能になる。
その上、この偏波スクランブラも可動部分を持たず、又、コストが高い部品を使用せず、実質的に光ファイバだけで構成できるので、製造が簡易でコストも低くなる。
【００５６】
さて、図１の構成においては、光源駆動回路の駆動電流を低周波の信号によって変調して光源周波数に変調をかけているので、伝送すべき信号源の符号はＲＺ（Return to Zero) 符号でもＮＲＺ（Non Return to Zero) 符号であってもよい。
図４は、本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その２）である。
【００５７】
図４において、１は直線偏波の光信号を出力する光源で、代表的なものにはレーザ・ダイオードがある。そして、レーザ・ダイオードが出力する光は直線偏波である。尚、１−１は光源１の出力光を結合して光源１の外に引き出すピグ・テール・ファイバである。
２は光源１に駆動電流を供給する光源駆動回路で、通常は電流スイッチ型の回路で構成される。
【００５８】
４ａはピグ・テール・ファイバ１−１にスプライシングされる第一の偏波保持ファイバで、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングされる。
４ｂは第一の偏波保持ファイバ４ａにスプライシングされる第二の偏波保持ファイバで、スプライス点において第一の偏波保持ファイバ４ａの高速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの低速軸が一致し、第一の偏波保持ファイバ４ａの低速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの高速軸が一致するように、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂの軸を９０度ずらした状態でスプライシングされる。
【００５９】
スプライシングの条件は図１（イ）にも文言で、図１（ロ）にも図面を以て示している。
６ａは伝送すべき信号を発生するＲＺ符号の信号源である。
図４の構成の特徴は、ＲＺ信号源６ａが出力するＲＺ符号の信号によって光源駆動回路２が出力する電流をスイッチングするだけて光源１の出力周波数に変調をかけた上で光源１の出力光に強度変調をかけ、ピグ・テール・ファイバ１−１と第一の偏波保持ファイバ４ａを、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングし、更に、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを軸を９０度ずらしてスプライシングする点にある。
【００６０】
ＲＺ符号の信号源６ａが出力するＲＺ符号の信号によって光源駆動回路２が出力する電流をスイッチングするだけて光源１の出力周波数に変調をかけることができるのは、低周波の信号によって光源１の出力周波数に変調をかけることができるのと同じ理由で、ＲＺ符号の信号の振幅の変化に対応して光源の周波数が変化するからである。尚、ＲＺ符号で変調するのは、ＮＲＺ符号の場合には同一符号が連続した場合に信号の振幅に変化が生じないために光源の周波数を変調することができないからである。
【００６１】
さて、第一の偏波保持ファイバ４ａ、第二の偏波保持ファイバ４ｂの選択、偏波モード分散の抑圧などについては既に複数回説明しているので、これ以上の重複記載は避けることにする。
そして、図４の構成の最大の特徴は、光源駆動回路２の出力電流を低周波の信号によって予め変調しておく必要がないことである。
【００６２】
さて、上においては、いずれも信号源によって光源の出力光を直接変調することを想定して本発明の技術を説明してきたが、光源の出力光を外部変調器において信号源によって強度変調してもよい。
図５は、本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その３）である。
【００６３】
図５において、１は直線偏波の光信号を出力する光源で、代表的なものにはレーザ・ダイオードがある。そして、レーザ・ダイオードが出力する光は直線偏波である。
２は光源１に駆動電流を供給する光源駆動回路で、通常は電流スイッチ型の回路で構成される。
【００６４】
７は光源１が出力する連続光を後述するＲＺ信号源が出力する信号によって強度変調する外部変調器で、リチウム・ナイオベート基板上に形成された２本の導波路のうち一方に印加した電圧による電気光学効果によって強度変調を行なうものが典型的なものである。
４ａは外部変調器７の出力が結合される第一の偏波保持ファイバで、結合点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングされる。
【００６５】
４ｂは第一の偏波保持ファイバ４ａにスプライシングされる第二の偏波保持ファイバで、スプライス点において第一の偏波保持ファイバ４ａの高速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの低速軸が一致し、第一の偏波保持ファイバ４ａの低速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの高速軸が一致するように、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂの軸を９０度ずらした状態でスプライシングされる。
【００６６】
スプライシングの条件は図５（イ）中にも文言で、図５（ロ）にも入射光軸と高速軸、低速軸の関係を図面を以て示している。
６ａは伝送すべき信号を発生するＲＺ符号の信号源である。
図５の構成の特徴は、ＲＺ信号源６ａが出力するＲＺ符号の信号によって光源１が出力する光の周波数を変調すると共に、ＲＺ信号源６ａが出力するＲＺ符号の信号によって強度変調し、第一の偏波保持ファイバ４ａに、スプライス点において外部変調器７が出力する光の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングし、更に、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを軸を９０度ずらしてスプライシングする点にある。
【００６７】
本発明の技術は既に詳細に説明してあるし、外部変調の技術も公知であるので詳細な説明は省くが、図５の構成によっても偏波スクランブルをかけることができることは図１の構成と同じである。
（付記１） 光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、
直線偏波の光を、該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、
該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する
ことを特徴とする偏波スクランブラ。
【００６８】
（付記２） 光源が出力する直線偏波の光の周波数より低周波の信号によって該直線偏光の光の周波数に変調をかけ、
該低周波の信号によって変調をかけられた直線偏波の光を伝送すべき信号によって強度変調し、
強度変調された直線偏波の光の偏波面を付記１に記載の上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合する
ことを特徴とする光送信装置。
【００６９】
（付記３） 光源が出力する直線偏波の光の周波数に伝送すべきＲＺ符号の信号によって変調をかけると共に、該ＲＺ符号の信号によって強度変調し、
強度変調された直線偏波の光の偏波面を付記１に記載の上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合する
ことを特徴とする光送信装置。
【００７０】
（付記４） 付記１記載の偏波スクランブラであって、
光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる上記第一の偏波保持ファイバと上記第二の偏波保持ファイバのそれぞれの長さが第一の長さである場合、
該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバの長さの比を一定に保ってそれぞれの長さを第二の長さに変えて、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分を等しくし、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜は第一の長さの場合とは異ならせる
ことを特徴とする偏波スクランブラ。
【００７１】
（付記５） 付記１又は付記２のいずれかに記載の偏波スクランブラであって、
上記第一の偏波保持ファイバ及び上記第二の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との間で生ずる位相差の光周波数特性の傾斜の符号が同一である
ことを特徴とする偏波スクランブラ。
【００７２】
（付記６） 付記１又は付記２のいずれかに記載の偏波スクランブラであって、
上記第一の偏波保持ファイバ及び上記第二の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との間で生ずる位相差の光周波数特性の傾斜の符号が反対である
ことを特徴とする偏波スクランブラ。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明により、光通信システムにおける波形伝送特性が偏波依存性を持たないようにするために適用される偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光通信システムに関し、伝送波形劣化の原因になる偏波モード分散を抑圧でき、且つ、製造しやすく低コストで安定性が高い偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光通信システムを実現することができる。
【００７４】
即ち、第一の発明によれば、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、直線偏波の光を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバとを結合するので、該第一の偏波保持ファイバに結合された光の偏波面が回転しながら該第一の偏波保持ファイバ及び該第二の偏波保持ファイバを伝播してゆくことにより偏波スクランブルをかけることができ、且つ、該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合するので、該第一の偏波保持ファイバ中で生ずる偏波モード分散と該第二の偏波保持ファイバ中で生ずる偏波モード分散とは正負逆になって、偏波スクランブラ内で生ずる偏波モード分散を抑圧することができる。
【００７５】
又、第二の発明によれば、光源が出力する直線偏波の光の周波数より低周波の信号によって該直線偏光の光の周波数に変調をかけ、該低周波の信号によって変調をかけられた直線偏波の光を伝送すべき信号によって強度変調し、強度変調された直線偏波の光の偏波面を第一の発明の上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するか、強度変調された直線偏波の光から生成した偏波面が直交する２つの直線偏波の光を、一方の光の偏波面を第二の発明の偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸に一致させ、もう一方の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの低速軸に一致させて該第一の偏波保持ファイバと結合するかのいずれかの構成とするので、送信端において光は任意の偏波面をとりえて伝送路の特性に偏波依存性があっても偏波依存性を抑圧することができる。
【００７６】
又、第三の発明によれば、光源が出力する直線偏波の光の周波数に伝送すべきＲＺ符号の信号によって変調をかけると共に、該ＲＺ符号の信号によって強度変調し、強度変調された直線偏波の光の偏波面を請求項１に記載の上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するか、強度変調された直線偏波の光から生成した偏波面が直交する２つの直線偏波の光を、一方の光の偏波面を請求項２に記載の偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸に一致させ、もう一方の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの低速軸に一致させて該第一の偏波保持ファイバと結合するかのいずれかの構成とするので、送信端において光は任意の偏波面をとりえて伝送路の特性に偏波依存性があっても偏波依存性を抑圧することができる。
【００７７】
更に、第四の発明によれば、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる上記第一の偏波保持ファイバと上記第二の偏波保持ファイバのそれぞれの長さが第一の長さである場合、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバの長さの比を一定に保ってそれぞれの長さを第二の長さに変えるので、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分は第一の長さの場合とは異なる値にはなるが光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分は等しく保たれ、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜は第一の長さの場合とは異なる偏波スクランブラが得られ、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜を任意の値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その１）。
【図２】 図１の構成において複合ファイバにする効果（その１）。
【図３】 図１の構成において複合ファイバにする効果（その２）。
【図４】 本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その２）。
【図５】 本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その３）。
【図６】 偏波スクランブルを行なわせるための従来の原理的構成。
【図７】 図６の構成における偏波スクランブルの原理。
【図８】 図６の構成における偏波保持ファイバで生ずる位相差。
【図９】 偏波保持ファイバの一例。
【図１０】 偏波モード分散の概念図。
【符号の説明】
１ 光源
１−１ ピグ・テール・ファイバ
２ 光源駆動回路
３ 発振器
４ 偏波保持ファイバ
４ａ 第一の偏波保持ファイバ
４ｂ 第二の偏波保持ファイバ
６ 信号源
６ａ ＲＺ信号源
７ 外部変調器
１００ 偏波保持ファイバ
１０１ コア
１０２ クラッド
１０３、１０３ａ 応力付与部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムにおける波形伝送特性が偏波依存性を持たないようにするために適用される偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光送信装置に係り、伝送波形劣化の原因になる偏波モード分散を抑圧でき、且つ、製造しやすく低コストで安定性が高い偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光送信装置に関する。
【０００２】
光通信システムが１９５０年前後に実用化されてから暫くは、長距離の光通信システムにおいてはリシェイピング（Reshaping)、リタイミング（Retiming) 及びリジェネレイティング（Regenerating) の所謂３Ｒ機能を有する光再生中継器によって中継を行っていた。
この方式では、３Ｒ機能を実現するために光再生中継器の構成が複雑になる上に調整箇所が多く、低コスト化が困難であるという問題があった。又、通常の電磁波の影響を受けないという利点を有する光信号を一旦電気信号に変換し、波形再生をしてから光信号に再変換して中継するために、中継器での電磁波の影響による符号誤り率の劣化を防止するために電気的設計及び実装的設計に十分な配慮を必要とし、低コスト化は一層困難であった。
【０００３】
１９８０年代になって、稀土類元素のイオン、特に、エルビウム・イオンをコアに添加したエルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器が開発され、光再生中継器にとって代わるようになったばかりでなく、種々の光通信システムにおいて端局の出力増幅器や信号光を複数の光ファイバに分岐する手前の増幅器として広く用いられるようになった。
【０００４】
エルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器を光通信システムの中継器として導入することにより、中継器内の部品点数を大幅に削減することができ、調整箇所も大幅に減少させることができる上に、電磁波の影響を避けるための設計的配慮が無用になったために、低コスト化と共に高信頼度化が図られるようになった。
【０００５】
さて、もとより、中継伝送路を構成する光ファイバと、エルビウム添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器には、伝送される光の偏波に依存する損失特性（「ＰＤＬ」。Poralization Dependant Loss の頭文字による略語である。）及び光の偏波に依存する分散特性（「ＰＭＤ」。Poralization Mode Dispersionの頭文字による略語である。これは、偏波モード分散特性とも呼ばれ、本質的には電気信号の伝送時の群遅延時間特性に該当する。）があり、電気信号で変調した光信号の包絡線波形の劣化の原因の１つになっている。電気信号で変調した光信号の包絡線波形は受信側で再生される電気信号の波形となるので、伝送される光の偏波に依存する損失特性や光の偏波に依存する分散特性によって伝送品質が劣化する。
【０００６】
特に、光通信システムに要求される通信容量が大容量化した結果必要になってきた高速の光通信システムでは、１つの光パルスの時間が短くなり、伝送される光の偏波に依存する損失特性や光の偏波に依存する分散特性の影響を無視しえなくなり、一定の偏波状態で光が伝播しないように偏波スクランブラが導入されるようになった。偏波スクランブラは上記の如く重要な役割を持つものであるが、低コストで安定に機能し、且つ、伝送特性に悪影響を与えないものでなければならない。
【０００７】
そこで、本発明では、伝送波形劣化の原因になる偏波モード分散を抑圧でき、且つ、製造しやすく安定な偏波スクランブラと、該偏波スクランブラを適用して偏波分散特性を縮減する光通信装置を実現しようとするものである。
【０００８】
【従来の技術】
従来の偏波状態を制御して偏波スクランブルをかける主要技術には下記のものがある。
（１）偏光性を持つ光部品を機械的に動かすことによって偏波状態を制御することによって偏波スクランブルをかける技術
（２）直線偏波の光信号の偏光角を、偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該偏波保持ファイバに結合して偏波スクランブルをかける技術
（３）直線偏波の光信号を、リチウム・ナイオベート変調器に結合して、電圧によって光の位相を制御する電気光学効果、又は、熱によって光の位相を制御する熱光学効果によって一方の導波路を伝播する信号光の位相を制御することによって偏波スクランブルをかける技術
ここで、（１）の技術は、構造が複雑になってもとより低コスト化が困難な上に、機械的に動く部分の耐久性に問題があって信頼度が低く、又、リチウム・ナイオベート変調器を使用して偏波スクランブルをかけるタイプの（３）の技術は、該リチウム・ナイオベート変調器自体の低コスト化が困難である。
【０００９】
従って、低コスト化を目指す本発明の目的には（１）と（３）の技術は合致しないので本発明の検討対象から除外し、（２）の、直線偏波の光信号の偏光角を、偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該偏波保持ファイバに結合する技術を出発点として検討を進めてきたが、その技術の説明に入る前に、偏波スクランブラに適用される偏波保持ファイバの概要と、偏波保持ファイバにおける偏波モード分散について説明しておく。
【００１０】
図９は、偏波保持ファイバの一例で、偏波保持ファイバの断面図を示したものである。尚、この偏波保持ファイバは通称「パンダ・ファイバ」と呼ばれ、日本で開発されたものである。
図９において、１００は偏波保持ファイバで、１０１はそのコア、１０２はそのクラッド、１０３及び１０３ａはクラッド１０２内のコア１０１の両側に形成された応力付与部である。
【００１１】
ここで、応力付与部１０３及び１０３ａは、応力付与材としてボロンの化合物であるボロニア（Ｂ2 Ｏ3 ）をドープしたシリカ・ガラスで形成されている。ボロニアをドープしたシリカ・ガラスの熱膨張係数はシリカ・ガラスの数倍あって、光ファイバの線引後の温度低下に伴って収縮するため、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向にコアを引っ張る応力が、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向と直角の方向にコアを圧縮する応力が残る。即ち、方向によってコアを伝播する光に対する屈折率が異なって、複屈折性を有する光ファイバができあがる。
【００１２】
そして、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向の屈折率が低く、それとは直角の方向の屈折率が高くなる。従って、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向の成分の光は伝播速度が速くなり、それとは直角方向の成分の光は伝播速度が遅くなる。この意味で、応力付与部１０３及び１０３ａを結ぶ方向の軸を高速軸、それとは直角な方向の軸を低速軸という。
【００１３】
そして、直線偏波の光の偏波面を該高速軸又は該低速軸の一方に一致させて偏波保持ファイバに入射すると、偏波保持ファイバ中を伝播する光の偏波面は一定で、偏波面の回転は起こらず偏波状態が保持される。この意味で、図９に一例を示した光ファイバを偏波保持ファイバと呼ぶ。又、偏波保存ファイバ、定偏波ファイバという呼称もある。
【００１４】
一方、直線偏波の光の偏波面を高速軸と低速軸の中間の角度、典型的には、高速軸と低速軸と４５度をなす角度で偏波保持ファイバに入射すると、直線偏波の光は高速軸成分と低速軸成分とに分かれて偏波保持ファイバを伝播してゆくが、該高速軸成分と該低速軸成分とで伝播速度が異なるので、偏波保持ファイバの長さにより偏波保持ファイバの出力側で任意の偏光状態を得ることができる。しかし、単純に偏波保持ファイバを用いた場合には光波形に劣化が生ずる。これが、偏波モード分散による波形劣化である。
【００１５】
図１０は、偏波モード分散の概念図である。
図１０の如く、直線偏光の入力光パルスの偏波面を偏波保持ファイバの高速軸と低速軸の中間の角度、典型的には、該高速軸と該低速軸と４５度をなす角度で偏波保持ファイバに入射すると、偏波保持ファイバ中を伝播する直線偏波の光の高速軸成分と低速軸成分とで伝播速度が異なるので、直線偏波の光の該高速軸成分と該低速軸成分との間に定常的な位相差が生じて、該位相差が累積してゆく。これが、偏波モード分散である。
【００１６】
又、通常の光ファイバには光波長によって伝播速度が異なるという波長分散特性があり、通常は伝播する光パルスの波形の半値幅が入力光パルスより広がると共に波形の立ち上がり時間と立ち下がり時間が増加して波形がなまる。
図１０は、上記偏波モード分散と波長分散の双方による波形劣化の様子を示している。即ち、偏波モード分散による伝播速度の違いから波形のピークが分割され、且つ、波長分散によって波形が広がって偏波保持ファイバから出力光パルスが出射される。
【００１７】
さて、図６は、偏波スクランブルを行なわせるための従来の原理的構成で、光源及びその駆動回路なども含めて図示している。
図６において、１は直線偏波の光信号を出力する光源で、代表的なものにはレーザ・ダイオードがある。尚、１−１は光源１の出力光を光源１の外に引き出すピグ・テール・ファイバである。
【００１８】
２は光源１に駆動電流を供給する光源駆動回路で、通常は電流スイッチ型の回路で構成される。
３は光源駆動回路２が出力する駆動電流を変調する周波数ｆ1 の正弦波を出力する発振器である。
４はピグ・テール・ファイバ１−１にスプライシングされる偏波保持ファイバで、スプライス点において光源１の直線偏波の偏波面が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングされる。偏波スクランブラは偏波保持ファイバ４によって構成される。
【００１９】
図６の構成の特徴は、光源駆動回路２が出力する駆動電流を発振器３が出力する周波数ｆ1 の正弦波によって変調して光源１を駆動した上で、ピグ・テール・ファイバ１−１と偏波保持ファイバ４を、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングする点にある。
【００２０】
図７は、図６の構成における偏波スクランブルの原理を説明する図、図８は、図６の構成における偏波保持ファイバを伝播する光の高速軸成分と低速軸成分との間で生ずる位相差を説明する図である。
図７（イ）は、偏波保持ファイバの高速軸と低速軸で、便宜上低速軸をｙ軸、高速軸をｘ軸とすることを示している。
【００２１】
図７（ロ）は、偏波保持ファイバの入力である。先に説明したように、入力光の偏波面を高速軸と低速軸の中間に設定しているので、偏波保持ファイバの高速軸方向と低速軸方向に電界が印加される。特に、入力光の偏波面を高速軸と低速軸の双方と４５度の角度に設定すれば、低速軸（ｙ軸）方向の電界Ｅy と高速軸（ｘ軸）方向の電界Ｅx の強度は等しくなる。
【００２２】
図７（ハ）は、偏波保持ファイバの出力である。先に説明したように、高速軸（ｘ軸）と低速軸（ｙ軸）とでは異なる位相推移を受ける。これらをδx 及びδy とすると、偏波保持ファイバの出力は図７（ハ）に示したようになる。
図７（ニ）は、高速軸と低速軸の位相差である。先に記載したように、図６の光源１の出力光の周波数を周波数ｆ1 で変調しているので、該位相差は周波数ｆ1 の三角関数になる。
【００２３】
従って、光の周波数に対する、偏波保持ファイバで生ずる位相差は図８（イ）に示すようになり、図８（ロ）に示しているように、該位相差は周波数ｆ0 における位相差成分φ（ｆ0 ）と、周波数ｆ0 における位相差φの微分係数に変調周波数ｆ1 を乗じた位相差成分とで近似することができる。本明細書では、前者を「定数成分」、後者を「変調成分」又は「位相差の周波数特性」と呼ぶことにする。ここで、該変調成分によって偏波保持ファイバにおいて偏波スクランブルすることができる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
そして、光の周波数に対する偏波保持ファイバで生ずる位相差の定数成分は高速軸と低速軸の光の伝播速度の固定差に対応するもので、偏波モード分散を表わしている。即ち、図６の構成の偏波保持ファイバによって入力光に対して偏波スクランブルをかけることができるが、偏波モード分散による波形劣化を避けることができないという問題がある。
【００２５】
本発明は、かかる問題点に鑑み、光通信システムにおける波形伝送特性が偏波依存性を持たないようにするために適用される偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光通信装置に関し、伝送波形劣化の原因になる偏波モード分散を抑圧でき、且つ、製造しやすく低コストで安定性が高い偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光通信装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するため手段】
課題を解決するための第一の手段は、光送信装置において、低周波信号と伝送信号によって強度変調された直線偏波の光を出力する光源と、
光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、光の周波数に対して負の傾斜の異なる位相差特性を有し、偏波モード分散が該直線偏波の光の中心周波数で等しい第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、
該光源からの該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、
該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する。
【００２７】
第一の手段によれば、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、直線偏波の光を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するので、該第一の偏波保持ファイバに結合された光の偏波面が回転しながら該第一の偏波保持ファイバ及び該第二の偏波保持ファイバを伝播してゆくことにより偏波スクランブルをかけることができ、且つ、該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合するので、該第一の偏波保持ファイバ中で生ずる偏波モード分散と該第二の偏波保持ファイバ中で生ずる偏波モード分散とは正負逆になって、偏波スクランブラ内で生ずる偏波モード分散を抑圧することができる。
【００２９】
さらに、第一の手段によれば、光源が出力する直線偏波の光の周波数より低周波の信号によって該直線偏波の光の周波数に変調をかけ、該低周波の信号によって変調をかけられた直線偏波の光を伝送すべき信号によって強度変調し、強度変調された直線偏波の光の偏波面を上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するか、強度変調された直線偏波の光から生成した偏波面が直交する２つの直線偏波の光を、上記第一の偏波保持ファイバの高速軸に一致させ、もう一方の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの低速軸に一致させて該第一の偏波保持ファイバと結合するかのいずれかの構成とするので、送信端において光は任意の偏波面をとり得て伝送路の特性に偏波依存性があっても偏波依存性を抑圧することができる。
【００３０】
課題を解決するための第二の手段は、光送信装置において、ＲＺ符号の信号によって強度変調された直線偏波の光を出力する光源と、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、光の周波数に対して負の傾斜の異なる位相差特性を有し、偏波モード分散が該直線偏波の光の中心周波数で等しい第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、該光源からの該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する。
【００３１】
第二の手段によれば、光源が出力する直線偏波の光の周波数に伝送すべきＲＺ符号の信号によって強度変調し、強度変調された直線偏波の光の偏波面を第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するか、強度変調された直線偏波の光から生成した偏波面が直交する２つの直線偏波の光を、一方の光の偏波面を偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸に一致させ、もう一方の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの低速軸に一致させて該第一の偏波保持ファイバと結合するかのいずれかの構成とするので、送信端において光は任意の偏波面をとりえて伝送路の特性に偏波依存性があっても偏波依存性を抑圧することができる。
【００３２】
課題を解決するための第三の手段は、光送信装置において、直線偏波の光を出力する光源と、
該光源からの光をＲＺ符号で強度変調する変調器と、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、光の周波数に対して負の傾斜の異なる位相差特性を有し、偏波モード分散が該直線偏波の光の中心周波数で等しい第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、該変調器からの該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以降、図面も併用して本発明の技術を詳細に説明する。
図１は、本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その１）である。
図１において、１は直線偏波の光信号を出力する光源で、代表的なものにはレーザ・ダイオードがある。そして、レーザ・ダイオードが出力する光はよく知られているように直線偏波である。尚、１−１は光源１の出力光を光源１の外に引き出すピグ・テール・ファイバである。
【００３５】
２は光源１に駆動電流を供給する光源駆動回路で、通常は電流スイッチ型の回路で構成される。
３は光源駆動回路が出力する駆動電流を変調する、光の周波数より低周波の信号を出力する発振器である。典型的には該低周波の信号は正弦波でよいが、三角波など適用できる波形は複数ありうる。
【００３６】
４ａはピグ・テール・ファイバ１−１にスプライシングされる第一の偏波保持ファイバで、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングされる。
４ｂは第一の偏波保持ファイバ４ａにスプライシングされる第二の偏波保持ファイバで、スプライス点において第一の偏波保持ファイバ４ａの高速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの低速軸が一致し、第一の偏波保持ファイバ４ａの低速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの高速軸が一致するように、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂは軸を９０度ずらした状態でスプライシングされる。
【００３７】
スプライシングの条件は図１（イ）中にも文言で、図１（ロ）にも入射光軸と高速軸、低速軸の関係を図面を以て示している。
６は、伝送すべき信号を発生する信号源で、信号源６が出力する信号によって光源駆動回路が出力する電流がオン、オフされて、光源から信号源６が出力する信号によって強度変調された信号光が出力される。
【００３８】
図１の構成の特徴は、光源駆動回路２が出力する駆動電流を発振器３が出力する低周波の信号によって変調すると共に、低周波の信号によって変調を受けた光を信号源６が出力する信号によって強度変調した上で、ピグ・テール・ファイバ１−１と第一の偏波保持ファイバ４ａを、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングし、更に、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを軸を９０度ずらしてスプライシングする点にある。
【００３９】
そして、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散が等しくて上記変調成分が異なる、即ち、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用する。
尚、上記低周波の信号によって光源の光周波数が変調を受けるのは、上記低周波の信号のレベルに対応して光源１に供給される駆動電流のレベルの変化に応じて光源１の発振周波数が変化するからである。
【００４０】
図２は、図１の構成において複合ファイバにする効果（その１）で、双方の偏波保持ファイバにおける上記位相差の周波数特性が光の周波数に対して負の傾斜を持つ場合を示している。
尚、該位相差の周波数特性が光の周波数に対して負の傾斜を持つ場合が通常である。又、光の周波数に対する該位相差の周波数特性を異ならせることは、例えば、２つの偏波保持ファイバの間でコアとクラッドを構成するシリカ・ガラスの材料分散を異ならせることで実現できる。
【００４１】
図２（イ）は、各々の偏波保持ファイバで生ずる位相差であり、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散がφ（ｆ0 ）で等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用することを示している。そして、実線の位相差特性は図１の構成における第一の偏波保持ファイバのものであり、破線の位相差特性は第二の偏波保持ファイバのものであることを想定している。
【００４２】
又、光の中心周波数ｆ0 に対して、低周波の信号によって±ｆ1 だけ周波数に変調がかかる。
図２（ロ）は、複合ファイバでのトータル位相差である。
先に記載した通り、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを軸を９０度ずらしてスプライシングするので、第二の偏波保持ファイバでは高速軸と低速軸が第一の偏波保持ファイバとは逆転している。つまり、伝播する光は第二の偏波保持ファイバでは、図２の（イ）に示した位相差特性の符号を逆転した位相差を受けることになる。
【００４３】
従って、図２（ロ）に示しているように、複合ファイバでのトータル位相差は、第一の偏波保持ファイバの位相差特性と、第二の偏波保持ファイバの位相差特性の符号を逆転した位相差特性を加算したものになる（第一の偏波保持ファイバの位相差特性から、第二の偏波保持ファイバの位相差特性を減算したものになる。）。
【００４４】
今、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用するので、偏波モード分散はキャンセルされ、第一の偏波保持ファイバの位相差特性と第二の偏波保持ファイバの位相差特性の減算結果がトータルの位相差となる。
【００４５】
つまり、図１の構成において、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとして、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用することによって、偏波スクランブルに寄与する上記変調成分だけを残し、波形劣化の原因になる偏波モード分散（上記定数成分）をキャンセルできるので、波形伝送特性が良好な偏波スクランブラを得ることができる。
【００４６】
しかも、この偏波スクランブラは可動部分を持たず、又、コストが高い部品を使用せず、実質的に光ファイバだけで構成できるので、製造が簡易でコストも低くなる。
ここで、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる２つの偏波保持ファイバを決定した時の両者の長さがそれぞれ第一の長さである場合、長さの比を一定に保てば、それぞれの長さを第二の長さに変化させることができる。
【００４７】
即ち、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる上記第一の偏波保持ファイバと上記第二の偏波保持ファイバのそれぞれの長さが第一の長さである場合、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバの長さの比を一定に保ってそれぞれの長さを第二の長さに変えるので、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分は第一の長さの場合とは異なる値にはなるが該定数成分は等しく保たれ、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜は第一の長さの場合とは異なる偏波スクランブラが得られ、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜を任意の値に設定することができる。これによって偏波スクランブル特性が異なる第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとの組み合わせを得ることができる。
【００４８】
尚、このことは次に述べるケースにも当てはまる。
図３は、図１の構成において複合ファイバにする効果（その２）で、一方の偏波保持ファイバにおける上記位相差の周波数特性が光の周波数に対して負の傾斜を持ち、もう一方の偏波保持ファイバにおける上記位相差の周波数特性が光の周波数に対して正の傾斜を持つ場合を示している。
【００４９】
尚、先にも記載したように、該位相差の周波数特性が光の周波数に対して負の傾斜を持つ場合が通常であるが、光の周波数に対する該位相差の周波数特性の傾斜を正にすることは、例えば、偏波保持ファイバのコアとクラッドを構成するシリカ・ガラスの材料分散及び偏波保持ファイバの構造分散を調整することで実現できる。
【００５０】
図３（イ）は、各々の偏波保持ファイバで生ずる位相差であり、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性の傾斜が異なる偏波保持ファイバを選んで適用することを示している。そして、実線の位相差特性は図１の構成における第一の偏波保持ファイバのものであり、破線の位相差特性は第二の偏波保持ファイバのものであることを想定している。
【００５１】
図３（ロ）は、複合ファイバでのトータル位相差である。
先に記載した通り、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを偏波面を９０度ずらしてスプライシングするので、第二の偏波保持ファイバでは高速軸と低速軸が第一の偏波保持ファイバとは逆転している。つまり、伝播する光は第二の偏波保持ファイバでは、図３（イ）に示した位相差特性の符号を逆転した位相差を受けることになる。
【００５２】
従って、図３（ロ）に示しているように、複合ファイバでのトータル位相差は、第一の偏波保持ファイバの位相差特性と、第二の偏波保持ファイバの位相差特性の符号を逆転した位相差特性を加算したものになる（第一の偏波保持ファイバの位相差特性から、第二の偏波保持ファイバの位相差特性を減算したものになる。）。
【００５３】
今、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとしては、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性の傾斜が異なる偏波保持ファイバを選んで適用するので、偏波モード分散はキャンセルされ、第一の偏波保持ファイバの位相差特性と第二の偏波保持ファイバの位相差特性の減算結果がトータルの位相差となる。
【００５４】
つまり、図１の構成において、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとして、偏波モード分散が等しく、偏波保持ファイバ内で生ずる位相差の周波数特性が異なる偏波保持ファイバを選んで適用することによって、偏波スクランブルに寄与する上記変調成分だけを残し、波形劣化の原因になる偏波モード分散（上記定数成分）をキャンセルできるので、波形伝送特性が良好な偏波スクランブラを得ることができる。
【００５５】
しかも、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂの位相差特性の傾斜が異なっているので、トータル位相差が大きくなり、スクランブル感度が高い偏波スクランブラを実現することが可能になる。
その上、この偏波スクランブラも可動部分を持たず、又、コストが高い部品を使用せず、実質的に光ファイバだけで構成できるので、製造が簡易でコストも低くなる。
【００５６】
さて、図１の構成においては、光源駆動回路の駆動電流を低周波の信号によって変調して光源周波数に変調をかけているので、伝送すべき信号源の符号はＲＺ（Return to Zero) 符号でもＮＲＺ（Non Return to Zero) 符号であってもよい。
図４は、本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その２）である。
【００５７】
図４において、１は直線偏波の光信号を出力する光源で、代表的なものにはレーザ・ダイオードがある。そして、レーザ・ダイオードが出力する光は直線偏波である。尚、１−１は光源１の出力光を結合して光源１の外に引き出すピグ・テール・ファイバである。
２は光源１に駆動電流を供給する光源駆動回路で、通常は電流スイッチ型の回路で構成される。
【００５８】
４ａはピグ・テール・ファイバ１−１にスプライシングされる第一の偏波保持ファイバで、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングされる。
４ｂは第一の偏波保持ファイバ４ａにスプライシングされる第二の偏波保持ファイバで、スプライス点において第一の偏波保持ファイバ４ａの高速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの低速軸が一致し、第一の偏波保持ファイバ４ａの低速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの高速軸が一致するように、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂの軸を９０度ずらした状態でスプライシングされる。
【００５９】
スプライシングの条件は図１（イ）にも文言で、図１（ロ）にも図面を以て示している。
６ａは伝送すべき信号を発生するＲＺ符号の信号源である。
図４の構成の特徴は、ＲＺ信号源６ａが出力するＲＺ符号の信号によって光源駆動回路２が出力する電流をスイッチングするだけて光源１の出力周波数に変調をかけた上で光源１の出力光に強度変調をかけ、ピグ・テール・ファイバ１−１と第一の偏波保持ファイバ４ａを、スプライス点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングし、更に、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを軸を９０度ずらしてスプライシングする点にある。
【００６０】
ＲＺ符号の信号源６ａが出力するＲＺ符号の信号によって光源駆動回路２が出力する電流をスイッチングするだけて光源１の出力周波数に変調をかけることができるのは、低周波の信号によって光源１の出力周波数に変調をかけることができるのと同じ理由で、ＲＺ符号の信号の振幅の変化に対応して光源の周波数が変化するからである。尚、ＲＺ符号で変調するのは、ＮＲＺ符号の場合には同一符号が連続した場合に信号の振幅に変化が生じないために光源の周波数を変調することができないからである。
【００６１】
さて、第一の偏波保持ファイバ４ａ、第二の偏波保持ファイバ４ｂの選択、偏波モード分散の抑圧などについては既に複数回説明しているので、これ以上の重複記載は避けることにする。
そして、図４の構成の最大の特徴は、光源駆動回路２の出力電流を低周波の信号によって予め変調しておく必要がないことである。
【００６２】
さて、上においては、いずれも信号源によって光源の出力光を直接変調することを想定して本発明の技術を説明してきたが、光源の出力光を外部変調器において信号源によって強度変調してもよい。
図５は、本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その３）である。
【００６３】
図５において、１は直線偏波の光信号を出力する光源で、代表的なものにはレーザ・ダイオードがある。そして、レーザ・ダイオードが出力する光は直線偏波である。
２は光源１に駆動電流を供給する光源駆動回路で、通常は電流スイッチ型の回路で構成される。
【００６４】
７は光源１が出力する連続光を後述するＲＺ信号源が出力する信号によって強度変調する外部変調器で、リチウム・ナイオベート基板上に形成された２本の導波路のうち一方に印加した電圧による電気光学効果によって強度変調を行なうものが典型的なものである。
４ａは外部変調器７の出力が結合される第一の偏波保持ファイバで、結合点において光源１の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングされる。
【００６５】
４ｂは第一の偏波保持ファイバ４ａにスプライシングされる第二の偏波保持ファイバで、スプライス点において第一の偏波保持ファイバ４ａの高速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの低速軸が一致し、第一の偏波保持ファイバ４ａの低速軸と第二の偏波保持ファイバ４ｂの高速軸が一致するように、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂの軸を９０度ずらした状態でスプライシングされる。
【００６６】
スプライシングの条件は図５（イ）中にも文言で、図５（ロ）にも入射光軸と高速軸、低速軸の関係を図面を以て示している。
６ａは伝送すべき信号を発生するＲＺ符号の信号源である。
図５の構成の特徴は、ＲＺ信号源６ａが出力するＲＺ符号の信号によって光源１が出力する光の周波数を変調すると共に、ＲＺ信号源６ａが出力するＲＺ符号の信号によって強度変調し、第一の偏波保持ファイバ４ａに、スプライス点において外部変調器７が出力する光の直線偏波の角度が高速軸と低速軸との中間、典型的には４５度になるようにスプライシングし、更に、第一の偏波保持ファイバ４ａと第二の偏波保持ファイバ４ｂとを軸を９０度ずらしてスプライシングする点にある。
【００６７】
本発明の技術は既に詳細に説明してあるし、外部変調の技術も公知であるので詳細な説明は省くが、図５の構成によっても偏波スクランブルをかけることができることは図１の構成と同じである。
（付記１） 光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、
直線偏波の光を、該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、
該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する
ことを特徴とする偏波スクランブラ。
【００６８】
（付記２） 光源が出力する直線偏波の光の周波数より低周波の信号によって該直線偏光の光の周波数に変調をかけ、
該低周波の信号によって変調をかけられた直線偏波の光を伝送すべき信号によって強度変調し、
強度変調された直線偏波の光の偏波面を付記１に記載の上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合する
ことを特徴とする光送信装置。
【００６９】
（付記３） 光源が出力する直線偏波の光の周波数に伝送すべきＲＺ符号の信号によって変調をかけると共に、該ＲＺ符号の信号によって強度変調し、
強度変調された直線偏波の光の偏波面を付記１に記載の上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合する
ことを特徴とする光送信装置。
【００７０】
（付記４） 付記１記載の偏波スクランブラであって、
光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる上記第一の偏波保持ファイバと上記第二の偏波保持ファイバのそれぞれの長さが第一の長さである場合、
該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバの長さの比を一定に保ってそれぞれの長さを第二の長さに変えて、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分を等しくし、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜は第一の長さの場合とは異ならせる
ことを特徴とする偏波スクランブラ。
【００７１】
（付記５） 付記１又は付記２のいずれかに記載の偏波スクランブラであって、
上記第一の偏波保持ファイバ及び上記第二の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との間で生ずる位相差の光周波数特性の傾斜の符号が同一である
ことを特徴とする偏波スクランブラ。
【００７２】
（付記６） 付記１又は付記２のいずれかに記載の偏波スクランブラであって、
上記第一の偏波保持ファイバ及び上記第二の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との間で生ずる位相差の光周波数特性の傾斜の符号が反対である
ことを特徴とする偏波スクランブラ。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明により、光通信システムにおける波形伝送特性が偏波依存性を持たないようにするために適用される偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光通信システムに関し、伝送波形劣化の原因になる偏波モード分散を抑圧でき、且つ、製造しやすく低コストで安定性が高い偏波スクランブラ及び該偏波スクランブラを適用する光通信システムを実現することができる。
【００７４】
即ち、第一の発明によれば、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、直線偏波の光を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバとを結合するので、該第一の偏波保持ファイバに結合された光の偏波面が回転しながら該第一の偏波保持ファイバ及び該第二の偏波保持ファイバを伝播してゆくことにより偏波スクランブルをかけることができ、且つ、該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合するので、該第一の偏波保持ファイバ中で生ずる偏波モード分散と該第二の偏波保持ファイバ中で生ずる偏波モード分散とは正負逆になって、偏波スクランブラ内で生ずる偏波モード分散を抑圧することができる。
【００７５】
又、第二の発明によれば、光源が出力する直線偏波の光の周波数より低周波の信号によって該直線偏光の光の周波数に変調をかけ、該低周波の信号によって変調をかけられた直線偏波の光を伝送すべき信号によって強度変調し、強度変調された直線偏波の光の偏波面を第一の発明の上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するか、強度変調された直線偏波の光から生成した偏波面が直交する２つの直線偏波の光を、一方の光の偏波面を第二の発明の偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸に一致させ、もう一方の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの低速軸に一致させて該第一の偏波保持ファイバと結合するかのいずれかの構成とするので、送信端において光は任意の偏波面をとりえて伝送路の特性に偏波依存性があっても偏波依存性を抑圧することができる。
【００７６】
又、第三の発明によれば、光源が出力する直線偏波の光の周波数に伝送すべきＲＺ符号の信号によって変調をかけると共に、該ＲＺ符号の信号によって強度変調し、強度変調された直線偏波の光の偏波面を請求項１に記載の上記偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合するか、強度変調された直線偏波の光から生成した偏波面が直交する２つの直線偏波の光を、一方の光の偏波面を請求項２に記載の偏波スクランブラを構成する上記第一の偏波保持ファイバの高速軸に一致させ、もう一方の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの低速軸に一致させて該第一の偏波保持ファイバと結合するかのいずれかの構成とするので、送信端において光は任意の偏波面をとりえて伝送路の特性に偏波依存性があっても偏波依存性を抑圧することができる。
【００７７】
更に、第四の発明によれば、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜が異なる上記第一の偏波保持ファイバと上記第二の偏波保持ファイバのそれぞれの長さが第一の長さである場合、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバの長さの比を一定に保ってそれぞれの長さを第二の長さに変えるので、光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分は第一の長さの場合とは異なる値にはなるが光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分は等しく保たれ、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜は第一の長さの場合とは異なる偏波スクランブラが得られ、該位相差特性の光の周波数に対する傾斜を任意の値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その１）。
【図２】 図１の構成において複合ファイバにする効果（その１）。
【図３】 図１の構成において複合ファイバにする効果（その２）。
【図４】 本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その２）。
【図５】 本発明の偏波スクランブラを適用した光送信装置の構成（その３）。
【図６】 偏波スクランブルを行なわせるための従来の原理的構成。
【図７】 図６の構成における偏波スクランブルの原理。
【図８】 図６の構成における偏波保持ファイバで生ずる位相差。
【図９】 偏波保持ファイバの一例。
【図１０】 偏波モード分散の概念図。
【符号の説明】
１ 光源
１−１ ピグ・テール・ファイバ
２ 光源駆動回路
３ 発振器
４ 偏波保持ファイバ
４ａ 第一の偏波保持ファイバ
４ｂ 第二の偏波保持ファイバ
６ 信号源
６ａ ＲＺ信号源
７ 外部変調器
１００ 偏波保持ファイバ
１０１ コア
１０２ クラッド
１０３、１０３ａ 応力付与部
Claims (3)
- 低周波信号と伝送信号によって強度変調された直線偏波の光を出力する光源と、
光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、光の周波数に対して負の傾斜の異なる位相差特性を有し、偏波モード分散が該直線偏波の光の中心周波数で等しい第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、
該光源からの該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、
該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する
ことを特徴とする光送信装置。 - ＲＺ符号の信号によって強度変調された直線偏波の光を出力する光源と、
光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、光の周波数に対して負の傾斜の異なる位相差特性を有し、偏波モード分散が該直線偏波の光の中心周波数で等しい第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、
該光源からの該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、
該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する
ことを特徴とする光送信装置。 - 直線偏波の光を出力する光源と、
該光源からの光をＲＺ符号で強度変調する変調器と、
光の周波数に対する高速軸と低速軸間の位相差特性の定数成分が等しく、光の周波数に対して負の傾斜の異なる位相差特性を有し、偏波モード分散が該直線偏波の光の中心周波数で等しい第一の偏波保持ファイバと第二の偏波保持ファイバとを備え、
該変調器からの該直線偏波の光の偏波面を該第一の偏波保持ファイバの高速軸と低速軸との中間に設定して該第一の偏波保持ファイバと結合し、
該第一の偏波保持ファイバの高速軸と該第二の偏波保持ファイバの低速軸とを一致させ、該第一の偏波保持ファイバの低速軸と該第二の偏波保持ファイバの高速軸とを一致させて、該第一の偏波保持ファイバと該第二の偏波保持ファイバとを結合する
ことを特徴とする光送信装置。
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