JP4167630B2

JP4167630B2 - 光波長多重伝送システムにおける偏波モード分散補償装置および方法

Info

Publication number: JP4167630B2
Application number: JP2004203891A
Authority: JP
Inventors: 章彦磯村; シーラスムッセンイエンス; 輝洋久保
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2024-07-09
Also published as: JP2006025373A; EP1615360A3; US20060013592A1; EP1615360A2

Description

本発明は、光波長多重（ＷＤＭ：Wavelength division multiplexing）伝送システムにおける偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization Mode Dispersion）補償装置および方法に関する。

伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速光伝送システムでは、ＰＭＤによる波形劣化が伝送距離制限要因の１つとなる。シングルモードファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber ）のコアは真円ではなく、わずかに楕円化しているため複屈折が生じる。図２１に示すように、ファイバ１１に入力された光信号は、複屈折により、直交する２つの偏波モード成分（速波（Fast-wave ）軸と遅波（Slow-wave ）軸）に分離する。分離した２つの偏波モード成分間では、ファイバ１１中の伝達速度が異なるため、モード間に郡遅延時間差（ＤＧＤ：Differential Group Delay）が生じる。

光信号がファイバをはじめとする複屈折媒体を通過した後にモード間の群遅延時間差が生じる現象を、ＰＭＤと呼ぶ。理想的な真円のコアを持つＳＭＦはＰＭＤを生じないが、実際のＳＭＦのコアは、製造過程や温度変化、曲げ、ねじれ、張力等の色々な応力により、わずかな歪み（複屈折）が生じる。

ＰＭＤは、波長間において相関関係がなく、また、温度やストレス等の伝送路環境変化によって経時的に変動する性質を持つ。このため、ＰＭＤによる光信号波形劣化を受信端で自動補償する自動ＰＭＤ補償器が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

ＰＭＤ補償器は、偏波制御器、複屈折成分（ＤＧＤ成分）、およびＰＭＤモニタの３つの部分から構成される。ＰＭＤにより劣化した光信号は、光受信器の前段で、伝送路中のＰＭＤ状態をキャンセルする可変ＤＧＤ光回路に入力される。このとき、高速の偏波制御器を用いて可変ＤＧＤ光回路への入力偏波状態（ＳＯＰ：State of Polarization ）を調整することで、光波形整形が行われる。

図２２は、このようなＰＭＤ補償器によるＰＭＤ補償の様子を示している。光信号は遅波軸上の成分２１と速波軸上の成分２２に分離して伝送路上を進み、偏波制御器２３により偏波状態を調整されて、可変ＤＧＤ光回路２４に入力される。可変ＤＧＤ光回路２４は、光信号の遅延と逆の遅延を与えて郡遅延時間差を補償する。

偏波制御器は、光信号の偏光を任意の状態に移動させることができる。偏波制御器としては、以下のようなものが報告されている。
（１）ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）を用いた偏波制御器（例えば、非特許文献２参照）
基盤の上に光の導波路を形成するためのＬｉＮｂＯ_３等を埋め込み、その導波路を挟む形で電極が設置される。電極に電圧を加えることで生じる電気光学効果により、偏波制御が行われる。
（２）液晶（Liquid Crystal）を用いた偏波制御器（例えば、非特許文献３参照）
液晶を２枚のガラス板で挟み込んだ偏波制御器である。液晶は、電圧をかけると分子の配列が変わる。分子配列に沿って光信号の偏光を回転させることで、偏波制御が行われる。
（３）圧電素子を用いた偏波制御器（例えば、非特許文献４参照）
電圧の調整によりファイバに圧力を加える素子が用いられる。ファイバに圧力を加えることによりファイバ内のコアを変形させることで、偏波制御が行われる。

また、ＤＧＤ成分として使用される、複屈折を有するデバイスの種類としては、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber ）を用いたものがある（例えば、非特許文献５参照）。ＰＭＦ以外にも、ＬｉＮｂＯ_３、バナジン酸イットリウム（ＹＶＯ_４）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）のような複屈折を有する結晶を、ＤＧＤ成分として使用可能である。

複屈折を有するデバイス以外のＤＧＤ成分としては、可変遅延素子がある。まず、合波器から出力される光信号を、偏波ビームスプリッタにより、２つの偏波モード成分に分離する。分離された２つの偏波成分は、それぞれ距離が異なる光路（固定時間差ライン）を通過する。固定時間差ラインにより、光信号の持つＰＭＤとは逆のＰＭＤ特性を与えることで、郡遅延時間差の補償が行われる。そして、固定時間差ラインの出力部に接続された偏波合波器により、２つの偏波モード成分が結合われる。

ＰＭＤ補償器の自動フィードバック制御を実現するためには、光信号のＰＭＤ状態をモニタする必要がある。光信号を電気信号へ変換し、信号中の複数の周波数成分の強度を測定するＳＨＢ（Spectrum Hole Burning ）モニタ方式と、受信光信号の偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）を測定するＤＯＰモニタ方式が提案されている。

ＳＨＢモニタ方式（例えば、非特許文献６参照）では、光信号をフォトダイオードでベースバンド電気信号に変換後、狭帯域バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いて複数の周波数成分を抽出し、各周波数成分の信号強度をモニタする。

図２３は、このようなＳＨＢモニタを示しており、図２４は、図２３のＳＨＢモニタによりモニタされる信号強度を示している。図２３のＳＨＢモニタは、フォトダイオード２５、光カプラ２６、およびＢＰＦ２７、２８を備える。ＢＰＦ２７および２８は、波長可変フィルタであり、光信号の１タイムスロットの大きさをＴ（ｐｓ）として、それぞれ１／２Ｔおよび１／４Ｔ（ＧＨｚ）の周波数成分を抽出する。

伝送路中のＤＧＤ値に対して周期特性を持つため、すべての周波数成分のモニタ値が図２４のＡ点になるようにＰＭＤ補償器をフィードバック制御することで、光波形補償を行い、ペナルティを最小にすることができる。しかし、その一方で、伝送路中のＰＭＤによる光波形劣化と、波長分散および非線形効果による光波形劣化との切り分けができないという問題点がある。

ＤＯＰモニタ方式（例えば、非特許文献７参照）では、偏光板と波長板を用いて検出したストークスベクトル（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）からＤＯＰ値を算出する。Ｓ_０は、入力ビームをビームスプリッタで４つのビームに分岐したうちの１つの光強度を測定することで得られる。Ｓ_１は、４つのビームのうちの１つが、あらかじめ決められた軸から０度または９０度の位置に軸が来るように設置された偏光子を通過した後の光強度を測定することで得られる。

Ｓ_２は、４つのビームのうちの１つが、あらかじめ決められた軸から４５度または１２５度の位置に軸が来るように設置された偏光子を通過した後の光強度を測定することで得られる。Ｓ_３は、４つのビームのうちの１つが、あらかじめ決められた軸から０度または９０度の位置に軸が来るように設置された偏光子を通過した後、Ｓ_２の偏光子と同じ軸を有するように設置された偏光子を通過した後の光強度を測定することで得られる。このとき、ＤＯＰは式（１）により求めることができる。

ＤＯＰ値は伝送速度や光変調方式に依存しないだけでなく、伝送路中の波長分散や非線形効果にも影響を受けずに、ＰＭＤ状態のみをモニタすることができる。光信号のＤＧＤが大きくなるとＤＯＰが小さくなるため、ＤＯＰ値が最大になるようにＰＭＤ補償器をフィードバック制御することで、光波形補償を行い、ペナルティを最小にすることができる。

図２５は、ＰＭＤ補償器の構成例を示している。図２５のＰＭＤ補償器３２は、偏波制御器４１、ＰＭＦ４２、光カプラ４３、ＤＯＰモニタ４４、および制御回路４５を備える。伝送路３１から入力された光信号は、偏波制御器４１、ＰＭＦ４２、および光カプラ４３を通過して、受信機３３に出力される。ＤＯＰモニタ４４は、光カプラ４３により分岐された光信号からストークスベクトル（Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）の情報を取得して制御回路４５に出力する。制御回路４５は、式（１）によりＤＯＰを計算し、その値に応じて偏波制御器４１に制御信号を出力する。

特許文献１および２は、光伝送システムにおけるＰＭＤ補償の構成に関し、非特許文献８は、偏波分散パラメータの評価方法に関する。
特開２００１−１３６１２５号公報特開２００１−２０３６３７号公報 F. Heismann et al., "AUTOMATIC COMPENSATION OF FIRST-ORDER POLARIZATION MODE DISPERSION IN A 10 Gb/s TRANSMISSION SYSTEM", ECOC’98, 1998 Arjan J. P. Haasteren et al., "Modeling and Characterization of an Electrooptic Polarization Controller on LiNbO3", Journal Of Lightwave Technology, Vol. 11, No. 7, 1993, pp. 1151-1157 Zhizhong Zhuang et al., "Polarization controller using nematic liquid crystals", OPTICS LETTERS, Vol. 24, No. 10, 1999 Lothar M"WDM Polarization Controller in PLC Technology", Photonics Technology Letters, Vol. 13, No. 6, 2001 T. Takahashi et al., "Automatic compensation technique for timewise fluctuating polarisation mode dispersion in in-line amplifier systems", Electronics Letters, Vol. 30, No. 4, 1994, pp. 348-349 H. Ooi et al., "Automatic polarization-mode dispersion compensation in 40-Gbit/s transmission", OFC’99, paper WE5, 1999 N. Kikuchi, "Analysis of signal degree of polarization degradation used as control signal for polarization mode dispersion compensation", Journal of Lightwave Technology, Vol. 19, No. 4, 2001, pp. 480-486 J. M. Fini et al., "Estimation of polarization dispersion parameters for compensation with reduced feedback", OFC’01, WAA6, 2001

しかしながら、上述した従来のＰＭＤ補償方法には、次のような問題がある。
近年のインターネットにおける通信量の増大により、１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速光伝送システムが使用されており、ＰＭＤによる波形劣化が問題になる。ＰＭＤは波長間に相関関係がないために、波長多重伝送システムでは、波長毎にＰＭＤ補償器を配置する必要がある。波長毎にＰＭＤ補償器を配置すると、補償ノードの装置のサイズおよびコストが増大するという問題が生じる。

本発明の課題は、光波長多重伝送システムにおける補償ノードのサイズおよびコストを軽減するＰＭＤ補償装置および方法を提供することである。

図１は、本発明のＰＭＤ補償装置の原理図である。
本発明の第１の局面において、ＰＭＤ補償装置は、１つ以上の偏波モード分散補償手段１０１、分波手段１０２、選択用光スイッチ手段１０３、抽出手段１０４、測定手段１０５、および制御手段１０６を備える。分波手段１０２は、波長多重化されて伝送される多重化光信号を波長毎に分波し、選択用光スイッチ手段１０３は、分波されたそれぞれの波長の光信号の出力ポートを切り替えて、１つ以上の波長の光信号を選択的に偏波モード分散補償手段１０１に出力する。抽出手段１０４は、多重化光信号の一部をタップして、波長毎の信号を抽出し、測定手段１０５は、抽出された信号を用いて、波長毎の偏波モード分散による信号劣化の度合いを表す評価値を測定する。制御手段１０６は、測定された評価値に基づいて偏波モード分散補償の対象となる波長を選択し、選択された波長の光信号が偏波モード分散補償手段１０１に出力され、選択されなかった波長の光信号は偏波モード分散補償手段１０１に出力されないように、選択用光スイッチ手段１０３を制御する。

このようなＰＭＤ補償装置によれば、多重化された複数の波長の光信号のうち、偏波モード分散補償の対象となる波長が自動的に選択され、選択された波長の光信号のみが偏波モード分散補償手段１０１に入力され、それ以外の波長の光信号は偏波モード分散補償手段１０１に入力されない。したがって、波長の数だけ偏波モード分散補償手段１０１を用意する必要がなくなる。

本発明の第２の局面において、第１の局面におけるＰＭＤ補償装置は、出力用光スイッチ手段１０７をさらに備える。出力用光スイッチ手段１０７は、偏波モード分散補償手段１０１により偏波モード分散補償を受けた光信号と、選択されなかった波長の光信号の出力ポートを切り替える。制御手段１０６は、それぞれの光信号が波長毎に決められた経路に出力されるように、出力用光スイッチ手段１０７を制御する。

このようなＰＭＤ補償装置によれば、多重化された複数の波長の光信号のうち、どの波長の光信号が偏波モード分散補償手段１０１に入力された場合であっても、補償を受けた光信号と補償を受けなかった光信号のそれぞれを、決められた経路に出力することができる。

偏波モード分散補償手段１０１、分波手段１０２、選択用光スイッチ手段１０３、および測定手段１０５は、例えば、後述する図３、１０、１２、１４、および１７のＰＭＤＣ３０６、分波器３０４、光スイッチ３０５、およびＰＭＤモニタ３０２にそれぞれ対応し、抽出手段１０４は、例えば、図３、１０、１２、１４、および１７の波長可変フィルタ３０１および後述する図１３の波長選択スイッチに対応する。

制御手段１０６は、例えば、図３、１０、１２、１４、および１７の制御回路３０３、１００１、１２０１、および１４０４に対応し、出力用光スイッチ手段１０７は、例えば、図１０、１２、１４、および１７の光スイッチ１００２に対応する。

本発明によれば、光波長多重伝送システムにおいて波長毎にＰＭＤ補償器を配置する必要がなくなるため、ＰＭＤ補償装置のサイズおよびコストが軽減される。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施形態では、波長毎にＰＭＤ補償器を配置するのではなく、ＰＭＤにより劣化した波長のみを選択して補償を行う。４０Ｇｂｉｔ／ｓ以下の伝送速度では、常にＰＭＤによる波形劣化を補償する必要はない。例えば、伝送路のＰＭＤ値が４ｐｓである場合、図２に示すように、ＤＧＤ値が７．５ｐｓ（ＰＭＤによるＱ値に換算すると１ｄＢ相当）以上になる確率は１．６％である。そのため、すべての波長に対してＰＭＤ補償器を配置するのではなく、補償が必要な波長を選択して補償を行った方が経済的である。

波長毎のＤＧＤの経時的変動は時間単位であり、主にＤＧＤが変動するのは、日の出、日の入り時の温度変化が大きい時間帯である。一方、波長可変フィルタは、１波長当たり数百μｓで測定可能である。そのため、１個または数個のモニタで全波長のＤＯＰを測定し、判定を行うことが可能である。

波長可変フィルタを用いて、多重化された光信号から波長毎に信号を抽出して、抽出された波長の信号のＰＭＤによる劣化の度合いを表すＰＭＤ評価値を測定する。さらに、多重化光信号を分波器で分波した後、ＰＭＤにより劣化した波長のみを光スイッチを用いてＰＭＤ補償器に入力させ、補償の必要がない波長についてはＰＭＤ補償器を通さないようにする。その後、光スイッチを用いて、各波長の光信号を波長毎に決められた受信機に入力させる。

図３は、このようなＰＭＤ補償装置の構成例を示している。図３のＰＭＤ補償装置は、波長可変フィルタ３０１、ＰＭＤモニタ３０２、制御回路３０３、分波器３０４、光スイッチ３０５、および（ｎ−ｍ）個のＰＭＤ補償器（ＰＭＤＣ）３０６−ｊ（ｊ＝ｍ＋１，．．．，ｎ）を備え、ｎ個の波長λ１〜λｎが多重化された光信号を波長毎に分波して、ｎ個の受信機３０７−ｉ（ｉ＝１，．．．，ｎ）に出力する。

配置されるＰＭＤＣ３０６−ｊの個数は、波長数ｎ以下であり（ｍ＝０，．．．，ｎ−１）、波長数ｎより少ない方が望ましい。制御回路３０３は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）とメモリを含み、プログラムを実行することでＰＭＤ補償装置を制御する。

分波器３０４は、多重化されて伝送される光信号を波長毎に分波し、光スイッチ３０５は、ｎ対ｎのスイッチング動作を行って、分波された光信号の出力ポートを波長毎に切り替える。一方、波長可変フィルタ３０１は、分波器３０４の前段において光信号の一部をタップして、任意の波長の信号を抽出し、ＰＭＤモニタ３０２は、抽出された波長のＰＭＤ評価値を測定する。ＰＭＤモニタ３０２としては、例えば、ＤＯＰモニタが用いられ、ＰＭＤ評価値としてＤＯＰが測定される。

制御回路３０３は、測定されたＰＭＤ評価値をもとに補償が必要な波長を決定し、出力ポートを切り替える制御信号を光スイッチ３０５に出力する。光スイッチ３０５は、この制御信号に従って、補償が必要な波長を選択し、いずれかのＰＭＤＣ３０６−ｊに出力する。ＰＭＤＣ３０６−ｊは、前述したように、偏波制御器、ＤＧＤ成分、およびＰＭＤモニタを含み、光スイッチ３０５から入力された光信号のＰＭＤを補償した後に、受信機３０７−ｉに出力する。

光スイッチ３０５により選択されなかった波長の光信号は、ＰＭＤＣ３０６−ｊを通ることなく、そのまま受信機３０７−ｉに出力される。受信機３０７−１〜３０７−ｎには、入射する波長の情報が制御回路３０３から転送される。

分波器３０４の前段で波長毎のＤＯＰ値を測定すれば、波長分散等の他の劣化要因に関係なく、ＰＭＤによる劣化のみを検出することが可能である。ＢＥＲ（Bit error rate）のような他の検出方法では、波形劣化がＰＭＤによるものであるか否かを判定することができない。

図４は、伝送速度を４０Ｇｂｉｔ／ｓとした場合のＤＯＰ値とＱペナルティの測定実験の結果を示している。ＤＯＰ値４０１とＱペナルティ４０２の間には相関関係があり、ＤＯＰ値４０１が小さくなるとＱペナルティ４０２はそれに連動して大きくなることがわかる。したがって、光信号のＤＯＰ値を測定することで、ＰＭＤ値を推定することが可能である。

図５は、波長毎のＤＯＰ値とＱ値の関係を調べるための光伝送システムのシミュレーション構成図である。図５の光伝送システムにおいて、送信機５０１は、１５２８．７７３〜１５６３．０４７ｎｍの波長が多重化された光信号を、４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送速度で送出する。送出された光信号は、ＰＭＤ値が８ｐｓで長さが５０ｋｍの伝送路５０２を通って、受信機５０４に到達する。ただし、光信号のＰＭＤ状態は固定されているものとする。このとき、波長可変フィルタ５０３により１ｎｍ毎の波長が抽出されて、ＤＯＰモニタ５０５に入力される。

このシミュレーションにより、図６に示すような、波長毎のＤＯＰ値６０１とＱ値６０２の関係が得られた。この場合、例えば、ＤＯＰ値６０１が９０％以下の波長を光スイッチにより選択してＰＭＤＣに入力し、波形補償を行うことが考えられる。もちろん、ＤＯＰ値６０１の閾値として、他の値を用いても構わない。

図７は、図５の光伝送システムにおいて、光信号のＰＭＤ状態がランダム（２５０状態）である場合のＤＯＰ値とＱ値の分布を示している。ただし、送信機５０１から送出される光信号の波長は１５５０．１１６ｎｍとする。

仮に、Ｑ値が１５．５ｄＢ以下の信号に対してＰＭＤＣを適用するものとすると、このようなＱ値が低い状態の信号は、すべてＤＯＰ値が９０％を下回っている。したがって、ＤＯＰ値が低い信号を選択すれば、ＰＭＤによる劣化した波形を選択することになる。しかし、Ｑ値が１５．５ｄＢより大きく、ＰＭＤ補償を必要としなくても、ＤＯＰ値が９０％を下回る信号がある。そのような信号に対しては、２通りの対処法がある。

１つは、ＤＯＰ値が９０％以下の信号に対してはすべてＰＭＤ補償を行う方法であり、もう１つは、１回の測定データだけではなく数十〜数百回の測定データをもとに、ＤＯＰ値の分布が９０％以下に偏っている信号のみを抽出し、抽出された信号に対してのみＰＭＤ補償を行う方法である。また、Ｑ値が１６．５ｄＢ以上の高い値を有する信号は、すべてＤＯＰ値が９０％を超えている。したがって、ＤＯＰ値を測定することで、信号のＱ値を識別することが可能である。

ところで、Ｑ値とは、雑音成分がガウス分布に従うと仮定したときの信号対雑音比（Signal to Noise Ratio ）である。Ｑ値は、図８に示すような信号振幅（μ）と雑音分布（σ）を用いて式（２）により定義され、そのｌｏｇ表現はＱ（ｄＢ）＝２０ｌｏｇＱとなる。

ＰＭＤによる劣化がない状態におけるＱ（ｄＢ）を基準（ゼロ）として、光信号がＰＭＤにより劣化した場合に、どのくらいの光強度（ｄＢ）を増したら、劣化がない状態と同じ品質の信号を得られるかを表した指標がＱペナルティである。したがって、Ｑ値が増加すれば、Ｑペナルティは減少する。

図９は、図３のＰＭＤ補償装置においてＤＯＰモニタを用いた場合の制御回路３０３の動作を示すフローチャートである。制御回路３０３は、まず、ＰＭＤモニタ３０２を用いて１番目の波長の光信号のＤＯＰを測定し（ステップ９０１）、得られたＤＯＰ値をメモリに書き込む（ステップ９０２）。そして、すべての波長に対してＤＯＰ測定を行ったか否かをチェックし（ステップ９０３）、測定していない波長が残っていれば、その波長についてステップ９０１以降の動作を繰り返す。

すべての波長に対するＤＯＰ測定が終了すると、次に、波長毎のＤＯＰ値を閾値と比較して、閾値以下のＤＯＰ値を有する波長をＰＭＤ補償の対象として選択する（ステップ９０４）。そして、補償対象となる波長の数をＰＭＤＣ３０６−ｊの数（ｎ−ｍ）と比較する。

補償対象となる波長の数がＰＭＤＣ３０６−ｊの数以下であれば、補償対象の波長の経路を順番にＰＭＤＣ３０６−ｊへの出力ポートに切り替え、補償対象外の波長の経路を波長順に受信機３０７−ｉへの出力ポート（スルーポート）に切り替えるように、光スイッチ３０５を制御する（ステップ９０５）。

また、補償対象となる波長の数がＰＭＤＣ３０６−ｊの数より多ければ、補償対象の波長の中から、ＤＯＤ値の低い順にＰＭＤＣ３０６−ｊの数だけの波長を選択する（ステップ９０６）。そして、それらの波長の経路を順番にＰＭＤＣ３０６−ｊへの出力ポートに切り替え、他の波長の経路を波長順にスルーポートに切り替えるように、光スイッチ３０５を制御する。

次に、それぞれの受信機３０７−ｉに対して、入射される波長の情報を転送し（ステップ９０７）、ステップ９０１以降の動作を繰り返す。
図３のＰＭＤ補償装置では、それぞれの受信機に対して出力される光信号の波長が固定されていないが、各受信機に対して特定の波長の光信号のみを出力することも可能である。

図１０は、このようなＰＭＤ補償装置の構成例を示している。図１０のＰＭＤ補償装置は、波長可変フィルタ３０１、ＰＭＤモニタ３０２、分波器３０４、光スイッチ３０５、（ｎ−ｍ）個のＰＭＤＣ３０６−ｊ（ｊ＝ｍ＋１，．．．，ｎ）、制御回路１００１、および光スイッチ１００２を備える。このうち、波長可変フィルタ３０１、ＰＭＤモニタ３０２、分波器３０４、光スイッチ３０５、およびＰＭＤＣ３０６−ｊの動作は、図３の場合と同様である。

光スイッチ１００２は、ＰＭＤＣ３０６−ｊの後段に設けられ、ｎ対ｎのスイッチング動作を行って、光スイッチ３０５またはＰＭＤＣ３０６−ｊから入力される光信号を任意の出力ポートに出力する。出力された光信号は、ｎ個の受信機１００３−ｉ（ｉ＝１，．．．，ｎ）のうちの所定の受信機に入射される。この場合、それぞれの受信機１００３−ｉに入射される光信号の波長は、図１０に示されるように、あらかじめ決まっているため、制御回路１００１から受信機１００３−ｉに、入射される波長の情報を転送する必要がない。

制御回路１００１は、ＰＭＤモニタ３０２からのＰＭＤ評価値をもとに補償が必要な波長を決定し、出力ポートを切り替える制御信号を光スイッチ３０５および１００２に出力する。

図１１は、図１０のＰＭＤ補償装置においてＤＯＰモニタを用いた場合の制御回路１１０１の動作を示すフローチャートである。図１１のステップ１１０１〜１１０６の動作は、それぞれ図９のステップ９０１〜９０６の動作と同様である。光スイッチ３０５の切り替え制御が終了すると、制御回路１１０１は、それぞれの受信機１００３−ｉに対して、あらかじめ設定された波長の光信号が入射されるように、光スイッチ１００２を切り替える（ステップ１１０７）。そして、ステップ１１０１以降の動作を繰り返す。

図１２は、図１０のＰＭＤ補償装置を光伝送システムの中継ノードに配置した場合の構成例を示している。図１２のＰＭＤ補償装置は、波長可変フィルタ３０１、ＰＭＤモニタ３０２、分波器３０４、光スイッチ３０５、ｋ個のＰＭＤＣ３０６−ｊ（ｊ＝１，．．．，ｋ）、光スイッチ１００２、制御回路１２０１、および合波器１２０２を備える。このうち、波長可変フィルタ３０１、ＰＭＤモニタ３０２、分波器３０４、光スイッチ３０５、１００２、およびＰＭＤＣ３０６−ｊの動作は、図１０の場合と同様である。

合波器１２０２は、光スイッチ１００２の後段に設けられ、光スイッチ１００２から出力される光信号を合波して、伝送路に出力する。こうして、ＰＭＤ補償を受けた光信号が再び多重化されて、次のノードに伝送される。

制御回路１２０１は、図１０の制御回路１１０１と同様に、出力ポートを切り替える制御信号を光スイッチ３０５および１００２に出力する。このとき、合波器１２０２のｎ個の入力ポートに、あらかじめ設定された波長の光信号が入射されるように、光スイッチ１００２を切り替える。

図３のＰＭＤ補償装置についても、図１２と同様の合波器を追加すれば、光伝送システムの中継ノードに配置することが可能である。
以上の構成では、多重化された光信号の中から所望の波長の信号を抽出するために、波長可変フィルタを用いているが、その代わりに波長選択スイッチを用いてもよい。

図１３は、このような波長選択スイッチの構成例を示している。図１３の波長選択スイッチは、分波器１３０１および光スイッチ１３０２を備える。分波器１３０１は、多重化された光信号を波長毎に分波し、光スイッチ１３０２は、ｎ対１のスイッチング動作を行って、所望の波長の光信号を選択し、ＰＭＤモニタ３０２に出力する。こうして選択された波長のＤＯＰ測定が行われ、各波長のＤＯＰ値をもとに補償対象となる波長の選択が行われる。

また、以上の構成では、制御回路はＰＭＤＣの動作を制御していないが、ＰＭＤモニタの測定結果をもとにＰＭＤＣを制御するようにすることも可能である。
図１４は、このようなＰＭＤ補償装置を含む光伝送システムの構成例を示している。図１４のＰＭＤ補償装置は、図１０のＰＭＤ補償装置に変更を加えたものに相当し、波長可変フィルタ３０１、ＰＭＤモニタ３０２、分波器３０４、光スイッチ３０５、１００２、（ｎ−ｍ）個のＰＭＤＣ１４０５−ｊ（ｊ＝ｍ＋１，．．．，ｎ）、および制御回路１４０４を備える。このうち、波長可変フィルタ３０１、ＰＭＤモニタ３０２、分波器３０４、および光スイッチ３０５、１００２の動作は、図１０の場合と同様である。ＰＭＤＣ１４０５−ｊは、偏波制御器およびＤＧＤ成分を含み、ＰＭＤモニタは含まない。

この場合、送信機１４０１から出力された光信号は、偏波スクランブラ１４０２を透過した後に、伝送路１４０３に送出される。偏波スクランブラ１４０２は、光信号の偏波状態がポアンカレ球上を覆うように、すべての偏波状態を経時的に変化させる。

ＰＭＤモニタ３０２は、波長毎のＤＯＰ測定を順次行う。この例では、偏波スクランブラ１４０２によりすべての偏波状態が生成されているので、ＰＭＤモニタ３０２において、光信号の偏波状態を見積もることが可能となる。すべての偏波状態を生成することにより、光信号は伝送路１４０３の中で、偏波状態により異なる比率で速波軸と遅波軸の２つの成分に分離する。

そこで、ＰＭＤモニタ３０２により取得されるストークスベクトルの各成分の値をもとに偏波状態をモニタして、ポアンカレ球上で偏波状態を経時的に表現すると、図１５に示すように、楕円体になる。この楕円体の楕円率から光信号の偏波状態（速波軸、遅波軸）を求めることが可能である（例えば、非特許文献８参照）。

制御回路１４０４は、図１０の制御回路１１０１と同様に、出力ポートを切り替える制御信号を光スイッチ３０５および１００２に出力する。また、ＰＭＤモニタ３０２から得られる光信号の偏波状態の情報をもとに、ＰＭＤＣ１４０５−ｊを制御する制御信号を生成して出力する。この制御信号に従って、ＰＭＤＣ１４０５−ｊの偏波制御器は、入力された光信号のＰＭＤが補償されるように、ＤＧＤ成分の軸（速波軸および遅波軸）と光信号の軸を合わせる調整を行う。

このような構成によれば、ＰＭＤモニタ３０２の出力をもとに偏波制御器が制御されるので、ＰＭＤＣにＰＭＤモニタを設ける必要がなく、ＰＭＤＣの構成がより簡単になる。
図１６は、図１４のＰＭＤ補償装置においてＤＯＰモニタを用いた場合の制御回路１４０４の動作を示すフローチャートである。図１４のステップ１６０１〜１６０６および１６０８の動作は、それぞれ図１１のステップ１１０１〜１１０６および１１０７の動作と同様である。光スイッチ３０５の切り替え制御が終了すると、制御回路１４０４は、光信号の偏波状態の情報をもとにそれぞれのＰＭＤＣ１４０５−ｊの偏波制御器を制御し（ステップ１６０７）、ステップ１６０８の動作を行う。

なお、図３および１２のＰＭＤ補償装置に対しても、図１４と同様の変更を加えることが可能である。
以上の実施形態では、主にＰＭＤモニタ３０２としてＤＯＰモニタを用いた場合について説明しているが、ＰＭＤモニタ３０２としてＢＥＲモニタやＳＨＢモニタを用いることも可能である。この場合、ＰＭＤの補償を行う前に、ＰＭＤ以外の波形劣化の補償を行う。

図１７は、ＰＭＤによる波形劣化の他に波長分散による波形劣化も補償するＰＭＤ補償装置の構成例を示している。図１７のＰＭＤ補償装置は、図１０のＰＭＤ補償装置の前段に波長分散補償器１７０２を設けた構成を有し、伝送路１７０１から入力される光信号は、波長分散補償器１７０２を通過した後、分波器３０４および光スイッチ３０５を介して、ＰＭＤＣ３０６−ｊに入射される。

図１８から図２０までは、ＰＭＤによる波形劣化だけではなく、波長分散による波形劣化もある場合の波形の補償過程を示している。図１８は、伝送路１７０１を通過した後の波長分散補償器１７０２の入力端における波形を示しており、図１９は、波長分散補償器１７０２の出力端の波形を示している。波長分散補償器１７０２としては、分散補償ファイバ、ＶＩＰＡ（Virtually Imaging Phase Array ）、ファイバグレーティング等が使用される。

波長分散の補償を行った後の図１９の波形はＰＭＤによる波形劣化のみを含んでいるため、ＤＯＰモニタだけではなく、ＢＥＲモニタやＳＨＢモニタのように、ＰＭＤによる波形劣化とのＰＭＤ以外の波形劣化を切り分けることのできないＰＭＤモニタに対しても有効である。したがって、ＰＭＤ以外の波形劣化を前段で補償しておけば、ＰＭＤモニタ３０２としてＢＥＲモニタやＳＨＢモニタを用いた場合も、ＰＭＤによる波形劣化を補償することが可能になる。光スイッチ１００２の出力端におけるＰＭＤ補償後の波形は、図２０のようになる。

（付記１）１つ以上の偏波モード分散補償手段と、
波長多重化されて伝送される多重化光信号を波長毎に分波する分波手段と、
分波されたそれぞれの波長の光信号の出力ポートを切り替えて、１つ以上の波長の光信号を選択的に前記偏波モード分散補償手段に出力する選択用光スイッチ手段と、
前記多重化光信号の一部をタップして、波長毎の信号を抽出する抽出手段と、
抽出された信号を用いて、波長毎の偏波モード分散による信号劣化の度合いを表す評価値を測定する測定手段と、
測定された評価値に基づいて偏波モード分散補償の対象となる波長を選択し、選択された波長の光信号が前記偏波モード分散補償手段に出力され、選択されなかった波長の光信号は該偏波モード分散補償手段に出力されないように、前記選択用光スイッチ手段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。

（付記２）前記偏波モード分散補償手段により偏波モード分散補償を受けた光信号と、前記選択されなかった波長の光信号を合波して出力する合波手段をさらに備えることを特徴とする付記１記載の偏波モード分散補償装置。

（付記３）前記偏波モード分散補償手段により偏波モード分散補償を受けた光信号と、前記選択されなかった波長の光信号の出力ポートを切り替える出力用光スイッチ手段をさらに備え、前記制御手段は、それぞれの光信号が波長毎に決められた経路に出力されるように、該出力用光スイッチ手段を制御することを特徴とする付記１記載の偏波モード分散補償装置。

（付記４）前記出力用光スイッチ手段から出力される、それぞれの波長の光信号を合波して出力する合波手段をさらに備えることを特徴とする付記３記載の偏波モード分散補償装置。

（付記５）前記多重化光信号の波長の数より少ない数の偏波モード分散補償手段を備えることを特徴とする付記１、２、３、または４記載の偏波モード分散補償装置。
（付記６）前記制御手段は、閾値以下の評価値を有する波長を前記偏波モード分散補償の対象として選択することを特徴とする付記１、２、３、または４記載の偏波モード分散補償装置。

（付記７）前記測定手段は、前記評価値として偏光度を測定することを特徴とする付記１、２、３、または４記載の偏波モード分散補償装置。
（付記８）前記抽出手段は、波長選択フィルタを含むことを特徴とする付記１、２、３、または４記載の偏波モード分散補償装置。

（付記９）前記抽出手段は、前記多重化光信号を波長毎に分波する分波手段と、分波されたそれぞれの波長の光信号の中から１つの波長の光信号を選択して出力する光スイッチ手段を含むことを特徴とする付記１、２、３、または４記載の偏波モード分散補償装置。

（付記１０）前記測定手段は、前記抽出された信号を用いて、波長毎の偏波状態を示す情報を生成し、前記制御手段は、生成された情報に基づいて、前記偏波モード分散補償手段内の複屈折成分の軸と入力された光信号の軸が合うように、該偏波モード分散補償手段を制御することを特徴とする付記１、２、３、または４記載の偏波モード分散補償装置。

（付記１１）波長多重化されて伝送される多重化光信号の一部をタップして、波長毎の信号を抽出し、
抽出された信号を用いて、波長毎の偏波モード分散による信号劣化の度合いを表す評価値を測定し、
測定された評価値に基づいて偏波モード分散補償の対象となる波長を選択し、
前記多重化光信号を波長毎に分波し、
分波されたそれぞれの波長の光信号のうち、選択された波長の光信号に対して偏波モード分散補償を行い、選択されなかった波長の光信号の偏波モード分散補償は行わない
ことを特徴とする偏波モード分散補償方法。

本発明のＰＭＤ補償装置の原理図である。ＤＧＤの確率密度を示す図である。第１のＰＭＤ補償装置の構成図である。ＤＯＰとＱペナルティの関係を示す図である。光伝送システムの構成図である。波長毎のＤＯＰとＱ値の関係を示す図である。ＤＯＰとＱ値の分布を示す図である。信号と雑音を示す図である。第１の制御のフローチャートである。第２のＰＭＤ補償装置の構成図である。第２の制御のフローチャートである。第３のＰＭＤ補償装置の構成図である。波長選択スイッチを示す図である。第４のＰＭＤ補償装置の構成図である。ポアンカレ球上の偏波状態を示す図である。第３の制御のフローチャートである。波長分散補償器を有するＰＭＤ補償装置の構成図である。波長分散とＰＭＤによる劣化波形を示す図である。ＰＭＤによる劣化波形を示す図である。補償後の波形を示す図である。２つの偏波モード成分を示す図である。ＰＭＤ補償を示す図である。波長可変フィルタを示す図である。ＳＨＢモニタのモニタ値を示す図である。ＰＭＤ補償器の構成図である。

符号の説明

１１ファイバ
２１、２２偏波モード成分
２３偏波制御器
２４可変ＤＧＤ光回路
２５フォトダイオード
２６、４３光カプラ
２７、２８ＢＰＦ
３１、５０２、１４０３、１７０１伝送路
３２、３０６−１、３０６−２、３０６−３、３０６−ｋ、３０６−（ｍ＋１）、３０６−（ｎ−１）、３０６−ｎ、１４０５−（ｍ＋１）、１４０５−（ｎ−１）、１４０５−ｎＰＭＤ補償器
３３、３０７−１、３０７−２、３０７−３、３０７−（ｍ＋１）、３０７−（ｎ−１）、３０７−ｎ、５０４、１００３−１、１００３−２、１００３−３、１００３−（ｍ＋１）、１００３−（ｎ−１）、１００３−ｎ受信機
４１偏波制御器
４２ＰＭＦ
４４、５０５ＤＯＰモニタ
４５、３０３、１００１、１２０１、１４０４制御回路
１０１偏波モード分散補償手段
１０２分波手段
１０３選択用光スイッチ手段
１０４抽出手段
１０５測定手段
１０６制御手段
１０７出力用光スイッチ手段
３０１、５０３波長可変フィルタ
３０２ＰＭＤモニタ
３０４、１３０１分波器
３０５、１００２、１３０２光スイッチ
４０１ＤＯＰ
４０２Ｑペナルティ
５０１、１４０１送信機
６０１ＤＯＰ値
６０２Ｑ値
１２０２合波器
１４０２偏波スクランブラ
１７０２波長分散補償器

Claims

１つ以上の偏波モード分散補償手段と、
波長多重化されて伝送される多重化光信号を波長毎に分波する分波手段と、
分波されたそれぞれの波長の光信号の出力ポートを切り替えて、１つ以上の波長の光信号を選択的に前記偏波モード分散補償手段に出力する選択用光スイッチ手段と、
前記多重化光信号の一部をタップして、波長毎の信号を抽出する抽出手段と、
抽出された信号を用いて、波長毎の偏波モード分散による信号劣化の度合いを表す評価値を測定する測定手段と、
測定された評価値に基づいて偏波モード分散補償の対象となる波長を選択し、選択された波長の光信号が前記偏波モード分散補償手段に出力され、選択されなかった波長の光信号は該偏波モード分散補償手段に出力されないように、前記選択用光スイッチ手段を制御する制御手段と、
前記偏波モード分散補償手段により偏波モード分散補償を受けた光信号と、前記選択されなかった波長の光信号の出力ポートを切り替える出力用光スイッチ手段とを備え、
前記制御手段は、それぞれの光信号が波長毎に決められた経路に出力されるように、該出力用光スイッチ手段を制御することを特徴とする偏波モード分散補償装置。
前記出力用光スイッチ手段から出力される、それぞれの波長の光信号を合波して出力する合波手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の偏波モード分散補償装置。
前記抽出手段は、前記多重化光信号を波長毎に分波する分波手段と、分波されたそれぞれの波長の光信号の中から１つの波長の光信号を選択して出力する光スイッチ手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の偏波モード分散補償装置。
前記測定手段は、前記抽出された信号を用いて、波長毎の偏波状態を示す情報を生成し、前記制御手段は、生成された情報に基づいて、前記偏波モード分散補償手段内の複屈折成分の軸と入力された光信号の軸が合うように、該偏波モード分散補償手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の偏波モード分散補償装置。
波長多重化されて伝送される多重化光信号の一部をタップして、波長毎の信号を抽出し、
抽出された信号を用いて、波長毎の偏波モード分散による信号劣化の度合いを表す評価値を測定し、
選択用光スイッチ手段により、測定された評価値に基づいて偏波モード分散補償の対象となる波長を選択し、
前記多重化光信号を波長毎に分波し、
分波されたそれぞれの波長の光信号のうち、選択された波長の光信号に対して偏波モード分散補償を行い、選択されなかった波長の光信号の偏波モード分散補償は行わず、
出力用光スイッチ手段により、前記偏波モード分散補償を受けた光信号と、前記選択されなかった波長の光信号の出力ポートを、それぞれの光信号が波長毎に決められた経路に出力されるように切り替える
ことを特徴とする偏波モード分散補償方法。
前記抽出された信号を用いて、波長毎の偏波状態を示す情報を生成し、生成された情報に基づいて、前記偏波モード分散補償を行う複屈折成分の軸と入力された光信号の軸を合わせることを特徴とする請求項５記載の偏波モード分散補償方法。