JP4972251B2 - 偏光モード分散の補償 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、差分群遅延発生器に結合され、制御アルゴリズムによって計算されるフィードバック信号によって制御される偏光コントローラを用いて、伝送光信号の偏光モード分散（ＰＭＤ）を補償するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
当技術分野においては、このタイプの方法および装置は、ＥＰ−０ ８５３ ３９５によって知られている。
【０００３】
ファイバリンクは、そのすべてのタイプにおいて、偏光モード分散なる現象を呈している。すなわち、放出器端末から放出され、ファイバリンクを介して伝送されるインパルスあるいは信号は、変形した状態で受信器端末に受信される。信号の継続期間は、放出時の継続期間より長くなる。この変形は、伝送中に光信号が偏光解除することによるものである。ファイバリンクの他端で受信される信号は、２つの直角成分とみなすことができる。１つは、最大伝搬速度を有する偏光状態（ＳＯＰ）に対応し、もう１つは、最小伝搬速度を有するＳＯＰに対応している。つまり、ファイバリンクの他端で受信される信号は、先に到達する、優位偏光ＳＯＰで偏光された第１の信号と、差分群遅延と呼ばれる、特にファイバリンクの長さによって決まる遅延時間だけ遅れて到達する、第２の遅延ＳＯＰで伝搬する第２の信号から構成されているとみなすことができる。
【０００４】
放出器端末が極めて短いインパルスの光信号を放出すると、互いに直角に偏光され、かつ、差分群遅延に相当する遅延時間を有する２つの連続するインパルスからなる光信号が受信器端末で受信される。この遅延時間は、数年前に製造された単モードファイバを備えた、長さ１００ｋｍのリンクに対して、２０ｐｓ程度である。受信器端末で受信されるインパルスの変形は、伝送データの復号誤りの原因となり、そのため、偏光モード分散は、アナログやディジタル光リンクの性能を制限する要因になっている。
【０００５】
偏光保存ファイバとも呼ばれる、強偏光モード分散を有するファイバが知られている。このファイバは、ファイバの短い区画を用いることにより、固定の差分群遅延を付加することができる。偏光モード分散の光補償は、強偏光モード分散を有するファイバリンクによって生じる２つの直角偏光モードの間に、このような要素あるいは全差分群遅延発生器を配置することによって実現することができる。。偏光モード分散の光補償は、ファイバリンクと同じ差分群遅延を有する偏光保存ファイバ（ＰＭＦ）を用い、低速原理的ＳＯＰと高速原理的ＳＯＰとを交換し、あるいは、ファイバリンクおよびＰＭＦからなるシステムの原理的ＳＯＰを、放出源のＳＯＰに一致させることによって実施することができる。このために、ファイバリンクとＰＭＦとの間に偏光コントローラが設けられている。
【０００６】
差分群遅延の値およびリンクの原理的ＳＯＰは、温度および振動によって常に変化する。そのため補償手段は適応的でなければならず、また、少なくとも、補償するすべての差分遅延値に等しくなるように、ＰＭＦの差分群遅延を選択しなければならない。
【０００７】
光伝送システムにおけるこのようなＰＭＤ補償手段は、ＥＰ ０８５３ ３９５ Ａ１によって知られている。このＰＭＤ補償手段は、偏光コントローラおよび差分群遅延発生器を備えている。これらコントローラと発生器はファイバリンクと受信器端末との間に配置されている。フィードバックループは、ＤＧＤ発生器によって分配される光信号の偏光度（ＤＯＰ）を測定し、偏光コントローラに供給して、測定されたＤＯＰを最適化する。しかし、ＤＯＰをフィードバック変数として使用すると、偏光コントローラの制御値を計算するためのアルゴリズムが複雑になる。また、偏光コントローラ内の複屈折エレメントの巻戻しも、大きな問題となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、偏光コントローラを高速かつ高精度で制御するための方法および装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様においては、上記問題は、差分群遅延（ＤＧＤ）発生器に結合され、かつ、フィードバックループによって制御される偏光コントローラを用いて、伝送光信号の偏光モード分散（ＰＭＤ）を補償するための方法および装置によって解決される。前記フィードバックループは最適化アルゴリズムを実行し、ＤＧＤ発生器の出力信号のフィードバックパラメータを最適化する。上記アルゴリズムは、偏光コントローラの出力信号またはＤＧＤ発生器の出力信号から決定される光信号の偏光状態（ＳＯＰ）を考慮する。フィードバックパラメータはＤＯＰであり、電気スペクトル幅の測定値であり、あるいはアイの開きの測定値等である。測定手順が共通であるため、フィードバックパラメータはＤＯＰであることが好ましい。フィードバックパラメータとしてＤＯＰを使用する場合、ＤＧＤ発生器の出力部でＤＯＰを測定することがより実際的（同じ機器を使用することができるため）であるが、ＤＯＰをＤＧＤ発生器の入力部で測定する場合も、同じである。
【００１０】
本発明による方法の変更態様では、ＤＧＤ発生器の出力信号から測定されるストークスパラメータからＳＯＰが計算される。フィードバックループの場合、非常に速い速度が要求される。ストークスパラメータは測定が容易であり、その測定値から、ポアンカレ球上におけるＳＯＰの位置を容易に計算することができる。したがってストークスパラメータの測定は、偏光コントローラへの高速かつ正確なフィードバック用として最適である。アルゴリズムによって計算された制御信号は、偏光コントローラにフィードバックされる。ストークスパラメータを測定することにより、アルゴリズムを容易かつ高速にすることができる。したがって、単モードファイバリンクにおける高ビットレートの処理が可能になる。
【００１１】
本発明による方法の好ましい変形態様では、偏光コントローラは、少なくとも１つの複屈折エレメントを備えており、各複屈折エレメントに対して、角度αは固定であり、回転角度βは可変である。角度αは、ポアンカレ球の赤道面上の回転軸と座標系のｘ軸との間の角度であり、回転角度βは、回転軸の周囲の回転を定義している。複屈折エレメントは、ポアンカレ球上でＳＯＰを回転させることによって、複屈折エレメントの入力部におけるＳＯＰを、出力部における別のＳＯＰに変化させる。
【００１２】
偏光コントローラは、可変角度αまたは可変回転角度βのいずれか、あるいはその両方を備えた縦続複屈折エレメントからなっている。複屈折エレメントが可変回転角度βを持つ場合、複屈折エレメントは無限大の値に達することができず、また、他の複屈折エレメントは、当該複屈折エレメントを補償しなければならないため、最大回転角度βに達すると、複屈折エレメントを巻き戻さなければならない。巻戻しプロセスには複雑なアルゴリズムが必要である。対称的に、角度αが可変であり、かつ、回転角度βが固定の場合、複屈折エレメントの複雑な巻戻しプロセスを容易にすることができ、あるいは回避することさえ可能である。
【００１３】
有利なことには、ポアンカレ球上のＳＯＰの位置にある各複屈折エレメントの効果は決定している。ポアンカレ球上におけるＳＯＰの位置または変化が分かれば、フィードバックループのアルゴリズムは、そのＳＯＰの位置または変化を考慮することができ、それに応じてアルゴリズムのステップを変更することができる。ＳＯＰが回転軸に近い場合、アルゴリズムのステップが増加し、ＳＯＰが回転軸から離れている場合は、アルゴリズムのステップは少なくなる。また、偏光コントローラ内の各複屈折エレメントによるＳＯＰの変化を知ることにより、ＳＯＰを変化させることなく、複屈折エレメントに印加される電圧、すなわち複屈折エレメントの位置を変更することができるように、複屈折エレメントを組み合わせることができる。これにより巻戻しプロセスの速度を速くしている。ＳＯＰを決定し、それをフィードバックループのアルゴリズムに使用する方式は、最新技術の偏光コントローラ、すなわち回転角度βが固定で、角度αが可変の偏光コントローラにも使用することができる。
【００１４】
本発明による装置の好ましい一実施形態では、偏光コントローラは、少なくとも１つの複屈折エレメントを備えている。ＤＯＰを最大化することによってＰＭＤを補償するために、フィードバックループのアルゴリズムによって決定される制御信号を偏光コントローラにフィードバックし、偏光コントローラ内の複屈折エレメントの位置を調整している。本発明による装置を使用することにより、複屈折エレメントの不完全性を補償するために必要なアルゴリズムの複雑さが緩和されるため、複屈折エレメントに対する制約が緩和される。
【００１５】
ＤＧＤ発生器は、少なくとも１本の偏光保存ファイバ（ＰＭＦ）を備えていることが好ましい。偏光保存ファイバは、高速信号部分を偏光保存高複屈折ファイバの低速固有状態の中に送り出すことにより、あるいはその逆の方法によって、ファイバリンクによって生じる差分群遅延を補償している。
【００１６】
本発明のその他の利点については、以下の説明および図面から明らかになるであろう。また、本発明による上述の特徴および以下に示す特徴は、それぞれ個別に、あるいは任意に組み合わせた結合体として使用することができる。以下に示し、記述する実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明を説明するための例示的特徴を有するものとして捉えられたい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１において、数字１は、例えば、レーザによって供給される、完全に偏光された１つまたは複数の光搬送波の強度を変調することにより、光信号としてデータを伝送する放出器端末を表している。この光信号は、偏光コントローラ３に接続されたファイバリンク２に送り込まれる。偏光コントローラ３は、偏光状態（ＳＯＰ）を制御するための複数の縦続複屈折エレメント４を備えている。偏光コントローラ３は、偏光コントローラ３が受信するすべての光信号成分の偏光角を回転させるために使用されている。差分群遅延（ＤＧＤ）発生器５が、偏光コントローラ３の下流側に配置されている。ＤＧＤ発生器５は、様々な長さの偏光保存ファイバ（ＰＭＦ）６を備え、ファイバリンク２によって生じる遅延差を補償する。
【００１８】
ＤＧＤ発生器５の光出力信号は、受信器端末７およびフィードバックループ８に伝送される。フィードバックループは、ＤＧＤ発生器の出力信号のストークスパラメータを測定するための手段９と、手段９によって測定されたストークスパラメータを考慮して、偏光コントローラ３の制御信号を計算する計算ユニット１０とを有している。
【００１９】
図２は、ポアンカレ球２０における偏光状態（ＳＯＰ）、例えばＡを示す。ポアンカレ球２０は、非偏光光が同じ確率で取ることの出来るすべての遷移状態を表している。図２では、単位球（半径＝１）が座標系と共に示されており、座標系の原点２１はポアンカレ球２０の中心にある。複屈折エレメント４は、ポアンカレ球２０上でＳＯＰを回転させることによって、複屈折エレメントの入力部におけるＳＯＰ（Ａ、Ａ’およびＡ”）を、出力部における別のＳＯＰ（Ｂ、Ｂ’およびＢ”）に変化させる。ポアンカレ球２０上における偏光のＳＯＰ（Ｂ、Ｂ’およびＢ”）の位置は、座標系のｘ軸２２と回転軸２３との間の角度α、および、ポアンカレ球２０の赤道面２４と線２５との間の角度βによって定義される。線２５は、入力部のＳＯＰ（Ｂ、Ｂ’およびＢ”）と回転軸２３を結ぶ線であり、回転軸２３に対して直角である。
【００２０】
図２において、角度αは固定であり、角度βは可変である。この場合、入力部のＳＯＰ（Ａ、Ａ’およびＡ”）はすべて、ポアンカレ球２０の赤道線上に位置しており、回転軸２３までの距離がそれぞれ異なっている。複屈折エレメントが入力部のＳＯＰ（Ａ、Ａ’およびＡ”）を、回転軸２３の周囲に角度βだけ回転させると、その結果としてＳＯＰ（Ｂ、Ｂ’およびＢ”）が得られる。入力部のＳＯＰ（Ａ、Ａ’およびＡ”）の回転軸までの距離が長い場合、出力部のＳＯＰ（Ｂ、Ｂ’およびＢ”）の距離も長くなる。したがってフィードバックループのアルゴリズムは、入力部のＳＯＰ（Ａ、Ａ’およびＡ”）の回転軸２３からの距離に応じて、そのステップを適合させることができる。つまり、Ａ、Ａ’およびＡ”が回転軸に近いほどステップが増加し、Ａ、Ａ’およびＡ”が回転軸から遠いほどステップは少なくなる。
【００２１】
アルゴリズムの実施およびストークスパラメータの測定を実践的なものにするために、実施形態は偏光子およびフォトダイオードを使用している。具体化の例については、「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ：信号とコンポーネントの偏光測定」（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏｔｅ ８５０９−１）を参照されたい。
【００２２】
回転軸は、角度βの僅かな変動により局部的に決定される。測定したＳＯＰから回転マトリックスが得られる。回転軸の計算には、Ｎ．Ｗａｌｋｅｒ等の「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：コヒーレント通信のための偏光制御」（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．８，ｎ３）に詳説されている理論が考慮されている。
【００２３】
ＰＭＤ補償器の偏光コントローラが、セルと呼ばれる４つの複屈折エレメントから構成されていると仮定して、アルゴリズムは以下のように機能する。標準のアルゴリズムでは、セルの駆動電圧には、順次変動が加えられる。各セルに対するシーケンスは以下の通りである。
・固定量ΔＶだけ電圧を増加する。
・フィードバック信号（ＤＯＰ等）を測定する。
・フィードバック信号が増加する場合、電圧をさらにΔＶだけ増加し、フィードバック信号が増加しない場合は、電圧を初期値に戻す。
・電圧を下げながら、上記手順を繰り返す。
【００２４】
本発明を考慮すると、アルゴリズムは、可変ステップΔＶで電圧を変動させ、ポアンカレ球上に一定角度のステップをもたらすことができる。各セルに対して、回転軸が局部的に決定される。セルに印加する電圧は、ＳＯＰとセル回転軸との間の距離と、目標角度ステップによって決まる。主要な利点は、各セルの効果が定量的に把握されることである。すなわち、ＳＯＰがセルの回転軸上にある場合、そのセルは、偏光を制御することに関して何ら効果を有さないため、そのセルを作動させることは時間の浪費である。
【００２５】
「巻戻し」を実施する場合、各セルの効果を明確に知ることができれば、最善の回転組合せを見出すことが可能になり、それにより、合理的なセル電圧で初期ＳＯＰに戻ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光モード分散を補償するための、本発明による装置を備えた光通信システムの概略図である。
【図２】ポアンカレ球における偏光状態を示す図である。
【符号の説明】
ＤＧＤ 差分群遅延
ＤＯＰ 偏光度
ＰＭＤ 偏光モード分散
ＰＭＦ 偏光保存ファイバ
ＳＯＰ 偏光状態
１ 放出器端末
２ ファイバリンク
３ 偏光コントローラ
４ 複屈折エレメント
５ 差分群遅延（ＤＧＤ）発生器
６ 偏光保存ファイバ（ＰＭＦ）
７ 受信器端末
８ フィードバックループ
９ ストークスパラメータ測定手段
１０ 計算ユニット
２０ ポアンカレ球
２１ 原点
２２ ｘ軸
２３ 回転軸
２４ ポアンカレ球の赤道面
２５ 出力部のＳＯＰ（Ｂ、Ｂ’およびＢ”）と回転軸２３を結ぶ線

Claims (9)

1. 差分群遅延（ＤＧＤ）発生器（５）に結合された偏光コントローラ（３）を用いて、伝送光信号の偏光モード分散（ＰＭＤ）を補償するための方法であって、偏光コントローラ（３）はフィードバックループによって制御され、前記フィードバックループが最適化アルゴリズムを実行して、ＤＧＤ発生器（５）の出力信号のフィードバックパラメータを最適化し、最適化アルゴリズムは、偏光コントローラ（３）の出力信号またはＤＧＤ発生器（５）の出力信号から決定される光信号の偏光状態（ＳＯＰ）を考慮し、偏光状態のポアンカレ球表現において、偏光コントローラは、前記信号の偏光状態を表す点の、前記ポアンカレ球の原点を通る回転軸の周りの回転を与え、前記回転軸および前記点の間の距離が、前記最適化アルゴリズムによって考慮されることを特徴とする伝送光信号の偏光モード分散（ＰＭＤ）を補償するための方法。
2. フィードバックパラメータが偏光度（ＤＯＰ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ＳＯＰが、ＤＧＤ発生器（５）の出力信号から測定されるストークスパラメータから計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 偏光コントローラ（３）が、少なくとも１つの複屈折エレメント（４）を備え、各複屈折エレメント（４）に対して、角度αが固定であり、回転角度βが可変であり、角度αは、ポアンカレ球（２０）の赤道面（２４）上の回転軸（２３）と座標系のｘ軸（２２）との間の角度であり、回転角度βは、回転軸（２３）の周囲の回転を定義することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. ポアンカレ球（２０）上のＳＯＰの位置にある各複屈折エレメント（４）の効果が決定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 差分群遅延（ＤＧＤ）発生器（５）に結合された偏光コントローラ（３）を備えた、伝送光信号の偏光モード分散（ＰＭＤ）を補償するための装置であって、偏光コントローラ（３）はフィードバックループによって制御され、前記フィードバックループは最適化アルゴリズムを実行して、ＤＧＤ発生器（５）の出力信号のフィードバックパラメータを最適化し、フィードバックループ（８）が、偏光コントローラ（３）の出力信号またはＤＧＤ発生器（５）の出力信号から決定される光信号の偏光状態（ＳＯＰ）を測定するための手段（９）と、最適化アルゴリズムを実行する計算ユニット（１０）とを備え、そのステップがＳＯＰによって決まり、偏光状態のポアンカレ球表現において、偏光コントローラは、前記信号の偏光状態を表す点の、前記ポアンカレ球の原点を通る回転軸の周りの回転を与え、前記回転軸および前記点の間の距離が、前記最適化アルゴリズムによって考慮されることを特徴とする伝送光信号の偏光モード分散（ＰＭＤ）を補償するための装置。
7. ＳＯＰが、ＤＧＤ発生器（５）の出力信号から測定されるストークスパラメータから計算されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 偏光コントローラ（３）が、少なくとも１つの複屈折エレメント（４）を備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. ＤＧＤ発生器（５）が、少なくとも１本の偏光保存ファイバ（ＰＭＦ）（６）を備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。

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