JP6273713B2 - 偏波障害エミュレータ及び偏波障害エミュレート方法 - Google Patents
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Description
上述の理念に基づくこの発明の要旨によれば、以下の偏波障害エミュレータが提供される。
図1〜図4を参照して、この発明の実施形態の第1の偏波障害エミュレータの構成、その動作、及び得られる効果について説明する。
図1は、第1の偏波障害エミュレータの概略的ブロック構成図である。第1の偏波障害エミュレータは、スペクトル分光器101、第1ユニタリー行列発生器103、PDL発生器104、第2ユニタリー行列発生器105、及びスペクトル合波器107が、この順序に配列されて構成される。そして、任意の偏光状態の入力光信号を入力して、予め設定された偏波モード分散及び偏波依存性損失に起因する偏波障害を有するエミュレート光信号を生成して出力する。
<光信号の伝播経路>
この発明の偏波障害エミュレータの動作の概略的理解に資するように、まず、この発明の偏波障害エミュレータ内での光信号の伝播について説明する。
次に、PDL発生器104の動作原理とその制御方法について説明する。
Ja(ω)=Ua(ω)Ha(ω) …(4)
Ha(ω)はエルミート行列であるので、ユニタリー行列を用いて対角化が可能である。ここで、ユニタリー行列をD(ω)と表すことにすると、式(4)は、式(5)のように変形できる。
Ha(ω)=Ua(ω)D*(ω)Aa(ω)D(ω) …(5)
ここで、D(ω)はPDLの固有軸を規定し、Aa(ω)はPDLの大きさを与える。Ua(ω)とD*(ω)はユニタリー行列であるので、Ua(ω)D*(ω)もユニタリー行列となる。
次に、第1ユニタリー行列発生器103の制御のために設定するパラメータα1(ω)、β1(ω)、γ1(ω)の求め方について説明する。第1ユニタリー行列発生器103の役割は、PDLベクトルの方向をエミュレートすることである。エミュレート対象の単位PDLベクトルpa(ω)は、式(11)で与えられる。PDLベクトルの方向を、予め与えられたエミュレート対象の単位PDLベクトルの方向と一致させるには、ミュラー行列MA(ω)M1(ω)が規定するPDLベクトルと、式(11)で与えられる単位PDLベクトルpa(ω)とが等しいベクトルになればよい。
m01=cosγ1(ω)
m02=sinγ1(ω)sinβ1(ω)
m03=cosγ1(ω)sinβ1(ω)
となる。
次に、第2ユニタリー行列発生器105の制御のために設定するパラメータα2(ω)、β2(ω)、γ2(ω)の求め方について説明する。第2ユニタリー行列発生器105の役割は、ユニタリー行列Ua(ω)D*(ω)で与えられる機能を果たすことである。第2ユニタリー行列発生器105で発生させるべきミュラー行列をM2(ω)とすれば、M2(ω)は、次式(16)で与えられる。
M2(ω)=Ma(ω) M1 -1(ω) MA -1(ω) …(16)
M2(ω)のx行y列の行列要素をmxy(ω)と表す。ミュラー行列をM2(ω)の各行列要素と式(7)で与えられる行列の行列要素とを比較して、第2ユニタリー行列発生器105の制御のために設定するパラメータα2(ω)、β2(ω)、γ2(ω)を求めると、次式(17a)〜(17c)のように求まる。
図5〜図9を参照して、偏波障害エミュレータの動作実証について説明する。偏波障害エミュレータの動作実証をするため、ランダムに複屈折要素とPDL発生要素とを接続したモデルを用いて、周波数依存のミュラー行列をエミュレートした。
この発明の偏波障害エミュレータの第2の実施形態として、図10に示す構成とすることが可能である。図10に示す偏波障害エミュレータと、図1に示した偏波障害エミュレータとの相違は、PDL発生器である。
この発明の偏波障害エミュレータの実施形態では、スペクトル分光器101及びスペクトル合波器107として、VIPA板を利用したが、この他に、偏波依存性の小さなブレーズドグレーティングを利用することもできる。
102:第1レンズ
103:第1ユニタリー行列発生器
104、204:PDL発生器
105:第2ユニタリー行列発生器
106:第2レンズ
107:スペクトル合波器
301:第1液晶アレイ
302:第2液晶アレイ
303:第3液晶アレイ
304:第4液晶アレイ
305:第5液晶アレイ
306:第6液晶アレイ
401:偏光ビームスプリッタ
402:第7液晶アレイ
403:固定遅延素子
404:第8液晶アレイ
405:偏光ビームコンバイナ
406:第1反射鏡
407:第2反射鏡
Claims (11)
- 周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸を予め指定された方向に規定する第1ユニタリー行列を設定し、入力光信号を当該第1ユニタリー行列で与えられる偏光特性を有する第1光信号に変換する第1ユニタリー行列発生器と、
前記第1光信号に、予め指定された周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸の方向に、指定された光損失を周波数ごとに与えて第2光信号を生成する偏波依存損失発生器と、
前記第1ユニタリー行列のエルミート共役行列と偏波モード分散の方向を確定するユニタリー行列との積で与えられる第2ユニタリー行列を設定し、前記第2光信号を、予め設定された偏波モード分散及び偏波依存性損失に起因する偏波障害を擬似的に発生させ、周波数ごとの空間スペクトル成分を合波してエミュレート光信号として生成する第2ユニタリー行列発生器と
を備えることを特徴とする偏波障害エミュレータ。 - 第1ユニタリー行列発生器、偏波依存損失発生器、及び第2ユニタリー行列発生器を備え、予め設定された偏波モード分散及び偏波依存性損失に起因する偏波障害を有する光信号をエミュレート光信号として生成して出力する偏波障害エミュレータであって、
前記第1ユニタリー行列発生器は、周波数ごとに空間スペクトル分光された光信号を、当該第1ユニタリー行列発生器の偏光伝達特性を与える第1ユニタリー行列によって、周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸を予め指定された方向に設定可能に構成されており、
入力した光信号を、周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸を予め指定された方向に調整して出力し、
前記偏波依存損失発生器は、予め設定された偏波依存性損失の固有軸の方向に損失を与えるべく、前記第1ユニタリー行列発生器から出力された光信号の水平軸方向の偏波成分及び垂直軸方向の偏波成分のそれぞれに対して、直交偏光軸間に周波数ごとに位相差を与えることが可能とされており、
前記第1ユニタリー行列発生器から出力された光信号に、予め指定された周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸の方向に、予め指定された大きさの光損失を周波数ごとに与えて出力し、
前記第2ユニタリー行列発生器は、前記第1ユニタリー行列発生器の偏光伝達特性を与える、前記第1ユニタリー行列のエルミート共役行列と予め指定された偏波モード分散の方向を規定するユニタリー行列の積で与えられる第2ユニタリー行列を設定可能に形成されており、
前記偏波依存損失発生器から出力された光信号を入力して、予め設定された偏波モード分散及び偏波依存性損失に起因する偏波障害を擬似的に発生させて出力し、当該擬似的に発生させた光信号を周波数ごとの空間スペクトル成分を合波してエミュレート光信号として生成して出力する
ことを特徴とする偏波障害エミュレータ。 - スペクトル分光器、第1ユニタリー行列発生器、偏波依存損失発生器、第2ユニタリー行列発生器、及びスペクトル合波器を備え、予め設定された偏波モード分散及び偏波依存性損失に起因する偏波障害を有する光信号をエミュレート光信号として生成して出力する偏波障害エミュレータであって、
前記スペクトル分光器は、任意の偏光状態の入力光信号を入力して、周波数ごとに当該光信号を空間スペクトル分光し、
前記第1ユニタリー行列発生器は、当該第1ユニタリー行列発生器の偏光伝達特性を与える第1ユニタリー行列を、周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸を予め指定された方向に設定可能に構成されており、
前記スペクトル分光器から出力された光信号を入力して、周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸を予め指定された方向に調整して出力し、
前記偏波依存損失発生器は、予め設定された偏波依存性損失の固有軸の方向に損失を与えるべく、前記第1ユニタリー行列発生器から出力された光信号の水平軸方向の偏波成分及び垂直軸方向の偏波成分のそれぞれに対して、直交偏光軸間に周波数ごとに位相差を与えることが可能とされており、
前記第1ユニタリー行列発生器から出力された光信号に、予め指定された周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸の方向に、予め指定された大きさの光損失を周波数ごとに与えて出力し、
前記第2ユニタリー行列発生器は、前記第1ユニタリー行列発生器の偏光伝達特性を与える、前記第1ユニタリー行列のエルミート共役行列と予め指定された偏波モード分散の方向を規定するユニタリー行列の積で与えられる第2ユニタリー行列を設定可能に形成されており、
前記偏波依存損失発生器から出力された光信号を入力して、予め設定された偏波モード分散及び偏波依存性損失に起因する偏波障害を擬似的に発生させて出力し、
前記スペクトル合波器は、前記第2ユニタリー行列発生器から出力された光信号を入力して、周波数ごとの空間スペクトル成分を合波してエミュレート光信号として生成して出力する
ことを特徴とする偏波障害エミュレータ。 - 前記スペクトル分光器及び前記スペクトル合波器は、VIPA(Virtually Imaged Phased Array)板、分光グレーティング、あるいはプリズム、のいずれかを備えて構成されることを特徴とする請求項3に記載の偏波障害エミュレータ。
- 前記スペクトル分光器が、偏波無依存性スペクトル分光器であって、
前記第1ユニタリー行列発生器は、
固有軸が水平方向に平行な、第2液晶アレイ、及び
固有軸が水平方向に対して+45°傾いた、第3液晶アレイを備え、
前記第2液晶アレイ、及び前記第3液晶アレイのそれぞれが備える周波数ごとに対応する液晶ピクセルに電気信号を印加することにより、前記入力光信号の周波数ごとに、前記第2液晶アレイ、前記第3液晶アレイにおいて、それぞれ当該第1ユニタリー行列発生器に入力された光信号の偏光状態を回転させ、
前記第2ユニタリー行列発生器は、
固有軸が水平方向に対して+45°傾いた、第4液晶アレイ、
固有軸が水平方向に平行な、第5液晶アレイ、及び
固有軸が水平方向に対して+45°傾いた、第6液晶アレイを備え、
前記第4液晶アレイ、前記第5液晶アレイ、及び前記第6液晶アレイのそれぞれが備える周波数ごとに対応する液晶ピクセルに電気信号を印加することにより、前記偏波依存損失発生器から出力された光信号の周波数ごとに、前記第4液晶アレイ、前記第5液晶アレイ、前記第6液晶アレイにおいて、それぞれ当該第2ユニタリー行列発生器に入力された光信号の偏光状態を回転させる
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の偏波障害エミュレータ。 - 前記第2〜6液晶アレイを構成する液晶アレイは、空間光変調器を利用して構成されることを特徴とする請求項5に記載の偏波障害エミュレータ。
- 前記第1ユニタリー行列発生器は、
固有軸が水平方向に対して+45°傾いた、第1液晶アレイ、
固有軸が水平方向に平行な、第2液晶アレイ、及び
固有軸が水平方向に対して+45°傾いた、第3液晶アレイを備え、
前記第1液晶アレイ、前記第2液晶アレイ、及び前記第3液晶アレイのそれぞれが備える周波数ごとに対応する液晶ピクセルに電気信号を印加することにより、前記入力光信号の周波数ごとに、前記第1液晶アレイ、前記第2液晶アレイ、前記第3液晶アレイにおいて、それぞれ当該第1ユニタリー行列発生器に入力された光信号の偏光状態を回転させ、
前記第2ユニタリー行列発生器は、
固有軸が水平方向に対して+45°傾いた、第4液晶アレイ、
固有軸が水平方向に平行な、第5液晶アレイ、及び
固有軸が水平方向に対して+45°傾いた、第6液晶アレイを備え、
前記第4液晶アレイ、前記第5液晶アレイ、及び前記第6液晶アレイのそれぞれが備える周波数ごとに対応する液晶ピクセルに電気信号を印加することにより、前記偏波依存損失発生器から出力された光信号の周波数ごとに、前記第4液晶アレイ、前記第5液晶アレイ、前記第6液晶アレイにおいて、それぞれ当該第2ユニタリー行列発生器に入力された光信号の偏光状態を回転させる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の偏波障害エミュレータ。 - 前記第1〜6液晶アレイを構成する液晶アレイは、空間光変調器を利用して構成されることを特徴とする請求項7に記載の偏波障害エミュレータ。
- 前記偏波依存損失発生器は、
前記第1ユニタリー行列発生器から出力された光信号を水平軸方向の偏波成分と垂直軸方向の偏波成分とに分岐する偏光ビームスプリッタと、
前記水平軸方向の偏波成分と垂直軸方向の偏波成分の経路長が等しくなるように調整する固定遅延素子と、
前記水平軸方向の偏波成分に対して直交偏光軸間に周波数ごとに位相差を与えることが可能である、固有軸が水平方向に対して+45°傾いた第7液晶アレイと、
前記垂直軸方向の偏波成分に対して直交偏光軸間に周波数ごとに位相差を与えることが可能である、固有軸が水平方向に対して+45°傾いた第8液晶アレイと、
前記第7液晶アレイ、前記第8液晶アレイのそれぞれを通過した偏波成分を合波する偏光ビームコンバイナと、
を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の偏波障害エミュレータ。 - 前記偏波依存損失発生器は、
前記第1ユニタリー行列発生器から出力された光信号を水平軸方向の偏波成分と垂直軸方向の偏波成分とに分岐する偏光ビームスプリッタと、
前記水平軸方向の偏波成分に対して直交偏光軸間に周波数ごとに位相差を与えることが可能である、固有軸が水平方向に対して+45°傾いた第7液晶アレイと、
前記垂直軸方向の偏波成分に対して直交偏光軸間に周波数ごとに位相差を与えることが可能である、固有軸が水平方向に対して+45°傾いた第8液晶アレイと、
前記第7液晶アレイ、前記第8液晶アレイのそれぞれを通過した偏波成分を合波する偏光ビームコンバイナと、
を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の偏波障害エミュレータ。 - 周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸を予め指定された方向に規定する第1ユニタリー行列を設定し、当該第1ユニタリー行列で与えられる偏光特性を有する第1ユニタリー行列発生器に、任意の偏光状態の入力光信号を通過させて第1光信号を生成する第1ステップと、
前記第1光信号に、予め指定された周波数ごとに偏波依存性損失が最も大きくなる偏光軸の方向に、指定された光損失を周波数ごとに与えて第2光信号を生成する第2ステップと、
前記第1ユニタリー行列のエルミート共役行列、及び予め指定された偏波モード分散の方向に規定するユニタリー行列を確定し、前記エルミート共役行列と偏波モード分散の方向を確定する前記ユニタリー行列との積で与えられる第2ユニタリー行列を設定し、当該第2ユニタリー行列で与えられる偏光特性を有する第2ユニタリー行列発生器に、前記第2光信号を通過させて、予め設定された偏波モード分散及び偏波依存性損失に起因する偏波障害を擬似的に発生させ、周波数ごとの空間スペクトル成分を合波してエミュレート光信号として生成する第3ステップと
を含むことを特徴とする偏波障害エミュレート方法。
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