JPH08262513A - 光信号検出装置 - Google Patents

光信号検出装置

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JPH08262513A
JPH08262513A JP7344336A JP34433695A JPH08262513A JP H08262513 A JPH08262513 A JP H08262513A JP 7344336 A JP7344336 A JP 7344336A JP 34433695 A JP34433695 A JP 34433695A JP H08262513 A JPH08262513 A JP H08262513A
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polarization
optical signal
optical
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JP7344336A
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Basil Wahid Hakki
ワヒッド ハッキー バシル
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2569—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to polarisation mode dispersion [PMD]

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】単一モード光ファイバと他の偏波分散伝送媒体
から受信した光信号検出を改善する。 【解決手段】本発明の装置及び方法は、光ファイバのよ
うな媒体を伝搬する光信号において出現する偏波分散
（ＰＭＤ）を補償するために偏波ダイバーシチ検出を利
用する。受信された光信号は、偏波ビームスプリッタ
（ＰＢＳ）により第１偏波成分と第２偏波成分に分離さ
れる。偏波成分の位相差に対応する制御信号は、２つの
偏波成分が受光信号のＰＳＰと整列されるように、ＰＢ
Ｓの前の光信号路に位置する偏波制御器を駆動するのに
用いられる。制御信号は可変遅延素子を調整するために
また、２つの偏波成分の位相が結合される前に整列され
て、ＰＭＤ補償出力信号を得るように用いられる。本発
明では他に偏波制御において、低開口数入出力結合の回
転素子、及び偏波制御器での損失を補償するための帰還
制御を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に光波通信シ
ステムの改良に関し、特に 偏波分散（ＰＭＤ:polariza
tion mode dispersion）を示す、単一モード光ファイバ
のような媒体上を伝送する光信号を検出する技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを伝送媒体として利用する光
波通信システムにおいて、偏波分散（ＰＭＤ）は、高デ
ータ速度や長いリピーターなし伝送距離を達成すること
にかなりの障害をもたらす。ＰＭＤは一般に、受信信号
に対してランダムに変化するパルス幅ひずみを起こす信
号偏波の関数として媒体を通る光信号の遅延時間の変化
に関係している。ファイバコアが通常完全には対称でな
いのでＰＭＤが光ファイバで生じ、従ってｓ-偏波のよ
うな偏波における信号の伝搬速度は、ｐ-偏波のような
他の偏波における伝搬速度と異なる。 単一モードファ
イバにおいて、各シグナル波長に対して、一対の直交入
力偏波状態が一般に存在し、これはファイバの偏波基本
状態（ＰＳＰ:principle states of polarization）と
呼ばれ、ファイバの出力でのこの偏波状態は直交で、波
長に一次では独立している。例えば、シー・ディー・プ
ール(C.D. Poole)、アール・イー・ワグナー(R.E. Wagn
er)共著の論文、「長い単一モードファイバの偏波分散
の現象学的アプローチ(Phenomenological Approach to
Polarization Dispersion in Long Single-Mode Fibre
s)」（Electronics Letters、１９８６年９月２２巻、
１０２９-１０３０ページ）を見るとよい。ファイバ色
度分散のような広帯域周波数依存効果を無視し、一次近
似すると、ファイバで伝送された光信号は、どのファイ
バＰＳＰでも、受信器において一般にはひずんでいない
が、送信ファイバのＰＳＰに依存して異なった時間遅延
を示す。任意の偏波状態（ＳＯＰ:state of polarizati
on）の光信号は、各ファイバＰＳＰの信号の和として表
され、ファイバでの伝送後に受信されるとき、信号は従
って、異なった時間遅延を有する２つの直交偏波信号の
組合せとして特徴づけられる。ファイバＰＳＰと対応す
る時間遅延が、例えば温度及びファイバの位置の変化又
は他の動作の関数として変化するので、受信信号は時変
するひずみを示す。ＰＭＤ誘導ひずみが単一モードファ
イバにおいて現れるという事実は、世界中で、既存の、
即ち「配備された」光ファイバインフラの多くがこの種
のファイバを利用するので、関心事である。
【０００３】検出信号のＰＭＤ誘導ひずみを制限する既
知の技術が、本発明の出願人に与えられた、「光ファイ
バ伝送の偏波依存ひずみ補償(Fiber-Optic Transmissio
n Polarization- Dependent Distortion Compensatio
n)」の題である米国特許第５,３１１,３４６号において
記述されている。この技術は、ファイバの入力又は出力
のいずれかにおいて光信号の偏波を調整するために偏波
制御器を利用する。信号偏波は、受信信号品質の性能尺
度が最適化するように調整される。実用化している信号
品質の尺度の例として、ビット誤り率（ＢＥＲ:bit-err
or-rate）、信号／雑音比（ＳＮＲ:signal-to-noise ra
tio）及び受信信号のアイオープニング(eye openings)
がある。このシステムがＰＭＤ誘導ひずみをかなり減ら
すにもかかわらず、追加成分のかなりの数は、受信信号
品質の尺度を測るために必要とされる。
【０００４】ＰＭＤ誘導ひずみを減らす他の技術が記述
されている、エム・ヨシムラ(M. Yoshimura)他著の論
文、「偏波分散等化(Polarization Mode Dispersion Eq
ualization)」（Technical Digest、Fifth Optoelectro
nics Conference (OEC '94)、Paper 14E-12、（１９９
４年７月））、には誤り信号により駆動されるＰＭＤ等
化回路を含まれている。誤り信号は、検出光信号及び検
出信号から得られた参照波形との間の差異として生成さ
れる。この技術は、多くの異なった移相器と可変ＴＥ／
ＴＭ変換器を含む等化回路を用い、誤り信号に応答して
適当な光信号調整を得る。従って複雑で、実装するのに
費用がかかり、過度にＰＭＤ誘導ひずみと無関係な因子
に反応する。このＰＭＤ誘導ひずみは例えば、色度分散
や、ティー・オオコシ(T. Okoshi)他著の論文、「２つ
のファラデー回転体を使う光学ヘテロダイン受信器の新
しい偏波制御方式」（Electronics Letters, Vol. 21,
No.18、７８７-７８８ページ、１９８５年８月）、及び
エフ・ハイスマン(F. Heismann)他著の論文、「偏波多
重送信システムの自動偏波ディマルチプレクサ」、Elec
tronics Letters, Vol. 29, No. 22、１９６５-１９６
６ページ、１９９３年１０月）に記述されている。これ
らの技術は、特定の偏波状態の検出信号電力レベルが最
大にされるように、入力信号偏波を変える。ＰＭＤと無
関係な因子が検出信号電力レベルを変えるので、これら
を含めた従来の技術は、適切にＰＭＤ誘導ひずみを補償
することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】単一モード光ファイバ
と他の偏波分散伝送媒体から受信した光信号検出の改善
が望まれる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、偏波依存伝送
特性を示す光伝送媒体を通って伝送される信号を検出す
る装置及び方法を提供する。ファイバ光伝送媒体から受
信された光信号は、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）に
より第１及び第２の偏波成分に分離される。第１及び第
２のクロック信号は、第１及び第２の偏波成分をそれぞ
れ用いて再生される。第１及び第２のクロック信号の位
相差は、ＰＢＳの前の光信号路に位置する偏波制御器を
駆動するために適当な制御信号を得るように、測られ、
用いられる。入力信号の偏波は例えば、２つのクロック
信号の位相差は最大にされるようにされ、それにより絶
えず受光信号のＰＳＰと、２つの偏波成分を整列する。
位相差制御信号はまた、電気信号がＰＭＤ補償出力電気
信号を得るために信号コンバイナで結合される前に、可
変遅延素子を調整して第１及び第２の偏波成分から生成
した２つの検出電気信号の位相を整列するために用いら
れる。また、位相差制御信号は、成分が偏波ビームコン
バイナで再結合されてＰＭＤ補償出力電気信号を得るた
めに検出される前に、第１及び第２の偏波成分の光位相
を整列するために用いられる。
【０００７】本発明はこのように、受信信号の２つの偏
波成分の位相差の直接的手段を、ＰＭＤ誘導ひずみが補
償されるように絶えず偏波成分を受信信号のＰＳＰと整
列するために利用する。位相差は、例えば再生クロック
信号の間を測り、従って一般に電力揺らぎやＰＭＤと無
関係な他の信号変化に無反応である。さらに、位相差
は、比較的単純で安価な構成部品を用いて簡単な方法で
測られ、制御される。
【０００８】また、光信号の偏波は制御信号に応答する
ようにして調整できる。偏波制御器は、偏波ダイバーシ
チ検出や他の多くの光信号処理技術のいずれとも利用さ
れるようにされる。偏波制御器は、例えば磁場の関数と
して実質的に線形な偏波回転を示す活性ガーネット層と
ともにファラデー回転素子を有す。低い開口数の光結合
手段が用いられ、ビーム散乱への感度が実質的に減らさ
れるように、回転素子から光信号を結合する。偏波制御
器は固定４分の１波板（ＱＷＰ）で用いられ、光ビーム
の長円率を調整し、付加制御器と組み合わされて、ポア
ンカレ(Poincare)球面全体の有効範囲を得る。本発明の
偏波制御はこのようにして容易に、小さくかつ短期又は
長期の受信信号偏波変化を可能とする。
【０００９】また本発明は、偏波制御器で光信号損失の
変化を補償する。制御器出力における光信号の一部は、
検出され、帰還制御ループで用いられ、光信号を生成す
る光源の電力レベルを調整する。この偏波制御器損失補
償は、多種の光応用機器において利用される。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の偏波ダイバーシ
チ検出回路１０の例を示す。受光信号は、単一モード光
ファイバ１５の長さ方向に通るときに偏波分散（ＰＭ
Ｄ）によりひずむ。光信号は２つの異なった偏波状態の
２信号の和として表される。これらの２つの偏波状態
は、受光信号の基本偏波状態（ＰＳＰ）と呼ばれる。各
ＰＳＰは、光ファイバ１５のＰＭＤにより決定される遅
延を示す別々の信号パルスとして考えられる。第１パル
スξはあるＰＳＰに対応し、第２パルスΨは第２ＰＳＰ
に対応する。ファイバＰＭＤは、ダイバーシチ検出回路
１０の光信号入力にて定性的に示されるように、パルス
ξより先にパルスΨが到着するようになる。
【００１１】回路１０は、偏波制御器１２、１４を用
い、ＰＭＤ誘導ひずみを補償するために絶えず受光信号
の偏波を整列する。偏波制御器１２は、例えば電気機械
的に制御された半波長板及び４分の１波長板を、約πラ
ジアン／秒のオーダーの適度な遅い回転速度、及び実質
的に無制限な最大回転能力で利用する。偏波制御器１４
は、例えばファラデー回転体を有し、ここで光信号偏波
が以下で記述される方法で磁場を制御して電気光学的に
回転される。偏波制御器１４は、例えば約１００πラジ
アン／秒以上の比較的高速回転速度を示すが、例えば３
πラジアンのような有限値に最大回転能力を制限され
る。別々の制御器として図１で描かれているが、制御器
１２、１４はまた、単一装置の中に結合されることがで
きる。
【００１２】他の回転速度や最大回転の双方又は一方で
偏波制御器はまた用いられる。それらは本発明の出願人
に与えられた米国特許第５,３２７,５１１号に記述され
るものを含む。他の適当な偏波制御器は、例えば、エフ
・ハイスマン(F. Heismann)、エム・ワーレン(M. Whale
n)共著の論文、「広帯域リセット不要自動偏波制御器(B
roadband Reset-Free Automatic Polarization Control
ler)」（Electronics Letters, Vol. 27, No. 4、３７
７-３７９ページ、１９９１年２月）、エフ・ハイスマ
ン(F. Heismann)他著の論文、「高速自動偏波制御器を
用いる偏波非依存光量子交換システム(Polarization-In
dependent Photonic Switching SystemUsing Fast Auto
matic Polarization Controllers)」（IEEE Phot. Tec
h. Letters, Vol. 5, No. 11、１３４１-１３４３ペー
ジ、１９９３年１１月）、エフ・ハイスマン(F. Heisma
nn)、エム・ワーレン(M. Whalen)共著の論文、「高速自
動偏波制御装置システム」（IEEE Phot. Tech. Letter
s, Vol. 4, No. 5、５０３-５０５ページ、１９９２年
５月）、エフ・ハイスマン(F. Heismann)著の論文、
「ファイバ-光伝送システムでの高速自動偏波補償のリ
セットなし偏波制御器の分析(Analysis of a Reset- Fr
ee Polarization Controller for Fast Automatic Pola
rization Stabilization in Fiber-Optic Transmission
Systems)」（Journal of Lightwave Tech. , Vol. 12,
No. 4、６９０-６９９ページ、１９９４年４月）、及
びアール・ウォルフェ(R. Wolfe)、アール・エー・リー
バーマン(R.A. Lieberman)共著の論文「ガーネットフィ
ルム導波路で磁壁運動に基づいたファイバ光磁場センサ
(Fiber Optic Magnetic Field Sensor Based on Domain
Wall Motion in Garnet Film Waveguides)」（Appl. Ph
ys. Lett., Vol. 58, No. 16、１７３３-１７３５ペー
ジ、１９９１年４月）に記述される。
【００１３】偏波制御器１２、１４は、偏波ビームスプ
リッタ（ＰＢＳ）１６の偏波軸で受光信号のＰＳＰと整
列する。横断電気（ＴＥ:transverse electric）及び横
断磁気（ＴＭ:transverse magnetic）のＰＢＳの偏波出
力１６は従って、受光信号のＰＳＰの１つにそれぞれ実
質的に対応する。ＰＢＳ１６は、受光信号を第１及び第
２の偏波成分に分ける。第１及び第２の偏波成分はそれ
ぞれ受信器１８、２０に供給される。受信器１８、２０
は、既知の方法で受光信号の第１及び第２の偏波成分か
らクロック信号ＣＬＫ１及びＣＬＫ２を生成する。約１
０Gbit／秒のデータ速度において稼働している適当な受
信器は、例えば、シー・ディー・チェン(C.D. Chen)他
著の論文、「現場実験における１０Ｇｂ／ｓ原型システ
ムの性能(10 Gb/s Prototype System Performance in F
ield Experiment)」（Fifth Optoelectronics Conferen
ce (OEC '94) Technical Digest), Paper 15Cl-2、１９
９４年７月）、及びシー・ディー・チェン(C.D. Chen)
他著の論文、「１０Gb/sの現場実演 - 埋め込まれた標
準的な（非ＤＳＦ）ファイバでの３６０ｋｍ伝送(AFiel
d Demonstration of 10 Gbls - 360 km Transmission T
hrough Embedded Standard (non-DSF) Fiber Cables)」
（Optical Fiber Communication (OFC 194) Technical
Digest, Paper PD27-1、１２４-１２７ページ、１９９
４年２月）に記述される。
【００１４】位相検出回路２２は、クロック信号ＣＬＫ
１とＣＬＫ２の位相差Δφを測定する。ここでは、位相
差Δφは、線路２８経由の偏波制御器１２、１４の位相
差に対応する制御信号を供給することにより最大にされ
る。ＣＬＫ１とＣＬＫ２の位相差を最大にすることは、
ＰＢＳ出力において第１及び第２の偏波成分の適切な受
光信号のＰＳＰとの整列を保証する。前述のように受光
信号のＰＳＰは一般に時変する。偏波制御器１２、１４
の調整は、時間に対して偏波成分の最大位相差を保持す
るように設計され、これは一般に偏波成分が受信信号の
変化するＰＳＰと整列されるときに起こる。これらの条
件で、受信器１８及び２０の出力での検出信号Ｓ１及び
Ｓ２はそれぞれ、オリジナル変調波形のひずんでいない
方のものを意味するが、それらの間にはΔφの位相差を
伴う。位相検出回路２２は、Avantek社から得られAvant
ek Application Note No. AN-S013に記述されるModel N
o.IAM-81又はIAM-82のような、ギルバートセル能動ミク
サ(Gilbert cell activemixer)に基づいた位相検波器で
ある。多くの他の位相検波器は、周知であり、回路２２
で用いられる。さらにまた、位相差制御信号は、クロッ
ク信号よりも検出データ信号から、又は直接に偏波成分
から生成される。このような制御信号を生成する適当な
手段は当業者には自明である。
【００１５】位相検出回路２２はまた、可変電気的遅延
素子２４を用いて２つの検出電気信号Ｓ１及びＳ２の間
の遅延を調整し、信号Ｓ１とＳ２が電気信号コンバイナ
３０の入力において同相であるようにされる。可変遅延
素子２４は、例えば電気ラインストレッチャであり、こ
れは印加制御信号に応答して検出信号線路の長さを変え
る。適当な可変遅延素子２４は、Narda社からのModel N
o. 3752 や 3753Bのようなディジタル同軸移相器や、制
御信号に応答して位相ずれを調整する用に適合されたス
テップモータを取り入れる。多くの他の周知の可変遅延
要素のもまた用いられる。信号コンバイナ３０は次に信
号Ｓ１及びＳ２を結合して受光信号の直接的な検出の結
果から生ずる検出信号よりも低いＰＭＤ誘導ひずみを示
す補償検出信号を得る。補償検出信号は次に、従来技術
の決定回路３２に供給される。
【００１６】図２は、光結合器で４４、４６が受信器４
８、５０の中にＰＢＳ１６から各偏波成分の一部を結合
するために用いられるような本発明の例を示す。結合器
は、非結合部分電力レベルを約１０ｄＢ下の電力レベル
において結合部分を得るように選ばれる。受信器４８、
５０は、位相検出回路２２に印加されるクロック信号Ｃ
ＬＫ１及びＣＬＫ２を生成する。位相検出回路２２は、
２つのクロック信号の位相差に対応する制御信号を生成
する。制御信号は、線路２８経由で偏波制御器１２、１
４に印加され、図１に記述された方法で受光信号の偏波
を調整する。制御信号はまた、光ラインストレッチャ５
２の制御入力にも印加される。ラインストレッチャ５２
は、第１及び第２の偏波成分α、βの間の遅延を、偏波
ビームコンバイナ５４の入力においてα、βが同相であ
るように調整する。ラインストレッチャ５２は、例えば
オンタリオのJDS FITEL Inc.社（カナダ、オンタリオ
州）からのＨＤ３シリーズ光遅延デバイス、や他の適当
な可変光遅延素子である。ビームコンバイナ５４の出力
は、補償光信号であり、これは受光信号より少ないＰＭ
Ｄ誘導ひずみを示す。補償光信号は次に、補償光信号か
らベースバンドデータ流を生成することに適しているク
ロック回復回路及び光検出器を有する従来技術の再生器
５６に供給される。ＰＢＳ１６及びビームコンバイナ５
４の間のいかなるファイバ結線が、偏波維持ファイバ
（ＰＭＦ:polarization-maintaining fiber）を利用す
ることは望まれる。
【００１７】図３は、図１及び図２の偏波制御器１４を
より詳細に示す。制御器１４は、線路２８が包まれる周
りにコア６０を有する電気光学的ファラデー回転体であ
る。位相検出回路２２から線路２８を電流Ｉの形態で通
過する制御信号は、コア６０の周辺で磁場Ｂを作る。制
御信号から磁場を生成する他の手段として、磁性又は非
磁性の、コア、ワイヤ、ソレノイド又は電磁石のいかな
る構成が含まれる。回転素子６５は、コア６０により囲
まれた中央領域に単一モードファイバ１５の間に配置さ
れる。回転素子６５は、磁場Ｂの変化に応答して通過す
る光信号の偏波を回転する。受光信号の偏波で望ましい
高速回転を得るため、回転素子６５は、結晶物質におい
てファラデー効果を利用する。磁場Ｂは一般に、結晶物
質における飽和を得られる量よりも少ない量が要され
る。例えば、活性ガーネット物質(YbTbBi)3Fe5O12及び
(BiLuGd)3Fe5O12を含む多種多様な物質がファラデー効
果物質として用いられる。他の偏波制御器として、制御
信号に応答して偏波回転をさせるいかなる種類の物質も
利用できる。線路２８を流れる電流Ｉは磁場Ｂを制御し
て、それ故回転素子６５の偏波回転角Θをも制御する。
少なくとも３πラジアンの最大回転角を最小の磁力で得
るため、以下に記述するように、回転素子６５にいくつ
かのファラデー効果結晶の積載を有することは必要であ
る。また、制御信号電流Ｉは用いられ、例えば偏波制御
器１２の回転を制御するステップモータ（図に示さず）
に印加される適当な駆動電流を生成する。前述のよう
に、偏波制御器１２は、ＰＢＳ１６の出力での偏波成分
が、受光信号ＰＳＰで長期変化をトラックするように調
整される。ファラデー回転素子６５を含む偏波制御器１
４は、受信信号ＰＳＰでより敏速な変化を追跡するよう
に調整される。
【００１８】図４Ａ及び図４Ｂは、より詳細に偏波制御
器１４の回転素子６５を示す。支持体７０は、２つの溝
７１Ａ及び７１Ｂを含み、これらは実質的に同一直線上
にあり、回転素子６５の入力及び出力で単一モードファ
イバ１５に対して整列トレンチを有する。光信号は刻ま
れたくぼみ７２、７４において適切に配置された球形コ
リメータレンズ７６、７８により視準される。このコリ
メータレンズは、回転素子６５から結合された光信号の
部分が極度の散乱を受ける部分を有しないような、低い
開口数を有するレンズである。ビーム散乱が主に出力コ
リメータレンズ７８により減らされるが、図４Ａと４Ｂ
の実施態様はまた、低開口数レンズ７６を含み、光信号
を回転素子の中に結合させる。低開口数レンズとして、
約１５５０ｎｍの信号波長で直径約３００μｍの出力ビ
ームを作るものは適当である。本発明は、通過する光信
号の散乱に対する減少された感度を示すファラデー回転
体を用いることにより、改善された偏波制御を得る。他
の低開口数光素子が、コリメータレンズ７６、７８の代
わりに光信号結合手段として用いられる。これらの代替
光素子の配置は当業者には自明である。視準光信号は、
いくつかの活性ガーネット層８２からなる、ファラデー
効果結晶物質の積載８０を通り越す。積載８０は入力信
号偏波を、フィールドＢ及び活性ガーネット物質全体の
層厚の関数である角度Θ回転する。
【００１９】ある実施例において、積載８０の活性ガー
ネット層８２のそれぞれは、厚さが約５００μｍで、断
面図は約２.０ｍｍ×２.０ｍｍである。層８２の大きい
表面は、特定の波長で光信号伝送に適する反射防止（Ａ
Ｒ:anti-reflective）コーティングされる。図４Ａと４
Ｂの層８２は長さが合うように示されていない。回転素
子６５の各層８２は、印加磁場Ｂの関数としてほぼ一定
である約０.０９度／ガウスの速度で回転するように構
成される。ガーネット層の飽和磁場は約６００ガウスで
あり、各層８２は、約０.２ｄＢの光信号伝搬損失で、
約４５゜の総回転ができる。ガーネット物質での信号損
失が低磁場において増加する場合があり、従ってより高
磁場の限定範囲で制御器を稼働させることが望ましい。
偏波制御器信号伝搬損失の変化を磁場と補償するための
帰還制御の使用は、図６と関連して以下に記述される。
加えて、低開口数入力及び出力の結合光学機器、結合光
学機器と回転素子との間の極端に長い距離の使用は、信
号損失を増やす。
【００２０】図３及び図４の回転素子配置は、多くの偏
波制御応用機器において用いられる。例えば回転素子６
５は、固定４分の１波板とともに用いられ、光信号の長
円率を調整される。固定４分の１波板は、例えば積載８
０と出力コリメータレンズの間に支持体７０に、取り付
けブラケット又はみぞを用いて置かれる。４分の１波板
を１つは有し１つは無い、２つのファラデー回転素子を
有する他の配置は、ポアンカレ(Poincare)球面を実質的
に完全に有効範囲とするように用いられる。当業者には
本発明により回転素子６５と偏波制御器１４の多くの他
の代替配置が認識される。
【００２１】図５は、本発明の光信号検出を表すのに適
したシステム１００を示す。システム１００でＣＨ１、
ＣＨ２及びＣＨ３として表された３つの主な光信号路の
それぞれの遅延は最初にシステムから離された高ＰＭＤ
ファイバ１１０の長さ部分で等しくされる。３つのチャ
ネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３はそれぞれ、第１偏波成分
及び第２の偏波成分である受光信号の結合部分に対応す
る。光パルス発生器１０２は、ビット速度約１０.０Gbi
t／秒で稼働し、周期的な１０１０のパターン、即ち長
さ２23-１の疑似ランダムなビットシーケンスを与え
る。パルス発生器１０２は、ここで約１５５２ｎｍの波
長で稼働する１０.０Gbit／秒の光送信器１０６を駆動
する。光送信器１０６は、第１偏波制御器１０８に、次
に長い高ＰＭＤ単一モードファイバ１１０に、入力光信
号を供給する。ここでの高ＰＭＤファイバ１１０は、分
散シフトファイバ（ＤＳＦ:dispersion-shifted fibe
r）の２つの異なった部分からなり、それぞれ約３０と
３５ピコ秒の平均ＰＭＤを有する。偏波制御器１０８
は、高ＰＭＤファイバ１１０の中に着いた光信号の偏波
や、例えば機械的パドル型(paddle-type)偏波回転体、
を制御する。高ＰＭＤファイバ１１０の出力は受光信号
である。増幅器１１２は、エルビウムでドープされたフ
ァイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であり、受光信号を増幅す
る。増幅信号は、１０ｄＢ結合器１２０及び可変減衰器
１２２を通ってＣＨ１モニタ１２４上でモニタされる。
第２偏波制御器１３０は、ＰＢＳ１３２に印加される前
に、受光信号の偏波を回転するように用いられる。ＰＢ
Ｓ１３２は受光信号を２つの直交偏波された偏波成分に
分ける。これらはそれぞれＣＨ２モニタ１４０及びＣＨ
３モニタ１４２に与えられる。モニタ１２４、１４０、
１４２のそれぞれは、検出器や再生器を含み、パルス発
生器１０２で生成された１０Gbit／秒のデータを回復す
る。モニタはまた、オシロスコープ又は他の適切に検出
される信号ディスプレイ装置を含む。
【００２２】モニタ１４０、１４２上に観察された検出
信号の強度は一般に、システム１００内のＰＢＳ１３２
に印加される前に受信信号のＰＳＰに依存して変化す
る。偏波制御器１０８が調整されてＣＨ１モニタ１２４
の上に観察されるように最小の光信号遅延が得られ、偏
波制御器１３０が調整されてＣＨ２モニタ１４０上に観
察されるように最大の検出信号強度が得られたなら、最
小検出信号強度がＣＨ３モニタ１４２上に観察される。
偏波制御器１０８が調整されてＣＨ１モニタ１２４上に
観察されるように最大の光信号遅延を得られて観察され
た約７０ｐｓの遅延がもたらされ、偏波制御器１３０が
前の調整から不変なままでいれば、ＣＨ２モニタ１４０
は実質的に減少した検出信号強度を示し、ＣＨ３モニタ
１４２は、ＣＨ１モニタ１２４上に観察された検出信号
と実質的に同相である最大強度の検出信号を示す。これ
らの結果は、発せられた光信号偏波が高ＰＭＤファイバ
１１０のＰＳＰの１つと整列されるとき、ファイバ１１
０の出力における受信信号は、τ0＋Δτ／２の遅延時
間を有することを示す。ここでτ0はファイバ１１０を
通るときの光信号走行時間であり、Δτは総ＰＭＤ誘導
遅延時間である。入力光信号偏波がファイバ１１０の他
ＰＳＰと整列されているとき、受光信号は遅延時間τ0
−Δτ／２を有する。
【００２３】偏波制御器１０８及び１３０は、ＣＨ２と
ＣＨ３モニタ１４０、１４２の両方上に同時に最適な検
出信号出力を与えるように調整される。偏波制御器１０
８を、与えられた２つのＰＳＰで光信号を高ＰＭＤファ
イバ１１０の入力で発することによりひずんだ検出信号
を得るように調整すれば、偏波回転体１３０はＣＨ２モ
ニタ１４０及びＣＨ３モニタ１４２上に観察される出力
信号成分の最大位相差を得るように調整される。この条
件下において、２つの検出信号の遅延時間差は約７０ｐ
ｓであり、各出力チャネルでの検出信号は、元の発せら
れた光信号上の変調のものと比べて非常に似た波形を示
す。チャネルＣＨ２、ＣＨ３上にモニタされた検出信号
は従って、図１の検出信号コンバイナ３０のような適当
な信号コンバイナを用いて結合され、ＰＭＤ誘導ひずみ
を示さない検出信号が得られる。代りに、ＣＨ２及びＣ
Ｈ３のモニタに印加された光信号は、図２の偏波ビーム
コンバイナ５４のような光信号コンバイナで結合し、次
に例えば再生器５６や他の適当な検出器により検出され
る。受光信号の直交偏波成分の位相差を最大にすること
により補償し、これはさもなければ有害な影響を及ぼ
す。図５のシステム１００で、長さ２23−１の疑似ラン
ダムなビットシーケンスにより変調された光信号が用い
られるときに類似の結果が観察される。ＰＭＤから現わ
れるひずみがＣＨ１モニタ１２４上に観察される検出信
号のアイダイアグラムのような配置で容易に出現する
が、改善された目図形が偏波制御器１３０の適切な調整
の後に、ＰＢＳ１３２の出力で偏波成分を高ＰＭＤファ
イバ１１０の出力の受信信号ＰＳＰと整列して観察され
る。
【００２４】光信号波長の単一モードファイバでのＰＭ
Ｄ誘導遅延時間の値が何週間や数カ月のような長い期間
に渡ってはランダムに変化するにもかかわらず、秒や分
の期間での変化は比較的遅いことの発見に本発明は基づ
く。この遅延時間の安定さは、受信信号の出力ＰＳＰを
決定し、及びこれらの各出力のＰＳＰでひずんでいない
波形を別々に回復するような制御回路を可能にする。適
当な遅延の後に２つの出力波形を再結合することは、フ
ァイバＰＭＤの効果をなくす。
【００２５】図６は、システムの例を示し、ここでは図
３及び図４に示されるような、偏波制御器を通しての光
信号損失の変化が、帰還制御回路を用いて補償される。
光学系２００は、偏波制御器２１０に光信号を与える光
源２０５を含む。光源２０５は、例えばレーザダイオー
ドである。偏波制御器２１０は、例えば図３に関連して
前述した方法と類似した方法で、ソレノイド２１２に印
加する制御信号に従って光信号の偏波を調整する。光信
号は次に、例えば６ｄＢや１０ｄＢ結合器である、結合
器２１５に印加される。結合器２１５の出力の一つは線
路２１７経由で検出器２２０に印加し、これはＩFで表
される電気帰還信号へ結合光信号を変換する。帰還制御
回路２２５は、帰還信号ＩFを基準信号ＩRと比較し、光
源２０５のために適当な駆動電流ＩDを生成する。帰還
制御回路２２５は、偏波制御器２１０での損失のから生
じる検出光信号強度の変化を光源２０５の出力信号レベ
ルを増加又は減少することにより補償するように、光源
駆動電流ＩDを調整する。この損失は制御器の回転素子
に印加した磁場の関数である。補償光信号は次に、他の
システム構成部分（図示せず）に線路２３０経由で供給
される。系２００の帰還制御は、例えば、光伝送システ
ム、又は偏波依存損失（ＰＤＬ:polarization-dependen
t loss）、ＰＭＤや消光比の測定等の多種の応用に利用
できる。
【００２６】上記の記述は主に単一モードファイバ上の
伝送光信号にＰＭＤ誘導ひずみを補償することの使用態
様の例について記述したが、本発明はＰＭＤや偏波ダイ
バーシチ検出から利益を得るものを含むいかなる光学系
での使用にも適している。さらに、本発明の偏波制御の
原理は偏波ダイバーシチ検出の応用以外で利用できる。
多種の変化が例えば、伝送媒体、光信号偏波を調整する
ために用いた偏波制御器の、型、数及び配置、ファラデ
ー回転体、コア及び偏波制御器の他の素子、偏波ビーム
スプリッタ及び結合器、信号受信器、位相検波器、並び
にダイバーシチ検出回路の他の光学的及び電気の構成部
分の型及び配置、に適用される。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、本発明の光信号検出装置
及び方法は、偏波ダイバーシチ検出を利用して光ファイ
バのような媒体を伝搬する光信号において出現する偏波
分散（ＰＭＤ）を補償し、受信された光信号は、偏波ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）により第１及び第２偏波成分
に分離され、偏波成分の位相差に対応する制御信号は、
ＰＢＳの前の光信号路に位置する少なくとも１つの偏波
制御器を駆動するのに用いられ２つの偏波成分が受光信
号のＰＳＰと整列する。制御信号はまた、２つの偏波成
分の位相が結合される前に整列されて、ＰＭＤ補償出力
信号を得るように用いられ、可変遅延素子を調整する。
他に偏波制御において、帰還制御を用いて低開口数入出
力結合の回転素子、及び偏波制御器での損失を補償す
る。これらにより単一モード光ファイバと他の偏波分散
伝送媒体から受信した光信号検出が改善する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏波ダイバーシチ検出回路の例を示
す。
【図２】本発明の偏波ダイバーシチ検出回路の代替実施
例を示す。
【図３】本発明に従った適切な、図１と図２の回路での
使用のための偏波制御器の概観図である。
【図４】 図３の偏波制御器の一部分の平面図（Ａ）及
び側面図（Ｂ）である。
【図５】本発明のＰＭＤ補償を表す光学系のブロック図
である。
【図６】偏波制御器での信号損失が帰還制御回路を用い
て補償される光学系のブロック図である。
【符号の説明】
１０ 回路 １２、１４ 偏波制御器 １５ 単一モード光ファイバ １６ 偏波ビームスプリッタ(ＰＢＳ） １８、２０ 受信器 ２２ 位相検出回路 ２４ 可変電気的遅延素子 ２８ 線路 ３０ 電気信号コンバイナ ３２ 決定回路 ４４、４６ 光カプラー ４８、５０ 受信器 ５２ ラインストレッチャ ５４ 偏波ビームコンバイナ ５６ 再生器 ６０ コア ６５ 回転素子 ７０ 支持体 ７１Ａ、７１Ｂ 溝 ７２、７４ くぼみ ７６ 低開口数レンズ、 ７８ コリメータレンズ ８０ 積載 ８２ ガーネット層 １００ 光信号検出システム １０２ 光パルス発生器 １０６ 光送信器 １０８ 第１偏波制御器 １１０ 高ＰＭＤファイバ １１２ 増幅器 １２０、２１５ 結合器（カプラー） １２２ 可変減衰器 １２４ ＣＨ１モニタ １３０ 第２偏波制御器 １３２ 偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ） １４０ ＣＨ２モニタ １４２ ＣＨ３モニタ ２００ 光学系 ２０５ 光源 ２１０ 偏波制御器 ２１２ ソレノイド ２１７ 線路 ２２０ 検出器 ２２５ 帰還制御回路 ２３０ 線路

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】偏波依存伝送特性を有する媒体上を伝送さ
    れる光信号を検出する装置において、 ａ）前記光信号の光信号路に配置する偏波自動制御装置
    と、 ｂ）前記光信号を第１及び第２偏波成分に分けるため、
    偏波制御器の後に前記光信号路に配置する偏波ビームス
    プリッタと、 ｃ）前記第１及び第２偏波成分の位相差に対応する制御
    信号を生成する手段と、この制御信号が光信号の前記偏
    波を調整するために偏波制御器に供給され、からなるこ
    とを特徴とする光信号検出装置。
  2. 【請求項２】前記偏波制御器が、前記制御信号に応答し
    て、前記光信号の偏波の第１及び第２基本状態がそれぞ
    れ、第１及び第２成分の偏波に対応するように、前記光
    信号の偏波を調整することを特徴とする請求項１記載の
    光信号検出装置。
  3. 【請求項３】前記制御信号を生成する手段が、 ａ）前記第１偏波成分及び第２偏波成分を受信し、これ
    らからの第１クロック及び第２クロック信号をそれぞれ
    生成する、第１受信器及び第２受信器と、 ｂ）前記第１及び第２クロック信号を受信し、前記第１
    ２クロック信号及び第２クロック信号の位相差として制
    御信号を生成する位相検出回路とからさらになることを
    特徴とする請求項１記載の光信号検出装置。
  4. 【請求項４】前記偏波制御器が、約１００πラジアン／
    秒よりも速い偏波回転速度を有することを特徴とする請
    求項１記載の光信号検出装置。
  5. 【請求項５】偏波制御器が、 ａ）前記制御信号に従って変化する磁場生成手段と、 ｂ）前記磁場の中に配置し、前記光信号が少なくとも一
    部を通過する、磁場の変化に従って前記光信号の偏波を
    調整する前記回転素子と、 ｃ）前記光信号が散乱されないような低開口数である、
    前記回転素子からの前記光信号を結合する手段とからさ
    らになることを特徴とする請求項１記載の光信号検出装
    置。
  6. 【請求項６】前記回転素子が活性ガーネット物質層を含
    むことを特徴とする請求項５記載の光信号検出装置。
  7. 【請求項７】前記光信号を結合する手段が、低開口数の
    出力コリメートレンズを含み、 前記光信号が前記光信号路の一部を構成する光ファイバ
    と送受信することを特徴とする請求項５記載の光信号検
    出装置。
  8. 【請求項８】約πラジアン／秒程度の偏波回転速度を有
    する、偏波ビームスプリッタの前の前記光信号路に配置
    する第２偏波制御器をさらに有することを特徴とする請
    求項１記載の光信号検出装置。
  9. 【請求項９】前記第２偏波制御器が、半波板及び４分の
    １波板を含むことを特徴とする請求項８記載の光信号検
    出装置。
  10. 【請求項１０】ａ）補償された光信号を得るために前記
    第１偏波成分及び第２偏波成分を受信して結合する偏波
    ビームコンバイナと、 ｂ）前記偏波成分が偏波ビームコンバイナの入力で同相
    に維持されるように、制御信号に応答して偏波成分の位
    相を調整するために、少なくとも１つの偏波成分の信号
    路に配置される可変光遅延素子とをさらに有することを
    特徴とする請求項１記載の光信号検出装置。
  11. 【請求項１１】ａ）前記第１偏波成分及び第２偏波成分
    を受信し、これらからの第１検出信号及び第２検出信号
    をそれぞれ生成する、第１受信器及び第２受信器と、 ｂ）補償された検出信号を得るために、第１検出信号及
    び第２検出信号を受信して結合する、電気信号コンバイ
    ナと、 ｃ）少なくとも１つの前記検出信号の信号路に配置さ
    れ、前記制御信号に応答して前記電気信号コンバイナの
    入力で同相に維持されるように検出信号の位相を調整す
    る、可変電気遅延素子とを更に有することを特徴とする
    請求項１記載の光信号検出装置。
  12. 【請求項１２】ａ）光信号を第１偏波成分及び第２偏波
    成分に分離する段階と、 ｂ）前記第１偏波成分及び第２偏波成分の位相差に対応
    する制御信号を生成する段階と、 ｃ）前記光信号を第１偏波成分及び第２偏波成分に分離
    する前に、前記制御信号に応答して前記光信号の偏波を
    調整する段階とからなる光信号検出方法。
  13. 【請求項１３】前記偏波調整段階ｃ）が、少なくとも１
    つの前記偏波成分が前記光信号の偏波基本状態と整列す
    るように偏波を調整することを特徴とする請求項１２記
    載の光信号検出方法。
  14. 【請求項１４】前記制御信号生成段階ｂ）が、 ｄ）前記第１偏波成分及び第２偏波成分から第１クロッ
    ク信号及び第２クロック信号をそれぞれ生成する段階
    と、 ｅ）前記第１クロック信号及び第２クロック信号の位相
    差として前記制御信号を生成する段階と からさらになることを特徴とする請求項１２記載の光信
    号検出方法。
  15. 【請求項１５】前記入力光信号偏波調整段階ｃ）が、 前記位相差に対応する光信号路に配置された制御信号
    を、前記光信号路に配置された偏波制御器に印加する段
    階を含むことを特徴とする請求項１２記載の光信号検出
    方法。
  16. 【請求項１６】前記光信号偏波調整段階ｃ）が、 ｆ）前記制御信号に従って変化する磁場を生成する段階
    と、 ｇ）前記磁場中に配置され、信号が少なくとも一部を通
    り抜ける、磁場の変化に従って前記光信号の偏波を調整
    するような、前記回転素子を配置する段階と、 ｈ）散乱されないように低開口数結合手段を用いて前記
    回転素子から出た前記光信号を結合する段階とからさら
    になることを特徴とする請求項１２記載の光信号検出方
    法。
  17. 【請求項１７】前記光信号結合段階ｈ）が、 前記光信号路の少なくとも一部を構成する光ファイバと
    光信号を送受信するように、低開口数出力コリメートレ
    ンズを配置することを特徴とする請求項１６記載の光信
    号検出方法。
  18. 【請求項１８】ｉ）補償光信号を供給するために第１偏
    波成分及び第２偏波成分を結合する段階と、 ｊ）偏波成分が結合の前に同相に維持されるように、制
    御信号に応答して光信号の少なくとも１つの偏波成分の
    位相を調整する段階とからさらになることを特徴とする
    請求項１２記載の光信号検出方法。
  19. 【請求項１９】ｋ）第１偏波成分及び第２偏波成分から
    第１検出信号及び第２検出信号をそれぞれ生成する段階
    と、 ｌ）補償検出信号を得るために前記第１検出信号及び第
    ２検出信号を結合する段階と、及び ｍ）前記検出信号が結合の前に同相に維持されるよう
    に、前記制御信号に応答して少なくとも１つの前記検出
    信号の位相を調整する段階とからさらになることを特徴
    とする請求項１２記載の光信号検出方法。
  20. 【請求項２０】ａ）制御信号に従って変化する磁場を生
    成する手段と、 ｂ）前記磁場の中で配置され、少なくとも一部分を光信
    号が通過する、前記磁場の変化に従って光信号の偏波を
    調整する、回転素子と、 ｃ）前記光信号の一部が散乱されないように低開口数を
    有する、前記回転素子から前記光信号を結合する手段と
    からなる偏波制御器。
  21. 【請求項２１】前記回転素子が活性ガーネット物質層を
    含むことを特徴とする請求項２０記載の偏波制御器。
  22. 【請求項２２】前記回転素子から光信号を結合する手段
    ｃ）が、 少なくとも一部が前記光信号路を構成する光ファイバと
    前記光信号を送受信するように配置された、低開口数出
    力コリメートレンズを含むことを特徴とする請求項２０
    記載の偏波制御器。
  23. 【請求項２３】制御信号から前記磁場を生成する手段
    が、 前記制御信号を搬送する線路が近接して配置するコアを
    含むことを特徴とする請求項２０記載の偏波制御器。
  24. 【請求項２４】ａ）光信号を生成する光源と、 ｂ）前記光信号の偏波を調整するための偏波制御器と、 ｃ）前記光信号の一部を受信し、これから帰還信号を生
    成するように配置された検出回路と、及び ｄ）前記帰還信号に応答して前記光信号の電力レベルを
    調整する手段とからなる光学システム。
  25. 【請求項２５】前記光信号の電力レベルを調整する前記
    手段ｄ）が、 前記検出器及び前記光源の間に接続された帰還制御回路
    を含み、 この帰還制御回路が、前記帰還信号を基準信号と比較
    し、前記光源の出力電力レベルを調整するためにその光
    源に供給される駆動信号を生成することを特徴とする請
    求項２４記載の光学システム。
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