KR19990029764A - 1차 편광 모드 분산의 자동 보상을 위한 방법 및 그 장치 - Google Patents

1차 편광 모드 분산의 자동 보상을 위한 방법 및 그 장치 Download PDF

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다니엘 에이 피쉬맨
프레드 루드비히 하이즈만
데이비드 엘 윌슨
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루센트 테크놀러지스 인크
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Abstract

광학 신호가 광학 전송 섬유를 통과하여 전파되면서 겪게 되는 편광 모드 분산의 효과는 복굴절 보상기를 사용한 수신기에서 보상된다. 보상기는 자동으로 그리고 적응 가능하게 광학 신호가 겪는 차동 시간 지연과 실질적으로 동일하지만 부호가 다른 차동 시간 지연의 수준을 발생시킨다. 따라서 원하지 않은 지연을 본질적으로 없앨 수 있다.

Description

1차 편광 모드 분산의 자동 보상을 위한 방법 및 그 장치
본 발명은 광학 전송 시스템(optical transmission system)에 관한 것이며, 더 상세하게는 이러한 시스템 내에서 소위 편광 모드 분산(polarization mode dispersion)이라고 지칭되는 것을 다루는 방법에 관한 것이다.
편광 모드 분산(PMD ; Polarization Mode Dispersion)은 광섬유 내에서 광섬유에 작용하는 외력에 의한 무작위 편광 연결이나 비대칭적인 내부 스트레스(stress)나 스트레인(strain)에 의해 섬유의 중심부로 들어오는 작은 양의 잉여 복굴절의 결과로 일어난다. 그 결과로서, PMD는 광섬유 네트워크 내의 신호 전달을 심각하게 손상시킬 수 있다.
PMD가 광섬유 전송선을 따라 전파되는 광 신호의 일정한 편광 성분에 대해 다르게 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있으며, 따라서 광신호가 광섬유를 통과하여 진행되는 동안 성분들 사이에서 차동 시간 지연(differential time delay)이 일어난다. 이와 같은 차동 시간 지연은 최근에 양산되는 저-PMD 광섬유의 경우는 0.1 ps/(km)1/2정도이고 종전의 방식으로 생산되는 단일 모드 광섬유의 경우에는 수 ps/(km)1/2에 이른다. 불리하게도, 예를 들어 단일 모드 섬유를 사용하는 100km 지상 전송 시스템과 같은 장거리 섬유 광학 연결에 대해서는 차동 시간 지연은 20 ps 이상이 될 수 있으며, 최근의 저-PMD 광섬유를 사용하는 대양 횡단 연결의 경우에도 10 ps 이상이 될 수 있다.
광학 신호의 다른 편광 성분 사이에서 일어나는 큰 시간 지연은 광학 연결을 따라 전파되는 광학 펄스를 현저하게 넓히게 된다. 이러한 현상은 적어도 전송-파장-채널(transmitted-wavelength-channel) 당 10 Gbps의 비트 전송율에서 동작하는 최신 디지털 광파 시스템에서 특히 그렇다. 사실상, 높은 비트 전송율을 갖는 시스템에서 예를 들면 20 ps 의 차동 시간 지연에 의해 펄스가 넓어지는 것은 약 0.5 dB로 수신된 전기적 신호의 눈 도표(eye diagram)의 부분적인 폐쇄를 가져오고, 이는 수신된 신호를 심각하게 왜곡시킨다.
그러나 특정한 전송 섬유 내에서 일어나는 차동 시간 지연은 시간에 대해 일정하지 않으며 온도, 압력 등과 같은 섬유 변화의 물리적 환경에 의해 시간에 따라 변화한다는 사실은 잘 알려져 있다. 이와 같이 광섬유 내의 PMD에 의해 일어나는 시간에 의존하는 차동 시간 지연의 통계는 일반적으로 맥스웰 분포를 따르고, 따라서 특정한 시간대에서 그 평균(average or mean)에 비해 실질적으로 낮거나 수배까지 높을 수도 있다.
(종전의 고-PMD 광학 전송 섬유에서는 예를 들면 100 ps 까지의 차동 시간 지연이 이론적으로 가능하였다는 사실을 유의할 것. 이러한 정도의 시간 지연은 예를 들면 Y. Namihira 등이 Electronic Letters, Vol. 29, No. 18, p.1654, 1993에 발표한 IM-DD 1520 km 광학 증폭기 시스템 내에서 10 Gb/s에서 BER 열화에 대한 편광 효과라는 기사에서 보고된 바와 같이 예를 들면 전기적 신호 내에서 완전한 페이딩을 일으킬 수 있다.)
광섬유 내의 PMD로 인한 신호의 결함을 다루는 종래의 방법은 예를 들면 다음의 것들을 포함한다. (a) M. A. Santoro와 J. H. Winters에 의해 IEEE Photonic Technology Letters, Vol. 2, No. 8, p. 591, 1990에 발표된 편광 분산의 실험적 균등화(Experimental Equalization of Polarization Dispersion)라는 기사에서 논의된 바와 같이 PMD에 의해 야기된 신호 왜곡을 전기적으로 균등화하는 것. (b) B. W. Hakki에 의해 Photonic Technology Letters, Vol. 9, No. 1, p. 121, 1997에 실린 위상 변화 검출에 의한 편광 모드 분산 보상(Polarization Mode Dispersion Compensation by Phase Diversity Detection)이라는 기사에서 논의된 바와 같은 수신된 전기적 신호 내의 차동 시간 지연을 전기적으로 보상하는 방법. 이와 같은 종래의 방법은 또한 (a) T. Ozeki 등이 쓰고 Technical Digest Conference on Optical Fiber Communication 1994(OSA), p. 62에 실린 펄스-파형-비교 알고리즘에 의해 제어되는 가변 균등화 광학 회로를 사용한 편광-모드-분산 균등화 실험(Polarization-Mode-Dispersion Equalization Experiment Using a Variable Equalizing Optical Circuit Controlled by a Pulse-Waveform-Comparison Algorithm)이라는 기사에서 논의된 것과 같은 광학 신호를 전기적 신호로 바꾸기 전에 차동 시간 지연을 광학적으로 보상하는 것과 (b) 예를 들면 T. Takahashi 등에 의해 Electronic Letters Vol. 30, No. 4, p. 348, 1994에 실린 인 라인 증폭기 시스템 내의 시간에 따라 변동하는 편광 모드 분산을 위한 자동 보상 기술(Automatic Compensation Technique for Timewise Fluctuating Polarization Mode Dispersion in In-Line Amplifier Systems)이라는 기사에서 논의된 것과 같은 다른 형태의 보상 방법을 포함한다.
불리하게도, 이와 같은 전기적인 균등화 계획은 상대적으로 작은 양의 차동 시간 지연을 보상할 수 있을 뿐이다. 또한 이 방법들은 고가의 고속 전자 공학을 요구한다. 뿐만 아니라, 일반적으로 종래 기술의 광학 보상기는 요동하는 무작위의(fluctuating-random) PMD에 의해 영향을 받는 섬유 내를 이동하는 광학 신호 내에서 일어나는 변하는 차동 시간 지연을 취급하기 위한 각 보상안에 자동으로 적합하게 되지 않는다. 예를 들면, Takahashi 등의 기사에 서술된 광학 보상 방법은 전송 섬유 내에서 PMD에 의해 일어나는 왜곡을 보상하기 위하여 고정된 광학 시간 지연을 발생시킨다. 그러므로, 이러한 방법은 상대적으로 작은 범위 내의 차동 시간 지연을 취급하는 데에 제한된다. 다른 예로는, T. Ozeki 등의 기사에 나타난 보상 계획이 변화 가능하며 적응성이 있는 차동 시간 지연을 발생시킬 수 있다고는 하지만, 수신된 파형의 형태를 분석하고, 원하는 차동 시간 지연에 해당하는 보상 공정을 구동하기 위해 사용되는 오류 신호를 도출하기 위하여 고비용의 고속 전자 공학이 요구된다.
본 발명의 과제는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 광섬유 내의 PMD의 영향을 없앨 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 광섬유 내의 PMD의 변환에 자동으로 적응할 수 있는 PMD의 취급 방법과 그 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 원리가 실시된 실시예인 시스템을 나타내는 블록도이고,
도 2는 도 1의 왜곡 분석기(distortion analyzer)의 블록도이고,
도 3은 피드백 신호 대 여과된(filtered), 여과되지 않은(unfiltered) 및 가중치가 적용된(weighted) 10 Gb/s 의사-무작위 순서(pseudo-random sequence)에 대한 전체 차동 그룹 지연을 시뮬레이션한 그래프이고,
도 4는 본 발명의 원리가 실시된 다른 실시예인 시스템을 나타내는 블록도이고,
도 5는 도 4의 편광 변환기에 관련된 편광 변환 각도에 대한 전체 차동 그룹 지연을 나타낸 그래프이고,
도 6은 도 1의 차동 지연선의 집적 회로 버전 실시예의 블록도이고,
도 7은 도 1의 시스템의 다른 실시예로서 광학 신호의 전송기에 신호 스크램블러(signal scrambler)가 사용된 것을 나타낸 것이고,
도 8은 도 1과 도 4의 본 발명에 따른 PMD 보상기에 대한 피드백 신호를 만들어내는 데 사용될 수 있는 왜곡 분석기를 나타낸 것이다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 광학 전송선으로부터 수신되는 광학 신호 내에 존재할 수 있는 1차 편광 모드 분산의 수준에 자동으로 적합하게 될 수 있는 장치를 제공한다. 특히, 본 발명에서는 광학 신호의 수신에 응답하여 적어도 두 개의 선택 가능한 상호 직교하는 편광 상태 사이의 차동 광학 시간 지연을 발생시키는 가변 광학 복굴절 요소를 사용한다. 가변 복굴절 요소의 출력에 연결된 광학 신호 분석기는 가변 복굴절 요소의 출력에 나타나는 광학 신호 내에 존재하는 전체 차동 광학 시간 지연에 비례하는 제어 신호를 차례로(?) 발생시킨다. 제어 신호는 복굴절 요소로 공급되어 어떤 직교 편광 상태가 선택되는지를 제어하기 위하여 발생되는 차동 시간 지연의 양을 제어한다.
이러한 방법에 따르면, 전송 광학 섬유 내에서 일어나는 차동 시간 지연과 실질적으로 동일하지만 부호가 반대인 차동 시간 지연을 자동적으로 적합하게 발생시킬 수 있고 따라서 원하지 않는 지연을 상쇄할 수 있다.
본 발명에 대한 자세한 설명은 이하에서 도면과 상세한 설명 및 특허 청구 범위에 나타난다.
편광 모드 분산(PMD)은 단일 모드 섬유 내에서 일어나는데, 이는 섬유 중심부의 잉여 복굴절과 섬유를 따라 다른 지점에서 임의의 편광이 연결되는 것의 결과이다. 섬유 내에서 일어나는 편광 변환은 다음의 식과 같은 단순한 2*2 단위 Jones 행렬,로 모델링할 수 있다.
(1)
여기서, u1과 u2는 일반적으로 광학 신호의 주파수 ω와 섬유 내의 모드 연결에 영향을 미치는 다른 물리적 매개변수들에 의존하는 복소 함수이다.
임의의 광학 주파수 ω = ω0에서, 통상 편광의 기본 상태(PSP ; Principal States of Polarization)이라고 불리는 두 개의 직교하는 편광 상태가 존재한다는 것이 잘 알려져 있다. 섬유를 통과하여 전파되는 광학 신호는 두 개의 PSP 중 하나로 편광되어 있다면 실질적인 양의 차동 시간 지연을 겪지 않는다. 이와 같이, 임의의 광학 주파수 ω = ω0에서, 행렬는 다음과 같이 대각선화(diagonalized)될 수 있다.
(2)
여기서
와(3)
는 단위 행렬이고,
(4)
는 대각선 행렬(diagonal matrix)이다.
존스 벡터(Jones vectors),과 (5)
,은 각각 편광의 입력 및 출력 기본 상태에 해당한다. 또한, 행렬내의 주파수 의존성은 ω0주위의 적어도 충분히 작은 주파수 간격 Δω에 대하여 다음과 같이 (ω - ω0)의 일차로 근사될 수 있다.
(6)
여기서,는 두 개의 편광의 기본 상태(PSP) 중 하나에 맞춰지지 않은 광학 신호 내의 상술한 차동 시간 지연을 일으키는 차동 그룹 지연(DGD ; Differential Group Delay)이다.
이와 같이, 위의 식으로부터 차동 시간 지연 τf가 섬유의 두 PSP 사이에서 일어난다는 것을 알 수 있다. 따라서 광학 섬유 내로 전파되는 결과로 광학 신호가 경험하게 되는 차동 시간 지연은, 본 발명에 따르면, 섬유의 출력에서 차동 시간 지연과 같은 양을 가지고 부호가 반대인 차동 시간 지연 τc= -τf를 삽입함으로써 보상될 수 있다. 이는 다음과 같은 편광에 의존하는 전송 함수를 갖는 광학 요소를 사용하여 쉽게 행해질 수 있다.
(7)
여기서와는 식 (3)에서 나타난 행렬이다. 행렬는 임의의 방향에서의 1차 PMD(즉, 균일한 복굴절)를 묘사한다.
위에서 설명한 바와 같이, 섬유 내의 PMD는 시간과 광 주파수의 변화에 따라 변할 수 있다. 본 발명의 다른 견지에 따르면, 이러한 PMD의 변화는 본 발명의 보상기 내의 복굴절의 양과 방향을 변화시킴으로써 섬유 내의 DGD를 적응성이 있도록 보상하기 위하여 취급될 수 있다. 적응성의 가변-복굴절 보상기는 도 1에 나타난 바와 같이 편광 변환기(30), 예를 들면 여기서 참조 문헌으로 인용되는(incorporated by reference) F. Heismann에게 1993년 5월 18일에 발행된 미국 특허 제5,212,743에 기술된 것과 같은 편광 변환기를, 가변 선형 복굴절을 발생시키는 요소(예를 들면, JDS Fitel Inc.로부터 입수 가능한 모델 PE3의 편광 모드 분산 에뮬레이터와 같은 것)(50)에 직렬로 배치함으로써 쉽게 실현될 수 있다. 본 발명의 다른 견지에 따르면, 이와 같은 복굴절은 도 1에 나타난 바와 같이 편광 변환기의 출력에서의 신호를 섬유의 두 개의 PSP에 해당하는 두 개의 직교하는 선형 편광 상태로 나누고, 두 편광 상태 각각을 해당하는 지연선(50)을 이용하여 가변 시간 τc만큼 지연시킴으로써 발생될 수 있다. 실제로, 만일 편광 변환기(30) 내에서 일어나는 편광 변환과 가변 차동 시간 지연선(50) 내의 시간 지연이 편광 변환기(30)가 식 (7)에 의해 표현된 행렬 W-1에 의해 묘사되는 편광 변환을 발생시키고, 가변 차동 시간 지연선(50)이 식 (7)의 차동 시간 지연 τc를 발생시키도록 적절히 조절된다면, 보상기(25)에 의해 출력되는 신호는 전송 섬유(20) 내에서 일어나는 차동 시간 지연으로 인한 왜곡이 생기지 않는다.
가변의 주파수 의존적인 복굴절을 발생시키는 광학 요소(예를 들면 직렬로 연결되어 있으며 적절히 배열된 복굴절 섬유의 조합과 같은 것)가 높은 차수의 PMD에 의해 발생하는 신호 왜곡을 보상하기 위해 유사한 방법으로 사용될 수 있다. 그러나, 가변 복굴절 보상기와 직렬로 연결된 편광 변환기만으로는 섬유 내의 PMD의 변화에 대해 자동적으로 적응되지는 않는다. 본 발명의 다른 견지에 따르면, 이러한 자동 적응은 가변 차동 시간 지연선(50) 내의 차동 시간 지연(즉, 선형 복굴절의 양) 뿐 아니라 편광 변환기(30) 내에서 일어나는 편광 변환을 제어하기 위한 피드백 신호(즉, 가변 복굴절의 방향)를 제공함으로써 달성될 수 있다. 원하는 피드백 신호는 광학 신호가 보상기(25)를 통해 이동한 후에 광학 신호 내에 존재하는 차동 시간 지연에 의한 왜곡의 양을 모니터링함으로써 보상기(25)의 출력에 발생될 수 있다.
본 발명의 또다른 견지에 따르면, 도 1에 나타난 것과 이후에 더 설명될 것과 같이, 통상의 신호 탭(85)을 경유하여 보상기(25)가 광학 수신기(90)로 출력하는 신호 내의 왜곡을 최소화하기 위하여 편광 변환과 차동 지연 τc를 동시에 조정하는 데에 단지 하나의 피드백 신호만이 필요하다는 것을 알 수 있다.
특히, 보상기(25)가 출력하는 신호의 일부는 광학 탭(85)을 경유하여 고속 광검출기(55)로 뻗어 있는 경로(87)로 공급된다. 고속 광검출기(55)는 예를 들면 적어도 광학 전송기(10)에 의해 전송된 변조된 광학 신호의 정보 대역폭과 같은 전기적 대역 폭을 갖는 Hewlett Packard Co.의 모델 11982 광대역 광파 변환기(Wideband Lightwave Converter)와 같은 것이 될 수 있다. 신호의 나머지는 수신기(90)로 뻗어 있는 경로(86)로 공급된다. 광검출기(55)는 광학 캐리어 신호에 대해 변조된 고속 디지털 정보 신호를 전기적 신호로 변환한다. 전기적 신호는 통상의 증폭기(60)에 의해 증폭되고 증폭된 광전류 내의 왜곡을 측정하고 증폭된 결과를 왜곡에 비례하는 전압 Vf로 변환시키는 전기적 왜곡 분석기(70)로 연결된다. 예를 들면, 전압 Vf는 광학 신호에 1차 PMD로 인한 왜곡이 없을 때 최대값을 갖는다. 즉, 광섬유(20)와 보상기(25)의 결합된 차동 시간 지연이 실질적으로 0과 같은 때이다. 광섬유(20)와 보상기 내로 안내된 결합된 DGD, τtotal은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(8)
여기서 τf는 섬유(20) 내의 DGD이고, τc는 보상기(25) 내의 DGD이며, 2θ는 직접적으로 편광 변환기(30)에 의해 제어되는 섬유(20)의 PSP와 보상기(25)의 PSP에 대응하는 소위 스톡스 벡터(Stokes vector) 사이의 각이다.
2θ가 ±π의 값을 갖도록 조정되었을 때 즉, 섬유(20)의 소위 느린 PSP와 빠른 PSP가 각각 보상기(25)의 소위 빠른 PSP와 느린 PSP에 평행하게 정렬되었을 때, 전체 차동 시간 지연 τtotal이 최소값 |τf- τc|가 된다는 사실은 식 (8)로부터 명백하다. 이와 같이, 각 θ의 조정은 피드백 경로(71)를 통하여 공급되는 피드백 전압의 값 Vf에 응답하여 Vf가 상대적인 최대값을 갖도록 편광 변환기(30)를 조정함으로써 얻을 수 있다.
또한, 보상기(25) 내의 차동 시간 지연 τc는 피드백 전압 Vf의 값에 응답하여 τc가 섬유(20) 내에서 실질적으로 DGD, τf와 동일하게 되어 τtotal을 0으로 만들도록 조정될 수 있다. 이 지점에서 Vf는 최대값을 갖는다. 이와 같이, 편광 변환기(30)와 가변 차동 시간 지연선(50)에 의해 발생된 차동 시간 지연의 방향과 양이 앞서 말한 것처럼 조정되면, PMD 보상기(25)가 출력하는 광학 신호 내의 왜곡 수준이 최소가 된다. 또한, 보상기(25) 내의 DGD의 방향이나 수준이 원하는 값(즉, 2θ = ±π와 τc= τf)으로부터 상당히 빗나가게 되면, 보상기(25)가 출력하는 신호는 결과적인 0이 아닌 차동 시간 지연 τtotal에 의해 왜곡된다.
고속 정보 신호로 변조된 광학 신호 내의 두 직교하는 편광 성분 사이의 차동 시간 지연 τtotal은 약 f = 1/2τtotal의 주파수에 중심을 둔 전기적 주파수 대역 내에서 수신기에서 검출된 전기적 신호 내에 부분적 또는 전체적 페이딩(fading)을 일으킬 수 있다. 페이딩은 광학 광검출기에 의해 검출된 후 구체적으로 결정된다. 광학 전송선 내에서 차동 시간 지연 τtotal을 경험한 진폭이 변조된 광학 신호의 주파수 응답은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
여기서 f는 검출된 전기적 주파수이고, γ와 (1-γ)는 섬유의 빠른 PSP와 느린 PSP 내에서 전송된 광출력의 비율(fraction)이다. 그리고 함수 S는 광검출기(55)에 의해 발생된 광전류 내의 감소를 나타내며, 0≤S≤1이다. 광학 신호가 전송선 내에서 PMD를 겪지 않은 경우(즉, τtotal= 0인 경우)에 S(f)는 1이 되고, γ = 0.5인 경우, 즉 τtotal≠ 0이고 각 PSP에서 광신호가 동일한 출력 수준을 갖는 경우 S(f)는 f = (2τtotal)-1에서 0으로 감소한다. S(f)는 이와 같이 전송 섬유와 보상기 내의 전체 DGD로 인한 광학 신호 내의 왜곡을 독특한 방식으로 측정한다.
만일 DGD가 최대값 τmax이하의 값으로 제한된다면 광학 신호 내의 왜곡은 특정한 주파수 f ≤1/(2τmax)의 수신된 전기적 신호의 진폭을 단순히 측정하는 것으로 그 양을 정할 수 있다. 이 신호의 진폭은 피드백 신호가 최대화되기 위한 PMD 보상기(25) 내에서 발생되는 DGD의 방향과 수준을 자동으로 조정하기 위한 피드백 신호로 사용될 수 있다.
전송 시스템 내에 삽입될 수 있는 전체 DGD에 대한 상술한 바와 같은 요구사항 τtotal≤ τmax는 광학 전송 섬유 내에서 보상될 수 있는 DGD의 양 τf를 τtotal≤ 2τf로 제한할 수 있다. 예를 들면, 10 Gbps 디지털 전송 시스템 내에서 수신된 전기적 신호의 진폭이 5 GHz에서 측정되면, τf는 항상 50 ps보다 작아야 한다. 만약 그렇지 않으면, 5GHz 성분의 진폭의 함수로 발생되는 피드백 신호는 다음과 같은 의미에서 모호해진다. 즉, τtotal= 0의 값을 얻기 위해 어떤 양과 방향에 의해 편광 변환과 차동 시간 지연 τc가 조정되어야 하는지를 결정하기가 어렵다는 의미에서이다. 이는 예를 들면, 피드백 신호의 진폭이 두 개의 다른 τtotal값에 대해 동일할 때 일어나며 PMD 보상기(25)내의 차동 시간 지연의 방향과 수준을 잘못 조정하는 결과를 낳을 수 있다.
그러나, DGD에 적용될 수 있는 보상의 수준을 제한하지 않고도, 광섬유 내로 전파되는 광학 정보 신호 내에 포함된 복수의 주파수 성분의 진폭을 측정함으로써 모호하지 않은(unambiguous) 피드백 신호(즉, τtotal에 대한 단일한 측정인 신호)가 발생될 수 있다는 사실을 알고 있다. 광대역 전기적 출력 검출기를 사용하여 실질적으로 수신된 주파수 스펙트럼 전체의 진폭을 분석하는 본 발명의 보상기의 실시예가 도 2에 나타나 있다. 광대역 전기적 출력 검출기(95)는 예를 들면 Hewlett Packard Co.로부터 입수할 수 있는 모델 8474 다이오드 검출기일 수 있으며, 더 구체적으로는 위와 같은 진폭을 실질적인 전체 고주파수 전기적 스펙트럼의 진폭(출력 수준)의 적분에 비례하는 단일 피드백 전압 Vf으로 변환한다. (피드백 전압을 발생시키는 데 있어서는 광전류의 DC 성분을 포함시키는 것이 필수적인 것은 아니다. 왜냐 하면, 이 성분은 일반적으로 1차 PMD에 의해 영향을 받지 않기 때문이다.)
도 2에 나타난 실시예에서, 왜곡 분석기(70)(도 1과 도 2)에 의해 발생된 피드백 전압 Vf는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
(9)
여기서, id(f)는 광검출기(55)가 증폭기(60)로 공급하는 광전류의 증폭된 버전이고, fmin과 fmax는 각각 위에서 설명한 스펙트럼의 최저 및 최고 주파수이다. 바람직하게는, fclock이 수신된 디지털 정보의 클락 주파수일 때 fminfclock/100이고 fmaxfclock인 것이 좋다. 예를 들면, 10 Gbps 전송 시스템에서 120 ps에 이르는 DGD를 보상하기 위하여, 피드백 전압 Vf가 단일한 값을 갖도록 하기 위하여 fmin 100 MHz와 fmax 15 GHz가 충분함을 알 수 있다. 모호하지 않은 피드백 신호를 얻기 위하여 어쩌면 상술한 통합 처리 이전 또는 처리 중에 광학 신호에 대해 변조된 디지털 정보 신호 내에 포함된 스펙트럼의 성분에 근거하여 전기적 스펙트럼을 여과하거나 가중치를 적용하는 것이 필수적일 수도 있다. 그러한 경우에, 증폭기(60)의 출력은 출력 검출기(95)에 의해 검출되기 전에 전기적 여과 장치(65)를 통과한다. 이는 도 3에 그래프로 나타나 있다. 도 3은 무작위의 또는 의사-무작위의 비트 열(PRBS ; pseudo-random bit sequence)을 나르는 여과되지 않은 10 Gbps 디지털 정보 신호와 여과된 10 Gbps 디지털 정보 신호 모두의 전체 고주파수 스펙트럼을 적분하여 얻어지는 피드백 전압 대 해당하는 광학 신호에 의해 경험된 전체 DGD τtotal의 그래프를 보여준다. 곡선(310)은 PRBS를 나르는 여과되지 않은 광학 신호로부터 나온 피드백 신호의 원하는 절대 최대값은 τtotal= 0일 때 나타내는 것과 약 180ps 이상의 τtotal의 값에서 2차 최대값을 나타내는 것을 보여준다.
도 3의 곡선(330)은 또한 이러한 주파수 성분의 적당한 여과 또는 곡선(320)에 의해 나타난 가중치 적용이 원하지 않은 2차 최대값을 제거하고 따라서 수신된 광학 신호의 원하는 편광 성분 내에 원하는 수준의 차동 시간 지연을 제공하기 위하여 편광 변환기(30)와 조정할 수 있는 지연선(50)에 공급되는 모호하지 않은 피드백 신호를 제공한다. 편광 변환기(30) 내의 편광 각도 θ와 지연선(50) 내의 차동 시간 지연 τc는 상술한 미국 특허 제5,212,743호에 개시된 알고리즘과 같은 단순한 최대값 검색 알고리즘을 이용하여 피드백 신호 Vf의 수준이 최대값에 이를 때까지 번갈아 조정될 수 있다. 더 구체적으로는, 지연선 내의 차동 시간 지연은 피드백 전압 Vf의 절대 최대값을 결정하기 위하여 계속적으로 현재의 값 주위를 움직인다. 각 시간 τc는 다른 값으로 설정되고, 편광 각도 θ는 왜곡 분석기(70)에 의해 공급된 피드백 신호 Vf의 수준이 그 설정에 대한 최대값에 도달할 때까지 편광 변환기에 의해 조정된다. 이 절차는 Vf가 수신된 광학 신호 내의 1차 PMD로 인한 왜곡이 최소가 되는 절대 최대값에 도달할 때까지 차동 시간 지연의 각 값에 대해 반복된다.
(도 8이 곡선(320)에 해당하는 모호하지 않은 신호를 얻는데 사용될 수 있는 왜곡 분석기를 나타내고 있음을 주목할 것)
본 발명의 두 번째 실시예는 도 4에 나타나 있으며, 도면에 나타난 바와 같이 광학 신호의 소스(410), 광학 전송 섬유(420) 및 제1 및 제2 자동 편광 변환기(430, 440)와 제1 및 제2 고복굴절 단일 모드 섬유(HBF ; high birefringence single-mode fiber)(435, 445)를 각각 포함하는 두 개의 부분으로 이루어진 가변 DGD 보상기(425)를 포함한다. 섬유(435, 445)는 예를 들면 1.4 ps/m의 DGD를 갖고 있으며, 일본의 Fujikura Company로부터 입수할 수 있는 SM.15-P-8/125가 될 수 있다. 이 부분들은 각각 해당하는 부분의 느린 광축과 빠른 광축을 따라 편광된 광신호 사이의 차동 시간 지연 τ1과 τ2를 발생시킨다. 출력 HBF(445)는 광학 수신기(490)로 연결된 선택적인 탭(485)에 연결되어 있다. 광학 신호의 일부는 탭(485)을 경유하여 고속 광검출기(455)로 공급된다. 이와 유사하게, 광검출기(455)의 전기적 출력은 증폭기(460)로 공급되고 증폭된 결과는 다시 전기적 여과기(465)와 광대역 전기적 출력 검출기(495)를 포함하는 왜곡 분석기(47)로 공급된다. 왜곡 분석기(47)는 편광 변환기(430)와 편광 변환기(440)로 공급되는 피드백 신호를 발생시킨다.
피드백 신호에 응답하는 편광 변환기(440)는 변환기(440)가 HBF(435)의 빠른 축과 HBF(445)의 빠른 축 사이의 각 θc를 효과적으로 변화시킬 수 있도록 HBF(435)와 HBF(445) 사이의 광학 신호의 편광 상태를 회전시킨다. HBF(435, 445)의 직렬 연결에 의해 제공되는 결과적인 차동 시간 지연 τc는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
(10)
이 식은 보상기(425)에 의해 발생되는 차동 시간 지연이 최소값 |τ1- τ2|과 최대값 (τ1+ τ2)사이에서 연속적으로 변화함을 보여준다.
HBF(445)의 τ2를 HBF(435)의 τ1과 실질적으로 동일하게 선택함으로써, 편광 변환기(440) 내의 편광 변환을 변화시켜 차동 시간 지연 τc가 0과 2τ1사이에서 변하도록 할 수 있다. 또한 편광 변환기(430)는 도 1의 편광 변환기(30)와 유사하게 동작한다. 왜냐 하면 이는 피드백 신호가 최대값에 이르도록 편광 변환기(430) 내의 θ값을 변화시킴으로써 전송 섬유의 출력 PSP를 HBF(435), 편광 변환기(440) 및 HBF(445)에 의해 형성된 가변 복굴절 보상기의 입력 PSP에 평행하게 정렬하기 위하여 사용되기 때문이다. 변환기(440)는 이제 τc= τf가 될 때까지 θc값을 조정한다. 조정의 이러한 형태의 예가 θ와 θc에 대한 전체 DGD τtotal의 그래프로 도 5에 나타나 있다. 이 조정은 섬유 DGD가 τf= 70 ps이고 HBF(435)와 HBF(445) 내의 차동 지연이 각각 τ1= 50 ps와 τ2= 40 ps라고 가정한 것이다. θ의 값이 π/2 라디안이고(이는 전송 섬유(420)의 느린 PSP가 보상기(425)의 빠른 PSP에 평행하게 정렬되어 있음을 의미한다), θc가 약 0.68 라디안일 때(또는 2.46 라디안) τtotal이 거의 0이 됨을 도 5로부터 알 수 있다.
도 4의 시스템은 또한 보상기(425)가 탭(485)으로 출력하는 광학 신호 내의 왜곡의 수준에 비례하여 변하는 피드백 신호에 의해 편광 변환기(430, 440)가 제어되면 1차 PMD를 발생시켜 보상의 수준을 자동으로 적응하게 한다.
위에서 설명된 바와 같이, 도 1과 도 4에 각각 나타난 피드백 경로는 유사한 구성 요소를 포함하고 있다. 그러나, 도 4의 시스템이 보상할 수 있는 가능한 차동 시간 지연의 범위는 광학 신호의 전체 대역폭, 즉 광학 신호에 대해 변조된 고속 정보 신호에 의해 제한된다. 구체적으로는, τ2= τ1인 경우에 대하여, 변환기(425) 내의 주파수에 의존하는 편광 변환은 다음의 단위 행렬로 설명될 수 있다.
(11)
여기서, Δω = ω - ω0이고,는 편광 변환기(430) 내의 편광 변환이다. 식 (11)로부터 τc= 2τ1·cosθc이고 Δω 내의 1차까지에 대하여는 Ucomp(ω)가 식 (7)의 동일한 원하는 형태를 갖는다는 것을 알 수 있다. 그러나, 식 (11)의 오른쪽의 두 번째 행렬 내의 대각선으로부터 벗어난 값들은 τ1Δω의 큰 값에 대하여 상당한 양의 빛이 보상기의 PSP 사이에서 서로 연결된다는 것을 보여준다. 구체적으로, θc= π/4 라디안과 τ1Δω = π 라디안에서, 입력 PSP의 하나의 입력으로부터 나오는 빛은 직교하는 출력 PSP로 완전히 연결된다.
이와 같이, 광학 신호의 전체 대역 폭이 1/τ1나 1/τ2에 비해 크다면, 보상기(425)는 전송 섬유 내의 1차 PMD의 효과를 상쇄하기 위한 광학 신호의 모든 주파수 성분에 대해 원하는 차동 시간 지연을 동시에 발생시킬 수 없다.
그러나, 의사-무작위의 10 Gbps 디지털 신호를 전달하는 진폭이 변조된 광학 신호에 대하여 보상기(425)에 의해 발생된 τ1 τ2 50ps의 차동 시간 지연이 받아들일만한 낮은 수준의 2차 PMD 왜곡을 갖는 적응 가능한 PMD 보상에 대하여 여전히 허용된다는 것을 실험적으로 보여주었다.
보상기(425)는 필요한 경우에는 위에서 언급된 바와 같이 필요한 경우에는 단지 부가적인 부분을 추가함으로써, τc= τ1+ τ2= 100ps 보다 큰 차동 시간 지연을 발생시키도록 쉽게 배열될 수 있다는 점을 주목하라. 각 부가적인 부분은 상술한 바와 같이 각각 τ3= 50ps와 τ4= 50ps의 차동 시간 지연을 갖는 편광 변환기와 HBF를 포함하는 등이다. 이러한 보상기는 또한 1차 DGD에 보태어 2차 PMD의 효과를 보상할 수도 있다.
가변 1차 PMD를 보상하기 위해 동작하는 조정 가능한 차동 지연선의 다른 실시예의 넓은 블록도가 도 5에 나타나 있다. 도 1에 나타난 바와 유사하게 도 5의 보상 시스템은 입력에 들어오는 광학 신호의 편광을 분리하기 위한 요소(540)와 출력에 전송 섬유의 변환된 PSP를 재결합하기 위한 요소(541)를 포함한다. PSP 중 하나에 관련된 가변 시간 지연은 조정 가능한 지향성 연결기(adjustable directional coupler)(560 - 563)를 각각 경유하여 직렬로 연결된 다수의 비대칭적인 도파관 마하-젠더 간섭계(530 - 532)에 의해 발생된다. 지향성 연결기는 광학 신호를 마하-젠더 간섭계(530 - 532)의 짧은 다리 또는 긴 다리를 통해 향하도록 하기 위하여 통상의 방법으로 제어될 수 있으며, 따라서 0과 τi= ΔLi·n/c사이의 가변 지연을 안내한다. 여기서, ΔLi·n는 i번째 간섭계의 광학 경로 차이이고, c는 빛의 속도이다. 이와 같이 Δτc= ΔL1n/c의 불연속적인 단계 내에서 0과 τcmax= (2n- 1)·ΔLin/c 사이의 원하는 차동 시간 지연을 발생시키는 것이 가능하다.
지연 τc가 하나의 값에서 다른 값으로 변하는 동안 간섭계를 통과하는 신호의 방해되지 않는 흐름을 얻기 위하여 각 간섭계의 상대 광학 위상은 각 마하-젠더 간섭계의 두 팔로부터 나오는 두 개의 광학 신호의 보강 동일 위상 간섭으로 변하여 연속되는 지향성 연결기로 들어가야 한다. 따라서, 각 마하-젠더 간섭계 내에 예를 들면, 각각의 위상 변조기(570 - 572)와 같은 가변 위상 변조기(variable phase shifter)를 포함하는 것이 필수적이다.
앞서 말한 원리에 기초한 제어 가능한 도파관 지연선은 예를 들면 니오븀화 리튬(lithium niobate)과 반도체 물질과 같은 다수의 다른 전기광학 기판이나 예를 들면, 지향 연결기(560 - 563)와 위상 변조기(570 - 572)를 제어하기 위하여 열광학 또는 음향광학 효과를 사용하는 다른 광학 물질 위에 쉽게 만들어진다.
도 1과 도 4에 나타난 PMD 보상기에 대해서, 신호의 대부분이 섬유의 PSP 중 하나를 통해 전송된다면, 즉 γ나 (1 - γ)가 작다면 전송 섬유가 내보내는 신호 내에서 매우 낮은 수준의 왜곡만이 일어날 수 있다는 점을 주목할 필요가 있다. 또한 큰 τf값이 전송 섬유 내에 나타나더라도 S(f)가 1에 가깝게 될 수 있다. 이러한 상황에서는, 보상기 내의 τc는 임의의 값을 가질 수 있다. 더 나아가서, 섬유를 따라 어떤 지점에서 광학 신호의 편광 상태가 급격히 변한다면 광학 신호 내의 왜곡 수준은 갑자기 커질 수 있다. 이렇게 되면, PMD 보상기 내의 θ와 τc값을 빨리 조정하는 것이 요구된다.
τc의 불시의 조정은 다수의 다른 편광 상태에 대하여 전송 섬유로 향하는 입력 편광 상태를 빠른 속도로 주사함으로써 피할 수 있다. 예를 들면, 시간에 대하여 평균하여 모든 가능한 편광 상태가 동일한 가능성으로 여기되도록 하는 것이다. 그러면, 평균으로 보아 입력 신호의 약 1/2이 전송 섬유의 PSP의 하나에 있게 되고, 나머지 반은 다른 PSP 내에 있게 된다. 즉, 평균적으로는= 0.5 = 1 -가 된다. 결과적으로, PMD 보상기로 공급되는 광학 신호 내에 충분한 수준의 왜곡이 시종 일관하여 존재하게 되고, 이는 해당하는 섬유 내의 편광의 변화에 독립적으로 τc가 적절히 조정될 수 있게 해준다.
PMD 보상기의 피드백 회로가 안정적으로 유지된다는 것을 보증하기 위하여 전송 섬유에 대한 상술한 입력 편광 상태의 주사가 PMD 보상기의 입력을 공급하는 편광 변환기의 응답 시간보다 훨씬 빠르게 수행되어야 한다. 이러한 주사를 수행할 수 있는 하나의 예는 여기서 참조 문헌으로 인용되고, 1994년 10월 25일에 F. Heismann 등에게 허여된 미국 특허 제5,359,678호에 개시되어 있는 전기광학 편광 스크램블러(scrambler)이다.
도 7은 전송 섬유의 입력에 빠른 전기 광학 편광 스크램블러를 사용하는 본 발명의 실시예를 보여 준다. 스크램블러(15)는 스크램블러(15)가 내보내는 광신호의 편광의 평균 각도가 실질적으로 0과 동일하게 되는 한, 예를 들면 사인 곡선이나 톱니 모양 전압과 같은 임의의 전압으로 변조될 수 있다.
상술한 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시하기 위한 것이다. 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 비록 여기서 명시적으로 나타나거나 서술되지는 않았지만 이 발명의 사상과 범위 내에 있는 원리를 구현하는 많은 배열을 고안해낼 수 있을 것이다. 예를 들면, 전술한 것에 근거하여 통상의 지식을 가진 자에게는 더 높은 차수의 PMD의 효과는 단지 보상기, 예를 들면 보상기(450),가 필요한 경우에 부가적인 부분을 갖도록 확장하는 것에 의해 다루어질 수 있다는 것은 자명하다.
이와 같이 본 발명에서는 광섬유 내의 광학 신호 내에서 발생하는 차동 시간 지연과 실질적으로 동일하지만 부호가 다른 차동 시간 지연을 발생시켜 원하지 않은 지연을 없앨 수 있고, 광섬유 네트워크 내에서 신호 전달의 손상을 막을 수 있다. 그밖에도 본 발명의 실시예에 따른 방법과 장치는 광섬유 내의 PMD의 변환에 자동으로 적응하여 PMD를 보상할 수 있다.

Claims (41)

  1. 편광의 기본 상태를 갖는 광학 전송 섬유 내에서 일어나는 편광 모드 분산의 효과를 보상하기 위한 보상기에 있어서, 상기 보상기는
    상기 광학 전송 섬유를 통해 수신된 광학 신호의 특정한 성분의 편광을 방향 전환하기 위해 동작하는 편광 변환 요소,
    상기 편광 변환 요소의 출력에 공급된 신호를 두 기본 상태 중 해당하는 하나에 대해 직교하도록 방향이 정해진 편광 상태를 갖는 소정의 수의 신호로 분할하고 이와 같이 분할된 각 신호를 가변양의 시간만큼 지연시키기 위해 동작하는 장치,
    상기 지연을 위한 장치에 의해 출력된 신호를 분석하고, 상기 분석된 신호 내의 왜곡의 수준을 지시하는 수준 지시기를 갖는 왜곡 지시기를 발생시키며, 상기 왜곡 지시기를 상기 편광 변환기와 상기 장치로 공급하기 위하여 동작하는 분석기를 포함하며, 상기 편광 변환 요소와 상기 장치는 상기 왜곡 지시기의 수준의 변화에 응답하여 상기 왜곡 지시기의 수준이 소정의 상태에 도달하기까지 상기 각 편광 상태의 방향과 상기 시간의 가변양을 각각 변화시키는 보상기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편광 변환 요소는 수신된 광학 신호의 두 개의 선택된 직교하는 편광 성분을 두 개의 소정의 직교하는 편광 상태로 변환하기 위해 동작하는 편광 변환기인 보상기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며, 상기 왜곡 지시기의 값의 함수로 두 개의 직교하는 편광 상태 사이의 차동 시간 지연을 발생시키는 복굴절 요소인 보상기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 지연을 위한 장치는 차동 시간 지연선인 보상기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 편광 변환 요소와 상기 분할을 위한 장치는 서로 직렬로 연결되어 있는 보상기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 왜곡 분석기는 제1 및 제2 평행한 부분이 직렬로 연결되어 있는 광학 수신기를 포함하고, 상기 제1 평행한 부분은 광대역 전기적 출력 검출기를 포함하며, 상기 제1 평행한 부분은 상기 광대역 전기적 출력 검출기와 직렬로 연결되어 있는 저통과 여과기(low-pass filter)를 포함하고, 상기 왜곡 분석기는 상기 제1 및 제2 부분의 출력을 결합하고 왜곡 지시기로서 결합된 신호를 출력하기 위한 계산 회로(adder circuit)를 더 포함하는 보상기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 왜곡 지시기는 피드백 전압인 보상기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 편광 변환 요소와 상기 장치는 고복굴절 광섬유와 직렬로 연결된 편광 변환기를 포함하는 복수의 부분으로 형성되어 있으며 상기 고복굴절 섬유는 상기 편광 변환기의 출력으로 연결되어 있는 보상기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 장치는 지향성 연결기에 의하여 서로 직렬로 연결된 마하-젠더 간섭계 열을 포함하는 보상기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 간섭계는 비대칭 도파관 간섭계인 보상기.
  11. 정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치에 있어서, 상기 장치는
    상기 전송선과 직렬로 연결되어 선택 가능한 상호 직교하는 편광 상태 사이의 차동 광학 시간 지연을 발생시키기 위한 가변 광학 복굴절 요소,
    상기 가변 복굴절 요소의 출력에 연결되어 있으며, 광학 신호 내의 전체 차동 광학 시간 지연에 비례하는 제어 신호를 상기 가변 복굴절 요소의 출력에 발생시키기 위한 광학 신호 분석기 및
    상기 가변 복굴절 요소 내에서 발생된 차동 시간 지연의 양을 제어하고, 광학 신호 분석기에 의해 발생된 제어 신호에 응답하여 상기 가변 복굴절 요소 내의 두 개의 직교하는 편광 상태를 선택하기 위한 피드백 요소를 포함하는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 가변 복굴절 요소는
    편광 변환기로 들어오는 광학 신호의 두 개의 선택된 직교 편광 요소를 두 개의 소정의 직교하는 편광 상태로 변환하기 위한 가변 편광 변환기 및
    상기 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며 상기 두 개의 소정 편광 상태 사이의 가변 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 가변 복굴절 요소를 포함하는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가변 복굴절 요소는
    상기 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며, 상기 두 개의 소정 편광 성분을 두 개의 공간적으로 분리된 광학 경로로 분리하기 위한 편광 분리기,
    상기 편광 분리기의 출력에 연결되어 있으며, 상기 두 개의 소정 편광 성분 사이의 가변 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 가변 차동 지연선 및
    상기 가변 차동 지연선의 출력에 연결되어 있으며, 상기 소정의 차동 지연된 편광 성분을 단일 광학 출력 신호의 두 개의 서로 직교하는 편광 상태로 결합하기 위한 편광 결합기를 포함하는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 가변 복굴절 요소는
    편광 변환기로 들어오는 광학 신호의 두 개의 선택된 직교 편광 성분을 두 개의 제어 가능하게 변화하는 직교 편광 상태로 변환하기 위한 제1 가변 편광 변환기,
    상기 제1 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며, 두 개의 소정 직교 편광 성분 사이의 제1 소정 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 제1 고정 복굴절 요소,
    상기 제1 고정 복굴절 요소의 출력에 연결되어 있으며, 제2 편광 변환기로 들어오는 광학 신호의 상기 두 개의 선택된 편광 성분을 두 개의 제어 가능하게 변하는 직교 편광 상태로 변환하기 위한 제2 가변 편광 변환기 및
    상기 제2 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며, 두 개의 소정 직교 편광 상태 사이의 제2 소정 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 제2 고정 복굴절 요소를 포함하는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고정 복굴절 요소의 상기 제1 및 제2 차동 시간 지연은 실질적으로 같은
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고정 복굴절 요소는 각각 복굴절성 광학 섬유의 소정 길이인
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  17. 제11항에 있어서, N1일 때, 상기 가변 복굴절 요소는 직렬로 연결된 N개의 부분을 포함하며,상기 각 부분은
    편광 변환기로 들어오는 광학 신호의 두 개의 선택된 직교 편광 성분을 두 개의 제어 가능하게 변화하는 직교 편광 상태로 변환하기 위한 가변 편광 변환기 및
    상기 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며 두 개의 소정 직교 편광 상태 사이의 소정 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 고정 복굴절 요소를 포함하는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 각 부분의 상기 고정 복굴절 요소 내에서 발생된 상기 소정 차동 시간 지연은 실질적으로 서로 같은
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  19. 제3항에 있어서, N1일 때, 상기 가변 차동 지연선은 N개의 부분을 포함하며, 상기 각 부분은
    두 개의 입력과 두 개의 출력을 가지고 있으며, 연결기의 상기 입력 중 하나로 들어오는 광학 신호를 연결기의 상기 출력 중 하나로 제어 가능하게 연결하기 위한 가변 광학 연결기 및
    상기 가변 광학 연결기의 출력에 연결되어 있는 두 개의 입력과 두 개의 출력을 갖고 있으며, 상기 두 개의 입력을 경유하여 각각 지연선으로 들어오는 두 개의 광학 신호 사이의 소정의 차동 시간 지연을 생성하기 위한 고정 차동 지연선을 포함하는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 각 부분의 상기 고정 차동 지연선 내에서 발생된 상기 차동 시간 지연은 실질적으로 같은
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 고정 지연선 내에서 발생되는 상기 차동 시간 지연은, n은 1과 N 사이의 정수일 때, 그 값이 실질적으로 2(n-1)의 비의 함수의 형태로 서로 관련되어 있는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  22. 제11항에 있어서, 상기 광학 분석기는
    광학 캐리어에 대해 변조된 정보 신호를 전기적 신호로 변환하기 위한 고속 광검출기 및
    상기 광검출기의 출력에 연결되어 있으며 광학 신호의 두 개의 직교 편광 성분 사이의 차동 광학 시간 지연으로 인한 상기 전기적 신호 내의 왜곡을 측정하고 상기 차동 시간 지연에 비례하는 제어 신호를 발생시키기 위한 전기적 신호 분석기를 포함하는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전기적 신호 분석기는 전기적 신호 내의 다양한 소정 주파수 성분의 강도를 측정하고, 상기 제어 신호는 상기 측정된 전기적 주파수 성분의 강도에 소정의 가중치를 더하여 발생되는 정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 신호 분석기는
    상기 전기적 신호의 주파수 성분을 선택적으로 약하게 하는 전기적 여과기 및
    상기 전기적 여과기의 출력에 연결되어 있으며, 여과된 전기적 신호의 전체 광학 출력을 측정하고 여과된 전기적 신호의 전체 출력과 실질적으로 같은 제어 신호를 발생시키기 위한 전기적 출력 검출기를 포함하는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  25. 제11항에 있어서, 상기 전송선을 통해 전송되는 광학 신호의 편광 상태는 시간에 대해 평균하면 모든 편광 상태가 동일한 가능성으로 여기되는 방식으로 편광 상태의 범위에 대하여 빠르게 주사되는
    정보 신호에 의해 변조된 광학 신호를 전달하는 광학 전송선 내의 1차 편광 모드 분산에 적합하도록 된 장치.
  26. 광학 전송 시스템에 있어서, 광섬유 전송선을 통하여 광학 신호를 광학 수신기로 전송하는 광학 전송기 및
    상기 전송선으로부터 광학 신호를 수신하고, 상기 수신된 광학 신호의 성분의 선택 가능한 상호 직교하는 편광 상태 사이의 차동 시간 지연을 발생시키는 수신기를 포함하며,
    상기 수신기는 상기 차동 시간 지연의 값에 비례하는 값을 갖는 제어 신호를 발생시키기 위하여 동작하는 분석기를 포함하고, 상기 수신기는 상기 차동 시간 지연의 값과 상기 두 개의 직교하는 편광 상태의 선택을 상기 제어 신호의 값이 소정 수준에 도달할 때까지 제어 신호의 현재 값의 함수로 변화시키는 광학 전송 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 수신기는 가변 복굴절 요소를 포함하는 광학 전송 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 상기 가변 복굴절 요소는
    편광 변환기로 들어오는 광학 신호의 두 개의 선택된 직교 편광 성분을 두 개의 소정 직교 편광 상태로 변환하기 위한 가변 편광 변환기 및
    상기 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며, 상기 두 개의 소정 편광 상태 사이의 가변 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 차동 시간 지연선을 포함하는 광학 전송 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 상기 가변 복굴절 요소는
    상기 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며, 두 개의 소정 편광 성분을 두 개의 공간적으로 분리된 광학 경로로 분리하기 위한 편광 분리기로서, 가변 차동 지연선이 상기 편광 분리기의 각 출력에 연결되어 있으며, 상기 두 개의 소정 편광 성분 사이의 가변 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 편광 분리기 및
    상기 가변 차동 지연선의 출력에 연결되어 있으며, 상기 소정의 차동 지연된 편광 성분을 단일 광학 출력 신호의 두 개의 상호 직교하는 편광 상태로 결합하기 위한 편광 결합기를 더 포함하는 광학 전송 시스템.
  30. 제27항에 있어서, 상기 가변 복굴절 요소는
    편광 변환기로 들어오는 광학 신호의 두 개의 선택된 직교 편광 성분을 두 개의 제어 가능하게 변화하는 직교 편광 상태로 변환하기 위한 제1 가변 편광 변환기,
    상기 제1 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며, 두 개의 소정 직교 편광 성분 사이의 제1 소정 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 제1 고정 복굴절 요소,
    상기 제1 고정 복굴절 요소의 출력에 연결되어 있으며, 제2 편광 변환기로 들어오는 광학 신호의 두 개의 선택된 편광 성분을 두 개의 제어 가능하게 변화하는 직교 편광 상태로 변환하기 위한 제2 가변 편광 변환기 및
    상기 제2 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며, 두 개의 소정 직교 편광 상태 사이의 제2 소정 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 제2 고정 복굴절 요소를 포함하는 광학 전송 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고정 복굴절 요소 내의 상기 제1 및 제2 차동 시간 지연은 실질적으로 같은 광학 전송 시스템.
  32. 제30항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고정 복굴절 요소는 각각 복굴절 광섬유의 소정 길이인 광학 전송 시스템.
  33. 제26항에 있어서, N1일 때, 상기 가변 복굴절 요소는 직렬로 연결된 N개의 부분을 포함하며, 상기 각 부분은
    편광 변환기로 들어오는 광학 신호의 두 개의 선택된 직교 편광 성분을 두 개의 제어 가능하게 변화하는 직교 편광 상태로 변환하기 위한 가변 편광 변환기 및
    상기 편광 변환기의 출력에 연결되어 있으며, 두 개의 소정 직교 편광 상태 사이의 소정 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 고정 복굴절 요소를 포함하는 광학 전송 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 상기 각 부분의 고정 복굴절 요소 내에서 발생되는 소정 차동 시간 지연은 실질적으로 서로 같은 광학 전송 시스템.
  35. 제28항에 있어서, N1일 때, 상기 가변 차동 시간 지연선은 직렬로 연결된 N개의 부분을 포함하며, 상기 각 부분은
    두 개의 입력과 두 개의 출력을 가지고 있으며 연결기의 입력 중 하나로 들어오는 광학 신호를 연결기의 출력 중 하나로 제어 가능하게 보내기 위한 가변 광학 연결기 및
    상기 가변 광학 연결기의 출력에 연결된 두 개의 입력과 두 개의 출력을 가지고 있으며, 다른 입력의 지연선으로 들어오는 두 개의 광학 신호 사이의 소정 차동 시간 지연을 발생시키기 위한 고정 차동 지연선을 포함하는 광학 전송 시스템.
  36. 제35항에 있어서, 상기 각 부분의 고정 차동 지연선에서 발생되는 차동 시간 지연은 실질적으로 서로 같은 광학 전송 시스템.
  37. 제35항에 있어서, 상기 고정 차동 지연선 내에서 발생되는 차동 시간 지연은, n이 1과 N 사이의 정수일 때, 그 값이 실질적으로 2(n-1)의 비의 함수의 형태로 서로 관련되어 있는 광학 전송 시스템.
  38. 제26항에 있어서, 상기 수신기는 광학 분석기를 더 포함하며, 상기 광학 분석기는
    광학 캐리어에 대해 변조된 정보 신호를 전기적 신호로 변환하는 고속 광검출기 및
    상기 광검출기의 출력에 연결되어 있으며, 광학 신호의 두 개의 직교 편광 성분 사이의 차동 광학 시간 지연으로 인한 전기적 신호 내의 왜곡을 측정하고, 차동 시간 지연에 비례하는 제어 신호를 발생시키기 위한 전기적 신호 분석기를 포함하는 광학 전송 시스템.
  39. 제38항에 있어서, 상기 전기적 신호 분석기는 상기 전기적 신호 내의 다양한 소정 주파수 성분의 세기를 측정하며, 상기 제어 신호는 상기 측정된 전기적 주파수 성분의 세기와 소정 가중치를 합계함으로써 발생되는 광학 전송 시스템.
  40. 제38항에 있어서, 상기 전기적 신호 분석기는
    상기 전기적 신호의 주파수 성분을 선택적으로 약하게 하는 전기적 여과기 및
    상기 전기적 여과기의 출력에 연결되어 있으며, 여과된 전기적 신호의 전체 광학 출력을 측정하고 상기 여과된 전기적 신호의 전체 출력과 실질적으로 같은 제어 신호를 발생시키기 위한 전기적 출력 검출기를 포함하는 광학 전송 시스템.
  41. 제26항에 있어서, 상기 전송선을 통해 전송되는 광학 신호의 편광 상태는 시간에 대해 평균하면 모든 편광 상태가 동일한 가능성으로 여기되는 방식으로 편광 상태의 범위에 대하여 빠르게 주사되는 광학 전송 시스템.
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