WO2016031187A1 - 偏波分散付加器及び光受信機 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a polarization dispersion adder and an optical receiver, and more particularly to a technique for suppressing a decrease in signal light transmission quality due to a nonlinear phenomenon occurring in an optical fiber transmission line.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a general optical transmitter 800 used in the digital coherent scheme.
  • the optical transmitter 800 includes a light source 1, optical modulators 2 and 12, and a polarization multiplexer 5.
  • the light source 1 outputs CW (continuous wave) light having a predetermined wavelength.
  • the CW light output from the light source 1 is branched into two.
  • the bifurcated CW light is subjected to phase modulation and intensity modulation by the transmitted information in the optical modulators 2 and 12, and becomes signal light.
  • the optical modulator 2 is an optical modulator for X polarization
  • the optical modulator 12 is an optical modulator for Y polarization.
  • the modulated signal light on the X polarization side and the Y polarization side is multiplexed by the polarization multiplexer 5 as signal light whose polarizations are orthogonal to each other (orthogonal polarization multiplexing). Since the configuration and operation of an optical transmitter used in a general digital coherent method are well known, detailed description of each part in FIG. 11 is omitted.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a general optical receiver 810 used in the digital coherent method.
  • the optical receiver 810 includes a PBS (polarization beam splitter) 21, optical hybrid circuits 22 and 23, an AD (analog to digital) converter 24, and a chromatic dispersion compensator 25.
  • the optical receiver 810 further includes an adaptive equalization unit 27, a frequency offset compensation unit 28, a carrier phase estimation unit 29, and an identification determination unit 30.
  • the transmitted signal light is bifurcated in the PBS 21 and mixed with local light in the optical hybrid circuits 22 and 23.
  • the optical hybrid circuits 22 and 23 convert the signal light into an analog electric signal and output it.
  • the general optical hybrid circuits 22 and 23 output analog electric signals of I (inphase) component and Q (quadrature) component from one polarization signal. For this reason, the optical hybrid circuits 22 and 23 output four analog electric signals in total.
  • the analog electric signal is digitized by the AD converter 24 and output as a digital received signal.
  • the digital received signal is subjected to digital signal processing by the chromatic dispersion compensation unit 25, the adaptive equalization unit 27, the frequency offset compensation unit 28, the carrier phase estimation unit 29, and the identification determination unit 30, and the transmitted signal is demodulated.
  • the chromatic dispersion compensation unit 25 mainly compensates for static degradation of signal light such as chromatic dispersion in the optical transmission line.
  • the adaptive equalization unit 27 mainly compensates for dynamic degradation of signal light such as polarization fluctuations.
  • the adaptive equalization unit 27 also performs polarization separation of the received signal.
  • the frequency offset compensator 28 compensates for the frequency difference between the optical carrier and the local light of the optical receiver.
  • the carrier phase estimation unit 29 compensates for the phase difference between the optical carrier wave and the local light.
  • the identification determination unit 30 identifies data included in the received signal. Since the configuration and operation of an optical receiver used in a general digital coherent method are well known, further detailed description of each part in FIG. 12 is omitted.
  • Patent Document 1 describes a communication system including a polarization compensator in a transmitter and a receiver.
  • Patent Document 2 describes an optical communication system including a modulation method for reducing crosstalk between polarizations.
  • Patent Document 3 describes an optical communication method for ensuring the confidentiality of information by polarization mode dispersion.
  • JP-T-2004-511128 paragraphs [0110]-[0122]
  • JP 2012-2222811 A paragraph [0040], FIG. 4
  • International Publication No. 2004/064315 page 5, line 34-page 6, line 46
  • Nonlinear optical effects include, for example, self phase modulation, cross phase modulation, and cross polarization modulation.
  • An object of this invention is to provide the technique for suppressing the fall of the transmission quality of the signal light resulting from the nonlinear phenomenon in an optical fiber.
  • the polarization mode dispersion adder provides a pulse deviation for each pulse of signal light generated by modulating an optical carrier wave, from the rising start time T0 of the pulse to the falling completion time T1 of the pulse.
  • Polarization rotating means for rotating and outputting a wave, and a delay for adding an amount of delay corresponding to the amount of rotation of the polarization added by the polarization rotating means to the pulse output from the polarization rotating means Adding means.
  • An optical receiver includes a polarization beam splitter that performs polarization separation on received signal light, an optical hybrid circuit that converts the polarization-separated signal light into an analog electrical signal, and digitally receives the analog electrical signal.
  • AD analog-to-digital
  • polarization mode dispersion compensation means for compensating for polarization mode dispersion added at the time of transmission of the signal light included in the signal light.
  • the polarization of the pulse is increased from the rising start time T0 of the pulse to the falling completion time T1 of the pulse.
  • a wave is rotated, and a delay of an amount corresponding to the rotation amount of the polarization added by the rotation is added to the pulse that has received the rotation of the polarization.
  • the present invention has an effect that it is possible to suppress a decrease in transmission quality of signal light due to a nonlinear phenomenon in an optical fiber.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an optical fiber transmission system 100 according to a first embodiment of this invention.
  • the optical fiber transmission system 100 includes an optical transmission device 101, an optical reception device 102, and an optical fiber transmission path 103.
  • the signal light transmitted from the optical transmitter 101 propagates through the optical fiber transmission path 103 and is received by the optical receiver 102.
  • the optical transmission device 101 transmits a digital coherent WDM (wavelength-division-multiplexing) signal light in which a plurality of wavelengths are multiplexed to the optical fiber transmission line 103.
  • the optical fiber transmission line 103 includes an optical fiber 110 and an optical amplification device 109, and transmits WDM signal light to the optical reception device 102.
  • the optical transmission device 101 includes an optical multiplexing unit 107 and one or more optical transmission units 104.
  • Each of the optical transmitters 104 generates coherently modulated signal lights having different wavelengths.
  • the optical multiplexer 107 wavelength-multiplexes the plurality of signal lights generated by the optical transmitter 104 to generate WDM signal light, and sends the WDM signal light to the optical fiber transmission line 103.
  • the optical receiving device 102 includes an optical demultiplexing unit 108 and one or more optical receiving units 105.
  • the optical demultiplexing unit 108 demultiplexes the WDM signal light received from the optical fiber transmission path 103 into single wavelength signal light.
  • the optical receiver 105 receives the signal light output from the optical demultiplexer 108 and reproduces the transmitted information.
  • the optical transmission unit 104 and the optical reception unit 105 shown in FIG. 1 may have an optical transmission / reception function. That is, the optical transmission unit 104 may be a transmission unit of an optical transceiver. Further, the optical receiving unit 105 may be a receiving unit of an optical transceiver.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the optical transmission unit 104.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the optical receiver 105.
  • the optical transmitter 104 transmits coherently modulated signal light.
  • the optical receiver 105 receives the coherently modulated signal light and demodulates it by digital signal processing.
  • the optical transmission unit 104 includes a light source 1, optical modulators 2 and 12, polarization rotators 3 and 13, pre-PMD adders 4 and 14, and a polarization multiplexer 5.
  • the optical transmission unit 104 may further include a CPU (central processing unit) 91 and a memory 92.
  • the memory 92 stores a program executed by the CPU 91.
  • the memory 92 is a non-temporary storage medium, and includes, for example, a nonvolatile semiconductor memory and a volatile semiconductor memory. However, the configuration of the memory 92 is not limited to these.
  • the CPU 91 may control each unit of the optical transmission unit 104 by executing a program stored in the memory 92 to realize the function of the optical transmission unit 104.
  • PMD polarization mode dispersion
  • pre-PMD polarization mode dispersion
  • the optical transmission unit 104 is different from the general optical transmitter 800 described in FIG. 11 in that it further includes polarization rotators 3 and 13 and pre-PMD adders 4 and 14.
  • the CW (continuous wave) light output from the light source 1 is branched into two.
  • the bifurcated CW light is subjected to phase modulation and intensity modulation by the transmitted information in the optical modulators 2 and 12, and becomes signal light.
  • the optical modulator 2 is an optical modulator for X polarization
  • the optical modulator 12 is an optical modulator for Y polarization.
  • the modulated signal light on the X polarization side and the Y polarization side propagates through the optical path in the optical transmission unit 104 as signal light whose polarization planes are orthogonal to each other.
  • the signal light on the X polarization side and the Y polarization side passes through the polarization rotators 3 and 13 and the pre-PMD adders 4 and 14, respectively, and is then polarization multiplexed by the polarization multiplexer 5 (orthogonal polarization multiplexing). ).
  • the configuration and operation of the same blocks as those of the optical transmitter 800 described with reference to FIG. 11 are the same in the optical transmitter 104 unless otherwise specified. A description of operations common to a coherent optical transmitter is omitted.
  • the polarization rotators 3 and 13 output the respective polarization plane angles of the signal light on the X polarization side and the signal light on the Y polarization side while temporally changing.
  • the polarization rotators 3 and 13 can be realized, for example, by transmitting the signal light through two quarter-wave plates and controlling the rotation amount of the quarter-wave plates.
  • the polarization rotators 3 and 13 may be controlled by a control circuit built in the polarization rotators 3 and 13, or the amount of polarization rotation may be controlled by external control.
  • the pre-PMD adders 4 and 14 add polarization mode dispersion (PMD) to each of the X polarization signal light and the Y polarization signal light.
  • PMD polarization mode dispersion
  • optical fibers having high PMD are used as the pre-PMD adders 4 and 14.
  • polarization rotators 3 and 13 and the pre-PMD adders 4 and 14 Detailed operations of the polarization rotators 3 and 13 and the pre-PMD adders 4 and 14 will be described later.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the optical receiving unit 105.
  • the optical receiver 105 is a digital coherent receiver that receives coherently modulated signal light and demodulates transmitted information included in the signal light by digital signal processing.
  • the optical receiver 105 includes a PBS (polarized beam splitter) 21, optical hybrid circuits 22 and 23, an AD converter 24, and a chromatic dispersion compensator 25.
  • the optical reception unit 105 further includes a pre-PMD compensation unit 26, an adaptive equalization unit 27, a frequency offset compensation unit 28, a carrier phase estimation unit 29, and an identification determination unit 30.
  • optical receiver 105 includes a pre-PMD compensation unit 26.
  • the optical receiver 105 shown in FIG. In the following description, the configuration and operation of the same blocks as those of the optical receiver 810 are the same in the optical receiver 105 unless otherwise specified. Therefore, the description overlapping the optical receiver 810 and general digital coherent optical reception A description of operations common to the machine will be omitted.
  • the light receiving unit 105 may further include a CPU (central processing unit) 91 and a memory 92.
  • the memory 92 stores a program executed by the CPU 91.
  • the memory 92 is a non-temporary storage medium, and includes, for example, a nonvolatile semiconductor memory and a volatile semiconductor memory. However, the configuration of the memory 92 is not limited to these.
  • the CPU 91 may control each unit of the optical receiving unit 105 by executing a program stored in the memory 92 to realize the function of the optical receiving unit 105.
  • the digital reception signal output from the AD conversion unit 24 includes a chromatic dispersion compensation unit 25, a pre-PMD compensation unit 26, an adaptive equalization unit 27, a frequency offset compensation unit 28, a carrier phase estimation unit 29, an identification
  • the determination unit 30 performs digital signal processing.
  • the pre-PMD adder 4 on the X polarization side and the pre-PMD adder 14 on the Y polarization side add the same pre-PMD to the signal light.
  • the optical modulator 2 outputs signal light having the power and shape shown in FIG. 4 as a pulse train.
  • the peak power of the signal light shown in FIG. 4 is A (dBm)
  • the signal light output from the polarization rotator 3 is linearly polarized in the polarization direction (X-axis direction) shown in FIG. 6 at time T0. .
  • the polarization rotator 3 continuously changes the polarization plane angle of the output signal light from the X axis to the maximum rotation angle B from time T0 to T1, as shown in FIG. Change.
  • Time T0 indicates the start of rising of a pulse of signal light (hereinafter referred to as “pulse”), and time T1 indicates the completion of pulse falling.
  • pulse a pulse of signal light
  • the signal light to which the polarization rotation has been applied is input to the pre-PMD adder 4.
  • the pre-PMD adder 4 adds a delay corresponding to the polarization direction of the input signal light to the signal light.
  • the added delay amount is minimum when the polarization plane of the signal light input to the pre-PMD adder 4 is in the X-axis direction of FIG. 7, and increases with an increase in the rotation angle of the polarization plane. To do.
  • the amount of delay becomes maximum when the polarization plane of the input signal light is in the Y-axis direction. That is, the pre-PMD adder 4 adds the minimum delay to the pulse at the pulse rising start time T0, and adds the maximum delay to the pulse at the pulse falling completion time T1.
  • the angle of the polarization plane of the signal light output from the polarization rotator 3 is the angle at the start of the pulse rise (until the start of the rise of the next pulse).
  • the polarization rotator 3 may be controlled so as to return to the (X-axis direction).
  • the polarization rotator 3 is controlled to rotate counterclockwise in order to return the angle of the polarization plane to the position at the start of pulse rise.
  • the rotation angle of the polarization increases from the start of rising of the pulse input to the pre-PMD adder 4 to the completion of falling. Accordingly, the delay of the pulse output from the pre-PMD adder 4 increases. As a result, the pre-PMD is added by spreading the pulse in time.
  • the pre-PMD parameters to be added may be constant or may be different for each pulse.
  • the optical transmission unit 104 uses the polarization rotator 13 and the pre-PMD adder 14 to add pre-PMD similar to the signal light on the X polarization side to the signal light on the Y polarization side. That is, the polarization rotator 13 continuously changes the angle of the polarization plane of the input Y-polarized signal light pulse from the Y-axis direction to the maximum rotation angle B from time T0 to T1, and outputs it. . By such an operation of the polarization rotator 13, the polarization rotation of the angle B is also applied to the signal light on the Y polarization side within one pulse.
  • the pre-PMD adder 14 adds a delay corresponding to the polarization direction of the input Y-polarized signal light to the Y-polarized signal light.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the polarization direction of the signal light polarization-multiplexed by the polarization multiplexer 5.
  • a delay corresponding to the polarization rotation and the amount of rotation from 0 to B is added to each of the X polarization side signal light and the Y polarization side signal light as pre-PMD for each pulse.
  • the polarization multiplexer 5 polarization-multiplexes the X-polarized signal light and the Y-polarized signal light to which the pre-PMD is added, and outputs the multiplexed light to the optical multiplexing unit 107.
  • the pulses on the X polarization side and the Y polarization side both have a shape that is spread over time as shown in FIG.
  • the signal light transmitted through the optical fiber transmission path 103 is more likely to be deteriorated in quality due to a nonlinear phenomenon as the peak power is higher.
  • the peak power (A (dBm) in FIG. 4) before adding the pre-PMD is lower than A (dBm) because the pulse spreads in the time direction when the pre-PMD is added. (FIG. 5).
  • the maximum rotation angle B of the polarization plane of the polarization rotators 3 and 13 increases, so the amount of delay increases, so the peak power of the pulse also decreases. That is, as the maximum rotation angle B is larger, the influence of the nonlinear phenomenon is suppressed. Therefore, the maximum rotation angle B may be set to be as large as possible within the range of the polarization rotation capability of the polarization rotators 3 and 13 and the PMD compensation capability of the optical receiver 105.
  • optical receiver 105 (Operation of optical receiver) Next, the operation of the optical receiver 105 will be described. 3 is different from the general optical receiver 810 described in FIG. 12 in that it further includes a pre-PMD compensation unit 26 that compensates for the pre-PMD.
  • the pre-PMD parameter added by the optical transmission unit 104 is shared by the optical transmission unit 104 and the optical reception unit 105 and stored in the pre-PMD compensation unit 26.
  • the 3 includes a pre-PMD compensation unit 26 between the chromatic dispersion compensation unit 25 and the adaptive equalization unit 27.
  • the optical reception unit 105 shown in FIG. The optical receiving unit 105 performs compensation for PMD generated in the transmission path in the adaptive equalization unit 27 as in the optical receiver 810.
  • the optical receiver 105 further compensates the pre-PMD added by the optical transmitter 104 by the pre-PMD compensation unit 26.
  • the pre-PMD compensation unit 26 of the present embodiment includes a digital filter.
  • the fluctuation amount of the polarization direction of the signal light and the PMD amount added to the signal light are expressed as a function of time. Therefore, the optical receiving unit 105 can compensate the pre-PMD added by the optical transmission unit 104 by the digital signal arithmetic processing in the pre-PMD compensation unit 26 having a digital filter function for inverse equalizing the pre-PMD.
  • the optical transmission unit 104 adds the pre-PMD to each signal light that is orthogonally polarized and multiplexed, and the optical power in the symbol of the signal light. And the direction of polarization is spread over time. As a result, the influence of the nonlinear phenomenon on the signal light in the optical fiber transmission line is suppressed.
  • the optical fiber transmission system 100 in the optical fiber transmission system 100 according to the first embodiment, it is possible to suppress degradation of signal light quality due to nonlinear phenomena.
  • optical fiber transmission system 100 In the optical fiber transmission system 100 shown in FIG. 1, digital coherent signals having a plurality of wavelengths are wavelength-multiplexed by the optical multiplexing unit 107 and transmitted as WDM signal light.
  • the transmitted signal light may not be WDM signal light. That is, the optical transmission device 101 and the optical reception device 102 according to the first embodiment are applicable to a system that does not include the optical multiplexing unit 107 and the optical demultiplexing unit 108 and transmits signal light having a single wavelength.
  • the optical fiber transmission system 100 may be a repeaterless optical transmission system that does not include the optical amplification device 109.
  • the polarization dispersion adder includes a polarization rotator (polarization rotator 3) and a delay adder (pre-PMD adder 4).
  • the polarization rotator rotates and outputs the polarization of the pulse for each pulse of the signal light generated by modulating the optical carrier wave, from the pulse rising start time T0 to the pulse falling completion time T1.
  • the delay adder adds a delay of an amount corresponding to the rotation amount of the polarization added by the polarization rotator to the pulse output from the polarization rotator.
  • the polarization dispersion adder having such a configuration adds pre-PMD to the signal light and spreads the optical power and polarization direction in the symbol of the signal light in time.
  • the polarization dispersion adder described above also has an effect that the influence of the nonlinear phenomenon on the signal light in the optical fiber transmission line can be suppressed.
  • the effect of the first embodiment is also brought about by an optical receiver having the following minimum configuration. That is, the optical receiver with the minimum configuration includes a polarization beam splitter (PBS21), an optical hybrid circuit (optical hybrid circuits 22 and 23), an AD converter (AD conversion unit 24), and a polarization mode dispersion compensation unit ( A pre-PMD compensation unit 26).
  • the polarization beam splitter performs polarization separation on the received signal light.
  • the optical hybrid circuit converts the signal light polarized by the polarization beam splitter into an analog electric signal.
  • the AD converter converts the analog electric signal output from the optical hybrid circuit into a digital reception signal.
  • the polarization mode dispersion compensation unit compensates for polarization mode dispersion (PMD) added during transmission of the signal light included in the digital reception signal.
  • the optical receiver with the minimum configuration having such a configuration is configured such that the PMD added at the time of signal light transmission is subjected to digital signal arithmetic processing in a polarization mode dispersion compensation unit having a digital filter function for inverse equalizing the PMD. Can compensate.
  • the optical receiver with the minimum configuration also has an effect that the influence of the nonlinear phenomenon on the signal light in the optical fiber transmission line can be suppressed.
  • the pre-PMD is added in the optical transmission unit, and the added pre-PMD is compensated in the optical reception unit. Therefore, the following modification of the first embodiment also has the above-described effect that it is possible to suppress the deterioration of the signal light quality due to the nonlinear phenomenon.
  • the delay time of the pre-PMD may be set to an amount that overlaps with the symbols after the next symbol as long as compensation is possible at the time of reception.
  • the rotation amount and the delay amount of the polarization plane gradually increase toward the pulse falling completion time T1, with the rising start time T0 of the pulse of the signal light being minimized.
  • the parameters of the pre-PMD such as the angle of the polarization plane and the rotation direction of the polarization plane at each time such as the start of rise of the pulse, the peak time, or the completion of the fall are limited to the example described in the first embodiment. Not. By arbitrarily setting the parameters, the pulse after adding the pre-PMD can be shaped into a specific shape.
  • the angle of the polarization plane of the pulse output from the polarization rotator 3 for X polarization may be returned in the X-axis direction before the start of pulse rise.
  • the control direction of the polarization rotator 3 may be controlled to always be the same direction. The same applies to the polarization rotator 13 for Y polarization.
  • the PMD amount added by the pre-PMD adder 4 may be switched to a setting in which the minimum delay amount is set on the Y axis perpendicular to the X axis and the maximum delay amount is set on the X axis after the pulse falling is completed. .
  • the angle of the polarization plane of the pulse output from the polarization rotator 3 is further rotated clockwise and moved to a direction coinciding with the Y axis. . Thereafter, the rotation of the polarization plane of the next pulse is started.
  • the position of the polarization rotator 3 is further rotated clockwise and moved to a direction coinciding with the X axis.
  • the same pre PMD can be added to successive pulses while the polarization rotator 3 continues to rotate in the same direction.
  • the control of the rotation of the polarization rotator is simplified.
  • the temporal change in the rotation speed of the polarization by the polarization rotators 3 and 13 and the delay amount by the pre-PMD adders 4 and 14 are constant from the pulse rising start time T0 to the signal light falling completion time T1. Or may not be constant.
  • the pulse after the pre-PMD addition can be shaped into a desired shape.
  • the parameters of the pre-PMD added to the signal light on the X polarization side and the signal light on the Y polarization side are the same, but the signal light of each polarization is different depending on different parameters. May be added.
  • the position of the pre-PMD compensation unit 26 of the optical receiving unit 105 illustrated in FIG. 3 is not limited to the example of FIG.
  • the pre-PMD compensation unit 26 may be disposed in front of the chromatic dispersion compensation unit 25.
  • the pre-PMD parameter added by the optical transmission unit 104 has been described as being shared by the optical transmission unit 104 and the optical reception unit 105 in advance.
  • the optical transmission unit 104 may change the pre-PMD parameter as needed.
  • the parameter of the pre-PMD is different from the signal light passing through the optical fiber transmission path 103 (for example, for monitoring control). Channel).
  • the pre-PMD is compensated by performing digital signal processing on the inverse function of the pre-PMD added by the optical transmitter 104 in the pre-PMD compensation unit 26.
  • the adaptive equalization unit 27 may include a procedure for estimating the pre-PMD amount of the received signal light and autonomously estimating and compensating for the pre-PMD compensation amount.
  • the adaptive equalization unit 27 autonomously compensates for the pre-PMD, so that the function of the pre-PMD compensation unit 26 and the function of the adaptive equalization unit 27 can be integrated, and the parameters of the pre-PMD can be integrated with the optical transmission unit 104 and the optical reception unit. It is not necessary to share with the unit 105.
  • the optical receiving unit 105 performs pre-PMD compensation by digital signal processing.
  • the pre-PMD compensation may be optically performed on the signal light.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the optical transmission unit 401 according to the second embodiment.
  • the optical transmission unit 401 includes a light source 1, optical modulators 2 and 12, a drive circuit 45, a DA (digital to analog) converter 46, a digital control circuit 47, and a polarization multiplexer 5.
  • the functions of the light source 1, the optical modulators 2 and 12, and the polarization multiplexer 5 included in the optical transmission unit 401 are the same as those of the optical transmission unit 104 of the first embodiment.
  • the optical transmission unit 401 may further include a CPU 91 and a memory 92.
  • the CPU 91 may control each unit of the optical transmission unit 401 by executing a program stored in the memory 92 to realize the function of the optical transmission unit 401.
  • the optical transmission unit 104 described in the first embodiment adds pre-PMD to signal light using the polarization rotators 3 and 13 and the pre-PMD adders 4 and 14.
  • the optical transmitter 401 generates signal light having a waveform with the pre-PMD added in the optical modulator 2 on the X polarization side and the optical modulator 12 on the Y polarization side.
  • the waveforms of the drive signals of the optical modulator 2 and the optical modulator 12 are controlled by the digital control circuit 47 and the DA converter 46 so that the signal light to which the pre-PMD is added is generated.
  • the optical transmission unit 401 adds the pre-PMD to the signal light. That is, the optical transmitter 401 can add pre-PMD to signal light without using the polarization rotators 3 and 13 and the pre-PMD adders 4 and 14 shown in FIG.
  • the optical transmission unit 401 can improve the optical characteristics and simplify the control procedure of the optical components by simplifying the configuration of the optical system.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the optical transmission unit 801 according to the third embodiment of this invention.
  • the polarization rotator 43 and the pre-PMD adder 44 are arranged at the subsequent stage of the polarization multiplexer 5.
  • the polarization rotator 43 and the pre-PMD adder 44 have functions similar to those of the polarization rotator 3 and the pre-PMD adder 4 included in the optical transmission unit 104 of the first embodiment.
  • the optical transmission unit 801 may further include a CPU 91 and a memory 92.
  • the CPU 91 may execute the program stored in the memory 92 to control each unit of the optical transmission unit 801 and realize the function of the optical transmission unit 401.
  • the configuration of the optical transmission unit 801 of the third embodiment can be simplified as compared with the optical transmission unit 104 of the first embodiment.
  • polarization rotation is performed by rotating the polarization of the pulse from the rising start time T0 of the pulse to the falling completion time T1 of the pulse.
  • a polarization dispersion adder For each pulse of signal light generated by modulating an optical carrier wave, polarization rotation is performed by rotating the polarization of the pulse from the rising start time T0 of the pulse to the falling completion time T1 of the pulse.
  • Appendix 2 The polarization dispersion adder according to appendix 1, wherein the polarization rotation means is controlled so that the rotation direction of the polarization is always the same.
  • Appendix 3 The polarization dispersion adder according to appendix 1 or 2, wherein the polarization rotation unit rotates and outputs the polarization of the signal light at a constant rotation speed between the time T0 and the time T1.
  • Appendix 4 The polarization dispersion adder according to any one of appendices 1 to 3, wherein the delay adding means adds a minimum delay to the pulse at the time T0 and adds a maximum delay to the pulse at the time T1. .
  • (Appendix 6) A light source for generating the optical carrier; First optical modulation means for modulating one of the two optical carriers branched into two and inputting one of the modulated optical carriers to the first dispersion adder; Second optical modulation means for modulating the other of the optical carrier that has been bifurcated and inputting the other of the modulated optical carrier to the second dispersion adder; First dispersion adding means, which is a polarization dispersion adder according to any one of appendices 1 to 5, which adds a predetermined delay to the light input from the first light modulation means; A second dispersion adding unit that is a polarization mode dispersion adder according to any one of appendices 1 to 5, which adds a predetermined delay to the light input from the second light modulation unit; Polarization multiplexing means for polarization multiplexing and outputting the light output from the first and second dispersion adding means; An optical transmitter.
  • Appendix 7 A light source for generating the optical carrier; First optical modulation means for modulating one of the two branched optical carriers to generate first signal light; Second optical modulation means for generating second signal light for modulating the other of the two branched optical carriers; Polarization multiplexing means for polarization multiplexing and outputting the first and second signal lights; The polarization dispersion adder according to any one of appendices 1 to 5, to which the polarization multiplexed first and second signal lights are input; An optical transmitter.
  • a light source that generates an optical carrier; A first optical modulation unit that modulates one of the two branched optical carriers and outputs a predetermined polarization mode dispersion for each optical pulse of the modulated optical carrier; A second optical modulation unit that modulates the other of the two branched optical carriers and outputs a predetermined polarization mode dispersion for each of the other optical pulses of the modulated optical carrier; Polarization multiplexing means for polarization multiplexing and outputting the light output from the first and second light modulation means; An optical transmitter.
  • a polarization beam splitter that polarizes and separates the received signal light;
  • An optical hybrid circuit that converts the polarization separated signal light into an analog electrical signal;
  • AD analog to digital conversion means for converting the analog electrical signal into a digital reception signal;
  • Polarization mode dispersion compensation means for compensating polarization mode dispersion added during transmission of the signal light included in the signal light;
  • An optical receiver An optical receiver.
  • the polarization mode dispersion compensation means stores a polarization mode dispersion parameter added at the time of transmission of the signal light, and electrically converts the polarization mode dispersion included in the signal light based on the stored parameter.
  • the optical receiver according to appendix 9, which compensates.
  • the polarization mode dispersion compensation means estimates the polarization mode dispersion amount of the signal light by computing the digital received signal and electrically compensates the polarization mode dispersion added at the time of transmission of the signal light.
  • the optical receiver according to appendix 9.
  • Appendix 14 An optical transmitter described in any one of Appendices 6 to 8, each outputting signal light having a different wavelength; Optical multiplexing means for combining the signal lights of different wavelengths and outputting them as wavelength multiplexed optical signals;
  • An optical transmission device comprising:
  • the optical receiver according to any one of appendices 9 to 13, which receives the signal light separated by the optical demultiplexing means;
  • An optical receiver comprising: (Appendix 16) An optical fiber transmission system connected by an optical fiber transmission line so that wavelength multiplexed signal light transmitted from the optical transmitter described in Appendix 14 is received by the optical receiver described in Appendix 15.
  • the received signal light is polarized and separated, The polarization separated signal light is converted into an analog electrical signal, Converting the analog electrical signal into a digital received signal; Compensating polarization mode dispersion added at the time of transmission of the signal light included in the signal light, Polarization mode dispersion compensation method.

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Abstract

　光ファイバ内の非線形現象に起因する信号光の伝送品質の低下を抑制するための技術を提供するために、偏波分散付加器は、光搬送波を変調して生成された信号光のパルス毎に、パルスの立上り開始時刻Ｔ０からパルスの立下がり完了時刻Ｔ１までの間、パルスの偏波を回転させて出力する偏波回転部と、偏波回転部から出力されたパルスに、偏波回転部で付加された偏波の回転量に対応した量の遅延を付加する遅延付加部と、を備える。

Description

偏波分散付加器及び光受信機
　本発明は、偏波分散付加器及び光受信機に関し、特に、光ファイバ伝送路で発生する非線形現象による信号光の伝送品質の低下を抑制するための技術に関する。
　光ファイバ伝送システムの大容量化のために、デジタルコヒーレント方式が実用化されている。図１１は、デジタルコヒーレント方式で用いられる一般的な光送信機８００の構成を示すブロック図である。
　光送信機８００は、光源１、光変調器２及び１２、偏波多重器５を備える。光源１は所定の波長のＣＷ（continuous wave、連続波）光を出力する。光源１が出力したＣＷ光は、２分岐される。２分岐されたＣＷ光は、光変調器２及び１２において、伝送される情報によって位相変調や強度変調を受け、信号光となる。光変調器２は、Ｘ偏波用の光変調器であり、光変調器１２は、Ｙ偏波用の光変調器である。変調されたＸ偏波側及びＹ偏波側の信号光は、偏波多重器５で偏波が互いに直交する信号光として多重される（直交偏波多重）。
なお、一般的なデジタルコヒーレント方式で用いられる光送信機の構成及び動作はよく知られているので、図１１の各部の詳細な説明は省略する。
　図１２は、デジタルコヒーレント方式で用いられる一般的な光受信機８１０の構成を示すブロック図である。
　光受信機８１０は、ＰＢＳ（polarization beam splitter、偏波ビームスプリッタ）２１、光ハイブリッド回路２２及び２３、ＡＤ（analog to digital）変換部２４、波長分散補償部２５を備える。光受信機８１０は、さらに、適応等化部２７、周波数オフセット補償部２８、キャリア位相推定部２９、識別判定部３０を備える。
　伝送された信号光は、ＰＢＳ２１において２分岐され、光ハイブリッド回路２２、２３においてローカル光と混合される。光ハイブリッド回路２２、２３は、信号光をアナログ電気信号に変換して出力する。一般的な光ハイブリッド回路２２、２３は、１つの偏波の信号からＩ（inphase）成分及びＱ（quadrature）成分のアナログ電気信号を出力する。このため、光ハイブリッド回路２２、２３は、合計で４つのアナログ電気信号を出力する。アナログ電気信号はＡＤ変換部２４にてデジタル化され、デジタル受信信号として出力される。
　デジタル受信信号は、波長分散補償部２５、適応等化部２７、周波数オフセット補償部２８、キャリア位相推定部２９、識別判定部３０でデジタル信号処理を受け、伝送された信号が復調される。波長分散補償部２５は、光伝送路の波長分散などの、主に信号光の静的な劣化を補償する。適応等化部２７は、偏波変動などの、主に信号光の動的な劣化を補償する。適応等化部２７は、受信信号の偏波分離も行う。周波数オフセット補償部２８は、光搬送波と光受信機のローカル光との周波数差を補償する。キャリア位相推定部２９は、光搬送波とローカル光との位相差を補償する。識別判定部３０は、受信信号に含まれるデータを識別する。なお、一般的なデジタルコヒーレント方式で用いられる光受信機の構成及び動作はよく知られているので、図１２の各部のさらに詳細な説明は省略する。
　本発明に関連して、特許文献１には、送信機及び受信機に偏波補償器を備える通信システムが記載されている。特許文献２には、偏波間クロストークを低減するための変調方式を備える光通信システムが記載されている。特許文献３には、偏波モード分散により情報の秘匿性を確保するための光通信方法が記載されている。
特表２００４－５１１１２８号公報（段落［０１１０］－［０１２２］） 特開２０１２－２２２８１１号公報（段落［００４０］、図４） 国際公開第２００４／０６４３１５号（５ページ３４行目－６ページ４６行目）
　デジタルコヒーレント技術を用いた光伝送システムでは、伝送容量の拡大のために、光搬送波の偏波多重のみならず、光搬送波の位相や強度による多値化も進んでいる。一方、超長距離光ファイバ伝送システムにおいては、光ファイバによる非線形光学効果が信号光の伝送品質に影響することが広く知られている。非線形光学効果には、例えば、自己位相変調、相互位相変調、相互偏波変調がある。
　このため、光ファイバの内部で発生する非線形現象に起因する信号光の劣化の緩和あるいは補償によって、非線形現象による信号光の伝送品質低下に対する耐力を向上させる技術の重要性が高まっている。しかしながら、上述した一般的な光送信機及び光受信機並びに特許文献１－３に記載された技術は、いずれも、光ファイバ内の非線形現象に起因する信号光の伝送品質の低下を緩和あるいは補償するための機能を備えていない。このため、これらの公知の技術は信号光の非線形現象への耐力を向上させることはできない。
　（発明の目的）
　本発明は、光ファイバ内の非線形現象に起因する信号光の伝送品質の低下を抑制するための技術を提供することを目的とする。
　本発明の偏波分散付加器は、光搬送波を変調して生成された信号光のパルス毎に、前記パルスの立上り開始時刻Ｔ０から前記パルスの立下がり完了時刻Ｔ１までの間、前記パルスの偏波を回転させて出力する偏波回転手段と、前記偏波回転手段から出力された前記パルスに、前記偏波回転手段で付加された偏波の回転量に対応した量の遅延を付加する遅延付加手段と、を備える。
　本発明の光受信機は、受信した信号光を偏波分離する偏波ビームスプリッタと、偏波分離された前記信号光をアナログ電気信号に変換する光ハイブリッド回路と、前記アナログ電気信号をデジタル受信信号に変換するＡＤ（analog to digital）変換手段と、前記信号光に含まれる前記信号光の送信時に付加された偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償手段と、を備える。
　本発明の偏波分散付加方法は、光搬送波を変調して生成された信号光のパルス毎に、前記パルスの立上り開始時刻Ｔ０から前記パルスの立下がり完了時刻Ｔ１までの間、前記パルスの偏波を回転させ、偏波の前記回転を受けた前記パルスに、前記回転によって付加された偏波の回転量に対応した量の遅延を付加する、ことを特徴とする。
　本発明は、光ファイバ内の非線形現象に起因する信号光の伝送品質の低下を抑制できるという効果を奏する。
第１の実施形態の光ファイバ伝送システムの構成を示す図である。 光送信部の構成を示すブロック図である。 光受信部の構成を示すブロック図である。 Ｘ偏波側の信号光のシンボル列のプリＰＭＤの付加前での波形の例を示す図である。 Ｘ偏波側の信号光のシンボル列のプリＰＭＤの付加後での波形の例を示す図である。 Ｘ偏波側の信号光のプリＰＭＤの付加前の偏波方向の例を示す図である。 Ｘ偏波側の信号光のプリＰＭＤの付加後の偏波方向の例を示す図である。 偏波多重器において偏波多重された信号光の偏波方向の例を示す図である。 第２の実施形態の光送信部の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の光送信部の構成を示すブロック図である。 デジタルコヒーレント方式で用いられる一般的な光送信機の構成を示すブロック図である。 デジタルコヒーレント方式で用いられる一般的な光受信機の構成を示すブロック図である。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態の光ファイバ伝送システム１００の構成を示す図である。光ファイバ伝送システム１００は、光送信装置１０１、光受信装置１０２、光ファイバ伝送路１０３を備える。光送信装置１０１から送信された信号光は、光ファイバ伝送路１０３を伝搬して、光受信装置１０２で受信される。
　光送信装置１０１は、複数の波長が多重されたデジタルコヒーレント方式のＷＤＭ（wavelength division multiplexing、波長分割多重）信号光を光ファイバ伝送路１０３に送出する。光ファイバ伝送路１０３は、光ファイバ１１０及び光増幅装置１０９を備え、ＷＤＭ信号光を光受信装置１０２へ伝送する。
　光送信装置１０１は、光合波部１０７及び１台以上の光送信部１０４を備える。光送信部１０４は、それぞれ、コヒーレント変調された、異なる波長の信号光を生成する。光合波部１０７は、光送信部１０４で生成された複数の信号光を波長多重してＷＤＭ信号光を生成し、ＷＤＭ信号光を光ファイバ伝送路１０３に送出する。
　光受信装置１０２は、光分波部１０８及び１台以上の光受信部１０５を備える。光分波部１０８は、光ファイバ伝送路１０３から受信したＷＤＭ信号光を単一波長の信号光に分波する。光受信部１０５は、光分波部１０８から出力された信号光を受信して伝送された情報を再生する。
　なお、図１に示す、光送信部１０４と光受信部１０５との少なくとも一方が光送受信機能を備えてもよい。すなわち、光送信部１０４は光トランシーバの送信部であってもよい。また、光受信部１０５は光トランシーバの受信部であってもよい。
　図２は光送信部１０４の構成を示すブロック図である。図３は光受信部１０５の構成を示すブロック図である。光送信部１０４はコヒーレント変調された信号光を送信する。光受信部１０５はコヒーレント変調された信号光を受信してデジタル信号処理により復調する。
　光送信部１０４は、光源１、光変調器２及び１２、偏波ローテータ３及び１３、プリＰＭＤ付加器４及び１４、偏波多重器５を備える。光送信部１０４は、さらに、ＣＰＵ（central processing unit、中央処理装置）９１及びメモリ９２を備えていてもよい。メモリ９２は、ＣＰＵ９１において実行されるプログラムを記憶する。メモリ９２は一時的でない記憶媒体であり、例えば不揮発性の半導体メモリ及び揮発性の半導体メモリで構成される。しかし、メモリ９２の構成はこれらには限定されない。ＣＰＵ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを実行することで、光送信部１０４の各部を制御し、光送信部１０４の機能を実現してもよい。
　以下では、光送信部１０４にて付加される偏波モード分散（polarization mode dispersion、以下「ＰＭＤ」という。）と、伝送路等で発生するＰＭＤとを区別するために、光送信部１０４において付加されるＰＭＤを「プリＰＭＤ」と記載する。
　光送信部１０４は、図１１で説明した一般的な光送信機８００と比較して、さらに、偏波ローテータ３及び１３、プリＰＭＤ付加器４及び１４を備える点で相違する。光源１が出力したＣＷ（continuous wave、連続波）光は、２分岐される。２分岐されたＣＷ光は、光変調器２、１２において、伝送される情報によって位相変調や強度変調を受け、信号光となる。光変調器２は、Ｘ偏波用の光変調器であり、光変調器１２は、Ｙ偏波用の光変調器である。変調されたＸ偏波側及びＹ偏波側の信号光は、偏波面が互いに直交する信号光として光送信部１０４内の光路を伝搬する。Ｘ偏波側及びＹ偏波側の信号光は、それぞれ偏波ローテータ３及び１３、プリＰＭＤ付加器４及び１４を通過した後、偏波多重器５で偏波多重される（直交偏波多重）。以下の説明では、特に言及しない限り、図１１で説明した光送信機８００と同一のブロックの構成及び動作は光送信部１０４においても同一であるので、光送信機８００と重複する説明及び一般的なコヒーレント光送信機と共通する動作に関する説明は省略する。
　偏波ローテータ３、１３は、Ｘ偏波側の信号光及びＹ偏波側の信号光のそれぞれの偏波面の角度を、時間的に変化させながら出力する。偏波ローテータ３、１３は、例えば、２枚の１／４波長板に信号光を透過させ、１／４波長板の回転量を制御することで実現できる。偏波ローテータ３、１３は、偏波ローテータ３、１３に内蔵された制御回路によって制御されてもよいし、外部からの制御によって偏波の回転量を制御してもよい。
　プリＰＭＤ付加器４、１４は、Ｘ偏波側の信号光及びＹ偏波側の信号光のそれぞれに偏波モード分散（polarization mode dispersion、ＰＭＤ）を付加する。プリＰＭＤ付加器４、１４としては、例えば、高いＰＭＤを持つ光ファイバが用いられる。偏波ローテータ３、１３及びプリＰＭＤ付加器４、１４の詳細な動作は後述する。
　図３は、光受信部１０５の構成を示すブロック図である。光受信部１０５はデジタルコヒーレント受信機であり、コヒーレント変調された信号光を受信して、信号光に含まれる伝送された情報をデジタル信号処理により復調する。光受信部１０５は、ＰＢＳ（偏波ビームスプリッタ）２１、光ハイブリッド回路２２及び２３、ＡＤ変換部２４、波長分散補償部２５を備える。光受信部１０５は、さらに、プリＰＭＤ補償部２６、適応等化部２７、周波数オフセット補償部２８、キャリア位相推定部２９、識別判定部３０を備える。
　図３に示す光受信部１０５の構成の、図１２に示した光受信機８１０との相違点は、光受信部１０５がプリＰＭＤ補償部２６を備えることである。以下の説明では、特に言及しない限り、光受信機８１０と同一のブロックの構成及び動作は光受信部１０５においても同一であるので、光受信機８１０と重複する説明及び一般的なデジタルコヒーレント光受信機と共通する動作に関する説明は省略する。
　光受信部１０５は、さらに、ＣＰＵ（central processing unit、中央処理装置）９１及びメモリ９２を備えていてもよい。メモリ９２は、ＣＰＵ９１において実行されるプログラムを記憶する。メモリ９２は、一時的でない記憶媒体であり、例えば不揮発性の半導体メモリ及び揮発性の半導体メモリで構成される。しかし、メモリ９２の構成はこれらには限定されない。ＣＰＵ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを実行することで、光受信部１０５の各部を制御し、光受信部１０５の機能を実現してもよい。
　光受信部１０５において、ＡＤ変換部２４から出力されたデジタル受信信号は、波長分散補償部２５、プリＰＭＤ補償部２６、適応等化部２７、周波数オフセット補償部２８、キャリア位相推定部２９、識別判定部３０でデジタル信号処理される。
　（光送信部の動作）
　光送信部１０４の動作について説明する。本実施形態の光送信部１０４では、Ｘ偏波側のプリＰＭＤ付加器４及びＹ偏波側のプリＰＭＤ付加器１４は、同様のプリＰＭＤを信号光に付加する。
　図４及び図５はＸ偏波側の信号光のシンボル列（パルス列）のプリＰＭＤの付加前後での波形の例を示す図である。図６及び図７は、Ｘ偏波側の信号光のプリＰＭＤの付加前後での偏波方向の例を示す図である。第１の実施形態では、光変調器２は、図４に示すパワー（power）及び形状の信号光をパルス列として出力する。図４に示す信号光のピークパワーはＡ（ｄＢｍ）であり、偏波ローテータ３から出力される信号光は、時刻Ｔ０においては図６に示す偏光方向（Ｘ軸方向）に直線偏光している。
　本実施形態においては、まず、偏波ローテータ３は、図７に示すように、時刻Ｔ０からＴ１にかけて、出力される信号光の偏波面の角度を、Ｘ軸から最大回転角度Ｂまで連続的に変化させる。時刻Ｔ０は信号光のパルス（以下、「パルス」という。）の立上り開始時、時刻Ｔ１はパルス立下り完了時を示す。このような動作により、偏波ローテータ３から出力されるパルス毎に、角度Ｂの偏波回転が加わる。
　偏波回転が加えられた信号光は、プリＰＭＤ付加器４に入力される。プリＰＭＤ付加器４は、入力された信号光の偏波方向に対応する遅延を信号光に付加する。本実施形態では、付加される遅延量は、プリＰＭＤ付加器４に入力された信号光の偏波面が図７のＸ軸方向である場合に最小であり、偏波面の回転角の増加とともに増大する。遅延量は、入力された信号光の偏波面がＹ軸方向である場合に最大となる。すなわち、プリＰＭＤ付加器４は、パルスの立上り開始時刻Ｔ０において最小の遅延をパルスに付加し、パルスの立下り完了時刻Ｔ１において最大の遅延をパルスに付加する。
　なお、１個のパルスの偏波の回転が終了した後、次のパルスの立上り開始時までに、偏波ローテータ３から出力される信号光の偏波面の角度がパルスの立上り開始時点の角度（Ｘ軸方向）まで戻るように、偏波ローテータ３は制御されてもよい。例えば、偏波ローテータ３は、偏波面の角度をパルスの立上り開始時点の位置まで戻すために、反時計回りに回転するように制御される。
　偏波ローテータ３の作用により、プリＰＭＤ付加器４に入力されるパルスの立上り開始から立下り完了に至るまでの間に偏波の回転角が増加する。従って、プリＰＭＤ付加器４から出力されるパルスの遅延が増大する。その結果、パルスが時間的に広がることで、プリＰＭＤが付加される。付加されるプリＰＭＤのパラメータ（例えば、プリＰＭＤの量、偏波回転角、遅延時間）は一定でもよいし、パルス毎に異なっていてもよい。
　図４から図７では、Ｘ偏波側の信号光に対してプリＰＭＤが付加される手順を説明した。光送信部１０４は、偏波ローテータ１３及びプリＰＭＤ付加器１４を用いて、Ｘ偏波側の信号光と同様のプリＰＭＤを、Ｙ偏波側の信号光に加える。すなわち、偏波ローテータ１３は、時刻Ｔ０からＴ１にかけて、入力されたＹ偏波側の信号光のパルスの偏波面の角度を、Ｙ軸方向から最大回転角度Ｂまで連続的に変化させて出力する。このような偏波ローテータ１３の動作により、Ｙ偏波側の信号光にも、１個のパルス内で角度Ｂの偏波回転が加わる。プリＰＭＤ付加器１４は、入力されたＹ偏波側の信号光の偏波方向に対応する遅延をＹ偏波側の信号光に付加する。
　図８は、偏波多重器５において偏波多重された信号光の偏波方向の例を示す図である。Ｘ偏波側の信号光及びＹ偏波側の信号光のいずれにも、パルス毎に０からＢまでの偏波回転及び回転量に対応した遅延が、プリＰＭＤとして加えられる。偏波多重器５は、それぞれプリＰＭＤが付加されたＸ偏波側の信号光とＹ偏波側の信号光とを偏波多重して、光合波部１０７へ出力する。
　光送信部１０４において信号光にプリＰＭＤを付加することにより、Ｘ偏波側及びＹ偏波側のパルスは、いずれも図５に示すように時間的な広がりを受けた形状となる。一般的に、光ファイバ伝送路１０３で伝送される信号光は、ピークパワーが高いほど非線形現象による品質劣化が生じやすい。本実施形態では、プリＰＭＤを付加する前のパルスのピークパワー（図４のＡ（ｄＢｍ））は、プリＰＭＤの付加には、パルスが時間方向に広がるため、Ａ（ｄＢｍ）よりも低くなる（図５）。その結果、光ファイバ伝送路１０３における信号光に対する非線形現象による伝送品質の低下が抑制される。
　ここで、偏波ローテータ３、１３の偏波面の最大回転角度Ｂが大きいほど遅延量が大きくなるため、パルスのピークパワーも低下する。すなわち、最大回転角度Ｂが大きいほど非線形現象による影響が抑制される。従って、最大回転角度Ｂは、偏波ローテータ３、１３の偏波回転能力や光受信部１０５におけるＰＭＤの補償能力の範囲内で、なるべく大きくなるように設定してもよい。
　（光受信部の動作）
　次に、光受信部１０５の動作について説明する。図３に示す光受信部１０５は、図１２で説明した一般的な光受信機８１０と比較して、プリＰＭＤを補償するプリＰＭＤ補償部２６をさらに備える点で相違する。光送信部１０４で付加されるプリＰＭＤのパラメータは、光送信部１０４と光受信部１０５とで共有され、プリＰＭＤ補償部２６に記憶されている。
　図３に示す光受信部１０５は、波長分散補償部２５と適応等化部２７との間に、プリＰＭＤ補償部２６を備える。光受信部１０５は、伝送路中で発生するＰＭＤの補償を、光受信機８１０と同様に、適応等化部２７において行う。光受信部１０５は、さらに、光送信部１０４において付加されたプリＰＭＤを、プリＰＭＤ補償部２６にて補償する。本実施形態のプリＰＭＤ補償部２６は、デジタルフィルタを含んで構成される。信号光の偏光方向の変動量及び信号光に付加されたＰＭＤ量は、時間の関数として表現される。従って、光受信部１０５は、光送信部１０４において付加されたプリＰＭＤを、プリＰＭＤを逆等化するデジタルフィルタの機能を備えるプリＰＭＤ補償部２６におけるデジタル信号の演算処理により補償できる。
　このように、第１の実施形態の光ファイバ伝送システム１００では、光送信部１０４は、直交偏波多重されるそれぞれの信号光に対し、プリＰＭＤを付加し、信号光のシンボル内の光パワー及び偏波方向を時間的に拡散する。その結果、光ファイバ伝送路内での信号光に対する非線形現象の影響が抑圧される。
　すなわち、第１の実施形態の光ファイバ伝送システム１００では、非線形現象による信号光の品質低下の抑制が可能となる。
　なお、図１に示す光ファイバ伝送システム１００では、複数の波長のデジタルコヒーレント信号が光合波部１０７で波長多重され、ＷＤＭ信号光として伝送される。しかし、伝送される信号光はＷＤＭ信号光でなくてもよい。すなわち、第１の実施形態の光送信装置１０１及び光受信装置１０２は、光合波部１０７及び光分波部１０８を有しない、単一波長の信号光を伝送するシステムにも適用可能である。また、光ファイバ伝送システム１００は、光増幅装置１０９を有しない無中継光伝送システムであってもよい。
　なお、第１の実施形態の効果は、以下の偏波分散付加器によってももたらされる。すなわち、偏波分散付加器は、偏波回転器（偏波ローテータ３）と、遅延付加器（プリＰＭＤ付加器４）を備える。偏波回転器は、光搬送波を変調して生成された信号光のパルス毎に、パルスの立上り開始時刻Ｔ０からパルスの立下がり完了時刻Ｔ１までの間、パルスの偏波を回転させて出力する。そして、遅延付加器は、偏波回転器から出力されたパルスに、偏波回転器で付加された偏波の回転量に対応した量の遅延を付加する。
　このような構成を備える偏波分散付加器は、信号光にプリＰＭＤを付加し、信号光のシンボル内の光パワー及び偏波方向を時間的に拡散する。その結果、上述した偏波分散付加器も、光ファイバ伝送路内での信号光に対する非線形現象の影響を抑圧できるという効果を奏する。
　さらに、第１の実施形態の効果は、以下の最小構成の光受信機によってももたらされる。すなわち、最小構成の光受信機は、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ２１）と、光ハイブリッド回路（光ハイブリッド回路２２及び２３）と、ＡＤ変換器（ＡＤ変換部２４）と、偏波モード分散補償部（プリＰＭＤ補償部２６）と、を備える。偏波ビームスプリッタは、受信した信号光を偏波分離する。光ハイブリッド回路は、偏波ビームスプリッタで偏波分離された信号光をアナログ電気信号に変換する。ＡＤ変換器は、光ハイブリッド回路が出力したアナログ電気信号をデジタル受信信号に変換する。偏波モード分散補償部は、デジタル受信信号に含まれる信号光の送信時に付加された偏波モード分散（ＰＭＤ）を補償する。
　このような構成を備える最小構成の光受信機は、信号光の送信時に付加されたＰＭＤを、ＰＭＤを逆等化するデジタルフィルタの機能を備える偏波モード分散補償部におけるデジタル信号の演算処理により補償できる。その結果、最小構成の光受信機も、光ファイバ伝送路内での信号光に対する非線形現象の影響を抑圧できるという効果を奏する。
　続いて、本実施形態の変形例を説明する。これらの変形例においても、光送信部においてプリＰＭＤが付加され、付加されたプリＰＭＤは光受信部において補償される。従って、第１の実施形態の以下の変形例も、非線形現象による信号光の品質低下の抑制が可能となるという上述された効果を奏する。
　（第１の実施形態の第１の変形例）
　光送信部１０４において信号光にプリＰＭＤが付加される際には、プリＰＭＤの付加後に信号光のシンボルが次のシンボルと重ならないように、プリＰＭＤの遅延時間が設定されることが好ましい。しかし、プリＰＭＤの付加によりシンボルが重なる場合でも、シンボルの重複により発生した符号間干渉は、例えば、光受信部１０５の波長分散補償部２５において補償できる。従って、プリＰＭＤの遅延時間は、受信時に補償可能であれば、次のシンボル以降のシンボルと重なるような量に設定されてもよい。
　（第１の実施形態の第２の変形例）
　図７では、偏波面の回転量や遅延量は、信号光のパルスの立上り開始時刻Ｔ０を最小として、パルス立下り完了時刻Ｔ１に向かって次第に増大する。ここで、パルスの立上り開始時、ピーク時あるいは立下り完了時等のそれぞれの時刻における偏波面の角度や偏波面の回転方向といったプリＰＭＤのパラメータは、第１の実施形態で説明した例に限定されない。パラメータを任意に設定することで、プリＰＭＤを付加した後のパルスを特定の形状に整形することもできる。
　（第１の実施形態の第３の変形例）
　第１の実施形態では、Ｘ偏波用の偏波ローテータ３から出力されるパルスの偏波面の角度は、パルスの立上り開始前にＸ軸方向に戻されてもよいとした。しかし、偏波ローテータ３の制御方向は、常に同一方向となるように制御されてもよい。Ｙ偏波用の偏波ローテータ１３に関しても同様である。
　例えば、パルスの立下り完了後に、プリＰＭＤ付加器４にて付加するＰＭＤの量を、Ｘ軸と直角なＹ軸で最小遅延量とし、Ｘ軸で最大遅延量とする設定に切り替えてもよい。この場合、図７の時刻Ｔ０から時刻Ｔ１への動作の後、偏波ローテータ３から出力されるパルスの偏波面の角度は、さらに右回りに回転させてＹ軸と一致する方向まで移動される。そして、その後に次のパルスの偏波面の回転が開始される。この偏波面の回転の終了後、偏波ローテータ３の位置は、さらに右回りに回転させてＸ軸と一致する方向まで移動される。このような動作によっても偏波ローテータ３を同一方向に回転させ続けながら、連続するパルスに同様のプリＰＭＤを付加できる。その結果、偏波ローテータの回転の制御が簡略化される。
　（第１の実施形態の第４の変形例）
　偏波ローテータ３、１３による偏波の回転速度や、プリＰＭＤ付加器４、１４による遅延量の時間的な変化は、パルス立上り開始時刻Ｔ０から信号光の立下り完了時刻Ｔ１までの間で一定であってもよく、あるいは一定でなくてもよい。プリＰＭＤ付加器４による遅延量を任意に制御することで、プリＰＭＤ付加後のパルスを所望の形状に整形することも可能となる。
　（第１の実施形態の第５の変形例）
　第１の実施形態では、Ｘ偏波側の信号光とＹ偏波側の信号光に付加されるプリＰＭＤのパラメータは同一であるが、それぞれの偏波の信号光は、異なるパラメータによってプリＰＭＤが付加されてもよい。
　（第１の実施形態の第６の変形例）
　図３に示した光受信部１０５のプリＰＭＤ補償部２６の位置は、図３の例に限られない。プリＰＭＤ補償部２６は、例えば、波長分散補償部２５の前に配置されてもよい。
　（第１の実施形態の第７の変形例）
　第１の実施形態では、光送信部１０４で付加されるプリＰＭＤのパラメータは、予め光送信部１０４と光受信部１０５とで共有されているものとして説明した。そして、光送信部１０４におけるプリＰＭＤのパラメータの変更が光受信部１０５に直ちに反映される場合には、光送信部１０４は、プリＰＭＤのパラメータを随時変更してもよい。プリＰＭＤのパラメータの変更を光送信部１０４から光受信部１０５に直ちに通知するために、プリＰＭＤのパラメータは、光ファイバ伝送路１０３を経由した信号光とは異なるチャネル（例えば、監視制御用のチャネル）によって通知されてもよい。プリＰＭＤのパラメータを随時変更することで、信号光の速度の変化等、信号光の伝送条件の変化に応じたより好ましい量のプリＰＭＤを信号光に付加できる。
　（第１の実施形態の第８の変形例）
　図３に示した光受信部１０５では、光送信部１０４で付加されたプリＰＭＤの逆関数をプリＰＭＤ補償部２６においてデジタル信号処理することで、プリＰＭＤが補償された。しかし、適応等化部２７が、受信した信号光のプリＰＭＤ量を推定し、自律的にプリＰＭＤの補償量を推定して補償する手順を備えてもよい。適応等化部２７が自律的にプリＰＭＤを補償することで、プリＰＭＤ補償部２６の機能と適応等化部２７の機能とを統合できるとともに、プリＰＭＤのパラメータを光送信部１０４と光受信部１０５との間で共有する必要がなくなる。
　（第１の実施形態の第９の変形例）
　第１の実施形態では、光受信部１０５は、デジタル信号処理によりプリＰＭＤ補償を行っている。しかし、プリＰＭＤ補償は、信号光に対して光学的に実施されてもよい。
　（第２の実施形態）
　図９は、第２の実施形態の光送信部４０１の構成を示すブロック図である。光送信部４０１は、光源１、光変調器２及び１２、駆動回路４５、ＤＡ（digital to analog）変換器４６、デジタル制御回路４７、偏波多重器５を備える。光送信部４０１が備える光源１、光変調器２及び１２、偏波多重器５の機能は、第１の実施形態の光送信部１０４と同様である。光送信部４０１は、さらに、ＣＰＵ９１及びメモリ９２を備えていてもよい。ＣＰＵ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを実行することで、光送信部４０１の各部を制御し、光送信部４０１の機能を実現してもよい。
　第１の実施形態で説明した光送信部１０４は、偏波ローテータ３、１３及びプリＰＭＤ付加器４、１４を用いて、信号光にプリＰＭＤを付加する。これに対して、光送信部４０１は、Ｘ偏波側の光変調器２及びＹ偏波側の光変調器１２において、プリＰＭＤが付加された波形の信号光が生成される。光変調器２及び光変調器１２の駆動信号の波形は、プリＰＭＤが付加された信号光が生成されるように、デジタル制御回路４７及びＤＡ変換器４６によって制御される。
　このような構成によって、第２の実施形態の光送信部４０１は、信号光にプリＰＭＤを付加する。すなわち、光送信部４０１は、図１で示した偏波ローテータ３、１３及びプリＰＭＤ付加器４、１４を用いることなく信号光にプリＰＭＤを付加できる。光送信部４０１は、光学系の構成が単純化されることにより、光学的な特性の改善や光学部品の制御手順の簡素化が可能である。
　（第３の実施形態）
　図１０は、本発明の第３の実施形態の光送信部８０１の構成を示すブロック図である。光送信部８０１では、偏波ローテータ４３及びプリＰＭＤ付加器４４が偏波多重器５の後段に配置される。偏波ローテータ４３及びプリＰＭＤ付加器４４は、第１の実施形態の光送信部１０４が備える偏波ローテータ３及びプリＰＭＤ付加器４と同様の機能を備える。光送信部８０１は、さらに、ＣＰＵ９１及びメモリ９２を備えていてもよい。ＣＰＵ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを実行することで、光送信部８０１の各部を制御し、光送信部４０１の機能を実現してもよい。
　Ｘ偏波側の信号光とＹ偏波側の信号光とでパルスの立上り開始時刻及び立下り完了時刻が一致していれば、１台の偏波ローテータ４３及び１台のプリＰＭＤ付加器４４によって、Ｘ偏波の信号光及びＹ偏波の信号光の双方に同時に同様のプリＰＭＤを付加できる。その結果、第３の実施形態の光送信部８０１は、第１の実施形態の光送信部１０４と比較して、構成が簡素化できる。
　以上、実施形態及びその変形例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態及び変形例に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、上述した実施形態及びその変形例は、本発明の効果を奏する範囲で任意に組み合わせて用いられる。
　なお、本発明の実施形態は以下の付記のようにも記載されうるが、これらには限定されない。
　（付記１）
　光搬送波を変調して生成された信号光のパルス毎に、前記パルスの立上り開始時刻Ｔ０から前記パルスの立下がり完了時刻Ｔ１までの間、前記パルスの偏波を回転させて出力する偏波回転手段と、
　前記偏波回転手段から出力された前記パルスに、前記偏波回転手段で付加された偏波の回転量に対応した量の遅延を付加する遅延付加手段と、
を備える偏波分散付加器。
　（付記２）
　前記偏波回転手段は、偏波の回転方向が常に同一となるように制御される、付記１に記載された偏波分散付加器。
　（付記３）
　前記偏波回転手段は、前記時刻Ｔ０から前記時刻Ｔ１の間で一定の回転速度で前記信号光の偏波を回転させて出力する、付記１又は２に記載された偏波分散付加器。
　（付記４）
　前記遅延付加手段は、前記時刻Ｔ０において最小の遅延を前記パルスに付加し、前記時刻Ｔ１において最大の遅延を前記パルスに付加する、付記１乃至３のいずれかに記載された偏波分散付加器。
　（付記５）
　前記遅延付加手段により付加される前記遅延量の時間的な変化率は、前記時刻Ｔ０から前記時刻Ｔ１の間で一定である、付記１乃至４のいずれかに記載された偏波分散付加器。
　（付記６）
　前記光搬送波を生成する光源と、
　２分岐された前記光搬送波の一方を変調して、変調された前記光搬送波の一方を前記第１の分散付加器に入力する第１の光変調手段と、
　２分岐された前記光搬送波の他方を変調して、変調された前記光搬送波の他方を前記第２の分散付加器に入力する第２の光変調手段と、
　前記第１の光変調手段から入力された光に対して所定の遅延を付加する、付記１乃至５のいずれかに記載された偏波分散付加器である第１の分散付加手段と、
　前記第２の光変調手段から入力された光に対して所定の遅延を付加する、付記１乃至５のいずれかに記載された偏波分散付加器である第２の分散付加手段と、
　前記第１及び第２の分散付加手段から出力される光を偏波多重して出力する偏波多重手段と、
を備える光送信機。
　（付記７）
　前記光搬送波を生成する光源と、
　２分岐された前記光搬送波の一方を変調して第１の信号光を生成する第１の光変調手段と、
　２分岐された前記光搬送波の他方を変調する第２の信号光を生成する第２の光変調手段と、
　前記第１及び第２の信号光を偏波多重して出力する偏波多重手段と、
　前記偏波多重された前記第１及び第２の信号光が入力される付記１乃至５のいずれかに記載された偏波分散付加器と、
を備える光送信機。
　（付記８）
　光搬送波を生成する光源と、
　２分岐された前記光搬送波の一方を変調するとともに、変調された前記光搬送波の一方の光パルス毎に所定の偏波モード分散を付与して出力する第１の光変調手段と、
　２分岐された前記光搬送波の他方を変調するとともに、変調された前記光搬送波の他方の光パルス毎に所定の偏波モード分散を付与して出力する第２の光変調手段と、
　前記第１及び第２の光変調手段から出力される光を偏波多重して出力する偏波多重手段と、
を備える光送信機。
　（付記９）
　受信した信号光を偏波分離する偏波ビームスプリッタと、
　偏波分離された前記信号光をアナログ電気信号に変換する光ハイブリッド回路と、
　前記アナログ電気信号をデジタル受信信号に変換するＡＤ（analog to digital）変換手段と、
　前記信号光に含まれる前記信号光の送信時に付加された偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償手段と、
を備える光受信機。
　（付記１０）
　前記偏波モード分散補償手段は、前記信号光の送信時に付加された偏波モード分散のパラメータを記憶し、前記記憶されたパラメータに基づいて前記信号光に含まれる偏波モード分散を電気的に補償する、付記９に記載された光受信機。
　（付記１１）
　前記パラメータは、前記信号光とは異なるチャネルによって前記光受信機に通知される、付記１０に記載された光受信機。
　（付記１２）
　前記偏波モード分散補償手段は、前記デジタル受信信号を演算処理することにより前記信号光の偏波モード分散量を推定して前記信号光の送信時に付加された偏波モード分散を電気的に補償する、付記９に記載された光受信機。
　（付記１３）
　前記信号光の送信時に付加された偏波モード分散の補償は、信号光に対して光学的に実施される、付記９に記載された光受信機。
　（付記１４）
　付記６乃至８のいずれかに記載され、各々異なる波長の信号光を出力する光送信機と、
　前記各々異なる波長の信号光を合波して波長多重光信号として出力する光合波手段と、
を備える光送信装置。
　（付記１５）
　波長多重光信号を受信して単一波長の信号光に分離する光分波手段と、
　前記光分波手段で分離された前記信号光を受信する付記９乃至１３のいずれかに記載された光受信機と、
を備える光受信装置。
　（付記１６）
　付記１４に記載された光送信装置から送信される波長多重信号光が付記１５に記載された光受信装置で受信されるように光ファイバ伝送路で接続された、光ファイバ伝送システム。
　（付記１７）
　光搬送波を変調して生成された信号光のパルス毎に、前記パルスの立上り開始時刻Ｔ０から前記パルスの立下がり完了時刻Ｔ１までの間、前記パルスの偏波を回転させ、
　偏波の前記回転を受けた前記パルスに、前記回転によって付加された偏波の回転量に対応した量の遅延を付加する、
偏波分散付加方法。
　（付記１８）
　受信した信号光を偏波分離し、
　偏波分離された前記信号光をアナログ電気信号に変換し、
　前記アナログ電気信号をデジタル受信信号に変換し、
　前記信号光に含まれる前記信号光の送信時に付加された偏波モード分散を補償する、
偏波モード分散補償方法。
　（付記１９）
　偏波分散付加器のコンピュータに、
　光搬送波を変調して生成された信号光のパルス毎に、前記パルスの立上り開始時刻Ｔ０から前記パルスの立下がり完了時刻Ｔ１までの間、前記パルスの偏波を回転させる手順、
　偏波の前記回転を受けた前記パルスに、前記回転によって付加された偏波の回転量に対応した量の遅延を付加する手順、
を実行させるための制御プログラム。
　（付記２０）
　光受信機のコンピュータに、
　偏波分離された前記信号光をアナログ電気信号に変換する手順、
　前記アナログ電気信号をデジタル受信信号に変換する手順、
　前記信号光に含まれる前記信号光の送信時に付加された偏波モード分散を補償する手順、
を実行させるための制御プログラム。
　この出願は、２０１４年８月２８日に出願された日本出願特願２０１４－１７３７６６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１　　光源
　２、１２　　光変調器
　３、１３、４３　　偏波ローテータ
　４、１４、４４　　プリＰＭＤ付加器
　５　　偏波多重器
　２１　　ＰＢＳ
　２２、２３　　光ハイブリッド回路
　２４　　ＡＤ変換部
　２５　　波長分散補償部
　２６　　プリＰＭＤ補償部
　２７　　適応等化部
　２８　　周波数オフセット補償部
　２９　　キャリア位相推定部
　３０　　識別判定部
　４５　　駆動回路
　４６　　ＤＡ変換器
　４７　　デジタル制御回路
　９１　　ＣＰＵ
　９２　　メモリ
　１００　　光ファイバ伝送システム
　１０１　　光送信装置
　１０２　　光受信装置
　１０３　　光ファイバ伝送路
　１０４、８０１　　光送信部
　１０５　　光受信部
　１０７　　光合波部
　１０８　　光分波部
　１０９　　光増幅装置
　１１０　　光ファイバ
　８００　　光送信機
　８１０　　光受信機

Claims (10)

  1. 　光搬送波を変調して生成された信号光のパルス毎に、前記パルスの立上り開始時刻Ｔ０から前記パルスの立下がり完了時刻Ｔ１までの間、前記パルスの偏波を回転させて出力する偏波回転手段と、
    　前記偏波回転手段から出力された前記パルスに、前記偏波回転手段で付加された偏波の回転量に対応した量の遅延を付加する遅延付加手段と、
    を備える偏波分散付加器。
  2. 　前記遅延付加手段は、前記時刻Ｔ０において最小の遅延を前記パルスに付加し、前記時刻Ｔ１において最大の遅延を前記パルスに付加する、請求項１に記載された偏波分散付加器。
  3. 　前記光搬送波を生成する光源と、
    　２分岐された前記光搬送波の一方を変調して、変調された前記光搬送波の一方を前記第１の分散付加器に入力する第１の光変調手段と、
    　２分岐された前記光搬送波の他方を変調して、変調された前記光搬送波の他方を前記第２の分散付加器に入力する第２の光変調手段と、
    　前記第１の光変調手段から入力された光に対して所定の遅延を付加する、請求項１又は２に記載された偏波分散付加器である第１の分散付加手段と、
    　前記第２の光変調手段から入力された光に対して所定の遅延を付加する、請求項１又は２に記載された偏波分散付加器である第２の分散付加手段と、
    　前記第１及び第２の分散付加手段から出力される光を偏波多重して出力する偏波多重手段と、
    を備える光送信機。
  4. 　前記光搬送波を生成する光源と、
    　２分岐された前記光搬送波の一方を変調して第１の信号光を生成する第１の光変調手段と、
    　２分岐された前記光搬送波の他方を変調する第２の信号光を生成する第２の光変調手段と、
    　前記第１及び第２の信号光を偏波多重して出力する偏波多重手段と、
    　前記偏波多重された前記第１及び第２の信号光が入力される請求項１又は２に記載された偏波分散付加器と、
    を備える光送信機。
  5. 　受信した信号光を偏波分離する偏波ビームスプリッタと、
    　偏波分離された前記信号光をアナログ電気信号に変換する光ハイブリッド回路と、
    　前記アナログ電気信号をデジタル受信信号に変換するＡＤ（analog to digital）変換手段と、
    　前記信号光に含まれる前記信号光の送信時に付加された偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償手段と、
    を備える光受信機。
  6. 　前記偏波モード分散補償手段は、前記信号光の送信時に付加された偏波モード分散のパラメータを記憶し、前記記憶されたパラメータに基づいて前記信号光に含まれる偏波モード分散を電気的に補償する、請求項５に記載された光受信機。
  7. 　請求項３又は４に記載された、各々異なる波長の信号光を出力する光送信機と、
    　前記各々異なる波長の信号光を合波して波長多重光信号として出力する光合波手段と、
    を備える光送信装置。
  8. 　波長多重光信号を受信して単一波長の信号光に分離する光分波手段と、
    　前記光分波手段で分離された前記信号光を受信する請求項５又は６に記載された光受信機と、
    を備える光受信装置。
  9. 　請求項７に記載された光送信装置から送信される波長多重信号光が請求項８に記載された光受信装置で受信されるように光ファイバ伝送路で接続された、光ファイバ伝送システム。
  10. 　光搬送波を変調して生成された信号光のパルス毎に、前記パルスの立上り開始時刻Ｔ０から前記パルスの立下がり完了時刻Ｔ１までの間、前記パルスの偏波を回転させ、
    　偏波の前記回転を受けた前記パルスに、前記回転によって付加された偏波の回転量に対応した量の遅延を付加する、
    偏波分散付加方法。
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