(57)【要約】偏波モード分散エミュレータは偏った方法で各々の波形板の複屈折をランダムに変更することで時間的な偏波モード分散の変遷パターンを追跡し、これにより異なる種類のケーブルがエミュレート可能である。ガウス確率密度関数を用い、偏りを加えた変化を生成する。エミュレータの複屈折変化を正確にモデル化するための新たな波形板モデルを導き出す。
2005520196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折セクションを有し、これに対応して、偏波状態決定因子を制御するための偏波制御器が設けられたエミュレータ機構を用いる動的な偏波モード分散エミュレート方法であって、
（ｉ）  前記複屈折セクションについての以前の偏波状態決定因子を決定するステップと、
（ii）  前記複屈折セクションについての更新された偏波状態決定因子をその現在の偏波状態決定因子に従い決定するステップとを備え、前記更新された偏波状態決定因子は、所望のファイバの種類の変遷パターンについての統計確率分布関数に追従する、方法。
【請求項２】
前記更新された偏波状態決定因子を決定するステップはランダムな数列を生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記統計確率分布関数はガウス確率分布関数である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記更新された偏波状態決定因子を決定するステップは、前記ガウス確率分布関数の幅を与えるステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記更新された偏波状態決定因子を決定するステップは、更新された群遅延時間差を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記更新された偏波状態決定因子を決定するステップは、更新されたモード結合角を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
さらに、前記複屈折セクションの前記群遅延時間差を前記更新された群遅延時間差に変化させるために、前記偏波制御器に関連付けられた波長板の複屈折を制御する制御信号を生成するステップを備える、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記更新された偏波状態決定因子を決定するステップは、ランダムな数列に基づき順に複数の偏波制御器についての更新された偏波状態決定因子を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ガウス幅は、敷設ファイバの動的な挙動に対応する動的な入力値である、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記敷設ファイバは、架空線渠、埋設線渠および海底ケーブルのうちの１つである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記波長板はファイバ・スクイーザである、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
複屈折セクションを有し、これに対応して、偏波状態決定因子を制御するための偏波制御器が設けられたエミュレータ機構において制御器に信号を与える偏波モード分散エミュレータであって、
前記偏波制御器についての更新された偏波状態決定因子のランダム分布をその現在の偏波状態決定因子に基づき決定するランダム分布発生器を備え、前記ランダム分布は所望のファイバの種類の変遷パターンについての統計確率分布関数に追従し、前記エミュレータはさらに、
前記偏波制御器に信号を生成することにより、その偏波状態決定因子をその更新された偏波状態決定因子へ変化させる信号発生器を備える、エミュレータ。
【請求項１３】
前記ランダム分布発生器は擬似乱数発生器を含む、請求項１２に記載のエミュレータ。
【請求項１４】
前記ランダム分布発生器は、前記偏波制御器についての群遅延時間差値のランダム分布を決定する、請求項１２に記載のエミュレータ。
【請求項１５】
生成された前記ランダム分布はガウス確率分布関数に追従する、請求項１２に記載のエミュレータ。
【請求項１６】
前記ガウス確率分布関数は、ユーザが指定した動的な入力値により決定されるガウス幅を有する、請求項１５に記載のエミュレータ。
【請求項１７】
前記動的な入力値は敷設ファイバの動的な挙動を表わす、請求項１６に記載のエミュレータ。
【請求項１８】
前記敷設ファイバは架空線渠、埋設線渠および海底ケーブルのうちの１つである、請求項１７に記載のエミュレータ。
【請求項１９】
前記信号発生器は、前記偏波制御器に関連付けられた複数の波長板の複屈折を制御する制御信号を生成する、請求項１２に記載のエミュレータ。
【請求項２０】
前記波長板はファイバ・スクイーザである、請求項１９に記載のエミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は一般的にエミュレータに関する。より特定的に、この発明は光学系を試験するのに好適な偏波モード分散エミュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
偏波モード分散とは、特に高速の光学系（１０Ｇｂ／ｓ以上）において光パルスを広がらせる非線形の現象である。このように広がることはすなわち、パルス同士が重なり合うことで伝送される情報が失われ、光学系の性能が劣化するおそれがあるということである。これは新たな高速光学系の設計における重大な制約の１つである。
【０００３】
ファイバをその偏波モード分散について実地試験することにより、偏波モード分散がどのように光学系の性能を劣化させるのかを判断することは可能である。しかし、敷設のファイバにおける偏波モード分散を特性記述する作業は時間および費用のかかるものである。
【０００４】
そこで、偏波モード分散をエミュレートすれば、敷設の光ファイバの挙動を研究室の環境で再現することが可能となり、こうして高速光学系および偏波モード分散補償器を研究室で安価に試験することができる。多くのグループが偏波モード分散エミュレータを紹介している。これらのエミュレータは、偏光保持ファイバセクションまたは複屈折結晶内に入射した光の偏波状態をランダムに変化させることに依存する。しかしながら、偏波モード分散は環境およびその他の条件により動的に変化するため、偏波状態および群遅延時間差の変動が時間領域において生じるが、従来の偏波モード分散エミュレータでは偏波モード分散の動的であるという真の特質が考慮されていない。
【０００５】
そこで、偏波モード分散を動的にエミュレートし、より正確かつ実際に即した試験結果の入手を容易にすることが可能な偏波モード分散エミュレータを提供することが望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明の概要
この発明の目的は、以前の偏波モード分散エミュレータの抱えていた少なくとも１つの問題を回避または緩和することである。特定的に、この発明の目的は、偏波モード分散をエミュレートする方法であってその動的な真の挙動をモデル化するものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の局面において、この発明は、複屈折セクションを有するエミュレータ機構を用いた動的な偏波モード分散エミュレート方法を提供する。上記複屈折セクションは、偏波状態決定因子を制御するための対応する偏波制御器を有する。上記方法は、上記複屈折セクションについての以前の偏波状態決定因子を決定するステップと、上記複屈折セクションについての更新された偏波状態決定因子を決定するステップとを含む。上記複屈折セクションについての上記更新された偏波状態決定因子は、上記以前の偏波状態決定因子を考慮に入れながら、所望のファイバの種類の動的な挙動についての統計確率分布関数に追従する。
【０００８】
現在好ましい一実施例では、上記統計確率分布関数はガウス確率分布関数であり、そのガウス幅は、架空もしくは埋設の線渠または海底ケーブルなどの敷設ファイバの動的な挙動に対応するようにユーザが指定した動的な入力値である。上記更新された偏波状態決定因子を決定するステップは、上記複屈折セクションまたはより具体的には波長板についての更新された群遅延時間差またはモード結合角を決定するステップを含む。上記複屈折セクションは偏波制御器に関連付けられ、上記複屈折セクションの群遅延時間差またはモード結合角を、上記更新された群遅延時間差またはモード結合角へと変化させる。
【０００９】
もう１つの局面では、この発明は上述の試験機構で用いられる偏波モード分散エミュレータを提供する。上記エミュレータはランダム分布発生器および信号発生器を含む。上記ランダム分布発生器は、上記偏波制御器についての更新された偏波状態決定因子のランダム分布をその現在の偏波状態決定因子に基づいて決定し、これは所望のファイバの種類の動的な挙動についての統計確率分布関数に追従する。上記信号発生器は各々の偏波制御器に信号を与え、こうしてその偏波状態決定因子をそれぞれについての更新された偏波状態決定因子へ変化させる。
【００１０】
現在好ましい実施例では、上記ランダム分布発生器は擬似乱数発生器を含み、ガウス確率分布関数に追従する複屈折セクションについての群遅延時間差値またはモード結合角のランダム分布を決定する。ガウス幅は、架空もしくは埋設の線渠または海底ケーブルなどの敷設ファイバの動的な挙動を表わすようにユーザが指定した動的な入力値によって決定される。上記信号発生器は、上記偏波制御器に関連付けられたファイバ・スクイーザなどの複数の波長板の複屈折を制御する制御信号を生成する。
【００１１】
この発明についてのその他の局面および特徴は、添付の図面との関連でこの発明の特定の実施例についての以下の説明を検討することで当業者に明らかとなるであろう。
【００１２】
以下、単に例として、この発明の各実施例の説明を添付の図面を参照しながら行なう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
詳細な説明
この発明は一般的に、光学系の試験を容易にするために偏波モード分散を動的にエミュレートし、かつ偏波モード分散に対する所望の動的な影響をモデル化するための方法およびシステムを提供するものである。この発明によれば、偏波制御器を有する試験機構をエミュレータによって制御して、複屈折ファイバセクション内に入射した光の偏波に変更を加えることにより、架空およびその他のファイバにおける偏波モード分散の変遷パターンをモデル化することが可能である。偏波状態決定因子たとえば群遅延時間差またはモード結合角に対し、ガウス確率分布関数などの統計確率分布関数に従って変更を加えることにより、偏波モード分散を動的にモデル化する。このやり方は、以前より公知の、偏波状態決定因子にランダムな変更を一様に加える偏波モード分散エミュレータとは対照的である。
【００１４】
図１を参照して、この発明は、各々が多数の波長板を有するＮ個の偏波制御器１２を含む従来のエミュレート試験機構１０を用いる。ランダムに組み接ぎされた複屈折または偏光保持ファイバセクション１４が各々の偏波制御器１２の後に配され、こうして各々の波長板の複屈折を変更することにより系の合計群遅延時間差を変化させることができる。ここに示す実施例では、偏波制御器と偏光保持ファイバセクションとを５組示す。しかし当業者であれば理解するであろうように、１組または複数組を所望のエミュレートにおいて適当と考えられるだけ使用してもよい。
【００１５】
現在好ましい実施例では、各々の偏波制御器１２は４個の圧電スクイーザ１６からなる。圧電スクイーザ１６は、固定の角度０°、＋４５°、−４５°および０°に配向付けられ、光ファイバの長さを圧縮して複屈折を生じさせるものであり、これにはたとえば市場で入手可能なコーニング・インコーポレイテッド（Corning Inc.）社製のアクロバット（登録商標）（Acrobat）偏波制御器を用いることができる。各々の偏光保持ファイバセクション１４は、互いに連結された複屈折ファイバセグメント１８からなる。レーザ光源２０が一連の偏波制御器１２および偏光保持セクション１４の入力部に光を入射するように設けられ、偏光計２２が出力部で結果の偏波を検出する。
【００１６】
この発明のエミュレータ２４は偏波制御器１２の動作を制御し、スクイーザ１６の複屈折に変更を加えることで系１４の合計群遅延時間差に変更を加える。動作においては、偏波制御器１２においては、或る電圧が印加されたときにそれぞれの偏光保持ファイバセクション１４内に入射される光の偏波状態がポアンカレ球での任意の１点へと変更されるように偏波制御器１２が構成される。現在好ましい実施例では、各々の偏波制御器１２にあるスクイーザ１６は、ファイバを圧縮しその複屈折を変化させることでファイバの長さの偏波状態決定因子をランダムに変化させるように制御される。各々のスクイーザ１６に印加される最高電圧および最低電圧を較正することにより、ポアンカレ球において偏波状態の０から２πの回転を引起こす。これら変化の影響をモデル化するにはスクイーザ１６の群遅延時間差を変化させればよいが、これは偏光保持ファイバセクション１４の長さを変化させることと等価である。単一の偏光保持ファイバセクション１４の群遅延時間差はその長さと線形比例する。スクイーザ１６は統計確率分布関数に従ってランダムに同調（圧縮）できるようにされる。これによりスクイーザ１６に偏りが生じ、所望の動的な偏波モード分散挙動がモデル化される。これとは対照的に従来の偏波モード分散エミュレータでは、均一に分布した（一様の）確率分布関数が用いられる。
【００１７】
エミュレータ２４は、各々の偏波制御器１２の統計確率分布関数、現在および以前の群遅延時間差ならびに、エミュレートされる実際のファイバの種類の動的な特徴に依存する動的な入力値σに基づき、適当な制御信号を生成する。動的な入力値はユーザによって選択、機械によって生成、またはルックアップテーブルもしくはその他の蓄積手段から検索され得る。
【００１８】
一般的に、図１に示すように、エミュレータ２４はランダム分布発生器２６を含む。ランダム分布発生器２６は、各々の偏波制御器１２についての更新された偏波状態決定因子のランダム分布を、その現在の偏波状態決定因子に基づき、かつ所望のファイバの種類における変遷パターンについての統計確率分布関数に追従するランダム分布に従い決定するためのものである。エミュレータ２４はさらに信号発生器２８を含む。信号発生器２８は、偏波制御器１２に対して信号を生成し、その偏波状態決定因子をその更新された偏波状態決定因子へ変化させるためのものである。
【００１９】
エミュレータ２４の現在好ましい実施例では、「酔歩」プロセスと類似の記憶を伴う統計分布が使用される。これはガウス分布などに基づく条件的確率分布関数を用いて実現される。この場合、動的な入力値はガウス幅と等価である。しかし、モデル化されるべきデータによってはローレンツ分布などその他の統計分布が好適であることもまた十分企図されており、この発明はガウス確率分布関数に明示的に限定されない。現在好ましい実施例では、エミュレータ２４は１生成記憶を用い、現在の推移確率は以前の値のみの関数である。この実施例に対する変形例ではより長い記憶を伴う統計分布が用いられ、現在の推移確率は２つ以上の以前の値生成の関数である。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
この発明に従うと、このようなモデルをエミュレートするために擬似乱数発生器を用いて好適な確率値を生成する。この実施例では、大きな遅延なしに各々のスクイーザ１６を構成するのに十分な擬似乱数を生成するには単一の擬似乱数発生器で十分である。ガウス確率分布関数を用い、スクイーザ１６の各々につき、加えられる圧力をどのように変化させるか、およびしたがって対応する偏光保持ファイバセクション１４における群遅延時間差をどのように変化させるかを決定する。ここに記載の試験機構１０を用い、各々のスクイーザ１６についてのモード結合角は、偏波制御器１２の物理的構造に決定されるように一定である。しかしながら、試験機構につき選択された偏波制御器の種類によっては、群遅延時間差もしくはモード結合角のうちいずれかが一定に保持可能であっても、または両方とも変更可能であっても、十分にこの発明の企図した範囲内である。
【００２２】
付録Ａに掲げるマットラブ（登録商標）（Matlab）ソースコードでは、この発明に従うアルゴリズムの実現例であって、スクイーザ１６を制御する好適な制御信号を生成するためのランダム群遅延時間差値の分布を生成するものを記載する。生成される分布は、動的な入力値により指定された特定のガウス確率分布関数（すなわちガウス幅＝“sigmaStep”）に追従する。図２にはこの実現例に対応するフローチャートを示す。ここに示すように、入力されるのは現在の群遅延時間差“ＤＧＤ”、光学キャリア角周波数“omega”、および生成される乱数または擬似乱数である。ここでの遷移は短い記憶を有し、すなわちその現在の値のみに基づき新たな値をとると仮定する。時間変数は陰関数表示であり陽関数表示ではない。Δｔの時間発展を勘案するために、配向角度は各々が実現ごとに更新できることとする。
【００２３】
ガウス確率分布関数の幅を表わす動的な入力値を操作することにより、この発明のエミュレータはさまざまな条件下、たとえば架空や埋設の線渠および海底における異なる種類のファイバについての変遷パターンをエミュレートするように設定可能である。
【００２４】
【数２】
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【００２５】
図３ａおよび図３ｂは、σ＝０．０１およびσ＝０．０７５の場合におけるモデルおよびエミュレータの結果についての偏波状態のすり合わせを示す。これらはそれぞれ埋設ファイバおよび不良の架空ファイバの変遷パターンに近似するものである。これらすり合わせは埋設ファイバで高い相関を示している。不良の架空ファイバの場合に結果における相関の程度は低い。これはエミュレータ機構においてセグメントを５個のみ用いたことによると考えられる。Ｎ個のセグメントを増やせば相関は向上すると思われる。
【００２６】
図４ａは架空ファイバについての古典的なエミュレータおよび実験での敷設ファイバについてのマクスウェルのすり合わせを示す。上記の式を用いて弧長曲線を生成した。図４ｂに示す群遅延時間差曲線はマクスウェルの確率分布関数すり合わせおよびアリジェント（Aligent）偏光計を用いて生成された。
【００２７】
当業者には明らかであろうように、この発明は動的な偏波モード分散を正確にエミュレートするものであり、実物の光ファイバを用いた実地試験における不便さおよび労力なしに研究室内で光学系の性能を試験することを可能にする。この動的な偏波モード分散エミュレータは光学系の設計者によって用いられ、異なる量の動的な影響を有する光学系を試験し、こうして異なる種類のファイバが動作する実際の条件をより正確に再現することが可能である。これにより、特に高速の光学系において偏波モード分散の研究室での試験をより正確に行なうことが可能となる。さらに、電話通信会社が動的な偏波モード分散の系の影響を調査することが可能となる。また、光ファイバの研究者が実験環境下で偏波モード分散を正確にモデル化するためにこの発明の動的な偏波モード分散エミュレータを用いることができる。
【００２８】
上述のこの発明の各実施例は例示を意図したものにすぎない。当業者であればこの発明の範囲から逸脱することなくこれら特定の実施例に対して改変、変形および変更を行なうことが可能であり、この発明の範囲は前掲の特許請求の範囲によってのみ画定される。
【００２９】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明に従う偏波モード分散エミュレート試験機構およびエミュレータの概略図である。
【図２】この発明に従うエミュレート方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ異なるσの値の場合におけるモデルおよびエミュレータの結果についての偏波状態のすり合わせを比較する柱状図である。
【図４】（ａ）は古典的なエミュレータについてのマクスウェルのすり合わせを、（ｂ）はエミュレータおよび実験的な敷設ファイバのすり合わせを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2005520196.tif 000011