(57)【要約】本発明は、高速光信号伝送システムにおける偏光モード分散（ＰＭＤ）の効果を緩和するための装置及び方法に関する。本装置は、複屈折要素（１１、１２、１６）の連鎖を備え、そのうちの少なくとも２つ（１１、１２）は、フィードバック装置（１５）により選択的に制御でき、また、使用アーキテクチャーが限定数の制御接続（１１ａ、１２ａ）と対応する制御信号とを特徴とするとしても、一次及び二次ＰＭＤの効果を緩和できる。
2005519496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバー伝送システムにおける広い周波数帯域の光信号の微分群遅延（ＤＧＤ）から生じる偏光モード分散（ＰＭＤ）の効果を緩和するための装置であって、
-  互いに平行ではない複屈折軸を有し、かつ光ファイバーに直列に接続された少なくとも３つの複屈折要素（１１、１２、１６）の連鎖；
-  前記複屈折要素（１１、１２、１６）の連鎖に接続され、前記複屈折要素の少なくとも２つ（１１、１２）のＤＧＤを選択的に制御して、偏光モード分散の効果を補償できる偏光の主状態（ＰＳＰ）の可変ベクトルを生成できるフィードバック装置（１５）；
を特徴とする上記偏光モード分散（ＰＭＤ）の効果を緩和するための装置。
【請求項２】
前記複屈折要素（１１、１２、１６）の連鎖が、縦続接続された次の構成要素、すなわち
-  ２つの可変ＤＧＤ複屈折要素（１１、１２）；及び
-  １つの固定ＤＧＤ複屈折要素（１６）；
を含み、それにより、３以上の複屈折要素（１１、１２、１６）の前記連鎖が、光信号の周波数の関数として変化する偏光の主状態（ＰＳＰ）のベクトルを生成できる、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記フィードバック装置（１５）が
-  複屈折要素（１１、１２、１６）の前記連鎖の出力に接続され、かつ、測定された光信号の歪みに比例した少なくとも１つの測定信号を発生することができる歪み測定要素（１５ａ）；及び
-  測定要素（１５ａ）により発生された測定信号に応答して、前記少なくとも２つの複屈折要素（１１、１２）を動的に制御することができる制御回路（１５ｂ）
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記連鎖（１１、１２、１６）における前記複屈折要素の少なくとも２つ（１１、１２）の複屈折軸が互いに直交していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
光ファイバー伝送システムにおける広い周波数帯域の光信号の微分群遅延（ＤＧＤ）から生じる偏光モード分散（ＰＭＤ）の効果を緩和するための方法であって、
-  少なくとも３つの複屈折要素（１１、１２、１６）の連鎖における少なくとも２つの要素（１１、１２）のＤＧＤを選択的に制御するステップであって、前記少なくとも３つの複屈折要素が直列に光ファイバーに接続され、かつ互いに平行でない複屈折軸を有する前記ステップ
を特徴とする前記方法。
【請求項６】
前記制御するステップが、
-  光信号の歪みを測定するステップ；
-  測定した歪みに基づいて前記少なくとも２つの要素（１１、１２）のＤＧＤを動的に制御するステップ
を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、光ファイバー上で信号（光信号）を伝送するシステムにおいて偏光モード分散の効果を緩和するための装置、及びそれに対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光モード分散（ＰＭＤ）は、単一モード光ファイバー中、すなわち、直交偏光した１対の縮退モードからなる基本伝搬モードにて信号を伝送する光ファイバー中に伝搬する光信号に影響を与える歪み現象である。
知ってのとおり、偏光モード分散は、光ファイバー基本モードの二重の縮退の存在に起因する。
現実には、実際のファイバーにおける製造不良（コア楕円率、外部応力など）により、２つの縮退モードに対して異なる群速度が生じ、その結果、受信装置（受信器）により受信された光信号が歪まされる。
知ってのとおり、光信号の歪みは、光信号により占められる周波数帯域がストークス空間におけるファイバーの偏光の主状態の帯域幅と比較して小さいことを仮定すると一次の効果により記述でき、また、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のビットレートの伝送システムで生じ得るように、この仮定が成り立たない（広い周波数帯域の信号）場合には一次及び少なくとも二次の効果により記述できる。
１０Ｇｂｉｔ／ｓ及びそれ以上のチャンネル速度を特徴とする伝送システムに対する需要が高まるにつれ、このような場合における偏光モード分散（ＰＭＤ）に関連する問題をより完全に理解することが必須となってきた。
実際、使用されるファイバー上で測定されるＰＭＤレベルに依存して、歪みの効果を低減するため適当な対策を取る必要が生じ得る。
このような対策は、単に適切なシステムマージンを割り当てることから、ＰＭＤにより生じる光信号の歪みを修復できる光学的ＰＭＤ補償サブシステムを用いることまで多岐にわたり得る。
【０００３】
伝送システムの性能に対する一次ＰＭＤの効果は、ランダムで可変ないわゆるＤＧＤ（微分群遅延）により概略的に記述され、このＤＧＤ（微分群遅延）は、単一モード光ファイバー中に存在する異なる群速度により生じる偏光の２つの主状態間の相対遅延を表す。
【０００４】
微分群遅延は、時間及びファイバーを通って進行する光信号の波長の両方の関数として、著しく変動する。通常、これは、一定のスペクトル範囲の波長にわたっての平均値（平均ＤＧＤ）を特徴とし、公知のように、ファイバー長の平方根に比例して大きくなる。
【０００５】
よって、一定区域のファイバーの平均ＤＧＤは、ＰＭＤ係数（ｐｓ／√ｋｍにて表されるＣＰＭＤであり、少なくとも最近製造されたファイバーに対しては一般には製造者により与えられる）に、ｋｍで表したファイバー長の平方根を掛けることによって計算される。
平均ＤＧＤにより、受信器での光パルスの広がりの程度を求めること、及び、よって、ファイバーのＰＭＤから生じる光ファイバー伝送システムの伝送容量の制限を統計的に特徴付けることが可能となる。
【０００６】
背景技術
現在、たとえ極度に低いＰＭＤ値のファイバーを製造することが可能であるとしても、設置された多くのファイバーは、高容量システム、例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のデータ転送速度の伝送システムの配備を厳しく制限又は妨げる高いＰＭＤレベルを示す。
この問題を解決するために、ＰＭＤを補償するよう設計された装置が、現在導入されてきている。ＰＭＤはアランダムな性質を有するので、もしこれらの装置がＰＭＤの統計的な変動を動的に補償できなければならないとしたら、これらの装置は適応性（ａｄａｐｔｉｖｅ）（すなわち動的）である。
【０００７】
ＰＭＤの動的な補償のための次の２つの異なる種類のアプローチが、従来技術において知られている。
（１）光学的な補償。光学的な補償器又はサブシステムにより実施される。この補償器又はサブシステムは、光伝送システムとは独立しており、光入力及び出力を備え、受信器のすぐ上流に設置される。
（２）電子的な補償。電子的な補償器又はサブシステムにより実施される。この補償器又はサブシステムは、受信器内に集積化され、光検出された信号に作用する。
【０００８】
本発明の目的において参照する光学的補償器に関して、従来技術のシステムの例は、米国特許第５，９３０，４１４号に記載された光学的補償器である。
好ましい実施態様では、この補償器１００（図１）は、可変ＤＧＤ複屈折要素１１２とスプリッター装置（スプリッター）１１４に直列に接続された偏光調節要素（偏光調節器）１１０を備え、このスプリッター装置（スプリッター）１１４は、光信号の一部を抜き出して制御区域（フィードバック回路）１１５に加えることができ、この制御区域（フィードバック回路）１１５は、抜き出された信号を測定し、実施された測定に基づいて偏光調節器１１０と可変ＤＧＤ複屈折要素１１２の両方を動的に制御することができる。
【０００９】
従来技術の補償器の動作原理は、次の通りである。
（１）ファイバーのＰＭＤにより歪んだ光信号が、偏光調節器１１０の入力に加えられ、この偏光調節器が、制御区域の制御下にてファイバー出力での偏光の主状態を、複屈折要素１１２の複屈折軸にほぼ整列した偏光状態に変換し、
（２）このように変換された光信号が、可変ＤＧＤ複屈折要素１１２の入力に送られ、ここで、複屈折要素１１２の複屈折軸に今では整列している光信号の偏光の主状態のＤＧＤが、等しくかつ反対のＤＧＤにより補償され、
（３）スプリッター１１４により抜き出された信号部分が、制御回路又はフィードバック回路１１５により用いられて歪度を測定し、そして、光信号の歪みを動的に最小にすべく、偏光調節器１１０と複屈折要素１１２に適当なアルゴリズムにより作用することを可能にする。
【００１０】
従来技術のシステムの欠点は、上述したアーキテクチャーがただ１つの複屈折要素１１２を含み、よって、一次ＰＭＤ効果のみを補償できるが、特に１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上のデータ転送速度のシステムにおいては、二次ＰＭＤも補償しなければならないことである。
従来技術のアーキテクチャーを用いて二次ＰＭＤを補償するためには、いわゆる多段式の補償器を得るべく偏光調節器１１０と可変ＤＧＤ複屈折要素１１２（補償区域）を二重にする必要がある。
当業者には容易に明らかとなるように、このような解決策は、制御変数だけでなく使用される光学的コンポーネント（１１０、１１２）を倍加することを伴い、よって、補償器（ＰＭＤを補償するための装置）の複雑さを著しく増大させる。
【特許文献１】米国特許第５，９３０，４１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明の開示
本発明の目的は、一次及び二次ＰＭＤを補償できると共に簡単であり、かつ管理すべき多数の制御変数を必要としない装置及び方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、特許請求の範囲に記載のような偏光モード分散を補償する装置及び方法により達成される。
【００１３】
特に、この目的は、光ファイバー伝送線により総て直列に接続された少なくとも２つの可変ＤＧＤ複屈折要素及び１つの固定ＤＧＤ複屈折要素を備えた本発明による装置によって達せられる。
【００１４】
図面の簡単な説明
本発明の上記特徴及びその他の特徴は、添付図面に関する本発明の好ましい実施態様の以下の説明からよく理解されるであろうが、この実施態様は、単に例として与えられたものであり、限定として解釈すべきでない。
図１は、従来技術によりＰＭＤを補償するための装置のブロック図である。
図２は、本発明によりＰＭＤを補償するための装置のブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
発明を実施するためのベストモード
図２では、光ファイバー伝送システムにおいて偏光モード分散（ＰＭＤ）を緩和又は補償する装置１０が、１１と１２でそれぞれ示され且つ直列に接続された第１及び第２可変ＤＧＤ複屈折要素と、第２可変ＤＧＤ要素１２に縦列にて接続された固定ＤＧＤ要素（第３要素）１６と、第３要素１６に接続された公知型のスプリッター１４と、スプリッター１４に接続されたフィードバック回路１５とを備える。
【００１６】
第１及び第２可変ＤＧＤ複屈折要素（第１及び第２可変ＤＧＤ要素）１１及び１２は、公知型であり、互いに平行でない複屈折軸と、補償されるファイバーのＰＭＤに基づいて選択された複屈折値とを有する。
【００１７】
固定ＤＧＤ要素１６は、第２可変ＤＧＤ要素１２に対して平行でない複屈折軸を有する。
本発明の顕著な特徴によると、第１及び第２可変ＤＧＤ要素１１及び１２と固定ＤＧＤ要素１６とは、後にさらに詳細に説明するように、それぞれの光信号の群遅延を選択的に補償することができる。
特に、本発明の主原理によると、上述したような、３つの複屈折要素（１１、１２及び１６）の連鎖により、２つの可変ＤＧＤ要素１１及び１２のＤＧＤが変わる際に偏光の主状態（ＰＳＰ）のすべての可能なベクトルを変えることが可能となり、よって、この目的のために２つだけの制御変数を必要としつつ光ファイバーにより導入されるＤＧＤを補償することが可能となる。
【００１８】
フィードバック回路１５は、従来技術による測定要素１５ａと、制御装置１５ｂとを備え、測定要素１５ａは、スプリッター１４により抜き出された信号のＰＭＤにより生じた歪度を測定でき、制御装置１５ｂは、測定要素１５ａに縦列にて接続され、かつ測定要素１５ａにより測定された光信号の歪みを補償する制御信号を、関連の制御接続１１ａ及び１１ｂにより第１及び第２可変ＤＧＤ要素１１及び１２に動的に送ることができる。
特に、例えば公知のマイクロプロセッサのアーキテクチャーに基づき得る制御装置１５ｂが、装置１０の設計段階にて開発され制御装置１５ｂに記憶されたプログラムに基づいて公知の種類のＤＧＤ制御信号を発生することができ、かつ、本発明の顕著な特徴に従って測定要素１５ａにより測定されたＰＭＤにより生じた歪みを補償するように、前記信号をそれぞれの接続１１ａ及び１２ａにより選択的に第１及び第２可変ＤＧＤ要素１１及び１２に伝送することができる。
【００１９】
本発明の別の実施態様によると、固定ＤＧＤ複屈折要素１６は、ＰＭＤ補償プロセスにおけるさらなる自由度を得るように、接続１６aを介して制御装置１５ｂにより制御される公知の種類であり且つ第２可変ＤＧＤ要素１２に平行でない複屈折軸を有する可変ＤＧＤ複屈折要素と置き換えることができる。
この第２の実施態様では、第３の複屈折要素１６のＤＧＤもまた変えることができるという事実により、第３の制御変数の導入により複雑さは増すけれども、時間経過に伴う光ファイバーのＰＳＰの変動を追跡する本装置の能力を改善する。
【００２０】
上述した装置１０の動作原理は次の通りである。
【００２１】
少なくとも２つが可変の３つの複屈折要素１１、１２及び１６の連鎖が、個々の複屈折要素の複屈折の関数であるＰＳＰベクトル（ストークス空間内の方向及び係数）を特徴とする複屈折光学的要素を構成する。
特に、３つの複屈折要素１１、１２及び１６の連鎖により、最初の２つの可変ＤＧＤ要素１１及び１２のＤＧＤを適切に調節することによって任意方向のＰＳＰベクトルを得ることができ、よって、その方向がどうあろうともファイバーのＰＳＰベクトルを補償することができる。
同様に、この連鎖により、個々の複屈折要素のＤＧＤ値に依存する値の範囲で、かつ、設計の決定の結果として、ファイバーのＰＭＤが時間で変動する際に連続して生じるＤＧＤ値すべての補償を保証すべく十分広くなければならない値の範囲で、かつ、一般に公知又は統計的に決めることができる値の範囲で、ＰＳＰベクトル係数を補償することができる。
【００２２】
本発明の他の実施態様によると、ここで検討したものよりも高次でかつ測定要素１５ａにより測定された微分群遅延を補償するために、追加の可変ＤＧＤ及び／又は固定ＤＧＤ要素を、最初の３つの複屈折要素１１、１２及び１６からモジュラー方式にて縦続接続し得る。
必然的に、本発明のこれら他の実施態様におけるフィードバック回路は、追加の可変ＤＧＤ要素に対する制御接続を備え、追加の各可変ＤＧＤ要素に対するさらなる単一の制御信号を発生することができる。
【００２３】
さらに、複数の複屈折要素の連鎖、例えば互いに平行ではない３つの複屈折要素１１、１２及び１６により、光信号の周波数の関数として変わるＰＳＰベクトルを生成することができる。
公知のように、それ自体は二次ＰＭＤの効果であるこの可変ＰＳＰベクトルにより、ファイバーの二次ＰＭＤの効果を補償するか又は少なくとも緩和することができる。
【００２４】
当業者には容易に明らかなように、上述したアーキテクチャーのおかげで、フィードバック回路１５は、一次及び二次ＰＭＤの効果を補償し且つより高次のＰＭＤの効果を補償するために、従来技術のシステムで要求されるものよりも少ない制御接続及び対応する制御信号しか必要としない。
【００２５】
上記説明において検討した大きさ、形態、材料、コンポーネント、回路要素及び接続は、説明した回路や動作方法の詳細と共に、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲を逸脱することなく、種々の自明な点においてすべて変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来技術によりＰＭＤを補償するための装置のブロック図である。
【図２】本発明によりＰＭＤを補償するための装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    偏光モード分散（ＰＭＤ）を緩和又は補償する装置
１１    第１可変ＤＧＤ複屈折要素
１２    第２可変ＤＧＤ複屈折要素
１４    スプリッター
１５    フィードバック回路
１５ａ  測定要素
１５ｂ  制御要素
１６    固定ＤＧＤ複屈折要素（第３要素）
【図１】
2005519496.tif 000003
【図２】
2005519496.tif 000004
【国際調査報告】
2005519496.tif 000005
2005519496.tif 000006