(57)【要約】【課題】ＰＭＤによる劣化低減に実用上有効な偏波スクランブルが実現できる光伝送システムおよび方法を提供する。【解決手段】偏波スクランブラは、信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調ステップと、この第１の偏波変調ステップによってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調ステップとを行い、第１および第２の偏波変調ステップの変調速度は互いに異なる。あるいは、第１および第２の偏波変調ステップの変調速度は互いに異なるが同期しており偏波状態の変化が周期的である。【選択図】図２
2008085612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備えた光伝送システムにおいて、
前記偏波スクランブラは、
信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調手段と、
この第１の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下（ただし、Ｋは整数）の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調手段と
を備え、
前記第１および第２の偏波変調手段の変調速度は互いに異なる
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備え、ＦＥＣ(Forward
Error Correction)ブロックの長さにわたって信号を平均化する光伝送システムにおいて、
前記偏波スクランブラは、
信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調手段と、
この第１の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調手段と
を備え、
前記第１および第２の偏波変調手段の変調速度は互いに異なる
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項３】
伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備え、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号を平均化する光伝送システムにおいて、
前記偏波スクランブラは、
信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調手段と、
この第１の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調手段と
を備え、
前記第１および第２の偏波変調手段の変調速度は互いに異なるが同期しており偏波状態の変化が周期的である
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項４】
前記第２の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円が前記第１の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾くように、前記第１の偏波変調手段と前記第２の偏波変調手段との間に偏波変換手段を備えた請求項１ないし３のいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記第１の偏波変調手段のみによってポアンカレ球上に描かれた円を観測してその円を含む平面の法線ベクトルをａとし、前記第２の偏波変調手段のみによってポアンカレ球上に描かれた円を観測してその円を含む平面の法線ベクトルをｂとするときに、ａとｂとがなす角がＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下となるように前記偏波変換手段を調整する請求項４記載の光伝送システム。
【請求項６】
前記第１および第２の偏波変調手段は回転１／２波長板、前記偏波変換手段は移相子であって、２つの前記回転１／２波長板は回転軸の向きが等しく、また、周波数Ｎ×ｆ［Ｈｚ］、Ｍ×ｆ［Ｈｚ］（Ｎ、ＭはＮ≠ＭかつＮ≠２Ｍかつ２Ｎ≠Ｍとなる自然数、ｆは周波数）の周期で回転させ、前記移相子はＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下だけ位相を変化させる請求項４記載の光伝送システム。
【請求項７】
２つの前記回転１／２波長板の回転周波数は、一方が周波数ｆ［Ｈｚ］、他方が３ｆ［Ｈｚ］である請求項６記載の光伝送システム。
【請求項８】
伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、信号の偏波状態を平均化する、または、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号の偏波状態を平均化する偏波スクランブラを備えた光伝送システムにおいて、
前記偏波スクランブラは、
回転１／２波長板と移相子と回転１／４波長板とからなる偏波コントローラにより構成され、
前記回転１／２波長板と前記回転１／４波長板とは回転軸の向きが等しく、周波数Ｐ×ｆ［Ｈｚ］、Ｑ×ｆ［Ｈｚ］（Ｐ、ＱはＰ≠ＱかつＰ≠２Ｑとなる自然数、ｆは周波数）の周期で回転させ、前記移相子はＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下だけ位相を変化させる
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項９】
伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、信号の偏波状態を平均化する、または、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号の偏波状態を平均化する偏波スクランブラを備えた光伝送システムにおいて、
前記偏波スクランブラは、
第１および第２の回転１／４波長板とこの第１および第２の回転１／４波長板の間に設けられた回転１／２波長板とからなる偏波コントローラにより構成され、
前記第１の回転１／４波長板の初期回転角をｋ×π／３とし、前記回転１／２波長板の初期回転角を０とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角を０とする（ただしｋは３の倍数を除く整数）、あるいは、
前記第１の回転１／４波長板の初期回転角を０とし、前記回転１／２波長板の初期回転角をｋ×π／６とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角を０とする、あるいは、
前記第１の回転１／４波長板の初期回転角を０とし、前記回転１／２波長板の初期回転角を０とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角をｋ×π／３とし、
前記第１の回転１／４波長板を周波数ｎ×ｆ［Ｈｚ］で回転させ、前記回転１／２波長板を周波数（ｎ＋ｍ）／２×ｆ［Ｈｚ］で回転させ、前記第２の回転１／４波長板を周波数ｍ×ｆ［Ｈｚ］で回転させる（ただしｎ、ｍは｜ｎ｜≠｜ｍ｜かつ｜ｎ｜≠｜２ｍ｜かつ｜２ｎ｜≠｜ｍ｜となるゼロでない整数、ｎ、ｍの符号は回転方向を表し、例えば、正が右回りと定めれば、負は左回りである。ｆは周波数）
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項１０】
前記第１および第２の偏波変調手段は可変移相子、前記偏波変換手段は固定１／２波長板であって、主軸の方向が等しい２つの前記可変移相子のそれぞれ最大偏波位相変位をＮ×２π、Ｍ×２πと設定して周波数ｆ［Ｈｚ］の周期で同期して変化させ、前記固定１／２波長板は前記可変移相子の主軸方向に対してＫπ／４＋０．０５π以上Ｋπ／４＋０．０９３π以下またはＫπ／４−０．０９３π以上Ｋπ／４−０．０５π以下の角度だけ回転させて設置する請求項４記載の光伝送システム。
【請求項１１】
前記第１の偏波変調手段は第１の可変移相子、前記第２の偏波変調手段は前記第１の可変移相子に対して主軸の向きＫπ／２＋０．１０π以上Ｋπ／２＋０．１８５π以下またはＫπ−０．１８５π以上Ｋπ−０．１０π以下だけ傾けた第２の可変移相子であって、前記第１および第２の可変移相子のそれぞれ最大偏波位相変位をＮ×２π、Ｍ×２πと設定し、周波数ｆ［Ｈｚ］の周期で同期して変化させる請求項１ないし３のいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項１２】
前記可変移相子の位相変化の時間波形が周波数ｆ［Ｈｚ］の三角波である請求項１０または１１記載の光伝送システム。
【請求項１３】
前記偏波状態の繰り返し周波数がＦＥＣブロックの長さに相当する周波数と一致するか、あるいは、自然数倍である請求項３記載の光伝送システム。
【請求項１４】
前記偏波状態の繰り返し周波数がＦＥＣブロックの長さに相当する周波数の概ね１／２倍より高く、かつ、偏波変動の最大周波数が前記伝送路から出力された信号の受信器のジッタ許容周波数より低くなる周波数である請求項３記載の光伝送システム。
【請求項１５】
前記偏波状態の繰り返し周波数がＦＥＣブロックの長さに相当する周波数の概ね１／２倍より高く、かつ、前記偏波変動の最大周波数が前記伝送路から出力された信号の受信器のジッタ許容周波数より低くなる周波数であって、この周波数を時間的に変化させる請求項３記載の光伝送システム。
【請求項１６】
２つの前記偏波変調手段の変調速度は、ほぼ同期しているが、その同期すべき周波数から概ね１０％以内の範囲のズレを許容する請求項１ないし８または１０ないし１５のいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項１７】
前記偏波スクランブラは、入力側あるいは伝送路側あるいはその両側にさらに偏波変調器を設け、前記変調周波数に同期していない前記変調周波数よりも低い周波数で偏波変調をさせる請求項１ないし１６のいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項１８】
信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調手段と、
この第１の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調手段と
を備え、
前記第１および第２の偏波変調手段の変調速度は互いに異なるが同期しており偏波状態の変化が周期的である
偏波スクランブラ。
【請求項１９】
伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備えた光伝送システムに適用される光伝送方法において、
前記偏波スクランブラは、
信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調ステップと、
この第１の偏波変調ステップによってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調ステップと
を行い、
前記第１および第２の偏波変調ステップの変調速度は互いに異なる
ことを特徴とする光伝送方法。
【請求項２０】
伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備え、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号を平均化する光伝送システムに適用される光伝送方法において、
前記偏波スクランブラは、
信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調ステップと、
この第１の偏波変調ステップによってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調ステップと
を行い、
前記第１および第２の偏波変調ステップの変調速度は互いに異なる
ことを特徴とする光伝送方法。
【請求項２１】
伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備え、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号を平均化する光伝送システムに適用される光伝送方法において、
前記偏波スクランブラは、
信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調ステップと、
この第１の偏波変調ステップによってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調ステップと
を行い、
前記第１および第２の偏波変調ステップの変調速度は互いに異なるが同期しており偏波状態の変化が周期的である
ことを特徴とする光伝送方法。
【請求項２２】
伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、信号の偏波状態を平均化する、または、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号の偏波状態を平均化する偏波スクランブラを備えた光伝送システムに適用される光伝送方法において、
回転１／２波長板と移相子と回転１／４波長板とからなる偏波コントローラにより構成され、前記回転１／２波長板と前記回転１／４波長板とは回転軸の向きが等しい偏波スクランブラにおける
前記回転１／２波長板と前記回転１／４波長板とを周波数Ｐ×ｆ［Ｈｚ］、Ｑ×ｆ［Ｈｚ］の周期で回転させ、
前記移相子における位相の変化をＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下とする
ことを特徴とする光伝送方法。
【請求項２３】
伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、信号の偏波状態を平均化する、または、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号の偏波状態を平均化する偏波スクランブラを備えた光伝送システムに適用される光伝送方法において、
第１および第２の回転１／４波長板とこの第１および第２の回転１／４波長板の間に設けられた回転１／２波長板とからなる偏波コントローラにより構成された偏波スクランブラにおける
前記第１の回転１／４波長板の初期回転角をｋ×π／３とし、前記回転１／２波長板の初期回転角を０とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角を０とする、あるいは、
前記第１の回転１／４波長板の初期回転角を０とし、前記回転１／２波長板の初期回転角をｋ×π／６とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角を０とする、あるいは、
前記第１の回転１／４波長板の初期回転角を０とし、前記回転１／２波長板の初期回転角を０とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角をｋ×π／３とし、
前記第１の回転１／４波長板を周波数ｎ×ｆ［Ｈｚ］で回転させ、前記回転１／２波長板を周波数（ｎ＋ｍ）／２×ｆ［Ｈｚ］で回転させ、前記第２の回転１／４波長板を周波数ｍ×ｆ［Ｈｚ］で回転させる
ことを特徴とする光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に関するものであり、より具体的には、光通信システムにおける偏波モード分散(Polarization Mode Dispersion :PMD)により生じる劣化（ペナルティ）を低減する光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムの高速化に伴い、ＰＭＤによる信号品質劣化が問題となってきている。ＰＭＤは、光伝送信号が、複屈折の生じた光ファイバや、複屈折を持つ光部品中を伝搬するときに生じるものであり、光伝送媒体の２つの主偏波状態(Principle State of Polarization :PSP)に対応する光信号の２つの直交偏波成分が異なる速度で伝搬することにより引き起こされる。その結果、受信器に到達した光信号には、ＰＭＤに起因した波形歪みが発生することになる。
【０００３】
２つの直交偏波成分の遅延時間差をＤＧＤ(Differential Group Delay)と言い、通常、その量をｐｓで表現する。送信器から受信器までの光ファイバ伝送路を一つの伝送媒体と見なしたとき、通常生じる量のＰＭＤは、低速な信号では問題とならないが、１０Ｇｂｉｔ／ｓを超えるような高速な信号では、ビット間隔が短くなるため、波形歪の割合が大きくなり、大きなＰＭＤは符号誤りを引き起こす。そのため、大きなＰＭＤを有する伝送路に対しては、ＰＭＤを補償するための技術が必要になる。
【０００４】
また、光ファイバ伝送路の偏波状態は統計的な性質を有しており、偏波状態は環境変化により時間的に変化し、その変化は１ミリ秒以下の速い速度のことも、何日も同じ偏波状態が続くこともあり、ＰＭＤを補償する実用的な技術は難しい。
【０００５】
光伝送媒体の２つの主偏波成分のパワーの和に対する一方の主偏波成分のパワーの割合を偏波分岐比(Splitting Ratio)と言い、記号γで表すが、ＰＭＤによる波形劣化はγに依存することが分かっている。２つの直交主偏波成分のパワーが等しい、すなわち、γ＝０．５のときに、劣化が激しく、どちらかに偏っているとき、すなわち、γ＝０あるいはγ＝１のときに、劣化が小さい。
【０００６】
前述のように、光ファイバ伝送路の偏波状態は統計的な性質を有しており、伝送路に入射される光信号のγを特定の状態に固定することはできないため、γ＝０あるいはγ＝１の状態が望ましいが、γ＝０．５の状態にもなりうるため、γ＝０．５の最悪状態が続くことを考慮した伝送システムの設計をする必要がある。
【０００７】
そこで、偏波方向を変調することによって、γ＝０．５の状態が続かないようにし、γの値を一様化することにより、劣化を平均化して最悪値から低減させ、伝送性能を改善することができる。また、前方誤り訂正(Forward Error Correction :FEC)は、システム・マージンを高める有効な手法であるが、ＦＥＣブロック内で誤りが多いとその効果は減少する。そこで、偏波スクランブルにより、ＦＥＣブロックの長さにわたって偏波状態を平均化することにより誤りを平均化し、ＦＥＣの効果を向上させ、ＦＥＣ符号化された信号の伝送における偏波モード分散の影響を低減する方法が特許文献１に記載されている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許６４３７８９２号
【特許文献２】米国特許５３６１２７０号
【特許文献３】米国特許６９１４７０７号
【特許文献４】米国特許７０４６４１６号
【非特許文献１】Ｆ．Ｈｅｉｓｍａｎｎ、“Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｐｏｌａｒｉｚｉａｔｉｏｎ  Ｓｃｒａｍｂｌｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１４巻、８号、１８０１−１８１４頁、１９９６年刊
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１において偏波変調器としてポッケルスセルが示されているが、ポッケルスセルのような可変移相子(valuable retarder) を通常の使い方、すなわち、直線偏波と円偏波との間を変化させる偏波変調器を偏波スクランブラとして用いたときには、伝送路へ入射される偏波の変化の主軸が伝送媒体の主偏波（ＰＳＰ）軸すなわちＰＭＤベクトルと一致する場合には、偏波は変化してもスプリッティングレシオはγ＝０．５のまま変化せず、ＰＭＤによる劣化は改善されない。
【００１０】
また、最初にスプリッティングレシオが変調されるような偏波状態に設定したとしても、伝送路の主偏波方向は環境変化により時間と共に変化するため、無効な偏波方向になってしまうことがある。さらに、この変調器では、変調器への入力偏波が変調器の主軸に対して４５度傾いた直線偏波でなければならないため、変調器への入力偏波を固定あるいは制御する必要があるといった問題点もある。したがって、この種の偏波変調器には実用上の問題があった。
【００１１】
また、偏波依存損失を測定する測定装置として、あらゆる偏波状態を疑似ランダムに発生させる偏波スクランブラが市販されている。光伝送路の偏波依存損失を平均化し、伝送特性を安定化させるためにも偏波状態を疑似ランダムに発生させる偏波スクランブラが使用されることがある。これらの偏波スクランブラは、あらゆる偏波状態を疑似ランダムに発生させるためのものであり、できるだけ多くの偏波が一様に発生するように様々な工夫がなされている。
【００１２】
また、偏波状態の変化速度も疑似ランダムであり、一定ではなく広範囲に分布している。こうした偏波スクランブラをＰＭＤによる劣化を低減させる目的で使用すると、平均化が有効になるためには多くの偏波状態を必要とし、数マイクロ秒程度のＦＥＣブロック周期の時間では平均化が有効にならない場合があり、ＦＥＣの効果が減少してしまう。
【００１３】
すなわち、偏波状態が疑似ランダムに発生するため、悪い偏波方向が続くことがあり得る。それを避けるため、ＦＥＣブロック周期の時間で平均化が十分有効になるように多くの偏波状態を発生させようと偏波の変化速度を高速化すれば、ＰＭＤに起因するジッタの速度が高速になり、受信器のクロック抽出回路が追随せず、高速ジッタによる信号劣化を引き起こすという問題点がある。
【００１４】
したがって、ＦＥＣを用いた伝送システムにおいては、偏波状態を疑似ランダムに発生させる構造の偏波スクランブラを用いると、偏波スクランブルの効果を十分に発揮できないという課題がある。
【００１５】
また、Ｈｅｉｓｍａｎｎは、非特許文献１に、エルビウム添加ファイバ増幅器における偏波ホールバーニングを防ぐことを目的として、光信号をＤｅｐｏｌａｒｉｚｅする、すなわち、偏光度(Degree of Polarization :DOP)をゼロにする偏波スクランブラ（いわゆるMonochromatic Depolarizer）についてのまとめを報告している。また、特許文献２にも記載されている。
【００１６】
しかしながら、ＰＭＤによる劣化を低減させるためには、ＤＯＰがゼロになる必要は無く、また、ＤＯＰをゼロにする偏波スクランブル方法が、ＰＭＤによる劣化の低減に効果的かどうかは不明である。
【００１７】
また、Ｎｏｅらは、ＰＭＤ検出デバイスに用いる偏波スクランブラとして、特許文献３に、また、ＰＭＤ検出デバイスに用いるポアンカレ球上で３次元図形を描く偏波スクランブラとして、特許文献４に出力偏波の規格化ストークスベクトルに対するコリレーション行列が概ね３×３単位行列の１／３になる偏波スクランブラを記載している。
【００１８】
しかしながら、ＰＭＤによる劣化を低減させるためには、コリレーション行列が３×３単位行列の１／３になる必要は無く、また、コリレーション行列が３×３単位行列の１／３になる偏波スクランブル方法がＰＭＤによる劣化の低減に効果的かどうかは不明である。
【００１９】
以上のように、特許文献には、ＰＭＤによる波形劣化を低減させるために偏波スクランブルが有効であることは示されているものの、ＰＭＤによる劣化低減に実用上有効な偏波スクランブラは存在しなかった。
【００２０】
本発明は、このような背景の下に行なわれたものであって、ＰＭＤによる劣化低減に実用上有効な偏波スクランブルが実現できる光伝送システムおよび方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明は、伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備えた光伝送システムであって、本発明の特徴とするところは、前記偏波スクランブラは、信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調手段と、この第１の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下（ただし、Ｋは整数）の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調手段とを備え、前記第１および第２の偏波変調手段の変調速度は互いに異なるところにある（第一の発明）。
【００２２】
あるいは、本発明は、伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備え、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号を平均化する光伝送システムであって、本発明の特徴とするところは、前記偏波スクランブラは、信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調手段と、この第１の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調手段とを備え、前記第１および第２の偏波変調手段の変調速度は互いに異なるところにある。または、前記第１および第２の偏波変調手段の変調速度は互いに異なるが同期しており偏波状態の変化が周期的であるところにある（第二の発明）。
【００２３】
さらに、これら第一または第二の発明では、前記第２の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円が前記第１の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾くように、前記第１の偏波変調手段と前記第２の偏波変調手段との間に偏波変換手段を備えることもできる（第三の発明）。
【００２４】
この第三の発明の場合には、前記第１の偏波変調手段のみによってポアンカレ球上に描かれた円を観測してその円を含む平面の法線ベクトルをａとし、前記第２の偏波変調手段のみによってポアンカレ球上に描かれた円を観測してその円を含む平面の法線ベクトルをｂとするときに、ａとｂとがなす角がＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下となるように前記偏波変換手段を調整することが望ましい（第四の発明）。
【００２５】
あるいは、前記第三の発明の場合には、前記第１および第２の偏波変調手段は回転１／２波長板、前記偏波変換手段は移相子であって、２つの前記回転１／２波長板は回転軸の向きが等しく、また、周波数Ｎ×ｆ［Ｈｚ］、Ｍ×ｆ［Ｈｚ］（Ｎ、ＭはＮ≠ＭかつＮ≠２Ｍかつ２Ｎ≠Ｍとなる自然数、ｆは周波数）の周期で回転させ、前記移相子はＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下だけ位相を変化させることもできる（第五の発明）。
【００２６】
さらに、この第五の発明の場合には、２つの前記回転１／２波長板の回転周波数は、一方が周波数ｆ［Ｈｚ］、他方が３ｆ［Ｈｚ］であることが望ましい（第六の発明）。
【００２７】
あるいは、本発明は、伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、信号の偏波状態を平均化する、または、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号の偏波状態を平均化する偏波スクランブラを備えた光伝送システムであって、本発明の特徴とするところは、前記偏波スクランブラは、回転１／２波長板と移相子と回転１／４波長板とからなる偏波コントローラにより構成され、前記回転１／２波長板と前記回転１／４波長板とは回転軸の向きが等しく、周波数Ｐ×ｆ［Ｈｚ］、Ｑ×ｆ［Ｈｚ］（Ｐ、ＱはＰ≠ＱかつＰ≠２Ｑとなる自然数、ｆは周波数）の周期で回転させ、前記移相子はＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下だけ位相を変化させるところにある（第七の発明）。
【００２８】
あるいは、本発明は、伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、信号の偏波状態を平均化する、または、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号の偏波状態を平均化する偏波スクランブラを備えた光伝送システムであって、本発明の特徴とするところは、前記偏波スクランブラは、第１および第２の回転１／４波長板とこの第１および第２の回転１／４波長板の間に設けられた回転１／２波長板とからなる偏波コントローラにより構成され、前記第１の回転１／４波長板の初期回転角をｋ×π／３とし、前記回転１／２波長板の初期回転角を０とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角を０とする（ただしｋは３の倍数を除く整数）、あるいは、前記第１の回転１／４波長板の初期回転角を０とし、前記回転１／２波長板の初期回転角をｋ×π／６とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角を０とする、あるいは、前記第１の回転１／４波長板の初期回転角を０とし、前記回転１／２波長板の初期回転角を０とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角をｋ×π／３とし、前記第１の回転１／４波長板を周波数ｎ×ｆ［Ｈｚ］で回転させ、前記回転１／２波長板を周波数（ｎ＋ｍ）／２×ｆ［Ｈｚ］で回転させ、前記第２の回転１／４波長板を周波数ｍ×ｆ［Ｈｚ］で回転させる（ただしｎ、ｍは｜ｎ｜≠｜ｍ｜かつ｜ｎ｜≠｜２ｍ｜かつ｜２ｎ｜≠｜ｍ｜となるゼロでない整数、ｎ、ｍの符号は回転方向を表し、例えば、正が右回りと定めれば、負は左回りである。ｆは周波数）ところにある（第八の発明）。
【００２９】
また、前記第三の発明の場合には、前記第１および第２の偏波変調手段は可変移相子、前記偏波変換手段は固定１／２波長板であって、主軸の方向が等しい２つの前記可変移相子のそれぞれ最大偏波位相変位をＮ×２π、Ｍ×２πと設定して周波数ｆ［Ｈｚ］の周期で同期して変化させ、前記固定１／２波長板は前記可変移相子の主軸方向に対してＫπ／４＋０．０５π以上Ｋπ／４＋０．０９３π以下またはＫπ／４−０．０９３π以上Ｋπ／４−０．０５π以下の角度だけ回転させて設置することもできる（第九の発明）。
【００３０】
また、前記第一または第二の発明の場合には、前記第１の偏波変調手段は第１の可変移相子、前記第２の偏波変調手段は前記第１の可変移相子に対して主軸の向きＫπ／２＋０．１０π以上Ｋπ／２＋０．１８５π以下またはＫπ−０．１８５π以上Ｋπ−０．１０π以下だけ傾けた第２の可変移相子であって、前記第１および第２の可変移相子のそれぞれ最大偏波位相変位をＮ×２π、Ｍ×２πと設定し、周波数ｆ［Ｈｚ］の周期で同期して変化させることもできる（第十の発明）。
【００３１】
さらに、前記第九または第十の発明の場合には、前記可変移相子の位相変化の時間波形が周波数ｆ［Ｈｚ］の三角波であることが望ましい（第十一の発明）。
【００３２】
また、前記第二の発明の場合には、前記偏波状態の繰り返し周波数がＦＥＣブロックの長さに相当する周波数と一致するか、あるいは、自然数倍であることが望ましい（第十二の発明）。
【００３３】
また、前記第二の発明の場合には、前記偏波状態の繰り返し周波数がＦＥＣブロックの長さに相当する周波数の概ね１／２倍より高く、かつ、偏波変動の最大周波数が前記伝送路から出力された信号の受信器のジッタ許容周波数より低くなる周波数であることもできる（第十三の発明）。
【００３４】
あるいは、前記第二の発明の場合には、前記偏波状態の繰り返し周波数がＦＥＣブロックの長さに相当する周波数の概ね１／２倍より高く、かつ、前記偏波変動の最大周波数が前記伝送路から出力された信号の受信器のジッタ許容周波数より低くなる周波数であって、この周波数を時間的に変化させることもできる（第十四の発明）。
【００３５】
また、前記第一ないし第七または第九ないし第十四のいずれかの発明の場合には、２つの前記偏波変調手段の変調速度は、ほぼ同期しているが、その同期すべき周波数から概ね１０％以内の範囲のズレを許容することができる（第十五の発明）。
【００３６】
また、前記第一ないし第十五のいずれかの発明の場合には、前記偏波スクランブラは、入力側あるいは伝送路側あるいはその両側にさらに偏波変調器を設け、前記変調周波数に同期していない前記変調周波数よりも低い周波数で偏波変調をさせることができる（第十六の発明）。
【００３７】
また、本発明を偏波スクランブラの観点から観ると、本発明は、信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調手段と、この第１の偏波変調手段によってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調手段とを備え、前記第１および第２の偏波変調手段の変調速度は互いに異なるが同期しており偏波状態の変化が周期的である偏波スクランブラである（第十七の発明）。
【００３８】
また、本発明を光伝送方法の観点から観ると、本発明は、伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備えた光伝送システムに適用される光伝送方法であって、前記偏波スクランブラは、信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調ステップと、この第１の偏波変調ステップによってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調ステップとを行い、前記第１および第２の偏波変調ステップの変調速度は互いに異なることを特徴とする（第十八の発明）。
【００３９】
あるいは、本発明は、伝送路への入力偏波をスクランブルする偏波スクランブラを備え、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号を平均化する光伝送システムに適用される光伝送方法であって、前記偏波スクランブラは、信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調する第１の偏波変調ステップと、この第１の偏波変調ステップによってポアンカレ球上に描かれた円に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度だけ傾いた円を描くようにポアンカレ球上で信号光の偏波を変調する第２の偏波変調ステップとを行い、前記第１および第２の偏波変調ステップの変調速度は互いに異なることを特徴とする。または、前記第１および第２の偏波変調ステップの変調速度は互いに異なるが同期しており偏波状態の変化が周期的であることを特徴とする（第十九の発明）。
【００４０】
あるいは、本発明は、伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、信号の偏波状態を平均化する、または、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号の偏波状態を平均化する偏波スクランブラを備えた光伝送システムに適用される光伝送方法であって、回転１／２波長板と移相子と回転１／４波長板とからなる偏波コントローラにより構成され、前記回転１／２波長板と前記回転１／４波長板とは回転軸の向きが等しい偏波スクランブラにおける前記回転１／２波長板と前記回転１／４波長板とを周波数Ｐ×ｆ［Ｈｚ］、Ｑ×ｆ［Ｈｚ］の周期で回転させ、前記移相子における位相の変化をＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下とすることを特徴とする（第二十の発明）。
【００４１】
あるいは、本発明は、伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、信号の偏波状態を平均化する、または、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号の偏波状態を平均化する偏波スクランブラを備えた光伝送システムに適用される光伝送方法であって、第１および第２の回転１／４波長板とこの第１および第２の回転１／４波長板の間に設けられた回転１／２波長板とからなる偏波コントローラにより構成された偏波スクランブラにおける前記第１の回転１／４波長板の初期回転角をｋ×π／３とし、前記回転１／２波長板の初期回転角を０とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角を０とする、あるいは、前記第１の回転１／４波長板の初期回転角を０とし、前記回転１／２波長板の初期回転角をｋ×π／６とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角を０とする、あるいは、前記第１の回転１／４波長板の初期回転角を０とし、前記回転１／２波長板の初期回転角を０とし、前記第２の回転１／４波長板の初期回転角をｋ×π／３とし、前記第１の回転１／４波長板を周波数ｎ×ｆ［Ｈｚ］で回転させ、前記回転１／２波長板を周波数（ｎ＋ｍ）／２×ｆ［Ｈｚ］で回転させ、前記第２の回転１／４波長板を周波数ｍ×ｆ［Ｈｚ］で回転させることを特徴とする（第二十一の発明）。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、光ファイバが如何なる条件であっても、光送信信号が偏波スクランブルされ、かつ、光通信に適した速度で偏波がスクランブルされるため、ＰＭＤによる劣化低減に実用上有効な偏波スクランブラが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の実施例である偏波スクランブラを用いた光伝送システムを図１に示す。送信側において、ＦＥＣエンコーダ１によりＦＥＣをエンコードされたデータによって変調器２は、光源３から出射された光信号を変調し、この光信号は、波長多重装置５により波長多重され、偏波スクランブラ４により偏波分岐比を一括で変調された後、光ファイバ６や光増幅器７からなる光伝送路８に送出される。
【００４４】
伝送された信号は、受信側において、波長分離装置９により波長分離された後、受信器１０で受信され、ＦＥＣデコーダ１１によりＦＥＣにより誤り訂正がなされ、データが得られる。ここで、偏波スクランブラ４により変調された偏波分岐比の変化周期がいくらであってもＰＭＤペナルティを減少させる効果はあるが、ＦＥＣブロックの周期と同程度以下のとき、特にＰＭＤペナルティを減少させる効果がある。
【００４５】
図１の光伝送システムで使用され、本実施形態で用いられる偏波スクランブラの第一の例を図２に示す。図２の偏波スクランブラは、回転１／２波長板２０−１、移相子２１、回転１／２波長板２０−２からなる偏波コントローラで構成され、各回転１／２波長板２０−１および２０−２は、回転軸の向きが等しく、また、周波数Ｎ×ｆ［Ｈｚ］、Ｍ×ｆ［Ｈｚ］で回転させる。また、移相子２１は、ｋ×π／３（ただしｋは３の倍数を除く整数）だけ主偏波間に位相差を与え、偏波状態をポアンカレ球上でｋ×π／３だけ変化させる。
【００４６】
ここで、移相子とは、直交する２つの偏波に遅延差（＝位相差）を与えるものである。また、本明細書では、位相差という語を直交する２つの偏波の間の位相差の意味で用いる。
【００４７】
回転１／２波長板２０−１および２０−２の回転方向は、光の進行方向に対し、右回りでも左回りでもどちらでもよい。
【００４８】
また、回転１／２波長板２０−１および２０−２は、実際の波長板でもよいが、電気光学効果を利用することにより波長板と等価な動作をするＬｉＮｂＯ3偏波コントローラを用いることにより、電気的に制御でき、高速な偏波回転動作が可能となる。
【００４９】
また、電気光学効果を利用するＰＬＺＴや他の材料の偏波コントローラでもよいし、磁気光学効果や他の光学効果を用いてもよい。
【００５０】
移相子２１としては、複屈折を持つ結晶材料や装置、例えば、波長板やそれを組み合わせた偏波コントローラなどを用いる。
【００５１】
ＬｉＮｂＯ3偏波コントローラは、電圧の印加方法によって、可変移相子の動作および回転波長板の動作の２種類の動作を行うことができるので、３つの変調部を持つＬｉＮｂＯ3偏波コントローラで、回転１／２波長板２０−１、移相子２１（π／３移相子）、回転１／２波長板２０−２を等価的に構成し、片方の回転１／２波長板２０−１と等価な変調部に周波数Ｎ×ｆ［Ｈｚ］の周期的電気信号を、もう一方の回転１／２波長板２０−２と等価な変調部に周波数Ｍ×ｆ［Ｈｚ］の周期的電気信号を加えることにより第一の例を実現できる。電気信号の周波数と等しい回転数で波長板は回転する。
【００５２】
図２の偏波スクランブラの動作を図３を参照して説明する。図３（ａ）には回転１／２波長板２０−１の動作を示す。図３（ｂ）には移相子２１の動作を示す。図３（ｃ）には回転１／２波長板２０−２の動作を示す。ポアンカレ球をＳ２、Ｓ３平面に垂直方向から見た図であり、太い実線が偏波の動きを示す。まず、信号光の偏波を回転１／２波長板２０−１を回転させることにより、ポアンカレ球上でＳ１、Ｓ２平面に平行な円を描くように偏波変調する。
【００５３】
ポアンカレ球上の円の回転角速度は、回転１／２波長板２０−１の回転角速度の２倍、すなわち、回転１／２波長板２０−１を１回転させると、ポアンカレ球上の円は２回転することに注意する。図３（ａ）では、偏波の動きがＳ２軸に平行な直線で示されている。
【００５４】
次に、移相子２１を用いて、そのポアンカレ球上の円を、移動前と移動後の円の中心軸がｋ×π／３の角度をなすように、Ｓ１、Ｓ２平面上の原点を通る直線を軸として、ポアンカレ球上で回転移動させる。図３（ｂ）ではＳ１軸を回転軸としてπ／３回転させた場合を示している。さらに、最初の回転１／２波長板２０−１と回転軸が同一方向の回転１／２波長板２０−２を回転させることにより、最初と同じ軸でポアンカレ球上で円を描くように偏波変調する。
【００５５】
この動作は、まず、信号光の偏波をポアンカレ球上で円を描くように変調し、次に、その円の回転軸に対してｋ×π／３の角度をなす軸を回転軸として、さらに円を描くように変調することと等価である。
【００５６】
実際には、偏波スクランブラの出力偏波を偏波解析装置で測定し、第１の偏波変調手段（図２の例では回転１／２波長板２０−１）のみによって描かれた円を観測してその円を含む平面の法線ベクトルをａとし、第２の偏波変調手段（図２の例では回転１／２波長板２０−２）のみによって描かれた円を観測してその円を含む平面の法線ベクトルをｂとするとき、ａとｂとがなす角がｋ×π／３となるように偏波変換手段（図２の例では移相子２１）を調整することにより円の中心軸の角度をｋ×π／３に設定できる。
【００５７】
以上のように偏波スクランブルすることにより、ＰＭＤペナルティを低減させる偏波スクランブル方式として以下に示すような優れた効果が得られる。
【００５８】
偏波スクランブルを用いてＰＭＤペナルティ（劣化）を低減させる伝送方式の効果は、偏波スクランブラへの入射偏波方向、およびＰＭＤ媒体への偏波のカップリング方向に依存しないことが求められる。
【００５９】
本スクランブラの効果を示す結果として、図４に、入射偏波方向が（θ，φ）のときのあらゆる偏波カップリング方向のＰＭＤペナルティの最大値、すなわち、最大ペナルティのスクランブラへの入射偏波依存性（図４（ａ））、および、ＰＭＤ媒体へのカップリング偏波方向が（θ，φ）のときのあらゆる偏波入射方向のＰＭＤペナルティの最大値、すなわち、最大ペナルティの伝送路のカップリング偏波依存性（図４（ｂ））の計算結果を示す。２つの円の傾きをπ／３とし計算した。
【００６０】
γ＝０．５で２．５ｄＢの劣化が生じる条件において、いかなる偏波においても、２．０ｄＢ以下にまで改善していることがわかる。また、入射偏波依存性、および、ＰＭＤ媒体へのカップリング偏波方向依存性が小さいことがわかる。
【００６１】
ポッケルスセルのような直線偏波と円偏波との間を変化させる偏波変調器では、改善効果の無いカップリング偏波方向（偏波変調方向とカップリング方向が一致する方向）が存在することに比べて明らかな利点である。また、特に、ＷＤＭ伝送システムにおいて、いかなる入射方向の偏波に対しても効果があるため、一括スクランブルが可能となるという効果がある。
【００６２】
本発明の効果を図５に示す。第１の偏波変調手段の描く円と第２の偏波変調手段の描く円とがなす角をψとするとき、ψ（横軸）と最大ペナルティ（あらゆる入出力偏波におけるペナルティの最大値）（縦軸）の関係の数値計算結果を示す。この計算結果によると、角度が０．３０πまたは０．７０πのときに最大ペナルティが最小となり、円の傾きが０．３０πまたは０．７０πのときに最も高い効果が得られることがわかる。周期性を考慮するとＫπ±０．３０πとなる。
【００６３】
したがって、これまでの明細書に記載の円の傾きの角度をｋ×π／３に代えて、Ｋπ±０．３０πとしたときに最も高い効果が得られる。
【００６４】
この図５から、最大ペナルティが最小となる状態から０．１ｄＢの劣化を許容すると、角度が０．２０πから０．３７πにおいて十分な効果がある。周期性を考慮すると、これまでの明細書に記載の円の傾きの角度をｋ×π／３ではなく、Ｋπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下としたときも、十分な効果がある。また、この図から、最大ペナルティが最小となる状態から０．０５ｄＢの劣化を許容すると角度は０．２３πから０．３５π（０．２９π±０．０６π）において十分な効果がある。
【００６５】
周期性を考慮すると、これまでの明細書に記載の円の傾きの角度をｋ×π／３ではなく、Ｋπ＋０．２３π以上Ｋπ＋０．３５π以下またはＫπ−０．３５π以上Ｋπ−０．２３π以下としたときも、十分な効果がある。
【００６６】
従来例に述べたように、偏波の変化速度を高速化すると、ＰＭＤに起因するジッタの速度が高速になり、受信器のクロック抽出回路が追随せず、高速なジッタは信号劣化を引き起こすという問題点があるため、偏波の変化速度は低い方が望ましい。
【００６７】
その点から、特に有効なのは、最も次数が低い、各回転１／２波長板２０−１および２０−２を周波数ｆ、３ｆで回転させた場合である。まず、回転１／２波長板２０−１を周波数ｆで回転させ、次に、移相子２１でπ／３の位相差を与え、さらに、回転１／２波長板２０−２を３ｆの周期で回転させることにより実現できる。回転周波数の最大公約数となる周波数はｆであり、周期１／ｆで波長板の回転は繰り返すことになるが、１／ｆの間に偏波変調は同一の変化を２度繰り返すため、偏波は周期０．５／ｆで同じ変化を繰り返すことになる。ここで、本明細書では、偏波状態の繰り返し周期の逆数を偏波状態の繰り返し周波数と呼ぶことにする。
【００６８】
偏波分岐比の時間変化特性は、スクランブラへの入射偏波方向、ＰＭＤ媒質へのカップリング偏波方向、偏波スクランブラ制御方法によって異なるが、図６にこの偏波スクランブラの動作を説明するために、回転１／２波長板２０−１を周波数ｆで回転させ、次に、移相子２１でπ／３の位相差を与え、さらに、回転１／２波長板２０−２を３ｆの周期で回転させた場合の分岐比の時間変化特性の一例を示す。図６に示されるように、偏波スクランブルにより偏波分岐比が偏波状態の繰り返し周波数０．５ｆで繰り返し変動することになる。
【００６９】
この例では、１周期の間に分岐比が４回大きく変動しているが、詳しく調べたところ、最も次数が低い周波数ｆ、３ｆで回転１／２波長板を回転させた場合には、１周期における分岐比の変動は最大でも４回であることがわかった。すなわち、偏波変動の最大周波数は偏波状態の繰り返し周波数の４倍以下である。したがって、ジッタ耐力が少なくとも偏波状態の繰り返し周波数の４倍以上の受信器を用いることにより、高速ジッタによる信号劣化が無しに受信することができる。
【００７０】
また、本スクランブラでは、偏波分岐比の変動は擬似ランダムではなく、周期０．５／ｆで繰り返すことになるので、偏波スクランブルの偏波状態の繰り返し周期をＦＥＣブロックの周期と一致させることにより、ＦＥＣブロック内では、偏波スクランブル周期内の劣化が完全に平均化され、擬似ランダムな場合と異なり、いつのＦＥＣブロックであってもペナルティは等しくなる。
【００７１】
また、偏波スクランブルの周期をＦＥＣブロックの周期と一致させると、図６のＦＥＣブロックの周期の例１あるいはＦＥＣブロックの周期の例２に示すように、偏波スクランブル周期のどの時点からＦＥＣブロックが始まってもその効果が等しいという効果がある。したがって、偏波スクランブルの周期とＦＥＣブロックの周期を同期信号を出力して位相同期する必要が無い。また、ＦＥＣブロック周期が偏波スクランブル周期の自然数倍となるように、偏波スクランブラの周期を設定してもよいことは明らかである。
【００７２】
また、偏波変動周期とＦＥＣブロック周期とが一致していない場合では、ＦＥＣブロック毎に誤り率は多少変動し、完全に平均化がなされた場合に比べてＦＥＣの効果は減少することになるが、擬似ランダムの場合と異なってγ＝０．５の状態が続くことが排除されるため、擬似ランダムなスクランブラに比べてＰＭＤペナルティ減少に効果的なことは明らかである。
【００７３】
偏波変動周期とＦＥＣブロック周期とが同期していないため、ビート周波数でペナルティが変動することになる。偏波状態の繰り返し周波数がＦＥＣブロックの長さに相当する周波数の概ね１／２倍より高く、かつ、偏波変動の最大周波数が受信器のジッタ許容周波数より低くなるような偏波状態の繰り返し周波数において、擬似ランダムなスクランブラに比べてＰＭＤペナルティ減少に効果的である。
【００７４】
また、偏波状態の繰り返し周波数を、ＦＥＣブロックの長さに相当する周波数の概ね１／２倍より高く、かつ、偏波変動の最大周波数が受信器のジッタ許容周波数より低くなるような偏波状態の繰り返し周波数として、時間的に変化させてもよい。これは、偏波状態の繰り返し周波数をＦＭ変調することにより実現できる。
【００７５】
また、以上の説明では、２つの変調手段の変調速度は同期している。すなわち、周波数Ｎ×ｆ［Ｈｚ］、Ｍ×ｆ［Ｈｚ］の関係にあるとしてきた。ところで、本発明は２つの変調の初期位相が０である必要は無く、初期位相に任意の位相差があってもよい。したがって、完全に同期して２つの変調手段の位相差が常に等しい必要は無い。僅かにずれていて、変調の位相差が少しずつ変わってもよい。
【００７６】
すなわち、変調速度が僅かにずれていてもよい。２つの変調手段の変調周期が１０％程度ずれていてもＰＭＤ劣化の低減効果はあまり変化しないから、本発明の２つの変調手段の変調速度は、ほぼ同期しているが、その同期すべき周波数から概ね１０％以内だけずれてもよい。この場合には、同期周波数からのずれがビート周波数となり位相差が周期的に変化することになる。ＰＭＤ劣化の低減効果は変調の位相差にも依存するから、僅かに変調周波数をずらして時間平均化することにより、位相差依存性を無くすことができる。
【００７７】
図１で使用され、本発明で用いる偏波スクランブラの第二の例を図７に示す。図７に示す偏波スクランブラは、回転１／２波長板３０、移相子３１、回転１／４波長板３２からなる偏波コントローラで構成し、回転１／２波長板３０および回転１／４波長板３２は回転軸の向きが等しく、回転１／２波長板３０と回転１／４波長板３２とを周波数Ｐ×ｆ［Ｈｚ］、Ｑ×ｆ［Ｈｚ］の周期で回転させる。
【００７８】
また、移相子３１は、主偏波間に位相差を与え、偏波をポアンカレ球上でＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０・３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下だけ変化させる。これは、例えば、３つの変調部を持つＬｉＮｂＯ3偏波コントローラで実現する。偏波分岐比の繰り返し周期は１／ｆである。この構成の場合に、図４と同様な計算を行った結果によれば、偏波スクランブルを行った改善後のペナルティが偏波スクランブラの第一の例に比べるとやや大きくなるが、十分な効果がある。
【００７９】
図１で使用され、本発明で用いられる偏波スクランブラの第三の例を図８に示す。図８に示す偏波スクランブラは、回転１／４波長板４０−１、回転１／２波長板４１、回転１／４波長板４０−２からなる偏波コントローラで構成し、それぞれ波長板の初期位相、すなわち主軸の傾き（回転角）をｋ×π／３、０、０あるいは０、ｋ×π／６、０あるいは０、０、ｋ×π／３として、各波長板を周波数ｎ×ｆ［Ｈｚ］、（ｎ＋ｍ）／２×ｆ［Ｈｚ］、ｍ×ｆ［Ｈｚ］で回転させる。
【００８０】
波長板の回転方向は、各波長板の回転周波数の関係が満たされればどちらでもよい。この例の偏波スクランブラは、偏波スクランブル動作としては、第一の例と物理的に等価であり、ＰＭＤペナルティ低減の効果は図４と全く等しい。周期１／ｆで分岐比の変化を繰り返す。
【００８１】
図１で使用され、本発明で用いられる偏波スクランブラの第四の例を図９に示す。偏波スクランブラは、第一の可変移相子５０−１、固定１／２波長板５１、第二の可変移相子５０−２からなる偏波コントローラで構成する。主軸の方向が等しい各可変移相子５０−１、５０−２の位相は、時間１／ｆの間に、それぞれＮ×２π、Ｍ×２πだけ同期して変化させる。
【００８２】
主軸の向きを可変移相子５０−１、５０−２の主軸方向に対してＫπ／４＋０．０５π以上Ｋπ／４＋０．０９３π以下またはＫπ／４−０．０９３π以上Ｋπ／４−０．０５π以下の角度だけ回転させた固定１／２波長板５１はポアンカレ球上で偏波状態をＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下だけ変換する。
【００８３】
可変移相子５１として、ＬｉＮｂＯ3、ＰＬＺＴ等の誘電体結晶、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体結晶、その他電気光学効果を利用した他の材料のバルクあるいは光導波路を用いる。磁気光学効果や他の光学効果を利用してもよい。
【００８４】
電気的に制御する場合には、最大位相変化がＮ×２πあるいはＭ×２πになるように制御電気波形の電圧を設定し、同期して位相を変化させる。電圧を変化させて位相を変化させると、位相２πの倍数において位相０の偏波状態に戻るが、電圧は位相０の状態とは等しくないので、そのままでは繰り返しできない。そこで、例えば、制御電気波形を、周波数をｆの繰り返し波形として、時間１／（２ｆ）に最大位相になった後、電圧を折り返すことにすると、前半と逆の変化をして最初の電圧に戻り、繰り返しが可能となる。
【００８５】
したがって、繰り返し周期は１／ｆになり、分岐比の変化は周期１／ｆで繰り返されることになる。また、この例の偏波スクランブラは、偏波スクランブル動作としては、第一の例と物理的に等価であり、ＰＭＤペナルティ低減の効果は全く等しい。
【００８６】
位相変化が印加電圧に比例する可変移相子では、制御電気波形が三角波のとき、位相変化の時間波形も三角波になり、位相の変化は時間に対して直線的になる。制御電気波形が正弦波の方が発生が容易であるので、正弦波であってもよい。正弦波より三角波で変調した場合の方が偏波方向依存性が小さくなるため、位相変化の時間波形は三角波であることがより望ましい。
【００８７】
また、第２の可変位相子５０−２の主軸の向きを第１の可変移相子５０−１からＫπ／２＋０．１０π以上Ｋπ／２＋０．１８５π以下またはＫπ−０．１８５π以上Ｋπ−０．１０π以下だけ傾ければ、ポアンカレ球上において第２の可変移相子５０−２の回転軸は、第１の可変移相子５０−１の回転軸に対してＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度をなすので固定１／２波長板５１は不要となる第五の例も考えられる。
【００８８】
また、第２の可変移相子５０−２の主軸の向きを第１の可変移相子５０−１から任意に傾けても、２つの可変位相子５０−１、５０−２によるポアンカレ球上の偏波回転の軸がＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度をなすように固定１／２波長板５１の傾きを調整するという第四の例の変形も考えられる。
【００８９】
さらには、固定１／２波長板５１による偏波回転はポアンカレ球上でのＳ３軸を軸とする回転に相当し、可変移相子５０−１、５０−２はポアンカレ球上でのＳ１−Ｓ２平面に含まれる任意の原点を通る直線を軸とする回転に相当する。
【００９０】
したがって、図１で使用され、本発明で用いられる偏波スクランブラの第六の例を図１０に示す。２つの偏波回転の間に適当な位相量と傾きを持つ移相子を挟み、２つの偏波回転の軸がＫπ＋０．２０π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２０π以下の角度をなすように構成することにより、図１０に示すように、回転１／２波長板６０、移相子６１、可変移相子６２（回転１／２波長板６０と可変移相子６２の順番を入れ替えも可能）の組み合わせでも本発明の偏波スクランブラを実現できる。
【００９１】
さらに、上記のいずれの偏波スクランブラにおいても、入力側あるいは伝送路側あるいは両側に、回転波長板あるいは可変移相子からなる偏波変調器を設け、上記変調周波数に同期していない上記変調周波数よりも低い周波数で偏波変調を行うと、入力側に設けた場合は図４の入射偏波依存性を、伝送路側に設けた場合は図４のカップリング偏波依存性をそれぞれ平均化させることになり、偏波方向依存性が一層改善される。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、ＰＭＤによる劣化低減に実用上有効な偏波スクランブラが実現できるため、高品質の光通信を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施例である偏波スクランブラを用いた光伝送システムの構成例を示す図。
【図２】本発明の偏波スクランブラの第一の例を示す図。
【図３】本発明の偏波スクランブラの動作を説明する図。
【図４】本発明の効果を説明する図。
【図５】本発明の効果を説明する図。
【図６】本発明の動作を説明する図。
【図７】本発明の偏波スクランブラの第二の例を示す図。
【図８】本発明の偏波スクランブラの第三の例を示す図。
【図９】本発明の偏波スクランブラの第四の例を示す図。
【図１０】本発明の偏波スクランブラの第六の例を示す図。
【符号の説明】
【００９４】
１  ＦＥＣエンコーダ
２  変調器
３  光源
４  偏波スクランブラ
５  波長多重装置
６  光ファイバ
７  光増幅器
８  光伝送路
９  波長分離装置
１０  受信器
１１  ＦＥＣデコーダ
２０−１、２０−２、３０、４１、６０  回転１／２波長板
２１、３１、６１  移相子
３２、４０−１、４０−２  回転１／４波長板
５０−１、５０−２、６２  可変移相子
５１  固定１／２波長板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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