(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を実現する。【解決手段】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偏波スクランブラを備え、この偏波スクランブラは、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調する。あるいは、伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号を平均化する偏波スクランブラを備え、この偏波スクランブラは、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調する。【選択図】図２
2008067075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調する
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、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、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調する
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項３】
平均偏光度が０．４２以上０．７９以下になるように前記偏波スクランブラへの入力偏波を制御する請求項１または２記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記偏波スクランブラは、移相子および回転１／２波長板からなる偏波コントローラにより構成され、
直線偏波の偏波面が前記移相子の主軸に対してα／２の角度をなすように入射し、前記移相子はβの位相差を持ち、αとβとは
０．４２≦｜ｓｉｎαｓｉｎβ｜≦０．７９
の関係を満たすものであり、前記回転１／２波長板を周波数ｆ／２［Ｈｚ］で回転させる
請求項１または２記載の光伝送システム。
【請求項５】
直線偏波の偏波面が前記移相子の主軸に対して４５度の角度をなすように入射し、前記移相子はＫπ＋０．１３π以上Ｋπ＋０．２９π以下またはＫπ−０．２９π以上Ｋπ−０．１３π以下（ただしＫは整数）の位相差を持ち、前記回転１／２波長板を周波数ｆ／２［Ｈｚ］で回転させる請求項４記載の光伝送システム。
【請求項６】
前記偏波スクランブラは、可変移相子からなる偏波コントローラにより構成され、
偏波面が前記可変移相子の主軸に対してＫπ＋０．１π以上Ｋπ＋０．１９π以下またはＫπ−０．１９π以上Ｋπ−０．１π以下の角度をなすように入射し、前記可変移相子は位相の最大変位を２πとして周波数ｆ［Ｈｚ］で繰り返し変調する
請求項１または２記載の光伝送システム。
【請求項７】
位相変化の時間波形は三角波である請求項６記載の光伝送システム。
【請求項８】
前記偏波スクランブラは、位相差Ｋπ＋０．２１π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２１πの回転波長板により構成され、
円偏波を入射し、
前記回転波長板を周波数ｆ［Ｈｚ］で回転させる
請求項１または２記載の光伝送システム。
【請求項９】
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、または、自然数倍である請求項２記載の光伝送システム。
【請求項１０】
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い周波数である請求項２記載の光伝送システム。
【請求項１１】
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１／２倍より高く、かつ、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い周波数として時間的に変化させる請求項２記載の光伝送システム。
【請求項１２】
前記偏波スクランブラは、前記伝送路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さらに設け、変調周波数に同期していない低い周波数により偏波変調を行う請求項１ないし１１のいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項１３】
ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調する偏波スクランブラ。
【請求項１４】
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、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調する
ことを特徴とする光伝送方法。
【請求項１５】
伝送路へ入力される偏波をスクランブルし、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号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、
前記偏波スクランブラは、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調する
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。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、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偏波スクランブラを備えた光伝送システムであって、前記偏波スクランブラは、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調することを特徴とする（前者）。これにより、伝送における偏波モード分散による劣化を低減することができる。
【００２２】
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、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、前記偏波スクランブラは、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調することを特徴とする（後者）。これにより、ＦＥＣ符号化された信号の伝送における偏波モード分散による劣化を低減することができる。
【００２３】
当該後者の場合には、例えば、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、または、自然数倍である。あるいは、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い周波数である。あるいは、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１／２倍より高く、かつ、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い周波数として時間的に変化させる。
【００２４】
さらに、前述の前者および後者の双方について、例えば、平均偏光度が０．４２以上０．７９以下になるように前記偏波スクランブラへの入力偏波を制御する。
【００２５】
また、前述の前者および後者の双方について、例えば、前記偏波スクランブラは、移相子および回転１／２波長板からなる偏波コントローラにより構成され、直線偏波の偏波面が前記移相子の主軸に対してα／２の角度をなすように入射し、前記移相子はβの位相差を持ち、αとβとは
０．４２≦｜ｓｉｎαｓｉｎβ｜≦０．７９
の関係を満たすものであり、前記回転１／２波長板を周波数ｆ／２［Ｈｚ］で回転させる。このときに、直線偏波の偏波面が前記移相子の主軸に対して４５度の角度をなすように入射し、前記移相子はＫπ＋０．１３π以上Ｋπ＋０．２９π以下またはＫπ−０．２９π以上Ｋπ−０．１３π以下（ただしＫは整数）の位相差を持ち、前記回転１／２波長板を周波数ｆ／２［Ｈｚ］で回転させる。
【００２６】
あるいは、前述の前者および後者の双方について、例えば、前記偏波スクランブラは、可変移相子からなる偏波コントローラにより構成され、偏波面が前記可変移相子の主軸に対してＫπ＋０．１π以上Ｋπ＋０．１９π以下またはＫπ−０．１９π以上Ｋπ−０．１π以下の角度をなすように入射し、前記可変移相子は位相の最大変位を２πとして周波数ｆ［Ｈｚ］で繰り返し変調する。例えば、位相変化の時間波形は三角波である。
【００２７】
あるいは、前述の前者および後者の双方について、例えば、前記偏波スクランブラは、位相差Ｋπ＋０．２１π以上Ｋπ＋０．３７π以下またはＫπ−０．３７π以上Ｋπ−０．２１πの回転波長板により構成され、円偏波を入射し、前記回転波長板を周波数ｆ［Ｈｚ］で回転させる。
【００２８】
あるいは、前述の前者および後者の双方について、例えば、前記偏波スクランブラは、前記伝送路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さらに設け、変調周波数に同期していない低い周波数により偏波変調を行う。
【００２９】
本発明を偏波スクランブラの観点から観ると、本発明は、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調する偏波スクランブラである。
【００３０】
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、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調することを特徴とする。
【００３１】
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、ＦＥＣブロックの長さにわたって信号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、前記偏波スクランブラは、ポアンカレ球上で半径０．６２以上０．９１以下の円を描くように偏波を変調することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
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】
【００３３】
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、偏波スクランブラ４により偏波分岐比を変調された後、波長多重装置５により波長多重され、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。
【００３４】
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。変調器２と偏波スクランブラ４との間は、偏波保持ファイバで接続するか、偏波保持ファイバを使用しない場合は、偏波コントローラ（図示せず）で偏波スクランブラ４への入射偏波を一定に制御する。
【００３５】
また、偏波スクランブラ４を波長多重装置５の後に接続する構成とし、光源３、変調器２、波長多重装置５、偏波スクランブラ４を順次、偏波保持ファイバを用いて接続することにより、多波長一括偏波スクランブルすることもできる。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上のとき、特にＰＭＤペナルティを減少させる効果がある。
【００３６】
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。偏波スクランブラは、直線偏波の信号光を伝搬する偏波保持ファイバ２０、移相子２１、回転１／２波長板２２からなる偏波コントローラで構成され、偏波保持ファイバ２０は直線偏波の偏波面が移相子２１の主軸に対して４５度（＝π／４）の角度をなすように入射し、移相子２１は、Ｋπ±π／６（ただしＫは整数）の位相差を持ち、回転１／２波長板２２は周波数ｆ／２［Ｈｚ］で回転させる。
【００３７】
ここで、移相子２１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。
【００３８】
回転１／２波長板２２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。回転１／２波長板２２は、実際の回転１／２波長板でもよいが、電気光学効果を利用することにより回転１／２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。
【００３９】
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。移相子２１として、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。
【００４０】
ＬｉＮｂＯ3偏波コントローラは、電圧の印加方法によって、移相子２１の動作と回転１／２波長板２２の動作の２種類の動作を行なうことができるので、２つの変調部を持つＬｉＮｂＯ3偏波コントローラで、一つ目の変調部をＫπ±π／６（ただしＫは整数）の移相子２１として動作させ、二つ目の変調部を回転１／２波長板２２として動作させ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。
【００４１】
図２の偏波スクランブラの動作を図３を用いて説明する。ポアンカレ球を斜め上から見た図であり、点および太い実線が偏波の動きを示す。まず、偏波保持ファイバ２０により直線偏波の偏波面が移相子２１の主軸に対して４５度の角度をなすように入射させた場合の偏波を図３（ａ）に示す。次に、Ｋπ±π／６（ただしＫは整数）の位相差を持つ移相子２１が、偏波状態をポアンカレ球上でπ／６だけ変化させた後の偏波を図３（ｂ）に示す。さらに、回転１／２波長板２２を周波数ｆ／２［Ｈｚ］で回転させることにより、ポアンカレ球上でＳ１，Ｓ２平面に平行で周波数ｆ［Ｈｚ］の円を描くように偏波が変調される様子を図３（ｃ）に示す。
【００４２】
この動作において、回転１／２波長板２２の動作は、ポアンカレ球上の点に対し、原点と点対称の点を含むＳ１，Ｓ２平面に平行で周波数ｆ［Ｈｚ］の円を描くことであるから、回転１／２波長板２２の前の偏波が、Ｓ１，Ｓ２平面に平行な円周上の点で原点を通る直線とＳ１，Ｓ２平面の間の角がＫπ±π／６であればよく、偏波保持ファイバ２０により直線偏波の偏波面が移相子２１の主軸に対してなす角度α／２と、移相子２１の位相差βとの組み合わせは、ｓｉｎαｓｉｎβ＝±１／２の関係を満たせばよい。
【００４３】
したがって、例えば、偏波保持ファイバ２０は直線偏波の偏波面が移相子２１の主軸に対してＫπ±π／１２の角度をなすように入射し、移相子２１は、（２Ｌ＋１）×π／２（ただしＬは整数）の位相差を持ってもよい。また、例えば、偏波保持ファイバ２０は直線偏波の偏波面が移相子２１の主軸に対してＫπ±π／８の角度をなすように入射し、移相子２１は、（２Ｌ＋１）×π／４の位相差を持ってもよい。
【００４４】
この動作は、ポアンカレ球上において、円を描くように変調するものであって、円周上の点と原点とを通る直線と円に平行な面との角度がＫπ±π／６となるように偏波を変調することに相当する。また、この動作はポアンカレ球上で半径（√３）／２の円を描くように変調することに相当する。
【００４５】
また、時間平均の偏光度（ＤＯＰ）の値は√（＜Ｓ１＞2＋＜Ｓ２＞2＋＜Ｓ３＞2）（ここで＜＞は偏波スクランブラの変調周期で平均化した時間平均値）で定義されるが、ポアンカレ球上で半径（√３）／２の円を描いた場合に、時間平均のＤＯＰの値は０．５になるので、偏波スクランブラの出力偏波を偏波解析装置（図示せず）で測定し、時間平均のＤＯＰの値が０．５になるように入力偏波を制御して偏波スクランブラに入射すればよい。
【００４６】
また、偏波保持ファイバ２０の偏波面の入射角度調整や移相子２１の位相差の調整等も偏波スクランブラの出力偏波を測定し、時間平均のＤＯＰの値が０．５になるように調整すればよい。
【００４７】
以上のように偏波スクランブルすることにより、ＰＭＤペナルティを低減す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。
【００４８】
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、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。第一の例では、偏波の変化がＳ３軸に対して回転対称であるので、カップリング偏波方向すなわちＰＭＤベクトル方向をポアンカレ球上で（θ，φ）とすると、θには依存しない。
【００４９】
本発明の効果を図４を参照して説明する。図４は、横軸に角度φ（×πｒａｄ）をとり、縦軸にペナルティ（ｄＢ）をとる。図４に示すように、ペナルティのφ方向依存性を示すがφ方向にもほとんど依存しないことがわかる。γ＝０．５で２．５ｄＢの劣化が生じる条件において計算した。したがって、本発明の偏波スクランブルを用いるとＰＭＤペナルティはＰＭＤ媒体への偏波のカップリング方向に依存しないという効果がある。
【００５０】
本発明の効果を図５を参照して説明する。図５は、横軸に位相差（×πｒａｄ）をとり、縦軸にペナルティ（ｄＢ）をとり、直線偏波の偏波面が移相子２１の主軸に対して４５度（＝π／４）の角度をなすように入射した場合の移相子２１の位相差とペナルティとの関係を示す。移相子２１の位相差がＫπ±π／６であるとき、偏波依存性のペナルティ差が最も小さくなる。また、０．２１πまたは０．７９πのときに、最大ペナルティが最も小さくなる。したがって、移相子２１の位相差をＫπ±０．２１πと設定した偏波スクランブルも効果的である。
【００５１】
実際の使用に於いては最大ペナルティを低減する方が重要であることが多い。さらには、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０．３１πから０．２９π（０．２１π±０．０８π）において十分な効果がある。
【００５２】
周期性を考慮するとＫπ＋０．３１π以上Ｋπ＋０．２９π以下またはＫπ−０．２９π以上Ｋπ−０．１３π以下となる。これを円の半径にすると、０．６２以上０．９１以下の円になる。また、平均ＤＯＰの値は０．４２以上０．７９以下になる。また、直線偏波の偏波面が移相子２１の主軸に対してπ／４の角度ではなく、一般にα／２の角度をなすように入射し、移相子２１はβの位相差を持つ場合に、αとβとは
０．４２≦｜ｓｉｎαｓｉｎβ｜≦０．７９
の関係を満たすことになる。
【００５３】
また、この図５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０．１５πから０．２７π（０．２１π±０．０６π）において十分な効果がある。周期性を考慮するとＫπ＋０．１５π以上Ｋπ＋０．２７π以下またはＫπ−０．２７π以上Ｋπ−０．１５π以下となる。これを円の半径にすると、０．６６以上０．９０以下の円になる。また、平均ＤＯＰの値は０．４３以上０．７５以下（０．５９±０．１６）になる。また、直線偏波の偏波面が移相子２１の主軸に対してπ／４の角度ではなく、一般にα／２の角度をなすように入射し、移相子２１はβの位相差を持つ場合に、αとβとは０．４３≦｜ｓｉｎαｓｉｎβ｜≦０．７５の関係を満たすことになる。
【００５４】
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１０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。
【００５５】
偏波分岐比の時間劣化特性は、偏波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、本発明の偏波スクランブルの効果を説明するために、この偏波スクランブラの動作結果として得られる分岐比の時間変化の例を図６を参照していくつか示す。
【００５６】
回転１／２波長板２２を１回転させると偏波はポアンカレ球上で同一の偏波変化を２度繰り返して２回転する。すなわち、回転１／２波長板２２の回転周波数の２倍の周波数で偏波は変化するので、回転１／２波長板２２を周波数０．５ｆで回転させると偏波は周期１／ｆで同じ変化を繰り返す。
【００５７】
また、ＬｉＮｂＯ3偏波コントローラを回転１／２波長板２２として動作させた場合は、回転１／２波長板２２の回転周波数は制御電気信号の周波数に等しい。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は周波数ｆの正弦波的に変動することになる。したがって、ジッタ耐力が少なくともｆ［Ｈｚ］以上の受信器１０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。
【００５８】
また、本偏波スクランブラでは、偏波分岐比の変動は疑似ランダムではなく、周期１／ｆで繰り返すことになるので、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、疑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。
【００５９】
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、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ブロックの周期と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、偏波スクランブルの周期を設定してもよいことは明らかである。
【００６０】
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、疑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、疑似ランダムな偏波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。
【００６１】
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、受信器１０のジッタ許容周波数より低い任意の繰り返し周波数において、疑似ランダムな偏波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。
【００６２】
また、偏波繰り返し周波数を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、受信器１０のジッタ許容周波数より低い周波数として、時間的に変化させてもよい。偏波繰り返し周波数をＦＭ変調することにより実現できる。
【００６３】
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二の例を図７に示す。偏波スクランブラは、直線偏波の信号光を伝搬する偏波保持ファイバ３０、可変移相子３１からなる偏波コントローラで構成され、偏波保持ファイバ３０は直線偏波の偏波面が可変移相子３１の主軸に対して、Ｋπ／６（ただしＫは３の倍数を除く整数）の角度をなすように入射し、可変移相子３１の位相の最大変位を２πとして周波数ｆで繰り返し変調し、ポアンカレ球上で円を描くように偏波変調する。
【００６４】
直線偏波の偏波面が可変移相子３１の主軸に対して、Ｋπ／６の角度をなすように入射したとき、偏波依存性のペナルティ差が最も小さくなる。また、図５と同様な計算により、主軸に対してなす角がＫπ／２±０．１４５πのときに、最大ペナルティが最も小さくなる。
【００６５】
実際の使用においては最大ペナルティを低減する方が重要であることが多い。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、図５と同様な計算により、主軸に対してなす角はＫπ＋０．１π以上Ｋπ＋０．１９π以下またはＫπ−０．１９π以上Ｋπ−０．１π以下となる。
【００６６】
また、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、図５と同様な計算により、主軸に対してなす角はＫπ＋０．１１π以上Ｋπ＋０．１８π以下またはＫπ−０．１８π以上Ｋπ−０．１１π以下となる。
【００６７】
可変移相子３１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。
【００６８】
電気的に制御する場合には、最大位相変化が２πになるように制御電気波形の電圧を設定する。電圧を変化させて位相を変化させると、位相２π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ができない。そこで、例えば、制御電気波形の周波数をｆの繰り返し波形として、時間１／（２ｆ）に最大位相２π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。
【００６９】
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。
【００７０】
位相変化が印加電圧に比例する可変移相子３１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電気波形の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。
【００７１】
また、図８に示すように、可変移相子３１の前に可変移相子３１の主軸に対してＫπ／１２だけ傾けた１／２波長板３２を挿入し、偏波保持ファイバ３０は直線偏波の偏波面が可変移相子３１の主軸と等しくなるように入射するという変形も考えられる。
【００７２】
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３１の動作と１／２波長板３２の動作の２種類の動作を行うことができるので、２つの変調部を持つＬｉＮｂＯ3偏波コントローラで、直線偏波の偏波面をＬｉＮｂＯ3の主軸に一致させて入射し、一つ目の変調部を主軸に対してＫπ／１２だけ傾けた１／２波長板３２として動作させ、二つ目の変調部を、最大変位を２πとして変調する可変移相子３１として動作させるという第二の例の変形により本発明の偏波スクランブラを実現できる。
【００７３】
さらには、１／２波長板３２は直線偏波に対して任意の偏波の傾きを実現できるので、２つの変調部を持つＬｉＮｂＯ3偏波コントローラに対して、任意の向きの直線偏波を入射し、可変移相子３１として動作させた二つ目の変調部の主軸に対して、偏波の主軸がＫπ／６の角度をなすように、１／２波長板３２を構成した一つ目の変調部の１／２波長板３２の傾きを調整するという第二の例の変形によっても本発明の偏波スクランブラを実現できる。
【００７４】
以上の２つの第二の例の変形は、偏波依存性のペナルティ差が最も小さくなるように偏波の角度を調整したが、最大ペナルティが最も小さくなるように偏波の角度を調整してもよい。
【００７５】
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９に示す。偏波スクランブラは回転１／６波長板４１で構成され、回転１／６波長板４１に偏波コントローラ４０で制御して円偏波を入射し、回転１／６波長板４１は周波数ｆ［Ｈｚ］で回転させる。
【００７６】
回転１／６波長板４１はポアンカレ球上で円偏波を回転１／６波長板４１の主軸方向を軸としてπ／３だけ回転させ、また、回転１／６波長板４１の主軸が周波数ｆで回転しているため、入射させた円偏波はポアンカレ球上で半径（√３）／２の円を描く。したがって、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。
【００７７】
本発明の効果は図５と同様にして、回転波長板の厚さ依存性を計算できる。回転１／６波長板または回転１／３波長板を用いると、偏波依存性のペナルティ差が最も小さくなる。実際の使用においては最大ペナルティを低減する方が重要であることが多い。
【００７８】
位相差０．２９πまたは０．７１πの回転波長板を用いると、最大ペナルティが最も小さくなり、最も効果的である。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、位相差（０．２９±０．０８）πまたは位相差（０．７１±０．０８）πの回転波長板において十分な効果がある。
【００７９】
周期性を考慮すると（Ｋ＋０．２１）π以上（Ｋ＋０．３７）π以下または（Ｋ−０．３７）π以上（Ｋ−０．２１）π以下となる。また、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位相差（０．２９±０．０６）πまたは位相差（０．７１±０．０６）πの回転波長板において十分な効果がある。
【００８０】
回転波長板として、ＬｉＮｂＯ3、ＰＬＺＴ等の誘電体結晶、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体結晶、その他の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。
【００８１】
また、第三の例の変形の構成を図１０に示すが、図９において、回転１／６波長板４１の前に、偏波コントローラ４０の代わりに位相差π／２の移相子４３を設け、偏波保持ファイバ４２を用いて直線偏波の偏波面が移相子の主軸に対してπ／４の角度をなすように入射するという第三の例の変形も考えられる。このように設定すると回転１／６波長板４１には円偏波が入射され、第三の例と同じ動作をする。
【００８２】
ＬｉＮｂＯ3偏波コントローラは、電圧の印加方法によって、移相子の動作と回転１／６波長板の動作の２種類の動作を行うことができるので、２つの変調部を持つＬｉＮｂＯ3偏波コントローラを用い、直線偏波の偏波面をＬｉＮｂＯ3の主軸に対してπ／４の角度をなすように入射し、一つ目の変調部を位相差π／２の移相子として動作させ、二つ目の変調部を回転１／６波長板として動作させるという第三の例の変形により本発明の偏波スクランブラを実現できる。
【００８３】
以上の２つの第三の例の変形は、偏波依存性のペナルティ差が最も小さくなるように回転１／６波長板を用いたが、最大ペナルティが最も小さくなるように回転波長板の厚さを調整してもよい。
【００８４】
さらに、第一から第三の例のいずれかの偏波スクランブラにおいても、伝送路側に、例えば、回転１／２波長板のような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低い周波数で偏波変調を行うと図４の偏波方向依存性をさらに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】
【００８５】
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】
【００８６】
【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】本発明の偏波スクランブラ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二の例の変形を示す図。
【図９】本発明の偏波スクランブラの第三の例を示す図。
【図１０】本発明の偏波スクランブラの第三の例の変形を示す図。
【符号の説明】
【００８７】
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、３０、４２  偏波保持ファイバ
２１、４３  移相子
２２  回転１／２波長板
３１  可変移相子
３２  １／２波長板
４０  偏波コントローラ
４１  回転１／６波長板
【図１】
2008067075.tif 000003
【図２】
2008067075.tif 000004
【図３】
2008067075.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008067075.tif 000009
【図８】
2008067075.tif 000010
【図９】
2008067075.tif 000011
【図１０】
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