(57)【要約】【課題】偏波依存性のある半導体光増幅器を用いた波長変換素子を良好に用いることを可能とする偏波モード分散補償装置を提供する。【解決手段】入射した光信号の偏波モード分散を偏波コントローラ２０５及び光ファイバ２０６からなる偏波モード分散等化器によって制御し、その後光カプラ２０９で分岐した光信号のＴＥ、ＴＭ偏波を偏光スプリッタ２１２で分離して２つの信号とし、該信号の排他的論理和を波長変換素子２１５でとって、その出力信号が「０」となるように前記偏波コントローラ２０５を制御する場合において、ＴＥ用の導波路２１３又はＴＭ用の導波路２１４のいずれか一方に、偏光方向を９０度回転する偏波方向回転手段２２７を設けた。【選択図】  図１
2004184904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを伝搬する光信号を入力し、該光信号の偏波モード分散を制御する偏波モード分散等化器と、該偏波モード分散等化器の後段に配設して偏波モード分散が等化された光信号の一部を出力するとともに残りの一部の光信号を分岐する光カプラと、該光カプラで分岐された光信号のＴＥ及びＴＭ偏波成分をＴＥ偏波用の光導波路及びＴＭ偏波用の光導波路に分離する偏波スプリッタと、該偏波ビームスプリッタで分離した２つの信号を入力して排他的論理和処理を行った出力信号を得る光排他的論理和回路と、該出力信号が「０」を出力するように前記偏波モード分散等化器を制御する制御部とを有する偏波モード分散補償装置において、
前記ＴＥ偏波用の光導波路およびＴＭ偏波用の光導波路のいずれか一方に、偏光方向を９０度回転する偏光方向回転手段を設けることで該２つの入力信号の偏光方向を一致させるように構成したことを特徴とする偏波モード分散補償装置。
【請求項２】
上記請求項１において、
ＸＯＲ回路に入力する連続光の偏光方向を該２つの入力信号の偏光方向と一致させることを特徴とする偏波モード分散補償装置。
【請求項３】
上記請求項１において、
ＸＯＲ回路に入力する連続光の偏光方向と該２つの入力信号の偏光方向が直交しているとともに、ＸＯＲ回路の出力端に偏光子を設けることで入力信号を減衰させるとともに出力信号を透過させることを特徴とする偏波モード分散補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は偏波モード分散補償装置に関し、特に光ファイバを伝搬する高速光通信、光交換、光情報処理等の光伝送システムに適用され、特に偏波モード分散を抑制するため装置に関する技術として有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴ技術の発展に伴う伝送容量の増加に伴い、光信号のビットレートは２．５Ｇｂ／ｓから１０Ｇｂ／ｓ、さらには４０Ｇｂ／ｓへと増加する傾向にある。ここで問題となるのが偏波モード分散である。
【０００３】
図２は偏波モード分散を説明するための説明図である。同図において、１００１は光ファイバ、１００２は入力光パルス、１００３は入力光パルス１００２のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、１００４は入力光パルス１００２のＴＭもしくはＴＥ偏波成分、１００７は出力光パルス、１００５は出力光パルス１００７のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、１００６は出力光パルス１００７のＴＭもしくはＴＥ偏波成分である。
【０００４】
一般に、光ファイバでは偏波面によって速く進む成分と遅く進む成分とが存在し、これを偏波モード分散と呼ぶ。図２においてＴＥもしくはＴＭ偏波成分１００３が速く進む成分であり、出力端においてＴＥもしくはＴＭ偏波成分１００５となる。一方でＴＭもしくはＴＥ偏波成分１００４が遅く進む成分であり、出力端ではＴＭもしくはＴＥ偏波成分１００６に較べＴＥもしくはＴＭ偏波成分１００５より遅く到着する。出力光パルス１００７はＴＥもしくはＴＭ偏波成分１００５とＴＭもしくはＴＥ偏波成分１００６の和となるので、結果として光パルスの波形がなまる。
【０００５】
この偏波モード分散の値は、例えばファイバ長Ｌ・Ｋｍに対し、
０．２〜２×Ｌ１／２  （ｐｓ）
程度である。すなわち、最悪の場合１００（ｋｍ）の光ファイバを仮定すると２０ｐｓの偏波モード分散が生じる。この値は２．５Ｇｂ／ｓ（パルス幅４００ｐｓ）や１０Ｇｂ／ｓ（パルス幅１００ｐｓ）ではさほど大きな問題ではないが、４０Ｇｂ／ｓ（パルス幅２５ｐｓ）では致命的な波形劣化となり、符号誤り率を大きく劣化させる要因となる。
【０００６】
かかる問題を解決するために、従来、図３に示すような構成で偏波モード分散を抑圧してきた。同図において、１０１は入力用光ファイバ、１０２は入力光パルス、１０３は入力光パルス１０２のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、１０４は入力光パルス１０２のＴＭもしくはＴＥ偏波成分、１０５は偏波コントローラ、１０６は偏波モード分散のとくに大きい光ファイバで、例えば偏波面保持光ファイバ、１０７はＴＥもしくはＴＭ偏波成分、１０８はＴＭもしくはＴＥ偏波成分、１０９は光カプラ、１１０は光導波路、１１２は偏波スプリッタ、１１３，１１４は光導波路、１１５は相互位相変調型の波長変換素子、１１６は波長変換素子１１５の光源、１１７，１１８は光導波路、１１９は受光器、１２０は偏波コントローラ１０５の制御系、１１１は出力用光ファイバ、１２３は波形整形された光パルス、１２１は光パルス１２３のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、１２２はＴＭもしくはＴＥ偏波成分である。
【０００７】
ここで偏波コントローラ１０５と光ファイバ１０６を合わせたものが偏波モード分散等化器である。
【０００８】
また、１２４および１２５は波長変換素子１１５の構成要素の一部である半導体光増幅器、１２６は入力光パルス１０２の波長を減衰するとともに、光源１１６の波長を透過する波長フィルタである。
【０００９】
同図は、遅延したＴＥもしくはＴＭ偏波成分１０３が光ファイバ１０６の速く進む方向に、先行しているＴＭもしくはＴＥ偏波成分１０４を光ファイバ１０６の遅く進む方向に入力するよう偏波コントローラ１０５を調整することで、偏波モード分散を抑制する方式である。
【００１０】
かかる偏波モード分散補償装置において、光信号の一部は光カプラ１０９で分岐して、その偏波成分を偏波スプリッタ１１２でさらに分岐する。この結果、光導波路１１３にはＴＥもしくはＴＭ偏波成分が、光導波路１１４にはＴＭもしくはＴＥ偏波成分が出力される。
【００１１】
ここで、光導波路１１３と光導波路１１４の光路長を等しくしたうえで波長変換素子１１５の信号入力ポートに入力する。
【００１２】
波長変換素子１１５は相互位相変調型の波長変換素子であり、光導波路１１３、１１４の双方が「０」レベルのときには光源１１６からの連続光を光導波路１１７に出力する。すなわち、このとき光導波路１１８は「０」レベルである。
【００１３】
一方、光導波路１１３または光導波路１１４のうちのどちらか一方だけが「１」レベルになると、波長変換素子１１５の原理により光導波路１１８は「１」レベルとなる。さらに光導波路１１３、１１４の双方が「１」レベルのとき、双方が打ち消し合って光導波路１１８は「０」レベルとなる。
【００１４】
これは、光導波路１１３と光導波路１１４の長さが等しいとき、光導波路１１８は「０」レベルとなり、光導波路１１３と光導波路１１４の長さが等しくない場合には「１」レベルとなる、いわゆるＸＯＲ動作を意味する。従って光導波路１１８を常に「０」レベルとすることは、光導波路１１３と光導波路１１４との信号がまったく等しいことになり、ＴＥ偏波成分１０７とＴＭ偏波成分１０８に位相遅延がないことを意味する。
【００１５】
従って受光器１１９の値を最小にするように制御系１２０を制御することで、偏波モード分散を最小、すなわちＴＥもしくはＴＭ偏波成分１２１とＴＭもしくはＴＥ偏波成分１２２との伝搬遅延の差を最小にし、波形整形された光パルス１２３を得る。
【００１６】
また波長フィルタ１２６を使用することで入力信号と出力信号を分離することも可能である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示す偏波モード分散補償装置の場合には波長変換素子１１５の偏波依存性という欠点があった。すなわち、波長変換素子１１５を構成する半導体光増幅器１２４、１２５は入力偏波の方向によって利得が変化する。
【００１８】
このため、偏波無依存となるようにさまざまな構成の半導体光増幅器が作成されているが（例えばＴｏｓｈｉｏ  Ｉｔｏ，  Ｎａｏｔｏ  Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ，  Ｋａｔｓｕａｋｉ  Ｍａｇａｒｉ，  ａｎｄ  Ｈｉｄｅｏ  Ｓｕｇｉｕｒａ，“Ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｔｅｎｓｌｌｅ−ｓｔｒａｉｎｅｄ  ＩｎＧａＡｓ  ＭＱＷ−ＳＯＡ  ｇａｔｅ  ”，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｖｏｌ．  １０，  ｎｏ，  ５，  Ｍａｙ  １９９８，  ｐｐ．  ６５７−６５９．）（また例えばＴｏｓｈｉｏ  Ｉｔｏ，  Ｎａｏｔｏ  Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ，  Ｏｓａｍｕ  Ｍｉｔｏｍｉ，Ｋａｔｓｕａｋｉ  Ｍａｇａｒｉ，  Ｉｋｕｏ  Ｏｇａｗａ，  Ｆｕｍｉｈｉｒｏ  Ｅｂｉｓａｗａ，  Ｙａｓｕｆｕｍｉ  Ｙａｍａｄａ，  ａｎｄ  Ｙｕｊｉ  Ｈａｓｕｍｉ，  “Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｇａｔｅ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ＷＤＭ  ｓｙｓｔｅｍｓ”，  ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓａｏｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ｖｏｌ，  Ｅ８１−Ｃ．  ｎｏ．  ８．  Ａｕｇｕｓｔ  １９９８．  ｐｐ．  １２３７−１２４４．）、偏波依存性を完全に０にすることは極めて困難で、０．５ｄＢの偏波依存性が残ってしまう。
【００１９】
これは結果として波長変換素子に偏波依存性が生じる原因となる。また、偏波無依存半導体光増幅器を作成するために、素子構造に制限があり（例えば活性層を正方形状に作る必要がある等）、利得や利得飽和強度を最適に設計できないという問題を生起していた。
【００２０】
さらに、波長フィルタ１２６を用いて入力信号と出力信号（波長は光源１１６によって決定）を分離するために、入力信号と出力信号の波長が同一の場合には分離できないという問題があった。
【００２１】
【非特許文献１】
Ｔｏｓｈｉｏ  Ｉｔｏ，  Ｎａｏｔｏ  Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ，  Ｋａｔｓｕａｋｉ  Ｍａｇａｒｉ，  ａｎｄ  Ｈｉｄｅｏ  Ｓｕｇｉｕｒａ，“Ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｔｅｎｓｌｌｅ−ｓｔｒａｉｎｅｄ  ＩｎＧａＡｓ  ＭＱＷ−ＳＯＡ  ｇａｔｅ  ”，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｖｏｌ．  １０，  ｎｏ，  ５，  Ｍａｙ  １９９８，  ｐｐ．  ６５７−６５９。
【非特許文献２】
Ｔｏｓｈｉｏ  Ｉｔｏ，  Ｎａｏｔｏ  Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ，  Ｏｓａｍｕ  Ｍｉｔｏｍｉ，  Ｋａｔｓｕａｋｉ  Ｍａｇａｒｉ，  Ｉｋｕｏ  Ｏｇａｗａ，  Ｆｕｍｉｈｉｒｏ  Ｅｂｉｓａｗａ，  Ｙａｓｕｆｕｍｉ  Ｙａｍａｄａ，  ａｎｄ  Ｙｕｊｉ  Ｈａｓｕｍｉ，  “Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｇａｔｅ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｉｎ  ＷＤＭｓｙｓｔｅｍｓ”，  ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓａｏｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ｖｏｌ，  Ｅ８１−Ｃ．  ｎｏ．  ８．  Ａｕｇｕｓｔ  １９９８．  ｐｐ．  １２３７−１２４４  。
【００２２】
本発明は、上記従来技術に鑑み、偏波依存性のある半導体光増幅器を用いた波長変換素子を用いることを可能とし、また入力信号と出力信号の波長が同一の場合でも分離が可能な偏波モード分散補償装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するため、本発明の偏波モード分散補償装置は、
１）  光ファイバを伝搬する光信号を入力し、該光信号の偏波モード分散を制御する偏波モード分散等化器と、該偏波モード分散等化器の後段に配設して偏波モード分散が等化された光信号の一部を出力するとともに残りの一部の光信号を分岐する光カプラと、該光カプラで分岐された光信号のＴＥ及びＴＭ偏波成分をＴＥ偏波用の光導波路及びＴＭ偏波用の光導波路に分離する偏波スプリッタと、該偏波ビームスプリッタで分離した２つの信号を入力して排他的論理和処理を行った出力信号を得る光排他的論理和回路と、該出力信号が「０」を出力するように前記偏波モード分散等化器を制御する制御部とを有する偏波モード分散補償装置において、
前記ＴＥ偏波用の光導波路およびＴＭ偏波用の光導波路のいずれか一方に、偏光方向を９０度回転する偏光方向回転手段を設けることで該２つの入力信号の偏光方向を一致させるように構成したことを特徴とする。
【００２４】
また、上記１）において、
ＸＯＲ回路に入力する連続光の偏光方向を該２つの入力信号の偏光方向と一致させることを特徴とする。
【００２５】
さらに、上記１）において、
ＸＯＲ回路に入力する連続光の偏光方向と該２つの入力信号の偏光方向が直交しているとともに、ＸＯＲ回路の出力端に偏光子を設けることで入力信号を減衰させるとともに出力信号を透過させることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態を示すブロック線図である。同図において、２０１は入力用光ファイバ、２０２は入力光パルス、２０３は入力光パルス２０２のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、２０４は入力光パルス２０２のＴＭもしくはＴＥ偏波成分、２０５は偏波コントローラ、２０６は偏波モード分散のとくに大きい光ファイバで、例えば偏波面保持光ファイバである。
【００２７】
本形態では、偏波コントローラ２０５と、偏波モード分散のとくに大きい光ファイバ（例えば偏波面保持光ファイバ）２０６で偏波モード分散等化器を構成している。
【００２８】
また、２０７はＴＥもしくはＴＭ偏波成分、２０８はＴＭもしくはＴＥ偏波成分、２０９は光カプラ、２１０は光導波路、２１２は偏波スプリッタ、２１３，２１４は光導波路、２１５は相互位相変調型の波長変換素子、２１６は波長変換素子２１５の光源、２１７，２１８は光導波路、２１９は受光器、２２０は偏波コントローラ２０５の制御系、２１１は出力用光ファイバ、２２３は波形整形された光パルス、２２１は光パルス２２３のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、２２２はＴＭもしくはＴＥ偏波成分、２２４，２２５は半導体光増幅器、２２６は波長フィルタである。
【００２９】
図３との相違として本形態は、偏波方向を９０度回転する偏波方向回転手段２２７を有する。偏波方向回転手段２２７の一例としては半波長板がある。
【００３０】
本形態に係る装置は、遅延したＴＥもしくはＴＭ偏波成分２０３が光ファイバ２０６の速く進む方向に、先行しているＴＭもしくはＴＥ偏向成分２０４を光ファイバ２０６の遅く進む方向に入力するよう偏波コントローラ２０５を調整することで、偏波モード分散を抑制する方式である。
【００３１】
ここで、光信号の一部を光カプラ２０９で分岐して、その偏波成分を偏波スプリッタ２１２でさらに分岐する。この結果、光導波路２１３にはＴＭ偏波成分が、光導波路２１４にはＴＥ偏波成分が出力される。
【００３２】
ここで、光導波路２１３と光導波路２１４との光路長を等しくしたうえで波長変換素子２１５の信号入力ポートに入力する。波長変換素子２１５は相互位相変調型の波長変換素子であり、光導波路２１３，２１４の双方が「０」レベルのときには光源２１６からの連続光を光導波路２１７に出力する。すなわち、このとき光導波路２１８は「０」レベルである。
【００３３】
一方、光導波路２１３または光導波路２１４のうちの何れか一方だけが「１」レベルになると、波長変換素子の１１５の排他的論理和処理により光導波路２１８は「１」レベルとなる。
【００３４】
さらに、光導波路２１３，２１４の双方が「１」レベルのとき、双方が打ち消し合って光導波路２１８は「０」レベルとなる。
【００３５】
一方、本形態において、偏波方向回転手段（半波長板）２２７は偏波面を９０度回転する機能を有する。これはＴＥ偏波をＴＭ偏波に、ＴＭ偏波をＴＥ偏波に変えることを意味する。すなわち、光導波路２１３を伝搬するＴＭ偏波は偏波方向回転手段（半波長板）２２７によってＴＥ偏波に変換される結果、波長変換素子２１５に入力する信号光はいずれもＴＥ偏波になる。この結果、半導体光増幅器２２４，２２５に入力される光信号はＴＥ偏波のみとなり、光増幅器２２４，２２５に偏波依存性があっても構わない、
【００３６】
＜第２の実施の形態＞
上記第１の実施の形態において、さらに光源２１６からの連続光の偏波面をＴＥ偏波に合わせることも可能である。この場合には光源２１６からの出力光の偏波面をあらかじめＴＥ偏波に合わせ、光源２１６と波長変換素子２１５の接続を偏波保持型の導波路（例えば偏波保持ファイバ）によって行う。ちなみに、通常の半導体レーザはＴＥ偏波で発振を行うため、光源２１６の出力光をＴＥ偏波に合わせることは容易である。
【００３７】
＜第３の実施の形態＞
入力信号の波長と出力信号の波長（＝光源２１６の波長）が同一の場合には、光源２１６の出力をＴＭ偏波に合わせる。その上で波長フィルタ２２６の代わりにＴＭ偏波を透過し、ＴＥ偏波を減衰する偏光子を用いることで入力信号と出力信号を分離することができる。半導体レーザは通常ＴＥ偏波で発振するため、光源２１６と波長変換素子２１５を接続する偏波保持ファイバを９０度ねじることによってＴＭ偏波をＸＯＲ回路に入力する。また別の方法としてＴＭ偏波で発振する特殊な半導体レーザ（例えば伸張歪み構造の活性層を持つ半導体レーザ）を用いてもよい。
【００３８】
さらに、上記説明においてはＸＯＲ回路に入力する２つの信号をＴＥ偏波、光源２１６からＸＯＲ回路に入力する連続光をＴＭ偏波としたが、逆に２つの信号をＴＭ偏波、連続光をＴＥ偏波としても構わない。このときの偏光子はＴＭ偏波を減衰し、ＴＥ偏波を透過するものを用いる。
【００３９】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明したように、本発明によれば、光導波路を伝搬して波長変換素子に入射するＴＭ偏波及びＴＥ偏波の何れか一方は偏波方向回転手段によってＴＥ偏波又はＴＭ偏波に変換される。この結果、波長変換素子に入力する信号光はいずれもＴＥ偏波又はＴＭ偏波となる。したがって、波長変換素子の半導体光増幅器に入力される光信号はＴＥ偏波又はＴＭ偏波のみとなり、光増幅器に偏波依存性があっても偏波依存性が残ってしまうことはない。すなわち、偏波依存性のある半導体光増幅器を用いた波長変換素子を不都合なく用いることが可能になる。また、入力信号と出力信号の波長が同一の場合でも分離が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る偏波モード分散補償装置を示すブロック線図である。
【図２】偏波モード分散を説明するための説明図である。
【図３】従来技術に係る偏波モード分散補償装置を示すブロック線図である。
【符号の説明】
２０１        入力用光ファイバ
２０２        入力光パルス
２０３        ＴＥもしくはＴＭ偏波成分
２０４        ＴＭもしくはＴＥ偏波成分
２０５        偏波コントローラ
２０６        光ファイバ
２０７        ＴＥもしくはＴＭ偏波成分
２０８        ＴＭもしくはＴＥ偏波成分
２０９        光カプラ
２１０        光導波路
２１１        出力用光ファイバ
２１２        偏波スプリッタ
２１３，２１４        光導波路
２１５        波長変換素子
２１６        光源
２１７，２１８        光導波路
２１９        受光器
２２０        制御系
２２４，２２５        半導体光増幅器
２２６        波長フィルタ
２２７        偏波方向回転手段
【図１】
2004184904.tif 000003
【図２】
2004184904.tif 000004
【図３】
2004184904.tif 000005