(57)【要約】【課題】波長多重光パルスが入力された場合にも、波長多重光パルスの偏波モード分散を補償する。【解決手段】偏波モード分散抑制伝送装置５００は、光ファイバ５０１と偏波モード分散付与用光ファイバ５２７とで構成されており、偏波モード分散抑制装置５５０の入力段に配置されている。偏波モード分散抑制伝送装置５００の偏波分散モードは波長軸上でＢ（ｎｍ）の周期で増減する。入力される波長多重光パルス５０２，５２４〜５２６のそれぞれの波長帯域Ａ（ｎｍ）は、Ｂよりも大きく（例えば５倍以上に）なっている。このように広い波長帯域を持つ光パルス５０２，５２４〜５２６が偏波モード分散抑制伝送装置５００に入力されると、全体の偏波モード分散が平均化されて一定値（ほぼ０）となる。【選択図】　　　　図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長帯域Ａ（ｎｍ）を有する光信号が伝搬する、偏波モード分散を有する光導波路を備え、該光導波路の偏波モード分散が波長軸上でＢ（ｎｍ）の周期で増減する伝送装置において、Ａ＞Ｂであることを特徴とする偏波モード分散抑制伝送装置。
【請求項２】
請求項１において、前記光導波路の偏波モード分散の波長依存性が完全に周期的ではなく、Ｂ（ｎｍ）以下の波長間隔で偏波モード分散が極小値から次の極小値へと変化することを特徴とする偏波モード分散抑制伝送装置。
【請求項３】
請求項１において、ＡはＢの５倍以上であることを特徴とする偏波モード分散抑制伝送装置。
【請求項４】
請求項１における前記光導波路の少なくとも一部が複数の偏波保持ファイバからなり、該複数の偏波保持ファイバの主軸がそれぞれずれており、そのために該光導波路の偏波モード分散が０を中心に増減することを特徴とする偏波モード分散抑制伝送装置。
【請求項５】
請求項１の前記光信号が波長多重された複数の光信号であることを特徴とする偏波モード分散抑制伝送装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項において、波長多重された光信号のうちの特定の光信号の偏波モード分散をモニタし、そのモニタ結果を参照して該特定の偏波モード分散を補償する機構を設けることを特徴とする偏波モード分散抑制伝送装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項の偏波モード分散抑制伝送装置は、前記光信号の偏波モード分散を抑制する偏波モード分散抑制装置の入力段に配置されることを特徴とする偏波モード分散抑制伝送装置。
【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抑制伝送装置に関し、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のに適用して有効な技術である。
【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。図１１は偏波モード分散を説明する図であって、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。
【０００３】
一般に光ファイバには偏波モード分散が存在し、光ファイバ中を伝搬する光信号は、偏波面によって、速く進む偏波成分と遅く進む偏波成分に別れて伝搬する。図１１において偏波成分１００３が速く進む偏波成分であり、出力端において、偏波成分１００５となる。一方で偏波成分１００４は遅く進む偏波成分であり、出力端では偏波成分１００６となり偏波成分１００５より遅く到着する。出力光パルス１００７は偏波成分１００５と偏波成分１００６の和となるので、結果として出力光パルス１００７の波形がなまる。
【０００４】
この偏波モード分散の値としては、例えばファイバ長Ｌ（Ｋｍ）に対し、
０．２×Ｌ１／２　（ｐｓ）〜２×Ｌ１／２　（ｐｓ）
程度である。すなわち、最悪の場合１００Ｋｍ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。
【０００５】
この問題を解決するために、本願出願人は、図１２に示す構造となっている偏波モード分散抑制装置を提案して出願した（特願２００１−２２７２８６）。そして、この装置により偏波モード分散を抑圧してきた。
【０００６】
図１２において、１１０１は入力用光ファイバ、１１０２は入力光パルス、１１０３は入力光パルス１１０２のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、１１０４は入力光パルス１１０２のＴＭもしくはＴＥ偏波成分、１１０５は偏波コントローラ、１１０６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、１１０７はＴＥもしくはＴＭ偏波成分、１１０８はＴＭもしくはＴＥ偏波成分、１１０９は光カプラ、１１１０は光導波路、１１１２は偏波スプリッタ、１１１３，１１１４は光導波路、１１１５は相互位相変調型の波長変換素子、１１１６は波長変換素子１１１５の光源、１１１７，１１１８は光導波路、１１１９は受光器、１１２０は偏波コントローラ１１０５の制御系、１１１１は出力用光ファイバ、１１２３は波形整形された光パルス、１１２１は光パルス１１２３のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、１１２２は光パルス１１２３のＴＭもしくはＴＥ偏波成分である。
【０００７】
図１２に示す装置では、遅延した偏波成分１１０３が光ファイバ１１０６の速く進む方向に、先行している偏波成分１１０４が光ファイバ１１０６の遅く進む方向に入力するように、偏波コントローラ１１０５により入力光パルス１１０２の偏波状態を調整することで、偏波モード分散を抑制する方式である。
【０００８】
ここで光信号の一部を光カプラ１１０９で分岐して、その偏波成分を偏波スプリッタ１１１２でさらに分岐する。この結果、光導波路１１１３にはＴＥもしくはＴＭ偏波成分が、光導波路１１１４にはＴＭもしくはＴＥ偏波成分が出力される。ここで、光導波路１１１３と光導波路１１１４の光路長を等しくしたうえで波長変換素子１１１５の信号入力ポートに入力する。
【０００９】
波長変換素子１１１５は相互位相変調型の波長変換素子であり、入力側の光導波路１１１３，１１１４の双方の光信号レベルが「０」レベルのときには光源１１１６からの連続光を出力側の光導波路１１１７に出力する。すなわち、このとき出力側の光導波路１１１８の光信号レベルは「０」レベルである。
一方、入力側の光導波路１１１３または光導波路１１１４の光信号レベル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１１１５の原理により出力側の光導波路１１１８の光信号レベルは「１」レベルとなる。
さらに入力側の光導波路１１１３，１１１４の双方の光信号レベルが「１」レベルのとき、双方が打ち消し合って、出力側の光導波路１１１８の光信号レベルは「０」レベルとなる。
【００１０】
これはすなわち光導波路１１１３と光導波路１１１４の光信号レベルが等しいときは、光導波路１１１８の光信号レベルは「０」レベルとなり、光導波路１１１３と光導波路１１１４の光信号レベルが等しくない場合には、光導波路１１１８の光信号レベルは「１」レベルとなるいわゆるｅｘＯＲ（排他的論理和）動作を意味する。従って光導波路１１１８の光信号レベルを常に「０」レベルとすることは、光導波路１１１３と光導波路１１１４を伝搬する光信号がまったく等しいことになり、偏波成分１１０７と偏波成分１１０８に位相遅延がないことを意味する。
【００１１】
受光器１１１９は受光した光強度に応じた電気信号を出力するので、受光器１１１９から出力される電気信号の強度を最小にするように（つまり受光した光強度を最小にするように）、制御系１１２０にて偏波コントローラ１１０５による入力光パルス１１０２に対する偏波状態を制御することで、偏波モード分散を最小にするように、すなわち偏波成分１１２１と偏波成分１１２２の伝搬遅延の差を最小にするように調整する。このような制御動作をすることにより、波形整形された光パルス１１２３を得る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２の構成には以下に説明するような、更に改善すべき点があった。すなわち通常、入力光パルスは１つではなく、複数の波長が多重された波長多重光パルスの信号となっている。ところが一般に偏波モード分散は図１３のような波長依存性を持ち、例えば波長αの光信号に対する偏波モード分散と波長βの光信号に対する偏波モード分散が異なるために、両者を同時にモニタ・補償することは不可能であった。
【００１３】
そこで本発明では上記の欠点を鑑み、波長多重光パルスが入力された場合にも波長多重光パルスの偏波モード分散を補償する偏波モード分散抑制伝送装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【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抑制伝送装置の第１の構成は、波長帯域Ａ（ｎｍ）を有する光信号が伝搬する、偏波モード分散を有する光導波路を備え、該光導波路の偏波モード分散が波長軸上でＢ（ｎｍ）の周期で増減する伝送装置において、Ａ＞Ｂであることを特徴とする。
【００１５】
また第２の構成は上記第１の構成において、該光導波路の偏波モード分散の波長依存性が完全に周期的ではなく、Ｂ（ｎｍ）以下の波長間隔で偏波モード分散が極小値から次の極小値へと変化することを特徴とする。
【００１６】
さらに第３の構成は上記第１の構成において、ＡはＢの５倍以上であることを特徴とする。
【００１７】
第４の構成は上記第１の構成における該光導波路の少なくとも一部が複数の偏波保持ファイバからなり、該複数の偏波保持ファイバの主軸がそれぞれずれていることを特徴とする。
【００１８】
第５の構成は上記第１の構成の該光信号が波長多重の複数の光信号であることを特徴とする。
【００１９】
第６の構成として上記第１から第５の構成において、波長多重された光信号のうちの特定の光信号の偏波モード分散をモニタし、そのモニタ結果を参照して該特定の偏波モード分散を補償する機構を設けることを特徴とする。
【００２０】
第７の構成は、第１から第６の構成の偏波モード分散抑制伝送装置は、光信号の偏波モード分散を抑制する偏波モード分散抑制装置の入力段に配置されることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
［実施例１］
図１は、本発明の第１の実施例に係る偏波モード分散抑制伝送装置を示す。同図において、１０１は光ファイバ、１０８は偏波モード分散付与用光ファイバ、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、１０７は出力光パルス、１０５は出力光パルス１０７のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、１０６は出力光パルス１０７のＴＭもしくはＴＥ偏波成分である。
【００２３】
ここで光ファイバ１０１と偏波モード分散付与用光ファイバ１０８を合わせたものが、偏波モード分散抑制伝送装置１００であり、この偏波モード分散抑制伝送装置１００の全体の偏波モード分散の波長依存性は図２のように、波長軸上で周期的となる。周期間隔は例えば０．６ｎｍであり、偏波モード分散０ｐｓを中心に増減する。ところで今、入力光パルス１０２のパルス幅を２．５ｐｓとすると、波長帯域として３．２ｎｍの幅を持つ。この広い波長帯域を持つ光パルスが、光ファイバ１０１と偏波モード分散付与用光ファイバ１０８でなる偏波モード分散抑制伝送装置１００に入力されると、全体の偏波モード分散が平均化されて一定値（ほぼ０）となる。
【００２４】
［実施例２］
偏波モード分散抑制伝送装置全体の偏波モード分散の実際の波長依存性は図３に示すように、完全には周期的ではない。その場合にも、偏波モード分散の極小値と極小値の間隔の最大値（例えば０．６ｎｍ）よりも、入力信号光の波長帯域が十分に広い場合には、やはり全体の偏波モード分散が平均化されて一定値（ほぼ０）となる。
【００２５】
［実施例３］
図４に、信号光の波長帯域ｓを偏波モード分散抑制伝送装置全体の偏波モード分散の波長依存性における極小値と極小値の間隔の最大値ｔで割ったｍ＝ｓ／ｔと、信号光が受ける可能性がある偏波モード分散の値ｐの関係を示す。
同図からわかるように、ｍが５以上の値を取るとｐは１ｐｓの値以下でほぼ無視できる値となる。すなわち、ｍは５以上とすることで、本方式は特に有効である。
【００２６】
［実施例４］
図５は、図１における偏波モード分散付与用光ファイバ１０８の一例を説明する図である。同図は複数の偏波保持ファイバからなり、おのおのその主軸をずらしてある。偏波保持ファイバが１本の場合には、図６のように偏波モード分散に波長依存性は存在しない。しかしながら、５本の偏波保持ファイバを接続することで、図７に示すように、周期的な波長依存性を得ることができる。さらには１０本を接続することで図８のような波長依存性を得る。ここで、偏波保持ファイバの本数並びに主軸の角度を最適に設定することで、偏波モード分散の極小値と極小値の間隔を図９のように小さくすることが可能である。
【００２７】
［実施例５］
図１において、信号光は１つとは限らない。波長多重された複数の光信号が入力された場合でも、それぞれの波長帯域が全体の偏波モード分散の波長依存性における極小値と極小値の間隔の最大値よりも十分に大きい場合には、複数の光信号の偏波モード分散はそれぞれ一定値（ほぼ０）となる。
【００２８】
［実施例６］
図１０は第６の実施例を説明する。この実施例は、偏波モード分散抑制装置の入力段に、本発明の偏波モード分散抑制伝送装置を配置したものである。
【００２９】
更に詳述すると、図１０において、５０１は光ファイバ、５０２，５２４，５２５，５２６は波長多重された入力光パルス、５２７は偏波モード分散付与用光ファイバであり、５０３は入力光パルス５０２のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、５０４は入力光パルス５０２のＴＭもしくはＴＥ偏波成分である。そして、光ファイバ５０１及び偏波モード分散付与用光ファイバ５２７により偏波モード分散抑制伝送装置５００が構成されている。
【００３０】
更に図１０において、５０５は偏波コントローラ、５０６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、５０７はＴＥもしくはＴＭ偏波成分、５０８はＴＭもしくはＴＥ偏波成分、５０９は特定の光信号５０２のみを分岐する光カプラ、５１０は光導波路、５１２は偏波スプリッタ、５１３，５１４は光導波路、５１５は相互位相変調型の波長変換素子、５１６は波長変換素子５１５の光源、５１７，５１８は光導波路、５１９は受光器、５２０は偏波コントローラ５０５の制御系、５１１は出力用光ファイバ、５２３は波形整形された光パルス、５２１は光パルス５２３のＴＥもしくはＴＭ偏波成分、５２２は光パルス５２３のＴＭもしくはＴＥ偏波成分である。そして、部材５０５，５０６，５０９〜５２０により、偏波モード分散抑制装置５５０が構成されている。
したがって、偏波モード分散抑制装置５５０の入力段に、偏波モード分散抑制伝送装置５００が配置されていることになる。
【００３１】
図１０の構成では、遅延した偏波成分５０３を偏波面保持光ファイバ５０６の速く進む方向に、先行している偏波成分５０４を偏波面保持光ファイバ５０６の遅く進む方向に入力するように、偏波コントローラ５０５により入力光パルス５０２，５２４，５２５，５２６の偏波状態を調整することで、偏波モード分散を抑制する方式である。
【００３２】
ここで波長多重光信号５０２，５２４，５２５，５２６の波長帯域は、光ファイバ５０１と偏波モード分散付与用光ファイバ５２７により構成された偏波モード分散抑制伝送装置５００が与える偏波モード分散の波長依存性における極小値と極小値の間隔の最大値よりも十分に大きくなるように設定されており、それぞれの偏波モード分散の値はほぼ一定値となっている。
【００３３】
さらに特定の光信号５０２の一部を光カプラ５０９で分岐して、その偏波成分を偏波スプリッタ５１２でさらに分岐する。この結果、光ファイバ５１３にはＴＥもしくはＴＭ偏波成分が、光ファイバ５１４にはＴＭもしくはＴＥ偏波成分が出力される。ここで、光ファイバ５１３と光ファイバ５１４の光路長を等しくしたうえで波長変換素子５１５の信号入力ポートに入力する。
【００３４】
波長変換素子５１５は相互位相変調型の波長変換素子であり、光ファイバ５１３，５１４の双方の光信号レベルが「０」レベルのときには、光源５１６からの連続光を光導波路５１７に出力する。すなわち、このとき光導波路５１８の光信号レベルは「０」レベルである。
一方、光導波路５１３または光導波路５１４の光信号レベル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５１５の原理により、光導波路５１８の光信号レベルは「１」レベルとなる。
更に光導波路５１３，５１４の双方の光信号レベルが「１」レベルのとき、双方が打ち消し合って、光導波路５１８の光信号レベルは「０」レベルとなる。
【００３５】
これはすなわち光導波路５１３と光導波路５１４の光信号レベルが等しいときは、光導波路５１８の光信号レベルは「０」レベルとなり、光導波路５１３と光導波路５１４の光信号レベルが等しくない場合には、光導波路５１８の光信号レベルが「１」レベルとなるいわゆるｅｘＯＲ動作を意味する。
【００３６】
従って光導波路５１８の光信号レベルを常に「０」レベルとすることは、光導波路５１３と光導波路５１４を伝搬する光信号がまったく等しいことになり、偏波成分５０７と偏波成分５０８の間に位相遅延がないことを意味する。
【００３７】
従って受光器５１９から出力される電気信号の値を最小にするように、制御系５２０により偏波コントローラ５０５を制御することで、特定の光信号５０２の偏波モード分散を最小にするように、すなわち偏波成分５２１と偏波成分５２２の伝搬遅延の差を最小にし、偏波モード分散が最小になった光パルス５２３を得る。またこのとき、その他の光信号５２４，５２５，５２６の偏波モード分散も最小の値となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、偏波モード分散を付与すると共に偏波モード分散の波長依存性が波長軸上で周期的となっている光導波路（偏波モード分散付与用光ファイバ）を備えており、入力する光信号の波長帯域を前記周期よりも大きくしているため、入力する光信号全体の偏波モード分散が平均化されて一定値（ほぼ零）となるため、波長多重光パルスが入力された場合にも波長多重光パルスの偏波モード分散を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る偏波モード分散抑制伝送装置を示す構成図。
【図２】偏波モード分散抑制伝送装置の偏波モード分散の波長依存性を示す特性図。
【図３】偏波モード分散抑制伝送装置の偏波モード分散の波長依存性を示す特性図。
【図４】信号光の波長帯域ｓを全体の偏波モード分散の波長依存性における極小値と極小値の間隔の最大値ｔで割ったｍ＝ｓ／ｔと、信号光が受ける可能性がある偏波モード分散の値ｐの関係を示す特性図。
【図５】偏波モード分散付与用光ファイバを示す構成図。
【図６】偏波保持ファイバが１本の場合の波長依存性を示す特性図。
【図７】偏波保持ファイバが５本の場合の波長依存性を示す特性図。
【図８】偏波保持ファイバが１０本の場合の波長依存性を示す特性図。
【図９】偏波保持ファイバの本数並びに角度を最適に設定した場合の波長依存性を示す特性図。
【図１０】本発明の第６の実施例を示す構成図。
【図１１】偏波モード分散の状態を説明する説明図。
【図１２】先に出願した偏波モード分散抑制装置を示す構成図。
【図１３】先に出願した偏波モード分散抑制装置での偏波モード分散の波長依存性を示す特性図。
【符号の説明】
１００　偏波モード分散抑制伝送装置
１０１　光ファイバ
１０８　偏波モード分散付与用光ファイバ
５００　偏波モード分散抑制伝送装置
５０１　光ファイバ
５２７　偏波モード分散付与用光ファイバ
５５０　偏波モード分散抑制装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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