(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信システム（１）の中の通信を送信する光束の中に含まれる光パルス（Ｉ）の、偏光モード分散によって生じる歪みを低減する方法であって、該方法は、
通信システムの検出された伝送品質に応答して、前記伝送品質が最も高くなるように光パルスの偏光を調整するように偏光制御デバイス（３）を駆動させるステップを含み、
通信を送信する光束の、小さい、分離された部分を使用して前記通信システムの伝送品質を決定することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、通信を最適化するために、前記光パルスの前記偏光を既定の時間間隔でリセットすることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記光パルス（Ｉ）の偏光を光通信システムの入力端で制御することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法において、前記光パルスの偏光は、前記偏光制御デバイス（３）を使用して前記光通信システム（５）の出力端で変更され、前記光パルス（Ｉ）は、該光通信システムに続いて、アナライザ（６）を介して伝搬することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法を実施し、通信を送信する光束の中に含まれた前記光パルスの歪みを低減しつつ伝搬させることができる光通信システム（１）であって、
光送信媒体と、
前記通信システムの伝送品質を決定するデバイス（２）と、
伝送品質を最適化するように光パルスの偏光を変化させる偏光制御デバイス（３）を駆動する、前記デバイス（２）の出力信号が入力に供給される調整デバイス（４）とを含む前記光通信システム（１）であって、
通信を送信する光束の小さな部分を分離し、かつ決定デバイス（２）に供給するビームスプリッタ（７）を特徴とする光通信システム。
【請求項６】
請求項５に記載の光通信システムにおいて、前記偏光制御デバイス（３）は前記送信媒体の入力に位置することを特徴とする光通信システム。
【請求項７】
請求項５に記載の光通信システムにおいて、前記偏光制御デバイス（３）は前記送信媒体の出力に位置し、さらに該偏光制御デバイス（３）から下流の、光の伝搬方向にアナライザ（６）が位置することを特徴とする光通信システム。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の光通信システムにおいて、前記偏光制御デバイス（３）はλ／４遅延要素、λ／２遅延要素、さらにλ／４遅延要素を含み、前記遅延要素はこのシーケンスに直列に置かれ、そして前記遅延要素の各々が調整可能であることを特徴とする光通信システム。
【請求項９】
請求項７に記載の光通信システムにおいて、前記アナライザ（６）は線形アナライザであり、前記偏光制御デバイス（３）は、調整可能なλ／４遅延要素およびλ／２遅延要素を含むことを特徴とする光通信システム。
【請求項１０】
請求項５乃至９のいずれか１項に記載の光通信システムにおいて、少なくとも１つの前記遅延要素が液晶素子を含むことを特徴とする光通信システム。
【請求項１１】
請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の光通信システムにおいて、少なくとも１つの前記遅延要素が電子光学結晶を含むことを特徴とする光通信システム。
【請求項１２】
請求項５乃至１１のいずれか１項に記載の光通信システムにおいて、少なくとも１つの前記遅延要素が、３つのファイバループの、機械的、起電的、または圧電的に調整可能な要素を含むことを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は請求項１に記されているとおり、光通信システム内で光パルスの歪みを低減する方法に関し、また、請求項５に記されているとおり、光通信システムを介して伝搬する光パルスの低減された拡散を有する光通信システムに関する。
【０００２】
光通信では、光学コンポーネントおよびグラスファイバなどの光学コンポーネントがしばしば使用されるが、これらは第１次近似でのみ等方性であるか、または本質的に非等方性である。たとえば、フォトニックネットワーク内で使用されるグラスファイバは一般に、製造プロセスおよび設計から得られるかまたは温度および圧力の変動などの他の環境、およびファイバ自体の曲がりに起因する光学的な非等方性を示す。これらの一部は場所に依存する非等方性はまた光学的な複屈折を生み、これもファイバ内の場所によって変化する可能性がある。複屈折は、２つの直交に偏光された光の自然な波を、考慮中の１つのファイバセクション内で異なる位相速度で伝搬させる。これは、一般的な場合に、光信号、特になんらかの偏光を有する光パルスがファイバを介して送信されている時、種々の偏光コンポーネントの速度の違いによって光パルスがゆがむ、すなわち伝搬の間に拡散することを意味する。この光パルスの拡散は特に、通信システム内の送信速度を限定する。
１９９２年１月１日の、Proceedings of the STIEの論文、「Optical Equalization of Polarization Dispersion」では、Winters J. H.らは、偏光モード分散の影響を低減するために使用することが可能な光等化システムを説明している。この種の光等化システムは、独立請求項１および５の前文を構成する。この光等化システムの１つの欠点は、偏光制御要素に関して制御信号を生成するために、光の受信された信号が１つまたは複数の受信器内で完全な形で受信され、それにしたがって分析されることである。光信号の送信は、これ以上は可能ではない。
米国特許第５，７９３，５１１号からは、等化回路を有する光受信器が知られており、等化回路は偏光モード分散によってゆがめられた光信号を等化することが可能である。このために、受信された光信号は２つの電気的な成分に変換され、等化回路はこれらから品質信号を生成して、受信機内で実装された偏光制御要素を駆動する。
ＥＰ特許第Ａ−０  ７１６  ５１６号は、単一モードのファイバ上で送信される光信号に関して、偏光ダイバーシチ検出技法を説明している。ファイバ内の偏光モード分散によって生じた歪みを補償するために、偏光ダイバーシチ検出が実行される。このために、光の受信された信号はまず偏光ビームスプリッタによって、第１および第２の偏光成分に分離される。その結果制御信号が生成されて、２つの偏光成分の間の位相差の関数として、偏光制御要素を制御する。
【０００３】
本発明の目的は、偏光モード分散によって生じる光通信システムにおける光パルスの歪みを低減する方法であって、コスト効果の高い方法で実装することが可能であり、特定の光通信システムに融通性をもって適応させることが可能であり、特に、複屈折に関してダイナミックな変動を許容することが可能である方法を提供することである。さらなる目的は、上記の関連技術におけるシステムの欠点を有しない、適切な光通信システムを提供することである。
【０００４】
この技術的な目的は、本発明によって一方では、請求項１の特徴を含む方法ステップによって、他方では請求項５の特徴によって達成される。
【０００５】
光通信システム内の伝送品質を最適な値に維持するには、伝送品質を測定し、それを示す信号を調節デバイスに供給し、調節デバイスが偏光制御デバイスを駆動して、通信を送信する光パルスの偏光状態を変化させる。調整デバイスは伝送品質が最適化されるように光パルスの偏光を制御する。小さい、分離された、通信を送信する光束の部分を使用して伝送品質を決定する。
【０００６】
一般に、たとえば光ファイバまたは他の光学コンポーネントなど、どんな送信デバイスも、複屈折の性質に関しては多くの複屈折プレートから作成することが可能であり、プレートの各々は、異なる、統計的に変化する複屈折、遅延および方向を有する。この種の複屈折プレートのアセンブリは特定の波長について特徴的であり、したがって、入射光の周波数に依存している。
【０００７】
本発明はたとえば、実際のグラスファイバは一般的にはプレートアセンブリからなりたっており、プレートアセンブリは複屈折プレートの確率論的なシステムによって特徴づけられてはおらず、ファイバの特定のセクション内には、少なくとも１つの好ましい、すなわち、実質的に一定の複屈折があるという理解に基づいている。これはすなわち、上記のファイバセクション内の光学的な性質は単一の、厚いおよび／または重い複屈折プレートによって指定可能であることを意味する。光パルスについてこのようなセクション内を伝搬し、好ましい複屈折ファイバ部材の両方の（固有な）偏光状態に同じ程度結合している情報信号は、同じ強度だが偏光が直交である２つのパルスに分割される。両方のパルス成分は媒体内で異なるグループ速度を示すので、偏光モード分散のために、特に高い歪み、すなわち、もともと注入された信号パルスの拡散が生じ、この拡散は特に通信の送信速度を制限する。
【０００８】
本発明の基本となる原理は、たとえばファイバ部材など、好ましい複屈折を伴う少なくとも１つのセクションを有する光通信システム内で、セクションの２つの主な偏光状態のうちの１つに対応する偏光を信号が示すような方法で、光パルスがそのセクション内を確実に伝搬するようにすることである。この結果、パルスの形状は送信の間、好ましい複屈折を有するセクションによって広げられることはない。好ましい複屈折を有するセクション内では、光パルスは２つの可能なチャネル、すなわち、高い伝搬速度を有するチャネルか、低い伝搬速度を有するチャネルのうちの１つのチャネルのみに伝搬し、光パルスはそれによって分割されたり広げられたりすることはなく、加速されるか遅延されるにすぎない。しかし、全パルスシーケンスが加速または遅延を経験するので、このことが送信速度に悪影響を与えることはない。したがって、好ましい複屈折を示し、その結果光パルスの幅を広げることに大幅に貢献する場合のある光送信媒体のセクションが、全通信システム内の偏光モード分散に関して確実に「除去」される。したがって、光パルスの残りの広がりは、通信システムの残りのセクションによって発生するだけになり、これは、たとえば薄い、複屈折プレートの確率論的なシステムとして説明することが可能である。しかし、光が好ましい複屈折を有するセクションを主な偏光状態のうち１つの状態だけで横断しない場合は、通信システムのこれらの他のセクションが光パルスを広げる原因となる程度は、好ましい複屈折を有するセクション内で生じる可能性のあるパルスの歪みよりもはるかに小さい。
【０００９】
上記の説明は一方では、光パルスが偏光制御デバイスによって修正されてから、光通信システムに入り、好ましい複屈折を有するセクションをそのセクションの主な偏光状態のうちの１つの状態で横断する場合にあてはまり、他方では、光情報信号のうち、好ましい複屈折を有するセクションの主な偏光状態のうちの１つの状態でこのセクションを介して送信される部分のみが、データ送信に関して考慮される場合にあてはまる。どちらの場合も、本発明で説明された原理に基づいており、したがって、等価である。
【００１０】
本発明によれば、情報信号の偏光を変化させるために、偏光制御デバイスは伝送品質が最も高くになるように調節デバイスによって駆動される。この調節された最も高い伝送品質は、したがって、たとえば、光情報信号が好ましい複屈折を有するセクション内を２つの主な偏光状態のうちの１つの状態で伝搬する場合に対応し、または、光情報信号のうち、２つの主な偏光状態のうち１つで伝搬する部分のみが考慮される場合にも対応する。本発明の１つの有利な具体的な実施例は、間隔のあいた時間間隔において伝送品質を繰り返し最も高くすることを提供する。これによって、光パルスの歪みに悪影響を及ぼす場合のある、複屈折の大きさおよび向きの時間的な変動を減少させることが可能になる。上述の、たとえば光ファイバ内の温度の変動によって誘導されたこれらの変動は、光パルスが好ましい複屈折を有するセクションを主な偏光状態のうちの１つの状態で横切らなくなるという効果を有する場合がある。間隔のあいた時間間隔で繰り返し伝送品質を最も高くすることによって、変動によって生じた光パルスの拡散を取り消すことが可能である。
【００１１】
光通信システムの入力において、偏光状態が時間とともに変化するのを許容するために、偏光制御デバイスは通信システムの上流に接続される場合がある。偏光制御デバイスを調整することによって、通信システム内の大きさおよび向きが時間とともに変動する複屈折にもかかわらず、好ましい複屈折を有するセクションがそのセクションの２つの主な偏光状態のうちの１つの状態で光パルスによって確実に横切られるようになる。
【００１２】
光を、要求される偏光状態に損失なく変換するために、偏光制御デバイスはλ／４−、λ／２−およびさらに、λ／４の遅延要素を含む場合があり、遅延要素は後の要素が前の要素の後ろになるように配置され、各々が調節可能である。このような偏光制御デバイスを使用することにより、光、たとえば任意のなんらかの偏光状態を有する光パルスを、異なった、所望の偏光状態を有する光に変化させることが可能になる。
【００１３】
しかし偏光制御デバイスは、通信システムの出力に置かれる場合もある。これは伝送品質の決定、制御、および偏光制御デバイスが同じ場所で実装されるため、制御を簡単にする。主な偏光状態のうちの１つの状態で好ましい複屈折を有するセクション内で伝搬した光の成分のみを考慮するために、偏光制御要素より下流に追加のアナライザが構成される。このアナライザが線形アナライザである場合、偏光制御デバイスは、各々が調整可能、すなわち回転可能であるλ／４−およびλ／２−の遅延要素のみを含むという点で単純化される。この種の偏光制御デバイスを使用することにより、この場合は好ましい複屈折を有する部分を介して主な偏光状態のうちの１つの状態で送信される光である、任意のなんらかの偏光を有する光（この場合はアナライザに向けた送信方向に偏光された光である）を、線形的な偏光を有する光に変化させることが可能になる。本発明の原理および方法を利用するどちらの構成においても、使用されている遅延要素は、関連する具体的な用途、たとえば使用される波長に応じて、液晶素子または電子光学結晶を含む。これらの調整要素の利点は、これらは駆動機構なしに、すなわち電気的に再調整可能であるということである。高すぎない周波数で制御が行われる場合、簡単な、機械的に移動可能な制御要素を使用することも可能である。
【００１４】
本発明を、以下のいくつかの例示的な実施例に基づいて、次の図を参照しながら説明される。
【００１５】
本発明によれば、システムを介して通過する光パルスの歪みを低減することのできる光通信システムは、種々のセクションからなる光送信媒体を含む。これらは、ファイバカプラ、スイッチ、増幅器、および他のコンポーネントなどの光学コンポーネントのみではなく、光回線（ファイバ）を含む場合もある。通信システムの少なくとも１つのセクションは好ましい複屈折を示す。さらに、本発明による光通信システムは通信システムの端に伝送品質を決定するデバイスを含む。このデバイスは出力信号を生成し、出力信号は伝送品質に依存し、調整デバイスの入力に供給される。この調整デバイスは偏光制御デバイスを駆動し、光パルスは偏光制御デバイスを介して送信されるので、この偏光制御デバイスは光パルスの偏光を変化させるように設定される。偏光制御デバイスは通信システムの検出された伝送品質に応答して機能し、伝送品質を最も高くするように駆動される。すなわち、伝送品質が最適になり、もはや改善されなくなるまで、偏光制御デバイスの制御要素の設定に関する種々のパラメータは継続して修正される。特に偏光制御要素は、伝送品質が測定されるという趣意で調整され、制御要素はその結果、パラメータ空間の中で任意の方向に実質的にわずかにリセットされる。
【００１６】
これに続き、伝送品質がふたたび測定される。伝送品質がよくなっている場合、調整デバイスはさらにこの方向に制御要素をリセットするが、よくなっていない場合は、反対方向にリセットする。伝送品質がわずかに変化した場合、またはまったく変化しない場合、調整デバイスは偏光制御要素を、パラメータ空間の中で第１の向きと直交する向きにリセットする。この方法は偏光制御要素のパラメータ空間内で、ローカルに伝送品質を最も高くするという結果を導く。この方法は特定の間隔で反復され、通信システムの伝送品質を高いレベルに維持する。
【００１７】
伝送品質を確かめるために、たとえば、ビットエラー率を使用することが可能である。これは特別な測定器具を使用して決定され、送信されたパルスの知られたシーケンス内で発生した読みだしエラーの数を比で示す。本発明の別の具体的な実施例は、通信システムの伝送品質の尺度として使用される、いわゆるアイパターンを提供することである。さらに、偏光モード分散自体も、伝送品質の尺度として使用することが可能である。しかし、これは、ビットエラー率およびアイダイアグラムなどの場合のように、比較的大幅な経費でなければ決定できない。この理由のために、本発明の最も具体的な実施例では、多くの送信方法内で使用されている冗長性の監視を使用して、通信システム内の送信エラーの測定、ひいては、伝送品質の測定を得る。
【００１８】
冗長性の監視の場合は、いわゆるパリティ情報（パリティバイト）が送信されるべきペイロードから計算され、ペイロードに追加される。パリティ情報は簡単な計算を実行することによって得られる。これは現在、ペイロードコードおよびプリセットキーコードから形成された商からの残りとして、同期ディジタルハイアラーキを有する光通信システムに関して定義されている。信号のディジタルな解析が可能である光送信リンクのすべてのポイントで、パリティ情報を抽出し、欠点のある情報を有するデータブロックをすぐに認識することが可能である。ビットエラー率とは対照的に、上記の冗長性の監視では、各パリティバイトはそれに、１つの完全なデータ記録のみしか割り当てられておらず、したがって全体としてしかチェックできないので、１つのデータブロックエラー率しか決定できない。しかし典型的には、信号の歪みの場合、すなわち、偏光モード分散による光パルスの拡散の場合、いわゆるバーストエラーは発生しない、すなわち、エラーは時間的にほぼ均等に配分されているので、冗長性の監視およびそこから入力信号として導出された信号Ｑは、調整デバイスに適している。
【００１９】
図１は、システムを介して伝搬する情報信号の歪みを低減することのできる、本発明による光通信システム１の、例としての特定の実施例を描く。光情報信号は偏光制御要素３を介して光パルスの形で送信されてから、光送信媒体５に入る。この光送信媒体５は、５’、５’’、５’’’の、種々のセクションを含み、この例の中では、セクション５’’は、好ましい複屈折が発生するセクションである。この例では、光送信媒体は光ファイバ回線から成る。他のセクション５’、５’’’は、複屈折に関して確率論的な分布を示す。したがって、これらの領域は複屈折プレートのランダムな構成によって特徴づけることが可能である。送信媒体の背後では、たとえば光パルスである光情報信号がビームスプリッタ７に入射し、ビームスプリッタ７は、通信送信光束の小さな部分を分離する。検出器８は、情報信号の分離された部分を電気信号に変換し、この電気信号はデバイス２に供給されて通信システム１の伝送品質を決定する。上記の冗長性の監視によって、伝送品質の尺度である信号Ｑはデバイス２の中で生成される。この信号は、調整デバイス４の入力信号として、本質的に光送信媒体５と並列に走るデータ回線９を介して伝導する。本発明の具体的な一実施例では、データ回線９は光ファイバ５のスペクトルチャネルである。調整デバイスは偏光制御デバイス３を駆動して、情報信号Ｉの偏光を変化させる。
【００２０】
通信システム１の検出された伝送品質に応じて、たとえば、情報信号、すなわち光パルスの拡散などの歪みを低減するために、偏光制御デバイス３は調整デバイス２によって駆動され、伝送品質を最も高くする。上記の制御の結果として、好ましい複屈折を示すセクション５’’の光は、そのセクションの主な偏光状態のうちの１つの状態に対応する偏光を有するので、この領域の中では歪みは生じない。すなわち、信号は拡散しない。したがって、偏光モード分散に関しては、他の方法では信号の歪みに大幅に寄与するであろう領域は「除去される」。
【００２１】
複屈折の時間に関する変動とそこから生じる結果を補償するために、伝送品質を離れた時間間隔で繰り返し最も高くするような準備がおこなわれる。この方法で、任意の特定の時点で、好ましい複屈折を有するセクション５’’内の光はつねに、送信媒体セクションの主な偏光状態のうちの１つの状態に平行して偏光される。
【００２２】
図１の偏光制御デバイス３は、λ４−、λ／２−およびさらにλ／４の遅延要素を含み、これらの遅延要素は後の要素が前の要素の後ろになるように配置され、各々は調整可能、すなわち回転可能である。偏光制御デバイスの３つの自由度は、上記の方法にしたがって調整デバイス４によって調整される。全デバイス３を使用することによって、各々の所望の偏光を他の所望の偏光に変換することが可能である。遅延要素は液晶素子、電子光学結晶、または、ファイバループなど機械的、起電的または圧電的に調整可能な遅延要素を含む可能性がある。
【００２３】
図２は、本発明の具体的な一実施例を示しており、偏光制御デバイス３は通信システムから下流のところに構成され、通信システムは、好ましい複屈折を示す少なくとも１つのセクション５’’を有する送信媒体５を含む。この具体的な実施例で偏光制御デバイスから下流にあるのはアナライザ６であり、アナライザ６はアナライザの特定の実施例に応じて、光情報の流れの、信号拡散または信号をゆがめる偏光成分を吸収または偏向させる。情報の流れの小さな部分がビームスプリッタ７によって分割され、検出器８に供給される。検出器８の出力信号は調整デバイス２に供給され、調整デバイス２は伝送品質の尺度である信号Ｑを生成する。この信号は、偏向制御デバイス３を駆動する調整デバイス４に関する入力の量である。本発明の説明された特定の実施例では、上記のようにアナライザ６は線形偏光子を含み、そのため、偏光制御要素は任意の特定の偏光状態を、固定された線形の偏光状態に変形しさえすればよい。これはλ／４−およびλ／２−遅延要素を使用して行われ、λ／４−およびλ／２−遅延要素は直列に配置され、各々は調整可能、すなわち回転可能である。
【００２４】
偏光制御デバイスは、好ましい複屈折を有するファイバ部材の中で、１つの主な偏光状態をとる光がアナライザの送信偏光を有する光の上に映されたときに最適に調節され、対照的に、他の偏光状態をとる光は線形偏光子をブロッキングする偏光状態を有する光の上に映される。アナライザの送信偏光の上に映された光は、好ましくは全信号の強度の、より高い強度部分を示すべきである。この理由のために、制御ユニットは、アナライザから下流の情報の流れの光強度が低すぎることに応答して、好ましくはファイバ部材５’’である、好ましい複屈折を有する通信システムのセクションの、他の主な偏光方向に切り替わるように設定される。
【００２５】
図１および図２のビームスプリッタ７および検出器８の代わりに、本発明の別の具体的な実施例では、情報自体が検出されると同時に、伝送品質が送信リンクの出力において主要な検出器によって直接測定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の具体的な一実施例であり、偏光制御要素が光通信システムから上流に位置する場合の図を示す。
【図２】  本発明の具体的な一実施例であり、偏光制御要素が通信システムの出力端に位置する場合の図を示す。
【符号の説明】
１  光通信システム
２  デバイス
３  偏光制御要素
４  調整デバイス
５  光送信媒体
７  ビームスプリッタ
８  検出器
９  データ回線
【図１】
0004410419.tif 000002
【図２】
0004410419.tif 000003