(57)【要約】光伝送路における光信号の偏波モード分散を補償するためのシステム。装置は第１と第２の光線路及び光伝送路に有効に接続されるように適合された偏光スプリッタを備える。偏光スプリッタは、光伝送路からの光信号の主偏光状態を第１と第２の光線路にそれぞれ沿って進行する第１及び第２の光信号成分に分けるように構成される。装置は、第１と第２の光線路の内の少なくとも選択された１つの長さを選択的に変えるように構成された伸長器を備える。制御器が伸長器に有効に接続され、光伝送路に存在する偏波モード分散を補償するように伸長器を制御する。装置は、光出力線路及び第１と第２の光線路に有効に接続された偏光コンバイナーも備える。偏光コンバイナーは、偏波光信号成分を１つの光信号に結合させて、この光信号を光出力線路に送るように適合される。
2004528754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路における光信号の偏波モード分散を補償するためのシステムにおいて：
光伝送路に接続するための偏光スプリッタ；
前記偏光スプリッタに接続された第１及び第２の光線路であって、光伝送路からの光信号を前記第１及び第２の光線路に沿ってそれぞれ進行する第１及び第２の光信号成分に分ける第１及び第２の光線路；
前記第１及び第２の光線路の内の少なくとも選択された１つの長さを選択的に変えるために前記第１及び第２の光線路の少なくとも１つに結合された伸長器；
前記光伝送路に存在する偏波モード分散を補償するように前記伸長器を制御するための前記伸長器に有効に接続された制御器；
光出力線路；及び
前記偏波光信号成分を結合して１つの出力信号にし、前記出力信号を前記光出力線路に送るための、前記第１及び第２の光線路に接続された偏光コンバイナー；
を備えることを特徴とする偏波モード分散を補償するためのシステム。
【請求項２】
前記制御器への入力を提供するために前記光出力線路及び関係する光伝送路の内の選択された１つに有効に接続されるように適合された偏波モード分散検出器を備えることを特徴とする請求項１に記載の偏波モード分散を補償するためのシステム。
【請求項３】
前記偏波モード分散検出器が前記光出力線路に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の偏波モード分散を補償するためのシステム。
【請求項４】
前記伸長器がその上にファイバコイルを有する一対のハブを備え、前記伸長器は、前記ファイバコイルを選択的に伸長するために前記ハブの間隔を選択的に変えるための、前記ハブを有効に相互連結しているアクチュエータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の偏波モード分散を補償するためのシステム。
【請求項５】
前記第１及び第２の光線路が偏波保存ファイバを含み；
前記偏光スプリッタに有効に接続された偏波状態変換器であって、前記偏波状態変換器は関係する光伝送路の任意の入力偏波状態を既定の出力状態に変換するように構成されている偏波状態変換器を備え、基偏波状態が前記第１及び第２の光線路の偏波軸に合せられている；
ことを特徴とする請求項４に記載の偏波モード分散を補償するためのシステム。
【請求項６】
前記出力状態が前記第１の光線路を通して送られるＳ偏波軸及び前記第２の光線路を通して送られるＰ偏波軸を含み、前記第２の光線路が前記ファイバコイルを形成するために前記伸長器の前記ハブ上に配されていることを特徴とする請求項５に記載の偏波モード分散を補償するためのシステム。
【請求項７】
前記伸長器が第１の伸長器をなし；
一対のハブを有する第２の伸長器であって、周囲温度変動に少なくともある程度基づいて前記第１の光線路の長さを選択的に変えるように構成されている第２の伸長器を備える；
ことを特徴とする請求項６に記載の偏波モード分散を補償するためのシステム。
【請求項８】
前記第１及び第２の伸長器のそれぞれが、前記ハブの内の少なくとも選択された１つに有効に連結された圧電型加力セルを、前記圧電型加圧セルの作動時に前記ハブの前記選択された１つを移動させるために、備えることを特徴とする請求項７に記載の偏波モード分散を補償するためのシステム。
【請求項９】
前記伸長器がハウジングを備え；
前記一対のハブがそれらの間隔を定める第１及び第２のハブを含み、前記第１のハブは回転可能な態様で前記ハウジングに取り付けられ、前記第２のハブは回転及び平行移動が可能な態様で前記ハウジングに取り付けられており；
前記第１のハブと前記第２のハブとの間隔を選択的に変えるために、圧電型加力セルが前記第１及び第２のハブを有効に相互連結している；
ことを特徴とする請求項６に記載の偏波モード分散を補償するためのシステム。
【請求項１０】
光ファイバを伸長するための装置において：
基台；
その上にファイバコイルを受けるための一対の支持部材であって、前記支持部材の内の少なくとも選択された１つは回転可能な態様で前記基台に取り付けられて、前記支持部材の間隔を定め、前記支持部材の内の少なくとも選択された１つは、支持部材の前記間隔を選択的に変えることができるように、平行移動が可能な態様で前記基台に取り付けられている支持部材；及び
前記間隔を選択的に変えるために、前記支持部材の内の少なくとも選択された１つに有効に連結されたアクチュエータ；
を備えることを特徴とする光ファイバを伸長するための装置。
【請求項１１】
前記支持部材がハブを含み、前記ハブは該ハブにループをなして巻き付けられたファイバコイルを支持するような形状につくられた曲面の外表面を有することを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバを伸長するための装置。
【請求項１２】
いずれのハブも回転可能な態様で前記基台に取り付けられており；
前記アクチュエータが前記ハブの間に延びる圧電型アクチュエータを含み、前記圧電型アクチュエータは前記圧電型アクチュエータの作動時に前記ハブの前記間隔を大きくするに役立つ力を発生する；
ことを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバを伸長するための装置。
【請求項１３】
前記圧電型アクチュエータが、前記ハブにループをなして巻き付けられたファイバコイルに予備荷重を印加し得る態様で前記ハブを相互連結していることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバを伸長するための装置。
【請求項１４】
前記基台が間隔をおいて配された一対のプレートを備え、前記ハブが前記プレートの間に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバを伸長するための装置。
【請求項１５】
前記ハブのそれぞれがスピンドルを備え；
前記プレートのそれぞれが、前記ハブの内の少なくとも選択された１つを回転及び平行移動が可能な態様で取り付けるために前記スピンドルを受け入れる細長いスロットを備えている；
ことを特徴とする請求項１４に記載の光ファイバを伸長するための装置。
【請求項１６】
前記ハブのそれぞれが互いに対向する概ね平坦な表面を備え；
前記圧電型アクチュエータが対向端を有し、前記対向端のそれぞれが前記互いに対向する平坦面に接して前記平坦面に力を加えるパッドを有し、前記パッドのそれぞれが前記互いに対向する平坦面の位置ずれを吸収し得る玉継手を備える；
ことを特徴とする請求項１５に記載の光ファイバを伸長するための装置。
【請求項１７】
光伝送路における光信号の偏波モード分散を補償する方法において：
前記光伝送路からの光信号を分散を有する第１及び第２の偏波信号成分に分ける工程；
前記第１の偏波信号成分を第１の光線路に沿って送る工程；
前記第２の偏波信号成分を第２の光線路に沿って送る工程；
前記第１及び第２の偏波信号成分の前記分散を低減するために、前記第１及び第２の光線路の内の少なくとも選択された１つの長さを変える工程；及び
前記第１及び第２の偏波信号成分を結合して１つの出力信号にする工程；
を含むことを特徴とする偏波モード分散を補償するための方法。
【請求項１８】
通信システムにおいて：
光送信器；
光受信器；
前記光送信器と前記光受信器とを相互接続している光伝送路；
前記光伝送路における光信号の偏波モード分散を補償するための前記光伝送路に接続された補償器であって、前記光伝送路に接続された偏光スプリッタを備えた補償器；
前記光伝送路からの光信号を第１及び第２の光信号成分に分けるための前記偏光スプリッタに接続された第１及び第２の光線路であって、前記第１及び第２の光信号成分は前記第１及び第２の光線路にそれぞれ沿って進行するものである第１及び第２の光線路；
前記第１及び第２の光線路の内の少なくとも選択された１つの長さを選択的に変えるために前記第１及び第２の光線路の内の少なくとも１つに結合された伸長器；
前記光伝送路に存在する偏波モード分散を補償するように前記伸長器を制御するために前記伸長器に有効に接続された制御器；
光出力線路；及び
前記偏波光信号成分を結合して１つの出力信号にし、前記出力信号を前記光出力線路に送るための前記第１及び第２の光線路に接続された偏光コンバイナー；
を備えることを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的には光通信システムに関し、特に、光システムにおける偏波モード分散(ＰＭＤ)を補償するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバにおけるＰＭＤは、当今の高ビットレート光通信システムにおいて認知されたビットエラー源である。ＰＭＤはパルス幅拡大及び／またはパルス変形を生じさせ、よって、所定のシステムで用いられ得るビットレートに上限を課す。パルスが、隣り合うパルスと干渉してしまうほど幅が広がったときに上限となる。パルスが互いに侵犯し続けると、個々のビットをもはや弁別できなくなり、符号間干渉がおこって、通信システムは機能を失う。
【０００３】
理論分野では、非特許文献１により、主偏波状態(ＰＳＰ)に基づく、相互接続単一モードファイバにおける偏波モード分散に対するモデルが導入された。相互接続ファイバにおけるＰＳＰは、ファイバの単一スパンにおける偏波軸と等価である。２つの偏波軸、すなわちＰＳＰに合せてファイバ内に投射された偏光は、偏波状態が変わらないままでファイバを出るであろう。一次ＰＭＤにより誘起されるパルス幅拡大は、ファイバの単一スパンの２つの偏波軸のそれぞれへの、あるいは相互接続ファイバのＰＳＰへの、入力パルスの射影間の伝搬時間差により生じる。この時間差は微分群遅延(ＤＧＤ)と呼ばれ、通常ピコ秒で測定される。ファイバに対する遅延の群特性はＰＭＤ(偏波モード分散)と称され、単一スパンファイバに対してはピコ秒/ｋｍの単位で表わされ、相互接続スパンに対してはピコ秒/ｋｍ１/２で表わされる。
【０００４】
考え得るＰＭＤ補償板として様々な光学構成が提案されてきた。そのような構成の例が特許文献１及び特許文献２に開示されている。既知のＰＭＤ補償板には任意の入力偏波状態を既定の出力状態に変換できる１つまたはそれより多くの偏光回転子が必要である。既知の補償板ではＤＧＤにより生じる分散を補償する方法も利用される。したがって、様々なＰＭＤ補償板構成を偏波状態変換に用いられる原理及び補償に用いられる原理によって分類することができる。一般に、偏波状態変換は、機械的回転素子(例えば非特許文献２を参照されたい)、液晶(例えば非特許文献３を参照されたい)、あるいはファイバスクイージング(例えば非特許文献４を参照されたい)を用いて達成することができる。光ファイバのスクイージングは偏波状態の制御に利用できる応力複屈折を誘起する。既存のＰＭＤ補償板構造は、１つの偏波状態を他方の偏波状態に対して遅延させることができる、光学または電気光学複屈折素子から構成することができる。しかし、既知のＰＭＤ補償板は、動作中のシステムに生じるＰＭＤの変化を補償するための迅速な調整が可能ではなく、光ファイバベース商用通信システムに必要な高さの精度及び信頼性も提供できない。
【特許文献１】
米国特許第５７９３５１１号明細書
【特許文献２】
米国特許第５８２２１００号明細書
【非特許文献１】
プール(Poole)及びワグナー(Wagner)，「長単一モードファイバにおける偏波分散への現象論的アプローチ」，Electronics Letters，１９８６年，第２２巻，ｐ.１０２９−１０３０
【非特許文献２】
アール・ノエ(R. Noe)，ディー・サンデル(D. Sandel)，エム・ヨシダ−ディーロルフ(M. Yoshida-Dierolf)，エス・ハインツ(S. Hinz)，シー・グリンゲナー(C. Glingener)，シー・シェーラー(C. Sheerer)，エイ・シェープフリン(A. Schoepflin)及びジー・フィッシャー(G. Fischer)，「ファイバーベース分散型イコライザによる２０ギガビット/秒における偏波モード分散補償」，Electronics Letters，１９９８年，第３４巻
【非特許文献３】
エス・エイチ・ランボー(S. H. Rumbaugh)，エム・ディー・ジョーンズ(M. D. Jones)及びエル・ダブリュー・キャスパーソン(L. W. Casperson)，「ネマチック液晶を用いるコヒーレント光ファイバシステム用偏波制御」，J. Lightwave Technol.，１９９０年，第８巻，ｐ.４５９−４６５
【非特許文献４】
アール・ノエ(R. Noe)，エイチ・ハイドリッヒ(H. Heidrich)及びディー・ホフマン(D. Hoffmann)，「コヒーレント光用無限偏波制御システム」，J. Lightwave Technol.，１９８８年，第６巻，ｐ.１１９９−１２０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光ファイバ通信システムにおいて、ＰＭＤ補償の応答速度を高め、精度及び信頼性を高める。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の装置の利点の１つは、光伝送路における光信号の偏波モード分散の補償である。本発明の一実施形態にしたがえば、本装置は、第１と第２の光線路及び光伝送路に有効に接続されるように適合された偏光スプリッタを備える。偏光スプリッタは、光伝送路からの光信号を第１及び第２の光線路に沿ってそれぞれ進行する第１及び第２の光信号成分に分ける。装置は、第１及び第２の光線路の内の少なくとも選択された１つの長さを選択的に変える伸長器を備える。制御器が伸長器に有効に接続され、光伝送路に存在する偏波モード分散を補償するために伸長器を制御する。装置は、光出力線路及び、第１及び第２の光線路に有効に接続された偏光コンバイナーも備える。偏光コンバイナーは偏波光信号成分を結合して１つの光信号にし、この光信号を光出力線路に送るように適合される。
【０００７】
本発明の装置の別の利点は光ファイバを伸長させ得る能力である。本発明の一実施形態にしたがえば、本装置は基台及び基台上のファイバコイルを受ける一対の支持部材を備える。支持部材の内の少なくとも選択された１つは基台に強固に取り付けられ、支持部材の間隔を定める。支持部材の内の少なくとも選択された１つは、支持部材の間隔を選択的に変えることができるように、平行移動が可能な態様で基台に取り付けられる。関係する制御器からの信号に、少なくともある程度は、基づいて間隔を選択的に変えるため、支持部材の内の少なくとも選択された１つにアクチュエータが有効に連結される。
【０００８】
本発明の一実施形態にしたがえば、光伝送路における光信号の偏波モード分散を補償するための方法は、光伝送路からの光信号を第１及び第２の偏波信号成分に分ける工程を含む。第１の偏波信号成分は第１の光線路に沿って送られ、第２の偏波信号成分は第２の光線路に沿って送られる。第１及び第２の光線路の内の少なくとも選択された１つの長さが、第１及び第２の偏波信号成分の分散を低減するために変えられる。次いで、第１及び第２の偏波信号成分が結合されて１つの出力信号にされる。
【０００９】
本発明の一実施形態にしたがえば、通信システムは、光送信器、光受信器及び光送信機と光受信器を有効に相互接続する光伝送路を備える。本通信システムはさらに、光伝送路における光信号の偏波モード分散を補償するために光伝送路に有効に接続された装置を備える。本装置は、第１と第２の光線路及び光伝送線路に有効に接続された偏光スプリッタを備える。偏光スプリッタは、光伝送路からの光信号を第１及び第２の光線路に沿ってそれぞれ進行する第１及び第２の光信号成分に分ける。装置は、第１及び第２の光線路の内の少なくとも選択された１つの長さを選択的に変える伸長器を備える。制御器が伸長器に有効に接続され、光伝送路に存在する偏波モード分散を補償するために伸長器を制御する。装置は光出力線路及び第１と第２の光線路に有効に接続された偏光コンバイナーも備える。偏光コンバイナーは偏波光信号成分を結合して１つの光信号にし、出力信号を光出力線路に送る。
【００１０】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、当業者には、説明から明らかであろうし、または特許請求の範囲及び添付図面とともに以下の記述で説明されているように本発明を実施することにより認められるであろう。
【００１１】
上述の説明は本発明の例示に過ぎず、特許請求の範囲で定められるような、本発明の本質及び特徴の理解のための概観の提供が目的とされていることは当然である。添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ、本発明の様々な特徴及び実施形態を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本明細書での説明の目的のため、“上”，“下”，“右”，“左”，“後”，“前”，“垂直方向”，“水平方向”という用語及びこれらの派生語は、本発明に関し、図２で定められている方向とする。しかし、別途、特に指定されている場合を除き、本発明が別の様々な方向及び工程順をとり得ることは当然である。添付図面に示され、以下で詳細に説明される特定の装置及びプロセスが、特許請求の範囲に定められる本発明の概念の単なる例示的実施形態であることも当然である。したがって、本明細書に開示される実施形態に関する特定の寸法及びその他の物理的特性は、別途、特許請求の範囲で特に指定されていない限り、本発明を限定すると見なされるべきではない。
【００１３】
初めに図１を参照すれば、本発明を実施している通信システム１が示されている。図示された例において、光通信システム１は、送信器１１、受信器１２及び送信器１１と受信器１２の間の光伝送路３を備え、光伝送路３には光伝送路３における光信号の偏波モード分散を補償するための装置２が配されている。装置２は第１の光線路４及び第２の光線路５を備える。偏光スプリッタ６が光伝送路３に有効に接続されるように適合され、偏光スプリッタ６は、光伝送路３からの光信号を、相異なる偏波状態を有し、第１の光線路４及び第２の光線路５に沿ってそれぞれ進行する第１及び第２の光信号成分に分けるように構成される。伸長器７が第１の光線路４及び第２の光線路５の内の少なくとも選択された１つの長さを選択的に変える。制御器８が伸長器７に接続され、光伝送路３に存在する偏波モード分散を補償するために伸長器７を制御する。偏光コンバイナー１０が第１の光線路４及び第２の光線路５に接続され、偏波光信号成分を結合して１つの出力信号にし、この出力信号を光出力線路９に送る。
【００１４】
偏波モード分散補償装置２は、光伝送路３に接続された、偏波状態変換器１３を備える。好ましい実施形態において、第１の光線路４及び第２の光線路５はそれぞれ、偏光スプリッタ６により入力された偏波状態を維持するための偏波保存ファイバを含む。偏波状態変換器１３は主偏波状態ＰＳＰを回転させて偏波保存ファイバ４及び５のＳ及びＰ偏波状態に変換する。次いで、信号光のＳ及びＰ偏波状態は偏光スプリッタにより(光線路４及び５に相当する)個々の光路に分けられる。Ｐ偏波信号は偏光スプリッタ及び光線路４の先に進行し、ファイバ伸長器７に到達する。ファイバ伸長器７は、受信器１２におけるＳ及びＰ偏波信号の到着時刻が同じになるように光路長を増減するために、ファイバのループ１４(図２参照)を伸縮させる。
【００１５】
周囲温度変動による第１のファイバ伸長器７における熱膨張変動及び屈折率変化を補償するために、第２の(“パッシブ”)ファイバ伸長器１５がＳ偏波信号を搬送する第２の光線路５に用いられる。すなわち、伸長器７における温度の変化による光路長変化は、第２の伸長器１５における長さ変化にほぼ等しくなるであろう。Ｓ偏波信号が第２の伸長器１５を出ると、偏光コンバイナー１０がＳ偏波信号を補償されたＰ偏波信号と結合させる。
【００１６】
ファイバ伸長器７及び１５は実質的に同じ構成を有し、よって、本明細書では第１の伸長器７だけを詳細に説明する。図２〜４を次に参照すれば、第１の伸長器７は、上部プレート１６と下部プレート１７の間に取り付けられた第１のハブ１８及び第２のハブ１９を備える。ハブ１８及び１９はハブ上にファイバループ１４を保持するためのフランジ２０を備える。第１のハブ１８のスピンドル２１が上部プレート１６及び下部プレート１７に設けられた一対のスロット２２に受け入れられ、よって、第１のスピンドルは矢印“Ｂ”で示されるように回転することができ、矢印“Ｃ”で示されるように直線的に平行移動することもできる。第２のハブ１９のスピンドル２１は回転可能な態様でプレート１６と１７の間に取り付けられ、矢印“Ａ”(図２)で示されるように回転することができる。しかし、第２のハブ１９はプレート１６及び１７に対する直線平行移動は行わない。ハブ１８及び１９はファイバループ１４を支持する実質的に円筒形の外壁２３を有する。ハブ１８及び１９は、互いに概ね平行に対向する、実質的に平坦な表面２４も有する。集成アクチュエータ２５(図４Ａ)は、圧電型加力セルすなわちアクチュエータ２６及びハブ１８と１９の平坦表面２４に接触するパッド２７を備える。圧電型加力セル２６の長さ及び第２のハブ１９に対する第１のハブ１８の間隔を精確に変化させるための、制御された電圧が加力セル２６に送られる。よって、圧電型加力セル２６の長さ変化がファイバループ１４に伝達される。第１のハブ１８及び第２のハブ１９は、動作中のハブ１８及び１９の回転及び平行移動を容易にするために、ボールベアリング２８を介してプレート１６及び１７に取り付けられることが好ましい。ハブ１８，１９とプレート１６，１７の間に低摩擦界面を与えるために、小さなリング状レースを有する複数のボールベアリング４３がプレート１６及び１７に確実に固定される。
【００１７】
圧電型集成アクチュエータ２５は、スリーブ３０の端部にねじ込まれる一対のねじ込部材２９を備える。ねじ込部材２９は、組立中に部品間におこり得る角度ずれを吸収するために備えられる玉継手３２を介してパッド１７に連結される。圧電型加力セル２６で発生した力は、スリーブ３０の回転から加力セル２６を切り離す、スラストベアリング３３を介してスリーブ３０に伝達される。ねじ込部材２９は、ファイバループ１４に予備荷重を与えるために、スリーブ３０に対して回転させることができる。ファイバループ１４に印加される力は、そのような調整中に圧電型加力セル２６の電圧出力を測定することによりモニタすることができる。支持部材３４がねじ込締結具３５によりプレート１７に確実に固定される。支持部材３４は、圧電型加力セル２６を支持し、位置決めする、Ｖ溝３６を有する。
【００１８】
Ｐ偏波信号が伸長器７を出た後に、Ｐ偏波信号は偏光コンバイナー１０(図１)においてＳ偏波信号と結合され、結合された信号は受信器１２に進む。結合された信号の小部分(例えば１％)がタップで取り出されて、電気ＰＭＤ検出器３７でモニタされる。制御信号３８が制御器８により発生され、そうしなければ存在することになるであろう、ＰＭＤを補償するため、伸長器７を制御して光路における時間遅延を動的に調節する。
【００１９】
上で論じたように、伸長器７のハブ１８及び１９の周りにループをなして巻かれたファイバ１４は、ファイバ５及び４を通って進行するＳ偏波及びＰ偏波の間の光路差を変えるため、動作中に伸長させられる。ファイバ長の変化により生じる時間変化は、次式１：
【数１】
2004528754.tif 000003
【００２０】
で表わすことができる。ここで：
Δｔ  ＝  時間遅延；
ｎ    ＝  屈折率；
ΔＬ  ＝  ファイバ長の変化；
Ｃ    ＝  光の速度；
ｐ１１  ＝  ひずみ光学係数；
ｐ１２  ＝  ひずみ光学係数；
ν    ＝  ポアソン比；
である。
【００２１】
例えば、ＳＭＦ(商標)ファイバ２８の区画を４ｃｍ伸長させることにより生じる時間遅延は１２４ピコ秒である。式１では、引張応力がファイバに加えられると屈折率が若干小さくなるという事実が考慮されている。屈折率変化は光路長変化を実効的に小さくし、よって実時間遅延を短くする。長さ０.５ｋｍのファイバが総周長０.３１ｍでファイバ伸長器７に巻き付けられている場合、ファイバに４ｃｍのファイバ長変化を与えるためには、圧電型加力セル２６が４μｍ変化しなければならないであろう。制御器８は、検出器３７で検出されたＰＭＤを補償するに十分な時間遅延を発生させるに必要な量だけファイバループ１４の長さを変えるため、伸長器７に対して信号３８を発生するようにプログラムされる。
【００２２】
ファイバ伸長器７及び１５は、様々な用途に対して設計することができる。以下は、説明のためのプロセスに対するそのような設計の１つの例である。必要なファイバコイルの長さ及び数を決定するため、〜５００ｍの初期長に対し４ｃｍの長さ変化及び３０μｍのアクチュエータ行程を仮定すると：
長さ変化：４ｃｍ＝４０ｍｍ＝４０,０００μｍ；
ファイバ伸長線区：４０,０００μｍ/３０μｍ＝１３３３；
ファイバコイル数：１３３３/２＝６６７；
初期ファイバ長：５００ｍ＝５００,０００ｍｍ；
コイル当たり周長：５００,０００ｍｍ/６６７＝７５０ｍｍ；
となる。ファイバハブの直径及び中心間隔を決定するため、４００μｍファイバを用いるとすれば：
【数２】
2004528754.tif 000004
【００２３】
を用い、ここで：
Ｐ＝先の計算によるコイル周長(ｍｍ)；
Ｄ＝ファイバハブ直径(ｍｍ)；
Ｘ＝ハブ中心間隔(ｍｍ)
であるから：
７５０＝π(Ｄ＋０.４)＋４Ｄ  (Ｘ＝２Ｄとする)；
７５０＝πＤ＋１.２５６６＋４Ｄ；
７５０−１.２５６６＝(π＋４)Ｄ；
７４８.７４３４＝(π＋４)Ｄ；
Ｄ＝７４８.７４３４/(π＋４)；
Ｄ＝１０４.８４ｍｍ
Ｘ＝２Ｄ；
Ｘ＝２０９.６９ｍｍ；
を得る。ファイバハブ高を決定するため、４００μｍファイバを仮定すれば：
Ｎ＝先の計算によるコイル数；
として、
Ｈ＝０.４Ｎ；
であるから：
Ｈ＝０.４×６６７；
Ｈ＝２６７ｍｍ；
を得る。ファイバを伸長させるための力(ＧＰａ)を決定するため、４００μｍファイバを仮定し、引張強さは石英ガラス≫高分子材被覆であるから荷重の１００％をガラスファイバが担うとし、クラッド直径＝１２５μｍであるとして：
【数３】
2004528754.tif 000005
【００２４】
を用い、ここで：
Ｆ＝力(ＧＰａ);
Ｎ＝コイル数；
ｒ＝ファイバ断面の半径(ｍｍ)；
Ｓ＝石英ガラスの引張強さ(ＧＰａ);
ΔＬ＝所望の長さ変化(ｍｍ)；
Ｌ＝初期長(ｍｍ)；
であるから：
Ｆ＝(２Ｎ×(π×０.０６２５２)×７０.３×４０)/５００,０００；
Ｆ＝(２×６６７×π×０.０６２５２×７０.３×４０)/５００,０００；
Ｆ＝４６,０３２/５００,０００；
Ｆ＝０.０９２ＧＰａ＝９２ＭＰＡ；
を得る。
【００２５】
その他のタイプの構造を利用できることにも注意されたい。例えば、図４Ｂはファイバ伸長器７Ａ及び１５Ａを簡略に示している。さらに詳しくは、伸長器７及び１５の線形ＰＺＴ(圧電)アクチュエータ及びハブを、ＰＺＴ材料でつくられた単体円筒２５Ａ及び２５Ｂで置き換えることができる。ファイバがこれらの円筒に巻き付けられ、ＰＺＴ材料への電圧の印加により円筒２５Ａ及び２５Ｂの直径を変えることができる。すなわち、円筒に巻き付けられたファイバを電圧印加により適切な量だけ伸長させることができる。図示された例において、ファイバ伸長器７Ａ及び１５Ａの直径は約４インチ(約１０１.６ｍｍ)、長さは約３インチ(約７６.２ｍｍ)、壁厚は約０．２０インチ(約５.１ｍｍ)である。米国ユタ州ソルトレークシティ(Salt Lake City)のエド・エレクトロ−セラミック・プロダクツ(Edo Electro-Ceramic Products)社から入手できる圧電円筒のような、既知の構成の様々なタイプの圧電円筒が利用できる。
【００２６】
すなわち、伸長器７及び１５は、多種多様な用途の要件を満たすように、上述した設計式を利用して容易に設計できる。
【００２７】
図５は、図１のＰＭＤ検出器３７の例を示すブロック図である。他のタイプのＰＭＤ検出器も利用できる。参照数字３９は光線路９からの入り信号を表わし、信号３９は電気信号に変換されている。ブロック４０，４１及び４２は、少なくとも３つの中心周波数が入り信号の帯域内にあるように間隔をおかれた、挟帯域バンドパスフィルタである。可変利得増幅器４４〜４６は手動設定されるが、信号電力レベルの変化にともなって自動利得制御が回路のバランスを保つための制御信号を制御器８から受け取るように、増幅器４４〜４６を接続し得ることは当然である。ブロック４８，４９及び５０は、それぞれの伝達関数がＶ出力＝Ｖ入力２であることを特徴とする、２乗検波器である。言い換えれば、出力電圧が入力電圧の２乗に等しい。この検波器の出力電圧は、前置バンドパスフィルタの中心周波数近傍の受信信号の電力に正比例する。参照数字５２，５３及び５４が付されたブロックは、バンドパスフィルタの中心周波数と比較したときに、出力がほぼ直流であるように、２乗検波器の出力を平滑化するローパスフィルタである。参照数字５６，５７及び５８が付されたブロックは、入力電圧をサンプリングしてデジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)６０で処理できるバイナリワードに変換する、アナログ−デジタル変換器である。ＤＳＰ６０は、デジタル信号処理を行うことができる演算デバイスである。ＤＳＰは受信信号に存在するＰＭＤの量の計量を再構成し、この計量はＰＭＤの補償を与えるための動的フィードバック制御アルゴリズムにおける処理に適する。
【００２８】
本装置は、時間にわたる信号の電力が周波数にわたる信号の電力に等しく、例えば時間級数信号ν(ｔ)が与えられれば：
【数４】
2004528754.tif 000006
【００２９】
であることを示すパーセバル則で通信信号の時間ドメイン特性及び周波数ドメイン特性が関係づけらるという原理に則って動作する。ここでｃｎはν(ｔ)に対するフーリエ展開の係数：
【数５】
2004528754.tif 000007
【００３０】
である。
【００３１】
時間ドメイン特性はＰＭＤによるパルス幅の広がりとして現れる。
【００３２】
図１に示されるように、ＰＭＤ検出器３７及び制御器８は閉ループフィードバック構造を利用する。制御器８は以下のアルゴリズムにしたがって制御信号３８を発生するようにプログラムされる。以下のアルゴリズムにしたがえば、制御器８は、検出器出力の変化率であるＤＧＤの勾配に比例する、伸長器７に送られるコマンドを発生する。コマンドについての基準として勾配を使用することによりその他の、独立分散源の追加により導入される偏りからの補償器コマンドが分離される。制御信号はシステムの分散の変化にしたがって単調な態様で変化するから、信号の分散量の変化の方向の指標として、勾配を確実に計算することができる。時刻ｔｊ≦ｔｋでとられた、分散ｆ(ｔｊ)を順次ｎ＋１回測定するとすれば、時刻ｔｋにおける上記の勾配を近似する一般式は、次式：
【数６】
2004528754.tif 000008
【００３３】
で表わされ、ここでＬtｊ(ｔｊ)はｊ次ラグランジュ多項式の導関数である。ラグランジュ多項式は、次式：
【数７】
2004528754.tif 000009
【００３４】
により計算することができる。勾配計算における誤差はどの時刻に対しても有界なままであろう。
【００３５】
制御アルゴリズムに用いられるステップは以下の通りである：
１．検出器を用い、現時点での分散の測定値をとる；
２．分散を減少させるために小さな刻み幅で動作するようにファイバ伸長器７にコマンドを出す；
３．分散の新しい測定値をとる；
４．分散の勾配を計算する；
５．勾配が負であれば、刻み幅を変える必要があるか否かを決定し、ステップ２，３及び４を繰り返す；あるいは；
６．勾配が正またはゼロであれば、他の分散源からの分散が存在するか、またはＰＭＤに対する分割比のために調節できないから、元の位置に戻るようにファイバ伸長器７にコマンドを出す；
７．分散を増加させるために小さな刻み幅で動作するようにファイバ伸長器７にコマンドを出す；
８．分散の新しい測定値をとる；
９．分散の勾配を計算する；
１０．勾配が負であれば、刻み幅を変える必要があるか否かを決定し、ステップ７，８及び９を繰り返す；あるいは；
１１．勾配が正またはゼロであれば、他の分散源からの分散が存在するか、またはＰＭＤに対する分割比のために調節できないから、元の位置に戻るようにファイバ伸長器７にコマンドを出す。
【００３６】
ステップ１〜１１は連続して繰り返される。勾配の大きさが変われば上記のアルゴリズムにおいて適応が自動的におこる。勾配が現時点の勾配より大きくなれば、制御器コマンドは大きさを増加させるであろうし、勾配が現時点の勾配より小さくなれば、制御器コマンドは大きさを減少させるであろう。したがって、制御器ハードウエアの帯域が信号のダイナミックスペクトルの帯域より広ければ、アルゴリズムは有界入力−有界出力安定となるであろう。これにより時間遅延及びシステム待ち時間の補償に十分な位相余裕が与えられる。この安定性は、信号の分散量を変えるであろう制御器コマンドが、次式：
【数８】
2004528754.tif 000010
【００３７】
で与えられることに留意すればわかる。
【００３８】
システム内の分散は、制御器が発するコマンドにしたがう動作により、決して増加し得ないから、システムは有界入力−有界出力安定となるであろう。
【００３９】
動作において、制御器８は、分散がもはや減少しなくなるまでファイバ伸長器７を調節し、ファイバ伸長器７の調節を連続して行うことにより、分散を最小に保つ。
【００４０】
本発明の伸長ファイバＰＭＤ補償器は、光ファイバ通信システムにおける一次ＰＭＤを補正するための動的ＰＭＤ補償を提供する。
【００４１】
当業者には、特許請求項及びそれらの等価物により定められるような本発明の範囲を逸脱することなく、本明細書に説明されるような本発明の好ましい実施形態に様々な改変がなされ得ることが、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の偏波モード分散補償器を備える光ファイバ通信システムの形態の簡略なブロック図である
【図２】図１の偏波モード分散補償器に利用されるファイバ伸長器の斜視図である
【図３】圧電型加力セル及び関連部品を示すためにいくつかの部品が隠れ線で示されている図２のファイバ伸長器の斜視図である
【図４Ａ】図２の線IV−IVに沿ってとられたファイバ伸長器の断面図である
【図４Ｂ】図１のファイバ伸長器の第２の実施形態の一部の略図である
【図５】図１のＰＭＤ検出器のブロック図である
【符号の説明】
【００４３】
１    通信システム
２    偏波モード分散補償器
３    光伝送路
４，５    光線路
６    偏光スプリッタ
７    伸長器
８    制御器
９    光出力線路
１０    偏光コンバイナー
１１    送信器
１２    受信器
１３    偏波状態変換器
３７    電気ＰＭＤ検出器
【図１】
2004528754.tif 000011
【図４Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004528754.tif 000040
2004528754.tif 000041