(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路から供給された伝播光に含まれる偏波モード分散を補償するために、伝播光に可変の群遅延時間を付与する可変群遅延時間付与器において、
複屈折媒質、可変ファラデー回転子、および光折り返し手段をこの順序で配置して、
前記光伝送路からの伝播光は、往路光として、前記複屈折媒質の第１端から第２端の方向に導かれ、
前記複屈折媒質の前記第２端から出射した往路光は、前記可変ファラデー回転子により、偏光状態が回転され、
前記可変ファラデー回転子からの往路光は光折り返し手段により折り返されて復路光となり、
前記光折り返し手段からの復路光は、前記可変ファラデー回転子により再び、偏光状態が回転され、
前記ファラデー回転子からの復路光は、前記複屈折媒質の前記第２端から第１端に導かれるようにした、
可変群遅延時間付与器。
【請求項２】
前記複屈折媒質は、偏波保持光ファイバで構成される請求項１に記載の可変群遅延時間付与器。
【請求項３】
前記複屈折媒質は、複屈折結晶で構成される請求項１に記載の可変群遅延時間付与器。
【請求項４】
さらに、光サーキュレータを備え、
前記光伝送路からの伝播光は前記光サーキュレータの第１ポートから、前記複屈折媒質に結合する第２ポートに導かれ、
前記複屈折媒質からの復路光は前記光サーキュレータの前記第２ポートから第３のポートに導かれる、請求項１に記載の可変群遅延時間付与器。
【請求項５】
さらに、２芯コリメータ及び結合用プリズムを備え、
前記光伝送路からの伝播光は前記２芯コリメータの入力ポートから、前記２芯コリメータの入出射面そして前記結合用プリズムを経て前記複屈折媒質に導かれ、
前記複屈折媒質からの復路光は前記結合用プリズムから前記２芯コリメータの入出射面を経て前記２芯コリメータの出力ポートに導かれる、請求項１に記載の可変群遅延時間付与器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は群遅延時間付与器に関し、更に詳しくは、付与する群遅延時間のダイナミックレンジが大きく、また、構成が単純であることから信頼性が高く、かつ小型化に適した群遅延時間付与器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光伝送システムの進展、普及に伴い、システムの伝送容量を増大させるために、波長分割多重（ＷＤＭ）方式による多チャンネル化が進められている。
この多チャンネル化と並んで、伝送容量を増大させる方法としては、各チャンネルの光パルスのビットレートを増大させる方法があり、現在では、１０Gbpsの導入が進んでいる。そして、最近では、今後実用化が期待されている４０Gbpsの導入が展望されている。
【０００３】
このようなハイビットレートの光パルス伝送においては、その伝送品質の劣化を招くいくつかの要素がある。
その１つが偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）である。これは、光パルスの伝送路である光ファイバの中でランダムに発生する複屈折に基因して、伝送されている光パルスにおいて、本来は縮退しているべき直交偏波モードが分離してパルス幅を拡大させるという現象である。このような現象を発現した光パルスは、もはや、正しい光信号としての機能を発揮しないことになる。
【０００４】
したがって、最近の光ファイバでは、このＰＭＤを小さくする努力がなされている。しかしながら、その値は、せいぜい、０.２５ps／km1/2程度である。そして、そのような光ファイバを用いて４０Gbpsのビットレートを採用した場合、光伝送が可能な距離は長くても９０km程度であり、それ以上の距離の光伝送を実現することはできない。
【０００５】
また、これまでに敷設されてきた古い光ファイバのＰＭＤは１ps／km1/2程度であるため、ビットレートを１０Gbpsにするとその光伝送可能な距離は１７０km程度であり、ましてや、ビットレートを４０Gbpsにすると１０km程度までしか光伝送を実現することができない。
このように、既設の光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、ビットレートを１０Gbpsに高める場合や、次世代光伝送システム用に新たな光ファイバを敷設してそのビットレートを４０Gbps以上で運転しようとする場合には、ＰＭＤの影響が顕著に現れ、その結果、伝送容量が大きく、実用的な光伝送システムの構築が困難になる。
【０００６】
そのため、ＰＭＤを補償する各種の装置が提供されている。ここで、代表的な装置を例示し、その機能について説明する。
まず、Electron. Lett., vol.30, No.4, pp.384〜349，1994や、OFC'99, Technical Digest 86/WE5-1などの文献に記載されている装置について説明する。
このＰＭＤ補償装置は、伝送路を伝搬してきた光信号の主偏光（Principal States of Polarization：ＰＳＰ）と呼ばれる、分離した２つの直交偏光成分のそれぞれを、群遅延時間（Differential Group Delay：ＤＧＤ）付与器として機能する偏波保持光ファイバ（Polarization Maintain Fiber：ＰＭＦ）における直交する２個の固有偏光（Eigen States of Polarization：ＥＳＰ）のそれぞれに偏光変換する偏波コントローラと、ＤＧＤ付与器としての上記ＰＭＦと、伝搬してきた光パルスのＰＭＤによる波形歪みをモニタとするモニタ手段と、このモニタ手段からの制御信号で上記偏波コントローラの運転を制御する制御装置を備えている。
【０００７】
また、J. of Lightwave Technology, vol.12, No.15, pp891〜898, 1994や、OFC'99, paper TuS4, 1999などの文献には次のような装置が記載されている。
この装置は、送信器端から受信器端に至る伝送路全体の系のＰＳＰを、送信器から発振している光のＳＯＰに一致させるように運転される。
具体的には、この装置の場合、以下の▲１▼及び▲２▼の態様にて運転される。
【０００８】
▲１▼送信信号を周波数変調し、その偏光状態（State of Polarization：ＳＯＰ）の周波数依存性を受信側で間接的に検知する。そして、送信信号のＳＯＰと伝送路におけるＰＳＰが一致しているか否かを確認しながら、送信器端に設けられている上記偏波コントローラを制御し、伝送路への入射信号のＳＯＰをＰＳＰに追随させる。
【０００９】
▲２▼偏波コントローラと伝送路で発生するＰＭＤの量よりも大きいＰＭＤを有する固定ＤＧＤ付与器（例えばＰＭＦ）を受信器の前に配置し、ここで偏光度（Degree of Polarization：ＤＯＰ）をモニタし、このＤＯＰが最大値を示すように全体の系を運転制御することにより、全体の系のＰＳＰを送信信号のＳＯＰに一致させる。
【００１０】
上記のようなＰＭＤ補償装置において使用されているＤＧＤ付与器としては、ＤＧＤ量が固定または可変であるものがある。固定式のものとしては、ＰＭＦなどの一軸性複屈折媒質を単体で用いたものがあげられる。
一方、可変式のものとしては、図７に示したように、偏光成分を分離する偏光分離素子を備え、分離されたそれぞれの偏光成分の伝搬距離を可動鏡により空間的に変化させて各偏光成分間のＤＧＤをゼロ化する可変タイプのものがある。
【００１１】
また、同じく可変式のものとして、図８に示したように、τ1のＤＧＤを与えるＰＭＦのような一軸性複屈折媒質と、τ2のＤＧＤを与える別のＰＭＦのような一軸性複屈折媒質の間に偏光回転子が配置されたものもある。
そして、この図８に示したＤＧＤ付与器にあっては、偏光回転子の回転角によってそのＤＧＤ量を可変にできるため、偏光回転子として非可動式で高速駆動が可能なものを用いれば、図７に示したＤＧＤ付与器に比べて、高信頼性で高速なデバイスを実現できる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示した可変ＤＧＤ付与器においては、偏光回転子の回転角θを変化させることによって与えるＰＭＤの量を変えることができる。すなわち、前段ＰＭＦ（一軸性複屈折媒質）のＤＧＤをτ1、偏光回転子の回転角をθ、後段ＰＭＦ（一軸性複屈折媒質）のＤＧＤをτ2、前段及び後段のＰＭＦの複屈折軸の相対角度をφ、および可変ＤＧＤ付与器全体のＤＧＤをτtとしたとき、τtは次式：
【００１３】
【数１】
0004142300.tif 000002
【００１４】
で表わされる。
ただし、式（１）中では、回転角θによる位相量が小さいとして、偏光回転子の回転角度の周波数依存性を無視している。
そして、式（１）より、この可変ＤＧＤ付与器にあっては、回転角θを可変にすることによって、τtの値を｜τ1−τ2｜から｜τ1＋τ2｜の範囲で変化させることができることがわかる。
【００１５】
ここで、φ＝０（rad）に固定しながらτ1及びτ2を変化させた３つの場合、すなわちτ1＝５０（ps）かつτ2＝５０（ps）、τ1＝５０（ps）かつτ2＝４０（ps）、および、τ1＝４０（ps）かつτ2＝５０（ps）の場合における、τtのθ依存性を図１（ａ）に示し、また、ストークス空間におけるＰＳＰのθ依存性を図１（ｂ）〜（ｄ）に示す。
【００１６】
なお、図１（ａ）中、一点鎖線はτ1＝５０かつτ2＝５０、破線はτ1＝５０かつτ2＝４０、実線はτ1＝４０かつτ2＝５０のときのτtを示している。
図１（ａ）より、τ1とτ2の間の大小関係にかかわらず、τtはあらゆる回転角θに対して常に正の値をとることがわかる。これは、そもそもτtを定義する段階で、遅いＰＳＰのＤＧＤから速いＰＳＰのＤＧＤを差し引くようにしている為である。従って、τ1とτ2の値を入れ替えたとしても、τtのθ依存性は変わらずに同じままである。このことは、図１（ａ）において、τ1＝５０（ps）かつτ2＝４０（ps）の場合と、τ1＝４０（ps）及びτ2＝５０（ps）の場合のとで、τtのθ依存性が一致していることからわかる。
【００１７】
しかし、実際には、τ1とτ2の間の大小関係によってＤＧＤ付与器の特性は異なっており、そのことは、τ1＝５０（ps）かつτ2＝５０（ps）、τ1＝５０（ps）かつτ2＝４０（ps）、および、τ1＝４０（ps）かつτ2＝５０（ps）の場合におけるＰＳＰのθ依存性（図１（ｂ）〜（ｄ））を見ればわかる。
なお、図１（ｂ）〜（ｄ）中、回転角θを０．１rad毎に０radから２radまで変化させたときの、各回転角θにおける遅いＰＳＰ及び速いＰＳＰをそれぞれ●印及びｘ印で示し、これらＰＳＰの変化の方向を矢印で示している。
【００１８】
例えば、図１（ｃ）に示したτ1＝５０（ｐｓ）およびτ2＝４０（ｐｓ）の場合（τ1≧τ2）、遅いＰＳＰ及び速いＰＳＰは、回転角θの変化に伴って、ストークス空間の原点を挟んで互いに異なる軌跡を描く。
これらの軌跡を含む領域Ｒ,Ｒ’を図１（ｃ）に示したように破線で描画した場合、２つの軌跡はそれぞれ領域Ｒ,Ｒ’内を折り返しながら変化し、遅いＰＳＰと速いＰＳＰの変化の軌跡が互いに重なることはない。
【００１９】
そして、τ1の値がτ2の値に対して大きくなるほど、遅いＰＳＰ及び速いＰＳＰの軌跡はより狭い領域Ｒ,Ｒ’内に収まるようになる。また、これらのＰＳＰは、回転角θがπだけ変化すると、変化前と同じ元のＰＳＰに戻る。
図１（ｄ）に示したτ1＝４０（ｐｓ）およびτ2＝５０（ｐｓ）の場合（τ1＜τ2）、遅いＰＳＰと速いＰＳＰの変化の軌跡が重なって、ストークス空間内で同じ円を描く。そして、回転角θが０〜π変化したときに、これらＰＳＰはそれぞれ一周して元に戻るので、図１（ｃ）で示したτ1≧τ2の場合に比べ、ＰＳＰの変動範囲が大きいことがわかる。
【００２０】
また、τ1≧τ2およびτ1＜τ2の両方の場合において、回転角θの変化量に対するＰＳＰの変化量が、回転角θの値によって異なっている。具体的には、ＰＳＰはθ＝π／２（rad）付近で急激に変化する。そしてこのことは、τ1とτ2の値の差が小さい場合ほど顕著であって、τ1とτ2の値の差を小さくしていくと、ＰＳＰはθ＝π／２（rad）付近でより急激に変化するようになり、やがてτ1＝τ2となると、ＰＳＰはθ＝π／２（rad）付近で不連続に変化する。
【００２１】
このＰＳＰの不連続な変化は、図１（ｂ）に示したτ1＝５０ｐｓ及びτ2＝５０ｐｓの場合のＰＳＰのθ依存性から明らかで、θ＝π／２（rad）において、遅いＰＳＰと速いＰＳＰが入れ替わっている。θ＝π／２（rad）の時にτtの値は０ｐｓであって、ＰＳＰが入れ替わっていることを考慮すれば、一方のＰＳＰについて見れば、θ≧π／２（rad）の領域において負のＤＧＤを持っていることになる。
【００２２】
このように、一方のＰＳＰのＤＧＤが０を超えて正から負あるいは負から正へと変化する場合、ＤＧＤ付与器全体のＤＧＤτtのダイナミックレンジを広く取ることができるので、ＤＧＤ付与器にあっては、τ1＝τ2であることが効果的である。
しかしながら、従来のＤＧＤ付与器においてτ1とτ2を完全に一致させることは、現実的には難しいという問題がある。
【００２３】
本発明は上記した問題を解決し、ダイナミックレンジが広く、かつ、小型及び簡易な構成を有する新規なＤＧＤ付与器を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の一態様によれば、光伝送路から供給された伝播光に含まれる偏波モード分散を補償するために、伝播光に可変の群遅延時間を付与する可変群遅延時間付与器において、複屈折媒質、可変ファラデー回転子、および光折り返し手段をこの順序で配置して、前記光伝送路からの伝播光は、往路光として、前記複屈折媒質の第１端から第２端の方向に導かれ、前記複屈折媒質の前記第２端から出射した往路光は、前記可変ファラデー回転子により、偏光状態が回転され、前記可変ファラデー回転子からの往路光は光折り返し手段により折り返されて復路光となり、前記光折り返し手段からの復路光は、前記可変ファラデー回転子により再び、偏光状態が回転され、前記ファラデー回転子からの復路光は、前記複屈折媒質の前記第２端から第１端に導かれるようにした、可変群遅延時間付与器が提供される。したがって、ダイナミックレンジの広い可変群遅延時間（ＤＧＤ）を付与することができる。
【００２５】
前記複屈折媒質は、例えば、偏波保持光ファイバで構成され、あるいは、複屈折結晶で構成される。また、好ましい一態様において、可変群遅延時間付与器は、さらに、光サーキュレータを備え、前記光伝送路からの伝播光は前記光サーキュレータの第１ポートから、前記複屈折媒質に結合する第２ポートに導かれ、前記複屈折媒質からの復路光は前記光サーキュレータの前記第２ポートから第３のポートに導かれる。
【００２６】
また、好ましい別態様において、可変群遅延時間付与器は、２芯コリメータ及び結合用プリズムを備え、前記光伝送路からの伝播光は前記２芯コリメータの入力ポートから、前記２芯コリメータの入出射面そして前記結合用プリズムを経て前記複屈折媒質に導かれ、前記複屈折媒質からの復路光は前記結合用プリズムから前記２芯コリメータの入出射面を経て前記２芯コリメータの出力ポートに導かれる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は、第一実施形態例の可変群遅延時間付与器Ａ（以下、可変ＤＧＤ付与器Ａという）を示している。
可変ＤＧＤ付与器Ａは光サーキュレータ２を備えている。光サーキュレータ２は３つの入出力ポート２ａ，２ｂ，２ｃを有しており、入出力ポートは２ａは偏波コントローラに接続され、入出力ポート２ｂは受信器に接続されている。
【００２８】
入出力ポート２ｃには、一軸性複屈折媒質である偏波保持光ファイバ３ａ（ＰＭＦ３ａ）の一端が接続され、ＰＭＦ３ａの他端にはコリメータ４が接続されている。コリメータ４は、筐体１の側壁１ａに配設されており、コリメータ４のビーム入出射面４ａは、筐体１の内部に位置している。そして、コリメータ４の入出射面４ａ側には、偏光回転子である可変ファラデー回転子５と、光折り返し手段である全反射ミラー６ａがこの順序で同軸上に配置されている。
【００２９】
この可変ＤＧＤ付与器Ａは、光伝送路を伝搬し、偏波コントローラにより所定の偏光状態とされた光を、入出力ポート２ａ（以下、入力ポート２ａという）より入射させ、群遅延時間（ＤＧＤ）を可変にて付与した後に、入出力ポート２ｂ（以下、出力ポート２ｂという）より例えば受信器へと出射させる。
入力ポート２ａから入射してきた光は、入出力ポート２ｃに接続されたＰＭＦ３ａに入射する。ＰＭＦ３ａは一軸性複屈折媒体であり、光が通過する際に所定の群遅延時間を与える。
【００３０】
ＰＭＦ３ａを通過してＤＧＤが付与された光は、コリメータ４によりビームに変換され、偏光回転子として機能する可変ファラデー回転子５に入射する。可変ファラデー回転子５に入射した光ビームは、所定の回転角θ／２だけ偏光面が回転して可変ファラデー回転子５から出射し、全反射ミラー６ａに入射する。
全反射ミラー６ａに入射した光ビームはそこで反射して、可変ファラデー回転子５に再び入射する。可変ファラデー回転子５に再入射した光ビームは、光の進行方向にみて先ほどと同じ方向に偏光面が回転角θ／２だけ回転してファラデー回転子５から出射する。
【００３１】
かくして、可変ファラデー回転子５と全反射ミラー６ａの組み合わせにより回転角θで偏光面が回転した光は、コリメータ４に入射してＰＭＦ３ａに結合され、ＰＭＦ３ａを通過することにより再びＤＧＤが付与された後、光サーキュレータ２を介して出力ポート２ｂより出射する。
本発明では、光路が全反射ミラー６ａを用いて折り返されることにより、一つのＰＭＦ３ａで２回ＤＧＤが付与される。そのため当然のことながら、τ1＝τ2が完全に実現される。更に、可変ＤＧＤ付与器ＡはＰＭＦ３ａを一つしか備えないので、従来の可変ＤＧＤ付与器に比べ生産性に優れ、安価であり、しかも形状を小型にすることができる。
【００３２】
また、本発明では、偏光回転子としては可変ファラデー回転子５が用いられる。可変ファラデー回転子５は、光が往復する過程で、光の進行方向に対し同じ方向に回転を与えるので、回転角がθ／２に設定された可変ファラデー回転子５を往復することにより、光は回転角θだけ回転する。
つまり、従来の可変ＤＧＤ付与器の場合に比べ、可変ファラデー回転子５の回転角θを半分に設定すれば良いので、可変ファラデー回転子５に印加する電流を小さくでき、消費電力を低下させることが可能である。なお、このことはファラデー効果の非相反性によるものである。
【００３３】
これに対し、偏光回転子として円複屈折を利用した通常の旋光子（例えば液晶）を用いた場合、光が往復する際に往路と復路では回転方向が反転するため、光を全く回転させることができない。
図３は、本発明の第二実施形態の可変群遅延時間付与器Ｂ（以下、可変ＤＧＤ付与器Ｂという）を示している。
【００３４】
可変ＤＧＤ付与器Ｂは、複屈折媒質、すなわち光に群遅延時間を付与するための素子として、可変ＤＧＤ付与器ＡにおけるＰＭＦ３ａの代わりに複屈折結晶３ｂを備え、複屈折結晶３ｂがコリメータ４の入出射面４ａと可変ファラデー回転子５の間に配置された以外は、可変ＤＧＤ付与器Ａと同じ構成を有している。
可変ＤＧＤ付与器Ｂでは、ＰＭＦ３ａを複屈折結晶３ｂに置き換えているので、装置全体の小型化を実現している。ＰＭＦ３ａを用いた場合、大きなＤＧＤを与える為には相当な長さを必要とするので、装置全体の寸法が大きくなってしまうからである。
【００３５】
ここで、複屈折結晶３ｂとしては、大きな複屈折量の比較的大きなルチルや方解石などからなるものを用いると、複屈折結晶３ｂの寸法をより小さくすることができ、もって装置全体の寸法を小さくすることができる。なお、これら複屈折結晶は非常に高次の波長板である。
図４は、本発明の第三実施形態の可変群遅延時間付与器Ｃ（以下、可変ＤＧＤ付与器Ｃという）を示している。
【００３６】
可変ＤＧＤ付与器Ｃは、筐体１の側壁１ａに２芯コリメータ２’が配設され、２芯コリメータ２’は入力ポート２ａ’及び出力ポート２ｂ’および入出射面２ｃ’を備えている。
そして、２芯コリメータ２’の入出射面２ｃ’側には、結合用プリズム７，複屈折結晶３ｂ、偏光回転子５、及び光折り返し手段６ｂがこの順序で配置されている。
【００３７】
この可変ＤＧＤ付与器Ｃにおいては、入力ポート２ａ’から入射してきた光は、入出射面２ｃ’から出射し、結合用プリズム７を介して複屈折結晶３ｂに入射する。そして、複屈折結晶３ｂに入射した光は可変ファラデー回転子５を通過した後、光折り返し手段６ｂにより折り返される。折り返された光は、再び可変ファラデー回転子５，複屈折結晶３ｂ，結合用プリズム７を介して入出射面２ｃ’に入射し、出力ポート２ｂ’から出射する。
【００３８】
すなわち、可変ＤＧＤ付与器Ｃは、光を入出力するために、可変ＤＧＤ付与器Ｂの場合の光サーキュレータ２に代えて２芯コリメータ２’を有している。なぜならば、光サーキュレータは一般的なもので光損失が往復で１ｄＢ程度あるのに比べ、２芯コリメータ２’は０．３ｄＢ程度であり、２芯コリメータ２’を用いることにより挿入損失を低減できるからである。更に、光サーキュレータに比べ、２芯コリメータ２’の方が安価である。
【００３９】
そして、可変ＤＧＤ付与器Ｃは、光が装置内を往復する過程で、２芯コリメータ２’と複屈折結晶３ｂとの間が光学的に結合されるように、結合用プリズム７と光折り返し手段６ｂを備えている。
なお、２芯コリメータ２’と併用されるこれら結合用プリズム７及び光折り返し手段６ｂの組み合わせは適宜選択することができる。例えば、結合用プリズム７としては、図５及び図６に示した形状の結合用プリズム等をあげることができ、また、光折り返し手段６ｂとしては全反射ミラーおよびリトロリフレクタ等をあげることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記した一実施例に限定されることはなく、様々な変形が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の可変群遅延時間付与器は得られるＤＧＤのダイナミックレンジが広く、かつ、構成が非常に簡単であるため小型化が可能である。更には、本発明の可変群遅延時間付与器は挿入損失や消費電力を低減可能である。
したがって、この可変群遅延時間付与器は、ＰＭＤ補償装置に組み込むことにより、ハイビットレートの光伝送システムに用いてその工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＧＤτｔ及びＰＳＰのθ依存性を示す図である。
【図２】可変ＤＧＤ付与器Ａの概略構成図である。
【図３】可変ＤＧＤ付与器Ｂの概略構成図である。
【図４】可変ＤＧＤ付与器Ｃの概略構成図である。
【図５】結合用プリズムの一例を示す正面図及び側面図である。
【図６】結合用プリズムの他の例を示す正面図及び側面図である。
【図７】従来の可変ＤＧＤ付与器の一例を示す概略構成図である。
【図８】従来の可変ＤＧＤ付与器の他の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２    光サーキュレータ
２’  ２芯コリメータ
３ａ  偏波保持光ファイバ（ＰＭＦ）
３ｂ  複屈折結晶
５    可変ファラデー回転子
６ａ  全反射ミラー
６ｂ  光折り返し手段
【図１】
0004142300.tif 000003
【図２】
0004142300.tif 000004
【図３】
0004142300.tif 000005
【図４】
0004142300.tif 000006
【図５】
0004142300.tif 000007
【図６】
0004142300.tif 000008
【図７】
0004142300.tif 000009
【図８】
0004142300.tif 000010