(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光の偏波方向を光学的に補償するステップと、前記補償するステップによる偏波状態を保持して光パワを分岐するステップと、前記分岐するステップで分岐された信号光に群遅延差を電気的に補償するステップとを有することを特徴とする偏波モード分散補償方法。
【請求項２】
前記群遅延差の一部が、周波数抽出器及び遅延回路を用いて電気的に補償されることを特徴とする請求項１記載の偏波モード分散補償方法。
【請求項３】
前記周波数抽出器としてクロック抽出回路を有することを特徴とする請求項２記載の偏波モード分散補償方法。
【請求項４】
入力光の偏波方向及び一部の群遅延差を光学的に補償する光学的補償部と、前記光学的補償部による偏波状態を保持して光パワを分岐する光カプラと、入力光の残留群遅延差を電気的に補償する電気的補償部と、前記光カプラと前記電気的補償部との間に位置する偏波保持ファイバとを備えることを特徴とする光受信機。
【請求項５】
前記電気的補償部が、周波数抽出器及び遅延回路を有することを特徴とする請求項４記載の光受信機。
【請求項６】
前記周波数抽出器としてクロック抽出回路を有することを特徴とする請求項５記載の光受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ中を伝播する光信号が受ける偏波モード分散を補償する方法及びそれを用いた光受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバはクラッドに囲まれた高屈折率のコア中に光を閉じ込めて伝送するものであるが、このコアが真円の場合には光ファイバ内に残留複屈折は発生せず、水平、垂直偏波間において群遅延差は発生しない。しかし、光ファイバのコアに歪みが生じると、光ファイバ内に残留複屈折が発生し、直交する偏波間に信号の到着時間の差、すなわち群遅延差が生じる。
【０００３】
光ファイバのコア歪み発生原因としては、次の二つが支配的である。すなわち、一つは製造時の歪みであり、もう一つは敷設後の温度変動や季節変動である。
【０００４】
このうち、製造時の歪みは発生する群遅延差も微小で、かつ時間的に一定な値を持つことから、高速伝送への影響はほとんどない。しかし、敷設後の温度変動や季節変動により発生する群遅延差は、その統計値がマクスウェル分布を示し、任意の時間において平均値よりも非常に大きな値を取る可能性がある。
【０００５】
このようなランダムに変動する群遅延差や偏波方向により、偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization Mode Dispersion）が発生し、高速伝送に多大な影響を及ぼす。例えば、平均群遅延差が２０ｐｓからなる光ファイバを用いた光伝送システムでは、１年間に３５時間もの伝送路誤りを発生する可能性がある。このＰＭＤによる影響を補償するためには、その変動量に応じて適応的に制御する必要が有る。
【０００６】
ＰＭＤを補償する方法としては、従来から、いわゆる光学的補償方法あるいは電気的補償方法が知られている。例えば、特開平７−２３１２９７号公報には、光学的補償方法が開示されている。この方法は、光信号を電気信号に変換する前に単一（Ｎ＝１）もしくは複数（Ｎ＞１）の偏波保持ファイバと偏波コントローラを用いて補償を行うものである。また、"Polarization Mode Dispersion Compensation by Phase Diversity Detection"（IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.9, NO.1, JANUARY 1997, pp.121-123）には、電気的補償方法が開示されている。この方法は、偏波コントローラを透過後の光信号を電気信号に変換した後に位相比較器を用いて補償を行うものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の光学的補償方法のように、単一（Ｎ＝１）の偏波コントローラや偏波保持ファイバを用いる場合には、偏波保持ファイバが持つ群遅延差が一定値のため、伝送路で発生するＰＭＤとの差分に相当する残留群遅延差が発生し、受信側で波形劣化を生じるという問題がある。また、この方法が適用できるＰＭＤは、比較的小さな量に限定されてしまう。一方、ＰＭＤの補償を複数（Ｎ＞１）の偏波コントローラや偏波保持ファイバを用いて行う場合には、複数の偏波コントローラを同時に制御する必要があるため、制御やアルゴリズムが複雑となる。さらに、制御が収束するまでの時間は構成している偏波コントローラの台数Ｎが増えるに従って増大するため、伝送路で発生するＰＭＤの変動に対して補償器での制御が追随しなくなり、制御の発振や伝送路誤りの発生を招く恐れが有る。
【０００８】
また、上述の電気的補償方法のように、偏波コントローラや位相比較器を用いる場合には、位相差情報から、偏波コントローラでの偏波方向制御と遅延差検出回路での群遅延量制御の２種類の要素を同時に制御する必要が有るため、制御やアルゴリズムが複雑となるという問題がある。
【０００９】
従って本発明の目的は、補償制御を簡易かつ安定に行うことのできる偏波モード分散補償方法及び光受信機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、入力光の偏波方向を光学的に補償するステップと、入力光の群遅延差を電気的に補償するステップとを有する偏波モード分散補償方法により、達成される。ここで、前記群遅延差の一部は、偏波保持ファイバを用いて光学的に補償されるようにすることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る光受信機は、入力光の偏波方向及び一部の群遅延差を光学的に補償する光学的補償部と、入力光の残留群遅延差を電気的に補償する電気的補償部とを備えて構成される。ここで、前記光学的補償部は、例えば偏波コントローラ及び偏波保持ファイバを用いて構成され、また、前記電気的補償部は、例えば遅延回路を用いて構成される。
【００１２】
このように本発明は、光学的補償方法と電気的補償方法とをハイブリッド化した補償方法（ハイブリッド補償方法）をとるものである。これにより、光学的補償方法による偏波方向の制御と、電気的補償方法による残留群遅延差の制御とを独立に行うことができるようになるので、制御の簡易化及び安定化を実現することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る偏波モード分散補償方法の適用される光伝送システムの一例を示すブロック図である。図示のように、光送信機１から送信された信号光は、複数の光アンプ４を介して光ファイバで構成された伝送路３を伝播して光受信機２で受信される。本光伝送システムは、この光ファイバで構成された伝送路３に起因する偏波モード分散（ＰＭＤ）による影響を、光受信機２において補償するものである。光受信機２では、以下に述べるように、光学的補償方法と電気的補償方法とを組合せたハイブリッド補償方法を用いて、ＰＭＤの補償制御を行う。
【００１４】
図２は、本発明に係る偏波モード分散補償機能を備えた光受信機の一実施例を示す図である。本実施例では、まずＰＭＤの光学的補償を行い、それに続いて電気的補償を行うハイブリッド補償方法を用いる。図のように、光受信機２は、光入力部９、任意の偏波状態に制御するための偏波コントローラ５、一定量の群遅延差を有するファイバである偏波保持ファイバ６、偏波状態を保持したまま光パワを分岐する偏波保持光カプラ８、信号光に影響を与えない程度の微少群遅延差をもつ偏波保持ファイバ１２、入射偏波成分を分離する偏波ビームスプリッタ１１、光／電気変換を行う光検出器７ａ、７ｂ、７ｃ、受信電気波形から周波数成分を取り出す周波数抽出器１３、電気的に遅延量を与える遅延回路１４ａ、１４ｂ、二つの受信波形から位相差を検出する位相差検出器１７、及び受信した波形の“１”レベル、“０”レベルを判別する識別器１６から構成される。ここで、補償用偏波保持ファイバ６の出力端での直交する偏波軸と偏波ビームスプリッタ１１の水平軸、垂直軸とは一致させる必要がある。また、周波数抽出器１３としては、例えば受信電気波形からクロック成分を抽出するクロック抽出回路で実現される。
【００１５】
本実施例では、まず、任意の偏波方向、群遅延差を持った信号光を光入力部９より入力し、偏波コントローラ５及び偏波保持ファイバ６を透過させた後に、その一部を偏波保持光カプラ８で分岐する。光検出器７ａは、この分岐後の光波形を光／電気変換する。そして周波数抽出器１３は、この変換後の電気波形から信号に含まれる周波数成分を抽出する。ここで、偏波コントローラ５としては、例えば１／２波長板と１／４波長板とを組み合せたものが用いられる。図５は本発明に係る周波数抽出器１３の一実施例を示す図である。また、周波数抽出器１３は、例えば、ＡＧＣ回路２２、電気波形から信号に含まれるクロック成分を抽出する全波整流回路２３、及び抽出したクロックの振幅成分を電圧に変換する検波器２４を組みあわせたクロック抽出回路で構成される。
【００１６】
偏波コントローラ５は、抽出される周波数成分が最大となるように周波数抽出器１３からの制御信号１０により制御される。これにより、直交する偏波間のうち伝送路３における伝播速度の速い方は偏波保持ファイバ６内の伝播速度の遅い偏波軸に入射され、また伝播速度の遅い方は伝播速度の速い偏波軸に入射される。但し、伝送路でのＰＭＤによる影響がゼロの場合には、直交する偏波はそれぞれ偏波保持ファイバ６内のどちらかの偏波軸に結合されることとなる。
【００１７】
本方法によれば、伝送路３のＰＭＤと偏波保持ファイバ６のもつ群遅延差の大小関係に拠らず同一の制御が得られるため、偏波保持カプラ８の出力端では水平偏波と垂直偏波とを分離することが出来る。そして、偏波保持ファイバ６の出力端では、伝送路３のＰＭＤと偏波保持ファイバ６の群遅延差との差分に相当するＰＭＤが残留するだけとなる。以上が光学的補償部に相当する部分である。
【００１８】
次に、偏波保持ファイバ６から出力された信号光の水平偏波成分及び垂直偏波成分を、偏波ビームスプリッタ１１を用いて分離する。補償用偏波保持ファイバ６の出力端での二つの直交する偏波軸と偏波ビームスプリッタ１１の偏波軸の角度は一致するようにされており、またその間で用いられる光部品はすべて信号光に影響を与えない程度の微少群遅延差をもつ偏波保持部品を用いて構成されている。続いて、分離したそれぞれの偏波成分毎に、光検出器７ｂ、７ｃにて別々に光／電気変換が行われる。変換された電気信号は遅延回路１４ａ、１４ｂをそれぞれ経由し、遅延回路１４ａ、１４ｂの出力側で分岐された信号の位相差が位相差検出器１７にて検出される。位相差検出器１７は、例えば、乗算回路と積分回路を用いた自己相関検出回路で構成することができる。
【００１９】
位相差検出器１７は、変換された電気信号の水平成分と垂直成分との相関が最大となるように、遅延回路１４ａ、１４ｂの遅延量Δｔ１、Δｔ２を制御信号１５ａ、１５ｂにより制御する。遅延回路１４ａ、１４ｂでは、伝送路のＰＭＤと偏波保持ファイバ６の群遅延差との差分に相当する残留ＰＭＤを補償するだけで良い。そして識別器１６にて、遅延回路１４ａ、１４ｂの各出力波形を足しあわせることにより、ＰＭＤ補償の行われた信号の受信が完了する。以上が電気的補償部に相当する部分である。
【００２０】
このように、図２に示すハイブリッド補償方法では、伝送路３のＰＭＤの平均値ならびに本ハイブリッド偏波補償機能を除いた部分の光受信機２でのＰＭＤ耐力を考慮に入れながら、偏波保持ファイバ６の群遅延差を比較的大きく設定し、また、遅延回路１４ａ、１４ｂの遅延量を十分小さく設定することにより、伝送路３のＰＭＤを有効に補償することができる。
【００２１】
図３は、図２の構成を用いた本ハイブリッド補償方法によるＰＭＤ補償効果を示すグラフである。本グラフの横軸は伝送路のＰＭＤの大きさを示し、縦軸は伝送路で受けたＰＭＤによる波形劣化度を受信感度の劣化に換算したペナルティ（ＰＭＤペナルティ）の大きさを示す。グラフ上の各曲線は、ＰＭＤ補償無し１８、電気的補償方法１９、光学的補償方法２０（単一の偏波コントローラ、偏波保持ファイバを用いて構成される：Ｎ＝１）、本ハイブリッド補償方法２１による場合をそれぞれ表している。
【００２２】
図３に示すように、電気的補償方法１９の場合には、ＰＭＤが小さいときにその補償効果は大きいが、ＰＭＤが大きくなるとその補償効果は急速に劣化するため、比較的僅かなＰＭＤを補償するのには適している。また、光学的補償方法２０（Ｎ＝１）の場合には、電気的補償方法１９の場合よりも大きなＰＭＤまで適用可能であるが、図中Ａで示すように残留ＰＭＤによる受信波形劣化の影響が有るため、補償領域をそれほど大きくすることができない。
【００２３】
これに対して、本ハイブリッド補償方法２１の場合には、残留ＰＭＤによる影響を電気的遅延回路によりほぼゼロとすることが可能であり、さらに光学的補償回路に用いている偏波保持ファイバ６の群遅延差と足し合わせることにより、より大きなＰＭＤを持つ伝送路に対しても適用可能となる。また、光学的補償による偏波方向の制御と電気的補償による残留群遅延差の制御とを独立に行うことができるため、補償制御を簡易かつ安定に行うことができる。さらに、偏波保持ファイバ６の群遅延差を上記方法よりも小さく設定しても上記と同様の安定な制御が可能となる。また、遅延回路の遅延量を上記方法よりも大きく設定することによって、より大きなＰＭＤを持つ伝送路にも適用可能となる。
【００２４】
図４は、本発明に係る偏波モード分散補償機能を備えた光受信機の他の実施例を示す図である。本実施例では、電気的補償部に相当する部分は図２の実施例と同様であるが、光学的補償部に相当する部分は図２の実施例とは異なり、複数の偏波コントローラ５及び複数の偏波保持ファイバ６で構成されている。
【００２５】
すなわち、光受信機２’は、図示のとおり、入力された信号光を任意の偏波状態に制御するための複数の偏波コントローラ５、一定量の群遅延差を有する複数の偏波保持ファイバ６、偏波態を保持したまま光パワを分岐する偏波保持カプラ８、信号光に影響を与えない程度の微少群遅延差をもつ偏波保持ファイバ１２、入射偏波成分を分離する偏波ビームスプリッタ１１、光／電気変換を行う光検出器７ａ、７ｂ、７ｃ、受信電気波形から周波数成分を取り出す周波数抽出器１３、電気的に遅延量を与える遅延回路１４ａ、１４ｂ、二つの受信波形から位相差を検出する位相差検出器１７、及び受信した波形の“１”レベル、“０”レベルを判別する識別器１６から構成される。ここで、補償用偏波保持ファイバ６の出力端での直交する偏波軸と偏波ビームスプリッタ１１の水平軸、垂直軸とは一致させる必要がある。また、周波数抽出器１３としては、例えば受信電気波形からクロック成分を抽出するクロック抽出回路で実現される。
【００２６】
本実施例では、まず、任意の偏波方向、群遅延差を持った信号光を光入力部９より入力し、複数の偏波コントローラ５及び複数の偏波保持ファイバ６をそれぞれ透過させた後に、その一部を偏波保持光カプラ８で分岐する。光検出器７ａは、この分岐後の光波形を光／電気変換する。そして周波数抽出器１３は、この変換後の電気波形から信号に含まれる周波数成分を抽出する。ここで、偏波コントローラ５としては、例えば１／２波長板と１／４波長板とを組み合せたものが用いられる。図５は本発明に係る周波数抽出器１３の一実施例を示す図である。また、周波数抽出器１３は、例えば、ＡＧＣ回路２２、電気波形から信号に含まれるクロック成分を抽出する全波整流回路２３、及び抽出したクロックの振幅成分を電圧に変換する検波器２４を組みあわせたクロック抽出回路で構成される。
【００２７】
各偏波コントローラ５は、抽出される周波数成分が最大となるように周波数抽出器１３からの制御信号１０ａ〜１０ｄによりそれぞれ制御される。これにより、直交する偏波間のうち伝送路３における伝播速度の速い方は偏波保持ファイバ６内の伝播速度の遅い偏波軸に入射され、また伝播速度の遅い方は伝播速度の速い偏波軸に入射される。但し、伝送路でのＰＭＤによる影響がゼロの場合には、直交する偏波はそれぞれ偏波保持ファイバ６内のどちらかの偏波軸に結合されることとなる。
【００２８】
本方法によれば、伝送路３のＰＭＤと偏波保持ファイバ６のもつ群遅延差の大小関係に拠らず同一の制御が得られるため、偏波保持カプラ８の出力端では水平偏波と垂直偏波とを分離することが出来る。そして、偏波保持ファイバ６の出力端では、伝送路３のＰＭＤと偏波保持ファイバ６の群遅延差との差分に相当するＰＭＤが残留するだけとなる。以上が光学的補償部に相当する部分である。
【００２９】
次に、偏波保持ファイバ６から出力された信号光の水平偏波成分及び垂直偏波成分を、偏波ビームスプリッタ１１を用いて分離する。補償用偏波保持ファイバ６の出力端での二つの直交する偏波軸と偏波ビームスプリッタ１１の偏波軸の角度は一致するようにされており、またその間で用いられる光部品はすべて信号光に影響を与えない程度の微少群遅延差をもつ偏波保持部品を用いて構成されている。続いて、分離したそれぞれの偏波成分毎に、光検出器７ｂ、７ｃにて別々に光／電気変換が行われる。変換された電気信号は遅延回路１４ａ、１４ｂをそれぞれ経由し、遅延回路１４ａ、１４ｂの出力側で分岐された信号の位相差が位相差検出器１７にて検出される。位相差検出器１７は、例えば、乗算回路と積分回路を用いた自己相関検出回路で構成することができる。
【００３０】
位相差検出器１７は、変換された電気信号の水平成分と垂直成分との相関が最大となるように、遅延回路１４ａ、１４ｂの遅延量Δｔ１、Δｔ２を制御信号１５ａ、１５ｂにより制御する。遅延回路１４ａ、１４ｂでは、伝送路のＰＭＤと偏波保持ファイバ６の群遅延差との差分に相当する残留ＰＭＤを補償するだけで良い。そして識別器１６にて、遅延回路１４ａ、１４ｂの各出力波形を足しあわせることにより、ＰＭＤ補償の行われた信号の受信が完了する。以上が電気的補償部に相当する部分である。
【００３１】
このように、図４に示す本ハイブリッド補償方法では、適用する伝送路のＰＭＤの範囲を同一とした場合、電気的補償方法の遅延回路により、偏波コントローラ５と偏波保持ファイバ６を用いた光学的補償方法の段数Ｎを小さくでき、かつ制御をより安定化できる。
【００３２】
このように本発明は、光学的補償方法と電気的補償方法とをハイブリッド化した補償方法をとることにより、光学的補償方法による偏波方向の制御と電気的補償方法による残留群遅延差の制御とを独立に行うようにしたものであり、これにより制御の簡易化及び安定化を実現でき、また、伝送路で発生するＰＭＤへの適用範囲を拡大することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、補償制御を簡易かつ安定に行うことのできる偏波モード分散補償方法及び光受信機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏波モード分散補償方法の適用される光伝送システムの一例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る偏波モード分散補償機能を備えた光受信機の一実施例を示す図である。
【図３】本ハイブリッド補償方法によるＰＭＤ補償効果を示すグラフである。
【図４】本発明に係る偏波モード分散補償機能を備えた光受信機の他の実施例を示す図である。
【図５】本発明に係る周波数抽出器の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１  光送信機
２、２’  光受信機
３  伝送路
４  光アンプ
５  偏波コントローラ
６、１２  偏波保持ファイバ
７ａ、７ｂ、７ｃ  光検出器
８  偏波保持カプラ
９  光入力部
１０ａ〜１０ｄ、１５ａ、１５ｂ  制御信号
１１  偏波ビームスプリッタ
１３  周波数抽出器
１４ａ、１４ｂ  遅延回路
１６  識別器
１７  位相差検出器
１８  無補償時のＰＭＤペナルティ
１９  電気的補償方法によるＰＭＤペナルティ
２０  光学的補償方法によるＰＭＤペナルティ
２１  ハイブリッド補償方法によるＰＭＤペナルティ
２２  ＡＧＣ回路
２３  全波整流回路
２４  検波器
【図１】
0004366000.tif 000002
【図２】
0004366000.tif 000003
【図３】
0004366000.tif 000004
【図４】
0004366000.tif 000005
【図５】
0004366000.tif 000006