(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号光の偏波モード分散を補償する装置であって、
当該入力信号光の偏波を任意の角度の直線偏波に変換する偏波変換装置（１２）と、
当該偏波変換装置（１２）の出力光から、互いに直交する２成分のうちの少なくとも一方の偏波成分を抽出する偏波抽出手段（１６）と、
当該偏波抽出手段（１６）の出力光から所定成分の信号を抽出する信号抽出手段であって、当該偏波抽出手段の一方の偏波の出力光を電気信号に変換する受光素子（２４）と、当該受光素子（２４）の出力から当該所定成分の信号を抽出し、当該制御手段に供給する信号抽出器（２６）とを具備する信号抽出手段（２４，２６）と、
当該信号抽出手段の出力に従い、当該信号抽出手段の出力がより大きくなるように当該偏波変換装置を制御する制御手段（２８）
とを具備し、
当該信号抽出器が、当該入力信号光の平均光強度を抽出する電気フィルタである
ことを特徴とする偏波モード分散補償装置。
【請求項２】
入力信号光の偏波モード分散を補償する装置であって、
当該入力信号光の偏波を任意の角度の直線偏波に変換する偏波変換装置（２１４）と、
当該偏波変換装置（２１４）の出力光から、互いに直交する２成分のうちの少なくとも一方の偏波成分を抽出する偏波抽出手段（２１８）と、
当該偏波抽出手段（２１８）の出力光から所定成分の信号を抽出する信号抽出手段であって、当該偏波抽出手段（２１８）の一方の偏波の出力光を電気信号に変換する第１の受光素子（２３０）と、当該第１の受光素子（２３０）の出力から当該所定成分の信号を抽出する第１の信号抽出器（２３２）と、当該偏波抽出手段（２１８）の他方の偏波の出力光を電気信号に変換する第２の受光素子（２３６）と、当該第２の受光素子（２３６）の出力から当該所定成分の信号を抽出する第２の信号抽出器（２３８）と、当該第１及び第２の信号抽出器（２３２，２３８）の出力を比較する比較手段（２４０）と、当該比較手段（２４０）の比較結果に従い、当該第１及び第２の信号抽出器（２３２，２３８）の一方の出力を選択して当該制御手段（２４４）に供給するセレクタ（２４２）とを具備する信号抽出手段（２３０，２３２，２３６，２３８）と、
当該信号抽出手段（２３０，２３２，２３６，２３８）の出力に従い、当該信号抽出手段（２３０，２３２，２３６，２３８）の出力がより大きくなるように当該偏波変換装置を制御する制御手段（２４４）と、
当該比較手段（２４０）の当該比較結果に従い、当該偏波抽出手段（２１８）の何れか一方の偏波で搬送される信号を選択する信号選択手段（２２４）
とを具備することを特徴とする偏波モード分散補償装置。
【請求項３】
当該第１及び第２の信号抽出器はそれぞれ、当該入力信号光のクロック成分強度を抽出する電気フィルタである請求項２に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項４】
当該第１及び第２の信号抽出器はそれぞれ、当該入力信号光の平均光強度を抽出する電気フィルタである請求項２に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項５】
当該信号選択手段（２２４）が、当該偏波抽出手段の何れか一方の偏波の出力光を選択する光スイッチである請求項２に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項６】
当該偏波変換装置（１２，２１４）が、ファラデー回転により当該入力信号光の偏波を回転する装置からなる請求項１又は２に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項７】
当該偏波変換装置（１２，２１４）が、ファラデー回転により当該入力信号光を偏波をポアンカレ球上の緯度線に沿って移動する第１の偏波変換器（３２）と、当該第１の偏波変換器（３２）の出力光を当該ポアンカレ球の赤道上に移動する波長板（３４）と、当該波長板（３４）の出力光の偏波を当該ポアンカレ球の赤道上に沿って移動する第２の偏波変換器（３６）とからなる請求項６に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項８】
当該第１及び第２の偏波変換器（３２，３６）はそれぞれ、ファラデー素子（４０，５０）と、当該制御手段（２８，２４４）からの駆動電流に従った、当該ファラデー素子（４０，５０）の光軸方向の磁界を当該ファラデー素子（４０，５０）に印加する磁気発生手段（４２，５２）と、当該ファラデー素子（４０，５０）の光軸方向に直交する方向の、当該ファラデー素子を磁気飽和させる強さの定常的な磁界を当該ファラデー素子（４０，５０）に印加する磁石（４４，４６，５４，５６）とからなる請求項７に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項９】
入力信号光の偏波モード分散を補償する装置であって、
当該入力信号光を２つに分割する光分波器（１１２、３１２）と、
当該光分波器（１１２、３１２）の一方の出力光の偏波を直線偏波に変換する第１の偏波変換装置（１１６ａ，３１６ａ）、当該第１の偏波変換装置（１１６ａ，３１６ａ）の出力光から所定偏波成分を抽出する第１の偏波抽出器（１２０ａ，３２０ａ）、及び当該第１の偏波抽出器（１２０ａ，３２０ａ）の出力光強度がより大きくなるように当該第１の偏波変換装置（１１６ａ，３１６ａ）の偏波変換を制御する第１の制御手段（１２８ａ，１３０ａ，１３２ａ，１３４ａ；３４２ａ）を具備する第１の分散補償器と、
当該光分波器（１１２、３１２）の他方の出力光の偏波を任意の角度の直線偏波に変換する第２の偏波変換装置（１１６ｂ，３１６ｂ）、当該第２の偏波変換装置（１１６ｂ，３１６ｂ）の出力光から所定偏波成分を抽出する第２の偏波抽出器（１２０ｂ，３２０ｂ）、及び当該第２の偏波変換装置（１１６ｂ，３１６ｂ）に対する制御信号を所定規制範囲内に規制した状態で、当該第２の偏波抽出器（１２０ｂ，３２０ｂ）の出力光強度がより大きくなるように当該第２の偏波変換装置（１１６ｂ，３１６ｂ）の偏波変換を制御する第２の制御手段（１３０ｂ，１３２ｂ，１３４ｂ；３４２ｂ）を具備する第２の分散補償器と、
当該第１及び第２の分散補償器の一方の出力を選択自在であり、当初は、当該第１の分散補償器の出力を選択する信号選択スイッチ（１２４、３２８）と、
当該第１及び第２制御手段（１２８ａ，１３０ａ，１３２ａ，１３４ａ；１３０ｂ，１３２ｂ，１３４ｂ；３４２ａ；３４２ｂ）による当該第１及び第２の偏波変換装置（１１６ａ，１１６ｂ，３１６ａ，３１６ｂ）の制御状態を監視し、その監視結果に従い当該第１及び第２の制御手段（１２８ａ，１３０ａ，１３２ａ，１３４ａ；１３０ｂ，１３２ｂ，１３４ｂ；３４２ａ，３４２ｂ）並びに当該信号選択スイッチ（１２４，３２８）を制御するスイッチ制御手段（１３６、３４４）であって、当該第１の制御手段（１２８ａ，１３０ａ，１３２ａ，１３４ａ；３４２ａ）の当該第１の波長変換装置（１１６ａ，３１６ａ）に対する制御信号がその規制範囲を越えた場合に、当該信号選択スイッチ（１２４，３２８）に当該第２の分散補償器の出力を選択させると共に、当該第２の制御手段（１３０ｂ，１３２ｂ，１３４ｂ；３１６ｂ）に、当該第２の偏波変換装置（１１６ｂ，３１６ｂ）に対する制御信号の規制範囲とは無関係に、当該第２の偏波抽出器（１２０ｂ，３２０ｂ）の出力光がより大きくなるように当該第２の偏波変換装置（１１６ｂ，３１６ｂ）の偏波変換を制御させるスイッチ制御手段（１３６、３４４）
とを具備することを特徴とする偏波モード分散補償装置。
【請求項１０】
当該スイッチ制御手段（１３６）は、当該第２の制御手段（１３０ｂ，１３２ｂ，１３４ｂ）に、当該第２の偏波変換装置（１１６ｂ）に対する制御信号の規制値とは無関係に、当該第２の偏波抽出器（１２０ｂ）の出力光がより大きくなるように当該第２の偏波変換装置（１１６ｂ）の偏波変換を制御させるときに、当該第１の制御手段（１２８ａ，１３０ａ，１３２ａ，１３４ａ）に、当該第１の偏波変換装置（１１６ａ）に対する制御信号を所定規制値範囲内に規制した状態で、当該第１の偏波抽出器（１２０ａ）の出力光がより大きくなるように当該第１の偏波変換装置（１１６ａ）の偏波変換を制御させる請求項９に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項１１】
当該第１及び第２の制御手段はそれぞれ、当該第１及び第２の偏波抽出器により抽出された当該所定偏波成分から得られる所定成分信号が大きくなるように、当該第１及び第２の偏波変換装置の偏波変換を制御する請求項９に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項１２】
当該所定成分信号は、当該入力信号光のクロック成分強度を示す信号である請求項１１に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項１３】
当該第１の制御手段（３４２ａ）が、当該第１の偏波抽出器（３２０ａ）から出力される２つの直交偏波成分の内の一方の偏波の出力光を電気信号に変換する第１の受光素子（３３２ａ）と、当該第１の受光素子（３３２ａ）の出力から当該所定成分信号を抽出する第１の信号抽出器（３３４ａ）と、当該第１の偏波抽出器（３２０ａ）から出力される他方の偏波の出力光を電気信号に変換する第２の受光素子（３３８ａ）と、当該第２の受光素子（３３８ａ）の出力から当該所定成分信号を抽出する第２の信号抽出器（３４０ａ）と、当該第１及び第２の信号抽出器（３３４ａ，３４０ａ）の出力を比較する第１の比較手段（３４２ａ）と、当該第１の比較手段（２４０）の比較結果に従い、当該第１及び第２の信号抽出器の一方の出力を選択する第１の選択器（２４２）とを具備し、当該第１の選択器（２４２）の出力が大きくなるように当該第１の偏波変換装置（３１６ａ）の偏波変換を制御し、
当該第２の制御手段（３４２ｂ）が、当該第２の偏波抽出器（３２０ｂ）から出力される２つの直交偏波成分の内の一方の偏波の出力光を電気信号に変換する第３の受光素子（３３２ｂ）と、当該第３の受光素子（３３２ｂ）の出力から当該所定成分信号を抽出する第３の信号抽出器（３３４ｂ）と、当該第２の偏波抽出器（３２０ｂ）から出力される他方の偏波の出力光を電気信号に変換する第４の受光素子（３３８ｂ）と、当該第４の受光素子（３３８ｂ）の出力から当該所定成分信号を抽出する第４の信号抽出器（３４０ｂ）と、当該第３及び第４の信号抽出器（３３４ｂ，３４０ｂ）の出力を比較する第２の比較手段（２４０）と、当該第２の比較手段（２４０）の比較結果に従い、当該第３及び第４の信号抽出器の一方の出力を選択する第２の選択器（２４２）を具備し、当該第２の選択器（２４２）の出力が大きくなるように当該第２の偏波変換装置（３１６ｂ）の偏波変換を制御し、
当該第１の分散補償器が更に、当該第１の比較手段の当該比較結果に従い、当該第１の偏波抽出器の何れか一方の偏波で搬送される信号を選択する第１の信号選択器（３２６ａ）を具備し、
当該第２の分散補償器が更に、当該第２の比較手段の当該比較結果に従い、当該第２の偏波抽出器の何れか一方の偏波で搬送される信号を選択する第２の信号選択器（３２６ｂ）を具備する
請求項１１に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項１４】
当該第１及び第２の偏波変換装置（３１６ａ，３１６ｂ）が、ファラデー回転により入力光の偏波を回転する装置からなる請求項９乃至１３の何れか１項に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項１５】
当該第１及び第２の偏波変換装置（１１６ａ，１１６ｂ，３１６ａ，３１６ｂ）がそれぞれ、ファラデー回転により当該入力信号光を偏波をポアンカレ球上の緯度線に沿って移動する第１の偏波変換器（３２）と、当該第１の偏波変換器（３２）の出力光を当該ポアンカレ球の赤道上に移動する波長板（３４）と、当該波長板（３４）の出力光の偏波を当該ポアンカレ球の赤道上に沿って移動する第２の偏波変換器（３６）とからなる請求項１４に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項１６】
当該第１及び第２の偏波変換器（３２，３６）はそれぞれ、ファラデー素子（４０，５０）と、当該制御手段からの駆動電流に従った、当該ファラデー素子（４０，５０）の光軸方向の磁界を当該ファラデー素子に印加する磁気発生手段（４２，５２）と、当該ファラデー素子（４０，５０）の光軸方向に直交する方向の、当該ファラデー素子（４０，５０）を磁気飽和させる強さの定常的な磁界を当該ファラデー素子（４０，５０）に印加する磁石（４４，４６，５４，５６）とからなる請求項１５に記載の偏波モード分散補償装置。
【請求項１７】
当該第１の信号選択器（３２６ａ）が、当該第１の偏波抽出器（３２０ａ）の何れか一方の偏波の出力光を選択する光スイッチであり、当該第２の信号選択器（３２６ｂ）が、当該第２の偏波抽出器（３２０ｂ）の何れか一方の偏波の出力光を選択する光スイッチである請求項１３に記載の偏波モード分散補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波モード分散補償装置に関し、より具体的には、光伝送路で信号光に生じ得る偏波モード分散を補償する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及とともに伝送容量の需要は止まることを知らずに拡大をしている。大容量の伝送には光ファイバ通信が適している。波長の異なる信号光を１本の光ファイバで伝送する波長多重伝送方式を採用し、波長数を増やし、各波長の信号光の変調速度を上げることで、比較的容易に伝送容量を増すことができる。受信感度を向上するためと、波長多重伝送を行なったときに相互位相変調を低減するために、信号光にリターン・ツー・ゼロ（ＲＺ）が用いるのが主流になってきている。
【０００３】
光ファイバは、理想的には、コアの中心軸（ファイバの中心軸）に対して回転対称であるが、製造工程の揺らぎから生じるわずかな非対称性により、信号光の波長分散量が、コアの中心軸を中心とする角度方向で異なる。これがいわゆる、偏波モード分散をもたらす。信号光の変調速度が５Ｇｂｉｔ／秒を超すと、偏波モード分散により、図８に示すように、ＲＺ信号が時間軸上で２つの直交する偏波成分（いわゆるＴＥ成分とＴＭ成分）に分離する。これは、受信側の受信処理で符号誤りを生じさせる。分離された直交成分の時間間隔は、光伝送路の状態に依存するが、一般的に時間的に無秩序に変動する。
【０００４】
この種の偏波モード分散を補償する手段が例えば、Ｆａｂｉａｎ  Ｒｏｙ他によるＯＦＣ’９９ＩＯＯＣ（ＯＦＣ（Ｏｐｔｉｃａ１  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａ１  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｚ（ＩＯＯＣ）、ＴｕＳ４−１，ｐｐ．２７５−２７８と、Ｈｉｒｏｋｉ  Ｏｏｉ他によるＯＦＣ’９９ＩＯＯＣ（ＯＦＣ（Ｏｐｔｉｃａ１  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｉｎ）ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ１  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｚ（ＩＯＯＣ）ＷＥ５−１）に記載されている。
【０００５】
従来の偏波モード分散補償装置は、基本的に、光伝送路からの信号光を２つの直交する偏波に変換する偏波制御器と、その出力光に対して、直交する２方向の偏波成分間で一定の時間差を与える偏波モード分散補償素子と、モード分散補償素子の出力光の強度又は偏光度Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ（ＤＯＰ）を計測し、計測結果が最大になるように偏波制御器による偏波制御量又は回転角を制御する測定器からなる。前者の文献では、ＤＯＰを計測する。後者の文献では、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ信号光に対しその半分の周波数２０ＧＨｚのクロック成分を計測する。
【０００６】
偏波制御器は、１／４波長板と１／２波長板をシリアルに配置した構造からなり、測定器が、測定結果に従い、光軸を中心として両波長板を機械的に回転させる。これにより、入射光の偏波が、直線偏波に変換される。偏波分散補償素子には一般的に、偏波保持ファイバが使用される。偏波保持ファイバは互いに直交するスロー軸とファースト軸を有し、その２つの軸間で波長分散が異なる。この結果、２つの軸間で信号光の伝搬速度が異なることになるので、偏波保持ファイバは、その軸間の伝搬速度差と長さに応じた量の偏波モード分散を与えることができる。従来例では、偏波保持ファイバの出力光の光強度又はＤＯＰが最大になるように、偏波制御器をフィードバック制御する。これにより、光伝送路で与えられた直交方向成分間の時間差を偏波保持ファイバで解消し、偏波モード分散を補償できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
通常の長距離光ファイバ伝送路では、信号光の偏波は、最低でも数１０ｍ秒で変化する。ところが、従来の偏波モード分散補償装置は、機械式の偏波制御器の応答が秒単位であることもあって、速い偏波の変化に追従できない。
【０００８】
また、従来例では、機械式の偏波制御器を使用するので、長期に亘って使用するのが難しい。換言すると、信頼性が低い。
【０００９】
更に、従来の装置では、偏波モード分散補償量が一定である偏波保持ファイバを使用するので、例えば、少しの偏波モード分散しか持たない信号光が入力した場合、逆に偏波モード分散を与えてしまう。これは、符号誤りを増大させる。
【００１０】
本発明は、入力信号光の偏波状態に適応して、その偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償装置を提示することを目的とする。
【００１１】
本発明は、より広い範囲の偏波モード分散を補償できる偏波モード分散補償装置を提示することを目的とする。
【００１２】
本発明はまた、このような不都合を解消し、より迅速に応答できる偏波モード分散補償装置を提示することを目的とする。
【００１３】
本発明はまた、入力信号光の偏波状態に自動適応して偏波モード分散を補償できる偏波モード分散補償装置を提示することを目的とする。
【００１４】
本発明は更に、長期にわたって高い信頼性を保持できる偏波モード分散補償装置を提示することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る偏波モード分散補償装置は、入力信号光の偏波モード分散を補償する装置であって、当該入力信号光の偏波を任意の角度の直線偏波に変換する偏波変換装置と、当該偏波変換装置の出力光から、互いに直交する２成分のうちの少なくとも一方の偏波成分を抽出する偏波抽出手段と、当該偏波抽出手段の出力光から所定成分の信号を抽出する信号抽出手段であって、当該偏波抽出手段の一方の偏波の出力光を電気信号に変換する受光素子と、当該受光素子の出力から当該所定成分の信号を抽出し、当該制御手段に供給する信号抽出器とを具備する信号抽出手段と、当該信号抽出手段の出力に従い、当該信号抽出手段の出力がより大きくなるように当該偏波変換装置を制御する制御手段とを具備し、当該信号抽出器が、当該入力信号光の平均光強度を抽出する電気フィルタであることを特徴とする。これにより、簡単な構成で、入力信号光の偏波状態に自動適応して、入力信号光の偏波モード分散を補償できる。
【００１８】
本発明に係る偏波モード分散補償装置は、入力信号光の偏波モード分散を補償する装置であって、当該入力信号光の偏波を任意の角度の直線偏波に変換する偏波変換装置と、当該偏波変換装置の出力光から、互いに直交する２成分のうちの少なくとも一方の偏波成分を抽出する偏波抽出手段と、当該偏波抽出手段の出力光から所定成分の信号を抽出する信号抽出手段であって、当該偏波抽出手段の一方の偏波の出力光を電気信号に変換する第１の受光素子と、当該第１の受光素子の出力から当該所定成分の信号を抽出する第１の信号抽出器と、当該偏波抽出手段の他方の偏波の出力光を電気信号に変換する第２の受光素子と、当該第２の受光素子の出力から当該所定成分の信号を抽出する第２の信号抽出器と、当該第１及び第２の信号抽出器の出力を比較する比較手段と、当該比較手段の比較結果に従い、当該第１及び第２の信号抽出器の一方の出力を選択して当該制御手段に供給するセレクタとを具備する信号抽出手段と、当該信号抽出手段の出力に従い、当該信号抽出手段の出力がより大きくなるように当該偏波変換装置を制御する制御手段と、当該比較手段の当該比較結果に従い、当該偏波抽出手段の何れか一方の偏波で搬送される信号を選択する信号選択手段とを具備することを特徴とする。これにより、主軸の変換が発生しても、支障なく継続的に、入力信号光の偏波モード分散を補償できる。
【００１９】
偏波変換装置が、ファラデー回転により当該入力信号光の偏波を回転する装置からなる。偏波変換装置は好ましくは、ファラデー回転により当該入力信号光を偏波をポアンカレ球上の緯度線に沿って移動する第１の偏波変換器と、当該第１の偏波変換器の出力光を当該ポアンカレ球の赤道上に移動する波長板と、当該波長板の出力光の偏波を当該ポアンカレ球の赤道上に沿って移動する第２の偏波変換器とからなる。当該第１及び第２の偏波変換器はそれぞれ、ファラデー素子と、当該制御手段からの駆動電流に従った、当該ファラデー素子の光軸方向の磁界を当該ファラデー素子に印加する磁気発生手段と、当該ファラデー素子の光軸方向に直交する方向の、当該ファラデー素子を磁気飽和させる強さの定常的な磁界を当該ファラデー素子に印加する磁石とからなる。これにより、可動部材無しで偏波を変換できるので、長期にわたる高い信頼性を確保できる。また、高速の応答が可能になる。
【００２０】
本発明に係る偏波モード分散補償装置はまた、入力信号光の偏波モード分散を補償する装置であって、当該入力信号光を２つに分割する光分波器と、当該光分波器の一方の出力光の偏波を任意の角度の直線偏波に変換する第１の偏波変換装置、当該第１の偏波変換装置の出力光から所定偏波成分を抽出する第１の偏波抽出器、及び当該第１の偏波抽出器の出力光強度がより大きくなるように当該第１の偏波変換装置の偏波変換を制御する第１の制御手段を具備する第１の分散補償器と、当該光分波器の他方の出力光の偏波を任意の角度の直線偏波に変換する第２の偏波変換装置、当該第２の偏波変換装置の出力光から所定偏波成分を抽出する第２の偏波抽出器、及び当該第２の偏波変換装置に対する制御信号を所定規制値範囲内に規制した状態で、当該第２の偏波抽出器の出力光強度がより大きくなるように当該第２の偏波変換装置の偏波変換を制御する第２の制御手段を具備する第２の分散補償器と、当該第１及び第２の分散補償器の一方の出力を選択自在であり、当初は、当該第１の分散補償器の出力を選択する信号選択スイッチと、当該第１及び第２制御手段による当該第１及び第２の偏波変換装置の制御状態を監視し、その監視結果に従い当該第１及び第２の制御手段並びに当該信号選択スイッチを制御するスイッチ制御手段であって、当該第１の制御手段の当該第１の波長変換装置に対する制御信号がその規制値を越えた場合に、当該信号選択スイッチに当該第２の分散補償器の出力を選択させると共に、当該第２の制御手段に、当該第２の偏波変換装置に対する制御信号の規制値とは無関係に、当該第２の偏波抽出器の出力光がより大きくなるように当該第２の偏波変換装置の偏波変換を制御させるスイッチ制御手段とを具備することを特徴とする。
【００２１】
この構成により、入力信号光の偏波状態に適応して、その偏波モード分散を補償できる。また、ポアンカレ球を１周以上回るほどに光伝送路の偏波が変化した場合等に、即座に第２の分散補償器に切り換えることで、偏波変換器に過大な制御信号を供給し続けること、及び、過大な制御信号での分散補償状態に依存することを防止できる。これにより、高い信頼性を確保できる。
【００２２】
好ましくは、スイッチ制御手段は、当該第２の制御手段に、当該第２の偏波変換装置に対する制御信号の規制値とは無関係に、当該第２の偏波抽出器の出力光がより大きくなるように当該第２の偏波変換装置の偏波変換を制御させるときに、当該第１の制御手段に、当該第１の偏波変換装置に対する制御信号を所定規制値範囲内に規制した状態で、当該第１の偏波抽出器の出力光がより大きくなるように当該第１の偏波変換装置の偏波変換を制御させる。これにより、第２の分散補償器に過剰な制御信号が供給されるようになったときには、即座に、再び第１の分散補償器に切り替えることが可能になり、継続的に且つ長期に、安定した分散補償を得られる。
【００２３】
第１及び第２の制御手段はそれぞれ、当該第１及び第２の偏波抽出器により抽出された当該所定偏波成分から得られる所定成分信号が大きくなるように、当該第１及び第２の偏波変換装置の偏波変換を制御する。当該所定成分信号は例えば、当該入力信号光のクロック成分強度を示す信号である。
【００２４】
好ましくは、第１の制御手段が更に、当該第１の偏波抽出器から出力される２つの直交偏波成分の内の一方の偏波の出力光を電気信号に変換する第１の受光素子と、当該第１の受光素子の出力から当該所定成分信号を抽出する第１の信号抽出器と、当該第１の偏波抽出器から出力される他方の偏波の出力光を電気信号に変換する第２の受光素子と、当該第２の受光素子の出力から当該所定成分信号を抽出する第２の信号抽出器と、当該第１及び第２の信号抽出器の出力を比較する第１の比較手段と、当該第１の比較手段の比較結果に従い、当該第１及び第２の信号抽出器の一方の出力を選択する第１の選択器を具備し、当該第１の選択器の出力が大きくなるように当該第１の偏波変換装置の偏波変換を制御する。当該第２の制御手段が更に、当該第２の偏波抽出器から出力される２つの直交偏波成分の内の一方の偏波の出力光を電気信号に変換する第３の受光素子と、当該第３の受光素子の出力から当該所定成分信号を抽出する第３の信号抽出器と、当該第２の偏波抽出器から出力される他方の偏波の出力光を電気信号に変換する第４の受光素子と、当該第４の受光素子の出力から当該所定成分信号を抽出する第４の信号抽出器と、当該第３及び第４の信号抽出器の出力を比較する第２の比較手段と、当該第２の比較手段の比較結果に従い、当該第３及び第４の信号抽出器の一方の出力を選択する第２の選択器を具備し、当該第２の選択器の出力が大きくなるように当該第２の偏波変換装置の偏波変換を制御する。そして、当該第１の分散補償器が更に、当該第１の比較手段の当該比較結果に従い、当該第１の偏波抽出器の何れか一方の偏波で搬送される信号を選択する第１の信号選択器を具備し、当該第２の分散補償器が更に、当該第２の比較手段の当該比較結果に従い、当該第２の偏波抽出器の何れか一方の偏波で搬送される信号を選択する第２の信号選択器を具備する。これにより、主軸の交換が生じても、それに応じて支障なく偏波モード分散を補償し続けることができる。
【００２５】
好ましくは、第１及び第２の偏波変換装置が、ファラデー回転により入力光の偏波を回転する装置からなる。より具体的には、当該第１及び第２の偏波変換装置がそれぞれ、ファラデー回転により当該入力信号光を偏波をポアンカレ球上の緯度線に沿って移動する第１の偏波変換器と、当該第１の偏波変換器の出力光を当該ポアンカレ球の赤道上に移動する波長板と、当該波長板の出力光の偏波を当該ポアンカレ球の赤道上に沿って移動する第２の偏波変換器とからなる。第１及び第２の偏波変換器はそれぞれ、ファラデー素子と、当該制御手段からの駆動電流に従った、当該ファラデー素子の光軸方向の磁界を当該ファラデー素子に印加する磁気発生手段と、当該ファラデー素子の光軸方向に直交する方向の、当該ファラデー素子を磁気飽和させる強さの定常的な磁界を当該ファラデー素子に印加する磁石とからなる。これにより、可動部材無しで偏波を変換できるので、長期にわたる高い信頼性を確保できる。また、高速の応答が可能になる。
【００２６】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施例の概略構成ブロック図を示す。図１に示す実施例の構成と動作を説明する。光伝送路からの信号光は、光ファイバ１０に入力し、光ファイバ１０を伝搬して偏波変換装置１２に入力する。偏波変換装置１２は、任意の偏波の入力光を所望の角度の直線偏波に変換する装置であり、具体的には、特開平９−６１７７２号公報の図４（又は米国特許第５，７３９，９４３号の図１５）に記載される構成からなり、同公報の記載内容は、本明細書中に取り入れられる。偏波変換装置１２の詳細な構成と動作は後述する。
【００２８】
偏波変換装置１２により直線偏波に変換された信号光は、光ファイバ１４を伝搬して偏光ビームスプリッタ１６に入力する。偏光ビームスプリッタ１６は、光ファイバ１４からの光を２つの直交する偏波成分（例えば、ＴＥとＴＭ）に分波し、一方（例えば、ＴＥ成分）を光ファイバ１８に出力する。本実施例では、偏光ビームスプリッタ１６は、特定方向の偏光成分を抽出する偏光子として機能する。
【００２９】
光ファイバ１８を伝搬する光のほとんどは、信号受信用の受光素子２０に入射するが、その残りは、光カップラ２２により分波されて受光素子２４に入射する。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２６は、受光素子２４の出力から信号のクロック成分を抽出する。例えば、光伝送路から入力する信号光が１０Ｇｂ／ｓで変調されている場合、ＢＰＦ２６の通過中心周波数は１０ＧＨｚとなる。ＢＰＦ２６の出力は、いわば信号光の信号スペクトル成分強度を反映する。制御回路２８は、ＢＰＦ２６の出力に従い、ＢＰＦ２６の出力が最大になるように偏波変換装置１２による出力光の偏波角度を制御する。
【００３０】
これにより、偏波変換装置１２は、光ファイバ１８上で信号光（ＴＥ波）の振幅が最大になるような角度の直線偏波に、光伝送路からの信号光の偏波を変換する。すなわち、受光素子２０には、偏波モード分散が解消された信号光が入射する。この結果、光伝送路上での偏波モード分散が完全に解消される。しかも、光伝送路上での偏波モード分散の変動にも充分な速度で追従できるので、符号誤りを低減でき、受信性能を大幅に高めることができる。
【００３１】
制御回路２８による偏波変換装置１２の制御方法としては、最大値を探索する種々の方法を利用できる。例えば、第１の方法では、偏波変換装置１２に対する制御値を僅かに変動させて、偏波変換装置１２の出力光の偏波角度を変動させ、その前後におけるＢＰＦ２６の出力の比較からＢＰＦ２６の出力がより大きい方の制御値を採用し、以後、その制御動作を逐次的に実行する。第２の方法では、第１の方法に準じた何からの初期的な動作の結果、ＢＰＦ２６の出力が大きくなる方向を決定した後では、ＢＰＦ２６の出力が減少に転ずるまでその方向に制御値を逐次的に変化させる。更には、制御可能範囲内で大まかに区分した各点の制御値に対するＢＰＦ２６の出力を一括して取り込み、その結果から、ＢＰＦ２６の出力が最大になる範囲を逐次的に探索する方法でもよい。これらの方法は適宜に組合せ可能である。
【００３２】
受光素子２０と受光素子２４が同じ光電変換性能で良ければ、受光素子２０の出力をＢＰＦ２６にも印加するようにすればよい。その場合には、光カップラ２２と受光素子２４を省略できる。
【００３３】
偏波変換装置１２の構成と動作を簡単に説明する。図２は、偏波変換装置１２の斜視図を示す。光ファイバ１０の出射光は、コリメータレンズ３０により平行ビームにされ、第１の偏波変換器３２に入射する。第１の偏波変換器３２は、入射光の偏波を、任意の状態から同じ緯線上で移動させる。第１の偏波変換器３２の出力光は、１／４波長板３４を透過して、第２の偏波変換器３６に入射する。１／４波長板３４は、ポアンカレ球上で垂直直線偏波を示す点と水平直線偏波を示す点とを結ぶ線を中心に９０゜回転することにより、偏波を赤道上に移動させる。第２の偏波変換器３６は、赤道上で偏波を所望の角度に変換できる。第２の偏波変換器３６の出力光は、集光レンズ３８により集光されて光ファイバ１４に入射される。
【００３４】
偏波変換器３２は、次のような構成からなる。光軸上にはファラデー回転子４０が配置されている。ファラデー回転子４０は、ファラデー効果を示すガーネット膜からなる。ファラデー回転子４０の周囲には、ファラデー回転子４０に対し光軸方向に磁界を印加するようにコイル４２が配置されている。コイル４２に流す電流を調節することで、光軸方向の印加磁界の強度を調節できる。コイル４２の更に外側には、ファラデー回転子４０に対し光軸に直交した方向の一定の磁界を印加するように、磁石４４，４６が配置されている。磁石４４，４６がファラデー回転子４０を印加する磁界は、ファラデー回転子４０を磁気飽和させる程に強く設定されている。
【００３５】
偏波変換器３６は、偏波変換器３２と同じ構成からなる。すなわち、偏波変換器３６は、光軸上に配置されるファラデー回転子５０、ファラデー回転子５０の周囲に配置され、ファラデー回転子５０に対し光軸方向に磁界を印加するコイル５２、コイル５２の外側に配置され、ファラデー回転子５０に対し光軸に直交した方向の定常的な磁界を印加する磁石５４，５６からなる。
【００３６】
詳細は上述の公報に記載されているが、偏波変換器３２，３６では、コイル４２，５２に印加する電流を＋Ｉから−Ｉの範囲で変化させる調節することで、ファラデー回転子４０，５０に印加される合成磁界の方向をプラスからマイナスに変化させることができる。これにより、偏波変換器３２，３６はそれぞれ、ポアンカレ球上で緯線方向に偏波を変更することができる。
【００３７】
理論的には、偏波変換器３２は、回転偏波、直線偏波及び楕円偏波の何れかである任意の偏波の入射光を、垂直方向及び水平方向に軸を有する楕円偏波に変換する。波長板３４が、偏波変換器３２の出力光の楕円偏波を直線偏波に変換する。そして、偏波変換器３６が、波長板３４により得られた直線偏波を、所望の角度の直線偏波に変換する。
【００３８】
図３は、ポアンカレ球上での、偏波変換装置１２による偏波変換の様子を示す模式図である。６０は北極、６２は南極、６３は垂直方向の直線偏波、６４は子午線、６５は水平方向の直線偏波、６６は赤道をそれぞれ示す。偏波変換装置１２の入射光（光ファイバ１０の出射光）の偏波が、符号６８で示す位置にあるとする。第１の偏波変換器３２は、入射光の偏波（図３の６８）を同じ緯線上で、指定の角度だけ回転移動させる。ここでは、便宜上、第１の偏波変換器３２は、偏波を子午線６４の位置７０に移動させたとする。１／４波長板３４は、位置７０の偏波を垂直偏波の点６３と水平偏波の点６５を結ぶ線を中心に９０゜回転させ、赤道６６上の位置７２に移動させる。そして、第２の偏波変換器３６は、赤道６６上の位置７２の偏波を、赤道６６上で所望の角度だけ移動させることができ、例えば、位置７４に移動させる。すなわち、偏波は、位置６８から、位置７０，７２を経て位置７４に移動する。このようにして、本実施例の偏波変換装置１２は、任意の偏波状態の光を、任意の所望の角度の直線偏波に変換することができる。
【００３９】
ファラデー回転子４０，５０とコイル４２，５２からなる電磁石による偏波変換の応答速度は１００ｋＨｚ程度であるので、１０ミリ秒より速い偏波状熊の変化にも充分に追いつくことができる。
【００４０】
上記実施例では、偏波変換装置１２の出力光の直線偏波のうち、所定軸方向成分のみを検出し、それが最大になるように偏波変換装置１２を制御したが、偏波返還装置１２の出力光の直線偏波のうちの、所定方向成分とこれに直交する方向成分の両方の光強度（又はクロック成分の振幅）を検出し、両者を比較して、所定方向成分がこれに直交する方向成分よりも常に強くなるように、偏波変換装置１２を制御しても良い。
【００４１】
上記実施例では、ＢＰＦ２６は、信号のクロック成分を抽出したが、直流より高い周波数から、クロック成分の周波数を越すクロック成分近傍の周波数までの中のデータ成分を抽出するようにしても良い。但し、雑音が多くなり、不安定になりやすい。例えば、ＢＰＦ２６の通過中心周波数を５ＧＨｚとしてもよい。
【００４２】
本実施例では、可動部無しで構成できるので、長期にわたり高い信頼性を確保できる。また、応答が早いので、光伝送路での伝送状態の変動にも充分に追従でき、実用上、高い効果が得られ、受信特性を大幅に改善できる。
【００４３】
偏波変換装置１２は、ポアンカレ球上の任意の偏波状態を任意の偏波状態に変換できる。しかし、ファラデー回転子４０，５０に流すことのできる電流は有限である。従って、偏波の回転量も有限となり、ポアンカレ球上を何周も回るような状態の伝送系に対して用いると、コイル４２，５２に流す電流が増加して、制限値を越えてしまうことにもなりかねない。コイル４２，５２に流す電流が制限値を越えると、偏波変換ができなくなり、偏波モード分散を補償できなくなる。
【００４４】
図４は、ポアンカレ球上を何周も回るように偏波が変動するような光伝送系にも適用可能な本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００４５】
図４に示す実施例の構成と動作を説明する。光伝送路からの信号光は、入力ポート１１０から３ｄＢ光カップラ１１２に入力し、ここで２系統に分割される。３ｄＢ光カップラ１１２で分割された２つの信号光は、それぞれ、光ファイバ１１４ａ，１１４ｂを伝送して偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂに入射する。偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂは偏波変換装置１２と全く同じ構成からなり、入射光の偏波を所望の角度の直線偏波に変換する。
【００４６】
偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂにより直線偏波に変換された信号光は、光ファイバ１１８ａ，１１８ｂを伝搬して偏光ビームスプリッタ１２０ａ，１２０ｂに入力する。偏光ビームスプリッタ１２０ａ，１２０ｂは、光ファイバ１１８ａ，１１８ｂからの光を２つの直交する偏波成分（例えば、ＴＥとＴＭ）に分波し、一方（例えば、ＴＥ成分）を光ファイバ１２２ａ，１２２ｂに出力する。本実施例でも、偏光ビームスプリッタ１２０ａ，１２０ｂは、特定方向の偏光成分を抽出する偏光子として機能する。
【００４７】
光ファイバ１２２ａ，１２２ｂを伝搬する光のほとんどは、それぞれ光スイッチ１２４の２つの入力ポートに入力する。光スイッチ１２４は、２つの入力ポートの一方の入力光を選択し、信号受信用の受光素子１２６に供給する。受光素子１２６は入力光を電気信号に変換し、図示しない受信処理系に供給する。
【００４８】
光ファイバ１２２ａ，１２２ｂを伝搬する光の残りは、光カップラ１２８ａ，１２８ｂにより分波されて受光素子１３０ａ，１３０ｂに入射する。ＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂは、ＢＰＦ２６と同様に、受光素子１３０ａ，１３０ｂの出力から信号のクロック成分を抽出する。制御回路１３４ａ，１３４ｂはそれぞれ、ＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂの出力に従い、ＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂの出力が最大になるように偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂによる出力光の偏波角度を制御する。
【００４９】
本実施例は、偏波変換装置１１６ａ、受光素子１３０ａ、ＢＰＦ１３２ａ及び制御回路１３４ａからなる偏波モード分散補償系、偏波変換装置１１６ｂ、受光素子１３０ｂ、ＢＰＦ１３２ｂ及び制御回路１３４ｂからなる偏波モード分散補償系という２つの補償系を具備する。その２つの補償系は互いに独立に図１に示す実施例と同様に動作して、入力光の偏波モード分散を補償する。光スイッチ１２４が、２つの系統の偏波モード分散補償結果の一方を選択して、受光素子１２６に供給する。
【００５０】
光スイッチ１２４は偏波依存性を有しない素子からなるのが好ましい。例えば、光スイッチ１２４は、ニオブ酸リチウム導波路からなる方向性結合器の中間に１／２波長板を挿入した構造からなる。
【００５１】
制御回路１３４ａ，１３４ｂは、ＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂの出力に応じた偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂの駆動電流の制御よりも、偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂの駆動電流がポアンカレ球上で１周以上しないような駆動電流の規制を優先する動作モード（規制優先モード）と、駆動電流の規制よりも、ＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂの出力に応じた偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂの駆動電流の制御を優先する動作モード（追従優先モード）を具備する。規制優先モードでは、制御回路１３４ａ，１３４ｂは、偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂへの駆動電流が規制値を越えると、その駆動電流を０（又は、規制値範囲内の電流であって、ポアンカレ球上の同じ位相位置に対応する電流）から再スタートして、ＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂの出力が大きくなる方向に偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂの駆動電流を制御する。他方、追従優先モードでは、制御回路１３４ａ，１３４ｂは、偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂへの駆動電流が規制値を越えても、そのままＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂの出力が大きくなる方向に偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂの駆動電流を制御し続けると共に、スイッチ制御回路１３６に駆動電流が規制値を越えた旨を通知する。
【００５２】
スイッチ制御回路１３６は、制御回路１３４ａ，１３４ｂの動作モードを制御すると共に、光スイッチ１２４の切り替えを制御する。具体的には、スイッチ制御回路１３６は初期設定として、一方の制御回路１３４ａ（又は１３４ｂ）を追従優先モードで動作させ、他方の制御回路１３４ｂ（又は１３４ａ）を規制優先モードで動作させると共に、光スイッチ１２４に対しては、光ファイバ１２２ａ（又は１２２ｂ）からの入力光を選択させる。制御回路１３４ａ（又は同１３４ｂ）は、偏波変換装置１１６ａ（又は１１６ｂ）の駆動電流を、その規制値に関わらずＢＰＦ１３２ａ（又は１３２ｂ）の出力が大きくなるように制御し、制御回路１３４ｂ（又は同１３４ａ）は、偏波変換装置１１６ｂ（又は１１６ａ）の駆動電流をＢＰＦ１３２ｂ（又は１３２ａ）の出力が大きくなるように制御しつつも、駆動電流がその規制値を越えない範囲に規制する。光スイッチ１２４が光ファイバ１２２ａからの入力光を選択するので、偏波変換装置１１６ａ（又は１１６ｂ）で偏波モード分散を補償された信号光が、受光素子１２６に入射する。
【００５３】
スイッチ制御回路１３６は、制御回路１３４ａ（又は１３４ｂ）から駆動電流が規制値を越えた旨を示す信号を受け取ると、光スイッチ１２４に光ファイバ１２２ｂ（又は１２２ａ）からの入力光を選択させると共に、制御回路１３４ｂ（又は１３４ａ）を追従優先モードで動作させ、制御回路１３４ａ（又は１３４ｂ）を初期化（例えば、出力する駆動電流を０にリセット）した上で規制優先モードで動作させる。
【００５４】
このように、本実施例では、駆動電流を規制値内に規制することを優先して入力信号光の偏波モード分散を補償する予備系統を用意しているので、現用の系統で駆動電流が規制値を超えてしまっても、即座に予備系統に切り換えて、偏波モード分散を補償された信号光を支障なく受光素子１２６に供給し続けることができる。これにより、補償系統の切り替えによるロスも無しに、符号誤りを低減でき、受信性能を大幅に高めることができる。偏波変換装置１１６ａ，１１６ｂの駆動電流が規制値を超えても、ＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂの出力が大きくなる方向に制御し続けると、いつかは補償不能に陥るが、本実施例では、このような弊害を完全に解消できる。
【００５５】
本実施例では、光スイッチ１２４は、ニオブ酸リチウム導波路からなる方向性結合器の中間に１／２波長板を入れて無偏波化した光スイッチからなる。２つの経路を通ってきた伝送信号光の間のコヒーレントクロストークを低減させるためには、光スイッチ１２４には極めて高い消光比が要求されるからである。
【００５６】
但し、偏光ビームスプリッタ１２０ａと光スイッチ１２４の間、及び偏光ビームスプリッタ１２０ｂと光スイッチ１２４の間を偏波保持系で構成し、光スイッチ１２４に入射する光の偏波方向を互いに直交させておけば、コヒーレントクロストークが生じない。この場合には、光スイッチ１２４は、消光比が低いニオブ酸リチウム導波路の光スイッチでもよい。
【００５７】
このように、図４に示す実施例は、ポアンカレ球上を何周も回るような偏波モード分散が生じる光伝送系にも適用できる。
【００５８】
ＢＰＦ２６の場合と同様に、ＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂは、直流より高い周波数から、クロック成分の周波数を越すクロック成分近傍の周波数までの中のデータ成分を抽出するようにしても良い。但し、雑音が多くなり、不安定になりやすい。
【００５９】
図５は、本発明の第３実施例の概略構成ブロック図を示す。図１及び図４に示す実施例では、偏光ビームスプリッタ１６，１２０ａ，１２０ｂで所定方向（主軸）の偏波成分のみを抽出するので、主軸の偏波成分が小さくなり、主軸と直交する偏波成分が大きくなるような偏波変動が光伝送路で生じた場合には、一時的に、偏波モード分散を補償できなくなりかねない。図５に示す実施例は、このような事態にも対応できる。
【００６０】
図５に示す実施例の構成と動作を説明する。光伝送路からの信号光は、入力ポート２１０から光ファイバ２１２に入力し、光ファイバ２１２を伝搬して偏波変換装置２１４に入力する。偏波変換装置２１４は偏波変換装置１２と全く同じ構成からなり、任意の偏波の入力光を所望の角度の直線偏波に変換する。偏波変換装置２１４により直線偏波に変換された信号光は、光ファイバ２１６を伝搬して偏光ビームスプリッタ２１８に入力する。偏光ビームスプリッタ２１８は、光ファイバ２１６からの光を２つの直交する偏波成分（例えば、ＴＥとＴＭ）に分波し、一方（例えば、ＴＥ成分）を光ファイバ２２０に、他方（例えば、ＴＭ成分）を光ファイバ２２２に出力する。
【００６１】
光ファイバ２２０を伝搬する光のほとんどは、光スイッチ２２４を介して信号受信用の受光素子２２６に入射するが、その残りは、光カップラ２２８により分波されて受光素子２３０に入射する。ＢＰＦ２３２は、ＢＰＦ２６と同様に、受光素子２３０の出力から信号のクロック成分を抽出する。
【００６２】
同様に、光ファイバ２２２を伝搬する光のほとんどは、光スイッチ２２４を介して信号受信用の受光素子２２６に入射するが、その残りは、光カップラ２３４により分波されて受光素子２３６に入射する。ＢＰＦ２３８は、ＢＰＦ２３２と同様に、受光素子２３６の出力から信号のクロック成分を抽出する。
【００６３】
比較回路２４０は、ＢＰＦ２３２，２３８の出力を比較し、その比較結果により、後述するように、ＢＰＦ２３２の出力による偏波制御とＢＰＦ２３８の出力による偏波制御とを切り替える。ＢＰＦ２３２，２３８の出力はまた、それぞれスイッチ２４２の選択接点２４２ａ，２４２ｂに印加される。スイッチ２４２の共通接点２４２ｃは制御回路２４４の入力に接続する。スイッチ２４２は、比較回路２４０の比較結果に従い、ＢＰＦ２３２又は同２３８の出力を選択して制御回路２４４に印加する。
【００６４】
制御回路２４４は、スイッチ２４２の共通接点２４２ｃからの信号に従い、その信号レベルが最大になるような、偏波変換装置２１４に対する駆動電流を生成し、偏波変換装置２１４に印加する。制御回路２４４はまた、比較回路２４０によるスイッチ２４２の切り替えに従い、ＢＰＦ２３２又は同２３８の出力を最大にする制御動作をリセットする。スイッチ２４２の切り替えにより制御回路２４４の制御動作の連続性が断たれるからである。スイッチ２４２の切り替えによっても偏波変換装置２１４に対する駆動電流値を継続的に制御できる場合には、このような制御動作のリセットは不要である。
【００６５】
一般的には、比較回路２４０は、ＢＰＦ２３２，２３８の出力を比較し、その大小に応じて、スイッチ２４２を切り替える。すなわち、ＢＰＦ２３２の出力がＢＰＦ２３８の出力より大きいときには、比較回路２４０は、スイッチ２４２にＢＰＦ２３２の出力を選択させ、逆に、ＢＰＦ２３８の出力がＢＰＦ２３２の出力より大きいときには、スイッチ２４２にＢＰＦ２３８の出力を選択させる。
【００６６】
ＢＰＦ２３２の出力による偏波制御と、ＢＰＦ２３８の出力による偏波制御との切り替えにはヒステリシス特性を持たせてもよい、そうすれば、スイッチ２４２が頻繁に切り替わるのを防止できる。例えば、ＢＰＦ２３２の出力がＢＰＦ２３８の出力より小さい状態からＢＰＦ２３８の出力より大きくなる方向に相対的に変化する場合には、比較回路２４０は、ＢＰＦ２３２の出力がＢＰＦ２３８の出力より所定値以上、大きくなったときに、スイッチ２４２にＢＰＦ２３２の出力を選択させる。ＢＰＦ２３２，２３８の出力の変化が逆の関係にある場合、比較回路２４０は、ＢＰＦ２３８の出力がＢＰＦ２３２の出力より所定値以上、大きくなったときに、スイッチ２４２にＢＰＦ２３８の出力を選択させる。
【００６７】
比較回路２４０はまた、スイッチ２４２の切り替えに同期して、光スイッチ２２４を切り替える。すなわち、比較回路２４０は、スイッチ２４２にＢＰＦ２３２の出力を選択させるときには、光スイッチ２２４に光ファイバ２２０からの入力光を選択させ、逆に、スイッチ２４２にＢＰＦ２３８の出力を選択させるときには、光スイッチ２２４に光ファイバ２２２からの入力光を選択させる。
【００６８】
光スイッチ２２４は、ニオブ酸リチウム導波路の方向性結合器の中間に１／２波長板を挿入することで無偏光化した光スイッチからなる。しかし、先の実施例と同様に、光ファイバ２２０，２２２を偏波保持ファイバとし、光スイッチ２２４に入射する２つの光を互いに直交させておけば、コヒーレントクロストークが生じない。この場合には、光スイッチ２２４は、消光比の低いニオブ酸リチウム導波路の光スイッチでもよい。
【００６９】
図５に示す実施例では、光伝送路の状態が変化して、主軸としていた方向の信号が小さくなり、主軸方向に直交する偏波成分が大きくなるような事態が生じても、新たな主軸方向成分に追従して、偏波モード分散補償を継続できる。すなわち、主軸が交代しても、支障なく偏波モード分散の補償を継続できる。
【００７０】
図５に示す実施例でも、ＢＰＦ２３２，２３８は、直流より高い周波数から、クロック成分の周波数を越すクロック成分近傍の周波数までの中のデータ成分を抽出するようにしても良い。但し、雑音が多くなり、不安定になりやすい。例えば、ＢＰＦ２３２，２３８の通過中心周波数を５ＧＨｚとしてもよい。
【００７１】
図６は、図４に示す実施例と図５に示す実施例を合体した実施例の概略構成ブロック図を示す。本実施例は、図４に示す実施例と同様に、基本的に同じ構成からなる２つの偏波モード分散補償系Ａ，Ｂを具備し、各補償系Ａ，Ｂは、図５に示す実施例と同様に、主軸方向の成分及び主軸方向に直交する方向の成分の両方をレベルを調べ、レベルの大きい方の成分で偏波モード分散を補償する。このように構成することで、伝送信号光の偏波がポアンカレ球上を何周も回るような光伝送系、及び、主軸が交代するような光伝送系のどちらにもそのまま適用でき、偏波モード分散を支障なく補償できる。
【００７２】
図６に示す実施例の構成と動作を説明する。光伝送路からの信号光は、入力ポート３１０から３ｄＢ光カップラ３１２に入力し、ここで２系統Ａ，Ｂに分割される。３ｄＢ光カップラ３１２で分割された２つの信号光は、それぞれ、光ファイバ３１４ａ，３１４ｂを伝送して偏波変換装置３１６ａ，３１６ｂに入射する。偏波変換装置３１６ａ，３１６ｂは偏波変換装置１２，１１６ａ，１１６ｂと全く同じ構成からなり、入射光の偏波を所望の角度の直線偏波に変換する。
【００７３】
偏波変換装置３１６ａにより直線偏波に変換された信号光は、光ファイバ３１８ａを伝搬して偏光ビームスプリッタ３２０ａに入力する。偏光ビームスプリッタ３２０ａは、光ファイバ３１８ａからの光を２つの直交する偏波成分（例えば、ＴＥとＴＭ）に分波し、一方（例えば、ＴＥ成分）を光ファイバ３２２ａに、他方（例えば、ＴＭ成分）を光ファイバ３２４ａに出力する。
【００７４】
光ファイバ３２２ａを伝搬する光のほとんどは、光スイッチ３２６ａを介して光スイッチ３２８の一方のポートに入射するが、その残りは、光カップラ３３０ａにより分波されて受光素子３３２ａに入射する。ＢＰＦ３３４ａは、ＢＰＦ２６，１３２ａと同様に、受光素子３３２ａの出力から信号のクロック成分を抽出する。
【００７５】
同様に、光ファイバ３２４ａを伝搬する光のほとんどは、光スイッチ３２６ａを介して光スイッチ３２８の他方のポートに入射するが、その残りは、光カップラ３３６ａにより分波されて受光素子３３８ａに入射する。ＢＰＦ３４０ａは、ＢＰＦ２３２，２３８と同様に、受光素子３３８ａの出力から信号のクロック成分を抽出する。
【００７６】
制御回路３４２ａは、図５に示す実施例の比較回路２４０、スイッチ２４２及び制御回路２４４の機能を具備する。制御回路３４２ａは更に、制御回路１３４ａ，１３４ｂと同様に、追従優先モード又は規制優先モードで動作でき、また、偏波変換装置３１６ａに対する駆動電流が規制値を超えたかどうかを示す情報をスイッチ制御回路３４４に供給する。
【００７７】
以上、Ａ系統の構成と動作を説明したが、符号に付加された’ａ’を’ｂ’と読み替えることで、Ｂ系統の構成及び動作の説明とすることができる。従って、Ｂ系統の構成と動作の詳細な説明を省略する。
【００７８】
スイッチ制御回路３４４は、追従優先モード及び規制優先モードのどちらで動作すべきかを制御回路３４２ａ，３４２ｂに指示する。スイッチ制御回路３４４は、制御回路３４２ａ，３４２ｂ及び光スイッチ３２８に対して、スイッチ制御回路１３６と同様に動作する。即ち、Ａ系統の偏波モード分散補償結果を光スイッチ３２８で選択する場合には、光スイッチ３２８に光スイッチ３２６ａからの信号光を選択させ、制御回路３４２ａを追従優先モードで動作させ、制御回路３４２ｂを規制優先モードで動作させる。Ａ系統で偏波変換装置３１６ａに対する駆動電流がポアンカレ球上で１周以上してしまったときには、スイッチ制御回路３４４は、光スイッチ３２８に光スイッチ３２６ｂからの信号光を選択させ、制御回路３４２ａを初期化した上で規制優先モードで動作させ、制御回路３４２ｂを追従優先モードで動作させる。
【００７９】
光スイッチ３２８で選択された信号光は受信処理用の受光素子３４６に入射する。受光素子３４６は入力光の強度変化に応じて振幅が変化する電気信号を出力する。受光素子３４６の出力は、受信処理系へ供給される。
【００８０】
光スイッチ３２６ａ，３２６ｂ，３２８は、ニオブ酸リチウム導波路の方向性結合器の中間に１／２波長板を挿入することで無偏光化した光スイッチからなる。しかし、先の実施例と同様に、光ファイバ３２２ａ，３２２ｂ，３２４ａ，３２４ｂを偏波保持ファイバとし、光スイッチ３２６ａ，３２６ｂに入射する２つの光を互いに直交させておけば、コヒーレントクロストークが生じない。この場合には、光スイッチ３２６ａ，３２６ｂは、消光比の低いニオブ酸リチウム導波路の光スイッチでもよい。
【００８１】
このように、図６に示す実施例は、図４に示す実施例の利点と図５に示す実施例の利点を併せ持つ。すなわち、図６に示す実施例は、ポアンカレ球上を何周も偏波が回るような光伝送系でも適用でき、且つ、主軸が交代しても偏波モード分散を補償し続けることができる。
【００８２】
光スイッチ１２４，２２４，３２６ａ，３２６ｂ，３２８としてニオブ酸リチウム導波路を用いたが、２台の電気吸収型光変調器と３ｄＢカップラを組み合わせた光スイッチでもよい。
【００８３】
図４及び図６に示す実施例では、２系統の偏波モード分散補償結果を光スイッチで選択したが、２系統の各偏波モード分散補償結果を別々の受光素子に入力して電気信号に変換し、その受光素子の出力を電気スイッチで選択するようにしてもよいことは明らかである。
【００８４】
図６に示す実施例でも、先の各実施例と同様に、ＢＰＦ３３４ａ，３３４ｂ，３４０ａ，３４０ｂは、直流より高い周波数から、クロック成分の周波数を越すクロック成分近傍の周波数までの中のデータ成分を抽出するようにしても良い。但し、雑音が多くなり、不安定になりやすい。例えば、ＢＰＦ３３４ａ，３３４ｂ，３４０ａ，３４０ｂの通過中心周波数を５ＧＨｚとしてもよい。
【００８５】
図４、図５及び図６に示す実施例では、光スイッチ１２４，２２４，３２８で信号光を選択した後に受光素子１２６，２２６，３４６により電気信号に変換しているが、先に、受光素子で個別に電気信号に変換してから電気スイッチでそれら受光素子の出力を選択するようにしてもよい。図７は、図４に示す実施例をそのように変更した実施例の概略構成ブロック図を示す。図４と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【００８６】
受光素子１４０ａ，１４０ｂはそれぞれ、光ファイバ１２２ａ，１２２ｂからの信号光を電気信号に変換し、得られた電気信号を電気スイッチ１４２の別々の選択接点に供給する。電気スイッチ１４２は、スイッチ制御回路１３６からの切り替え制御信号に従い、受光素子１４０ａ又は同１４０ｂの出力を選択して、後段の受信処理回路に供給する。
【００８７】
図１に示す実施例に関連して言及したように、図７に示す構成では、受光素子１４０ａ，１４０ｂの出力をＢＰＦ１３２ａ，１３２ｂにも供給するようにすることで、光カップラ１２８ａ，１２８ｂ及び受光素子１３０ａ，１３０ｂを省略できる。図５及び図６に示す実施例に対しては、一方の偏波成分に対する分波器及び受光素子を省略できることになる。
【００８８】
図７に示す実施例では、高速の光スイッチ１２４，２２４，３２８を必要としないという利点がある。
【００８９】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、ファラデー回転子を使った偏波変換器を使うことにより、速い偏波の変化に追従して、偏波モード分散を補償できる。機械式可動部品を使用しないことにより、長期にわたって使用でき、高い信頼性を確保できる。更には、偏波モード分散補償量を入射光の偏波モード分散量に応じて変化させることができるので、光伝送路の伝送状態の変化に応じて適応的に偏波モード分散を補償できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】  偏波変換装置１２の斜視図である。
【図３】  ポアンカレ球上での、偏波変換装置１２による偏波変換の様子を示す模式図である。
【図４】  本発明の第２実施例の概略構成ブロック図である。
【図５】  本発明の第３実施例の概略構成ブロック図である。
【図６】  本発明の第４実施例の概略構成ブロック図である。
【図７】  本発明の第５実施例の概略構成ブロック図である。
【図８】  偏波モード分散の模式図である
【符号の説明】
１０：光ファイバ
１２：偏波変換装置
１４：光ファイバ
１６：偏光ビームスプリッタ
１８：光ファイバ
２０：信号受信用受光素子
２２：光カップラ
２４：受光素子
２６：バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２８：制御回路
３０：コリメータレンズ
３２：第１の偏波変換器
３４：１／４波長板
３６：第２の偏波変換器
３８：集光レンズ
４０：ファラデー回転子
４２：コイル
４４，４６：磁石
５０：ファラデー回転子
５２：コイル
５４，５６：磁石
６０：北極
６２：南極
６３：垂直偏波
６４：子午線
６５：水平偏波
６６：赤道
６８：入射光の偏波位置
７０：第１の偏波変換器３２による偏波変換後の偏波位置
７２：１／４波長板３４の出射光の偏波位置
７４：第２の偏波変換器３６による偏波変換後の偏波位置
１１０：入力ポート
１１２：３ｄＢ光カップラ
１１４ａ，１１４ｂ：光ファイバ
１１６ａ，１１６ｂ：偏波変換装置
１１８ａ，１１８ｂ：光ファイバ
１２０ａ，１２０ｂ：偏光ビームスプリッタ
１２２ａ，１２２ｂ：光ファイバ
１２４：光スイッチ
１２６：信号受信用受光素子
１２８ａ，１２８ｂ：光カップラ
１３０ａ，１３０ｂ：受光素子
１３２ａ，１３２ｂ：ＢＰＦ
１３４ａ，１３４ｂ：制御回路
１３６：スイッチ制御回路
１４０ａ，１４０ｂ：受光素子
１４２：電気スイッチ
２１０：入力ポート
２１２：光ファイバ
２１４：偏波変換装置
２１６：光ファイバ
２１８：偏光ビームスプリッタ
２２０：光ファイバ
２２２：光ファイバ
２２４：光スイッチ
２２６：信号受信用受光素子
２２８：光カップラ
２３０：受光素子
２３２：ＢＰＦ
２３４：光カップラ
２３６：受光素子
２３８：ＢＰＦ
２４０：比較回路
２４２：スイッチ
２４４：制御回路
３１０：入力ポート
３１２：３ｄＢ光カップラ
３１４ａ，３１４ｂ：光ファイバ
３１６ａ，３１６ｂ：偏波変換装置
３１８ａ，３１８ｂ：光ファイバ
３２０ａ，３２０ｂ：偏光ビームスプリッタ
３２２ａ，３２２ｂ：光ファイバ
３２４ａ，３２４ｂ：光ファイバ
３２６ａ，３２６ｂ：光スイッチ
３２８：光スイッチ
３３０ａ，３３０ｂ：光カップラ
３３２ａ，３３２ｂ：受光素子
３３４ａ，３３４ｂ：ＢＰＦ
３３６ａ，３３６ｂ：光カップラ
３３８ａ，３３８ｂ：受光素子
３４０ａ，３４０ｂ：ＢＰＦ
３４２ａ，３４２ｂ：制御回路
３４４：スイッチ制御回路
【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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