(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送システムにおける偏光モード分散測定装置であって、  光信号のうちタップから取り出される部分に応じて、上記信号を第１および第２の偏光された光信号に分離する偏光ビーム分離器であって、前記第１および第２の偏光された光信号の偏光状態は互いに直交する、偏光ビーム分離器と、
上記第１および第２の偏光された光信号に別個に応じて、それから、上記第１および第２の偏光された光信号に関する中心周波数成分、上側波帯信号成分および下側波帯信号成分を発生する狭帯域光フィルタと、
上記第１の偏光された光信号に関して上記狭帯域光フィルタにより発生する成分に応じて、上記第１の偏光された光信号に関する大きさおよび位相情報を出力として発生する第１の位相感応単側波帯検出回路と、
上記第２の偏光された光信号に関して上記狭帯域光フィルタにより発生する成分に応じて、上記第２の偏光された光信号に関する大きさおよび位相情報を出力として発生する第２の位相感応単側波帯検出回路とを含み、
上記第１および第２の位相感応単側波帯検出回路からの出力の結合が、前記装置の偏光モード分散測定出力を形成する、偏光モード分散測定装置。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、各位相感応単側波帯検出回路は、
受信した光信号を電気信号に変換する光検出器と、
ＲＦ信号発生器と、
上記ＲＦ信号発生器の出力に配置された９０°位相シフターと、
その別々の入力における上記光検出器の電気信号出力と上記９０°位相シフターの出力とに応じて、受信した信号の直角位相成分を出力する第１の乗算器と、
上記第１の乗算器の出力に配置され、“ｙ"として示される直角位相成分の大きさのデジタル信号を発生する第１のＡ／Ｄ変換器と、
その別々の入力における上記光検出器の電気信号出力と上記ＲＦ信号発生器の出力とに応じて、受信した信号の同相成分を出力する第２の乗算器と、
上記第２の乗算器の出力に配置され、“ｘ"として示される同相成分の大きさのデジタル信号を発生する第２のＡ／Ｄ変換器とからなり、処理された光信号の位相φは、関係φ＝ｔａｎ-1（ｙ／ｘ）で定義されるシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、各位相感応単側波帯検出回路は、さらに、
上記第１の乗算器と上記第１のＡ／Ｄ変換器の間に配置された第１のローパスフィルタと、
上記第２の乗算器と上記第２のＡ／Ｄ変換器の間に配置された第２のローパスフィルタとを含むシステム。
【請求項４】
請求項２記載のシステムにおいて、上記ＲＦ信号発生器は局部発振器からなるシステム。
【請求項５】
請求項２記載のシステムにおいて、上記ＲＦ信号発生器は、受信機から復元されたクロック信号を使用するシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、上記狭帯域光フィルタは、
中心周波数成分を発生する第１のリング共振器、上側波帯成分を発生する第２のリング共振器、および下側波帯成分を発生する第３のリング共振器の３つのリング共振器のセットを含むリング共振器構造であって、各リング共振器は位相シフト構成要素を含む、リング共振器構造と、
上記３つのリング共振器のセットの出力を結合して、上記狭帯域光フィルタの上側波帯、下側波帯および中心周波数出力を形成する複数の光結合器を含むシステム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、上記複数の光結合器は、
上記第１および第２のリング共振器の出力に応じて、上側波帯出力成分を形成する第１の２×１光結合器と、
上記第１および第３のリング共振器の出力に応じて、下側波帯出力成分を形成する第２の２×１光結合器とを含むシステム。
【請求項８】
請求項６記載のシステムにおいて、上記狭帯域光フィルタは、さらに、上記３つのリング共振器のセットの入力に配置された半波プレートを含み、上記狭帯域光フィルタは、上記第１および第２の偏光された光信号の両方に関する信号成分を発生させるのに使用されるシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、上記光結合器セットは、さらに、上記第１および第２の偏光された光信号の中心周波数成分を入力として受ける２×２光結合器を含むシステム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、上記狭帯域光フィルタは、さらに、上記第１および第２の偏光された光信号の中心周波数成分間の位相差を測定する平衡検出器を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願のクロスリファレンス】
この出願は、２０００年３月８日に出願された仮出願第６０／１８７，６３０号の優先権を請求する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに関し、特に、偏光モード分散（ＰＭＤ）を測定するための両側波帯の各側波帯に基づく位相感応検出装置の使用に関する。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
偏光モード分散（ＰＭＤ）は、光ファイバに作用する外力に起因するランダムな偏光結合ばかりでなく、非対称な内部応力または歪みによってファイバコアに導入されるわずかな残留複屈折の結果として光ファイバに生じる。その結果、ＰＭＤは、光ファイバベースのネットワークにおける信号の伝送を猛烈に悪化させる。単一モード伝送ファイバによって維持される２つの偏光モードが存在する。偏光の主状態（ＰＳＰ）としても知られているこれらの２つの固有モード間には、群遅延が存在する。入力偏光が、ＰＳＰのうちの１つと整列されている場合は、出力偏光は、同一ＰＳＰに残っているだろう。しかしながら、任意の入力偏光に対しては、出力は両ＰＳＰからなり、それらの間には一定の（時間の）遅延量があるだろう。この差分群遅延（ＤＧＤ）は波形歪を引き起こす。ＰＭＤを補償するために、偏光分離器を使用して２つのＰＳＰを分離できるように、出力でＰＳＰを見つけ出す必要がある。
【０００４】
先行技術では、偏光モード分散（ＰＭＤ）補償のために使用される３つの基本的な技術カテゴリーがある。すなわち、（１）全光学的技術、（２）全電気的技術および（３）光学的−電気的混成技術である。全光学的ＰＭＤ補償のために、ＰＭＤ歪の修復は、光学的に実行され、通常、偏光維持ファイバの一部に、または偏光コンバータと偏光ビーム分離器と固定および可変遅延素子と結合器の組み合わせに接続された偏光変換器からなる。その目標は、ＰＳＰを見つけ出して、それらの軸をＰＢＳの軸に整列させることである。しかしながら、これは、偏光の主状態および差分群遅延（ＤＧＤ）が直接測定されないので、達成するのが困難であり、偏光変換器と可変遅延素子をセットするのに使用される最適化アルゴリズムはいずれも、局部的な最適条件に収束することができるかまたは少しも収束しないことさえある。
【０００５】
従来の全電気的方法においては、歪んだ光信号は、まず受信機で電気信号に変換される。次いで、特定の重み付けを有する遅延線フィルタが使用され、ＰＭＤに起因する歪が部分的に補償される。模範的な混成技術は、偏光制御器と偏光維持ファイバの一部を使用することができる。光信号を電気信号に変換するために、高速光検出器が使用される。次いで、電気的なタップ付き遅延線フィルタが使用され、電気信号の周波数依存位相が調整される。“Phase Shift Technique for the measurement of chromatic dispersion in optical fibers using LED's", by B.Costa et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol.18, No.10, pp.1509-15 (1982)という記事に説明されているように、広く用いられている変調位相シフト技術は、両側波帯変調信号と掃引される搬送周波数とを用いて、遅延を測定する。側波帯は、同じ振幅を示すことが必要とされ、遅延変化と周波数が、分散パラメータを得るために正確に測定されなければならない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
先行技術で残っている望まれるものは、光通信システムに関し、特に、偏光モード分散（ＰＭＤ）を測定するための両側波帯の各側波帯に基づく位相感応検出配置の使用に関する本発明によって取り組まれる。
【０００７】
本発明によれば、単側波帯セルフ−ホモダイン信号が発生し（または、検出され）、各側波帯が別々に処理されて、遅延および分散情報が判定される。単側波帯復元の前に偏光ビーム分離器を入れることによって、両方の偏光の主状態の情報を集めて、偏光モード分散を決定するのに使用することができる。
【０００８】
受信された（および偏光された）光信号から上および下側波帯成分を含む信号を発生させるために、狭帯域光フィルタが使用される。次いで、狭帯域フィルタからの出力は、位相感応単側波帯検出回路の入力として使用される。位相感応単側波帯検出回路は、ＲＦ信号発生器と、乗算器と、同相およびクォドラチャ（直角位相）出力の両方を形成するための位相シフターとを含む。出力の量（大きさ）と位相は、分散情報を形成するのに使用される。したがって、両偏光の検出を行うことによって、偏光モード分散情報が得られる。
【０００９】
好適な実施例において、狭帯域光フィルタは、その入力に半波プレートを含み、光信号の両偏光を処理するのに使用され、各偏光に関して処理された量およびと位相情報におけるどんな不一致もなくす。
【００１０】
本発明の種々の他の実施例は、以下の説明中にかつ添付図面の参照により明らかになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の教示によれば、光ファイバ等の分散的な素子中を伝播する光信号の位相感応側波帯検出を行うことにより、偏光モード分散（ＰＭＤ）に関する情報を集めることができ、この情報は、この分散を補正／補償するのに使用される。本発明の詳細な態様を十分に理解するために、分散素子の位相応答を特徴づけることに関連する数学的な詳細と、一般に、光通信システムを特徴づけることに関連する数学的な詳細とを理解することが重要である。
【００１２】
特に、本発明の位相感応技術は、光ファイバ（または、他の分散素子）位相応答を下記の偶数および奇数関数の和に分解することに基づいている。
【００１３】
【数１】
0003848843.tif 000002
ここで、周波数ｆｍは、搬送周波数に関連している。第２の次数に関して、位相のテイラー級数展開は、下記により与えられる。
【００１４】
【数２】
0003848843.tif 000003
この展開において、奇数関数は相対遅延τを生じ、偶数関数は色分散Ｄ（ｐｓ／ｎｍ）を生じる。図１は、下側波帯（ＬＳＢ）と上側波帯（ＵＳＢ）ばかりでなく、中心光周波数信号の振幅の図を含む。図示のように、側波帯は、（先行技術装置で必要とされたように）等しくする必要はない。側波帯振幅の和および差は、次のように定義することができる。
【００１５】
Σ＝｜ｈc ｜（｜ｈu ｜＋｜ｈL ｜）／２
Δ＝｜ｈc ｜（｜ｈu ｜−｜ｈL ｜）／２
次いで、同相成分（ｘ）およびクォドラチャ（直角位相）成分（ｙ）は、次のように定義することができる。
【００１６】
ｘ＝Σｃｏｓ（φe ）ｃｏｓ（φo ）−Δｓｉｎ（φe ）ｓｉｎ（φo ）
ｙ＝Σｃｏｓ（φe ）ｃｏｓ（φo ）＋Δｓｉｎ（φe ）ｓｉｎ（φo ）
これらの結果を用いて、両側波帯（ＤＳＢ）、上側波帯（ＵＳＢ）および下側波帯（ＬＳＢ）について検出された位相は、次のように表わすことができる。
【００１７】
φDSB ＝φo ＝ｔａｎ-1（ｙ／ｘ）
φUSB ＝φe ＋φ0 ＝ｔａｎ-1（ｙ／ｘ）
φLSB ＝φe −φo ＝ｔａｎ-1（ｙ／ｘ）
側波帯位相の和は、式（１）の偶数関数、すなわち、φe ＝（φUSB ＋φLSB ）／２を生じ、これは、分散Ｄを特徴づける。同様に、差は、奇数関数、すなわち、φo ＝（φUSB −φLSB ）／２を生じ、これは、遅延τを特徴づける。したがって、単一変調周波数（ｆm ）は、分散および遅延情報を提供するのに使用され、先行技術装置で使用されているように、中心周波数を“掃引"する必要性がなくなる。
【００１８】
図２は、本発明の位相感応単側波帯ＰＭＤ測定技術を用いることができる模範的な光通信システムを示す。この特定の装置では、データ信号ｄn は、光送信機１２に印加され、その後、分散素子、この場合には光ファイバを介して通信される。（たとえば、受信機における）伝送路に沿ったあるポイントで、ファイバ１４によって導入される偏光モード分散は、本発明にしたがって測定され、適当な補償が、光信号に導入される。図示のように、光タップ１６は、伝送路からＰＭＤを経験した信号部分を除去するのに使用され、ここで、タップから取り出された部分は、本発明にしたがって構成されかつ以下により詳細に説明される模範的なＰＭＤ測定装置１８の入力として印加される。ＰＭＤ測定装置１８からの出力は、信号中の遅延と分散を表わし、フィルタ係数モジュール２０の入力として印加される。フィルタ係数モジュール２０は、これらの値を使用して、光信号に適用するのに必要な補正量を決定する。次いで、偏光モード分散補償器２２が、最小分散を伴う光出力信号を発生させるために望ましい補正量を導入するために使用される。その後、補正された信号は、（図示のような）光受信機２４、またはなにか他の適当な光構成要素（たとえば、光増幅器）の入力として印加される。
【００１９】
図３は、本発明により教示されるようなＰＭＤ測定装置１８からなる特定の構成要素と関連する、上述のような送信機１２および光ファイバ１４を示す。重要なことに、光ファイバ１４からの出力信号は、まず、偏光ビーム分離器３０を通過し、偏光ビーム分離器３０は、光信号を２つの直交する偏光の主状態に分離し、偏光分散が正確に測定されるのを可能にする。次いで、ｕとして定義される第１の偏光状態が、第１の単側波帯位相感応検出器３２内で特徴付けられる。残りの直交する偏光ｖは、同様に、第２の単側波帯位相感応検出器３４内で特徴付けられる。以下に詳細に説明されるように、次いで、図３に示される実施例は、各々の直交偏光に関する分散（Ｄ）を測定し、偏光間の相対遅延（τ）を測定し、ＵＳＢおよびＬＳＢ成分の量（大きさ）を測定するのに使用される。技術上知られているように、光ファイバ１４（または、なにか特定の分散素子）のＰＭＤは、ジョーンズマトリクスで説明することができる。
【００２０】
【数３】
0003848843.tif 000004
ここで、
【数４】
0003848843.tif 000005
【００２１】
より詳細には、本発明の装置で使用される模範的な単側波帯位相感応検出器３４は、図４に示される。検出器３４は、偏光ビーム分離器３０の出力に接続され、受信信号の遅延および分散特性を測定するのに使用される光フィルタ４０を含む。特定の検出された側波帯信号は、続いて、光検出器４２で電気領域に転換され、次いで、図示のように、ＲＦ変調装置４４に送られ、同相およびクォドラチャ量（大きさ）および位相成分が決定される。ＲＦ変調装置４４は、ＲＦ基準ソース（たとえば、受信機の局部クロック、局部発振器またはなにか適当なＲＦ基準ソースと関連しても良い）を含む。ＲＦ信号は、予め決められた周波数（ｆm として定義される）を有し、９０°位相シフト構成要素４８を通過し、乗算器の第１の入力として印加され、残りの入力は、光検出器４２からの電気出力とされ、乗算器の出力は、受信された側波帯信号のクォドラチャ成分を形成する。その後、クォドラチャ成分は、ローパスフィルタ５２とＡ／Ｄ変換器５４を通され、図４において“ｙ"で示され、処理された側波帯信号のクォドラチャ成分の量（大きさ）として定義される、第１の出力成分が発生する。同様に、ＲＦ信号は、第２の乗算器５６の入力としても印加され、残りの入力は、同様に光検出器４２からの電気出力とされ、第２の乗算器５６の出力は、受信された側波帯信号の同相成分を形成する。また、同相成分は、ローパスフィルタ５８を通され、次いで、Ａ／Ｄ変換器６０の変換に委ねられ、図４において“ｘ"で示され、同相成分の量（大きさ）として定義される、第２の出力成分が形成される。次いで、この検出された側波帯の位相φは、上述のように、関係φ＝ｔａｎ-1（ｙ／ｘ）で定義される。
【００２２】
一実施例において、測定音をデータ信号（または、送信システムにより送信され、本発明のＰＭＤ測定目的のために使用される側波帯信号として復元される何か適当な“テスト"データ信号）に印加することができる。しかしながら、好都合にも、上述のように、データロードされた信号自身を使用し、１組の狭帯域フィルタを用いて側波帯信号を発生させることができ、そのため、送信端で必要な修正がなくなる。図５は、偏光ビーム分離器３０の出力と各位相感応検出器の間に配置することができる模範的な狭帯域フィルタ装置４０を示す。この特定の実施例において、狭帯域フィルタ装置４０は、３つの独立したリング共振器７２，７４，７６を含む一体化された平坦な導波路リング共振回路を含む。各共振器内含まれているのは、７８，８０および８２で示される熱−光位相シフターである。１組の光結合器８４が、各リング共振器の出力に配置され、側波帯信号と搬送波周波数を発生、結合させるようにコンパクトに構成される。側波帯は、同時に測定され、その結果、データスペクトラムまたは路長の変化に対して感応せずに迅速に情報を提供する能力が生じる。中央のリング７４の共振は、検出器搬送周波数電力を最適化するためにこのリングの位相シフター８０を動揺させることによってロックすることができる。側波帯リング７２および７６の共振は、局部発振周波数の検出電力を最適化することによってロックされる。半波プレート８６を含めることにより、同じ光フィルタ４０を使用して、図５において点線矢印と創造線で示される結合器とで示されるように、ビーム分離器３０からの直交する偏光出力の位相検出を提供することができる。この装置により、中央のリング７４の出力における一対の平衡検出器８８および９０は、評価されたジョーンズマトリクスからの偏光の主状態の算出のために必要とされるように、搬送周波数における直交する偏光間の位相差Δφ（０）を決定するために測定される。位相感応検出器９２および９４（図４に関して上述のように構成されている）は、それぞれ、ＵＳＢおよびＬＳＢ側波帯に関する量（大きさ）および位相情報を提供し、位相感応検出器９６，９８は、中心周波数成分に関して使用されて、直交する偏光の量（大きさ）を提供する。
【００２３】
上述のように、側波帯成分の和は、光信号中に存在する分散を特徴づけ，側波帯成分の差は、遅延を特徴づける。したがって、両偏光に関するこの方法を集めることによって、偏光モード分散を完全に特徴づけることができ、適切な補正量を、光システムに導入することができる。
【００２４】
上記に説明された本発明の特定の実施例は、本発明の一般原理の単なる例示であることが認識、理解されるべきである。上記に示される原理と矛盾がない種々の修正は、当業者によってなされ得る。たとえば、種々の他の配置を使用して、必要とされる側波帯信号を発生することができる狭帯域回路を実行することができる。一般に、本発明の主題は、ここに付随の請求項の範囲によってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にしたがってＰＭＤ情報を測定するのに使用される種々の側波帯信号の略図である。
【図２】  本発明にしたがって構成されたＰＭＤ測定装置を使用した模範的な光通信システムの線図である。
【図３】  偏光ビーム分離器と、１対の位相感応単側波帯検出器を含む、ＰＭＤ測定装置を含む図２のシステムの分岐を詳細に示す図である。
【図４】  模範的な位相感応単側波帯検出器の詳細線図である。
【図５】  受信データ信号の単側波帯成分を検出する際に役立つ模範的な狭帯域光フィルタを示す図である。
【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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