(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバが被伝送光信号の直交する二つの成分に与える伝送路伝達関数マトリクスに対して逆行列となる伝達関数マトリクスの特性を持ち、前記光ファイバからの光信号を入力して直交する二つの成分に前記逆行列の伝達関数マトリクスによる特性を与えて偏波分散の等化を行う光ファイバ偏波分散等化光回路であって、
前記光ファイバからの光信号を直交する二つの成分の光信号に分離する光分離手段と、
この手段で２系統に分離された光信号をそれぞれ複数の光遅延線路により順次一定時間遅延し、系統別に、各光遅延線路の入出力に重み係数列を乗じて両系統の和を求める光トランスバーサルフィルタとを具備し、
前記光トランスバーサルフィルタの出力が被伝送光信号の一つの偏波成分のみを含むように前記系統別の重み係数列を設定して、前記逆行列の伝達関数マトリクスの特性を持つようにしたことを特徴とする光ファイバ偏波分散等化光回路。
【請求項２】
光ファイバが被伝送光信号の直交する二つの成分に与える伝送路伝達関数マトリクスに対して逆行列となる伝達関数マトリクスの特性を持ち、前記光ファイバからの光信号を入力して直交する二つの成分に前記逆行列の伝達関数マトリクスによる特性を与えて偏波分散の等化を行う光ファイバ偏波分散等化光回路であって、
前記光ファイバからの光信号を直交する二つの成分の光信号に分離する光分離手段と、
それぞれ、前記光分離手段で２系統に分離された光信号をそれぞれ複数の光遅延線路により順次一定時間遅延し、系統別に、各光遅延線路の入出力に重み係数列を乗じて両系統の和を求める第１及び第２の光トランスバーサルフィルタとを具備し、
前記第１の光トランスバーサルフィルタの出力が被伝送光信号の第１の偏波成分のみを含むように前記系統別の重み係数列を設定して、前記逆行列の伝達関数マトリクスの特性を持つようにし、
前記第２の光トランスバーサルフィルタの出力が被伝送光信号の前記第１の偏波成分に直交する第２の偏波成分のみを含むように前記系統別の重み係数列を設定して、前記逆行列の伝達関数マトリクスの特性を持つようにしたことを特徴とする光ファイバ偏波分散等化光回路。
【請求項３】
光ファイバが被伝送光信号の直交する二つの成分に与える伝送路伝達関数マトリクスに対して逆行列となる伝達関数マトリクスの特性を持ち、前記光ファイバからの光信号を入力して直交する二つの成分に前記逆行列の伝達関数マトリクスによる特性を与えて偏波分散の等化を行う光ファイバ偏波分散等化光回路であって、
前記光ファイバからの光信号を直交する二つの成分の光信号に分離する光分離手段と、
二つの光線路にそれぞれ方向性結合器を介して第１の遅延差回路が挿入された第１のマッハ・ツェンダ干渉光回路と第２の遅延差回路が挿入された第２のマッハ・ツェンダ干渉光回路を接続してなる単位光回路を前記第１、第２の遅延差回路が交互になるように複数段接続して構成され、各段の単位光回路における方向性結合器の結合度及び遅延差量が前記逆行列の伝達関数マトリクスの特性を持つように設定され、前記光分離手段で２系統に分離された二つの光信号をそれぞれ初段の単位光回路に入力し、複数段の単位光回路で順次位相シフトして、終段の単位光回路から前記特性が与えられた光出力を得る光位相シフト手段と、
を具備することを特徴とする光ファイバ偏波分散等化光回路。
【請求項４】
伝送路光ファイバに接続され、当該光ファイバが被伝送光信号の直交する二つの成分に与える伝送路伝達関数マトリクスに対して逆行列となる伝達関数マトリクスの特性を持ち、前記光ファイバからの光信号を入力して直交する二つの成分に前記逆行列の伝達関数マトリクスによる特性を与えて偏波分散の等化を行う光集積回路を備えることを特徴とする光ファイバ偏波分散等化光回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、超高速長距離光伝送回線に利用可能な光等化回路に係り、特に光ファイバの偏波分散による帯域制限の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムは、知的情報化社会のインフラストラクチャとして地球全体の福祉増進に重要な役割を果たすべき、技術の高度化が常に要請されている。特に、より経済的通信路を提供するため、光伝送システムはますます超高速化され、超多重化されつつある。
【０００３】
このような背景において、Ｅｒドープファイバ光増幅器は光伝送路損失を補償し、従来では損失制限されていた伝送距離を飛躍的に拡大する可能性があるとして注目されている。
【０００４】
ところが、光ファイバの周波数特性は、使用する石英ファイバの材料分散と伝送モードの構造分散によって制約を受ける。超高速伝送システムの実現には、この光ファイバの周波数分散特性の補償（分散等化）が必要となってきている。このため、光ファイバの群遅延分散等化の技術がさかんに研究開発されている。
【０００５】
この群遅延分散等化がなされた後に課題となる帯域制限の条件は偏波分散である。これは、伝送用光ファイバが真円からわずかに歪むと、基底伝送モードであるＨＥ11モードの縮退が解けて、二つの直交した偏波の群遅延時間に違いが生じることに起因する。すなわち、長い伝送ケーブルは、全長一様ではなく、部分的に曲り応力が加わる等の理由で、二つの直交した偏波に異なる群遅延時間を与えることになる。このとき、群遅延時間の異なる偏波成分が混ざり合うため、送信光信号に広がりが生じることになる。このような偏波分散の補償は、従来の群遅延分散等化方法では対応できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来では光ファイバの偏波分散を補償する有効な手段がなく、超高速長距離伝送への利用に際し、究極的な帯域制限を改善することができなかった。
【０００７】
この発明は上記の問題を解決するためになされたもので、光ファイバの偏波分散を補償することができ、これによって超高速長距離伝送での帯域制限の改善を実現可能な光ファイバ偏波分散等化光回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明に係る光ファイバ偏波分散等化光回路は、光ファイバが被伝送光信号の直交する二つの成分に与える伝送路伝達関数マトリクスに対して逆行列となる伝達関数マトリクスの特性を持ち、前記光ファイバからの光信号を入力して直交する二つの成分に前記逆行列の伝達関数マトリクスによる特性を与えて偏波分散の等化を行う光ファイバ偏波分散等化光回路であって、前記光ファイバからの光信号を直交する二つの成分の光信号に分離する光分離手段と、この手段で２系統に分離された光信号をそれぞれ複数の光遅延線路により順次一定時間遅延し、系統別に、各光遅延線路の入出力に重み係数列を乗じて両系統の和を求める光トランスバーサルフィルタとを具備し、前記光トランスバーサルフィルタの出力が被伝送光信号の一つの偏波成分のみを含むように前記系統別の重み係数列を設定して、前記逆行列の伝達関数マトリクスの特性を持つようにしたことを特徴とする。
あるいは、前記光ファイバからの光信号を直交する二つの成分の光信号に分離する光分離手段と、それぞれ、前記光分離手段で２系統に分離された光信号をそれぞれ複数の光遅延線路により順次一定時間遅延し、系統別に、各光遅延線路の入出力に重み係数列を乗じて両系統の和を求める第１及び第２の光トランスバーサルフィルタとを具備し、前記第１の光トランスバーサルフィルタの出力が被伝送光信号の第１の偏波成分のみを含むように前記系統別の重み係数列を設定して、前記逆行列の伝達関数マトリクスの特性を持つようにし、前記第２の光トランスバーサルフィルタの出力が被伝送光信号の前記第１の偏波成分に直交する第２の偏波成分のみを含むように前記系統別の重み係数列を設定して、前記逆行列の伝達関数マトリクスの特性を持つようにしたことを特徴とする。
あるいは、前記光ファイバからの光信号を直交する二つの成分の光信号に分離する光分離手段と、二つの光線路にそれぞれ方向性結合器を介して第１の遅延差回路が挿入された第１のマッハ・ツェンダ干渉光回路と第２の遅延差回路が挿入された第２のマッハ・ツェンダ干渉光回路を接続してなる単位光回路を前記第１、第２の遅延差回路が交互になるように複数段接続して構成され、各段の単位光回路における方向性結合器の結合度及び遅延差量が前記逆行列の伝達関数マトリクスの特性を持つように設定され、前記光分離手段で２系統に分離された二つの光信号をそれぞれ初段の単位光回路に入力し、複数段の単位光回路で順次位相シフトして、終段の単位光回路から前記特性が与えられた光出力を得る光位相シフト手段とを具備することを特徴とする。
あるいは、伝送路光ファイバに接続され、当該光ファイバが被伝送光信号の直交する二つの成分に与える伝送路伝達関数マトリクスに対して逆行列となる伝達関数マトリクスの特性を持ち、前記光ファイバからの光信号を入力して直交する二つの成分に前記逆行列の伝達関数マトリクスによる特性を与えて偏波分散の等化を行う光集積回路で構成されることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
上記構成による光ファイバ偏波分散等化光回路では、従来の群遅延等化が光ファイバ伝送路の伝達関数の一次元等化であったことを拡張して、二つの直交する偏波に対する伝達関数マトリクスの逆行列により、各偏波成分の偏波分散を等化する。
【００１０】
【実施例】
以下、この発明の実施例を説明するに先立ち、その原理について述べる。
【００１１】
まず、線形の範囲では、直交した二つの送信信号の複素振幅Ｅ1 ，Ｅ2 に対して、光伝送路を伝搬した受信信号の複素振幅Ｒ1 ，Ｒ2 は伝達関数マトリクスＴによって次式のように表現できる。
【００１２】
【数１】
0003761899.tif 000002
さて、偏波分散を等化する光回路の伝達関数マトリクスＱを受信信号にかけた等化受信信号複素振幅をＲＥ1 ，ＲＥ2 とすると、次式が成立する。
【００１３】
【数２】
0003761899.tif 000003
【００１４】
(2)式から、等化は等化伝達関数マトリクスＱと伝送路伝達関数マトリクスＴの積が単位行列になれば達成できることがわかる。すなわち、等化伝達関数マトリクスＱは次式で与えられる。
【００１５】
【数３】
0003761899.tif 000004
【００１６】
このためには、等化伝達関数マトリクスＱが伝送路伝達関数マトリクスＴの逆行列であればよい。逆行列が存在するには、伝送路伝達関数マトリクスＴが正則であればよい。
【００１７】
光ファイバ伝送路に存在する二つの偏波を混合する線形な要素として、偏波主軸の変動、分布的偏波結合、偏波依存損失、二つの偏波の群遅延時間差があげられるが、これらは全て正則な行列表現が可能で、伝送路伝達関数マトリクスは微小なこれらの行列の積で近似できる。
【００１８】
したがって、光ファイバ伝送路の伝達関数マトリクスは正則と仮定してよい。すなわち、逆行列が存在しているので、等化は原理的に可能であり、送信複素振幅と受信複素振幅が一致するから、偏波群遅延分散も等化されることになる。
【００１９】
以上のことから、偏波分散を補償するには、原理的に伝送路伝達関数の逆行列を等化光回路で実現すればよいことは明らかである。そこで、このような等化光回路の実現する構成として、以下の２つを案出した。
【００２０】
一つは、新しい構成の拡張光トランスバーサルフィルタによるものである。このフィルタは光受信信号の複素振幅Ｒ1 ，Ｒ2 に対して２つの系列の非巡回型トランスバーサルフィルタを構成し、それぞれで上式のＱ11とＱ12、Ｑ22とＱ21を求め、その出力和をとる。
【００２１】
もう一つは、２つの光線路に方向性結合器と遅延差回路を挿入してなるマッハ・ツェンダ干渉光回路を単位光回路として複数段縦続接続し、一対の入力ポートに光受信信号の複素振幅Ｒ1 ，Ｒ2 を導入し、一対の出力ポートから２つの光送信信号を分離出力する構成である。
これらの構成の作用を説明する。
まず、 (2)式を計算すると、等化光受信信号の複素振幅はそれぞれ次式に示すようになる。
【００２２】
【数４】
0003761899.tif 000005
ここで、等化伝達関数マトリクスＱの具体的表現として、 (3)式を用いると、等化光受信信号の複素振幅はそれぞれ次式に示すようになる。
【００２３】
【数５】
0003761899.tif 000006
ここで次式を用いると、等化光受信信号の複素振幅は光送信信号の複素振幅と一致することがわかる。
【００２４】
【数６】
0003761899.tif 000007
以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。
【００２５】
図１はこの発明に係る第１の実施例として、前述した拡張光トランスバーサルフィルタを埋め込み３次元導波路光集積回路により実現する場合の構成を示すものである。
【００２６】
すなわち、このフィルタは互いに直交し合う２つの受信信号複素振幅Ｒ1(ｆ) ，Ｒ2(ｆ) に対して、それぞれ非巡回型光トランスバーサルフィルタ１１，１２を設け、各フィルタにより (3)式の（Ｑ11，Ｑ12）と（Ｑ22，Ｑ21）を求め、加算器１３によってその結果の出力和をとるようにしている。尚、加算器１３は光合波器で構成され、フィルタ１１，１２での加算処理を兼用している。
【００２７】
各フィルタ１１，１２は共に同構成であり、それぞれ２Ｎ−１個の光遅延線路（遅延時間Ｔ）Ａと２Ｎ個の係数乗算器（光増幅器）Ｂを組み合わせたものである。
【００２８】
フィルタ１１では、各光遅延線路Ａで一方の複素振幅Ｒ1(ｆ) を順次遅延してその前後で分岐し、係数乗算器Ｂで各分岐出力に重み係数列ａ-N〜ａN を乗じた後、加算器１３で加算処理する。同様にフィルタ１２でも、各光遅延線路Ａで他方の複素振幅Ｒ2(ｆ) を順次遅延してその前後で分岐し、係数乗算器Ｂで各分岐出力に重み係数列ｂ-N〜ｂN を乗じた後、加算器１３で加算処理する。そして、加算器１３で両フィルタ１１，１２の処理結果の和ＲＥ1(ｆ) をとって出力する。
【００２９】
上記構成において、各重み係数列ａm ，ｂm は次のように定める。もし伝送路伝達関数マトリクスが既知であるときには、 (3)式によって以下のフーリエ展開係数で与えられる。
【００３０】
【数７】
0003761899.tif 000008
ここで、Ｂは帯域幅である。
【００３１】
一方、伝送路伝達関数が未知の場合には、パイロット周波数に対して２つの送信出力が分離するように係数を定める、トレーニング信号を送信して等化回路係数を決める、ブラインド等化アルゴリズムを適用するといった手法が利用できる。
【００３２】
したがって、上記構成による光トランスバーサルフィルタによれば、伝送路伝達関数マトリクスの逆行列を持つので、送信光信号の一つの偏波成分について、偏波分散を補償することができる。
【００３３】
尚、上記実施例では偏波モードの一方のみの等化を示したが、この実施例の構成による光トランスバーサルフィルタを２段重ねて、他方のフィルタでもう一方の偏波成分についても、偏波分散を補償することができる。
【００３４】
図２はこの発明に係る第２の実施例として、前述したマッハ・ツェンダ干渉光回路列により実現する場合の構成を示すものである。この実施例では、受信信号を偏波分離プリズム（ＰＳ）２１で光受信信号の複素振幅Ｒ1 ，Ｒ2 を得て、１／２波長板２２で偏波面を９０°回転させることで、ＲＥ1(ｆ），ＲＥ2(ｆ）を得ている。これにより、以下の光回路２３での偏波依存特性による影響を除くことができる。
【００３５】
光回路２３は第１、第２の方向性結合器Ｃ１，Ｃ２を直列に配置し、Ｃ１，Ｃ２の入出力ポート間をそれぞれ第１、第２の遅延差回路Ｄ１，Ｄ２を交互に介して縦続接続する（各他方の入出力ポートはダイレクトに接続される）ことで、マッハ・ツェンダ干渉光回路を多段結合した構成となっている。
第１、第２の方向性結合器Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ次式で示される伝達マトリクスが与えられる。
【００３６】
【数８】
0003761899.tif 000009
【００３７】
また、各第１、第２の遅延差回路Ｄ１，Ｄ２は遅延時間差制御器２４からの制御信号θ0 〜θN ，φ0 〜φn により伝達関数が次式で与えられるようにその遅延時間差量が制御される。
【００３８】
【数９】
0003761899.tif 000010
上記構成において、以下にシミュレーションによって得られた結果を説明する。
【００３９】
図３は伝送路伝達関数｜Ｔ11 (ｆ) ｜2 の一例であり、図４（ａ），（ｂ）は図３の伝達関数を (9)式で与えられる伝達関数で等化した例である。この例では、等化された帯域が最大レベルでフラットな特性となるように等化されている。
この様子は次式で表わすことができる。
【００４０】
【数１０】
0003761899.tif 000011
【００４１】
この場合、等化後の偏波モード間のクロストークは−１４ｄＢ以下で、３ｄＢ帯域では１６０ＧＨｚ以上拡大されている。尚、このとき使用した遅延時間差Ｔは５ｐｓである。
【００４２】
このシミュレーションの一例からも明らかなように、上記構成による光トランスバーサルフィルタによれば、伝送路伝達関数マトリクスの逆行列を光回路で実現でき、送信光信号の両偏波成分について、偏波分散を補償することができる。
尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形しても、同様に実施可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、光ファイバの偏波分散を補償することができ、これによって超高速長距離伝送での帯域制限の改善を実現可能な光ファイバ偏波分散等化光回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光ファイバ偏波分散等化光回路の第１の一実施例として拡張光トランスバーサルフィルタを用いた場合の構成を示すブロック図。
【図２】この発明に係る光ファイバ偏波分散等化光回路の第２の一実施例としてマッハ・ツェンダ干渉光回路を利用した場合の構成を示すブロック構成図。
【図３】同実施例でシミュレーションを行ったときの伝送路伝達関数の周波数特性を示す周波数特性図。
【図４】前記シミュレーションの処理結果を示す周波数特性図。
【符号の説明】
１１，１２…非巡回型光トランスバーサルフィルタ、Ａ…光遅延線路、Ｂ…係数乗算器、１３…加算器、２１…偏波分離プリズム、２２…１／２波長板、２３…光回路、Ｃ１，Ｃ２…方向性結合器、Ｄ１，Ｄ２…遅延差回路。
【図１】
0003761899.tif 000012
【図２】
0003761899.tif 000013
【図３】
0003761899.tif 000014
【図４】
0003761899.tif 000015