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JP3281162B2 - 光ファイバ偏波モード分散補償装置 - Google Patents
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JP3281162B2 - 光ファイバ偏波モード分散補償装置 - Google Patents

光ファイバ偏波モード分散補償装置

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JP3281162B2
JP3281162B2 JP02044694A JP2044694A JP3281162B2 JP 3281162 B2 JP3281162 B2 JP 3281162B2 JP 02044694 A JP02044694 A JP 02044694A JP 2044694 A JP2044694 A JP 2044694A JP 3281162 B2 JP3281162 B2 JP 3281162B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超高速超長距離光伝
送システムにおいて、光ファイバの伝送帯域幅を制限す
る偏波モード分散特性を補償する光ファイバ偏波モード
分散補償装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、光増幅器による超高速超
長距離光伝送システムは、太平洋海底光ケーブルシステ
ムの構築などに向けて研究開発が盛んである。その中
で、本質的には未解決の課題として偏波モード分散(P
MD)補償法がある。特に、光増幅器の実用化に伴い、
従来問題とならなかった光ファイバの偏波モード分散に
よる伝送歪が、10000km級の非再生中継光伝送方
式の開発研究で深刻な課題になりつつある。
【0003】これへの対策は研究の緒についたばかり
で、実験室段階でのPMD補償法が一つ報告されている
にすぎない。この報告に記載されている補償法は、送信
端、受信端にそれぞれ偏波制御器を配置し、送信端の偏
波制御器を変化させる毎に受信端の偏波制御器を符号誤
り率が最小になるように制御するという操作を、送信
端、受信端で相互に連絡し合いながら繰り返すことで、
最小の符号誤り率を与える条件を求め続けるといった方
法である。
【0004】しかしながら、上記のようなPMD補償法
では、10000km級の光伝送システムに採用すると
すれば、10000kmにも及ぶ送信端及び受信端間で
相互に制御情報を交換する必要があり、極めて非現実的
である。さらに、使用する偏波制御器が波長依存性を持
たないため、等化できる偏波モード分散が特殊な場合に
限られるなど、大きな欠点を有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来より、超高速超長距離光伝送システムにおいて、光フ
ァイバの偏波モード分散による伝送歪を補償することが
要求されているが、今だこの問題を解決する有効な方法
が案出されていない。
【0006】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたもので、光ファイバの偏波モード分散による伝送
歪を補償することのできる光ファイバ偏波モード分散補
償装置を提供することを目的とする。
【0007】
【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モード分散補償装置
、直交する光波に対して一定の群遅延時間差を与える
第1の光回路、直交する光波の位相差を制御信号に応じ
て可変する機能及び直交する光波の振幅回転接続角を制
御信号に応じて可変相互変換する機能を有する第2の光
回路がN(Nは任意の自然数)段繰返し直列接続され、
光伝送路からの偏波モード分散された信号光を入力し、
各段で、入力される信号光から直交光波を取り出して
前記第1の光回路で一定の群遅延時間差を与えつつ、前
記第2の光回路で制御信号に対応する位相差、振幅回転
接続角を可変制御する等化光回路と、この等化光回路か
ら出力される信号光を受信する光受信手段と、この手段
で得られる受信信号から符号列を識別する符号列識別手
段と、この手段で得られる識別信号を基準に識別前の受
信信号と比較して差信号を生成し、整流、積分して等化
誤差信号を生成する等化誤差信号生成手段と、この手段
で得られる等化誤差信号が最小となるように前記等化光
回路に位相差、振幅回転接続角に対する制御信号を生成
出力するパラメータ制御手段とを具備して構成したこと
を第1の特徴とする。
【0008】特に、前記第2の光回路は、複屈折性が十
分小さいと見なせる偏波依存性ファイバを制御信号に応
じた角度だけ捩じることで振幅回転接続角の可変相互変
換機能を実現し、偏波保持ファイバに部分的に制御信号
に応じた温度変化を与えることで位相差可変機能を実現
したことを第2の特徴とする。
【0009】
【作用】上記第1の特徴とする構成による光ファイバ偏
波モード分散補償装置では、偏波モード分散を受けた信
号光を等化光回路を介して受信し、一度符号列を識別し
て、識別前後の信号を比較することでその差信号を得
て、整流、積分することで等化誤差信号を生成し、等化
光回路のパラメータを少し変化させて等化誤差信号が減
少する方向を見つけ、制御ループによりパラメータ制御
を繰返すことで、自動的に等化誤差信号が最小となる状
態に追い込むようにしている。
【0010】上記第2の特徴とする構成の等化光回路で
は、偏波保持ファイバ回転接続型光回路を構成するもの
で、偏波依存性ファイバと偏波保持ファイバの物理特性
を利用することで、振幅回転接続角の可変相互変換機能
と位相差可変機能を実現している。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳
細に説明する。図1はこの発明に係る光ファイバ偏波モ
ード分散補償装置の構成を示すもので、偏波モード分散
を示す光伝送路1からの信号光(パルス信号)は偏波モ
ード分散等化光回路2に入力される。この偏波モード分
散等化光回路2は、初段の直交光波相互変換回路(θ0
)21と、直交光波間群遅延時間差回路(Ts )22
N、可変光位相差回路(φk )23N及び可変直交光波
相互変換回路(θk )24Nの繰返し光回路部(繰返し
数をNとする)と、最終段としての直交光波間群遅延時
間差回路(Ts )25とで構成される。
【0012】ここで、初段の直交光波相互変換回路21
は直交する光波の振幅をθ0 だけ相互変換する光回路で
ある。繰返し光回路部の直交光波間群遅延時間差回路2
2N及び最終段の直交光波間群遅延時間差回路25は直
交する光波に対してTsだけ群遅延時間差を与える光回
路である。繰返し光回路部の可変光位相差回路(φk)
23Nは、直交する光波に対して制御信号に基づいてφ
k (光位相シフト量)だけ位相差を与える光回路であ
る。繰返し光回路部の可変直交光波相互変換回路24N
は、直交する光波に対して制御信号に基づいてθk (回
転接続角)だけ振幅を可変相互変換する光回路である。
【0013】偏波モード分散等化光回路2を通過した信
号光は、偏波依存性のない光検出器3で光電変換され、
受信パルス信号として出力される。この受信パルス信号
はプリアンプ41及び帰還抵抗42によるAGC(自動
利得制御)回路4で所定レベルまで増幅された後、クロ
ック再生回路(CLOCK−REG)5及び識別回路
(DECISION)6に送られる(この点を識別点A
とする)。
【0014】クロック再生回路5は入力信号から伝送信
号の同期クロックを再生するもので、この再生クロック
は識別回路6に送られる。この識別回路6は受信パルス
信号を再生クロックのタイミングで信号中の符号列を識
別するもので、識別された受信パルス信号は、識別点A
での等化波形を生成する等化フィルタ(HEQ)7を介
して差動増幅器9の(+)入力端に送られる。
【0015】一方、識別点Aでの受信パルス信号は遅延
回路(DELAY)8で識別回路6及び等化フィルタ7
の処理に要する時間だけ遅延されて差動増幅器9の
(−)入力端に送られる。この差動増幅器9は(+)入
力端に供給される識別パルス信号を基準に(−)入力端
に供給される受信パルス信号を比較して、その差信号を
出力するものである。この差信号は整流回路(REC
T)10で整流され、ローパスフィルタ(LPF)11
で積分されて、等化誤差信号としてパラメータ制御回路
(CONTROL)12に送られる。
【0016】このパラメータ制御回路12は、与えられ
た等化誤差信号が最小になるように偏波モード分散等化
光回路2の初段直交光位相差回路21を駆動する共に等
化光回路2の可変光位相差回路23N及び可変直交光波
相互変換回路24Nのパラメータ{φk ,θk }を制御
することで、偏波モード分散を等化補償するものであ
る。
【0017】すなわち、上記構成による補償装置は、光
伝送路1からの偏波モード分散を受けた信号光(パルス
信号)を等化光回路2を介して光検出器3で受信し、A
GC回路4で増幅した後、識別回路6で識別する。この
識別された受信パルス信号を同期化された識別前の受信
パルス信号と差動増幅器9で比較することで差信号を得
て、整流、積分することで等化誤差信号を生成する。
【0018】そして、パラメータ制御回路12で偏波モ
ード分散等化光回路2のパラメータ{φk ,θk }を少
し変化させて等化誤差信号が減少する方向を見つけ、上
述の制御ループによりパラメータ制御を繰返すことで自
動的に等化誤差信号が最小となる状態に追い込む。これ
によってPMD歪を補償することができる。
【0019】図2、図3は共に上記構成による補償装置
のシュミレーション結果を示すものである。ここでは、
PMD伝送路モデルとして、区間遅延時間差30ps、
区間数9とした。等化光回路2は2段構成(N=2)
で、Ts =60psである。
【0020】図2は信号光が比較的大きなPMD歪を受
けている場合に対する等化前後の時間波形を示してい
る。図2(a)は光伝送路1に用いられる光ファイバが
伝送光に与える偏波モード分散特性を示すもので、横軸
は光周波数 [GHz] 、縦軸は偏波モード分散によるファ
イバ伝達関数行列成分|P11(f) |2 (振幅自乗特性)
を示している。図2(b)は送信波aを光伝送路1に通
すことによりPMD歪を受けた受信波bの波形を示すも
ので、横軸は時間 [ns] 、縦軸は光強度を示している。
図2(c)は送信波aについて上記等化光回路2で補償
を行ったときの受信波b′の波形を示すもので、横軸は
時間 [ns] 、縦軸は光強度を示している。
【0021】一方、図3は信号光が比較的小さなPMD
歪を受けている場合に対する等化前後の時間波形を示し
ている。図3(a)〜(c)はそれぞれ図2(a)〜
(c)に対応するもので、個々の説明は省略する。図2
(c)、図3(c)から明らかなように、いずれも等化
によってPMDによる波形歪が減少しており、上記構成
の補償装置が有効に作用していることが確認することが
できる。
【0022】尚、上記補償装置の補償方式は、等化光回
路の規模(段数)の拡張により、その実回線に適合した
等化特性を実現できるだけでなく、等化光回路の制御に
特別な符号などを用いる必要がないため、極めて実用的
であるといえる。
【0023】図4は上記PMD等化光回路2の具体的な
構成を示すもので、偏波保持ファイバ回転接続型光回路
で実現している。この構成は2波長偏波制御光回路(T
WPC)として実績のある構造である。偏波保持ファイ
バには、例えばいわゆるパンダファイバ(PANDA)
が用いられる。
【0024】すなわち、この構成は、伝送路ファイバ3
1及び偏波保持ファイバ32間、直列接続される偏波保
持ファイバ32と33、33と34間を、それぞれ複屈
折性が十分小さいと見なせる5cm程度のDSF(偏波
依存性ファイバ)35,36,37を介して融着し、D
SF部分で捩ることで安定な回線接続を等化的に実現し
たものである。
【0025】この構成において、可変位相シフトは偏波
保持ファイバ32,33を部分的に加熱することによっ
て実現できる。図4の例では、偏波保持ファイバ長を2
0mとし、その巻装表面の一部に電力トランジスタ3
8,39を発熱源として装着することで、直交光波可変
位相差機能を実現している。等化誤差信号発生は、通常
のガリウム砒素集積回路(GaAsIC)を用いて作成
することができる。
【0026】実験段階では、パルス発生器で2.5Gb
/s擬似ランダム符号を生成し、LN光変調器を用いて
1.55μmの光符号列を得て、模擬PMD発生光回路
で発生させたPMD波形歪を加えることで、PMD波形
歪を有する偏波モード分散光波を生成し、これを上記構
成による補償装置に入力して、等化誤差信号を最小とす
るようにPMD等化光回路を手動制御してみたところ、
ほぼ完全に等化できることを確認することができた。
【0027】さらに、実回線でのPMD推定法として、
受信波形サンプルから伝送路のPMD等化光回路合成に
より伝送路PMD推定を行い、模擬PMD伝送路パラメ
ータと対比することで推定の妥当性を確認した。これに
より、実回線PMD等化光回路を容易に設計できると考
えられる。
【0028】また、全自動等化は、PMD等化光回路の
可変位相シフト部の時定数が長いため、収束が遅く、困
難と考えられていたが、この制御アルゴリズムはシュミ
レーションで十分確認されている。
【0029】尚、PMD等化光回路の構成に関しては、
基本確認に適した実施例の構成を示したが、実用段階で
は、等化的な光回路をLiNbO3 光ICの上にTE/
TM変換器、位相シフタなどを構成する方法、ないしは
2パラレル・スクェンス・オプティカル・トランスバー
サル・フィルタ(Two-parallel squence optical trans
versal filter ;電子情報通信学会、1993年春季全
国大会にて発表)を光回路基板の上に構成する方法が利
用可能である。これらの構成によれば等化光回路の安定
性と制御の高速応答性の要求に十分対応できると考えら
れる。尚、この発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、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ことはいうまでもない。
【0030】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、光ファ
イバの偏波モード分散による伝送歪を補償することので
きる光ファイバ偏波モード分散補償装置を提供すること
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モード分散補償
装置の一実施例の構成を示す図である。
【図2】同実施例のシュミレーション結果として、比較
的大きなPMD歪波形の場合に対する等化前後の時間波
形を示す図である。
【図3】同実施例で比較的小さなPMD歪波形の場合に
対する等化前後の時間波形を示す図である。
【図4】上記実施例のPMD等化光回路の具体的な構成
を示す図である。
【符号の説明】
1…光伝送路、2…偏波モード分散等化光回路、21…
直交光波相互変換回路、22N…直交光波間群遅延時間
差回路、23N…可変光位相差回路、24N…可変直交
光波相互変換回路、25…直交光波間群遅延時間差回路
(Ts )、4…AGC回路、41…プリアンプ、42…
帰還抵抗、5…クロック再生回路、6…識別回路、7…
等化フィルタ、8…遅延回路、9…差動増幅器、10…
整流回路、11…ローパスフィルタ、12…パラメータ
制御回路、31…伝送路ファイバ、32〜34…偏波保
持ファイバ、35〜37…DSF、38,39…電力ト
ランジスタ。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−130062(JP,A) 特開 平6−284093(JP,A) 特開 平7−131418(JP,A) 特開 平7−221705(JP,A) 欧州特許出願公開578380(EP,A 1) 渡部夏子 他,2波長偏光制御素子, 電子情報通信学会秋季大会講演論文集 4,日本,社団法人電子情報通信学会, 1993年8月15日,B−908,4−149 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直交する光波に対して一定の群遅延時間差
    を与える第1の光回路、直交する光波の位相差を制御信
    号に応じて可変する機能及び直交する光波の振幅回転接
    続角を制御信号に応じて可変相互変換する機能を有する
    第2の光回路がN(Nは任意の自然数)段繰返し直列接
    続され、光伝送路からの偏波モード分散された信号光を
    入力し、各段で、入力される信号光から直交光波を取り
    出して、前記第1の光回路で一定の群遅延時間差を与え
    つつ、前記第2の光回路で制御信号に対応する位相差、
    振幅回転接続角を可変制御する等化光回路と、 この等化光回路から出力される信号光を受信する光受信
    手段と、 この手段で得られる受信信号から符号列を識別する符号
    列識別手段と、 この手段で得られる識別信号を基準に識別前の受信信号
    と比較して差信号を生成し、整流、積分して等化誤差信
    号を生成する等化誤差信号生成手段と、 この手段で得られる等化誤差信号が最小となるように前
    等化光回路に位相差、振幅回転接続角に対する制御信
    号を生成出力するパラメータ制御手段とを具備する光フ
    ァイバ偏波モード分散補償装置。
  2. 【請求項2】前記第2の光回路は、複屈折性が十分小さ
    いと見なせる偏波依存性ファイバを制御信号に応じた角
    度だけ捩じることで振幅回転接続角の可変相互変換機能
    を実現し、偏波保持ファイバに部分的に制御信号に応じ
    た温度変化を与えることで位相差可変機能を実現するよ
    うにしたことを特徴とする請求項1記載の光ファイバ偏
    波モード分散補償装置。
JP02044694A 1994-02-17 1994-02-17 光ファイバ偏波モード分散補償装置 Expired - Lifetime JP3281162B2 (ja)

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渡部夏子 他,2波長偏光制御素子,電子情報通信学会秋季大会講演論文集4,日本,社団法人電子情報通信学会,1993年8月15日,B−908,4−149

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