JP3655826B2 - 偏光モード分散の検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、光データ信号を供給される偏光モード変換器と、この偏光モード変換器の後に接続され偏光モード変換器から放出された光データ信号を復調によって電気信号に変換する光電気変換器と、光電気変換器の電気信号を供給される１つの第１の電気的フィルタおよびこの第１の電気的フィルタの後に接続された１つの第１のパワーメータから成る第１の直列回路とを備えた光受信器内の偏光モード分散の検出装置に関する。
【０００２】
光伝送技術では長い光導波路形伝送路が使用されている。光導波路は製造条件に起因して完全に等方性ではなく弱い複屈折性を有する。長い伝送路のゆえに１つの周波数に関係する偏光変換―偏光モード分散または偏光分散（短縮してＰＭＤと呼ばれる）−が生ずる。これは、光周波数とそれに結び付けられる相い異なる周波数に関係する伝搬時間との関数として光信号の偏光の変化により、送られるパルスの幅の広がりを生ぜしめ、そのために受信側ではその認識可能性が減じ、それによりデータの伝送速度が制限される。
【０００３】
面倒なことに、温度変化または機械的負荷により伝送路の伝送特性、従ってＰＭＤも変化してしまう。そこで、適応ＰＭＤ補償器が伝送路に挿入されて使用される。それを駆動するために光受信器内でＰＭＤ歪みが検出されなければならない。この補償器は次いでたとえばグラディエント‐アルゴリズムにより最適に設定される。
【０００４】
「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ」（１９９４年２月１７日、第３０巻、第４号、第３４８〜３４９頁）では帯域通過フィルタが、ＰＭＤを検出すべきデータ信号のフィルタリングのために使用される。フィルタ出力端におけるパワー検出器が、ＰＭＤ歪みが小さいほど、高い信号を供給する。
【０００５】
この方法の欠点は、第１次の大きいＰＭＤが存在する際にこの信号が差群伝搬時間ＤＧＤの関数として単調に変化せず、従って一義的な信号が得られないことである。
【０００６】
「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＯＥＣ ９４」（１４ｅ−１２、第２５８〜２５９頁、幕張メッセ、日本、１９９４）では、判定器出力端と判定器入力端との間の差信号のパワーを評価する他の方法が使用されている。しかしその信号はＰＭＤ歪みに対して適当な帯域通過フィルタよりも低い感度を有する。特にＤＧＤがビット継続時間を上回る強いＰＭＤ歪みの際には、さらに誤った判定が生じるので、得られる信号はこのような場合にはＰＭＤ歪みの存在に対する不適当な規範である。
【０００７】
本発明の課題は、差群伝搬時間のより大きい値に対しても信頼できる検出器を提供することである。さらに本発明の課題は、偏光モード分散を補償しこの検出器を最適に設定するための適当な装置を提供することである。
【０００８】
この課題は、本発明によれば、第１の電気的フィルタは電気的帯域通過フィルタとして形成され、光電気変換器の電気信号を供給される１つの他の電気的帯域通過フィルタおよびこの電気的帯域通過フィルタの後に接続された１つの他のパワーメータからそれぞれ成る少なくとも２つの他の直列回路が設けられ、電気的帯域通過フィルタの中心周波数は、ビットクロック周波数のほぼ半分に相当する最高の中心周波数から出発して、それぞれ、すぐ次に高い中心周波数を有する電気的帯域通過フィルタの中心周波数の半分に相当し、パワーメータの出力電圧が調節器に供給され、調節器はこの出力電圧を評価して偏光モード変換器を制御し、上昇勾配の最小値０から符号切換を行う最大値までの差群伝搬時間の間に位置している電気的帯域通過フィルタの出力電圧の単調範囲のみが評価されることによって解決される。
【０００９】
この課題は、本発明によれば、電気的低域通過フィルタとして形成された電気的フィルタの限界周波数または電気的帯域通過フィルタとして形成された電気的フィルタの中心周波数が切換可能または設定可能であり、パワーメータの出力電圧が調節器に供給され、調節器はこの出力電圧を評価して偏光モード変換器を制御し、上昇勾配の最小値０から符号切換を行う最大値までの差群伝搬時間の間に位置している電気的フィルタの出力電圧の単調範囲のみが評価され、先行の電気的フィルタ構成の際に得られた出力電圧が一緒に用いられることによって解決される。
【００１０】
本発明の有利な実施態様は従属請求項にあげられている。
【００１１】
本発明の特別な利点は、利用される主範囲内を単調に経過している多数のフィルタの出力電圧とそれらの大きい急峻度との組み合わせにあり、これは単一の帯域通過フィルタ又は単一の低域通過フィルタによっては可能でない。これによりほぼ正確な補償が可能である。
【００１２】
複数の帯域通過フィルタの使用は複数の低域通過フィルタの使用に比べて、差群伝搬時間の関数としてのフィルタ出力電圧の急峻度がより大きいという利点を有する。これにより一層正確／迅速な補償が実行される。
【００１３】
複数の帯域通過フィルタ／低域通過フィルタの代わりに、１つの切換可能／制御可能な帯域通過フィルタまたは１つの切換可能／制御可能な低域通過フィルタも使用できる。
【００１４】
検出装置は別の制御規範により補われる。この際に受信された光信号から得られるデータ補助信号の意図されて発生される誤り率を評価する装置は特に有利である。特に簡単な回路はデータ信号の評価の際の制御可能な走査閾値により実現される。
【００１５】
本発明の実施例を図面により説明する。
【００１６】
図１は中心周波数０．１２５／Ｔ、０．２５／Ｔおよび０．５／Ｔ（ここでＴは伝送されるデータ信号のビット継続時間）を有する３つの帯域通過フィルタのフィルタ出力電圧Ｕ１〜Ｕ３の正規化された経過を示す。さらに、限界周波数０．１２５／Ｔを有する低域通過フィルタの出力電圧Ｕ（ＬＰＦ）は、両方の主偏光が同じ強さで励起された場合に正規化された差群伝搬時間ＤＧＤ／Ｔに関係して記入されている（主偏光または“ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｔａｔｅ‐ｏｆ‐ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ”（以下では短縮してＰＳＰと呼ばれる）とは、光周波数が変化しても第１次近似では変化しない両方の互いに直交する偏光をいう）。偏光を受けた光導波路内で主偏光は主軸と合致している、すなわち水平または垂直である。しかし一般的には主偏光は楕円偏光の任意の直交する対である。主偏光は種々の群伝搬時間を有し、それらの差は“差群遅延”、以下ではＤＧＤまたは差群伝搬時間と呼ばれる。主偏光を有する光信号が伝送されると、第１次近似ではパルス幅の広がりは生じない。両方の主偏光への分割の際にそこで等しいパワー成分に相応する偏光を有する光信号が伝送されると、最大のパルス幅の広がりが生ずる。なぜならば、大きさＤＧＤの伝搬時間差を有する２つの同じ強さのパルスが重畳されるからである。
【００１７】
主偏光が光周波数の関数として変化すると、特定の周波数に相応する主偏光の入力側の使用の際に、出力偏光は周波数の関数として変化するが、先ず第１次よりも高い次数で変化する。これは高次ＰＭＤと呼ばれる。一般に高次ＰＭＤが生ずるが、その際に第１次ＰＭＤがその作用により支配的であり、従って補償されなければならない。
【００１８】
明らかなように、出力信号Ｕ３は１ＴのＤＧＤの値までしかＰＭＤの誤りなしの検出を可能にしない。なぜならば、１Ｔと２Ｔとの間の値に対しては関数の上昇勾配が符号を変化するからである。相応のことが他方の帯域通過フィルタの出力電圧にも、また度合いは少ないが低域通過フィルタの出力電圧にも当てはまる。
【００１９】
図２には補償器内でのＰＭＤの検出装置の使用が示されている。光送信器ＴＲが光信号ＯＳを光導波路ＬＷＬを介して光受信器ＲＸへ送る。これは光信号を電気信号に変換するためのホトダイオードＰＤを有する。後段に接続されている判定器ＤＦＦが出力端ＯＤに伝送データ信号ＤＳを発する。
【００２０】
ホトダイオードの前には偏光モード分散を補償するための偏光モード変換器Ｃが接続されており、その入力端ＩＮは受信器入力端と同一である。
【００２１】
偏光モード変換器Ｃに対する調節規範はホトダイオードから発せられるベースバンド信号ＢＢから得られる。これは多くのフィルタＦＩ１〜ＦＩ３に供給され、それらの出力端の後にそれぞれパワーメータＤＥＴ１〜ＤＥＴ３が接続されている。平滑化コンデンサまたは類似の装置によりこれらのパワーメータは平滑化‐または低域通過機能をも有する。帯域通過フィルタは有利な仕方で中心周波数０．１２５／Ｔ、０．２５／Ｔおよび０．５／Ｔを有する。帯域幅はそのつどの中心周波数の約０．０００１倍〜０．２倍である。帯域通過フィルタの帯域幅が狭い場合、パワーメータＤＥＴ１〜ＤＥＴ３におけるパワー測定の過程で平滑化が大幅に省略される。
【００２２】
増幅器などの詳細は概要を理解し易くするために図示されていない。
【００２３】
補償器の設定をわかりやすく説明するために、大きい差群伝搬時間が最初に存在することを仮定するのが最も良い。先ず最も低い中心周波数０．１２５／Ｔを有する帯域通過フィルタＦＩ１の出力電圧Ｕ１（パワーメータにより測定される）が、調節器ＭＰとして使用されるマイクロプロセッサ（Ａ‐Ｄ変換器およびＤ‐Ａ変換器を有する）により補償器設定を最適化するために使用される。この信号が（図１で上側の）閾値ＳＯを上回ると直ちに、最適化のためにすぐ次に高い中心周波数０．２５／Ｔを有する帯域通過フィルタＦＩ２の出力信号が使用される。たとえこれが、閾値（または実施例に相応して選ばれた他の閾値）を上回る強い出力信号を供給するとしても、最も高い中心周波数０．５／Ｔを有する帯域通過フィルタへの切換が行われる。この帯域通過フィルタは確かに出力信号の最も狭い単調範囲を有するが、他の帯域通過フィルタの出力信号を一緒に評価することにより、第１の単調範囲０≦ＤＧＤ≦Ｔにおける出力信号を供給することが保証されている。従ってその高い感度はＰＭＤ歪みの補償に特に有利に利用できる。利用される単調範囲は主値として実線で図１に記入されている。
【００２４】
最適なビット誤り率を達成するために、帯域通過フィルタの出力信号または後段に接続されているパワー検出器の出力信号の非線型または線型の組み合わせも行われ得る。加えて、低い周波数の帯域通過フィルタの出力信号の関数として選ばれるフィルタ出力信号の代わりに、簡単に低い周波数の信号の出力信号も使用される。ＤＥＴ１の出力信号がその閾値を上回らないかぎり、これのみが使用される。ＤＥＴ２の出力信号も閾値を上回っている場合には付け加えられる。最後にＤＥＴ３の出力信号もその閾値も上回っているならば付け加えられる。
【００２５】
測定のために検出器ＤＥＴ１〜ＤＥＴ３の出力端に測定装置が直接に接続されていてよく、それらの内の１つの測定装置ＭＧ３が図２に示されている。
【００２６】
図３には、３つの帯域通過フィルタが単一の切換可能／制御可能な帯域通過フィルタＦＩＵにより置換されている検出装置の変形例が示されている。補償の際の進行の仕方は同じである。調節器として使用されるマイクロプロセッサＭＰは、より高い中心周波数を有するフィルタの主値（単調範囲）の対応付けが一義的に可能であるように、それぞれ先行の出力電圧を記憶に留める。フィルタの設定は制御信号ＳＴにより行われる。
【００２７】
図４には、第２の判定器ＤＦＦ２が使用され、それに同じくベースバンド信号ＢＢが供給される別の変形例が示されている。この実施例では第２の判定器の閾値が設定装置ＥＧを介して、第１の判定器ＤＦＦがなおほぼ誤りのないデータ信号ＤＳを発するときに、この第２の判定器が誤りのあるデータ補助信号ＤＨを供給するように、広くずらされる。出力信号は排他的オアゲートＥＸＯＲにおいて互いに比較され、こうして得られた誤り信号ＦＳが同じくマイクロプロセッサＭＰにより偏光モード変換器Ｃを制御するために使用される。第２の判定器の閾値をシフトすることにより、達成可能なビット誤り率を顧慮して信号の質がどのように良いかについての尺度が常に発生される。最適値からの閾値のシフトの際のデータ補助信号の誤り率が小さいほど、信号の質は良い。大まかに言って、切換可能／制御可能なフィルタＦＩＵの最大出力電圧および最小誤り率は合致する。それに対して、判定器ＤＦＦのより低いビット誤り率に通ずるより精密な評価は誤り信号ＦＳの使用の際に生ずる。しかしデータ信号ＤＳからのデータ補助信号ＤＨの偏差は不規則的に生ずるので、特に良いＳＮ比、従ってまた最適な補償を得るために、誤り信号ＦＳの比較的長い測定または平均化時間が必要である。第２の判定器によって得られる追加的な情報はフィルタＦＩＵを最適化するために、すなわちその伝達関数を変更するために使用される。この適応作動形式は、サンプルのばらつき、温度変動、非線型な作用の発生などを許容可能にする特に有利であると思われる。この実施例の大きい利点は、フィルタ出力信号により迅速な補償が可能であり、精密設定およびフィルタの伝達関数の設定のために十分な時間が得られることにある。
【００２８】
特に、偏光モード変換器Ｃの速い設定が重要でない場合には、誤り信号ＦＳのみの使用も可能であり、それによって図４においてはフィルタＦＩＵおよびパワー検出器ＤＥＴ１は省略され得よう。
【００２９】
図５に示されているように、多くの帯域通過フィルタを使用する際には、フィルタの伝達関数または個々のフィルタ出力信号の重み付けは、最も小さいＰＭＤ歪みが生ずるように変更される。これはゆっくりと行われてよく、他方においてフィルタ出力信号およびそれらの組み合わせは迅速に得られるので、この適応作動形式により図４の実施例の際と同一の利点が生ずる。
【００３０】
原理的に偏光モード変換器の制御は誤り信号によっても行われ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 フィルタ出力電圧の正規化された経過を示す特性図。
【図２】 ３つの帯域通過フィルタを有する本発明の実施例を示すブロック図。
【図３】 制御可能な帯域通過フィルタを有する別の実施例を示すブロック図。
【図４】 データ補助信号の追加的な評価を有する別の実施例を示すブロック図。
【図５】 この実施例の別の変形例を示すブロック図。
【符号の説明】
ＴＸ 光送信器
ＲＸ 光受信器
Ｃ 偏光モード変換器
ＰＤ ホトダイオード
ＦＩ１〜ＦＩ３ フィルタ
ＤＥＴ１〜ＤＥＴ３ パワーメータ
ＭＰ 調節器

Claims (8)

1. 光データ信号（ＯＳ）を供給される偏光モード変換器（Ｃ）と、この偏光モード変換器（Ｃ）の後に接続され偏光モード変換器（Ｃ）から放出された光データ信号を復調によって電気信号（ＢＢ）に変換する光電気変換器（ＰＤ）と、光電気変換器（ＰＤ）の電気信号（ＢＢ）を供給される１つの第１の電気的フィルタ（ＦＩ１）およびこの第１の電気的フィルタ（ＦＩ１）の後に接続された１つの第１のパワーメータ（ＤＥＴ１）から成る第１の直列回路とを備えた光受信器内の偏光モード分散の検出装置において、
   第１の電気的フィルタ（ＦＩ１）は電気的帯域通過フィルタとして形成され、
   光電気変換器（ＰＤ）の電気信号（ＢＢ）を供給される１つの他の電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ２，ＦＩ３）およびこの電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ２，ＦＩ３）の後に接続された１つの他のパワーメータ（ＤＥＴ２，ＤＥＴ３）からそれぞれ成る少なくとも２つの他の直列回路が設けられ、
   電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ３，ＦＩ２，ＦＩ１）の中心周波数は、ビットクロック周波数のほぼ半分に相当する最高の中心周波数から出発して、それぞれ、すぐ次に高い中心周波数を有する電気的帯域通過フィルタの中心周波数の半分に相当し、
   パワーメータ（ＰＥＴ１，ＰＥＴ２，ＰＥＴ３）の出力電圧（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３）が調節器（ＭＰ）に供給され、調節器（ＭＰ）はこの出力電圧（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３）を評価して偏光モード変換器（Ｃ）を制御し、
   上昇勾配の最小値０から符号切換を行う最大値までの差群伝搬時間（ＤＧＤ）の間に位置している電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２、ＦＩ３）の出力電圧の単調範囲のみが評価される
   ことを特徴とする偏光モード分散の検出装置。
2. 最も低い中心周波数を有する第１の電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ１）の出力信号（Ｕ１）が他の電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ２）の出力信号（Ｕ２）の上昇勾配の符号切換を示す閾値（ＳＯ）の下側に位置している際にはこの出力信号（Ｕ１）が単独に評価され、最も低い中心周波数を有する第１の電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ１）の出力信号（Ｕ１）がこの閾値（ＳＯ）を上回る際にはすぐ次に高い中心周波数を有する他の電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ２）の出力信号（Ｕ２）が単独にまたは追加的に評価され、それぞれより高い中心周波数（０．５／Ｔ）を有する別の電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ３）に対する相応の評価が行われることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. ３つの電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２、ＦＩ３）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 複数の電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２，ＦＩ３）の内の１つの電気的帯域通過フィルタの主値のみが偏光モード変換器（Ｃ）を制御するために用いられていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
5. 調節器（ＭＰ）を介して電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２、ＦＩ３）の伝達関数またはその電気的帯域通過フィルタ（ＦＩ１、ＦＩ２、ＦＩ３）の後にそれぞれ接続されたパワーメータ（ＤＥＴ１、ＤＥＴ２、ＤＥＴ３）の出力信号の重み付けが制御されることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 光データ信号（ＯＳ）を供給される偏光モード変換器（Ｃ）と、この偏光モード変換器（Ｃ）の後に接続され偏光モード変換器（Ｃ）から放出された光データ信号を復調によって電気信号（ＢＢ）に変換する光電気変換器（ＰＤ）と、光電気変換器（ＰＤ）の電気信号（ＢＢ）を供給される１つの電気的フィルタ（ＦＩＵ）およびこの電気的フィルタ（ＦＩＵ）の後に接続された１つのパワーメータ（ＰＥＴ１）からなる直列回路とを備えた光受信器（ＲＸ）内の偏光モード分散の検出装置において、
   電気的低域通過フィルタとして形成された電気的フィルタの限界周波数または電気的帯域通過フィルタとして形成された電気的フィルタ（ＦＩＵ）の中心周波数が切換可能または設定可能であり、
   パワーメータ（ＰＥＴ１）の出力電圧（Ｕ１）が調節器（ＭＰ）に供給され、調節器（ＭＰ）はこの出力電圧（Ｕ１）を評価して偏光モード変換器（Ｃ）を制御し、
   上昇勾配の最小値０から符号切換を行う最大値までの差群伝搬時間（ＤＧＤ）の間に位置している電気的フィルタ（ＦＩＵ）の出力電圧（Ｕ１）の単調範囲のみが評価され、先行の電気的フィルタ構成の際に得られた出力電圧（Ｕ１，Ｕ２）が一緒に用いられることを特徴とする偏光モード分散の検出装置。
7. 電気的帯域通過フィルタ（ＦＩＵ）が３段階に切換可能であることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 光電気変換器（ＰＤ）の電気信号（ＢＢ）を供給され伝送データ信号（ＤＳ）を出力する第１の判定器（ＤＥＦ）が設けられ、
   光電気変換器（ＰＤ）の電気信号（ＢＢ）を供給される第２の判定器（ＤＥＦ２）と、第１の判定器（ＤＦＦ）が誤りのないデータ信号（ＤＳ）を発するときに第２の判定器（ＤＥＦ２）が誤りのあるデータ補助信号（ＤＨ）を出力するための閾値を設定して第２の判定器（ＤＥＦ２）に与える設定装置（ＥＧ）と、第１の判定器（ＤＥＦ）から出力された伝送データ信号（ＤＳ）と第２の判定器（ＤＥＦ２）から出力されたデータ補助信号（ＤＨ）とを比較し比較により得られた誤り信号（ＦＳ）を調節器（ＭＰ）に供給する排他的オアゲート（ＥＸＯＲ）とから構成された測定装置（ＥＧ；ＤＦＥ２，ＥＸＯＲ）が、受信信号を意図的に悪くされるかまたは第２の判定器（ＤＥＦ２）の閾値を変更した際にビット誤り率を測定するために設けられ、
   排他的オアゲート（ＥＸＯＲ）から出力された誤り信号（ＦＳ）が調節器（ＭＰ）を介して追加的に偏光モード変換器（Ｃ）を制御することを特徴とする請求項１又は６記載の装置。

Images