JP4582874B2

JP4582874B2 - 偏波モード分散補償方法および偏波モード分散補償装置

Info

Publication number: JP4582874B2
Application number: JP2000213266A
Authority: JP
Inventors: 寛己大井; 丈ニ石川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: US20020018266A1; US6829440B2; JP2002033701A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送路の偏波モード分散による信号光への影響を補償する技術に関し、特に、信号光におけるベースバンドスペクトル中の特定周波数成分の強度を検出して偏波モード分散の補償を行う偏波モード分散補償方法および偏波モード分散補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、日本国内や国外において、伝送速度１０Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒）の光伝送システムの商用化が進められている。また、今後のインターネット等による伝送容量需要の急速な増大に対応し、安価で周波数利用効率の高い通信サービスを提供するために、例えば、伝送速度が４０Ｇｂ／ｓなどの超高速光伝送システムの実現が求められている。
【０００３】
しかしながら、上記のような超高速光伝送システムにおいては、伝送路で生じる偏波モード分散（Polarization-mode Dispersion：以下、ＰＭＤとする）などの影響により信号光の伝送波形が劣化してしまうため、信号光の伝送距離が制限されるという課題がある。このＰＭＤは、信号光における偏波成分（例えばＴＥモードおよびＴＭモードのような２つのモード光）の伝播遅延時間が異なることによって生じる分散であり、あらゆる光ファイバに対して起こり得るものである。
【０００４】
したがって、超高速の長距離光伝送を実現するためには、ＰＭＤ補償技術の適用が必須となる。また、ＰＭＤは、温度やストレス等の伝送路環境の変化によっても経時的に変動するため、システム運用中にＰＭＤの状態をモニタし、フィードバック制御を行う自動ＰＭＤ補償技術が必要とされる。
【０００５】
従来の自動ＰＭＤ補償技術としては、例えば、光領域での補償方式（例えば、T. Takahashi et al., Electron. Lett. 30, pp.348-349, 1994.や、F. Heismann et al., ECOC'98 Technical Digest, pp.529-530.や、特開平11−196046号公報等参照）および電気段での補償方式（例えばH. Bulow, NOC'97 Technical Digest, pp.65-72.等参照）の報告がなされている。
【０００６】
また、本発明者らは、簡易な構成、変調方式や他の波形劣化要因（波長分散、非線形効果）に無依存、高速化に有利、といった観点から、光領域における補償方式を採用した自動ＰＭＤ補償技術を提案している（特願平11-515959号や、H. Ooi et al., OFC'99, Technical Digest WE5 pp.86-88, 1999.等参照）。この補償技術は、大規模な測定器を不要とする簡易な構成のＰＭＤモニタ方式を採用して、伝送光信号におけるベースバンドスペクトル中の特定周波数成分の強度（例えば、４０Ｇｂ／ｓ信号光における２０ＧＨｚ成分の強度など）を検出し、該検出強度が極大になるように補償量をフィードバック制御する技術である。この補償技術を適用することにより、信号光の伝送距離が４倍以上に拡大されるようになる。
【０００７】
しかし、上記のような補償技術においては、補償可能なＰＭＤの上限が伝送光の１タイムスロットに制約されてしまうという課題があった。すなわち、特定周波数成分の強度は、伝送路のＰＭＤによる偏波モード間の光遅延量Δτ_T（以下、ＰＭＤ量Δτ_Tとする）に対して図１２に示すように変化し、ＰＭＤ量Δτ_Tが伝送光の１タイムスロット（例えば４０Ｇｂ／ｓ信号光の場合２５ｐｓ）になると、特定周波数成分の強度が零（または極小）になる。このため、ＰＭＤ量Δτ_Tが１タイムスロットを超える場合に、特定周波数成分の強度が極大になるように補償量をフィードバック制御すると、制御後のＰＭＤ量Δτ_Tは増加するようになり伝送光波形の劣化が大きくなってしまう。
【０００８】
このような課題に対して、ＰＭＤの補償可能範囲を拡大する技術としては、例えば、伝送速度Ｂｂ／ｓの伝送光信号におけるベースバントスペクトル中の周波数Ｂ／２Ｈｚ成分、Ｂ／４Ｈｚ成分およびＢ／８Ｈｚ成分などをバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）で抽出して各々の強度を検出する方式が提案されている（例えばD.Sandel et al., Electron. Lett. 34, pp.2258-2259, 1998等参照）。
【０００９】
図１３は、上記のＰＭＤ補償技術を説明する図である。ただし、横軸はＰＭＤ量Δτ_Tを伝送光の１タイムスロットＴで規格化した値（Δτ_T／Ｔ）を示し、縦軸は各ＢＰＦで抽出した周波数成分の強度を示している。なお、（ＢＰＦ０．５／Ｔ）で示される曲線はＢ／２Ｈｚ成分の強度を表し、（ＢＰＦ０．２５／Ｔ）で示される曲線はＢ／４Ｈｚ成分の強度を表し、（ＢＰＦ０．１２５／Ｔ）で示される曲線はＢ／８Ｈｚ成分の強度を表している。また、ＬＰＦで示された曲線は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）で抽出されたＢ／８Ｈｚ成分の強度を表すものである。
【００１０】
図１３に示すように、ＢＰＦで抽出される周波数が低くなるほど、各々の成分の強度が零になるＰＭＤ量Δτ_Tが大きくなるため、補償可能範囲は拡大される。しかしながら、ＰＭＤ量Δτ_Tが小さい領域では、検出される強度（モニタ強度）の変化が小さくなる（各々の曲線が平坦に近くなる）ため、モニタ強度が極大になるようにＰＭＤの補償量をフィードバック制御した場合、該フィードバック制御の収束が悪くなってしまう。また、モニタ系の感度には不確定幅があることから、経時的に不安定な制御となる可能性もある。そこで、上記のＰＭＤ補償技術では、各々の周波数成分の強度を検出する３つのＰＭＤモニタを順次切り替えて用いるようにしている。このＰＭＤモニタの切り替えは、モニタ強度に対してしきい値Ｔｈ１,Ｔｈ２が予め設定され、例えば、モニタ強度が増大する場合には、Ｂ／８Ｈｚ成分の強度を検出するＰＭＤモニタの検出値（曲線ＢＰＦ０．１２５／Ｔ）が、図１３で上側のしきい値Ｔｈ１まで増加すると、Ｂ／４Ｈｚ成分の強度を検出するＰＭＤモニタに切り替えられ、その後、該ＰＭＤモニタの検出値（曲線ＢＰＦ０．２５／Ｔ）がしきい値Ｔｈ１まで増加すると、Ｂ／２Ｈｚ成分の強度を検出するＰＭＤモニタに切り替えられる。また例えば、モニタ強度が減少する場合には、図１３で下側のしきい値Ｔｈ２を基準として、Ｂ／２Ｈｚ成分の強度を検出するＰＭＤモニタ、Ｂ／４Ｈｚ成分の強度を検出するＰＭＤモニタ、Ｂ／８Ｈｚ成分の強度を検出するＰＭＤモニタへと順次切り替えられる。
【００１１】
このように、モニタ強度に対して予め設定したしきい値Ｔｈ１，Ｔｈ２に従って、複数のＰＭＤモニタを順次切り替え制御することにより、ＰＭＤの補償可能範囲を１タイムスロット以上に拡大することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような複数のＰＭＤモニタを切り替え制御する従来のＰＭＤ補償技術では、ＰＭＤモニタを切り替えるために予め設定されるしきい値として絶対的な値が用いられるため、ＰＭＤ補償を高い精度で行うことが難しいという問題点があった。すなわち、各ＰＭＤモニタで検出される各々の周波数成分の強度は、伝送路のＰＭＤ以外にも、例えば、温度変動等による波長分散や、偏波モード間の光強度の分岐比等のパラメータの経時的変化に従って変動することが知られている。ＰＭＤモニタの切り替え制御の基準となるしきい値を、相対的な値ではなく絶対的な値を用いて予め設定してしまうと、上記のようなＰＭＤ以外の要因による強度変動に対して、しきい値の設定が不適切なものとなり、精度の高いＰＭＤ補償の実現が難しくなってしまう。
【００１３】
また、複数のＰＭＤモニタを用いる従来の補償技術では、強度検出する周波数成分として、信号光の伝送速度Ｂの１／２倍、１／４倍、１／８倍などといった特定の周波数にしなければならないという制約がある。この制約は、信号光の伝送速度が変化するようなシステムへの適用を難しくするとともに、補償範囲をより広くするためには、数多くの周波数成分をモニタしなければならないという欠点がある。
【００１４】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、信号光に生じた偏波モード分散（ＰＭＤ）を広い範囲に亘って高い精度で補償できるようにした偏波モード分散補償方法および偏波モード分散補償装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によるＰＭＤ補償方法は、まず、伝送路を介して入力される信号光に生じたＰＭＤを補償する。そして、補償後の信号光におけるベースバンドスペクトル中の複数の異なる特定周波数成分を抽出した後に、該各特定周波数成分の強度をそれぞれ検出する。このとき、抽出される複数の異なる特定周波数は、強度検出時における検出感度の不確定幅に応じて決められる。次に、検出した各特定周波数成分の強度うちの相対的に低周波側の特定周波数成分の強度を用い、該低周波側の特定周波数成分の強度が最大値に近づくように、前述したＰＭＤの補償量をフィードバック制御し、該低周波側の特定周波数成分の強度を用いたフィードバック制御が収束した後に、順次、相対的に高周波側の特定周波数成分の強度に切り替え、該高周波側の特定周波数成分が最大値に近づくように、ＰＭＤの補償量をフィードバック制御する。
【００１６】
このようなＰＭＤ補償方法では、複数の異なる特定周波数成分の強度が各々の最大値に収束するようにＰＭＤ補償量を制御することで、信号光のＰＭＤ量の変化に正確に追随したフィードバック制御が可能になる。このとき、強度検出感度の不確定幅に応じて各特定周波数成分を決め、フィードバック制御に用いる特定周波数成分の強度を、低周波側から高周波側に順次切り替えるようにすることで、従来のような絶対的なしきい値を基準とするのではなく、強度の最大値収束状態を基準にしてＰＭＤモニタの切り替えが行われるため、高い精度のＰＭＤ補償が実現できるようになる。
【００１７】
本発明によるＰＭＤ補償装置は、伝送路のＰＭＤによる信号光への影響を補償するＰＭＤ補償装置において、伝送路を介して入力される信号光に生じたＰＭＤを補償する偏波モード分散補償手段と、該偏波モード分散補償手段から出力される信号光におけるベースバンドスペクトル中の複数の異なる特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出手段と、該特定周波数成分抽出手段で抽出された各特定周波数成分の強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、該強度検出手段で検出される各特定周波数成分の強度うちの相対的に低周波側の特定周波数成分の強度を用い、該低周波側の特定周波数成分の強度が最大値に近づくように、偏波モード分散補償手段における偏波モード分散補償量をフィードバック制御し、該低周波側の特定周波数成分の強度を用いたフィードバック制御が収束した後に、順次、相対的に高周波側の特定周波数成分の強度に切り替え、該高周波側の特定周波数成分が最大値に近づくように、偏波モード分散補償手段における偏波モード分散補償量をフィードバック制御する補償量制御手段と、を備える。また、特定周波数成分抽出手段は、強度検出手段での検出感度の不確定幅に応じて、抽出する複数の異なる特定周波数を決める。
【００１８】
かかる構成では、偏波モード分散補償手段で補償された信号光について、複数の異なる特定周波数成分の強度が特定周波数成分抽出手段および強度検出手段によって検出される。補償量制御手段では、検出された各特定周波数成分の強度を用いて、各々の強度が最大値に収束するように、偏波モード分散補償手段におけるＰＭＤ補償量のフィードバック制御が行われる。このとき、強度検出感度の不確定幅に応じて各特定周波数成分を決め、フィードバック制御に用いる特定周波数成分の強度を、低周波側から高周波側に順次切り替えるような制御を行うことで、従来のような絶対的なしきい値を基準とするのではなく、強度の最大値収束状態を基準にしてＰＭＤモニタの切り替えが行われるため、高い精度のＰＭＤ補償が実現できるようになる。
【００１９】
さらに、上記ＰＭＤ補償装置について、特定周波数成分抽出手段の具体的な構成としては、特定周波数成分に対応した透過中心周波数を持つバンドパスフィルタを有し、該バンドパスフィルタを用いて特定周波数成分の抽出を行うようにしてもよい。または、特定周波数成分に対応したカットオフ周波数を持つローパスフィルタを有し、該ローパスフィルタを用いて特定周波数成分の抽出を行うようにしても構わない。
【００２０】
このような具体的な構成によれば、信号光におけるベースバンドスペクトル中の複数の特定周波数成分がバンドパスフィルタまたはローパスフィルタによって抽出されるようになる。特に、ローパスフィルタを用いて抽出する場合には、広範囲の周波数成分の強度を積分した値が得られるため、より安定したＰＭＤ補償を実現することが可能になる。
【００２１】
また、前述したＰＭＤ補償装置の偏波モード分散補償手段は、信号光について、２つの偏波モードへの光強度の分岐比を決定する偏波制御部と、２つの偏波モード間に光遅延差を与える光遅延部とを有し、偏波制御部の分岐比および光遅延部の光遅延差の組み合わせに応じて偏波モード分散補償量が設定されるようにしてもよい。
【００２２】
かかる構成では、伝送路を介して入力される信号光の偏波状態が偏波制御部によって調整されることで、信号光の２つの偏波モードへの光強度の分岐比が設定されると共に、その信号光が光遅延部を通過することで２つの偏波モード間に光遅延差が与えられ、ＰＭＤの補償量が所要の値に設定されるようになる。
【００２３】
さらに、上記ＰＭＤ補償装置の具体的な構成として、偏波モード分散補償手段は、光遅延差を変えることが可能な可変光遅延素子と、該可変光遅延素子への入力光の偏波方向を変える波長板とを有し、補償量制御手段は、可変光遅延素子の光遅延量および波長板の位置の少なくとも一方をフィードバック制御するようにしてもよい。あるいは、偏波モード分散補償手段は、直列に接続された複数の偏波モード分散補償ユニットを有し、該各偏波モード分散補償ユニットは、予め設定した光遅延差を与える固定光遅延素子と、該固定光遅延素子への入力光の偏波方向を変える波長板とを含み、補償量制御手段は、前記各偏波モード分散補償ユニットの波長板の位置をそれぞれフィードバック制御するようにしても構わない。
【００２４】
上述したような本発明によるＰＭＤ補償装置は、各種光伝送システムへの適用が可能である。この場合、偏波モード分散補償装置は、光送信機と光受信機の間を接続する伝送路の途中に設けられる。このような光伝送システムでは、伝送路を伝搬する信号光のＰＭＤが広い範囲で確実に補償されるため、高速信号光を長距離に亘って伝送することが可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明による偏波モード分散（ＰＭＤ）の補償技術を理解するうえで有用と思われるので、ＰＭＤによる伝送光波形劣化について説明する。ここでは、例えば４０Ｇｂ／ｓの光伝送システムについて行った実験結果を用いてＰＭＤによる伝送光波形劣化を概説することにする。なお、この実験結果は、H.Ooi et al., OFC'99, Technical Digest WE5 pp.86-88, 1999.で報告されているので、詳しい内容については上記の文献を参照されたい。
【００２６】
図１４は、ＰＭＤによる伝送光波形劣化を測定するための実験系の概要を示す図である。
図１４の実験系では、光送信機ＯＳから送出された伝送速度４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）信号光に対して、偏波制御器１００にて各偏波モード間の光強度の分岐比γ（０≦γ≦１）が変えられ、さらに、ＰＭＤエミュレータ（PMD emulator）２００によってＰＭＤが加えられ、そして、光受信機ＯＲにおいて復調される。ここで、ＰＭＤエミュレータ２００は、伝送路で生じるＰＭＤを模擬するためのものであって、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）で分離した直交する偏波モード間に、光遅延差Δτ_Tを与える一般的な装置である。
【００２７】
図１５は、光遅延差Δτ_Tを変化させたときのパワーペナルティ（受信感度劣化）を示す図である。また、図１６は、図１５の場合における伝送光波形の変化を示した図である。なお、伝送光波形の劣化が最大となるように、ここでは偏波制御器１００において光強度の分岐比γが０．５に設定されている。
【００２８】
各図に示すように、ＰＭＤエミュレータ２００による光遅延差Δτ_Tが大きくなる、すなわち、伝送路で生じるＰＭＤが増大するほど、伝送光波形の劣化が著しくなる。例えば、伝送後のパワーペナルティが１ｄＢ以下を伝送可能の基準とした場合には、ＰＭＤ耐力（ＰＭＤの許容値）は約１１ｐｓとなる（図１５）。
【００２９】
上記のようなパワーペナルティの値について考察すると、既設の比較的古いファイバには、単位長さ当たり０．５〜２ｐｓ／ｋｍ^1/2を超える大きなＰＭＤ値をもつと言われているものもあり、上記のＰＭＤ耐力から計算すると、４０Ｇｂ／ｓでの伝送距離は、３〜５０ｋｍ程度に制限されることになる。ただし、最悪のＰＭＤ値を平均（許容値）の３倍と仮定している。このような既設の伝送路環境において、超高速の長距離光伝送を実現するためには、ＰＭＤ補償技術の適用が必須となる。また、伝送路のＰＭＤは、温度やストレス等の伝送路環境の変化によっても経時的に変動するため、システム運用中にＰＭＤの状態をモニタし、フィードバック制御を行う自動ＰＭＤ補償技術が必要とされる。
【００３０】
そこで、本発明者らは、上述したように、例えば４０Ｇｂ／ｓ信号光について、受信ベースバンド信号中の２０ＧＨｚ成分強度をモニタし、該モニタ強度に基づいてＰＭＤ補償器をフィードバック制御する自動ＰＭＤ補償技術を提案した（特願平11-515959号や、H. Ooi et al., OFC'99, Technical Digest WE5 pp.86-88, 1999.等参照）。この補償技術は、本発明によるＰＭＤ補償の基本となる技術であるので、ここで具体的に説明しておく。
【００３１】
図１７は、上記の補償技術に用いられるＰＭＤモニタ系の一例を示す図である。なお、ここでも伝送速度４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ信号光が伝送されるものとする。
【００３２】
図１７のＰＭＤモニタ系では、光送信機ＯＳで生成された４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ信号光に対して、偏波制御器１００により各偏波モード間の光強度の分岐比γが変えられ、ＰＭＤエミュレータにより光遅延差Δτ_Tが与えられ、該信号光が受信端のＰＭＤモニタ３００に送られる。このＰＭＤモニタ３００では、例えば、光プリアンプ３０１で所要のレベルまで増幅された信号光が、受光器（ＰＤ）３０２で電気信号に変換され、狭帯域バンドバスフィルタ（ＢＰＦ）３０３で２０ＧＨｚ成分が抽出されて、パワーメータ３０４で２０ＧＨｚ成分の強度が検出される。
【００３３】
図１８は、図１７のＰＭＤモニタ系を用い、光強度の分岐比γ＝０．５および０．２５にそれぞれ設定して測定した２０ＧＨｚ成分強度のΔτ_T依存性を示す図である。また、図１９は、光遅延差Δτ_T＝１０ｐｓおよび２０ｐｓにそれぞれ設定して測定した２０ＧＨｚ成分強度のγ依存性を示す図である。
【００３４】
図１８に示すように、２０ＧＨｚ成分強度は、光遅延差Δτ_T＝０のときに最大で、Δτ_Tが２５ｐｓまで増大するに従って単調減少することが分かる。また、図１９に示すように、２０ＧＨｚ成分強度は、ＰＭＤによる波形劣化が最悪となるγ＝０．５において最小となることが分かる。これらの２０ＧＨｚ成分強度の実測値は、一般に知られている理論式のＫ（ｆ_e＝２０ＧＨｚ）＝１−４γ（１−γ）ｓｉｎ²（πｆ_eΔτ_T）によく一致する。この結果から、２０ＧＨｚ成分強度が最大になるようにＰＭＤの補償量をフィードバック制御することで、波形劣化を補償できることが分かる。
【００３５】
図２０は、４０Ｇｂ／ｓ光伝送システムについて上記の補償技術を適用したときの実験系を示す図である。なお、この実験系の構成は、前述のH. Ooi et al., OFC'99, Technical Digest WE5 pp.86-88, 1999.に記載されたものと同様である。
【００３６】
図２０に示す実験系では、伝送路のＰＭＤ（ここではＰＭＤエミュレータ２００によって光遅延差Δτ_Tを与えている）を補償するためのＰＭＤ補償ユニット４００として、偏波制御器４０１と偏波保持ファイバ（polarization-maintaining fiber：以下、ＰＭＦとする）４０２が用いられる。なお、ＰＭＦ４０２では、偏波モード間に光遅延差Δτ_Cが与えられる。ＰＭＤ補償ユニット４００の出力端に接続したＰＭＤモニタ３００では、検出した２０ＧＨｚ成分の強度情報が図示しないＡ／Ｄコンバータを介してパソコン（ＰＣ）に記録され、このパソコンのソフトウェア処理によって、２０ＧＨｚ成分の強度が最大となるように、偏波制御器４０１内のλ／４波長板（ＱＷＰ）およびλ／２波長板（ＨＷＰ）がフィードバック制御される。
【００３７】
図２１および図２２は、上記図２０の実験系を用いてＰＭＤ補償を行った場合とＰＭＤ補償を行わない場合の双方について測定した、伝送路のＰＭＤに相当する光遅延差Δτ_Tに対するパワーペナルティおよび伝送光波形を示すものである。なお、偏波モード間の光強度の分岐比γは、ＰＭＤによる波形劣化が最悪となる０．５に設定した。
【００３８】
各図に示すように、２０ＧＨｚ成分の強度情報を基に偏波制御器４０１をフィードバック制御してＰＭＤの補償を行うことで、伝送特性が改善されることが分かる。具体的には、図２１にあるように、パワーペナルティが１ｄＢ以下となるＰＭＤ耐力の値がＰＭＤ補償無しの場合には約１１ｐｓであったが、ＰＭＤ補償を行うことによって約２３ｐｓまで拡大されていることが分かる。実際の伝送路ファイバで生じるＰＭＤ量は伝送距離の平方根に比例するため、ＰＭＤ耐力の２倍以上の拡大は、ＰＭＤによる伝送制限距離の４倍以上の拡大に相当する。例えば、伝送路の平均ＰＭＤ係数を０．５ｐｓ／ｋｍ^1/2とすると、上記のようなＰＭＤ補償を行うことによって、伝送制限距離が５４ｋｍから２４０ｋｍに拡大されることになる。ただし、ここでは最悪条件でのＰＭＤの値が平均値（許容値）の３倍である仮定している。この仮定は、一般に、敷設伝送路におけるＰＭＤがマックスウェル分布をしていることに基づくものである。
【００３９】
しかし、このようなＰＭＤの補償技術においては、上述したようにＰＭＤの補償可能範囲の上限が信号光の１タイムスロット（４０Ｇｂ／ｓでは２５ｐｓ）に制限されてしまうという課題がある。例えば、古い既存の伝送路の平均ＰＭＤ係数として２ｐｓ／ｋｍ^1/2を例にとって具体的に考えてみる。最大の伝送路距離として現行の１０Ｇｂ／ｓ光伝送システムと同等の約６００ｋｍを想定した場合、最悪条件でのＰＭＤの値が平均値（許容値）の３倍である仮定して算出した、伝送路で発生するＰＭＤの最悪値は、
２ｐｓ／ｋｍ^1/2×（６００ｋｍ）^1/2×３≒１５０ｐｓ
まで大きくなることがあり得る。この値は、上記の補償技術における補償可能範囲の上限値、例えば４０Ｇｂ／ｓ信号光について２５ｐｓという値よりも遥かに大きい。したがって、ＰＭＤの補償可能範囲の拡大が必要となるのである。そこで、本発明は、複数のＰＭＤモニタを組み合わせることで、補償可能範囲の拡大を図ると共に、上述の図１３で説明したような公知技術とは異なる手法に従って各ＰＭＤモニタを切り替え制御することで、高い精度のＰＭＤ補償を実現しようとするものである。
【００４０】
以下、本発明によるＰＭＤ補償技術について詳しく説明していく。
図１は、本発明によるＰＭＤ補償装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１には、第１実施形態のＰＭＤ補償装置を用いて構成した光伝送システムの要部も示してあり、以下の他の実施形態における構成図においても同様とする。
【００４１】
図１において、ＰＭＤ補償装置１Ａは、伝送路ＬのＰＭＤによる信号光への影響を補償するものであって、ここでは、光受信機ＯＲ前段の伝送路Ｌの途中に設けられる。伝送路Ｌは、光送信機ＯＳと光受信機ＯＲの間を接続する一般的な光ファイバである。なお、この伝送路Ｌの途中には、例えば光中継器や波長分散補償器等の各種光デバイスが接続されていてもよい。光送信機ＯＳは、伝送速度Ｂ（ｂ／ｓ）の信号光（例えば、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ信号光など）を生成して伝送路Ｌに送出する公知の光送信機である。光受信機ＯＲは、ＰＭＤ補償装置１Ａから出力されるＰＭＤ補償後の信号光を受信処理可能な公知の光受信機である。
【００４２】
ＰＭＤ補償装置１Ａは、偏波制御部１０、可変ＰＭＤ補償部１１、光カプラ１２Ａ，１２Ｂ、ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂおよび制御回路１４を有する。偏波制御部１０は、伝送路Ｌから送られる任意の偏波状態の信号光について、後段の可変ＰＭＤ補償部１１に入力する際の偏波方向の調整（軸合わせ）を行うものであり、例えば、１／４波長板（λ／４板）１０ａおよび１／２波長板（λ／２板）１０ｂを有する。１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂは、図示しないがアクチュエータをそれぞれ備えており、制御回路１４から送られる制御信号に従って外部から駆動できるようになっている。
【００４３】
可変ＰＭＤ補償部１１は、例えば、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１１ａ，１１ｃおよび光遅延器１１ｂを有する。ＰＢＳ１１ａは、入力側に位置する分岐型光導波路の分岐部に設けられ、偏波制御部１０からの信号光を２つの直交する偏波成分に分離する。このＰＢＳ１１ａで分離された一方の偏波成分は、光遅延器１１ｂを介してＰＢＳ１１ｃに送られ、他方の偏波成分はＰＢＳ１１ｃに送られる。光遅延器１１ｂは、通過する光を遅延させるものであって、その遅延量が外部からの制御信号により可変である公知の光デバイスである。具体的には、例えば、可変光遅延線（Variable optical delay line）等を使用することができる。この光遅延器１１ｂによって、２つの偏波成分間に光遅延差Δτ_Cが与えられる。ＰＢＳ１１ｃは、出力側に位置する分岐型光導波路の分岐部に設けられ、ＰＢＳ１１ａおよび光遅延器１１ｂから出力される各偏波成分を、直交状態のまま合波して光カプラ１２Ａに送る。
【００４４】
光カプラ１２Ａは、可変ＰＭＤ補償部１１からの出力される信号光を２分岐して、一方の分岐光を光受信機ＯＲに送り、他方の分岐光を光カプラ１２Ｂに送る。光カプラ１２Ｂは、光カプラ１２Ｂからの分岐光をさらに２分岐して、各分岐光をＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂにそれぞれ送る。
【００４５】
各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂは、例えば図２のブロック図に示すように、受光器（ＰＤ）１３ａ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３ｂおよび強度検出器１３ｃをそれぞれ有する。ＰＤ１３ａは、光カプラ１２Ｂからの分岐光を電気信号に変換して出力する。ＢＰＦ１３ｂは、ＰＤ１３ａで変換された電気信号に含まれる特定周波数成分を抽出する狭帯域のバンドパスフィルタである。ここでは、ＰＭＤモニタ１３Ａに用いられるＢＰＦ１３ｂの通過帯の中心周波数をｆ₁とし、ＰＭＤモニタ１３Ｂに用いられるＢＰＦ１３ｂの通過帯の中心周波数をｆ₂（＜ｆ₁）とする。なお、各周波数ｆ₁，ｆ₂の設定については後述することにする。強度検出器１３ｃは、ＢＰＦ１３ｂで抽出された周波数成分の強度を検出し、その検出結果を示す強度検出信号を制御回路１４に送る。
【００４６】
制御回路１４は、各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂから出力される各強度検出信号に基づいて、可変ＰＭＤ補償部１１から出力される信号光のＰＭＤ量を判断し、ＰＭＤの補償量が最適となるように、偏波制御部１０および可変ＰＭＤ補償部１１をフィードバック制御する。なお、制御回路１４で行われる具体的な処理動作については後述する。
【００４７】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
まず、本発明によるＰＭＤ補償技術の基本原理を、第１実施形態の構成に対応させて詳しく説明する。
【００４８】
図３は、２つのＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂを用いた場合の基本原理を示す図である。なお、横軸は、信号光のＰＭＤ量Δτ_Tを表し、縦軸は、各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂで検出される周波数ｆ₁，ｆ₂成分の強度（モニタ強度）を表している。
【００４９】
図３に示すように、各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂで検出されるモニタ強度は、ＰＭＤ量Δτ_Tの変化に対し、ＢＰＦ１３ｂで抽出される周波数ｆ₁，ｆ₂成分（ｆ₁＞ｆ₂）に対応して周期的に変化する。具体的には、周波数の高いＰＭＤモニタ１３Ａで検出されるモニタ強度の周期の方が、周波数の低いＰＭＤモニタ１３Ｂで検出されるモニタ強度の周期よりも小さくなる。ここでは、ＰＭＤ量Δτ_Tの増加に伴い、ＰＭＤモニタ１３Ａのモニタ強度が最初に零（または極小）になるＰＭＤ量をＴ₁とし、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度が最初に零（または極小）になるＰＭＤ量をＴ₂とする。
【００５０】
ここで、まず、初期状態（ＰＭＤ補償無し）における伝送後の信号光に生じるＰＭＤ量がΔτ_T1（＞Ｔ₁）であるときに、モニタ強度を最大化するフィードバック制御を行った場合を考える。この場合、ＰＭＤモニタ１３Ａのモニタ強度を用いてフィードバック制御を行うと、図３のＡ₁点に示すように補償後のＰＭＤ量Δτ_Tが大きくなる方向に自動制御されるため、波形劣化が大きくなり、正常な補償動作が行われなくなる。これに対して、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度を用いて制御を行うと、Ａ₂点に示すように補償後のＰＭＤ量Δτ_Tが小さくなる方向に自動制御されるため、波形劣化が改善されるようになる。よって、上記のような状況においては、抽出周波数の低い側のＰＭＤモニタ１３Ｂを用いてＰＭＤ補償量のフィードバック制御を行うようにする。
【００５１】
ここで、図３の縦軸付近に示すように、各ＰＭＤモニタは、検出感度の不確定幅を有することが知られている。この検出感度不確定幅は、ＰＭＤモニタに固有であって、ＰＭＤ以外の要因や偏波モード間の光強度の分岐比γ等による短時間内での不確定幅分を含むものである。このようなＰＭＤモニタの検出感度不確定幅を考慮すると、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度を用いたフィードバック制御の動作点は、図のＤ点およびＥ₂点の間（例えばＢ₂点）に収束するようになる。
本発明では、このフィードバック制御が収束するタイミングに着目してＰＭＤモニタの切り替えが行われる。すなわち、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度がＤ〜Ｅ₂の間で安定した後に、ＰＭＤモニタ１３Ａのモニタ強度を用いたフィードバック制御に切り替えられる。具体的には、例えば、フィードバック制御が収束するのに要する所要の収束時間を経過したこと、あるいは、所定の時間内におけるモニタ強度の変動量が所定の値以下になったことなどを基準として、ＰＭＤモニタの切り替えを行うことが可能である。ＰＭＤモニタ１３ＢからＰＭＤモニタ１３Ａへの切り替えを行った結果、フィードバック制御の動作点はＢ₂点からＢ₁点に移る。その後は、ＰＭＤ量Δτ_Tが小さくなる方向に自動制御されるため、最終的には、ＰＭＤモニタの検出感度不確定幅に対応したＤ点およびＥ₁点の間（例えばＣ₁点）に動作点は収束し、ＰＭＤ量はΔτ_T2まで補償されるようになる。
【００５２】
ここで、許容ＰＭＤ量（ＰＭＤ耐力）が、例えば図３の横軸付近に示される範囲である場合、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度のみを用いてフィードバック制御を行ったとすると、ＰＭＤ量不確定幅ａ₂に示すように、補償後のＰＭＤ量が許容ＰＭＤ変動量を超えてしまう可能性がある。しかし、ＰＭＤモニタ１３Ａを併用することで、ＰＭＤ不確定幅ａ₁に示すように許容ＰＭＤ量以下に補償後のＰＭＤ量を抑えることができる。
【００５３】
このように、本発明によるＰＭＤ補償技術では、複数のＰＭＤモニタの切り替えを、従来のようなしきい値（絶対的な値として予め設定される）を基準として行うのではなく、ＰＭＤモニタの検出感度不確定幅に対応したフィードバック制御の収束状態を基準として、すなわち、モニタ強度が最大値収束範囲内に安定したことに基づいて行うようにしたことで、高い精度の自動ＰＭＤ補償が実現されるようになる。
【００５４】
ＰＭＤモニタ１３Ａで抽出される周波数ｆ₁成分の設定範囲としては、ＰＭＤモニタの検出感度不確定幅に応じて決まるＰＭＤ量不確定幅ａ₁が許容ＰＭＤ量に一致する場合が下限となる。また、ＰＭＤモニタ１３Ｂで抽出される周波数ｆ₂成分の設定範囲としては、ＰＭＤモニタ１３ＢのＰＭＤ量不確定幅ａ₂が、ＰＭＤモニタ１３Ａのモニタ強度が零（または極小）になるＰＭＤ量Ｔ₁に一致する点が下限となる。したがって、周波数ｆ₁，ｆ₂を両方とも下限に設定した場合に、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度が零（または極小）になるＰＭＤ量Ｔ₂が、ＰＭＤの補償可能範囲の上限となる。
【００５５】
次に、ＰＭＤ補償装置１Ａの具体的な動作について説明する。
ＰＭＤ補償装置１Ａでは、伝送路ＬのＰＭＤにより偏波モード間に光遅延差Δτ_Tの生じた伝送速度Ｂ（ｂ／ｓ）の信号光に対して、偏波制御部１０の１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂによって与えられる方位角に従って偏波方向の調整（軸合わせ）が行われる。この偏波制御部１０で調整される信号光の偏波方向に対応して、可変ＰＭＤ補償部１１のＰＢＳ１１ａで分離される２つの偏波モード間の光強度の分岐比γが決定される。可変ＰＭＤ補償部１１では、ＰＢＳ１１ａで分離された一方の偏波成分が光遅延器１１ｂで遅延されてＰＢＳ１１ｃに送られ、他方の偏波成分は遅延されることなくＰＢＳ１１ｃに送られて、各偏波成分がＰＢＳ１１ｃで合波される。これにより、信号光の直交する２つの偏波モード間に光遅延差Δτ_Cが与えられる。この光遅延差Δτ_Cが伝送路ＬでのＰＭＤ量Δτ_Tに対して逆符号で絶対値がほぼ一致するように、偏波制御部１０の方位角および光遅延器１１ｂの光遅延量がフィードバック制御されることで、ＰＭＤの補償が行われる。
【００５６】
このフィードバック制御は、可変ＰＭＤ補償部１１から出力される信号光の一部を用いて行われる。具体的には、可変ＰＭＤ補償部１１からの出力光の一部が光カプラ１２Ａで分岐され、さらに光カプラ１２Ｂで２分岐されて、各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂに送られる。ＰＭＤモニタ１３Ａでは、光カプラ１２Ｂからの分岐光がＰＤ１３ａで光電変換され、電気信号に含まれる周波数ｆ₁成分がＢＰＦ１３ｂで抽出された後に、その周波数ｆ₁成分の強度が強度検出器１３ｃで検出される。また、ＰＭＤモニタ１３Ｂでも同様にして、周波数ｆ₂成分の強度が検出される。そして、ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂで検出された周波数ｆ₁，ｆ₂成分の各モニタ強度が制御回路１４に送られ、制御回路１４では、各周波数ｆ₁，ｆ₂成分のモニタ強度に基づいたフィードバック制御が実施される。
【００５７】
図４は、ＰＭＤ補償装置１Ａを用いてＰＭＤ補償を行った場合における、ＰＭＤ量Δτ_Tに対するパワーペナルティの変化を示す図である。図４に示すように、信号光のＰＭＤ量Δτ_Tに応じて、偏波制御部１０の方位角および光遅延器１１ｂの光遅延量をフィードバック制御し、ＰＭＤ補償量を最適化することで、ＰＭＤの補償可能範囲にわたってパワーペナルティがほぼ零になることが分かる。
【００５８】
ここで、制御回路１４の具体的な処理動作について説明する。ここでは、システム運用開始時などにおける初期設定モードと、システム運用中におけるトラッキングモードとに分けて、制御回路１４の処理動作を考えることにする。
【００５９】
初期設定モードでは、偏波制御部１０および可変ＰＭＤ補償部１１の設定を最適値にして、運用開始後のフィードバック制御が正しく行われるようにしておく必要がある。
【００６０】
初期設定モードにおけるアルゴリズムとしては、例えば、抽出周波数の低い側のＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度のみを用いた制御方法が可能である。
具体的には、まず、光送信機ＯＳから初期設定用のテスト信号光を送出し、偏波制御部１０の１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂをそれぞれスキャンしながら、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度を測定する。そして、該モニタ強度の測定結果を基に、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度が最大となる状態を判断し、その状態が実現されるように１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂの位置を設定する。次に、可変ＰＭＤ補償部１１の光遅延器１１ｂの光遅延量Δτ_Cをスキャンしながら、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度を測定する。そして、該モニタ強度の測定結果を基に、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度が最大となる状態を判断し、その状態が実現されるように光遅延量Δτ_Cを設定する。このようなアルゴリズムによって、偏波制御部１０および可変ＰＭＤ補償部１１がフィードバック制御に適した状態に設定される。
【００６１】
また、初期設定モードにおける別のアルゴリズムとしては、例えば、ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂの両方のモニタ強度を用いた制御も可能である。
具体的には、まず、光送信機ＯＳから初期設定用のテスト信号光を送出し、偏波制御部１０の１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂをそれぞれスキャンしながら、ＰＭＤモニタ１３ＡおよびＰＭＤモニタ１３Ｂの各モニタ強度を測定する。そして、該モニタ強度の測定結果を基に、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度が最大となる１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂの位置を基準として、予め設定した±α°のスキャン範囲内について、ＰＭＤモニタ１３Ａのモニタ強度が最大になる状態を判断し、その状態が実現されるように１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂの位置を設定する。次に、光遅延器１１ｂの光遅延量Δτ_Cをスキャンしながら、ＰＭＤモニタ１３ＡおよびＰＭＤモニタ１３Ｂの各モニタ強度を測定する。そして、該モニタ強度の測定結果を基に、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度が最大となる１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂの位置を基準として、予め設定した±β°のスキャン範囲内について、ＰＭＤモニタ１３Ａのモニタ強度が最大になる状態を判断し、その状態が実現されるように光遅延量Δτ_Cを設定する。このようなアルゴリズムによって、偏波制御部１０および可変ＰＭＤ補償部１１がフィードバック制御により適した状態に設定される。
【００６２】
上記のようにして初期設定が完了した後にシステムの運用が開始されると、前述の図３を用いて説明したＰＭＤ補償の基本原理に従って、２つのＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂを切り替えながら、各々のモニタ強度が最大になるようにＰＭＤの補償量がフィードバック制御される。システム運用中においては、温度等の環境変化によるＰＭＤの変動に追随して常に最適なＰＭＤ補償が実現されるように、偏波制御部１０および可変ＰＭＤ補償部１１の設定をトラッキング制御する必要がある（トラッキングモード）。このトラッキング制御の一例としては、ＰＭＤ補償のフィードバック制御について、モニタ強度が最大となる設定の周辺で光遅延量Δτ_Cに影響を及ぼすパラメータを微小変化させて（ディザリングさせて）、新しい最大点を自動的に検出する制御が可能である。
【００６３】
トラッキングモードにおける具体的なアルゴリズムとしては、例えば、通常は１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂに対するディザリングを行い、一定時間毎に光遅延器１１ｂの光遅延量Δτ_Cに対するディザリングを差し挟み、各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂのモニタ強度が最大になるように各々の設定パラメータを最適化する制御が可能である。
【００６４】
また、トラッキングモードにおける別のアルゴリズムとしては、１／４波長板１０ａ、１／２波長板１０ｂおよび光遅延量Δτ_Cに対するディザリングを順次行うようにする制御も可能である。例えば、１／４波長板１０ａ→１／２波長板１０ｂ→光遅延量Δτ_C→１／４波長板１０ａ→…の順にディザリングを繰り返し、各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂのモニタ強度が最大になるように各々の設定パラメータを最適化する制御としてもよい。
【００６５】
上記のようなトラッキングモードの各アルゴリズムにおいて、制御回路１４は、各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂからの強度検出信号をそれぞれ受信し、各々のモニタ強度に応じてフィードバック制御に用いる一方のＰＭＤモニタを判断することになる。この際、通常は設定パラメータが初期設定モードで最適化されているので、ディザリングを実施してもＰＭＤ量Δτ_Tの変化は、高周波側のＰＭＤモニタ１３Ａのモニタ強度が最小になるまでの範囲（図３においてΔτ_TがＴ₁を超えない範囲）で収まるものと考えられるので、このような場合には高周波側のＰＭＤモニタ１３Ａのモニタ強度を選択すればよい。しかし、突発的な温度等の環境変化により伝送路ＰＭＤ量Δτ_Tが大きく変化してＴ₁を超えてしまう可能性もある。このような場合、各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂのモニタ強度は、例えば図３のＡ₁点、Ａ₂点に示すように、モニタ強度を最大にするフィードバック制御を行うことで、ＰＭＤ量の変化方向に対する各モニタ強度の変化方向（各点の移動方向）が相反するようになることが分かる。そこで、このようなときには、低周波側のＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度を優先的に選択してフィードバック制御を行うというアルゴリズムを制御回路１４に加えておくことが有効である。
【００６６】
上述したように第１実施形態のＰＭＤ補償装置１Ａによれば、２つのＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂの切り替えを、絶対値として予め設定したしきい値を基準にして行うのではなく、モニタ強度が最大値に収束した状態を基準にして行うようにしたことで、伝送路ＬにおけるＰＭＤの変化に正確に追随したフィードバック制御が行われるようになるため、高い精度のＰＭＤ補償を実現することができる。また、各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂで抽出する周波数ｆ₁，ｆ₂成分の設定は、従来のように伝送速度の１／２倍、１／４倍といった特定の周波数に制約されることなく、ＰＭＤモニタの検出感度不確定幅に応じて決めることができるため、例えば、信号光の伝送速度が変化するようなシステムへの適用が可能であり、かつ、各ＰＭＤモニタの周波数差を最大限に確保できるため、２つのＰＭＤモニタでも広い補償可能範囲を実現することができる。これにより、４０Ｇｂ／ｓ等の超高速信号光を長距離に亘って伝送できる光伝送システムの実現が可能になる。
【００６７】
次に、第１実施形態の変形例について説明する。
図５は、第１実施形態の変形例にかかるＰＭＤ補償装置の構成を示すブロック図である。
【００６８】
図５において、本ＰＭＤ補償装置１Ｂは、上述した第１実施形態のＰＭＤ補償装置１Ａの構成について、制御回路１４に相当する機能を偏波制御部１０および可変１１に内蔵させたものである。具体的には、１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂを制御する制御回路１０ｃを備えた偏波制御部１０’を設けると共に、光遅延器１１ｂを制御する制御回路１１ｄを備えた可変ＰＭＤ補償部１１’を設け、ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂから出力される各強度検出信号が、偏波制御部１０’の制御回路１０ｃおよび可変ＰＭＤ補償部１１’の制御回路１１ｄにそれぞれ送られるようにする。上記以外の他の部分の構成および本ＰＭＤ補償装置１Ｂが適用される光伝送システムの構成は、第１実施形態の場合と同様であるため説明を省略する。
【００６９】
上記のような構成のＰＭＤ補償装置１Ｂでは、ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂの各モニタ強度を用いたフィードバック制御が、偏波制御部１０’および可変ＰＭＤ補償部１１’の各制御回路１０ｃおよび１１ｄによりそれぞれ行われるようになる。各々の制御回路１０ｃ，１１ｄの制御動作は、上述した第１実施形態の制御回路１４の制御動作と基本的に同様であって、フィードバック制御の対象となる設定パラメータが、偏波制御部１０’の制御回路１０ｃは１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂの各位置となり、可変ＰＭＤ補償部１１’の制御回路１１ｄは光遅延器の光遅延量Δτ_Cの位置となる点が異なるだけである。
【００７０】
このように、偏波制御部１０’および可変ＰＭＤ補償部１１’が制御回路をそれぞれ備えることで、第１実施形態の場合に比べて、例えば偏波制御部１０’または可変ＰＭＤ補償部１１’の交換やアップグレード等を容易に行うことが可能になる。
【００７１】
次に、第１実施形態の別の変形例について説明する。
図６は、第１実施形態の別の変形例にかかるＰＭＤ補償装置の構成を示すブロック図である。
【００７２】
図６において、本ＰＭＤ補償装置１Ｃは、上述の図５に示した変形例の構成について、抽出周波数の高い側のＰＭＤモニタ１３Ａからの検出強度信号のみが偏波制御部１０’の制御回路１０ｃに対して送られ、抽出周波数の低い側のＰＭＤモニタ１３Ｂからの検出強度信号のみが可変ＰＭＤ補償部１１’の制御回路１１ｄに対して送られるようにしたものである。上記以外の他の部分の構成および本ＰＭＤ補償装置１Ｂが適用される光伝送システムの構成は、図５の変形例の場合と同様であるため説明を省略する。
【００７３】
上記のような構成のＰＭＤ補償装置１Ｃでは、ＰＭＤモニタ１３Ａの周波数ｆ₁成分のモニタ強度を用いて、１／４波長板１０ａおよび１／２波長板１０ｂの各位置がフィードバック制御され、ＰＭＤモニタ１３Ｂの周波数ｆ₂成分のモニタ強度を用いて、光遅延器１１ｂの光遅延量Δτ_Cがフィードバック制御されるようになる。
【００７４】
このように、抽出周波数の高い側のモニタ強度を用いて偏波制御部１０’を制御し、抽出周波数の低い側のモニタ強度を用いて可変ＰＭＤ補償部１１’を制御することによって、より高速に応答するＰＭＤ補償が可能になる。すなわち、偏波制御部１０’に要求される応答速度は、可変ＰＭＤ補償部１１’への入射光の軸合わせを高速に行う必要があるため、可変ＰＭＤ補償部１１’に要求される応答速度に比べて速くなるものと考えられる。このため、フィードバック制御の収束性がより速い高周波側のモニタ強度のみを用いて偏波制御部１０’を制御すれば、偏波制御部１０’の応答速度を下げることなく設定パラメータを最適化することができるのである。
【００７５】
次に、本発明によるＰＭＤ補償装置の第２実施形態について説明する。
図７は、本発明によるＰＭＤ補償装置の第２実施形態を示すブロック図である。
【００７６】
図７において、本ＰＭＤ補償装置２Ａは、光送信機（図示は省略）から伝送路Ｌを介して送られてくる伝送速度Ｂ（ｂ／ｓ）の信号光（例えば、４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ信号光など）が順次入力される多段接続されたＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nと、Ｎ段のＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nを通過して光受信機ＯＲに送られる信号光の一部を分岐する光カプラ２３Ａと、その光カプラ２３Ａの分岐光をさらに２分岐する光カプラ２３Ｂと、光カプラ２３Ｂの一方の分岐光から周波数ｆ₁成分を抽出してその強度を検出するＰＭＤモニタ２４Ａと、光カプラ２３Ｂの他方の分岐光から周波数ｆ₂成分を抽出してその強度を検出するＰＭＤモニタ２４Ｂと、ＰＭＤモニタ２４Ａ，２４Ｂで検出された各モニタ強度を用いて、各々のＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nをフィードバック制御する制御回路２５と、から構成される。ここでは、上記の光カプラ２３Ａ，２３Ｂが、第１実施形態における光カプラ１２Ａ，１２Ｂと同様であり、また、ＰＭＤモニタ２４Ａ，２４Ｂが、第１実施形態におけるＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂと同様である。
【００７７】
各ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nは、偏波制御部２１および固定遅延素子２２をそれぞれ有する。偏波制御部２１は、後段の固定遅延素子２２への入力光の偏波方向を調整（軸合わせ）するものであり、例えば、１／４波長板（λ／４板）２１ａおよび１／２波長板（λ／２板）２１ｂを有する。１／４波長板２１ａおよび１／２波長板２１ｂは、図示しないがアクチュエータをそれぞれ備えており、制御回路２５から送られる制御信号に従って外部から駆動できるようになっている。固定遅延素子２２は、例えば、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）等を用いて、偏波制御部２１から出力される信号光の偏波モード間に固定の光遅延量を与えらるものである。ここでは、各ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nで与えられる各々の光遅延量をΔτ_C1〜Δτ_CNとする。
【００７８】
制御回路２５は、各ＰＭＤモニタ２４Ａ，２４Ｂからのモニタ強度に基づいて、ＰＭＤ補償ユニット２０_Nから出力される信号光のＰＭＤ量を判断し、ＰＭＤ補償量が最適となるように、各ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nをフィードバック制御する。
【００７９】
次に、第２実施形態の動作について説明する。
図８は、上記のような構成のＰＭＤ補償装置２Ａを用いてＰＭＤ補償を行った場合における、ＰＭＤ量Δτ_Tに対するパワーペナルティの変化を示す図である。
【００８０】
図８に示すように、例えば、伝送速度Ｂが４０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ信号光に対して、ＰＭＤによる許容ペナルティを１ｄＢとすると、ＰＭＤ補償無しの場合のＰＭＤ耐力は約１０ｐｓとなる。そこで、本ＰＭＤ補償装置２Ａでは、各ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nの固定遅延素子２２における光遅延量Δτ_C1〜Δτ_CNを、例えば２０ｐｓ等にそれぞれ設定する。そして、制御回路２５によって、ＰＭＤモニタ２４Ａ，２４Ｂのモニタ強度が最大になるように、各固定遅延素子２２の前段に配置した偏波制御部２１が、上述の図３で説明した基本原理に従ってフィードバック制御される。
【００８１】
具体的には、信号光のＰＭＤ量Δτ_Tが、例えば２０ｐｓ，４０ｐｓ，…，２０×Ｎｐｓとなるとき、図８の横軸下方に対応させて示したような、ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nにおける光遅延量の組み合わせ（Δτ_C1，Δτ_C2，…，Δτ_CN）が実現されるように、各ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nの偏波制御部２１を制御することで、補償後のＰＭＤ量を零にすることが可能となり、ＰＭＤ補償後のパワーペナルティが零になる。なお、図８には、伝送路Ｌで発生するＰＭＤ量Δτ_Tの値を正とし、それを補償する光遅延量Δτ_C1〜Δτ_CNの値を負として表記したが、これとは逆の符号設定も可能である。
【００８２】
例えば、信号光のＰＭＤ量Δτ_T＝２０ｐｓを補償する場合を考えると、１段目のＰＭＤ補償ユニット２０₁の固定遅延素子２２に入力される信号光の偏波方向が、固定遅延素子２２で最大の光遅延が生じる方向に一致するように、偏波制御部２１によって制御され、他のＰＭＤ補償ユニット２０₂〜２０_Nの各固定遅延素子２２に入力される信号光の偏波方向が、固定遅延素子２２での光遅延量が零となる方向に一致するように、各々の偏波制御部２１によって制御されることで、光遅延量の組み合わせ（Δτ_C1，Δτ_C2，…，Δτ_CN）＝（−２０，０，…，０）が実現される。
【００８３】
上記のような設定例の場合、光遅延量が２０ｐｓの固定遅延素子２２をＮ段接続することで、補償可能なＰＭＤ量Δτ_Tとしては、２０ｐｓ×Ｎ＋１０ｐｓまで拡大できることになる。例えば、伝送路ＬのＰＭＤ量Δτ_T＝１５０ｐｓをＰＭＤ補償装置２Ａで補償するためには、７段のＰＭＤ補償ユニットを用いればよいことになる。上記の内容を一般化した場合、許容ＰＭＤ量をΔτ_maxとすると、光遅延量２Δτ_maxの固定遅延素子２２をＮ段接続することで、ＰＭＤの補償可能範囲の上限が（２Ｎ＋１）Δτ_maxとなる。
【００８４】
なお、ここでは、固定遅延素子２２の光遅延量を許容ＰＭＤ量の２倍に設定するようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。図８に示したように、伝送路ＬのＰＭＤ量Δτ_TがＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nの組み合わせによってちょうど相殺される場合（Δτ_T＝２０ｐｓ，４０ｐｓ，…，２０×Ｎｐｓ）には、パワーペナルティの値がほぼ零となるが、伝送路ＬのＰＭＤ量Δτ_Tがそれらの値から離れてしまうと、パワーペナルティの値が上昇することが分かる。このような場合でも、ＰＭＤによる許容ペナルティ（例えば１ｄＢ等）を超えないようにする必要があり、そのためには、各段のＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nにおける固定の光遅延量の値を小さく設定するのが望ましい。ただし、これは、所要のＰＭＤ補償可能範囲を確保しようとすると、ＰＭＤ補償ユニットの段装を増やすことになるため、伝送特性とシステム全体の大きさとのトレードオフを考慮して、各段の光遅延量とＰＭＤ補償ユニットの数とを決める必要がある。
【００８５】
このように第２実施形態のＰＭＤ補償器によれば、偏波制御部２１および固定遅延素子２２からなるＰＭＤ補償ユニットを多段接続し、ＰＭＤモニタ２４Ａ，２４Ｂのモニタ強度が最大となるように、各ＰＭＤ補償ユニットの偏波制御部２１をフィードバック制御することによっても、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。また、固定遅延素子２２は、第１実施形態で用いた可変ＰＭＤ補償部１１に比べてデバイスの実現が比較的簡単であるため、本ＰＭＤ補償装置２Ａを容易に構成することができるという利点もある。
【００８６】
次に、第２実施形態の変形例について説明する。
図９は、第２実施形態の変形例にかかるＰＭＤ補償装置の構成を示すブロック図である。
【００８７】
図９において、本ＰＭＤ補償装置２Ｂは、上述した第２実施形態のＰＭＤ補償装置２Ａの構成について、制御回路２５に相当する機能を各ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nに内蔵させたものである。具体的には、１／４波長板２１ａおよび１／２波長板２１ｂを制御する制御回路２５’が各ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nに設けられ、ＰＭＤモニタ２４Ａ，２４Ｂから出力される各強度検出信号が、各々のＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nの制御回路２５’にそれぞれ送られるようにする。上記以外の他の部分の構成および本ＰＭＤ補償装置２Ｂが適用される光伝送システムの構成は、第２実施形態の場合と同様である。
【００８８】
上記のような構成のＰＭＤ補償装置２Ｂでは、ＰＭＤモニタ２４Ａ，２４Ｂの各モニタ強度を用いたフィードバック制御が、ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nの各制御回路２５’によりそれぞれ行われるようになる。各々の制御回路２５’の制御動作は、上述した第２実施形態の制御回路２５の制御動作と基本的に同様であって、フィードバック制御の対象となる設定パラメータが、それぞれのユニット内にある１／４波長板２１ａおよび１／２波長板２１ｂの各位置となる点が異なるだけである。
【００８９】
このように、各ＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nが制御回路２５’をそれぞれ備えるようにしたことで、第２実施形態の場合に比べて、例えば、個々のＰＭＤ補償ユニット２０₁〜２０_Nの交換やアップグレード等を容易に行うことが可能になる。
【００９０】
次に、本発明によるＰＭＤ補償装置の第３実施形態について説明する。
上述した第１実施形態および第２実施形態では、抽出周波数の異なる２つのＰＭＤモニタのモニタ強度を用いて、ＰＭＤの補償量のフィードバック制御を行うようにした場合を説明した。第３実施形態では、ＰＭＤの補償可能範囲をさらに拡大させる場合について考える。第１、２実施形態における補償可能範囲をさらに拡大させるためには、ＰＭＤモニタの検出感度を上げて不確定幅を狭くするか、若しくは、ＰＭＤモニタの数を増やせばよい。ＰＭＤモニタの検出感度不確定幅を狭くするのには一定の限界があるため、ここでは、ＰＭＤモニタの数を３つに増やして補償可能範囲のさらなる拡大を図ることを考える。
【００９１】
図１０は、本発明によるＰＭＤ補償装置の第３実施形態を示すブロック図である。
図１０において、本ＰＭＤ補償装置３の構成が上述した第１実施形態のＰＭＤ補償装置１Ａの構成と異なる点は、周波数ｆ₃成分の強度を検出するＰＭＤモニタ１３Ｃを新たに設けると共に、光カプラ１２Ｂに代えて、光カプラ１２Ａの分岐光を３分岐して各ＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃにそれぞれ送る光カプラ１２Ｂ’を設けた点である。上記以外の他のＰＭＤ補償装置３の構成および該ＰＭＤ補償装置３を用いた光伝送システムの構成は第１実施形態の場合と同様である。
【００９２】
ＰＭＤモニタ１３Ｃは、上述の図２に示したＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂの構成と同様に、受光器（ＰＤ）１３ａ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１３ｂおよび強度検出器１３ｃからなる。ＰＭＤモニタ１３ＣのＢＰＦ１３ｂは、中心周波数がｆ₃（＜ｆ₂＜ｆ₁）の通過帯を持つものとする。このＰＭＤモニタ１３Ｃで検出されたモニタ強度は、他のＰＭＤモニタ１３Ａ，１３Ｂの各モニタ強度と共に制御回路１４’に伝えられて、ＰＭＤ補償量のフィードバック制御に用いられる。
【００９３】
ここで、３つのＰＭＤモニタを用いたＰＭＤ補償量のフィードバック制御について説明する。
図１１は、ＰＭＤモニタを３つに増やすことによるＰＭＤ補償範囲の拡大の効果を説明する図である。なお、横軸は、伝送路Ｌにより信号光に生じるＰＭＤ量Δτ_Tを表し、縦軸は、各ＰＭＤモニタ１３Ａ〜１３Ｃで検出される周波数ｆ₁〜ｆ₃成分の強度（モニタ強度）を表している。また、ＰＭＤモニタ１３Ｃのモニタ強度が最初に零（または極小）になるＰＭＤ量をＴ₃とする。さらに、ここでは、ＰＭＤモニタ１３Ａ〜１３Ｃでそれぞれ抽出される各周波数ｆ₁〜ｆ₃は、許容ＰＭＤ量およびＰＭＤモニタの検出感度不確定幅から決まる最小値に設定してある。
【００９４】
図１１に示すような３つのＰＭＤモニタ１３Ａ〜１３Ｃを用いたＰＭＤ補償では、まず、ＰＭＤモニタ１３Ｃのモニタ強度（周波数ｆ₃成分）を用いたフィードバック制御が最大値収束範囲内に安定してＰＭＤ量がＴ₂以下になった後に、ＰＭＤモニタ１３Ｂのモニタ強度（周波数ｆ₂成分）を用いたフィードバック制御に切り替えられる。そして、ＰＭＤモニタ１３Ｂによるフィードバック制御が最大値収束範囲内に安定してＰＭＤ量がＴ₁以下になった後に、ＰＭＤモニタ１３Ａのモニタ強度（周波数ｆ₁成分）を用いたフィードバック制御に切り替えられ、ＰＭＤ量Δτ_Tが許容ＰＭＤ量以下にされる。このように、モニタ強度が最大になる状態を基準としてＰＭＤモニタの切り替えを行う方式は、上述の図３で説明した本発明の基本原理と同様であり、ここでは、ＰＭＤモニタを３系統に増やしたことによって、ＰＭＤの補償可能範囲の上限が、２系統のときのＴ₂からＴ₃に大幅に拡大されることになる。
【００９５】
ここで、上記のようなＰＭＤの補償可能範囲の拡大効果を定量的に説明しておく。
一般に、ＰＭＤモニタで抽出される周波数ｆ_eに対するモニタ強度を表す、図１１に示したような特性曲線Ｋ（ｆ_e）は、光強度分岐比γを０．５とした場合、次の（１）式で表すことができる。
【００９６】

ＰＭＤモニタの検出感度不確定幅をピーク（モニタ強度の最大値）のΔＩ倍、許容ＰＭＤ量をΔτ_maxとすると、ＰＭＤモニタ１３Ａに対応した特性曲線（ｆ_e＝ｆ₁）に関して、次のような関係が成り立つことになる。
【００９７】
｛１＋ｃｏｓ（２πｆ₁Δτ_max）｝／２＝１−ΔＩ
∴ｆ₁＝ｃｏｓ^-1（１−２ΔＩ）／２πΔτ_max
∴Ｔ₁＝１／（２ｆ₁）＝πΔτ_max／ｃｏｓ^-1（１−２ΔＩ）
また、これと同様にして他のＰＭＤモニタについても次のような関係が成り立つことになる。
【００９８】
Ｔ₂＝πＴ₁／ｃｏｓ^-1（１−２ΔＩ）
Ｔ₃＝πＴ₂／ｃｏｓ^-1（１−２ΔＩ）
上記の関係をｎ系統のＰＭＤモニタにまで拡張して一般化すると、次のようになる。
【００９９】
Ｔ_n＝｛π／ｃｏｓ^-1（１−２ΔＩ）｝ⁿ・Δτ_max
このように本発明によるＰＭＤの補償可能範囲は、ＰＭＤモニタの系統数に応じて指数関数的に拡大することが分かる。例えば、Δτ_max＝０．２Ｔ（Ｔは１タイムスロット）、ΔＩ＝０．１とすると、ＰＭＤの補償可能範囲の上限値は、Ｔ₁＝０．９８Ｔ，Ｔ₂＝４．８Ｔ，Ｔ₃＝２３Ｔ，…，Ｔ_n＝４．８８ⁿ×０．２Ｔなどになる。
【０１００】
上記のようにして、第３実施形態のＰＭＤ補償装置３では、３つのＰＭＤモニタを用いたＰＭＤ補償量のフィードバック制御が制御回路１４’によって実行される。なお、１／４波長板１０ａ、１／２波長板１０ｂおよび光遅延器１１ｂに対する制御回路１４’の具体的な処理動作は、第１実施形態の場合に説明した、初期設定モードおよびトラッキングモードにおけるそれぞれのアルゴリズムと同様であるため説明を省略する。
【０１０１】
このように第３実施形態のＰＭＤ補償装置３によれば、３つのＰＭＤモニタ１３Ａ〜１３Ｂを用いることで、ＰＭＤの補償可能範囲をさらに拡大することができ、一般化すると、ｎ個のＰＭＤモニタを用いることで、ＰＭＤの補償可能範囲を指数関数的に拡大することが可能である。本発明によるＰＭＤ補償技術では、複数のＰＭＤモニタの周波数差を最大限に確保できるため、従来の補償技術に比べて、ＰＭＤモニタの数を最小限にすることが可能になる。
【０１０２】
なお、上記の第３実施形態では、第１実施形態の構成についてＰＭＤモニタを追加する場合を説明したが、これと同様にして、第１実施形態の各変形例、並びに、第２実施形態およびその変形例についても、３つまたはそれ以上のＰＭＤモニタを追加することが可能である。
【０１０３】
また、上述した第１〜第３実施形態では、各ＰＭＤモニタがバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を使用して抽出した周波数成分の強度を検出する構成について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ＢＰＦに代えてローパスフィルタ（ＬＰＦ）を使用して抽出した周波数成分の強度を検出するようにしても構わない。
ＬＰＦを使用する方式は、例えば、信号光が経時的にスペクトルの変動する符号形式である場合に、広範囲の周波数成分の強度を積分した値が得られるため、単一周波数を抽出するＢＰＦを用いた方式に比べて、より安定したＰＭＤ補償を実現することが可能である。さらに、ＢＰＦとＬＰＦを併用することも考えられる。例えば、高周波側のＰＭＤモニタとしてＢＰＦを用い、低周波側のＰＭＤモニタとしてＬＰＦを用いてもよい。これは、信号光のベースバンド信号が高周波側の成分を時間的に安定して持っているのに対して、低周波側に相当する長いビットパターンに関しては、検出頻度が時間変動しやすいことが考えられるため、低周波側にＬＰＦを用いることでモニタ強度の安定化を図ることができるという利点がある。
【０１０４】
（付記１）伝送路の偏波モード分散による信号光への影響を補償する偏波モード分散補償方法において、
伝送路を介して入力される信号光に生じた偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償ステップと、
該偏波モード分散補償ステップで補償された信号光におけるベースバンドスペクトル中の複数の特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出ステップと、
該特定周波数成分抽出ステップで抽出された各特定周波数成分の強度をそれぞれ検出する強度検出ステップと、
該強度検出ステップで検出されるすべての特定周波数成分の強度が、検出感度の不確定幅に応じて決まる最大値収束範囲内になるように、前記偏波モード分散補償ステップにおける偏波モード分散補償量をフィードバック制御する補償量制御ステップと、
を含んでなることを特徴とする偏波モード分散補償方法。
【０１０５】
（付記２）前記補償量制御ステップは、相対的に低周波側の特定周波数成分の強度が前記最大値収束範囲内になった後に、相対的に高周波側の特定周波数成分の強度が前記最大値収束範囲内になるように、偏波モード分散補償量のフィードバック制御に用いる特定周波数成分の強度の切り替えを順次行うことを特徴とする付記２に記載の偏波モード分散補償方法。
【０１０６】
（付記３）伝送路の偏波モード分散による信号光への影響を補償する偏波モード分散補償装置において、
伝送路を介して入力される信号光に生じた偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償手段と、
該偏波モード分散補償手段から出力される信号光におけるベースバンドスペクトル中の複数の特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出手段と、
該特定周波数成分抽出手段で抽出された各特定周波数成分の強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
該強度検出手段で検出されるすべての特定周波数成分の強度が、検出感度の不確定幅に応じて決まる最大値収束範囲内になるように、前記偏波モード分散補償手段における偏波モード分散補償量をフィードバック制御する補償量制御手段と、
を備えて構成されたことを特徴とする偏波モード分散補償装置。
【０１０７】
（付記４）前記補償量制御手段は、相対的に低周波側の特定周波数成分の強度が前記最大値収束範囲内になった後に、相対的に高周波側の特定周波数成分の強度が前記最大値収束範囲内になるように、前記偏波モード分散補償手段における偏波モード分散補償量のフィードバック制御に用いる特定周波数成分の強度の切り替えを順次行うことを特徴とする付記３に記載の偏波モード分散補償装置。
【０１０８】
（付記５）前記特定周波数成分抽出手段は、前記特定周波数成分に対応した通過中心周波数を持つバンドパスフィルタを有し、該バンドパスフィルタを用いて当該特定周波数成分の抽出を行うことを特徴とする付記３に記載の偏波モード分散補償装置。
【０１０９】
（付記６）前記特定周波数成分抽出手段は、前記特定周波数成分に対応したカットオフ周波数を持つローパスフィルタを有し、該ローパスフィルタを用いて当該特定周波数成分の抽出を行うことを特徴とする付記３に記載の偏波モード分散補償装置。
【０１１０】
（付記７）前記偏波モード分散補償手段は、前記信号光について、２つの偏波モードへの光強度の分岐比を決定する偏波制御部と、２つの偏波モード間に光遅延差を与える光遅延部とを有し、前記偏波制御部の分岐比および前記光遅延部の光遅延差の組み合わせに応じて偏波モード分散補償量が設定されることを特徴とする付記３に記載の偏波モード分散補償装置。
【０１１１】
（付記８）前記偏波モード分散補償手段は、光遅延差を変えることが可能な可変光遅延素子と、該可変光遅延素子への入力光の偏波方向を変える波長板とを有し、
前記補償量制御手段は、前記可変光遅延素子の光遅延量および前記波長板の位置の少なくとも一方をフィードバック制御することを特徴とする付記７に記載の偏波モード分散補償装置。
【０１１２】
（付記９）前記偏波モード分散補償手段は、直列に接続された複数の偏波モード分散補償ユニットを有し、該各偏波モード分散補償ユニットは、予め設定した光遅延差を与える固定光遅延素子と、該固定光遅延素子への入力光の偏波方向を変える波長板とを含み、
前記補償量制御手段は、前記各偏波モード分散補償ユニットの波長板の位置をそれぞれフィードバック制御することを特徴とする付記７に記載の偏波モード分散補償装置。
【０１１３】
（付記１０）付記３に記載の偏波モード分散補償装置を用いた光伝送システムであって、
前記偏波モード分散補償装置が、光送信機と光受信機の間を接続する伝送路の途中に設けられたことを特徴とする光伝送システム。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるＰＭＤ補償技術によれば、複数の異なる特定周波数成分を強度検出感度の不確定幅に応じて決め、ＰＭＤ補償量のフィードバック制御に用いる特定周波数成分の強度を、低周波側から高周波側に順次切り替えるようにすることで、従来のような絶対的なしきい値を基準とするのではなく、強度の最大値収束状態を基準にしてＰＭＤモニタの切り替えが行われるため、高い精度のＰＭＤ補償が実現できる。このようなＰＭＤ補償技術を適用して光伝送システムを構築すれば、伝送路を伝搬する信号光のＰＭＤが広い範囲で確実に補償されるため、高速信号光を長距離に亘って伝送することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に用いられるＰＭＤモニタの構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明によるＰＭＤ補償の基本原理を説明するための図であって、２つのＰＭＤモニタを用いた場合に対応する図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるＰＭＤ量に対するパワーペナルティの変化を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１実施形態の別の変形例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】同上第２実施形態の動作を説明する図である。
【図９】本発明の第２実施形態の変形例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明によるＰＭＤ補償の基本原理を説明するための図であって、３つのＰＭＤモニタを用いた場合に対応する図である。
【図１２】従来のＰＭＤ補償技術について補償可能範囲が１タイムスロットに制約されてしまうことを説明する図である。
【図１３】複数のＰＭＤモニタを用いた従来のＰＭＤ補償技術を説明するための図である。
【図１４】ＰＭＤによる伝送光波形劣化を測定するための実験系の概要を示す図である。
【図１５】図１４の実験系において、光遅延差Δτ_Tを変化させたときのパワーペナルティを示す図である。
【図１６】図１５の場合における伝送光波形の変化を示す図である。
【図１７】公知のＰＭＤ補償技術に用いられるＰＭＤモニタ系の一例を示す図である。
【図１８】図１７のＰＭＤモニタ系を用いて測定した２０ＧＨｚ成分強度のΔτ_T依存性を示す図である。
【図１９】図１７のＰＭＤモニタ系を用いて測定した２０ＧＨｚ成分強度のγ依存性を示す図である。
【図２０】公知のＰＭＤ補償技術を４０Ｇｂ／ｓ光伝送システムに適用したときの実験系を示す図である。
【図２１】図２０の実験系を用いて測定した光遅延差Δτ_Tに対するパワーペナルティを示す図である。
【図２２】図２０の実験系を用いて測定した光遅延差Δτ_Tに対する伝送光波形を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，３ＰＭＤ補償装置
１０，１０’，２１偏波制御部
１０ａ，２１ａ１／４波長板
１０ｂ，２１ｂ１／２波長板
１１，１１’ 可変ＰＭＤ補償部
１１ａ，１１ｃ偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１１ｂ光遅延器
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｂ’，１２Ｃ，２３Ａ，２３Ｂ光カプラ
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，２４Ａ，２４ＢＰＭＤモニタ
１４，１０ｃ，１１ｄ，２５，２５’ 制御回路
２０₁〜２０_N，２０₁’〜２０_N’ ＰＭＤ補償ユニット
２２固定遅延素子（ＰＭＦ）
ＯＳ光送信機
ＯＲ光受信機
Ｌ伝送路

Claims

伝送路の偏波モード分散による信号光への影響を補償する偏波モード分散補償方法において、
伝送路を介して入力される信号光に生じた偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償ステップと、
該偏波モード分散補償ステップで偏波モード分散の補償を行った後、該補償された信号光におけるベースバンドスペクトル中の複数の異なる特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出ステップと、
該特定周波数成分抽出ステップで特定周波数成分の抽出を行った後、該抽出された各特定周波数成分の強度をそれぞれ検出する強度検出ステップと、
該強度検出ステップで検出される各特定周波数成分の強度うちの相対的に低周波側の特定周波数成分の強度を用い、該低周波側の特定周波数成分の強度が最大値に近づくように、前記偏波モード分散補償ステップにおける偏波モード分散補償量をフィードバック制御し、該低周波側の特定周波数成分の強度を用いたフィードバック制御が収束した後に、順次、相対的に高周波側の特定周波数成分の強度に切り替え、該高周波側の特定周波数成分が最大値に近づくように、前記偏波モード分散補償ステップにおける偏波モード分散補償量をフィードバック制御する補償量制御ステップと、を含んでなり、
前記特定周波数成分抽出ステップで抽出される複数の異なる特定周波数が、前記強度検出ステップでの検出感度の不確定幅に応じて決められることを特徴とする偏波モード分散補償方法。
伝送路の偏波モード分散による信号光への影響を補償する偏波モード分散補償装置において、
伝送路を介して入力される信号光に生じた偏波モード分散を補償する偏波モード分散補償手段と、
該偏波モード分散補償手段から出力される信号光におけるベースバンドスペクトル中の複数の異なる特定周波数成分を抽出する特定周波数成分抽出手段と、
該特定周波数成分抽出手段で抽出された各特定周波数成分の強度をそれぞれ検出する強度検出手段と、
該強度検出手段で検出される各特定周波数成分の強度うちの相対的に低周波側の特定周波数成分の強度を用い、該低周波側の特定周波数成分の強度が最大値に近づくように、前記偏波モード分散補償手段における偏波モード分散補償量をフィードバック制御し、該低周波側の特定周波数成分の強度を用いたフィードバック制御が収束した後に、順次、相対的に高周波側の特定周波数成分の強度に切り替え、該高周波側の特定周波数成分が最大値に近づくように、前記偏波モード分散補償手段における偏波モード分散補償量をフィードバック制御する補償量制御手段と、を備え、
前記特定周波数成分抽出手段は、前記強度検出手段での検出感度の不確定幅に応じて、抽出する複数の異なる特定周波数を決めることを特徴とする偏波モード分散補償装置。
前記偏波モード分散補償手段は、前記信号光について、２つの偏波モードへの光強度の分岐比を決定する偏波制御部と、２つの偏波モード間に光遅延差を与える光遅延部とを有し、前記偏波制御部の分岐比および前記光遅延部の光遅延差の組み合わせに応じて偏波モード分散補償量が設定されることを特徴とする請求項２に記載の偏波モード分散補償装置。
前記偏波モード分散補償手段は、光遅延差を変えることが可能な可変光遅延素子と、該可変光遅延素子への入力光の偏波方向を変える波長板とを有し、
前記補償量制御手段は、前記可変光遅延素子の光遅延量および前記波長板の位置の少なくとも一方をフィードバック制御することを特徴とする請求項３に記載の偏波モード分散補償装置。
前記偏波モード分散補償手段は、直列に接続された複数の偏波モード分散補償ユニットを有し、該各偏波モード分散補償ユニットは、予め設定した光遅延差を与える固定光遅延素子と、該固定光遅延素子への入力光の偏波方向を変える波長板とを含み、
前記補償量制御手段は、前記各偏波モード分散補償ユニットの波長板の位置をそれぞれフィードバック制御することを特徴とする請求項３に記載の偏波モード分散補償装置。