JPH0369927A - 一括偏波制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〉 本発明は、ＦＤＭ　（周波数分割多重）光通信における
漏波変動補償方法に関するものである。

（従来の技術） 高受信感度および高密度周波数多重による大容量化が期
待されるコヒーレント光通信を実現する上で信号光の偏
波変動の補償はたいへん重要であり、この偏波変動の補
償とは、光ファイバによって伝搬される信号光の偏波状
態が周囲温度や光ファイバの曲がり等の外乱によって誘
起される光ファイバの複屈折の変動によって変化して受
信端の受信感度が低くなるのを補償することである。こ
の偏波変動補償の方法には、自動偏波制御方式と、偏波
ダイバーシチ方式がある。このうち自動偏波制御方式は
、漏波ダイバーシチ方式よりも受信系の構成が単純にで
きる上に、高い受信感度が得られるという利点を有して
いる。更に自動偏波制御方式はＦＤＭ　（周波数分割多
重）された信号光を受信する際に、共通の偏波制御装置
を用いて全信号光を一括偏波制御することも可能であり
、受信系をより一層単純にできる可能性も有している（
特許出願番号間６１−０１４１３５　　多波長光ファイ
バ伝送方法〉。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ＦＤＭ　（周波数分割多重）された信号
光の偏波について一括偏波制御をする場合、入射側で各
信号光の偏波をそろえて送信したとしても、伝送する光
ファイバの偏波分散により受信側では各信号光の偏波が
異なってくるから、受信状態が劣化する。このことが−
括偏波制御可能なチャンネル数および伝送可能な距離を
制限していた。

本発明の目的は、ＦＤＭコヒーレント光通信において一
括偏波制御を行う場合に、偏波分散の影響を回避し、偏
波分散によって限られていた一括偏波制御可能なチャン
ネル数および伝送可能な距離の制限を除去する方法を新
たに提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するための本発明の手段は、１波また
は周波数多重された複数の光からなる第１および第２の
信号光を、１本の光ファイバの両端からそれぞれ入射し
て通信を行う双方向光通信手段において、前記光ファイ
バの一端には第１の偏波制御手段を設け、前記光ファイ
バの他端には第２の偏波制御手段を設け、前記第１の信
号光は前記光ファイバの一端から入射し前記第１の偏波
制御手段を通りさらに前記光ファイバを伝搬して前記光
ファイバの他端から出射し、前記第２の信号光は前記光
ファイバの他端から入射し前記第２の偏波制御手段を通
りさらに前記光ファイバを前記第１の信号光とは逆の向
きに伝搬して前記光ファイバの一端から出射し、前記第
１の偏波制御手段は前記光ファイバを伝搬してきた第２
の信号光の偏波を制御して、該第２の信号光の偏波を第
１の信号光の偏波と平行または直交させ、前記第２の偏
波制御手段は前記光ファイバを伝搬してきた第１の信号
光の偏波を制御して、該第１の信号光の偏波を第２の信
号光の偏波と平行または直交させる一括偏波制御方法を
提供することであり、さらに、上述の一括偏波制御方法
であって、第２および第１の信号光をそれぞれ受信する
第１および第２の光ヘテロダイン、ホモダイン検波受信
器を設け、前記第１の光へテロダイン、ホモダイン検波
受信器の局部発振光の偏波を前記第１の信号光の偏波と
平行または直交させ、前記第１の偏波制御手段で前記第
１の光ヘテロダイン、ホモダイン検波受信器の受信強度
が最大になる角度に前記第２の信号光の偏波を制御し、
前記第２の光ヘテロダイン、ホモダイン検波受信器の局
部発振光の偏波を前記第２の信号光の偏波と平行または
直交させ、前記第２の偏波制御手段で前記第２の光ヘテ
ロダイン、ホモダイン検波受信器の受信強度が最大にな
る角度に前記第１の信号光の偏波を制御する一括偏波制
御方法を提供することである。

（作用） 長尺の単一モード光ファイバにおいては、互いに直交す
る２つの偏波の固有状態を定義することができる（Ｃ，
Ｄ、Ｐｏｏｌｅらによる、「ボーラリゼーション　ディ
スバージョン　アンド　プリンシパル　ステイツ　イン
　ア　１４７ｋｍアンダーシー　ライトウニイブ　ケー
ブル」（゛。

Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ａ
ｎｄ　Ｐｒ１ｎｃｉｐａｌ　５ｔａｔｅｓｉｎ　ａ　１
４７ｋｎ　Ｕｎｄｅｒｓｅａ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃ
ａｂｌｅ”、Ｊ、Ｌｉｇ−ｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ、、　ｖｏｌ、６．　Ｎｏ、７．　ｔ）Ｉ）、１１８
５−１１９０））。

この２つの固有状態間に伝ｍ遅延時間差が存在すること
で偏波分散が生じるから、周波数の異なる信号光におい
ては入射偏波が同じであっても出射偏波が異なる。これ
をポアンカレ球上で表すと、第３図に示すように、周波
数の異なる第１および第２の信号光の出射偏波状態４３
．４４は、光ファイバの２つの固有状態４０．４１を貫
く軸４２の回りを回転するものとして表すことができる
。

この回転の割合（円弧ＡＢまたは角度）は、偏波分散の
大きさと２つの信号光の周波数差の積に比例する。また
、入射面波状態４５が変わると、ポアンカレ球上に、偏
波の回転によって描かれる弧の長さＡＢが変化する。こ
こで入射同波状態４５が光ファイバの固有状！１ｌＸ４
０．４１のいずれか一方に一致する場合は、入射した信
号光の周波数によらずそれぞれの出射偏波状態４３．４
４は等しく　（ＡＢ＝Ｏ）　、すなわち出射偏波も固有
状態となる。本発明は、このことを利用したものであり
、送信する各信号光の偏波が常に光ファイバの固有状態
となるように、信号光がＥｌｍする光ファイバの２つの
固有状態を制御し、光の周波数によらず出射偏波を等し
くしようというものである。これによりは液分散の影響
を回避した偏波−括制御が可能となる。

信号光偏波を固有状態に一致させるために、本発明では
、双方向光通信手段の光ファイバの両端にそれぞれ第１
および第２の偏波制御手段を設ける。ここで第１の信号
光に関して第２の偏波制御手段を用いて受信信号強度の
最大値制御を行いながら第１の偏波制御手段を用いて光
ファイバの２つの固有状態を貫く軸をわずかに変化させ
ると、ポアンカレ球上に描かれる偏波の回転の弧の長さ
が変化する。これを第４図に示すポアンカレ球上で表す
と、固有状態１．２を貫く軸が４２．５４゜５５と変化
し、弧ＡＢも４６．５６．５７と変化する。ここで第２
の信号光に関してその受信信号が最大になるように制御
することは、弧の長さを小さくするように制御すること
である。すなわち、第１および第２の偏波制御手段に対
してそれぞれ受信信号強度の最大値制御を加えることに
より、各信号光は安定して受信されるばかりではなく、
各送信光は伝搬する光ファイバの固有状態となるように
自動的に制御され、固有状態に収束する。

このように固有状態と等しい入射偏波の場合は、信号光
の周波数によらず等しい出射偏波となるから、これらの
信号光を一括して偏波制御しても偏波分散の影響は出て
こない、このように偏波制御手段により制御される光フ
ァイバは、両端の偏波制御手段を含めて考えると、あた
かも定偏波ファイバのように振舞う、ここでＦＤＭ　（
周波数分割多重）する信号光の偏波を前記第１または第
２の信号光に対して平行または直交して入射すれば、固
有状態と一致し、一方向、双方向によらず偏波分散の影
響を回避した一括偏波制御が可能となる。

これにより、これまで−括偏波制御を用いたコヒーレン
ト光通信において、偏波分散によって限られていた一括
制御可能なチャンネル数および伝送距離の制限を除去す
ることができる。

（実施例） 次に実施例を挙げて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成国である。第
１の実施例は、単一モード光ファイバ１と、第１の偏波
制御装置２と、第２の偏波制御装置３と、第１の光フア
イバカプラ４と、第２の光フアイバカプラ５と、第３の
光フアイバカプラ６と、第４の光フアイバカプラ７と、
第１の送信用光源８と、第２の送信用光源９と、第１の
光ヘテロダイン検波受信器１０と、第２の光ヘテロダイ
ン検波受信器１１と、第１の局部発振光源１２と、第２
の局部発振光源１３と、第１の制御回路１４と、第２の
制御回路１５とで構成され、本発明を適用した１、２Ｇ
ｂ／ｓ、ＦＳＫ　（周波数変移変調）光ヘテロダイン検
波双方向光通信方式である。

半導体レーザでなる第１の送信用光源８から出射された
第１の信号光１６は、第２の信号光１７を分岐し受信す
るための第１の光フアイバカブラ４を通り、続いて第１
の内渡制御装置２を通過した後、長さ１１００ｋの単一
モード光ファイバ１（Ｉ液分散約３ｐｓ）の一方の端に
入射する。光フアイバ１の他方の端から出射する第１の
信号光１６は第２の偏波制御装置３を通過した後、第２
光フアイバカプラ５で分岐して第２の光ヘテロダイン検
波受信器１１に入って受信される。この第２の光ヘテロ
ダイン検波受信器１１での受信信号強度を第２の制御回
路１５に入力し、この第２の制御回路１４５はこの受信
信号強度が常に最大になるように第２の偏波制御手段３
に制御を加える。

第１の信号光１６に対して１００ＧＨｚ（波長で約０．
８ｎｍ）周波数の異なる第２の送信用光源９から出射さ
れた第２の信号光１７は、第２の局部発振光源１３で発
生する第２の光ヘテロダイン検波受信器１１の局部発振
光の偏波と平行となるように第２の光フアイバカブラ５
に入射し、光フアイバ１を第１の信号光１６と逆方向に
伝搬する。

ここで第２の信号光１６の偏波と第２の光ヘテロダイン
検波受信器１１の局部発振光の偏波とをそろえるひとつ
の方法として、第２の光フアイバカプラ５と第２の偏波
制御装置３との間に偏波分離素子を挿入し、はじめに第
２の信号光１７の透過光が最大となるように偏波を調整
する０次に第１の信号光１６を、第２の信号光１７と逆
方向に偏波分離素子に入射し、第１の信号光１６を受信
する第２の光ヘテロダイン検波受信器１１の受信信号強
度が最大となるように局部発振光の偏波を調整する。こ
れにより第２の信号光１７の偏波と第２の光ヘテロダイ
ン検波受信器１１の局部発振光の偏波とを平行にそろえ
ることができる。

光フアイバ１を伝搬する第２の信号光１７は、第１の光
フアイバカブラ４によって分岐し、第１の光ヘテロダイ
ン検波受信器１０によって受信される。そして、その受
信信号強度が最大になるように第１の制御回路１４から
第１の偏波制御装置２に対して制御を加える。ただし、
第１の光ヘテロダイン検波受信器１０の局部発振光の偏
波は、第１の信号光１６の漏波と平行にしておく。偏波
の調整方法は、上記第２の信号光１７の場合と同様であ
る。

また、第２の制御回路１５の制御速度の方が、第１の制
御回路１４の制御速度よりも速く設定してあり、それぞ
れその制御の時間は約Ｉｏｍｓ。

Ｚｏｏｍｓである。ここで第１および第２の偏波制御装
置２．３は、互いに等価的なものであり、どちらの制御
速度が速いかが重要ではなく、制御状態が発振しないよ
うに設定することが重要である。

漏波制御装置２，３は、４個の圧電アクチュエータと、
光ファイバとで構成されていて、この４つの圧電アクチ
ュエータが光ファイバを加圧することにより、ファイバ
内の複屈折が変化をうけてこれを通過する信号光の同波
状態が制御される（清水他「ファイバスクイザを用いた
無限追尾自動偏光制御装置の安定動作Ｊ１９８９年信学
全大Ｂ−７５３）。

第１および第２の偏波制御装置２．３に対してそれぞれ
独立に受信信号強度の最大値制御を加える状態で、第１
および第２の光ヘテロダイン検波受信器１０．１１の受
信状態は、共に最良の受信状態から０．１ｄＢ以下のペ
ナルティであり、安定な受信ができる。従来の偏波−括
制御では、偏波分散３ｐｓのファイバで１００ＧＨｚは
なれた信号光を受信する場合のペナルティは４．６ｄＢ
であるから、受信感度の大幅な改善が行われることにな
る。

第２図は本発明の第２の実施例を示す構成国である。第
２の実施例は、単一モードの光フアイバ１と、第１の偏
波制御装置２と、第２の偏波制御装置３と、第３の光フ
アイバカプラ６と、第１の送信用光源８と、第２の送信
用光源９と、第１の光ヘテロダイン検波受信器１０と、
第２の光ヘテロダイン検波受信器１１と、第１の局部発
振光源１２と、第１の制御回路１４と、第２の制御回路
１５と、第１の偏波分離素子２０と、第２の偏波分離素
子２１と、第５の光フアイバカプラ２２と、第６の光フ
アイバカプラ２３と、第３の送信用光源２４と、第４の
送信用光源２５と、第５の送信用光源２６と、第３の光
ヘテロダイン検波受信器２７と、第４の光ヘテロダイン
検波受信器２８と、第５の光ヘテロダイン検波受信器２
９とで構成されて、本発明を適用した下り４チヤンネル
、上り１チヤンネルのＦＤＭ双方向光通信方式である。

光合分波器として偏光ビームスプリッタ等の偏波分離素
子２０．２１を用いることにより、ＦＤＭ信号光３０と
第２の信号光１７の偏波状態を簡単にかつ厳密に直交さ
せている。第２の実施例に用いる光フアイバ１は、長さ
８０ｋｍで偏波分散２．５ｐｓである。第２の実施例に
おいて一括偏波制御を行っている状態で、下り４チヤン
ネルのうちの偏波制御を行っている第１の信号光１６か
ら最も周波数の離れた（１５０ＧＨｚ）信号光を受信す
る第５の光ヘテロダイン検波受信器２９の受信状態は、
最良の受信状態から０．１ｄＢ以下のペナルティとなる
。また他の全ての受信状態も良好であるから、受信感度
が大幅に改善されている。

以上、本発明の２つの実施例を説明したが、本発明はこ
れら実施例に限定されるのではなく、本発明の範囲内で
種々の変形、変更が可能なことはもちろんである０例え
ば、第１の実施例では２チヤンネルのみの伝送であった
が、本発明で制御される光ファイバに、前記第１または
第２の信号光１６．１７の偏波に対して平行または直交
して複数の信号光を入射するだけで、偏波制御器の数は
そのままで一方向または双方向ＦＤＭコヒーレント光通
信が実現できる。また複数の信号光を合分波するための
光合分波器として、定偏波光フアイバカプラを用いると
、複数の信号光の偏波状態を簡単にかつ厳密に平行にそ
ろえることができる。

また第１および第２の実施例では偏波制御手段としてフ
ァイバスクイザ型の偏波制御装置を用いたが、波長板回
転型、ＬｉＮｂＯ３等の電気光学効果を用いたもの、液
晶の複屈折性および飾光性を用いたもの等の他のいかな
る偏波制御装置を用いてもよい。

（発明の効果） 以上に詳しく説明したように、本発明によれば、ＦＤＭ
コヒーレント光通信において一括偏波制御を行う場合に
、光フアイバ内での偏波分散の影響を回避し、その偏波
分散によって限られていた一括偏波制御可能なチャンネ
ル数および伝送可能な距離の制限を除去することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す構成図、第３図は偏波分散
による偏波の回転を示す図、第４図は本発明を実行した
ときの２つの固有状態を貫く軸の動きを示す図である。 １・・・光ファイバ、２・・・第１の偏波制御装置、３
・・・第２の偏波ｉｖ制御装置、４・・・第１の光フア
イバカプラ、５・・・第２の光ファイバカプラ、６・・
・第３の光フアイバカプラ、７・・・第４の光フアイバ
カプラ、白・・・第１の送信用光源、９・・・第２の送
信用光源、１０・・・第１の光ヘテロダイン検波受信器
、１１・・・第２の光ヘテロダイン検波受信器、１２・
・・第１の局部発振光源、１３・・・第２の局部発振光
源、１４・・・第１の制御回路、１５・・・第２の制御
回路、１６・・・第１の信号光、１７・・・第２の信号
光、２０・・・第１の偏波分離素子、２１・・・第２の
偏波分離素子、２２・・・第５の光フアイバカプラ、２
３・・・第６の光フアイバカプラ、２４・・・第３の送
信用光源、２５・・・第４の送信用光源、２６・・・第
５の送信用光源、２７・・・第３の光ヘテロダイン検波
受信器、２８・・・第４の光ヘテロダイン検波受信器、
２９・・・第５の光ヘテロダイン検波受信器、３０・・
・ＦＤＭ信号光、４０・・・固有状態１．４１・・・固
有状態２．４２・・・固有状態１，２を貫く軸、４３・
・・第１の信号光の出力偏波状態、４４・・・第２の信
号光の出力偏波状態、４５・・・第１゜第２の信号光の
入射偏波状態、４６・・・弧ＡＢ、５０・・・固有状態
１ ５２・・・固有状態１ ５４・・・固有状態１ 固有状態１”　２” ５７・・・弧ｐ：　Ｂ’ ′　５１・・・固有状態２′ ”　５３・・・固有状態２” ′、２′を貫く軸、５５・・・ （−） を貫く軸、５６・・・弧Ａ　Ｂ’

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１波または周波数多重された複数の光からなる第
   １および第２の信号光を、１本の光ファイバの両端から
   それぞれ入射して通信を行う双方向光通信手段において
   、前記光ファイバの一端には第１の偏波制御手段を設け
   、前記光ファイバの他端には第２の偏波制御手段を設け
   、前記第１の信号光は前記光ファイバの一端から入射し
   前記第１の偏波制御手段を通りさらに前記光ファイバを
   伝搬して前記光ファイバの他端から出射し、前記第２の
   信号光は前記光ファイバの他端から入射し前記第２の偏
   波制御手段を通りさらに前記光ファイバを前記第１の信
   号光とは逆の向きに伝搬して前記光ファイバの一端から
   出射し、前記第１の偏波制御手段は前記光ファイバを伝
   搬してきた第２の信号光の偏波を制御して、該第２の信
   号光の偏波を第１の信号光の偏波と平行または直交させ
   、前記第２の偏波制御手段は前記光ファイバを伝搬して
   きた第１の信号光の偏波を制御して、該第１の信号光の
   偏波を第２の信号光の偏波と平行または直交させること
   を特徴とする一括偏波制御方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の一括偏波制御方法
   において、第２および第１の信号光をそれぞれ受信する
   第１および第２の光ヘテロダイン、ホモダイン検波受信
   器を設け、前記第１の光ヘテロダイン、ホモダイン検波
   受信器の局部発振光の偏波を前記第１の信号光の偏波と
   平行または直交させ、前記第１の偏波制御手段で前記第
   １の光ヘテロダイン、ホモダイン検波受信器の受信強度
   が最大になる角度に前記第２の信号光の偏波を制御し、
   前記第２の光ヘテロダイン、ホモダイン検波受信器の局
   部発振光の偏波を前記第２の信号光の偏波と平行または
   直交させ、前記第２の偏波制御手段で前記第２の光ヘテ
   ロダイン、ホモダイン検波受信器の受信強度が最大にな
   る角度に前記第１の信号光の偏波を制御することを特徴
   とする一括偏波制御方法。