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JP2003526794A - オプトエレクトロニクス伝送ラインのｐｍｄを検出する装置 - Google Patents

オプトエレクトロニクス伝送ラインのｐｍｄを検出する装置

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Publication number
JP2003526794A
JP2003526794A JP2001566306A JP2001566306A JP2003526794A JP 2003526794 A JP2003526794 A JP 2003526794A JP 2001566306 A JP2001566306 A JP 2001566306A JP 2001566306 A JP2001566306 A JP 2001566306A JP 2003526794 A JP2003526794 A JP 2003526794A
Authority
JP
Japan
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polarization
pmd
receiver
laser
signal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001566306A
Other languages
English (en)
Inventor
バンダマー・アダルベルト
クラウゼ・エグベルト
Original Assignee
テクトロニクス・ミューニック・ゲーエムベーハー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by テクトロニクス・ミューニック・ゲーエムベーハー filed Critical テクトロニクス・ミューニック・ゲーエムベーハー
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2569—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to polarisation mode dispersion [PMD]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/33—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face
    • G01M11/336—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face by measuring polarization mode dispersion [PMD]

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、オプトエレクトロニクス伝送ラインのＰＭＤを検出する装置に関する。本発明の装置は、その照度が被分析伝送ラインの照度と重畳される狭帯域の同調可能なレーザと、この重畳された信号を受信するオプトエレクトロニクス・ヘテロダイン受信器とを具えていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は、オプトエレクトロニクス伝送リンクの偏光モード分散（以下、ＰＭ
Ｄという）を検出する装置に関する。
【０００２】 従来の技術 ファイバ・ラインの如き光通信リンクにおける偏光モード分散（ＰＭＤ）、又
は、かかるリンクの伝送品質での影響により生じる歪を決定する既知の方法は、
夫々、ビット・エラー・レートを測定することである。この方法は、ＰＭＤの影
響に関するステートメントを提供するが、ＰＭＤ自体の大きさに関するステート
メントを提供しない。
【０００３】 ＰＭＤを決定する他の既知の方法は、有用な信号のオプトエレクトロニクス検
出の後に、１組の高周波数フィルタを用いて、選択した側周波数の位相シフトを
決定する。この点で、この影響は、有用な信号の変調帯域幅に依存する。デジタ
ル伝送における異なるビット・レートは、異なるフィルタ組合せを必要とする。
通常は、わずか約３〜４個のフィルタが適している。ＰＭＤの決定は、信号変調
に関連しており、各１個の有用信号に対して可能となるのみである。
【０００４】 一方、例えば、適切な補償手段による補償を可能とするために、ＰＭＤの決定
に、商業的に大いなる関心がある。
【０００５】 発明の開示 本発明は、ＰＭＤを決定するアセンブリを提供する目的に基づいており、短時
間の測定で、ＰＭＤの変動に対する判定を可能にしているので、例えば、特に、
ＰＭＤ補償手段の構成要素として利用できる。
【０００６】 本発明によるこの目的の解決法は、請求項１に記載されている。本発明の更な
る展開は、従属請求項の主題である。
【０００７】 本発明は、光通信リンクにおける偏光モード分散を測定するための方法及びア
センブリに関する。
【０００８】 デジタル光データ信号のスペクトルは、ビット・レートに依存する限定された
スペクトル幅を有する。ビット・レートが高くなるほど、関連したスペクトルが
広くなる。
【０００９】 異なるスペクトル部分が伝送リンクの光ガイド・ファイバ内で異なる偏光状態
となり、各スペクトル部分の異なる伝搬速度により、充分な伝送長の後に信号歪
が生じる。これにより、デジタル情報の再生が困難となるか、又は、少なくとも
信号品質に悪影響を及ぼす。
【００１０】 帯域幅が信号スペクトルの一部分であるオプトエレクトロニクス・ヘテロダイ
ン受信器により、このスペクトルをスペクトル的分解で測定する。次に、測定値
を求めて、受信信号のパワー密度スペクトルに反映させる。
【００１１】 この光重畳により、電気的重ね合わせ信号の利用可能な振幅は、これら２つの
信号のパワーに依存するが、到来する信号及び局部的な重ね合わせレーザの偏光
方向にも直接的に依存する。
【００１２】 入力スペクトルの偏光依存パワー密度を決定するために、局部レーザの、例え
ば、２つの直交偏光状態（ＳＯＰ：偏光状態）をオプトエレクトロニクスの重ね
合わせように用いる。例えば、これらは、ベクトルを有する水平及び垂直偏光で
もよい。 (S1, S2, S3) = (1, 0, 0); (-1, 0, 0) SOPH = (1, 0, 0) 水平 SOPV = (-1, 0, 0) 垂直
【００１３】 これら２つの直交偏光状態を用いて、総合信号パワーのスペクトル分布が決ま
る。 PUges(λ) = (PUH(λ) + PUV(λ)) / 2
【００１４】 スペクトル的に分解した受信スペクトル内で、異なる偏光状態を測定できるよ
うにするために、偏光方向が更に必要になる。この点で、例えば、４５度の偏光
、及び右旋又は左旋円偏光を用いるのが都合よい。 SOP+45 = (0, 1, 0) 線形、＋４５度の斜め SOPR = (0, 0, 1) 右旋円
【００１５】 さて、入力スペクトルは、局部レーザの提案された偏光状態に重畳される。 (S1, S2, S3) SOPH = (1, 0, 0) 水平 SOPV = (-1, 0, 0) 垂直 SOP+45 = (0, 1, 0) 線形、＋４５度の斜め SOPR = (0, 0, 1) 右旋円
【００１６】 各混合結果のパワーは、入力パワー及び局部レーザ・パワーの積と、両方の偏
光の対応を記述した係数ｋとに比例する。 Pu = k * PE * PL * a(ΔSOP) k 定数 PE 入力パワー PL 局部レーザ・パワー a(ΔSOP) 偏光一致係数
【００１７】 ここでは、偏光一致係数a(ΔSOP)は、ポアンカレ球でのSOPの相対距離に依存
する。 a(ΔSOP) = cos2(α/2) α ポアンカレ球でのSOPE及びSOPLの間の角度
【００１８】 係数a(ΔSOP)の大きさは、同一の偏光（α＝０度）にて最大１であり、直交偏
光（α＝１８０度）にて０である。
【００１９】 ３つの偏光により、 (S1, S2, S3) = (1, 0, 0); (0, 1, 0); (0, 0, 1) は、ストークス・ベクトルS1, S2, S3を表す。ここから、受信信号の波長依存正
規化スートクス・パラメータS1(λ),S2(λ)及びS3(λ)が次のように決まる。 S1(λ) = PUH(λ) / PUtot(λ) S2(λ) = Pu+45(λ) / PUtot(λ) S3(λ) = PUV(λ) / PUtot(λ)
【００２０】 よって、入力スペクトルの各波長において、ろ波したスペクトル部分の偏光方
向が決まる。 SOPE(λ) = [S1(λ), S2(λ), S3(λ)]
【００２１】 伝送リンクの入力における偏光の主状態｛ＰＳＰin｝に対応する２つのパワー
成分にデータ源の放射が分割されるという効果をＰＭＤが示す。これら２つのパ
ワー成分の間で、通常、異なる大きさ、相対時間遅延、所謂、差群遅延｛ＤＧＤ
｝が生じる。これら２つのパワー成分は、偏光方向がＰＳＰoutに対応して本発
明に応じて設計されたＰＭＤモニタに到達する。
【００２２】 ＤＧＤが０に等しいか、又は、入力放射の偏光が伝送リンクのＰＳＰinと同一
ならば、データ信号は、ＰＭＤによる如何なる歪も被らない。両方の場合におい
て、たとえ波長がわずかに変化しても、伝送リンクの端部における出力偏光は一
定のままである。 SOPE(λ) = 一定
【００２３】 信号の異なるスペクトル部分は、同じ偏光を有し、このスペクトルにわたる累
積された偏光変動は、０に等しい。
【００２４】 しかし、ＤＧＤが大きくなり、２つのＰＳＰinのパワー分割比が値１：１に近
づけば、より多くの入力信号が歪む。 SOPE(λ) = 可変
【００２５】 測定データSOPE(λ)は、以前の計算から適切な波長レンジに対して存在する。
これらデータは、ポアンカレ（弧角度）方法に応じてＰＭＤの決定を実行するの
に充分である。ここで、グラフの各点において、SOPE(λ) - SOPE(λ+δλ)から
差比率をポアンカレ球及び関連した波長部分δλに形成する。計算技術上の理由
により、ここでは、個別ステップへの転換が有利である。 Δτ(λ1) = ΔΩ * λ0 2/2π * C * Δλ ΔΩ = arc(SOPE(λi), SOPE(λi+1)) λ0 = (λi +λi+1) / 2 Δ =λi+1 -λi Δτ ps内のＤＧＤ ΔΩ ポアンカレ球上の弧
【００２６】 現在の個別の値Δτ(λ1)は、ＰＭＤ歪の確かな測定単位である平方自乗平均
値と通常組み合わされる。
【数１】
【００２７】 従来のＰＭＤ測定装置の既知の解決法は、干渉方法又はジョーンズ・マトリクス
方法のいずれかで動作し、１つ測定に対して数十秒から数分かかり、非常にかさ
ばり、測定期間中の動作に移動する要素があるる。この既知の解決法に対して、
本発明による解決法は、例えば、ファイバ・ラインのＰＭＤの実質的に実時間の
変動を検出するという利点がある。本発明によるアセンブリは、更に、波長依存
ストークス・パラメータの計算ができる。迅速で随意の同調可能な局部レーザを
用いることにより、また、迅速に応答する偏光制御器を用いることにより、ＰＭ
Ｄモニタの組み立てが可能であり、異なる分解能で、全体の波長レンジ内の随意
に選択可能なサブレンジにて動作する。さらに、本発明の解決法は、構造の大き
さが小形であると共に、動く要素がない解決法なので、特に長寿命の実時間ＰＭ
Ｄモニタ・システムを実現できる。
【００２８】 図面を参照し、実施例に基づいて、以下に本発明を詳細に説明する。
【００２９】 実施例の説明 図１は、ＰＭＤを測定する本発明による装置の第１実施例を図的に示す。なお
、以下、ＰＭＤを測定する装置をＰＭＤモニタという。局部の同調可能なレーザ
２は、電子的に同調可能な分散ブラッグ反射レーザ（ＤＢＲレーザ）、又は、電
子的に同調可能な分散帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）が都合よく、制御ユニット
３により同調されて、同調の波長レンジが、被分析伝送リンクの信号１のスペク
トルを掃引する。局部レーザ２の偏光は、偏光制御器４によりＰＭＤを決定する
のに必要な４つの異なる偏光状態に設定される。３ｄＢカプラーが都合よいオプ
ティカル・カプラー５において、被分析信号１を局部レーザ２の放射に加える。
【００３０】 フォトダイオードが都合よい後続のオプトエレクトロニクス受信器６において
、電気的重ね合わせ信号が発生する。ＨＦフィルタ及び評価ユニット７は、重ね
合わせ信号の帯域幅を制限し、望ましくないベースバンド信号をろ波し、後段の
制御及び計算ユニット３が測定信号を利用できるようにする。これは、局部レー
ザ２の種々の偏光及び波長における測定量の性質を分析する。これら計算の結果
、制御信号８が発生する。この制御信号８は、被分析入力信号１のＰＭＤ歪に比
例し、ＰＭＤ補償ユニットの制御に適する。電子的に同調可能な半導体レーザを
有するこのアセンブリの利点は、第１に、異なる周波数への同調を非常な迅速で
達成できることであり、第２に、同調スロープが選択可能であるので、情報密度
の増加した領域を高い分解能で扱えることである。これは、高性能のモニタにと
って望ましいことである。
【００３１】 図２の構成において、オプトエレクトロニクス受信器をオプトエレクトロニク
ス平衡受信器９と置き換えており、光信号のベースバンド部分が広く抑圧されて
いる。この構成の特徴は、高いダイナミック・レンジである。
【００３２】 図３の第３構成において、局部レーザ２の分岐ではなく、入力信号１の分岐に
偏光制御器４を配置することにより、オプトエレクトロニクスの重ね合わせのた
めに必要な異なる偏光状態を提供できる。
【００３３】 例として、図４の構成においては、偏光フィルタ特性のビーム・スプリッタ１
０、１１を含む偏光ダイバーシチ受信器１２を用いることにより、偏光状態の切
替を避けている。
【００３４】 図５ａは、代表的な入力信号のスペクトルPEtot(λ)を図的に示している。
【００３５】 図５ｂは、ＰＭＤのない場合と、ＰＭＤが完全に補償された場合とにおける関
連した波長レンジにわたる偏光の一定状態を示している。
【００３６】 図５ｃにおいて、高いＰＭＤの場合におけるスペクトル部分の異なる偏光の特
性を示している。
【００３７】 図６において、ＰＭＤモニタでの偏光制御器４の構成が図的に示されており、
ファイバ・スクイーザの構造に圧電要素を有する。４５度だけ相互に回転して配
置された２個の圧電ファイバ・スクイーザ１３及び１４により、局部レーザ２の
光を任意の開始偏光に持ってくることができる。ファイバ・カプラー１５は、出
力２１における総合パワーの主要部分を提供し、偏光制御用の小さな部分を抽出
する。別のファイバ圧電スクイーザ１６は、信号発生器１７により変調される。
偏光子１８は、圧電ファイバ・スクイーザ１６に対して４５度だけ回転して設け
られる。その偏光方向に変調された光は、偏光子１８による振幅変調を受け、光
受信器１９により分析される。変調振幅を反映した被測定信号が、評価及び制御
ユニット２０に入力する。
【００３８】 ２個の圧電ファイバ・スクイーザ１３及び１４を駆動して、受信器１９におけ
る変調振幅をゼロにする。これは、圧電ファイバ・スクイーザ１６における偏光
が、正確に水平又は垂直（複屈折ファイバ要素の固有モード）に設定された場合
である。接続ファイバ及びカプラー１５に固有の複屈折のため、アセンブリの出
力２１に２つの変化した偏光が生じる。しかし、これら偏光は、互いに直角にお
いては変化しない。
【００３９】 圧電ファイバ・スクイーザ１６にて、水平偏光（1,0,0）又は垂直偏光（-1,0,
0）を夫々達成するために、圧電ファイバ・スクイーザ１３及び１４に対して、
２つの特定の制御電圧が各々必要となる。これら電圧が既知ならば、数学的導出
により、４５度斜めの偏光（0,1,0）及び右旋円（0,0,1）に必要な制御電圧を計
算できる。
【００４０】 図１のモニタの実施例のためには、評価及び制御ユニット２０は、圧電ファイ
バ・スクイーザ１３及び１４用に夫々４つの制御電圧を連続的に駆動し、４つの
必要な偏光を発生して、上述の方法によるストークス・パラメータを決定する。
【００４１】 例として、図７は、高速データ・レート用の光伝送システムにおけるＰＭＤ補
償器の中心的構成要素としてのＰＭＤモニタのアプローチを示している。この例
では、データ信号源２２により変調された伝送レーザ２３の信号は、伝送リンク
２４を介して、ストークス・パラメータを決定すべき場所に達する。この例では
、これが受信場所である。復調器の前段に配置されたＰＭＤ補償ユニット２５は
、制御ユニット２９からの駆動により、伝送ファイバ２４のＰＭＤに対する補償
を行う。このために、ＰＭＤモニタ２８にて分析される利用可能信号が復調器２
７に達する前に、この信号の小さな部分をカプラー２６によって抽出する。ＰＭ
Ｄモニタ２８の出力信号は、制御ユニット２９を介してＰＭＤ補償器を制御する
。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＰＭＤを測定する本発明による装置の実施例の図である。
【図２】 図１に示した実施例の変形であり、平衡ミキサを有する。
【図３】 図２に示した実施例の変形であり、偏光制御器を有する。
【図４】 偏光ダイバーシチ受信器及び平衡ミキサを有する実施例である。
【図５ａ】 データ信号のスペクトル・パワー分布を表す図である。
【図５ｂ】 ＰＭＤ歪がない信号に対する偏光状態の波形依存を示す。
【図５ｃ】 高いＰＭＤ歪が存在する場合における偏光状態の波形依存を示す。
【図６】 ＰＭＤモニタの圧電偏光制御器の実施例である。
【図７】 ＰＭＤ補償器の中心的構成要素としての、本発明によるＰＭＤモニタである。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 その放射が被分析伝送リンクの放射と重畳される狭帯域の同
    調可能レーザと、重畳した信号を受信するオプトエレクトロニクス・ヘテロダイ
    ン受信器とを設けたことを特徴とするオプトエレクトロニクス伝送リンクのＰＭ
    Ｄを検出する装置。
  2. 【請求項２】 上記レーザは、電子的に同調可能なＤＢＲレーザ又はＤＦＢ
    レーザであることを特徴とする請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 偏光制御器を設け、被分析放射の偏光方向に対して上記レー
    ザの偏光方向を設定することを特徴とする請求項１又は２の装置。
  4. 【請求項４】 上記偏光制御器は、圧電制御器であることを特徴とする請求
    項３の装置。
  5. 【請求項５】 信号の分岐内又はレーザの分岐内のいずれかに上記偏光制御
    器を配置したことを特徴とする請求項３又は４の装置。
  6. 【請求項６】 上記ヘテロダイン受信器は、非線形オプトエレクトロニクス
    受信器であり、特に、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１〜５の
    いずれかの装置。
  7. 【請求項７】 上記受信器は、平衡受信器であることを特徴とする請求項１
    〜６のいずれかの装置。
  8. 【請求項８】 上記受信器は、偏光ダイバーシチ受信器であることを特徴と
    する請求項１〜７のいずれかの装置。
  9. 【請求項９】 制御及び評価ユニットを設け、波長に応じて互いに異なる放
    射偏光を混合した結果の検出輝度の性質から、偏光モード分散（ＰＭＤ）の測定
    値を計算することを特徴とする請求項１〜８のいずれかの装置。
  10. 【請求項１０】 ＰＭＤ補償用アセンブリに用いることを特徴とする請求項
    １〜９のいずれかの装置。
JP2001566306A 2000-03-04 2001-03-05 オプトエレクトロニクス伝送ラインのｐｍｄを検出する装置 Withdrawn JP2003526794A (ja)

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