偏波モード分散補償器および偏波モード分散補償方法
過去の複数のフィードバックループにおける偏光度応答を評価することで、偏波モード分散補償器の偏波制御器に供給される制御信号の変更の大きさが、各フィードバックループ毎に決定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高ビットレート光データ伝送のための偏波モード分散（ＰＭＤ）補償に関する。
【背景技術】
【０００２】
高ビットレート光伝送システムの到達距離は、ＰＭＤによる制限を受ける。ＰＭＤの大きさ（１次ＰＭＤに対して群遅延時間差（ＤＧＤ）により表される）と向き（主偏波状態により表される）は、温度のような環境変化により統計的に変動する。このため、補償デバイスは、適応的である必要がある。これには、いくつかの解決策が提案されている。一般的な設計としては、ＰＭＤ補償素子の前段に設けられた偏波制御器が用いられる。
【０００３】
図１は、このようなＰＭＤ補償器を示している。図１のＰＭＤ補償器は、偏波制御器１０１、ＤＧＤ素子１０２（固定または可変）、信号品質モニタ１０３、制御ロジック１０４、およびインタフェース１０５を備える。信号品質モニタ１０３は、制御ロジック１０４に対してフィードバックを提供する。制御ロジック１０４は、ＰＭＤ補償素子１０２が伝送システムに対して逆のＰＭＤを付加するように、インタフェース１０５を介して偏波制御器１０１を調整する。インタフェース１０５は、偏波制御器１０１に対してリセットフリーかつエンドレスな制御を行う。フィードバック信号としては、ビット誤り率、フィルタされたスペクトル成分、および偏光度（ＤＯＰ）のうち、任意のものを用いることができる。
【０００４】
図２には、伝送ファイバのＤＧＤ（ＤＧＤ）に対する、Ｑペナルティにより表される信号歪みの依存性が示されている。信号歪みは、伝送システムのＤＧＤとともに増加する。ＤＧＤが大きいほど、信号歪みも大きくなる。ＤＯＰもまた、伝送ファイバのＤＧＤの関数として示されている。ＤＯＰは、伝送ファイバとＰＭＤ補償器からなる伝送システムのＤＧＤとともに減少する。ＤＯＰは、伝送ファイバのＤＧＤが０に近づくにつれて最大値に達する。このため、ＰＭＤ補償器の一実施形態では、ＤＯＰを用いて、偏波制御器１０１に対するフィードバックパラメータを適応的に制御することができる。一般的な制御手順は、ＤＯＰが最大値に達するようにフィードバックパラメータを調整することである。最適補償を識別して達成するためには、適応性のためにある種のディザリングが必要となる。制御ロジック１０４は、偏波制御器１０１およびＤＧＤ素子１０２に供給される制御パラメータをディザして、モニタ１０３により測定される信号品質を最適化する。
【０００５】
この手順の概要は、図３のようになる。制御パラメータに変更を加えて、システム応答が測定される。信号品質が改善したか否かによって、それぞれ同じ方向または反対方向の変更がさらに加えられる。この手順を繰り返し行うことで、ＰＭＤ補償器は、最適補償点を探知する。偏波制御器１０１に供給される制御パラメータはわずかに変更され（ディザされ）（ステップ３０１）、例えば、ＤＯＰにより応答が測定される（ステップ３０２）。そして、ＤＯＰが前のＤＯＰより大きくなったか否かチェックされる（ステップ３０３）。ＤＯＰが大きくなっていれば、伝送ファイバの変化するＰＭＤ状態に追従するのと同じ方向に、制御パラメータがさらに変更される（ステップ３０４）。そうでなければ、偏波制御器１０１が反対方向に駆動されるように、制御パラメータが変更される（ステップ３０５）。この手順は、試行錯誤法として説明することもできる。ステップ３０１において、最適点が漂動したか否かをテストするために、現在の状態の周辺で制御パラメータがわずかに変更される。変更の大きさは、一般に、ノイズを含みかつ分解能が限定された制御パラメータから最適制御点を明確に識別するために十分な大きさでなければならない。一方で、加えられた変更（ディザリングステップ）の大きさは、著しい歪みを与えるレベルを超えてはならない。したがって、ディザリングステップに対する可能な変更の大きさ（ステップサイズ）は、ディザリング手順のための許容歪みにより決定される。
【０００６】
与えられる歪み（試行錯誤法で最適制御点をテストするために必要）の大きさは加えられたパラメータ変更だけでなく、入力偏波と偏波制御器の固有軸の間の角距離にも依存することから、ある問題が発生する。これについて、図４に示されるポアンカレ球を用いてさらに説明する。偏波状態は、ポアンカレ球上の方位角θおよび楕円率εという、２つの変数（角度）により記述される。ここでは、調整可能な遅延特性と固定された固有軸（固有状態）４０１を有する複屈折素子を含む、１つまたは複数の区間からなる偏波制御器を想定している。このような複屈折素子は、入力偏波を、複屈折素子の固有軸４０１の周りの円上の出力偏波に変化させることができる。これにより、制御パラメータの変更時には、変化された偏波は常に円を記述する。この円の半径は、入力偏波と固有軸４０１の間の角距離に依存する。フィードバックパラメータに同じ変更が加えられた場合でも、与えられる信号歪みの大きさは、入力偏波と偏波制御器の固有軸４０１の間の角距離に依存する。このため、制御パラメータに同じ変更が加えられた場合でも、入力偏波と偏波制御器の固有軸４０１の間の角距離が増加するにつれて、偏波変化の大きさと与えられる歪みの大きさはともに大きくなる。
【０００７】
固定ステップサイズによる偏波制御器のフィードバックパラメータのディザリングは、変化するＰＭＤ状態に追従するためには遅すぎる（小さなステップサイズ）か、または、最適補償性能を提供しない（大きなステップサイズ）。この様子は、図５に示されている。ステップサイズ（ディザリングステップ）が小さすぎる場合、（ａ）により示されるように、伝送ファイバのＰＭＤ状態の変化が速すぎない間のみ、ＰＭＤ補償器は動作する。ＰＭＤ状態が変化すると、ＰＭＤ補償器は、フィードバックパラメータを変更することで、その変化に追従する必要がある。加えられるパラメータ変更の大きさには限界があるため、伝送ファイバのＰＭＤは、高速外乱の発生時にＰＭＤ補償器が追従できるよりも速く変化する場合がある。したがって、ステップサイズが小さすぎれば、ＰＭＤ補償器は、伝送ファイバのＰＭＤ状態が高速に変化する場合に追従できなくなるだろう。ディザリングステップが大きすぎる場合、（ｂ）により示されるように、入力偏波と偏波制御器の固有軸の間の角距離が大きい場合に、ＰＭＤ補償器は、時折、大きな信号歪みを与える。したがって、ＰＭＤ補償器は高速変化に追従することができるが、ディザリング制御に必要である、与えられるＱペナルティは、許容閾値を超えるだろう。
【０００８】
この問題は、特許文献１および２を通じて技術的に知られている。そこでは、偏波制御器は、各々が固定された偏波固有状態と調整可能な遅延特性を有する複屈折素子を含む、１つまたは複数の区間からなる。複屈折素子に供給される制御パラメータを変更することで与えられる偏波変化の大きさは、入力偏波と複屈折素子の固有状態の間の相対角度に依存する。極端な条件では、入力偏波は複屈折素子の固有状態の方向を向いている。そして、供給される制御パラメータがどれだけ変更されたとしても、偏波に変化は生じない。入力偏波と複屈折素子の固有状態の間の角度が大きくなるほど、制御パラメータに与えられる変更に対する偏波変化の大きさが大きくなる。この様子は、図４に示されている。可能な偏波変化は、例えば、固有状態４０１の周りの円４０２および４０３上に定められる。制御パラメータの変更が同じであっても、固有状態４０１から入力偏波までの距離によって、比較的小さな偏波変化（状態Ｓ１→状態Ｓ２）または比較的大きな偏波変化（状態Ｓ３→状態Ｓ４）を生じさせる。伝送ファイバとＰＭＤ補償器からなる光伝送システム全体の偏波モード分散の変化の大きさと、例えば、ビット誤り率（ＢＥＲ）により測定されるデータ伝送品質の変化の大きさは、発生する偏波変化の大きさに依存する。このため、各フィードバックループ毎に加えられるパラメータ変更の最大値は、入力偏波が偏波制御器の複屈折素子の固有状態から最も離れている場合によって決定される。そうでなければ、ＰＭＤ補償器によって、許容できない大きさの信号歪みが与えられるだろう。一方、加えられるパラメータ変更には限界があるため、入力偏波が複屈折素子の固有状態に近い場合には、システム（伝送ファイバとＰＭＤ補償器）の偏波モード分散に、ほとんどあるいは全く変化が生じないことになる。このような状況の下では、伝送ファイバの変動するＰＭＤ状態に追従することは、困難あるいは不可能でさえある。この問題を回避する方法は、特許文献１および２を通じて技術的に知られている。そこでは、偏波制御器の複屈折素子の固有状態と入力偏波の間の距離を評価して、パラメータ変更の大きさが適応的に変更される。小さな距離の場合は、各フィードバックループにおいて大きなパラメータ変更が加えられ、大きな距離の場合は、各フィードバックループにおいて小さなパラメータ変更が加えられる。図５の（ｃ）により示されるように、適応ステップサイズ制御は変化するＰＭＤ状態の高速追従を可能にし、決してＱペナルティの閾値を超過することはない。
【０００９】
しかしながら、この方法は、複屈折素子の固有状態の決定に依存している。固有状態は、連続するフィードバックループで測定された少なくとも３つの偏波の間の曲率から推定することができる。例えば、図４に示されるように、偏波状態は状態Ｓ１から状態Ｓ２に変化する。偏波変化の大きさは限定され、そうでなければ、許容できない大きさの信号歪みが生じてしまう。さらに、偏波状態測定の精度は、ノイズおよびその他の劣化効果により限定される。このことは、固有状態の推定を不確かにするとともに、現実的な実装を難しくしている。さらに、曲率推定、固有状態の計算、および実際の偏波状態に対する角距離の計算には、時間のかかる計算が必要となる。
【００１０】
もう１つの問題は、単純なディザリング（試行錯誤）は、補償量を減少させる方向に対して大量のテストステップを伴い、訂正に時間を要することである。第３の一般的な問題は、必要な偏波変化と制御パラメータ変更の大きさの間に単純な関係が存在しないことである。偏波変化における必要な変化が小さい場合でさえ、しばしば、偏波制御器印加電圧に大きな変更が必要となる。このため、単純なディザリング型アルゴリズムでは、準静的な補償が可能なだけである。このようなＰＭＤ補償器は、ファイバ接触等による高速変動に対して直ちに破綻する。
【００１１】
特許文献３、４、および５もまた、光伝送システムにおけるＰＭＤ補償について記述している。
【特許文献１】欧州特許出願公開第ＥＰ１１７０８９０号
【特許文献２】特開２００２−０８２３１１号公報
【特許文献３】特表２０００−５０７４３０号公報（国際公開第ＷＯ９８／２９９７２号）
【特許文献４】特開２００１−０４４９３７号公報
【特許文献５】特開２００１−２３０７２８号公報
【発明の開示】
【００１２】
本発明の課題は、適応ステップサイズ制御の現実的な実装を実現するＰＭＤ補償器およびＰＭＤ補償方法を提供することである。特に、偏波制御器に供給されるパラメータを各フィードバックループ毎に変更することで、ステップサイズを適応的に最適化する高速な方法について述べる。
【００１３】
本発明の偏波モード分散補償器は、偏波制御器、補償デバイス、信号品質モニタ、および制御部を備える。偏波制御器は、入力光信号の偏波を変化させ、補償デバイスは、入力光信号の偏波モード分散を補償して、出力光信号を出力する。信号品質モニタは、出力光信号の品質を測定し、測定された品質を示すフィードバック信号を生成する。制御部は、過去の複数のフィードバックループにおいて生成された複数のフィードバック信号を用いて、偏波制御器に供給される制御信号に対する偏光度応答を評価することで、制御信号の変更の大きさを決定し、決定した大きさだけ制御信号を変更し、変更された制御信号を偏波制御器に供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
本実施形態においては、偏波制御器への印加制御電圧により生じた過去のＤＯＰ変動（ＤＯＰ履歴）が評価される。過去のＤＯＰ変動がある閾値より上か下かによって、対応する制御パラメータ（次のステップで供給される）が減らされるかまたは増やされる。この制御方法を適用することで、応答時間を危険なまでに削減する過小なステップとともに、補償性能を低下させる過大なステップも効果的に回避される。応答時間（ファイバ接触等による高速ＰＭＤ変動の場合の追従性能）をさらに向上させるために、この制御方法は、間違った方向、すなわち、ＰＭＤ補償の改善ではなく低下を生じさせる方向に導くような制御ステップの監視を含んでいる。この方法によれば、過去の補償低下を生じさせた方向を避けることで、最適な補償器の状態の探索に必要となるステップ数が削減される。
【００１５】
図６は、このような制御方法を採用したＰＭＤ補償器の構成を示している。このＰＭＤ補償器は、偏波制御器６０１、ＰＭＤ補償デバイス６０２、信号品質モニタ６０３、および制御部６０４を備える。制御部６０４は、インタフェース回路６１１および制御回路６１２を含む。信号品質モニタ６０３は、ＰＭＤ補償デバイス６０２から出力される光の状態および偏光度を測定して、制御回路６１２にフィードバック信号を供給する。制御回路６１２は、そのフィードバック信号を用いて、偏波制御器６０１およびＰＭＤ補償デバイス６０２に対する制御信号を生成し、一方をインタフェース回路６１１を介して偏波制御器６０１に供給し、他方をＰＭＤ補償デバイス６０２に供給する。
【００１６】
偏波制御器６０１は、連結された１つ以上の回転可能な波長板のように制御できる複数の複屈折素子を含む。各波長板は、固定値の遅延特性を持っていてもよく、調整可能な値の遅延特性を持っていてもよい。ＰＭＤ補償デバイス６０２は、固定値のＤＧＤまたは可変かつ調整可能な値のＤＧＤを有する光学素子である。以下では、偏波制御器６０１が複数区間（例えば４個）の独立に制御可能な部分波長板からなり、その後に可変ＤＧＤ素子が設けられている場合を想定する。当業者にとって、様々な実現方法が可能であることは既知である。例えば、偏波制御器は、機械的に回転可能な波長板、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）デバイス、あるいは、液晶セル、ファイバスクイーザ、またはジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）等の電気光学物質のように、可変遅延特性と固定された固有軸を有する連結された複数の光学素子であり、適切な角度配置で組み立てられたとき、複数の回転可能な部分波長板のように作用することができる。
【００１７】
図７は、図６に示したＰＭＤ補償器の構成の具体例を示している。このＰＭＤ補償器は、偏波制御器７０１、偏波保持ファイバ７０２（０°）、７０４（９０°）、可変遅延器７０３（４５°）、ビームスプリッタ７０５、遅延器７０６（λ／４）、偏光子７０７（０°）、７０８（４５°）、７０９（０°）、フォトダイオード７１０乃至７１３、および制御部６０４を備える。偏波制御器７０１は、図６の偏波制御器６０１のＬｉＮｂＯ3 による実装に対応する。偏波保持ファイバ７０２、７０４および可変遅延器７０３は、図６のＰＭＤ補償デバイス６０２に対応する。ビームスプリッタ７０５、遅延器７０６、偏光子７０７乃至７０９、およびフォトダイオード７１０乃至７１３は、図６の信号品質モニタ６０３に対応するストークス偏光計を形成する。ストークス偏光計では、入射する光ビームが少なくとも４つのビームに分岐し、各ビームが偏光子（および遅延器）を通過し、その結果として現れる強度が測定される。ストークスベクタは、測定された４つ以上の強度の一次結合により計算される。
【００１８】
偏波制御器７０１は、ＬｉＮｂＯ3 基材上の複数の３電極区間により実現される。全体の構造は、複数の回転可能な波長板のように動作する。制御回路６１２は、これらの区間のそれぞれの回転角を示す制御信号をインタフェース回路６１１に供給する。インタフェース回路６１１は、それらの回転角を複数の制御電圧に変換し、それらの電圧を偏波制御器７０１の複数の電極に印加する。ＰＭＤ補償デバイスは、可変遅延器７０３により分離された２区間のＤＧＤ素子７０２および７０４を備え、可変遅延器７０３の固有軸は、各ＤＧＤ素子の固有軸に対して４５°の傾きを持つ。より一般的には、ＰＭＤ補償デバイスは、２つの隣接するＤＧＤ素子の各々の固有軸に対して４５°の傾きの固有軸を持つ、独立に制御可能な複数の可変遅延器により分離された、複数区間のＤＧＤ素子を備えることも可能である。フォトダイオード７１０、７１１、７１２、および７１３により検出される強度をそれぞれＩ0 、Ｉ1 、Ｉ2 、およびＩ3 と記すと、ストークスベクトル
は、次式により求められる。
【００１９】
【数１】
【００２０】
ストークスベクトル
【００２１】
【数２】
【００２２】
により偏波状態を記述すると、ＤＯＰは偏光パワーと全パワーの商として計算される。
【００２３】
【数３】
【００２４】
制御回路６１２は、ストークスベクトル
に関するフィードバック情報を用いて、偏波制御器７０１およびＰＭＤ補償デバイスに対する制御信号を決定する。制御回路６１２およびインタフェース回路６１１の各々は、例えば、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により構成される。
【００２５】
制御回路６１２の制御アルゴリズムの一例は、図８および図９のフローチャートにその概要が示されている。図８および図９は、それぞれ偏波制御器およびＰＭＤ補償デバイスに対するステップサイズ適応化の制御アルゴリズムを示している。このアルゴリズムは、偏波制御器の最初の波長板区間について開始し（ステップ８０２）、ＤＯＰが測定される（ステップ８０３）。ステップサイズ適応化のため、この測定されたＤＯＰは、前に測定された複数のＤＯＰ値と比較される。このとき、直近のいくつかのＤＯＰ値（例えば、２０回程度の測定）のみが考慮される。
【００２６】
次に、ＰＭＤ状態が安定しているか否かがチェックされる（ステップ８０４）。もし、新たに測定されたＤＯＰ値が前のＤＯＰ値の１つより小さくも大きくもなく、さらに前のＤＯＰ値の最大値と最小値の差がある閾値より下であれば、ＰＭＤ状態は安定している。そこで、測定されたＤＯＰ値が、前のＤＯＰ値の最大値（ｐａｓｔ ｍａｘ．ＤＯＰ）および最小値（ｐａｓｔ ｍｉｎ．ＤＯＰ）とそれぞれ比較され、最大値と最小値の差が閾値と比較される。測定されたＤＯＰ値がｐａｓｔ ｍａｘ．ＤＯＰよりは小さいがｐａｓｔ ｍｉｎ．ＤＯＰよりは大きく、かつ、差が閾値より小さければ、ＰＭＤ状態は安定していると判断され、その区間に対する制御信号のステップサイズは縮小される（ステップ８０５）。そうでなければ、ＰＭＤ状態は不安定と判断され、高速変動するＰＭＤ状態の可能性を捕らえるためにステップサイズは拡大される（ステップ８０６）。そして、この区間の波長板は、変更されたステップサイズだけ所定方向に回転させられ（ステップ８０７）、ＤＯＰにより応答が測定される（ステップ８０８）。
【００２７】
次に、測定されたＤＯＰ値が回転前に測定された値と比較される（ステップ８０９）。このＤＯＰ値が前の値以上であれば、補償は改善されているので、アルゴリズムは次の波長板区間について開始する（ステップ８１０）。新たに測定されたＤＯＰ値が前の値より小さければ、補償は悪化しているので（ステップ８１１）、波長板はステップサイズの２倍だけ逆方向に巻き戻される（ステップ８１２）。そして、再びＤＯＰが測定され（ステップ８１３）、測定されたＤＯＰ値が前に測定された値と比較される（ステップ８１４）。この値が前の値以上であれば、補償は改善されている。この波長板区間の回転方向は、次回の制御ループのために変更された状態で記録され、アルゴリズムは次の波長板区間に進む（ステップ８１５）。こうして、この区間に対する後続の制御ループにおいては、補償が悪化する方向の制御ステップが効果的にスキップされる。新たに測定されたＤＯＰ値が前の値より小さければ、補償は悪化している（ステップ８１６）。そこで、波長板は初期状態に巻き戻され（ステップ８１７）、アルゴリズムは次の波長板区間に進む。ステップ８０３、８０８、および８１３においてＤＯＰが測定される度に、測定されたＤＯＰは、これまでに測定された複数のＤＯＰ値の実際の最大値（ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰ）と比較される。この値がａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰより大きければ、その測定値をａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰとして記録することで、ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰが更新される。
【００２８】
次に、上述した手順に従ってすべての波長板区間が評価された否かがチェックされる（ステップ８０１）。もしまだであれば、ステップ８０２以降において、次の波長板区間が評価される。１回の制御ループにおいてすべての波長板区間が評価されると、実行された制御ループの数が閾値と比較される（ステップ８１８）。制御ループの数が閾値以下であれば、ステップ８０２以降において、最初の波長板区間についてループが再び開始される。ループ数が閾値を超えた場合は、ＰＭＤ補償デバイスに対するＤＧＤ制御が開始される（ステップ８１９）。
【００２９】
偏波制御器の後段にあるＰＭＤ補償デバイスに可変ＤＧＤ素子が実装されている場合、ステップ８１９におけるＤＧＤ制御アルゴリズムは、図９のようになる。実際の光伝送ファイバの偏波変動は、ＤＧＤ変動より高速である。このため、偏波制御器に対するフィードバックループが数回実行された後に、ＤＧＤ素子を制御および最適化するアルゴリズムが呼び出される。まず、過去のＤＧＤ変化に特定の傾向があるか否か、すなわち、ＤＧＤが連続的に減少または増加しているか否かがチェックされる（ステップ９０１）。これは、伝送範囲のＤＧＤ変動を反映している。ＰＭＤ補償器における過去のＤＧＤ設定の連続的な減少または増加は、結果的に伝送ファイバの変化するＤＧＤ状態を示している。これを捕らえるため、ＤＧＤが特定の傾向を示している場合には、ＰＭＤ補償デバイスのＤＧＤが変更される大きさであるステップサイズを拡大して、応答性能が高められる（ステップ９０２）。一方、ＤＧＤが特定の傾向を示していない場合は、伝送ファイバのＤＧＤ状態は一定であり、ＤＧＤを大幅に変更する必要はない。将来における伝送ファイバのＤＧＤ変動を検出するためには、小さな変更で十分である。そこで、ＰＭＤ補償デバイスに対するステップサイズは縮小される（ステップ９０３）。
【００３０】
次に、偏波制御器に対する制御ループで記録されたａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰが、前のＤＧＤ制御ループの最後にステップ９０７で記録された、ＤＯＰ値の前の最大値（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｍａｘ．ＤＯＰ）と比較される（ステップ９０４）。ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰがｐｒｅｖｉｏｕｓ ｍａｘ．ＤＯＰより小さければ、前のＤＧＤ設定に対して補償性能は悪化している。このため、ＤＧＤ変更の方向が反転される（ステップ９０５）。補償性能が改善した場合、すなわち、ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰがｐｒｅｖｉｏｕｓ ｍａｘ．ＤＯＰ以上である場合は、同じ方向に保持される。次に、ＰＭＤ補償デバイスのＤＧＤ素子が、変更されたステップサイズと決定された方向に従って設定され（ステップ９０６）、ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰが、次のＤＧＤ制御ループに対するｐｒｅｖｉｏｕｓ ｍａｘ．ＤＯＰとして記録される（ステップ９０７）。そして、アルゴリズムは、偏波制御器に対する後続の制御ループに進む（図８のステップ８０１以降）。
【００３１】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ＰＭＤ補償器を制御するために、ＰＭＤ補償デバイスにおける複屈折素子の固有状態を決定する必要はなく、より単純な、過去のＤＯＰ値の評価が採用される。したがって、高速変動するＰＭＤ状態に追従可能な、適応ステップサイズ制御の現実的な実装が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のＰＭＤ補償器の構成を示す図である。
【図２】ＤＧＤの関数としてのＱペナルティおよびＤＯＰを示す図である。
【図３】ＰＭＤ補償器の一般的な制御手順の概要を示す図である。
【図４】ポアンカレ球上における偏波変化を示す図である。
【図５】ＰＭＤ補償器における偏波制御器の固定ステップサイズ制御の効果を示す図である。
【図６】本発明のＰＭＤ補償器の構成を示す図である。
【図７】ＰＭＤ補償器の構成の具体例を示す図である。
【図８】偏波制御器のステップサイズを適応的に制御する制御アルゴリズムのフローチャートである。
【図９】ＰＭＤ補償デバイスのステップサイズを適応的に制御する制御アルゴリズムのフローチャートである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高ビットレート光データ伝送のための偏波モード分散（ＰＭＤ）補償に関する。
【背景技術】
【０００２】
高ビットレート光伝送システムの到達距離は、ＰＭＤによる制限を受ける。ＰＭＤの大きさ（１次ＰＭＤに対して群遅延時間差（ＤＧＤ）により表される）と向き（主偏波状態により表される）は、温度のような環境変化により統計的に変動する。このため、補償デバイスは、適応的である必要がある。これには、いくつかの解決策が提案されている。一般的な設計としては、ＰＭＤ補償素子の前段に設けられた偏波制御器が用いられる。
【０００３】
図１は、このようなＰＭＤ補償器を示している。図１のＰＭＤ補償器は、偏波制御器１０１、ＤＧＤ素子１０２（固定または可変）、信号品質モニタ１０３、制御ロジック１０４、およびインタフェース１０５を備える。信号品質モニタ１０３は、制御ロジック１０４に対してフィードバックを提供する。制御ロジック１０４は、ＰＭＤ補償素子１０２が伝送システムに対して逆のＰＭＤを付加するように、インタフェース１０５を介して偏波制御器１０１を調整する。インタフェース１０５は、偏波制御器１０１に対してリセットフリーかつエンドレスな制御を行う。フィードバック信号としては、ビット誤り率、フィルタされたスペクトル成分、および偏光度（ＤＯＰ）のうち、任意のものを用いることができる。
【０００４】
図２には、伝送ファイバのＤＧＤ（ＤＧＤ）に対する、Ｑペナルティにより表される信号歪みの依存性が示されている。信号歪みは、伝送システムのＤＧＤとともに増加する。ＤＧＤが大きいほど、信号歪みも大きくなる。ＤＯＰもまた、伝送ファイバのＤＧＤの関数として示されている。ＤＯＰは、伝送ファイバとＰＭＤ補償器からなる伝送システムのＤＧＤとともに減少する。ＤＯＰは、伝送ファイバのＤＧＤが０に近づくにつれて最大値に達する。このため、ＰＭＤ補償器の一実施形態では、ＤＯＰを用いて、偏波制御器１０１に対するフィードバックパラメータを適応的に制御することができる。一般的な制御手順は、ＤＯＰが最大値に達するようにフィードバックパラメータを調整することである。最適補償を識別して達成するためには、適応性のためにある種のディザリングが必要となる。制御ロジック１０４は、偏波制御器１０１およびＤＧＤ素子１０２に供給される制御パラメータをディザして、モニタ１０３により測定される信号品質を最適化する。
【０００５】
この手順の概要は、図３のようになる。制御パラメータに変更を加えて、システム応答が測定される。信号品質が改善したか否かによって、それぞれ同じ方向または反対方向の変更がさらに加えられる。この手順を繰り返し行うことで、ＰＭＤ補償器は、最適補償点を探知する。偏波制御器１０１に供給される制御パラメータはわずかに変更され（ディザされ）（ステップ３０１）、例えば、ＤＯＰにより応答が測定される（ステップ３０２）。そして、ＤＯＰが前のＤＯＰより大きくなったか否かチェックされる（ステップ３０３）。ＤＯＰが大きくなっていれば、伝送ファイバの変化するＰＭＤ状態に追従するのと同じ方向に、制御パラメータがさらに変更される（ステップ３０４）。そうでなければ、偏波制御器１０１が反対方向に駆動されるように、制御パラメータが変更される（ステップ３０５）。この手順は、試行錯誤法として説明することもできる。ステップ３０１において、最適点が漂動したか否かをテストするために、現在の状態の周辺で制御パラメータがわずかに変更される。変更の大きさは、一般に、ノイズを含みかつ分解能が限定された制御パラメータから最適制御点を明確に識別するために十分な大きさでなければならない。一方で、加えられた変更（ディザリングステップ）の大きさは、著しい歪みを与えるレベルを超えてはならない。したがって、ディザリングステップに対する可能な変更の大きさ（ステップサイズ）は、ディザリング手順のための許容歪みにより決定される。
【０００６】
与えられる歪み（試行錯誤法で最適制御点をテストするために必要）の大きさは加えられたパラメータ変更だけでなく、入力偏波と偏波制御器の固有軸の間の角距離にも依存することから、ある問題が発生する。これについて、図４に示されるポアンカレ球を用いてさらに説明する。偏波状態は、ポアンカレ球上の方位角θおよび楕円率εという、２つの変数（角度）により記述される。ここでは、調整可能な遅延特性と固定された固有軸（固有状態）４０１を有する複屈折素子を含む、１つまたは複数の区間からなる偏波制御器を想定している。このような複屈折素子は、入力偏波を、複屈折素子の固有軸４０１の周りの円上の出力偏波に変化させることができる。これにより、制御パラメータの変更時には、変化された偏波は常に円を記述する。この円の半径は、入力偏波と固有軸４０１の間の角距離に依存する。フィードバックパラメータに同じ変更が加えられた場合でも、与えられる信号歪みの大きさは、入力偏波と偏波制御器の固有軸４０１の間の角距離に依存する。このため、制御パラメータに同じ変更が加えられた場合でも、入力偏波と偏波制御器の固有軸４０１の間の角距離が増加するにつれて、偏波変化の大きさと与えられる歪みの大きさはともに大きくなる。
【０００７】
固定ステップサイズによる偏波制御器のフィードバックパラメータのディザリングは、変化するＰＭＤ状態に追従するためには遅すぎる（小さなステップサイズ）か、または、最適補償性能を提供しない（大きなステップサイズ）。この様子は、図５に示されている。ステップサイズ（ディザリングステップ）が小さすぎる場合、（ａ）により示されるように、伝送ファイバのＰＭＤ状態の変化が速すぎない間のみ、ＰＭＤ補償器は動作する。ＰＭＤ状態が変化すると、ＰＭＤ補償器は、フィードバックパラメータを変更することで、その変化に追従する必要がある。加えられるパラメータ変更の大きさには限界があるため、伝送ファイバのＰＭＤは、高速外乱の発生時にＰＭＤ補償器が追従できるよりも速く変化する場合がある。したがって、ステップサイズが小さすぎれば、ＰＭＤ補償器は、伝送ファイバのＰＭＤ状態が高速に変化する場合に追従できなくなるだろう。ディザリングステップが大きすぎる場合、（ｂ）により示されるように、入力偏波と偏波制御器の固有軸の間の角距離が大きい場合に、ＰＭＤ補償器は、時折、大きな信号歪みを与える。したがって、ＰＭＤ補償器は高速変化に追従することができるが、ディザリング制御に必要である、与えられるＱペナルティは、許容閾値を超えるだろう。
【０００８】
この問題は、特許文献１および２を通じて技術的に知られている。そこでは、偏波制御器は、各々が固定された偏波固有状態と調整可能な遅延特性を有する複屈折素子を含む、１つまたは複数の区間からなる。複屈折素子に供給される制御パラメータを変更することで与えられる偏波変化の大きさは、入力偏波と複屈折素子の固有状態の間の相対角度に依存する。極端な条件では、入力偏波は複屈折素子の固有状態の方向を向いている。そして、供給される制御パラメータがどれだけ変更されたとしても、偏波に変化は生じない。入力偏波と複屈折素子の固有状態の間の角度が大きくなるほど、制御パラメータに与えられる変更に対する偏波変化の大きさが大きくなる。この様子は、図４に示されている。可能な偏波変化は、例えば、固有状態４０１の周りの円４０２および４０３上に定められる。制御パラメータの変更が同じであっても、固有状態４０１から入力偏波までの距離によって、比較的小さな偏波変化（状態Ｓ１→状態Ｓ２）または比較的大きな偏波変化（状態Ｓ３→状態Ｓ４）を生じさせる。伝送ファイバとＰＭＤ補償器からなる光伝送システム全体の偏波モード分散の変化の大きさと、例えば、ビット誤り率（ＢＥＲ）により測定されるデータ伝送品質の変化の大きさは、発生する偏波変化の大きさに依存する。このため、各フィードバックループ毎に加えられるパラメータ変更の最大値は、入力偏波が偏波制御器の複屈折素子の固有状態から最も離れている場合によって決定される。そうでなければ、ＰＭＤ補償器によって、許容できない大きさの信号歪みが与えられるだろう。一方、加えられるパラメータ変更には限界があるため、入力偏波が複屈折素子の固有状態に近い場合には、システム（伝送ファイバとＰＭＤ補償器）の偏波モード分散に、ほとんどあるいは全く変化が生じないことになる。このような状況の下では、伝送ファイバの変動するＰＭＤ状態に追従することは、困難あるいは不可能でさえある。この問題を回避する方法は、特許文献１および２を通じて技術的に知られている。そこでは、偏波制御器の複屈折素子の固有状態と入力偏波の間の距離を評価して、パラメータ変更の大きさが適応的に変更される。小さな距離の場合は、各フィードバックループにおいて大きなパラメータ変更が加えられ、大きな距離の場合は、各フィードバックループにおいて小さなパラメータ変更が加えられる。図５の（ｃ）により示されるように、適応ステップサイズ制御は変化するＰＭＤ状態の高速追従を可能にし、決してＱペナルティの閾値を超過することはない。
【０００９】
しかしながら、この方法は、複屈折素子の固有状態の決定に依存している。固有状態は、連続するフィードバックループで測定された少なくとも３つの偏波の間の曲率から推定することができる。例えば、図４に示されるように、偏波状態は状態Ｓ１から状態Ｓ２に変化する。偏波変化の大きさは限定され、そうでなければ、許容できない大きさの信号歪みが生じてしまう。さらに、偏波状態測定の精度は、ノイズおよびその他の劣化効果により限定される。このことは、固有状態の推定を不確かにするとともに、現実的な実装を難しくしている。さらに、曲率推定、固有状態の計算、および実際の偏波状態に対する角距離の計算には、時間のかかる計算が必要となる。
【００１０】
もう１つの問題は、単純なディザリング（試行錯誤）は、補償量を減少させる方向に対して大量のテストステップを伴い、訂正に時間を要することである。第３の一般的な問題は、必要な偏波変化と制御パラメータ変更の大きさの間に単純な関係が存在しないことである。偏波変化における必要な変化が小さい場合でさえ、しばしば、偏波制御器印加電圧に大きな変更が必要となる。このため、単純なディザリング型アルゴリズムでは、準静的な補償が可能なだけである。このようなＰＭＤ補償器は、ファイバ接触等による高速変動に対して直ちに破綻する。
【００１１】
特許文献３、４、および５もまた、光伝送システムにおけるＰＭＤ補償について記述している。
【特許文献１】欧州特許出願公開第ＥＰ１１７０８９０号
【特許文献２】特開２００２−０８２３１１号公報
【特許文献３】特表２０００−５０７４３０号公報（国際公開第ＷＯ９８／２９９７２号）
【特許文献４】特開２００１−０４４９３７号公報
【特許文献５】特開２００１−２３０７２８号公報
【発明の開示】
【００１２】
本発明の課題は、適応ステップサイズ制御の現実的な実装を実現するＰＭＤ補償器およびＰＭＤ補償方法を提供することである。特に、偏波制御器に供給されるパラメータを各フィードバックループ毎に変更することで、ステップサイズを適応的に最適化する高速な方法について述べる。
【００１３】
本発明の偏波モード分散補償器は、偏波制御器、補償デバイス、信号品質モニタ、および制御部を備える。偏波制御器は、入力光信号の偏波を変化させ、補償デバイスは、入力光信号の偏波モード分散を補償して、出力光信号を出力する。信号品質モニタは、出力光信号の品質を測定し、測定された品質を示すフィードバック信号を生成する。制御部は、過去の複数のフィードバックループにおいて生成された複数のフィードバック信号を用いて、偏波制御器に供給される制御信号に対する偏光度応答を評価することで、制御信号の変更の大きさを決定し、決定した大きさだけ制御信号を変更し、変更された制御信号を偏波制御器に供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
本実施形態においては、偏波制御器への印加制御電圧により生じた過去のＤＯＰ変動（ＤＯＰ履歴）が評価される。過去のＤＯＰ変動がある閾値より上か下かによって、対応する制御パラメータ（次のステップで供給される）が減らされるかまたは増やされる。この制御方法を適用することで、応答時間を危険なまでに削減する過小なステップとともに、補償性能を低下させる過大なステップも効果的に回避される。応答時間（ファイバ接触等による高速ＰＭＤ変動の場合の追従性能）をさらに向上させるために、この制御方法は、間違った方向、すなわち、ＰＭＤ補償の改善ではなく低下を生じさせる方向に導くような制御ステップの監視を含んでいる。この方法によれば、過去の補償低下を生じさせた方向を避けることで、最適な補償器の状態の探索に必要となるステップ数が削減される。
【００１５】
図６は、このような制御方法を採用したＰＭＤ補償器の構成を示している。このＰＭＤ補償器は、偏波制御器６０１、ＰＭＤ補償デバイス６０２、信号品質モニタ６０３、および制御部６０４を備える。制御部６０４は、インタフェース回路６１１および制御回路６１２を含む。信号品質モニタ６０３は、ＰＭＤ補償デバイス６０２から出力される光の状態および偏光度を測定して、制御回路６１２にフィードバック信号を供給する。制御回路６１２は、そのフィードバック信号を用いて、偏波制御器６０１およびＰＭＤ補償デバイス６０２に対する制御信号を生成し、一方をインタフェース回路６１１を介して偏波制御器６０１に供給し、他方をＰＭＤ補償デバイス６０２に供給する。
【００１６】
偏波制御器６０１は、連結された１つ以上の回転可能な波長板のように制御できる複数の複屈折素子を含む。各波長板は、固定値の遅延特性を持っていてもよく、調整可能な値の遅延特性を持っていてもよい。ＰＭＤ補償デバイス６０２は、固定値のＤＧＤまたは可変かつ調整可能な値のＤＧＤを有する光学素子である。以下では、偏波制御器６０１が複数区間（例えば４個）の独立に制御可能な部分波長板からなり、その後に可変ＤＧＤ素子が設けられている場合を想定する。当業者にとって、様々な実現方法が可能であることは既知である。例えば、偏波制御器は、機械的に回転可能な波長板、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）デバイス、あるいは、液晶セル、ファイバスクイーザ、またはジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）等の電気光学物質のように、可変遅延特性と固定された固有軸を有する連結された複数の光学素子であり、適切な角度配置で組み立てられたとき、複数の回転可能な部分波長板のように作用することができる。
【００１７】
図７は、図６に示したＰＭＤ補償器の構成の具体例を示している。このＰＭＤ補償器は、偏波制御器７０１、偏波保持ファイバ７０２（０°）、７０４（９０°）、可変遅延器７０３（４５°）、ビームスプリッタ７０５、遅延器７０６（λ／４）、偏光子７０７（０°）、７０８（４５°）、７０９（０°）、フォトダイオード７１０乃至７１３、および制御部６０４を備える。偏波制御器７０１は、図６の偏波制御器６０１のＬｉＮｂＯ3 による実装に対応する。偏波保持ファイバ７０２、７０４および可変遅延器７０３は、図６のＰＭＤ補償デバイス６０２に対応する。ビームスプリッタ７０５、遅延器７０６、偏光子７０７乃至７０９、およびフォトダイオード７１０乃至７１３は、図６の信号品質モニタ６０３に対応するストークス偏光計を形成する。ストークス偏光計では、入射する光ビームが少なくとも４つのビームに分岐し、各ビームが偏光子（および遅延器）を通過し、その結果として現れる強度が測定される。ストークスベクタは、測定された４つ以上の強度の一次結合により計算される。
【００１８】
偏波制御器７０１は、ＬｉＮｂＯ3 基材上の複数の３電極区間により実現される。全体の構造は、複数の回転可能な波長板のように動作する。制御回路６１２は、これらの区間のそれぞれの回転角を示す制御信号をインタフェース回路６１１に供給する。インタフェース回路６１１は、それらの回転角を複数の制御電圧に変換し、それらの電圧を偏波制御器７０１の複数の電極に印加する。ＰＭＤ補償デバイスは、可変遅延器７０３により分離された２区間のＤＧＤ素子７０２および７０４を備え、可変遅延器７０３の固有軸は、各ＤＧＤ素子の固有軸に対して４５°の傾きを持つ。より一般的には、ＰＭＤ補償デバイスは、２つの隣接するＤＧＤ素子の各々の固有軸に対して４５°の傾きの固有軸を持つ、独立に制御可能な複数の可変遅延器により分離された、複数区間のＤＧＤ素子を備えることも可能である。フォトダイオード７１０、７１１、７１２、および７１３により検出される強度をそれぞれＩ0 、Ｉ1 、Ｉ2 、およびＩ3 と記すと、ストークスベクトル
は、次式により求められる。
【００１９】
【数１】
【００２０】
ストークスベクトル
【００２１】
【数２】
【００２２】
により偏波状態を記述すると、ＤＯＰは偏光パワーと全パワーの商として計算される。
【００２３】
【数３】
【００２４】
制御回路６１２は、ストークスベクトル
に関するフィードバック情報を用いて、偏波制御器７０１およびＰＭＤ補償デバイスに対する制御信号を決定する。制御回路６１２およびインタフェース回路６１１の各々は、例えば、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により構成される。
【００２５】
制御回路６１２の制御アルゴリズムの一例は、図８および図９のフローチャートにその概要が示されている。図８および図９は、それぞれ偏波制御器およびＰＭＤ補償デバイスに対するステップサイズ適応化の制御アルゴリズムを示している。このアルゴリズムは、偏波制御器の最初の波長板区間について開始し（ステップ８０２）、ＤＯＰが測定される（ステップ８０３）。ステップサイズ適応化のため、この測定されたＤＯＰは、前に測定された複数のＤＯＰ値と比較される。このとき、直近のいくつかのＤＯＰ値（例えば、２０回程度の測定）のみが考慮される。
【００２６】
次に、ＰＭＤ状態が安定しているか否かがチェックされる（ステップ８０４）。もし、新たに測定されたＤＯＰ値が前のＤＯＰ値の１つより小さくも大きくもなく、さらに前のＤＯＰ値の最大値と最小値の差がある閾値より下であれば、ＰＭＤ状態は安定している。そこで、測定されたＤＯＰ値が、前のＤＯＰ値の最大値（ｐａｓｔ ｍａｘ．ＤＯＰ）および最小値（ｐａｓｔ ｍｉｎ．ＤＯＰ）とそれぞれ比較され、最大値と最小値の差が閾値と比較される。測定されたＤＯＰ値がｐａｓｔ ｍａｘ．ＤＯＰよりは小さいがｐａｓｔ ｍｉｎ．ＤＯＰよりは大きく、かつ、差が閾値より小さければ、ＰＭＤ状態は安定していると判断され、その区間に対する制御信号のステップサイズは縮小される（ステップ８０５）。そうでなければ、ＰＭＤ状態は不安定と判断され、高速変動するＰＭＤ状態の可能性を捕らえるためにステップサイズは拡大される（ステップ８０６）。そして、この区間の波長板は、変更されたステップサイズだけ所定方向に回転させられ（ステップ８０７）、ＤＯＰにより応答が測定される（ステップ８０８）。
【００２７】
次に、測定されたＤＯＰ値が回転前に測定された値と比較される（ステップ８０９）。このＤＯＰ値が前の値以上であれば、補償は改善されているので、アルゴリズムは次の波長板区間について開始する（ステップ８１０）。新たに測定されたＤＯＰ値が前の値より小さければ、補償は悪化しているので（ステップ８１１）、波長板はステップサイズの２倍だけ逆方向に巻き戻される（ステップ８１２）。そして、再びＤＯＰが測定され（ステップ８１３）、測定されたＤＯＰ値が前に測定された値と比較される（ステップ８１４）。この値が前の値以上であれば、補償は改善されている。この波長板区間の回転方向は、次回の制御ループのために変更された状態で記録され、アルゴリズムは次の波長板区間に進む（ステップ８１５）。こうして、この区間に対する後続の制御ループにおいては、補償が悪化する方向の制御ステップが効果的にスキップされる。新たに測定されたＤＯＰ値が前の値より小さければ、補償は悪化している（ステップ８１６）。そこで、波長板は初期状態に巻き戻され（ステップ８１７）、アルゴリズムは次の波長板区間に進む。ステップ８０３、８０８、および８１３においてＤＯＰが測定される度に、測定されたＤＯＰは、これまでに測定された複数のＤＯＰ値の実際の最大値（ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰ）と比較される。この値がａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰより大きければ、その測定値をａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰとして記録することで、ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰが更新される。
【００２８】
次に、上述した手順に従ってすべての波長板区間が評価された否かがチェックされる（ステップ８０１）。もしまだであれば、ステップ８０２以降において、次の波長板区間が評価される。１回の制御ループにおいてすべての波長板区間が評価されると、実行された制御ループの数が閾値と比較される（ステップ８１８）。制御ループの数が閾値以下であれば、ステップ８０２以降において、最初の波長板区間についてループが再び開始される。ループ数が閾値を超えた場合は、ＰＭＤ補償デバイスに対するＤＧＤ制御が開始される（ステップ８１９）。
【００２９】
偏波制御器の後段にあるＰＭＤ補償デバイスに可変ＤＧＤ素子が実装されている場合、ステップ８１９におけるＤＧＤ制御アルゴリズムは、図９のようになる。実際の光伝送ファイバの偏波変動は、ＤＧＤ変動より高速である。このため、偏波制御器に対するフィードバックループが数回実行された後に、ＤＧＤ素子を制御および最適化するアルゴリズムが呼び出される。まず、過去のＤＧＤ変化に特定の傾向があるか否か、すなわち、ＤＧＤが連続的に減少または増加しているか否かがチェックされる（ステップ９０１）。これは、伝送範囲のＤＧＤ変動を反映している。ＰＭＤ補償器における過去のＤＧＤ設定の連続的な減少または増加は、結果的に伝送ファイバの変化するＤＧＤ状態を示している。これを捕らえるため、ＤＧＤが特定の傾向を示している場合には、ＰＭＤ補償デバイスのＤＧＤが変更される大きさであるステップサイズを拡大して、応答性能が高められる（ステップ９０２）。一方、ＤＧＤが特定の傾向を示していない場合は、伝送ファイバのＤＧＤ状態は一定であり、ＤＧＤを大幅に変更する必要はない。将来における伝送ファイバのＤＧＤ変動を検出するためには、小さな変更で十分である。そこで、ＰＭＤ補償デバイスに対するステップサイズは縮小される（ステップ９０３）。
【００３０】
次に、偏波制御器に対する制御ループで記録されたａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰが、前のＤＧＤ制御ループの最後にステップ９０７で記録された、ＤＯＰ値の前の最大値（ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｍａｘ．ＤＯＰ）と比較される（ステップ９０４）。ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰがｐｒｅｖｉｏｕｓ ｍａｘ．ＤＯＰより小さければ、前のＤＧＤ設定に対して補償性能は悪化している。このため、ＤＧＤ変更の方向が反転される（ステップ９０５）。補償性能が改善した場合、すなわち、ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰがｐｒｅｖｉｏｕｓ ｍａｘ．ＤＯＰ以上である場合は、同じ方向に保持される。次に、ＰＭＤ補償デバイスのＤＧＤ素子が、変更されたステップサイズと決定された方向に従って設定され（ステップ９０６）、ａｃｔｕａｌ ｍａｘ．ＤＯＰが、次のＤＧＤ制御ループに対するｐｒｅｖｉｏｕｓ ｍａｘ．ＤＯＰとして記録される（ステップ９０７）。そして、アルゴリズムは、偏波制御器に対する後続の制御ループに進む（図８のステップ８０１以降）。
【００３１】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ＰＭＤ補償器を制御するために、ＰＭＤ補償デバイスにおける複屈折素子の固有状態を決定する必要はなく、より単純な、過去のＤＯＰ値の評価が採用される。したがって、高速変動するＰＭＤ状態に追従可能な、適応ステップサイズ制御の現実的な実装が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のＰＭＤ補償器の構成を示す図である。
【図２】ＤＧＤの関数としてのＱペナルティおよびＤＯＰを示す図である。
【図３】ＰＭＤ補償器の一般的な制御手順の概要を示す図である。
【図４】ポアンカレ球上における偏波変化を示す図である。
【図５】ＰＭＤ補償器における偏波制御器の固定ステップサイズ制御の効果を示す図である。
【図６】本発明のＰＭＤ補償器の構成を示す図である。
【図７】ＰＭＤ補償器の構成の具体例を示す図である。
【図８】偏波制御器のステップサイズを適応的に制御する制御アルゴリズムのフローチャートである。
【図９】ＰＭＤ補償デバイスのステップサイズを適応的に制御する制御アルゴリズムのフローチャートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光信号の偏波を変化させる偏波制御器と、
前記入力光信号の偏波モード分散を補償して、出力光信号を出力する補償デバイスと、
前記出力光信号の品質を測定し、該測定された出力光信号の品質を示すフィードバック信号を生成する信号品質モニタと、
過去の複数のフィードバックループにおいて生成された複数のフィードバック信号を用いて、前記偏波制御器に供給された制御信号に対する偏光度応答を評価することで、制御信号の変更の大きさを各フィードバックループ毎に決定し、該決定された大きさだけ該制御信号を変更し、変更された制御信号を該偏波制御器に供給する制御部と
を備えることを特徴とする偏波モード分散補償器。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数のフィードバック信号の各々から偏光度を求め、得られた偏光度の最大値と最小値の差を閾値と比較し、該差が該閾値より大きいとき、前記変更の大きさを拡大することを特徴とする請求項１記載の偏波モード分散補償器。
【請求項３】
前記制御部は、現在のフィードバック信号から偏光度を求め、得られた偏光度を前記偏光度の最大値および最小値と比較し、該得られた偏光度が該最大値より小さく、かつ、該最小値より大きく、かつ、前記差が前記閾値より小さいとき、前記変更の大きさを縮小することを特徴とする請求項２記載の偏波モード分散補償器。
【請求項４】
前記制御部は、より悪い補償性能をもたらす制御信号の変更を記録し、後続する１つ以上のフィードバックループにおいて、該記録された変更を伴う制御ステップをスキップすることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項５】
前記偏波制御器は、各々が固定値の遅延特性を持つ連結された１つ以上の回転可能な波長板のように制御可能な、複数の複屈折素子を含むことを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項６】
前記複数の複屈折素子は、各々が電極に印加される電圧により制御される回転可能な波長板のように動作する、ＬｉＮｂＯ3 基材上の複数の３電極区間により実現されることを特徴とする請求項５記載の偏波モード分散補償器。
【請求項７】
前記偏波制御器は、遅延特性の値が調整できる連結された１つ以上の回転可能な波長板のように制御可能な、複数の複屈折素子を含むことを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項８】
前記偏波制御器は、連結された１つ以上の回転可能な波長板のように制御可能な、複数の複屈折素子を含み、前記制御部は、該波長板のうち、より悪い補償性能をもたらすものの回転方向を記録し、後続する１つ以上のフィードバックループにおいて、該記録された方向への制御信号の変更を伴う制御ステップをスキップすることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項９】
前記補償デバイスは、固定値の群遅延時間差を持つ光学素子であることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１０】
前記補償デバイスは、可変かつ調整可能な値の群遅延時間差を持つ光学素子であることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１１】
前記制御部は、前記補償デバイスの群遅延時間差の過去における変化の傾向を評価することで、群遅延時間差の変更の大きさを各フィードバックループ毎に決定することを特徴とする請求項１０記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１２】
前記制御部は、前記群遅延時間差が連続的な減少および増加の一方を示しているかどうかをチェックし、該群遅延時間差が連続的な減少および増加の一方を示しているとき、該群遅延時間差の変更の大きさを拡大することを特徴とする請求項１１記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１３】
前記信号品質モニタは、ストークスベクトルの成分を測定し、該ストークスベクトルの成分を示すフィードバック信号を生成する偏光計を含み、前記制御部は、該ストークスベクトルの成分を用いて偏光度を求めることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１４】
入力光信号の偏波を変化させる偏波制御器と、該入力光信号の偏波モード分散を補償して、出力光信号を出力する補償デバイスと、該出力光信号の品質を測定し、該測定された出力光信号の品質を示すフィードバック信号を生成する信号品質モニタとを含む偏波モード分散補償器のための制御部であって、
過去の複数のフィードバックループにおいて生成された複数のフィードバック信号を用いて、前記偏波制御器に供給された制御信号に対する偏光度応答を評価することで、制御信号の変更の大きさを各フィードバックループ毎に決定し、該決定された大きさだけ該制御信号を変更し、変更された制御信号を該偏波制御器に供給する制御回路を備えることを特徴とする制御部。
【請求項１５】
偏波制御器により、入力光信号の偏波を変化させ、
補償デバイスにより、前記入力光信号の偏波モード分散を補償して、出力光信号を生成し、
前記出力光信号の品質を測定して、該測定された出力光信号の品質を示すフィードバック信号を生成し、
過去の複数のフィードバックループにおいて生成された複数のフィードバック信号を用いて、前記偏波制御器に供給された制御信号に対する偏光度応答を評価することで、現在のフィードバックループに対する制御信号の変更の大きさを決定し、
前記決定された大きさだけ前記制御信号を変更して、変更された制御信号を前記偏波制御器に供給する
ことを特徴とする偏波モード分散補償方法。
【請求項１６】
前記変更の大きさの決定において、それぞれのフィードバック信号から得られた偏光度の最大値と最小値の差を閾値と比較し、該差が該閾値より大きいとき、前記変更の大きさを拡大することを特徴とする請求項１５記載の偏波モード分散補償方法。
【請求項１７】
前記変更の大きさの決定において、現在のフィードバック信号から偏光度を求め、得られた偏光度を前記偏光度の最大値および最小値と比較し、該得られた偏光度が該最大値より小さく、かつ、該最小値より大きく、かつ、前記差が前記閾値より小さいとき、該変更の大きさを縮小することを特徴とする請求項１６記載の偏波モード分散補償方法。
【請求項１８】
より悪い補償性能をもたらす制御信号の変更を記録し、後続する１つ以上のフィードバックループにおいて、該記録された変更を伴う制御ステップをスキップすることを特徴とする請求項１５、１６、または１７記載の偏波モード分散補償方法。
【請求項１】
入力光信号の偏波を変化させる偏波制御器と、
前記入力光信号の偏波モード分散を補償して、出力光信号を出力する補償デバイスと、
前記出力光信号の品質を測定し、該測定された出力光信号の品質を示すフィードバック信号を生成する信号品質モニタと、
過去の複数のフィードバックループにおいて生成された複数のフィードバック信号を用いて、前記偏波制御器に供給された制御信号に対する偏光度応答を評価することで、制御信号の変更の大きさを各フィードバックループ毎に決定し、該決定された大きさだけ該制御信号を変更し、変更された制御信号を該偏波制御器に供給する制御部と
を備えることを特徴とする偏波モード分散補償器。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数のフィードバック信号の各々から偏光度を求め、得られた偏光度の最大値と最小値の差を閾値と比較し、該差が該閾値より大きいとき、前記変更の大きさを拡大することを特徴とする請求項１記載の偏波モード分散補償器。
【請求項３】
前記制御部は、現在のフィードバック信号から偏光度を求め、得られた偏光度を前記偏光度の最大値および最小値と比較し、該得られた偏光度が該最大値より小さく、かつ、該最小値より大きく、かつ、前記差が前記閾値より小さいとき、前記変更の大きさを縮小することを特徴とする請求項２記載の偏波モード分散補償器。
【請求項４】
前記制御部は、より悪い補償性能をもたらす制御信号の変更を記録し、後続する１つ以上のフィードバックループにおいて、該記録された変更を伴う制御ステップをスキップすることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項５】
前記偏波制御器は、各々が固定値の遅延特性を持つ連結された１つ以上の回転可能な波長板のように制御可能な、複数の複屈折素子を含むことを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項６】
前記複数の複屈折素子は、各々が電極に印加される電圧により制御される回転可能な波長板のように動作する、ＬｉＮｂＯ3 基材上の複数の３電極区間により実現されることを特徴とする請求項５記載の偏波モード分散補償器。
【請求項７】
前記偏波制御器は、遅延特性の値が調整できる連結された１つ以上の回転可能な波長板のように制御可能な、複数の複屈折素子を含むことを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項８】
前記偏波制御器は、連結された１つ以上の回転可能な波長板のように制御可能な、複数の複屈折素子を含み、前記制御部は、該波長板のうち、より悪い補償性能をもたらすものの回転方向を記録し、後続する１つ以上のフィードバックループにおいて、該記録された方向への制御信号の変更を伴う制御ステップをスキップすることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項９】
前記補償デバイスは、固定値の群遅延時間差を持つ光学素子であることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１０】
前記補償デバイスは、可変かつ調整可能な値の群遅延時間差を持つ光学素子であることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１１】
前記制御部は、前記補償デバイスの群遅延時間差の過去における変化の傾向を評価することで、群遅延時間差の変更の大きさを各フィードバックループ毎に決定することを特徴とする請求項１０記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１２】
前記制御部は、前記群遅延時間差が連続的な減少および増加の一方を示しているかどうかをチェックし、該群遅延時間差が連続的な減少および増加の一方を示しているとき、該群遅延時間差の変更の大きさを拡大することを特徴とする請求項１１記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１３】
前記信号品質モニタは、ストークスベクトルの成分を測定し、該ストークスベクトルの成分を示すフィードバック信号を生成する偏光計を含み、前記制御部は、該ストークスベクトルの成分を用いて偏光度を求めることを特徴とする請求項１、２、または３記載の偏波モード分散補償器。
【請求項１４】
入力光信号の偏波を変化させる偏波制御器と、該入力光信号の偏波モード分散を補償して、出力光信号を出力する補償デバイスと、該出力光信号の品質を測定し、該測定された出力光信号の品質を示すフィードバック信号を生成する信号品質モニタとを含む偏波モード分散補償器のための制御部であって、
過去の複数のフィードバックループにおいて生成された複数のフィードバック信号を用いて、前記偏波制御器に供給された制御信号に対する偏光度応答を評価することで、制御信号の変更の大きさを各フィードバックループ毎に決定し、該決定された大きさだけ該制御信号を変更し、変更された制御信号を該偏波制御器に供給する制御回路を備えることを特徴とする制御部。
【請求項１５】
偏波制御器により、入力光信号の偏波を変化させ、
補償デバイスにより、前記入力光信号の偏波モード分散を補償して、出力光信号を生成し、
前記出力光信号の品質を測定して、該測定された出力光信号の品質を示すフィードバック信号を生成し、
過去の複数のフィードバックループにおいて生成された複数のフィードバック信号を用いて、前記偏波制御器に供給された制御信号に対する偏光度応答を評価することで、現在のフィードバックループに対する制御信号の変更の大きさを決定し、
前記決定された大きさだけ前記制御信号を変更して、変更された制御信号を前記偏波制御器に供給する
ことを特徴とする偏波モード分散補償方法。
【請求項１６】
前記変更の大きさの決定において、それぞれのフィードバック信号から得られた偏光度の最大値と最小値の差を閾値と比較し、該差が該閾値より大きいとき、前記変更の大きさを拡大することを特徴とする請求項１５記載の偏波モード分散補償方法。
【請求項１７】
前記変更の大きさの決定において、現在のフィードバック信号から偏光度を求め、得られた偏光度を前記偏光度の最大値および最小値と比較し、該得られた偏光度が該最大値より小さく、かつ、該最小値より大きく、かつ、前記差が前記閾値より小さいとき、該変更の大きさを縮小することを特徴とする請求項１６記載の偏波モード分散補償方法。
【請求項１８】
より悪い補償性能をもたらす制御信号の変更を記録し、後続する１つ以上のフィードバックループにおいて、該記録された変更を伴う制御ステップをスキップすることを特徴とする請求項１５、１６、または１７記載の偏波モード分散補償方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５３２０３５（Ｐ２００７−５３２０３５Ａ）
【公表日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２０４８２（Ｐ２００６−５２０４８２）
【出願日】平成１６年３月２５日（２００４．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００４１７７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９３９７５
【国際公開日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年３月２５日（２００４．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００４１７７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９３９７５
【国際公開日】平成１７年１０月６日（２００５．１０．６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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